by Môi trường làm đông thực phẩm thường đi kèm với thiết bị làm đông thực phẩm. Trong thực tế thường có các thiết bị làm đông thực phẩm tùy thuộc vào môi trường làm đông sau:
• Môi trường làm đông bằng không khí: thường có các thiết bị tủ cấp đông gió (không khí đối lưu cưỡng bức), hoặc tủ cấp đông không khí đối lưu tự nhiên không dùng quạt gió.
• Môi trường làm đông bằng khí hóa lỏng: thường có hai loại thiết bị là thiết bị kín và thiết bị hở. Thông thường dùng khí nito hóa lỏng để làm lạnh. Thiết bị làm đông bằng khí hóa lỏng là thiết bị làm đông nhanh, cực nhanh (gọi là thiết bị làm đông siêu tốc), trước đây thiết bị này thường dùng cho các loại thực phẩm đặc biệt, nhưng hiện nay do sự phát triển khoa học đạt tới mức hoàn thiện nên nó được ứng dụng rộng rãi.
• Môi trường làm đông bằng hai tấm panel kim loại kẹp giữa là thực phẩm cần cấp đông thường có các tủ cấp đông tiếp xúc.
Các môi trường làm đông hiện nay rất thường được sử dụng, đặc biệt là hệ thống các tủ cấp đông tiếp xúc, các tủ cấp đông gió được sử dụng rất rộng rãi trong các nhà máy chế biến thủy hải sản, ngoài ra, hệ thống cấp đông nhanh, cấp đông siêu tốc (IQF) cũng thường được sử dụng.
1. Làm đông bằng môi trường không khí
1.1. Ưu, nhược điểm
Làm đông trong không khí phù hợp với thực phẩm có nguồn gốc ở trên cạn, quá trình làm đông đảm bảo vệ sinh tốt hơn, điều kiện vận hành đơn giản phù hợp với mọi hình dáng kích thước của thực phẩm, tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là dễ mất nước, thực phẩm dễ bị tác động của Oxy không khí, khả năng trao đổi nhiệt chậm.
Tủ cấp đông gió
1.2. Những điều kiện cụ thể
1.2.1. Nhiệt độ thực phẩm
Nhiệt độ làm đông thực phẩm là nhiệt độ trung bình trong thể tích của chúng cuối quá trình cấp đông, nhiệt độ này được xác định từ nhiệt độ bảo quản thực phẩm hay tỷ lệ nước đóng băng trong thực phẩm, vì vậy nó phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất của thực phẩm và thời gian bảo quản yêu cầu.
1.2.2. Nhiệt độ môi trường lạnh
Để đảm bảo tốc độ làm động nhanh thì môi trường lạnh đông phải có nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ làm đông thực phẩm, nhiệt độ môi trường lạnh có ý nghĩa về kinh tế, bởi vì khi hạ nhiệt độ môi trường
lạnh xuống 1°C thì chi phí sản xuất tăng từ (3 ÷ 4)%, vì vậy để hạn chế sự giảm nhiệt độ của môi trường lạnh thì nhiệt độ môi trường không khí cần lạnh đông phải nằm trong khoảng (-45 ÷ -35)°C. Ở bài toán kỹ thuật thì nhiệt độ môi trường cấp đông phải được xác định theo tỷ lệ nước đóng băng có ở bên trong thực phẩm. Nhiệt độ cấp đông tối ưu có được khi lượng nước tự do và lượng nước liên kết hóa lý hầu như đóng băng hết hoàn toàn.
1.2.3. Vận tốc của dòng khí
Vận tốc dòng khí càng tăng thì khả năng trao đổi nhiệt càng tăng, nhưng mức độ mất nước của thực phẩm và chi phí sản xuất tăng, vì vậy phải xác định giá trị tối ưu của vận tốc không khí. Giá trị này phụ thuộc vào nhiệt độ không khí, nhiệt độ càng giảm thì vận tốc tối ưu không khí càng tăng, nếu nhiệt độ (-45÷-35)°C thì vận tốc tối ưu của quá trình cấp đông dao động trong khoảng từ Vopt = (5÷10) m/s. Đối với thiết bị cấp đông nhanh, như hệ thống cấp đông gió băng chuyền IQF, vì nhiệt độ môi trường cấp đông nhỏ -50°C nên tốc độ gió của vùng tối ưu phải nằm trong khoảng (8÷14) m/s. Ở vùng tốc độ gió này sự trao đổi nhiệt xảy ra rất nhanh để cấp đông nhanh đồng thời có khả năng tránh được hiện tượng cháy lạnh.
Hình 1. Quan hệ giữa tốc độ và thời gian đông lạnh của thiết bị đông gió thông thường
1.3. Cách tiến hành
Thiết bị làm đông hay gọi là cấp đông bằng không khí (gió) hiện nay có rất nhiều loại, đa dạng và phong phú, các thiết bị này có các vách được cách nhiệt và cách ẩm, trong đó không khí đối lưu cưỡng bức tuần hoàn giữa bề mặt sản phẩm và bề mặt của dàn lạnh. Các thiết bị cấp đông gió thường khác nhau về hệ thống phân phối không khí và các thiết bị nâng đỡ, vận chuyển thực phẩm trong quá trình làm đông. Các hệ thống này phải tuân theo nguyên tắc đảm bảo sự đồng đều của vận tốc không khí và sự tiếp xúc tốt giữa bề mặt thực phẩm với không khí.
Trong thực tế thường sử dụng thiết bị làm đông như sau:
Thiết bị làm đông tầng sôi: Đây là một trong những thiết bị tương đối hiện đại có thể cấp đông nhanh hoặc rất nhanh ở mức độ siêu tốc, xem hình bên dưới, cầu tạo của nó gồm:
1- Lớp vỏ bọc cách nhiệt.
2- Băng chuyền lưới.
3- Tấm chắn.
4- Bộ phận làm lạnh không khí (gồm có dàn lạnh, quạt, đường dẫn không khí đối lưu trong thiết bị).
Hình 2. Thiết bị làm đông tầng sôi
Thực phẩm được đưa vào băng chuyền lưới thứ (1) từ trái sang phải, băng tải chuyển động với vận tốc chậm, ở đây nó thực hiện quá trình làm lạnh và bắt đầu kết tinh nước. Khi thực phẩm ở trên băng tải thực phẩm sẽ tham gia hai chuyển động, chuyển động ngang theo chiều băng tải và chuyển động lên xuống theo lực tác động của không khí và lực trọng trường của trái đất. Không khí chuyển động từ dưới lên trên sẽ đẩy thực phẩm chuyển động khỏi bề mặt băng chuyền, nhưng lực tác động của không khí không đồng đều nên tạo cho thực phẩm chuyển động lên xuống.
Sau khi thực hiện trao đổi nhiệt ở băng chuyển thứ (1) thực phẩm rơi xuống băng chuyền thứ (2) thực hiện sự kết tinh của nước trong đó với sự chuyển động ngược lại, sau đó rơi xuống băng chuyển thứ (3) để cân bằng nhiệt. Vận tốc băng chuyền và chiều dài băng chuyền có thể thay đổi điều chinh được để phù hợp cho từng loại sản phẩm làm đông, kích thước thực phẩm tăng thì vận tốc băng chuyển nhỏ. Quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện đều khắp trên toàn bộ bề mặt thực phẩm. Vì vậy, cường độ trao đổi nhiệt rất lớn, tốc độ làm đông nhanh, mức độ mất nước ít hơn nhiều so với làm đông. Trong trường hợp thực phẩm ổn định trên bề mặt đỡ, thiết bị này phù hợp với thực phẩm có kích thước nhỏ và có trọng lượng không quá 200 gam, đặc biệt thích hợp cho các loại rau quả hoặc thực phẩm ở dạng hạt.
2. Làm đông bằng tủ đông tiếp xúc
2.1. Ưu nhược điểm
Nhờ môi trường kim loại ở tủ đông tiếp xúc với tốc độ truyền nhiệt lớn, thực phẩm ít bị tác động của môi trường không khí, chất lượng thực phẩm được đảm bảo. Thiết bị có độ tin cây cao, điều chỉnh được năng suất lạnh. Tuy nhiên do hoạt động không liên tục nên thực phẩm phải chờ đợi trước khi cấp đông, việc tổ chức sản xuất khó khăn.
Tủ đông tiếp xúc
2.2. Thiết bị làm đông tiếp xúc (tủ đông tiếp xúc – Contact Freezer)
Cấu tạo bên ngoài của tủ: là một hình hộp chữ nhật, tuỳ theo năng suất lạnh mà tủ sẽ có kích thước bên ngoài khác nhau bao gồm các bộ phận sau:
1- Tủ cấp đông tiếp xúc.
2- Cửa tủ cấp đông.
3- Tủ điện điều khiển.
4- Hệ thống ben thuỷ lực.
5- Động cơ điện và bơm dầu.
Hình 3. Cấu tạo bên ngoài của tủ cấp đông tiếp xúc
Xung quanh vỏ tủ được bọc cách nhiệt và cách ẩm. Vỏ tủ có chiều dày khoảng từ (12÷15) mm được cấu tạo bởi ba lớp, lớp ngoài cùng và lớp trong cùng là các lớp inox có chiều dày khoảng (0,5÷0,8) mm, lớp ở giữa là lớp cách nhiệt và cách âm và thường dùng nhất là polyurethane.
Cấu tạo bên trong tủ: bao gồm các tấm lắc được đúc bằng hợp kim nhôm có hình dạng là hình hộp chữ nhật bản mỏng. Khoảng trống ở bên trong hình hộp chia làm 5 khoang ghép nối tiếp nhau thông qua các ống góp ở hai đầu, mỗi khoang được chia làm 8 rãnh để dẫn môi chất lạnh sau khi được tiết lưu đi vào, mặt khác nó làm tăng diện tích trao đổi nhiệt, tăng độ vững chắc cho cấu trúc dàn lạnh, kéo dài đường đi của môi chất lạnh bên trong, tạo điều kiện cho nó bay hơi đồng thời phân phối môi chất lạnh đồng đều. Các tấm lắc này được lắp đặt song song nhau theo phương năm ngang của đáy tủ và có thể di chuyển lên xuống được nhờ hệ thống ben thuỷ lực. Khoảng giữa hai tấm lắc là không gian để sản phẩm cấp đông. Thực phẩm sau khi được sắp xếp vào khoảng giữa hai tấm lắc thì ben thủy lực hoạt động ép tấm lắc xuống sao cho hai bề mặt thực phẩm tiếp xúc với tấm lắc, khi hệ thống lạnh làm việc tấm lắc đóng vai trò thiết bị trao đổi nhiệt của dàn lạnh sẽ làm lạnh thực phẩm. Các đường môi chất lạnh vào và ra ở các tấm lắc được nối với ống góp, các ống góp này một đầu kín, đầu kia được nối với một ống góp làm bằng hợp chất cao su dẻo tông hợp, chịu lực và bền với nhiệt độ, sau đó các ống cao su này được nối với đường dẫn môi chất lạnh từ bình chất thấp áp về dàn lạnh (các tấm lắc) đồng thời dẫn hơi môi chất từ dàn lạnh sau khi bay hơi về lại bình chứa thấp áp.
Hình 4. Cấu tạo tấm lắc
(1), (2), (3), (4), (5) – là các khoang dẫn môi chất lạnh vào và ra của tấm lắc.
(6) – là đường môi chất lạnh từ bình chứa thấp áp vào và được nối với ông góp cao su tổng hợp.
(7) – là đường hơi môi chất lạnh từ tấm lắc về bình chứa thấp áp vào và được nối với ống góp cao su tổng hợp.
(8) – các ống góp của tấm lắc.
Hình 5. Cấu tạo bên trong tủ cấp đông tiếp xúc
1- Đường lỏng môi chất từ bình chứa thấp áp vào dàn lạnh.
2- Đường hơi môi chất từ dàn lạnh về bình chứa thấp áp.
3- Ông góp lỏng môi chất lạnh.
4- Ông góp hơi môi chất lạnh.
5- Ông cao su tổng hợp.
6- Các tấm lắc truyền nhiệt.
7- Khoảng không đặt thực phẩm cần cấp đông.
Cấu tạo ben thuỷ lực: Cơ cấu nâng hạ có nhiệm vụ nâng hạ tấm truyền nhiệt của dàn lạnh, làm tăng mức độ tiếp xúc, tăng khả năng trao đổi nhiệt của dàn lạnh, ben thuỷ lực nâng hạ gồm piston, xilanh và cần nâng hạ nối với tấm truyền nhiệt trên cùng của dàn lạnh, piston chi chuyển động lên xuống sẽ kéo theo các tấm truyền nhiệt sẽ chuyển động lên xuống. Trên hình 6 ta có:
1- Dàn lạnh.
2- Mặt trên của tủ.
3- Thùng chứa dầu.
4- Động cơ điện.
5- Bơm dầu.
6- Đồng hồ áp lực.
7- Van 4 ngả.
8- Van ổn áp.
9- Khoang dầu.
10- Piston của ben thủy lực.
11- Cần nâng – hạ các tấm lắc.
12- Xilanh của ben thuỷ lực.
Hình 6. Cấu tạo ben thuỷ lực
Trường hợp muốn cho piston chuyển động đi lên thì khởi động động cơ điện, bơm dầu hoạt động, hút dầu từ thùng dầu nén lên điểm A, điều khiển van 4 ngả mở thông đường AD và CB, đồng thời đóng các đường AB và CD, dầu đi từ điểm A qua D xuống khoang phía dưới đáy xilanh, nhờ bơm tạo ra áp lực dầu, dầu ở khoang dưới qua khe đẩy piston chuyển động lên phía trên, phần dầu nằm ở phía trên của piston sẽ được đẩy trở về thùng chứa dầu theo đường BC.
Trường hợp muốn piston chuyển động xuống phía dưới thì điều khiển van 4 ngả mở các đường AB, CD đồng thời đóng các đường AD, CB, cũng tương tự, dầu từ thùng dầu nén lên điểm A đi qua B vào khoang trên của xilanh qua khe, nhờ áp lực dầu sẽ đẩy piston đi xuống, phần dầu ở khoang dưới đáy xilanh sẽ được piston đầy về trở lại thùng chứa dầu qua đường BC. Trong trường hợp áp lực dầu lớn ở khoang trên của xilanh có thể gây hư hỏng cho các khuôn đựng thực phẩm hoặc làm biển dạng dàn lạnh rất nguy hiểm, để ngăn ngừa hiện tượng này thì van ổn áp tự động mở thông với điểm D khi áp lực dầu ở khoang trên vượt quá áp lực định mức, còn khi áp lực giảm dưới hoặc bằng áp lực định mức quy định van ổn áp sẽ trở lại trạng thái bình thường và chi mở thông đường dầu từ B về khoang trên của xilanh. Van 4 ngả được điều khiển bằng tay hoặc bằng van điện từ tự động. Trong một số trường hợp cơ cấu nâng hạ được đặt bên trong tủ cấp đông, khi đó dầu trong hệ thống phải có nhiệt độ đông đặc nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của tủ đông và phải lắp hai ben nâng hạ ở hai đầu dàn lạnh, tuy nhiên trường hợp này có ưu điểm là hạn chế được hao phí lạnh do dàn truyền nhiệt qua cần đẩy piston so với trường hợp cơ cấu này đặt trên nóc tủ.
Khi cấp đông bằng tủ đông thì thời gian trung bình của một mẻ cấp đông thường kéo dài từ (4÷6) giờ, thời gian này phụ thuộc chủ yếu vào kỹ thuật vận hành hệ thống lạnh, nếu vận hành sai quy trình có thể làm kéo dài thời gian cấp đông, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm sau này.
3. Làm đông bằng khí hóa lỏng
3.1. Ưu nhược, điểm
Các chất lỏng bay hơi ở nhiệt thấp, khi tiếp xúc với thực phẩm sẽ có khả năng trao đổi nhiệt rất lớn, nhờ đó có tốc độ làm đông cao, khả năng tiêu diệt vi sinh vật lớn, đảm bảo được chất lượng của thực phẩm. Thiết bị làm đông thường có cấu trúc đơn giản, an toàn, dễ vận chuyển. Phương pháp này thường được áp dụng với thực phẩm có kích thước nhỏ và không phù hợp với các loại thực phẩm có kích thước lớn vì cường độ trao đổi nhiệt trong các thực phẩm này rất lớn gây nên những hư hỏng về cấu trúc thực phẩm. Sự chênh lệch nhiệt độ ở các lớp bên trong và bên ngoài của thực phẩm cũng rất lớn, có nhiều lúc lớp bên ngoài đóng băng hoàn toàn mà bên trong chưa đóng băng. Các chất khí hóa lòng thường có giá thành cao dẫn đến hạn chế sử dụng phương pháp này.
3.2. Nguyên lý làm đông
Nguyên lý của quá trình làm đông là cho các chất lỏng có nhiệt độ hóa hơi thấp ở điều kiện áp suất khí quyển tiếp xúc với bề mặt thực phẩm trong các thiết bị cách nhiệt, chất lỏng sẽ thu nhiệt từ thực phẩm để hóa hơi, chất khí tạo thành có nhiệt độ thấp sẽ được sử dụng để làm lạnh thực phẩm trước khi nước đóng băng và tạo điều kiện cho quá trình cân bằng nhiệt trong thực phẩm sau khi nước ở bên trong thực phẩm kết tinh. Các chất khí hóa lỏng phải có nhiệt độ hóa hơi thấp ở điều kiện áp suất khí quyển, bởi vì thiết bị làm đông trong điều kiện áp suất chân không rất phức tạp, khó đảm bảo độ kín của chúng. Sự trao đổi nhiệt nhờ chất lỏng hóa hơi và chất khí sinh ra mang nhiệt lượng thu được thoát ra ngoài môi trường chất lỏng, vì vậy khả năng thu nhiệt của môi trường khí hóa lỏng lớn hơn nhiều so với các phương pháp làm đông khác. Một số chất khí hóa lỏng thường được ứng dụng trong phương pháp làm đông này là: nitơ (N2), nhiệt độ sôi ở điều kiện áp suất khí quyển là -195,8°C; oxy (O2) (-182,97°C); khí trơ Argon (Ar) (-185,87°C); khí trơ Neon (Ne) (- 246,1°C); Hydro (H2) (-252,76C); Hêli (He) (-268,93°C), ...
Quy trình hệ thống cấp đông nhanh bằng khí Nitơ
0 Comments: