CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lịch sử phát triển và ý nghĩa kinh tế 1. Lịch sử phát triển Các cuộc khai quật khảo cổ cho thấy người Ai Cập cổ đại đã có mặt vào khoảng 2700 năm trước Công nguyên. Với việc sản xuất trái cây đông lạnh bằng tuyết và băng từ vùng núi cao (Carnazzi, 2015).
“Công nghệ” này đã di cư đến La Mã cổ đại (Egolf và Kauffeld, 2005) và nhiều nền văn minh ở Trung và Viễn Đông. Việc trộn tuyết hoặc đá vụn với nước lỏng và đôi khi là muối nhằm hạ thấp điểm đóng băng cho thấy một số người trong số họ đã biết sử dụng hỗn hợp đá đầu tiên. Ngành kỹ thuật lạnh phát triển một cách mạnh mẻ nhất ở những thập kỷ cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX và lịch sử của công nghệ sản xuất nước đá cũng gắn liền một cách chặt chẽ với lịch sử phát triển của ngành kỹ thuật lạnh. Nước đá trong tự nhiên được có từ rất lâu đời, có từ khi trái đất mới hình thành và con người biết vận dụng nó để bảo quản thực phẩm phục vụ trong một số lĩnh vực khác trong đời sống của con người.
Năm 1834, nhà khoa học người Anh là I. Perkin đã chế tạo thành công máy sản xuất nước đá cây, nhưng với năng suất thấp. Năm 1899, nhà khoa học người Đức là Geppert đã chế tạo thành công máy sản xuất nước đá, hệ thống lạnh có đầy đủ các thiết bị máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu, thiết bị bay hơi và một số thiết bị phụ khác với năng suất tăng lên rất nhiều. Năm 1922, Heyman đã nộp bằng sáng chế về cô đặc đông lạnh của nước trái cây.
Năm 1930, tập đoàn nghiên cứu và phát triển kỹ thuật lạnh Carrier đã tìm ra được hàng loạt các môi chất lạnh như NH3 và các môi chất lạnh Freon. Năm 1934, tập đoàn Carrier đã chế tạo rất thành công hệ thống lạnh sản xuất nước đá với năng suất rất cao và công nghệ sản xuất nước đá đã từng bước bắt đầu phát triển và hoàn thiện từ đây. Trọng tâm ban đầu của Goldstein và các đồng nghiệp của ông là làm lạnh cá. Boyd và cộng sự.
(1982), theo IIR FRIDOC là người đầu tiên công bố lợi ích của việc làm lạnh cá trong nước đá. Axe (1943) đã được cấp bằng sáng chế cho một hệ thống thu hoạch đá 3 để làm lạnh cá rất giống với hệ thống vẫn đang được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm khi cần có tinh thể đá khô. Hệ thống nước đá vẫn được sử dụng ngày nay để nạp hộp đựng cá đã được cấp bằng sáng chế bởi Burns (1981). Làm lạnh cá có lẽ là ứng dụng làm lạnh đá với hầu hết các hệ thống làm đá trên toàn thế giới (Wang và cộng sự, 2009) do kết quả làm lạnh vượt trội – tức là tăng cường thời hạn sử dụng của cá – thu được bằng cách sử dụng nước đá làm môi trường làm mát tiếp xúc trực tiếp (ví dụ: Rodríguez và cộng sự, 2005 hoặc Nasirin và cộng sự, 2016).
Cho đến ngày nay, thiết bị sản xuất nước đá rất đa dạng và phong phú như công nghệ sản xuất nước đá cây, công nghệ sản xuất nước đá vảy, công nghệ sản xuất nước đá tinh khiết và đã đạt tới mức hoàn thiện. Ý nghĩa kinh tế Nước đá hiện nay có nhiều ý nghĩa trong nền kinh tế quốc dân, bởi vì nó phục vụ cho đời sống cho con người, cho việc bảo quản thực phẩm và nguyên liệu thực phẩm… 1. Ứng dụng của nước đá trong bảo quản thực phẩm Như chúng ta đã biết các nguyên liệu thủy hải sản có chứa rất nhiều chủng loại vi sinh vật đồng thời bên trong bản thân của nó chứa rất nhiều hệ enzyme có hoạt tính sinh học rất mạnh. Do đó, nguyên liệu thủy hải sản sau khi đánh bắt hoặc thu hoạch không được đưa vào sản xuất, chế biến liền nếu không có phương pháp bảo quản hợp lý sẽ rất dễ bị hư hỏng trong một thời gian ngắn khoảng 30 phút đến 2 giờ.
Nhiệt độ bảo quản thấp của các sản phẩm thực phẩm dễ hư hỏng có thể làm chậm các phản ứng hóa học và sự phát triển của vi sinh vật để đảm bảo duy trì chất lượng và an toàn vi sinh của thực phẩm. Mặc dù hiệu suất của tủ lạnh đã được cải thiện nhưng vẫn khó duy trì nhiệt độ thấp ở kệ trong các cửa hàng bán lẻ và ở các nước đang phát triển, nơi nguồn cung cấp điện không ổn định. Ngoài ra, nhiệt độ bảo quản và vận chuyển thường sai lệch so với nhiệt độ khuyến nghị, dẫn đến giảm thời hạn sử dụng. Đặt và phủ đá vụn hoặc đá viên lên kệ bán lẻ thực phẩm tươi sống là một trong những phương pháp lâu đời nhất được sử dụng để bảo quản thực phẩm tươi sống.
Nước đá cũng là một tụ điện 4 làm mát quan trọng, góp phần làm ẩm bề mặt thực phẩm tươi sống (D. Mokrani và cộng sự, 2018). Ví dụ, trong sản xuất thịt, đá được sử dụng để tăng cường khả năng hòa tan protein và giữ nhiệt độ thấp của bột thịt khi mô động vật được cắt nhỏ trong máy cắt. Điều này cũng dẫn đến việc giữ màu thịt và ức chế sự phát triển của vi sinh vật.
Đối với cá, thủy sản và hải sản, cũng như đối với một số loại trái cây và rau quả, nước đá được sử dụng để bảo quản và vận chuyển, dẫn đến nhiệt độ thấp và hoạt động chậm của vi sinh vật, enzyme và các yếu tố gây hư hỏng khác (J. Falcão và cộng sự, 2002). Sự ô nhiễm vi sinh vật của nước đá đã được báo cáo thường xuyên (M. Tsuno và cộng sự, 1984).
Nguyên nhân của những hiện tượng này liên quan đến chất lượng nguồn nước và các chất gây ô nhiễm có trên bề mặt thực phẩm tươi sống. Để ngăn chặn sự ô nhiễm vi sinh vật của nước đá, việc quản lý vệ sinh cao là không thể thiếu. Ngoài ra, việc sản xuất nước đá có hoạt tính kháng khuẩn có thể nâng cao thời hạn sử dụng của thực phẩm tươi sống và dễ hư hỏng, chẳng hạn như thịt sống, cá, trái cây và rau quả. Ngày nay, phương pháp bảo quản lạnh bằng nước đá,với nước đá muối được ứng dụng một cách rất phổ biến trong bảo quản các nguyên liệu thủy hải sản, bởi vì phương pháp này rất đơn giản, rẻ tiền và dễ sử dụng.
Bắt đầu từ khi Bộ Y Tế khuyến cáo cho các công ty, doanh nghiệp chế biến thủy hải sản không nên sử dụng bảo quản nguyên liệu bằng các loại hóa chất như các chất chống oxy hóa, chất kháng sinh,…thì phương pháp bảo quản lạnh bằng nước đá, hoặc nước đá muối được xem là tối ưu nhất. Ngoài việc bảo quản nguyên liệu từ trạm thu mua trước khi đưa vào nhà máy để sản xuất, nước đá còn có khả năng bảo quản thực phẩm đã được chế biến kéo dài thời gian sử dụng. Nếu bảo quản tốt và tùy theo từng loại sản phẩm thì thời gian sử dụng có thể kéo dài rất dài trong vài tháng. Ứng dụng của nước đá trong đời sống và sản xuất Trong thời gian gần đây ở nước ta đã có sự gia tăng về số lượng nhiều loại nước giải khát có ga như: Pepsi, Coca-Cola, Tiger, Tribico, bia Saigon, Laser, Heiniken, Carsberg, Semigell,…ngoài ra còn có rất nhiều loại nước giải khát và các loại nước khoáng có ga khác.
Sự gia tăng này do tăng trưởng về mặt kinh tế nhanh, mở rộng các thị 5 trường tiêu thụ trong nước và ở quốc tế. Chính vì vậy, nhu cầu cần về nước đá thường đi kèm với nước giải khát sẽ tăng lên một cách đáng kể, không chỉ tại nhà hàng, khách sạn. Một số tỉnh và thành phố lớn thì nhu cầu sử dụng nước đá càng ngày càng tăng, tại các quán bình dân cũng có nhu cầu sử dụng nước đá càng ngày càng tăng và nước đá muối cũng tương tự được sử dụng để ướp lạnh cho bia, dùng làm cà phê đá. Đá phải an toàn về mặt vi sinh và hóa học vì người tiêu dùng ăn đá trực tiếp hoặc ăn thực phẩm tiếp xúc trực tiếp với đá.
Tuy nhiên, những đánh giá trước đây về các ứng dụng khác nhau, bao gồm chế biến (ví dụ: làm lạnh trong khi chuẩn bị), bán lẻ và cung cấp dịch vụ ăn uống, đã chứng minh rằng nước đá cũng có thể là phương tiện truyền vi sinh vật gây bệnh, có thể liên quan đến sự bùng phát các bệnh do thực phẩm và có thể gây ra nguy cơ đáng kể đối với sức khỏe cộng đồng (R. Gaglio và cộng sự, 2017). Ngoài ra nước đá cây còn được dùng để phục vụ cho ngành khai thác đánh bắt thủy hải sản gần và xa bờ, vì ở nước ta được xem là một nước có bờ biển trải dài gần 3.260 km từ Quảng Ninh ở phía Bắc đến Kiên Giang ở phía Nam, với một tiềm năng thủy hải sản rất lớn. Hiện nay có rất nhiều loại tàu có trọng tải lớn có khả năng đi đánh bắt xa bờ, với thời gian của mỗi chuyến đi đánh bắt xa bờ có thể kéo dài lên tới vài tuần đến vài tháng, do đó lượng nước đá được dự trữ trên tàu rất lớn, nhiều tàu lớn đôi lúc trang bị cả hệ thống lạnh trên tàu để bảo quản lạnh nước đá và nguyên liệu đánh bắt.
Sản xuất đá hoạt tính có đặc tính kháng khuẩn: Cho đến nay, việc sản xuất đá hoạt tính có đặc tính kháng khuẩn đã đạt được bằng cách biến nước có đặc tính kháng khuẩn thành trạng thái rắn bằng cách giảm nhiệt độ của nó. Plasma khí quyển lạnh (CAP) là một loại khí bị ion hóa một phần bao gồm các electron, ion, nguyên tử và phân tử trung tính, các gốc tự do, các loài bị kích thích và photon. CAP có thể được sử dụng để sản xuất nước có chứa các loài kháng khuẩn (B. Zhang và cộng sự, 2015).
Cơ sở khoa học công nghệ sản xuất nước đá 1. Một số tính chất hóa lý của nước đá ở 0oC và áp suất 0.98 bar Nước trong tự nhiên luôn tồn tại ở ba thể lỏng-rắn-hơi (khí), khi hạ nhiệt độ của nước xuống 0oC ở điều kiện áp suất khí quyển 0,98 bar = 1 at = 735,559 mmHg nước bắt 6 đầu chuyển sang trạng thái rắn, trên hình 1.1 đồ thị giản đồ P-t của nước, quá trình kết tinh của nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn theo đường F’- D’-E’. Đồ thị giản đồ P – t của nước Khối lượng riêng (tỉ trọng) của nước lớn nhất là nằm trong khoảng nhiệt độ (0÷4)oC và đạt giá trị cực đại là ở 4oC (chính xác là 3,986oC).