CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN Tổng quan về nghiên cứu Hiện nay, nhu cầu cấp đông thực phẩm trên thế giới cũng như Việt Nam đang là rất phổ biến, đặc biệt là ở các nước Đông Nam Á trong đó có Việt Nam, ở Việt Nam với khí hậu nhiệt đới gió mùa thì cấp đông mang vai trò rất là quan trọng. Với sự phát triển nhanh chóng của cuộc sống đã góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp thực phẩm sản xuất ra nhiều sản phẩm mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho người tiêu dùng nói riêng, từ đó thúc đẩy thị trường thực phẩm đông lạnh nói chung. Nghiên cứu về quá trình cấp đông về cách thức hoạt động giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự thay đổi về cấu trúc và tính chất của thực phẩm trong điều kiện lạnh.Vấn đề nghiên cứu của cấp đông thực phẩm có thể giúp tối ưu hóa quá trình, luôn đảm bảo rằng thực phẩm sẽ được bảo quản tốt nhất trong quá trình đông lạnh. Các yếu tố như tốc độ cấp đông, nhiệt độ hay phương pháp cấp đông đều có thể được nghiên cứu để đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.
Quá trình cấp đông tác động lên các yếu tố như giá trị chất dinh dưỡng, hương vị, cấu trúc và đặc tính thực phẩm giúp hiểu rõ hơn về tác động của quá trình này đối với chất lượng sản phẩm. Qua đó có thể áp dụng để phát triển các phương pháp bảo quản thực phẩm trong thời gian dài, đặc biệt là trong việc duy trì nguồn cung cấp thực phẩm an toàn. Đồng thời hiểu rõ về các quá trình thực hiện cấp đông sự ảnh hưởng đến vi khuẩn, vi sinh vật có thể giúp ngăn chặn nguy cơ lây nhiễm từ thực phẩm. Phát triển ngành công nghiệp thực phẩm giúp hiểu rõ hơn về cấp đông thực phẩm và đặc biệt là giúp phát triển ngành công nghiệp đông lạnh thực phẩm, đồng thời tạo ra nhiều cơ hội việc làm và đóng góp vào phát triển kinh tế nước nhà.1 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 1.1 Một số thông tin về cá và việc bảo quản Để bảo quản cá – một loại thực phẩm rất được ưa chuộng nhưng lại rất dễ hư hỏng.
Việc bảo quản cá để kéo dài thời gian tươi của cá là việc hoàn toàn cần thiết. Tuỳ theo từng loại cá sẽ có thời gian bảo quản khác nhau. Có ba cách bảo quản đó là bảo quản bằng lý, hoá và sinh học. Các phương pháp bảo quản khác nhau sẽ cho ra sản phẩm có thời gian sử dụng khác nhau đối với cá và các sản phẩm thuỷ sản khác [1].
Sau khi cá tươi được đánh bắt thường dễ bị tình trạng hỏng rất nhanh. Quá trình hư hỏng (Rigor mortis) sẽ bắt đầu trong vòng 12 giờ sau khi đánh bắt ở nhiệt độ môi trường cao của vùng nhiệt đới. Rigor mortis là quá trình cá mất đi tính linh hoạt do trai cá bị cứng lại sau vài giờ chết. Hầu hết các loài cá bị phân hủy là kết quả của các enzym tiêu hóa và lipase, sự hư hỏng do vi sinh vật từ vi khuẩn bề mặt và quá trình oxy hóa (AMEC, 2003).
Trong quá trình hư hỏng của cá, có sự phân hủy các thành phần khác nhau và sự hình thành các hợp chất mới. Những hợp chất mới này chịu trách nhiệm cho những thay đổi về mùi, hương vị và kết cấu của thịt cá [2]. 1 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Thiết kế hệ thống lạnh Các loài cá khác nhau sẽ có sự khác biệt về thành phần sinh học, nhưng chất dinh dưỡng của chúng tương đối giống nhau. Cá đã được xác định là một trong những nguồn thực phẩm dinh dưỡng nhất.
Chúng cung cấp khoảng 20% lượng protein cho một phần ba dân số toàn cầu và cũng là nguồn quan trọng của các loại dầu không bão hòa đa omega thân thiện với sức khỏe. Ngoài ra, cá cũng là nguồn giàu các vitamin và khoáng chất như vitamin D và các khoáng chất khác. Đặc biệt, các chất này thường có nồng độ biểu hiện cao hơn trong cá so với thịt và các thực phẩm từ động vật có vú [1].2 Bảo quản cấp đông cá Để thay thế quá trình của việc bảo quản bằng đá hoặc đông lạnh để duy trì độ tươi của cá, đã tiến hành nghiên cứu với cá vược trong khoảng thời gian 2 - 3 tuần. Để đánh giá, các tiêu chí sử dụng bao gồm sự thay đổi trong lượng axit amin tự do và nitơ trimethylamine, cũng như quá trình phân hủy nucleotide và axit nucleic sau khi giết mổ cá.
Sự biến đổi trong axit amin tự do của cơ khi lưu trữ ở - 3 °C khá khác biệt so với lưu trữ bằng đá, mặc dù không có khác biệt đáng kể nào về việc làm lạnh và lưu trữ ở - 2 °C. Lưu trữ ở - 3 °C không tạo ra lượng nitơ trimethylamine đáng kể, và sự hư hỏng ban đầu của cá giảm đi đáng kể. Giá trị K của cơ thịt cá được bảo quản ở - 3°C đạt 20% sau 2 tuần, trong khi cơ thịt ướp đá đạt 58% sau 5 ngày [3]. Sự phân hủy của axit nucleic trong cơ cá không thay đổi đáng kể khi lưu trữ bằng đá hoặc ở - 3 °C, nhưng nó có thể được xác định bằng phương pháp phloroglucinol.
Tuy nhiên, phân hủy axit nucleic trong cơ giảm đáng kể khi cơ được bảo quản ở - 3 °C, được xác định thông qua kết quả sắc ký [3]. Dựa trên kết quả nghiên cứu với cá vược, lưu trữ bằng đông lạnh một phần ở - 3 °C dường như là một giải pháp hiệu quả hơn trong việc bảo quản độ tươi của cá khi cần kéo dài thời hạn so với cách lưu trữ bằng đá. Tốc độ cấp đông (nhanh hoặc chậm) là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng của cá đông lạnh. Cấp đông nhanh tạo ra cá đông lạnh với chất lượng tốt hơn do không tạo ra các tinh thể băng lớn như trong cấp đông chậm.
Cấp đông chậm có thể gây biến tính protein và hủy hoại tế bào, dẫn đến thay đổi cấu trúc protein, làm màu sắc trở nên xỉn và mờ đục, làm cho mô của cá trở nên mềm và xốp, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm cá. Sự biến tính còn phụ thuộc vào nồng độ enzyme và các hợp chất khác tồn tại trong quá trình đông lạnh của cá [4].3 Các nghiên cứu về cấp đông và nâng cao hiệu quả năng lượng trong cấp đông Nghiên cứu của I. Bantle tập trung vào sự làm thay đổi chất lượng khi giảm nhiệt độ bảo quản xuống mức thấp và cực thấp. Họ tìm thấy rằng protein có độ ổn định tốt ở nhiệt độ dưới điểm đóng băng, đặc biệt khi hàm lượng nước không bị đóng băng là thấp nhất.
Sự oxi hóa của lipid được kiểm soát bằng cách ngăn chặn oxy xâm nhập vào các mô cá thay vì giảm nhiệt độ.Việc giảm nhiệt độ xuống đến - 40 °C giúp duy trì tính ổn định của protein trong cá. Tuy nhiên, điều này có thể gây ra sự tương tác giữa sản phẩm oxi hóa lipid và protein, dẫn đến hiện tượng oxi hóa ở nhiệt độ dưới - 40 °C [5]. 2 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Thiết kế hệ thống lạnh Một điểm quan trọng là ổn định hoàn hảo xuất hiện khi đạt nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh của protein. Để duy trì chất lượng sản phẩm và bảo quản cá lâu dài, nhiệt độ tốt hơn là - 35,0 ºC, vì ở nhiệt đó, lượng nước không đóng băng đạt giá trị tối thiểu và dung dịch có độ nhớt cao không đóng băng trong mô cá.
Điều này giúp duy trì tính ổn định của protein, và quá trình hình thành băng trong mô cá ngừng lại ở nhiệt độ dưới - 35,0 ºC. Sử dụng nhiệt độ thấp hơn có thể làm tăng độ nhớt của dung dịch không đóng băng và ảnh hưởng xấu đến quá trình bảo quản [5]. Công nghệ bảo quản cá hiện đại đã có những tiến bộ gần đây, bao gồm áp suất cao, chiếu xạ, ánh sáng xung, điện trường xung, vi sóng, tần số vô tuyến và siêu âm. Tuy nhiên, sự ra đời của những công nghệ mới này trong việc chế biến và bảo quản cá, phương pháp làm lạnh và đông lạnh vẫn được ưa chuộng rộng rãi trên các tàu cá.
Chúng tập trung vào việc duy trì chất lượng cá thông qua sử dụng nhiệt độ thấp, bao gồm bảo quản lạnh từ nhiệt độ 0 °C đến 4 °C hoặc bảo quản đông lạnh ở - 18 °C đến - 40 °C [6]. Theo Hongchang Cai (2019), nghiên cứu nhằm so sánh và phân tích các phương pháp dự đoán thời gian đóng băng khác nhau dựa trên dữ liệu thực nghiệm thực tế. Trong thí nghiệm, họ sử dụng một pallet có kích thước 132 x 107 x 114 cm, chứa các gói gel ban đầu có nhiệt độ - 0,5 °C và đông lạnh chúng trong một kho với sự trợ giúp của tế bào phôi để cho không khí đi qua. Kết quả từ việc áp dụng các mô hình dự đoán cho sản phẩm thực phẩm cho thấy rằng giảm nhiệt độ môi trường lạnh từ - 18 °C xuống - 40 °C đã làm giảm thời gian đóng băng xuống 1/3.
Thời gian đóng băng giảm nhẹ khi nhiệt độ môi trường lạnh giảm. Tuy nhiên, thời gian đóng băng tăng lên khi phần thể tích của không khí trong thùng chứa sản phẩm đông lạnh trên pallet tăng lên, và tăng đáng kể khi phần thể tích của không khí đạt 80% hoặc cao hơn. Kết luận từ nghiên cứu có thể hữu ích cho các nhà kho trong việc dự đoán thời gian cấp đông một cách chính xác hơn và đạt hiệu suất cao hơn trong quá trình đông lạnh các sản phẩm thực phẩm được đóng trên pallet [7]. Fernández-Seara thực hiện nghiên cứu để thiết kế và xây dựng một hệ thống lạnh nối tầng sử dụng NH3 và CO2 làm chất làm lạnh.
Mục tiêu của hệ thống này là cung cấp công suất lạnh 9 kW ở nhiệt độ bay hơi - 50 °C cho tủ đông tấm ngang. Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào đánh giá hiệu suất của hệ thống trong điều kiện dòng chảy tĩnh. Kết quả thử nghiệm cho thấy công suất làm lạnh đạt 9,45 kW, cao hơn 5% so với giá trị ban đầu thiết lập là 9 kW. Ngoài ra, tỷ số áp suất máy nén NH3 đạt giá trị 6,36, vượt trội so với giá trị tỷ số áp suất máy nén CO2 [8].
Làm lạnh cá liên quan đến việc sử dụng công nghệ làm lạnh siêu tốc. Điều này giúp giảm nguy cơ hư hỏng cho các sản phẩm chưa sẵn sàng, bằng cách đông lạnh một phần nhỏ của hàm lượng nước trong sản phẩm (5 - 30%).