Tổng quan nghiên cứu

Cá ngừ đại dương là một trong những đối tượng khai thác xa bờ quan trọng, với sản lượng trung bình khoảng 1.000 tấn/tháng trong mùa cao điểm và 600-700 tấn/tháng trong mùa thấp điểm. Ngành hàng cá ngừ đóng góp kim ngạch xuất khẩu khoảng 700 triệu USD mỗi năm, tăng trưởng bình quân 6-7%/năm trong giai đoạn 2014-2018, với thị trường xuất khẩu trải rộng trên 210 quốc gia. Việc bảo quản cá ngừ sau đánh bắt nhằm duy trì độ tươi và giá trị dinh dưỡng là thách thức lớn do cá dễ bị phân hủy enzym và oxy hóa chất béo không bão hòa. Công nghệ cấp đông đóng vai trò then chốt trong bảo quản cá ngừ, giúp ức chế vi sinh vật và enzyme, đồng thời duy trì chất lượng sản phẩm trong thời gian dài.

Tuy nhiên, quá trình cấp đông truyền thống thường tạo ra các tinh thể đá lớn, gây tổn thương cấu trúc mô tế bào, làm giảm chất lượng cảm quan và dinh dưỡng. Thời gian cấp đông và các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng, độ dày màng bao gói và kích thước miếng cá ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ trong quá trình cấp đông cá ngừ đại dương phi lê bằng chất tải lạnh lỏng điều chế từ ethanol, với mục tiêu lựa chọn thông số kỹ thuật tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm đông lạnh, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội, trong giai đoạn 2019-2020, góp phần phát triển công nghệ cấp đông tiên tiến phù hợp với điều kiện sản xuất thủy sản Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết truyền nhiệt và kết tinh trong thực phẩm đông lạnh: Quá trình cấp đông làm nước trong mô tế bào chuyển thành tinh thể đá, ảnh hưởng đến cấu trúc mô và chất lượng sản phẩm. Tốc độ cấp đông nhanh tạo ra các mầm tinh thể đá nhỏ, giảm tổn thương tế bào.

  • Mô hình chất tải lạnh lỏng trong cấp đông: Chất tải lạnh lỏng có nhiệt dung riêng và hệ số truyền nhiệt cao hơn nhiều so với không khí, giúp tăng tốc độ cấp đông và đồng đều nhiệt độ sản phẩm.

  • Khái niệm về màng bao gói polyamides (PA): Màng PA có tính chất chống thấm khí, hơi nước tốt, chịu nhiệt độ thấp và cơ lý cao, ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt và chất lượng bảo quản sản phẩm.

  • Phương pháp đánh giá cảm quan thủy sản QIM (Quality Index Method): Đánh giá độ tươi và chất lượng sản phẩm dựa trên các chỉ tiêu cảm quan như màu sắc, mùi, cấu trúc thịt, với thang điểm từ 0 đến 3.

  • Các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh vật: Bao gồm tỷ lệ nước tách ra sau rã đông, cấu trúc mô tế bào, hàm lượng NH3, histamin và tổng số vi sinh vật hiếu khí.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Cá ngừ đại dương (Thunnus obesus) được thu nhận và bảo quản ở 0-4°C trong vòng 48 giờ trước khi sơ chế. Sản phẩm được sơ chế thành phi lê dạng thanh kích thước 18x6 cm với các độ dày khác nhau (1,5-3,5 cm), bao gói chân không bằng màng PA với độ dày từ 80 µm đến 120 µm.

  • Thiết bị và chất tải lạnh lỏng: Sử dụng thiết bị cấp đông nhanh bằng chất tải lạnh lỏng điều chế từ ethanol, hoạt động ổn định ở nhiệt độ âm sâu tới -35°C, cho phép điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ khuấy trộn.

  • Phương pháp phân tích: Đo thời gian cấp đông đến khi tâm sản phẩm đạt -18°C; xác định tỷ lệ nước tách ra sau rã đông; quan sát cấu trúc mô tế bào qua kính hiển vi quang học; đánh giá màu sắc bằng hệ thống phân tích màu L, a, b và chỉ số ∆E; đánh giá cảm quan theo phương pháp QIM; phân tích vi sinh vật và các chỉ tiêu hóa lý theo tiêu chuẩn TCVN.

  • Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phân tích phương sai ANOVA và kiểm định LSD (5%) để so sánh sự khác biệt giữa các nghiệm thức, với phần mềm SPSS 20.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 4/2019 đến tháng 10/2020 tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cấp đông đến thời gian và chất lượng sản phẩm: Thời gian cấp đông giảm rõ rệt khi nhiệt độ chất tải lạnh lỏng hạ từ -23°C xuống -35°C, từ khoảng 120 phút xuống còn 30 phút. Tỷ lệ nước tách ra sau rã đông giảm từ 12% xuống còn 5%, cấu trúc mô tế bào ít bị tổn thương hơn, màu sắc sản phẩm giữ được độ sáng và sắc đỏ đặc trưng với giá trị ∆E thấp hơn 3 điểm so với mẫu cấp đông ở nhiệt độ cao hơn.

  2. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tuần hoàn chất tải lạnh lỏng: Tăng tốc độ khuấy từ 600 vòng/phút lên 2400 vòng/phút giúp giảm thời gian cấp đông từ 45 phút xuống còn 28 phút, đồng thời giảm tỷ lệ nước tách ra sau rã đông từ 10% xuống 4%. Tuy nhiên, tốc độ khuấy trên 2400 vòng/phút không cải thiện đáng kể chất lượng, thậm chí có dấu hiệu làm tăng tổn thương mô tế bào.

  3. Ảnh hưởng của độ dày màng bao gói PA: Màng PA có độ dày từ 80 µm đến 120 µm ảnh hưởng đến thời gian cấp đông và tỷ lệ nước tách ra. Màng dày 80 µm cho thời gian cấp đông ngắn nhất (28 phút) và tỷ lệ nước tách ra thấp nhất (4%), trong khi màng dày 120 µm làm tăng thời gian cấp đông lên 40 phút và tỷ lệ nước tách ra lên 9%. Màng dày hơn làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm.

  4. Ảnh hưởng của độ dày miếng cá: Thời gian cấp đông tăng theo bậc hai với độ dày miếng cá, từ 20 phút ở 1,5 cm lên 60 phút ở 3,5 cm. Tỷ lệ nước tách ra sau rã đông tăng từ 3% lên 11%, cấu trúc mô tế bào bị phá vỡ nhiều hơn và màu sắc giảm độ sáng rõ rệt khi độ dày tăng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy nhiệt độ cấp đông và tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến thời gian cấp đông và chất lượng cá ngừ đại dương phi lê. Nhiệt độ thấp hơn giúp tăng hiệu suất truyền nhiệt, giảm kích thước tinh thể đá, giữ nguyên cấu trúc mô tế bào và giảm thất thoát nước sau rã đông. Tốc độ khuấy trộn tối ưu giúp duy trì sự đồng đều nhiệt độ trong chất tải lạnh, tăng tốc độ truyền nhiệt nhưng tránh gây tổn thương cơ học cho sản phẩm.

Độ dày màng bao gói PA và kích thước miếng cá cũng ảnh hưởng đáng kể đến quá trình cấp đông. Màng bao gói mỏng hơn giúp giảm trở nhiệt, tăng tốc độ cấp đông và giảm thất thoát nước. Miếng cá dày làm tăng thời gian cấp đông và tổn thương mô tế bào do nhiệt độ khó truyền sâu, dẫn đến chất lượng sản phẩm giảm.

So sánh với công nghệ IQF truyền thống, cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng với các thông số tối ưu cho thấy thời gian cấp đông ngắn hơn 20-30%, tỷ lệ nước tách ra giảm 40%, và chỉ số cảm quan QIM cải thiện rõ rệt. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thời gian cấp đông theo nhiệt độ và tốc độ khuấy, bảng so sánh tỷ lệ nước tách ra và điểm QIM giữa các nghiệm thức, cũng như hình ảnh mô tế bào dưới kính hiển vi.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng nhiệt độ cấp đông tối ưu -35°C: Để giảm thời gian cấp đông và nâng cao chất lượng sản phẩm, các cơ sở chế biến nên sử dụng chất tải lạnh lỏng hoạt động ổn định ở nhiệt độ âm sâu -35°C. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng để điều chỉnh thiết bị và quy trình.

  2. Tối ưu tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng ở 2400 vòng/phút: Đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ và tăng hiệu quả truyền nhiệt, đồng thời tránh tổn thương cơ học cho sản phẩm. Chủ thể thực hiện là nhà sản xuất thiết bị và nhà máy chế biến.

  3. Sử dụng màng bao gói PA có độ dày từ 80-90 µm: Giúp giảm trở nhiệt, tăng tốc độ cấp đông và giảm thất thoát nước sau rã đông. Các nhà cung cấp bao bì cần cung cấp sản phẩm phù hợp với tiêu chuẩn này.

  4. Kiểm soát kích thước miếng cá dưới 2,5 cm: Để đảm bảo thời gian cấp đông hợp lý và chất lượng mô tế bào tốt, các nhà chế biến nên điều chỉnh quy trình sơ chế phù hợp. Thời gian áp dụng trong 3 tháng đầu triển khai.

  5. Đào tạo và hướng dẫn kỹ thuật cho nhân viên vận hành: Đảm bảo hiểu và vận hành đúng quy trình cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng, theo dõi nhiệt độ và tốc độ khuấy trộn liên tục để duy trì chất lượng sản phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học về ảnh hưởng các yếu tố công nghệ đến chất lượng thủy sản cấp đông, làm tài liệu tham khảo cho các đề tài liên quan.

  2. Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu thủy sản: Áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm cá ngừ đông lạnh, giảm chi phí sản xuất và tăng sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

  3. Nhà sản xuất thiết bị cấp đông và bao bì thực phẩm: Tham khảo các thông số kỹ thuật tối ưu về nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn và vật liệu bao gói để thiết kế sản phẩm phù hợp với yêu cầu công nghiệp.

  4. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn, quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm thủy sản đông lạnh, đảm bảo an toàn và hài lòng người tiêu dùng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nhiệt độ cấp đông lại ảnh hưởng lớn đến chất lượng cá ngừ?
    Nhiệt độ cấp đông thấp giúp tạo ra các tinh thể đá nhỏ và đồng đều, giảm tổn thương mô tế bào, giữ được cấu trúc và độ tươi của cá. Ví dụ, cấp đông ở -35°C giảm thời gian cấp đông và tỷ lệ nước tách ra so với -23°C.

  2. Tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng có vai trò gì?
    Tốc độ khuấy trộn cao giúp phân bố nhiệt đồng đều, tăng hiệu quả truyền nhiệt, rút ngắn thời gian cấp đông. Tuy nhiên, tốc độ quá cao có thể gây tổn thương cơ học cho sản phẩm.

  3. Độ dày màng bao gói PA ảnh hưởng thế nào đến quá trình cấp đông?
    Màng bao gói càng dày thì trở nhiệt càng lớn, làm chậm quá trình cấp đông và tăng thất thoát nước sau rã đông. Màng PA từ 80-90 µm được khuyến nghị để tối ưu truyền nhiệt và bảo quản.

  4. Kích thước miếng cá có ảnh hưởng gì đến chất lượng sản phẩm?
    Miếng cá dày làm tăng thời gian cấp đông, tạo điều kiện cho tinh thể đá lớn hình thành, gây tổn thương mô tế bào và giảm chất lượng cảm quan.

  5. So sánh cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng và công nghệ IQF truyền thống?
    Cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng với nhiệt độ -35°C và tốc độ khuấy trộn tối ưu cho thời gian cấp đông ngắn hơn 20-30%, tỷ lệ nước tách ra giảm 40%, và chất lượng cảm quan cải thiện so với IQF ở -40°C.

Kết luận

  • Nhiệt độ cấp đông -35°C và tốc độ khuấy trộn 2400 vòng/phút là thông số tối ưu giúp giảm thời gian cấp đông và nâng cao chất lượng cá ngừ đại dương phi lê.
  • Màng bao gói PA có độ dày 80-90 µm và kích thước miếng cá dưới 2,5 cm giúp duy trì cấu trúc mô tế bào và giảm thất thoát nước sau rã đông.
  • Cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng điều chế từ ethanol có hiệu quả vượt trội so với công nghệ IQF truyền thống về thời gian và chất lượng sản phẩm.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để ứng dụng công nghệ cấp đông mới trong sản xuất cá ngừ đông lạnh, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm và giảm chi phí.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai ứng dụng quy mô công nghiệp, đào tạo nhân lực và phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao chất lượng sản phẩm cá ngừ đông lạnh và tăng sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế!