Đông kết thực phẩm không phải là giảm nhiệt đều đặn. Đường cong nhiệt độ—thời gian sẽ đi qua một đoạn gần như nằm ngang trong khoảng -1℃ đến -5℃, phần lớn nước tự do trong thực phẩm đóng băng trong đoạn này. Sự khác biệt giữa đông kết nhanh và đông kết thông thường không nằm ở điểm cuối có thể đạt thấp đến mức nào, mà ở chỗ đi qua đoạn nền này mất vài chục phút hay vài giờ — tinh thể băng lớn lên hay không kịp lớn lên trong khoảng thời gian này quyết định trực tiếp kết cấu và khả năng giữ dịch sau khi rã đông.
Đường cong đông kết chia ba đoạn, đoạn giữa là ranh giới phân chia
Thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu giảm xuống nhiệt độ bảo quản đông, đường cong nhiệt độ—thời gian chia ba đoạn:
| Giai đoạn | Khoảng nhiệt độ | Đặc điểm quá trình |
|---|---|---|
| Đoạn làm nguội trước | Nhiệt độ ban đầu → điểm đóng băng | Tỏa nhiệt hiện, giảm nhiệt tương đối nhanh. Điểm đóng băng của thực phẩm thấp hơn 0℃, thay đổi theo hàm lượng đường, axit, khoáng chất và keo |
| Đoạn đóng băng (dải tạo tinh thể băng lớn nhất) | Khoảng -1℃ ～ -5℃ | Nước đóng băng tỏa ra lượng lớn nhiệt ẩn, nhiệt độ giảm chậm rõ rệt, đường cong gần như nằm ngang |
| Đoạn làm lạnh sâu | -5℃ → nhiệt độ cuối đông kết | Phần nước còn lại tiếp tục đóng băng, nhiệt độ giảm trở lại |
Trong ba đoạn, đoạn giữa là nơi tập trung tỏa nhiệt, đường cong có xu hướng bằng phẳng. Để đánh giá một quy trình đông kết có nhanh hay không, ngành thường dùng “thời gian đi qua dải tạo tinh thể băng lớn nhất” để đo.
Dải tạo tinh thể băng lớn nhất: -1℃ đến -5℃
Khoa học thực phẩm xác định -1℃ đến -5℃ là dải tạo tinh thể băng lớn nhất, trong khoảng này gần 80% nước có thể đóng băng thành băng (Khoa học Trung Quốc · Bách khoa Khoa học). Tinh thể băng hình thành và lớn lên trong đoạn này, lớn đến mức nào phụ thuộc vào thời gian lưu lại.
Ý nghĩa của đông kết nhanh nằm ở đoạn này: đi qua trong thời gian ngắn, tinh thể băng không kịp lớn lên, trong tổ chức hình thành nhiều tinh thể nhỏ mịn, ít phá hoại cấu trúc tế bào; lưu lại lâu, nước ngoài tế bào đóng băng trước ngày càng cô đặc, nước trong tế bào thẩm thấu ra ngoài, cuối cùng kết thành tinh thể băng lớn ngoài tế bào, chèn ép và xuyên thủng thành tế bào. Khi rã đông phần dịch này không giữ được.
Tốc độ đông kết phân cấp như thế nào
Theo tốc độ di chuyển của mặt đông kết, đông kết chia ba cấp (tài liệu kỹ thuật đông kết nhanh nitơ lỏng Kunning Cryo):
| Loại | Tốc độ di chuyển mặt đông kết |
|---|---|
| Đông kết nhanh | ≥ 5～20 cm/giờ |
| Đông kết trung bình | ≥ 1～5 cm/giờ |
| Đông kết chậm | ≥ 0.1～1 cm/giờ |
“Đông kết nhanh” theo định nghĩa của công nghiệp thực phẩm yêu cầu đi qua dải tạo tinh thể băng lớn nhất trong 30 phút, nhiệt độ tâm giảm từ 0℃ xuống dưới -5℃, tinh thể băng hình thành có đường kính nhỏ hơn 100 μm, nhiệt độ tâm thành phẩm xuống dưới -18℃.
Phía thiết bị: tốc độ giảm nhiệt quyết định có tranh thủ được trong khoảng thời gian này hay không
Điểm sôi thường áp của nitơ lỏng là -196℃, thấp hơn nhiều so với môi chất lạnh thường dùng trong làm lạnh cơ khí, nitơ lỏng lại tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm để trao đổi nhiệt, tốc độ giảm nhiệt giai đoạn đầu là điều kiện phần cứng để thiết bị có thể nhanh chóng đi qua dải tinh thể băng.
| Model | Phương thức truyền nhiệt | Thông số giảm nhiệt chính |
|---|---|---|
| Tủ đông nhanh nitơ lỏng DKN-LFC-300 | Nitơ lỏng hóa khí ＋ tuần hoàn gió cưỡng bức | Giảm nhiệt không tải không thấp hơn 20℃/phút; tốc độ gió tuần hoàn có thể đạt 10 m/giây |
| Tủ đông nhanh nitơ lỏng DKN-LFC-600 | Như trên, ba quạt trục dài | Giảm nhiệt không tải không thấp hơn 20℃/phút |
| Tủ đông nhanh nitơ lỏng DKN-LFC-1200 (bốn vùng) | Nitơ lỏng hóa khí ＋ tuần hoàn phân vùng | Giảm nhiệt không tải ≤ 50℃/phút; bốn vùng có thể xếp riêng theo chủng loại |
| Tunnel đông nhanh nitơ lỏng DKN-LFT-1206 | Băng tải lưới, phun hai chiều trên dưới ＋ trường gió | Không tải khoảng 10℃/phút; chu kỳ truyền tải 6～30 phút điều chỉnh được; sản phẩm mỏng hơn có thể đông kết trong 1 phút |
| Máy làm lạnh nhanh kiểu ngâm DKN-RHV-2000L | Dịch đông tiếp xúc trực tiếp cấp thực phẩm | Nhiệt độ làm việc ≤ -35℃; nhiệt độ dịch đông có thể đến -50℃; tuần hoàn tunnel 20～100 phút điều chỉnh được |
Bảng trên là thông số công bố của các model. Giới hạn năng lực của tủ đông nhanh nitơ lỏng xem tủ đông nhanh nitơ lỏng, dây chuyền liên tục xem tunnel đông nhanh nitơ lỏng, hướng trao đổi nhiệt trực tiếp bằng chất lỏng xem máy làm lạnh nhanh kiểu ngâm.
Cần lưu ý một điều: thiết bị công bố là tốc độ giảm nhiệt không tải, không bằng tốc độ giảm nhiệt tâm sản phẩm. Sản phẩm càng dày, hàm lượng nước càng cao, thời gian đi qua dải tinh thể băng càng dài. Thiết bị có thể làm là cung cấp đủ điều kiện trao đổi nhiệt — nhiệt độ môi trường đủ thấp, trường gió có thể len vào khe khay, độ dày xếp lớp trải rộng.
Tốc độ đông kết và tổn hao khô
Trong quá trình đông kết, nước bề mặt thực phẩm sẽ thăng hoa hoặc bị luồng khí mang đi, tổn thất trọng lượng gọi là tổn hao khô. Kho đông nhanh truyền thống và thiết bị đông kết đông chậm, tỷ lệ tổn hao khô trong khoảng 3%～6%; tỷ lệ tổn hao khô của đông kết nhanh nitơ lỏng trong khoảng 0.25%～0.5% (tài liệu kỹ thuật đông kết nhanh nitơ lỏng Kunning Cryo). Sự khác biệt đến từ thời gian phơi nhiễm — bề mặt ở trong luồng khí nhiệt độ thấp càng ngắn, nước bị mang đi càng ít. Đối với các chủng loại có đơn giá cao, mục này ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ thành phẩm.
Làm thế nào xác định đông kết hoàn thành
Đông kết hoàn thành không nhìn thiết bị đã chạy bao lâu, mà nhìn nhiệt độ tâm nhiệt của thực phẩm. Tâm nhiệt là vị trí đóng băng cuối cùng trong quá trình đông kết, thực phẩm hình dạng đều thường ở tâm hình học. Thông lệ ngành lấy tâm nhiệt đạt nhiệt độ mục tiêu làm điểm kết thúc đông kết, thịt thường yêu cầu nhiệt độ tâm đến -15℃; nhiệt độ bảo quản đông thường đặt ở -18℃ đến -25℃.
Phía thiết bị tương ứng là đo nhiệt và ghi chép. Lấy dòng DKN-LFC làm ví dụ, sử dụng đo nhiệt điện trở bạch kim, phạm vi 200℃～-200℃, một chính điều khiển một giám sát; dây tunnel đặt dừng khẩn ở đầu vào liệu, đầu ra liệu và tủ điện, đồng thời trang bị phát hiện nồng độ oxy, sau khi chương trình kết thúc tự động báo động ngắt điện. Dữ liệu có truy xuất được hay không quyết định khi đổi chủng loại có thể xem lại thông số lô trước hay không.
Câu hỏi thường gặp
“Đoạn nền” trên đường cong đông kết nghĩa là gì?
Đoạn nền chỉ đoạn nhiệt độ gần như không đổi trong quá trình giảm nhiệt. Nước kết thành băng phải tỏa nhiệt ẩn, phần nhiệt này không tản đi thì nhiệt độ không xuống được, đường cong có xu hướng bằng phẳng trong khoảng -1℃ đến -5℃. Đoạn nền lưu càng lâu, chứng tỏ đi qua dải tinh thể băng càng chậm.
Nhiệt độ thiết bị đông kết nhanh đặt càng thấp càng tốt phải không?
Không phải. Kích thước tinh thể băng do tốc độ đi qua dải tạo tinh thể băng lớn nhất quyết định, không do nhiệt độ điểm cuối quyết định. Nhiệt độ thiết bị đặt quá thấp, với sản phẩm mỏng sẽ đông kết quá mức, tăng tiêu thụ nitơ lỏng; với sản phẩm dày, thời gian tâm đi qua dải bị giới hạn bởi độ dày, nhiệt độ môi trường thấp hơn nữa cũng không nhanh hơn được bao nhiêu. Thông số phải hiệu chuẩn theo loại sản phẩm và độ dày.
Cùng đông đến -18℃, tại sao sau khi rã đông khác biệt rất lớn?
-18℃ là nhiệt độ bảo quản đông, không phải tốc độ đông kết. Dùng vài giờ giảm từ từ và dùng vài chục phút đi qua nhanh, cuối cùng đều có thể đến -18℃, nhưng kích thước tinh thể băng khác nhau: đông chậm hình thành tinh thể băng lớn, xuyên thủng tế bào, khi rã đông dịch chảy ra; đông nhanh hình thành tinh thể băng mịn đều, tổ chức cơ bản giữ được.
Đánh giá đông kết hoàn thành nên nhìn vào gì?
Nhìn nhiệt độ tâm nhiệt của thực phẩm, không nhìn thời gian chạy thiết bị. Tâm nhiệt là vị trí đóng băng cuối cùng trong quá trình đông kết, thực phẩm hình dạng đều thường ở tâm hình học. Thịt thường yêu cầu nhiệt độ tâm đến -15℃, nhiệt độ bảo quản đông lại đặt xuống dưới -18℃.
Sản phẩm mỏng và sản phẩm dày có thể dùng cùng một bộ thông số không?
Không thể. Sản phẩm dạng lát mỏng, hạt nhỏ có thể đông kết trong 1 phút; thời gian tâm sản phẩm dày đi qua dải tăng theo độ dày, tốc độ băng tải lưới, độ dày xếp lớp đều phải hiệu chuẩn lại. Trước khi đổi chủng loại lên dây chuyền nên hiệu chuẩn lô nhỏ trước, ghi thông số vào hướng dẫn công việc.
Để xác nhận quy trình đông kết theo loại sản phẩm và độ dày, có thể gửi loại nguyên liệu, độ dày đơn chiếc, nhiệt độ nhập liệu và nhiệt độ tâm mục tiêu, chúng tôi đưa ra một bộ thông số theo điều kiện thực tế: Liên hệ Kunning Cryo
Phân cấp tốc độ đông kết và tỷ lệ tổn hao khô trong bài trích từ tài liệu kỹ thuật đông kết nhanh nitơ lỏng Kunning Cryo; khoảng nhiệt độ dải tạo tinh thể băng lớn nhất và tỷ lệ nước đóng băng trích từ Khoa học Trung Quốc · Bách khoa Khoa học, giải thích cơ chế là kiến thức thông thường về quy trình đông kết.