CÔNG NGHỆ LẠNH ĐÔNG
Quá trình lạnh đông sản phẩm là quá trình làm giảm nhiệt độ sản phẩm dưới nhiệt độ kết tinh (tkt) của ẩm trong sản phẩm, làm cho nước trong sản phẩm kết tinh (đông đá), hay nước từ pha lỏng chuyển sang pha rắn. Nhiệt độ kết tinh của nước nguyên chất là Tkt = 0oC, còn nước trong sản phẩm dưới Tkt ( < Tkt = 0oC), thường từ Tkt = -0,5oC đến -2,5oC từ thuộc vào loại sản phẩm, là do chúng không phải nguyên chất mà ở dạng dung dịch (trong dịch bào), ở dạng liên kết với cấu trúc hữu cơ của sản phẩm ở các dạng cơ, hóa, lý.
Quá trình này nhiệt độ bề mặt giảm xuống trước, nhiệt độ tâm giảm xuống sau, lý do là do bề mặt sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với môi trường có nhiệt độ thấp, đó là nhiệt độ môi trường lạnh đông.
Đối với, công nghệ lạnh đông dùng để bảo quản yêu cầu ẩm trong sản phẩm kết tinh trên 86%, khi đó làm mất môi trường sống của vi sinh vật, đồng thời ẩm trong vi sinh vật cũng bị kết tinh, giãn nở thế tích dẫn đến làm rách màng tế bào, phá vỡ cấu trúc vi sinh vật, làm vi sinh vật bị giết chết. Vì thế, sản phẩm lạnh đông sẽ kéo dài được thời gian bảo quản.
Khác với lạnh đông để bảo quản, lạnh đông (giai đoạn 1) dùng để sấy thăng hoa, yêu cầu lượng toàn bộ ẩm trong sản phẩm phải được kết tinh hoàn toàn (ω(TFopt) = 1 hay 100%), tại nhiệt độ lạnh đông của sản phẩm để ẩm kết tinh hoàn toàn được gọi là nhiệt độ lạnh đông thích hợp (TFopt). Nếu lượng ẩm kết tinh ít (dưới 100%), dẫn đến thời gian sấy thăng hoa bị rút ngắn, thời gian sấy chân không nhiệt độ thấp sẽ kéo dài và tiêu tốn nhiều năng lượng, đồng thời làm cho sản phẩm bị co rút và nứt nẻ bề mặt, không tạo được độ xốp, sản phẩm bị biến tính và khó hoàn nguyên trở lại, chất lượng sản phẩm giảm. Như vậy, dễ dàng thấy rằng, quá trình lạnh đông sản phẩm dùng để sấy thăng hoa là giai đoạn rất quan trọng nó quyết định đến chất lượng và chi phí năng lượng của sản phẩm sau lạnh đông và sau khi sấy thăng hoa.
Về mặt lý thuyết khi nhiệt độ tâm sản phẩm đạt tới nhiệt độ kết tinh của ẩm trong sản phẩm là Tkt thì nước sẽ kết tinh hoàn toàn. Tuy nhiên, thực tế không phải là như vậy, vì nước trong sản phẩm không phải là nguyên chất mà ở dạng dung dịch, khi kết tinh nước sẽ tách ra làm nông độ dung dịch tăng dẫn đến nhiệt độ kết tinh giảm. Vì thế, khi nhiệt độ tâm của sản phẩm Tkt = (-10 đến -28)oC thì nước mới kết tinh hoàn toàn (tùy thuộc vào từng loại sản phẩm)
Bảng 1. Nhiệt độ kết tinh của một số vật liệu đã được nghiên cứu & công bố
Chú ý: Ở những vùng vật liệu khác nhau thì số liệu này cũng có thể bị thay đổi.
TẠI SAO PHẢI XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LẠNH ĐÔNG TỐI ƯU?
Xưa này cứ nghĩ thăng hoa là đưa sản phẩm vào cấp đông sau đó đưa sản phẩm vào môi trường chân không dưới điểm ba thể O(0,00980C; 4,58mmHg) để sấy thăng hoa là xong, cứ thấy người ta sấy thăng hoa là mình bắt chước sấy thăng hoa mà không biết lạnh đông tới nhiệt độ nào là đạt để sấy thăng hoa?
Nếu nhiệt độ lạnh đông của sản phẩm chưa đạt tới nhiệt độ lạnh đông thích hợp thì nước trong sản phẩm không kết tinh hết, khi sấy thăng hoa thì phần nước kết tinh sẽ được thăng hoa, phần nước chưa kết tinh phải sấy chân không nhiệt độ thấp, dẫn đến ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm & chi phí năng lượng.
Nếu nhiệt độ lạnh đông của sản phẩm đạt tới nhiệt độ âm sâu dưới nhiệt độ lạnh đông thích hợp thì nước trong sản phẩm sẽ kết tinh hết hoàn toàn, nhưng làm chi phí năng lượng cho quá trình lạnh đông tăng, dẫn đến giá thành sản phẩm tăng gây khó khăn cho quá trình thương mại.
Vì thế, việc xác định nhiệt độ lạnh đông sản phẩm thích hợp (tối ưu) để nước trong sản phẩm bắt đầu kết tinh hoàn toàn (ω(TFopt) = 1 hay 100%) là vô cùng quan trọng. Để khi tiến hành lạnh đông dừng hệ thống lạnh đúng lúc tiết kiệm được năng lượng, quyết định đến chất lượng sản phẩm sau khi sấy thăng hoa.
