Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động

Lắp chặt:

Trong chế tạo máy có nhiều chi tiết đòi hỏi phải được lắp chặt vào nhau với một độ chặt lớn. Đối với các chi tiết này không thể sử dụng các biện pháp gá lắp bình thường. Ví dụ trường hợp lắp chân van vào thân máy của các động cơ ôtô. Trong trường hợp này người ta làm lạnh chân van xuống -80^oC đến -180^oC, đường kính chân van thu nhỏ lại người ta dễ dàng lắp vào thân máy. Khi nhiệt độ trở lại bình thường, chân van nở ra và ép chặt vào thân máy tạo nên mối liên kết rất chắc chắn. Trong trường hợp lắp ghép theo phương pháp này phải tính toán rất kỹ lưỡng dung sai khi lắp đặt. Dung sai tuỳ thuộc vào kích thước, đặc điểm chi tiết và vật liệu sử dụng.

Thay đổi cấu trúc tế vi

Bằng cách làm lạnh người ta nhận thấy có thể làm thay đổi cấu trúc của một số vật liệu chế tạo máy, theo hướng tích cực. Ví dụ như trong thép đã tôi còn sót lại một ít austenit, khi nhúng thép vào môi trường lạnh -80^oC trong khoảng từ 5 đến 10 phút, austenit có thể chuyển hoá thành martensit làm cho thép cứng hơn. Gia công lạnh sau khi tôi không những làm cho thép cứng hơn mà còn tăng độ rắn, khả năng chống mài mòn, độ đàn hồi, tăng tuổi thọ và ổn định kích thước chi tiết máy.

Một ví dụ cụ thể về trường hợp gia công các bơm piston tại Mỹ. Piston được chế tạo bằng thép SAE25.100, sau một thời gian làm việc ở những môi trường khí hậu khác nhau khoảng 2 tháng thì xảy ra hiện tượng kết dính là vì ostensit dư chuyển biến tiếp tục đã làm tăng kích thước và thể tích của piston. Nếu sau khi gia công xong thêm khâu gia công lạnh vào quá trình nhiệt luyện thì hiện tượng đó sẽ được khắc phục.

Về gia công lạnh để tăng tính đàn hồi, độ rắn, tính chống mài mòn đã được các nhà khoa học Anh, Mỹ kết luận từ năm 1914. Bảng 1-7 dưới đây cho thấy khi gia công lạnh thép có 0,8%C, 8%Ni, 4%Cr, 1%V ở các nhiệt độ khác nhau thì độ đàn hồi E tăng lên đáng kể.

Bảng 1-7: Độ đàn hồi khi gia công ở các nhiệt độ khác nhau

Độ cứng HRc của thép cũng được tăng khi gia công lạnh nhờ đó làm tăng khả năng chống mài mòn của chi tiết.

Bảng 1-8 dưới đây cho thấy rõ điều đó.

Nhiều số liệu từ sản xuất cho biết trong gia công vỏ đạn bằng mũi đột sâu thì dùng mũi đột bằng thép gió, thép crôm cao, các bon cao hay thép cac bon thường đã qua nhiệt luyện thì sau khoảng 30000 sản phẩm chúng đều bị vỡ. Nhưng nếu dùng thép thường sau nhiệt luyện có gia công lạnh thì tuổi thọ có thể tăng 10 lần.

Bảng 1-8: Độ rắn của thép ở các nhiệt độ gia công khác nhau

Đối với thép crôm đã tôi, khi làm lạnh xuống -80^oC, cấu trúc tế vi của thép sẽ được cũng cố. Vì martensit có khối lượng riêng nhỏ hơn nên thể tích riêng lớn hơn austenit, nên nếu quá trình biến đổi chậm, thể tích tăng dần sẽ ảnh hưởng xấu đến các chi tiết máy chính xác. Quá trình “lão hoá” nhân tạo ở nhiệt độ thấp sẽ ổn định thể tích của thép.

Gang austenit được sản xuất và sử dụng rộng rãi tuy cơ tính của nó kém hơn nhiều so với thép cán hoặc rèn. Tuy nhiên có thể cải thiện cơ tính của chúng rất nhiều nếu được xử lý lạnh ở -80^oC trong hỗn hợp cồn và đá khô. Sau đó chúng được nung nóng đến nhiệt độ 700^oC để biến đổi các martensit niken trở lại austenit. Các martensit niken không mong muốn này được hình thành trong quá trình xử lý lạnh. Qua quá trình xử lý trên, độ bền kéo tăng lên đến 2000 bar.

Lạnh thâm độ được dùng để làm lạnh cho ổn định kích thước của nhiều tấm gang, tấm kim loại màu trong chế tạo vỏ, thân của các thiết bị chính xác. Làm lạnh thâm độ còn được ứng dụng để lắp ráp các cơ cấu chính xác.

Gia công phôi

Trong quá trình gia công phôi, phần lớn cơ năng đưa vào biến thành nhiệt năng, làm cho nhiệt độ dao cắt tăng cao. Bằng cách gắn các cặp nhiệt ở đầu mũi dao và các vị trí khác nhau, người ta có thể đo được sự phân bố nhiệt độ trên bề mặt tiếp xúc của dao cắt. Đối với quá trình tiện thép vòng bi nhiệt độ đầu cắt có thể lên tới 800^oC. Do nhiệt độ cao, cơ tính của dao cắt giảm. Để tăng độ bền của dao và thời gian sử dụng cần phải làm lạnh dao xuống nhiệt độ thích hợp. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, tuổi thọ dao tỷ lệ nghịch với bình phương nhiệt độ. Vì vậy khi giảm nhiệt độ xuống thời gian làm việc và tuổi thọ của dao tăng đáng kể.

Để làm lạnh dao, người ta sử dụng dung dịch dầu cắt hoặc nhũ tương đã được làm lạnh xuống 2 đến 4^oC rót trực tiếp vào vị trí cắt.

Các loại thép không rỉ austenit có hệ số dẫn nhiệt nhỏ, do đó nhiệt độ ở các dao cắt còn tăng cao hơn nữa. Trong trường hợp này người ta thường sử dụng CO₂ lỏng để làm lạnh. Phương pháp làm lạnh có thể thực hiện từ bên trong. Thanh thép tiện được bố trí một lổ ở phía trong đến đúng vị trí tấm dao cắt volframcacbit để CO₂ lỏng chảy đến đây và bay hơi làm lạnh dao. Hơi CO₂ thoát ra qua một lổ nhỏ.

Trong công nghiệp chế tạo máy bay người ta sử dụng rất nhiều tấm kiểu sandwich hai bên là hai tấm kim loại rất mỏng, dễ bị uốn cong và biến dạng. Một giải pháp hiệu quả là cho đầy nước vào các ngăn sau đó làm lạnh kết đông đá. Khi đó có thể gia công cơ khí như là một khối liền. Sau khi gia công xong chỉ cần làm tan băng đổ nước ra và dùng khí nén thổi sạch nước còn sót lại trong tấm sandwich.

Các dụng cụ mỏng và dẹt rất khó kẹp lên máy công cụ. Có thể sử dụng phương pháp sau: Làm lạnh các tấm kẹp phẳng bằng chất tải lạnh hoặc môi chất lạnh sôi xuống -30^oC sau đó nhúng dụng cụ vào nước và đặt lên tấm kẹp phẳng. Nước đóng lại và cố định dụng cụ vào tấm kẹp một cách rất chắc chắn. Có thể áp dụng phương pháp này cả đối với các dụng cụ phi kim loại.

Điện cực hàn

Điện cực của máy hàn điểm thường được làm mát bằng nước hoặc chất tải lạnh glycol. Nước hoặc glycol được bơm vào trong điện cực rỗng. Tuổi thọ của điện cực có thể tăng lên gấp ba lần nếu được làm lạnh bằng CO₂ lỏng. Để cấp lỏng cho điện cực phải sử dụng một bơm CO₂ lỏng đặc biệt.

Xử lý bề mặt bằng điện hoá

Trong việc xử lý bề mặt nhôm để tạo một lớp ôxit dày, chất điện phân phải có nhiệt độ từ 21 đến 26,5^oC. Nhiệt toả ra do dòng điện phân trung bình khoảng 35 W/cm² diện tích bề mặt liên tục phải được thải ra môi trường bên ngoài. Việc làm lạnh chất điện phân có chứa axit sunfuric được thực hiện nhờ các ống làm lạnh bằng chì. Nước lạnh tuần hoàn trong ống có nhiệt độ khoảng 5^oC nhờ một máy lạnh.

Cả trong quá trình mạ kim loại, tuỳ theo từng loại chất điện phân mà nhiệt độ bề mặt phải giữ ở nhiệt độ không đổi từ 20 đến 60^oC. Từ các bề mặt zyanid ví dụ như mạ đồng hoặc cadmi cần định kỳ loại bỏ cacbonat natri. Để loại bỏ cacbonat natri ngườ ta sử dụng phương pháp kết tinh chậm dung dịch ở nhiệt độ khoảng -4^oC. Cần thiết phải kết tinh chậm để tinh thể hình thành có kích thước lớn, dễ loại bỏ khỏi dung dịch. Để làm lạnh các chất điện phân có tính ăn mòn cao người ta sử dụng nhiều loại vật liệu đặc biệt trong đó có ống chất dẻo flo.

Đối với việc đánh bóng kim loại bằng chất điện phân, người ta cố gắng đạt được bề mặt có độ phẳng cao và có khả năng phản chiếu lớn. Để tiến hành đánh bóng, người ta nhúng sản phẩm cần đánh bóng vào bên cạnh một điện cực trong bể chất điện phân và nối vào nguồn điện 1 chiều, trong đó sản phẩm cần đánh bóng là cực anốt. Các thử nghiệm cho thấy, nhiệt độ chất điện phân vào khoảng -30^oC sẽ cho hiệu quả đánh bóng cao nhất. Nhiệt độ càng cao, hiệu quả đánh bóng càng phụ thuộc vào sự ổn định của điện thế. Do đó cần duy trì ổn định nhiệt độ chất điện phân ở nhiệt độ thấp là rất cần thiết. Tốc độ đánh bóng phụ thuộc không những nhiệt độ của bể mà còn phụ thuộc vào loại chất điện phân sử dụng. Chất điện phân trên cơ sở cồn mêtyl cho tốc độ đánh bóng cao nhất.

Thử nghiệm thiết bị giao thông

Nhiều thiết bị giao thông đòi hỏi tiến hành thử nghiệm trong các phòng đặc biệt với các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm có thể thay đổi theo yêu cầu thử nghiệm.

Ví dụ như phòng thí nghiệm toa tàu hỏa.

Nhiệt độ của phòng thử nghiệm phải tương ứng với điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất bên ngoài trời ở Việt Nam là 0 đến +60^oC và cho các tàu quốc tế từ -40 đến +50^oC. Ngoài ra trong phòng còn có thể tạo ra các điều kiện mưa gió để thử nghiệm độ kín và khả năng hoạt động của các cửa sổ, cửa ra vào và các thiết bị khác trên tàu trong mọi điều kiện thời tiết. Đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao bên ngoài phải thử nghiệm tình trạng hoạt động của hệ thống lạnh, điều hoà trên tàu.

Các thử nghiệm các phương tiện giao thông khác trên bộ bao gồm thử nghiệm tính chất khí động ở tốc độ cao, các đặc tính của động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao nhất và thấp nhất ngoài trời. Nhiệt độ phòng có thể điều chỉnh giữa +70^oC và -50^oC, tốc độ không khí đạt 200 km/h (ngang tốc độ ôtô). Phòng thử nghiệm cần có hệ thống làm lạnh công suất lớn, nhằm thải nhiệt qua kết cấu bao che, nhiệt do động cơ ôtô gây ra và nhiệt do quạt tuần hoàn gió tỏa ra. Để tạo ra lưu lượng không khí lớn tuần hoàn với tốc độ lớn cần có quạt công suất rất lớn nên nhiệt thải ra từ động cơ quạt rất cao. Công suất quạt có thể lên tới vài ngàn kW.

Để tuần hoàn không khí người ta sử dụng quạt trục vít, đường kính đạt đến 10m hoặc lớn hơn. Trở lực dòng chảy không vượt quá 25mbar. Đối với các ôtô lạnh cần phải nghiên cứu sự truyền nhiệt qua vách cách nhiệt và các cửa cách nhiệt ở các tốc độ khác nhau và nhiệt độ khác nhau.

Đối với việc thiết kế, chế tạo máy bay việc thử nghiệm các tải cơ và nhiệt hoặc tải động và tĩnh là rất cần thiết. Máy bay đặc biệt máy bay siêu âm chịu tải nhiệt rất lớn bởi vì nhiệt độ bề mặt máy bay thay đổi rất nhanh. Khi cất cánh giả sử máy bay có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường là 30^oC, nhưng chỉ sau vài phút nhiệt độ bề mặt do ma sát với không khí có thể lên tới 150^oC. Khi hạ cánh nhiệt độ thay đổi ngược lại. Bởi vì nhiệt độ trong máy bay thay đổi chậm, thậm chí không thay đổi do được điều hoà không khí, hiệu nhiệt độ lớn đó tạo ra các ứng lực thay đổi. Các ứng lực này là nguyên nhân gây ra hiện tượng mỏi của vật liệu chế tạo. Đối với máy bay vận tải dân dụng tuổi thọ đòi hỏi cao hơn nhiều so với máy bay quân sự.

Để thử nghiệm sự vận hành của máy bay Concorde Anh và Pháp đã xây dựng một phòng thử nghiệm thay đổi nhiệt độ. Ở đây có thể tiến hành cả thí nghiệm cơ học và nhiệt học trong đó nhiệt độ không khí có thể điều chỉnh từ 150^oC đến -35^oC. Thiết bị lạnh bao gồm một phần là máy nén piston, công suất 3.800 kW ở nhiệt độ bay hơi -1^oC và nhiệt độ ngưng tụ +35^oC, một phần là máy nén ly tâm với công suất lạnh 4.200 kW ở nhiệt độ bay hơi -62^oC trong đó amôniắc là môi chất lạnh đồng thời là chất tích lạnh. Để làm nóng nhanh không khí người ta sử dụng một calorife cho nước nóng 180^oC chảy qua.

Các vệ tinh nhân tạo bay trên quỹ đạo cũng chịu tác động rất lớn của nhiệt độ. Ban đêm, nhiệt độ xuống -170^oC và ban ngày nhiệt độ lên tới 100^oC. Để thử nghiệm khả năng chịu nhiệt độ thay đổi của vệ tinh người ta xây dựng phòng thử nghiệm vũ trụ, trong đó các điều kiện làm việc của vệ tinh được mô phỏng. Do yêu cầu chân không cao trong phòng thí nghiệm nên không có thành phần đối lưu và dẫn nhiệt. Việc nâng và hạ nhiệt độ vệ tinh được thực hiện bằng bức xạ nhiệt.

Động cơ và các dụng cụ

Rất nhiều thiết bị kỹ thuật muốn đưa ra sản xuất hàng loạt, các nhà sản xuất cần phải tiến hành thử nghiệm trong những điều kiện khí hậu khắc nhiệt nhất mà thiết bị có thể chịu đựng trên thực tế. Muốn vậy cần có hệ thống làm lạnh và sưởi để có thể thay đổi nhiệt độ phòng một cách tuỳ ý theo các điều kiện thử nghiệm

- Để thử nghiệm các động cơ ôtô và đặc biệt động cơ máy bay làm việc trong các điều kiện khác nhau người ta xây dựng các phòng thử nghiệm mô phỏng điều kiện khí hậu thực tế mà ôtô có khả năng phải chịu đựng trên thực tế. Phòng thử nghiệm này có khoảng nhiệt độ có thể thay đổi trong khoảng từ -50^oC đến 70^oC tương đương nhiệt độ vùng Bắc cực hay trên sa mạc và ở áp suất khác nhau.

Đối với ôtô áp suất thay đổi không đáng kể có thể bỏ qua.

Đối với động cơ máy bay áp suất làm việc thay đổi đáng kể, tuỳ thuộc vào độ cao. Ở độ cao ngang mực nước biển áp suất khí quyển là 760mmHg, ở độ cao 20 km áp suất chỉ còn 41mmHg, ở độ cao 25km áp suất 19mmHg.

- Trong phòng thí nghiệm quang học và cơ khí chính xác cần mô phỏng các điều kiện khí hậu ở đó chúng sẽ làm việc. Nhiệt độ có thể điều chỉnh trong khoảng từ -65^oC đến +80^oC và có thể điều chỉnh bằng chương trình. Ở phạm vi nhiệt độ trên 0^oC độ ẩm tương đối phải điều chỉnh được từ 40% đến 100%.

- Các dụng cụ ngắt điện đặc biệt cho điện cao thế cũng cần thử nghiệm ngay ở nơi sản xuất với các điều kiện nhiệt độ từ -50^oC đến 50^oC kể cả trong điều kiện bị đóng băng. Tổn thất điện hoá của các đường dây cao thế cũng cần được nghiên cứu và thử nghiệm.

Công nghệ lai tạo giống thực vật

Trong kỹ thuật sinh học lai tạo giống phục vụ ngành nông, lâm nghiệp, yêu cầu thực tế đặt ra là cần lai tạo ra những giống cây có khả năng chịu đựng điều kiện khí hậu khắc nghiệt để có thể gieo trồng ở những vùng khí hậu nhất định. Có những giống đòi hỏi chịu đựng nhiệt độ cao, không khí khô hạn, có giống đòi hỏi phải chịu đựng khí hậu lạnh, ẩm ướt.

Ở một số viện nghiên cứu và lai tạo giống thực vật người ta đã xây dựng các phòng thử nghiệm, đó là các nhà kính ở trong đó người ta trồng các loài thực vật thử nghiệm, nhiệt độ không khí có thể điều chỉnh được. Những phòng thí nghiệm đó người ta gọi là phytotron. Các thông số khí hậu có thể điều chỉnh được trong các phòng này là nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO₂, cường độ chiếu sáng vv... Điều kiện chiếu sáng được mô phỏng như ngày và đêm.

Ngũ cốc và thực vật

Nhiều loại ngũ cốc vào dịp đông xuân trong quá trình phát triển đòi hỏi một thời kỳ giá lạnh ngay sau khi nảy mầm. Tuy nhiên nếu bị đóng băng hoặc đợt giá lạnh khắc nghiệt thì mầm có thể bị chết. Để tránh thời tiết bất lợi có thể làm thiệt hại mùa màng có thể xử lý lạnh nhân tạo. Quá trình xử lý lạnh nhân tạo phải tuỳ thuộc vào giống và loại ngũ cốc. Có những loại không cần xử lý lạnh.

Bằng cách xử lý lạnh của giống hoa tuylip người ta có thể làm cho hoa nở sớm hơn. Hiệu quả cũng tuỳ thuộc vào loài và giống hoa. Đối với một số loài hoa khác việc xử lý lạnh được coi là nhân tố thúc đẩy sự phát triển của hoa.

Các gốc hồng nếu được bảo quản ở 0 đến 0,5^oC và độ ẩm 98% sẽ có giấc ngủ đông và không bị sương giá làm hỏng. Các nhánh cẩm chướng tách từ gốc mẹ có thể bảo quản trong cactông hơn 6 tháng ở nhiệt độ 0,5^oC.

Bảo quản hoa

Hoa cắt được chia làm ba giai đoạn:

Giai đoạn phát triển trên gốc hoa mẹ.

Giai đoạn vận chuyển và đem bán.

Giai đoạn cắm hoa ở trong nhà của khách hàng.

Giai đoạn b) tiến hành trong thời gian càng ngắn càng tốt và bảo quản trong điều kiện để các nụ hoa không được nở ra. Thời gian cắt thích hợp rất quan trọng đối với vấn đề trên.

Ở nhiệt độ càng thấp cường độ thở của hoa càng giảm và thời gian hoa tươi càng dài. Đối với rất nhiều giống hoa có nhiệt độ giới hạn nếu bảo quản dưới nhiệt độ đó khi lấy ra khỏi buồng lạnh hoa không thể nở được nữa. Ví dụ hoa phong lan không thể bảo quản dưới 7đến10^oC, ngược lại hoa tím có thể bảo quản đến 3^oC và hoa hồng từ 0đến1^oC. Bảo quản hoa thuỷ tiên và hoa cẩm chướng ở 1 đến 2^oC là tốt nhất và thời gian bảo quản khoảng 10 ngày.

Hoa vùng California của Mỹ tỏ ta thích hợp nhất với nhiệt độ từ 0,5 đến 4^oC. Đáng lưu ý là thời gian vận chuyển trên máy bay không chiếm quá 30% thời gian từ nơi trồng hoa phía Tây đến chợ hoa ở phía Đông nước Mỹ. Trên máy bay hoa được bảo quản ở nhiệt độ 10 đến 21^oC. Tuy nhiên đây là các kết quả thử nghiệm của nước ngoài, các số liệu này có thể chưa chắc đã phù hợp ở Việt Nam vì các điều kiện khí hậu, đất đai, thổ nhưỡng, chăm sóc, loài hoa có khác nhau.

Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với thực phẩm

Năm 1745 nhà bác học Nga Lômônôxốp trong một luận án nổi tiếng “Bàn về nguyên nhân của nóng và lạnh“ đã cho rằng: Những quá trình sống và thối rửa diễn ra nhanh hơn do nhiệt độ cao và kìm hãm chậm lại do nhiệt độ thấp.

Thật vậy, biến đổi của thực phẩm tăng nhanh ở nhiệt độ 40đến50^oC vì ở nhiệt độ này rất thích hợp cho hoạt hoá của men phân giải (enzim) của bản thân thực phẩm và vi sinh vật.

Ở nhiệt độ thấp các phản ứng hoá sinh trong thực phẩm bị ức chế. Trong phạm vi nhiệt độ bình thường cứ giảm 10^oC thì tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần.

Nhiệt độ thấp tác dụng đến hoạt động của các men phân giải nhưng không tiêu diệt được chúng. Nhiệt độ xuống dưới 0^oC, phần lớn hoạt động của enzim bị đình chỉ. Tuy nhiên một số men như lipaza, trypsin, catalaza ở nhiệt độ -191^oC cũng không bị phá huỷ. Nhiệt độ càng thấp khả năng phân giải giảm, ví dụ men lipaza phân giải mỡ.

Khi nhiệt độ giảm thì hoạt động sống của tế bào giảm là do:

- Cấu trúc tế bào bị co rút

- Độ nhớt dịch tế bào tăng

- Sự khuyếch tán nước và các chất tan của tế bào giảm.

- Hoạt tính của enzim có trong tế bào giảm.

Bảng 1-1: Khả năng phân giải phụ thuộc nhiệt độ

Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống có thể độc lập với cơ thể sống. Vì vậy khả năng chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết khi nước trong nó chưa đóng băng.

Tế bào động vật có cấu trúc và hoạt động sống phức tạp, gắn liền với cơ thể sống. Vì vậy khả năng chịu lạnh kém hơn. Đa số tế bào động vật chết khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4^oC so với thân nhiệt bình thường của nó. Tế bào động vật chết là do chủ yếu độ nhớt tăng và sự phân lớp của các chất tan trong cơ thể.

Một số loài động vật có khả năng tự điều chỉnh hoạt động sống khi nhiệt độ giảm, cơ thể giảm các hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thường của điều kiện môi trường trong một khoảng thời gian nhất định. Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống của chúng phục hồi, điều này được ứng dụng trong vận chuyển động vật đặc biệt là thuỷ sản ở dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt và giảm chi phí vận chuyển.

* Ảnh hưởng của lạnh đối với vi sinh vật.

- Khả năng chịu lạnh của mỗi loài vi sinh vật có khác nhau. Một số loài chết ở nhiệt độ 20đến0^oC. Tuy nhiên một số khác chịu ở nhiệt độ thấp hơn.

Khi nhiệt độ hạ xuống thấp nước trong tế bào vi sinh vật đông đặc làm vỡ màng tế bào sinh vật. Mặt khác nhiệt độ thấp, nước đóng băng làm mất môi trường khuyếch tán chất tan, gây biến tính của nước làm cho vi sinh vật chết.

Trong tự nhiên có 3 loại vi sinh vật thường phát triển theo chế độ nhiệt riêng

Bảng 1-2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi sinh vật

Nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, nhưng ở nhiệt độ -10^oC hầu hết ngừng hoạt động ngoài trừ các loài Mucor, Rhizopus, Penicellium. Để ngăn ngừa mốc phải duy trì nhiệt độ dưới -15^oC. Các loài nấm có thể sống ở nơi khan nước nhưng tối thiểu phải đạt 15%. Ở nhiệt độ -18^oC, 86% lượng nước đóng băng, còn lại 14% không đủ cho vi sinh vật phát triển.

Vì vậy để bảo quản thực phẩm lâu dài cần duy trì nhiệt độ kho lạnh ít nhất -18^oC.

Để bảo quả thực phẩm người ta có thể thực hiện nhiều cách như: Phơi, sấy khô, đóng hộp và bảo quản lạnh. Tuy nhiên phương pháp bảo quả lạnh tỏ ra có ưu điểm nổi bật vì:

- Hầu hết thực phẩm, nông sản đều thích hợp đối với phương pháp này.

- Việc thực hiện bảo quản nhanh chóng và rất hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ của nhiều loại thực phẩm nông sản.

- Bảo tồn tối đa các thuộc tính tự nhiên của thực phẩm, giữ gìn được hương vị, màu sắc, các vi lượng và dinh dưỡng trong thực phẩm.

Các chế độ xử lý lạnh thực phẩm

Thực phẩm trước khi được đưa vào các kho lạnh bảo quản, cần được tiến hành xử lý lạnh để hạ nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu sau khi đánh bắt, giết mổ xuống nhiệt độ bảo quản.

Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm là xử lý lạnh và xử lý lạnh đông

Xử lý lạnh là làm lạnh các sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu. Nhiệt độ bảo quản này phải nằm trên điểm đóng băng của sản phẩm. Đặc điểm là sau khi xử lý lạnh, sản phẩm còn mềm, chưa bị hóa cứng do đóng băng.

Xử lý lạnh đông là kết đông (làm lạnh đông) các sản phẩm. Sản phẩm hoàn toàn hóa cứng do hầu hết nước và dịch trong sản phẩm đã đóng thành băng. Nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -8⁰C, nhiệt độ bề mặt đạt từ -18⁰C đến -12⁰C.

Xử lý lạnh đông có hai phương pháp:

Kết đông hai pha

Thực phẩm nóng đầu tiên được làm lạnh từ 37⁰C xuống khoảng 4⁰C sau đó đưa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -8⁰C.

Kết đông một pha

Thực phẩm còn nóng được đưa ngay vào thiết bị kết đông để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt dưới -8⁰C.

Kết đông một pha có nhiều ưu điểm hơn so với kết đông hai pha vì tổng thời gian của quá trình giảm, tổn hao khối lượng do khô ngót giảm nhiều, chi phí lạnh và diện tích buồng lạnh cũng giảm.

Đối với chế biến thịt thường sử dụng phương pháp 01 pha. Đối với hàng thuỷ sản do phải qua khâu chế biến và tích trữ trong kho chờ đông nên thực tế diễn ra 2 pha.

Các loại thực phẩm khác nhau sẽ có chế độ bảo quản (bảng 1-3 và 1-4) và đông lạnh thích hợp khác nhau (bảng 1-5).

Ở chế độ bảo quản lạnh và trong giai đoạn đầu của quá trình kết động hai pha, người ta phải gia lạnh sản phẩm. Thông thường thực phẩm được gia lạnh trong môi trường không khí với các thông số sau:

- Độ ẩm không khí trong buồng: 85 đến 90%

- Tốc độ không khí đối lưu tự nhiên: 0,1 ữ 0,2 m/s; đối lưu cưỡng bức cho phép  0,5 m/s (kể cả rau quả, thịt, cá, trứng...).

- Giai đoạn đầu, khi nhiệt độ sản phẩm còn cao, người ta giữ nhiệt độ không khí gia lạnh thấp hơn nhiệt độ đóng băng của sản phẩm chừng 1 ữ 2 ⁰C. Nhiệt độ đóng băng của một số sản phẩm như sau: thịt -1,2 ⁰C, cá từ 0,6 ữ -2⁰C, rau quả - 0,8 -4,2⁰C. Nhiệt độ không khí gia tăng 2⁰C thì thời gian gia nhiệt kéo dài thêm 5h.

Sau khi tăng nhiệt độ sản phẩm đạt 38^oC, nhiệt độ không khí tăng lên -10⁰C. Tóm lại, cần tăng tốc độ gia lạnh nhưng phải tránh đóng băng trong sản phẩm.

Bảng 1-3. Chế độ bảo quản rau quả tươi

Bảng 1-4: Chế độ bảo quản sản phẩm động vật

Trong một kho lạnh có thể có buồng gia lạnh riêng biệt. Song cũng có thể sử dụng buồng bảo quản lạnh để gia lạnh. Khi đó, số lượng sản phẩm đưa vào phải phù hợp với năng suất lạnh của buồng. Các sản phẩm nóng phải bố trí đều cạnh các dàn lạnh để rút ngắn thời gian gia lạnh. Sản phẩm khi gia lạnh xong phải thu dọn và sắp xếp vào vị trí hợp lý trong buồng để tiếp tục gia lạnh đợt tiếp theo.

Bảng 1-5. Các thông số về phương pháp kết đông

Ứng dụng trong sản xuất bia, nước ngọt

Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận được bằng cách lên men rượu ở nhiệt độ th