Sấy thăng hoa được phát triển trong thế chiến thứ hai như một cách để giữ thuốc cho những người bị thương không bị hư hỏng do bảo quản lạnh không ổn định khi vận chuyển đến vùng chiến sự. Công nghệ này đã được cải tiến và sử dụng rộng rãi trong chương trình không gian của NASA, cung cấp nhiều loại thực phẩm đông khô cho các phi hành gia. Một trong những ưu điểm của thực phẩm sấy thăng hoa là thời hạn sử dụng lâu.
Khi được bảo quản đúng cách, nhiều loại thực phẩm đông khô có thể được ăn sau 15 đến 25 năm kể từ khi chúng được chế biến. Ngay cả sau khoảng thời gian đó, hương vị và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm vẫn giữ nguyên như ngày mới bảo quản. Do thời hạn sử dụng lâu và bảo toàn dinh dưỡng nên nhiều công ty thương mại sản xuất thực phẩm đông khô cũng như cho cả gia đình, quân đội. Chỉ cần thêm nước, thức ăn sẽ nhanh chóng được bù nước và sẵn sàng để ăn.
Máy sấy thăng hoa gia đình đơn giản là một thiết bị giúp loại bỏ gần như toàn bộ độ ẩm từ thực phẩm. Sấy thăng hoa là quá trình loại bỏ nước để bảo quản thời hạn sử dụng và chất lượng của nguyên liệu. Nói một cách đơn giản, máy sấy thăng hoa giữ cho mọi thứ tươi lâu hơn. Thông qua một quá trình được gọi là thăng hoa (khi một chất chuyển từ chất rắn sang chất khí mà không trải qua pha lỏng), đông khô nhanh chóng loại bỏ độ ẩm để bảo toàn chất lượng, hương vị, mùi thơm và hình dạng của vật liệu.
Máy sấy thăng hoa hoạt động như thế nào?
Nguyên tắc cơ bản trong đông khô là thăng hoa, sự chuyển đổi từ chất rắn trực tiếp thành chất khí. Cũng giống như sự bay hơi, sự thăng hoa xảy ra khi một phân tử thu đủ năng lượng để thoát ra khỏi các phân tử xung quanh nó. Nước sẽ thăng hoa từ chất rắn (nước đá) sang chất khí (hơi) khi các phân tử có đủ năng lượng để thoát ra nhưng điều kiện không phù hợp để chất lỏng hình thành.
Có hai yếu tố chính quyết định một chất sẽ ở pha nào (rắn, lỏng hoặc khí): nhiệt và áp suất khí quyển. Để một chất có thể thực hiện bất kỳ pha cụ thể nào, nhiệt độ và áp suất phải nằm trong một phạm vi nhất định. Không có những điều kiện này thì pha đó của chất không thể tồn tại được. Biểu đồ dưới đây cho thấy các giá trị áp suất và nhiệt độ cần thiết của các pha khác nhau của nước.
Bạn có thể thấy từ biểu đồ rằng nước có thể ở dạng lỏng ở mực nước biển (nơi áp suất bằng 1 atm) nếu nhiệt độ nằm giữa điểm đóng băng mực nước biển (32 độ F hoặc 0 độ C) và mực nước biển sôi điểm (212 F hoặc 100 C). Nhưng nếu bạn tăng nhiệt độ lên trên 32 F trong khi vẫn giữ áp suất khí quyển dưới 0,06 atm (ATM), nước đủ ấm để tan băng, nhưng không có đủ áp suất để chất lỏng hình thành. Nó trở thành một chất khí.
Đây chính xác là những gì một máy sấy thăng hoa làm được. Một máy điển hình bao gồm một buồng đông khô với một số kệ gắn với bộ phận làm nóng, một cuộn đông lạnh được nối với máy nén tủ lạnh và một máy bơm chân không.
Với hầu hết các máy, bạn đặt vật liệu cần bảo quản lên kệ khi vật liệu vẫn chưa đông lạnh. Khi bạn bịt kín buồng và bắt đầu quá trình, máy sẽ chạy máy nén để hạ nhiệt độ trong buồng. Vật liệu này ở dạng rắn đông lạnh, có tác dụng tách nước khỏi mọi thứ xung quanh nó ở cấp độ phân tử, mặc dù nước vẫn còn tồn tại.
Tiếp theo, máy bật bơm chân không để đẩy không khí ra khỏi buồng, hạ áp suất khí quyển xuống dưới 0,06 ATM. Bộ phận làm nóng truyền một lượng nhiệt nhỏ lên các kệ, làm cho băng thay đổi pha. Vì áp suất quá thấp nên băng biến trực tiếp thành hơi nước. Hơi nước thoát ra khỏi buồng đông khô, đi qua cuộn đông lạnh. Hơi nước ngưng tụ trên cuộn dây đóng băng ở dạng băng rắn, giống như cách nước ngưng tụ dưới dạng sương giá vào một ngày lạnh giá.
Điều này tiếp tục trong nhiều giờ (thậm chí nhiều ngày) cho đến khi vật liệu khô dần. Quá trình này mất nhiều thời gian vì vật liệu quá nóng có thể làm thay đổi đáng kể thành phần và cấu trúc. Ngoài ra, việc đẩy nhanh quá trình thăng hoa có thể tạo ra nhiều hơi nước hơn trong một khoảng thời gian mà hệ thống bơm có thể loại bỏ khỏi buồng. Điều này có thể bù nước phần nào cho vật liệu, làm giảm chất lượng của nó.
Sau khi vật liệu đủ khô, nó sẽ được đóng gói trong bao bì chống ẩm, thường bằng vật liệu hấp thụ oxy. Miễn là gói hàng được đảm bảo an toàn, vật liệu có thể nằm trên kệ trong nhiều năm mà không bị phân hủy, cho đến khi nó được khôi phục lại dạng ban đầu với một chút nước (một lượng rất nhỏ độ ẩm còn lại, vì vậy vật liệu cuối cùng sẽ bị hỏng). Nếu mọi thứ hoạt động chính xác, vật liệu sẽ trải qua toàn bộ quá trình gần như hoàn toàn bình yên!
Khoa học đằng sau quá trình sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là gì?
Đông khô hoặc thăng hoa là quá trình loại bỏ nước khỏi sản phẩm sau khi nó được đông lạnh và đặt trong chân không, cho phép băng chuyển trực tiếp từ rắn sang hơi mà không qua pha lỏng. Quá trình này bao gồm ba quá trình riêng biệt, duy nhất và phụ thuộc lẫn nhau; đông lạnh, sấy sơ cấp (thăng hoa) và sấy thứ cấp (giải hấp)
Sấy thăng hoa tận dụng nguyên lý khoa học về “thăng hoa”, sự chuyển đổi trực tiếp từ chất rắn sang chất khí, bằng cách loại bỏ đá (chất rắn) khỏi thực phẩm đông lạnh dưới dạng hơi nước (khí). Bằng cách thăng hoa, thực phẩm vẫn giữ được phần lớn kết cấu, hương vị và dinh dưỡng ban đầu khi được bù nước. Sấy thăng hoa được chia thành hai quy trình đơn giản: đông lạnh và sấy chân không. Thực phẩm lần đầu tiên được đông lạnh ở nhiệt độ dưới 0°F.
Việc đóng băng càng lạnh thì bước tiếp theo sẽ càng hiệu quả. Sau khi đông lạnh, thực phẩm sẽ được sấy chân không. Không khí và hơi nước (khí) được loại bỏ khỏi buồng chế biến thực phẩm bằng bơm chân không. Điều này bao gồm việc loại bỏ hơi nước từng có trong thực phẩm. Khi hai bước này được hoàn thành đúng cách, thực phẩm sẽ đủ khô để có thể bảo quản an toàn ở nhiệt độ phòng.
Thực phẩm đông khô có an toàn không?
Vâng, nếu…
(1) Hai quy trình phụ là đông lạnh và sấy chân không được thực hiện chính xác:
a. Quá trình cấp đông phải nhanh chóng và quá trình hút chân không chỉ để lại hơi ẩm còn sót lại.
b. Ví dụ, làm lạnh thực phẩm một cách an toàn được định nghĩa là đạt tới 41°F (nhiệt độ làm lạnh) trong 1-4 giờ hoặc ít hơn. Thực phẩm đã được làm lạnh trước hoặc đông lạnh trước có thể được cho vào máy sấy thăng hoa để giảm thiểu mối lo ngại này.
c. Sấy khô thực phẩm một cách an toàn được định nghĩa là đạt được “mức ẩm còn lại an toàn”. Để xác định điều này ở nhà, thực phẩm nên được sấy khô đến mức có kết cấu “sắc nét” hoặc “dễ vỡ”, mặc dù thực phẩm có hàm lượng đường cao, chẳng hạn như trái cây, có thể dẻo nhưng không dính khi sấy khô đúng cách.
(2) Các kỹ thuật xử lý thực phẩm an toàn thích hợp đã được áp dụng trong quá trình chuẩn bị thực phẩm trước khi đông khô. Đông khô không tiêu diệt được vi khuẩn.
Điều gì xảy ra với vi sinh vật trong quá trình đông khô?
Không có gì. Các vi sinh vật vẫn tồn tại nhưng không hoạt động, ngay cả trong điều kiện đông khô khắc nghiệt. Trên thực tế, các nhà khoa học sử dụng phiên bản đông khô trong phòng thí nghiệm để bảo quản vi sinh vật cho các nghiên cứu trong tương lai vì vi sinh vật có thể được bù nước khi còn sống trong nhiều thập kỷ (xem Kupletskaya & Netrusov, 2011). Vì vậy, khi đông khô thực phẩm sống tại nhà, các vi sinh vật trên thực phẩm sống đó sẽ vẫn tồn tại, sau đó sẽ kích hoạt khi được bù nước. Các loại thực phẩm được nấu chín theo truyền thống trước khi ăn cũng phải được nấu chín trước khi ăn dưới dạng thực phẩm đông khô. Ví dụ như thịt sống, hải sản sống, trứng sống và thực phẩm có chứa các nguyên liệu thô này.
Thực phẩm đông khô có thể được đóng gói chân không an toàn không?
Đúng. Miễn là thực phẩm được sấy khô đến độ ẩm còn lại thấp thì việc đóng gói chân không sẽ an toàn. Hãy nhớ rằng, đóng gói chân không không phải là một quy trình đảm bảo an toàn thực phẩm. Trên thực tế, việc loại bỏ oxy khỏi bao bì có thể khiến vi khuẩn ngộ độc phát triển và sản sinh độc tố nếu có môi trường ẩm ướt trở thành mối lo ngại hơn. May mắn thay, nếu không có độ ẩm (nước), vi khuẩn gây ngộ độc (và tất cả vi khuẩn, nấm men và nấm mốc) không thể phát triển. Vì vậy, sẽ an toàn khi đặt thực phẩm sấy khô hoặc đông khô đúng cách trong bao bì chân không hoặc trong hộp đựng cũng có gói hút oxy bên trong.
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm của sấy thăng hoa
- Chuẩn bị dễ dàng: Thực phẩm được chuẩn bị để đông khô giống như cách chuẩn bị thực phẩm để đông lạnh thông thường. Sau khi rửa sạch và loại bỏ các vết bẩn, hãy chần hầu hết các loại rau; xử lý trước trái cây nếu cần thiết để tránh bị chuyển sang màu nâu; thịt có thể được nấu chín hoặc sống đông khô; món thịt hầm thường được làm từ thực phẩm đã nấu chín. Đặt sản phẩm lên các khay và ấn nút khởi động máy.
- Đông khô có thể bảo quản thực phẩm mà các phương pháp bảo quản khác không thể làm được, chẳng hạn như hầu hết các sản phẩm từ sữa hoặc trứng.
- Đông khô có thể thay thế việc đóng hộp áp suất các thực phẩm có hàm lượng axit thấp.
- Khi hoàn thiện, sản phẩm đông khô có thời hạn sử dụng ổn định, nhẹ và an toàn thực phẩm cho các phương pháp bảo quản thực phẩm khác lâu hơn. Ước tính an toàn thực phẩm thận trọng của thực phẩm thương mại “đóng hộp” trong túi kim loại-Mylar là 8 đến 10 năm (Jahner & Nummer, 2008). Việc này không giải quyết được chất lượng thực phẩm sau thời gian đó mà chỉ giải quyết vấn đề an toàn thực phẩm.
- Dinh dưỡng của bông cải xanh đông khô thương mại, dứa và thịt gà nấu chín được so sánh tốt hơn với dữ liệu dinh dưỡng của các sản phẩm sống hoặc sấy thương mại
- Các sản phẩm đông khô bù nước đầy đủ hơn các sản phẩm khử nước, do đó hương vị và kết cấu của sản phẩm đông khô gần giống với sản phẩm tươi hơn so với sản phẩm khử nước.
- Thực phẩm đông khô tại nhà rẻ hơn đáng kể so với thực phẩm đông khô thương mại. Kể cả chi phí vật tư, điện năng, các công ty thương mại thường có mức chênh lệch cao hơn tới 85% so với sản phẩm sản xuất trong nước.
Nhược điểm của sấy thăng hoa
Chi phí
Một trong những nhược điểm chính của sấy thăng hoa là chi phí. Thiết bị cần cho quá trình đông khô, đòi hỏi nhiệt độ rất thấp, có thể khá tốn kém. “Nó thường được thực hiện trong điều kiện chân không, ở áp suất tuyệt đối cho phép băng chuyển trực tiếp từ rắn sang hơi”.
Thực phẩm sấy
Không phải tất cả các loại thực phẩm đều có thể chịu được quá trình đông khô. Sấy thăng hoa chỉ tiết kiệm chi phí đối với một số loại thực phẩm chọn lọc như trái cây và thịt. Ngay cả những thực phẩm có khả năng chịu đựng được quá trình này cũng có thể bị hư hỏng trong quá trình sấy thăng hoa ban đầu. Sấy đông khô sẽ bảo toàn đặc tính màu sắc của thực phẩm, mặc dù điều này không đúng trong mọi trường hợp. Một số loại thực phẩm như cà rốt cần được xử lý trước để không bị mất màu.
Lưu trữ
Các vấn đề về bảo quản có thể là một bất lợi khác đối với việc đông lạnh thực phẩm sấy khô. Trong quá trình đông khô, thực phẩm vẫn giữ được hình dạng và kích thước ban đầu, nghĩa là chúng có thể cần thêm không gian bảo quản so với các thực phẩm bảo quản khác. Nếu thực phẩm đông khô không được bảo quản đúng cách hoặc nếu chúng bị ẩm, chúng sẽ hư hỏng rất nhanh. Thực phẩm đông khô cần được bảo quản trong các hộp kín, kín ẩm như lon hoặc túi. Những sản phẩm này cũng rất dễ vỡ, dễ vỡ vụn nếu không được xử lý và bảo quản cẩn thận.