IQF và đông khối: chủ đầu tư cần hiểu gì về công nghệ cấp đông trái cây

/ Blog, Công nghiệp thực phẩm
IQF và đông khối: miếng quả đông rời trên tầng sôi và thùng hàng đông khối trên pallet

Trong hợp đồng mua trái cây đông lạnh, chữ “frozen” và chữ “IQF” chênh nhau cả một dây chuyền.

Chênh về thiết bị, về tải lạnh, về cách vận hành, về chỗ dễ hỏng hàng. Và chênh về giá bán.

Tôi viết bài này cho người sắp ký séc, không phải cho kỹ sư lạnh. Mục tiêu là sau khi đọc xong, anh chị hỏi được nhà cung cấp thiết bị đúng những câu họ không muốn nghe.

1. Hai chữ trên hợp đồng nghĩa là gì

“Frozen” (đông lạnh) là cả nhóm hàng. Mã HS không tách riêng: quả đông lạnh nằm trong nhóm 0811, rau đông lạnh nằm trong nhóm 0710.

IQF (Individually Quick Frozen) là một cách cấp đông: từng miếng được đông riêng, ra khỏi tủ ở dạng rời, đổ ra đĩa được từng hạt.

Chữ đối lập với IQF không phải “frozen”. Chữ đối lập là đông khối: hàng xếp khay, đóng thùng hoặc rót túi rồi mới đưa vào đông, ra thành một khối. Pulp chanh dây, puree xoài đông trong thùng 20 kg là dạng này (xem thêm dây chuyền chế biến chanh dây: puree, nước cô đặc).

Cả hai dạng đều có thể đạt chuẩn “quick-frozen” của châu Âu. Chỉ thị 89/108/EEC định nghĩa thực phẩm đông lạnh nhanh là thực phẩm đi qua vùng kết tinh tối đa nhanh nhất có thể tùy loại sản phẩm, rồi giữ ở −18 °C hoặc lạnh hơn tại mọi điểm. Tiêu chuẩn Codex cho dâu tây đông lạnh nhanh cho phép cả hai: dạng rời từng quả và dạng khối đặc.

Khác biệt nằm ở tốc độ đông và hình thức hàng. Hai thứ đó quyết định mọi khoản tiền phía sau.

2. Vật lý: mọi thứ bắt đầu từ tinh thể đá

Rau quả có 80–90% là nước. Khi hạ nhiệt, phần lớn nước kết tinh trong khoảng −1 đến −5 °C. Giới kỹ thuật gọi đây là vùng kết tinh cực đại.

Quả nằm trong vùng này càng lâu, tinh thể đá càng to. Tinh thể to đâm thủng vách tế bào. Khi rã đông, dịch bào chảy ra ngoài (drip loss), kéo theo đường, axit, màu và mùi. Miếng xoài mềm nhũn. Miếng dứa ra một vũng nước.

Đường cong cấp đông IQF và đông khối qua vùng kết tinh cực đại -1 đến -5 °C

Viện Lạnh Quốc tế (IIR) chia tốc độ đông theo số cm mặt đông tiến vào trong sản phẩm mỗi giờ:

Mức Tốc độ Thiết bị điển hình
Đông chậm 0,1–0,2 cm/giờ Đưa hàng vào thẳng kho trữ đông
Đông nhanh 0,5–3 cm/giờ Hầm đông gió, tủ đông tiếp xúc (hàng khối, hàng khay)
Đông rất nhanh 5–10 cm/giờ Tủ tầng sôi IQF
Đông cực nhanh 10–100 cm/giờ Nitơ lỏng, CO₂

Nguồn: Saravacos & Kostaropoulos, Handbook of Food Processing Equipment (2002), chương 9, dẫn khuyến nghị của IIR.

Số liệu trên trái cây Việt Nam cho thấy chênh lệch này lớn thế nào. Nhóm tác giả Đại học Nguyễn Tất Thành và Đại học Cần Thơ cấp đông dứa cắt khối trong hai tủ khác nhau. Ở −25 °C, tâm miếng mất khoảng 3 giờ để đạt −18 °C, và dịch chảy ra sau rã đông trên 25%. Ở −86 °C, chỉ mất khoảng 0,65 giờ, dịch chảy ra còn 5–15%.

Cùng nghiên cứu đó có một chi tiết chủ đầu tư hay bỏ qua: quả càng chín, đông càng lâu và chảy dịch càng nhiều. Đường hòa tan cao làm hạ điểm đông. Ở độ chín cao nhất, dịch chảy ra tăng khoảng gấp ba so với quả ít chín nhất. Nghĩa là chất lượng hàng IQF được quyết định một phần ở bãi tiếp nhận, trước khi quả chạm vào tủ. Phân loại độ chín trên băng tải nay đã làm được bằng camera (xem bài AI phân loại trái cây trên băng tải).

Tinh thể đá nhỏ và tinh thể đá to trong tế bào quả, kèm số liệu dịch chảy ra của dứa sau rã đông

Một chi tiết nữa chỉ người làm cắt định cỡ mới để ý: thời gian đông phụ thuộc cả kích thước lẫn hình dạng miếng. Cùng một độ dày, miếng dạng tấm đông chậm nhất, dạng trụ mất khoảng một nửa thời gian, dạng cầu khoảng một phần ba. Miếng càng dày thì thời gian tăng nhanh hơn tỷ lệ thuận. Đổi quy cách từ hạt lựu 10 mm sang 20 mm là đổi công suất thật của tủ, không chỉ đổi dao cắt.

3. Hai dây chuyền, hai bộ điểm hỏng

Tủ cấp đông chỉ là một khâu. Hàng hỏng thường ở khâu trước và sau nó.

Sơ đồ công đoạn dây chuyền IQF và dây chuyền đông khối với năm điểm hỏng thường gặp

Dây chuyền IQF đi qua: tiếp nhận, phân loại độ chín → rửa, khử trùng → gọt, cắt định cỡ → chần (với đa số rau) và làm nguội → làm ráo nước bề mặt → cấp đông IQF → sàng vụn, phân cỡ, dò kim loại → đóng gói trong phòng lạnh → kho −25 °C.

Dây chuyền đông khối ngắn hơn nhiều: chà hoặc xay → thanh trùng nếu khách yêu cầu → làm nguội → rót túi hoặc thùng → hầm đông → kho.

Bốn điểm hỏng tôi gặp nhiều nhất ở dây chuyền IQF:

  1. Bỏ qua khâu làm ráo. Nước bám bề mặt miếng quả là nguyên nhân số một gây vón cục và đóng đá bề mặt. Một tủ IQF tốt không cứu được miếng quả ướt. Khâu thổi gió hoặc sàng rung trước tủ rẻ hơn tủ hàng chục lần, nhưng hay bị cắt khỏi báo giá để giá đẹp.
  2. Quả nhiều đường đi thẳng vào tầng sôi. Xoài, mít, thanh long chín dính vào nhau và dính lưới. Với nhóm này phải có bước đông vỏ trên băng tải để bề mặt cứng lại trước, hoặc dùng băng tải thẳng thay cho tầng sôi.
  3. Không tính chuyện xả băng. Hơi ẩm từ sản phẩm bám thành băng trên dàn lạnh. Dàn càng dày băng, gió càng yếu, tủ càng đông chậm. Phải biết tủ chạy được bao nhiêu giờ trước khi xả băng, và xả băng có phải dừng cả dây chuyền hay không.
  4. Xem vệ sinh là việc của khâu rửa. Trái cây IQF thường không có bước diệt khuẩn nào trên dây chuyền. Tủ xoắn, hầm cấp đông và các kiểu tủ khác được EFSA xác định là những điểm có thể làm nhiễm khu vực xung quanh và thành phẩm.

Điểm thứ tư không phải lý thuyết. Năm 2018, ECDC và EFSA truy một ổ dịch Listeria monocytogenes về một nhà máy IQF rau ở Hungary: 47 ca bệnh, 9 ca tử vong tại 5 nước. Cùng một chủng vi khuẩn xuất hiện trong sản phẩm của ba vụ liên tiếp 2016, 2017, 2018, nghĩa là nó sống trong nhà máy qua mọi đợt vệ sinh thường lệ. Mẫu rau trong kho −18 °C vẫn phát hiện vi khuẩn. Nhà máy này ngoài mùa rau còn đóng gói cả trái cây đông lạnh. Cơ quan an toàn thực phẩm Hungary cấm lưu hành toàn bộ rau đông lạnh sản xuất trong gần hai năm.

Đông lạnh không diệt Listeria. Nó chỉ giữ vi khuẩn chờ đến lúc rã đông. Muốn chặn từ gốc, phải tách vùng bẩn và vùng sạch ngay từ bản vẽ mặt bằng (xem layout nhà máy thực phẩm: 15 phút là đoàn audit EU nhìn ra sai).

Với dây chuyền đông khối, điểm hỏng lớn nhất lại nằm ở chỗ khác:

  1. Dùng kho trữ làm hầm đông. Thùng pulp 20 kg đưa thẳng vào kho −18 °C, theo kinh nghiệm của tôi tâm khối có thể mất 24–72 giờ mới đông hết. Trong thời gian đó, tâm thùng nằm ở nhiệt độ vi sinh vật vẫn hoạt động. Còn kho bị dồn tải nhiệt, nhiệt độ dao động, làm hỏng cả hàng cũ đang nằm trong kho.

Dao động nhiệt độ kho nguy hiểm hơn nhiều người nghĩ. Một nghiên cứu của KU Leuven và IRSTEA trên mô táo đông lạnh cho thấy ở −18 °C, kho dao động ±1,8 °C tạo sương giá trong túi gấp khoảng 5 lần kho dao động ±0,1 °C, và diện tích hóa nâu bề mặt sau 5 tháng là 35% so với 10%.

Hàng đông khối cần hầm đông riêng, rồi mới chuyển sang kho trữ.

4. Sáu kiểu thiết bị và chỗ đứng của từng kiểu

Sáu kiểu thiết bị cấp đông rau quả: tầng sôi, băng tải thẳng, tủ xoắn, nitơ lỏng, tủ tiếp xúc, hầm đông gió
Thiết bị Dạng hàng Thông số tham khảo Hợp với
Tủ tầng sôi IQF Gió −35 đến −40 °C thổi từ dưới lên; đậu Hà Lan 3–4 phút, dâu tây 9–13 phút; hao hụt dưới 1,5–2% Miếng nhỏ, cứng, ít đường: đậu, ngô, rau cắt hạt lựu, dứa
Băng tải thẳng, thổi gió tốc độ cao IQF Miếng nằm yên trên băng, không va đập Quả mềm, nhiều đường: xoài, mít, thanh long, sầu riêng múi
Tủ xoắn (spiral) IQF hoặc hàng khay nhỏ Băng tải cuộn nhiều tầng, chiếm ít diện tích sàn Miếng to, cần thời gian đông dài, sản lượng lớn
Nitơ lỏng, CO₂ IQF Đông cực nhanh; chi phí nằm ở khí tiêu hao Hàng giá trị cao, hoặc đông vỏ trước tầng sôi
Tủ đông tiếp xúc Khối Ép hàng giữa các tấm lạnh Block 10–20 kg: puree, pulp, rau xay
Hầm đông gió Khay, thùng Gió −30 đến −40 °C; hàng khay 1,5–6 giờ; hao hụt 2–3% Linh hoạt nhiều mặt hàng, sản lượng nhỏ

Thông số tầng sôi và hầm đông: Saravacos & Kostaropoulos (2002), chương 9.

Về công suất, chỉ nói một câu: con số “kg/giờ” trên catalogue thường được đo với sản phẩm dễ đông nhất, nhiệt độ vào thấp nhất. Với xoài hay mít cắt hạt lựu, công suất thật có thể thấp hơn đáng kể. Hợp đồng phải ghi công suất theo đúng sản phẩm, đúng cỡ miếng, đúng nhiệt độ vào của anh chị, và nghiệm thu bằng chính con số đó (xem bài FAT và SAT: nghiệm thu thiết bị trước khi thanh toán).

5. Tiền: tính nhanh tải lạnh trước khi đọc báo giá

Đây là phép tính tôi luôn bắt chủ đầu tư làm trước khi nhận báo giá. Không cần kỹ sư lạnh, chỉ cần ba con số.

Tính nhanh tải lạnh cho dây chuyền IQF 1 tấn/giờ và năng lượng riêng cấp đông

Để đưa 1 kg trái cây khoảng 85% nước từ +20 °C xuống −18 °C, phải rút ra khoảng 330–370 kJ nhiệt:

  • Hạ từ +20 °C về điểm đông (khoảng −1,5 °C): khoảng 75–80 kJ.
  • Đóng băng phần lớn lượng nước: khoảng 250–260 kJ. Đây là phần lớn nhất.
  • Hạ tiếp từ điểm đông xuống −18 °C: khoảng 30 kJ.

Với dây chuyền 1 tấn/giờ, riêng tải từ sản phẩm đã khoảng 100 kW lạnh. Cộng thêm nhiệt từ quạt (tủ tầng sôi dùng quạt rất mạnh), nhiệt lọt qua vỏ tủ và cửa, nhiệt xả băng, hệ lạnh thực tế thường phải lớn hơn 1,5–2 lần, tức khoảng 150–200 kW ở nhiệt độ bay hơi −40 °C trở xuống.

Ở nhiệt độ đó, máy nén hai cấp chạy amoniac có hệ số hiệu quả (COP) khoảng 2,4–3,7 trong một nghiên cứu tại Latvia, nơi nước giải nhiệt mát. Ở Việt Nam, nước giải nhiệt nóng hơn nên con số thấp hơn. Ước tính của tôi: mỗi tấn/giờ cần khoảng 60–100 kW điện cho máy nén, chưa tính quạt, băng tải, kho.

Đem con số này so với tài liệu: năng lượng riêng cho cấp đông gió thường được công bố ở mức 70–133 kWh/tấn. Nhưng khảo sát thực tế của Liên đoàn Thực phẩm và Đồ uống Anh cho thấy dải thật là 83–2.744 kWh/tấn, chỉ 10% doanh nghiệp đạt dưới 133 kWh/tấn. Chênh lệch gấp ba mươi lần đó không nằm ở thương hiệu máy nén. Nó nằm ở thiết kế và vận hành: tủ chạy non tải, cửa mở, xả băng sai, kho dao động. Vì thế, khi so báo giá, hãy so tổng chi phí cả vòng đời chứ không chỉ giá tủ (xem tổng chi phí sở hữu dây chuyền: giá máy chỉ là 23% dự án).

Hai hệ quả cho người ký séc:

  • Tủ IQF luôn đi kèm một hệ lạnh lớn. Báo giá “tủ IQF” không gồm máy nén, bình ngưng, tháp giải nhiệt, đường ống, trạm điện là báo giá chưa xong. Đọc thêm sáu chỗ nhà cung cấp hay để trống trong báo giá.
  • Đông khối không rẻ như vẻ ngoài. Thiết bị rẻ hơn, nhưng lượng nhiệt phải rút ra trên mỗi kg là như nhau. Chỉ khác là rút chậm hơn, trong một căn phòng lớn hơn, với hàng tồn nằm chờ đông lâu hơn.

Còn một lựa chọn thứ ba hay bị quên: puree vô trùng. Nếu người mua là nhà máy đồ uống, sữa chua, puree đóng drum vô trùng bảo quản ở nhiệt độ thường, không cần chuỗi lạnh âm sâu. Tôi đã phân tích dạng này trong bài drum vô trùng 200 kg.

6. Bốn câu hỏi để chọn đúng

Cây quyết định chọn IQF, đông khối hay puree vô trùng theo người mua
  1. Người mua đem sản phẩm đi làm gì? Bán lẻ, chuỗi nhà hàng, quầy sinh tố cần miếng rời giữ hình: IQF. Nhà máy kem, mứt, nước quả xay lại: đông khối hoặc puree.
  2. Miếng có cần giữ hình sau rã đông không? Nếu có, chỉ IQF đáp ứng. Hàng đông khối không bao giờ quay lại thành hàng rời được.
  3. Có chuỗi lạnh −25 °C từ nhà máy tới cảng không? Hàng IQF có diện tích bề mặt lớn, dễ cháy lạnh và vón cục khi nhiệt độ dao động. Nếu kho và xe lạnh chưa giữ được nhiệt độ ổn định, đầu tư tủ IQF là đầu tư nửa vời.
  4. Sản lượng có dồn theo mùa không? Chanh dây, xoài, vải có mùa vụ ngắn. Tủ IQF công suất lớn chạy ba tháng, nằm chín tháng. Khi đó cần tính dây chuyền đa sản phẩm (rau ngoài mùa quả), hoặc chấp nhận đông khối cho phần sản lượng đỉnh. Bài thanh long 3.000 đồng: chế biến không phải chỗ đổ hàng dạt phân tích kỹ chuyện này.

Đó vẫn là thứ tự tôi nói ở mọi dự án: chọn thị trường trước, chọn máy sau.

7. Bảy câu hỏi gửi nhà cung cấp trước khi ký

  1. Công suất kg/giờ trong báo giá đo với sản phẩm gì, cỡ miếng bao nhiêu, nhiệt độ vào bao nhiêu độ?
  2. Nhiệt độ tâm sản phẩm ở đầu ra tủ là bao nhiêu, và đo thế nào khi nghiệm thu?
  3. Hao hụt khối lượng qua tủ được cam kết ở mức nào?
  4. Dàn lạnh chạy được bao nhiêu giờ trước khi phải xả băng? Xả băng có phải dừng dây chuyền không?
  5. Báo giá đã gồm hệ lạnh (máy nén, bình ngưng, tháp giải nhiệt), tủ điện, khâu làm ráo, dò kim loại chưa?
  6. Tủ tháo được những bộ phận nào để vệ sinh, có hệ thống rửa tự động không, bao lâu vệ sinh sâu một lần?
  7. Môi chất lạnh là gì, và môi chất đó còn được phép dùng và nạp lại trong suốt vòng đời thiết bị không?

Nhà cung cấp nào trả lời rõ cả bảy câu bằng văn bản là nhà cung cấp đáng ngồi đàm phán tiếp. Đừng quên đặt kèm danh sách phụ tùng bắt buộc ngay trong hợp đồng: tủ IQF dừng giữa mùa vì thiếu một vòng bi là mất cả vụ.

Tóm tắt một hình

Infographic tóm tắt khác biệt giữa IQF và đông khối cho trái cây, rau quả

IQF và đông khối không hơn kém nhau. Chúng phục vụ hai người mua khác nhau, bằng hai dây chuyền khác nhau, với hai bộ rủi ro khác nhau. Sai lầm đắt nhất không phải chọn nhầm hãng tủ. Sai lầm đắt nhất là mua tủ IQF cho hàng chỉ bán được dạng khối, hoặc đem hàng đông khối chào cho người chỉ mua hàng rời.

Anh chị đang cân nhắc giữa IQF và đông khối cho một loại quả cụ thể? Một phiên chẩn đoán dự án 90 phút đủ để chốt dạng sản phẩm, quy mô tủ và tải lạnh trước khi anh chị nhận báo giá đầu tiên.

Đọc thêm trên paulnguyen.vn

Nguồn

  1. Hội đồng châu Âu, Chỉ thị 89/108/EEC về thực phẩm đông lạnh nhanh, OJ L 40, 11/02/1989, Điều 1.
  2. Codex Alimentarius, CODEX STAN 52-1981, Tiêu chuẩn dâu tây đông lạnh nhanh.
  3. Saravacos G.D., Kostaropoulos A.E., Handbook of Food Processing Equipment, 2002, chương 9 (phân loại tốc độ đông của IIR; tủ tầng sôi; hầm đông; tỷ lệ thời gian đông tấm, trụ, cầu).
  4. Van Chi Khang và cộng sự (ĐH Nguyễn Tất Thành, ĐH Cần Thơ), Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences 12(3): e5439, 2022 (dứa cấp đông −25 °C và −86 °C).
  5. EFSA BIOHAZ, The public health risk posed by Listeria monocytogenes in frozen fruit and vegetables, EFSA Journal 2020;18(4):6092.
  6. ECDC & EFSA, Rapid Outbreak Assessment: Listeria monocytogenes ST6 linked to frozen corn, cập nhật 03/07/2018.
  7. Vicent V. và cộng sự (KU Leuven, IRSTEA), International Journal of Refrigeration, 2018 (dao động nhiệt độ trong kho đông).
  8. Terehovičs E. và cộng sự, Environmental and Climate Technologies, 2019 (COP máy nén amoniac một cấp, hai cấp).
  9. Swain M., FRPERC – Đại học Bristol, Energy use in food refrigeration, 2008 (năng lượng riêng cấp đông gió; khảo sát FDF).

Ghi chú phương pháp: tải lạnh và điện năng trong mục 5 là ước tính của tác giả, dùng nhiệt dung riêng và ẩn nhiệt đông đặc tiêu chuẩn của nước cho trái cây khoảng 85% nước. Con số thật phụ thuộc loại quả, nhiệt độ vào, thiết kế tủ và điều kiện giải nhiệt.

Các bài liên quan