Giáo trình Công nghệ thực phẩm (Bản đẹp)

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ thực phẩm (Bản đẹp)

1. Giáo trình Công nghệ thực phẩm
2. CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Ngành công nghệ chế biến thực phẩm có nguồn gốc lịch sử khi thực phẩm được chế biến để chống lại sự phá hoại của động vật gặm nhấm, để tăng giá trị của thực phẩm. Ví dụ như ngũ cốc được sấy khô để kéo dài thời gian bảo quản, thịt khi nướng lên sẽ tăng hương vị của nó. Các thiết bị chế biến được phát triển để giảm thời gian cũng như lao động của phương pháp chế biến thủ công như sức gió, sức nước và sức kéo của động vật đã được sử dụng trong các nhà máy xay xát ngũ cốc. Quá trình chế biến sinh học đầu tiên được thực hiện ở Ai cập với các sản phẩm lên men là phô mai và rượu vang. Trong một khoảng thời gian dài, các phương pháp này chỉ được sử dụng ở mức độ gia đình để phục vụ các nhu cầu cơ bản của gia đình. Tuy nhiên khi xã hội phát triển, xu hướng chuyên môn hóa cũng như thương mại phát triển, các phương pháp này là tiền thân cho nền công nghiệp chế biến thực phẩm hiện nay. Ở các nước ôn đới, các kỹ thuật chế biến thực phẩm được phát triển qua các thế hệ nhằm dự trữ thực phẩm trong những tháng mùa đông lạnh giá cũng như những khi không có sẵn thực phẩm. Sự phát triển của các thành phố và thị trấn đã tạo điều kiện cho sự phát triển các phương pháp bảo quản thực phẩm nhằm vận chuyển chúng từ nơi nông thôn xa xôi đến các thành phố đông dân cư. Trong thế kỷ 19, sản xuất quy mô lớn đã được tiến hành ở một số nhà máy nhằm sản xuất ra những sản phẩm thiết yếu như tinh bột, đường, bơ và sản phẩm bánh nướng. Những mẻ sản xuất này đơn thuần chỉ dựa vào truyền thống và kinh nghiệm chứ không dựa trên những kiến thức cơ bản về thành phần của thực phẩm hoặc những biến đổi trong quá trình chế biến. Cho đến cuối thế kỷ 19, sự hiểu biết khoa học đã bắt đầu thay đổi nền công nghiệp sản xuất thực phẩm dựa trên kinh nghiệm sang nền công nghiệp sản xuất dựa trên khoa học và điều này đã kéo dài cho đến tận ngày nay. Tất cả các quá trình chế biến thực phẩm là sự kết hợp của các công đoạn nhằm làm biến đổi nguyên liệu ban đầu thành sản phẩm cuối cùng. Mỗi công đoạn đều có những tác dụng cụ thể, xác định được cũng như dự đoán được lên thực phẩm. Một quy trình bao gồm một nhóm các công đoạn. Sự kết hợp cũng như thứ tự của các công đoạn sẽ quyết định tính chất của sản phẩm cuối cùng. Ở các nước công nghiệp, thị trường của các sản phẩm thực phẩm chế biến sẵn đang thay đổi. Người tiêu dùng không còn đỏi hỏi sản phẩm thực phẩm có thể bảo quản hàng tháng ở nhiệt độ môi trường nữa. Mỗi gia đình đều sở hữu tủ lạnh hoặc lò vi sóng do đó nhu cầu đối với thực phẩm là tiện lợi cho chế biến, thích hợp để bảo quản trong tủ lạnh cũng như có thời gian bảo quản vừa phải ở nhiệt độ môi trường. Tuy nhiên người tiêu dùng lại đòi hỏi thực phẩm phải gần giống trạng thái tự nhiên của nó nghĩa là thực phẩm càng ít biến đổi trong quá trình chế biến, bảo quản càng tốt. Điều này đã có những ảnh hưởng quan trọng đến những thay đổi của ngành chế biến thực phẩm. Chi chí năng lượng và nhân công đã ảnh hưởng nhiều đến công nghệ chế biến thực phẩm. Các nhà chế biến thực phẩm không còn tập trung đầu tư vào các quá trình có chi phí nhân công cao cũng như hiệu quá năng lượng thấp. Các thiết bị chế biến thực phẩm hiện nay cho phép điều khiển các quá trình chế biến phức tạp nhằm hai mục tiêu là giảm chi phí sản xuất và giảm ảnh hưởng xấu đến chất lượng cảm quan cũng như dinh dưỡng của thực phẩm. Tiết kiệm năng lượng hiện nay là một trong những tính năng quan trọng nhất của các thiết bị chế biến thực phẩm điều này đòi hỏi chi phí đầu tư cao hơn. 1.1. Tính chất cảm quan và dinh dưỡng của thực phẩm: 1.1.1. Tính chất cảm quan. Đối với người tiêu dùng, những thuộc tính quan trọng nhất của thực phẩm chính là các tính chất cảm quan (trạng thái, mùi, vị, hình dạng và màu sắc). Điều này quyết định sở thích cá nhân đối với những sản phẩm cụ thể, đôi khi chỉ một vài khác biệt nhỏ trong một loạt các sản phẩm cùng loại cũng sẽ ảnh hưởng đến thị hiếu của người tiêu dùng. Mục tiêu của các nhà chế biến thực phẩm là cải thiện công nghệ nhằm lưu giữ cũng như tạo ra các giá trị cảm quan 16
3. mong đợi của thực phẩm đồng thời cũng giảm thiểu những hư hỏng đối với thực phẩm trong quá trình chế biến. 1.1.2. Trạng thái Một số thuộc tính trạng thái của thực phẩm được mô tả ở bảng 1.1. Trạng thái của thực phẩm được quyết định bởi hàm lượng ẩm và hàm lượng chất béo, loại cũng như khối lượng các cacbohydrate cấu trúc (cellulose, tinh bột, pectin) và protein. Những biến đổi về cấu trúc của thực phẩm là do sự thay đổi về hàm lượng ẩm, hàm lượng chất béo, sự hình thành cũng như phá vỡ của các hệ nhũ tương, sự thủy phân của các cacbohydrate, sự đông tụ hoặc thủy phân protein. Đặc trưng cơ bản Đặc trưng thứ cấp Thuật ngữ thông dụng Tính chất cơ học Độ cứng Mềm, chắc, cứng Độ liên kết Độ cứng Dễ vỡ vụn, dòn Độ dai Mềm, dai Độ dính Giòn, nhão, dính Độ nhớt Lỏng, nhớt Độ đàn hồi Dẻo, dai 1.1.2.1.Mùi, vị Vị của thực phẩm bao gồm: mặn, ngọt, đắng và chua. Vị của thực phẩm được quyết định bởi thành phần của thực phẩm cũng như những chất điều vị được sử dụng. Vị của thực phẩm ít bị ảnh hưởng trong quá trình chế biến ngoại trừ một số quá trình như: quá trình hô hấp của một số trái cây tươi, quá trình lên men. Thực phẩm tươi chứa hỗn hợp phức tạp của các chất dễ bay hơi. Các chất này tạo nên mùi đặc trưng của sản phẩm. Trong quá trình chế biến những chất này có thể bay hơi làm giảm cường độ mùi của thực phẩm cũng như làm xuất hiện những mùi mới. Các hợp chất mùi cũng có thể được tạo ra do tác dụng của nhiệt, bức xạ ion hóa, oxy hóa hoặc do hoạt động của enzyme lên protein, chất béo và cacbohydrate. Ví dụ như sự thủy phân chất béo thành acid béo và biến đổi tiếp theo thành aldehyde, esters và rượu. Mùi mà chúng ta cảm nhận được là do sự kết hợp rất phức tạp của hàng trăm các chất tạo mùi. 1.1.2.2.Màu sắc Nhiều chất màu tự nhiên bị biến đổi trong quá trình chế biến nhiệt, do sự thay đổi của pH hoặc do oxy hóa trong quá trình bảo quản. Điều này dẫn đến thực phẩm chế biến bị mất đi màu sắc đặc trưng và làm giảm giá trị của thực phẩm. Các chất màu tổng hợp thường ổn định hơn đối với nhiệt, ánh sáng và sự thay đổi của pH môi trường do đó chúng thường được đưa vào thực phẩm để giữ màu sắc cho thực phẩm. 1.1.3. Tính chất dinh dưỡng Nhiều công đoạn chế biến không sử dụng nhiệt do đó ít ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Một số công đoạn đó bao gồm: trộn, làm sạch, phân loại, đông khô. Tuy nhiên trong nhiều công đoạn chế biến giá trị dinh dưỡng của thực phẩm bị biến đổi. Nhiệt là nguyên nhân chính gây ra những biến đổi về giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Nhiệt làm gelatin hóa tinh bột, làm đông tụ protein, các chất ức chế dinh dưỡng bị phá hủy dẫn đến tăng khả năng tiêu hóa. Tuy nhiên, nhiệt cũng phá hủy một số vitamin kém bền nhiệt, giảm giá trị sinh học của protein hoặc thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo. Oxy hóa là nguyên nhân quan trọng thứ hai đối với những biến đổi về giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Quá trình oxy hóa xảy ra khi thực phẩm tiếp xúc trực tiếp với không khí (như 17
4. trong quá trình nghiền nhỏ hoặc sấy khô bằng khí nóng) hoặc do tác dụng của nhiệt, của enzyme oxy hóa. Ảnh hưởng chính của quá trình oxy hóa là: (1) Chất béo bị phân giải thành hydroperoxides và các phản ứng tiếp theo sẽ tạo thành các hợp chất carbonyl, hydroxy, các acid béo mạch ngắn hoặc một số độc tố trong dầu rán. (2) Phá hủy một số vitamin nhạy cảm với oxy. Vitamin A Phân hủy bởi tia cực Bền với nhiệt, tím, không khí thường không bị Vitamin D Tia cực tím làm ảnh hưởng bởi nhiệt tăng hàm lượng trong quá trình chế Vitamin E Phân hủy bởi mỡ ôi biến Vitamin K Rất ổn định Vitamin C Phân hủy bởi không Không bền với nhiệt Bị phân hủy bởi kiềm, ổn khí, enzyme, tia cực định hơn trong môi tím, kim loại sắt và trường acid đồng Vitamin B và acid Bền nhiệt hơn panthothenic Do đó trong quá trình chế biến, các biến đổi có lợi cần được phát huy và hạn chế các quá trình làm giảm giá trị dinh dương của thực phẩm. 1.2. Quá trình chế biến thực phẩm 1.2.1. Khái niệm về quá trình chế biến thực phẩm Quá trình chế biến thực phẩm bao gồm những bước tác động kỹ thuật lên nguyên liệu nhằm tạo ra sản phẩm mong muốn. Mỗi bước tác động lên nguyên liệu đều làm nguyên liệu thay đổi về mặt hình dạng, kích thước, thành phần hóa học, vi sinh vật, Các bước tác động kỹ thuật lên nguyên liệu không phải riêng lẻ mà liên hệ kế tiếp nhau từ khâu đầu đến khâu cuối. Mỗi bước tác động đó được coi là một quá trình nhỏ và gọi là một công đoạn. Trái cây  Rửa sạch  Phân loại  Gọt vỏ  Cắt lát  Trộn (thêm đường, nước)  Rót hộp  Ghép mí  Thanh trùng nhiệt  Sản phẩm đồ hộp trái cây cắt lát Sự kết hợp các công đoạn trong quá trình chế biến đồ hộp trái cây cắt lát 18
5. Trong các công đoạn việc sử dụng các máy móc thiết bị sẽ làm giảm chi phí lao động, tăng năng suất, đảm bảo tính đồng đều của sản phẩm và dễ dàng tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất. Công nghệ có ý nghĩa tổng hợp của các yếu tố sau đây : - Vật liệu và quá trình biến đổi của vật liệu - Phương pháp (quy trình) sản xuất - Công cụ sản xuất - Điều kiện kinh tế, tổ chức sản xuất 1.2.2. Khái niệm công nghệ gia công và công nghệ chế biến: Gia công là phương pháp biến đổi vật liệu từ trạng thái này sang trạng thái khác, nhưng chưa đạt được đến trạng thái cuối cùng cần yêu cầu của vật liệu hay của sản phẩm. Chế biến là phương pháp biến đổi vật liệu cho tới khi đạt được trạng thái của yêu cầu sử dụng hay yêu cầu thành phẩm. 1.2.3. Phân loại các phương pháp chế biến thực phẩm Theo trình tự thời gian (thu hoạch, bảo quản, chế biến, bảo quản thành phẩm, xử lý trước sử dụng) Theo trình độ sử dụng công cụ (thủ công, cơ giới, tự động hóa) Theo nguồn năng lượng sử dụng (tác nhân vật lý, nội năng) Theo tính chất liên tục (gián đoạn, bán liên tục, liên tục) Theo trạng thái ẩm của vật liệu (khô, ướt) Theo mục đích (chuẩn bị, khai thác, chế biến, bảo quản, hoàn thiện) Phân loại theo mục đích của quá trình - Quá trình chuẩn bị: là quá trình sử lý sơ bộ nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo ví dụ như quá trình loại trừ tạp chất, phân loại, tạo hình đun nóng - Quá trình khai thác : là quá trình làm giàu cấu tử có giá trị dinh dưỡng trong thực phẩm như quá trình cô đặc, kết tinh, chưng cất. ép - Quá trình chế biến: quá trình tác động vào nguyên liệu từ thực phẩm có chất lượng thấp trở thành thực phẩm chất lượng cao hơn. + Làm tăng giá trị cảm quan: giá trị cảm quan phụ thuộc vào : hình dạng, màu sắc, mùi, vị của thực phẩm. + Giữ được giá trị dinh dưỡng của thực phẩm + Làm tăng thời gian bảo quản : loại trừ vi sinh vật, một phần bào tử và enzyme chứa trong thực phẩm. 19
6. - Quá trình hoàn thiện: quá trình bao gói tạo ra sản phẩm phù hợp như quá trình rót sản phẩm vào hộp, tạo dáng, tạo hình, dán nhãn - Quá trình bảo quản: làm hạn chế sự hao hụt giá trị dinh dưỡng của sản phẩm như quá trình làm lạnh đông, thanh trùng Phân loại các quá trình công nghệ: - Quá trình cơ học: Quá trình tác động cơ học lên nguyên liệu làm thay đổi hình dạng, kích thước mà không làm thay đổi thành phần hóa học. VD: nghiền, chà xát, cắt, - Quá trình thủy lực cơ giới : Là quá trình cơ học nhưng tác động vào nguyên liệu dạng dịch lỏng sệt, VD: khuấy trộn, đồng hoá - Quá trình khuếch tán: Là quá trình chuyển vật chất từ pha này sang pha khác như quá trình hòa tan, quá trình kết tinh, ngưng tụ bay hơi - Quá trình nhiệt: Là các quá trình đun nóng làm lạnh, thường là quá trình nhiệt kèm theo quá trình khuếch tán. VD : thanh trùng, sấy, rán - Quá trình hóa học và sinh học: Quá trình này tác động vào nguyên liệu tạo ra sản phẩm làm thay đổi cả tính chất, thành phần hóa học của nguyên liệu, tạo ra các sản phẩm mới. VD : lên men, enzyme thuỷ phân 1.3. Tính chất hệ thống của quá trình công nghệ thực phẩm Hệ thống = một tập hợp các phần tử (element) + tập hợp mối quan hệ giữa các phần tử đó. Các phần tử cấu thành hệ thống có nhiệm vụ chuyển hoá các đại lượng vào của hệ thống (input) thành các đại lượng ra (output) của hệ thống (chức năng của hệ thống). ĐẠI PT1 PT2 PT3 LƯỢNG ĐẠI ĐẦU LƯỢNG VÀO ĐẦU RA PT5 (INPUT) (OUTPUT) PT4 HỆ THỐNG CỤ THỂ 20
7. y: các yếu tố bên ngoài X Y x: các yếu tố bên trong HỆ THỐNG TRỪU TƯỢNG NGUYÊN LIỆU PT1 PT2 PT3 PT4 SP1 PT5 PT6 PT7 SP1 PT8 PT9 SP1 HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN NGUYÊN Hệ thống LIỆU phương DC1 SP1 pháp I Vận chuyển DC2 SP1 NGUYÊN Hệ thống DC LIỆU phương 3 SP1 pháp II DC4 SP1 HỆ THỐNG LIÊN KẾT 21
8. MỘT SỐ VÍ DỤ CÁ HẤP ÉP LÀM TƠI SẤY PT PT1 PT2 PT3 4 NGHIỀN BỘT CÁ SÀNG PT5 XỦ LÝ TINH DẦU CÁ TÁCH DẦU CHẾ PT6 PT7 HỆ THỐNG CỤ THỂ CỦA CNSX BỘT CÁ, DẦU CÁ Vật lý Cơ lý Hoá Phân học chia BỘT CÁ CÁ DẦU CÁ Thiết bị  to HỆ THỐNG TRỪU TƯỢNG CỦA CNSX BỘT CÁ, DẦU CÁ 22
9. Mực khô Rửa Nướng Cán xé Tẩm gia vị Sấy Bao gói Sp P. ứ hoá P. ứ hoá P. ứ hoá học (a) Quá trình học (b) học (c) bao gói, định hình Quá trình cơ lí Quá trình hóa lí Quá trình cơ lí, định hình Quá trình nhiệt Quá trình cơ lí a) - Phản ứng thuỷ phân b) - Phản ứng hoá hợp c) - Phản ứng thuỷ phân -Phản ứng phân huỷ -Phản ứng melanoidin -Phản ứng caramen hóa -Phản ứng caramen hóa -Phản ứng quinonamin -Phản ứng melanoidin -Phản ứng melanoidin -Phản ứng quinonamin -Phản ứng quinonamin -Phản ứng oxy hoá khử -Phản ứng oxy hoá khử Quá trình lên men : to [đường] [NaCl] yếm khí Rau quả Rau quả LÊN MEN chua VSV Glucoza Saccaroza Axit lactic Sõ đồ hệ thống lên men muối chua rau quả 23
10. to  [NaCl] pH Thuỷ sản Sản phẩm lỏng (fish sauce) Xử lý LÊN MEN Sản phẩm đặc Cơ học [E] (fish paste) Quá trình thuỷ phân Pr Quá trình tạo màu Quá trình tạo mùi Quá trình lên men lactic (có thính) Sõ đồ hệ thống thuỷ sản lên men to  yếm khí Cõ học LÊN MEN Tôm Xử lý Tôm chua VSV Đýờng (Saccaroza) Axit lactic Quá trình lên men lactic Quá trình thuỷ phân Pr Quá trình tạo màu Quá trình tạo mùi Sõ đồ hệ thống lên men tôm chua 24
11. Tiêu chuẩn Thanh trùng to  yếm khí to  Đồng hoá LÊN MEN Sữa Chuẩn bị Ngâm SP VSV Đường Axit lactic Cấy Quá trình lên men chủn Quá trình tạo quện g Quá trình biến đổi Pr Quá trình lên men ethanol (t/h có Chuẩn nấm men) bị chủng Sõ đồ hệ thống lên men sữa chua 25
12. Chương II: Các quá trình cơ lý 2.1 Quá trình phân chia 2.1.1 Bản chất của quá trình phân chia Là sự tách riêng các cấu tử có trong một hỗn hợp thông qua sự khác nhau bởi một hoặc nhiều tính chất đặc trưng của chúng. 2.1.2 Mục đích và phạm vi sử dụng Thông thường quá trình này được sử dụng trong công nghiệp chế biến hạt, sản xuất bánh mỳ, bánh kẹo, đồ hộp thức ăn với mục đích loại bỏ tạp chất, phân loại vật liệu trước khi đưa vào sản xuất. Mục đích hoàn thiện, ví dụ tách sạn ra khỏi gạo, phân loại các loại quả gồm quả chín, quả xanh 2.1.3 Vật liệu và sự biến đổi vật liệu, sản phẩm của quá trình Vật liệu (nguyên liệu đầu): gồm nhiều cấu tử, khác nhau về nhiều tính chất. Trong quá trình phân loại chủ yếu là sự thay đổi về thành phần các cấu tử mà không có sự biến đổi về chất. Sản phẩm của quá trình là hỗn hợp mới được tách ra từ hỗn hợp đầu có thể gồm một hoặc nhiều cấu tử. 2.1.4 Phương pháp thực hiện quá trình Chọn dấu hiệu phân chia: Dấu hiệu phân chia là tính chất đặc trưng khác nhau của các cấu tử được phân chia. Dựa vào tính chất cơ lý (kích thước, hình dạng, thể nhuyễn hay cứng), trạng thái bề mặt, tính chất khí động (tốc độ bay khi thổi không khí vào), tính chất hoá lý (khối lượng riêng, ví dụ lắng dầu cá, tách gạo - sạn, nhiệt độ sôi ). Có thể chọn một hay nhiều dấu hiệu phân chia, thực hiện lần lượt hoặc tức thời. Việc chọn dấu hiệu phân chia là một vấn đề quan trọng. Để phân chia có hiệu quả thì phải chọn đúng dấu hiệu phân chia và kết hợp lực cơ học trong quá trình phân chia (ví dụ: dùng lực ép để đùn thịt cá qua rổ hình trống quay). Chọn xong dấu hiệu phân chia, chúng ta cần chọn thông số phân chia cho phù hợp để đạt được hiệu quả phân loại tối đa nhất. Thông số phân chia là giá trị cụ thể của các dấu hiệu phân chia. Ví dụ: tách riêng tôm 5mm ra khỏi tôm 23mm. Mắt sàng phải có kích thước 3,1; 3,2 thông số phân chia - Dùng một dấu hiệu phân chia. Một trong những phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi và cho hiệu quả tốt là phương pháp dùng hệ toạ độ đề các để biểu diễn quá trình phân chia. Giả sử chúng ta thực hiện quá trình phân chia hai cấu tử 1 và 2: x: dấu hiệu phân chia (kích thước của các cấu tử). Trên trục hoành biểu diễn dấu hiệu phân chia x (ví dụ chiều rộng). (hình 2.1 a, b, c) Diện tích tạo thành giữa đường cong 1 và trục hoành là hàm lượng phần từ kích thước lớn, diện tích tạo thành giữa đường cong 2 và trục hoành là hàm lượng các phần tử kích thước nhỏ. Có ba trường hợp xảy ra: Đồ thị: 26
13. Theo phương án (a) nếu sử dụng thông số phân chia là D hoàn toàn có thể tách riêng khối hạt ra làm 2 phần, ta nói hỗn hợp dế phân chia theo x. Nếu sử dụng thông số phân chia là D1 (trường hợp b), chúng ta có thể tách khối hạt làm 2 phần nhưng không thể tách hoàn toàn do một số hạt cấu tử 1 và cấu tử 2 có chung kích thước. Trường hợp này gọi là khó phân chia theo x. Nếu chúng ta sử dụng thông số phân chia D2 (phương án c), thì không thể tách riêng được hai cấu tử 1 và 2 theo x. Trường hợp này gọi là hỗn hợp không phân chia được theo x và chúng ta phải chọn dấu hiệu phân chia khác. Để đánh giá độ phân chia (hiệu quả phân o chia) hỗn hợp hai cấu tử theo một dấu hiệu phân chia, chúng ta dùng biểu thức sau: Hình 2.1.a  0 1 0 0 Trong đó: o- : khoảng 2 cấu tử có thể phân chia o: khoảng chung của 2 cấu tử. a) = 0 thì = 1 Hiệu quả phân chia = Max b) < o <1 khó phân chia. o c) = o =0 không thể phân chia. Hình 2.1.b Đánh giá số lượng hay tỷ lệ phân chia: S  1 0 100 S: Diện tích phân không phân chia. - Dùng hai dấu hiệu phân chia (hình 2.2): Ví dụ: phân chia hỗn hợp theo chiều rộng (x) và chiều dài (y). Theo x và y phân chia được 3 thành phần o hỗn hợp: Hỗn hợp cấu tử 1: hạt chính. Hình 2.1.c Hỗn hợp cấu tử 2: tạp chất. Hỗn hợp cấu tử 1+2: diện tích  SABCD. SABCD: là thành phần không thể phân chia được theo hai dấu hiệu x và y. - Độ phân chia của hỗn hợp 2 cấu tử theo hai dấu hiệu x và y được tính theo  công thức  1. 2  1  B . i 01 02 µ d    , khoảng cách 2 cấu tử trùng u 1 2 Ò i h nhau theo khoảng cách x, y D  C c 01, 02 khoảng cách chung của 2 cấu tử theo khoảng cách x, y. Chỉ tiêu số  lượng  chiÒu réng o=1- S/100 Hình 2.2 27
14. Dùng 3 dấu hiệu phân chia Ví dụ: chiều rộng (x), chiều dày (y) và chiều dài (z). Độ phân chia của hỗn hợp 2 cấu tử theo 3 dấu hiệu phân chia là:  1 1 2 3 01 02 03 1, 2, 3, khoảng 2 cấu tử trùng nhau theo x, y, z 01, 02, 03, khoảng chung 2 cấu tử trùng nhau theo x, y, z V Chỉ tiêu số lượng:  1 3 0 100 V3 thể tích phần cấu tử không phân chia được theo x, y, z Cứ tiếp tục như vậy ta dùng n dấu hiệu phân chia để phân loại hỗn hợp + Đánh giá hiệu suất công nghệ của quá trình: về lý thuyết khi ta chọn được dấu hiệu phân chia đúng và thông số phân chia phù hợp và sử dụng các thiết bị tương ứng để thực hiện quá trình thì hiệu suất đạt 100% ( =1). Nhưng trong thực tế do nhiều lí do, hỗn hợp phân cấp mới nhận được vẫn còn lẫn các cấu tử tuỳ theo tỷ lệ khác nhau, tức là chưa được tách hoàn toàn. Hiệu suất của quá trình được tính như sau: (a a )  c d .100% ad 1( ad ) ac độ thuần nhất cuối cùng của hỗn hợp cấu tử chính ad độ thuần nhất ban đầu của hỗn hợp cấu tử chính B là tỉ lệ thu hồi hỗn hợp phân cấp chứa cấu tử chính T Ví dụ: Hỗn hợp hạt 500 chứa 20% tạp chất (ad=0,8) sau khi phân loại (làm sạch) cho hỗn hợp thứ nhất 400T, hỗn hợp thứ hai 100T. Kết quả phân tích kiểm nghiệm cho thấy trong hỗn hợp thứ nhất có chứa tạp chất 2% (ac=0,98). 400 Tính hiệu suất phân loại: ta có  8,0 500 ,0 98 8,0.8,0  .100 90 0 1 8,0.8,0 0 2.1.5 Vấn đề thiết bị Phụ thuộc vào dấu hiệu phân chia và thông số phân chia. Ví dụ: theo kích thước hình học dùng hệ rây, sàng với kích thước lỗ khác nhau để phân loại. Phân loại theo tính chất khí động học dùng sức gió, máy phân li, tổ hợp quạt hòm và máy gần đá (để tách các tạp chất nặng và nhẹ ra khỏi hạt sạch). Phân loại theo tỉ trọng: ví dụ máy phân li đá sỏi, máy tách đá (vì không tách được bằng sức sàng, do kích thước đá sỏi gần với kích thước hạt, nhưng lại khác nhau về tỉ trọng). Phân loại theo từ tính (tạp chất sắt) như nam châm vĩnh cửu. Phân loại theo tính chất bề mặt vật liệu dùng sàng nhiều tầng, do phần tử nào có hệ số ma sát nhỏ sẽ có vận tốc trượt lớn hoặc dùng rây nhiều tầng. Sử dụng phương pháp quang điện để phân loại độ chín của quả, phân loại sản phẩm đóng chai. Việc chọn thiết bị thích hợp sẽ cho hiệu quả phân chia cao. Đó chính là mục tiêu của quá trình. 28
15. 3.8. Máy phân loại kiểu sàng Máy phân loại kiểu sàng thường có hai dạng là sàng phẳng và sàng hình trụ (thùng quay). 3.8.1. Máy phân loại kiểu sàng phẳng: Máy gồm một số sàng được xếp chồng lên nhau phía trên một khung tạo rung. Sàng có kích thước lỗ từ 20 mm đến 125 mm. Các hạt có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng sẽ đi qua sàng dưới tác dụng của trọng lực cho đến sàng có kích thước lỗ mà nó sẽ giữ hạt lại ở trên sàng. Máy phân loại kiểu sàng phẳng 3.8.2. Máy phân loại kiểu sàng hình trụ: Máy phân loại dạng này chủ yếu để sử dụng phân loại các loại hạt ngũ cốc như lúa, gạo, cà phê, hạt điều Máy có cấu tạo gồm sàng hình trụ làm bằng thép tấm có đục lỗ hoặc bằng lưới đan. Các sàng được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc từ 5-10°. Các sàng có thể được bố trí dạng đồng tâm (sàng này nằm trong sàng kia) hoặc dạng song song nối tiếp (các hạt đi từ sàng này đến sàng kia). Máy phân loại kiểu sàng hình trụ có năng suất cao hơn máy phân loại kiểu sàng phẳng. Năng suất của máy sẽ tăng cùng với tốc độ quay của sàng, tuy nhiên nếu tốc độ quay vượt quá tốc độ giới hạn, vật liệu do lực ly tâm sẽ dính vào sàng mà không rơi xuống. 29
16. Máy phân loại kiểu sàng nối tiếp Máy phân loại kiểu sàng đồng tâm 3.9. Máy phân loại trái cây 3.9.1 Máy phân loại dùng con lăn Máy gồm một số con lăn lắp phía trên một băng chuyền nghiêng. Khoảng cách từ các con lăn đến bề mặt của băng tải tăng dần theo chiều chuyển động của vật liệu. Trong khi chuyển động cùng tấm băng, nếu kích thước của trái cây nhỏ hơn khoảng cách giữa con lăn và bề mặt tấm băng, trái cây ra đi ra ngoài máng hứng. 3.9.2. Máy phân loại dùng dây cáp Bộ phận phân loại là các dây cáp căng giữa hai trục quay. Khoảng cách giữa hai dây cáp tăng dần từ trên xuống. Nguyên liệu cần phân loại thường là các loại quả to như cam, bưởi, chanh Nguyên liệu được nạp vào từ phía trên. Sau khi nạp vào, các quả sẽ chuyển động dọc theo khe hở giữa 2 sợi dây cáp và sẽ rơi xuống máng hứng ở dưới nếu khoảng cách giữa hai sợi dây cáp lớn hơn kích thước của quả. 30
17. Trôc quay D©y c¸p Mét cì Puly 3.10. ống phân loại Sử dụng rất hiệu quả trong công nghiệp xay xát, dùng phân loại hạt dài và ngắn, thí dụ như phân loại tấm ra khỏi gạo. ống phân loại là một ống hình trụ được truyền động quay, làm từ thép tấm mỏng cuộn tròn lại. Bề mặt bên trong của ống được tạo các hốc lõm có kích thước chính xác và bằng nhau bằng phương pháp dập bên trong và đồng trục với ống có một vít tải và máng hứng có thể điều chỉnh vị trí hứng được bằng các quay máng. ống và vít tải có thể quay cùng số vòng quay hoặc có thể khác nhau. 31
18. Nguyên liệu được đưa vào ở một đầu của ống. Khi quay, hạt sẽ chui vào hốc. Các hạt dài rơi ra ngay khi hốc vừa được quay lên. Trái lại, hạt ngắn nằm sâu trong hốc nên rơi ra sau khi ống đã quay lên cao. Phần hạt ngắn sẽ rơi vào máng hứng và được vít tải đẩy dọc theo máng ra ngoài và rơi theo một đường riêng. Sau một số lần quay, hấu hết hạt ngắn được chuyển lên máng hứng, phần còn lại trong ống chỉ là hạt dài. Do ống quay đặt hơi dốc nên hạt dài di chuyển dần về đầu thấp của ống và rơi ra. Tùy theo vị trí của máng hứng, kích thước của các hạt dài và ngắn được phân riêng sẽ thay đổi. Năng suất và chất lượng làm việc của ống phân loại tăng khi ống dài hơn. Ngoài ra kích thước cần chính xác và đồng nhất, nếu không rất khó phân loại. Trong trường hợp quay nhanh, lực lytâm quá lớn sẽ làm hạt bám chặt lên thành ống làm giảm khả năng phân riêng hoặc đôi khi không phân riêng được. 3.11 Máy phân phân cỡ tôm 3.11.1 Nguyên tắc Bộ phận làm việc chính là cặp trục lắp nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang. Khoảng cách giữa hai trục lăn tăng dần từ trên xuống. Tôm được nạp vào từ phía trên của cặp trục và đi xuống dưới. Khi nào khoảng cách giữa hai trục lăn lớn hơn chiều dày thân tôm, tôm sẽ rơi xuống máng hứng và đi đến băng chuyền tiếp nhận tôm. 1.Thùng chứa nguyên liệu 5.Tấm điều chỉnh cỡ tôm 32
19. CÊu t¹o cña m¸y ph©n lo¹i trôc l¨n 2.Băng tải nạp liệu 6. Máng hứng tôm 3. Máng rung 7. Băng tải ra tôm 4.Trục lăn phân cỡ Máy phân cỡ gồm 2 phần chính: i) Bộ phận nạp liệu: Bộ phận này gồm một thùng nạp nguyên liệu dạng hình chữ nhật được làm bằng thép không rỉ. Bên trong thùng có đặt một băng tải nạp liệu để đưa nguyên liệu lên cao. Do độ dốc của băng tải lớn nên trên tấm băng gắn các thanh bằng thép tạo thành gờ để đưa tôm lên. Phía dưới đầu tháo liệu của băng tải là một màng rung có các rãnh định hướng. Mục đích của sàng rung là dàn đều nguyên liệu và sau đó phân bố đều đến các khe của trục lăn phân cỡ. Phía dưới màng rung có lắp mô tơ điện tạo rung. ii) Bộ phận phân cỡ: Bộ phận này bao gồm các cặp trục phân cỡ chuyển động ngược chiều nhau và đặt nghiêng một góc so với mặt nằm ngang. Do máy phân cỡ thường phân nhiều cỡ nên các trục lăn phân cỡ thường chia làm hai trục ngắn hơn. Trục lăn thường làm bằng thép không rỉ và có chiều dài khoảng từ 3- 4 m. Tại khoảng hở không phân cỡ giữa hai trục lăn, người ta đặt các tấm chắn dạng chữ Λ không cho nguyên liệu lọt xuống các khe không phân cỡ. Phía dưới trục lăn phân cỡ là các máng hứng nguyên liệu. Phía dưới các máng hứng là các băng tải chuyển tôm đã phân cỡ ra ngoài. 3.11.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên liệu sau khi rửa sạch được đưa vào thùng nạp nguyên liệu. Băng tải nạp liệu sẽ đưa nguyên liệu lên phía trên và đổ vào sàng rung. Sàng rung sẽ phân bố đều nguyên liệu vào các trục lăn phân loại. Nguyên liệu sẽ đi vào khe hở giữa hai trục lăn và chuyển động đi xuống. Khi chiều dày thân tôm nhỏ hơn khoảng cách giữa hai trục lăn, tôm sẽ rơi xuống máng hứng và đến băng tải tiếp nhận nguyên liệu. Để điều chỉnh cỡ nguyên liệu, người ta có thể điều chỉnh khoảng cách của 2 trục lăn nhờ các vít hoặc điều chỉnh bằng các tấm điều chỉnh cỡ nguyên liệu số 5, tấm này có thể dịch lên, dịch xuống để tăng giảm cỡ nguyên liệu. 33
20. 3.12. Máy lựa chọn dùng quang điện 3.4.1 Nguyên tắc: Thiết bị sử dụng các tia sáng chiếu vào thực phẩm, quá trình phân loại dựa vào sự khác nhau về màu sắc của thực phẩm. Thiết bị loại này dùng để phân loại thực phẩm có màu sắc khác nhau như các loại quả chín và quả xanh, loại gạo, phân loại lúa mì, Nguyên lý làm việc Gạo bị loại Gạo thành phẩm 34
21. Lúa mì bị loại Lúa mì thành phẩm 3.4.2 Cấu tạo và hoạt động: Cấu tạo của thiết bị phân loại dùng quang điện được miêu tả ở hình bên. 35
22. Thiết bị bao gồm một phễu nạp nguyên liệu (1), phễu này đặt trên một sàng rung (2) để dàn đều nguyên liệu. Nguyên liệu được chảy xuống một ống trượt (3) thành hàng. Phía dưới của ống trượt có đặt một thiết bị dùng để phân loại thực phẩm theo màu sắc (4). Thiết bị này gồm có đèn phát ra tia sáng chiếu vào thực phẩm. Trên thiết bị có đặt đối diện với đèn huỳnh quang là một vật kính thu nhận ánh sáng phát ra chiếu qua thực phẩm. Màu sắc trên thực phẩm khác nhau sẽ tác động lại vật kính. Từ tín hiệu từ vật kính chuyển đến bộ phận điều khiển để phân tích. Tín hiệu này được chuyển qua tín hiệu điện áp : làm thay đổi hiệu điện thế, từ tín hiệu điện sẽ chuyển qua tín hiệu cơ học. Khi có sự khác nhau vè màu sắc sẽ làm thay đổi điện áp và bộ phận điều khiển tác động vào bộ phận nén khí hoạt động mở van đẩy (5) và đẩy thực phẩm không phù hớp với màu sắc yêu cầu chuyển động lệch hướng chuyển động. Như vậy, thực phẩm đã được phân ra thành hai loại đặt trong hai thùng chứa (7) và (8). 36
23. 2.2 Quá trình ép 2.2.1 Bản chất của quá trình ép Tác động lực cơ học vào vật liệu làm vật liệu bị biến dạng trên vật cản nhằm : - Phân chia pha lỏng - rắn trong vật liệu (tách chất lỏng đã được giải phóng ra khỏi tế bào còn nằm trong vật liệu ra ngoài). - Định hình - biến dạng vật liệu. Quá trình được áp dụng trong 2 trường hợp: - Chất lỏng là một sản phẩm cần thu. Dịch ép thường là một hệ keo phức tạp gồm thành phần chủ yếu và một số chất hòa tan khác kể cả 1 ít chất không tan. Yêu cầu dung dịch có độ tinh khiết cao. Độ tinh khiết là tỉ lệ giữa hàm lượng chất tan chủ yếu và tổng lượng các chất tan trong dung dịch, được tính bằng %. - Chất rắn thu được là sản phẩm đặc còn ít nước. 2.2.2 Mục đích và phạm vi sử dụng quá trình ép Quá trình ép được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm nhằm các mục đích sau: - Khai thác vật liệu: Sản xuất đường: ép mía dùng lực (P) ép làm cho các tế bào trong nước đường trong thân mía bị phá thủng, nước đường chảy ra ngoài. Sản xuất nước rau quả: ép nước quả. Sản xuất dầu thực vật, tinh dầu: ép các hạt có dầu (lạc, vừng, đậu tương, trẩu,cám gạo ). Dầu nằm trong những mao quản ở phần phần nội nhũ của hạt. Sau khi được sử lý như nghiền, chưng cất, ép, dưới áp lực dầu sẽ thoát khỏi mao quản ra ngoài. -Mục đích chế biến, hoàn thiện. Sản xuất chế biến đậu phụ, pho mát, bơ Chế biến bột mì, bánh mì, mì sợi, bánh bích quy, sử dụng giai đoạn ép (cán) làm cho khôi bột nhào dẻo hơn do protit trong bột được trương nở triệt để. Tạo hình: ép khối bột nhào thành sợi (mì sợi), thành ống (mì ống), khuôn bích quy, ép đường thành viên, các loại thành phẩm khô: bánh rau, lương khô, viên canh Các loại bánh men, các bánh thức ăn gia súc. ép các viên thuốc các loại kẹo - Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo: Ví dụ: ép tách bớt nước thay cho giai đoạn sấy sơ bổ trong chế biến chè, rẻ và tiện lợi hơn, ép cuộng thuốc lá để thái sau đó trộn với thuốc lá rời.vv. 2.2.3 Tính chất của vật liệu đưa vào ép Thành phần trong vật liệu gồm có: Phần lỏng: có thể là dung dịch thu được, là thành phần chủ yếu cần tách (sản phẩm thực phẩm lỏng); một ít chất hòa tan và chất không tan như thành tế bào, mảnh vụn, xenluloza. vv Cần tách ra. Nước là thành phần cần tách ra. Phần rắn: là phần sản phẩm thực phẩm cần thu mong muốn đạt yêu cầu (thực phẩm đặc) hoặc là phần còn lại của nguyên liệu sau khi đã tách chất lỏng, chúng đã bị biến đổi so với ban đầu do quá trình sử lí trước khi ép như bã mía, bã chanh, bã dứa, vỏ tế bào, các hạt sau ép dầu đó là phần nội nhũ đã bị biến tính cùng phân vỏ hạt. Cấu trúc vật liệu khác nhau về kích thước các phần tử trong khối vật liệu, độ cứng, độ hổng (độ xốp), của khối vật liệu, khả năng đàn hồi của khối vật liệu khi chịu lực ép và khả năng tạo nội lực của khối ép. 2.2.4 Biến đổi vật liệu trong quá trình ép. 37
24. Quá trình ép là một quá trình cơ học chủ yếu là biến đổi về vật lý như biến đổi về cấu trúc, trạng thái liên kết, tỉ lệ 2 pha rắn - lỏng - rắn hoặc - đặc, sự giảm độ xốp, sự tăng độ kết dính giữa các phần tử, có sự biến dạng - tạo hình. Không có thay đổi đáng kể về mặt hóa học, sinh hóa và hóa sinh, tuy nhiên có thể có hiện tượng tổn thất vitamin, các hoạt chất được giải phóng khỏi tế bào, các enzim cũng có khả năng giải phóng khỏi tế bào, có khả năng oxy hóa mạnh hơn khả năng bảo quản lâu dài và tốt hơn do không còn độ hổng không khí, khi bảo quản ít bị biến đổi (ví dụ rau ép). Trong trường hợp ép phân li vi sinh vật dễ tác động làm hỏng khối sản phẩm sau ép. Ví dụ dung dịch nước mía, nước quả vv Trong trường hợp đó thường thay đổi môi trường để chống hoạt động của vi sinh vật. Ví dụ cho vôi vào nước khi ép. Ngoài ra trong dung dịch sau ép có thể còn lại xơ, bã xác tế bào gây ảnh hưởng không tốt đến các quá trình công nghệ sau. 2.2.5 Phương pháp thực hiện quá trình và hệ thống khai thác - Ta có thể thực hiên ở áp xuất cao hoặc áp xuất thấp, nhiệt độ cao hoặc thấp. Ví dụ ép hạt có dầu: nếu nhiệt độ thấp, áp xuất thấp, chất lượng dầu tốt nhưng hiệu xuất ép thấp (thường ép 1 lần), ngược lại nếu ép ở áp xuất cao, nhiệt độ cao ta ép được kiệt nhưng chất lượng xấu. Vì vậy thường ép ở áp xuất thấp. - Có thể thực hiện quá trình ép với các loại máy ép khác nhau. ép vít dùng cho vật liệu mềm như ép quả, hoặc ép các hạt dầu sau khi đã nghiền và chưng sấy được gói lại từng nắm. ép thủy lực thích hợp cho các loại vật liệu cứng (ví dụ ép hạt có dầu). áp lực cao và P tăng từ từ: có thể dùng phối hợp ép thủy lực và ép vít tải tăng hiệu suất ép. ép trục: dùng cho vật liệu cứng và có sợi. Có thể ép 2 trục, 3 trục hoặc hơn nữa. áp lực ép được tạo ra bằng phương pháp cơ học (lò xo), thủy lực (áp lực dầu) hoặc không khi nén. ép khí nén các quả mềm tránh sự vò nát (ví dụ các quả bưởi, cam v.v), không khí được nén vào túi cao su. - Tiến hành ép theo cách ép khác nhau như có thể ép một lần, hoặc ép nhiều lần. Để tăng hiệu suất ta có thể ép lại vật liệu ép nhiều lần trên một máy, một bộ trục; hoặc dùng nhiều bộ trục. Trên hình 2. 4 là sơ đồ ép bốn bộ trục. Ta thấy vật liệu sẽ đi qua 8 lần ép với 12 trục. Vật liệu vào Bã sau ép Dung dịch Dung dịch Dung dịch Dung dịch Hình 2.4: ép 4 bộ trục Ngoài ra ta có thể thực hiện ép khô (ép trực tiếp) hoặc ép ướt là quá trình ép cùng với trích li để tăng hiệu suất ép. Vì khi ép khô dù đã xử lí sơ bộ hiệu suất ép chỉ đạt 60-80%. Khi ép có tưới thêm dung dịch vào vật liệu rồi ép lại, hiệu suất ép có thể tăng lên đến 92-95%. Sở dĩ như vậy vì khi tế bào ép bị rách, dịch ép đã chảy ra hết nếu cho dung dịch hoặc nước vào trích li thì lượng nước hòa tan sẽ trích li vào dung dịch, đem ép lại thu được thêm 1 lượng dung dịch, trường hợp không ép ướt không khí sẽ chui vào tế bào, nó không có khả năng hòa tan dung dịch. Khi ép ướt ta cần chú ý đến các điệu kiện như nhiệt độ cần hoảng 40-60oC để tế bào trở về gần dạng ban đầu và tránh các phản ứng sảy ra ở nhiệt độ cao dẫn đến giảm chất lượng dung dịch. - Lượng dung dịch loãng (hoặc nước) cho vào đủ để tách hết dung dịch nhưng không nên qua nhiều tốn năng lượng để bay hơi dung dịch sau này, và tranh sự cố xảy ra khi ép. Ví dụ hiện tượng trượt. 38
25. - áp lực phun và thời gian phun nước: thường bơm dung dịch và nước vào ngay khi nguyên liệu vừa ra khỏi máy ép. Trên hình 2-5 biểu diễn sơ đồ ép mía có ép lại và thẩm thấu (ép ướt). w Vật liệu vào Bã sau ép Hỗn hợp nước mía Hình 2.5: ép ướt Trong thực tế công nghệ sản xuất có thể dùng 1 phương pháp ép riêng hoặc phối hợp nhiều phương pháp. 2.5.6. Vấn đề thiết bị (giới thiệu thiết bị ép)  Ép vít: Ép quả , hạt có dầu sau khi đã nghiền và chưng sấy  Thủy lực: Thích hợp cho vật liệu cứng (hạt có dầu)  Trục: Vật liệu cứng và có sợi (mía)  Khí nén: Vật liệu cần tránh vò nát (các loại quả) 39
26. 2.5.6 1. Máy ép 2.5.6 1.1 Máy ép thủy lực làm việc gián đoạn Thùc phÈm Pittông Ap lực Van Pittông Van Van DÇu M¸y Ðp thuû lùc A: xi lanh m¸y nÐn B: xi lanh Ðp S¬ ®å nguyªn t¾c cña qu¸ tr×nh Ðp thuû lùc Cấu tạo của thiết bị bao gồm một bàn ép phía trên có giá ép. Bàn ép này được đặt trên một pittông dịch chuyển. Trong xi lanh của bàn ép có đặt chất lỏng, thường là dầu, chất lỏng này nằm trong không gian tác dụng của hai pittông, tác động qua lại theo nguyên tắc thuỷ lực 40
27. được thể hiện. Một hệ pittông và xi lanh khác có tiết diện nhỏ hơn rất nhiều so với tiết diện của xi lanh trong bàn ép, chất lỏng trong hai xi lanh này được thông với nhau. Tác dụng một lực lên xi lanh máy nén (A) chất lỏng sẽ truyền lực này tác dụng lên xi lanh máy nén, làm dịch chuyển xi lanh máy nén lên trên cao, ép thực phẩm lên trên giá ép. Lúc đó thực phẩm bị ép và dịch sẽ chảy xuống máng chứa, còn dịch còn lại trên bề mặt của bàn ép. Máy ép thuỷ lực làm việc gián đoạn nhưng cho năng suất cao và tốn ít năng lượng. 2.5.6 1.2 Máy ép trục vít Máy ép trục vít bao gồm một vít tải có bước vít giảm dần theo hướng chuyển động của nguyên liệu. Trục vít được đặt trong một ống sàng có đường kính lỗ sàng rất nhỏ. Trục của máy ép được gắn với động cơ điện thông qua hộp số để điều chỉnh tốc độ quay của trục vít. Phía dưới của máy ép là máng chứa dịch. Một đầu có cửa nạp liệu đưa thực phẩm cần ép vào một đầu đưa bã đã ép ra ngoài. Thực phẩm cần ép được đưa vào không gian của vít tải. Dưới sức ép của vít tải cấu trúc của thực phẩm bị phá vỡ, dịch trong thực phẩm chảy ra ngoài. Dịch chảy xuống máng chứa và được vận chuyển ra ngoài. Bã ép tiếp tục được ép trong không gian của vít tải và dưới sức ép của vít tải, dịch trong tế bào tiếp tục được vắt kiệt cho đến khi bã đi đến đầu kia của máy lọc ép. Bã sẽ được đẩy ra ngoài theo chiều đẩy của vít tải. 1 2 3 4 7 6 5 M¸y Ðp trôc vÝt 1: m« t¬ 2: trôc vÝt 3: cöa n¹p liÖu 4: æ ®ì 5: l•íi sµng 6: m¸ng chøa dÞch 7: cöa th¸o b· Ðp 2.3 Quá trình lắng, lọc, li tâm 2.3.1 Bản chất của quá trình lắng, lọc, li tâm 41
28. Lắng là quá trình cơ học để phân riêng một hỗn hợp không đồng nhất (có khác nhau) bằng trọng lực hoặc bằng lực li tâm. Là một quá trình vật lí. Lọc là phân riêng hỗn hợp không đồng nhất qua lớp lọc, bã được giữ lại trên lớp lọc, dung dịch chui qua lớp lọc dưới áp suất dư so với áp suất bên dưới vất ngăn. áp suất này được tạo ra do áp suất thủy tĩnh của lớp chất lỏng của lớp chất lỏng trên vất ngăn hoặc do bơm. Quá trình lọc là một quá trình vất lí, thực tế lọc dùng để tách hỗn hợp khó lắng, nó nắm trung gian giữa 3 quá trình lọc - lắng li - tâm. Li tâm là phương pháp tách một cách nhanh chóng các phần tử có khối lượng riêng ( ) khác nhau. Thường tách pha rắn ra khỏi pha lỏng khi nồng độ pha rắn lớn nhờ lực li tâm: m 2 C = R m - khối lượng kg  - tốc độ thùng quay m/s R - bán kính thùng quay m. Lực li tâm lớn hơn trọng lực rất nhiều. Trong công nghiệp thực phẩm thường dùng các C loại máy li tâm với yếu tố phân li  (trong đó C - lực li tâm; G -lực) K 450150.  G 2.3.2 Mục đích và phạm vi sử dụng quá trình lắng, lọc, li tâm Quá trình lắng được sử dụng rất rộng rãi nhằm các mục đích sau: - Nâng cao chất lượng sản phẩm (làm trong sản phẩm thực phẩm) bằng cách tách các chất ảnh hưởng xấu đến sản phẩm và đến các quá trình tiếp theo.Ví dụ: lắng xác tế bào, pectin. tanin, sắc tố, chất nhựa vv trong sản xuất nước quả; lắng các chất không phải đường như chất màu, protein,chất hữu cơ, keo vv Trong sản xuất các loại đường, lắng các chất tạo cặn trong sản xuất rượu mùi, rượu trắng vv Làm sạch, tách các loại bột và tinh bột - Chuẩn bị cho các quả trình tiếp theo ví dụ: lắng trước khi đem lọc để tách bớt kết tủa trong sản xuất đường, lắng tách bỏ tạp chất và nước trước khi lọc dầu vv - Khai thác, thu nhận sản phẩm ở dạng rắn, ví dụ: tách tinh bột khỏi dịch bào trong sản xuất tinh bột, thu nhận các loai9j sản phẩm enzim, thu hồi trấu, thu bột đường sau sấy vv -Vệ sinh công nghiệp: làm sạch khí trước khi thải ra ngoài tránh độc hại và ô nhiễm môi trường, tránh tụ tập nhiều khí gây nổ trong các xí nghiệp xay xát Đối với quá trình lọc, trước hết nó nhằm mục đích làm sạch, nâng cao chất lượng sản phẩm, có thể lấy rất nhiều ví dụ trong công nghệ sản xuất thực phẩm như lọc đường, nược quả, dầu thực vật, rượu, bia nước chấm, lọc nước, lọc khí vv Với mục đích khai thác,thu nhận sản phẩm như trong sản xuất các loại bột, các loại tinh bột, man bánh mì vv ”Ngoài ra lọc còn là quá trình trung gian để chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo”, ví dụ lọc sơ bộ dịch quả trước khi lắng, lọc dịch đường trước khi sản xuất các mặt hàng thực phẩm. “lọc để tách các cấu tử sau khi đã thực hiện các quá trình công nghệ khác”, ví dụ lọc sau khi tẩy màu bằng than hoạt tính, lọc sau phản ứng trung hòa, lọc kết tủa sau khi sử dụng các tác nhân hóa học như Ca(OH)2, H3PO4 vv Quá trình li tâm cũng được sử dụng rất phổ biến trong công nghệ thực phẩm nhằm các mục đích: -Chuẩn bị cho quá trình tiếp theo ví li tâm trước khi đun nóng để tách các phần tử gây cháy hoặc tách các vi khuẩn; li tâm trước khi lọc nhằm tăng năng suất máy, giảm thời gian, giảm hao phí trong sản suất nước quả dầu thực vật vv - Làm sạch, tách tạp chất trong sản xuất dầu ăn, nâng cao chất lượng sản phẩm trong sản xuất tinh bột, tách axit glutamic vv - Khai thác thu nhận sản phẩm từ hỗn hợp bao gồm các pha rắn và dung dịch bao quanh nó như đường sacaroza, glucoza, mì chính, trong quá trình kết tinh;thu nhận chế phẩm enzim sau khi kết tủa bằng cồn; hoặc thu enzym sau thời gian nuôi cấy vv 42
29. - Ngoài ra li tâm còn có mục đích phân chia sản phẩm thí dụ các loại sữa, bơ vv - Thu hồi một số sản phẩm thí dụ bụi đường, cà phê, che, thuốc lá. 2.3.3 Vật liệu và biến đổi sản phẩm trong từng quá trình 2.3.3.1 Quá trình lắng Vật liệu có tính không đồng nhất ( nhau) và tính chất khác nhau của chúng có thể là hỗn hợp: Khí - rắn (bụi) Lỏng - rắn. Huyền phù Lỏng - lơ lửng Nhũ tương Bọt Hoặc lỏng - khí. Trong công nghệ thực phẩm trường dùng phương pháp lắng và lọc li tam để phân riêng hệ lỏng chủ yếu là hệ huyền phù thô: các hạt rắn có kích thước lớn 100m có thể nhìn thấy được. Ta biết khi lắng các phần tử rơi lắng bằng lực f’=G.g (kgm/s2). 4 Nếu xem phần tử lắng có dạng hình cầu (vì nhỏ) thì G r 3 ( ) . 3 1 2 r: bán kính phần tử. 3 1, 2: tỉ trọng phần tử rơi và chất lỏng - g/cm . Trong khi rơi lắng các phẩn tử rơi bị tác dụng của một lực ngược lại. f’=6 rv kgm/sec.  - Độ nhớt môi trường Ns/m2. v - Tốc độ rơi lắng của phần tử rơi m/sec. g- Gia tốc trọng trường. f’ = const trong quá trình rơi. f’’ tăng dần vì v là một đại lượng biến động khi f’=f’’ thì sự rơi tiếp theo tiến hành ở tốc độ không đổi. 2 1 v r( ) g m/sec. 9 1 2  Đó là định luật Stock áp dụng cho một hệ đơn thuần, không phải hệ keo (hệ keo gồm các hạt có kích thước nhỏ 10-4cm. Một số thực phẩm có chứa hệ keo (ví dụ: các lọ nước đường, nước quả ) tốc độ lắng chậm, một số dung dịch chứa tạp chất nhỏ cũng lắng rất chậm, trong trường hợp này ta cần tách keo rồi mới lắng. Như vậy tốc độ lắng phụ thuộc vào mức độ phân tán của hỗn hợp, kích thước hạt và khối lượng riêng của hai pha. Khi kích thước hạt lớn, chênh lệch khối lượng riêng của hai pha lớn tốc độ lắng sẽ tăng lên, ngược lại khi độ nhớt của dung dịch lớn, tốc độ lắng giảm. Trong thực tế công nghệ thực phẩm, để tăng tốc độ lắng thường áp dụng các biện pháp sau đây: trước hết xử lý nguyên liệu trước khi lắng dùng kỹ thuật nhằm làm kết tủa tập trung cao, kích thước lớn và đồng đều. Nếu kết tủa ở dạng keo thực hiện quá trình keo tụ để tạo thành dạng xốp. Nếu các chất keo ở dạng phân tán thì dùng chất hấp phụ để tách keo. Biện pháp thứ hai là nâng nhiệt độ dung dịch lên đến gần nhiệt độ sôi. Biện pháp có hiệu quả nữa là sử dụng các chất trợ lắng. Chất trợ lắng hay còn gọi là chất kết tụ thường là các chất Polyme tổng hợp như Separan AP-30, Poliacrilamit. Có hiệu quả trợ lắng tốt nhất là Poliacrilamit bị thủy phân hay muối Natri Poliacrimit. Ngoài ra còn dùng một số chất khác như pectin: là axit poligalacturanic bị 43
30. metyl hóa một phần. Hoặc sử dụng tinh bột biến tính, rẻ tiền xong hiệu quả trợ lắng thấp hơn. Lượng tinh bột có thể sử dụng khoảng 0,1%, tinh bột được hòa tan trong nước hoặc trong dung dịch cần lắng. Trong trường hợp lắng li tâm, tốc độ lắng được đặc trưng bởi các khu vực lắng khác nhau bởi hệ số Râynon và hệ số Acchimet. ở khu vực có hệ số Re < 2 : trở lực của môi trường tỉ lệ bậc 1 với vận tốc lắng (lắng theo định luật Stôck). Khi lắng với điều kiện môi trường tỉ lệ bậc hai với tốc độ (Re 2) tốc độ lắng được tính theo công thức: 4gd( 1 2 ) 1 = . (m/s) 3 2.r : Hệ số trở lực cục bộ. Các kí hiệu khác như trên. Những phân tích ở trên cho thấy biến đổi vật liệu trong quá trình lắng sự thay đổi chủ yếu về trạng thái chung: các pha được tách riêng khỏi hỗn hợp; không có biến đổi về hóa học, hóa lí, hoặc sinh hóa nhiều tuy nhiên do thời gian dài, có thể có những thay đổi về độ màu của dung dịch, mùi vị của dung dịch cũng có thể bị thay đổi một ít, và một số vi sinh vật có thể phát triển nếu để lâu. Đứng về chất lượng thì được tăng lên rõ rệt do tách tược tạp chất. Thực tế, sau khi lắng bằng trọng lực ta thu được 1 hỗn hợp gồm 3 pha đã dược phân chia: Pha I: Bọt: một số chất keo có < h và một ít dung dịch. Pha I: Dung dịch trong suốt (có lẫn ít cặn). Pha I: Cặn là pha rắn có lẫn một ít dung dịch. Do vậy sau lắng cặn có quá trình gạn. Trong quá trình lắng li tâm pha có bé hơn sẽ được tách ra ở phía trên, pha có lớn hơn sẽ tách ra ở phần cuối thiết bị. Yêu cầu sản phẩm sau khi lắng nếu là dung dịch phải trong suốt. 2.3.3.2 Quá trình lọc Vật liệu đưa vào quá trình lọc có thể là khí gồm khí sạch và bụi hoặc là huyền phù gồm pha lỏng là dung dịch và pha rắn là bã, được đặc trưng bằng tính không tan lẫn và khả năng tách khỏi nhau. Sản phẩm của quá trình có thể là dung dịch yếu cầu trong hoặc trong suốt và cặn bã chứa ít dung dịch để tránh tổn thất. Sản phẩm cũng có thể là chất rắn, yêu cấu khô và được tách hết dung dịch. Sau khi lọc dung dịch trong suốt hầu như không thấy đổi về thành phần hóa học và các thành phân khác, tuy nhiên có thay đổi trạng thái, màu sắc, chất lượng tăng do tạch hết tạp chất và loại được một số vi sinh vất không có lợi theo cặn, tuy nhiên có thể có tổn thất một ít các chất có ịch theo cặn như Protein, Vitamin, chất màu vv Sản phẩm là chất rắn, ngoài thay đổi về trạng thái từ lỏng sang rắn, còn tách được các hợp chất hòa tan do đó chất lương tăng lên. 2.3.3.3 Quá trình li tâm Vật liệu đưa vào quá trình là một hỗn hợp không đồng nhất có thể là - khí - chất rắn (bụi của các nhà máy thực phẩm). Song trong công nghiệp thì chủ yếu là hỗn hợp rắn - lỏng; hoặc lỏng - lỏng có ( ) khác nhau. Yêu cầu vật liệu đưa vào li tâm phải có tính dễ phân li và có khả năng tách khỏi nhau; tính keo và độ nhớt dung dịch không quá lớn; pha rắn ở dạng to và chắc. Sản phẩm sau quá trình có độ tinh khiết cao nhưng còn ẩm như đường saccaroza  = 0,51% Glucoza 9  10% Mì chính 9  10% Tinh bột 40  45% Các loại chế phẩm enzim có  khác nhau: các loại bụi (cà phê, chè, thuốc lá, bột đường) - Các chất lỏng có khác nhau (ví dụ tách bơ trong sữa) 44
31. - Sau quá trình li tâm còn nhận được pha lỏng có thể là dung môi (nước) bỏ đi, hoặc dung dịch thực phẩm bao quanh tinh thể được tách ra , thường được đưa đi xử lí lại bằng các quá trình tiếp theo. Sau quá trình li tâm hỗn hợp được tách biệt chủ yếu là thay đổi trạng thái, không có biến đổi hóa học, hóa lí và sinh hóa đán kể, nhưng về chất lượng sản phẩm nói chung, được tăng lên do: - Tách được tạp chất hòa tan không phải dạng tinh thể, đặc biệt là các chất mau nên tinh thể sạch hơn (trắng hơn). - Trong quá trình li tâm thường có rửa một lần hoặc 2-3 lần nên chất lượng tốt hơn. - Tách tinh thể sản phẩm thực phẩm ra khỏi dung dịch tránh vi sinh vật có thể phát triển do môi trường là dung dịch bao quanh nó. - Có tổn thất do chui qua lưới li tâm hoặc bị hòa tan khi rửa nước hoặc rửa hơi. 2.3.4 Phương pháp thực hiện quá trình lắng, lọc, li tâm 2.3.4.1 Quá trình lắng Lắng trọng lực : Trong sản xuất thực phẩm, lắng được tiến hành trong các bể lắng xây dựng bằng gạch (ví dụ lắng bột). Dịch bào ở phái trên được rút ra bằng các ống xi phông. Nồng độ dung dịch vào lắng n’ 18o Be với thời gian lắng  = 78h. Tinh bột đã lắng xuống đáy bể được hòa thành khối sữa đặc với độ ẩm  4252% được xắn đem ra khỏi bể. Đây là phương pháp thủ công đơn giản rẻ tiền, thao tác dễ dàng nhưng nhược điểm là chu kì sản xuất kéo dài, năng suất thấp. Trong công nghệ thực phẩm phổ biến là dùng các thùng lắng bằng kim loại có đáy hình côn - thùng có một ngăn hoặc nhiều ngăn. Dung dịch lấy ra bằng ống xi phông, hoặc các vòi tháo dung dịch lắng lắng phía trên lớp cặn. Thời gian lắng không để lâu   4560’. Có cách nhiệt để giữ nhiệt độ trong quá trình lắng không đổi. Trấu Lắng còn được thực hiện bằng hệ máng lắng, các máng lắng thường có chiều dài lớn (có thể từ 1233m), chiều Hình 2- 6: Thu hồi vỏ trấu bằng xyclon rộng nhỏ ( 0,20,3m) ví dụ các máng lắng trong sản suất tinh bột từ các loại củ. Tốc độ chuyển động của các dung dịch trong máng cố định 0,150,2 m/s. Giữ tốc độ cố định bằng các bố trí độ dốc của máng (2mm/1m) và sau khi đã có lớp cặn (bột) lắng ở đáy máng ta giảm lượng dung dịch vào. Chú ý nồng độ dung dịch vào lắng bằng máng không cao ( 5o Be). Thường bố trí 1 hệ thống 4 - 5 máng thay nhau làm việc, xắp xếp sao cho khi hệ lắng cuối cùng làm việc thì hệ lắng đầu đã kết thúc (thực tế để lớp sản phẩm lắng trong máng với độ dày 100mm). Lấy sản phẩm ra bằng phương pháp xối nước để hòa tan bằng dung dịch. Nước chảy trong máng với tốc độ lớn hơn 1,5 m/s. Ngoài ra trong sản xuất lương thực - thực phẩm còn dùng phòng lắng (ví dụ tách trấu trong chế biến thóc gạo với vận tốc không khi trong phòng vào khoảng 1,0 1,5 (m/s). Lắng li tâm: Trong sản xuất thực phẩm sử dụng xyclon khô hoặc xyclon nước. Trên hình 2-6 biểu diễn sơ đồ thu hồi trấu bằng xyclon. Thường được bố trí theo kiểu hút để tránh quạt khỏi bị mòn. Về phương thức sản xuất ta có thể thực hiện quá trình lắng gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục trong cả hai phương pháp lắng trọng lực và lắng li tâm. Nói chung về thiết bị thường 45
32. cấu tạo đơn giản không cần tiêu hao năng lượng hoặc tiêu hao rất ít. Nhưng thường chiếm nhiều diện tích và cần lưu ý đến phương diện vệ sinh trong nhà xưởng. Yêu cầu của thiết bị là cần phải đủ năng suất. Đảm bảo tách triệt để hai pha, có bảo ôn để giữ nhiệt độ lắng cố định và thuận lợi trong vận hành và điều chỉnh. Quy trình lắng thường là quá trình trung gian trong dây chuyền sản xuất, có liên quan chặt chẽ đến các quá trình trước và sau đó trong phương án trước và sau sản xuất. Vm 3 Mục tiêu của quy trình là đạt năng suất lắng cao. NS = 3600.F.v m3/h.  F: tiết diện lắng m2 : thời gian lắng (h) v: tốc độ lắng m/s V: lượng dung dịch thu được (m3) Như vậy để tăng năng suất lắng cần tăng tiết diện thiết bị lắng và tăng tốc độ lắng. (xem các biện pháp ở phần trên). 2.3.4.2 Quá trình lọc Có thể thực hiện quá trình lọc với các phương án sau: - lọc với P không đổi ( P = const) trong quá trình lọc, chiều dày lớp lọc tăng lên, tốc độ lọc giảm đi, đây quá trình lọc không ổn định, ta gọi là lọc động. -Lọc với tốc độ lọc không đổi (C = const), trong quá trình lọc gradient áp xuất trong quá p trình lọc không thay đổi, ta gọi là lọc tĩnh. Đễ dữ được cho tốc độ lọc không đổi ta cần  tăng áp suất lọc để thắng trở lực do lớp bã ngày càng tăng. -Lọc ở nhiệt độ thấp ví dụ lọc bia ở - 4oC. -Lọc ở nhiệt độ thường đối với những dung dịch thực phẩm dẽ lọc, độ nhớt không cao. Nói chung lọc ở nhiệt độ thường tốc độ lọc không cao. Ví dụ trong quá trình lọc dấu thực vật ta đưa dung dịch đến nhiệt độ đông trụ rồi lọc. -Lọc ở nhiệt độ cao hay còn gọi là lọc nóng, phương pháp này rất phổ biến, mục đích là giảm độ nhớt dung dịch, tăng tốc độ lọc. Ví dụ lọc dung dịch đường tốt nhất ở 60 - 70oC, lọc nóng ăn dầu ở 5560oC. Nhược điểm của lọc nóng là dầu không tách được tạp chất nên phải tiến hành lọc lại bằng phương án lọc nguội. -Lọc gián đoạn, là phương pháp thông thường, quá trình lọc gồm 4 giai đoạn: chuẩn bị lọc, lọc, rửa bã và cạo bã Giai đoạn rửa bã được tiến hành khi cần thu hồi bã sạch, hoặc cần tách hoàn toàn lượng dung dịch trong bã - quá trình rửa được tiến hành bằng nước rửa có nồng độ dung dịch loãng. Trong thời gian rửa bề dày lớp rửa không thay đổi; nước rửa chuyển động cùng chiều với dung dịch lọc, tốc độ rửa bằng tốc độ lọc. Tốc độ rửa tỉ lệ với độ nhớt dung dịch lọc và độ nhớt của dung dịch rửa. Ta viết: 1 Crửa = k  2 Cr - tốc độ rửa. 1,2 - độ nhớt của dung dịch lọc và độ nhớt của nước rửa. k - là hệ số. Thời gian tiến hành quá trình rửa (3ph). V 3 = FC V - lượng nước rửa phụ thuộc vào yêu cầu làm sạch bã và khuếch tán của nước lọc trong bã vào nước rửa. F - bề mặt lọc m2 C - tốc độ rửa m/sec. 46
33. Chú ý: để tăng chất lượng dung dịch lọc thường tiến hành lọc lại nước đầu, vì lúc mới lọc chưa có lớp bã lọc, chỉ có lớp vật ngăn nên các cặn nhỏ có thể chui qua -Lọc liên tục: là phương án có nhiều tính ưu việt, các giai đoạn lọc đều được thực hiện liên tục. 2.3.4.3 Quá trình li tâm - Có thể thực hiện bằng phương pháp li tâm lắng hoặc li tâm lọc. - Li tâm lắng thường dùng phân li hỗn hợp có nhỏ ví dụ lắng cái men, thu nhận enzim, chế phẩm protit, axit amin vv kế quả sau li tâm lắng trong ống li tâm được 2 pha riêng biệt, phải có quá trình gạn để tách pha. Pha rắn thường được bám chật trong ống. Dùng dung môi rửa (tốt nhất là sử dụng máy lắc) hòa tan lại. Sau đó lại tiếp tục li tâm để rửa - cần lưu ý mức dung dịch trong ống (nên ở mức 3/4 ống tránh bị văng ra ngoài máy do tốc độ li tâm cao). pha láng - Li tâm lọc được sử dụng phổ biến trong sản xuất. Trên thành thùng quay của máy, có đục lỗ và được bọc bằng cá lớp dưới hoặc vải có kích thước lỗ phù hợp với tính chất sản møc dd phẩm. Dưới tác dụng của lực li tâm pha lỏng bắn ra qua lỗ, pha rắn nằm lại trên thành máy. pha r¾n Cần chú ý pha rắn cũng là một lớp vật liệu lọc nó thay đổi trong quá trình li tâm nên có ảnh hưởng đến hiệu suất li tâm. Có thể thực hiện ly tâm gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục. Chu kì li tâm gồm các giai đoạn: Mở máy và nạp liệu thời gian 1 Phân li hỗn hợp thời gian 2 Hoàn thiện (rửa) thời gian 3 Phanh máy và xả sản phẩm thời gian 4 - Thời gian mở máy và nạp liệu hường ngắn, đặc biệt nếu đã được cơ giới hóa - Thời gian phân li hỗn hợp là thời gian chủ yếu, nó phụ thuộc vào chiều dày lớp sản phẩm trên thùng quay (s), hệ số hổng của sản phẩm (m), hệ số lọc qua (k). hệ số này phụ thuộc vào đường kính pha rắn và độ nhớt động học của chất lỏng. K = f(d,). Thời gian phân li còn phụ thuộc vào kích thước thùng quay và đường kính (D). Như vậy thời gian phân li phụ thuộc vào tính chất vật liệu và tính chất của máy. Để khái quát ta viết:  2 f (s, m, , ,, D). - hệ số phụ thuộc kích thước thùng quay. 3 là thời gian hoàn thiện, thực chất là thời gian rửa sản phẩm, cơ thể dùng nước hoặc hơi với lượng nhất định, nhằm mục đích nâng cao chất lượng nhưng không hòa tan nhiều sản phẩm. Ta viết  3 f (s, m, , , D,, q). Trong đó  là hệ số, phụ thuộc vào nồng độ chất khô dung dịch sau khi rửa và khối lượng riêng ( ), (Bx) của nó  = f(Bx, ) q - lượng nược rửa có thể sử dụng từ 0,5 1% so với trọng lượng sản phẩm trong máy. Thời gian 3 không dài thường chỉ trong 0,5 đến 1 phút là cùng. 4 là thời gian xả phụ thuộc vào phương pháp xả: thủ công, cơ giới hoặc tự động, thường 4 không dài. Chu kì li tâm  =   phụ thuộc vào loại sản phẩm, thiết bị và tốc độ quay được sử dụng; có thể từ 1 vài phút đến 45  60 phút. Ví dụ: để li tâm đường trắng với tốc độ máy li tâm là 150 vg/ph;  li tâm chỉ cần 4  6 phút trong khi đó li tâm đường nâu (chất lượng thấp hơn, do độ nhớt cao, tinh thể nhỏ) nên 47
34. phải dùng máy li tâm tốc độ cao hơn ( 1450 vg/ph) mà  cần đến từ 16  25 phút, li tinh bột trong máy li tâm thường  = 15 phút, li tâm các loại enzim cần tốc độ cao hơn (> 3000 vg/ph),  dài hơn có thể 45  50 phút và phải li tâm ở nhiệt độ thấp. -Với li tâm bán liên tục có thể cho vật liệu vào liên tục, một thành phần ra liên tục, còn thành chủ yếu gián đoạn. - Li tâm liên tục: vật liệu vào các thành phần ra đều liên tục, trạng thái ổn định ở mọi điểm bất kỳ trên thiết bị, các thông số vật lý không thay đổi theo thời gian. 2.3.5 Thiết bị - năng lượng Thiết bị lọc rất đa dạng, có thể phân loại theo khả năng tạo áp lực và theo loại vật ngăn (hình 2- 7) Các loại máy lọc phổ biến trong công nghiệp thực phẩm là lọc khung bản, lọc đĩa, lọc chân không, lọc túi, lọc ống vv Ngoài ra thiết bị lọc còn được phân loại theo bề mặt lọc: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng vv Yêu cầu của thiết bị lọc: là có năng suất phù hợp, tổn thất nhỏ, thao tác thuận lợi, dễ thay thế. Năng lượng sử dụng trong quá trình lọc để tạo chênh lệch áp lực hai đầu lọc, lượng tiêu hao không lớn, thường là điện năng. Có thể giảm năng lượng bằng cách tiến hành thao tác bằng thủ công nhưng như vậy rất nặng nhọc. Thiết bị li tâm rất đa dạng. Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm trừ các loại máy li tâm lắng siêu tốc có bộ phận lạnh để phân li thu nhận các chế phẩm enzim trong phòng thí nghiệm và các pilot; các sản phẩm thu nhận ở dạng tinh thể hoặc dạng đặc với khối lượng lớn, được li tâm trong các thiết bị li tâm lọc với nhiều loại, chúng có thể khác nhau về phương thức làm Thiết bị lọc Khả năng tạo áp Loại vật ngăn áp suất Lọc chân Dùng máy Dùng bơm thuỷ tĩnh không nén > 3 at Dạng Sứ của cột P = 0.5  P = 0.5  3 hạt Xốp chất lỏng 0.9 at at Vải 3000 vòng/ phút. Có thể khác nhau về năng suất: nhỏ, vừa, lớn năng suất năng suất từ 10 kg cho đến 450  500 kg/1máy li tâm; chúng còn khác nhau về phương pháp xả bằng tay; bằng dao cạo di chuyển lên xuống thành thùng, hoặc xả tự động ngay sau khi máy khi dừng máy. Chúng cũng khác nhau về phương pháp vận hành: có thể hoàn toàn thủ công như li tâm 3 chân; có thể cơ giới, tự động và bán tự động. Năng lượng tiêu hao lớn, đặc biệt giai đoạn đầu khởi động máy cần Nmax để thắng lực ì của máy và khi cho nguyên liệu phải tiêu tốn năng lượng chuyển thành động năng. 48
35. 2.3.5.2. Các thiết bị lọc 2.3.5.2.1 Máy lọc ép khung bản Máy dùng để phân riêng hệ lỏng không đồng nhất như ứng dụng để lọc các dịch quả sau khi ép, các dịch đường trong sản xuất bia, dịch chiết suất khác. Nguyên lý của thiết bị này là tạo nên sự chênh lệch áp suất trước và sau vách lọc, thiết bị làm việc gián đoạn. Cấu tạo của máy lọc khung bản Máy lọc ép kiểu khung bản bao gồm một dãy các khung và bản xếp xen kẽ nhau và được ép chặt bởi vít ép. Các khung và bản đều có ba lỗ: một lỗ để dẫn dịch lọc vào, một lỗ dẫn nước rửa và lỗ còn lại để tháo dịch lọc ra. Các lỗ ghép với nhau tạo thành các ống thông từ đầu đến cuối thiết bị. Các khung và bản có tai bên sườn để treo. Các khung bản này có thể chế tạo bằng gang, gỗ hoặc nhựa Bản : có bề mặt sườn phẳng và nhẵn ở mép ngoài, lõm và có các gờ, ở mép trên của bản có một lỗ để dẫn nước rửa, ở phần dưới có lỗ nhỏ thông với van tháo dịch, bản được lồng vải lọc. - Khung : được đặt giữa hai bản tạo ra một phòng chứa bã, các khung cũng có lỗ ăn khớp với lỗ của bản tạo ra ống dẫn để huyền phù hoặc nước rửa đi qua ống này tận cùng ở phía cuối. Huyền phù đi theo ống vào không gian các khung Dung dịch cần lọc được bơm vào không gian các khung của máy lọc dưới tác dụng của trọng lực và áp lực của bơm. Nước trong sẽ thấm qua vải lọc vào các khe của khung rồi theo rãnh dẫn chảy ra ngoài. Phần rắn bị giữ lại trong không gian của khung cho đến khi khung chứa đầy bã. 49
36. Hçn hîp cÇn läc Håi l•u Trong trường hợp cần rửa bã, ta bơm nước rửa vào ống dẫn nước rửa, các chất hòa tan có trong bã sẽ hoà tan vào nước và đi ra ngoài giống như quá trình lọc. Kết thúc quá trình lọc khung và bản được tách ra, dưới tác dụng của trọng lực bã trong khung rơi xuống dưới máy lọc, phần còn lại dùng biện pháp thủ công lấy ra. Ưu : năng suất cao do bề mặt lọc lớn, dễ kiểm tra, đơn giản, bền Nhược điểm : làm thủ công, vải lọc hao mòn nhiều. 2.3.5.3.2. Thiết bị lọc kiểu ống 2.3.5.3.2.1 Nguyên tắc của thiết bị lọc kiểu ống: ống lọc được làm bằng kim loại, thuỷ tinh hay thạch anh. ống được bịt kín một đầu, một đầu hở. Trên thành ống có đục lỗ nhỏ, phía ngoài ống được bao bọc một lớp vải lọc, thực chất đây là lớp vải dạng các sợi nhỏ quấn quanh ống trụ. Lớp vải lọc này Líp v¸ch phụ thuộc vào yêu cầu của công nghệ. Dịch cần lọc läc sẽ đi ở bên ngoài ống, dịch lọc sẽ thẩm thấu qua lớp vách lọc, đi vào không gian bên trong của ống lọc, đi lên trên và ra ngoài. Trong quá trình lọc, nếu chỉ có lớp vách lọc thì chưa thể đủ điều kiện để lọc sạch các chất huyền phù lơ lửng, có kích thước nhỏ. Để tăng CÊu t¹o cña èng läc cường cho quá trình lọc, tăng hiệu quả lọc, người ta thường đắp thêm một lớp bột trợ lọc bên ngoài lớp vải lọc, làm tăng hiệu quả của quá trình lọc. 2.3.5.3.2.2 Cấu tạo của thiết bị lọc kiểu ống 50
37. Thiết bị được chế tạo gồm nhiều ống lọc ghép lại với nhau thành một thiết bị như hình vẽ. Thiết bị có một ống dẫn dịch vào, một ống dẫn dịch trong ra ngoài, phía dưới là ống xả đáy. Các ống lọc được lắp với nhau trên một mặt bích có ren hoặc bộ phận đệm kín. Số lượng ống lọc khoảng từ 1 đến 69 ống. 2.3.5.3.2.3 Hoạt động của thiết bị: quá trình lọc trải qua 3 giai đoạn. - Giai đoạn 1: Giai đoạn này cần tạo ra một lớp vách lọc có khả năng lọc nhất định. Vì lớp vách lọc trên bề mặt ống không đủ dày để lọc được dịch trong cho nên ta phải tiến hành đắp thêm một lớp bột trợ lọc lên bề mặt vách lọc, làm cho vách lọc dày lên và vách lọc sẽ hoạt động tốt hơn. giai đoan này người ta bơm tuần hoàn dịch lọc cho đến khi thấy dịch lọc đi ra ở ống tháo dịch lọc đạt độ trong theo yêu cầu thì dừng quá trình đắp bột trợ lọc và chuyển qua giai đoạn 2. - Giai đoạn 2: Giai đoạn lọc, người ta bơm dịch cần lọc vào không gian lọc, dịch trong sẽ thẩm thấu qua vách lọc và đi lên trên. Quá trình lọc này được kết thúc khi lớp bã CÊu t¹o cña thiÕt bÞ läc èng bám trên bề mặt ống lọc quá dày, cản trở quá trình lọc và làm giảm động lực của quá trình lọc. Độ dày của lớp bã phụ thuộc vào số lượng ống lọc, khoảng 15 đến 20 mm. - Giai đoạn 3: giai đoạn làm sạch vách lọc, giai đoạn này sử dụng bơm đưa nước rửa đi ngược với chiều đi của chiều đi của dịch lọc. Khi đó, lớp bã bám trên bề mặt vách lọc sẽ bung ra và đi xuống ống xả đáy, ra ngoài. 51
38. 2.5 Quá trình ly tâm Ly tâm là quá trình phân riêng hỗn hợp huyền phù hoặc nhũ tương thành hai pha khác nhau. Nguyên lí của quá trình giống như quá trình lắng bằng lực ly tâm, với huyền phù thì phân chia thành hai pha lỏng và rắn, còn nhũ tương thì phân chia thành hai pha : pha nặng và pha nhẹ. Sử dụng lực ly tâm tác động vào các phần tử tạo ra các bán kính quay khác nhau do lực ly tâm được tính : m.v2 F lt r Trong đó: m là khối lượng của hạt rắn, kg. v : là vận tốc dài của hạt, m/s r: bán kính quay của của hạt, m 2.5.1. Mục đích, yêu cầu Tách các phần tử có khối lượng riêng khác nhau : các hỗn hợp lỏng rắn và lỏng-lỏng không tan lẫn vào nhau. Mục đích: Chuẩn bị: tách tạp chất, trước lọc làm giảm áp lực lọc Khai thác: Thu nhận sản phẩm, thu hồi sản phẩm 2.5.2. Vật liệu và quá trình biến đổi Hỗn hợp không đồng nhất khí- lỏng- rắn Rắn- lỏng: Lỏng- lỏng: Chỉ có biến đổi vật lý Trạng thái chất lượng sản phẩm tăng 2.5.3. Phương pháp thực hiện Ly tâm lắng : quá trình thực hiện gián đoạn, lực ly tâm tác động vào hỗn hợp rắn lỏng, các chất rắn sẽ tạo thành lớp bã bám chặt vào thành thiết bị. sau quá trình ly tâm, hỗn hợp tạo thành hai pha: pha lỏng (dịch trong) và pha rắn (lớp bã). Nguyên lí của máy ly tâm lọc Ly tâm lọc : quá trình thực hiện gián đoạn hoặc liên tục, phương pháp này thường được áp dụng trong công nghiệp do năng suất ly tâm lớn. dưới tác dụng của lực li tâm và vách lọc, các chất rắn sẽ nằm lại trên vách lọc, còn lớp dịch 52
39. trong sẽ đi qua lớp bã, lớp vách lọc đi ra ngoài. Quá trình cạo bã được thực hiện liên tục hay gián đoạn. Ly tâm nhũ tương: các loại sữa tươi cần tách béo, tách dầu, quá trình này phân chia hỗn hợp lỏng lỏng thành hai pha: pha nặng và pha nhẹ. Pha nặng đi ra phía thành ngoài của máy còn pha nhẹ đi vào phía tâm máy. Quá trình phân chia pha là do các đĩa hình nón chụp lên nhau, quay với vận tốc lớn, tạo ra lực ly tâm tác động vào các hạt. 2.5.4. Vấn đề thiết bị (giới thiệu thiết bị ly tâm) 2.5.4 1 Ly tâm tách tạp chất và tách béo - Mục đích: . Tách chất béo ra khỏi sữa . Các các bào tử vi sinh vật ra khỏi sữa . Tách các chất rắn ra khỏi sữa a. Thiết bị ly tâm dạng đĩa siêu tốc Máy phân ly siêu tốc loại dĩa có nhiều loại: loại hở, loại kín, loại nửa kín, loại tháo bã bằng tay và bằng ly tâm. Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để phân li huyền phù có hàm lượng pha rắn nhỏ hoặc phân ly nhũ tương khó phân ly. Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để tách bơ trong sữa, tinh luyện dầu thực vật và lắng trong các chất béo Cấu tạo 53
40. • Bộ phận chủ yếu của máy là rôto gồm các đĩa chồng lên nhau với một khoảng cách thích hợp. • Ở đĩa giữa các lỗ phải nằm trên đường thông 1,5mm. • • Đĩa trên được giữ nhờ các gân trên mặt ngoài của đĩa dưới. Ðộ nghiêng của đĩa nón cần đủ đảm bảo để hạt vật liệu trượt xuống tự do (thường góc nửa đỉnh nón từ 30-500) . • Khoảng cách giữa 2 đĩa ly tâm liên tiếp là 0,5÷1,3cm. • Các đĩa quay có đường kính dao động từ 20÷102cm và được xếp chồng lên nhau. Hoạt động Máy có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Máy làm việc gián đoạn trong trường hợp tháo bã bằng tay. Do dung tích khoảng không gian của lớp bùn phân li không lớn nên máy ly tâm tháo bã bằng tay sử dụng hiệu quả khi thành phần hạt lơ lửng đến 0,05% thể tích. 54
41. Máy hoạt động theo phương pháp liên tục .Đầu tiên sữa nguyên liệu được nạp vào máy ly tâm theo cửa (5), tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn để chảy vào các khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa được phân chia thành 2 phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ chuyển động về phía thành thùng quay. Sau cùng cả 2 dòng cream và sữa gầy theo kênh dẫn riêng để thoát ra ngoài.Hàm lượng chất béo trung bình trong sữa gầy là 0,05%. Trước khi đưa vào thiết bị tách béo sữa được gia nhiệt lên đến 55-65°C. 2.4 Quá trình phối trộn 2.4.1 Bản chất quá trình phối trộn Quá trình phối trộn gồm phối chế và đảo trộn. Phối chế là quá trình pha trộn giữa hai hay nhiều cấu tử (thành phần) khác nhau để thu được một hỗn hợp (sản phẩm) đáp ứng yêu cầu đã định. Còn đảo trộn là quá trình cơ học nhằm khuấy trộn các thành phần hỗn hợp để chúng phân bố đều nhau. (Xét quá trình đảo trộn song song với phối chế ). Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, phần lớn các dây chuyền công nghệ có liên quan đến quá trình phối trộn. 2.4.2 Mục đích và phạm vi sử dụng Trong công nghệ thực phẩm quá trình phối chế được thực hiện nhằm các mục sau đây: a) Tạo ra sản phẩm mới: đa số loại sản phẩm thực phẩm thực phẩm không phải từ một loại nguyên liệu mà gồm 2 hay nhiều loại khác nhau. Tỉ lệ giữa các loại nguyên liệu nhiều khi xấp xỉ nhau. Những thành phần tham gia để tạo nên sản phẩm mới là không thể thiếu được, chúng phải được phối trộn với nhau để cho sản phẩm có chất lượng đặc trưng. 55
42. b) Nhằm tăng chất lượng sản phẩm: chúng ta thấy rằng, một số loại sản phẩm nếu tồn tại một mình thì chất lượng không tốt lắm, nhưng khi bổ sung cho chúng một số thành phần khác mặc dù với khối lượng ít cũng có tác dụng làm tăng chất lượng của sản phẩm lên. Phối trộn giữa 2 hay nhiều cấu thử với nhau có thể làm cho giá trị dinh dưỡng của sản phẩm tăng lên đáng kể, ví dụ trường hợp phối chế giữa bột hoa quả, tinh bột với thịt để làm thức ăn trẻ em. Thấy rằng mỗi cấu tử có một giá trị dinh dưỡng riêng. Khi phối trộn với nhau giá trị dinh dưỡng của sản phẩm mới được coi như là tổng giá trị dinh dưỡng của các cấu tử. Nhiều khi phối chế chỉ nhằm mục đích điều chỉnh các thành phần có sẵn trong sản phẩm trong trường hợp các hạt đó chưa đạt yêu cầu. Ví dụ độ khô trong nước Dứa có thể thập so với tiêu chuẩn sản phẩm, để đạt yêu cầu chất lượng bắt buộc phải phối chế thêm xirô đường chẳng hạn để nâng cao độ khô lên. Tương tự tự như vậy có thể phối chế thêm axit vào nước quả. Chất lượng sản phẩm có thể được nâng cao khi phối trộn thêm một số thành phần nhằm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm lên, ví dụ trộn thêm hương, màu chẳng hạn. c) Nhằm hỗ trợ cho một số quá trình công nghệ Phối trộn một số thành phần lại với nhau đôi khi chỉ thực hiện do yêu cầu hỗ trợ cho một công đoạn trong quy trình công nghệ. Ví dụ có thể trộn thêm nước để đánh nhão bột mì tạo điều kiện cho quá trình định hình được dễ dàng. Trộn một số chất tạo môi trường chất xúc tác cho quá trình lên men rượu, mì chính chẳng hạn. Riêng đối với khâu đảo trộn nếu xét trên phàm vi rộng thì như là một quá tri9nhf cơ học được thực hiện nhằm mục đích: - Phân bố đồng nhất các cấu tử trong hỗn hợp. -Tạo điều kiện cho các quá trình hóa học, sinh học, tiến triển nhanh hơn triệt để hơn. - Tăng cường khả năng trao đổi nhiệt. - Chống hiện tượng tạo nhiệt độ cục bộ bằng cách tạo xáo động, đối lưu cưỡng bức để đồng nhất nhiệt độ. 2.4.3 Vật liệu và những biến đổi của chúng trong quá trình phối trộn Nguyên liệu đưa vào phối chế thường khác nhau về nguyên lý, hóa học, sinh học, cảm quan vv mỗi loại nguyên liệu tương ứng với một giá trị chất lượng nhất định. Giá trị đó có thể cao hay thấp tùy thuộc vào thành phần hóa học sinh học và tính chất vật lý của từng loại nguyên liệu. Phối chế các loại nguyên liệu với nhau là để bù trừ cho nhau những thành phần chất lượng. Sản phẩm thu được chắc chắn sẽ đầy đủ hơn về chất lượng so với từng cấu thử một. Trong thực tế, tỷ lệ phối chế giữa các cấu tử tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể, thường được cho dưới dạng công thực (thực đơn). Trước lục phối chế các cấu tử có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như dạng lỏng, gồm nước quả, các loại dung dịch đường, axit, muối, các loại rượu vv ; Dạng rắn hoặc bột rời như bột mỳ, đường kính, muối vv ; dạng bán chất lỏng (dạng sệt) như các loại bột nhuyễn từ quả, thịt băm nhuyễn vv Quá trình phối chế có thể thực hiện với các loại nguyên liệu có cùng pha hoặc khác pha với nhau. Trường hợp cùng pha như phối chế giữa chất lỏng với chất lỏng cụ thể như giữa nước quả với sirô đường, rượu với rượu; hoặc có thể trộn giữa thể rắn với bột rời với nhau như trong công nghiệp sản xuất bánh mỳ, bánh kẹo, thức ăn gia súc, thuốc lá vv Các cấu tử khác pha với nhau có thể được rộn lẫn với nhau như trộn sirô đường với bột; các axit, đường, vitamin dạng tinh thể trộn với nước quả vv Khi phối trộn, các cấu tử có thể dễ dàng hòa tan trong nhau tạo thành một hỗn hợp đồng nhất dưới dạng dung dịch cùng pha. Nhưng cũng có thể không hòa tan được vào nhau, sản phẩm phối trộn sẽ là hỗn hợp giữa các cấu tử riêng lẻ. Trong trường hợp, để các cấu tử phân bố đều trong các hỗn hợp thì cần phỉ có tác động tích cực của quá trình đảo trộn. Khi tiếp xúc với nhau các cấu tử phối chế có thể có khả năng liên kết hóa học hoặc lý - hóa (hấp phụ) với nhau. Sự liên kết đố có thể xảy ra đối với toàn hệ cấu tử hay có thể chỉ một 56
43. số thành phần trong các cấu tử đó, ví dụ với tanin trong nước quả với dung dịch gelatin tạo thành kết tủa khi phối trộn dung dịch gelatin vào nước quả với mục đích làm trong. Những biến đổi xảy ra trong quá trình phối trộn: quá trình phối trộn ít nhiều làm thay đổi một số tính chất vật lý, hóa học, sinh học, cảm quan của các thành phần tham gia quá trình. - Biến đổi về vật lý: hỗn hợp được hợp thành bởi những cấu tử có khối lượng riêng xác định thì khối lượng riêng của hỗn hợp sẽ được tính theo công thức G  (1)  V 3 Trong đó HH - là khối lượng riêng của hỗn hợp [Kg/m ] GHH - là khối lượng của toàn bộ hỗn hợp [Kg] GHH = G1 + G2 + + Gn (2) G1, G2, , Gn là khối lượng của các cấu tử tham gia phối chế (Kg) VHH = V1 + V2 + V3 + + Vn (2) là thể tích của hỗn hợp được tính bằng tổng thể tích của các phần tử trong hỗn hợp. Với các sản phẩm dạng rắn hoặc rời, thể tích của hỗn hợp nên được xác định trực tiếp chứ không nên theo công thức (3). Vì quá trình đảo trộn cơ học có thể làm thay đổi thể tích từng cấu tử. Còn đối với chất lỏng hay bán dẫn lỏng thể tích các cấu tử ít khi thay đổi hơn trong quá trình đảo trộn, nên khối lượng riêng của hỗn hợp có thể tính theo công thức (1) qua các công thức (2) và (3). Ngoài ra còn có thể tính theo công thức sau: 100 (n)  n n n n 1 2 3 n 1 2 3 n 3 Trong đó i - khối lượng riêng của từng cấu tử (Kg/m ) ni - tỷ lệ các cấu tử tính theo phần trăm khối lượng. Các chỉ tiêu vật lý khác như độ cứng, độ mềm, độ dẻo, độ trọng, độ khúc xạ ánh sáng đều có thay đổi và tương ứng với mỗi loại sản phẩm thu được sau khi phối chế. Sự biến đổi về chỉ tiêu nhiệt lý. Sau khi phối chế các chỉ tiêu vật lý như hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung vv của hỗn hợp thay đổi đáng kể. Nhất là trong quá trinh đảo trộn, dưới tác dụng của cánh khuấy quá trình truyền nhiệt (trong các trường hợp có nhiệt độ) diễn ra mạnh hơn. Nhiệt dung của hỗn hợp sau khi đã phối trộn có thể được tính theo công thức sau: G1.C1 G2 .C2 Gn .Cn o C [ KJ/Kg C ] G Trong đó G1 , G2 , , Gn và C1 , C2 , , Cn là khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của từng cấu tử. GHH . CHH - là khối lượng và nhiệt dung riêng củ hỗn hợp. Sự biến đổi về chỉ tiêu hóa lý: cụ thể là sự biến đổi về chất khô. Chất khô của hỗn hợp là tổng chất khô của các cấu tử so với khối lượng của hỗn hợp, được tính như sau: n .G n .G n .G n 1 1 2 2 n n [%] G1 G2 G3 Gn Trong đó n, n1, n2 ; là chất khô của hỗn hợp (n) và của từng cấu tử ; G1, G2, là khối lượng các cấu tử. Sư biến đổi trạng thái của sản phẩm: dưới tác dụng của lực đảo trộn trạng thái của hỗn hợp được hình thành tùy thuộc vào trạng thái ban đầu của các cấu tử. Trạng thái của các cấu tử có tỷ lệ cao hơn (tạm gọi là cấu tử chính) thường quyết định trạng thái của hỗn hợp sau khi phối chế. Chẳng hạn nước quả sau khi được phối chế thêm đường, axit vv vẫn tồn tại ở dạng lỏng. Trường hợp chế hai nhiều cấu tử khác pha với tỷ lệ các pha không chênh lệch nhau nhiều lắm thì trạng thái của hỗn hợp sẽ là trạng thái trung gian giữa các pha. Ví dụ khi trộn nước với bột mỳ nhuyễn, dẻo với trạng thái giữa các chất rắn va chất lỏng. 57
44. Sự pha trộn giữa các cấu tử vào nhau tất nhiên cũng sẽ thu được một hỗn hợp có độ nhớt khác với từng cấu tử riêng lẻ. Trên đây chúng ta chỉ xét các trường hợp biến đổi trạng thái phổ biến nhất trong thực phẩm khi phối chế, tức là sự biến đổi do nguyên nhân cơ lý. Trong một số trường hợp đặc biệt, sau khi xảy ra những phản ứng liên kết hóa học hoặc hóa - lý, trạng thái của hỗn hợp có thể chuyển hẳn từ pha lỏng sang pha bán chất lỏng. Những trường hợp chuyển pha như vậy ít thấy hơn rong khi phối chế thực phẩm. Những thay đổi về thành phần hóa học, sinh học, cảm quan vv những chỉ tiêu này là đối tượng điều khiển của người phối chế. Tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm người ta có thể điều chỉnh tăng lên hoặc giảm đi những chỉ tiêu cần thiết bằng cách bổ xung từ nguyên liệu này vào nguyên liệu khác để cuối cùng chất lượng sản phẩm tăng chi phí giảm. Phải nói rằng trong trường hợp phối trộn các nguyên liệu thực phẩm với nhau ít thấy có sự tạo thành chất háo học mới và khối lượng đáng kể. Hay nói cách khác ít thấy có những phản ứng hóa học mạnh. Những biến đổi khác. Trong quá trình đảo trộn, dưới tác dụng cơ học của cánh khuấy, các phần tử của các cấu tử trong hỗn hợp tiếp xúc với nhau nhiều hơn, làm tăng khả năng (tốc độ) liên kết giữa chúng và do đó độ đồng nhất của sản phẩm càng cao. Nếu giữa các cấu tử có xảy ra phản ứng hóa học thì tốc độ phản ứng sẽ tăng lên nhiều khi có sự đảo trộn. Đỏ trộn còn làm tăng tốc độ trao đổi nhiệt giữa thiết bị truyền nhiệt và sản phẩm hay giữa sản phẩm với nhau. 2.4.4 Phương pháp thực hiện quá trình a) Xác định tỷ lệ phối chế: (công thức phối chế) như đã nói quá trình phối chế nhằm nhiều mục đích khác nhau. Để đạt tới những mục tích đã định, trước tiên phải biết rõ các tính vật lý, hóa học, sinh học vv hay nói tóm lại là các chỉ tiêu có liên quan đến mục đích phối chế nằm trong từng cấu tử sẽ tham gia phối chế. Trên cơ sở biết được đối tượng ta có thể chọn nguyên liệu để phối chế. Đây là vấn đề cần được quan tâm. Bởi vì ngoài yêu cầu bổ xung cho nhau một hay nhiều chỉ tiêu nào đó, các thành phần khác của các cấu tử không được gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng chung của sản phẩm ( không làm thay đổi mùi, vị, màu, trạng thái khác với khác với yếu cầu). Ví dụ: để bổ sung đường vào nước quả theo nguyên tắc có thể dùng tất cả các loại đường, nhưng trong thực tế ta phải trọn đường kính trắng là tốt nhất vì đường này sẽ không làm xấu màu nước quả. Tuy nhiên trong thực tế cần phải có sự cân nhắc giữa ảnh hưởng tốt và ảnh hưởng xấu để linh động sử dụng. Ví dụ khi dùng loại nguyên liệu nào đó phối trộn với một loại khác cho ta đồng thời ưu điểm và nhược điểm nhưng ưu điểm là chủ yếu thì có thể dùng chúng để phối chế với nhau trong trường hợp không có loại khác thay thế tốt hơn. Sau khi đã lựa chon cấu tử tham gia phối chế, cần phải xác định tỷ lệ phối chế theo phương pháp thực nghiệm hoặc tính toán nhằm đạt tới mục tiêu chất lượng và hiệu quả kinh tế cao. Khi đã biết công thức phối chế, ta tiến hành tính toán khối lượng ( hoặc thể tích) các cấu tử cho vào sản xuất hoặc cho một đơn vị sản phẩm. Đối với các thực phẩm lỏng (nước quả, rượu, dịch đường v.v Khi yêu cầu phối chế là để thay đổi hàm lượng chất khô nói chung hoặc một loại thành phần chất khô nào đó, thì lượng các thành phần phối chế thì được tính theo một trong 3 phương pháp sau đây: 1) phương pháp toán học: ví dụ: cần phối chế hai dung dịch có thành phần chất khô là a% và b% (% trọng lượng), đẻ thu được một hỗn hợp có nồng độ chất khô m%. tính được tỷ lệ (lượng) từng loại dung dịch bằng cách lập mối quan hệ toán học sau: a. b. m m. m. ( ) 100 100 100 100 100  m b ta có tỷ lệ a > m > b.  a m 58
45. A - lượng dung dịch có nồng độ chất hô a%. B - lượng dung dịch có nồng độ chất khô b%. Via dụ : phối trộn hai loại nước quả có độ khô 15% và 12% để thu được một hỗn hợp có độ khô 13%. 2) Phương pháp nhân chéo hoặc phương pháp hình sao: Phương pháp này cho kết quả nhanh hơn là phương pháp phổ biến. Với các kí hiệu như ở trên, ta có sơ đồ hình sao: m b a Lượng dung dịch A= a b m a m b Lượng dung dịch  a b  m b Tỷ lệ:  a m Với ví dụ như trên ta viết: 13 12 1 Lượng nước quả nồng độ 15% = 15 15 12 3 13 15 13 2 12 Lượng nước quả nồng độ 12% 15 12 3 Để có 3 phần hỗn hợp có độ khô 13% cần 1 phần nước quả 15% và 2 phần nước quả 12%. Phương pháp nhân chéo còn được áp dụng để tính khi ta phối trộn 2 cấu tử theo độ tinh khiết của chúng. Ví dụ phối trộn trên 2 dung dịch: 1 có độ tinh khiết cao hơn Q% và 1 dung dịch có độ tinh khiết thấp hơn: M%, để chế biến thành một bán sản phẩm có độ tinh khiết J% Q > J >M. Ta đặt: J M Lượng nguyên liệu có Q = Q Q M J Q J M Lượng nguyên liệu có J Q M Ví dụ trong quá trình sản xuất đường, khi nấu đường non có độ tinh khiết 70% người ta dùng mất chè có độ tinh khiết 90% và mật B có độ tinh khiết 50%. Tính lượng nguyên liệu có độ tinh khiết cao và lượng nguyên liệu có độ tinh khiết thấp để nấu 1T đường non. Ta viết : 70 50 1 Lượng nguyên liệu có độ tinh khiết 90% = 90 90 50 2 70 90 70 1 50 Lượng nguyên liệu có độ tinh khiết 50% = 90 50 2 Vậy cần 50% lượng nguyên liệu có độ tinh khiết cao và 50% lượng nguyên liệu có độ tịnh khiết thấp. Trong thực tế khi phối trôn ta tính luôn theo lượng hỗn hợp dung dịch sau phối trộn. Ví dụ lượng hỗn hợp không phái một đơn vị mà G (tấn) hoặc V (m3). Ta viết : m b Lượng nguyên liệu có a% = V m 3 a a b 59 m a m b Lượng nguyên liệu có b% = V m3 a b
46. m b 3 Hoặc = V V m a b Cũng như vậy: J M Lượng nguyên liệu có Q% = G tấn Q Q M J Q J M Lượng nguyên liệu có J % G tấn Q M J  Hoặc = G G tấn. Q  3. phương pháp đồ thị: Để đơn giản và tạo điều kiện cho người tao tác nhanh chong và xử lý thực hiện được nhiệm vụ của mình, có thể dùng phương pháp đồ thị, thực chất là hệ tọa độ trên đó trục hoành là 100% lượng hỗn hợp, trục tung là giá trị về độ tinh khiết (hình 2-8). Ví dụ giống như trên: 100 Q = 90% B J = 70% 80 M = 50% D i Tính lượng nguyên liệu có độ tinh cao Q%. 60 Cách tiến hành như sau: a C E 40 Q Ta lấy điểm B trên trục J bên phỉ ứng với Q = 90%; điểm A trục bên trái ứng M 20 với M = 50%. nối hai điểm AB. Q% Lấy điểm I bên trục trái 0 20 40 60 80 100% ứng với J = 70%. x Kẻ đường song song với Hình 2-8: Đồ thị xác định tỷ lệ các cấu tử phối trộn trục hoành gặp đường AB tại D. Kéo dài DE vuông góc với trục hoành. Ta có x là % lượng nguyên liệu ứng với Q = 90% x = 50%. Ta có thể dẽ dàng chứng minh bằng hai tam giác đồng dạng: ADE ~ ABC.  D C C x J  70 50 70 50 Thay số ta có: x .100% 50%. 100 Q  90 50 90 50 Trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, bánh mỳ vv các cấu tử phối trộn thường ở dạng rắn, bột rời. Để tính công thức phối chế giữa chúng, người ta căn cứ vào các số liệu sau: - Chi phí nguyên liệu và bán thành phẩm (tính bằng Kg) cho một mẻ phối chế. Số liệu này dựa trên cơ sở thực nghiệm và phải được kiểm tra trên cơ sở sản xuất. - Hàm lượng chất khô hay hàm ẩm trong từng loại nguyên liệu. - Hàm lượng chất khô trong bán thành phẩm và trong sản phẩm. 60
47. -Tổn thất nguyên liệu (tính chất khô) khi sản xuất 1 tấn sản phẩm và bán thành phẩm. Các chỉ tiêu trên đều dựa trên cơ sở trực nghiệm. Dựa vào những số liệu trên tính được khối lượng nguyên liệu cần thiết để phối chế một mẻ hoặc một đơn vị thành phẩm thu được sau mỗi mẻ phối chế. Để tính tỷ lệ giữa nhiều cấu tử đồng thời, ta cần lặp hệ phương trình. Đó là giải bài toán tối ưu cho quá trình với mục đích chính là đạt chất lượng sản phẩm và giá thành hạ. V giá thành = f  xi min Q (chất lượng) = f  xi max . Ví dụ tìm tỷ lệ phối chế cho từng loại rượu mùi mà thành phần chất lượng đã được cho trước như là lượng axit, kiềm, andehit, rượu bậc cao, hàm lượng este, giá trị cảm quan vv để có một loại rượu mùi có các chỉ tiêu chát lượng đạt tiêu chuẩn đã định và giá thành thấp nhất với các điều kiện biên: (tính theo % cồn tuyệt đối) Yêu cầu Ccồn = f ( x1 x2 ) Cy/c 20 – 30% Aaxit exetic = f (x1 xn) Ay/c < 10 – 15 mg/l. Rrượu bậc cao = f( x1 xn )  Rbc y/c < 60 mg/l. An (andehit) = f (x1, , xn)  An y/c  50 mg/l. E(este) = f(x1, , xn) Ey/c 200mg/l. H(chất khô) = f(x1, , xn) Hy/c 20 – 30%. K(cảm quan) = f(x1, , xn) Ky/c Trong đó : x1 + x2 + + xn = 100; xi 0. C, A, Rbn, An, E, H, K – hàm lượng các chất tương ứng. Giải hệ phương trình trên bằng máy tính sẽ cho đáp số về tỷ lệ phối trộn. b) Thời điểm thực hiện quá trình: Tùy theo yêu cầu của quy trình công nghệ, các cấu tử có thể được phối chế những thời điểm khác nhau trong quy trình. các cấu tử có thể được phối chế cùng một lúc hay nhiều lúc khác nhau. Ví dụ trong dây chuyền công nghệ sản xuất bánh quy, bánh mỳ, tất cả các cấu tử như bột, đường, nước, muối vv được trộn cùng một lúc. Trường hợp này có thể tổng quát bằng sơ đồ (sơ đồ 1) Cấu tử A Cấu tử B Phối trộn Các công đoạn tiếp theo Thành phẩm Cấu tử C (1) Các cấu tử cho vào dây chuyền công nghệ ở những công đoạn (hay thời điểm) khác nhau. Có thể biểu diễn trên sơ đồ 2. Cấu tử B Cấu tử C Cấu tử A Hỗn Các CĐ Bán Bán Phối (bán thành hợp xử lý thành Phối thành chế phẩm) A+B tiếp phẩm chế phẩm Thành Các CĐ xử lý tiếp (2) 61
48. Trường hợp phối chế theo sơ đồ trên có thể gặp ở dây chuyền sản xuất nước quả trong. Các chất làm trong dung dịch (gelatin; các loại enzim: bistrin chẳng hạn) đi vào phối chế tại công đoạn “làm trong” còn các cấu tử như axit, siro đường thì được phối chế ở khâu điều chỉnh chất lượng trước khi vào hộp. Trước khi đi vào phối chế với cấu tử chính, các cấu tử còn lại có thể được phối chế được với nhau sau đó sẽ tham gia vào quá trình phối chế chính như được biểu diễn trên sơ đồ (3). Cấu tử chính A Phối Phối Bán thành phẩm (bán thành phẩm) trộn trộn chính Cấu tử B Bán Phối thành trộn phẩm (3) Cấu tử C Trong công nghiệp, quá trình phối trộn được tiến hành bằng nhiều cách khác nhau, phổ biến nhất là bằng thủ công, gián đoạn. Các cấu tử được cân đo theo từng mẻ bằng các phương tiện thường dùng như cân, bình đong vv sau đó được trộn trong các thiết bị thông thường như thùng phối chế. Đối với một số dây chuyền hiện đại quá trình phối trộn được cơ giới hóa hoặc và tự động hóa nhằm đáp ứng tính liên tục, tính chính xác của dây chuyền. Sau khi phối chế, hỗn hợp phải được khuấy trộn bằng các dụng cụ hoặc thô sơ hoặc hiện đại - các máy đảo trộn. Có thể khuấy trộn bằng phương pháp cơ học dùng cánh khuấy hoặc có thể bằng phương pháp khí lực (sục khí). Sau hoặc trong khi khuấy trộn có thể kiểm tra độ đồng nhất của hỗn hợp bằng công thức sau: Q Q Q  1 2 n | % | m Trong đó: C Q .100 là hàm lượng tương đối của các cấu tử nào đó trong mẫu thử |%|; C là hàm C0 lượng cấu tử trong mẫu thử |%|; C0 hàm lượng cấu tử đó trong toàn bộ hỗn hợp |%|; m - số mẫu thử cùng một thời điểm. Trường hợp phối chế 2 cấu tử và mẫu thử có C > C0 thì hàm lượng tương đối được tính theo công thức: 100 C Q'i .100 100 C0 Ví dụ : Xét (kiểm tra) độ đồng nhất của hỗn hợp gồm 30kg đường và 70kg nước sau khi phối trộn. Cách tiến hành: sau khi khuấy trộn ta lấy 4 mẫu trong 4 vị trí khác nhau của hỗn hợp. Đo độ khô của 4 mẫu trên, ví dụ ta có C1 = 25%,; C2 = 27%, C3 = 23%; C4 = 20%. Ta tính C1.100 25 Q1 .100 83% C0 30 Tương tự ta có Q2 90% ; Q3 70% ; Q4 66% . Vậy độ đồng nhất của hỗn hợp sau khi khuấy trộn là: 62
49. 83 90 76 66  70% . 4 Đối với quá trình trộn các cấu tử rời (ví dụ trộn các cấu tử thức ăn gia súc) để đồng nhát về giá trị dinh dưỡng, trộn để các cấu tử thành phần phân bố đều, làm cho thức ăn thành một khối đồng nhất, thì hiệu xuất quá trình được đánh giá bằng hệ số không đòng đều V0 . n (x x)2 100  i V i 1 0 x n 1 trong đó x - giá trị trung bình các cấu tử trong mẫu. xi - giá trị của mẫu kiểm tra i nào đó. N - số mẫu lấy. Nếu trộn đều thì xi gần bằng x , nghĩa là V0 0 . Điều này chứng tỏ hiệu suất trộn rất cao. Ngược lại giá trị V0 càng lớn thì hiệu xuất trộn càng thấp. 2.4.5 Thiết bị - năng lượng Quá trình phối trộn có thể được thực hiện trong thiết bị dùng riêng hoặc trong các thiết bị không chuyên dùng. Vè yêu cầu giống như các thiết bị khác. Vật liệu không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm, không gây vị lạ, không làm đổi màu không làm giảm các thành phần dinh dưỡng, vitamin vv Trong thực tế dùng các thiết bị thép không rỉ. Cơ cấu đảo trộn được sử dụng tùy theo trạng thái độ nhớt và trạng thái sản phẩm. Đặc biệt khi khuấy trộn chất rắn hoặc sệt. Có thể dùng cơ học với những cơ cấu đặc biệt. Trong thực tế có thể gặp các loại máy đảo, máy trộn, loại trục vít hoặc loại cánh khuấy tuốc bin vv Trong phối trộn gián đoạn thường dùng 2 thiết bị để bảo đảm năng suất. Ngày nay nhiều thiết bị làm việc liên tục được áp dụng để phối trộn. Vấn đề điều bằng điều khiển bằng hệ thống tự động cũng đã được ứng dụng vào quá trình, tuy nhiên phức tạp do tính biến động của các thông số vào hệ thống điều khiển. 2.4.5.1. Thiết bị khuấy trộn chất lỏng 2.4.5.1.1 Tác dụng của việc khuấy trộn chất lỏng Thực phẩm lỏng thường tồn tại dưới dạng các hệ nhũ tương hoặc hệ huyền phù. Hệ nhũ tương là hỗn hợp hai chất lỏng không tan lẫn vào nhau. Hệ huyền phù là hệ có pha liên tục là chất lỏng, pha phân tán là chất rắn. Để đồng nhất hỗn hợp các cấu tử trong hệ này, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn. Khuấy trộn làm cho các cấu tử phân tán vào nhau tạo thành một hệ đồng nhất. Khuấy trộn làm tăng khả năng trao đổi nhiệt của chất lỏng, chất lỏng sẽ tiếp xúc nhiều hơn với bề mặt trao đổi nhiệt khi cần đun nóng hoặc làm lạnh. 2.4.5.1.2. Các dạng cánh khuấy chất lỏng 2.4.5.1.2.1 Cánh khuấy mái chèo Cánh khuấy được 63 C¸nh khuÊy m¸i chÌo d¹ng khung C¸nh khuÊy d¹ngC¸nh m¸i khuÊy ch©n vÞt chÌo
50. cấu tạo từ những tấm thép hoặc bằng Inox được uốn cong hay phẳng. Những tấm thép này được gắn vào một trục, phía trên được nối với động cơ điện. Có hai dạng cánh khuấy mái chèo là cánh khuấy phẳng và cánh khuấy dạng khung. Tác động của cánh khuấy phẳng là đẩy thực phẩm trong thiết bị khuấy trộn theo phương bán kính từ tâm thiết bị ra ngoài thành. Tác dụng của cánh khuấy mái chèo dạng khung thì ngoài tác dụng đẩy chất lỏng theo hướng bán kính thì nó còn tạo ra một dòng tuần hoàn thứ cấp, dòng này do các thanh chắn ngang của cánh khuấy tạo nên. Trong thùng khuấy trộn có thể có tấm chắn trên thành thiết bị để làm tăng khả năng khuấy. Nó cũng có thể cấu tạo theo kiểu chắn song song với trục của cánh khuấy hoặc cánh khuấy vòng cung theo cấu tạo thiết bị. Tốc độ quay của cánh khuấy phẳng khoảng 20- 80 v/phút. Cánh khuấy mái chèo thường áp dụng đối với chất lỏng có độ nhớt thấp, dễ khuấy trộn. 2.4.5.1.2.2. Cánh khuấy kiểu chân vịt Cánh khuấy được cấu tạo từ hai, ba cánh khuấy gắn vào một trục quay, phía trên trục có đặt môtơ điện truyền chuyển động cho cánh khuấy. Khi cánh khuấy quay, dòng chất lỏng đi vào tâm và đi ra ở theo phương song song với trục quay, do đó cánh khuấy chân vịt tạo được các dòng tuần hoàn mạnh hơn cánh khuấy mái chèo rất nhiều. Chất lỏng chuyển động theo các hướng khác nhau đảm bảo khả năng khuấy trộn rất đều. Tốc độ của cánh khuấy chân vịt rất cao khoảng 150 đến 1000 v/phút cho nên trong quá trình khuấy trộn chất lỏng thường tạo ra dạng phễu trên bề mặt của thùng chứa, làm giảm năng suất của thiết bị, để hạn chế trường hợp này, người ta thường đặt trục của cánh khuấy lệch tâm hoặc đặt nằm ngang trục. C¸nh khuÊy ch©n vÞt 6.1.2.3. Cánh khuấy kiểu tuốcbin 64
51. Cánh khuấy có hai dạng: dạng hộp kín và dạng hộp hở. Cánh khuấy loại này thích hợp cho chất lỏng có độ nhớt thấp. Cánh khuấy tuốcbin thường có tốc độ 200 - 2000 vòng/phút Cánh tuabin dạng hở Cánh tuabin dạng kín 2.4.5.2. Máy khuấy trộn loại nguyên liệu dẻo 2.4.5.2.1. Máy khuấy trộn trục nằm ngang Trong đó: 1. Thùng quay 4. Bánh răng 2. Puly nghiêng thùng 5. Cửa nạp liệu 3. áo hơi 6. Puly truyền động 65
52. Một số dạng cánh khuấy Gồm một thùng quay có áo hơi để làm nóng thực phẩm thùng có cơ cấu cánh khuấy. Thùng trộn có dung tích khoảng 300 lít và 2 cánh khuấy quay với vận tốc khác nhau. Cánh khuấy làm việc nhờ động cơ điện và hệ thống truyền động riêng. Trên thùng còn lắp cơ cấu nghiêng thùng được thiết kế quay với vận tốc chậm. Thời gian nghiêng thùng khoảng 5 phút do đó người ta dùng hai hệ thống truyền động bánh vít, trục vít Sản phẩm đổ vào thùng sau đó đậy nắp lại cho cánh khuấy hoạt động đồng thời mở van nước ra cho nước vào làm nóng thực phẩm. Thời gian đảo trộn phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ. Sau khi trộn đạt yêu cầu cho động cơ 2 hoạt động trong khi đó cánh khuấy tiếp tục quay. Sau khi đổ xong vật liệu thì tắt động cơ cánh khuấy cho động cơ nghiêng thùng làm việc để thùng quay trở lại. 2.4.5.2.2 Máy trộn có trục thẳng đứng Máy gồm hai phần: phần tĩnh và phần di động. Phần tĩnh gồm hệ thống truyền động để truyền động cho cánh khuấy. Cánh khuấy được lắp với phần tĩnh và nó được nâng lên hạ xuống cùng với nắp. Phần di động gồm chậu quay có lắp trên xe đẩy 3 bánh, trục chậu có lắp 1 bánh vít. Khi đẩy chậu vào vị trí làm việc thì bánh vít ăn khớp với trục vít. Đổ vật liệu vào chậu, đẩy xe đến phần tĩnh của máy tại đây có r•nh đặc biệt cho quá trình lắp ghép chính xác. Sau đó hạ nắp và cánh khuấy xuống cho động cơ điện hoạt động. Trong quá trình làm việc, cánh khuấy và chậu quay. Sau khi trộn đạt yêu cầu, ngừng quá trình khuấy, ngừng môtơ, nâng cánh khuấy và nắp lên, lấy chậu quay ra cho chậu khác vào. 66
53. 2.4.5.3 . Khuấy trộn các sản phẩm rời. Khó đạt được sự đồng nhất hoàn toàn, hiệu quả phụ thuộc vào : - kích thước hình dạng, khối lượng riêng của thực phẩm - hiệu quả của máy trộn cụ thể - xu hướng mà các hạt vật liệu đông vón nhau - phụ thuộc vào độ ẩm, tính chất bề mặt tính chất chảy của vật liệu 67
54. 2.4.5.3.1 Loại thùng quay : các thiết bị loại này được thể hiện qua các hình vẽ sau + Thùng quay nằm ngang hoặc thẳng đứng: + Thùng quay có tiết diện lục giác : cho phép trộn và nghiền + Thùng quay có dạng hình chữ Y: tăng cường quá trình trộn 68
55. 2.4.5.3.2 Loại vận chuyển : Dùng để trộn các sản phẩm rời, gồm có loại dạng băng xoắn, trộn bằng vít tải 69
56. Máy trộn dạng băng xoắn a) Loại băng: loại thiết bị này vừa vận chuyển vừa khuấy trộn, cấu tạo của thiết bị là những băng xoắn. Khi nó thực hiện vận chuyển nó có tác dụng khuấy trộn, làm cho nguyên liệu được trộn đều hơn. b) Loại vít tải có cánh vít dạng cánh gạt, chúng vừa gạt nguyên liệu vừa thực hiện quá trình khuấy trộn. Một số hình ảnh của cánh khuấy 70
57. Chương III: Quá trình nhiệt 3.1. Quá trình đun nóng - làm nguội. 3.1.1 Bản chất, mục đích và phạm vi sử dụng quá trình đun nóng Bản chất: đun nóng là quá trình làm tăng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối cùng cho trước. Nhiệt độ ban đầu (tbđ) thường bằng nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh. Nhiệt độ cuối cùng (tc) phụ thuộc vào mục đích của quá trình và tính chất của vật liệu, thường được xác định từ trước. Chênh lệch giữa nhiệt độ cuối cùng (tc) và nhiệt độ ban đầu (tbđ) luôn luôn là một đại lượng lớn hơn 0: t tc tbd > 0 không phụ thuộc vào phương pháp thực hiện. Có thể thực hiện quá trình tăng nhiệt một cách liên tục (hình 3.1) hoặc tăng gián đoạn dt dt (hình 3.2). Trường hợp thứ nhất luôn luôn lớn hơn 0 0 . d d t t oC tC tC t3=t4 t1 tbđ dt t2  0 d tbđ (1 (2 (3 (4(5 bđ C  bđ 1 2 3 4 C Hình 3.1: tăng nhiệt độ Hình 3.2: tăng nhiệt độ gián Còn trường hợp thứ 2 (hình 4 - 2) quá trình đun nóng có thể thực hiện gián đoạn. Trong d quá trình gián đoạn đó có giai đoạn (2) nhiệt độ có thể giảm, làm cho t 0 . Hoặc có giai d d đoạn t 0 do nhiệt độ không đổi (giai đoạn 4). d Nhưng nhìn chung cả quá trình vẫn bảo đảm t tc tbd 0 Mục đích công nghệ: trong công nghiệp chế biến thực phẩm quá trình đun nóng được thực hiện nhằm các mục đích sau: Mục đích chuẩn bị : trong thực tế có khi tiến hành đun nóng chỉ nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình khác. Ví dụ: để bóc vỏ cam cho dễ người ta thường chần trong nước sôi trong thời gian 5-10 phút; đun nóng trước khi cô đặc sản phẩm lỏng để quá trình bốc hơi nhanh hơn; đun nóng sản phẩm trước khi vào hộp ghép mí; đun nóng để tạo cho các quá trình hóa học, sinh học, lí học thực hiện nhanh chóng hơn Mục đích khai thác: quá trình đun nóng có thể làm tăng hiệu suất thu nhận sản phẩm từ một loại nguyên liệu nào đó. Ví dụ: nhiệt độ cao khoảng 60 - 70oC sẽ làm tăng hoạt độ của enzym amylaza, làm cho khả năng thủy phân tinh bột cao, cuối cùng thu được một lượng sản 72
58. phẩm đáng kể. Nhiệt độ cao có thể làm tăng khả năng trích ly các chất hòa tan như đường từ mía, dịch từ rau quả, làm tăng hiệu suất ép, tăng sự hòa tan chất màu, v.v Mục đích chế biến: dưới tác dụng của nhiệt độ cao nhiều loại nguyên liệu biến đổi về cấu trúc, tính chất hóa học, lí học, v.v làm cho chất lượng nguyên liệu biến đổi hẳn. Nhưng biến đổi về nguyên liệu có thể xấu đi hoặc tốt lên. Trong công nghệ chế biến thực phẩm người ta lợi dụng những biến đổi tốt của nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm có ích. Nhiệt độ cao sẽ làm cho sản phẩm chín, loại bỏ (làm bay hơi) những sản phẩm gây mùi, vị lạ ; làm tăng giá trị dinh dưỡng và hấp thụ dinh dưỡng của cơ thể; làm hồ hóa, dịch hóa các sản phẩm tinh bột; tẩy mùi, Những biến đổi sẽ làm cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn, giá trị cảm quan cao hơn. Mục đích bảo quản: đun nóng ở nhiệt độ trên 70oC trước hết có tác dụng làm mất hoạt tính của các enzim có trong nguyên liệu, ngăn ngừa được những biến đổi xấu. Ví dụ: các loại enzim xúc tác cho quá trình phân hủy các thành phần hóa học, sinh học, làm cho sản phẩm có thể biến màu hoặc giảm chất lượng các thành phần hóa học, sinh học có ích. Nhiệt độ cao trên 90oC có thể tiêu diệt các vi sinh vật trong các sản phẩm thực phẩm. Do vậy trong công nghệ chế biến thực phẩm thường đun nóng sản phẩm ở nhiệt độ và thời gian nhất định nhằm tiêu diệt vi sinh vật, ngăn ngừa hư hỏng sản phẩm. Đó là các quá trình thanh trùng nhiệt. Mục đích hoàn thiện: một số loại thực phẩm thường tồn tại ở dạng bán thành phẩm. Để cho các loại này đạt mục đích hoàn thiện hơn nhiều khi phải gia nhiệt (đun nóng). Đun nóng sẽ làm cho sản phẩm chín sử dụng được. Trong thực tế công nghiệp quá trình đun nóng thường được thực hiện kết hợp: khi thanh trùng đồ hộp thịt cá, ngoài mục đích tiêu diệt vi sinh vật, bảo quản sản phẩm còn có mục đích làm cho thịt cá chín. Phạm vi thực hiện: đun nóng là một trong những quá trình quan trọng, quá trình này được thực hiện hầu hết trong các quy trình công nghệ sản xuất thực phẩm với những mục đích khác nhau. 3.1.2. Vật liệu và những biến đổi vật liệu trong quá trình đun nóng 1) Biến đổi vật lý: Các biến đổi vật lý khi đun nóng gồm: -Sự biến đổi về nhiệt độ: trong quá trình đun nóng do sự chênh lệch nhiệt độ giưa môi trương đun nóng và vật liệu nhiêt độ trong vật liệu tăng dần lên. Tốc độ tăng nhiệt độ tăng nhiệt độ chậm dần từ ngoài vào trung tâm do khoảng cách giữa chúng và nguồn nhiệt xa dần . Những điểm có cùng khoảng cách đến nguồn nhiệt thì nhiệt độ sẽ bằng nhau. Do vậy trong t t vật liêu sẽ hình thành trường nhiệt độ (hình 3-3) trong đó lớp t ngoài cùng có nhiêt độ cao nhất, ở trung tâm thì nhiệt độ thấp t nhất. Tốc độ thay đổi nhiệt phụ thuộc vào sự truyền nhiệt trong khối vật liệu. -Sự truyền nhiệt trong khối vật liệu có thể thực hiện băng Hình 3-3: Trường nhiệt độ nhiều cách phụ thuộc vào trạng thái của chúng. Nếu vật liệu là chất lỏng thì nhiệt độ được truyền vào trung tâm chủ yếu băng đối lưu. Nếu vật liệu là chất rắn thì nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt. Khi vật ở thể bán lỏng (sệt) thì nhiệt truyền bằng cả đối lưu và dẫn nhiệt. -Sự biến đổi trạng thái vật liệu. Khi đun nóng vật liệu có thể biến đổi về trạng thái tồn tại - chuyển pha 73
59. Phần lớn các chất rắn hoặc sệt mà nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ của môi trường thì trong quá trinh đun nóng trạng thái của chúng có thể chuyển sang pha lỏng hoặc bán chất lỏng (mỡ, bơ v.v ) Tuy nhiên có nhiều loại vật liệu dạng rắn, do nhiệt độ đun nóng không đủ cao hoặc do đặc tính lý hóa của chúng mà trong thời gian đun nóng không xảy hiện tượng chuyển pha (thịt, cá,rau quả ) -Sự thay đổi thể tích. Thể tích của vật liệu có thể tăng lên khi đun nóng ( V = V - Vo > 0). Trong trường hợp đó thể tích của vật liệu bằng V = VO +  .t + VKhí Trong đó: V- thể tích khi đun  - hệ số nở khối t - nhiệt độ đun nóng V Khí - chênh lệch thể tích chất khí trong vật liệu Tuy nhiên có nhiều trường hợp khi đun nóng thể tích sẽ giảm đi, thường gọi là ngót. Đó là hiện tượng xảy ra đun nóng các loại nguyên liệu có cấu trúc xốp, có chúa nhiều khí trong gian bào(như rau, quả, v.v ) -Sự biến đổi khối lượng. Sự biến đổi có thể biểu diễn bằng công thức sau : m = mo + t - nbh - yht Trong đó: m- khối lượng vật liệu khi đun m0 - khối lượng vật liệu trước khi đu - hệ số biến đổi khối lượng t- nhiệt độ đun nóng nbh - khối lượng bốc hơi yht - khối lượng hòa tan vào môi trường. -Sự biến đổi màu sắc. Màu sắc biến đổi do nhiều nguyên nhân. Một trong những nguyên nhân vật lí dẫn đến biến màu là do thay đôi khả năng hấp thụ và phản xạ ánh sáng của vật liệu do tác động của nhiệt độ cao. 2. Biến đổi hóa lý, hóa học : Các chỉ tiêu hóa lý của vật liệu như độ nhớt, độ hòa tan, vv cũng dễ bị biến đổi do nhiệt độ cao. Cụ thể độ hòa tan tăng; độ nhớt giảm (hoặc tăng) Đối với các phản ứng hóa học như thủy phân, trung hòa, polime hóa, oxy hóa,vv thì nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng. Kết quả sự xúc tiến các phản ứng hóa học là sự biến đổi các thành phần hóa học trong vật liệu. Một số chất được tạo thành có thể làm tăng chất lượng sản phẩm (pectin, chất thơm, chất màu vv ) Nhưng nhiều trường hợp làm giảm hàm lượng những chất có ích, tạo thành một số chất gây ảnh hưởng xấu đến mùi, vi, màu của sản phẩm. Đây là nhược điểm chủ yếu của quá trình nấu. 3, Biến đổi hóa sinh và vi sinh Quá trình đun nóng có ảnh hưởng rất lớn đến sư thay đổi hoạt độ của enzim và hoạt động của các vi sinh vật. Ta biết rằng enzim và vi sinh vật có khoảng nhiệt độ hoạt động tối thích. Ví dụ các enzim amilaza hoạt động mạnh ở 60 - 70; vi sinh vật hoạt động mạnh ở 37- 40. Nếu 74
60. tăng nhiệt độ môi trường cao hơn nhiệt độ tối thích (top) thì hoạt động của enzim và vi sinh vật sẽ giảm đến bị vô hóa (bị tiêu diệt) hoàn toàn toàn ở nhiệt độ đủ cao. Như vậy quá trình tăng nhiệt sẽ đi qua 2 vùng nhiệt độ có tác dụng khác nhau lên enzim và vi sinh vật.Vùng thứ nhất là từ nhiệt độ môi trường không khí đến nhiệt độ tối thích. Tại vùng này nhiệt độ càng tăng hoạt động của enzim và vi sinh vật càng tăng. Vùng thứ 2 là từ nhiệt độ tối thích đến nhiệt độ đun nóng cuối cùng. Sự tăng nhiệt độ ở vùng này dẫn đến sự giảm dần đến ngừng hẳn hoạt đông của enzim và vi sinh vật. Như vậy tốc độ tăng nhiệt của quá trình đun nóng sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Ví dụ: khi đun nóng rau quả (khoai tây, lê, táo, ) nếu thời gian tăng nhiệt đến nhiệt độ đun nóng càng chậm bao nhiêu thì sản phẩm càng bị đen bấy nhiêu. Đó là do enzim hoạt động mạnh và lâu trước khi tiêu diệt. Không phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt, cuối cùng enzim và vi sinh vật vẫn bị ức chế tiêu diệt hoàn toàn. Nhiệt độ cao cũng sẽ làm giảm tác dụng của các chất độc được tạo thành trong sản phẩm trước khi đun nóng, đỡ nguy hiểm cho người tiêu thụ. 4, Biến đổi cấu trúc tế bào Dưới tác dụng của nhiệt độ cao chất nguyên sinh trong tế bào bị đông tụ, màng tế bào bị phá hủy làm mất tính bán thẩm thấu, không khí và hơi nước trong các gian bào thoát ra ngoài làm cho cấu trúc toàn khối trở lên chặt mềm. 5, Biến đổi cảm quan: - Thay đổi màu sắc: đun nóng dẫn đến sự thay đổi màu sắc do nhiều nguyên nhân khác nhau Nhiều khi nhờ đun nóng mà màu sắc tốt lên hoặc giữ được màu tự nhiên ban đầu. Đó là trường hợp chần rau quả. Trong trường hợp này nhiệt độ chần làm mất hoạt tính của enzim phân hủy hoặc tạo chất màu ( poliphenoloxidaza, clorophilaza,vv ) Đun nóng có thể làm cho màu các sản phẩm đã sulphít hóa trở lại bình thường sau khi bị mất màu do tác dụng của H2SO3 Ngược lại quá trình đun nóng có thể làm thay đổi màu tự nhiên của sản phẩm. Đó là hiện tượng tạo màu hồng của nước chanh, cam, trong chuối, vv hoặc là tạo màu nâu, sẫm màu trong các loại sản phẩm như bột cà chua, bột ớt,vv -Thay đổi mùi vị: Nhiệt độ đun nóng có thể dẫn đến sự thay đổi mùi vị theo hai chiều hướng khác nhau tùy theo vật liệu. Đối với các sản phẩm mà trước khi đun nóng có chứa các chất gây mùi, vị không thích hợp (vị đắng trong măng, vị ngái trong đậu nành, mùi ôi tanh trong thịt, cá vv ), đun nóng sẽ làm mất các mùi vị đó làm cho chất lượng của sản phẩm tốt lên. Còn đối với các sản phẩm có mùi tự nhiên tốt thì sau khi đun ít nhiều sẽ bị mất mùi vị do các chất thơm hoặc chất gây vị tốt bị bốc hơi hoặc bị phân hủy. 3.1.3.Phương pháp thực hiện quá trình Quá trình đun nóng có thể được thực hiện bằng cách đun nóng trực tiếp hoặc gián tiếp. Đun nóng trực tiếp là khi cho chất tải nhiệt tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm. chất tải nhiệt có thể là hơi nước, hơi khí nóng, dòng điện. Ưu điểm của phương pháp này là nhanh, đồng đều, không bị tăng nhiệt độ cục bộ. Nhược điểm là chất tải nhiệt bị ngưng tụ làm loãng hoặc hòa tan sản phẩm. Sản phẩm dễ bị ảnh hưởng mùi vị của chất tải nhiệt. Đun nóng gián tiếp là khi nhiệt truyền vào sản phẩm qua vách ngăn (thành ống, thành nối, vv ) chất tải nhiệt có thể là hơi nước nóng, điện, vv Ưu điểm của phương pháp này là mùi vị của sản phẩm không chịu ảnh hưởng của chất tải nhiệt, không bị pha loãng, không bị hòa tan .Nhược điểm là nhiệt độ tăng cục bộ ở những nơi tiếp xúc với mặt truyền nhiệt, do đó xảy 75