Đề tài Công nghệ chế biến thực phẩm trong quá trình cô đặc

Mục lục Bảng phân công công việc 2 Lời mở đầu 3 A.  Khái quát về quá trinh cô đặc 4 I. Bản chất và mục đích của quá trình cô đặc 4 II. Các yếu tố kỹ thuật của quá trình cô đặc thực phẩm 6 III. Biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc 9 IV. Đặc điểm của nguyên liệu 11 V. Các yếu tố ảnh hưởng 11 B. Phương pháp thực hiện quá trình cô đặc 15 I. Phương pháp 15 II. Giới thiệu thiết bị cô đặc 17 III. Ưu điểm nhượt điểm của các thiết bị 24 C. Ví dụ quá trình cô đặc trong sản xuất  25 I. Sản xuất sữa đặc có đường 25 II. Sản xuất cà chua cô đặc 27 Tài liệu kham khảo  30 Bảng phân công công việc Nội dung công việc Người thực hiện Kí tên A. Khái quát về quá trình cô đặc Phạm Thị Diệu Linh Hà Trần Trung Hiếu B. Phương pháp thực hiện quá trình cô đặc Trần Thanh Thủy Bùi Thị Kim Giang C. Ví dụ quá trình cô đặc trong sản xuất Nguyễn Thị Mai Ly Lời nói đầu Công nghiệp thực phẩm là ngành công nghiêp chuyên sản xuất và chế biến các sản phẩm thực phẩm nhờ áp dụng máy móc và thiết bị hiện đại.Từ nguyên liệu ban đầu để tạo ra sản phẩm thì phải trải qua nhiều quá trình chế biến phức tạp, chúng ta cần phảI nắm rõ những biến đổi về các tính chất như các biến đổi về vật lý cũng như hoá học của từng sản phẩm để có phương pháp chế biến thích hợp. Các quá trình chế biến bầng nhiệt chủ yếu như :quá trình sấy, quá trình chưng cất, quá trình trích ly, quả trình cô đặc. Mỗi quá trình áp dụng cho từng loại thực phẩm khác nhau Sau đây em xin giới thiệu một số ứng dụng của quá trình cô đặc trong công nghệ thực phẩm và những vấn đề cần quan tâm. Khái quát về quá trình cô đặc Bản chất và mục đích của quá trình cô đặc Khái quát Cô đặc là làm bốc hơi nước của sản phẩm bằng cách đun sôi. Quá trình cô đặc được sử dụng nhiều trong công nghiệp đồ hộp để sản xuất cà chua cô đặc, mứt, nước quả cô đặc, các loại soup khô, sữa đặc... Bản chất: - Cô đặc bằng nhiệt (hay cô đặc bốc hơi) là quá trình làm bay hơi nước trong thực phẩm dưới tác dụng của nhiệt nhằm mục đích làm tang nồng độ chất khô của thực phẩm của thực phẩm. Cần phân biệt sự khác nhau giữa hai quá trình cô đặc và sấy. Trong quá trình cô đặc bằng nhiệt, nguyên liệu đầu vào luôn có dạng lỏng, như syrup, nước trái cây, sữa Nồng độ chất khô của nguyên liệu thường dao động trong khoảng 10-35%. Sau quá trình cô đặc, sản phẩm thu được cũng có dạng lỏng và nồng độ chất khô có thể lên đến 80%. Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để tách nước ra khỏi thực phẩm lỏng như thẩm thấu ngược - sử dụng membrane (reverse osmosis), cô đặc lạnh đông (freeze concentration), cô đặc bằng nhiệt Trong đó, phương pháp cô đặc bằng nhiệt tốn nhiều chi phí năng lượng. Tuy nhiên, ưu điểm vượt trội của phương pháp cô đặc có thể tang lên rất cao so với các phương pháp tách nước khác. Trong quá trình cô đặc nhiệt, người ta thường sử dụng hơi nước bão hòa để nâng nhiệt độ nguyên liệu cần cô đặc đến điểm sôi. Khi đó, nước từ trạng thái lỏng sẽ chuyển qua trạng thái hơi và thoát vào môi trường xung quanh. Tốc độ bốc hơi nước phụ thuộc vào tốc độ truyền khối của bọt hơi. Quá trình cô đặc bằng nhiệt được mô tả theo sơ đồ trên hình: mf – lưu lượng nguyên liệu đi vào thiết bị cô đặc(kg/s) xf – hàm lượng chất khô trong nguyên liệu (%w/w) qf – nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu cần cô đặc (oC) ms –lưu lượng hơi nước bão hòa để gia nhiệt cho nguyên liệu cần cô đặc (kg/s) qs –nhiệt độ hơi bão hòa (oC) mp –lưu lượng sản phẩm cô đặc thoát ra khỏi thiết bị (kg/s) xp –hàm lượng chất khô trong sản phẩm cô đặc (%w/w) mv –lưu lượng hơi thứ thoát ra khoỉ thiết bị (kg/s) qb –nhiệt độ sôi của nguyên liệu cần cô đặc (oC) Hình 1: Sơ đồ quá trình cô đặc bằng nhiệt Mục đích: Chuẩn bị: quá trình cô đặc bằng nhiệt có thể có mục đích công nghệ là chuẩn bị, giúp cho các quá trình tiếp theo trong quy trình sản xuất được thực hiện dễ dàng và đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. Ví dụ như trong công nghệ sản xuất trà hòa tan, dịch trich thu được từ nguyên liệu trà có nồng độ chất khô dao động trong khoảng 2,5-5,0%. Người ta sẽ cô đặc bốc hơi dịch trích đến nồng độ chất khô 25-50% trước khi thực hiện quá trình sấy phun tạo sản phẩm bột trà hòa tan. Như vậy, quá trình cô đặc dịch trích có mục đích chuẩn bị cho quá trình sấy phun để nó diễn ra dễ dàng hơn, đồng thời tiết kiệm chi phí năng lượng trong toàn bộ quy trình sản xuất. Trong công nghệ sản xuất saccharose, dịch nước mía hoặc dịch trích từ củ cải đường sau công đoạn tinh sạch sẽ được đưa đi cô đặc bốc hơi trước khi thực hiện quá trình kết tinh đường. Trong trường hợp này, quá trình cô đặc nhiệt cũng có mục đích chuẩn bị cho quá trình kết tinh tiếp theo. Khai thác: quá trình cô đặc nhiệt sẽ tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, do đó sản phẩm trở nên “nhẹ hơn” và nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản phẩm sẽ gia tăng. Ví dụ như trong công nghệ sản xuất nước trái cây cố đặc, sữa cô đặc quá trình cô đặc là khai thác. Bảo quản: quá trình cô đặc bằng nhiệt làm giảm lượng nước và tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm. Do đó, hoạt độ của nước trong sản phẩm sau cô đặc sẽ giảm đi. Đây là một yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh vật trong sản phẩm và góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Ví dụ: nếu so sanh sữa tươi với sữa cô đặc hoặc nước trái cây với nước trái cây cô đặc thì các sản phẩm cô đặc sẽ có thời gian bảo quản lâu hơn. Các yếu tố kỹ thuật của quá trình cô đặc thực phẩm Quá trình cô đặc thực phẩm có 3 thông số cơ bản: nhiệt độ sôi, thời gian sản phẩm lưu lại trong thiết bị (thời gian cô đặc) và cường độ bốc hơi. Nhiệt độ sôi - Khi tiến hành một quá trình cô đặc thực phẩm người ta đun nóng khối sản phẩm tới nhiệt độ sôi. Nước trong sản phẩm bốc hơi cho đến khi nồng độ chất khô đã đến nồng độ yêu cầu thì ngừng quá trình cô đặc và cho sản phẩm ra khỏi thiết bị. - Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc áp suất hơi ở trên bề mặt, nồng độ chất khô và tính chất vật lý, hóa học của sản phẩm. Độ chân không (mmHg) Nhiệt độ sôi (oC) 0 100 126 95 234 90 326 85 405 80 430 75 526 70 572,5 65 610 60 642 55 667,6 50 690 44,5 Quan hệ giữa nghiệt độ chân không và độ sôi của nước Khi áp suất hơi trên bề mặt của sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ sôi của sản phẩm càng thấp. Vì vậy việc tạo độ chân không trong thiết bị cô đặc sẽ giảm được nhiệt độ sôi của sản phẩm. Hay nói cách khác là điều chỉnh nhiệt độ sôi bằng cách thay đổi độ chân không. Khi nồng độ chất khô trong sản phẩm càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao. Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng tăng dần. Nhiệt độ sôi thấp thì tính chất của thực phẩm ít bị biến đổi như sinh tố ít bị tổn thất, màu sắc ít bị biến đổi, mùi thơm cũng ít bị bay hơi. Nhiệt độ sôi thấp còn làm giảm tốc độ ăn mòn và kéo dài thời gian bền của vật liệu làm thiết bị cô đặc. Thời gian cô đặc Là thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị cô đặc cho sự bốc hơi nước ra khỏi nguyên liệu để đạt đến độ khô yêu cầu. Thời gian cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm việc của thiết bị và cường độ bốc hơi của sản phẩm. Các thiết bị cho nguyên liệu vào, sản phẩm ra liên tục và sản phẩm có cường độ bốc hơi lớn thì thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị càng ngắn. Cường độ bốc hơi Cường độ bốc hơi của sản phẩm phụ thuộc cường độ trao đổi nhiệt giữa hơi nóng và sản phẩm bốc hơi. Cường độ trao đổi nhiệt được đặc trưng bằng hệ số truyền nhiệt của quá trình cô đặc. Hệ số truyền nhiệt càng lớn, cường độ bốc hơi càng cao. Biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc Vật lý: Trong quá trình cô đặc, nhiều biến đổi vật lý xảy ra trong nguyên liệu như hàm lượng chất khô tăng, độ nhớt tăng, tỷ trọng tăng Tuy nhiên, khối lượng và thể tích nguyên liệu giảm đi, hoạt độ của nước trong nguyên liệu cũng giảm. Cần lưu ý là khi nồng độ chất khô của nguyên liệu tăng lên theo thời gian cô đặc thì nhiệt độ sôi của nguyên liệu cũng tăng theo. Hóa học: Dưới tác dụng của nhiệt trong quá trình cô đặc, các thành phần hóa học trong nguyên liệu có thể phản ứng với nhau hoặc bị ohaan hủy. Ví dụ như trong quá trình cô đặc sữa, đường khử lactose và các acid amin có trong sữa sẽ phản ứng với nhau để tạo thành các hợp chất melanoidine. Phản ứng Mailard sẽ làm giảm giá trị dinh dưỡng của sữa, đồng thời làm cho sản phẩm bị sậm màu. Hoặc như trong quá trình cô đặc nước trái cây, các vitamin như vitamin C sẽ bị phân hủy. Biến đổi này cũng làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Trong quá trình cô đặc, do nước bốc hơi nên giá trị của pH của thực phẩm cũng thay đổi theo. Tốc độ của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cô đặc bằng nhiệt sẽ phụ thuộc chủ yếu vào giá trị nhiệt độ và thời gian cô đặc. Ví dụ như trong công nghệ sản xuất nước trái cây cô đặc, sữa cô đặc quá trình cô đặc bốc hơi làm tăng nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản xuất. Trong trường hợp này, mục đích công nghệ quá trình cô đặc là khai thác. Bảo quản: Quá trình cô đặc bằng nhiệt làm giảm hàm lượng nước và tăng hàm lượng chất kho trong sản phẩm. Do đó, hoạt độ của nước trong sản phẩm sau cô đặc sẽ giảm đi. Đây là một yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh vật trong sản phẩm và góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Ví dụ: nếu so sánh sữa tươi với sữa cô đặc hoặc nước trái cây với nước trái cây cô đặc thì các sản phẩm cô đặc sẽ có thời gian bảo quản lâu hơn. Hóa lý: Biến đổi hóa lý quan trọng trong quá trình cô đặc bằng nhiệt là sự chuyển pha của nước. Nước tồn tại ở trạng thái lỏng trong nguyên liệu trước khi cô đặc sẽ chuyển sang trạng thái hơi và thoát ra môi trường bên ngoài. Trong quá trình cô đặc, có thể xảy ra sự đông tụ protein trong nguyên liệu nếu nhiệt độ cô đặc cao và đủ làm biến tính bất thuận nghịch protein. Để hạn chế hiện tượng này, các nhà sản xuất cần tìm hiểu kỹ về thành phần hóa học của nguyên liệu và chọn nhiệt độ cô đặc phù hợp. Hóa sinh và sinh học: Khi cô đặc ở áp suất thường, do nhiệt độ cô đặc cao (không thấp hơn 100oC) nên các enzyme trong nguyên liệu bị vô hoạt, nhiều vi sinh vật bị ức chế. Các biến đổi hóa sinh và sinh học gần như không xảy ra. Khi cô đặc ở áp suất chân không, do nhiệt độ cô đặc thấp nên một số enzyme và vi sinh vật chịu nhiệt có thể hoạt động được. Cần lưu ý là các bào tử có thể hoạt hóa ở nhiệt độc 70oC. Quá trình cô đặc xảy ra làm hạn chế khả năng hoạt động của vi sinh vật ở nồng độ cao Tiêu diệt vi sinh vật khi ở nhiệt độ cao + Hơi :130 – 150 ° C vi sinh vật chết + Bx : 65 – 68 % hạn chế vi sinh vật Chất lượng và giá trị sinh hoá tăng Phải thực hiện nghiêm ngặt để bảo đảm các cấu tử quý của sản phẩm ,mùi vị đặc trưng được giữ nguyên , đạt đươc mức độ yêu cầu , các thành phần chủ yếu không được thay đổi. Phải giữ nguyên cấu tử quý thu hồi dung dịch lỏng rắn Có thể cô đặc ở trạng thái áp suất , ap suất chân không , chân không , để hạn chế sự tổn thất vitamin đảm bảo thành phần hoá học không được mất đi , hạn chế tăng màu , tổn thất đường Đặc điểm của nguyên liệu Nguyên liệu đưa vào cô đặc ở dạng dung dịch gồm dung môi là nước và các chất hoà tan gồm rất nhiều cấu tử phụ thuộc vào loạI thực phẩm và chất lượng sản phẩm cân cô đặc Các chất hoà tan không bay hơi trong quá tring cô đặc chủ yếu là đường , cà chua , vitamin C và các hợp chất khác như peptin , chất xơ , chất màu , chất thơm , tinh bột Các yếu tố ảnh hưởng Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt Sự chênh lệch nhiệt độc của hơi bão hòa (tác nhân gia nhiệt) và nhiệt độ sôi của nguyên liệu. Nếu sự chênh lệch giữa nhiệt độ của hơi bão hòa và nhiệt độ sôi của nguyên liệu càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt sẽ càng lớn. Để tăng sự chênh lệch nhiệt độ nói trên, các nhà sản xuất có thể sử dụng một trong hai phương pháp sau đây. + Tăng nhiệt độ và áp suất hơi bão hòa: phương pháp này có nhược điểm là nếu nhiệt độ của hơi bão hòa quá cao thì các cấu tử mẫn cảm nhiệt có trong nguyên liệu cần cô đặc sẽ bị biến đổi và ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. + Giảm nhiệt độ sôi của nguyên liệu bằng cách cô đặc trong môi trường chân không: khi đó, nhiệt độ sôi của nguyên liệu cần cô đặc sẽ phụ thuộc vào áp lực trên bề mặt dung dịch, nồng độ chất khô của nguyên liệu và chiều cao cột thủy tinh tong thiết bị cô đặc. Mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi của một dung dịch và áp suất được thể hiện trong phương trình Clapeyron: trong đó: P – áp suất hơi trên bề mặt dung dịch T – nhiệt độ tuyệt đối; DHv – nhiệt hóa hơi R –hằng số khí; C- hằng số Trong công nghiệp thực phẩm, các nhà sản xuất thường chọn phương pháp cô đặc chân không, nhiệt độ sôi của nguyên liệu có thể giảm xuống xấp xỉ 40oC. Phương pháp này sẽ hạn chế tổn thất các cấu tử mẫn cảm với nhiệt có nguyên liệu cần cô đặc. Hiện tượng cặn bám trên bề mặt trao đổi nhiệt Trong thiết bị cô đặc bốc hơi, bề mặt truyền nhiệt có hai mặt tiếp xúc: một mặt tiếp xúc với nguyên liệu cần cô đặc và một mặt tiếp xúc với hơi bão hòa. Một số cấu tử của nguyên liệu trong quá trình cô đặc có thể bị bám dính trên bề mặt truyền nhiệt. Ngoài ra, theo Fellows (2000) thì hơi bão hòa (tác nhân gia nhiệt) cũng có thể làm ăn mòn bề mặt của quá trình. Để hạn chế hiện tượng cặn bám trên bề mặt trao đổi nhiệt, các nhà sản xuất có thể gia tăng tốc độc dòng chảy nguyên liệu trong thiết bị. Ngoài ra, sau mỗi mẻ sản xuất, chúng ta cần làm vệ sinh cẩn thận để làm trôi đi các cấu tử bám trên bề mặt truyền nhiệt. Hiện tượng màng biên(boundary film) Lớp nguyên liệu chản dòng với bề mặt tiếp xúc tuyền nhiệt (lớp màng biên) thường tạo ra một trở lực lớn cho quá trình truyền nhiệt. Để làm giảm chiều dày của màng biên này, các nhà sản xuất có thể thạo ra một dòng đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức trong thiết bị cô đặc. Độ nhớt của nhuyên liệu Khi tăng độ nhớt của nguyên liệu, chỉ số Reynolds sẽ giảm nên tốc độc truyền nhiệt sẽ giảm đi. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của quá trình cô đặc Hiện tượng tạo bọt Trong quá trình cô đặc bằng nhiệt, bên trong dung dịch nguyên liệu sẽ xuất hiện những bong bóng hơi. Nếu trong dung dịch nguyên liệu có chứa những cấu tử có khả năng làm bền bọt như protein thì sẽ hình thành một lớp bọt trên bề mặt dung dịch trong thiết bị - lớp bọt này có khả năng làm giảm tốc độc thoát hơi thứ ra khỏi dung dịch cần cô đặc. Tổn thất chất khô do hơi thứ Trong quá trình cô đặc, hơi thứ thoát ra khỏi thiết bị có thể lôi theo một số cấu tử (có trong nguyên liệu) ở dạng sương mù. Tổn thất chất khô càng nhiều nếu sự sôi diễn ra quá mãnh liệt trong thiết bị bốc hơi. Để hạn chế sự tổn thất này, các thiết bị cô đặc thường được thiết kế với khoảng không gian rộng, kèm theo bộ phận tách cấu tử bị hơi nước lôi cuốn theo. Phương pháp thực hiện quá trình cô đặc I. Phương pháp Nguyên liệu đưa vào cô đặc ở dạng dung dịch Gồm dung môi: nước Các chất hòa tan: gồm rất nhiều cấy tử, phụ thuộc vào loại, thành phần và chất lượng của sản phẩm cô đặc. _ Các chất này không bay hơi trong quá trình cô đặc. Trong các chất hòa tan có chất chủ yếu (là dung dịch cần cô đặc, ví dụ: đường cà chua, glutamic, glutamate) và các chất khác như pectin, xơ, vitamin, chất màu, chất thơm, tinh bột, protit Quá trình cô đặc có thể có trường hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ, vào nồng độ cô đặc cần đạt cũng như dây chuyền thiết bị, điều kiện kỹ thuật khi cô đặc. Hiện nay quá trình cô đặc được thực hiện theo nhiều phương pháp. Cô đặc trong thiết bị hở Cô đặc một nồi dưới chân không Cô đặc nhiều nồi Cô đặc liên tục Các phương pháp cô đặc khác Cô đặc thiết bị hở: có 3 cách: + Cách 1: (không bổ sung dung dịch) cho dung dịch vào nồi 1 lần rồi gia nhiệt cho nước bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần, nồng độ chất tan trong dung dịch tăng dần đến nồng độ yêu cầu. +Cách 2: (bổ sung dung dịch nguyên liệu theo chu kì) cho dung dịch vào ở một mức 1, rồi gia nhiệt cho nước bốc hơi, khi dung dịch cạn xuống mức 2, châm bổ sung dung dịch, đưa lượng dung dịch về mức 1. Chu trình lặp đi lặp lại nhiều lần, đến khi nồng độ dung dịch cô đặc đạt yêu cầu. Cách này thường dùng cô đặc các dung dịch có nồng độ chất tan thấp, tuy nhiên trong quá trình cô đặc, nhiệt độ sôi tăng dần vì nồng độ dung dịch tăng dể ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm, cách này không áp dụng cho những chấy nhạy cảm với nhiệt. _Cách 3: (bổ sungdung dịch liên tục) mức dung dịch trong nồi cố định bằng cách bổ sung đều đều một lượng dung dịch bằng với lượng nước bốc hơi. Cô đặc một nồi dưới chân không: Trong thiết bị chân không, nhiệt độ sôi của dung dịch thấp, vì vậy cô đặc châ không giữ được màu sắc, mùi vị tự nhiên của sản phẩm. Cô đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm hơi Nồi 1 đun bằng hơi đốt, các nồi sau lần lượt dùng hơi các nồi trước. Hơi nước thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tụ. Nồng độ dung dịch tăng nồi 1 đến nồi cuối, tuy nhiên số nồi càng nhiều thì hiệu quả tiết kiệm hơi càng giảm. Trong thực tế công nghệ thực phẩm thường dùng từ 2 đến 4 nồi, hơi và dung dịch đi cùng chiều từ nồi đầu đến nồi cuối. Cô đặc liên tục: kết quả cô đặc tốt hơn cô đặc gián đoạn, các chỉ tiêu của thệ thống đều được điều chỉnh thự động. Các phương pháp cô đặc khác: cô màng mỏng, cô ly tâm, cô chân không có trục quay nhiều tầng. II. Giới thiệu thiết bị cô đặc Hiện nay có rât nhiều thiết bị cô đặc bốc hơi. Chúng hoạt động theo những nguyên tắc khác nhau. Tuy nhiên, những thiết bị cô đặc bốc hơi được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm thường có một số điểm chung như sau: Bộ phận gia nhiệt: sử dụng hơi bão hòa để gia nhiệt cho nguyên liệu cần cô đặc. Bộ phận tách hơi thứ ra khỏi sản phẩm cô đặc. Bộ phận tạo chân không trong thiết bị cô đặc. Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu một số thiết bị cô đặc bốc hơi thường gặp. Thiết bị cô đặc với dòng hồi lưu tự nhiên - Nồi cô đặc hở Thiết bị có dạng hình trụ, đáy cầu. Phía trên đỉnh là cửa thoát hơi thứ, xung quanh thiết bị có lớp vỏ áo để gia nhiệt. Quá trình cô đặc được thực hiện trong điều kiện áp suất khí quyển. Nhìn chung, tốc độ bốc bơi nước là khá thấp và tổn thất nhiệt cao hơn so với những trường hợp khác. Ở quy mô nhỏ, người ta có thể gia nhiệt dung dịch cần cô đặc bằng cách đốt gas từ phía đáy nồi hoặc dùng điện trở. - Nồi cô đặc kín Thiết bị có cấu tạo tương tự như nồi cô đặc hở. Điểm khác biệt là đỉnh nồi được kết nối với hệ thống tạo chân không. Quá trình cô đặc được thực hiện trong điều kiện áp suất chân không. Hiện nay, nồi cô đặc hở và kín được sử dụng để cô đặc purée cà chua hoặc sử dụng trong sản xuất một số loại jam và kẹo. -Nồi cô đặc với bộ phận truyền nhiệt dạng ống ngắn (short-tube evaporator) 6 4 1 2 5 7 ống dẫn nguyên liệu ống tuần hoàn trung tâm cửa nạp nguyên liệu cửa nạp hơi cửa tháo nước ngưng cửa thoát hơi thứ cửa tháo sản phẩm Hình 2: Nồi cô đặc với bộ phận truyền nhiệt là ống ngắn Thiết bị có dạng hình trụ đứng. Bên trong thiết bị có một chum ống hình trụ. Nguyên liệu sẽ dịch chuyển bên trong các ống hình trụ này, còn hơi sẽ được cũng cấp từ phía bên ngoài các thân trụ. Chúng thường được sắp xếp song song theo phương thẳng đứng. Với sự có mặt của ống tuần hoàn trung tâm, những dòng đối lưu tự nhiên sẽ xuất hiện bên trong dung dịch trong quá trình cô đặc. Kiểu thiết bị này được sử dụng để cô đặc nước mía hoặc dịch ép củ cải đường trong sản xuất saccharose, cô đặc syrup trong sản xuất đường nha, đường glucose hoặc cô đặc dịch chiết malt trong sản xuất bột chiết malt (malt extract) Ngoài cách bố trí theo phương thẳng đứng, người ta có thể bố trí các ống chùm theo phương nằm ngang. - Nồi cô đặc với bộ phận gia nhiệt bên ngoài 7 4 3 5 2 6 8 1 cửa nạp nguyên liệu bộ phận gia nhiệt buồng tách sản phẩm và hơi thứ tấm chặn để hạn chế tổn thất sản phẩm theo hơi thứ cửa nạp hơi cửa tháo nước ngưng cửa thoát hơi thứ cửa tháo sản phẩm Hình3: Nồi cô đặc với bộ phân gia nhiệt bên ngoài Trong thiết bị này, bộ phận gia nhiệt và bộ phận tách hơi thứ ra khỏi dung dịch cần cô đặc được bố trí riêng rẽ. Nguyên liệu được đưa vào thiết bị theo cửa (1), sau đó đến bộ phận gia nhiệt (2) để đun nóng. Cuối cũng, nguyên liệu đi vào buồng (3) để tách hơi thứ. Trong buồng (3), có bộ phận (4) với chức năng tách các giọt chất lỏng bị lẫn trong hơi thứ nhằm hạn chế tổn thất chất khô trong quá trình cô đặc. Theo Brannen và cộng sự (1990), kiểu thiết bị này được sử dụng cô đặc nước thịt, nước trái cây b)Thiết bị cô đặc với dòng hồi lưu cưỡng bức Thiết bị có cấu tạo tương tự nồi cô đặc với bộ phận gia nhiệt bên ngoài (xem hình 4). Điểm khác biệt là có sử dụng thêm một bơm ly tâm. Kiểu thiết bị này được dùng để cô đặc những dung dịch có độ nhớt cao. 8 4 3 6 2 7 1 9 5 cửa nạp nguyên liệu bộ phận gia nhiệt buồng tách sản phẩm và hơi thứ tấm chặn để hạn chế tổn thất sản phẩm theo hơi thứ bơm ly tâm cửa nạp hơi cửa tháo nước ngưng cửa thoát hơi thứ cửa tháo sản phẩm Hình 4: Nồi cô đặc với dòng lưu cưỡng bức c) Thiết bị cô đặc với bộ phận gia nhiệt hình ống dài (long tube evaporator) Thiết bị hình dạng trụ, bên trong có một chum ống hình trụ đường kính nhỏ được xếp song song nhau theo phương thẳng đứng. Đường kính và chiều dài của một ống hình trụ nhỏ lần lượt là 5cm và 3-15m - Nồi cô đặc dạng màng rơi (Falling film evaporator) Hình 5: Thiết bị cô đặc dạng màng rơi Hình 5 giới thiệu một thiết bị cô đặc dạng màng rơi. Đầu tiên, nguyên liệu sẽ được đưa vào buồng gia nhiệt sơ bộ. Sau đó, nguyên liệu đi vào buồng cô đặc. Trong buồng cô đặc có các ống hình trụ đứng xếp song song nhau. Nguyên liệu sẽ chảy màng éo sát thân bên trong các ống hình trụ này theo hướng từ trên xuống. Hơi bão hòa được bạp vào khoảng không gian bên ngoài các ống hình trụ trong buồng cô đặc. Cuối cùng, nguyên liệu được qua buồng tách hơi thứ ra khỏi sản phẩm. Thời gian lưu của nguyên liệu trong thiết bị khoảng 10-30 giây. Hiện nay, thiết bị cô đặc dạng màng rơi được sử dụng phổ biến trong sản xuất sữa cô đặc. - Nồi cô đặc dạng màng leo (climbing film evaporator) Thiết bị có cấu tạo tương tự như thiết bị dạng màng rơi. Tuy nhiên, nguyên liệu được nạp vào từ cửa đáy thiết bị, sau đó dâng lên trong các ống hình trụ đường kính nhỏ. Đường kính của những ống hình trụ này dao động trong khoảng 25-50mm. Khi nguyên liệu được gia nhiệt đếm điểm sôi, phần hơi thứ xuất hiện trong dung dịch sẽ ép dung dịch thàng một màng mỏng áp sát thành bên trong các ống hình trụ đường kính nhỏ. Cuối cùng, hơi thứ thoát ra ngoài theo cửa đỉnh, còn sản phẩm cô đặc được tháo ra ngoài theo một cửa riêng. - Nồi cô đặc dạng kết hợp màng leo và màng rơi Người ta sử dụng kết hợp cả hai phương pháp cô đặc màng rơi và màng leo trong cùng một thiết bị. d) Thiết bị cô đặc dạng tấm Thiết bị bao gồm nhiều tấm bảng mỏng éo sát lại với nhau và có cấu tạo tương tự như một thiết bị truyền nhiệt. Dung dịch cần cô đặc được đưa vào khoảng không gian giữa các tấm bảng theo thứ tự xen kẽ với hơi nước bão hòa. Sau khi được gia nhiệt, dung dịch cần cô đặc sẽ được dẫn vào một buồng hình trụ để tách hơi thứ ra khỏi sản phẩm. Kiểu thiết bị này được sử dụng trong công nghiệp để cô đặc sữa và nước trái cây. e) Thiết bị cô đặc với dòng chảy mở rộng (expanding flow evaporator) Thiết bị này có nguyên tắc hoạt động tương tự như thiết bị cô đặc dạng tấm. Bên trong thiết bị có các bề mặt hình nón được đặt úp lên nhau. Dung dịch cần cô đặc được đưa vào khoảng không gian giữa các tấm bảng theo thứ tự xen kẽ với hơi nước bão hòa. Sauk hi được gia nhiệt, dung dịch cần cô đặc sẽ được dẫn vào một buồng hình trụ để tách hơi thứ ra khỏi sản phẩm. Kiểu thiết bị này được sử dụng trong công nhiệp để cô đặc sữa và nước trái cây. Hình 6: Thiết bị cô đặc với dòng chảy mở rộng f) Thiết bị cô đặc màng mỏng có khuấy đảo (agitated thin film evaporator) Hình 7: Thiết bị cô đặc màng mỏng có khuấy đảo Hình 7 giới thiệu một thiết bị cô đặc màng mỏng có khuấy đảo. Thiết bị có dạng hình trụ nằm ngang và có thể xoay quanh trục của nó nhờ một động cơ. Ngoài cùng là lớp áo gia nhiệt. Nguyên liệu được nạp vào thiết bị và chảy màng với chiều dày lớp nguyên liệu xấp xỉ 25mm. Hơi thứ và sản phẩm cô đặc sẽ được thoát ra ngoài thiết bị theo hai cửa riêng. III. Ưu điểm và nhượt điểm của các thiết bị Ưu điểm: Thiết bị cô đặc dùng để cô đặc các sản phẩm dạng lỏng và dạng hỗn hợp, làm tăng khả năng bay hơi của dung môităng khả năng thẩm thấu chất hòa tan vào sản phẩm giữ đuợc màu sắcmùi vị đặc trưng của sản phẩm. Nhược điểm: Làm tăng khả năng bay hơi của dung môi tăng khả năng thẩm thấu chất hòa tan vào sản phẩm thiết bị không thể dùng cô đặc các sản phẩm dạng hỗn hợp gồm quả và miếng, bởi khi làm việc cánh khuấy làm việc sẽ làm vỡ nát quả và miếng trong dịch ảnh hưởng xấu đến sản phẩm. Ví dụ quá trình cô đặc trong sản xuất I. Sản xuất sữa đặc có đường a) Mục đích: Tăng nồng độ chất khô của sữa từ nồng độ chất khô của dịch trộn ban đầu 23,46% lên giá trị yêu cầu của sản phẩm sữa đặc(72-73%). Loại bỏ khí hòa tan trong dịch sữa nhờ quá trình bốc hơi trong điều kiện chân không. b) Các biến đổi chính: · Hóa lý: có sự chuyển pha của nước từ lỏng sang hơi, làm cho nồng độ chất khô của sữa tăng nhanh kèm theo là tăng khối lượng riêng, tỷ trọng, nhiệt độ sôi và đặc biệt là độ nhớt. Giảm thể tích của khối sữa ban đầu. · Sinh học: quá trình cô đặc làm giảm lượng nước trong nguyên liệu, đồng thời hàm lượng chất khô tăng dẫn đến tăng áp suất thẩm thấu, do đó ngăn chặn sự phát triển của vsv. · Hóa sinh: xẩy ra các phản ứng Maillard, Caramel do sự ngưng tụ các acid amin có rất nhiều trong sữa và các phân tử đường là co sữa có màu vàng kem c) Các yếu tố ảnh hưởng: Nhiệt độ cô đặc ở nhà máy thấp: <440C ,nên không ảnh hưởng nhiều, nếu nhiệt độ cao hơn sẽ gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng và cảm quan sản phẩm Thời gian: cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Thời gian cô đặc càng dài thì càng thuận lợi cho việc nhiễm khuẩn và xảy ra các phản ứng hóa học . Do đó cần hạn chế thời gian cô đặc, sử dụng thiết bị thích hợp. d) Phương pháp thực hiện: Cô đặc sữa ở nhiệt độ thấp, áp suất chân không. e) Thiết bị bay hơi sử dụng trong qui trình là tháp cô đặc hoạt động ở áp suất chân không. Hiệu máy: APV(Đan Mạch) . Công suất 5000 lit/h Nguyên tắc hoạt động: dịch sữa chảy theo dạng màng xoắn ốc từ trên xuống, thiết bị gồm ba tầng với áp suất và nhiệt độ bốc hơi của dịch sữa khác nhau: +Tầng 1:thực hiện quá trình bốc hơi nước trong điều kiện chân không làm giảm nhiệt độ của sữa.Áp suất chân không được tạo bởi bơm chân không, 44 0C +Tầng 2: tiếp tục thực hiện quá trình bốc hơi, 330C +Tầng 3: bốc hơi nước, làm nguội sữa về 24-280C, thực hiện quá trình cấy mầm lactose có kích thước cực nhỏ(vài µm)v ới t ỷl ệ<0.002%. Áp suất chân không ở tầng 2 và 3 được tạo ra nhờ bơm chân không và sự hỗ trợ của các ejecter. Hơi nén áp suấtcao trong các ejector có tác dụng lôi cuốn hơi nuớc từ tầng 2 và 3 vào tháp ngưng tụ. Tháp ngưng tụ hơi nước: phần hơi, khí hòa tan được dẫn qua đường ống trên đỉnh tháp cô đặc đi vào tháp ngưng tụ. Tại đây, hơi nước được ngưng tụ và bơm ra ngoài. Thông số cô đặc: Nhiệt độ: + tầng 1: 440C + tầng 2: 330C + tầng 3: 24-280C Áp suất chân không Tỷ lệ mầm lactose: <0,002% f) Chỉ tiêu: · Cảm quan: sữa có màu kem nhạt hay màu kem đồng nhất , có mùi thơm đặc trưng của sữa, không có mùi vị lạ · Hóa học:hàm lượng các chất sau cô đặc: Chất béo ..8% Đường ..45% Nước ..27% Chất khô (không tính đường và béo) ...20% II. Sản xuất cà chua cô đặc Mục đích: Tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm tới nồng độ yêu cầu (làm tăng độ sệt đặc trưng cho sản phẩm), làm tăng độ sinh năng lượng của thực phẩm. Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩm thấu cao). Giảm được khối lượng vận chuyển. Cách tiến hành: Ta lựa thiết bị cô đặc chân không nhiều nồi vì: tiết kiệm hơi vì dùng được hơi thứ và tổn thất ít hơi, chất lượng sản phẩm tốt vì cô đặc liên tục, nhiệt độ sôi thấp, thời gian cô nhanh, năng suất cao. Cà chua sau khi được chà sẽ chuyển qua thiết bị cô đặc chân không hai hoặc ba nồi. Quá trình cô đặc được thực hiện trong điều kiện chân không khoảng 600 – 650 mmHg. Trong điều kiện chân không này nhiệt độ sôi của dung dịch rất thấp khoảng 55 – 60oC. Cô đặc đến nồng độ khoảng 30%. Thời gian cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm việc của thiết bị, và cường độ bốc hơi của sản phẩm. Hệ số truyền nhiệt của cà chua có nồng độ chất khô từ 15 – 30% là 1395 – 1745 W/m.độ. Cường độ bay hơi của cà chua có nồng độ chất khô có nồng độ chất khô từ 16 – 35%: 118kg/m2.h Chú ý các biến đổi trong quá trình cô đặc: Dung dịch cà chua là một hệ của nhiều chất hòa tan như đường, acid, còn chứa cả các chất không tan như tinh bột, cellulose ở trạng thái huyền phù. Khi cô đặc, dung môi bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lượng riêng tăng, và hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lượng không khí còn lại trong gian bào và hòa tan trong sản phẩm cũng giảm. Phản ứng caramel xảy ra ít do quá trình cô đặc được thực hiện trong nồi chân không với nhiệt độ thấp (50 – 60oC). Đồng thời với nhiệt độ thấp này thì cấu trúc pectin không bị phá vỡ nên giữ được độ sệt của tương cà chua. Ngoài ra các thành phần khác cũng ít bị biến đổi nhất là vitamin C. Sắc tố của cà chua chủ yếu thuộc họ carotenoid (licopen) nên ít bị biến đổi (bền nhiệt). Sản phẩm có thể xám đen do phản ứng giữa tannin với kim loại  là do phản ứng oxy hóa tannin dưới tác dụng của men peroxydase và polifenolxydase, điều kiện của phản ứng này là nhiệt độ tăng từ từ và tiếp xúc nhiều với không khí. Nhưng do sản phẩm đã được đun nóng à đã vô hoạt enzyme. Và do được cô đặc trong môi trường chân không. Thiết bị cô đặc chân không 3 nồi Tài liệu kham khảo