Bài tập lớn: Tìm hiều về quá trình thanh trùng và tiệt trùng trong sản xuất thực phẩm.

GVHD Đỗ Thị Yến Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm BÀI TẬP LỚN Tìm hiều về quá trình thanh trùng và tiệt trùng trong sản xuất thực phẩm GVHD TS ĐỖ THỊ YẾN Sinh viên Vũ Thị Hằng MSSV 20174632 Mã lớp KTTP 01 Hà Nội, 112019 Mục lục Đặt vấn đề 1 Tổng quan về quá trình thanh trùng, tiệt trùng 2 1 Khái niệm chung 2 2 Khái quát về giai đoạn trong thanh trùng và tiệt trùng 2 3 Mục đích công nghệ và các biến đổi của nguyên liệu sau quá trình thanh trùng và tiệ.

Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm

Đặt vấn đề 1 Tổng quan về quá trình thanh trùng, tiệt trùng 2

2 Khái quát về giai đoạn trong thanh trùng và tiệt

trùng

2

3 Mục đích công nghệ và các biến đổi của nguyên

liệu sau quá trình thanh trùng và tiệt trùng

1 Thiết bị thanh trùng, tiệt trùng sản phẩm trong bao

1.2 Thiết bị thanh trùng liên tục dạng thùng quay 6

1.3 Thiết bị thanh trùng gián đoạn làm việc ở áp suất

1.5 Thiết bị thanh trùng kiểu tunel phun tự động 9

2 Thiết bị thanh trùng sản phẩm ngoài bao bì 9

2.1 Thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng (kiểu tấm) 9

2.2 Thiết bị thanh trùng dạng ống lồng ống 10

Đặt vấn đề

Thanh trùng, tiệt trùng là quá trình được ứng dụng trong hầu hết các quy trình sản xuất thực phẩm

như sản xuất sữa thanh trùng, tiệt trùng, sữa bột, sữa cô đặc, sản xuất bia, một số loại rượu vang,

nước trái cây lên men, sản xuất rau quả đóng hộp Thanh trùng, tiệt trùng có tác dụng quyết định

đến thời gian bảo quẩn cũng như chất lượng sản phẩm Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình là gì

và những biến đổi xảy ra trong quá trình diễn ra như thế nào?

Trong thanh trùng hay tiệt trùng các sản phẩm như: pate, sản phẩm ngô ngọt đóng hộp, măng dầm

dấm, sản xuất bia chai, sữa UHT hay nước quả, mỗi sản phẩm này tại sao lại thanh trùng ở nhiệt

độ khác nhau? Các sản phẩm này được thanh trùng., tiệt trùng bằng thiết bị gì và tại sao lại sử

dụng thiết bị đó?

Dưới đây là câu trả lời của bản thân em khi tìm hiểu về quá trình và thanh trùng và tiệt trùng

Tổng quan về quá trình thanh trùng, tiệt trùng

1 Khái niệm chung

Thanh trùng, tiệt trùng là biện pháp xử lý thực phẩm để tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh hoặc

vi sinh vật gây hư hỏng có trong thực phẩm

Bản chất của thanh trùng là quá trình tiêu diệt vi sinh vật gây hại cho thực phẩm và ức chế quá trình sinh tổng hợp độc tố của chúng Thanh trùng được định nghĩa khi thực phẩm gia nhiệt đến nhiệt độ dưới 100 oC

Bản chất của quá trình tiệt trùng là qua trình tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật (ở dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử) và ức chế không thuận nghịch các enzyme trong thực phẩm tiệt trùng được định nghĩa khi thực phẩm được gia nhiệt đến nhiệt độ trên 100 oC., thường áp dụng với sản phẩm thực phẩm có độ pH cao

2 Khái quát về các giai đoạn trong thanh trùng và tiệt trùng

Quá trình thanh trùng/tiệt trùng thường gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: nâng nhiệt độ của thực phẩm lên đến nhiệt độ thanh trùng/ tiệt trùng

- Giai đoạn 2: giữ ở nhiệt độ thanh trùng/ tiệt trùng ở một thời gian nhất điịnh

- Giai đoạn 3: giảm nhiệt độ và áp suất trong thiết bị hay làm nguội thực phẩm đến nhiệt

độ thích hợp cho quá trình chế biến tiếp theo trong quy trình sản xuất

3 Mục đích công nghệ và các biến đổi của nguyên liệu sau quá trình thanh trùng và tiệt trùng

- Mục đích công nghệ:

Bảo quản: quá trình thanh trùng/tiệt trùng sẽ làm vô hoạt bất thuận nghịch enzyme và

ức chế hệ vi sinh vật trong thực phẩm, nhờ đó sẽ kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Chế biến: quá trình thanh trùng/tiệt trùng được xem là một phương pháp chế biến nhiệt trong công nghiệp thực phẩm Đối với các nguyên liệu tươi như thịt, cá,… quá trình tiệt trùng nhiệt còn có mục đích làm chín sản phẩm

- Các biến đổi của nguyên liệu sau quá trình thanh trùng và tiệt trùng:

Vật lý: một số chỉ tiêu vật lý của thực phẩm sẽ thay đổi như thể tích, trọng lượng, độ giòn, độ dai…Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà những biến đổi nói trên sẽ có ý

nghĩa tích cực hoặc tiêu cực Ví dụ như trong công nghệ sản xuất cá đóng hộp, quá

trình tiệt trùng nhiệt sẽ làm cho cấu trúc của mô và xương cá trở nên mềm mại giúp cho người sử dụng dễ tiêu hóa thức ăn, nhờ đó làm tăng giá trị sử dụng của sản phẩm Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất đồ hộp trái cây, quá trình thanh trùng làm mềm

mô trái, từ đó giá trị cảm quan của sản phẩm bị giảm đi

Hóa học: nhiệt độ là một tác nhân quan trọng thúc đẩy các phản ứng hóa học xảy ra Phản ứng hóa học phi enzyme (dưới tác dụng của nhiệt) phổ biến nhất là phản ứng Maillard Sản phẩm của phản ứng được gọi tên chung là melanoidin Những hợp chất này có màu sẫm và sự có mặt của chúng sẽ ảnh hưởng đến màu sắc thực phẩm Tùy theo từng đối tượng nguyên liệu mà phản ứng Maillard sẽ có những ảnh hưởng khác

nhau đến chất lượng thực phẩm Ví dụ, trong sản xuất sữa tiệt trùng, nếu phản ứng

Maillard xảy ra mạnh mẽ do nhiệt độ cao và thời gian tiệt trùng kéo dài thì sữa sẽ bị sậm màu, giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm bị giảm đi đáng kể Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất nước artichoke đóng lon thì các sản phẩm của phản ứng Maillard sẽ làm cho thức uống có màu vàng đặc trưng, ảnh hưởng tốt đến giá trị cảm quan của sản phẩm

Hóa lý: sự gia tăng và giảm nhiệt độ trong quá trình thanh trùng và tiệt trùng có thể gây

ra những biến đổi về pha như nước và một số chất dễ bay hơi sẽ chuyển sang pha khí, protein hòa tan trong thực phẩm lỏng có thể bị đông tụ và chuyển sang pha rắn… Sinh học: nhiệt độ cao sẽ làm cho quá trình trao đổi chất của tế bào sinh vật ngừng lại, các vi sinh vật trong thực phẩm sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt

Hóa sinh: nhiệt độ cao sẽ làm biến tính bất thuận nghịch các enzyme có mặt trong thực phẩm, do đó chúng sẽ bị vô hoạt

4 Các phương pháp thanh trùng nhiệt

- Thanh trùng Pasteur: là quy trình làm nóng thực phẩm (luôn là chất lỏng) đến một nhiệt

độ nhất định trong một khoảng thời gian xác định trước rồi sau đó là lạnh đột ngột

• Quy trình: gia nhiệt nhanh mẫu đến nhiệt độ thanh trùng (65 – 80oC) giữ mẫu ở nhiệt độ thanh trùng trong 15 -30 phút; làm nguội nhanh mẫu và bảo quản ở nhiệt

- Thanh trùng bằng phương pháp Tyldan

• Quy trình: gồm 3 chu kì liên tiếp gia nhiệt mẫu đến 100oC; giữ mẫu ở nhiệt độ sôi (15-30p) làm nguội nhanh mẫu đến nhiệt độ phòng, giữ tiếp trong 24h rồi lặp lại

• Ưu điểm: diệt được cả tế bào và bào tử vi sinh vật, nhiệt độ thanh trùng không quá cao, thiết bị đơn giản

• Nhược điểm: vận hành phức tạp; tốn thời gian và không phù hợp với sản xuất lớn

- Thanh trùng bằng hơi nước bão hòa: sử dụng nhiệt độ cao tại áp suất dư để tiêu diệt vi sinh vật và bào tử của chúng

• Quy trình: phụ thuộc vào việc điều chỉnh áp suất mà nhiệt độ thanh trùng có thể cao hoặc thấp Nếu ta thanh trùng mẫu ở áp suất dư 0.5 at thì nhiệt độ là 110,4oC hay ở 1 at thì nhiệt độ là 1210C hay 2.5 – 3 at thì nhiệt độ là 140 -145oC

• Ưu điểm: an toàn, tiêu diệt được cả tế bào sinh dưỡng vi sinh vật và bào tử của chúng; vận hành 1 lần không tốn thời gian, phù hợp với sản xuất lớn

• Nhược điểm: kén sử dụng cho các thực phẩm nhạy về nhiệt; dụng cụ vi mẫu bị hư hỏng do tiếp xúc nhiều lần, có thể để dụng cụ bị ướt, khiến chúng bị rỉ sét

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng và tiệt trùng

Hai thông số công nghệ quan trọng nhất trong quá trình thanh trùng và tiệt trùng là nhiệt

độ và thời gian Việc lựa chọn lựa chọn nhiệt độ và thời gian (chế độ thanh trùng/tiệt

trùng) sẽ phụ thuộc vào những yếu tố:

- Hệ vi sinh vật trong thực phẩm:

Mỗi loại mẫu thực phẩm luôn chứa một hệ vi sinh vật nhất định, vì vậy các nhà sản xuất cần quan tâm đến tên các loài vi sinh vật bị nhiễm và mật độ của chúng trong mẫu thực phẩm Theo lý thuyết, nếu các loài vi sinh vật nhiễm thuộc nhóm ưa nhiệt thì chế

độ thanh trùng/tiệt trùng cần phải “nghiêm ngặt” mớt tiêu diệt được chúng Ngoài ra, mật độ vi sinh vật trong mẫu ban đầu càng cao thì việc tăng nhiệt độ và thời gian xử lý

là cần thiết để đảm bảo sản phẩm có xác suất tái nhiễm thấp

- Trạng thái vật lý của thực phẩm:

Thực phẩm lỏng có hệ số truyền nhiệt cao hơn thực phẩm rắn vì trong quá trình thanh trùng và tiệt trùng sẽ xuất hiện các dòng đối lưu trong sản phẩm Các chỉ tiêu như hàm lượng chất khô, độ nhớt… sẽ ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt của thực phẩm lỏng Đối với thực phẩm rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu là do sự dẫn nhiệt

- Thành phần hóa học trong thực phẩm:

o Ảnh hưởng của độ axit: nồng độ hydro của môi trường, nghĩa là chỉ số pH, có vai trò quan trọng ảnh hưởng tới độ bền nhiệt của vi sinh vật cũng như sự tồn tại và phát triển của chúng Môi trường có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật nhưng độ chua là yếu tố quan trọng hơn cả

Những thực phẩm lỏng có giá trị pH cao như sũa tươi (pH> 4.6) thì giá trị nhiệt

độ xử lý thường không thấp hơn 100oC

Những sản phẩm có giá trị pH khá thấp (pH = 3.7 – 4.5) như nước ép từ nhóm trái cây có múi thì có thể thanh trùng ở nhiệt độ thấp mà vẫn đẩm bảo được độ

vô trùng công nghiệp

o Ảnh hưởng của nồng độ muối và đường: đường và muối trong đồ hộp cũng có khả năng tạo ra áp suất thẩm thấu của dung dịch cho nên cũng ảnh hưởng đến tính chịu nhiệt của vi khuẩn Muối có khả năng thẩm thấu cao hơn đường rất nhiều cho nên chỉ với nồng độ vài phần trăm là có thể làm cho lớp màng tế bào

của vi khuẩn bị khử nước tạo màng bảo vệ cho vi khuẩn nên làm tăng khả năng chịu nhiệt của chúng

o Ảnh hưởng của protit và lipit: trong các thực phẩm chứa nhiều protit và lipit như thịt cá, … thì chế độ thanh trùng phải nâng cao hơn, bởi vì sự truyền nhiệt của các vật thể đặc rất khó khan do đó hiệu quả thanh trùng giảm xuống Người

ta thấy rằng trong môi trường chất béo tính chịu nhiệt của vi khuẩn tang vì vi khuẩn ở trong lipit được tạo thàng một lớp lipit bao bọc xung quang có tác dụng bảo vệ cho nó

o Ảnh hưởng của chất sát trùng thực vật (phitonxit): trong thực vật nói chung, trong các loại gia vị, hương liệu, chất màu, … thường có chứa các chất sát trùng thực vật Ví dụ như mùi cay thơm của tiêu, ớt, mùi hang của hành tỏi, vị cay của gừng, màu sắc của các loại thực vật… đều là chất sát trùng thực vật Khi chế biến đồ hộp ta cho những chất đó vào vừa có tác dụng gia vị vừa có tác dụng sát trùng và như vậy ta có thể giảm được nhiệt độ thanh trùng của đồ hộp

Thiết bị thanh trùng, tiệt trùng

1 Thiết bị thanh trùng, tiệt trùng sản phẩm trong bao bì

1.1.Thiết bị thanh trùng thủy lực hydrostatic (hoạt động liên tục)

Bộ phận chính của thiêt bị là năm bánh xe được kết nối với nhau bằng một hệ thống bang tải dạng ống lưới Người ta sẽ nạp bao bì chứa thực phẩm vào bên trong các ống lưới của bang tải này Bên trong thiết bị có ba khoang liên thông với nhau Nhờ vào kết câu đặc biệt như hình vẽ nên người ta có thể tạo ra các vùng nhiệt độ khác nhau bên trong thiết bị để gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội sản phẩm Các sản phẩm sẽ thay đổi chiều cao cột nước thủy lực để hiệu chỉnh nhiệt độ tại các vùng khác nhau bên trong thiết bị Trước khi ra khỏi thiết bị, sản phẩm sẽ được làm nguội hoàn tất trông bể nước lạnh đặt ở bên dưới thiết bị

Ưu điểm: có thể sử dụng nhiều loại bao bì có kích thước và kiểu dáng khác nhau Thiết

bị này có tính cơ giới và tự động hóa cao nên thích hợp cho các nhà máy có năng suất lớn

1.2.Thiết bị thanh trùng liên tục dạng thùng quay

Thiết bị thanh trùng thùng quay được sử dụng phổ biến trong công nghệ sản xuất đồ hộp thịt và thủy sản

Hệ thống bao gồm một thiết bị thanh trùng và một thiết bị làm nguội giống nhau Khi làm việc hộp được bang tải xích đưa vào bộ phận nhận, sau khi rời khỏi cơ cấu lõm của bộ phận nhận, hộp chuyển vào khoảng không gian giữa mặt trong thùng và đường xoắn chứa hộp Khi thùng quay, hộp sẽ chuyể từ đầu này sang đầu kia của thùng nhờ rãnh xoắn định hướng Như vậy hộp vừa quay quanh trục của thùng vừa quanh quanh trục của nó

Thân trụ chứa đầy nước ở nhiệt độ cao hay hơi có nhiệt độ cao để trao đổi nhiệt và thanh trùng

Ưu điểm của loại thiết bị này là thiết bị tương đối gọn, làm việc liên tục có năng suất lớn

Nhược điểm của loại thiết bị này là chỉ thanh trùng được loại đồ hộp có bao bì là sắt có cùng kích thước và chỉ qâu được sản phẩm trong hộp khi sản phẩm trong hộp không quan tâm đến kết cấu

và cách sắp xếp

1.3.Thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn ở áp suất khi quyển

Các thiết bị này có cấu tạo đơn giản như nồi nấu, dung môi trường truyền nhiệt là nước được đun sôi bằng hơi hoặc trực tiếp bằng nhiên liệu

Dùng để thanh trùng các loại đồ hộp không quá 100oC

1.4 Thiết bị thanh trùng có áp suất cao làm việc gián đoạn

Dùng để thanh trùng các loại đồ hộp có nhiệt độ thanh trùng từ 100oC trở lên, có nắp đậy kín, còn gọi là nồi hấp thanh trùng

- Thiết bị thanh trùng loại thẳng đứng: có thân trụ, đáy và nắp hình chõm cầu, nắp có các then chốt ghép chặt với thân thiết bị, dưới đáy có lắp ống phun hơi nóng để thanh trùng Bên trong thiết bị có giá đơc để đặt giỏ đựng đồ hộp, có loại 1 giở, 2 giỏ , 3 giỏ

- Thiết bị thanh trùng loại đặt nằm ngang: thân thiết bị đặt nằm ngang, bên trong không

có giá đỡ giỏ mà có đường rây để cho xe đựng các giỏ đồ hộp đẩy vào Loại này có khả năng làm việc cao, nhưng thao tác phức tạp, chu kì làm việc kéo dài, tốn hơi và nước nhiều

1.5.Thiết bị thanh trùng kiểu tunel phun tự động

Loại máy này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bia

Nhiệt độ của nước phun ở các vùng như sau: vùng 1 là 45oC, vùng 2 là 60 oC, vùng 3 là 45

oC, vùng 4 là 35 oC và vùng 5 là 25 oC Phương tiện dịch chuyển chai trong tunel là băng

tải lưới, cho nên nước phun ở vùng nào thì được thug om ngay vào bể chứa tương ứng phía

dưới Các bể chứa nước được trang bị đường ống dẫn hơi để thường xuyên bổ sung nhiệt

cho chúng

Kiểu máy tunel này được gọi là tuyến tính vì chai chạy theo 1 dường thẳng: vào ở đầu máy

và ra ở cuối máy

2 Thiết bị thanh trùng sản phẩm ngoài bao bì

Các thiết bị này được sử dụng cho nhóm thực phẩm lỏng

2.1.Thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng (kiểu tấm)

Đây là loại thiết bị làm việc liên tục, sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp được áp dụng rộng rãi trong ngành công nhiệp thực phẩm

Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bản hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng théo không gỉ Mỗi tấm có 4 lỗ tại 4 góc tạo thành rãnh thông kín và hệ thống các đường rãnh trenn khắp bề mặt để tạo ra sự chảy rối và tang diện tích bề mặt truyền nhiệt

Khi ghép các tấm bản mỏng lại với nhau, trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành nên

hệ những hệ thống đường vào và ra cho mẫu khảo sát và chất tải nhiệt Hai dòng lưu chất nóng và lạnh sẽ xen kẽ với nhau giữa các tấm, các tấm này được dập rãnh để tạo nên dòng chảy rối giữa 2 lưu chất

Ưu điểm: đảm bảo được hệ số truyền nhiệt cao với hệ số kháng thủy lực thấp, thiết bị gọn nhẹ, giá thành thấp, có thể thay đổi lượng nhiệt trao đổi bằng cách thay đổi số lượng tấm trao đổi nhiệt, vệ sinh dễ dàng

2.2.Thiết bị thanh trùng dạng ống lồng ống

Thiết bị làm việc liên tục, sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp, dùng cho chiết rót nóng các thực phẩm lỏng, tức là không có công đoạn hạ nhiệt nhanh sau khi tiệt trùng Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống được ứng dụng nhiều trong sản xuất sữa, chocolate sữa, sữa đậu nành, trà, nước trái cây

Ống và vỏ có cấu tạo là thép chịu lực Thiết bị càng có nhiều ống thì vận tốc dòng chảy càng lớn làm hệ số đối lưu tang, vậy nên người ta thường sử dụng kiểu cấu hình nhiều ống lồng trong một ống

Thiết bị gồm một chùm ống hình trụ song song, có cùng đường kính và được đặt bên trong một hình trụ lớn Nguyên liệu sẽ được bơm vào bên trong các ống trụ nhỏ, còn chất tản nhiệt đi vào khoảng không gian được tạo ra giữa bề mặt ngoài của các ống hình trụ nhỏ và

bề mặt trong ống hình trụ lớn