Môn công nghệ chế biến thực phẩm đề tài quá trình cô đặc bằng nhiệt

Lời mở đầu Công nghiệp thực phẩm là ngành công nghiêp chuyên sản xuất và chế biến các sản phẩm thực phẩm nhờ áp dụng các máy móc và trang thiết bị hiện đại.Từ nguyên liệu ban đầu để tạo

Môn: Công nghệ chế biến thực phẩm

Đề tài: Quá trình cô đặc bằng nhiệt

GVHD: Trần Quyết Thắng Nhóm: 07

Trần Nguyễn Huỳnh Như – 2005211208 Châu Trọng Phúc – 2005210835 Huỳnh Dương Trọng Phúc – 2005210553 Hoàng Cao Hữu Phước – 2005211046 Nguyễn Thị Kiều Oanh – 2005210113

Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2023

MỤC LỤC

I Tìm hiểu bản chất, mục đích, phương pháp thực hiện, các biến đổi của quá trình cô

đặc bằng nhiệt: 5

I.1 Cơ sở khoa học: 5

I.2 Mục đích và phạm vi thực hiện: 6

I.3 Các biến đổi của nguyên liệu: 6

I.4 Các yếu tố ảnh hưởng: 7

I.4.1 Nhiệt độ sôi: 7

I.4.2 Thời gian cô đặc: 9

I.4.3 Độ ẩm của không khí trong thiết bị cô đặc bằng nhiệt: 9

I.5 Phương pháp thực hiện cô đặc: 9

I.5.1 Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển 9

I.5.2 Phương pháp cô đặc hiện đại: 10

II Xây dựng quy trình: 14

II.1 Quy trình sản xuất kẹo chuối 14

II.1.1 Sơ đồ công nghệ 15

II.2 Thực hiện quy trình 15

II.2.1 Giai đoạn xử lý nguyên liệu 15

II.2.1.1 Mục đích công nghệ 15

II.2.1.2 Phương pháp thực hiện và các biến đổi của nguyên liệu 15

II.2.2 Giai đoạn nấu kẹo 16

II.2.2.1 Mục đích công nghệ 16

II.2.2.2 Phương pháp thực hiện và các biến đổi của nguyên liệu 16

II.2.3 Giai đoạn tạo hình và đóng gói 16

II.2.3.1 Mục đích công nghệ 16

II.2.3.2 Phương pháp thực hiện và các biến đổi của nguyên liệu 16

III Thành tựu công nghệ áp dụng cho quá trình cô đặc: 17

III.1 Giải pháp cô đặc nước quả tích hợp các quá trình màng JEVA: 17

III.2 Các điểm nổi bật của công nghệ JEVA: 18

IV Quá trình cô đặc chân không (Tiếng Anh): 21

IV.1 Bản tiếng anh: 21

IV.1.1 Sample preparation 21

IV.1.2 Ohmic vacuum concentration system: 22

IV.1.3 Ohmic vacuum concentration and ohmic atmospheric concentration 22

IV.2 Bản tiếng việt: 24

IV.2.1 Chuẩn bị mẫu: 24

IV.2.2 Hệ thống cô đặc chân không Ohmic: 24

IV.2.3 Nồng độ chân không Ohmic và nồng độ khí quyển Ohmic: 25

V TÀI LIỆU THAM KHẢO: 27

Lời mở đầu

Công nghiệp thực phẩm là ngành công nghiêp chuyên sản xuất và chế biến các sản phẩm thực phẩm nhờ áp dụng các máy móc và trang 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 bằng 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 nhóm chúng em xin giới thiệu một số ứng dụng của quá trình cô đặc bằng nhiệt trong công nghệ chế biến thực phẩm

và những vấn đề cần quan tâm.

I Tìm hiểu bản chất, mục đích, phương pháp thực hiện, các biến đổi của quá trình cô đặc bằng nhiệt:

I.1 Cơ sở khoa học:

Cô đặc bằng nhiệt (hay cô đặc bốc hơi) là quá trình làm bay hơi nước trong thực phẩmdưới tác dụng của nhiệt nhằm mục đích làm tăng nồng độ chất khô 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 liệuđầu vào luôn có dạng lỏng như syrup, nước trái cây, sữa Nồng độ chất khô của nguyên liệuthường dao động trong khoảng 10- 35% Sau quá trình cô đặc, sản phẩm thu được cũng có dạnglỏng 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 nhưthẩm thấu ngược - sử dụng membrane (reverse osmosis), cô đặc lạnh đông (freezeconcentration), cô đặc bằng nhiệt Trong đó, phương pháp cô đặc bằng nhiệt tốn nhiều chi phínăng lượng Tuy nhiên, ưu điểm vượt trội của phương pháp cô đặc bằng nhiệt là hàm lượng chấtkhô trong thực phẩm sau quá trình cô đặc có thể tăng lên rất cao so với các phương pháp táchnước khác

I.2 Mục đích và phạm vi thực hiện:

Chuẩn bị: quá trình cô đặc bằng nhiệt có thể có mục đích công nghệ là chuẩn bị, giúp chocác quá trình tiếp theo trong quy trình sản xuất được thực hiện dễ dàng và đạt hiệu quả kinh tếcao hơn

Ví dụ: Trong công nghệ sản xuất trà hòa tan, dịch trích thu được từ nguyên liệu trà cónồng độ chất khô dao động trong khoảng 2,5-5,0% Người ta sẽ cô đặc bốc hơi dịch trích đếnnồng 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

Khai thác: quá trình cô đặc bằng nhiệt sẽ tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, do đó sảnphẩm trở nên “nhẹ hơn” và nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản phẩm sẽ gia tăng

Ví dụ: Trong công nghệ sản xuất nước trái cây cô đặc, sữa cô đặc quá trình cô đặc bốchơi làm tăng nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản phẩm Trong trường hợp này, mục đích côngnghệ của quá trình cô đặc là khai thác

Bảo quản: quá trình cô đặc bằng nhiệt làm giảm hàm lượng nước và tăng hàm lượng chấtkhô 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 bảoquản sản phẩm.

Ví dụ: nếu so sánh sữa tươi với sữa cô đặc hoặc nước trái nước trái cây cô đặc thì các sảnphẩm cô đặc sẽ có thời gian bảo quản lâu hơn

I.3 Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý: trong quá trình cô đặc, nhiều biến đổi vật lý xảy ra trong nguyên liệu như hàmlượng chất khô tăng, độ nhớt tăng, tỷ trọng tăng Tuy nhiên, khối lượng và thể tích nguyên liệugiảm 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 trongnguyên liệu có thể phản ứng với nhau hoặc bị phân hủy

Ví dụ: Trong quá trình cô đặc sữa, đường khử lactose và các acid amin có trong sữa sẽphản ứng với nhau để tạo thành các hợp chất melanoidine Phản ứng Maillard sẽ làm giảm giá trịdinh dưỡng của sữa, đồng thời làm cho sản phẩm bị sậm màu

Trong quá trình cô đặc, do nước bốc hơi nên giá trị 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 yếuvào giá trị nhiệt độ và thời gian cô đặc

Hóa lý: biến đổi hóa lý quan trọng trong quá trình cô đặc bằng nhiệt là sự chuyển pha củanước Nước tồn tại ở trạng thái lỏng trong nguyên liệu trước khi cô đặc sẽ chuyển sang trạng tháihơi 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 côđặc cao và đủ làm biến tính bất thuận nghịch protein Để hạn chế hiện tượng này, các nhà sảnxuất 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 thấphơn 100°C) nên các enzyme trong nguyên liệu bị vô hoạt, nhiều vi sinh vật bị ức chế Các biếnđổi hóa sinh và sinh học gần như không xảy ra Khi cô đặc ở áp suất chân không, do nhiệt độ côđặc thấp nên một số enzyme và vi sinh vật chịu nhiệt có thể hoạt động được cản lưu ý là các bào

tử có thể được hoạt hóa ở nhiệt độ 70°C

I.4 Các yếu tố ảnh hưởng:

I.4.1 Nhiệt độ sôi:

Trong khi thực hiện quá trình cô đặc thực phẩm, người ta gia nhiệt khối sản phẩm đếnnhiệt độ sôi Sau khi nước trong sản phẩm được bốc hơi đến khi nồng độ chất khô đạt nồng độyêu cầu thì dừng quá trình cô đặc và đưa sản phẩm ra khỏi thiết bị - Nhiệt độ sôi của sản phẩmphụ thuộc vào áp suất hơi bề mặt, nồng độ chất khô và tính chất lý hóa của sản phẩm Áp suấthơi trên bề mặt sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ sôi của sản phẩm càng thấp Do đó, tạo chânkhông trong thiết bị cô đặc sẽ làm giảm nhiệt độ sôi của sản phẩm Đó là, bằng cách thay đổi

chân không để điều chỉnh điểm sôi Nồng độ chất khô trong sản phẩm càng cao thì nhiệt độ sôicàng cao

B ng 2.3 Quan h gi a ả ệ ữ đ chân không và nhi t đ sôi c a n ộ ệ ộ ủ ướ c

Độ chân không (mmHg) Nhiệt độ sôi (oC)

Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng tăng.

B ng 2.4 Quan h gi a nồồng ả ệ ữ đ chấất khồ và nhi t đ sồi 760 mmHg ộ ệ ộ ở

Nôồng đ châất khô ộ

I.4.2 Thời gian cô đặc:

Là thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị cô đặc cho sự bốc hơi nước ra khỏinguyên 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 hơicủa sản phẩm Các thiết bị cho nguyên liệu vào, sản phẩm ra liên tục và sản phẩm có cường độbốc hơi lớn thì thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị càng ngắn

I.4.3 Độ ẩm của không khí trong thiết bị cô đặc bằng nhiệt:

Cường độ bốc hơi của sản phẩm phụ thuộc cường độ trao đổi nhiệt giữa hơi nóng và sảnphẩm bốc hơi Cường độ trao đổi nhiệt được đặc trưng bằng hệ số truyền nhiệt của quá trình côđặc Hệ số truyền nhiệt càng lớn, cường độ bốc hơi càng cao

I.5 Phương pháp thực hiện cô đặc:

Trong thực tế, có nhiều phương pháp để làm bay hơi nước ra khỏi thực phẩm Tuy nhiên,các phương pháp đều dựa trên những nguyên tắc sau:

 Làm bay hơi nước bằng cách gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

 Làm đóng băng nước rồi tách chúng ra khỏi thực phẩm

 Tách nước bằng màng thẩm thấu ngược

Dựa theo các nguyên tắc trên, quá trình cô đặc thường được tiến hành theo các phương pháp:

1) Cô đặc dưới áp suất khí quyển (cổ điển)

2) Cô đặc hiện đại:

 Cô đặc chân không

 Cô đặc bằng lạnh đông

 Cô đặc bằng thẩm thấu ngược

I.5.1 Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển

Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển dựa trên nguyên tắc làm bay hơi nước khi gianhiệt Quá trình cô đặc được thực hiện ở điều kiện áp suất khí quyển

Nguyên liệu thực phẩm được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Khi đó, nước bay hơi và nồng độ chấtkhô của sản phẩm tăng dần theo thời gian cô đặc Tốc độ bay hơi nước của dịch cô đặc phụ thuộcvào nhiều yếu tố như:

 Diện tích tiếp xúc giữa thực phẩm và tác nhân gia nhiệt

 Sự chuyển động của thực phẩm trong thiết bị cô đặc

 Tính chất của thực phẩm

Nguyên lý của quá trình cô đặc theo nguyên tắc làm bay hơi nước

Thời gian cô đặc phụ thuộc vào tốc độ bay hơi Tốc độ bay hơi càng cao thì thời gian côđặc càng ngắn

Trong điều kiện áp suất khí quyển, dịch quả có nhiệt độ sôi khoảng 100 C Ở môi trường

có nhiệt độ cao, chất lượng thực phẩm rất dễ bị biến đổi Sản phẩm sau khi cô đặc thường bị sẫmmàu, thay đổi mùi vị, tổn thất vitamin và các chất dinh dưỡng

I.5.2 Phương pháp cô đặc hiện đại:

 Phương pháp cô đặc chân không

Hiện nay, hầu hết các sản phẩm thực phẩm đều được cô đặc trong điều kiện chân không.Đây phương pháp khắc phục được nhược điểm của phương pháp cô đặc tại áp suất khí quyển.Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào áp suất môi trường Khi áp suất hơi càng thấp thì nhiệt độ sôicàng giảm Áp dụng nguyên lý này, áp suất môi trường được hạ thấp trong quá trình cô đặc.Thông thường, áp suất được giảm đến mức đủ để nhiệt độ sôi nằm trong khoảng 45 – 70 C tùyo

theo loại nguyên liệu và mục đích cô đặc

Việc giảm nhiệt độ sôi giúp hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến chất lượng thựcphẩm Tuy nhiên, nhiệt độ 45 – 70 C là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các enzyme hoạt động Vìo

vậy, nguyên liệu trước khi cô đặc cần được đun nóng đến 80 – 95 C trong thời gian ngắn Quáo

trình này có mục đích vô hoạt enzyme, ngăn ngừa enzyme hoạt động làm giảm chất lượng sảnphẩm

 Phương pháp cô đặc bằng lạnh đông

Cô đặc bằng lạnh đông là phương pháp cô đặc dựa trên sự phát triển của kỹ thuật lạnh.Trong phương pháp này, dịch quả được làm lạnh đông Trong quá trình làm lạnh đông, các phân

tử nước kết tinh và kích thước tinh thể đá lớn dần tạo thành khối băng Hỗn hợp thu được gồm 2pha: pha rắn là tinh thể đá và pha lỏng là dịch quả có nồng độ chất khô cao dịch quả cô đặc).Nồng độ dịch quả cô đặc phụ thuộc vào mức độ đóng băng của nước Nước đóng băngcàng nhiều thì hàm lượng chất khô của sản phẩm cuối cùng càng cao Ở điều kiện nhiệt độ càngthấp, quá trình lạnh đông diễn ra càng nhanh và tinh thể đá tạo thành càng nhiều

Quá trình đóng băng không chỉ làm kết tinh nước mà còn làm đông tụ pectin, chất tạonhớt… Nhờ đó, dịch quả sau khi cô đặc được trong hơn Sản phẩm cô đặc lạnh đông có chấtlượng rất cao do không chịu tác động xấu từ nhiệt độ

Tuy nhiên, cô đặc bằng lạnh đông không thể nâng nồng độ chất khô lên cao như phươngpháp làm bay hơi nước Nguyên nhân là do khi nồng độ dịch càng cao thì nhiệt độ đóng băngcàng thấp Khi đó, lượng tinh thể đá tạo thành ngày càng ít và lượng dịch mất theo đá ngày càngtăng Nồng độ chất khô cao nhất có thể thu được khi cô đặc lạnh đông vào khoảng 60 – 62%.Ngoài ra, cô đặc bằng lạnh đông tiêu hao năng lượng rất lớn, yêu cầu trang thiết bị phứctạp Vì vậy, sản phẩm cô đặc lạnh đông thường có giá thành cao Đây là nguyên nhân hạn chếkhả năng ứng dụng của phương pháp này

 Cô đặc bằng thẩm thấu ngược

1) Thẩm thấu

Thẩm thấu là hiện tượng xuất hiện khi ngăn cách các dung dịch có nồng độ khác nhau bởimột màng bán thấm Màng bán thẩm là một màng đặc biệt, ngăn cản các chất hòa tan nhưng lại

cho nước đi qua Khi đó, dưới tác dụng của áp suất thẩm thấu, nước từ dung dịch có nồng độthấp hơn sẽ thẩm thấu qua màng cho đến khi nồng độ hai dung dịch cân bằng nhau.

2) Thẩm thấu ngược

Cô đặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược là phương pháp làm ngược chiều của dòng thẩmthấu Để làm được điều này, cần tác dụng lên dung dịch đặc hơn một áp suất lớn hơn áp suấtthẩm thấu giữa hai dung dịch đó Phương án này được thực hiện bằng cách tạo ra dòng chảymạnh đối với dung dịch đặc bằng một bơm cao áp

Khi đó, nước sẽ dịch chuyển từ dung dịch có nồng độ chất tan cao sang dung dịch có nồng độchất tan thấp Kết quả là nồng độ dung dịch đặc hơn tiếp tục được tăng cao

Phương pháp cô đặc bằng thẩm thấu ngược không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.Tuy nhiên, phương pháp này cũng làm tổn thất một số muối, acid phân tử nhỏ và không thể côđặc đến nồng độ quá cao

 Quy trình sản xuất tương cà:

Kiểm tra chất lượng cà chua

Các nhà sản xuất tương cà phải lựa chọn những loại cà chua có chất lượng cao nhất cho sản phẩm Giống cà chua được phát triển vượt trội về chất lượng, màu sắc, kết cấu và năng suất

Tính chính xác là một yếu tố quan trọng, bởi vì sự thay đổi đặc điểm nhỏ của cà chua có thể làm giảm mùi vị và màu sắc của sản phẩm

Chuẩn bị

Cà chua được hái bằng máy từ tháng 6 đến tháng 7 Trái cây thông

thường được chuyển qua nước từ trên xe tải vào một cái máng hoặc một kênh nghiêng Phương pháp rửa nước này bảo vệ cà chua không bị dập trong khi chúng

được chuyển vào nhà máy

Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ hoặc thanh tra nhà nước phê duyệt và xếp loại cà

chua này theo những tiêu chuẩn mới Cà chua sẽ được sơ chế, làm sạch và cắt nhỏ Tiếp theo, cà chua sẽ được rửa và đặt trong các bồn kim loại nhằm bảo vệ cà chua

và diệt khuẩn

 Nghiền

Cà chua sau khi chế biến được đưa vào máy xay hoặc cyclone để loại

bỏ vỏ, lá và hạt trong thịt quả

Thịt quả và nước ép được loại bỏ khỏi lớp màng và được làm thành sốt cà

chua, nhưng một số đã được bảo quản dưới dạng paste để dùng sau nhiều năm.Phối trộn và nước

Thịt quả được cho vào bồn nấu và làm nóng đến sôi Bọt không xuất hiện nếu cà chua tươi được dùng, mặc dù có thể được hạn chế bởi một số chất chống tạo bọt như khí ga

Số lượng chính xác của chất tạo ngọt, giấm, muối, gia vị và hương liệu được thêm cùngvào nồi Hầu hết các loại gia vị được thêm vào sớm trong quá trình nấu Đối với dầu gia

vị dễ bay hơi và giấm phải được trộn sau để tránh tình trạng bay hơi quá mức

Hành và tỏi đặt trong một túi riêng và có thể được trộn với các loại gia vị hoặc cắt nhỏ vàthêm vào phần thịt quả đã được nghiền Muối và đường có thể được thêm vào ở bất kỳgiai đoạn nấu nào, tốt hơn là thêm đường sau để tránh bị cháy

Hỗn hợp nấu trong 30 - 45 phút và được đảo đều bằng các cánh khuấy được lắp đặt trongnồi Nhiệt độ phải được điều chỉnh cẩn thận để đảm bảo sự hấp thụ của các thành phần

mà không bị quá chín

 Nghiền mịn lần hai

Sau khi nấu xong, hỗn hợp nước sốt cà chua đi qua máy nghiền lọc Thiết bị này sẽ loại bỏ các sợi và hạt dư thừa thông qua màng lọc, tạo ra sự đồng nhất và mịn hơn Sốt cà chua chuyển đến một bể chứa trước khi tiếp tục xử lý

Sốt cà chua có thể được xay ở nhiệt độ và áp suất cao hơn để đạt được độ đặc mịn hơn