Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa k

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp ―Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm sữa chua bằng phương pháp sấy thăng hoa, thầy đã tận tình hướng dẫn, dạy bảo

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

SỮA CHUA SẤY THĂNG HOA

GVHD: PSG.TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: LÌNH BẢO CHÂU

S K L 0 0 9 5 8 5

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2022-18116049

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 01/2023

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

SỮA CHUA SẤY THĂNG HOA

GVHD: PGS TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: LÌNH BẢO CHÂU

MSSV: 18116049

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến người thầy đã luôn ân cần và hết sức tận tâm với nghề giáo, thầy PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng – Trưởng khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Trong suốt thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp ―Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm sữa chua bằng phương pháp sấy thăng hoa, thầy đã tận tình hướng dẫn, dạy bảo và nghiêm khắc để tôi có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất

Chúng tôi xin cảm ơn cô Hồ Thị Thu Trang - chuyên viên phụ trách các phòng thí nghiệm và các xưởng thực hành Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm Khoa Công Nghệ Hóa Học-Thực Phẩm Quý (thầy) cô đã luôn hỗ trợ và giúp đỡ chúng tôi rất nhiều về máy móc, dụng cụ, thiết bị trong quá trình nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Chúng tôi xin cảm ơn quý thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm B108, B212 và xưởng công nghệ thực phẩm 3 đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài này Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cám ơn đến các quý thầy cô Khoa Công nghệ Hóa học

và Thực phẩm, những người giảng viên đã dạy dỗ hết mực, quan tâm và yêu thương sinh viên, luôn lắng nghe và giải đáp các thắc mắc, truyền đạt các kiến thức quý giá về chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm cho tôi trong suốt bốn năm ngồi trên ghế giảng đường Đại học Đây chính là động lực to lớn cho chúng tôi tiếp tục cố gắng, hoàn thiện thật tốt đồ án tốt nghiệp cũng như hoàn thiện bản thân Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng tôi được học tập, làm việc và hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

Mặc dù đề tài đã đi vào hoàn thiện, nhưng vẫn không tránh sự sai sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn Cuối cùng tôi xin gửi lời chúc sức khỏe đến toàn thể giáo viên, cán bộ nhà trường đã và đang dẫn dắt các khóa sinh viên qua từng năm học Một lần nữa chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn và kính chúc sức khỏe đến tất cả quý thầy cô!

Trân trọng!

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC BẢNG x

MỞ ĐẦU xiii

1.Tính cấp thiết của dề tài xiii

2.Mục tiêu đề tài xiv

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu đề tài xiv

4 Nội dung nghiên cứu xiv

5 Phương pháp nghiên cứu xiv

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn xv

6.1 Ý nghĩa khoa học xv

6.2 Ý nghĩa thực tiễn xv

7 Bố cục của báo cáo xv

CHƯƠNG 1 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Cơ sở khoa học của máy sấy thăng hoa 1

1.1.1 Định nghĩa 1

1.1.2 Nguyên lý hoạt động 3

1.1.2.1 Giai đoạn lạnh đông 3

1.1.2.2 Giai đoạn sấy thăng hoa 4

1.1.2.3 Giai đoạn sấy chân không làm bay hơi ẩm còn lại 5

1.1.3 Ưu và nhược điểm của sấy thăng hoa 6

1.1.3.1 Ưu điểm 6

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 7

1.1.4.1 Nhiệt độ 7

1.1.4.2 Thời gian 7

1.1.4.3 Áp suất 8

1.1.4.4 Kích thước hình học 8

1.1.5 Sự biến đổi chất lượng của sản phẩm sau khi lạnh đông 8

1.1.6 Hệ thống và thiết bị sấy thăng hoa 10

1.1.6.1 Buồng sấy thăng hoa 10

1.1.6.2 Thiết bị ngưng tụ 11

1.1.6.3 Bơm chân không 12

1.1.6.4 Hệ thống đo lường, điều khiển 13

1.1.8 Các biến đổi ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 14

1.1.8.1 Biến đổi vật lý 14

1.1.8.2 Biến đổi hoá học 14

1.1.8.3 Biến đổi vi sinh 15

1.1.8.4 Biến đổi hoá lý 15

1.1.8.5 Biến đổi hoá sinh 15

1.1.9 Một số hệ thống sấy thăng hoa 15

1.1.9.1 Sấy thăng hoa cấp đông riêng 16

1.1.9.2 Sấy thăng hoa tự cấp đông 17

1.1.9.3 Sấy thăng hoa liên tục 18

1.1.10 Ứng dụng 19

1.1.10.1 Công nghệ thực phẩm 20

1.1.10.2 Dược học và công nghệ sinh học 20

1.1.11.1 Trong nước 21

1.1.11.2 Ngoài nước 24

1.2 Tổng quan về sữa chua 27

1.2.1 Sữa chua 27

1.2.1.1 Định nghĩa - Nguồn gốc 27

1.2.1.2 Phân loại 29

1.2.1.3 Thành phần hoá học 30

1.2.1.4 Giá trị dinh dưỡng 32

1.2.1.5 Các chỉ tiêu trong sữa chua 33

1.2.1.6 Giá trị kinh tế 34

1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sữa chua sấy thăng hoa 37

1.2.2.1 Chỉ tiêu đánh giá cảm quan 37

1.2.2.2 Chỉ tiêu về vi sinh 38

1.2.2.3 Chỉ tiêu về hóa lý 38

1.2.3 Quy trình sản xuất sữa chua 38

1.2.3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất 38

1.2.3.2 Thuyết minh quy trình [36] 39

1.2.3 Quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua 41

1.2.3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 41

1.2.3.2 Thuyết minh quy trình 42

1.2.5 Các tính chất nhiệt vật lý của nguyên liệu cần thiết cho quá trình sản xuất 44

1.2.5.1 Độ nhớt và quan hệ giữa độ nhớt với chất lượng của nguyên liệu sinh học 44

1.2.5.3 Khối lượng riêng của nguyên liệu: 45

1.2.5.4 Hệ số dẫn nhiệt của nguyên liệu: 46

1.2.5.5 Hệ số khuếch tán ẩm của nguyên liệu 46

1.3.Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa 47

1.3.1 Các yếu tố công nghệ 47

1.3.2 Hàm mục tiêu để đánh giá chất lượng, hiệu quả kinh tế và thời gian bảo quản sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa 48

1.3.2.1 Chi phí năng lượng 48

1.3.2.2 Độ ẩm sản phẩm 49

1.3.2.3 Độ xốp sản phẩm 50

1.3.2.4 Hàm lượng vi sinh vật còn sống sót 50

1.4 Bài toán tối ưu hoá 51

1.5 Kết luận 52

CHƯƠNG 2 54

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54

2.1.Nguyên liệu nghiên cứu 54

2.1.1 Lựa chọn nguyên liệu 54

2.1.1.1 Sữa tươi tiệt trùng 54

2.1.1.2 Sữa đặc 56

2.1.1.3 Sữa chua cái 58

2.1.2 Quy trình sản xuất sữa chua 60

2.1.3 Phương pháp xử lý nguyên liệu 62

2.2 Phương pháp nghiên cứu 63

2.2.1.1 Thiết bị thực nghiệm 63

2.2.1.2 Dụng cụ thực nghiệm 65

2.2.2 Tiến hành phương pháp nghiên cứu 66

2.2.2.1 Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống 66

2.2.2.2 Phương pháp sấy thăng hoa cho nguyên liệu 68

2.2.2.3 Phương pháp nghiên cứu và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 69

2.3.Phương pháp phân tích các hàm mục tiêu trong công nghệ sấy thăng hoa 69

2.3.1 Xác định chi phí năng lượng (y 1 ) 69

2.3.2 Xác định độ ẩm (y 2 ) 70

2.3.3 Xác định độ xốp của sản phẩm (y 3) 71

2.3.4 Xác định lượng vi sinh vật lên men chết hoặc sống sót (y 4 ) 72

2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 74

2.5.Phương pháp tối ưu hoa đa mục tiêu trong nghiên cứu công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa 79

2.5.1 Xây dựng BTTƯ một mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa chua 79 2.5.2 Xây dựng BTTƯ hóa đa mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa chua 79

2.6.Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa 81

2.7.Một số công cụ toán học và công nghệ hỗ trợ quá trình nghiên cứu 82

CHƯƠNG 3 83

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 83

3.2 Xây dựng bảng yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu sản

xuất sữa chua sấy thăng hoa 84

3.2.1 Nhiệt độ sấy thăng hoa 84

3.2.2 Áp suất sấy thăng hoa 84

3.2.3 Thời gian sấy thăng hoa 85

3.3.Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến hàm mục tiêu 86

3.4.Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa 87

3.4.1 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu chi phí năng lượng 87

3.4.2 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu độ ẩm sản phẩm 90

3.4.3 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu độ xốp của sản phẩm 92 3.4.4 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu lượng vi sinh vật chết hoặc sống sót 95

3.5.Xây dựng và giải các BTTƯ hóa để xác định chế độ công nghệ cho quy trình sấy thăng hoa sữa chua 98

3.5.1 Xây dựng BTTƯ một mục tiêu 98

3.5.2 Xây dựng BTTƯ đa mục tiêu bằng phương pháp điểm không tưởng

100 3.6 Kết quả kiểm chứng bằng thực nghiệm 103

3.7 Bàn luận kết quả 104

3.8.Xây dựng quy trình sản xuất sữa chua sấy thăng hoa tối ưu 106

3.9 Định mức nguyên liệu và giá thành sản phẩm 107

3.11 Đánh giá chất lượng của sản phẩm tối ưu 110

3.12 So với các sản phẩm trên thị trường hiện nay 111

3.13 Triển vọng trong ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa 112

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

PHỤ LỤC 120

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1.Giản đồ trạng thái pha của nước 1

Hình 1 2 Đồ thị hoạt động trong buồng sấy thăng hoa 3

Hình 1 3.Ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến cấu trúc nguyên liệu 9

Hình 1 4.Buồng sấy thăng hoa 11

Hình 1 5 Thiết bị ngưng tụ 12

Hình 1 6.Máy bơm chân không 13

Hình 1 7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa 14

Hình 1 8 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa lạnh đông riêng 16

Hình 1 9 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông DS1 và DS2 18

Hình 1 10 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa liên tục 19

Hình 1 11 Máy sấy thăng hoa DS-6 22

Hình 1 12 Hệ thống sấy thăng hoa DS-10 [6] 23

Hình 1 13 Một số loại trái cây sấy thăng hoa 24

Hình 1 14 Máy sấy thăng hoa hai buồng Ultra 35 Super ES 25

Hình 1 15 Máy sấy thăng hoa FD-JP -01 của Nhật 26

Hình 1 16.Máy sấy thăng hoa FD-JP-02 của Nhật 27

Hình 1 17.Vi khuẩn trong sữa chua [30] 29

Hình 1 18.Tình hình thị trường tiêu thụ sữa chua trên toàn thế giới (2021) 35

Hình 1 19.Tình hình sản xuất sữa chua ở Châu Âu (2020) 36

Hình 1 20 Tình hình tiêu thụ sữa chua ở Châu Phi 37

Hình 1 21.Quy trình sản xuất sữa chua công nghiệp 39

Hình 1 22 Quy trình sấy thăng hoa sữa chua 42

Hình 1 23 Sơ đồ mô tả các yếu tố ảnh đầu vào và các yếu tố sản phẩm đầu ra 48

Hình 2 1 Sữa chua tiệt trùng không đường Vinamilk 54

Hình 2 2 Sữa đặc Ông thọ có đường với hàm lượng protein là 4,8% 56

Hình 2 3 Sữa chua không đường Vinamilk 58

Hình 2 4 Quy trình sản xuất sữa chua thủ công 60

được cấp đông 62 Hình 2 6 Tủ lạnh âm sâu Arctiko 63 Hình 2 7.Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 64 Hình 2 8 Cân đo ẩm hồng ngoại Precisa (Model XM 50) 64 Hình 2 9 Máy phân tích kết cấu TPA Brookfield Ametek (Model CT3) 65 Hình 2 10 Sơ đồ nghiên cứu hệ thống sản xuất sữa chua sấy thăng hoa 67 Hình 2 11.Màn hình Chương trình điều khiển hệ thống sấy thăng hoa DS–12 68 Hình 2 12 Màn hình chương trình làm việc của thiết bị đo cấu trúc 72 Hình 2 13.Sơ đồ mối quan hệ mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến các hàm mục tiêu 74 Hình 2 14 Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Phương án cấu trúc có tâm cấp 2, ba yếu tố 77 Hình 2 15.Không gian hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hai mục tiêu [52] 81

Hình 3 1 Sản phẩm sữa chua bằng phương pháp sấy thăng hoa với thông số công nghệ tối ưu 104 Hình 3 2 Quy trình công nghệ sữa chua sấy thăng hoa với thông số kỹ thuật tối ưu 106 Hình 3 3 Sữa chua sấy thăng hoa Yumi 109 Hình 3 4 Đồ thị điểm đánh giá cảm quan sản phẩm 109 Hình 3 5 Một số loại sữa chua sấy thăng hoa trên thị trường 112

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Đặt tính hai chủng khởi đầu Streptococcus thermophilus & Lactobacillus bulgaricus [30] 29 Bảng 1 2 Thành phần hóa học trong 100g sữa chua [32] 30 Bảng 1 3 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa chua [27] 33 Bảng 1 4 Các chỉ tiêu hoá - lý của sữa chua [27] 33 Bảng 1 5 Hàm lượng kim loại nặng của sữa chua 34 Bảng 1 6 Các chỉ tiêu sinh vật về sữa chua 34 Bảng 1 7 Chỉ tiêu đánh giá cảm quan 38 Bảng 1 8 Chỉ tiêu vi sinh 38 Bảng 1 9 Chỉ tiêu hóa lý 38

Bảng 2 1 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tiệt trùng 54 Bảng 2 2 Các chỉ tiêu hóa – lý của sữa tiệt trùng 55 Bảng 2 3 Hàm lượng kim loại nặng của sữa tiệt trùng 55 Bảng 2 4 Các chỉ tiêu vi sinh vật của sữa tiệt trùng 55 Bảng 2 5 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa đặc có đường 56 Bảng 2 6 Các chỉ tiêu hóa – lý của sữa đặc có đường 57 Bảng 2 7 Hàm lượng kim loại nặng của sữa đặc có đường 57 Bảng 2 8 Các chỉ tiêu vi sinh vật của sữa đặc có đường 58 Bảng 2 9 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa chua 59 Bảng 2 10 Các chỉ tiêu hóa – lý của sữa chua 59 Bảng 2 11 Hàm lượng kim loại nặng của sữa chua 59 Bảng 2 12 Các chỉ tiêu vi sinh vật của sữa chua 60 Bảng 2 13 Danh dách dụng cụ và vật liệu để sản xuất sữa chua sấy thăng hoa 65 Bảng 2 14 Thông số đo cấu trúc mẫu sữa chua sấy thăng hoa 71 Bảng 2 15 Các mức yếu tố ảnh hưởng quá trình sấy thăng hoa sữa chua [52] 74 Bảng 2 16 Ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2, k = 3, n0 = 4 75 Bảng 2 17 Thang điểm để đánh giá cảm quan 82

Bảng 3 2 Các giá trị của nguyên liệu sữa chua đạt yêu cầu 83 Bảng 3 3 Các mức yếu tố ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy thăng hoa sản phẩm sữa chua 86 Bảng 3 4 Số liệu thực nghiệm của các hàm mục tiêu 86 Bảng 3 5 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 88 Bảng 3 6 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 89 Bảng 3 7 Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 89 Bảng 3 8 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục 90 Bảng 3 9 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là độ ẩm 90 Bảng 3 10 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là độ ẩm của sản phẩm 92 Bảng 3 11 Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu là độ ẩm của sản phẩm 92 Bảng 3 12 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục 92 Bảng 3 13 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là độ xốp 93 Bảng 3 14 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 94 Bảng 3 15 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 94 Bảng 3 16 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là độ xốp 95 Bảng 3 17 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu lượng vi sinh vật chết hoặc sống sót 95 Bảng 3 18 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu lượng vi sinh vật chết hoặc sống sót cúa sản phẩm 97 Bảng 3 19 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu lượng vi sinh vật chết hoặc sống sót cúa sản phẩm 97 Bảng 3 20 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu lượng vi sinh vật chết hoặc sống sót cúa sản phẩm 97 Bảng 3 21 Giá trị tối ưu của từng hàm mục tiêu 99 Bảng 3 22 Nghiệm Paréto tối ưu và giá trị hiệu quả Paréto tối ưu 102 Bảng 3 23 Kết quả kiểm chứng thực nghiệm 103 Bảng 3 24 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của sản phẩm 111

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa” được thực hiện để thiết lập và xây dựng ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2 để xác định các hàm mục tiêu như chi phí năng lượng, độ ẩm, độ xốp sản phẩm và đo hàm lượng vi sinh vật còn sống xót Từ đó, giải quyết các bài toán tối ưu để xác định chế độ công nghệ tối ưu như nhiệt độ, áp suất và thời gian sấy thăng hoa bằng phương pháp điểm không tưởng Đồng thời, đánh giá chất lượng sản phẩm bằng cách xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng, chỉ tiêu vi sinh, kim loại nặng và đánh giá cảm quan để đánh giá độ ưa thích của sản phẩm đối với thị hiếu người tiêu dùng

Chế độ công nghệ tối ưu sấy thăng hoa xoài keo mà chúng tôi được xác định là: nhiệt

độ là 36,6oC, áp suất là 0,023 mmHg và thời gian là 35,6 giờ Kết quả sau khi phân tích thực nghiệm cho thấy, chi phí năng lượng phù hợp với điều kiện đặt ra Độ ẩm sản phẩm thu được sau khi thực nghiệm kiểm chứng là 4,58% nằm trong phạm vi độ ẩm là (2 ÷ 6)

%, vừa đem lại cấu trúc giòn xốp đặc trưng của sản phẩm vừa tạo điều kiện bất lợi cho các vi sinh vật gây hại và giúp kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm Hàm lượng vi sinh vật còn sống xót là 69,9% Chế độ công nghệ tối ưu đã cho ra được sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa với hàm lượng chất dinh dưỡng cũng như các đặc tính cấu trúc bên ngoài tốt, điều này cho thấy sấy thăng hoa ở chế độ công nghệ tối ưu không làm ảnh hưởng đến các giá trị của sản phẩm

Kết quả đánh giá cảm quan bằng phương pháp cho điểm trên thang 9 điểm, có thể thấy rằng điểm đánh giá cảm quan của cả 3 chỉ tiêu đều nằm trong khoảng điểm từ 6 đến 7 tương ứng với từ “hơi thích” đến “tương đối thích” cho thấy rằng sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa có thể áp dụng sản xuất công nghiệp để đa dangj dòng sản phẩm sữa chua trên thị trường Việt Nam và Thế Giới

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong hàng trăm năm, các sản phẩm từ sữa, đặc biệt là sữa chua đã được sử dụng trên khắp thế giới và được con người tiêu thụ như một loại thực phẩm giàu chất dinh dưỡng giúp tăng cường một số khía cạnh sức khỏe của người dùng Một

số lợi ích của sữa chua đó là giàu vitamin B và protein tốt cho hệ tiêu hóa, đồng thời sữa chua có chứa men vi sinh – giúp tăng cường hệ miễn dịch cho cơ thể .Việc

sử dụng sữa chua ở dạng lỏng cũng có nhiều hạn chế như khó bảo quản ở nhiệt độ thường và khó vận chuyển từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ Hiện sữa chua trên thị trường có hạn sử dụng rất ngắn khi bảo quản ở nhiệt độ 6-8oC, chỉ 1 tháng kể từ ngày sản xuất Vì vậy, việc tìm ra phương pháp bảo quản là vô cùng quan trọng

Để đáp ứng nhu cầu bảo quản sữa chua ở nhiệt độ thường từ 6-12 tháng, thuận tiện vận chuyển, sử dụng nhanh chóng, quá trình nghiên cứu và phát triển công nghệ bảo quản sữa chua sau thu hoạch đã ra đời Tuy nhiên, do máy móc nhập khẩu đắt tiền, chi phí lắp đặt cao nên công nghệ sấy thăng hoa trên thế giới, đặc biệt là ở Việt Nam chưa phát triển Vì vậy, việc thiết kế và chế tạo một loại hệ thống bảo quản sữa chua đông khô là rất cần thiết và cấp bách Để sữa chua giữ được đặc tính sinh học vốn có mà không làm mất đi giá trị dinh dưỡng, kỹ thuật sấy sử dụng nhiệt thông thường (sấy đối lưu) có thể làm biến tính và phá hủy các thành phần dinh dưỡng

Do đó, để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của sữa chua, công nghệ đông khô là công nghệ chấp nhận được Ưu điểm của công nghệ sấy thăng hoa là môi trường sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp nên công nghệ này hầu như giữ được toàn bộ các đặc tính tự nhiên ban đầu của nguyên liệu, đặc biệt là sữa chua được nghiên cứu trong nghiên cứu này, các thành phần protein của sữa chua hầu như được giữ nguyên không bị thủy phân Các thành phần lipid dường như không

bị thủy phân, các vitamin và enzyme không bị phá hủy trong quá trình sấy đông khô Hơn chính vì những ưu điểm này mà công nghệ sấy thăng hoa được coi là công nghệ ưu việt nhất so với các công nghệ sấy truyền thống khác

công nghệ mới trong nền công nghiệp thực phẩm tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao nhất Công nghệ sấy thăng hoa xảy ra ở nhiệt độ thấp từ đó giúp giảm thiểu thiệt hại các chất nhạy cảm với nhiệt và bảo toàn được các đặc điểm cảm quan

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu đề tài

Đối tượng nghiên cứu: Nguyên liệu sữa chua và xác lập chế độ công nghệ sấy

thăng hoa ( thời gian, nhiệt độ, áp suất) tối ưu cho nguyên liệu

Giới hạn nghiên cứu: Đề tài này tiến hành xác lập chế độ công nghệ tối ưu cho

sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa trên hệ thống sấy thăng hoa DS – 12 Từ đó xây dựng quy trình công nghệ cho sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa

4 Nội dung nghiên cứu

• Tổng quan về nguyên liệu sữa chua

• Các phương pháp xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng của nguyên liệu sữa chua và sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa

• Mô tả động học, xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa nhằm xác lập chế độ cho công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa

• Tiến hành thực nghiệm để thiết lập quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm sữa chua bằng phương pháp sấy thăng hoa

• Định mức nguyên liệu và tính toán giá thành cho sản phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

• Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

• Phương pháp phân tích: Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu và các hàm mục tiêu về chất lượng sản phẩm

và hoàn thiện bằng việc đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi sấy

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đối với nhu cầu người tiêu dùng ngày càng đa dạng và khắt khe dẫn đến thị trường ngày càng cạnh tranh thì việc tạo ra sản phẩm mới đáp ứng sự so sánh và chọn lựa của khách hàng là cần thiết Vì thế đề tài sẽ góp phần tạo tiền đề cho sự phát triển công nghệ sấy thăng hoa nói chung và công nghệ sấy thăng hoa sữa chua nói riêng giúp giữ lại các dưỡng chất quan trọng và mang đến cho các doanh nghiệp một phương pháp bảo quản mới Sự cải tiến và đổi mới các sản phẩm chính là cách để các doanh nghiệp tham gia vào cuộc đua thị trường khắc nghiệt hiện nay

7 Bố cục của báo cáo

Luận văn nghiên cứu này được trình bày trong các chương bao gồm:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Kết luận – Kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN1.1 Cơ sở khoa học của máy sấy thăng hoa

1.1.1 Định nghĩa

Sấy thăng hoa (freeze drying hoặc lypophilization) là một quá trình trong đó

nước được tách ra khỏi sản phẩm bằng cách kết tinh ở nhiệt độ thấp, sau đó thăng hoa trực tiếp từ pha rắn (đá) sang pha khí, bỏ qua pha lỏng Đây là một trong những công nghệ sấy phù hợp để sấy các loại thực phẩm có chứa thành phần nhạy cảm với nhiệt và dễ bị oxi hóa protein, lipid, đường… do công nghệ sấy thăng hoa hoạt động

ở nhiệt độ cao, bên dưới các điểm ứng với ba thể O ở 4,58 mmHg hay 0,006 atm và 0,0098oC được thể hiện trên Hình 1.1 [1]

Là quá trình vật liệu sấy được tách ẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ và áp suất xác định, với cácx mục đích sau [2] [3] [4] [5] (trên hình 1.1 diễn ra theo M – G)

→Giảm trọng lượng và chi phí vận chuyển của sản phẩm,

→Tăng độ bền và làm thay đổi giá trị cảm quan của sản phẩm

→Tăng thời gian bảo quản

Hình 1 1.Giản đồ trạng thái pha của nước

Ở điều kiện áp suất PM không đổi, vì do nhiệt được cấp vào làm nhiệt độ của nước tăng từ TM đến TG có nghĩa là nước ở trạng thái lỏng sau khi được cấp nhiệt sẽ hóa thành dạng hơi (khí) hình 1.1 điểm biểu diễn đường nhiệt đi từ M-G Hiện tượng này thường xảy ra trong quá trình sấy nhiệt bình thường [6] [7]

Ở trường hợp áp suất PM < 760 mmHg cho thấy rằng việc áp suất giảm, nhiệt độ sấy không đổi Xem hình 1.1 thì quá trình sẽ diễn ra theo M-L Hiện tượng này xuất hiện trong quá trình sấy chân không.[6] [7]

Ở trường hợp áp suất PM < 760 mmHg cho thấy rằng việc áp suất giảm, nhiệt độ sấy không đổi Xem hình 1.1 thì quá trình sẽ diễn ra theo M-L Hiện tượng này xuất hiện trong quá trình sấy chân không [7]

Ở trường hợp PM không đổi làm giảm nhiệt độ của nước từ TM xuống

TN = TR = TH trạng thái pha của nước sẽ diễn ra theo M-N, tại M nước ở trạng thái lỏng và tại N nước ở trạng thái rắn Hiện tượng này xảy ra trong quá trình lạnh đông

Ở điều kiện áp suất PR không đổi < PO = 4.58mmHg với O là điểm ba thể của nước có nhiệt độ 0.0098oC và áp suất 4.58 mmHg, lúc này nước đang ở trạng thái rắn

và có nhiệt độ TH = TR Giản đồ hình 1.1 cho thấy ứng với một giá trị TH sẽ có một giá trị áp suất thăng hoa tương ứng là PH Vì vậy nếu đặt nước đá trong môi trường

có áp suất là PR với PH < PR < PO = 4.58 mmHg tương ứng sẽ có nhiệt độ thăng hoa

là Tth = TF > TH khi đó nước chưa đến điểm thăng hoa ngay (điểm R) mà nó phải thực hiện giai đoạn truyền nhiệt từ R-F để nâng nhiệt độ từ TR = TH lên đến TF (tương ứng

PR = PF), lúc này nước đá mới bắt đầu thăng hoa, tuy ở cùng nhiệt nhưng áp suất của điểm R và H khác nhau

Diễn biến của quá trình sẽ tuân theo đường cong R-Q, yêu cầu một lượng nhiệt đầu vào nhất định Q = GndCnd(TF –TH), trong đó Gnd (trọng lượng riêng của nước đá) Cnd (nhiệt dung riêng của nước đá), do đó tiêu tốn năng lượng và thời gian để làm nóng trước thăng hoa Nếu bạn đặt đá tại điểm D trong môi trường có áp suất, lúc này nhiệt độ tại điểm D sẽ nhỏ hơn điểm H và đá sẽ thăng hoa tại điểm H (điểm thăng hoa thực sự là điểm E) Điều này có thể thấy rằng áp suất tại điểm D nhỏ hơn

áp suất tại điểm H , chỉ có thể rút ngắn thời gian thăng hoa bằng cách cung cấp một lượng nhiệt nhất định sao cho ΔT=TH-TD, các hiện tượng này thường xảy ra trong

quá trình sấy thăng hoa Bởi tiền đề để nước đá thăng hoa là khi nó được đặt trong môi trường có nhiệt độ và áp suất thấp hơn điểm ba của nước, hay điểm O (0,0098°C; 4,58 mmHg) [6] [7]

1.1.2 Nguyên lý hoạt động

Quá trình sấy thăng hoa gồm 3 giai đoạn: [8]

• Giai đoạn làm lạnh đông

• Giai đoạn sấy thăng hoa

• Giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp

Hình 1 2 Đồ thị hoạt động trong buồng sấy thăng hoa

Đồ thị hoạt động trong buồng sấy thăng hoa sử dụng nhiệt là nguồn bức

xạ với nhiệt độ lạnh đông dao động trong khoảng (-35 ÷ -30)oC Với kí hiệu như sau:

1- nhiệt độ của tấm gia nhiệt kim loại, 2- nhiệt độ của môi trường sấy thăng hoa, 3- nhiệt độ của vật liệu sấy, 4- nhiệt độ ở lối ra của buồng sấy, 5- độ ẩm của vật liệu sấy, 6- áp suất của buồng sấy

1.1.2.1 Giai đoạn lạnh đông

Đây là giai đoạn đầu tiên trong quá trình sấy thăng hoa Giai đoạn này nước được làm đông hoàn toàn bằng cách giảm nhiệt độ sản phẩm từ (20÷25)oC xuống (-35÷-30)oC [9] [10] Mỗi thành phần thực phẩm có nhiệt độ đóng băng khác nhau, nhưng hãy đảm bảo rằng tất cả nước trong thực phẩm đều được đóng băng 100%

Từ hình 1.2, đường (3) là đường cong nhiệt độ của vật liệu sấy, ở giai đoạn này áp suất buồng sấy (đường (6)) và buồng cấp đông không có sự thay đổi rõ rệt, nghĩa là bằng với áp suất của khí quyển Nguyên nhân là do khi quá trình cấp đông đang diễn ra, nhiệt độ giảm dẫn đến áp suất giảm (thể tích buồng sấy không đổi và luôn

ở trạng thái đóng)

Vì vậy, nước bốc hơi rất ít, chủ yếu là sự thăng hoa của đá trên bề mặt vật chất Sự bay hơi của nước là do sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước giữa lớp không khí trên bề mặt vật liệu và hơi nước trong buồng sấy thăng hoa Đồng thời, sự chênh lệch giữa nhiệt độ của môi trường lạnh đông và nhiệt độ vật liệu cũng làm ẩm bay hơi để đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt.[2] [5] [11]

1.1.2.2 Giai đoạn sấy thăng hoa

Sau khi vật liệu được cấp đông thì giai đoạn cấp đông kết thúc và bơm chân không bắt đầu hoạt động để hút hết không khí bên trong buồng sấy, áp suất lúc này

hạ rất nhanh và gần như không thay đổi Pm = (0,001 ÷ 1) mmHg (đường (6)) Vì sự chênh lệch giữa áp suất của hơi nước Pmn và áp suất riêng phần của hơi nước ở vật liệu sấy là quá lớn, cùng với lượng nhiệt bức xạ từ các tấm gia nhiệt bằng kim loại tỏa ra để đốt nóng đã làm cho nhiệt độ vật liệu sấy và nhiệt độ trong buồng sấy thăng hoa chênh lệch khá lớn Điều này dẫn đến ẩm trong vật liệu thăng hoa mãnh liệt và giảm rất nhanh (đường (5)).[2] [5] [11]

Do đó, giai đoạn này có thể được coi là giai đoạn sấy nhanh, nhiệt tỏa ra từ tấm kim loại mà vật liệu sấy nhận được trong giai đoạn sấy thăng hoa trở thành ẩn nhiệt thăng hoa, gần như không đổi với nhiệt độ của vật liệu sấy Trong thực tế, nhiệt độ của vật liệu khô tăng, nhưng rất chậm, tăng dần từ (-35÷-30)oC đến 0,0098oC (nhiệt độ kết tinh sản phẩm Tkt) Trong giai đoạn sấy thăng hoa, độ ẩm (nước không đóng băng) được hấp phụ trong lớp sấy có thể được giải hấp (sấy chân

không ở nhiệt độ thấp) Thời điểm không còn lớp đông cứng (tức là không còn sự thăng hoa trên bề mặt) biểu thị kết thúc giai đoạn sấy sơ cấp

Ở giai đoạn này thì nhiệt độ của lối ra buồng sấy gần như không đổi (đường (4)) Điều này dẫn đến nhiệt độ của bình ngưng cũng không thay đổi trong suốt giai đoạn sấy thăng hoa

Nhiệt độ của các tâm gia nhiệt kim loại cùng với nhiệt độ giữa các tầm cũng gần như không đổi trong suốt giai đoạn sấy thăng hoa theo đường (1) và đường (2) (hình 1.2) Nhiệt độ của các tấm kim loại này thường dao động trong khoảng (0÷45)oC

và nhiệt độ của môi trường sấy thăng hoa tương ứng là khoảng (0÷40)oC

Đặc biệt, để sản phẩm đầu ra có chất lượng tốt với các hàm lượng dinh dưỡng, tính chất sinh học và hóa học gần như được bảo toàn thì độ ẩm cần đạt yêu cầu khi kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa và không có sự xảy ra của giai đoạn sấy tiếp theo [5] [12]

1.1.2.3 Giai đoạn sấy chân không làm bay hơi ẩm còn lại

Kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa, nhiệt độ vật liệu sấy đạt nhiệt độ kết tinh,

áp suất trung bình không đổi trong khoảng (0,001÷1) mmHg, nhưng áp suất nước bên trong vật liệu sấy cao hơn 4,58 mmHg (áp suất tại điểm thứ ba) Điều này làm ướt bên trong vật liệu khô trở lại trạng thái lỏng Bơm chân không luôn giữ áp suất buồng sấy ở mức (0,001÷1) mmHg nên tấm gia nhiệt luôn tỏa nhiệt cho vật liệu sấy làm cho ẩm liên tục chuyển từ lỏng sang hơi rồi bay vào môi trường buồng sấy đi đến bình ngưng [5] [13] Giai đoạn làm khô này liên quan đến việc loại bỏ nước không đóng băng (đây được gọi là nước hấp thụ hoặc nước liên kết) Sự chênh lệch giữa nhiệt độ của vật liệu sấy và áp suất riêng phần của hơi nước vẫn là động lực của quá trình khuếch tán bay hơi này Giai đoạn sấy chân không ở nhiệt độ thấp bắt đầu vào cuối giai đoạn sấy thăng hoa, trong đó hơi đã giải hấp được vận chuyển qua các lỗ xốp của vật liệu sấy.[14]

Kết thúc giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp thì độ ẩm của sản phẩm đầu

ra sẽ đạt yêu cầu hoặc nhiệt độ của môi trường sấy, các tấm gia nhiệt kim loại và nhiệt

độ vật liệu sấy phải bằng nhau Từ hình 1.2, ta thấy đường (1), đường (2) và đường (3) giao nhau tại một điểm Tại đó xảy ra hiện tượng cân bằng ẩm và cân bằng nhiệt

và hàm lượng nước trong vật liệu sấy không thể bốc hơi được nữa dẫn đến độ ẩm của sản phẩm đầu ra đạt đến độ ẩm cân bằng (đường (5))

Quá trình di chuyển ẩm trong giai đoạn sấy thăng hoa rất khác so với các phương pháp sấy khác ở áp suất khí quyển P=760mmHg=1atm Trong môi trường chân không không có trường đàn hồi của không khí nên các phân tử nước sẽ không

va chạm vào nhau trong quá trình thăng hoa Do đó, công nghệ sấy đông khô giúp giữ nguyên hàm lượng dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của sản phẩm sấy khô Hơn nữa, các sản phẩm sử dụng phương pháp này sẽ không bị oxy hóa.[8]

1.1.3 Ưu và nhược điểm của sấy thăng hoa

• Sản phẩm có kết cấu tốt, ít co ngót và không có hiện tượng khô cứng

• Thời hạn sử dụng kéo dài nếu thực phẩm được bảo quản trong bao bì chống

ẩm và bảo vệ khỏi các điều kiện bên ngoài

• Hệ thống máy sấy rất phức tạp và đòi hỏi kiến thức và chuyên môn của người vận hành

• Sản phẩm có xu hướng hút ẩm trong quá trình bảo quản, vì vậy cần biết cách

xử lý và các thông số kỹ thuật phù hợp với sản phẩm này

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa

1.1.4.1 Nhiệt độ

Nhiệt cấp vào làm tăng nhiệt độ môi trường sấy (T∞) và nhiệt độ của giá truyền nhiệt (Tshef), tạo động lực cho quá trình sấy Quá trình sấy thăng hoa nhanh hơn, rút ngắn thời gian sấy, tiết kiệm năng lượng là do sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ môi trường sấy, giá truyền nhiệt với nhiệt độ sản phẩm lạnh đông sấy thăng hoa.[15] Dải nhiệt độ của môi trường sấy thăng hoa và khung truyền nhiệt chỉ từ -45oC đến 35oC, nhiệt độ sản phẩm (Tsp) phải nhỏ hơn hoặc bằng (thấp hơn) nhiệt

độ kết tinh (Tkt) của độ ẩm bên trong sản phẩm (Tsp ≤ Tkt).[15]

Nếu gia nhiệt không đúng nhiệt độ môi trường sấy sẽ tăng cao, trên 35oC (T∞>35oC) nhiệt độ sản phẩm tăng cao, khi nhiệt độ sản phẩm cao hơn nhiệt độ kết tinh của nước đông ( Tsp > Tkt) thì nước sẽ chảy ra và phá hủy hệ thống thăng hoa (quá trình suy sụp thăng hoa), lúc này là sấy chân không nhiệt độ thấp chứ không phải sấy thăng hoa [15]

Do đó, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, chẳng hạn như: tính chất đảo ngược và tính chất lưu biến của sản phẩm Vì vậy với mỗi loại sản phẩm sẽ có một quy trình gia nhiệt khác nhau và cần có sự nghiên cứu thực tế mới tạo ra được sản phẩm chất lượng tốt

1.1.4.2.Thời gian

Thời gian sấy thăng hoa chính liên quan trực tiếp đến chi phí năng lượng và chất lượng của sản phẩm đông khô Thời gian khô quá ngắn, độ ẩm không lý tưởng dẫn đến thời gian bảo quản ngắn Ngược lại, nếu thời gian sấy quá dài sẽ làm tăng chi phí năng lượng khiến giá thành sản phẩm cao Do cơ chế hút ẩm từ pha rắn sang pha khí trong quá trình sấy thăng hoa với nhiệt độ bản mỏng thấp hơn nhiệt độ kết tinh khác với cơ chế hút ẩm từ pha lỏng sang pha khí trong quá trình sấy chân không nên tính chất hóa học và thành phần dinh dưỡng bị ảnh hưởng Thời gian sấy thăng

hoa lâu hơn dẫn đến chi phí năng lượng tăng, vì sản phẩm sau khi sấy chỉ còn độ

ẩm 2-6% là đạt yêu cầu Ngoài ra, khi thời gian sấy thăng hoa ngắn và thời gian sấy chân không dài sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng sửa chữa của sản phẩm, chất lượng sản phẩm sấy và tăng chi phí năng lượng.[15]

1.1.4.3 Áp suất

Trong quá trình sấy thăng hoa áp suất cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình truyền nhiệt và tách ẩm của giai đoạn sấy Quá trình sấy thăng hoa xảy ra do sự chênh lệch lớn giữa áp suất hơi trong môi trường sấy và áp suất của

bề mặt vật liệu sấy để xảy ra hiện tượng thăng hoa Áp suất thấp trong quá trình sấy thăng hoa sẽ có lợi cho việc cung cấp nhiệt cho các tấm gia nhiệt trong buồn sấy thăng hóa, nhưng nếu áp suất quá thấp sẽ làm tăng thời gian sấy gây hạn chế tốc độ truyền

ẩm hoặc áp suất quá cao sẽ dẫn đến cấu trúc vật liệu bị sụp đổ Vì thế cần phải lựa chọn áp suất môi trường sấy phù hợp để không làm tăng nhiệt độ của nước có trong vật liệu sấy ở pha rắn đến nhiệt độ thăng hoa của áp suất môi trường sấy gây tiêu tốn năng lượng [15]

1.1.4.4 Kích thước hình học

Quá trình cấp nhiệt và tách ẩm trong sấy thăng hoa không tuân theo quy luật khuếch tán ngoại và khuếch tán nội, vì nó thăng hoa nước đá từ bề ngoài vào bên trong sản phẩm, nên nó phụ thuộc vào áp suất lỗ mao quản mà nước kết tinh thành nước đá, nếu lỗ mao quản cạn hay bề dày sản phẩm mỏng thì khả năng thăng hoa dễ dàng, ẩm tách ra nhanh hơn, thời gian sấy rút ngắn Nếu lỗ mao quan sâu hay bề dày sản phẩm dày thì khả năng thăng hoa khó hơn, ẩm tách ra chậm hơn, thời gian sấy kéo dài Do kích thước sản phẩm trong quá trình thăng hoa được kiểm soát chặt chẽ nên yếu tố này trong nghiên cứu ít quan tâm, chỉ quan tâm khi cùng một loại sản phẩm nhưng có nhiều kích cỡ khác nhau.[15]

1.1.5 Sự biến đổi chất lượng của sản phẩm sau khi lạnh đông

Các thành phần dinh dưỡng của sữa chua có một số biến đổi diễn ra phức tạp trong quá trình lạnh đông Những biến đổi này phụ thuộc vào sự thay đổi tính chất hóa lý của độ ẩm và kích thước của các tinh thể ẩm kết tinh tạo thành, tốc độ làm lạnh

đông Đối với hệ thống sấy thăng hoa cần nhiệt độ môi trường lạnh đông sản phẩm

từ -50oC đến -40oC, nhiệt độ môi trường hóa đá -30oC đến -40oC (-30oC được xem là tốt nhất).[16]

Trong quá trình đông lạnh, sự hình thành băng bên trong của nguyên liệu sữa chua được coi là sự thay đổi đáng kể nhất trong cấu trúc của nguyên liệu Tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu khác nhau để xác định được sự thay đổi cấu trúc, các loại nguyên liệu khác nhau thì mức độ biến đổi cấu trúc sẽ khác nhau Mức độ thay đổi cấu trúc của nguyên liệu sẽ phụ thuộc vào kích thước của các tinh thể đá để tạo thành cũng như tốc độ của quá trình lạnh đông Khi chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn, thể tích của nước tăng lên khoảng 9%

Vì vậy, sau khi thực hiện quá trình lạnh đông thể tích của nguyên liệu có thể tăng hơn phụ thuộc vào một số yếu tố như hàm lượng ẩm trong nguyên liệu, các thành phần tạo thành tinh thể,…

Hình 1 3 Ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến cấu trúc nguyên liệu

Khi diễn ra quá trình lạnh đông chậm (hình (a)) các tinh thể nước đá tạo thành kích thước lớn sẽ phá vỡ cấu trúc protein (do nước tách ra để kết tinh) của sản phẩm, dẫn đến biến tính protein Kết quả sẽ dẫn đến khả năng hút nước và giữ nước sau này của protein, làm thay đổi một số tính chất sinh hóa quan trọng của sản phẩm, làm giảm chất lượng của sản phẩm Quá trình lạnh đông chậm thường sẽ làm giảm thể tích của tế bào [16]

Khi lạnh đông nhanh (hình (b)) Theo Heldman độ ẩm trong sản phẩm sẽ kết

tinh đồng loạt tại chỗ (giống dạng vô định hình) các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước nhỏ, không làm phá vỡ cấu trúc protein, làm cấu trúc sản phẩm ổn định, các tính chất sinh hóa của sản phẩm được bảo toàn, chất lượng sản phẩm được bảo toàn

Theo Taylor [17], quá trình lạnh đông thực phẩm được tiến hành càng nhanh

càng tốt ở môi trường có nhiệt độ ẩm sâu (dưới – 50oC) Lúc này, dễ xảy ra hiện tượng cháy lạnh tại bề mặt của sản phẩm, dẫn đến kết quả sản phẩm bị biến tính, chất lượng sản phẩm giảm đi, khó hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu Quá trình lạnh đông càng nhanh, sự chênh lệch áp sất riêng phần của hơi nước sẽ càng nhỏ làm cho cấu trúc của sản phẩm sẽ ít biến đổi Tuy nhiên, đối với một số sản phẩm khác khi lạnh đông nhanh sẽ bị vỡ cấu trúc, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm [16]

1.1.6 Hệ thống và thiết bị sấy thăng hoa

1.1.6.1 Buồng sấy thăng hoa

Là nơi chứa sản phẩm và thực hiện quá trình sấy thăng hoa Buồng sấy phải có thiết kế kín để đảm bảo điều kiện chân không và các ngăn (kệ) được kiểm soát nhiệt

độ để theo dõi và quan sát môi trường sấy Và mật độ đặt sản phẩm và cường độ bay hơi lớn nhất Đồng thời trong môi trường chân không thì truyền nhiệt và sấy nhiệt phải là lớn nhất

Buồng sấy thăng hoa thường có 3 loại như sau [8]:

• Buồng sấy thăng hoa có hệ thống cấp đông riêng: Vật liệu trước khi sấy được cấp đông bởi thiết bị làm đông riêng biệt, sau khi quá trình cấp đông kết thúc vật liệu sẽ được đưa vào buồng sấy và quá trình sấy bắt đầu

• Buồng sấy thăng hoa có hệ thống cấp đông tự động: Giai đoạn cấp đông vật liệu bắt đầu và kết thúc trong buồng sấy thăng hoa

• Buồng sấy thăng hoa liên tục: Trước khi thực hiện giai đoạn cấp đông, vật liệu được tạo thành các hạt có kích thước nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc Sau

đó được đưa vào buồng sấy bằng các băng tải hoặc vít tải Quy trình nhập và xuất vật liệu xảy ra liên tục, vì thế đây là một hệ thống rất phức tạp vì cần phải

đảm bảo điều kiện chân không từ khâu nhập liệu đến khâu tháo liệu, đặc biệt

ổn định [18] Hơi nước sau khi thăng hoa sẽ bị tích tụ trong bình ngưng, sau đó bị loại

bỏ khi quá trình sấy kết thúc, sau khi lấy sản phẩm ra Có 2 loại thiết bị bình ngưng

là [8]:

• Thiết bị ngưng tụ không có bộ phận cào nạo tuyết: Thường có 2 loại là: Loại thứ nhất được cấu tạo bởi các ống trao đổi nhiệt có dạng ống chùm và được xếp song song với nhau, môi chất lạnh sẽ di chuyển bên trong ống còn hơi ẩm đi bên ngoài ống Loại thứ hai được cấu tạo với các ống trao đổi nhiệt có dạng vòng

xoắn ốc, thường có từ 2 đến 4 vòng xoắn vào nhau tùy theo công suất hệ thống sấy

• Thiết bị ngưng tụ có bộ phận cào nạo tuyết: Khi nước ngưng tụ và bám lên bề mặt dàn lạnh của thiết bị ngưng tụ, thì được bộ phận cào – nạo và rơi xuống không gian bên dưới, giúp tăng khả năng truyền nhiệt, tuy nhiên điều này mang lại một nhược điểm là phải tốn thêm chi phí năng lượng để cung cấp cho bộ phận này và quá trình gia công, sửa chửa thiết bị này là vô cùng phức tạp

Hình 1 5 Thiết bị ngưng tụ

1.1.6.3.Bơm chân không

Có tác dụng loại bỏ không khí ngưng tụ ra khỏi buồng sấy để tạo môi trường chân không trong quá trình sấy thăng hoa Và cường độ bay hơi ẩm phụ thuộc vào độ chênh lệch hơi ẩm trên bề mặt vật liệu sấy và áp suất riêng phần của nước Môi trường sấy thăng hoa phải tuân theo các yêu cầu như sau:

Áp suất trong môi trường sấy thăng hoa phải đảm bảo nhỏ hơn điểm ba thể (P0 = 4,58 mmHg) Và tăng cường độ bay hơi để giảm thời gian sấy, cường độ bay hơi lớn nhất xảy ra khi áp suất của môi trường sấy thăng hoa dao động trong khoảng (0,001 ÷ 1) mmHg

Thời gian bơm chân không hút khi trong môi trường từ áp suất khi quyển đến áp suất chân không được cài đặt trên thiết bị phải đủ nhỏ Điều này có tác dụng giúp