XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG số xử LÝ NHIỆT trong đồ hộp

+ Thí nghiệm này nên mở rộng cho ít nhất 10 phút sau khi hệ thống kiểm soát thiết bị tiệt trùng đã ổn định và một thông số nhiệt độ nhất định đã được thành lập hoặc tất cả các thiết

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐỒ HỘP

ĐỀ TÀI: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ XỬ LÝ NHIỆT

GVHD: Nguyễn Thị Thanh Bình

Lớp HP: 210505405

DANH SÁCH NHÓM THỰC HIỆN

Đồ hộp thực phẩm đang ngày càng phát triển Để đưa đến tay người tiêu dùng những sản phẩm an toàn đòi hỏi sự kiểm soát chặt che của nhà sản xuất, đặc biệt trong khâu xử lí nhiệt Xử lí nhiệt đóng vai trò then chốt đối với chất lượng đồ hộp thực phẩm,

trong đó gồm 2 quá trình là Phân bố nhiệt và Xâm nhập nhiệt

Trong bài báo cáo này chúng tôi trình bày cụ thể thí nghiệm về 2 quá trình trên Thí nghiệm được xây dựng trong bối cảnh như trong điều kiện sản xuất thương mại, nhằm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lí nhiệt Trong bài chúng tôi trình bày một cách đầy đủ và chi tiết các yếu ảnh hưởng

Chúng tôi cũng xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Thanh Bình đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ

MỤC LỤC

I Giới thiệu

- Trong công nghệ sản xuất đồ hộp, xử lí nhiệt là giai đoạn tiên quyết nhằm kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm Nghiên cứu về phân bố nhiệt nhằm xác định những biến đổi của thực phẩm trong quá trình gia nhiệt và làm lạnh Quá trình này được thực hiện khi công ty sản xuất đồ hộp muốn đưa ra một sản phẩm đồ hộp mới, một loại bao bì mới, hay thiết bị xử lí nhiệt mới… Để đưa vào sản xuất đại trà, trước hết chúng ta phải tiến hành thử nghiệm

- Nghiên cứu được thiết lập môi trường xử lí nhiệt như trong thực tế sản xuất, sử dụng thiết bị tiệt trùng và các thiết bị chế biến khác Các yếu tố khác cũng được thiết lập như số lượng hộp, số lượng giỏ, thực phẩm trong giỏ, nhiệt độ…Trong suốt thí nghiệm, nhiệt độ của sản phẩm cũng như thiết bị được đo đạc và ghi lại một cách cẩn thận và liên tục trong thời gian khá ngắn

- Những dữ liệu này dùng để tính toán trong quá trình thanh/tiệt trùng, cũng là những thông số phân bố nhiệt được sử dụng trong các công thức ở chương 11 Nghiên cứu phân bố nhiệt được điều khiển một cách cẩn thận để làm cơ sở cho các trường hợp xấu nhất làm chậm quá trình gia nhiệt

II Nghiên cứu sự phân bố nhiệt

- Nghiên cứu phân bố nhiệt là công việc mất nhiều thời gian và rất khó để thực hiện đúng Nó đòi hỏi người thực hiện phải có sự hiểu biết về các thiết bị gia nhiệt, thiết bị

đo nhiệt và phương pháp mà các dòng hơi di chuyển

- Bài nghiên cứu nhằm mục đích:

• Kiểm soát quá trình thông hơi

• Xác định vị trí thấp nhiệt

• Đánh giá hiệu quả phân bố nhiệt khi thay đổi thiết bị hoặc sản phẩm

- Vị trí thấp nhiệt thường là tạm thời, chúng xuất hiện trong giai đoạn nâng nhiệt của thiết bị tiệt trùng Đó là vùng có nhiệt độ thấp hơn so với các vị trí khác trong thiết bị Đối với kiểu dẫn nhiệt là truyền nhiệt thì vùng thấp nhiệt nằm ở vị trí trung tâm, còn đối với kiễu dẫn nhiệt là đối lưu thì nó nằm ở 1/4 – 1/3 chiều cao của hộp (tính từ đáy) Tuy nhiên vị trí thấp nhiệt là không cố định, nó khác nhau ở các thiết bị khác nhau và trong một thiết bị có thể có nhiều điểm thấp nhiệt Trong một thiết bị nhiệt độ nên được đồng nhất trong một khoảng thời gian cho phép

- Để khắc phục tình trạng phân bố nhiệt không đồng đều trong thiết bị, ta phải kiểm soát cá vấn đề:

1 Khảo sát thiết bị chế biến

- Trước khi lựa chọn thiết bị, ta nên kiểm tra (chạy thử), để kiểm soát các vấn đề sau:

 Sự cung cấp hơi nước tuần hoàn

 Công suất và áp suất nồi hơi

 Kích thước ống, chiều dài ống và các van

Công nghệ sản xuất đồ hộp

 Kết cấu, hình dạng của các ống thoát nước

 Giỏ chứa: kích thước, hình dạng, số lượng chứa tối đa, khoảng cách các giỏ trong nồi

2 Chọn thiết bị tiệt trùng

- Tất cả các thông số về kích thước hệ thống đường ống, van và thiết bị nạp nên được xem xét khi lựa chọn thiết bị tiệt trùng Các thiết bị tiệt trùng lựa chọn để kiểm tra là kết quả của cuộc khảo sát thiết bị, đại diện cho tình trạng tồi tệ nhất mà có thể ảnh hưởng đến năng suất các quá trình định sẵn

3 Kiểm tra các bộ phận của thiết bị tiệt trùng

- Vỏ nồi: kích thước vật lí

- cung cấp hơi nước từ nồi Main Line: kích thước ống, các van và các phụ kiện trên đường ống dẫn hơi

- Bộ điều khiển hơi nước

- Đường ống:

+ Ống phun hơi: hình dạng, kích thước, vị trí, số lượng và cấu hình

+ Van xả khí: vị trí, số lượng, kích thước và cấu tạo

- Nhiệt kế MIG: vị trí, số lượng trên thiết bị

- Thiết bị điều khiển

4 Kiểm soát thiết bị đo

- Thiết bị ghi dữ liệu: được thiết kế để theo dõi nhiệt độ trong thiết bị

- Đồng hồ áp suất

- Nhiệt kế MIG

5 Tiêu chuẩn của thiết bị kiểm tra

- Nhiệt kế MIG nên phù hợp với tính chất của thiết bị tiệt trùng để phản ánh chính các nhiệt độ đo được

- Hệ thống đo lường nhiệt độ: bao gồm máy ghi dữ liệu, cặp nhiệt điện, dây điện mở rộng và các thiết bị đo nhiệt khác (TMD)

- Trước khi tiến hành nghiên cứu thực tế phân bố nhiệt độ, tiêu chuẩn hoặc hiệu chỉnh các thiết bị kiểm tra phải được thực hiện trong các thiết bị thử nghiệm

- Điều chỉnh thiết bị tiệt trùng đến nhiệt độ được sử dụng trong thử nghiệm và cho phép phân phối toàn hệ thống để cân bằng

Kiểm tra tính chính xác của TMDs Các chỉ số đơn TMD nne phù hợp trong vòng 0.5oF (0.3 oC) Sai số cho tất cả TMDs không quá 1oF (0.6 oC) Bất kì TMD nào không đạt tiêu chuẩn đều không được sử dụng

Thông số xử lý nhiệt Page 6

6 Vị trí của thiết bị đo nhiệt trong thiết bị tiệt trùng

- TMDs nên được đặt ở những vị trí sau đây trong thiết bị tiệt trùng:

+ Đính kém hoặc đặt gần đầu dò nhiệt kế MIG

+ Đính kém hoặc đặt gần với bộ điều khiển nhiệt độ thăm dò, trừ khi MIG và đầu dò điều khiển nhiệt độ được đặt lại với nhau

+ Đặt trong ít nhất hai hộp chứa đầy dùng để thử nghiệm với mục đích thu thập nhiệt

độ ban đầu Nếu có dữ liệu trên tay để tương quan giữa nhiệt độ đo bằng TMDs bên ngoài (kèm theo hộp) đến một nhiệt độ ban đầu cụ thể - trước khi chạy - đó như một biện pháp có thể được sử dụng thay cho đo nhiệt độ ban đầu thực sự

- Tuỳ vào hệ thống xử lí mà đặt cặp nhiệt điện ở những vị trí khác nhau với số lượng khác nhau để theo dõi nhiệt độ tại vùng thấp nhiệt

- Ghi lại các điểm TMD: biểu diễn bằng biểu đồ để thấy vị trí của tất cả các TMDs trong thiết bị tiệt trùng

7 Kiểm soát hộp trong các giỏ đựng

- Kích thước hộp: chọn kích thước hộp phù hợp với thiết bị tiệt trùng, thường là nhỏ nhất, khi đó sẽ hạn chế rủi ro trong quá trình hoạt động đến mức thấp nhất

- Vị trí của hộp: hộp được đặt trong các thùng hoặc giỏ sao cho giống với quá trình sản xuất để có thể dự đoán được những trường hợp xấu nhất Ta nên tách hoặc chia tấm được sử dụng giữa các lớp hộp, sau đó các tấm có tổng phần trăm diện tích mở nhỏ nhất nên được sử dụng để thử nghiệm

8 Kiểm tra sự phân bố nhiệt

- Nhiệt độ ban đầu (s) đo được nên được xem xét dựa vào vỏ và nhiệt độ của thiết bị,

có thể thấp hơn hoặc cao hơn so với nhiệt độ sản phẩm, và có thể có ảnh hưởng đến tổng lượng nhiệt cần thiết để cấp hơi cho toàn thiết bị

- Những thời điểm quan trọng cần được theo dõi và ghi lại trong thử nghiệm:

+ Nhiệt độ điều khiển thiết lập điểm

+ Nhiệt độ ban đầu

+ Hơi nước hoặc "0" thời gian

+ Thời gian và nhiệt độ khi van được đóng lại, hoặc lỗ thông hơi được mở trong một phần

+ Thời gian và nhiệt độ của thiết bị khi đóng lỗ thông hơi, lấy từ nhiệt kế MIG và tài liệu tham khảo TMD

+ Thời gian khi tham chiếu TMD (kèm theo hoặc gần với nhiệt kế MIG) đạt điểm xử

lý nhiệt độ cài đặt

+ Thời gian khi các bộ điều khiển (nếu có) tiến đến chu kỳ "thanh trùng" trong chương trình

+ Đọc nhiệt kế MIG tại khoảng thời gian nó đạt đến điểm nhiệt độ xử lí theo cài đặt Tiến hành kiểm tra:

+ Các thông số dữ liệu cần ghi lại nhiệt độ của từng TMD ngay trước khi "hơi trên"

và đủ khoảng thời gian, không quá 1 phút, toàn quá trình thí nghiệm Biên bản ghi dữ liệu sẽ trở thành một phần tài liệu quan trọng cho các cuộc thí nghiệm

Công nghệ sản xuất đồ hộp

+ Điểm quan trọng cần được ghi nhận trong khoảng thời gian đủ tần số để mô tả và xác minh thông số vận hành thiết bị tiệt trùng trong thử nghiệm Những dữ liệu này trở thành một phần của tài liệu kiểm tra và bao gồm các biểu đồ ghi nhiệt độ (s)

+ Thí nghiệm này nên mở rộng cho ít nhất 10 phút sau khi hệ thống kiểm soát thiết bị tiệt trùng đã ổn định và một thông số nhiệt độ nhất định đã được thành lập hoặc tất cả các thiết bị theo dõi nhiệt độ đã đạt đến một trạng thái ổn định

+ Điều kiện lý tưởng nhất, không có TMD nên cộng hoặc trừ 1.0 ° F (0.6 ° C) tham chiếu TMD lúc đầu chỉ ra các điểm thiết lập nhiệt độ xử lý đã đạt tới

Những nguyên tắc này đã được dựng lên bởi sự cho phép của các viện chuyên chế biến nhiệt Bản bổ sung và các thông tin có thể thu được bằng cách giải quyết này tại Viện PO Box 2764, Fairfax, VA 22031-0764

- Nhiệt kế MIG, trong nhiều năm qua là một tham chiếu tiêu chuẩn TMD ở thiết bị tiệt trùng, tuy nhiên nó đang được thay thế ngày càng nhiều bởi các máy dò nhiệt độ điện trở (RTD) hoặc nhiệt trở Ngoài độ chính xác và độ tin cậy của chúng, các thiết bị này có những lợi thế nhất định họ sản xuất một thiết bị lưu trữ thông tin kỹ thuật số của nhiệt độ có thể được gắn vào một vị trí dễ dàng hơn bởi các nhà điều hành thiết bị tiệt trùng hơn MIG Chúng có một thời gian phản ứng nhanh hơn so với MIG thông thường, cũng như những lợi thế nhất định của việc đọc đến phần thập phân của một

độ, trong khi các phần thập phân của một mức độ phải được ước tính trên hầu hết các máy được sử dụng trong thiết bị tiệt trùng Máy ghi âm có thể được kết hợp để ghi liên tục nhiệt độ hoặc tại các khoảng thời gian quy định, vì thế có thể rút ngắn được quá trình đọc và ghi nhiệt độ của thiết bị tiệt trùng Thông tin chi tiết về thiết kế, nguyên tắc, ưu điểm, nhược điểm của phép đo nhiệt độ RTD bên trên có thể được tìm thấy trong ASTM (1988)

- Các tài liệu tham khảo TMD nên được chuẩn hóa và hiệu chỉnh theo nhiệt kế tiêu chuẩn để đảm bảo rằng các biện pháp đo chính xác Điều này nên được thực hiện theo các điều kiện giống như gặp phải trong thiết bị tiệt trùng Điều này là rất quan trọng như là tài liệu tham khảo TMD sẽ được sử dụng để hiệu chỉnh các TMDs được sử dụng trong các nghiên cứu phân bố nhiệt độ Biến thể giữa TMDs về trình tự mô tả trước đó trong hướng dẫn IFTPS thường gặp Nhiều nhân viên sử dụng độ lệch từ các tài liệu tham khảo TMD như một yếu tố điều chỉnh và áp dụng hiệu chỉnh cho tất cả các kết quả đọc

- Bất chấp những nỗ lực trong hiệu chỉnh và bổ sung những sai sót có thể thất bại trong quá trình thử nghiệm Hãy chuẩn bị những điều này vì chúng có thể sẽ xảy ra Tất cả thiết bị nên được căn cứ đầy đủ và máy ghi được đặt trong chỗ khô và hơi nước miễn là vị trí càng tốt trong các điều kiện như phòng bếp Chỉ có dây cặp cấp nhiệt nên được sử dụng và cần phải có vật liệu cách nhiệt có khả năng chịu nhiệt độ và độ

ẩm gặp phải trong thiết bị tiệt trùng

- Các biện pháp phòng ngừa nên được thực hiện tránh nguồn bị lỗi:

• Chênh lệch về lực điện từ giữa cặp nhiệt điện và dây điện mở rộng

• Sự khác biệt nhiệt độ giữa hai mối nối dây

• Phân cực đảo ngược ở ngã ba dây mở rộng cặp nhiệt điện, một sự khác biệt đáng kể nào trong các đặc điểm lực điện từ của vật liệu kết so với các phần mở rộng dây cặp nhiệt điện (Pflug, 1975)

Thông số xử lý nhiệt Page 8

- Nếu phích cắm kết nối được sử dụng, chúng phải được làm sạch thường xuyên để đảm bảo tiếp xúc điện tốt và ngăn ngừa sai sót trong quá trình xác định nhiệt độ của cặp nhiệt điện (NFPA, 1985)

- Để đảm bảo rằng nhiệt độ ghi dữ liệu thời gian thực hiện, tất cả các cặp nhiệt điện nên được hiệu chỉnh một TMD tiêu chuẩn, thường là một nhiệt kế MIG Những yếu tố sau đây có thể gây ra sai sót cho cặp nhiệt điện:

• Nút giao không đúng cách

• Dây dẫn quá dài

• Nhiều luồng kết nối cùng lúc

• Dữ liệu không đầy đủ, thường bị mất do quá trình giao giữa các luồng thông tin của dòng lạnh

- Để phát hiện bất kỳ sự thiếu chính xác đòi hỏi các TMDs và tất cả các kết nối phải được hiệu chuẩn tại chỗ (tức là, theo các điều kiện trong đó chúng sẽ được sử dụng) Sau đây là một số biện pháp phòng ngừa gợi ý trong khi sử dụng một hệ thống thu thập dữ liệu nhiệt điện dựa trên:

• Giảm thiểu nhiều kết nối

• Làm sạch tất cả các kết nối

• Điện từ/ thiết bị ghi âm

• Khe cách nhiệt bên ngoài cặp nhiệt bên ngoài thiết bị tiệt trùng để ngăn sự quá tải dữ liệu hoặc thiết bị ghi dữ liệu (NFPA, 1985; ASTM, 1988)

• Đảm bảo vị trí cặp nhiệt điện không bị xáo trộn bởi sự chuyển động của các hệ thống gia nhiệt hoặc làm mát,

• Sử dụng dây cặp nhiệt chì cách nhiệt tốt, dùng dây thép tráng men có chứa vật liệu cách nhiệt chống thấm nước,

• Làm cho quá trình đủ dài để cho phép các điều kiện cân bằng (mà có thể được

sử dụng để hiệu chỉnh cặp nhiệt điện tại chỗ)

- Khi nước được sử dụng như một phương tiện gia nhiệt, nó hoạt động như một chất dẫn điện Tùy thuộc vào độ cứng, việc sử dụng các hóa chất xử lý nước, và các yếu tố khác, tính dẫn điện của các nước sẽ khác nhau Tính dẫn điện của nước tăng theo nhiệt

độ Có thể có vấn đề với mất tín hiệu, mà kết quả trong bài đọc nhiệt độ thấp hơn; đặc biệt là trong quá trình nhiệt nước Điện áp từ động cơ có thể lan sang thiết bị điện khác làm cho kết quả thất thường hoặc không chính xác

- Các TMDs đã được kết nối, thông qua hệ thống dây điện mở rộng, với các thiết bị chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số để đo nhiệt độ ở mỗi khoảng thời gian quy định Một

hệ thống thu thập dữ liệu (hay còn gọi là một kho dữ liệu hoặc hệ thống khai thác dữ liệu) thường bao gồm một đo nhiệt độ đa kênh và hệ thống dữ liệu đầu ra kỹ thuật số (Pflug, 1975) Một số tính năng của hệ thống thu thập dữ liệu bao gồm sẵn có của nhiều kênh (ví dụ, nhiều hệ thống có tính năng thêm vào trong bội số của 16 kênh), một phạm vi nhiệt độ 40-160 ° C, và cơ sở để thu thập các loại tín hiệu ngoài nhiệt độ (ví dụ: , mV, áp lực, hiện tại, kết quả đầu ra khác biệt, vv) Những hệ thống này có khả năng thu thập một lượng đáng kể các dữ liệu cũng như các thao tác dữ liệu

- Ba TMDs cho mỗi giỏ hoặc thùng là một mức tối thiểu và có thể phải được tăng lên, đặc biệt là nếu có ý nghĩa thống kê là để xuất ra kết quả Số lượng tối thiểu của thiết bị

Công nghệ sản xuất đồ hộp

thăm dò từ một điểm để thống kê thường là năm Có nhiều hơn mức tối thiểu ba thiết bị thăm dò cũng gây trục trặc cho TMD trong khi thử nghiệm, một cái gì đó xảy ra thường xuyên hơn mức bình thường Như vậy, toàn bộ quá trình kiểm tra không bị bỏ sót do thiếu sự phù hợp với các thiết kế thí nghiệm; thay vì nó có thể phục vụ một mục đích miễn là số lượng tối thiểu là hợp lệ

- Sự hiểu biết về các thiết bị tiệt trùng, các phương tiện để phân phối các hệ thống gia nhiệt hoặc làm mát, và hệ thống của các thùng chứa trong các thùng lớn sẽ hỗ trợ trong việc sắp đặt mỗi TMD Thiết bị cần được cố định ở vị trí để nó có thể mở rộng vào các không gian trống giữa các hộp và sẽ không chạm vào các thùng chứa hoặc các

bề mặt kim loại khác trong quá trình kiểm tra

- Một bản tóm tắt các dữ liệu thu được từ một thử nghiệm phân bố nhiệt độ thực tế được đưa ra trong Bảng 12.1 Các thử nghiệm được thực hiện trên một gói 3 thiết bị, hơi ngang trong thiết bị tiệt trùng Các vòi hơi nước bao gồm hai ống đục lỗ song song nằm dọc theo phía dưới của thiết bị dưới mức của các giỏ Các lỗ thông hơi trực tiếp

ra môi trường Một nhiệt kế chuẩn MIG đã được cài đặt phù hợp với yêu cầu của tiêu chuẩn và các tài liệu tham khảo cấu tạo TMD Một máy ghi nhiệt độ / điều khiển thiết bị thăm dò đã được cài đặt gần các gốc MIG Các thùng đã được chất đầy (960 lon / thùng với tổng số 2.880 lon) với kích thước 210 x 315 ba miếng kim loại được đặt trong nước vào một khoảng trống 5% Mỗi thùng gồm năm đầu dò cặp nhiệt điện nằm ngay ở vị trí giữa hộp, một ở trung tâm và một nằm ở một nửa khoảng cách trên mỗi đường chéo từ các trung tâm để mỗi góc của hộp hình chữ nhật Kinh nghiệm đã chỉ

ra rằng đây là những điểm có nhiệt độ thấp hơn so với hững vùng khác, với cái thùng giữa là chậm nhất Nhiệt độ vặn lại được thiết lập cho 245 ° F (118 ° C) Nhiệt độ được ghi nhận mỗi 20 giây cho thời gian thử nghiệm; Tuy nhiên, các số liệu trong Bảng 12.1 giảm trong mỗi khoảng đo là 60 giây Các dữ liệu cho hai giai đoạn, CUT,

và quá trình nhiệt độ được phân tích riêng Để xác định xem có bất kỳ thiết bị thăm dò

mà luôn cho giá trị thấp hơn so với những người khác trong từng giai đoạn, nhiệt độ trung bình cho mỗi đã được tính toán và so sánh Tiếp theo các phạm vi (tức là, tối đa trừ tối thiểu) của nhiệt độ của tất cả các TDTs ở mỗi khoảng thời gian này được tính như một thước đo của thời gian khi nhiệt độ đồng nhất đã đạt được

- Ngoài vị trí của hệ thống gia nhiệt chậm nhất hoặc các khu vực lạnh trong khu vực sản phẩm, nồi thường quan tâm đến việc những lĩnh vực mà gia nhiệt là nhanh nhất và trong đó sản phẩm sẽ nhận được nhiều nhiệt nhất trong quá trình này Khía cạnh này

sẽ được xử lý một cách chi tiết hơn sau này trong cuộc thảo luận của các nghiên cứu xâm nhập nhiệt

Thông số xử lý nhiệt Page 10