Nhóm 3 lớp ST2 tiết 3 4 tận DỤNG và xử lý PHẾ LIỆU TRONG CNSX nước CAM và táo ép

Nhìn vào bảng thống kê trên , ta thấy khối lượng phế phụ liệu trong quá trình sản xuất nước ép cam chiếm ½ so với tổng khối lượng cam đưa vào nhà máy chế biến 15,6 triệu tấn31,2 triệu tấn. Bên cạnh đó, đối với táo thì khối lượng phụ liệu thu được chiếm 13 so với tổng khối lượng táo ban đầu (34,2 triệu tấn12 triệu tấn). Những loại quả khác thì khối lượng phụ liệu chiếm tỉ lệ ít hơn.Như vậy, khối lượng phế phụ liệu hàng năm thu được trong ngành công nghiệp sản xuất nước ép cam và táo chiếm một tỉ lệ khá lớn và yêu cầu về việc tái chế các loại phế phụ liệu này là một điều vô cùng cần thiết vì bản chất trong các loại phụ liệu này có những hợp chất rất quý và có giá trị về mặt dinh dưỡng, sinh học rất cao. Nếu chúng ta thải bỏ chúng một cách lãng phí thì ta đã đánh mất đi một nguồn lợi về kinh tế trước mắt, đánh mất đi sự cân bằng sinh học. 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

ĐỂ TÀI TIỂU LUẬN

TẬN DỤNG VÀ XỬ LÝ PHẾ LIỆU TRONG CNSX NƯỚC CAM VÀ TÁO ÉP

GVHD: Lê Hương Thủy SVTH:

TP Hồ Chí Minh, tháng 03, năm 2017

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ PHỤ LIỆU 1

1.1 Khối lượng phế phụ liệu 1

1.2 Hiện trạng xử lý và xu hướng tận dụng phế phụ liệu 1

2 PHẾ PHỤ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC CAM ÉP 2

2.1 Cấu tạo sinh học của cam 2

2.2 Phế phụ phẩm từ quá trình sản xuất nước ép cam 3

2.3 Đặc điểm, tính chất của phế phụ liệu 5

3 SẢN PHẨM SẢN XUẤT TỪ PHẾ PHỤ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC CAM ÉP 7

3.1 Flavonoid (herperidin) 7

3.2 Chiết tách tinh dầu (Essential oil extraction) 8

3.3 Mứt vỏ cam (Candied orange peel) 10

3.4 Thức ăn chăn nuôi 11

3.5 Mật rỉ (Citrus Molasse) 14

3.6 Pectin 16

3.7 Ứng dụng làm cơ chất trong sản xuất enzyme 17

4 PHẾ PHỤ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC TÁO ÉP 20

4.1 Cấu tạo sinh học của táo và phế phụ liệu công nghệ sản xuất nước táo ép 20

4.2 Đặc điểm, tính chất của bã táo 21

5 SẢN PHẨM SẢN XUẤT TỪ PHẾ PHỤ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC TÁO ÉP 22

5.1 Pectin từ bã táo (apple pomace) 22

5.2 Ứng dụng sử dụng bã táo được sấy khô thành bột làm chất chống oxi hóa trong sản xuất mì sợi 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ PHỤ LIỆU

1.1 Khối lượng phế phụ liệu

Bảng thống kê về khối lượng phế phụ liệu hàng năm từ quá trình sản xuất của các loạitrái cây khác nhau [1,tr 3]

Nhìn vào bảng thống kê trên , ta thấy khối lượng phế phụ liệu trong quá trình sản xuấtnước ép cam chiếm ½ so với tổng khối lượng cam đưa vào nhà máy chế biến 15,6triệu tấn/31,2 triệu tấn Bên cạnh đó, đối với táo thì khối lượng phụ liệu thu đượcchiếm 1/3 so với tổng khối lượng táo ban đầu (3-4,2 triệu tấn/12 triệu tấn) Những loạiquả khác thì khối lượng phụ liệu chiếm tỉ lệ ít hơn

Như vậy, khối lượng phế phụ liệu hàng năm thu được trong ngành công nghiệp sảnxuất nước ép cam và táo chiếm một tỉ lệ khá lớn và yêu cầu về việc tái chế các loạiphế phụ liệu này là một điều vô cùng cần thiết vì bản chất trong các loại phụ liệu này

có những hợp chất rất quý và có giá trị về mặt dinh dưỡng, sinh học rất cao Nếuchúng ta thải bỏ chúng một cách lãng phí thì ta đã đánh mất đi một nguồn lợi về kinh

tế trước mắt, đánh mất đi sự cân bằng sinh học [1]

1.2 Hiện trạng xử lý và xu hướng tận dụng phế phụ liệu

Bảng thống kê khối lượng sản phẩm, phế phụ phẩm được tái sử dụng từ nhóm quả

citrus [2, trang 2]

Theo thống kê của FAO, so sánh giữa tổng khối lượng sản phẩm từ cam với tổng khốilượng phế phẩm từ cam được tái sử dụng ở mỗi quốc gia trên thế giới đều có sự khácbiệt

Thống kê trên toàn thế giới (sản phẩm từ cam/ phế phẩm từ cam): 59041,4 nghìntấn/21815,9 nghìn tấn; khối lượng phế phẩm chiếm gần ½ so với sản phẩm chính Qua

đó, ta thấy xu hướng thế giới tận dụng phế phụ phẩm đang ngày càng gia tăng, chủyếu ở các nước phát triển như Hoa Kì, Tây Ban Nha,…Có những quốc gia có lượngphế phụ phẩm được tái sử dụng rấp thấp so với sản phẩm chính có thể do việc tiếp cậncông nghệ còn thấp nên hiệu suất việc tái sử dụng chưa cao [2]

2 PHẾ PHỤ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC CAM ÉP

2.1 Cấu tạo sinh học của cam

Cam được bao phủ bằng một lớp vỏ mỏng hoặc dày,để bảo vệ phần thịt mềm, hoặcphần có thể ăn được của chúng Vỏ được tạo thành bởi một lớp biểu bì nằm bên ngoài,

bao phủ bởi một lớp biểu bì (flavedo) có chứa nhiều túi dầu, hoặc tuyến dầu, chứa đầytinh dầu thơm có giá trị sinh học và yếu tố thương mại rất cao.[3, trang 6]

a: lớp biểu bì và hạt tinh dầu của lớp biểu bì (flavedo and oil sacs of flavedo)

b: hạt (seed)

c: thịt quả (juice sacs)

d: phần lõi (center core)

e: cùi (albedo)

f: segment (múi cam)

g: màng segment (màng phân cách các múi)

Ngoài những túi dầu, flavedo chứa nhiều sắc tố không được phân bố đều khắp nhưngtập trung ở các cơ quan gọi là tế bào sắc tố, màu xanh lá cây trong trái non và dần dầnchuyển sang màu vàng hoặc cam trong trái cây chín Một phần xốp trắng của các tếbào nhu mô, được gọi là albedo, nằm trực tiếp bên dưới flavedo Các tế bào của lớpxốp này được sắp xếp lỏng lẻo với không gian bào lớn với hình dạng bất quy tắc Phầnthịt của quả bao gồm các múi, cách nhau bằng một màng tế bào của mô biểu bì mỏng

và chứa nhiều túi nước (trái cây) hình trục và các hạt Các túi nước trong từng múiđược gắn trên bề mặt của múi và tiếp xúc với vỏ bằng các sợi xơ với các chiều dàikhác nhau Trục trung tâm của quả (center core) bao gồm một mô xốp màu trắngtương tự như được tìm thấy trong albedo.[3]

2.2 Phế phụ phẩm từ quá trình sản xuất nước ép cam

Nhìn vào tổng quan quy trình chế biến nước ép cam thì công đoạn thu được nhiều phếphẩm nhất chính là công đoạn grading (phân loại, phân hạng), công đoạn ép nước cam(extracting) và công đoạn lọc nước cam sau ép Những phế phẩm ở các công đoạn nàyphần lớn là vỏ cam, hạt, bã cam, những quả cam bị thối, mốc

 Phần vỏ: vỏ màu vàng, cam và màu trắng bên trong Phần vỏ màu trắng bêntrong giàu pectin, toàn bộ kết hợp với bã hoặc mật đường (molasse) có thể trởthành thức ăn cho động vật Nó cũng có thể sử dụng để sản xuất các loại thựcphẩm cho con người [2]

 Pulp (chủ yếu phần ăn được, endocarp) được sử dụng chủ yếu để sản xuất nướctrái cây dinh dưỡng của con người Hỗn hợp sau khi tách lấy dịch quả còn đượcgọi là bã được sử dụng làm thức ăn cho động vật.[2]

 Phần che chắn lõi, lõi, segment wall or membranes, múi quả và hạt Bã đượcthải đi từ quá trình ép lấy dịch quả thường được kết hợp với vỏ để sản xuất cácsản phẩm thức ăn chăn nuôi Bã và vỏ quả được xử lý với vôi để sản xuất cácsản phẩm như press liquor, mật rỉ, bã tươi,meal, fine, thức ăn cho nấm men Nó

cũng được sử dụng để sản xuất các loại thực phẩm của con người và thực phẩm

bổ sung

 Hạt được tách ra để thu nhận tinh dầu và bánh hạt ép khô

 Nước thải có tiềm năng sử dụng để sản xuất các sản phẩm như bùn hoạt tính vàmôi trường nuôi cấy nấm men [2]

2.3 Đặc điểm, tính chất của phế phụ liệu

Trong vỏ cam chứa giàu các hợp chất vô cùng quý giá như các hợp chất thuộc nhómflavonoid ( quý giá nhất là Hesperidin)

Hesperidin là một hợp chất bioflavanoid tự nhiên, một loại hoạt chất quý, được sửdụng rộng dãi trong bào chế nhiều loại thuốc, biệt dược và thực phẩm chức năng.Hesperidin có tác dụng kháng viêm, chống ôxy hóa, chống dị ứng, chống ung thư,kháng vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, vi rút ), giảm đau, hạ sốt, chống độc, chống loãngxương và đặc biệt khi dùng phối hợp với vitamin C có tác dụng cộng hưởng và hỗ trợhấp thụ vitamin C rất tốt

Hợp chất Limonin đặc trưng có trong tinh dầu vỏ cam quýt (có mùi thơm dễ chịu) [1]

Ngoài ra, trong vỏ cam còn có các hợp chất khác như pectin, cellulose, đường,….Cáchợp chất này có rất nhiều ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm; thí dụ nhưpectin được dùng làm chất tạo keo đông, chất làm dày Cellulose sử dụng để tăng giátrị dinh dưỡng cho sản phẩm (hỗ trợ tiêu hóa), chất làm dày,…Đường trong vỏ camứng dụng để sản xuất citrus molasse (mật citrus)….Vỏ cam còn có thể sử dụng trựctiếp để làm môi trường cho vi sinh vật phát triển để sản xuất các loại enzyme được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp.

Trong hạt cam có chứa một lượng tinh dầu nhất định, hạt cam cũng được sử dụngnhằm chiết tách tinh dầu

3 SẢN PHẨM SẢN XUẤT TỪ PHẾ PHỤ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC CAM ÉP

3.1 Flavonoid (herperidin) [3, tr 64,65]

Việc sản xuất thương mại flavonoids từ chất thải của quá trình ép nước cam đượcbắt đầu từ đầu năm 1936 theo bảng mô tả chi tiết về hoạt động của vitamin P trongdịch chiết từ vỏ quả chanh đã cho thấy rằng các hợp chất flavonoid có hoạt tính sinh

lý, tính chất dược lý rất quan trọng Vì vậy họ đã bắt đầu sản xuất với quy mô nhỏnhững sản phẩm có chứa các hợp chất flavonoid Flavonoid cùng nhiều dẫn xuất củachúng được xem là chất chống oxy hóa (antioxidants) và còn được xem như chấtnhuộm Flavoniod có tác đụng đối với các tổn thương bức xạ

Herperidin là loại flavonoid thương mại bán sẵn lâu đời nhất, được sản xuất từ cácloại trái cây thuộc nhóm citrus trong đó có cam.Ở pH = 11, herperidin hòa tan trongnước Chất vôi làm đông tụ pectin trong vỏ, và chiết xuất chất có chứa herperidinchalcone bằng cách ép từ phần vỏ thừa (trong quá trình sản xuất nước ép) bàng cácmáy ép mạnh Dịch chiết được lọc, bơm vào một tank glass-lined, và đưa đến pH = 6bằng cách dùng HCl Dịch được acid hóa này được làm nóng và ủ qua đêm, trong thờigian đó, chalcone được chuyển đổi tạo thành hesperidin và kết tinh trong vòng một vài

giờ ở nhiệt độ phòng Dung dịch đầu được tách ra khỏi hesperidin trong các bộ lọckhung đĩa và loại bỏ đi và thu được herperidin thành phẩm Sau đó, hesperidin được

ép thành bánh và sấy khô trong một máy sấy khay

3.2 Chiết tách tinh dầu (Essential oil extraction) [3, tr 66,67]

Phương pháp hiện tại được sử dụng tại Mỹ để sản xuất dầu citrus ép lạnh có thểchia thành các loại như sau:

(1) tinh dầu được thu hồi từ vỏ sau giai đoạn ép lấy nước

(2) tách chiết đồng thời nước và dầu (hệ nhũ tương) từ quả cam chưa qua xử lý

(3) loại bỏ các lớp mỏng bên ngoài chứa dầu (flavedo) từ cả quả bằng cách mài mòn.Hầu hết các loại dầu cam quýt được sản xuất bằng phương pháp đầu tiên, và ít nhất

ba loại thiết bị được sử dụng Vỏ còn lại sau khi ép nước được chuyển tải đến máy éptrục vít, trong đó có các ốc xoay trong hệ thống hình nón với có lỗ có kích thước 1/4inch Khi vỏ được đưa vào máy, các trục vít xoay nhấn nó chặt trên bề mặt của lỗ.Điều này làm vỏ bị cắt và xoắn, và dẫn đến dầu sẽ được chiết ra từ vỏ Dầu lẫn nước

từ quả được thu nhận bằng vòi phun nước giúp cuốn tinh dầu từ vỏ và các cặn bãkhác Vỏ sau khi được rửa sạch sẽ được ngâm để tiếp tục công đoạn sản xuất pectin.Tiếp theo, dung dịch sau khi thu nhận được đưa qua thiết bị lọc nhằm để loại bỏcác phần tử có kích thước lớn và đi qua thiết bị ly tâm đĩa áp lực cao loại bỏ nhiều hạt

có kích thước lớn và phần lớn nước Hàm lượng dầu thu được chiếm từ 15- 30% Sau

đó, dung dịch nhũ tương thu được sau khi ly tâm tiếp tục chuyển qua thiết bị ly tâmlắng, thu nhận được 99% dầu Sau đó dung dịch thu được tiếp tục đưa qua máy ly tâmđĩa 3 pha liên tục, loại hầu hết phần nước còn lại cho ra dầu với độ tinh khiết lớn hơn99,9% Dầu sau khi thu nhận được chuyển qua thùng trống được lót thiếc hoặc thépkhông gỉ và được giữ lạnh để kết tủa sterol và sáp và được tách bằng cách gạn Dầuchiết cuối cùng được làm sạch bằng cách ly tâm một lần nữa, sau đó nó được đóngthùng và lưu trữ [3]

Thiết bị ly tâm hệ nhũ tương dầu và nước —Centrifuges used to refine citrus-oil

emulsion (Courtesy of Sunkist Growers, Inc., Los Angeles, Calif.)

Lượng dầu được tạo ra trong điều kiện sản xuất công nghiệp phụ thuộc vào một số cácyếu tố như: quả có vỏ dày tạo ra ít dầu hơn so với quả có vỏ mỏng, bởi vì xu hướngphần albedo có độ bông xốp hơn và dày hơn thì hấp thu nhiều dầu hơn Trái cây đã dựtrữ trong một thời gian dài thì vỏ trở nên mềm, do đó cho ra ít dầu hơn cùng một loạitrái cây nhưng vỏ cứng chắc hơn Sản lượng thực tế của dầu trên mỗi tấn trái cây khácnhau là 2-7 pound đối với dầu chanh vàng, 1-8 pound dầu cam, 1-2 pound dầu bưởi,0.1-0.3 pound dầu chanh xanh và 1-2 pound dầu quýt Những sản lượng vừa nêu sovới số lượng dầu thực tế có trong vỏ của các loại trái cây tương ứng là rất ít.[3]

Những thành phần khác nhau có trong các loại tinh dầu (tinh dầu cam, chanh, nho,

quýt) (+: có, -: không)

Dầu ép lạnh có thể được cô đặc bằng cách chưng cất chân không để giảm thành phầnlimonene của chúng từ khoảng 50-90% Những loại dầu này, được gọi là ''fold oil'',được sử dụng chủ yếu trong các loại đồ uống vì có khả năng lưu trữ ổn định.[3]

3.3 Mứt vỏ cam (Candied orange peel)

Nguyên liệu thô sử dụng để làm mứt từ vỏ của các loại quả citrus nói chung và quảcam nói riêng thường được làm từ vỏ còn tươi hoặc đã được chượp với muối Tuynhiên, loại ngâm muối phải được khử mặn bằng cách nhúng rửa vỏ trong nước lạnhhoặc nước nóng Vỏ để làm mứt không được hư hỏng và phải có độ dày thích hợp Bềmặt chứa tinh dầu (flavedo) phải được cọ rửa bằng bàn chà sắt hoặc mặt nhám nhằm

để loại bỏ đi một phần tinh dầu của vỏ Vỏ bình thường có vị đắng nên cần phải đượcnấu trong nước nhiều lần để làm giảm vị đắng đến mức chấp nhận được Tuy nhiên,tất cả các vị đắng nên loại bỏ đi để tạo hương vị dễ chịu Mứt vỏ không đắng có lẽđược sản xuất từ vỏ cam hoặc chanh (vàng) Sau khi nấu chín, nó cần được loại nước

và ép càng khô càng tốt Mặc dù vỏ có thể được cắt thành những miếng nhỏ trước khi

Đối với loại quả citrus có vỏ mềm thì đường dễ bị bão hòa nên loại vỏ mềm cần đượcnấu sôi chậm trong trong khoảng 1 giờ trong dịch đường chứa tỉ lệ nước : đường là1:1 và 0.05% acid citric Vỏ được ngâm trong dịch đường qua đêm Sau đó nó đượcđun lại cho đến khi nhiệt độ đạt 1030C thì vắt nước trong lúc vẫn còn nóng Khôngnên nấu quá chín để tránh sản phẩm cuối bị cứng Để chống dính, vỏ còn nóng sẽđược nhúng vào nước sôi, vắt ráo và làm khô trên khay ở điều kiện không khí ấm Phủlên bề mặt một lớp đường mịn trước khi mứt khô hoàn toàn cũng giúp cho các miếngmứt khô ráo, không dính vào nhau Loại mứt vỏ này nên được bao quản trong bao bìchống ẩm.[3, tr 72]

3.4 Thức ăn chăn nuôi

Chất thải từ loại quả citrus nói chung và quả cam nói riêng được xếp lên một máy xúc

kéo dây để nghiền và vôi hóa.

Quy trình chế biến sản xuất thức ăn chăn nuôi và mật đường từ phế phẩm quả citrus

Vỏ, phần thải ra và hạt được làm nhỏ trong máy nghiền búa, sau đó 0,3-0,6% vôi đượcthêm vào ở dạng khô hoặc dạng lỏng Đôi khi, vôi được thêm vào trước hoặc trongquá trình nghiền Một số quy trình thêm vôi với một lượng không đổi, trong khi nhữngthành phần khác thì lượng được thêm vào phụ thuộc theo sự thay đổi màu sắc hoặc độ

pH của hỗn hợp

Máy trộn (pug mill) được thiết kế có dạng trục vít hoặc dạng cánh nhằm thúc đẩy việctrộn Thiết bị khuấy trộn liên tục với bã và dịch vôi (hoặc nước) để tạo ra sự kết dínhgiữa các thành phần với nhau và giúp các phản ứng hóa học diễn ra thuận lợi hơn.Việc khuấy trộn cần thiết là 1/2 giờ [3, tr 77,78,79]

Máy trộn dạng cánh (bên trái) và dạng trục vít (bên phải)

Tiếp theo là quá trình ép nhằm loại bỏ chất thải từ quá trình xử lý Quá trình ép sẽthuận lợi hơn nếu các nguyên liệu được làm nóng Máy ép liên tục được sử dụngnhằm để giảm độ ẩm từ 81-83% xuống còn khoảng từ 70-75%, lượng chất thải đượcloại bỏ thông qua dạng dịch được ép ra chứa khoảng từ 10-15% chất rắn không hòatan Lượng dịch ép ra khỏi máy được tiếp tục tái sử dụng trong công đoạn sản xuấtcitrus molasse

Công đoạn tiếp theo là sấy khô Một lò quay đốt trực tiếp bằng lửa, hình thức đơn giảnnhất của dạng máy làm khô Hỗn hợp bánh ép (pressed cake) đã qua xử lý được đưamột luồng khí nóng , dòng khí nóng cung cấp bởi các cánh quạt xen kẽ gắn bên trong

lò xoay

Nguyên liệu sẽ khô và nhẹ hơn sau khi sấy, nên sẽ dễ dàng được làm nguội được tạo

ra bởi quạt hút, các nguyên liệu nhỏ được làm khô đầu tiên sẽ được hút ra và thu hồi

lại bởi các cyclone Nguyên liệu này được gọi là “fines”,sẽ được bán như một loại phân bón Phần nguyên liệu dạng nhão “pulp” sẽ mang ra khỏi lò sau khí sấy ở nhiệt

độ trên 93°C, và được làm nguội bằng cách đưa vào dòng không khí trong thiết bị làmnguội sau đó đưa qua quá trình sàng nhằm để sàng lọc các mảnh pulp nhỏ hơn Loại

nguyên liệu này được gọi là “meal” sẽ được đóng gói để trộn vào thức ăn gia súc, hoặc dùng để nén viên thức ăn Fines và meal chiếm một lượng ít hơn 10% sản phẩm

thức ăn chăn nuôi.[3, tr 77,78,79]

3.5 Mật rỉ (Citrus Molasse)

Để có thể thu nhận được citrus mollasse thì dịch (press liquor) sau khi được máy épvới áp lực cao ép ra sẽ được đưa qua thiết bị sàng chấn động (vibrating screens) Loại