QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Giải thích quy trình công nghệ
II.3.1 Quy trình 1 a Nấu syrup:
• Chuẩn bị: Đồng nhất dịch syrup để thuận tiện cho quá trình phối trộn.
• Chế biến: Để thu nhận hỗn hợp đường nghịch đảo.
Những biến đổi trong quá trình nấu syrup:
Nhiệt độ tăng, tăng áp lực thẩm thấu, tăng độ nhớt, sự thay đổi khối lượng riêng, tỉ trọng.
- Tăng hàm lượng chất khô.
- Phản ứng thủy phân đường saccharose với xúc tác acid và nhiệt độ tạo thành hỗn hợp đường glucose và fructose (có tỉ lệ mol 1:1).
- Phản ứng caramel hóa đường tạo các hợp chất sậm màu.
- Sự hòa tan của đường saccharose vào nước dưới tác dụng của nhiệt.
- Sự hấp phụ của than hoạt tính đối với các tạp chất hữu cơ trong syrup, đặc biệt là các hợp chất màu.
• Biến đổi về mặt cảm quan: sự thay đổi màu sắc, mùi vị.
Bột trợ lọc Than hoạt tính acid citric
Hình 6: Thiết bị nấu syrup
- Thiết bị có dạng hình trụ, đáy cầu, 2được chế tạo bằng thép không rỉ.
- Xung quanh phần thân dưới và đáy thiết bị có lớp vỏ áo dùng để gia nhiệt bằng hơi.
- Nguyên liệu sẽ được nạp vào qua cửa nạp trên nắp thiết bị.
- Bên trong thiết bị có cánh khuấy để đảo trộn nguyên liệu, cánh khuấy được truyền động bởi motor đặt trên nắp thiết bị.
- Sản phẩm được tháo ra qua cửa ở đáy thiết bị.
- Thể tích sử dụng của thiết bị thường là 75%.
- Cho nước vào thiết bị và gia nhiệt nước đến nhiệt độ 55 – 60 0 C.
- Cho cánh khuấy hoạt động với tốc độ 30 – 50 vòng/phút, rồi cho đường và acid vào.
Khi đường và acid đã hòa tan hoàn toàn trong nước, cần gia nhiệt hỗn hợp đến nhiệt độ từ 70 đến 80 độ C để tiến hành phản ứng nghịch đảo đường, và thời gian thực hiện không nên kéo dài quá lâu.
- Ở nhiệt độ 70 0 C, thực hiện quá trình tẩy màu hỗn hợp trong 20 – 30 phút, bổ sung cả than hoạt tính và bột trợ lọc vào nồi nấu syrup.
- Sau cùng, gia nhiệt nhanh hỗn hợp đến sôi rồi tiến hành lọc và làm nguội syrup.
• Thời gian: không quá 2 giờ
• Xúc tác acid citric: 0.75% khối lượng so với đường saccharose.
• Nồng độ đường trong syrup: 65% khối lượng. b Lọc:
Hoàn thiện quy trình tách các hợp chất màu và tạp chất sau khi xử lý syrup với than hoạt tính, giúp nâng cao độ trong và chất lượng của syrup.
Những biến đổi trong quá trình lọc:
Khối lượng riêng hỗn hợp giảm, nhiệt độ giảm.
Chỉ còn một pha đồng nhất.
• Biến đổi về mặt cảm quan:
Thiết bị: thiết bị lọc khung bản
Thiết bị lọc này hoạt động theo cơ chế gián đoạn, cho phép nhập liệu nước liên tục và thu hồi nước lọc một cách liên tục, trong khi bã sẽ được tháo ra theo chu kỳ.
- Thiết bị lọc khung bản được cấu tạo chủ yếu bởi khung và bản.
Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi nhập huyền phù vào.
Bản tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn dịch lọc.
- Khung và bản thường được chế tạo có dạng hình vuông và phải có sự bít kín tốt khi ghép khung và bản.
- Khung và bản được xếp liên tiếp nhau trên giá đỡ Giữa khung và bản là vách ngăn lọc
Vách ngăn lọc thể hiện 3 tính năng cơ bản:
Giữ pha rắn cảng nhiều càng tốt, đồng thời trở lực đối với pha liên tục càng nhỏ càng tốt.
Sự phân bố đồng đều các lỗ xốp (mao dẫn) trên bề mặt vách ngăn lọc.
Chịu được tác động từ môi trường lọc bao gồm độ thấm ướt, độ bền áp suất, nhiệt độ, hóa học, cháy nổ, và điều kiện tái sinh bề mặt lọc.
Vách ngăn lọc có thể có dạng hạt, sợi, tấm, vật xốp.
- Ép chặt giữa khung và bản bằng cơ cấu vít đai ốc được thực hiện bởi tay quay.
- Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu của khung và bản nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu.
Khi thực hiện quá trình lọc, cần phải ép chặt khung và bản để đảm bảo áp suất lọc không làm dịch lọc bị rò rỉ ra ngoài Do đó, thiết bị lọc khung bản còn được gọi là thiết bị lọc ép.
Hình 8: Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc khung bản
- Dịch lọc chảy từ bản qua hệ thống đường ống và lấy ra ngoài
- Bã được giữ trên bề mặt của vách ngăn lọc và được chứa trong khung
Khi bã trong khung đầy, cần dừng quá trình lọc để thực hiện rửa và tháo bã Quá trình rửa bã nhằm trích ly các chất hòa tan còn sót lại trong pha rắn vào nước rửa.
- Diện tích bề mặt lọc lớn.
- Tính linh động cao (dễ tăng giảm diện tích lọc).
- Độ tổn thất chất chiết cao.
- Thiết bị hở nên không áp dụng cho những thực phẩm dễ nhiễm vi sinh vật.
- Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa: không cao.
- Thiết bị làm việc gián đoạn nên tốn thời gian cho việc tháo bã và rửa bã.
• Một số thiết bị lọc khung bản dùng trong quy mô công nghiệp:
Kích thước của mỗi bản lọc (mm) 600 x 600
Diện tích bề mặt lọc (m²) 13.2 19.8 26.5 33.0 39.7 53.0 Áp suất làm việc tối đa (MPa) 0.4
Hình 10: Thiết bị của hãng Niro
Vật liệu: thép không rỉ.
• Áp lực lọc: 3at (được tạo ra bởi bơm nhập liệu). c Làm nguội:
Chuẩn bị: hạ nhanh nhiệt độ dịch nha, chuẩn bị cho quá trình phối chế hoặc bảo quản.
Những biến đổi trong quá trình làm nguội syrup:
• Biến đổi vật lý: độ nhớt hỗn hợp tăng, nhiệt độ giảm.
• Các biến đổi khác không đáng kể.
Thiết bị: thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
Hình 11: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được cấu tạo từ nhiều đĩa truyền nhiệt mỏng và gấp nếp, làm bằng thép không rỉ, gắn chặt vào nhau trong khung Các nếp gấp giúp đĩa chống lại sự chênh lệch áp suất, tăng diện tích truyền nhiệt và tạo ra dòng chảy rối trong đường dẫn Nhờ vào sự chuyển động của dòng chảy rối, thiết bị này mang lại hiệu suất truyền nhiệt cao, là ưu điểm nổi bật so với thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ - ống truyền thống.
Mỗi giây, ống dẫn cho phép lưu chất chảy vào, với miếng đệm cao su giữa các cặp đĩa nhằm ngăn cản sự hòa lẫn và rò rỉ Nhờ đó, nhiệt được truyền từ lưu chất nóng sang lưu chất lạnh qua các đĩa mỏng bằng thép không gỉ.
- Sử dụng vật liệu mỏng nhất cho bề mặt truyển nhiệt nên quá trình truyền nhiệt đạt tối ưu.
Dòng chảy rối trong môi trường không chỉ thúc đẩy quá trình đối lưu mà còn làm tăng hiệu quả truyền nhiệt giữa các môi trường.
Hệ số truyền nhiệt cao trong từng khu vực không chỉ yêu cầu bề mặt truyền nhiệt nhỏ hơn mà còn nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến.
Sự chảy rối mạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng giúp nâng cao khả năng tự lau sạch, từ đó giảm thiểu sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất làm việc mà còn kéo dài thời gian bảo dưỡng thiết bị.
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng được thiết kế với khung chứa các đĩa, cho phép người dùng dễ dàng thêm hoặc tách các đĩa để tăng năng suất và thuận tiện trong việc vệ sinh.
- Không làm việc dưới áp suất cao và không thích hợp cho quá trình chế biến các sản phẩm dạng nhão và dạng hạt.
Những nếp gấp trên đĩa tạo ra các điểm tiếp xúc cần thiết cho độ cứng, giúp giữ lại các chất dạng bột nhão và hạt Do đó, việc giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng luôn sạch sẽ trước khi chạy sản phẩm mới là một thách thức lớn, thậm chí có thể coi là bất khả thi.
Nhiệt độ: làm nguội đến nhiệt độ 18 ÷ 20 0 C d Vò:
Chuẩn bị là bước quan trọng trong quá trình trích ly, bao gồm việc phá vỡ vỏ và màng tế bào chất để giải phóng các hợp chất hòa tan trong tế bào ra bề mặt lá.
Những biến đổi trong quá trình vò trà:
Sự thay đổi về kích thước và hình dạng.
Nhiệt độ tăng do sự cọ xát cơ học của khối trà vào thành máng vò và do quá trình oxy hóa trong khối trà vò.
Giảm lượng chất hòa tan: giảm lượng tannin hòa tan, giảm lượng nhóm chất catechin.
Sự thay đổi các thành phần khác: các phức chất bay hơi (benzaldehyde, n-pentanol…), các acid hữu cơ, giảm vitamin C
• Cảm quan: màu sắc do sự oxy hóa tannin trong trà tạo nên các chất màu nâu và đỏ, giảm lượng chlorophyll.
Phương pháp thực hiện, thông số kỹ thuật:
Khi cho lá trà vào máy và khởi động, một tay quay sẽ được điều khiển bởi motor, trong khi hai tay quay còn lại quay tự do Trục đè tạo ra áp lực lên khối trà trong quá trình vò trà, giúp các chất lỏng trong lá trà thoát ra ngoài và thực hiện hiệu quả quá trình vò trà.
Hình 12: Thiết bị vò lá trà
SO SÁNH HAI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quy trình 1 (sử dụng thiết bị trích ly nhiều bậc chéo dòng)
Quy trình 2 (sử dụng thiết bị trích ly ngược chiều)
Cao hơn, vì dòng dung môi và dòng nguyên liệu chuyển động ngược chiều nhau làm tăng động lực quá trình khuếch tán.
Thiết bị Cồng kềnh hơn Ít cồng kềnh hơn
Vệ sinh thiết bị phức tạp có thể thực hiện đơn giản và tự vệ sinh, nhưng thường dẫn đến tổn thất chất dinh dưỡng cao hơn do thời gian lưu của dịch trích kéo dài Ngược lại, thiết bị đơn giản ít gây tổn thất hơn Bên cạnh đó, chi phí năng lượng cho thiết bị phức tạp cũng cao hơn, vì cần nhiều năng lượng để gia nhiệt cho dung môi.
Tính kinh tế Thấp hơn Cao hơn
SẢN PHẨM
Hình 18: Sản phẩm trà xanh không độ
• Hàm lượng đường: 80g/lít trà xanh.
• Hàm lượng natri: 50mg/lít.
• Hàm lượng tannin: 2.5mg/lít.
• Hàm lượng caffein: 0.3mg/lít
Giá trị năng lượng: 160kcal/500ml.
Không có vi sinh vật gây bệnh: Samonella, E.coli, …
• Màu: màu xanh – vàng nhạt
• Mùi: hương trà (nếu là trà xanh không độ vị chanh thì có thêm hương chanh)
THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ
Hướng nghiên cứu gần đây:
“TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ TRÀ XANH SỬ DỤNG
PHƯƠNG PHÁP TRÍCH CÓ HỖ TRỢ VI SÓNG”
Dịch trích trà xanh được chiết xuất từ lá trà xanh thông qua hai phương pháp: chiết xuất thông thường và chiết xuất hỗ trợ vi sóng Nghiên cứu đã xem xét các yếu tố như dung môi (rượu – nước), tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (1/5 – 1/15), pH, nhiệt độ, thời gian chiết và thời gian ngâm Kết quả cho thấy, phương pháp hỗ trợ vi sóng đạt hiệu suất cao hơn (82.6% trong 360 giây) so với phương pháp thông thường (62.1% trong 180 phút) Ngoài ra, dịch trích từ phương pháp vi sóng có hàm lượng polyphenol cao hơn (36%) so với phương pháp thông thường, cho thấy rằng phương pháp này hiệu quả hơn về chất lượng, thời gian và chi phí năng lượng.
Bài tiểu luận này nghiên cứu và so sánh các yếu tố liên quan đến phương pháp trích ly có sự hỗ trợ vi sóng với phương pháp trích ly thông thường.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Thuốc thử Folin – Ciocalteau pH dung dịch đệm citrate – phosphate Ethanol và một số hóa chất khác.
Phương pháp trích ly trà xanh
Phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng:
Lá trà tươi được cắt nhỏ (1 – 1.5mm) và ngâm trong dung môi với tỷ lệ 1:5 đến 1:15 g/ml trong thời gian từ 0 đến 90 phút Sau đó, dịch trà được chuyển đến bồn chứa, điều chỉnh pH và đưa vào lò vi sóng (450W) trong 300 – 420 giây, với các khoảng thời gian phát xạ cách nhau 30 giây để giữ nhiệt độ dưới 70 độ C Sau khi làm lạnh đến nhiệt độ phòng, dịch ngâm được lọc để tách bã và cô đặc bằng thiết bị cô đặc chân không thùng quay, cuối cùng được bảo quản trong tủ lạnh ở 4 độ C.
Phương pháp trích ly thông thường:
Cách tiến hành cũng giống như phương pháp trên, ngoại trừ thời gian trích ly là 180 phút
Xác định tổng lượng polyphenol
Tổng lượng polyphenol trong dịch ngâm được xác định qua phổ quang kế đo độ hấp thụ, sử dụng thuốc thử Folin – Ciocalteau và phổ quang kế Jenway 6505 UV – VIS tại bước sóng 700nm Thành phần của dịch trích ly trà được phân tích bằng phương pháp TLC.
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY Ảnh hưởng của thời gian trích ly
Hình 1 cho thấy rằng hiệu suất trích ly với phương pháp hỗ trợ vi sóng tăng theo thời gian, đạt tối đa 82.56% sau 360 giây, trong khi phương pháp trích ly bằng nhiệt thông thường chỉ đạt 61.14% sau 180 phút Đặc biệt, sau khi đạt hiệu suất tối đa, nếu tiếp tục kéo dài thời gian trích ly, hiệu suất không tăng mà còn giảm xuống dưới 50% khi vượt quá 420 giây, có thể do tác động của bức xạ vi sóng lên các phân tử polyphenol.
Hình 1: Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến tổng lượng polyphenol thu được Ảnh hưởng của thời gian ngâm
Quá trình ngâm trước khi trích ly có tác dụng tăng hiệu suất trích ly, nhưng mức độ cải thiện không đáng kể Cụ thể, hiệu suất trích ly đạt 73.64% mà không có ngâm, trong khi sau 30 phút ngâm, hiệu suất tăng lên 82.56% Tuy nhiên, khi thời gian ngâm kéo dài đến 60 phút, hiệu suất trích ly giảm nhẹ xuống còn 81.59% Phương pháp trích ly thông thường cũng cho thấy xu hướng tương tự, mặc dù hiệu suất vẫn thấp hơn.
Hình 2: Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến tổng lượng polyphenol thu được Ảnh hưởng của pH
Polyphenol có tính oxy hóa mạnh và dễ bị oxy hóa ở pH cao, do đó quá trình trích ly nên sử dụng pH acid để bảo vệ hoạt tính của chúng Hiệu suất trích ly cao nhất đạt 82.56% tại pH = 2.5, giảm xuống 79.09% khi pH = 2, và tiếp tục giảm khi pH trên 2.5, với hiệu suất chỉ đạt 52.5% ở pH = 6 Phương pháp trích ly thông thường cũng cho thấy hiệu suất cao nhất là 74.57% tại pH = 3.
Hình 3: Ảnh hưởng của pH đến tổng lượng polyphenol thu được Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi
Hiệu suất trích ly polyphenol trong nguyên liệu phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, với tỷ lệ 1/10 đạt hiệu suất cao nhất là 82.56% Tỷ lệ 1/5 chỉ cho hiệu suất 43.28%, trong khi tỷ lệ 1/15 làm giảm hiệu suất xuống còn 59.18% do thời gian gia nhiệt lâu hơn Phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng có hiệu quả tối ưu trong 360 giây, trong khi phương pháp thông thường với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi thấp hơn 1/5 cho hiệu suất rất thấp Tỷ lệ từ 1/5 đến 1/10 không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất vì thời gian trích ly dài (180 phút).
Hình 4: Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến tổng lượng dung môi thu được Ảnh hưởng của dung môi
Dung môi chính ảnh hưởng đến thí nghiệm là ethanol 70 o, với hiệu suất trích ly đạt 82.56%, cao hơn so với ethanol 80 o (81.36%) và ethanol 60 o (78.64%).
Hình 5: Ảnh hưởng của dung môi đến tổng lượng polyphenol thu được
Phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng cho hiệu suất trích ly cao hơn 36% so với phương pháp thông thường, khi so sánh các yếu tố như dung môi, thời gian ngâm, pH, và tỷ lệ nguyên liệu/dung môi Đặc biệt, phương pháp này tiết kiệm thời gian đáng kể, chỉ mất 6 phút cho quá trình trích ly và 36 phút tổng cộng, trong khi phương pháp truyền thống cần đến 180 phút cho quá trình trích ly và 210 phút tổng cộng.
Do đó, phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng cần được nghiên cứu nhiều hơn nữa để ứng dụng trong sản xuất.