TIỂU LUẬN QUÁ TRÌNH ĐUN NÓNG IUH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH

Tiểu luận môn các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm quá trình đun nóng do thầy Nguyễn Đắc Trường hướng dẫn iuh trường đại học công nghiệp Hồ Chí Minh tọa lạc tại đường Nguyễn Văn Bảo Viện sinh học và thực phẩm

QUÁ TRÌNH ĐUN NÓNG I- Bản chất quá trình đun nóng

1.1 Đun nóng là gì?

Đun nóng là một quá trình làm tăng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối cùng cho trước Là quá trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt

1.2 Sự chênh lệch nhiệt độ của quá trình đun nóng

Nhiệt độ ban đầu (tbđ) thuờng bằng nhiệt độ môi trường không khí chung quanh Nhiệt độ cuối cùng (tc) phụ thuộc vào mục đích của quá trình và tính chất của vật liệu, thường được xác định từ trước Chênh lệch giữa nhiệt độ cuối cùng và nhiệt

độ ban đầu luôn luôn là một đại lượng lớn hơn 0: t = tc – tbđ > 0 không phụ thuộc vào phương pháp thực hiện

1.3 Mục đích

- Mục đích chuẩn bị: trong thực tế quá trình đun nóng nhằm chuẩn bị cho các quá trình khác

- Mục đích khai thác: tăng hiệu suất thu nhận sản phẩm từ một loại nguyên liệu nào đó

- Mục đích chế biến: nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi về cấu trúc, tính chất,… làm cho chất lượng nguyên liệu bị biến đổi làm cho xấu đi hoặc tốt lên

- Mục đích bảo quản: làm mất hoạt tính của enzyme có trong nguyên liệu, ngăn ngừa những biến đổi xấu,…

- Mục đích hoàn thiện: một số loại thực phẩm thường tồn tại ở dạng bán thành phẩm vì vậy phải gia nhiệt để sản phẩm chín sử dụng được

1.4 Yêu cầu thiết bị

- Về cấu tạo: phải đủ dung tích công suất, đảm bảo năng suất dây chuyền, có diện tích truyền nhiệt thích hợp, có thiết bị khoáy đảo làm tăng hệ số K

- Vật liệu làm thiết bị phải có hệ số truyền nhiệt cao, không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, ít tốn năng lượng

- Thiết bị phải cấu tạo thuận lợi cho việc thao tác vận hành , có đầy đủ các thiết

bị kiểm tra, bảo đảm an toàn lao động

II- Các yếu tố ảnh hưởng

2.1 Nhiệt độ

Tuỳ theo nguyên liệu và giá trị mong muốn của người dùng nhanh hay chậm, ngắn hay dài trong quá trình đun nóng mà ta điều chỉnh nhiệt độ thích hợp Tuy nhiên nhiệt độ càng cao trong thời gian càng dài thì sẽ tổn thất đến giá trị dinh dưỡng

2.2 Thời gian

Trong quá trình đun nóng, thời gian là yếu tố tác động trực tiếp và quyết định giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Ngoài mục đích vô hoạt hoá enzyme, còn phải đảm bảo đến chất lượng sản phẩm Nên điều quan trọng là tuỳ theo cấu trúc thực phẩm

mà ta điều chỉnh thời gian phù hợp trong quá trình đun nóng, tránh đun quá dài để hạn chế sự ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng và đảm bảo chất lượng sản phẩm cho người tiêu dùng

2.3 Vật liệu môi trường chất tải

Tuỳ theo nguyên liệu và mục đích sử dụng mà ta chọn vật liệu( hơi nước, khí nóng, chất đốt hữu cơ, chất tải nhiệt…) cho phù hợp, an toàn trách cháy nổ trong quá trình đun nóng, hạn chế tổn thất về chi phí

2.4 Loại nguyên liệu

Ảnh hưởng của nguyên liệu về mặc kích thước, cân nặng mà ta điều chỉnh phù hợp với độ gia nhiệt hay chọn phương thức gia nhiệt thích hợp

2.5 Thiết bị

Có vai trò lớn trong quá trình đun nóng Nó đóng vai trò then chốt vì để đạt được kết quả mong muối trong quá trình đun nóng thì cần chọn thiết bị phù hợp Ví dụ như quá trình cô đặc thì ta chọn thiết bị hở, quá trình lỏng thì ta chọn thiết bị

đóng…

III- Các biến đổi

3.1 Biến đổi vật lý ( nhiệt, trạng thái, thể tích)

- Biến đổi về nhiệt độ : đạt nhiệt độ căn bằng, quá trình truyền nhiệt vào tâm phụ thuộc nhiều vào chiều dày của thực phẩm và hệ số truyền nhiệt của thực phẩm

- Biến đổ về thể tích : với nguyên liệu có cấu trúc xốp ví dụ như các loại rau khi chần hoặc luộc Với nguyên liệu có trạng thái rắn và đặc thì ngược lại, thể tích của chúng có thể tăng lên khi đun nóng như các sản phẩm thịt

- Biến đổi về khối lượng : giảm đi do quá trình bay hơi

3.2 Biến đổi hoá học

Tăng nhiệt độ làm:

- Tăng độ hòa tan và độ nhớt của chất lỏng

- Tạo nên sự chuyển pha trong thực phẩm: lỏng sang hơi, rắn thăng hoa

- Làm tăng tốc độ của quá trình thủy phân: tạo nên các chất màu mùi mới xuất hiện

- Tăng nhiệt độ của thực phẩm kéo theo các phản ứng hóa học như : phản ứng tạo màu caramen hóa do phản ứng mất nước của đường, phản ứng melanoldin do đường khử và các axit amin, phản ứng tạo màu quinonamin là phản ứng giữa octoquinon và axit amin

- Các phản ứng tạo màu diễn ra nhanh chóng khi tăng nhiệt độ do đó quá trình gia nhiệt được tận dụng để tạo ra giá trị cảm quan mới cho thực phẩm

- Tốc độ tăng nhiệt cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxyhoa , phản ứng tạo màu của các chất tạo màu của các chất

• Ví dụ: khi đung nóng khoai tây , càng đun nóng càng chậm bao nhiêu thì

khoai tây , tảo , lễ càng đen do các enzyme poliphenoloxydaza hoạt động càng lâu , phản ủng càng nhiều

- Do sự tác động tương hỗ giữa chlorophyl với các acid chứa trong dung dịch của

tế bào của rau quả

- Thời gian đun nóng càng lâu thì chlorophyl chuyền thành pheophyun vàng nhiều

- Các loại rau quả có hàm lượng acid càng cao thícàng dễ bị biến đổi mạnh và nhanh khi đun nấu

3.3 Biến đổi s inh hoá vi sinh

Cấu trúc tế bào : bị phá vỡ , tế bào bị nén chặt lại Cảm quan : Màu sắc của thực phẩm thay đổi : quả trình chắn sẽ làm ổn định màu sắc , làm mất hoạt tính

enzyme Mùi vị : làm mất mùi tự nhiên , tạo nên các chất thơm làm tăng giá trị cảm quan như làm mất mùi tanh của cá , tạo nên mùi thơm của thịt , làm mất mùi ngái của đậu nành,…

IV- Phương pháp thực hiện:

4.1 Trực tiếp:

Đun nóng trực tiếp bằng chất tải nhiệt( hơi nước) tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm Tốc độ truyền nhiệt cao, nhiệt độ tăng lên nhanh chóng Đưa thêm một lượng nước ngưng tụ vào trong thực phẩm -> chỉ dùng được trong trường hợp cho phép pha loãng thực phẩm cần đun nóng

Hình 4.1 : thiết bị đun nóng bằng phun hơi trực tiếp

Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp:

- Phương pháp dùng hơi nước sục thẳng vào trong lòng chất lỏng cần đun nóng, hơi nước ngưng tụ trộn lẫn với chất lỏng, cách nhiệt cho chất lỏng:

+ Van một chiều (5) không cho chất lỏng đi ngược trở lại trong trường hợp áp suất ống hơi thấp hơn áp suất khí quyển

+ Mở van phụ (4) để tháo hết nước ngưng đang tích tụ trong ống dẫn hơi trước khi đun nóng

- Thiết bị đun nóng loại sủi bọt dùng khi vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng Quy trình hoạt động:

+ Hơi từ ống hơi vào, được đi qua những ống phun hình xoắn ốc vòng tròn hoặc ống thẳng song song với những lỗ nhỏ đặt nằm dưới đáy bể chứa lỏng + Hơi nước phun đều trong bể có tác dụng khuấy trộn

 Hai thiết bị trên làm việc gây ra tiếng động ta nên dùng thiết bị đun nóng không

có tiếng động Quy trình hoạt động:

+ Lắp thêm cái loa ở đầu ống dẫn hơi

+ Hơi phun ra đầu ống dẫn hơi với vận tốc rất lớn áp suất tĩnh trong loa giảm xuống, chất lỏng bên ngoài loa ập vào đây loa vừa pha trộn với luồng hơi phun ra vừa làm tắt tiếng động

 Ưu điểm:

- Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp

 Nhược điểm:

- Phải đưa thêm một lượng nước ngưng tụ vào trong chất lỏng cần đun nó ( pha loãng chất lỏng cần đun )

- Do đó phương pháp này chỉ dùng trong các trường hợp cho phép pha loãng chất lỏng và không có phản ứng xảy ra giữa chất lỏng và nước

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

D×I + G2×C2×t2d = D×C2.t2c + G2×C2×t2c+ Qtt×T Lượng hơi cần thiết:

D = G2×C2×(t 2 c−t2 d)+T ×Q tt

I−C2×t 2 c

4.2 Gián tiếp:

- Đun nóng gián tiếp: ( nồi đựng hai vỏ ): thực phẩm cần đun nóng được chứa trong nồi, có thể lắp thêm cánh khuấy Hơi nóng đi vào khoảng không gian giữa hai lớp vỏ của nồi Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thường không lớn ( không quá

10 m2 ) Áp xuất hơi đốt không quá 10 atm Hệ số truyền nhiệt 300 – 1800J/m2s

độ C

- Có phương pháp đun nóng bằng hơi nước gián tiếp là phương pháp đun nóng, giữa hơi và chất lỏng có một tường ngăn cách Nhiệt từ hơi truyền qua tường để cung cấp cho chất lỏng Được thực hiện trong nhiều loại thiết bị có cấu tạo khác nhau như: thiết bị có vỏ bọc ngoài, loại ống xoắn, loại ống trùm, … Hơi nước sau khi cách nhiệt cho chất lỏng qua tường thì ngưng tụ lại thành nước ngưng, chảy ra

từ thiết bị theo đường ống riêng

- Ngoài ra còn đun nóng bằng lò điện trở đốt nóng gián tiếp, lò điện cảm ứng, đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt, dầu khoáng,…

V- Vấn đề thiết bị

5.1 Phân loại:

5.1.1 Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc gián đoạn:

Đây là loại thiết bị làm việc ơi áp suất thường Thường dùng để đung nóng nước, các loại dung dịch dùng để trần ( dùng dịch muối, dung dịch axit nitric… ), các dung dịch để rót vào hộp (dung dịch đường, nước pha, …), trong sản xuất bia… chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà, truyền nhiệt gián tiếp

Gồm hai loại:

- Thiết bị hở có hoặc không có cánh khuấy

- Thiết bị kín có hoặc không có cánh khuấy

 Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng

- Sử dụng được cho nhiều loại sản phẩm

 Ngược điểm:

- Áp suất hơi thấp, sự phân bố nhiệt không đều

- Bề mặt truyền nhiệt không lớn, nên thời gian đun lâu

- Làm việc gián đoạn

5.1.2 Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc liên tục ( ở áp suất thường ):

Thường sử dụng để đun nóng các dung dịch có độ nhớt lớn Đây là loại thiết bị làm việc liên tục có năng suất lớn

5.1.3 Thiết bị đun nóng kiểu ống:

Mục đích để đun ngóng các loại nước quả và các loại rau quả đã nghiền nhỏ Thiết

bị làm việc liên tục

Gồm hai loại:

- Thiết bị đun nóng kiểu ống trùm

Ưu điểm: cơ cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn

- Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống

Ưu điểm: hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể tạo ra tốc độ lớn ơi cả hai chất tải nhiệt, chế tạo đơn giản

Nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều kim loại, khó làm sạch khoảng không giữa hai ống

5.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

5.2.1 Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc gián đoạn:

a Cấu tạo:

- Sơ đồ nguyên tắt thiết bị đun nóng hai vỏ

Hình 4.2.1 : Thiết bị đun nóng 2 vỏ không có cánh khuấy

- Cấu tạo bình ngưng tụ:

Thiết bị có vỏ bên trong tiếp xúc với thực phẩm nên được chế tạo bằng thép không

rỉ, hoặc thép có men chống ăn mòn, còn vỏ ngoài được làm bằng thép hay gang, và thường được bọc ngoài một lớp cách nhiệt

b Nguyên tắc làm việc:

- Hơi nước theo van vào phòng hơi (1) truyền nhiệt cho sản phẩm qua bề mặt trao đổi nhiệt (4), khí không ngưng được xử định kì theo van (2), còn nước ngưng được tháo qua van xả nước ngưng hoặc qua bình ngưng (5)

- Bình ngưng tụ (5) làm việc như sau: Khi thân (3) tập trung được một lượng nước ngưng nào đó thì phao (2) nối liền với van thoát (4) được nâng lên theo hướng vào cốc (1) và các lỗ thoát mở ra để tháo nước ngưng Khi tháo được một phần nước ngưng ra ngoài thì phao sẽ hạ xuống và đậy kín lỗ tháo nhưng không cho hơi thoát ra khỏi ống tháo

- Để tăng cường khả năng truyền nhiệt và đun nóng đều, có thể sử dụng thiết bị đun nóng hai vỏ có cánh khuấy, các dạng cánh khuấy có cấu tạo khác nhau phụ thuộc vào lỗi sản phẩm cần đun nóng trong thiết bị

5.2.2 Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc liên tục ( ở áp suất thường ):

a Cấu tạo:

Hình 4.2.2: Thiết bị đun nóng 2 vỏ làm việc liên tục

b Nguyên tắc làm việc:

Thiết bị có cấu tạo dựng hình trụ nằm, gồm hai vỏ (1) và (2) hệ nắp (3) có thể tháo

mở được Hơi được cấp vào qua van (9) vào khoảng không (6) và trụ rỗng (4) để đun nóng, nước ngưng được tháo qua van tháo ngưng (10) Dung dịch đi vào cửa nập (7) nhờ cánh xoắn (5) chuyển dần vào trong thiết bị, sau khi đun nóng sản phẩm được tháo ra theo cửa (8)

5.2.3 Thiết bị đung nóng kiểu ống:

5.2.3.1 Thiết bị đun nóng kiểu ống trùm:

a Cấu tạo:

1 Cửa sản phẩm vào

2 Cửa sản phẩm ra

3 Đường hơi vào

4 Van xả nước ngưng

5 Xả khí không ngưng

6 Ống truyền nhiệt

7 Khoảng không

8 Lớp học cách nhiệt

9 Chân đế

10.Nắp thiết bị

b Nguyên tắc làm việc:

- Sản phẩm vào cửa (1) được đi dích dắc trong các ống (6) và sau khi đun nóng được ra cửa (2)

- Hơi được cấp vào theo đường ống (3) và phân bố vào khoảng không (7) truyền nhiệt cho các ống (6), nước ngưng được xử theo van (4), còn khí không ngưng

xả định kì theo van (5)

- Thiết bị được bọc cách nhiệt (8), và tựa tên giá đỡ (9)

- Nắp thiết bị (10) có thể tháo lắp để vệ sinh ống khi cần

- Thường chiều dài ống L=2m, vận tốc sản phẩm = 0,2:0,3 m/s

- Cách chia ngăn trong thiết bị ống trùm: Khi cần tăng tốc độ của chất tải nhiệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt, người ta chia thiết bị làm nhiều ngăn

5.2.3.2 Thiết bị đun nóng bằng ống bọc ống :

a Cấu tạo:

Hình 4.2.3.2: Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống

1 Cửa sản phẩm vào

2 Cửa sản phẩm ra

3 Ống truyền nhiệt

4 Cửa hơi vào

5 Khoảng không

6 Xả nước ngưng

b Nguyên tắc làm việc:

- Đây là loại thiết bị làm việc liên tục, hơi và sản phẩm đi ngược chiều Sản phẩm được bơm vào cửa (1) đi trong ống truyền nhiệt (3), sau khi đun nóng được ra ở cửa (2)

- Hơi được vào theo ống (4) và được phân bố vào khoảng không (5) bọc quanh các ống truyền nhiệt (5) Nước ngưng được xả theo van xả nước ngưng (6)

VI- Tổng kết

Với quá trình phản ứng thuận hiện một cách thuận lợi quá trình đun nóng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhằm mục đích chuẩn bị, khai thác và chế biến CNTP đáp ứng nhu cầu thực tiễn