Đề tài Công nghệ sản xuất bột nhân sâm hòa tan

e tan trong nước.  Hóa lý, sinh học, hóa sinh hầu như không có sự biến đổi. c. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình:  Lượng nước sử dụng: nếu sử dụng nhiều nước thì nguyên liệu sẽ đước rửa sạch nhưng tốn nhiều chi phí và độ ẩm tăng sẽ gây khó khăn cho quá trình nghiền tiếp theo.  Nhiệt độ nước: o Nhiệt độ thường: tách được của tạp chất có phân tử lượng lớn. o Nhiệt độ cao thì các cấu tử chuyển động hỗn loạn giúp ta tách được các cấu tử bẩn có phân tử lượng nhỏ nhưng bên cạnh đó các chất có thể hòa tan trong nước như saponin, vitamine…cũng bị tổn thất.  Kích thước và hình dạng nguyên liệu: Kích thước lớn, bề mặt nhân sâm ít nếp gấp thì quá trình tách tạp chất dễ dàng hơn và ngược lại.  Phương pháp rửa: o Rửa phun: nhờ áp lực của dòng nước phun vào các chất bẩn sẽ dễ daàng được tách ra. o Rửa ngâm: khó tách các tạp chất bám dính. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 23 d. Thiết bị: Thông số công nghệ: Nhiệt độ nước: 60 - 7OOC Thời gian rửa: 1 – 2 phút 2. Nghiền: Là quá trình làm biến đổi kích thước nguyên liệu đầu vào theo chiều hướng giảm nhỏ kích thước (size reduction). Động lực chính: Nén (compression), trượt (shear), va chạm (impact). Tùy từng thiết bị và tính chất của nguyên liệu mà sẽ có 1 động lực chính hoặc kết hợp (ví dụ: máy nghiền trục động lực chính là nén và trượt…). Quá trình nghiền thì quan trọng vì: o Tạo ra kích thước yêu cầu cho một số sản phẩm đặc biệt (các sản phẩm dạng bột…) o Gia tăng diện tích bề mặt phục vụ cho một số quá trình tiếp theo (ví dụ: trích ly, trao đổi nhiệt, phản ứng…) o Tăng khả năng nhào trộn o Vận chuyển được dễ dàng…. Có 2 phương pháp nghiền: Nghiền ướt (wet milling) và nghiền khô (dry milling). Ưu điểm Nhược điểm Nghiền ướt Không lo lắng về vấn đề bụi Kết hợp với vận chuyển bằng nước Máy móc bị mài mòn nhiều hơn Vón cục nếu ẩm quá cao Nghiền khô Máy móc ít bị mài mòn hơn Không bị vón cục Dễ nghiền hơn. Nguy cơ cháy nổ Không thể kết hợp với việc vận chuyển bằng nước. Hình 5: Thiết bị rửa phun Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 24 a. Mục đích công nghệ: Chuẩn bị Giảm kích thước nguyên liệu nhân sâm, tăng diện tích bề mặt chuẩn bị cho quá trình trích ly. b. Các biển đổi của nguyên liệu:  Vật lý: Giảm kích thước, nhân sâm chuyển từ củ lớn sang bột Tăng nhiệt độ do ma sát.  Hóa học: Xảy ra một số phản ứng phân hủy (saponins, chất mùi…) Oxy hóa cũng tăng mạnh (vitamins…)  Hóa lý: Tăng diện tích bề mặt Sự bay hơi của một số cấu tử mùi. Sau khi nghiền, đem trích ly càng sớm càng tốt.  Cảm quan: Giảm hương vị đặc trưng của nhân sâm do sự bay hơi một số chất mùi.  Các chỉ tiêu khác ảnh hưởng không đáng kể. c. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình:  Kích thước và hình dạng của nguyên liệu: o Kích thước nhỏ thời gian nghiền ngắn và ngược lại. o Nguyên liệu đầu vào cần đồng nhất với nhau để đảm bảo chế độ nghiền và thời gian nghiền được tối ưu hóa.  Độ ẩm và phương pháp nghiền: o Độ ẩm cao (ứng với phương pháp nghiền ướt): nguyên liệu dễ kết dính, vón cục gây khó khăn trong quá trình nghiền kéo dài thời gian nghiền và có thể làm mài mòn thiết bị. o Độ ẩm thấp (ứng với phương pháp nghiền khô): dễ nghiền nhưng có nhiều bụi, tăng nguy cơ gây cháy nổ, khả năng nhiễm vi sinh vật trong sản phẩm lớn và làm tổn thất nguyên liệu.  Thành phần hóa học và cấu trúc của nguyên liệu khi nghiền: nguyên liệu có cấu trúc cứng thì dễ nghiền, dẻo thì khó nghiền hơn.  Thiết bị nghiền: nghiền trục, nghiền búa, nghiền phân tán…  Kích thước vật liệu sau khi nghiền: ảnh hưởng đến thông số nghiền, thời gian nghiền và phương pháp nghiền. d. Thiết bị: Máy nghiền trục (roll mills) Máy nghiền trục thông thường được cấu tạo từ 2 trục cán hình trụ bằng thép, nằm ngang, xoay ngược chiều nhau hoặc trong một vài trường hợp là 1 hệ thống các trục. Sau khi nghiền, bước tiếp theo là sàng, tách ra những hạt có kích thước lớn và lặp lại quá trình nghiền. Tuy nhiên, có một số thiết bị sử dụng 2 cặp trục nghiền trước khi qua quá trình sàng. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 25 Bề mặt của trục cán có thể trơn nhẵn, có rãnh, gợn sóng hoặc ăn khớp theo kiểu răng cưa. Trong thực phẩm thường sử dụng nhất là trục cán trơn nhẵn, có rãnh và gợn sóng. Những trục cán lớn, đường kính trên 500 mm, tốc độ quay từ 50 – 300 vòng/phút. Những trục nhỏ có thể quay nhanh hơn. Thông thường, khoảng cách giữa 2 trục cán là có thể thay đổi được. Lò xo nén quá tải (overload compression spring) cũng được lắp vào thiết bị để bảo vệ trục cán khỏi bị phá hủy nếu có 1 vật cứng cố gắng vượt qua khoảng cách giữa 2 trục. Thông số công nghệ: Kích thước của bột nhân sâm ảnh hưởng đến quá trình trích ly và lọc ở những quá trình tiếp theo. Nếu bột quá mịn, trích ly dễ hơn, nhưng lọc sẽ rất khó khăn. Nếu bột quá thô, lọc dễ, nhưng hiệu suất trích ly không cao. Do đó chúng ta cần phải tối ưu hóa kích thước bột nhân sâm sau khi nghiền. Thông thường ta chọn d = 1 – 2 mm (trung bình 1.5 mm). 3. Trích ly: Trích ly là sự rút chất hòa tan có trong nguyên liệu bằng 1 chất hòa tan khác (gọi là dung môi) nhờ quá trình khuếch tán chất giữa những vùng có nồng độ khác nhau. Nguyên liệu của quá trình trích ly có thể ở dạng lỏng hoặc rắn. Quá trình trích ly được tiến hành bằng cách cho những nguyên liệu tiếp xúc với dung môi thích hợp. Sự chênh Hình 6: Máy nghiền trục Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 26 lệch nồng độ giữa 2 pha chính là động lực của quá trình trích ly. Quá trình hòa tan các chất trong nguyên liệu xảy ra cho đến khi đạt sự cân bằng về nồng độ của dịch trích ly giữa các lớp bên trong và lớp mặt ngoài của nguyên liệu. Quá trình này còn được gọi là sự chuyển khối, được thực hiện nhờ sự khuếch tán phân tử (sự vận chuyển chất tan từ tâm nguyên liệu ra dung môi) và sự khuếch tán đối lưu (sự vận chuyển chất tan từ bề mặt nguyên liệu ra dung môi). Lúc đầu, dung môi sẽ hòa tan các chất nằm ở bề mặt nguyên liệu, sau đó mới thấm sâu vào các khe vách bên trong nguyên liệu để hòa tan các chất bên trong. Rõ rang sự hòa tan lúc đầu diễn ra nhanh, sau đó chậm dần và ngừng lại cho đến lúc đạt sự cân bằng nồng độ. Dung môi Nước (H2O) Có tính hòa tan chọn lọc Không tác dụng hóa học với các cấu tử của dung dịch trích ly Không tác dụng hóa học hay phá hủy thiết bị trích ly Không bị biến đổi thành phần khi bảo quản Không gây độc với người thao tác, không tạo hỗn hợp gây nổ với không khí Dung môi phải rẻ tiền, dễ kiếm Dung môi phải dễ tách ra khỏi sản phẩm sau khi trích ly. Sau khi tách không được để lại mùi vị lạ và không gây độc cho sản phẩm Nước uống được con người sử dụng hằng ngày Hòa tan được nhiều chất tan, đặc biệt là saponin, cấu tử quý có trong nhân sâm Không ăn mòn thiết bị Không gây độc hay nguy hiểm trong quá trình thao tác Giá thành rẻ, dễ tìm Không để lại mùi vị lạ cho sản phẩm a. Mục đích công nghệ: Khai thác Thu hồi saponin và 1 số cấu tử hòa tan có lợi cho sản phẩm. b. Các biến đổi của nguyên liệu:  Vật lý:  Sự thay đổi về thể tích, khối lượng riêng, nhiệt độ của dung dịch và bã nhân sâm.  Quá trình khuếch tán các chất hòa tan từ trong nhân sâm ra dung môi, song song đó, quá trình khuếch tán ngược chiều, nước vào trong khối bột. Xảy ra hiện tượng trương nở, tăng thể tích của khối bột.  Hóa học:  Thay đổi hàm lượng chất khô và chất hòa tan trong 2 pha rắn – lỏng.  Sự thủy phân một số chất có trong nhân sâm (đường, protein, saponins…)  Sự phân hủy một số chất mùi. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 27  Hóa lý:  Sự hòa tan một số chất vào dung môi làm tăng độ nhớt của dung dịch  Sự bay hơi một số hợp chất mùi.  Sinh học: Tiêu diệt và/hoặc ức chế một số vi sinh vật.  Hóa sinh: Vô hoạt hệ enzyme thủy phân và oxy hóa – khử.  Cảm quan:  Màu sậm hơn do xảy ra phản ứng Maillard  Mùi giảm do sự bay hơi của các cấu tử mùi. c. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình:  Nguyên liệu: o Kích thước và hình dạng của nguyên liệu: nguyên liệu có kích thước nhỏ thì bề mặt tiếp xúc tăng giúp quá trình trích ly đạt hiệu quả cao hơn. o Thành phần hóa học của nguyên liệu: những chất cần thu nhận phải có khả năng hòa tan tốt trong dung môi, bên cạnh đó những chất không cần thu nhận ( có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm) thì càng ít hòa tan càng tốt ( tốt nhất là không thể hòa tan trong dung môi). o Ẩm và sự phân bố ẩm trong nguyên liệu: ẩm tăng, tốc độ trích ly thấp do nước liên kết với protein và các hợp chất háo nước, ngăn cản sự thấm sâu của dung môi vào bên trong.  Quá trình và thiết bị: o Tỉ lệ dung môi : nguyên liệu: Dung môi quá nhiều thì dễ trích ly nhưng tốn chi phí và dung dịch trích ly sẽ bị loãng. Dung môi ít: không thu nhận được hết các chất cần chiết. o Nhiệt độ: Nhiệt độ cao: các cấu tử chuyển động hỗn loạn làm tăng tốc độ khuếch tán do đó hiệu suất quá trình trích ly tăng, làm biến tính một số chất. Thời gian trích ly: thời gian càng dài thì trích ly càng triệt để nhưng tốn nhiều chi phí mà hiệu suất trích ly tăng khôn đáng kể.  Sản phẩm: Nồng độ trích ly cần đạt được. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 28 d. Thiết bị: Bộ khuếch tán gồm 8 – 10 ống khuếch tán, được lắp trên 1 mặt phẳng chung. Tất cả các ống của bộ khuếch tán được thống nhất hóa, có hình dạng xylanh đứng, với các cửa đóng kín lật được và có ống đáy hình nón. Phần dưới nón của ống khuếch tán có ống nối để nạp dung môi (nước nóng) vào khuếch tán, nạp hơi để tiệt trùng thiết bị, để tháo nước rửa và bã. Phần trên xylanh của ống khuếch tán có khớp nối để lấy nước chiết. Các khớp nối phía dưới đều có van 3 cửa để tháo phần chiết được vào ống khuếch tán tiếp theo hoặc vào ống để xả. Các van được phân bố sao cho bất kỳ ống khuếch tán nào cũng có thể ngừng hoạt động mà không ngừng hoạt động của bộ khuếch tán. Các ống khuếch tán được kết hợp 1 cách liên tục, dịch được tr ích ly từ phần trên của ống khuếch tán trước đó cho vào phần dưới của ống tiếp theo. Quá trình cứ thế tiếp tục cho đến khi đạt được độ trích ở ống khuếch tán đầu tiên. Sau đó tháo hết dung dịch khỏi nồi thứ nhất rồi cho vật liệu mới vào. Lúc này, nồi 1 trở thành thiết bị cuối và nồi 2 trước kia trở thành nồi thứ nhất. Các nồi cứ thay phiên nhau tháo nhập liệu như thế nên hệ thống trở nên liên tục. Hình 7: Thiết bị trích ly bộ lọc (bộ khuếch tán) 1-ống khuếch tán; 2-dòng chảy của nước chiết; 3-vít tải nhập liệu; 4-ống cung cấp nước nóng khuếch tán; 5-ống thu nhận nước chiết; 6-khớp tháo; 7-thùng chứa nước chiết; 8-vít tải; 9-dẫn động vít tải; 10-dòng thải Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 29 Hình 8: Sơ đồ quá trình trích ly nhiều bậc Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 30 Thông số công nghệ:  Điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly:  pH = 7  Nhiệt độ trích ly to = 85oC  Một số chỉ tiêu hóa lý của dịch chiết nhân sâm thu được từ quá trình trích ly trên:  Hàm lượng chất khô = 4,8%  Hàm lượng đường khử = 35g/l  Hàm lượng nitơ tổng = 0,52%  Hàm lượng acid hữu cơ = 0,45%  Saponin dương tính  Hàm lượng tro = 0,31% 4. Lọc: a. Mục đích công nghệ: Làm sạch, tách đi những cấu tử xấu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Trích ly thêm nhưng cấu tử có lợi. b. Các biến đổi của nguyên liệu:  Vật lý: - Thể tích và khối lượng giảm - Tỉ trọng giảm - Nhiệt độ giảm  Hóa học: + Một số chất có khối lượng phân tử lớn bị giữ lại, do đó độ nhớt của dung dịch giảm. + Một số cấu tử có ích cũng bị giữ theo cặn (vd: protein, vitamin, chất màu…)  Hóa lý: Sự kết tụ một số chất keo có trong dung dịch do nhiệt độ thấp  Sinh học: Một số vi sinh vật bị giữ lại theo bã lọc  Hóa sinh: Hầu như không có sự biến đổi đáng kể  Cảm quan: Có sự thay đổi về trạng thái, màu sắc…của dung dịch. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 31 c. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình:  Dung dịch đem lọc: nếu dung dịch chứa các chất không hòa tan có kích thước lớn thì quá trình lọc sẽ diễn ra dễ dàng hơn, ngược lại vật liệt sau khi nghiền có kích thước quá mịn sẽ gây khó khăn cho quá trình lọc, dung dịch sau lọc sẽ bị đục.  Tính chất của bã lọc: o Bã tơi xốp thì quá trình lọc dễ dàng nên không cần phải lọc dưới áp suất, vì vậy đỡ tốn chi phí năng lượng. o Bã nhuyễn, kết dính thì thời gian lọc sẽ lâu hơn, có thể làm bít vải lọc.  Nhiệt độ lọc: Nhiệt độ cao quá trình lọc diễn ra nhanh hơn khi lọc ở nhiệt độ thường.  Sử dụng các chất trợ lọc (bentonite…): giúp quá trình lọc xảy ra nhanh hơn, thuận lợi hơn. d. Thiết bị: Thiết bị lọc khung bản: Việc sử dụng phương pháp lọc trọng lực thì không có hiệu quả đối với các dung dịch huyền phù thực phẩm. Vì thế ở quá trình này ta sử dụng phương pháp lọc áp lực với thiết bị lọc khung bản. Trong quá trình lọc áp lực, nhập liệu được bơm xuyên qua bã và vật liệu lọc, dung dịch lọc sẽ được tháo ra ở áp suất khí quyển. Thiết bị lọc ép khung bản được cấu tạo bởi bộ phận chính là khung và bản. Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi cửa ngõ nhập huyền phù vào. Bản lọc tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn nước lọc, giữa khung và bản có đặt vật ngăn lọc, chung quanh khung và bản hình thành bề mặt nhô cao để tạo sự bít kín lúc ghép khung, bản lại. Ở đây, ta sử dụng vật ngăn lọc là vải làm bằng sợi tổng hợp. Nhập liệu được bơm vào xuyên qua những lổ hỏng mở ở 1 góc của khung. Bã tích lũy trong khung, dịch lỏng xuyên qua vải lọc, chảy qua những rảnh trên bề mặ bản lọc và thoá t ra ngoài. Khi lọc hoàn tất, nước rửa bã được bơm vào thiết bị theo đường nhập liệu. Một số thiết bị có thêm bản rửa bã (wash plates)_cách 2 bản lọc là bản rửa bã. Trong suốt quá trình lọc, bản này hoạt động như bản lọc bình thường. Trong suốt quá trình rửa bã, van thoát dịch được khóa lại, nước rửa được bơm ở trên bề mặt của bản rửa thông qua kênh dẫn bên trong. Nước rửa xuyên qua toàn bộ bề dày của bã và 2 lớp vật ngăn lọc trước khi thoát ra ngoài thông qua bản lọc thông thường. Điều này làm tăng hiệu quả cho việc rửa bã hơn bình thường. Sau khi rửa xong, tháo thiết bị, gở bã, rửa vải lọc, chuẩn bị cho lần lọc tiếp theo. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 32 Hình 9 : Thiết bị lọc khung bản Hình 10 : Khung và bản lọc Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 33 5. Cô đặc bốc hơi: a. Mục đích công nghệ: - Chuẩn bị: quá trình cô đặc nhằm chuẩn bị cho quá trình sấy, giúp làm giảm một lượng nước khá lớn trong dịch chiết trước khi đưa vào sấy, giảm chi phí về năng lượng và cả thời gian sấy. b. Các biến đổi trong quá trình:  Vật lý: Khi nồng độ dung dịch tăng: - Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung giảm - Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi của dung dịch tăng  Hóa học: - Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng Caramel hóa - Phản ứng thủy phân một số hợp chất cao phân tử  Hóa lý: - Một số protein bị biến tính bất thuận nghịch vì nhiệt - Sự bay hơi của một số hợp chất mùi  Sinh học: Tiêu diệt và/hoặc ức chế một số vi sinh vật  Hóa sinh: Hệ enzyme oxy-hóa khử hầu như đã bị ức chế ở những quá trình trên. Vì thế không có sự biến đổi đáng kể.  Cảm quan: - Mùi bị nhạt hơn do các cấu tử mùi bay hơi - Màu bị sậm hơn do phản ứng Maillard c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:  Nhiệt độ và áp suất: nếu tăng nhiệt độ hay giảm áp suất: nồng độ dung dịch sau cô đặc tăng. Tuy nhiên, nhiệt độ càng cao thì tiêu chuẩn cảm quan của dịch chiết càng giảm: màu sắc càng sậm, đặc biệt là cấu tử mùi bị mất đi càng nhiều làm cho mùi thơm nhạt dần.  Thời gian: Thời gian cô đặc càng dài thì nồng độ dung dịch càng cao. Tuy nhiên thời gian kéo dài sẽ làm tăng chi phí năng lượng  Yêu cầu nồng độ chất khô đầu và cuối, tính chất hóa lý của sản phẩm. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 34 d. Thiết bị: - Hiện tượng tổn thất chất khô do bị lôi cuốn bởi hơi thứ: Hơi thứ khi thoát ra khỏi thiết bị cô đặc có thể bị lôi cuốn theo một số cấu tử ở trạng thái sương mù. Hiện tượng này xảy ra khi ta gia nhiệt làm cho sự sôi của dung dịch diễn ra quá mãnh liệt. Thông thường, các thiết bị cô đặc có không gian hoặc bộ phận tách sương mù nhằm hạn chế sự tổn thất chất khô do hơi thứ lôi cuốn theo. - Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Thiết bị gồm 3 phần cơ bản: buồng đốt ngoài, buồng bốc và thiết bị ngưng tụ Buồng đốt - Bên trong có nhiều ống được lắp đặt cạnh nhau tạo thành một chùm ống. Hai đầu của chùm ống được cố định bởi 2 vỉ ống và toàn bộ chúng được bao bọc bởi một lớp vỏ áo. Hơi nước được đưa vào bên trong lớp vỏ áo để gia nhiệt , còn chất lỏng được đưa vào khoảng không gian giữa các ống . - Chất lỏng được vào phần trên đỉnh buồng đốt và qua hệ thống phân phối lỏng chúng sẽ được phân phối một cách đều đặn ở mặt trong của ống, chảy xuống tạo thành một màng mỏng. Quá trình bốc hơi sẽ diễn ra tại đây nhờ nhiệt được cung cấp bởi hơi nước. Hơi nước ngưng tụ và chảy xuống ở mặt ngoài của ống. - Chất lỏng đã được cô đặc phần lớn sẽ được tháo ra ở đáy buồng đốt, một phần bị hơi nước lôi cuốn đi qua buồng bốc. Buồng bốc - Buồng bốc thường có đường kính lớn, là nơi phân ly hỗn hợp hơi và dung dịch cô đặc. Hơi thứ được hút sang thiết bị ngưng tụ, tại đây có thể bố trí hệ thống thu hồi các chất thơm dễ bay hơi. - Sau khi tách hơi, phần chất lỏng này cũng được tháo ra cùng với phần lỏng đã được cô đặc lấy ra ở buồng đốt rồi tiếp tục được xử lý tiếp ở quá trình sau. Còn hơi sẽ rời khỏi bộ phận tách hơi tại đỉnh. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 35 Thiết bị ngưng tụ: đưa nước vào tiếp xúc trực tiếp với dòng hơi, có thiết bị hút chân không đối với những hơi không ngưng. Hình 11: Thiết bị cô đặc chân không một cấp dạng màng rơi. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 36 Thông số công nghệ: Thiết bị cô đặc chân không một cấp dạng màng rơi.  Nhiệt độ: 75– 80 0C  Độ chân không: 405 – 430 mmHg  Nồng độ dịch nhân sâm đầu vào: 3-5%  Nồng độ dịch nhân sâm đầu ra: 15 -20% 6. Phối chế: a. Mục đích công nghệ: - Chuẩn bị cho quá trình sấy phun: bổ sung thêm maltodextrin để điều chỉnh nồng độ chất khô trong dịch cô đặc khi nồng độ này chưa đạt yêu cầu để sấy, góp phần làm tăng hiệu quả quá trình sấy. Trong đó maltodextrin đóng vai trò là chất độn, giảm giá thành sản phẩm. b. Các biến đổi trong quá trình: - Hoá học: Nồng độ chất khô trong dịch tăng. + Độ ẩm giảm. + Có sự thay đổi về thành phần và hàm lượng các chất - Vật lý: + Sự tăng tỷ trọng, thể tích, khối lượng của dịch. + Sự tăng độ nhớt do maltodextrin có phân tử lượng tương đối lớn. - Hóa lý: + Maltodextrin hòa tan vào dịch nhân sâm đã cô đặc + Trong lúc khuấy trộn sinh ra bọt khí - Cảm quan: + Độ ngọt tăng. + Xuất hiện mùi của maltodextrin. - Những chỉ tiêu khác hầu như không có sự thay đổi đáng kể c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình: - Nồng độ chất khô của dịch sau khi cô đặc, ảnh hưởng đến độ nhớt - Loại thiết bị, cánh khuấy, vận tốc khuấy trộn, thời gian khuấy trộn. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 37 d. Thiết bị: Thiết bị bình khuấy trộn bằng cánh khuấy Thiết bị này thích hợp với khuấy trộn như dịch cô đặc bổ sung thêm maltodextrin trong trường hợp nồng độ chất khô không đạt yêu cầu cho quá trình sấy, ít tiêu tốn năng lượng hơn các cánh khuấy khác như cánh khuấy tuabin… Thiết bị gồm nồi hình trụ, có lắp cánh khuấy ở đường tâm với mục đích để đảo trộn các nguyên liệu. Khi cánh khuấy quay sẽ tạo ra động năng đẩy khối chất lỏng chuyển động trong lòng thiết bị, giúp đảo trộn đồng đều hỗn hợp. Hình 12: Thiết bị bình khuấy trộn bằng cánh khuấy Thông số công nghệ:  Nồng độ dịch nhân sâm sau khi cô đặc: 15 – 20%  Nồng độ dung dịch sau khi phối chế: 30 – 40% 7. Sấy phun: Đây là 1 trong những phương pháp phổ biến được sử dụng để sấy thực phẩm lỏng hay huyền phù thành dạng bột. Nhập liệu được chuyển thành dạng bụi hoặc sương mịn thông qua 1 cơ cấu phun sương. Kích cỡ của hạt có thể dao động trong khoảng 10 – 200 µm, tuy nhiên cũng có 1 vài thiết bị cho kích thước hạt lớn hơn. Bụi sương sinh ra sẽ tiếp xúc với không khí nóng trong buồng sấy. Bởi vì kích thước của các hạt nhỏ, nên diện tích bề mặt bốc hơi sẽ rất lớn. Thêm nữa, khoảng cách để ẩm di chuyển ra bề mặt sấy cũng ngắn. Chính vì thế, thời gian sấy là rất ngắn, thường nằm trong khoảng 1 – 20 s. Sự bốc hơi ẩm tại bề mặt sấy giúp duy trì nhiệt độ của hạt gần với nhiệt độ bầu ướt của không khí sấy. Hầu hết quá trình sấy diễn ra dưới những điều kiện tốc độ cố định. Nếu những hạt nhỏ được thoát ra khỏi buồng sấy 1 cách nhanh chóng khi chúng được sấy, thì sự phá hủy bởi nhiệt sẽ bị hạn chế. Vì thế, sấy phun còn có thể được sử dụng để sấy những sản phẩm mẫn cảm với nhiệt.  Nhập liệu: dịch chiết nhân sâm đã cô đặc và phối chế  Tác nhân sấy: không khí nóng Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 38 a. Mục đích công nghệ:  Chế biến: dịch trích được phân tán thành các hạt nhỏ li ti trong buồng sấy rồi tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy. Do đó, hơi nước sẽ được bốc hơi đi nhanh chóng, ta thu được bột nhân sâm hòa tan.  Bảo quản: bột nhân sâm thu được có hàm ẩm thấp (2 – 4 %) nên sẽ kéo dài thời gian bảo quản. b. Các biến đổi trong quá trình:  Vật lý: thay đổi về thể tích, khối lượng và tỷ trọng do ẩm bốc hơi.  Hóa học: - Hàm ẩm giảm nhanh chóng - Có thể xảy ra các biến đổi do sự oxy hóa không enzyme đối với những hợp chất mẫn cảm với nhiệt độ như hương/mùi. - Nhiệt độ cao gây biến tính protein hòa tan trong dịch trích - Có thể xảy ra những phản ứng như Maillard, Caramel hóa… Nhìn chung do thời gian sấy rất ngắn nên những biến đổi này xảy ra không đáng kể.  Hóa lý: - Sự bay hơi nước, và những cấu tử dễ bay hơi ở nhiệt độ cao - Sự chuyển pha của dịch trích nhân sâm từ dung dịch lỏng thành dạng bột rắn.  Sinh học và hóa sinh thay đổi không đáng kể.  Cảm quan: - Làm tăng cường độ màu (nâu, sẫm màu hơn) - Giải phóng 1 số chất thơm tạo mùi đặc trưng - Cường độ vị tăng do ẩm giảm, nhất là vị đắng và ngọt. c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình: Nồng độ chất khô của nhập liệu: - Nồng độ chất khô quá cao làm độ nhớt tăng cao, khó sấy hoặc phải tốn chi phí năng lượng lớn. - Nồng độ quá thấp thì ẩm nhiều, thời gian sấy rất lâu và không mang lại hiệu quà kinh tế. Nhiệt độ tác nhân sấy - Nhiệt độ quá cao thì thời gian sấy ngắn nhưng sẽ làm tổn thất chất dinh dưỡng, ảnh hưởng xấu đến cảm quan. - Nhiệt cao thấp: kéo dài thời gian sấy, hiệu suất sấy thấp. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 39 Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy + Đầu phun ly tâm: 1 – 600 µm + Đầu phun 1 dòng: 10 – 800 µm + Đầu phun 2 dòng: 5 – 300 µm Lưu lượng dòng nhập liệu:  Ta không điều chỉnh trực tiếp lưu lượng nhập liệu mà chỉ thay đổi tốc độ bơm nhập liệu bằng cách thay đổi tốc độ quay của rotor trong bơm.  Tốc độ phun (ml/phút) càng tăng thì nhiệt độ ra của khí càng thấp, độ ẩm sản phẩm càng tăng hiệu suất thu hồi càng giảm. Bề mặt truyền nhiệt V (m3) D hạt Số hạt S một hạt S tổng (m2) 1 1,234 m 1 3,14 m2 3,14 1 1 cm 1,986×106 3,14 cm2 623,6 1 1 mm 1,986×109 3,14 mm2 6236 1 100 µm 1,986×1012 31400 µm2 62360 1 1 µm 1,986×1018 3,14 µm2 6236000 d. Thiết bị: Hệ thống thiết bị bao gồm: - Cơ cấu phun sương - Buồng sấy - Caloriphe - Quạt - Bộ phận thu hồi sản phẩm  Cơ cấu phun sương:  Đầu phun ly tâm: * Đường kính đĩa quay 50 – 300 mm * Tốc độ quay 50 000 – 10 000 rpm Hình 13: Đầu phun ly tâm Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 40 Kích thước hạt sau sấy đồng đều, có thể giải quyết về vấn đề độ nhớt cao và không chịu ảnh hưởng bởi sự mài mòn, sự tắt nghẹt đầu phun bởi nhập liệu huyền phù.  Buồng sấy:  Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy cùng chiều: Buồng hình trụ cao, đáy côn. Không khí nóng và nhập liệu được đưa vào từ đỉnh buồng sấy. Loại buồng này thích hợp cho hạt kích thước lớn và mẫn cảm với nhiệt. Đặc biệt, những hạt bột có khuynh hướng dính vào thành buồng, có thêm hệ thống làm lạnh ở vùng đáy côn để giải quyết vấn đề trên. Hình 14: Buồng sấy phun.  Hệ thống thu hồi sản phẩm: Thường sử dụng cyclon để tách sản phẩm (dạng bụi nhỏ) khỏi khí thoát ra theo phương pháp lắng xoáy tâm. Khí thoát ra có chứa sản phẩm sẽ được đưa vào cyclon từ phần đỉnh theo phương tiếp tuyến với thiết bị. Bột sản phẩm chuyển động theo phương xoắn ống và rơi xuống đáy cyclon. Còn dòng không khí sẽ thoát ra ngoài theo cửa trên đỉnh cyclon. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 41  Quạt:  Dùng để tăng lưu lượng dòng không khí nóng chuyển động trong buồng sấy.  Hệ thống sấy phun thường được trang bị hệ thống 2 quạt ly tâm:  Quạt chính: Đặt sau cyclon, thu hồi sản phẩm  Quạt phụ: Đặt trước caloriphe, hút không khí vào caloriphe để gia nhiệt Ngoài ra trong hệ thống sấy phun còn có các thiết bị phụ trợ như: thiết bị chứa dịch trích, thiết bị lọc dịch, bơm cao áp dùng nhập liệu, caloriphe, cyclon…. Nguyên lý hoạt động: Quạt A hút không khí thông qua màng lọc B và chuyển vào caloriphe C để gia nhiệt. Không khí sau khi gia nhiệt sẽ được thổi vào buồng sấy D. Bơm cao áp E sẽ bơm nhập liệu từ bể chứa F vào cơ cấu phun sương G. Nhập liệu sau đó sẽ được chuyển thành sương mù, tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng trong buồng sấy, diễn ra quá trình sấy. Đa số bột thành phẩm sẽ được tháo ra ở đáy của buồng sấy, thông qua van H và được vận chuyển đến thùng chứa thông qua đường ống dẫn I. Không khí rời khỏi buồng sấy thông qua ống J, qua cyclon thu hồi sản phẩm K để tận thu lại số bột bị hơi lôi cuốn theo. Lượng bột thu được có thể được vận chuyển vào buồng chứa cùng với lượng bột trên thông qua van M, hoặc có thể được hồi lưu lại gần vùng phun sương trong buồng sấy. Hình 15: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy phun Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 42 Thông số công nghệ: o Nồng độ chất khô của dung dịch trước khi sấy phun: 30% o Nhiệt độ tác nhân sấy đầu vào: 180oC o Lưu lượng dòng nhập liệu: 32,5ml/phút o Nhiệt độ tác nhân sấy đầu ra: 79 – 85oC o Độ ẩm của bột nhân sâm sau khi sấy: 3 -4% o Kích thước hạt: 30 - 80µm o Thời gian lưu: 5s 8. Sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo điều kiện sấy thăng hoa, vật liệu sấy phải được làm lạnh dưới điểm ba (rắn, lỏng, khí), nhiệt độ to = 0,0098oC và áp suất P = 4,6 mmHg. Hình 16: Đồ thị p – t của nước Từ đồ thị cho thấy, áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nước càng nhỏ. Áp suất (mmHg) Áp suất (N/m2) Nhiệt độ (oC) 4,60 613,333 0,0098 1,000 133,333 - 175 0,100 13,333 - 39,3 0,001 0,133 - 57,6 Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 43 Quá trình sấy thăng hoa có 3 giai đoạn:  Giai đoạn 1: Làm lạnh sản phẩm Sản phẩm được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường xuống -10 ÷ -15oC. Nhiệt độ vật liệu biến đổi đường 3. Trong giai đoạn này, không gian trong bình thăng hoa có áp suất nhỏ (chân không), do đó phần áp suất hơi nước cũng giảm so với phần áp suất hơi nước trong lòng vật liệu, làm thoát ẩm vào khoảng không trong bình thăng hoa (khoảng 10 – 15%), nhiệt độ vật liệu sấy giảm xuống dưới điểm 3.  Giai đoạn 2: Giai đoạn thăng hoa Ẩm trong vật liệu rắn sẽ thăng hoa thành hơi và thoát ra khỏi vật liệu. Giai đoạn thăng hoa có thể xem tốc độ sấy không đổi. Nhiệt độ vật liệu sấy (đường 3) hầu như không đổi. Cuối giai đoạn này, nhiệt độ tăng từ -(10 ÷ 15oC) lên tới 0oC. Tại đây, quá trình thăng hoa kết thúc.  Giai đoạn 3: Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại Ở giai đoạn này, nhiệt độ vật liệu tăng (trên điểm 3), do đó độ ẩm trong vật liệu trở về dạng lỏng. Áp suất trong bình thăng hoa vẫn nhỏ hơn áp suất khí quyển nhờ bơm chân không và vật liệu tiếp tục gia nhiệt nên ẩm vẫn bốc hơi và đi vào bình thăng hoa. Như thế quá trình bốc hơi ẩm còn lại chính là quá trình sấy chân không bình thường. a. Mục đích công nghệ: Chế biến Bảo quản: o Sản phẩm sau khi sấy có hàm ẩm thấp (2 – 4%), kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm o Vi sinh vật bị tiêu diệt trong quá trình lạnh đông, tăng thời gian bảo quản. Hoàn thiện: Không làm mất đi những cấu tử hương của nhân sâm. b. Các biến đổi trong quá trình:  Vật lý: Sự thay đổi về tỷ trọng  Hóa học: Hàm ẩm giảm nhanh chóng  Hóa lý: - Có sự chuyển pha từ dung dịch lỏng sang rắn - Sự thăng hoa của tinh thể nước đá từ rắn sang khí  Sinh học: Có thể tiêu diệt 1 số vi sinh vật trong quá trình lạnh đông do tốc độ làm lạnh nhanh  Cảm quan: Giữ được tính chất cảm quan, hương, vị từ sản phẩm ban đầu do nhiệt độ của vật liệu bắt đầu sấy thấp -15oC ÷ -20oC. Khi độ ẩm của sản phẩm giảm xuống, nhiệt độ của vật liệu cũng tăng đến tối đa 30oC ÷ 40oC. Điều kiện như thế đảm bảo quá trình oxy hóa tối thiểu của sản phẩm và hàm lượng oxy của phòng sấy không đáng kể. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 44 c. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình: Nồng độ chất khô của nhập liệu: o Nếu quá cao thì khi làm lạnh đông , nồng độ chất khô tăng, điểm lạnh đông sẽ giảm xuống, gây khó khăn cho quá trình lạnh đông tiếp theo. o Nếu quá thấp, không mang lại hiệu quả kinh tế Loại thiết bị, nhiệt độ làm lạnh đông, áp suất chân không… d. Thiết bị: Cấu tạo chung của thiết bị sấy thăng hoa gồm: Bình thăng hoa, bình ngưng đóng băng, bơm chân không, máy nén, máy lạnh… Bình thăng hoa: Cấu tạo dạng trụ, đáy và nắp dạng chỏm cầu. Nắp kín vì bình làm việc trong điều kiện chân không (1 – 0,1 mmHg). Vật liệu đặt vào các khay trung bình. Nhiệt cấp cho quá trình thăng hoa thực hiện bằng bức xạ từ các hộp kim loại đặt xen kẽ với các khay chứa vật liệu. Trong hộp là nước nóng chuyển động. Quá trình trao đổi nhiệt giữa thành hộp chứa nước nóng với vật liệu là bức xạ nhiệt. Bình ngưng đóng băng: Là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống, các đường ống có đường kính 51/57 mm liên kết với nhau giữa phần trên và phần dưới. Hỗn hợp hơi nước và không khí nhờ bơm chân không hút từ bình thăng hoa qua bộ phận phân phối phía dưới vào các ống. Amoniac cung cấp từ phía trên, chứa đầy không gian ngoài giữa các ống. Tại đây, hỗn hợp hơi nước – không khí được làm lạnh và hơi nước ngưng tụ bám vào thành trong của ống, còn không khí khô qua bơm chân không thải vào môi trường. Amoniac lỏng nhận nhiệt của hỗn hợp hơi nước – không khí, bay hơi qua bình tách lỏng về máy nén của máy lạnh. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 45 Hình 17: Sơ đồ thiết bị sấy thăng hoa 1- Bình thăng hoa 2- Van 3- Xyphông 4- Bể chứa nước nóng 5- Bình ngưng đóng băng 6- Bình tách lỏng 7- Dàn ngưng amoniac 9- Máy nén 10- Bơm chân không 11,12,13- Động cơ điện 14- Bơm nước 15- Phần tử lọc 16- Tấm gia nhiệt 17- Chân không kế 18- Van điều chỉnh 19- Khay chứa vật liệu 20- Tấm lưới nhiệt 21- Bộ điều chỉnh nhiệt Thông số công nghệ: - Nồng độ chất khô dịch sấy: 40% - Áp suất trong buồng chân không: 13,5 – 270 Pa (áp suất tuyệt đối) - Thời gian có mặt của sản phẩm trong máy sấy: 40÷110 phút Nhiệt độ cao nhất của sản phẩm cuối quá trình sấy: < 40 o C 9. Nghiền mịn: a. Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Nghiền giảm kích thước và làm tăng tính đồng đều của khối sản phẩm sau khi sấy thăng hoa, tăng độ hoà tan, sản phẩm dễ bao gói, định lượng và phối trộn. b. Các biến đổi trong quá trình : - Vật lý: Sự giảm kích thước hạt, nhiệt độ tăng do ma sát. - Hóa lý: + Sự tăng độ hòa tan khi pha vào nước. + Sự tăng diện tích bề mặt Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 46 c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:  Kích thước và hình dạng của nguyên liệu: o Kích thước nhỏ thời gian nghiền ngắn và ngược lại. o Nguyên liệu đầu vào cần đồng nhất với nhau để đảm bảo chế độ nghiền và thời gian nghiền được tối ưu hóa.  Độ ẩm và thành phần hóa học: o Độ ẩm cao: nguyên liệu dễ kết dính, vón cục gây khó khăn trong quá trình nghiền kéo dài thời gian nghiền và có thể làm mài mòn thiết bị. o Độ ẩm thấp: dễ nghiền  Cấu tạo, loại thiết bị và phương pháp nghiền: phụ thuộc vào đặc tính của sản phẩm và nguyên liệu  Kích thước vật liệu sau khi nghiền: ảnh hưởng đến thông số nghiền, thời gian nghiền,thiết bị và phương pháp nghiền. d. Thiết bị: Đây là loại máy nghiền chậu con lăn có chậu đứng yên và các con lăn trụ quay xung quanh trục của chậu. Sự chuyển động từ động cơ được truyền qua cặp bánh răng nón 6 tới trục thẳng đứng 4, gắn với ổ đỡ đầu trục 3 của trục máy 4 là cặp trục 2 của quả lăn trụ 1, có chậu 5 được lắp vào giá máy. Bột sản phẩm đạt kích thước trung bình là 0,04 mm. Hình 18: Thiết bị nghiền chậu con lăn. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 47 10. Tạo hạt: Tạo hạt là phương pháp hiệu quả để tăng tính hòa tan của thực phẩm dạng bột, ở đây là nhân sâm hòa tan. Quá trình tan của các hạt trong nước gồm 4 giai đoạn:  Chất lỏng thấm vào hạt nhờ các mao quản  Các hạt lắng xuống  Các hạt vỡ ra và phân tán trong nước  Cuối cùng các hạt nhỏ tan hoàn toàn vào nước. Các hạt quá mịn rất khó thấm nước và khó tan do có sức căng bề mặt lớn. Ngoài ra, bề mặt các hạt hấp thu khí, nên khi diện tích bề mặt lớn, lượng khí hấp thu nhiều, nước rất khó thấm vào hạt. Quá trình kết tụ làm tăng kích thước hạt, giảm sức căng bề mặt và tạo cấu trúc xốp nên hạt sẽ tan nhanh hơn nhiều. a. Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Dùng chất lỏng dưới dạng phun sương để kết tụ bột nhân sâm sau khi sấy phun thành những hạt có kích thước đồng nhất hơn, tránh để sót bụi nhân sâm trong sản phẩm Sản phẩm tạo thành có độ hòa tan tốt hơn. b. Các biến đổi xảy ra trong quá trình:  Vật lý:  Kích thước hạt tăng lên đồng đều hơn. Trong từng hạt, các thành phần không liên kết chặt chẽ với nhau nên hạt có cấu trúc xốp  Hạt sau khi tạo thành sẽ được sấy bằng khí nóng rồi làm nguội bằng khí lạnh  Tỷ trọng hạt giảm do hạt có cấu trúc xốp.  Hóa học: Do quá trình tạo hạt sử dụng hơi nước nóng nên có thể xảy ra 1 số phản ứng như: phản ứng thủy phân, phản ứng Maillard, phản ứng Caramel hóa…nhưng không đáng kể do thời gian ngắn.  Hóa sinh và sinh học cũng thay đổi không đáng kể. c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:  Tốc độ các dòng: tăng tốc độ các dòng (nhập liệu, lỏng khí) thì kích thước, tỷ trọng và độ bền của hạt tạo thành tăng.  Nhiệt độ sấy và thời gian lưu: nhiệt độ cao, thời gian dài thì hiệu quả tạo hạt tốt nhưng chi phí năng lượng lớn và giảm giá trị cảm quan.  Độ nhớt của chất lỏng trên bề mặt các hạt Độ nhớt cao thì việc kết dính các hạt sẽ dễ dàng hơn. Độ nhớt thấp: hạt khô thì việc kết dính kém, quá trình tạo hạt không hiệu quả. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 48 d. Thiết bị: Gồm 3 giai đoạn: - Làm ẩm hạt mịn - Kết dính hạt mịn - Sấy tầng sôi Trong thiết bị kết tụ, một dòng các hạt mịn rơi tự do được trộn với một dòng nước hay nước phun sương. Các hạt mịn sẽ bị ẩm do sự ngưng tụ nước trên bề mặt rắn hoặc xảy ra va chạm với các giọt nước. Nếu các hạt chứa các chất tan trong nước thì sự hòa tan xảy ra trong lớp nước bám quanh hạt. Khi các hạt ẩm này va chạm với nhau, các lien kết được hình thành giữa chúng. Sau đó các hạt mới hình thành được sấy khô đến độ ẩm ổn định. Lúc này các phần thử trong hạt kết tụ đã liên kết chặt chẽ với nhau. Thông số công nghệ: Kích thước hạt trước khi tạo: 30 - 80µm Kích thước hạt sau khi tạo: 100 - 250µm Hình 19: Thiết bị tạo hạt Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 49 11. Đóng gói: a. Mục đích công nghệ: - Bảo quản: Nhân sâm hòa tan là dạng thực phẩm uống liền, ở trạng thái bột khô dễ bị mất màu, mùi, nhạy cảm dưới tác dụng của môi trường như ánh sang, độ ẩm, vi sinh vật… Do vậy, bột nhân sâm hòa tan cần được gói trong bao bì kín, không thấm nước, không thấm khí, bền cơ học. - Hoàn thiện: Tạo sự thuận tiện cho người tiêu dung, tạo hình thức đẹp, hấp dẫn, chống giả mao sản phẩm. Bao bì còn giúp đưa thông tin đến khách hàng để lựa chọn sản phẩm theo ý muốn. Hướng dẫn người tiêu dùng sử dụng sản phẩm (khối lượng, thành phần, giá tri dinh dưỡng, năng lượng, hạn sử dụng…) b. Các biến đổi xảy ra trong quá trình:  Hóa lý: Bột nhân sâm có độ ẩm thấp và rất dễ hút ẩm. Độ ẩm tăng có thể làm vón cục bột nhân sâm. Bột nhân sâm còn có thể hấp phụ các mùi lạ từ vật liệu đóng gói, các thực phẩm hay vật liệu khác.  Hóa học: Sự oxy hóa làm mất hương vị nhân sâm có thể xảy ra ở độ ẩm thấp khi có mặt khí oxy. Phản ứng sẫm màu, phản ứng phân hủy chất mùi, phản ứng thủy phân xảy ra khi bột nhân sâm hút ẩm  Cảm quan: Thay đổi màu sắc, mùi vị. Màu nhân sâm sẫm hơn, mùi bị mất dần theo thời gian bảo quản. c. Yêu cầu quá trình đóng gói và bảo quản bột nhân sâm hòa tan:  Giảm sự hút ẩm và sự mất chất thơm bằng cách sử dụng bao bì không thấm nước, không thấm khí và hơi nước.  Hút chân không hay sử dụng khí trơ (thường là N2 / CO2) để giảm thiểu sự oxy hóa.  Bổ sung các chat phụ gia bảo quản như chất chống đông vón (Sodium alumino silica te), chất chống vi sinh vật (Sulfur dioxide 150mg/kg), chất chống oxy hóa, chất hút ẩm… d. Vật liệu làm bao bì: Hiện nay sản phẩm bột hòa tan thường được đựng trong các gói stick nhỏ, tiện lợi cho người sử dụng. Các bao bì này đều được chế tạo từ sự kết hợp của nhiều lớp vật liệu như PE / giấy tráng kim loại / PE. Các bao gói đều được hàn kín ở các đầu miệng. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 50 e. Thiết bị: Nguyên tắc hoạt động: Sản phẩm được đưa vào phễu nhập liệu, valve định lượng mở ra để sản phẩm đổ vào đầy piston, valve tự động đóng lại và mở cửa tháo liệu để tháo xuống bao bì ở dưới. Ta định lượng thực phẩm dựa vào điều chỉnh piston định lượng. Bao bì được cấu tạo từ màng plastic loại một mảnh cuộn lại được ghép mí theo đường giữa thân bằng phương pháp hàn nhiệt (150oC). Bao bì sẽ được hàn đáy, sau khi rót sản phẩm vào trong bao bì thì sẽ có bộ phận của máy hàn phần miệng của túi. Hình 20: Thiết bị đóng gói Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 51 III. So sánh hai quy trình công nghệ: So sánh quá trình sấy phun với sấy thăng hoa: Sấy phun Sấy thăng hoa Thời gian sấy Ngắn hơn quá trình sấy thăng hoa. Thời gian sấy dài hơn. Chất lượng sản phẩm Do nhiệt độ cao nên một số hợp chất trong nhân sâm bị mất đi trong quá trình sấy. Nhiệt độ thấp, áp suất chân không nên sản phẩm bột nhân sâm giữ được hầu hết tính chất của nguyên liệu ban đầu về màu sắc mùi vị của nước pha. Khả năng hòa tan của bột nhân sâm hòa tan Tan chậm hơn so với sấy thăng hoa. Tan nhanh hơn so với sấy phun. Chi phí năng lượng Thấp hơn. Cao hơn. Chi phí thiết bị Thấp hơn. Cao hơn. Vận hành Dễ hơn Khó hơn. Trong quy mô công nghiệp thì thường sử dụng quá trình sấy phun hơn vì vận hành dễ dàng và ít tốn năng lượng hơn sấy thăng hoa. Thường sử dụng sấy thăng hoa cho các loại nguyên liệu quý, giá thành cao cần giữ lại nhiều cấu tử chức năng có giá trị. Trong quy trình 2 do sử dụng sấy thăng hoa nên cần thêm thiết bị nghiền, chi phí cho toàn bộ quy trình 2 cao hơn rất nhiều. Trong sản xuất thực tế thường sử dụng quy trình 1. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 52 IV. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm: Chỉ tiêu chất lượng: Sản phẩm bột nhân sâm hòa tan cần kiểm tra một vài chỉ tiêu sau: i. Chỉ tiêu hóa lý: 1. Độ ẩm : < 5%. 2. Độ hòa tan: : > 98%. 3. Saponin : > 0.85%. ii. Chỉ tiêu vi sinh ( tính trong 1g sản phẩm): 1. Tổng số nấm men, nấm mốc : <= 100 tế bào. 2. Số vi khuẩn E.coli : <= 3 tế bào. 3. Số vi khuẩn Coliform : <= 100 tế bào. 4. Số vi khuẩn Staphylococus aureus : <= 10 tế bào. 5. Số vi khuẩn Bacillus cereus : <= 10 tế bào. 6. Số vi khuẩn Clostridium perfringens : <= 10 tế bào. iii. Chỉ tiêu cảm quan: 1. Mùi : có mùi của nhân sâm. 2. Vị : có vị nhẫn đắng của nhân sâm. 3. Trạng thái : dạng bột, các hạt đồng đều về kích thước. Ngoài ra, tùy theo từng nhà sản xuất mà có thể xem xét kiểm tra them một vài chỉ tiêu như: hàm lượng đường khử, đường tổng, hàm lượng vitamin, hàm lượng nitơ, hàm lượng chất khoáng, hàm lượng acid… Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 53 V. Thành tựu công nghệ: 1. Áp dụng phương pháp MAP TM (microwave – assisted process) cho quá trình trích ly nhanh hợp chất saponins trong nhân sâm: Giới thiệu:  Kể từ những bài báo cáo đầu tiên, saponins được biết đến như là hợp chất có hoạt tính sinh học chính trong nhân sâm. Những tính chất dược lý của hợp chất này cũng đã được đề cập đến: kháng viêm, kháng độc tố, chống nghẽn mạch máu, chống mệt mỏi, chống u, bướu, ngăn cản sự đông máu và căng thẳng thần kinh trung ương….  Sự gia tăng trong những nhu cầu gần đây về nhân sâm như là 1 loại thực phẩm bổ sung tốt cho sức khỏe, đã khuyến khích thêm nhiều mối quan tâm về việc cải thiện những quá trình sản xuất nhân sâm sao cho đạt hiệu quả cao nhất, cũng như là việc thấu hiểu tốt hơn về những đặc tính cơ bản của nhân sâm.  Tổ chức Korean Food Standard Code đã mô tả phương pháp trích ly nhân sâm với nguyên liệu tươi, xử lý dung môi, và nhiệt độ tối đa cho quá trình trích ly không quá 90oC, hàm lượng saponin (> 80 mg/g) trong dịch trích. Hàm lượng saponin là chỉ số quan trọng nhất trong các sản phẩm từ nhân sâm. Thông thường, cần phải tiêu thụ lượng thời gian khá dài để trích ly saponins theo phương pháp truyền thống. Phương pháp thông dụng hiện nay là sử dụng dung môi metanol (CH3OH) 80%, nhiệt độ 75±1oC, và thời gian là 3 giờ, tiến hành trích ly 4 lần. Vì vậy, những quá trình thông thường đòi hỏi nhiều thời gian và năng lượng.  MAP được phát triển bởi Environment Canada. MAP sử dụng vi sóng để hổ trợ cho quá trình trích ly diễn ra nhanh hơn. Quá trình này cho phép trích ly vật liệu khô cũng giống như vật liệu tươi. Điều quan trọng là phải chọn được dung môi sao cho nó tương thích với hợp chất cần trích ly, đồng thời phải có khả năng truyền suốt tương đối đối với vi sóng sử dụng. Chất phản ứng, thuốc thử và nguyên liệu: Methanol n-Buthanol Diethyl ether Acetonitrile Chloroform Chất trợ lọc: Whatman 41 và quantitative Q2 Màng lọc MFS 0,45µm Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 54 Nguyên liệu: - Bạch sâm Trung Quốc (I) - Rễ phụ, rễ bên của Panax ginseng C.A. Meyer, bán ở chợ Hàn Quốc. Được nghiền đến kích thước > 250µm, đóng trong những hộp nhựa (độ ẩm 9.26 – 10.06%, giữ ở nhiệt độ 18±3oC). Thiết bị:  Thiết bị trích ly thông thường:  1 bình đáy tròn 250 ml gắn với 1 thiết bị ngưng tụ giải nhiệt.  Quá trình được diễn ra ở:  75±1oC  3 giờ  Tỷ lệ nguyên liệu và dung môi là 1 : 10 (5g nguyên liệu : 50ml methanol 80%) Sau khi trích ly, dung d ịch được đem đi lọc bằng mang lọc 0,45µm (có bổ sung chất trợ lọc). Dịch lọc sẽ được chuyển vào bình định mức. Bã lọc sẽ được đem trích ly lại 3 lần với cùng điều kiện như ban đầu. Sau khi kết thúc quá trình trích ly, thiết bị ngưng tụ được rửa bằng 20ml dung môi. Nước rửa được gộp chung vào bình định mức. Sau đó định mức lên bằng dung môi.  Thiết bị trích ly sử dụng vi sóng trợ (MAP): Thiết bị Soxwave 100 (Prolabo, France): + Tầng số phát bức xạ 2450 MHz + Năng lượng đầu ra (30 – 300)±15W Thiết bị gồm 1 bình bằng thạch anh 250ml, 1 cột làm lạnh Graham, và 1 ống trích ly uốn cong. Digital Megal 500 gas thermometer (Prolabo) được dùng để xác định nhiệt độ Buchi R11 rotary evaporator để bốc hơi dung môi. Hoạch định thực nghiệm xác định các thông số ảnh hưởng: Bảng 14: Ảnh hưởng giữa tỷ lệ dung môi và mẫu đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng saponin Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 55 Bảng 15:Ảnh hưởng của thời gian bức xạ đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng saponin Bảng 16: Ảnh hưởng của năng lượng bức xạ đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng saponin Thông số công nghệ:  Tỷ lệ nguyên liệu và dung môi = 1 : 10 (w/v)  Thời gian chiếu xạ = 30s  Năng lượng đầu ra của thiết bị = 300W Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 56 Bảng 17: So sánh hiệu suất thu hồi và hàm lượng saponin qua số lần trích ly Bảng 18: So sánh các phương pháp trích ly. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 57 Bảng 19: So sánh các phương pháp trích ly thông qua hàm lượng ginsenoside Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 58 Hình 21: So sánh các phương pháp trích ly bằng phương pháp phân tích TLC Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 59 Kết quả phân tích cho thấy:  Việc sử dụng MAP cho kết quả tương đương với những phương pháp trích ly thông thường  Thời gian trích ly giảm đáng kể  Năng lượng tiêu tốn giảm đáng kể. Ưu và nhược điểm của phương pháp MAP:  Ưu điểm: - Thời gian trích ly ngắn - Sử dụng ít năng lượng và dung môi - Giảm thiểu lượng nước thải lớn  Nhược điểm: - chọn được dung môi sao cho nó tương thích với hợp chất cần trích ly, đồng thời phải có khả năng truyền suốt tương đối đối với vi sóng sử dụng 2. Một nhóm nhà nghiên cứu Hàn Quốc vừa phát triển được một chất chống ung thư cực mạnh từ Nhân sâm mà họ tin là sẽ không gây tác dụng phụ: Sau hơn mười năm nghiên cứu, các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Nhân sâm thuộc công ty Ilhwa đã thành công trong việc chiết xuất nhân tạo chất "IH-901", chất chuyển hóa thường được sinh ra trong ruột non khi một người tiêu thụ Nhân sâm. Thí nghiệm trên loài vật, "IH- 901" nhân tạo chứng tỏ công lực hùng hậu trong việc giết chết tế bào ung thư cũng như ngăn không cho chúng lan qua các bộ phận khác của cơ thể. Các cuộc thí nghiệm cũng cho thấy thuốc mới mạnh tương đương nhiều thuốc hiện có trên thị trường nhưng không gây các tác dụng phụ như buồn nôn, rụng tóc và suy giảm chức năng sinh sản. Theo ông Sung Jong – Hwan, giám đốc của Viện, phát hiện này là kết quả của việc tập trung vào nghiên cứu chất saponin, một thành phần dược học trong Nhân sâm có hiệu lực chống ung thư, mặc dù khả năng hấp thu và chuyển hóa chất này không giống nhau ở từng người. IH- 901 vừa nhận được bằng sáng chế của Mỹ và Canada và công ty Ilhwa đang nhắm đến sản xuất lọai thuốc này đại trà. Dự kiến, thuốc mới IH-901 sẽ có mặt rộng rãi trên thị trường thuốc chống ung thư trong 3 - 4 năm nữa. Theo Korea Times, giới khoa học vừa tìm thấy trong Nhân sâm Hàn Quốc có nhiều loại saponin hơn cả. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 60 3. Nghiên cứu, phát triển kỹ thuật sinh khối tế bào Sâm Ngọc Linh của học viên Quân y: Từ năm 2006 đến 2008, Học viện Quân y đã phối hợp với đối tác Hàn Quốc (Trung tâm Nghiên cứu Tài nguyên Sinh học - Trường Đại học Tổng hợp Ajou) thực hiện đề tài Nghị định thư: “Hợp tác nghiên cứu xây dựng quy trình tạo khối sâm Ngọc Linh làm nguyên liệu sản xuất chế phẩm phục vụ sức khỏe cộng đồng”. Để thực hiện đề tài này, Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng Sinh - Y - Dược học (Học viện Quân y) đã xây dựng Phòng SKTBTV quy mô pilot với trang thiết bị hiện đại, đạt tiêu chuẩn của các nước tiên tiến (Nhật Bản, Hàn Quốc). Phòng này bao gồm hệ thống hoàn chỉnh: Phòng pha chế sản xuất môi trường; Phòng cấy chuyển tế bào, Phòng nuôi cấy tế bào, Phòng thanh trùng; hệ thống nuôi cấy (bioreactor) thể tích 5 lít, 15 lít, 100 lít; Phòng thu hoạch chiết xuất hoạt chất; Phòng phân tích đánh giá kiểm nghiệm dược; Phòng nghiên cứu dược lý thực nghiệm... Một số cán bộ của Việt Nam đã được cử đi đào tạo tại Hàn Quốc về kỹ thuật SKTBTV nói chung và tế bào sâm nói riêng đã tranh thủ học tập được kinh nghiệm, bí quyết của các chuyên gia nước bạn, tận dụng các trang thiết bị hiện đại, hóa chất chuyên dụng. Cho đến nay, đề tài đã cơ bản hoàn thành những mục tiêu đề ra và đã được nghiệm thu cấp cơ sở. Như vậy, chỉ với một vài tế bào từ rễ củ sâm Ngọc Linh, bằng kỹ thuật SKTB, các nhà khoa học của Học viện Quân y đã có thể sản xuất sâm Ngọc Linh với số lượng lớn trong vòng 10-20 ngày. Những kết quả cụ thể là: Tạo được callus tế bào rễ sâm Ngọc Linh; duy trì được callus tế bào sâm Ngọc Linh trong môi trường thạch; chọn và khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng tới nuôi cấy sinh khối sâm Ngọc Linh trong môi trường lỏng; thành công trong SKTB rễ sâm Ngọc Linh trong bioreactor 5 lít/mẻ, 15 lít/mẻ và 100 lít/mẻ; xây dựng được quy trình định tính và định lượng các thành phần ginsenosid trong sâm Ngọc Linh sinh khối bằng HPLC, so sánh với sâm Ngọc Linh tự nhiên và chất chuẩn; đánh giá tính an toàn và tác dụng dược lý của sâm Ngọc Linh sinh khối; bào chế thành công được một số chế phẩm từ hoạt chất chiết xuất từ sâm Ngọc Linh sinh khối (nước uống tăng lực và viên nang mềm). Các công nghệ này đang được Công ty Nước khoáng Tiền Hải (Thái Bình) đề xuất chuyển giao để sản xuất nước tăng lực. Đây là những cố gắng đáng khích lệ của các nhà khoa học Học viện Quân y trong việc nghiên cứu, sản xuất ra những sản phẩm phục vụ nhu cầu thiết thực của cuộc sống, đồng thời khẳng định năng lực nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước. Đề tài: Bột nhân sâm hòa tan 61 Tài liệu tham khảo: 1. Giáo trình kỹ thuật sấy nông sản, GS.TS. Phạm Xuân Vượng, trường đại học nông nghiệp I, Hà Nội, 2006 2. Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu sản phẩm bột nhân sâm hòa tan, Trương Thị Phương Liên 3. Tài liệu giảng dạy môn Công nghệ chế biến thực phẩm, PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn 4. Food processing handbook, James G. Brennan, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006 5. Food processing technology_principles and practice 2nd, P. Fellows, Woodhead publishing limited & CRC Press LLC, 2000 6. Application of the microwave-assisted process (MAPTM) to the fast extraction of ginseng saponins, Joong-Ho Kwon, Jacqueline M.R. Be1langer, J.R. Jocelyn Paré, Varoujan A. Yaylayan, Elsevier, 2002 7. Ginseng_The genus panax, William E. Court, Harwood academic publishers, 2000 8. Panax ginseng, David Kiefer, M.D, and Traci Pantuso, B.S, University of Arizona College of medicine, Tucson, Arizona 9. Method for processing biochemical fine powders of ginseng or the like, William Chuang, Kim Chuang, US Patent, 2004 10. 11. 12. %9Dis%E1%BB%91ng/M%E1%BB%97ik%E1%BB%B3m%E1%BB%99tc%C3%A2u h%E1%BB%8Fi/Nh%C3%A2ns%C3%A2mb%E1%BB%95nh%C6%B0th%E1%BA%B Fn%C3%A0o/tabid/829/Default.aspx 13. 14. 31 15. 16.