Đề tài Công nghệ sản xuất bột trái cây

hì khối quả nghiền sẽ có trạng thái keo, do đó khi ép không thoát ra hòan tòan được. Nhờ enzim pectinza phân giải các chất pectin đi mà dịch quả trong suốt, không bị vẩn đục và lọc rất dễ dàng. Ngòai ra, enzyme pectinaza còn góp phần chiết rút các chất màu, tannin và những chất hòa tan khác, do đó làm tăng thêm chất lượng sản phẩm. Dạng lỏng màu nâu, tên thương mại là PECTINEX 120L. (tên chung chỉ các loại enzyme phân hủy pectin). Điều kiện nhiệt độ 40oCm thời gian 2-4 giờ, pH = 4,5 2.7.2 Protease Nhóm enzyme protease (peptit – hidrolase 3.4) xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết liên kết peptit (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptit đến sản phẩm cuối cùng là các axit amin. Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết este và vận chuyển axit amin. Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase.  * Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase được chia thành hai nhóm + Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi polypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide. + Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptide và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide.  * Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm + Serin proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc serine trong trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của enzyme. Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin và subtilisin. Nhóm chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase. Nhóm subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như subtilisin Carlsberg, subtilisin BPN. Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng. + Cysteine proteinase: Các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động. Cystein proteinase bao gồm các proteinase thực vật như papayin, bromelin, một vài protein động vật và proteinase ký sinh trùng. Các cystein proteinase thường hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng.  + Aspartic proteinase: Hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin. Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, renin. Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trong trung tâm hoạt động và thường hoạt động mạnh ở pH trung tính.  + Metallo proteinase: Metallo proteinase là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn. Các metallo proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA.  Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm- Protease acid : pH 2-4 - Protease trung tính : pH 7-8 - Protease kiềm : pH 9-11 Ở đây chúng ta sẽ sử dụng enzyme protease acid pHotp = 4.5. Totp= 40oC. 2.7.3 Cellulase: Là một phức hợp gồm nhiều enzyme, sẽ phân hủy lần lượt cellulase thành sản phẩm cuối cùng là glucose. 2.8 Đường Chủ yếu sử dụng đường tinh luyện và syrup Hàm lương saccarose, % CK:99,8% Độ ẩm, %KL: 0,05 % Hàm lượng đường khử, %KL: 0,03 HL tro, %KL: 0,03 Độ màu, độ stame: 1,2 Hình dạng: tinh thể đồng đều tơi khô, không vón cục. Mùi vị: tinh thể đường và dung dịch trong nước cất có vị ngọt, không có mùi vị lạ. Màu sắc: óng ánh. 2.8.1 Giới thiệu về syrup đường Syrup là một dung dịch đường có nồng độ chất khô cao và thường dao động trong khoảng 63 65% (khối lượng). Trong ngành công nghiệp thức uống, syrup được xem là bán thành phẩm. Từ syrup, người ta sẽ pha chế và tạo ra những loại thức uống khác nhau. Chuẩn bị syrup là công đoạn rất quan trọng trong quy trình công nghệ sản xuất thức uống dạng pha chế. Syrup có thể sản xuất từ đường saccharose hoặc từ tinh bột. Tại Việt Nam hiện nay, chúng ta sản xuất syrup từ đường saccharose. Quy trình sản xuất syrup từ nguyên liệu saccharose đơn giản hơn nhiều so với quy trình sản xuất từ nguyên liệu tinh bột. Tuy nhiên, giá thành syrup từ saccharose sẽ cao hơn. 2.8.2 Syrup đường nghịch đảo Đường nghịch đảo ( invert sugar ) là hỗn hợp glucose và fructose với tỉ lệ mol 1:1. Tiến hành thủy phân đường saccharose với xúc tác là acid hoặc enzyme, sản phẩm tạo thành là hỗn hợp glucose và fructose. Các nhà sản xuất rất quan tâm đến đại lượng “hiệu suất thủy phân”. Đây là tỉ lệ % giữa hàm lượng đường saccharose đã bị thủy phân so với hàm lượng saccharose ban đầu trong dung dịch phản ứng. Giả sử hiệu suất thủy phân là 100%, khi đó ta sẽ thu được sản phẩm là đường nghịch đảo. Xúc tác C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 (*) Ở 20oC và bước sóng 546.1 nm, góc quay cực của dung dịch saccharose là +66.5o (góc quay phải) và của D-fructose là -92.4o (góc quay trái). Như vậy, khi phản ứng thủy phân saccharose diễn ra hoàn toàn, dung dịch đường thu được sẽ có góc quay cực là -19.8oC (góc quay trái). Do có sự thay đổi góc quay cực của dung dịch saccharose trước và sau phản ứng nên quá trình này còn được gọi là quá trình nghịch đảo đường (sugar inversion). 2.8.3 Ưu điểm của quá trình nghịch đảo đường Tăng độ ngọt cho syrup:theo Moll và cộng sự(1990) thì độ ngọt của saccharose là 1.0, độ ngọt của glucose và fructose lần lượt là 0.7 và 1.7. Hỗn hợp glucose và fructose tỉ lệ mol 1:1 sẽ có độ ngọt là 1.3. Như vậy, với cùng một nồng độ đường như nhau thì syrup đường nghịch đảo sẽ có độ ngọt cao hơn syrup saccharose. Tăng hàm lượng chất khô cho syrup: theo phương trình phản ứng (*) nếu sự thủy phân xảy ra hoàn toàn thì từ 342g saccharose ban đầu sẽ cho ra 180g glucose và 180 glucose fructose – tức thu được 360g đường nghịch đảo. Như vậy, lượng tổng chất khô trong syrup sau phản ứng sẽ tăng xấp xỉ 1.053 lần. Điều này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế không nhỏ cho các nhà sản xuất. Ổn định chất lượng syrup, ngăn ngừa hiện tượng tái kết tinh đường:như đã đề cập ở phần trên, nồng độ đường cao trong syrup dễ dẫn đến hiện tượng tái kết tinh đường và làm giảm độ đồng nhất của syrup. Khả năng hoà tan trong nước của saccharose cao hơn đội chút so với glucose (100 ml nước ở 15oC có thể hoà tan được 197g saccharose hoặc 154g glucose ). Tuy nhiên, khả năng hoà tan trong nước của fructose lại cao hơn rất nhiều (100 ml nước ở 20oC có thể hoà tan được 375g fructose). Thực tế cho thấy quá trình kết tinh đường glucose và fructose khó thực hiện hơn so với saccharose. Do đó, phản ứng nghịch đảo saccharose sẽ tăng cường sự hoà tan của đường syrup nồng độ cao và tránh được thực hiện tượng tái kết tinh của đường. Tăng cường khả năng ức chế vi sinh vật có trong syrup: áp lực thẩm thấu của syrup phụ thuộc vào nồng độ các chất hòa tan trong syrup và phân tử lượng của chúng. Theo lý thuyết, nếu hai dung dịch có cùng thể tích và hàm lượng chất tan thì dung dịch chức chất hoà tan phân tử lượng nhỏ hơn sẽ có áp lực thẩm thấu lớn hơn. Giá trị áp lực thẩm thấu càng cao sẽ càng ức chế quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của các tế bào vi sinh vật có trong dung dịch. Quá trình nghịch đảo đường làm tăng lượng chất tan có trong syrup đồng thời tạo ra các sản phẩm hexose có phân tử lượng nhỏ hơn nhiều so với cơ chất saccharose ban đầu. Do đó, áp lực thẩm thấu của syrup đường nghịch đảo luôn cao hơn syrup saccharose có cùng một nồng độ. Điều này góp phần ức chế hệ vi sinh vật có trong syrup và kéo dài thời gian bảo quản dịch đường. Ngoài những ưu điểm kể trên, một số nhà sản xuất còn cho rằng đường fructose sẽ tạo syrup và thành phẩm 1 vị ngọt tương tự như các loại nước ép trái cây. Do đó, quá trình nghịch đảo đường không chỉ làm tăng độ ngọt mà còn cải thiện cả vị ngọt của syrup. Để thực hiện quá trình nghịch đảo đường, chúng ta có 2 loại xúc tác là acid hoặc enzyme invertase. Cần lưu ý là hiệu suất thủy phân saccharose trong thực tế sản xuất không thể đạt đến giá trị 100%. Như vậy, sản phẩm của phản ứng thủy phân, ngoài glucose và fructose, còn chứa một lượng saccharose chưa bị thủy phân. Tuy nhiên, các nhà sản xuất thức uống vẫn quen gọi dung dịch thu được sau phản ứng thủy phân là đường nghịch đảo. 2.8.4 Chuẩn bị syrup đường nghịch đảo 2.8.4.1 Nghịch đảo saccharose bằng xúc tác acid Để chuẩn bị syrup đường nghịch đảo, người ta sử dụng thiết bị nấu syrup Hình 15: Thiết bị nấu syrup Quy trình nấu syrup đường nghịch đảo cũng tương tự như syrup saccharose. Đầu tiên, cho nước vào thiết bị và gia nhiệt nước lên đến 55-60oC. Cho cánh khuấy hoạt động với tốc độ 30-50 vòng/phút rồi cho đường và acid vào. Hàm lượng acid sử dụng tại mỗi nhà máy sẽ được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Ví dụ như khi dùng acid citric làm chất xúc tác, liều lương khi sử dụng thường xấp xỉ 750g/100 kg saccharose. Khi đường và acid đã hoà tan vào nước, gia nhiệt hỗn hợp lên đến 70-80oC để thực hiện phản ứng nghịch đảo đường. Thời gian phản ứng sẽ thay đổi và phụ thuộc vào giá trị hiệu suất thủy phân mà nhà sản xuất mong muốn. Trong thực tế sản xuất, thời gian phản ứng không kéo dài quá 2 giờ. Sau cùng, người ta gia nhiệt nhanh hỗn hợp đến sôi rồi tiến hành lọc nóng và làm nguội syrup trong điều kiện kín để hạn chế sự tái nhiễm vi sinh vật vào syrup. Trong trường hợp đường saccharose nguyên liệu có độ màu cao, để thu được syrup không màu và trong suốt, người ta sẽ thực hiện đồng thời quá trình nghịch đảo đường và quá trình tẩy màu trong thiết bị nấu. Các nhà máy sản xuất thức uống tại Việt Nam hiện nay thường sử dụng phương pháp này. Khi đó người ta bổ sung cả than hoạt tính và bột trợ lọc vào nồi nấu syrup. Với diện tích bề mặt lớn và cấu trúc xốp, nhiều lỗ mao quản; than hoạt tính có khả năng hấp phụ các tạp chất hữu cơ trong syrup, đặc biệt là các hợp chất màu. Quá trình tẩy màu thường được thực hiện ở nhiệt độ 70oC trong thời gian 20-30 phút. Xử lý syrup bằng than hoạt tính là một phương pháp đơn giản, ít tốn kém và đạt hiệu quả tẩy màu cao. Thông thường, hàm lượng than hoạt tính sử dụng dao động trong khoảng 0,1-0,2%, tối đa là 0,6%. Diatomit (kizelghur) là sản phẩm công nghiệp được sản xuất từ một loài tảo đơn bào. Diatomit ở dạng bột mịn, màu vàng hoặc vàng nhạt. Thành phần hóa học của bột diatomit như sau: Độ ẩm :0,1-5,0% SiO2 :90-99% Al2O3 :0,1-3,0% Fe2O3 :1,1-1,6% K2O :0,5-3,0% Na2O :0,5-3,0% CaO :0,5% MgO :0,5% Khối lượng riêng của bột diatomit không thấp hơn 250g/dm3. Diatomit có chức năng chủ yếu là hỗ trợ cho quá trình lọc syrup trên thiết bị lọc khung bản,gíup tách các hạt than hoạt tính và các tạp chất khác ra khỏi syrup. Hàm lượng diatomit sử dụng sẽ phụ thuộc vào diện tích bề mặt lọc của thiết bị lọc khung bản và sẽ được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Khi chúng ta thực hiện đồng thời quá trình nghịch đảo đường và tẩy màu syrup trong thiết bị nấu, cần lưu ý là phải tiến hành hồi lưu dịch lọc từ thiết bị lọc khung bản về nồi nấu cho đến khi dịch lọc trong suốt thì mới bắt đầu thu nhận sản phẩm.Tại 1 số nhà máy,khi quá trình lọc kết thúc người ta đưa khí nén sạch vào thiết bị lọc khung bản để tận thu phần syrup còn sót lại trong bã lọc,nhăm hạn chế tổn thất trong quá trình lọc 2.8.4.2 Nghịch đảo saccharose bằng xúc tác invertase: Bình phản ứng enzyme có cấu tạo tương tự thiết bị nấu syrup sử dụng xúc tác acid. Đầu tiên, người ta sẽ cho nước vào thiết bị và gia nhiệt đến 50-55oC. Mở cánh khuấy với tốc độ 30-50 vòng/phút rồi cho đường vào thiết bị. Sau khi đường đã hòa tan, người ta chỉnh pH dung dịch trong bình phản ứng và nhiệt độ về các giá trị tối ưu của chế phẩm enzyme sử dụng rồi bổ sung enzyme vào. Giữ nhiệt độ ổn định trong suốt thời gian phản ứng. Khi phản ứng kết thúc, người ta sẽ gia nhiệt nhanh hỗn hợp trong bình phản ứng đến sôi để vô hoạt enzyme, đồng thời ức chế hệ vi sinh vật tạp nhiễm trong syrup. Cuối cùng, tiến hành lọc nóng syrup để loại bỏ tạp chất không tan rồi làm lạnh syrup về nhiệt độ bảo quản. Bảng 7: Chỉ tiêu chất lượng syrup Tên chỉ tiêu Yêu cầu Màu sắc Trắng Mùi Không có mùi lạ Vị Ngọt thuần khiết Hàm lượng chất khô Lớn hơn 99.7% SO2 Không vượt quá 15 mg/kg Hàm lượng các ion kim loại Không tồn tại Syrup bán thành phẩm được bảo quản trong các thiết bị hình trụ đứng bằng thép không gỉ. Các thiết bị này được đặt trong phòng cách ly nhằm hạn chế sự tái nhiễm vi sinh vật vào syrup. Thực tế cho thấy nồng độ đường trong syrup càng cao thì thời gian bảo quản syrup càng dài do giá trị áp lực thẩm thấu của dung dịch đường càng lớn nên có thể ức chế hệ vi sinh vật trong syrup. Tuy nhiên, nếu giá trị nồng độ đường trong syrup quá cao sẽ làm xuất hiện hiện tượng tái kết tinh đường và làm giảm độ đồng nhất của syrup. 3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1 Sơ đồ khối Sấy Cô đặc Đồng hóa Hoàn thiện Bao gói Bột cam bã Xử lý cơ nhiệt Rửa Lựa chọn, phân loại Cam Ép Phối trộn Chất mang, PG Lọc thô 3.2 Giải thích quy trình công nghệ Nguyên liệu Phải đảm bảo được các chỉ tiêu như trong phần nguyên liệu đã trình bày. Lựa chọn và phân loại Mục đích Chọn lựa nhằm loại trừ các nguyên liệu đưa vào chế biến không đủ qui cách như sâu bệnh, men mốc, thối hỏng … Phân loại nhằm phân chia thành nguyên liệu đồng đều về kích thước, hình dáng, màu sắc hoặc độ chín. Nguyên liệu đồng đều thì phẩm chất đồ hộp mới tốt, các quá trình chế biến tiếp sau mới thuận lợi và dễ cơ khí hóa. Yêu cầu Cam không sâu bệnh, thối hỏng và đồng đều về kích thước. Cách thực hiện Quá trình chọn lựa và phân loại có thể tiến hành trước khi bảo quản nguyên liệu, hay trong khi chế biến trong phân xưởng sản xuất. Việc phân loại bằng thủ công tốn nhiều công sức, và do thị giác hoạt động căng thẳng và liên tục nên công nhân chóng mệt mỏi, thường ảnh hưởng không tốt tới chất lượng phân loại. Người ta có thể cơ giới hóa việc lựa chọn và phân loại dựa trên sự khác nhau về kích thước và khối lượng riêng của nguyên liệu. Ở đây chúng ta sẽ sử dụng máy phân cỡ kiểu dây cáp: bộ phận phân loại là hệ thống dây cáp căng giữa hai trục quay, chuyển động theo chiều dọc của dây. Khe hở giữa hai dây cáp (quả đi giữa hai dây cáp) to dần và quả sẽ rơi dần theo thứ tự từ nhỏ đến lớn. Hình 16: Dây cáp phân loại Rửa Mục đích Loại trừ tạp chất cơ học (đất, cát, bụi...) Làm giảm lượng vi sinh vật ở ngoài vỏ nguyên liệu. Yêu cầu Nguyên liệu sau khi rửa phải sạch, không bị dập nát, các chất dinh dưỡng ít bị tổn thất, thời gian rửa ngắn và tốn ít nước. Nước rửa cũng như nước dung trong khi chế biến (như chần, nấu, pha chế) phải là nước ăn, đảm bảo các chỉ tiêu do Viện vệ sinh dịch y tế (Bộ y tế) quy định. Cách thực hiện Quá trình rửa gồm hai giai đoạn: ngâm và rửa xối. Ngâm làm cho nước thấm ướt nguyên liệu, quá trình này được tăng cường bằng tác dụng cơ học (cánh khuấy, cọ bàn chải, thổi khí), bằng tác dụng tẩy rửa của dung dịch kiềm hoặc tăng nhiệt độ của nước. Nhưng tăng nhiệt độ và dung chất tẩy rửa thì lượng chất dinh dưỡng bị tổn thất nhiều hơn. Thời gian ngâm tùy thuộc mức độ bám bẩn của nguyên liệu và tác dụng của dung dịch rửa, có thể từ vài phút đến vài chục phút. 1 2 Rửa xối là dùng tác dụng chảy của dòng nước để kéo các chất bẩn còn lại trên mặt nguyên liệu sau khi ngâm. Thường dùng tia nước phun (áp suất 1.96-2.94x105 N/m2 tức là 2-3at) hay hoa sen để xối. Nước rửa lại phải là nước sạch, lạnh. Thời gian rửa lại càng nhanh càng tốt. Để nước rửa ít bị nhiễm bẩn, người ta dùng nước rửa chảy liên tục trong các bể. Ở đây sử dụng máy rửa bơi chèo: máy này là một thùng đựng nước, trong có gắn máy khuấy loại bơi chèo. Khi máy khuấy quay nguyên liệu di chuyển cùng với nước và được làm sạch. Sau đó hệ thống hoa sen sẽ tráng sạch. Máy này có hiệu quả rửa cao. Hình 17: Máy rửa bơi chèo Thùng ngâm 2. Bơi chèo Bóc vỏ bằng nhiệt Cách thực hiện Loại bỏ các phần không có lợi của quả đối với quá trình sản xuất (vỏ xanh chứa tinh dầu, vỏ trắng, hạt...) Góp phần làm giảm chi phí về thiết bị cho quá trình tiếp theo. Chuẩn bị cho quá trình chần và ép. Yêu cầu Tách lớp hết vỏ dày đến mức có thể. Cách thực hiện Nhúng vào nước sôi T = 90 – 100 0C t = 20 – 60 s Chần Mục đích Chuẩn bị cho quá trình ép. Đình chỉ các quá trình sinh hoá của nguyên liệu, làm cho màu sắc của nguyên liệu không bị xấu đi. Chần làm phá hủy hệ thống men peroxidase, poliphenoloxydase ngăn cản quá trình oxy hoá tạo thành flobaphen có màu đen. Làm thay đổi thể tích khối lượng nguyên liệu để quá trình chế biến tiếp theo được thuận lợi. Đuổi bớt chất khí trong gian bào của nguyên liệu nhằm hạn chế tác dụng của oxi gây ra phồng hộp, oxi hóa vitamin. Làm tăng tốc độ thẩm thấu của chất nguyên sinh, làm cho dịch bào thoát ra dễ dàng. Tiêu diệt 1 phần vi sinh vật, chủ yếu là vi sinh vật bám trên bề mặt nguyên liệu. Các biến đổi xảy ra Giảm khối lượng, thể tích. Tổn thất vitamin C, chất khô, bốc hơi nước, màu: tùy thuộc lượng hơi nước chần, thời gian và nhiệt độ chần. Vô hoạt enzyme, đình chỉ hoạt động vi sinh vật. Cách thực hiện Hình 18: Thiết bị chần trục xoắn Xay Mục đích Chuẩn bị, giúp tăng hiệu suất cho quá trình ép. Trước khi ép, quả được xử lí cơ học (cắt, xé tơi, nghiền thô). Hiệu quả nghiền đạt được khi phần lớn tế bào bị tác dụng, song vì kích thước tế bào khá nhỏ nên chỉ một số nhỏ tế bào bị phá hủy. Yêu cầu Kích thước miếng xé : càng nhỏ càng thu được nhiều dịch ép. < 0.3 cm3 hiệu suất ép giảm do khối nguyên liệu mất độ xốp. > 1 cm3 hiệu suất ép cũng không cao do tỷ lệ tế bào bị phá vỡ thấp. Tạo điều kiện tốt cho quá trình truyền nhiệt vào nguyên liệu (tăng hệ số truyền nhiệt). Tuy vậy nếu nghiền quá nhỏ, thì khi ép sẽ không tạo thành rãnh thoát nước quả, cũng làm giảm hiệu suất ép. Cách thực hiện Cắt nhỏ hay xay nghiền đều tác dụng cơ học để thay đổi hình dạng và kích thước của nguyên liệu, mục đích là để chuẩn bị cho quá trình ép được dễ dàng. Lưỡi dao là bộ phận hoạt động chủ yếu của thiết bị xay. Cấu tạo lưỡi dao gồm có hai loại: lưỡi phẳng để cắt nguyên liệu mềm, lưỡi răng để cắt nguyên liệu cứng. Để tăng hiệu suất cho quá trình ép, người ta thường dùng máy nghiền dao cong. Hình 19 : Máy nghiền dao cong phễu nhận nguyên liệu; 2. trục đĩa quay; 3. lưỡi dao cong Ép chà Mục đích Khai thác, thu dịch quả còn lại. Yêu cầu Trong quá trình ép, hiệu suất ép là chỉ tiêu quan trọng nhất. Hiệu suất ép phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: phẩm chất nguyên liệu, phương pháp sơ chế, cấu tạo, chiều dày, độ chắc của lớp nguyên liệu ép và áp suất ép. Nguyên liệu có nhiều dịch bào thì hiệu suất ép cao. Quả chín có nhiều dịch bào hơn quả xanh. Dịch bào chứa trong không bào bị bao bọc bởi chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh của cam có tính bán thấm ngăn cản sự tiết dịch bào. Muốn nâng cao hiệu suất ép phải làm giảm tính bán thấm của chất nguyên sinh bằng cách làm biến tính chất nguyên sinh hay làm chết tế bào bằng các phương pháp phá vỡ cấu trúc tế bào, đun nóng, sử dụng chế phẩm enzyme pectinase. Trong khối nguyên liệu ép, các thành tế vào tạo ra bộ khung mà giữa bộ khung là những ống mao dẫn chưa đầy dịch bào. Khi ép, dịch bào sẽ theo ống mao dẫn mà chảy ra. Nếu cam quá mềm, khi ép sẽ thành một khối đặc, các ống mao dẫn bị phá hủy và dịch bào không chảy ra được. Chiều dày lớp nguyên liệu ép lớn thì ống mao dẫn cũng dễ bị tắc. Cách thực hiện Ở đây sử dụng thiết bị ép với trục ép nằm ngang. Áp suất ép Ban đầu là 4.9 – 5.9*106 N/m2 (50 – 60 at). Tăng lên 1.96 – 2.45*107 N/m2 (200 – 250 at). Khi đó áp suất ở nguyên liệu là 8.8 – 11.7x106 N/m2 (9 – 12 at). Hình 20: Thiết bị ép trục ngang 1. Bản ép 2. Lưới 3. Thanh chặn 3.2.8 Lọc thô Mục đích Hoàn thiện dịch nước ép. Yêu cầu: Nước quả ép có chứa các thành phần cặn từ thịt quả và các kết tủa thô. Phần cặn này có thể lọc bỏ bằng cách lọc sơ bộ qua lớp vải lọc. Lớp vải lọc càng dày, lượng cặn bị loại càng nhiều. Cách thực hiện: Nước quả thường lọc ở áp suất không đổi và thấp (2.7 - 4.9*105 N/m2). Nếu áp suất trên 4.9*104 N/m2 (0.5at) thì các cặn hữu cơ sẽ bị kết lại làm tắc bản lọc. Để tạo ra áp suất, người ta bơm nước quả vào máy lọc hay đặt thùng chứa nước quả cao hơn máy lọc 3-4 m. Hình 21: Thiết bị lọc Phối trộn Thành phần Trong quá trình chế biến, tanin trong quả thường bị oxi hóa thành flobafen có màu đen. Để tránh hiện tượng này, người ta pha chế thêm chất chống oxi hóa mà thường dùng nhất là acid ascorbic (vit C). Vit C vừa có tác dụng ổn định màu sắc, vừa tăng giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm. . Chất mang Maltodextrin : + bảo vệ màu mùi. + Làm chất độn. Protein : tạo vi bao. Ngoài ra còn bổ sung thêm màu thực phẩm để tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm, đồng thời giúp sản phẩm không bị nhạt màu trong quá trình bảo quản. Cách thực hiện: quá trình phối chế được thực hiện trong các thùng phối chế chuyên dùng có cánh khuấy để trộn đều. Hình 22: Thiết bị phối trộn Từng nguyên liệu phụ sẽ được chuẩn bị theo quy trình riêng. Đối với chất màu, hương liệu, chất ức chế vi sinh vật… chúng ta cũng thực hiện tương tự như trên. Mỗi thành phần nguyên liệu sẽ được chuẩn bị trong một thiết bị riêng. Cần lưu ý là khi sử dụng chất màu dạng bột, người ta sẽ hòa tan vào nước để tạo thành dung dịch màu có nồng độ dao động trong khoảng 20 – 50%. Thông thường, tổng thể tích các dung dịch acid, chất màu, hương liệu, chất ức chế vi sinh vật chiếm xấp xỉ 8% tổng thể tích của thành phẩm. Cô đặc Mục đích: Tách bớt nước ra khỏi dịch phối trộn để tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình sấy tiếp sau. Tác dụng: Loại bỏ mùi lạ trong sản phẩm. Hạn chế quá trình oxi hoá. Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí. Hạn chế hiện tượng ăn mòn hộp sắt. Các yếu tố ảnh hưởng: Nhiệt độ hỗn hợp: nhiệt độ càng cao, các chất khí ở dạng phân tán hoà tan và các cấu tử dễ bay hơi càng dễ thoát ra khỏi hỗn hợp. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao sẽ xảy ra 1 biến đổi không có lợi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm như 1 số vitamin bị phân hủy, đặc biệt là vitamin C có trong nguyên liệu… Áp lực chân không: nếu áp lực chân không quá lớn, một phần hơi nước ngưng tụ sẽ bị tách theo các khí, là chi phí năng lượng tăng. Yêu cầu: Hàm lượng chất khô sau quá trình cô đặc khoảng 45 – 55% Cách thực hiện: Hình 23 : Thiết bị cô đặc chân không một cấp dạng màng rơi Đồng hóa Là phương pháp làm cho sản phẩm lỏng hoặc đặc được đồng nhất bằng cách làm cho phần tử của sản phẩm có kích thước rất nhỏ (phần lớn là tới vài chục micromet). Sản phẩm đã qua đồng hóa thì tăng giá trị mùi vị, độ mịn, độ tiêu hóa, và làm giảm sự phân lớp sau này. Mục đích: Phá vỡ, làm giảm kích thước hạt, phân bố đều các pha trong hạt. Giúp cho hỗn hợp trở nên đồng nhất hơn. Nguyên tắc đồng hóa: Đồng hoá bằng phương pháp sử dụng áp lực cao, dựa vào 3 nguyên lý: Thuyết vi xoáy. Thuyết xâm thực khí. Sự va đập. Các biến đổi xảy ra: Vật lý: Sự thay đổi kích thước thịt quả: Thịt quả bị chia nhỏ, giảm kích thước. Sự thay đổi nhiệt độ: nhiệt độ tăng lên do ma sát. Hoá lý: Sự phân bố phần thịt quả trong dịch hỗn hợp đồng nhất hơn. Làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc pha, làm bền hệ nhũ tương. Các yếu tố ảnh hưởng: Nồng độ chất của thịt quả trong hỗn hợp: Nếu hệ huyền phù có tỉ lệ phần thịt quả thấp thì hệ bền hơn. Nhiệt độ: nhiệt độ cao quá trình đồng hoá càng hiệu quả hơn, tuy nhiên nhiệt độ cao chi phí năng lượng lớn. Đồng thời xảy ra các phản ứng hoá học không mong muốn. Áp suất: Áp suất đồng hoá càng lớn, hiện tượng chảy rối và xâm thực khí sẽ càng dễ xuất hiện, do đó kích thước hạt phân tán sẽ bị chia nhỏ và hệ huyền phù thu được có độ bền cao. Cách thực hiện: Đồng hoá tiến hành sau khi chà hoặc nghiền. Phương pháp sử dụng áp suất cao: đồng hóa 1 giai đoạn. Thiết bị: Dùng thiết bị đồng hoá sử dụng áp lực cao: gồm bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp. Hình 24: Thiết bị đồng hoá 1 cấp. 1-bộ phận sinh lực thuộc hệ thống tạo đối áp. 2-vòng đập. 3-bộ phận tạo khe hẹp. 4-hệ thống thủy lực tạo đối áp. 5-khe hẹp. Bơm cao áp: vận hành bởi động cơ điện thông qua 1 trục quay và bộ truyền động để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Các piston chuyển động trong xylanh ở áp suất cao, bên trong thiết bị còn có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục đích làm mát piston trong suốt quá trình làm việc. Đầu tiên, hỗn hợp sẽ được đưa vào thiết bị đồng hoá nhờ bơm piston, bơm tăng áp lực cho hệ lên 100-250 bar hoặc cao hơn tại đầu khe hẹp, tạo ra 1 đối áp lên hệ huyền phù bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bộ phận sinh lực và bộ phận tạo khe hẹp. Đối áp này được duy trì bởi 1 bơm thủy lực sử dụng dầu, khi đó, áp suất đồng hoá sẽ cân bằng với áp suất dầu tác dụng lên piston thủy lực. Vòng đập được gắn với bộ phận tạo khe hẹp, sao cho mặt trong của vòng đập vuông góc với lối thoát của hệ khi rời khe hẹp. Như vậy, 1 số hạt pha phân tán sẽ tiếp tục va vào vòng đập bị vỡ ra và giảm kích thước. Bộ phận tạo khe hẹp được chế tạo với góc nghiêng trung bình 5o trên bề mặt để gia tốc hệ huyền phù theo hướng vào khe hẹp và tránh sự ăn mòn các chi tiết liên quan. Thông thường, người ta chọn khe hẹp có chiều rộng khoảng 100 lần lớn hơn đường kính hạt của pha phân tán. Quá trình đồng hoá chỉ diễn ra trong vòng 10-15s. Sấy phun: Là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do: + Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu. + Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Các yếu tố ảnh hưởng: Nồng độ chất khô trong dung dịch Càng cao thì càng tiết kiệm thời gian sấy và năng lượng cần cung cấp. Tuy nhiên, nếu quá cao sẽ làm tăng độ nhớt gây khó khăn cho quá trình tạo sương mù trong buồng sấy, cơ cấu phun dễ bị tắc ngen4hoac85 tạo hạt với hình dạng và kích thước không như mong muốn. à thường khoảng 45 – 52%. Nhiệt độ tác nhân sấy Nhiệt độ cao quá trình sấy phun càng hiệu quả hơn. Tuy nhiên nhiệt độ quá cao độ ẩm cuối của bột sản phẩm sẽ không giảm thêm nhiều. Hơn nữa, phá hủy cấu tử mẫn cảm nhiệt, tốn kém năng lượng. Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy. Ưu điểm: Tổn thất chất dinh dưỡng không đáng kể. Sản phẩm có hình dạng và kích thước tương đối đồng nhất. Năng suất cao, làm việc theo nguyên tắc liên tuc. Nhược điểm: Không thể sử dụng mẫu có độ nhớt quá cao, vốn đầu tư thiết bị lớn. Thiết bị thường được thiết kế cho sản phẩm có tính chất và đặc thù riêng. Cách thực hiện: Hình 25: Hệ thống sấy phun có sử dụng băng tải Thông số công nghệ: Giai đoạn 1 : 75% lượng tác nhân sấy (270 – 2800C) được nạp vào vòi phun, 25% còn lại (100 – 1500C) được nạp qua lưới phân bố à Sản phẩm rơi xuống băng tải, W = 6 -14% Giai đoạn 2 : băng tải đưa sản phẩm qua buồng sấy phụ, tác nhân sấy trên đường thoát qua băng tải tiếp tục tách ẩm sản phẩm à W = 3 – 10% Giai đoạn 3 : nạp tác nhân sấy mới (110 – 1400C) để sản phẩm đạt độ ẩm yêu cầu, khí thoát 74 – 760C. Sau cùng, băng tải đưa sản phẩm vào buồng làm nguội (không khí tách ẩm, 15 – 200C). Hoàn thiện Mục đích Cải thiện mùi vị. Tăng khả năng hòa tan của bột sản phẩm. Cách thực hiện Sử dụng đường bột. à tăng khả năng phân tán của sản phẩm. Quá trình tạo hạt. Hạt sản phẩm sau sấy phun sẽ được làm ẩm trở lại để quá trình kết dính giữa chúng tạo nên những khối hạt mới. Tiếp theo, các khối hạt này sẽ được sấy tách ẩm và làm nguội. à kích thước hạt tăng từ 30 – 80mm lên 150 – 200mm. Hình 26: Thiết bị tạo hạt Bao gói Vật liêu bao bì Thường sử dụng bao bì kim loại hoặc bao bì giấy để đựng sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật Hạn chế tiếp xúc với ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến bột trái cây. 4. THIẾT BỊ VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 4.1 Sấy phun 4.1.1 Giới thiệu chung Sấy phun là một quá trình là một quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong quá trình sấy, nước được tách khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do: Chênh lệch do độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu môi trường xung quanh. Quá trình sấy phun có một số điểm khác biệt hơn so với các quá trình sấy khác. Mẫu nguyên liệu đưa vào sấy phun có dạng lỏng, cò sản phẩm thu được sau khi sấy có dạng bột. Thực chất, mẫu nguyên liệu khi vào thiết bị sấy sẽ được phân tán thành những hạt nhỏ li ti trong buồng sấy. Chúng được tiếp xúc với tác nhân sấy. Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng. Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ hệ thống thu hồi riêng. Quá trình sấy phun có những ưu điểm sau: Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn, do đó nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy không bị tăng quá cao. Nhờ đó, sự tổn thất các hợp chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ trong mẫu là không đáng kể. Sản phẩm sấy phun được hình thành là những hạt có hình dạng và kích thước tương đối đồng nhất. Tỷ lệ khối lượng các cấu tử không bay hơi trong hạt sản phẩm tương đương như trong mẫu lỏng bản đầu. Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục. Điều này góp phần làm hiện đại hóa các quá trình sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên quá trình sấy phun cũng có một số nhược điểm: Không thể sử dụng sấy phun cho những mẫu nguyên liệu có độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm thu được yêu cầu có tỷ trọng cao. Mỗi thiết bị sấy phun thường được thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù tiêng. Ví dụ như thiết bị chuyên dung để sản xuất dạng bột mịn (kích thước hạt nhỏ) không thể sử dụng để sản xuất sản phẩm dạng bột khô (kích thước hạt lớn). Vốn đầu tư cho thiết bị sấy phun khí lớn khi ta so sánh với các thiết bị sấy lieu tục khác. Quá trình sấy phun bao gồm ba giai đoạn cơ bản sau: Giai đoạn phân tán dòng nhập liệu thành những hạt nhỏ li ti (giai đoạn phun sương – atomization) Giai đoạn trộn mẫu cần sấy và không khí nóng, khi đó sẽ xảy ra quá trình bốc hơi nước trong mẫu. Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau khi sấy từ dòng khí thoát. 4.1.2 Thiết bị sấy phun Thiết bị sấy phun có các bộ phận chính là buồng sấy, cơ cấu phun, caloriphe để cấp nhiệt cho tác nhân sấy, hệ thống quạt và hệ thống thu hồi sản phẩm. 4.1.2.1 Cơ cấu phun Cơ cấu phun có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng sấy dưới dạng bột mịn (sương mù). Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy, đó là quá trình quan trọng nhất trong kỹ thuật sấy phun. Hiện nay có ba dạng cơ cấu phun sương: đầu phun áp lực (pressure nozzle), đầu phun ly tâm (centrifugal/rotary atomizer) và đầu phun khí động (pneumatic nozzle). Đầu phu áp lực: hay còn gọi là đâu phun một dòng (single fluid nozzle): mẫu nguyên liệu sẽ được nén vào đầu phun bằng bơm cao áp. Áp lực lên đến 5-7MPa. Tiếp theo mẫu thoát ra khỏi một lỗ phun có dạng hình nón với đường kính 0.4-4mm. Góc phun có thể dao động từ 40-1400. Ưu điểm của dạng đầu phun này là năng lượng thấp nhưng hiệu suất lại không cao. Hình 27: Đầu phun áp lực Đầu phun ly tâm: đầu phu có cấu tạo dạng đĩa, nguyên liệu sẽ được bơm vào tâm của đĩa. Người ta sử dụng khí nén để làm quay đĩa. Do tác động quay của đĩa và sự thoát ra của khí nén, mẫu nguyên liệu sẽ được chuyển về phía thành của đĩa và va đập vào các rãnh trên đĩa kết quả là mẫu lỏng được phân tán thành giọt sương nhỏ li ti. Góc phun của đầu phun ly tâm lên đến 1800 nên các hạt lỏng sẽ chuyển động ngang đập vào buồng sấy. Khi đó, chúng bị thay đổi phương đột ngột và tào nên một hỗn hợp sương bụi xuáy rối di chuyển xuống dưới buồng sấy. Tốc độ quay của đĩa thường 10.000-30.000 vòng/phút. Ưu điểm của đầu phun ly tâm là hạt san phẩm đồng nhất, có thể sấy nguyên liệu có độ nhớt cao, năng suất cao nhưng do góc phun là 1800 nên phải thiết kế đường kính có kich thước lớn. Cơ cấu phun bằng khí động: còn gọi là đầu phun hai dòng, mẫu nguyên liệu được bơm vào đầu phun theo ống trung tâm. Tác nhân sấy sẽ theo ống ở phần biên đầu phun vào buồng sấy. Hỗn hợp sẽ được phân tán dưới dạng sương mù trong buồng buồng sấy. Góc phun dao động từ 20-600. Ưu điểm của dầu phun này là có thể sử dụng với nguyên liệu có độ nhớt cao, năng suất cao nhưng chi phí năng lượng thấp. 4.1.2.2 Buồng sấy Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng). Buồng sấy có nhiều hình dạng nhưng điểm hình nhất là hình trụ đáy con. Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính,…) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức là phụ thuoc5 vào cơ cấu đầu phun sử dụng. Hình 28: Buồng sấy Dựa vào hướng chuyển động của nguyên liệu và tác nhân sấy mà ta có ba trường hợp sau: Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều (co-current contact): đầu phun nguyên liệu và tác nhân sấy được bố trí trên đỉnh buồng sấy. Cả ba cơ cấu đầu phun đều có thể được sử dụng trong thiết bị này. Đâu cũng là trường hợp phổ biến sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Hình 29: Sơ đồ dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động cùng chiều Dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều (countercurrent contact): đầu phun nguyên liệu được bố trí trên đỉnh buồng sấy và các giọt lỏng chuyển động theo hướng từ trên xuống dưới trong khi khi của vào của tác nhân sấy được bố trí phía dưới thiết bị và không khí nóng sẽ chuyển động từ dưới lên trên. Thường sử dụng đầu phun khí động và đầu phun áp lực trong trường họp này. Hình 30: Sơ đồ dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động ngược chiều Dạng hỗn hợp (mixed flow contact): của vào tác nhân sấy được bố trí trên đỉnh thiết bị, do đó không khí nóng sẽ chuyển động từ dưới lên và thoát ra phí bên dưới thiết bị. Ngược lại, đầu phun nguyên liệu sẽ bố trí ở gần bị trí trung tâm của buồng sấy. Đầu tiên thì hạt lỏng sẽ chuyển động theo chiều từ dưới lên để tiếp xúc với tác nhân sấy. Sau quá trình đó bột sản phẩm được hình thành, chuyển động từ trên xuống dưới và được thu hồi tại đáy buồng sấy. Hình 31: Sơ đồ dòng nguyên liệu và tác nhân sấy chuyển động hỗn hợp 4.1.2.3 Tác nhân sấy Không khí nóng là tác nhân sấy thong dụng nhất. Để gia nhiệt cho không khí, ta có thể sử dụng những tác nhân (hơi, dầu, gas, điện) và phương pháp nhiệt khác nhau (trực tiếp hay gián tiếp). Trong công nghiệp thực phẩm thì hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất. Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 150-2500C. 4.1.2.4 Hệ thống thu hồi sản phẩm Thông thường bột sản phẩm sau khi sấy phun được thu hồi tại của đáy của buồng sấy. Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện,... Phổ biến nhất hiện nay là lắng xoáy tâm, sử dụng cyclone. Khí thoát có chứa các hạt sản phẩm sẽ đi vào cyclone từ phần đỉnh theo phương pháp tiếp tuyến với thiết bị. Bột sản phẩm sẽ di chuyển theo quỹ đạo hình xoắn ốc và rơi vào đáy cyclone. Không khí sạch thoát ra ngoài theo cửa trên đỉnh cyclone. 4.1.2.5 Quạt Để tăng lưu lượng của những dòng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm. Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt. Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát. Còn quạt phụ được đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy. Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy. 4.2 Sấy thăng hoa (Freeze-drying, lyophilization) Sấy thăng hoa là một trong những kỹ thuật sấy hiện đại để loại dung môi ra khỏi nguyên liệu ban đầu bằng cách làm thăng hoa dung môi đã được đông đặc bằng cách giảm đột ngột áp suất của hệ. Hiện nay, kỹ thuật sấy thăng hoa được sử dụng chủ yếu trong dược và công nghệ thực phẩm. Tuy nhiên, kỹ thuật sấy này là một kỹ thuật sấy tương đối phúc tạp thường tốn nhiều chi phí nên thường chỉ sử dụng để sản xuất những sản phẩm có giá trị cao. Mặc dù vậy, kỹ thuật sấy thăng hoa mang lại rất nhiều ưu điểm cho sản phẩm như: giữa lại màu, mùi, bề mặt và cấu trúc ban đầu; đặc biệt những sản phẩm này có thể được bảo quản trong nhiều năm ở nhiệt độ phòng (R. Chakraborty, 2006). Hơn nữa, nếu tính chi phí năng lưỡng để bảo quản các sản phẩm foodstuff giữa được những tính chất ban đầu thì chi phí này đã lớn hơn cả chi phí đầu tư cho việc áp dụng sấy thăng hoa. Chính vì vậy, kỹ thuật sấy thăng hoa vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm như: sấy vi sinh vật, sấy rau trái, … Một trong những sản phẩm từ rau sử dụng kỹ thuật sấy thăng hoa là bột trái cây. 4.2.1 Cơ chế Quá trình sấy thăng hoa được chia ra làm 3 giai đoạn làm lạnh đông sấy giai đoạn 1 sấy giai đoạn 2 Làm lạnh đông (Freezing, Solidification): Đây là giai đoạn đầu tiên trong quá trình sấy thăng hoa. Trong giai đoạn này, nguyên liệu được làm lạnh và dung môi (thường là nước) hình thành các tinh thể tinh khiết. Khi quá trình làm lạnh tiếp tục, nhiều và nhiều tinh thể được hình thành. Chính vì thế mà nồng độ các cấu tử hòa tan tăng dần. Bên cạnh đó, nếu nguyên liệu ban đầu ở dạng dung dịch thì độ nhớt dung dịch cũng sẽ tăng, điều này ảnh hưởng đến sự hình thành các tinh thể tiếp theo. Khi nồng độ chất tan cùng độ nhớt tăng lên đến một gián han nhất định thì có thể dẫn đến sự hình thành các tinh thể vô định hình (F. Franks, 1990). Một hàm lượng nhỏ nước tồn tại trong nguyên liệu ban đầu chưa đông đặc được gọi là “Bound water” (Wassim Abdelwahed, 2006). Để hiễu rõ cơ chế của giai đoạn này, ta xem qua đồ thì ta có thể xem đồ thị ba pha dung dịch sucrose. Hình 26: Sơ đồ chuyển pha của dung môi trong quá trình sấy thăng hoa Đồ thị chỉ ra rằng dung dịch sucrose loãng sẽ tăng nồng độ trong suốt quá trình làm lạnh cho đến khi nhiệt độ đạt giá trị Tg′. (Tg′: là giá trị nhiệt độ chuyển hóa thành tinh thể của dụng dịch ở nồng độ tinh thể là cao nhất.(Tg′:glass transition temperature of maximally cryo-concentrated solution)). Tại vị trí này nồng độ sucrose là 80% và nếu tiếp tục làm lạnh cũng không làm thay đổi nồng độ của dung dịch. Cần chú ý rằng nhiệt độ quá trình làm lạnh phải được thực hiện ở Tg’ hoặc thấp hơn cho đến khi quá trình này kết thúc (F. Franks, 1998). Sấy giai đoạn một (primary drying, sublimation): Giai đoạn này là giai đoạn làm thăng hoa các tinh thể đá từ nguyên liệu đông lạnh. Gồm bốn bước nhỏ sau: i) khí nóng được chuyển vào tiếp xúc với nguyên liệu lạnh đông và tạo ra một áp suất chân không, ii) tinh thể đá thăng hoa và hơi nước hình thành chuyển dần ra bề mặt của nguyên liệu, iii) nước bốc hơi khỏi bề mặt của nguyên liệu và thoát ra ngoài qua hệ thống ngưng tụ, iv) nước ngưng tụ ở hệ thông ngưng tụ. Kết thúc quá trình thăng hoa, có nhiều lỗ hỏng nhỏ được hình thành, đây là những vị trí mà các tinh thể đá đã được thăng hoa (N.A.Williams, 1984). Sấy giai đoạn hai (secondary drying): . Đây là giai đoạn loại bỏ nước hấp thu ra khỏi sản phẩm. Các phân tử nước không bị kết tinh trong quá trình làm lạnh đông và không bị tách ra khỏi sản phẩm trong quá trình thăng hoa (M.J. Pikal,1990). 4.2.2 Thiết bị Hình 33: Thiết bị sấy thăng hoa 5. THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ Cải tiến phương pháp Hiện nay, trong công nghệ thực phẩm nói chung và trong công nghệ sản xuất bột trái cây nói riêng thì quá trình loại nước khỏi sản phẩm “dehydration” là một quá trình cực kỳ quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chất lượng và cả thời gian bảo quản sản phẩm. Trong nhiều năm qua, nhiều công trình nghiên cứu được thực hiện nhằm làm tăng hiệu quả quá trình sấy mà lại có thể làm giảm đến mức thấp nhất ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng sản phẩm. Một trong những kỹ thuật đang được quan tâm hiện nay là sự kết hợp giữa hai hay nhiều quá trình xử lý. Khi đó, ở mỗi quá trình sẽ thực hiện ở những điều kiện nhiệt độ, áp suất có thể làm giảm đến mức tối thiểu các biến đổi về vật lý, hóa học và sinh học của sản phẩm đồng thời hiệu quả của các quá trình xứ lý là cao nhất (McKenna, 1994). Theo một công trình nghiên cứu của G.dosia và cộng sự, 1998 trên nguyên liệu là khoai tây, táo, bí xanh và carrot về sự kết hợp của quá trình sấy đối lưu (thực hiện ở 500C đưa hàm ẩm về 15%) và sau đó thực hiện quá trình sấy thăng hoa (thực hiện ở 350C áp suất 0.2mBar) thì kết quả thu được chỉ ra rằng: sự kết hợp giữa quá trình sấy đối lưu ôn hòa và sấy thăng hoa thu được sản phẩm có chất lượng tương đương với sản phẩm chỉ sấy thăng hoa đơn thuần, nhờ đó mà có thể giảm giá thành sản phẩm. G.dosia cũng chỉ ra rằng đây là một phương pháp hứa hẹn có thể áp dụng vào sản xuất các sản phẩm rau trái có chất lượng cao. Ngoài ra đối với một số sản phẩm có mùi vị đặc trưng như chuối, mít,… thì quá trình xử lý nhiệt, đặc biệt là quá trình sấy ảnh hưởng rất nhiều đến mùi vị của sản phẩm. Đặc biệt trong quá trình sản xuất bột trái cây thì các cấu tử hương càng dễ bị tổn thất trong các quá trình nhiệt. Các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng quá trình sấy đến các cấu tử hương trong sản xuất bột trái cây vẫn còn rất hạn chế. Như ta biết chuối là một loại trái cây rất được ưa chuộng, đặc biệt là ở các nước châu Á. Sản lượng tiêu thụ năm 2005 trên toàn thế giới lên đến 72,464,562 tấn (Juan Wang, 2007). Tuy nhiên thời gian bảo quản của chuối thường rất ngắn. Chính vì thế mà gần đây rất nhiều sản phẩm chuối được thương mại hóa như: chip chuối, pure chuối, nước chuối và đặc biệt là sản phẩm bột chuối. Các cấu tử hương chính trong chuối phải kể đến là các hợp chất ester như: 3-methylbutylacetate, 3-methyl-butyl butanoate và 3-methylbutyl-3-methyl butanoate (Salmon et al, 1996). Như ta biết thì sấy thăng hoa là một kỹ thuật sấy mang lại rất nhiều ưu điểm, tuy nhiên áp suất chân không cao cũng có thể làm tổn thất một số thành phần trong nguyên liệu như áp suất chân không có thể làm ảnh hưởng đến elemicin trong chuối trong quá trình sản xuất bột chuối bằng phương pháp sấy thăng hoa (Juan Wang, 2007). Gần đây một kỹ thuật sấy mới “Vacuum belt drying” đang được áp dụng để trong kỹ thuật sấy rau trái (Maltini, Nani, & Bertolo, 1992; Monzini & Maltini,1990). Thiết bị và nguyện tắc hoạt động của kỹ thuật sấy này được miêu tả như sau: đầu tiên nguyên liệu (thường ở dạng puree sẽ được nhập liệu vào tại phễu nhập liệu 1, sau đó nguyên liệu sẽ được băng tải vận chuyển lần lược qua các tấm bảng 2 với các nhiệt độ khác nhau từ cao đến thấp. Đồng thời bơm chân không 7 tạo áp lực chân không giúp cho quá trình sấy diễn ra dễ dàng hơn. Sau đó nguyên liệu sẽ được cho vào thiết bị chứa. Theo Juan Wang, 2007 thì các cấu tử hương trong chuối sau hai quá trình sây thăng hoa và “Vacuum belt drying” gần giống nhau, thậm chí một số cấu tử hương vẫn không bị ảnh hưởng bởi “Vacuum belt drying” mà lại bị mất đi bởi sấy thăng hoa. Sấy phun thăng hoa:đây là một phương pháp sấy khí mới. Không giống như sấy thăng hoa truyền thống có nhập liệu ở dạng puree thì ở sấy phun thăng hoa, nhập liệu ở dạng dung dịch là dịch chiết rau trái. Trong quá trình sấy, dung dịch được phun thành sương tương tự như trong thiết bị sấy phun nhưng thay vì tác nhân sấy là không khí nóng thì trong sấy phun thăng hoa, tác nhân sấy là không khí lạnh. Các hạt sương sẽ đóng băng ngay lập tức. Sau đó hệ giảm áp suất và tăng nhẹ nhiệt độ. Nước sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi một cách nhanh chống. Ưu điểm của phương pháp này là sản phẩm giữ được hầu như thành phần dinh dưỡng ban đầu mà không bị mất mát như trong sấy sấy phun. Hơn nữa, sản phẩm sấy phun thăng hoa có độ tan khá tốt. Do trong quá trình sấy, nước bốc hơi tạo nên các mao quản nhỏ trong hạt sản phẩm. Nhở đó mà bột sản phẩm có độ tan khá tốt. 5.2. Cải tiến thông số công nghệ và sử dụng phụ gia Ngoài việc thay đổi phương pháp sấy truyền thống thì việc thay đổi về các thông số công nghệ cũng như sử dụng các chất phụ gia hỗ trợ cũng là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Sự hình thành lớp vỏ áo của bột sản phẩm ảnh hưởng rất nhiều đến độ tan cũng như khả năng hút ẩm của bột sản phẩm sau này. Theo Sebhatu, Anberg và Ahlneck 1994, thì bột trái cây thu được băng hương pháp sấy phun chứa hàm lượng đường cao ở trạng thái vô định hình, khả năng hút ẩm của các loại đường trong rau trái như glucose, fructose lại khá cao, chính vì thế mà ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất công nghệ của sản phẩm như dẫn đến sự kết chùm của bột sản phẩm (điều này là do khi tinh thể đường từ trạng thái vô định hình chuyển sang trại thái tinh thể là trạng thái bền vữngs thì xảy ra sự hấp thu một lượng nước, làm tăng ẩm do đó dễ xảy ra hiện tượng kết tụ hơn). Để làm giảm hiện tượng này thì cần có một sự sắp xếp cấu trúc của nguyên liệu trước khi sấy phun, nhờ đó mà trong quá trình sấy phun chỉ diễn ra sự hình thành các tinh thể, do đó mà khả năng hút ẩm cũng như khả năng kết chùm của bột sản phẩm giảm xuống. Một trong những giải pháp kỹ thuật được đề xướng là việc sử dụng các hợp chất maltodextrin vừa có tác dụng tạo hạt vừa có tác dụng làm giảm sự hút ẩm của sản phẩm. Theo Milton Cano-Chauca, 2004 thì việc sử dụng hỗn hợp maltodextrin, gum Arabic và sáp ong có thể làm tăng độ hòa tan của bột xoài. . Hình 34: Sự hình thành hạt sản phẩm trong quá trình sấy phun thăng hoa (A.I. Liapis, 2008) Hình 35: Cấu trúc hạt sản phẩm bởi sấy phun thăng hoa (bên trái) và sấy phun (bên phải) Hình 36: Ảnh hưởng của hỗn hợp chất phụ gia maltodextrin lên cấu trúc của bột xoài sau quá trình sấy phun (Milton Cano-Chauca, 2005) 6.TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. G.R. Chegini, Prediction of process and product parameters in an orange juice spray dryer using artificial neural networks, Journal of Food Engineering vol 84 (2008) 534–543 2. Athanasia M. Goula, Spray drying of tomato pulp in dehumidified air: I. The effect on product recovery, Journal of Food Engineering vol 66 (2005) 25–34 3. Athanasia M. Goula, Spray drying of tomato pulp in dehumidified air: II. The effect on product recovery, Journal of Food Engineering vol 66 (2005) 35-42 4. G.Donsia, Combination of mild dehydration and free drying processes to obtain hight qualyity dried vegetables and fruits, Institution of Chemical Engineers, vol 73, part C, 0960-3085, 1998 5. Juan Wang, Comparison of volatiles of banana powder dehydrated by vacuum belt drying, freeze-drying and air-drying, Food Chemistry, vol 101, 1516–1521, 2007 6. E. Tsami, Effect of Drying Method on the Sorption Characteristics Model Fruit Powders, Journal of food engineering, vol 38, 381-392, 1999 7. Piotr P.Lewicki, Effect of drying on respiration of apple slices, Journal of food engineering, vol 49, 333-337, 2001 8. Milton Cano-Chauca, Effect of the carriers on the microstructure of mango powder obtained by spray drying and its functional characterization, Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol 6, 420 – 428, 2005 9. Yeu-Pyng Lin, Effects of far-infrared radiation on the freeze-drying of sweet potato, Journal of Food Engineering, vol 68, 249–255, 2006 10. Markus R. Moßhammer, Evaluation of different methods for the production of juice concentrates and fruit powders from cactus pear, Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol 7, 275–287, 2007 11. A. Nussinovitch, Fractal pore-size distribution on freeze-dried agar-texturized fruit surfaces, Food Hydrocolloids 825–835, vol 18 , 2004 12. Luanda G. Marques, Freeze-drying of acerola (Malpighia glabra L.), Chemical Engineering and Processing vol 46, 451–457, 2007 13. Mary Ellen Camire, Functionality of fruit powders in extruded corn breakfast cereals, Food Chemistry, vol 101, 765–770, 2007 14. C.Ratti, Hot air and free drying of high-value foods: a review, Journal of food engineering, vol 49, 311-319, 2001 15. Haiying Wang, Glass transition and state diagram for fresh and freeze-dried Chinese gooseberry, Journal of Food Engineering vol 84, 307–312, 2008 16. Qi-Long Shi, Optimization of processing parameters of horse mackerel (Trachurus japonicus) dried in a heat pump dehumidifier using response surface methodology, Journal of Food Engineering vol 87, 74–81, 2008 17. T.H. Tran, Process development of Gac powder by using different enzymes and drying techniques, Journal of Food Engineering vol 85, 359–365, 2008 18. J.M. Obón, Production of a red–purple food colorant from Opuntia stricta fruits by spray drying and its application in food model systems, Journal of Food Engineering vol 90, 471–479, 2009 19. Y. Chen, Selectivity en hancement of an immobilized apple powder enzymatic sensor for dopamine, Biosensors & Bioelectronics vol 9, 401-410, 1994 20. E. Venir, Structure related changes during moistening of freeze dried apple tissue, Journal of Food Engineering vol81, 27–32, 2007 21. Siew Young Quek, The physicochemical properties of spray-dried watermelon powders, Chemical Engineering and Processing vol 46, 386–392, 2007 22. P. Di Matteo, The role of heat and mass transfer phenomena in atmospheric freeze-drying of foods in a fluidised bed, Journal of Food Engineering vol 9, 267–275, 2003 23. M.K. Krokida, Volatility of apples during air and freeze drying, Journal of Food Engineering vol 73, 135–141, 2006 24. Athanasia M. Goula, Water sorption isotherms and glass transition temperature of spray dried tomato pulp, Journal of Food Engineering vol 85, 73–83, 2008 25. Alane Cabral de Oliveira, Total phenolic content and free radical scavenging activities of methanolic extract powders of tropical fruit residues, Food Chemistry vol 115, 469–475, 2009 26. J.A. Larrauri, New approaches in the preparation of high dietary fibre powders from fruit by-products, Trends in Food Science & Technology vol 10, 3-8, 1999 27. Humberto Vega-Marcado, Advances in dehydration of foods, Journal of food processing, vol 49, 271-289, 2001 28. Wassim Abdelwahed, Freeze-drying of nanoparticles: Formulation, process and storage considerations, Advanced Drug Delivery Reviews vol 58, 1688–1713, 2006 29. A.I. Liapis, A mathematical model for the spray freeze drying process: The drying of frozen particles in trays and in vials on trays, International Journal of Heat and Mass Transfer vol 52 , 100–111, 2009 30. Lue-lue Huang, Effect of coating on post-drying of freeze-dried strawberry pieces, Journal of Food Engineering, vol 92, 107-111, 2009 31. Chokri Hammami & Frederic Rene, Determination of Freeze-drying Process Variables for Strawberries, Journal of food engineering, vol 32, 133-054, 1997. 32. Markus R. Moßhammer, Development of a process for the production of a betalain-based colouring foodstuff from cactus pear, Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol 6, 221– 231, 2006.