Giáo trình Kĩ thuật thực phẩm 2 (Nghề Công nghệ thực phẩm Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ ngày tháng năm 2017 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) MÔN HỌC: KĨ THUẬT THỰC PHẨM NGÀNH, NGHỀ: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trìn biên soạn theo hướng tích hợp kiến thức kỹ cần có nghề cơng nghệ thực phẩm Giáo trình cập nhật kiến thức tổng quát cân vật chất cân lượng chế biến thực phẩm Để hồn thiện giáo trình tơi nhận ý kiến đóng góp cán kỹ thuật, công ty doanh nghiệp, quý thầy cô Lãnh đạo Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp Tôi xin gởi lời cảm ơn đến cán kỹ thuật, công ty doanh nghiệp, Lãnh đạo Trường q thầy tham gia đóng góp ý kiến để giúp tơi hồn thành giáo trình Trong q trình biên soạn chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp, hỗ trợ từ cán kỹ thuật, cơng ty doanh nghiệp, đồng nghiệp để giáo trình hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Đồng Tháp, ngày 15 tháng năm 2017 Chủ biên Trần Hồng Tâm i MỤC LỤC  Trang LỜI GIỚI THIỆU i MỤC LỤC ii GIÁO TRÌNH MƠN HỌC KĨ THUẬT THỰC PHẨM Chƣơng 1: CƠ HỌC LƢU CHẤT .2 Tính chất chất lỏng 2 Đo độ nhớt lưu chất Cân vật chất lượng cho dòng chảy ống 18 Đo đạc dòng chảy 36 CHƢƠNG 2: TRUYỀN NHIỆT TRONG THỰC PHẨM .39 Giới thiệu 39 Các hình thức truyền nhiệt .39 Các định luật nhiệt động lực học 40 Dẫn nhiệt (conductive heat transfer) 43 CHƢƠNG 3: CÁC QUÁ TRÌNH CƠNG NGHỆ CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 55 Quá trình lắng 56 Quá trình lọc 58 Quá trình ly tâm 68 Quá trình phối trộn 75 Quá trình cô đặc .80 Quá trình chiên - rán 90 Quá trình sấy 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .100 ii GIÁO TRÌNH MƠN HỌC KĨ THUẬT THỰC PHẨM Tên môn học/mô đun: Kĩ thuật thực phẩm Mã môn học, mô đun: CCN 203 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/ mơ đun: - Vị trí: Mơn sở ngành, học sau môn Kỹ thuật thực phẩm - Tính chất: mơn bắc buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: Mơn học trang bị kiến thức học lưu chất, truyền nhiệt trình dùng chế biến thực phẩm Mục tiêu môn học/ mô đun: - Về kiến thức: + Biết tính chất, phương pháp thiết bị xác định độ nhớt lưu chất, cân vật chất lượng cho dòng chảy ống, thiết bị vận chuyển lưu chất nhằm giúp người học lựa chọn, thiết kế, vận hành thiết bị vận chuyển lưu chất + Biết hình thức truyền nhiệt như: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt xạ nhiệt, trình truyền nhiệt ổn định truyền nhiệt khơng ổn định, tính tốn q trình truyền nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt nhằm giúp người học lựa chọn, thiết kế, vận hành thiết bị, hệ thống truyền nhiệt nhà máy + Biết trình ứng dụng vào lĩnh vực công nghệ chế biến thực phẩm - Về kỹ năng: vận dụng kiến thức học vào thực tế để lựa chọn, thiết kế hệ thống thiết bị, vận hành hệ thống thiết bị công nghệ thực phẩm - Về lực tự chủ trách nhiệm: Ý thức chun mơn kỹ thuật tính an toàn vận hành hệ thống thiết bị nhà máy Nội dung môn học/mô đun: Số TT Tên chương, mục Thời gian (giờ) Tổng số Chương 1: Cơ học lưu chất 16 Chương 2: Truyền nhiệt thực phẩm 16 Chương 3: Các trình cơng nghệ phạm vi ứng ứng dụng 28 Cộng 60 Thực hành, Kiểm Lý thuyết thínghiệm, thảo tra luận, tập 10 11 26 27 30 Chƣơng 1: CƠ HỌC LƢU CHẤT Mã Chƣơng: Giới thiệu: Kiến thức Cơ học lưu chất dùng kỹ thuật Mục tiêu: trình bày tính chất, phương pháp thiết bị xác định độ nhớt, cân vật chất lượng cho dòng chảy ống, thiết bị vận chuyển lưu chất Tính chất c chất ỏng Việc vận chuyển chất lỏng từ nơi nầy đến nơi khác có quan hệ mật thiết đến đặc tính lưu chất Các đặc tính lưu chất có quan hệ với việc vận chuyển kể đến: khối lượng riêng, độ nhớt lưu thể Sự thay đổi tính chất có ảnh hưởng trực tiếp đến việc tính tốn cung cấp lượng cho dòng chảy, c ng thể đặc tính dịng chảy Hiểu biết tính chất lưu chất giúp ta thiết kế, vận hành hệ thống vận chuyển thực phẩm nhà máy đạt hiệu cao 1.1 Vai trò ứng suất dòng chảy Sự chảy lưu chất xãy có lực tác dụng lên lưu chất Lực tác dụng lên lưu chất hướng khác Khi lực tác dụng theo phương thẳng góc với bề mặt lưu chất ta có áp suất N (pressure) Đơn vị áp suất   hay [Pa] m  Khi lực tác dụng song song với bề mặt lưu chất ta có ứng suất cắt (shear N stress) Đơn vị ứng suất cắt   hay [Pa] m  Khi ứng suất cắt tác dụng lên chất lỏng làm chất lỏng bị biến dạng Ảnh hưởng ứng suất cắt lên biến dạng vật liệu yếu tố để phân loại loại vật liệu thực phẩm như: rắn, lỏng, khí , bán lỏng * Vật iệu àn hồi: Khi ứng suất cắt tác dụng lên vật liệu đàn hồi làm vật liệu biến dạng (theo quan hệ đường thẳng), vật liệu khơng chảy (vẫn cịn giữ nguyên trạng thái) Và loại bỏ lực tác dụng vật liệu trở lại dạng ban đầu * Vật iệu àn hồi: Khi ứng suất tác dụng vật liệu bị biến dạng tốc độ biến dạng hàm số ứng suất cắt (kh ng theo quan hệ đường thẳng) Khi loại bỏ lực tác dụng phần vật liệu trở lại dạng ban đầu (kh ng trở v trạng thái an đ u hoàn tồn), loại vật liệu nầy kể đến: bơ, phomat * Chất ỏng: Khi ứng suất cắt tác dụng vật liệu bị biến dạng, tốc độ biến dạng hàm số ứng suất cắt (c th tu n theo qui u t đường thẳng hay theo qui u t hàm số m trường h p ch t ng ewton phi ewton) Khi loại bỏ ứng suất vật liệu khơng có khả trở lại dạng ban đầu 1.2 Khối lượng riêng (density) Được định nghĩa khối lượng đơn vị thể tích điều kiện xác định Trong hệ SI khối lượng riêng có đơn vị kg/m3 Khối lượng riêng lưu chất phụ thuộc vào nhiệt độ T trọng (specific gravity) đại lượng không đơn vị Là tỉ lệ khối lượng riêng chất cần xác định với khối lượng riêng chất (thường nư c o C c khối ng riêng 1000 kg/m3) Có thể xác định khối lượng riêng tỉ trọng Baumé kế (độ B ), Brix kế Quan hệ giửa oBé tỉ trọng (d) theo công thức: * Trong trường hợp: + Tỉ trọng d > 1, ta có quan hệ: o Be  145  145 d d: tỉ trọng chất lỏng + Tỉ trọng d < 1, ta có quan hệ: o Be  140  130 d 1.3 Độ nhớt (viscosity) Là tính chất có ảnh hưởng lớn đến việc vận chuyển lưu chất (sự chảy ch t ưu ch t c v n tốc khác tác động lực, chịu ảnh hưởng độ nh t ưu ch t) Chất lỏng khơng có khả biến dạng thuận nghịch, chất lỏng chảy có lực tác dụng vận tốc chảy tăng lực tác dụng tăng Các chất lỏng khác chảy với tốc độ khác với lực tác dụng Tính chất cản trở chuyển động dịng chảy gọi độ nhớt Để hiểu r độ nhớt xét chi tiết (Hình 1.1) u=0 u u=u F y u=0 u=0 Hình 1.1 Di chuyển c ớp chất ỏng tác dụng ực Khi quan sát hai lớp chất lỏng song song gần có diện tích vơ hạn (r t ài r t rộng) hình vẽ (Hình 1.1) Hai lớp chất lỏng quan sát cách khoảng y Lớp chất lỏng phía chịu tác dụng lực di chuyển theo phương lực tác dụng với vận tốc u, lớp chất lỏng phía cố định có vận tốc u = (kh ng i chuy n hay đứng yên) Giữa lớp chất lỏng quan sát, có vơ số lớp chất lỏng khác lớp chất lỏng c ng chuyển động theo phương lực tác dụng Lớp chất lỏng chuyển động với vận tốc lớn u giảm dần theo hướng lớp phía u = Biểu đồ khác biệt vận tốc theo phương y thấy (Hình 1.1) Các thực nghiệm cho thấy độ lớn lực có quan hệ với vật tốc (u), diện tích bề mặt tiếp xúc (A) khoảng cách giửa lớp chất lỏng (y) Quan hệ lực tác dụng với diện tích bề mặt, vận tốc khoảng cách lớp chất lỏng mô tả: Với  gọi gradient vận tốc (1/s) Hồn tồn đặt tham số  để thể mối quan hệ ( c th số hay hàm số b t kỳ), viết lại: Với dấu (-) để thể lực ( ) luôn dương Tham số  số gọi độ nhớt chất lỏng tuân theo phương trình gọi chất lỏng Newton (Newtonian liquid) Một số chất lỏng thực phẩm có xem chất lỏng Newton kể đến: mật ong, sữa tươi, nước Độ nhớt số lưu chất liệt kê (Bảng 1.1) Bảng 1.1 Đ nhớt c m t số ƣu chất Lƣu chất nhiệt ph ng Đ nhớt  (Pa.s) - Khơng khí 10-5 - Nước 10-3 - Dầu 10-4 - Glycerin - Mật ong 10 (Nguồn: Heldman & Lund, 2007) + Đơn vị độ nhớt Với đơn vị ứng suất cắt ()  N      Pa  m  gradient vận tốc ()  du  m      dy  s m   s  Vì đơn vị độ nhớt   Pa.s Ngồi Pa.s người ta cịn dùng Poise (P) hay Centipoise (cP) cP = 10-3 Pa.s cP = 0,01 P Với chất lỏng phi Newton, độ nhớt quan hệ với ứng suất gradient vận tốc theo quan hệ hàm số m (do ch t l ng phi ewton c độ nh t thay đổi tuỳ theo lực tác ụng)   K  n Với K: độ sệt [Pa.sn] n: số biểu thị độ sệt (Th ng thường n không đơn vị 1) Chất lỏng phi Newton chất lỏng có độ nhớt thay đổi tùy theo ứng suất tác dụng hay nói cách khác khơng có độ nhớt thật, có độ nhớt biểu kiến (apparent viscosity) Độ nhớt biểu kiến (app) độ nhớt tương ứng với ứng suất xác định Bảng 1.2 Giá trị K n c m t số thực phẩm Đ sệt K Chỉ số biểu thị (consistency coefficient) Thực phẩm sệt (behaviour index) Pa.sn Nước trái cô đặc 0,7 Chocolate 50 0,5 Sữa chua 0,3 Pure cà chua 70 0,2 Pure táo 10 0,3 Xốt cà chua 18,7 0,27 Nước cam cô đặc (42oBrix) 4,1 0,58 (Nguồn: Heldman & Lund, 2007) Đo nhớt c ƣu chất Độ nhớt lưu chất đo đạc phương pháp: ống mao quản, nhớt kế rotor, nhớt kế bi Phương pháp đo đạc độ nhớt nhớt kế mao quản nhớt kế rotor đề cập đến phần nầy 2.1 Nhớt kế mao quản Xét ống mao quản có chiều dài L bán kính R Với lực tác dụng F theo phương thẳng góc với diện tích mặt cắt ngang (Hình 1.2) L R F r dr Hình 1.2 Nhớt kế m o quản Áp lực tác dụng thành ống theo phương song song (Ứng su t ()) Hay Áp lực tác dụng theo phương thẳng góc (Áp su t (P)) Tốc độ di chuyển màng chất lỏng nhanh trường hợp màng leo Hổn hợp lỏng chất lỏng cần cô đặc thu nhận phía thiết bị vào buồng bốc Trong trường hợp màng rơi thông thường sử dụng bơm tuần hồn để thu nhận sản phẩm lỏng có nồng độ cao Là loại cô đặc sử dụng cho chất lỏng có độ nhớt cao chịu tác động nhiệt độ Thời gian lưu lại thiết bị thông thường từ 20-40 giây Các ứng dụng thường thấy với thiết bị cô đặc sữa, nước Trong thiết kế thiết bị cô đặc màng rơi, bề mặt thiết bị phải ln bảo đảm ướt hồn tồn nhằm ngăn cản tượng cháy khét, đóng cặn bề mặt ống truyền nhiệt Hoạt động thiết bị yêu cầu điều khiển xác: tốc độ nhập liệu, độ nhớt dung dịch, nhiệt độ Hơi nước Hơi nước Nhập liệu Nước ngưng Buồng bốc Nước ngưng Vào bơm chân khơng Sản phẩm Hình 3.20 Cơ ặc màng rơi (falling film) Ngồi ra, số trường hợp kết hợp màng leo màng rơi thiết bị (Hình 3.21) 86 Hơi nước Vào bơm chân không Buồng bốc Nước ngưng Nhập liệu Sản phẩm Hình 3.21 Hệ thống ặc kết hợp màng eo màng rơi 3.5.4.6 Cơ đặc màng có cánh khuấy (agitated film evaporator) Sử dụng trường hợp dung dịch cần đặc có độ nhớt cao, tạo bọt bền nhiệt (như trường h p sản xu t kẹo) Thiết bị (Hình 3.22), có cấu tạo gồm ống hình trụ vỏ bên có gắng cánh khuấy Nhập liệu phía thiết bị tạo thành màng phía bên thiết bị Các cánh khuấy có nhiệm vụ phân tán dịch cần cô đặc bề mặt liên tục Thời gian lưu lại thiết bị tương đối thấp (2 phút) Thường sử dụng chế biến mứt, kẹo, pure rau Hơi nước Cánh khuấy Vào hệ thống chân khơng Nhập liệu Sản phẩm 87 Hình 3.22 Hệ thống ặc màng có cánh khuấy ( gitated film evaporator) 3.5.4.7 Cô đặc (plate evaporator) Hơi nước Nước ngưng Hổn hợp /lỏng sản phẩm vào buồng bốc Nhập liệu Tấm truyền nhiệt Nhập liệu Hơi nước Vào hệ thống chân không Buồng bốc Nước ngưng Sản phẩm Hình 3.23 Cơ ặc (plate evaporator) 3.5.4.8 Thiết bị cô đặc nhiều nồi (multiple effect evaporator) Khuyết điểm cô đặc nồi không tận dụng lượng nhiệt nước thoát Nếu thoát qua hệ thống ngưng tụ gây tổn thất lượng Hơi nước bốc q trình đặc khơng thể sử dụng để cô đặc Tuy nhiên, nước bốc từ nồi đặc sử dụng làm nguồn lượng để gia nhiệt cho nồi sơ đồ đặc nhiều nồi (Hình 3.24) 88 Để bảo đảm nhiệt lượng cung cấp cho nồi 2, yêu cầu nhiệt độ sôi nồi (Tb2) phải nhỏ nhiệt độ sôi nồi (Tb1) Hay nói cách khác áp suất làm việc nồi cô đặc phải giảm dần từ nồi tới nồi cuối Hiệu sử dụng lượng cao trường hợp nồi Trong nhà máy đường đặc với hệ thống 6-7 nồi Số nồi cô đặc bị giới hạn đầu tư ban đầu hệ thống làm chân không Cơ đặc nhiều nồi bố trí chiều ngược chiều + Trong trường hợp chiều, dung dịch có nồng độ thấp nồi số tăng dần theo nồi + Trong trường hợp ngược chiều, dung dịch có nồng độ thấp nồi cuối tiến hành bay nhiệt độ thấp Với hệ thống hiệu sử dụng lượng cao Tuy nhiên sản phẩm cuối tiếp xúc với nhiệt độ cao, nên thích hợp với sản phẩm chịu tác động nhiệt Hơi nước Hơi nước vào Tb1 Hơi nước Tb2 < Tb1 Tb3 < Tb2 Sản phẩm Sản phẩm Nồi Hơi nước Nồi Sản phẩm Nồi Hình 3.24 Cơ ặc nhiều nồi chiều 3.5.5 Yêu cầu thiết bị lượng * Thiết bị cô đặc phải thoả mãn yêu cầu sau: - Vật liệu không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm - Cường độ truyền nhiệt cao giới hạn chênh lệch nhiệt độ định - Tiêu hao nguyên liệu đơn vị bề mặt tuyền nhiệt nhỏ - Cấu tạo đơn giản, d sửa chữa lắp đặt thao tác - D làm bề mặt truyền nhiệt - Tổn thất lượng nhỏ 89 Quá trình chiên - rán 6.1 Bản chất trình Chiên - rán trình gia nhiệt nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm thực phẩm Dầu - mỡ vừa chất tải nhiệt, vừa thành phần sản phẩm cuối Quá trình chiên - rán thực nhiệt độ 120 - 180oC 6.2 Mục đích phạm vi áp dụng - Chế biến: làm tăng độ calo sản phẩm độ khô tăng lên làm tăng giá trị cảm quan hấp phụ dầu mỡ làm cho sản phẩm chắc, giịn, có hương vị thơm ngon, hấp dẫn - Bảo quản: vi sinh vật bị tiêu diệt, loại enzyme bị vô hoạt Một lượng lớn dầu mỡ thấm vào sản phẩm làm cho vi sinh vật xâm nhập vào sản phẩm không phát triển 6.3 Nguyên liệu biến đổi nguyên liệu: - Nguyên liệu: chủ yếu dạng rắn dạng bán lỏng như: thịt, cá, trứng, loại rau củ - Biến đổi ngun liệu gồm có: biến đổi tính chất vật lý cấu trúc vật liệu, biến đổi hoá học, biến đổi sinh học biến đổi cảm quan * Biến đổi tính chất vật lý cấu trúc vật liệu + Giai đoạn đầu: nhiệt độ sản phẩm thấp nhiều so với nhiệt độ dầu chiên - rán, sản phẩm có tăng nhiệt độ lên để cân với nhiệt độ dầu Hình dáng bên ngồi sản phẩm biến đổi, nguyên sinh chất tế bào bắt đầu đông tụ, dầu bắt đầu thẩm thấu vào khoảng trống tế bào dạng huyền phù + Giai đoạn 2: nhiệt độ đủ cao để làm thay đổi cấu trúc tế bào, thể tích sản phẩm tăng tế bào bị trương nở, nước sản phẩm bắt đầu bay dầu từ thấm vào mạnh + Giai đoạn 3: giai đoạn bay nước từ tế bào khoảng trống tế bào nên hình dạng sản phẩm bị teo lại, tổ chức tế bào bị phá hu tạo nên nhiều khoảng trống có chỗ để dầu thấm vào nhiều + Giai đoạn 4: hình dạng bị biến đổi sâu sắc, cấu trúc tế bào bị phá hu làm cho sản phẩm trở nên khơ cứng (giịn) * Biến đổi hóa học 90 Tinh bột dextrin đường caramel hóa Đường sản phẩm bị caramen hoá tạo mùi thơm màu sắc vàng, hấp dẫn Protein bị đông tụ, tiếp tục bị phân hủy nhiệt độ cao tạo thành sản phẩm cuối NH3, sunfua nhiều ảnh hưởng đến chất lượng Ngoài tác dụng nhiệt độ cao, acid amin đường sản phẩm kết hợp với tạo thành phản ứng Maillard, Melanoidin * Biến đổi cảm quan Quá trình chiên - rán làm cho chất lượng sản phẩm tăng lên nhiều, đặc biệt giá trị cảm quan, sản phẩm có mùi vị, màu sắc hấp dẫn người tiêu dùng * Biến đổi dầu, mỡ Dầu, mỡ nguyên liệu tham gia vào trình chiên rán Nhờ có dầu, mỡ nhiệt độ tăng dần định chất lượng sản phẩm Về thành phần hoá học dầu, mỡ este glycerin acid béo gọi chung glycerid Trong thực tế dầu, mỡ khơng tồn dạng tinh khiết mà có chứa số chất hồ tan với khối lượng Quan trọng phosphatic, stearic, chất màu Mặc dù hàm lượng có vai trị quan trọng bảo quản sử dụng dầu Các số chất lượng dầu giảm xuống (chỉ số iod, số xà phồng hoá số acid) Đặc biệt trình chiên - rán làm cho trình thu phân oxy hố chất béo xảy * Quá trình thu phân: Glycerin acid béo tiếp tục biến đổi tạo nhiều sản phẩm trung gian ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm * Q trình oxy hố chất béo: Chất béo tác dụng nhiệt độ bình thường, có mặt oxy khơng khí, bị oxy hố tạo thành sản phẩm peroxyd, hydroperoxyd, aldehyd, ceton acid béo có phân tử lượng thấp hơn, chất làm cho chất lượng sản phẩm giảm, có mùi khét, vị đắng Vì sản phẩm chiên - rán dầu mỡ không để thời hạn sử dụng, hai trình xảy mạnh Ở nhiệt độ cao, xảy q trình oxy hố nhiệt làm cho số phức hợp bay tạo thành với polyme không bay làm giảm giá trị sản phẩm * Biến đổi sinh hoá - vi sinh 91 Khi có tiếp xúc dầu nước thiết bị chiên - rán, tạo lớp huyền phù dầu - nước Lớp d bị tác động hoá học vi sinh vật d hoạt động Trong trình biến đổi dầu, mỡ ln có tham gia enzyme lipase men oxy hoá Những enzyme xúc tác cho q trình biến đổi sinh hố xảy nhanh Sau chiên - rán, sản phẩm để điều kiện bình thường d bị nhi m loại vi sinh vật chịu nhiệt (c th phát tri n nhiệt độ 40 - 50oC) Những sản phẩm q trình chiên - rán mơi trường hấp dẫn cho vi sinh vật phát triển 6.4 Phương pháp thực trình: Chiên - rán q trình trao đổi nhiệt mơi trường tải nhiệt dầu, mỡ sản phẩm Trong công nghiệp thực phẩm, trình chiên - rán thực theo phương pháp Đầu tiên nâng nhiệt độ lên khoảng 150 - 180oC, để nước bay khử mùi lạ dầu, đồng thời tạo độ chênh lệch nhiệt độ lớn sản phẩm môi trường, nhiệt độ sản phẩm tăng nhanh Thời gian nhiệt lượng môi trường để cung cấp cho trình bay nước sản phẩm Khi nước bay hết, trình chiên rán tiếp tục nhiệt độ sản phẩm tăng lên để đạt cân với nhiệt độ dầu Quá trình chiên - rán thường kết thúc cuối thời kỳ bay nước đầu thời kỳ tăng nhiệt độ Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng sản phẩm bị cháy tượng nhiệt Để xác định thời kỳ kết thúc trình rán, người ta vào tiêu độ rán biểu kiến độ rán thực tế 6.5 Yêu cầu thiết bị Trong trình chiên - rán qui mơ cơng nghiệp thiết bị dùng thiết bị rán ( ò rán chảo rán) làm việc liên tục gián đoạn Thiết bị rán liên tục đỡ tốn dầu so với thiết bị gián đoạn * Yêu cầu thiết bị rán sau: - Phải có cơng suất tối đa với lượng dầu rán tối thiểu khơng đổi - Diện tích bề mặt truyền nhiệt cần đảm bảo cung cấp đủ lượng cho trình rán đạt hiệu cao 92 - Cấu tạo thiết bị cần tránh tạo điểm nhiệt độ cục khối dầu, đảm bảo cho dầu chuyển động bình thường Muốn vậy, bề mặt rán thiết bị phải phẳng, nhẵn bóng tạo điều kiện thoát nước vệ sinh thiết bị d dàng Khi chọn chế tạo thiết bị ch ý tiêu bề mặt đốt nóng tương đối, hệ số thay dầu, suất tương đối khả bốc tương đối Bề mặt nóng tương đối t số bề mặt truyền nhiệt thiết bị truyền nhiệt so với mặt thoáng dầu bể Quá trình sấy 7.1 Bản chất trình Là bốc nước sản phẩm nhiệt nhiệt độ trình khuếch tán chênh lệch ẩm bề mặt bên vật liệu Nói cách khác chênh lệch áp suất riêng phần bề mặt vật liệu mơi trường xung quanh 7.2 Mục đích phạm vi ứng dụng Trong sản xuất thực phẩm trình sấy sử dụng rộng rãi nhằm mục đích sau đây: - Chuẩn bị: sấy để giảm khối lượng sản phẩm chuyên chở, tách nước để ngâm tẩm dung dịch, ướp hương - Khai thác: làm tăng hàm lượng chất khô, sấy phần lớn sản phẩm thực phẩm như: sữa bột, bột hoà tan, đường loại, chè, cà phê, loại rau - Chế biến: sấy để tăng độ giịn, dẻo, giữ tính đặc trưng sản phẩm - Bảo quản: sấy đến lượng nước tối thiểu, vi sinh vật khó phát triển để bảo quản sản phẩm lâu Sấy đến độ hoạt động nước: aw = 0,25  0,35, điểm bảo quản tối ưu sản phẩm có tính sinh học khơng sử dụng lạnh - Hồn thiện: sấy khơ vật liệu trước dùng bị ướt, đảm bảo màu sắc, độ sáng bóng tăng độ bền sản phẩm (các sản phẩm dạng hạt, tinh th , rắn) 7.3 Vật liệu trình sấy Nguyên liệu, bán sản phẩm sản phẩm rất đa dạng, khác nguồn gốc thực vật động vật; khác mức độ ngậm nước Theo tính chất lý học chia làm loaị: * Vật liệu keo: nước (ẩm) dạng liên kết hấp phụ thẩm thấu Vật liệu thường co lại r rệt trình bốc ẩm giữ lại tính chất đàn hồi cuả Ví dụ: gelatin sản phẩm từ bột nhào (m ống m s i ) 93 * Vật liệu xốp - mao dẫn: nước dạng liên kết học lực mao dẫn (mao quản) Thường vật liệu giịn, khơng bị co lại d dàng làm nhỏ sau trình tách ẩm Ví dụ: đường, muối * Vật liệu xốp - mao quản - keo: vật liệu gồm tính chất hai nhóm trên, thành mao quản cuả vật liệu đàn hồi nguồn hút ẩm Những vật liệu chiếm phần lớn sản phẩm thực phẩm cần sấy: ng cốc, loại hạt, bánh mì, rau Sự liên kết nước vật liệu có ảnh hưởng lớn đến q trình sấy Các loại ẩm vật liệu chia ra: * Ẩm dính ướt: màng chất lỏng dính bề mặt bên sản phẩm * Ẩm mao quản: làm ướt bề mặt bên sản phẩm, có lỗ nhỏ (mao quản) vận chuyển đến bề mặt bên sản phẩm lực mao dẫn trình tách ẩm * Ẩm thẩm thấu: ẩm khơng có bên ngồi bên sản phẩm mà thấm qua phần rắn sản phẩm Trong q trình sấy tách ẩm dính ướt, ẩm mao quản phần ẩm thẩm thấu * Ẩm liên kết hoá học: tồn dạng nước hydrat Ví dụ: nước phân tử hydrat glucose (C6H12O6.H2O) Muốn tách ẩm phải thực phản ứng hoá học Tốc độ bay ẩm tự xác định theo định luật bay bề mặt tự do; tức áp suất bề mặt vật liệu mà tốc độ sấy vô bé với áp suất bảo hoà nhiệt độ Gọi Pvl : áp suất riêng phần nước bề mặt vật liệu Ph : áp suất riêng phần nước khơng khí Nếu Pvl < Ph VLS hút thêm nước vào cân Nếu Pvl = Ph VLS trạng thái cân ẩm, độ ẩm vật liệu sấy khơng thay đổi Nếu Pvl > Ph nước vật liêu sấy bốc đạt trạng thái cân 94 Tóm lại: Mỗi vật liệu sấy đến độ ẩm cân Trạng thái cân ẩm phụ thuộc vào trạng thái môi trường xung quanh như: nhiệt độ, độ ẩm tương đối 7.4 Biến đổi vật liệu trình sấy * Biến đổi vật lý: - Có tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng lên, giảm khối lượng lượng nước bay Nếu gọi khối lượng vào sấy G1, độ ẩm nguyên liệu W1; khối lượng sản phẩm khỏi trình G2, độ ẩm W2 Ta có: G1 (100 - W1) = G2 (100 - W2) - Biến đổi tính chất lý: biến dạng, tượng co, tượng tăng độ giòn, số sản phẩm d bị gãy vỡ bị nứt nẻ - Hiện tượng nóng chảy tụ tập chất hoà tan lên bề mặt: làm ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm chúng làm tắt nghẽn mao quản thoát nước Kèm theo dáng rắn bề mặt Ví dụ: sấy loại - Khuếch tán ẩm: giai đoạn đầu trình sấy, ẩm khếch tán từ lớp ngồi vào vật liệu dãn nở nhiệt Đây dời ẩm chênh lệch nhiệt độ phần khác vật liệu sấy Quá trình thực tác dụng nhiệt khuếch tán co dãn khơng khí mao quản, nhiệt chuyển dời theo hướng có nhiệt độ thấp hơn, tức từ bề mặt nóng bên vào sâu vật liệu kèm theo ẩm Hiện tượng dẫn nhiệt ẩm làm cản trở chuyển động ẩm từ vật liệu bề mặt, tức cản trở trình sấy * Biến đổi hoá học: Xảy khuynh hướng: - Tốc độ phản ứng hoá học tăng lên: nhiệt độ vật liệu tăng như: phản ứng oxy hoá khử, phản ứng maillar - phản ứng tạo màu không enzyme protein đường khử; phản ứng phân hủy protein giảm khả thích nghi với tách nước - Tốc độ phản ứng hoá học chậm đi: mơi trường nước bị giảm dần Ví dụ: số phản ứng thủy phân Thông thường xu trên, xu trội Hàm ẩm giảm dần q trình sấy Thường ẩm phân bố khơng vật liêu vật liệu có kích thước lớn 95 * Biến đổi sinh hoá: - Giai đoạn đầu trình sấy: nhiệt độ vật liệu tăng dần chậm tạo hoạt động mạnh mẽ hệ enzyme enzyme oxy hoá khử, gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu Vì thường diệt peroxydase hay polyphenoloxydase trước sấy - Giai đoạn sấy: hoạt động enzyme giảm nhiệt độ lớn nhiệt độ hoạt động lượng nước giảm - Giai đoạn sau sấy: số enzyme enzyme oxy hố khử khơng bị đình hồn tồn, tiếp tục hoạt động yếu thời gian bảo quản tới giai đoạn phục hồi khả hoạt động Trong thực tế cho thấy enzyme khơng hoạt tính xử lý sơ tác dụng nhiệt độ trình sấy dẫn đến hiệu tạo màu polyphenol thủy phân lipid * Biến đổi sinh học: - Cấu tạo tế bào: thường xảy tượng tế bào sống biến thành tế bào chết nhiệt độ làm biến tính khơng thuận nghịch chất ngun sinh nước Có thể tế bào phục hồi trạng thái ban đầu hạn chế sinh sản Ngoài cịn làm biến đổi cấu trúc mơ mơ che chở (mơ bì) mơ dẫn - Vi sinh vật: có tác dụng làm yếu hay tiêu diệt vi sinh vật bề mặt vật liệu Khả làm yếu hoạt độ nhiều Các vi sinh vật sản phẩm sấy thường khó phát triển số lượng vi sinh vật đơn vị sản phẩm thường lớn sản phẩm lỏng khác Do tượng bị ẩm cục (hàm ng ẩm kh ng đ u khối v t liệu) nên vi sinh vật phát triển vật liệu sấy - Vệ sinh: trình sấy cơng nhiệp sản phẩm thường lẫn tạp chất gia công như: cát, sạn Đối với vật liệu dạng bột cần ý khắc phục tạp chất kim loại thiết bị mang vào Tránh nhi m tạp chất khí hấp phụ vào sản phẩm như: thuốc trừ sâu khí khác - Dinh dưỡng: sản phẩm khơ thường giảm độ tiêu hố Lượng calo tăng giảm độ ẩm, nên sử dụng lượng đủ calo * Biến đổi cảm quan - Màu sắc: sắc tố hay giảm sắc tố tác dụng nhiệt độ, cường độ màu tăng lên Nói chung sản phẩm có màu thẫm, màu nâu phản ứng caramen hoá, phản ứng tạo melanoidin oxy hoá polyphenol 96 Chỉ tiêu màu sắc sản phẩm sấy tiêu quan trọng Khi chọn chế độ sấy thích hợp, q trình sấy có tác dụng cố định màu sắc sản phẩm tạo hình dạng đẹp sản phẩm như: sấy chè Làm cho màu sản phẩm sáng bóng hơn, phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng như: đường kính, đường glucose - Mùi: số chất thơm bay theo ẩm nhiệt độ bị phân hu gây tổn thất chất thơm, đặc biệt chất thơm sản phẩm thực phẩm có nguồn gốc sinh học Một số chất mùi tạo thành phản ứng maillar quinoamin Trong q trình sấy ý nhiều đến mùi ơi, khét (do oxy hoá chất béo) mùi nấu (mùi furfuro …) Do tượng mùi tự nhiện nên sản phẩm sau sấy thường bổ sung thêm chất mùi tự nhiên hay nhân tạo - Trạng thái: tăng tính đàn hồi, tính dai, tính trương nở, tính vón cục, tính giịn, biến đổi hình dạng - Về kích thước: q trình sấy bị co như: thực phẩm thuộc loại keo-mao dẫn-xốp ( ánh m ng cốc, rau quả), co xảy suốt q trình sấy Sự co khơng lượng ẩm phân bố không đồng vật liệu, bề mặt độ ẩm nhỏ co nhiều so với phía bên có độ ẩm cao nguyên nhân làm cho sản phẩm bị cong méo nứt nẻ, dẫn đến thay đổi hình dạng vật liệu Bài tập Chƣơng Bài 1: Tính vận tốc tới hạn vật thể có đường kính 0,2.10-3m, khối lượng riêng 2010 kg/m3, rơi mơi trường có khối lượng riêng 1240 kg/m3, độ nhớt môi trường 2,7.10-3 Pa.s Bài 2: Tìm đường kính (d) vật thể rơi khơng khí Cho: Khối lượng riêng khơng khí 1,2 kg/m3 Khối lượng riêng vật thề 1150 kg/m3 Vận tốc rơi khơng khí 15 m/s Độ nhớt khơng khí 1,8.10-6 Pa.s Bài 3: Tính độ đồng hỗn hợp gồm 50 kg sữa bột 23,5 kg đường với 136,5 kg nước phối trộn với Biết độ khô hỗn hợp đo vị trí khác là: C1 = 24,5 %, C2 = 26,25 %, C3 = 28 %, C4 = 29.75 %, C5 = 31,5 %, C6 = 36,75 %, C7 = 40,25 % 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO V Tấn Thành (2011), Giáo tr nh Kỹ thu t thực phẩm 1, NXB Đại học Cần Thơ Albert Ibarz, Gustavo V Barbosa-Canovas (2002), Unit Operations in Food Engineering, CRC Press Dennis R Heldman, Daryl B Lund (2007), Handbook of Food Engineering, Marcel Dekker Inc Fellows P J (2000), Food Processing Technology, Principles and Practice, Second Edition, Woodhead Publishing in Food Science and Technology Lijun Wang (2009), Energy Efficiency and Management in Food Processing Facilities, CRC Press Romeo T Toledo (2001), Fundamentals of Food Process Enginerring, Second Edition, Van Nostrand Reinhold, New York Romeo T Toledo (2007), Fundamentals of Food Process Enginerring, Third Edition, Van Nostrand Reinhold, New York 98 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO  V Tấn Thành (2011), Giáo tr nh Kỹ thu t thực phẩm 1, NXB Đại học Cần Thơ Fellows P J (2000), Food Processing Technology, Principles and Practice, Second Edition, Woodhead Publishing in Food Science and Technology Toledo T Romeo (2001), Fundamentals of Food Process Enginerring, Second Edition, Van Nostrand Reinhold, New York Toledo T Romeo (2007), Fundamentals of Food Process Enginerring, Third Edition, Van Nostrand Reinhold, New York 100 ... chuyển thành Y = ln(app) Hệ số góc a1 = -0 ,59 X = ln( -0 ,9014 4,795791 -1 ,20 065 5, 323 01 -1 ,36649 5,6 524 89 -1 ,565 42 5,940171 -1 ,7487 6 ,22 4558 hay (n-1) = -0 ,58943  n= 0,41 Giao điểm với trục tung... sệt (n) N Đ nhớt (v ng/phút) (Pa.s) 2, 5 Log(4..N) Log(app) 16,6 -0 ,28 1 ,22 16 0, 02 1 ,20 10 15,5 0, 32 1,19 20 15,4 0, 62 1,19 50 14,6 1, 02 1,16 100 14 ,2 1, 32 1,15 Từ mối quan hệ Có thể chuyển... Loại t n thất Lcb/D - Đột thu 20 - Đột mở 40 - Co 90o 3 0-4 0 - Co 45o 15 - Co T 20 -4 5 - Van cầu, mở 100% 6 0-3 00 - Van bướm (mở 100%) (Nguồn: Ibarz & Gustavo, 20 02) 35 Đo ạc d ng chảy 4.1 Ống Pitot