Nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ màng để cô đặc nước dứa

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ NĂM 2009 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG ĐỂ CÔ ĐẶC NƯỚC DỨA 7861 08/4/2010 TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/2009 Chủ nhiệm đề tài: Ths. Lê Thị Hồng Ánh Các thành viên tham gia: - Ths. Nguyễn Đình Thị Như Nguyện - Ths. Nguyễn Thị Thảo Minh - Ks. Lê Minh Tâm - Ths. Bùi Phương Dung - Ks. Vũ Đại Long Xác nhận của cơ quan chủ trì BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ NĂM 2009 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG ĐỂ CÔ ĐẶC NƯỚC DỨA Chủ nhiệm đề tài: Ths. LÊ THỊ HỒNG ÁNH Các thành viên tham gia: Ths. Nguyễn Đình Thị Như Nguyện Ths. Nguyễn Thị Thảo Minh Ks. Lê Minh Tâm Ths. Bùi Phương Dung Ks. Vũ Đại Long Cơ quan chủ trì THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/2009 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Thuật ngữ tiếng Việt NF Quá trình lọc nano MF Quá trình vi lọc UF Quá trình siêu lọc RO Quá trình lọc thẩm thấu ngược w/w Khối lượng/khối lượng v/v Thể tích/thể tích DANH MỤC BẢNG Số Tên bảng Trang 1.1. Thành phần hóa học của một số giống dứa ở Việt Nam 4 1.2. Đặc điểm công nghệ của một số giống dứa (loại 1) 6 1.3. Đặc điểm của một số vật liệu membrane 17 1.4. Vật liệu membrane trong các phương pháp membrane 18 1.5. Tác nhân gây fouling quan sát trên 150 bộ lọc membrane trên thế giới (vật liệu là polyamide) 27 2.1. Thông số kỹ thuật của membrane JX 37 2.2. Thông số kỹ thuật của membrane DS-5-DK 37 3.1. Thành phần của nước dứa sau khi ép và lọc sơ bộ 48 3.2. Thành phần của nước dứa sau khi được pha loãng 48 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến độ nhớt và độ truyền suốt của nước dứa sau xử lý 49 3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt và độ truyền suốt của nước dứa sau xử lý enzyme 51 3.5. Thành phần nước dứa sau khi xử lý enzyme 52 3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến một số đặc tính của nước dứa trong quá trình lọc MF 52 3.7. Ảnh hưởng của áp suất đến một số đặc tính của nước dứa trong quá trình lọc MF 54 3.8. Thành phần của nước dứa sau khi lọc trong bằng membrane MF 55 3.9. Kết quả phân tích vi sinh mẫu nước dứa sau khi lọc trong qua membrane JX 56 3.10. Ảnh hưởng của áp suất khi cô đặc bằng membrane DK tới các đặc tính của nước dứa 58 3.11. Thành phần của nước dứa sau khi cô đặc bằng membrane DK ở áp suất 30bar 60 3.12. Mức độ khác biệt giữa giữa nước ép dứa cô đặc bằng phương pháp lọc membrane (1) và phương pháp cô đặc chân không (2) so với nước ép dứa tự nhiên 62 DANH MỤC HÌNH Số Tên hình Trang 1.1 Một số loại dứa trong nhóm Queen 5 1.2 Dứa Cayenne 5 1.3 Dứa Spanish 5 1.4 Sơ đồ quá trình phân riêng bằng membrane 8 1.5 So sánh mô hình lọc cross-flow và lọc dead-end 9 1.6 Quá trình lọc cross-flow 9 1.7 Các phương pháp phân riêng bằng membrane 10 1.8 Một số loại membrane đối xứng 13 1.9 Cấu trúc membrane vi xốp 13 1.10 Cơ chế vận chuyển các chất qua membrane 14 1.11 Membrane không đối xứng 14 1.12 Sơ đồ membrane composite 15 1.13 Membrane composite trên giá đỡ vi xốp 15 1.14 Các đặc tính của membrane composite (ZF-99 của PCI, Anh) 16 1.15 Mặt cắt ngang của sợi rỗng 20 1.16 Thiết bị membrane dạng ống 21 1.17 Thiết bị membrane dạng tấm phẳng 21 1.18 Cấu tạo bộ lọc cuộn xoắn 22 1.19 Sơ đồ thiết bị lọc cuộn xoắn 23 1.20 Bộ lọc cuộn xoắn trong vỏ lọc chịu áp 24 1.21 Các hình dạng cơ bản của đệm dạng mạng lưới 24 1.22 Động học chất lỏng trong mạng lưới đệm 25 1.23 Hiện tượng tập trung nồng độ 25 1.24 Ảnh hưởng của hiện tượng tập trung nồng độ tới tốc độ dòng 26 1.25 Các cơ chế gây fouling ở membrane 27 1.26 Ví dụ về hiện tượng fouling do protein trên bề mặt membrane MF sau khi lọc sữa gầy ở áp suất 300 psi trong 30 phút 27 2.1 Sơ đồ hệ thống MF và NF 37 2.2 Hệ thống MF và NF thí nghiệm 37 2.3 Sơ đồ thí nghiệm 41 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến độ nhớt nước dứa 49 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến độ truyền suốt của nước dứa 49 3.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt nước dứa 51 3.4 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ truyền suốt của nước dứa 51 3.5 Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến tốc độ dòng permeate khi xử lý nước dứa bằng MF 53 3.6 Ảnh hưởng của áp suất nhập liệu đối với tốc độ dòng permeate khi xử lý nước dứa bằng MF 54 3.7 Ảnh hưởng của thời gian lọc MF đến tốc độ dòng permeate 55 3.8 Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến tốc độ dòng permeate khi cô đặc bằng màng DK 58 3.9 Ảnh hưởng của áp suất tới tốc độ dòng permeate khi cô đặc bằng màng DK 59 3.10 Ảnh hưởng của thời gian cô đặc đến tốc độ dòng permeate ở các áp suất khác nhau 60 MỤC LỤC Trang Danh mục các chữ viết tắt i Danh mục bảng ii Danh mục hình ix Mở đầu 1 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Dứa 3 1.1.1. Thành phần hóa học của dứa 3 1.1.2. Phân loại các giống dứa 4 1.1.2.1. Nhóm dứa Hoàng hậu (Queen) 4 1.1.2.2. Nhóm dứa Cayenne 4 1.1.2.3. Nhóm dứa Tây Ban Nha (Spanish) 5 1.1.3. Thu hoạch và bảo quản dứa 6 1.1.3.1. Độ chín thu hoạch của dứa 6 1.1.3.2. Thu hoạch dứa 6 1.1.3.3. Bảo quản dứa 7 1.1.4. Sản phẩm nước d ứa ép 7 1.2. Quá trình phân riêng bằng membrane (màng) 8 1.2.1. Đặc điểm quá trình phân riêng bằng membrane 8 1.2.2. Mô hình lọc cross-flow và dead-end 9 1.2.3. Các phương pháp phân riêng bằng membrane 10 1.2.3.1. Lọc thẩm thấu ngược (RO) 11 1.2.3.2. Lọc nano (NF) 11 1.2.3.3. Siêu lọc (UF) 12 1.2.3.4. Vi lọc (MF) 12 1.2.4. Membrane 12 1.2.4.1. Phân loại membrane 12 1.2.4.2. Vật liệu chế tạo membrane 17 1.2.4.3. Tuổi thọ membrane 18 1.2.5. Các dạng thiết bị membrane 19 1.2.5.1. Thiết bị sợi 19 1.2.5.2. Thiết bị dạng ống 20 1.2.5.3. Thiết bị bảng/tấm 21 1.2.5.4. Thiết bị cuộn xoắn 22 1.2.6. Hiện tượng tập trung nồng độ và hiện tượng fouling 25 1.2.6.1. Hiện tượng tập trung nồng độ 25 1.2.6.2. Hiện tượng fouling 26 1.2.7. Lý thuyết của quá trình lọc membrane 28 1.3. Các nghiên cứu về cô đặc nước trái cây bằng công nghệ membrane 31 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 31 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 35 Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệ u 36 2.1.1. Dứa 36 2.1.2. Nước RO 36 2.1.3. Hóa chất 36 2.1.3.1. Enzyme 36 2.1.3.2. Các hóa chất phân tích 36 2.1.4. Hệ thống membrane 36 2.1.4.1. Membrane 36 2.1.4.2. Hệ thống membrane 37 2.1.5. Thiết bị phòng thí nghiệm 38 2.2. Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1. Phương pháp phân tích vật lý 38 2.2.2. Phương pháp phân tích hóa học 39 2.2.3. Phương pháp phân tích vi sinh 39 2.2.4. Phương pháp đánh giá cảm quan 39 2.2.5. Phương pháp xử lý thống kê 39 2.3. Nội dung nghiên cứu 39 2.3.1. Nội dung 1 – Nghiên cứu quá trình xử lý dịch quả trong trước khi cô đặc bằng công nghệ màng 40 2.3.1.1. Thu nhận nước quả 40 2.3.1.2. Xử lý enzyme 41 2.3.1.3. Lọc trong b ằng phương pháp vi lọc (MF) 42 2.3.2. Nội dung 2 – Nghiên cứu quá trình cô đặc nước dứa bằng màng 44 2.3.3. Nội dung 3 – Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ lọc màng (membrane) để cô đặc nước dứa 45 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Nghiên cứu quá trình xử lý dịch quả trong trước khi cô đặc bằng công nghệ màng 48 3.1.1. Phân tích thành phần nước dứa ép (Thí nghiệm 1) 48 3.1.2. Xử lý nước dứa trước khi cô đặc bằng enzyme 48 3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến chất lượng nước dứa sau khi xử lý enzyme (Thí nghi ệm 2, 3) 48 3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến chất lượng nước dứa sau xử lý enzyme (Thí nghiệm 4) 50 3.1.3. Làm trong nước dứa bằng vi lọc MF 52 3.1.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến quá trình lọc MF (Thí nghiệm 5) 52 3.1.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến quá trình lọc MF (Thí nghiệm 6) 53 3.1.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lọc MF (Thí nghiệm 7) 54 3.1.3.4. Khảo sát thành phầ n của nước dứa sau quá trình lọc MF (Thí nghiệm 8) 55 3.2. Nghiên cứu quá trình cô đặc nước dứa bằng màng 57 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến quá trình cô đặc bằng NF (Thí nghiệm 9) 57 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến quá trình cô đặc bằng NF (Thí nghiệm 10) 58 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian cô đặc 59 3.3. Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ lọc màng (membrane) để cô đặc nước dứ a (Thí nghiệm 11) 61 3.3.1. Định tính sự khác nhau giữa hai sản phẩm 61 3.3.2. Định lượng sự khác nhau giữa hai sản phẩm 61 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận 63 4.2. Kiến nghị 63 Tài liệu tham khảo Phụ lục 1 MỞ ĐẦU ản phẩm với chất lượng cao hơn là mục tiêu chính của ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Hương vị, chất dinh dưỡng và độ đục của sản phẩm cuối cùng là một số thông số chính cần phải xem xét khi chế biến nước quả. Ngoài ra, ngày càng có nhiều yêu cầu nước quả với các đặc điểm tự nhiên củ a quả tươi và không có chất bảo quản. Điều này dẫn tới những nghiên cứu kỹ thuật mới có thể cải thiện được chất lượng cảm quan, dinh dưỡng và vi sinh của nước quả. Trong các loại nước trái cây đóng hộp hiện nay trên thế giới, nước dứa đang đứng ở vị trí thứ 3 tính theo sản lượng, chỉ sau nước cam và nước cà chua. Đây là loại nước trái cây rất thích hợ p cho việc đóng hộp vì nó giữ được vị tươi tự nhiên, mùi thơm rất đặc trưng và có sự hài hòa hoàn chỉnh giữa độ chua và ngọt. Ngành công nghiệp sản xuất nước trái cây của Việt Nam hiện nay sử dụng phương pháp cô đặc bằng nhiệt để thu sản phẩm có hàm lượng chất khô theo yêu cầu. Sản phẩm nước dứa có độ Brix đạt khoảng 15 – 20%. Tùy thuộc vào nhiều lý do khác nhau (giống, mùa vụ, độ chín…), hàm lượng đường trong dứa nguyên liệu đạt 10 – 13%. Vì vậy hiện nay các nhà máy phải thêm đường hoặc cô đặc bốc hơi một phần nước nhằm thu được sản phẩm đạt yêu cầu về độ Brix. Việc thêm đường vào nước dứa sau khi ép không thực hiện được đối với sản phẩm yêu cầu tự nhiên 100%, còn phương pháp cô đặc bằng nhiệt thường kèm theo các biến đổi không có lợi của các thành phần trong nước trái cây (bi ến tính đường, protein, biến đổi màu, tổn thất vitamin, hương….). Do quá trình cô đặc bằng nhiệt ảnh hưởng nhiều tới các đặc điểm của nước quả, quá trình cô đặc bằng membrane (cô đặc bằng màng) có thể là một phương pháp thay thế do không sử dụng nhiệt. Trên thế giới, phương pháp này đã được nghiên cứu và ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất nước trái cây với những ưu điể m sau: - Giữ nguyên vẹn hương vị của sản phẩm - Các thành phần trong nước trái cây không bị biến tính do nhiệt độ cao. - Loại bỏ được một số thành phần không mong muốn (tannin, polyphenol oxidase) S [...]... nghiên cứu đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ màng để cô đặc nước dứa và cải thiện chất lượng nước dứa; sản phẩm thu được có chất lượng về cảm quan tốt hơn, giảm được các biến đổi hóa lý hơn so với sản phẩm cô đặc bằng nhiệt Nội dung chính của đề tài gồm: Nghiên cứu quá trình xử lý dịch quả trong trước khi cô đặc bằng công nghệ membrane Nghiên cứu quá trình cô đặc nước dứa bằng membrane Đánh giá. .. xuất nước quả cô đặc (50 – 60 độ Brix) Do đó, nghiên cứu ứng dụng công nghệ membrane để cô đặc nước trái cây nói chung, nước dứa nói riêng, thay thế một phần phương pháp cô đặc bằng nhiệt truyền thống là vấn đề có ý nghĩa khoa học, có giá trị thực tiễn và có tính xã hội cao Đề tài khi nghiên cứu thành công cũng sẽ mở ra những hướng mới để áp dụng rộng rãi hơn công nghệ membrane trong ngành sản xuất nước. .. của nước trái cây được cô đặc bằng phương pháp membrane cao hơn so với nước trái cây được cô đặc bằng phương pháp nhiệt - Là một phương pháp tiên tiến, có tiềm năng ở quy mô công nghiệp Đặc biệt, công nghệ cô đặc bằng membrane rất hữu hiệu trong trường hợp cần tăng hàm lượng chất khô không nhiều (tăng dưới 15%) Cô đặc bằng membrane cũng có thể được sử dụng với vai trò tiền cô đặc cho quá trình cô đặc. .. nước dứa bằng membrane Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ membrane để cô đặc nước dứa 2 1.1 DỨA Dứa là một loại cây ăn trái nhiệt đới có tên khoa học là Ananas comosus, thuộc họ tầm gửi Bromeliaceae, rất được ưa chuộng trên thế giới Dứa có mùi mạnh, hấp dẫn, độ ngọt cao và độ chua hài hòa Cây dứa có nguồn gốc từ châu Mỹ, nơi người da đỏ bản xứ đã tuyển chọn và trồng trọt dứa lâu đời Ngày 04/11/1493,... vàng nhạt, có chỗ trắng, vị chua, ít mùi thơm nhưng nhiều nước hơn Nhóm này có chất lượng kém nhất, được trồng lâu đời, gồm những loại như dứa ta, dứa mật… A B Hình 1.1 Một số loại dứa trong nhóm Queen A – Dứa Victoria B – Khóm Long An Hình 1.2 Dứa Cayenne Hình 1.3 Dứa Spanish 5 Bảng 1.2 Đặc điểm công nghệ của một số giống dứa (loại 1) Giống dứa Khối lượng trái (g) Chiều cao (cm) Đường kính trái (cm)... Việt Nam, bao gồm các loại như dứa hoa, dứa tây, dứa Victoria, khóm 1.1.2.2 Nhóm dứa Cayenne Dứa Cayenne cho trái lớn nhất, khối lượng trung bình 1,5 – 2,5kg/trái, mắt phẳng và nông Trái có dạng trụ côn, lớn ở dưới gốc, nhỏ dần ở đầu ngọn Thịt trái kém vàng, nhiều nước, ít ngọt và kém thơm hơn dứa Queen 4 1.1.2.3 Nhóm dứa Tây Ban Nha (Spanish) Trái dứa Spanish lớn hơn dứa Queen, mắt to và sâu Thịt trái... Acid) nồng độ 150ppm phun lên mặt trái dứa thu hoạch lúc mới mở mắt Khi đó dứa có thể bảo quản ở nhiệt độ thường được khoảng 4 tuần Người ta cũng có thể tăng cường hiệu quả bảo quản bằng cách sử dụng các loại bao bì có khả năng thẩm thấu chọn lọc 1.1.4 Sản phẩm nước dứa ép [1] Tùy theo trạng thái sản phẩm, người ta phân biệt các dạng nước dứa ép như sau: • Nước dứa ép dạng trong: chế biến bằng cách... vitamin B1 0,09mg%, vitamin B2 0,04mg% 3 Thành phần hóa học của dứa cũng như các loại rau trái khác thay đổi theo giống, độ chín, thời vụ, địa điểm và điều kiện trồng trọt Bảng 1.1 Thành phần hóa học của một số giống dứa ở Việt Nam Giống dứa Dứa hoa Phú Thọ Dứa hoa Tuyên Quang Dứa Victoria nhập nội Dứa Hà Tĩnh Dứa mật Vĩnh Phú Dứa Cayenne Phủ Quỳ Dứa Cayenne Cầu Hai Khóm Đồng Nai Khóm Long An Khóm Kiên Giang... mắt (cm) Đường kính lõi (cm) Dứa hoa Phú Thọ Dứa hoa Tuyên Quang Khóm Long An Dứa Cayenne Phủ Quỳ Dứa Cayenne Cầu Hai Dứa Hà Tĩnh Dứa mật Vĩnh Phú 500 490 900 3150 2050 750 1300 10 10,5 15 24 17,5 13 15 8,5 8,7 10,5 15 13 10 11 1 1 0,3 0,25 1 1,5 1,2 1 1 1 1,5 1,5 2 2,35 2,1 4,5 2,5 2 2,6 1.1.3 Thu hoạch và bảo quản dứa [3] Dứa rất nhạy cảm với nhiệt độ Nếu nhiệt độ quá cao, dứa bị héo, mềm và màu không... biến dứa đóng hộp ở Sài Gòn – Chợ Lớn Các vùng trồng dứa nổi tiếng ở miền Nam là Đức Hòa, Đức Huệ (Long An), Cầu Đúc (Kiên Giang), Bảo Lộc, Đức Trọng (Lâm Đồng), ở miền Bắc có các vùng Vĩnh Phú (cũ), Tuyên Quang, Nghệ An, Hà Tĩnh Hiện nay loại dứa Queen là chủ lực cho công nghệ chế biến, được trồng tập trung ở Long An, Kiên Giang, Hậu Giang và ngoại thành TP Hồ Chí Minh 1.1.1 Thành phần hóa học của dứa . – Nghiên cứu quá trình cô đặc nước dứa bằng màng 44 2.3.3. Nội dung 3 – Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ lọc màng (membrane) để cô đặc nước dứa 45 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Nghiên. hơn công nghệ membrane trong ngành sản xuất nước trái cây. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ màng để cô đặc nước dứa và cải thiện chất lượng nước dứa; . CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ NĂM 2009 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG ĐỂ CÔ