NGUYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Thực phẩm là đồ ăn, thức uống đƣợc cơ thể con ngƣời tiếp nhận qua ăn uống hoặc bằng các phƣơng pháp khác nhằm thỏa mãn nhu cầu con ngƣời về dinh dƣỡng, năng lƣợng hoặc cảm giác cho một hệ thống cơ quan nào đó trong cơ thể con ngƣời. Thực phẩm có những yêu cầu đặc biệt sao cho:

T ỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Thực phẩm

Thực phẩm bao gồm đồ ăn và thức uống mà con người tiêu thụ để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng, cung cấp năng lượng và tạo cảm giác thoải mái cho các cơ quan trong cơ thể Để đảm bảo sức khỏe, thực phẩm cần đáp ứng các yêu cầu đặc biệt.

- Không gây độc hại đối với sức khỏe của con người

- Phù hợp với tôn giáo của người sử dụng

Đồ ăn là thực phẩm thiết yếu cho sự hoạt động và phát triển bình thường của cơ thể con người, bao gồm các nguồn gốc từ thực vật và động vật Thành phần chính của đồ ăn bao gồm glucid, lipid, và protein, cùng với các chất khoáng, vitamin, và các nguyên tố vi lượng khác, phù hợp với tập quán, thói quen và truyền thống của người sử dụng.

Ví dụ: cơm rất giàu glucid, bánh mì rất giàu protein, đậu nành rất giàu protein, đậu phộng rất giàu lipid …

Thức uống chủ yếu từ thực vật thường không chứa giá trị dinh dưỡng cao, nhưng lại mang đến sự kích thích và cảm giác thoải mái cho người sử dụng.

Ví dụ: nước tinh khiết giúp giải khát; cà phê tạo cảm giác hưng phấn; bia, rƣợu tạo cảm giác kích thích, hƣng phấn…

Thực phẩm trên thế giới rất đa dạng, bao gồm cả những loại phổ biến như sữa và đường saccharose, cũng như những món ăn truyền thống đặc trưng như sushi của Nhật Bản, kim chi của Hàn Quốc và chả giò của Việt Nam.

Hiện nay, toàn cầu hóa và sự phát triển du lịch đã tạo điều kiện cho người dân khám phá các loại thực phẩm đặc trưng của nhiều quốc gia Sự đa dạng trong ẩm thực ngày càng gia tăng, và theo thời gian, con người liên tục sáng tạo ra nhiều sản phẩm thực phẩm mới từ nguyên liệu có sẵn Điều này khiến việc thống kê đầy đủ các sản phẩm thực phẩm của một vùng miền hay quốc gia trở nên khó khăn.

Thực phẩm có thể được phân loại theo nhiều phương pháp khác nhau, dựa trên các nguyên lý như thành phần hoá học, mục đích sử dụng hoặc phương pháp chế biến.

- Phân loại thực phẩm theo thành phần hóa học:

Theo thành phần hóa học thực phẩm có thể đƣợc chia thành bốn nhóm chính:

6 thực phẩm giàu glucid, thực phẩm giàu protein, thực phẩm giàu lipid và thực phẩm dạng hỗn hợp

Thực phẩm giàu glucid được phân chia thành hai nhóm chính: nhóm có phân tử lượng thấp và nhóm có phân tử lượng cao Nhóm glucid có phân tử lượng thấp bao gồm các sản phẩm như mật ong, mật tinh bột, kẹo và đường Trong khi đó, nhóm glucid có phân tử lượng cao bao gồm bánh mì, mì sợi và rau câu.

Thực phẩm giàu protein bao gồm các nguyên liệu động vật như thịt và thủy sản, cũng như một số loại thực vật như đậu và nấm Ngoài ra, các sản phẩm như thịt, cá đóng hộp và thịt, cá làm khô cũng là nguồn cung cấp protein phong phú.

Thực phẩm giàu lipid là một trong ba thành phần thiết yếu trong khẩu phần ăn hàng ngày của con người, bên cạnh glucid và protein Những nguồn lipid phổ biến bao gồm dầu thực vật, bơ và margarin.

Thực phẩm dạng hỗn hợp là những loại thực phẩm có tỉ lệ khối lượng các thành phần hóa học chính (ngoại trừ nước) tương đương nhau Ví dụ điển hình là sữa bò tươi, trong đó hàm lượng glucid, protein và lipid gần như bằng nhau Sữa bò tươi minh họa rõ nét cho nhóm thực phẩm này.

- Phân loại thực phẩm theo mục đích sử dụng:

Theo mục đích sử dụng thực phẩm đƣợc phân thành thực phẩm với mục đích dinh dƣỡng, mục đích phòng trị bệnh và mục đích khác

Mục đích dinh dưỡng của thực phẩm chủ yếu là cung cấp năng lượng và chất dinh dưỡng cho con người Trước đây, nhiều người chỉ coi dinh dưỡng là lý do duy nhất để tiêu thụ thực phẩm Tuy nhiên, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngày nay, thực phẩm không chỉ phục vụ cho nhu cầu dinh dưỡng mà còn mang lại nhiều giá trị khác, như trải nghiệm ẩm thực và sự sáng tạo trong chế biến.

Ngày nay, nhiều loại thực phẩm như mật ong được sử dụng chủ yếu để phòng và trị bệnh, trong khi chức năng dinh dưỡng trở thành thứ yếu Điều này xuất phát từ việc các thực phẩm này chứa các thành phần hóa học đặc biệt, hiếm gặp trong sản phẩm thực phẩm truyền thống, có khả năng phòng ngừa và điều trị một số bệnh.

Ăn uống không chỉ đơn thuần là nhu cầu dinh dưỡng mà còn là một thú vui đối với nhiều người Đôi khi, khi thưởng thức thực phẩm, con người không chú trọng đến lợi ích dinh dưỡng hay tác dụng phòng và trị bệnh, mà xem đây như một phương thức thư giãn trong cuộc sống.

- Phân loại thực phẩm theo phương pháp chế biến:

Theo cách phân loại này thực phẩm bao gồm thực phẩm tươi, thực phẩm chế biến ở quy mô gia đình và thực phẩm chế biến quy mô công nghiệp

Thực phẩm tươi là những sản phẩm chưa qua chế biến hoặc chỉ được chế biến bằng các phương pháp đơn giản, giữ nguyên thành phần hóa học và giá trị cảm quan so với nguyên liệu ban đầu Ví dụ điển hình về thực phẩm tươi bao gồm rau củ, trái cây và thịt tươi sống.

7 nhóm sản phẩm này là các loại trái cây đã đƣợc bóc vỏ, cắt miếng, làm sạch rồi cho vào bao bì

Thực phẩm chế biến quy mô gia đình bao gồm các món ăn như thịt kho, cá chiên, canh chua và rau xào, được chuẩn bị tại nhà hoặc nhà hàng Trong quá trình chế biến, người nấu thường tự điều chỉnh tỷ lệ nguyên liệu và quy trình dựa trên cảm nhận về chất lượng của món ăn Tuy nhiên, do thiếu kiểm soát chặt chẽ các thông số kỹ thuật, chất lượng sản phẩm có thể không đồng nhất giữa các lần nấu.

Công nghệ thực phẩm

Theo quan điểm truyền thống, công nghệ được xem là phương pháp và quy trình sản xuất Tuy nhiên, hiện nay, công nghệ được hiểu rộng hơn, là việc áp dụng các nguyên lý và quy luật của khoa học tự nhiên và xã hội vào sản xuất Do đó, công nghệ bao gồm bốn yếu tố cơ bản hình thành quá trình sản xuất.

- Nguyên, vật liệu và quá trình biến đổi của chúng trong quá trình sản xuất

- Phương pháp, kĩ thuật và qui trình sản xuất

- Dụng cụ, trang thiết bị và phương tiện sản xuất

- Điều kiện kinh tế kĩ thuật, quản lí và tổ chức sản xuất

Hình 1.1 Sơ đồ mối quan hệ giữa các yếu tố cấu tạo nên công nghệ

Trong sơ đồ sản xuất, sự biến đổi của nguyên liệu thành sản phẩm tuân theo những nguyên lý và quy luật nhất định mà con người không thể thay đổi Chẳng hạn, để sản xuất cà phê nhân, có hai phương pháp chính: phương pháp khô và phương pháp ướt Trong cả hai phương pháp này, hạt cà phê phải trải qua quá trình biến đổi để thu được nhân cà phê.

Quá trình sản xuất sản phẩm bắt đầu từ việc biến đổi nguyên liệu, từ đó xây dựng quy trình công nghệ phù hợp Khi thiết kế quy trình sản xuất, cần xem xét các yếu tố như thiết bị, điều kiện kỹ thuật và khía cạnh kinh tế Mối quan hệ giữa quy trình, thiết bị và kinh tế đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả sản xuất.

Quá trình công nghệ, thiết bị và kinh tế có mối quan hệ tương hỗ mật thiết, trong đó con người đóng vai trò quan trọng Khi xây dựng quy trình công nghệ, cần đảm bảo thiết bị đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và ngược lại Nếu một công đoạn nào đó thiếu thiết bị phù hợp, cần thay thế bằng công đoạn tương đương với nguyên liệu biến đổi tương tự Do đó, việc lựa chọn quy trình công nghệ và thiết bị phải đảm bảo yêu cầu kinh tế cho cả hai yếu tố này.

Qui trình công nghệ và thiết bị đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng yêu cầu kinh tế, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất Để đạt được hiệu quả kinh tế tối ưu, cần tổ chức sản xuất và quản lý một cách khoa học Công nghệ thực phẩm là một lĩnh vực then chốt trong việc này.

Khoa học thực phẩm nghiên cứu tính chất và sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm Mối quan hệ giữa tính chất và biến đổi trong công nghệ thực phẩm là rất quan trọng Nhiều quan điểm về khoa học thực phẩm thường liên kết với các lĩnh vực khoa học cụ thể hoặc các khoa học cơ bản nhất định.

Khoa học thực phẩm là một lĩnh vực thuộc hóa học, liên quan đến hóa hữu cơ, hóa vô cơ, hóa phân tích và hóa lý, tập trung vào tính chất và sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm Để nghiên cứu và chế biến thực phẩm, các phương pháp phân tích và tổng hợp hóa học được áp dụng Trong quá trình sản xuất các sản phẩm như dầu béo, cồn và đường, việc quản lý và tổ chức sản xuất thường diễn ra trong hệ thống công nghiệp hóa chất Ví dụ, quá trình hydro hóa chất béo không no thành chất béo no và sản xuất cồn thông qua phương pháp hydrat hóa là những ứng dụng điển hình trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Khi xem khoa học thực phẩm như một phần của sinh học, hóa sinh và y tế, ta cần chú ý đến sự chuyển hóa chất trong nguyên liệu thực phẩm như hô hấp và tạo sinh khối Nguồn gốc thực phẩm chủ yếu từ động vật và thực vật, cùng với việc tổng hợp sản phẩm từ vi sinh vật và lên men, đóng vai trò quan trọng Đặc biệt, thực phẩm chức năng và thực phẩm chữa bệnh có khả năng phòng ngừa và chữa trị bệnh Các sản phẩm thực phẩm cần có giá trị sinh học cao, đảm bảo sự cân bằng chất và năng lượng, đồng thời có khả năng chuyển hóa tốt khi được tiêu thụ Ví dụ, acid gluconic được sản xuất từ rỉ đường nhờ nấm mốc Aspergillus niger, trong khi bia và rượu được lên men nhờ hoạt động của nấm men, và thực phẩm chức năng như bánh quy cho người tiểu đường hay trà bạc hà giúp thanh nhiệt.

Khoa học thực phẩm là một lĩnh vực liên quan đến vật lý và hóa học, tập trung vào các quy luật vật lý như khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, cũng như tính chất và cấu trúc của nguyên liệu Bên cạnh đó, việc nghiên cứu độ bền của nguyên liệu trong bảo quản và các biến đổi vật lý trong quá trình chế biến cũng rất quan trọng.

Khoa học thực phẩm liên quan chặt chẽ đến cơ khí và kinh tế, đặc biệt trong việc tối ưu hóa mức độ cơ giới hóa và tự động hóa trong sản xuất Để một sản phẩm thực phẩm cạnh tranh trên thị trường, không chỉ cần đảm bảo chất lượng mà còn phải có bao bì hấp dẫn và giá thành hợp lý Việc tự động hóa sản xuất là cần thiết để giảm giá thành, đồng thời tổ chức và quản lý sản xuất hiệu quả sẽ nâng cao hiệu quả kinh tế.

Nghiên cứu khoa học thực phẩm không thể tách rời mà cần phải được thực hiện một cách tổng hợp và toàn diện Việc nghiên cứu riêng lẻ sẽ dẫn đến việc không đánh giá đúng khái niệm của khoa học thực phẩm, đồng thời không nhận diện được tiềm năng, sự phát triển và định hướng đúng cho ngành khoa học thực phẩm và công nghệ thực phẩm.

Công nghệ thực phẩm là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về nguyên liệu, phương pháp, quy trình công nghệ, thiết bị và các điều kiện kinh tế, kỹ thuật, quản lý nhằm sản xuất ra các sản phẩm thực phẩm chất lượng.

- Công nghệ thực phẩm là một ngành khoa học nghiên cứu về tính chất và sự biến đổi

- Công nghệ thực phẩm là ngành khoa học tích hợp bởi nhiều ngành khoa học khác nhau

Khoa học thực phẩm là một lĩnh vực tích hợp nhiều ngành khoa học khác nhau, tập trung chủ yếu vào tính chất và sự biến đổi của nguyên liệu cũng như sản phẩm thực phẩm Mối liên hệ giữa khoa học thực phẩm và các ngành khoa học khác được thể hiện rõ qua sơ đồ Hình 1.2.

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa công nghệ thực phẩm và các ngành khoa học khác

1.2.3 Tính hệ thống trong công nghệ thực phẩm

Hệ thống là tập hợp các phần tử và mối liên hệ giữa chúng, trong đó các phần tử cấu thành có vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các đại lượng đầu vào thành đại lượng đầu ra Mối quan hệ mật thiết giữa các phần tử giúp hệ thống hoạt động hiệu quả Các đặc điểm của hệ thống phản ánh sự tương tác và chức năng của từng phần tử trong quá trình vận hành.

Mối quan hệ logic giữa các phần tử trong hệ thống yêu cầu các đại lượng đầu vào và đầu ra phải có những thông số chung nhất định Sự thống nhất này được gọi là cấu trúc của hệ thống.

- Hệ thống có thể cụ thể cũng có thể trừu tƣợng

N UYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌN CƠ C

Quá trình phân loại và lựa chọn

Phân loại và lựa chọn nguyên liệu là bước quan trọng đầu tiên trong quy trình sản xuất thực phẩm, giúp đảm bảo tính đồng nhất và ổn định cho đầu vào Việc thực hiện phân loại và lựa chọn hiệu quả không chỉ giảm thiểu sai sót mà còn nâng cao khả năng kiểm soát quy trình sản xuất Trước đây, quá trình này thường bị xem nhẹ, nhưng hiện nay, với yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm, các nhà sản xuất đã bắt đầu chú trọng và coi trọng hơn đến quy trình này.

Hình 2.1 Lựa chọn và phân loại cà rốt 2.1.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Lựa chọn nguyên liệu là bước quan trọng trong chế biến thực phẩm, bao gồm việc loại bỏ các thành phần không đạt yêu cầu như nguyên liệu bị sâu, bệnh thối hỏng, không đủ kích thước, hình dáng hoặc màu sắc không phù hợp Đối với gia súc, cần kiểm tra vệ sinh và chỉ chọn những con béo khỏe để chế biến Đối với cá, chỉ sử dụng cá tươi, không bị ươn thối để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Để đảm bảo chất lượng đồng đều cho thành phẩm, việc phân chia nguyên liệu thành các phần có tính chất giống nhau về kích thước, hình dáng, màu sắc và trọng lượng là rất quan trọng Điều này giúp áp dụng chế độ xử lý phù hợp cho từng loại nguyên liệu.

Lựa chọn đƣợc tiến hành ngay sau khi thu nhận, khi đƣa vào nơi chế biến: Rửa, vận chuyển, cắt gọt, cho sản phẩm vào bao bì…

Lựa chọn và phân loại là quy trình tách biệt các nguyên liệu dựa trên sự khác biệt về một hoặc nhiều tính chất đặc trưng Một số tiêu chí phổ biến thường được áp dụng trong quá trình phân loại bao gồm kích thước, màu sắc, hình dạng và thành phần hóa học.

Trong công nghệ thực phẩm, quá trình phân loại có các ý nghĩa sau:

Quá trình phân loại nguyên liệu giúp loại bỏ những thành phần không đạt tiêu chuẩn, từ đó đảm bảo chất lượng nguyên liệu và duy trì sự ổn định cho chất lượng sản phẩm.

Quá trình phân loại nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn hóa, giúp đảm bảo độ đồng nhất về các tính chất công nghệ như kích thước, hình dạng, màu sắc, độ chín và tỷ trọng Sự đồng nhất này không chỉ nâng cao hiệu quả của các công đoạn chế biến tiếp theo mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát các quá trình cơ học và nhiệt.

- Sản phẩm đồng nhất sẽ đảm bảo bao gói đƣợc thuận lợi, đặc biệt là việc chuẩn hóa về khối lƣợng và thể tích

Quá trình phân loại sản phẩm không chỉ nâng cao giá trị cảm quan mà còn tạo ra sự đồng nhất cao, giúp sản phẩm trở nên bắt mắt và lôi cuốn hơn.

Nhƣ vậy, trong công nghệ thực phẩm, quá trình phân loại có các mục đích công nghệ sau:

- Chuẩn bị: quá trình phân loại sẽ chuẩn hóa nguồn nguyên liệu, chuẩn bị cho các quá trình gia công tiếp theo

- Hoàn thiện: quá trình phân loại sẽ góp phần nâng cao giá trị của sản phẩm

Quá trình phân loại thường diễn ra trong hoặc sau các giai đoạn chế biến, chẳng hạn như phân loại tấm trong chế biến gạo hoặc phân loại thực phẩm sau khi sấy như trà và sữa bột.

2.1.2 Các biến đổi trong quá trình

Không có biến đổi về chất, chỉ biến đổi về thành phần cấu tử (vật lý);

Chất lƣợng của nguyên liệu (bán sản phẩm, sản phẩm) đồng nhất

Chất lƣợng của nguyên liệu (bán sản phẩm, sản phẩm) tăng

Có thể xuất hiện các hiện tượng tổn thương bề mặt do xuất hiện các tác động cơ học

2.1.3 Phương pháp và thiết bị thực hiện quá trình

Việc phân loại và lựa chọn thường được thực hiện bằng phương pháp thủ công, tuy nhiên, cách này tốn nhiều công sức và thời gian Do làm việc liên tục và áp lực cao, công nhân dễ bị mệt mỏi, dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng công việc.

Quá trình phân loại nguyên liệu trong chế biến thực phẩm có thể được cơ khí hóa dựa trên sự khác biệt về màu sắc, kích thước và khối lượng riêng Việc áp dụng các phương pháp phân loại này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

- Phân loại dựa trên kích thước: máy sàng, máy rây,

- Phân loại theo khối lƣợng: băng tải phân loại bằng cân,

- Phân loại theo trọng lƣợng riêng, khối lƣợng riêng, tỉ trọng: bể phân loại, máy phân loại theo trọng lƣợng, sàng khay…

- Phân loại theo tính chất quang học: máy tách màu

- Phân loại theo từ tính: máy tách tạp chất sắt a Phân loại dựa trên kích thước:

Kích thước của nguyên liệu dạng vật liệu rời phụ thuộc vào các thông số vật lý như đường kính, chiều dài và mức độ lồi lõm Đối với nguyên liệu có hình dạng cân đối như cà chua, quả có múi hoặc dưa leo, quá trình phân loại trở nên dễ dàng hơn.

* Máy phân loại kiểu rây lắc:

Máy sàng có thể có một hoặc nhiều tầng rây với kích thước mắt lưới khác nhau, từ lớn đến nhỏ Hệ thống rây hoạt động bằng cách chuyển động lắc nhờ bộ phận chấn động Thiết bị này thích hợp cho các loại nguyên liệu có kích thước nhỏ như đậu phộng, bột và hạt cốc.

Hình 2.2 Phân loại dựa trên kích thước hình học - Sàng phẳng

Hình 2.3 Phân loại dựa trên kích thước hình học - Sàng tròn

Hình 2.4 Phân loại theo kích thước từ nhỏ đến lớn

Hình 2.5 Phân loại theo kích thước từ lớn đến nhỏ

Hình 2.6 Thiết bị sàng nhiều sàng từ nhỏ đến lớn

Hình 2.7 Thiết bị sàng nhiều sàng từ lớn đến nhỏ

Sàng ống quay là thiết bị phổ biến trong việc làm sạch hạt nông sản, giúp loại bỏ bụi, cát, tạp chất lớn, cũng như rơm và rạ Thiết bị này thường được kết hợp với nhiều ống và quạt hút, nhằm nâng cao hiệu quả làm sạch.

Hình 2.8 Máy làm sạch hạt sử dụng sàng ống quay

* Máy phân loại kiểu dây cáp:

Bộ phận hoạt động của hệ thống là dây cáp căng giữa hai trục quay, cho phép chuyển động theo chiều dọc Khe hở giữa hai dây cáp ngày càng rộng, và quả đi giữa hai dây cáp sẽ rơi xuống.

20 dần theo thứ tự từ nhỏ đến lớn Máy này dùng để phân loại quả to như cam, bưởi, dưa leo, cà tím…

Hình 2.9 Máy phân loại kiểu dây cáp

* Máy phân cỡ kiểu xoắn ốc: Nguyên liệu đƣa vào sẽ qua các xoắn ốc, và rớt xuống nơi có xoắn ốc phù hợp

Hình 2.10 Máy phân loại kiểu xoắn ốc b Phân loại dựa trên khối lượng:

Phương pháp phân loại dựa trên khối lượng thường được áp dụng cho trứng, rau quả, và thủy sản như tôm cá, nhằm phân chia chúng thành các nhóm khác nhau Quá trình này thường sử dụng cân lò xo hoặc cân điện tử, và khi nguyên liệu không đạt yêu cầu về khối lượng, có thể sử dụng cơ cấu thanh gạt hoặc khí nén để loại bỏ Quá trình phân loại thường được điều khiển bằng máy tính Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không phù hợp với nguyên liệu nhỏ như ngũ cốc, có năng suất thấp và thời gian phân loại thường dài.

* Máy phân loại thuỷ sản bằng cân định lƣợng chính xác:

Quá trình tách vỏ

2.2.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Tách vô là quá trình loại bỏ vỏ hoặc phần không ăn được của nguyên liệu nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, đặc biệt là về mặt ngoại hình Để đảm bảo chi phí tách vỏ ở mức thấp nhất, cần chú ý đến một số yếu tố quan trọng trong quá trình này.

- Tổn thất nguyên liệu: trong quá trình tách vỏ, cần chú ý là độ sạch càng tăng thì tổn thất nguyên liệu càng cao

Trong quá trình tách vỏ, yêu cầu quan trọng nhất là bề mặt của nguyên liệu phải sạch và không bị tổn thương

* Yêu cầu của quá trình tách vỏ:

- Tổn thất nguyên liệu ít

- Bề mặt nguyên liệu sạch và ít tổn thương

- Năng lƣợng và lao động tiết kiệm b Mục đích

Quá trình làm sạch nguyên liệu nhằm loại bỏ các phần không ăn được hoặc có giá trị dinh dưỡng thấp như vỏ, hạt, lõi, vảy, đầu cá, nội tạng và lông Mục tiêu là nâng cao giá trị sản phẩm và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế biến liên tục, giúp việc xay, nghiền trở nên dễ dàng hơn.

2.2.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm

Quá trình tách vỏ tập trung vào việc loại bỏ lớp vỏ bên ngoài của nguyên liệu, tuy nhiên, trong quá trình này có thể xảy ra tổn thương đến thành phần bên trong, dẫn đến mất mát chất chiết và kích thích một số phản ứng hóa học không mong muốn.

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách vỏ bao gồm cấu trúc và thành phần của nguyên liệu, cũng như nguyên lý và các thông số công nghệ áp dụng trong phương pháp tách vỏ.

2.2.4 Phương pháp và thiết bị thực hiện

Quá trình tách vỏ có thể thực hiện bằng hai phương pháp chính: thủ công và cơ khí Đối với phương pháp cơ khí, việc làm sạch có thể được thực hiện thông qua ba phương pháp khác nhau: hóa học, nhiệt và cơ học.

Dựa vào tác dụng của lực cơ học, các quá trình như tách vỏ lạc, tách hạt ngô và đánh vẩy cá thường được thực hiện bằng thiết bị chuyên dụng Tùy theo yêu cầu làm sạch cụ thể, việc lựa chọn máy móc phù hợp là rất quan trọng để đạt hiệu quả tối ưu.

Máy làm sạch vỏ củ là thiết bị chuyên dụng giúp loại bỏ vỏ lụa của các loại rau củ như khoai tây và cà rốt Quá trình làm sạch diễn ra thông qua sự va chạm và chà xát giữa nguyên liệu và bề mặt nhám của máy, giúp lớp vỏ trên bề mặt rau củ bị tróc ra Sau đó, nước được sử dụng để rửa sạch những lớp vỏ này, mang lại sản phẩm sạch và an toàn cho người tiêu dùng.

Hình 2.18 Máy bóc vỏ củ

Máy đánh vảy cá hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo ra sự va chạm và chà xát lên bề mặt cá, giúp vẩy cá dễ dàng tróc ra Sau đó, nước được sử dụng để rửa sạch vẩy cá, mang lại hiệu quả làm sạch cao.

Hình 2.19 Máy đánh vẩy cá Hình 2.20 Máy xát vỏ cà phê

Hình 2.21 Máy gọt vỏ, đột cuống dứa

Máy bóc vỏ, tách dịch là một hệ thống máy móc phức hợp, bao gồm máy nghiền 2 trục quay, máy ly tâm hình nón, máy chà và máy nghiền 1 trục quay, có chức năng tách vỏ và hạt đồng thời tạo ra purée mịn Hệ thống này thường được ứng dụng trong quy trình tách và chế biến thực phẩm.

Hình 2.22 Máy bóc vỏ, tách dịch Hình 2.23 Máy gọt vỏ củ

- Máy gọt vỏ: Máy này có khả năng gọt vỏ cho các loại củ cà rốt, khoai tây, các quả

- Máy tách vỏ: Dùng ma sát và lực cơ học để tách vỏ các loại quả, hạt nhƣ: lạc, tỏi, điều, óc chó, v.v

Hình 2.24 Máy tách vỏ lạc b Phương pháp hóa học

Phản ứng hóa học thường được áp dụng cho nguyên liệu có độ bền cơ kém như khoai tây, cam, cà rốt Đối với các loại quả có vỏ mỏng như khoai tây, cà rốt, mận, ổi và các loại quả có múi như cam quýt, dung dịch kiềm có thể được sử dụng để bóc vỏ Chất kiềm phổ biến nhất là NaOH với độ tinh khiết từ 95% trở lên, trong khi Na2CO3 cũng có thể được sử dụng, mặc dù hiệu quả kém hơn nhưng dễ rửa sạch hơn.

Thời gian ngâm rửa nguyên liệu phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch NaOH, với nồng độ thường sử dụng từ 1,5 - 2% Quả xanh có kích thước lớn cần nồng độ NaOH cao hơn so với quả chín kích thước nhỏ Nhiệt độ dung dịch NaOH càng cao thì tác dụng bóc vỏ càng mạnh, nhưng không nên quá cao để tránh làm chín mềm nguyên liệu Thời gian ngâm có thể kéo dài từ vài giây đến vài phút, và cần chú ý đến tỉ lệ giữa nguyên liệu và dung dịch ngâm.

Bảng Chế độ bóc vỏ bằng phương pháp hóa học

Loại quả Nồng độ dd ngâm (%)

Tỉ lệ NL/dd ngâm

Sau khi ngâm trong dung dịch NaOH, nguyên liệu được rửa lại trong nước

Để loại bỏ vỏ và làm sạch NaOH bám vào nguyên liệu, cần thực hiện quy trình rửa 28 lần Sau khi rửa, nguyên liệu phải đảm bảo không còn NaOH, điều này có thể kiểm tra bằng cách nhỏ vài giọt phenolphtalein; nếu không xuất hiện màu hồng, nguyên liệu đã sạch.

* Ưu nhược điểm của phương pháp bóc vỏ bằng hóa học

Tốc độ thực hiện quá trình nhanh

Có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm c Phương pháp bóc vỏ bằng nhiệt (chần)

Phương pháp sử dụng tác nhân hơi nước áp dụng cho nguyên liệu dạng củ, trong đó nguyên liệu được cho vào thùng chứa chịu áp suất với tốc độ quay 4-6 vòng/phút Hơi nước bão hòa được bơm vào thùng làm tăng nhanh nhiệt độ bề mặt nguyên liệu, trong khi nhiệt độ bên trong tăng chậm hơn Sau đó, áp suất giảm nhanh chóng, tạo ra nước dưới lớp vỏ và giúp tách vỏ ra Tiếp theo, nước được phun vào nguyên liệu để loại bỏ các vết vỏ còn sót lại Đối với việc bóc vỏ loại quả có múi như cam, quýt, người ta nhúng vào nước sôi, chần trong nước 90-100°C từ 20-60 giây hoặc 80-90°C trong 60 giây.

90 giây thì tốc độ bóc vỏ, tách múi, tước xơ tăng gấp 4 lần so với không chần

Hình 2.25 Tách vỏ bằng nhiệt

* Ưu nhược điểm của phương pháp bóc vỏ bằng nhiệt Ƣu điểm

Lượng nước tiêu tốn ít, tổn thất thấp, bề mặt nguyên liệu ít bị tổn thương, năng suất cao, việc thu gom và xử lý chất thải dễ dàng

Vốn đầu tƣ lớn cho thiết bị chịu áp và lò hơi, vấn đề an toàn lao động trong quá trình sản xuất

N UYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌN CƠ LÝ

Quá trình nghiền

3.1.1 Bản chất và mục đích của quá trình nghiền a Bản chất

Quá trình nghiền là phương pháp giảm kích thước vật liệu, chủ yếu là các loại vật liệu rời, thông qua tác động của lực cơ học Nghiền đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm, giúp cải thiện chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm.

Quá trình nghiền là việc sử dụng lực cơ học để phân chia nguyên liệu thành các phần tử nhỏ nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất Lực cơ học cần thiết phải vượt qua lực liên kết giữa các phần tử trong nguyên liệu hoặc thực hiện công để phá vỡ các liên kết đó.

Trong quá trình nghiền, ba loại lực tác động lên vật liệu bao gồm lực nén, lực va đập và lực ma sát Tùy thuộc vào loại vật liệu, một trong ba loại lực này sẽ chiếm ưu thế Đối với các vật liệu cứng, lực nén là chủ yếu, trong khi lực ma sát thường chiếm ưu thế khi nghiền các vật liệu mềm, đặc biệt trong nghiền tinh Lực va đập được sử dụng trong cả ba giai đoạn: nghiền thô, nghiền trung gian và nghiền tinh.

Tỷ lệ giảm kích thước là một thông số quan trọng để đánh giá quá trình nghiền, được tính bằng tỷ lệ giữa kích thước trung bình của nguyên liệu trước và sau khi nghiền Quá trình nghiền thô thường có tỷ lệ giảm kích thước nhỏ hơn 8:1, trong khi nghiền tinh có tỷ lệ xấp xỉ 100:1 Trong công nghệ thực phẩm, kích thước của vật liệu rời thường được xác định bằng phương pháp sàng.

Các nhà máy sản xuất thực phẩm yêu cầu nguyên liệu được chế biến thành hạt nhỏ để phục vụ cho các công đoạn tiếp theo Quá trình nghiền đóng vai trò quan trọng trong việc này, giúp phân chia nguyên liệu thành các hạt nhỏ đồng nhất về kích thước.

Quá trình nghiền thường có nhiều mục đích công nghệ khác nhau trong công nghiệp thực phẩm

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, quá trình nghiền đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị cho các công đoạn tiếp theo như trích ly, ép và phối trộn Cụ thể, trước khi thực hiện trích ly hoặc ép để thu hồi chất béo từ hạt dầu, nguyên liệu thường được nghiền để nâng cao hiệu quả Tương tự, trong sản xuất chocolate, đường cũng được nghiền mịn nhằm chuẩn bị cho quá trình phối trộn các nguyên liệu Đặc biệt, các nguyên liệu dạng vật liệu rời với kích thước không đồng đều thường được nghiền trước khi tiến hành phối trộn để đảm bảo tính đồng nhất.

Chế biến bột ngũ cốc là một quy trình quan trọng, trong đó nghiền là bước then chốt giúp chuyển đổi nguyên liệu từ dạng hạt lớn thành bột mịn.

Trong công nghệ sản xuất bột ngũ cốc, quá trình nghiền không chỉ làm giảm kích thước nguyên liệu mà còn thay đổi thành phần hóa học của sản phẩm, do loại bỏ lớp vỏ thóc và vỏ cám Tương tự, trong chế biến chocolate, quá trình conching kết hợp giữa nghiền và xử lý nhiệt giúp giảm kích thước của nguyên liệu như đường và sữa bột đến mức rất nhỏ, khiến trạng thái hạt không còn cảm nhận được, đồng thời đảm bảo các thành phần phân bố đều.

Trong quy trình sản xuất cà phê rang xay, bước hoàn thiện rất quan trọng Sau khi cà phê được rang, chúng sẽ được nghiền trước khi đóng gói Kích thước bột cà phê sẽ thay đổi tùy thuộc vào từng loại sản phẩm và phương pháp pha chế cụ thể.

3.1.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm

Nguyên liệu bị nghiền vỡ khi chịu tác động của ngoại lực vượt quá ứng suất bền, dẫn đến các biến dạng đàn hồi và dẻo trước khi bị phá vỡ Ứng suất này không chỉ tác động theo một hướng mà còn gây nén ở tất cả các hướng Khi nguyên liệu chịu lực va đập tự do, lực này tạo ra chấn động lan truyền với tốc độ tương đương vận tốc truyền âm trong nguyên liệu Chỉ khi lực va đập đủ mạnh để các sóng chấn động lan truyền hết chiều dài nguyên liệu theo hướng tác động, nguyên liệu mới có khả năng bị phá vỡ.

Trong quá trình nghiền nguyên liệu, nếu nguyên liệu chưa bị phá vỡ, nó đã trải qua biến dạng đàn hồi, tiêu tốn năng lượng để biến dạng Khi nguyên liệu vỡ ra, sẽ xuất hiện diện tích mới tại các vị trí nứt Tuy nhiên, đôi khi lực tác động chỉ tạo ra các vết nứt ngầm mà không làm vỡ hoàn toàn nguyên liệu, dẫn đến việc các vết nứt này có thể khép lại do lực liên kết, gây lãng phí năng lượng trong quá trình nghiền.

Như vậy trong quá trình nghiền

Để phá vỡ nguyên liệu, cần áp dụng ngoại lực đủ lớn để vượt qua ứng suất bền của nó, đặc biệt là ứng suất nén Khi đó, nguyên liệu sẽ trải qua quá trình biến dạng đàn hồi và có thể tiếp tục biến dạng dẻo, diễn ra từ từ hoặc đột ngột, trước khi bị phá vỡ hoàn toàn.

Khi ngoại lực tác động, sóng chấn động sẽ xuất hiện, dẫn đến việc rạn nứt nguyên liệu Để nguyên liệu bị vỡ, cần phải cho sóng chấn động lan truyền qua toàn bộ nguyên liệu theo hướng của lực tác động, với tốc độ truyền sóng tương đương với tốc độ âm thanh.

Khi nguyên liệu chỉ bị nứt do lực hút của các phần tử mà không bị phá vỡ hoàn toàn, các vết nứt sẽ tự khép lại Để tiếp tục phá vỡ nguyên liệu, cần phải tiêu tốn thêm năng lượng Do đó, quá trình nghiền nguyên liệu là một trong những quá trình tiêu tốn năng lượng nhiều nhất.

Sau khi nghiền, kích thước và khối lượng của nguyên liệu giảm, trong khi tổng diện tích bề mặt của nguyên liệu tăng lên đáng kể Quá trình nghiền tạo ra lực tác động mạnh mẽ, giúp cải thiện khả năng tương tác của nguyên liệu trong các ứng dụng tiếp theo.

Quá trình ép

3.2.1 Bản chất và mục đích a Bản chất Ép là quá trình thu hồi các thành phần có giá trị bẻn trong nguyên liệu bằng cách sử dụng áp lực để phá vỡ cấu trúc của nguyên liệu và làm cho các cấu tử cần thu hồi thoát ra ngoài Sản phẩm của quá trình ép thường là dung dịch có chứa các cấu tử mà chúng ta cần thu hồi Nhƣ vậy, động lực chính của quá trình ép chính là áp lực tác động lên nguyên liệu Khi áp suất tác dụng lên các thành phần tạo cấu trúc của nguyên liệu sẽ làm cho các tế bào nguyên liệu bị phá hủy và các cấu tử mong muốn sẽ thoát ra ngoài

Quá trình ép thường được áp dụng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp khác nhằm tối ưu hóa hiệu quả thu hồi các thành phần cần thiết từ nguyên liệu.

43 vậy, trong công nghệ thực phẩm người ta chia quá trình ép ra thành hai nhóm:

Quá trình ép không có hỗ trợ là phương pháp phá vỡ cấu trúc tế bào và ép các thành phần ra ngoài đồng thời Phương pháp này thường được áp dụng cho nguyên liệu có cấu trúc mềm, dễ hư hỏng, hoặc nguyên liệu có độ ẩm cao như trái cây.

Quá trình ép có sự hỗ trợ từ các bước xử lý nguyên liệu trước khi tiến hành ép, nhằm tăng cường hiệu quả của quá trình này Các phương pháp hỗ trợ thường bao gồm nghiền hoặc xử lý nhiệt, đặc biệt phù hợp với những nguyên liệu có độ ẩm thấp và độ cứng cao, chẳng hạn như các loại hạt có dầu.

Quá trình ép không có hỗ trợ thường yêu cầu vốn đầu tư thấp hơn và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với quá trình ép có hỗ trợ.

Trong quá trình ép, thu nhận dịch ép là quá trình thu hồi không chọn lọc các cấu tử có trong nguyên liệu, dẫn đến việc hiệu suất ép cao có thể làm giảm chất lượng dịch ép do lẫn nhiều thành phần không mong muốn Chẳng hạn, khi ép nho để sản xuất rượu vang, nếu ép quá kiệt, chất lượng rượu vang sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực do sự xuất hiện của các chất tạo vị đắng.

Quá trình ép là quá trình tác dụng lực cơ học vào nguyên liệu làm nguyên liệu bị biến dạng nhằm mục đích:

Phân chia pha lỏng - rắn trong nguyên liệu là quá trình tách chất lỏng ra khỏi nguyên liệu, đặc biệt khi chất lỏng có giá trị hoặc khi chất rắn là sản phẩm có giá trị cao hơn Việc này giúp tối ưu hóa điều kiện bảo quản và vận chuyển, đảm bảo chất lượng cho sản phẩm cuối cùng.

 Chất lỏng có giá trị: Nước nho tách ra từ quả nho trong ngành sản xuất rƣợu vang, dầu tách ra từ đậu phộng trong ngành sản xuất dầu

 Chất rắn có giá trị: Ép tách nước trong chế biến chè xanh, chè đen

Định hình và biến dạng nguyên liệu là quá trình tạo ra hình dáng đặc trưng cho sản phẩm, nhằm thuận lợi hóa cho các bước sản xuất tiếp theo hoặc để tạo ra sản phẩm thương mại.

Ví dụ: Ép định hình đậu khuôn, ép định hình bánh qui, ép định hình lương khô…

Nhƣ vậy mục đích của quá trình ép là:

- Khai thác nguyên liệu - tách và thu nhận các chất có giá trị ra khỏi nguyên liệu ban đầu đồng thời loại bỏ các chất không có giá trị

 Ép mía: Tách và thu nhận nước mía ra khỏi cây mía, loại bỏ bã mía

 Ép dầu: Tách dầu ra khỏi hạt đậu phộng, loại bỏ bã

 Ép nước quả: Tách và thu nhận nước quả, loại bỏ bã

- Biến dạng định hình - tạo hình cho nguyên liệu và hoàn thiện sản phẩm

Ví dụ: Ép dịch đậu nành sau khi keo tụ thành đậu khuôn, ép đường thành viên, ép khối bột nhão thành sợi mì…

Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo là bước quan trọng, giúp tạo ra tính chất cho nguyên liệu Việc biến đổi vật lý và hóa lý không chỉ làm tăng tính hiệu quả mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho các giai đoạn tiếp theo trong quy trình sản xuất.

Ví dụ: Ép tách nước trong chế biến chè, thuốc lá tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy

3.2.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu đƣa vào quá trình ép rất đa dạng về nguồn gốc và trạng thái

 Động vật: Mực khô, cá khô, thịt khô…

 Thực vật: Chè, thuốc lá…

 Rắn: Thịt khô, thuốc lá…

 Sệt: Bột nhão, dịch đậu nành sau khi keo tụ… b Biến đổi của nguyên liệu

Trong quá trình ép, nguyên liệu bị biến đổi về nhiều mặt nhƣ hóa lí, trạng thái, hình dạng, vật lí, vi sinh…

Hóa lý là quá trình làm thay đổi liên kết giữa các cấu tử của nguyên liệu, dẫn đến sự biến đổi đáng kể trong thành phần hóa học ban đầu Khi ép, phần lỏng và phần rắn được thu nhận, tạo ra một hệ keo phức tạp từ chất lỏng, chứa nhiều thành phần khác nhau Đồng thời, bã thu được sau quá trình ép có kết cấu chặt chẽ hơn.

Trong quá trình ép, hầu như không có sự biến đổi về mặt hóa học, hóa sinh và sinh học, nhưng vẫn xảy ra tổn thất về chất dinh dưỡng như vitamin và chất khô Do đó, cần áp dụng các biện pháp hiệu quả để giảm thiểu tổn thất này ở mức thấp nhất.

Biến đổi vi sinh trong pha lỏng của nguyên liệu sau quá trình ép tạo ra môi trường giàu dinh dưỡng, khiến vi sinh vật dễ dàng xâm nhập, sinh trưởng và phát triển, từ đó gây hư hỏng sản phẩm.

Sản phẩm của quá trình ép có 2 dạng: Rắn và lỏng

3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép a Tính chất nguyên liệu

Quá trình ép bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi tính chất của nguyên liệu, bao gồm sự liên kết ẩm rắn và tính chất thẩm thấu Thêm vào đó, mức độ xử lý nguyên liệu trước khi ép cũng đóng vai trò quan trọng trong việc làm yếu các liên kết hóa lý của nguyên liệu.

Cấu trúc của nguyên liệu đóng vai trò quyết định đến tính chất cơ lý và độ bền của thành tế bào Nguyên liệu cứng hơn thường có độ bền cơ học cao hơn, điều này dẫn đến việc cần áp lực ép lớn hơn và yêu cầu một quá trình tiền xử lý để hỗ trợ cho quá trình ép.

- Khả năng đàn hồi của nguyên liệu: nguyên liệu có tính đàn hồi càng cao thì quá trình ép càng khó thực hiện

Kích thước của nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến hiệu quả quá trình ép Khi nguyên liệu có dạng vật liệu rời, kích thước nhỏ giúp chất lỏng dễ dàng thoát ra bề mặt Để tối ưu hóa quá trình ép, một số nguyên liệu cần được nghiền nhỏ Tuy nhiên, nếu kích thước quá nhỏ, mao quản sẽ bị thu hẹp, khiến dịch ép khó di chuyển ra ngoài.

Quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất

Hỗn hợp không đồng nhất là hỗn hợp có các thành phần khác nhau và tính chất không giống nhau:

- Hỗn hợp gồm khí - rắn: bụi

- Hỗn hợp lỏng - lơ lửng: huyền phù, nhũ tương

- Hỗn hợp lỏng - khí: bọt

3.3.1.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình lắng là quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất bằng trọng lực hoặc bằng ly tâm

Dưới tác dụng của trọng lực, hạt rắn trong huyền phù sẽ lắng xuống đáy thiết bị, tạo thành lớp bã, trong khi chất lỏng hoặc khí sạch vẫn ở phía trên Quá trình lắng này được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất đường, tinh bột, sữa và trong xử lý nước, giúp tách biệt các thành phần và làm sạch sản phẩm hiệu quả.

Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm là quá trình trong đó các phần tử rắn trong chất lỏng hoặc khí chuyển động quay tròn trong thiết bị có đáy hình nón Khi đó, lực ly tâm khiến các hạt rắn văng ra phía thành thiết bị, di chuyển men theo thành và tập trung ở đáy, trong khi chất lỏng trong (hoặc khí sạch) thoát ra ngoài qua cửa ở phía trên thiết bị, như trong trường hợp của cyclon lỏng hoặc bể lắng xoáy hình côn.

Trong quá trình lắng, các phần tử không thay đổi kích thước, hình dạng và trọng lượng Khi ở trong chất lỏng hoặc khí, các phần tử sẽ rơi thẳng đứng nếu khối lượng riêng của chúng lớn hơn khối lượng riêng của môi trường xung quanh Chuyển động của các phần tử sẽ tăng tốc cho đến khi lực ma sát của chất lỏng hoặc khí cân bằng với trọng lực, dẫn đến vận tốc thẳng đứng ổn định của chúng.

Vận tốc của phần tử tuân theo phương trình Newton

Hoặc theo phương trình Stokes

Trong đó: v : Vận tốc lắng (m/s)

 s , : Khối lượng riêng của phần tử và môi trường (kg/m 3 ) g: Gia tốc trọng trường (9,81 m/s 2 ) d: Đường kính của phần tử (m)

Lý thuyết lắng các hạt keo tụ diễn ra khi dung dịch là một huyền phù chứa nhiều phần tử với kích thước và vận tốc lắng khác nhau Khi hàm lượng các phần tử lớn, chúng va chạm và kết dính với nhau, tạo thành các hạt lớn hơn với vận tốc lắng cao hơn Điều này dẫn đến việc các phần tử ở trên thiết bị lắng có vận tốc lắng nhỏ hơn, trong khi ở dưới đáy, vận tốc lắng tăng lên do kích thước hạt lớn hơn.

Khi các “bông keo” lớn dần, lực ma sát từ chuyển động của chất lỏng ngược chiều với phần tử cũng tăng lên, tỷ lệ nghịch với kích thước của “bông keo”.

Khi "bông keo" phát triển, lực kéo trên mỗi đơn vị diện tích tăng theo kích thước của nó Khi đạt đến kích thước nhất định, lực kéo đủ mạnh để phá vỡ "bông keo", ngăn cản sự gia tăng kích thước tiếp theo Từ thời điểm đó, vận tốc lắng không thay đổi và hiệu quả lắng không tăng, mặc dù thời gian lắng có thể kéo dài hơn.

Khi lắng trong huyền phù, các phần tử rắn nặng sẽ lắng xuống đáy, tạo thành lớp cặn, trong khi nước trong sẽ được gạn ra bằng cách cho chảy tràn Đối với chất nhũ tương, quá trình lắng sẽ phân thành hai lớp có tỷ trọng khác nhau, với lớp có tỷ trọng nhỏ nổi lên trên Tùy thuộc vào mục đích của quá trình lắng, có thể thu lớp trên, lớp dưới hoặc cả hai lớp.

Tốc độ lắng của dung dịch phụ thuộc vào mức độ phân tán của hỗn hợp, kích thước hạt và khối lượng riêng của hai pha Khi kích thước hạt lớn và chênh lệch khối lượng riêng giữa hai pha tăng, tốc độ lắng sẽ tăng lên Ngược lại, khi độ nhớt của dung dịch cao, tốc độ lắng sẽ giảm.

Để tăng tốc độ lắng, các biện pháp xử lý nguyên liệu thường được áp dụng, bao gồm việc làm cho chất kết tủa tập trung cao, có kích thước lớn và đồng đều Ngoài ra, nâng nhiệt độ của dung dịch gần đến nhiệt độ sôi hoặc sử dụng các chất trợ lắng cũng là những phương pháp hiệu quả.

Chất trợ lắng, hay còn gọi là chất kết tụ, thường là các polyme tổng hợp như Separan, AP - 30, polyacrilamit và tinh bột biến hình Chất này giúp tăng kích thước hạt thông qua quá trình tạo "bông keo", khi các hạt tiếp xúc và kết hợp với nhau, tạo thành các hạt lớn hơn, từ đó tăng tốc độ lắng Cơ chế tạo kết tụ của chất trợ lắng diễn ra nhờ điện tích âm (-) của chúng, hút các chất kết tủa có điện tích dương (+) trong dung dịch, hình thành khối lớn hay "bông keo" có khả năng lắng nhanh hơn, với tốc độ lắng tăng lên từ 5 đến 7 lần Các nghiên cứu cho thấy rằng, khi trọng lượng phân tử của chất trợ lắng tăng lên, khả năng tăng tốc độ lắng cũng sẽ cao hơn.

Quá trình lắng có thể chia thành hai dạng:

Lắng các phần tử không có khả năng liên kết (các hạt riêng lẻ) diễn ra khi các phần tử này không có khả năng liên kết tự nhiên với nhau Trong quá trình lắng, các phần tử duy trì tính đồng nhất, không thay đổi kích thước và khối lượng riêng, do đó tốc độ lắng không bị ảnh hưởng.

Ví dụ: Lắng cát, lắng bụi…

Quá trình lắng của các phần tử liên kết diễn ra song song với việc hình thành “bông keo”, trong đó các phần tử tương tác và tạo ra “bông keo”, dẫn đến sự gia tăng kích thước và khối lượng của chúng Sự gia tăng khối lượng riêng của các phần tử này làm tăng tốc độ lắng, tạo ra hiệu ứng lắng nhanh hơn.

Ví dụ: Lắng cặn trong dịch đường nhờ CaCO3 d Mục đích

Trong công nghiệp thực phẩm, quá trình lắng thường có những mục đích công

Khai thác là quá trình lắng giúp các nhà sản xuất thu hồi sản phẩm từ bán thành phẩm, bao gồm nhiều thành phần và cấu tử khác nhau.

Trong quy trình sản xuất tinh bột từ ngũ cốc và các loại củ như khoai tây hoặc khoai mì, việc rửa hạt tinh bột trong nước là cần thiết để loại bỏ tạp chất hòa tan Sau đó, để thu hồi tinh bột từ hệ huyền phù, các nhà sản xuất áp dụng quá trình lắng, với mục đích chính là khai thác tinh bột hiệu quả.

Hiện nay, phương pháp sấy phun được sử dụng phổ biến để sản xuất sữa bột từ sữa tươi Quá trình này tạo ra một hỗn hợp gồm các hạt sữa phân tán trong không khí nguội, tạo thành bán thành phẩm dạng bụi Các nhà sản xuất có thể áp dụng quá trình lắng để thu hồi sữa bột, nhằm khai thác hiệu quả từ quy trình sấy phun.

Quá trình phối chế và đảo trộn (quá trình phối trộn)

3.4.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Phối chế là quá trình kết hợp hai hoặc nhiều thành phần theo tỉ lệ cụ thể để tạo ra hỗn hợp đạt tiêu chuẩn mong muốn Trong công nghệ thực phẩm, phối chế diễn ra một cách có chủ đích và có kế hoạch rõ ràng.

Quá trình đảo trộn là quá trình phân phối đều các cấu tử trong một hỗn hợp

Quá trình phối trộn là một ứng dụng quan trọng trong công nghệ thực phẩm, giúp tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt nhờ vào sự va chạm giữa các nguyên liệu Hai quá trình phối chế và đảo trộn diễn ra song song, tạo thành một hệ thống phối trộn không thể tách rời, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tạo ra sản phẩm thực phẩm mới thường bao gồm việc kết hợp nhiều nguyên liệu khác nhau theo tỷ lệ nhất định, nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

 Phối trộn nhiều thành phần khác nhau: Rỉ đường, cám gạo, bột bắp, bột sò, nguyên tố vi lƣợng tạo ra thức ăn gia súc

 Phối trộn các loại bột mì chất lƣợng khác nhau nhằm tạo ra sản phẩm đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng

- Nâng cao chất lƣợng sản phẩm

 Sữa dành cho người lớn tuổi bổ sung thêm canxi, khoáng chất

 Sữa dành cho trẻ em bổ sung thêm methionine

 Bột ngũ cốc bổ sung thêm acid amin, chất khoáng…

- Điều chỉnh nồng độ chất khô bằng cách điều chỉnh các thành phần có sẵn trong sản phẩm

Trong quy trình sản xuất sữa đậu nành, sau khi nghiền và trích ly dịch đậu nành, việc phối trộn thêm đường sẽ làm tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm.

- Phân bố đều các cấu tử trong một hỗn hợp

- Tăng cường các quá trình sinh hóa

Trong công nghệ sản xuất bia, việc đảo trộn trong quá trình nấu đóng vai trò quan trọng, giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất, từ đó nâng cao khả năng thủy phân tinh bột thành đường.

Trong quá trình nuôi cấy nấm men bia, việc sử dụng nấm men rượu đảo trộn giúp tăng cường khả năng trao đổi chất, từ đó nâng cao sự sinh trưởng và phát triển của nấm men.

- Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt, chống hiện tượng quá nhiệt cục bộ

Ví dụ: Trong quá trình nấu bia đảo trộn sẽ tăng cường khả năng trao đổi nhiệt của dịch nha, chống hiện tƣợng quá nhiệt cục bộ

3.4.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu trong quá trình phối chế và đảo trộn có sự khác biệt về tính chất vật lý, hóa học, sinh học và cảm quan Mỗi nguyên liệu mang một giá trị chất lượng nhất định, được xác định bởi thành phần hóa học và các đặc tính vật lý của chúng Những nguyên liệu này thường có những đặc điểm riêng biệt, góp phần vào chất lượng cuối cùng của sản phẩm.

- Có từ hai nguyên liệu trở lên

Nguyên liệu trong quy trình sản xuất rất đa dạng về trạng thái vật lý, bao gồm các dạng lỏng như nước quả, siro và dung dịch acid, cùng với các dạng rắn như bột rời và đường kính Sự phối trộn các cấu tử nguyên liệu này là yếu tố quan trọng để tạo ra sản phẩm cuối cùng có chất lượng tốt.

- Tính chất của nguyên liệu không giống nhau thường bổ sung cho nhau b Sự biến đổi của nguyên liệu

Phụ thuộc vào nguyên liệu, mục đích phối chế và đảo trộn có những biến đổi sau:

- Biến đổi vật lí - biến đổi về trạng thái: Dẻo, cứng, mềm …, khối lƣợng riêng, nhiệt dung riêng

- Biến đổi hóa lí: Chủ yếu biến đổi về nồng độ chất khô, độ nhớt

Biến đổi trạng thái sản phẩm phụ thuộc vào thành phần phối trộn và trạng thái ban đầu của nguyên liệu, dẫn đến sự hình thành các trạng thái sản phẩm khác nhau.

- Biến đổi về thành phần hóa học, tính chất sinh học, giá trị cảm quan theo mục đích chủ định của quá trình phối chế và đảo trộn

- Các biến đổi khác: Tổn thất chất dinh dƣỡng, nhiễm vi sinh… c Sản phẩm

Việc tạo ra một hỗn hợp với thành phần và tính chất theo ý muốn phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của các cấu tử Tỷ lệ phần trăm của các cấu tử quyết định trạng thái cuối cùng của sản phẩm sau khi phối trộn Khi phối trộn hai hay nhiều cấu tử với tỷ lệ phần trăm gần nhau, sản phẩm sẽ ở trạng thái trung gian giữa các pha.

Sản phẩm đã trải qua sự thay đổi về thành phần hóa học và các chỉ tiêu cảm quan như màu sắc và hương vị Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể và mục đích của từng loại hỗn hợp, các chỉ tiêu hóa lý có thể được điều chỉnh phù hợp.

3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phối trộn Dưới đây là một số yếu tố quan trọng: a Tính chất của nguyên liệu

“ Quá trình phôi trộn hcù chất lỏng với nhau: tỷ trọng, độ nhớt và tính chất lưu

Sự biến đổi của nguyên liệu có ảnh hưởng quyết định đến quá trình phối trộn Tùy thuộc vào các tính chất của nguyên liệu, việc thiết kế và lựa chọn thiết bị khuấy trộn cùng các thông số phù hợp cho quá trình sẽ khác nhau.

Quá trình trộn chất rắn vào chất lỏng yêu cầu chú ý đến khả năng hòa tan của chất rắn và các tính chất của dung dịch, đặc biệt là độ nhớt và tỷ trọng của dung dịch tạo thành.

Khi hòa tan các chất tạo gel như gelatin và alginate vào nước, độ nhớt của dung dịch sẽ thay đổi và quá trình tạo gel có thể xảy ra Do đó, việc lựa chọn cánh khuấy, tốc độ khuấy phù hợp và động cơ có công suất đủ lớn là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình phối trộn.

Khi trộn hai chất rắn, cần lưu ý đến sự khác biệt về kích thước và tỷ trọng của chúng Sự khác biệt lớn giữa hai chất sẽ làm cho quá trình trộn trở nên khó khăn hơn Đặc biệt, nếu không dừng trộn đúng lúc khi hỗn hợp đã đồng nhất, có nguy cơ hỗn hợp sẽ bị tách ra.

CÁC QUÁ TRÌN ÓA LÝ

Quá trình trích ly

4.1.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình trích ly là phương pháp tách các thành phần ra khỏi hỗn hợp bằng cách sử dụng dung môi Dung môi được chọn phải có khả năng hòa tan chọn lọc các chất trong hỗn hợp, đảm bảo hiệu quả trong việc tách biệt các cấu tử.

Trích ly có hai dạng:

- Trích ly lỏng - trích các chất hòa tan trong chất lỏng

- Trích ly rắn - trích ly các chất có trong chất rắn

Hình 4.1 Quá trình trích ly b Đặc điểm

Quá trình trích ly dựa trên độ hòa tan không đồng nhất của các chất trong hỗn hợp dung môi Đây là một quá trình khuếch tán, trong đó hiệu số nồng độ các chất hòa tan giữa hai pha tiếp xúc là động lực chính Chất tan sẽ di chuyển từ pha có nồng độ cao sang pha có nồng độ thấp, có thể là từ lỏng sang lỏng hoặc từ rắn sang lỏng.

Trích ly ở nhiệt độ thường không có sự đảo trộn diễn ra thông qua quá trình khuếch tán phân tử, trong khi đó, khi được đun nóng hoặc khuấy trộn, quá trình này được gọi là khuếch tán đối lưu.

Quá trình trích ly phụ thuộc vào sự cân bằng phân bố các chất giữa hỗn hợp cần tách và dung môi Theo định luật phân bố cân bằng, tỉ số nồng độ các chất giữa dung môi và chất lỏng khởi đầu ở nhiệt độ nhất định là không đổi.

- C D : Nồng độ chất B trong dung môi D, kg/kg

- C A : Nồng độ chất B trong chất lỏng A, kg/kg

- : Hệ số phân bố đƣợc xác định bằng thực nghiệm, hệ số phân bố phụ

103 thuộc vào tính chất của chất lỏng, nhiệt độ và nồng độ, >1

Hệ số phân bố cho biết khả năng tách chất tan qua quá trình trích ly bằng dung môi Nếu hệ số này nhỏ hơn 1, điều đó cho thấy dung môi không hiệu quả và quá trình trích ly kém Khi trích ly từ vật thể rắn, các chất dễ tan sẽ hòa tan vào dung môi và được thu nhận dưới dạng dung dịch.

Trong công nghệ thực phẩm, quá trình trích ly là việc hòa tan các chất có trong nguyên liệu vào dung môi cho đến khi đạt được sự cân bằng nồng độ Đây là quá trình chuyển khối, diễn ra nhờ sự khuếch tán của các phân tử.

* Yêu cầu của dung môi sử dụng để trích ly trong công nghệ thực phẩm

Chọn dung môi là một yếu tố then chốt trong quá trình trích ly Để lựa chọn dung môi phù hợp, người ta thường dựa vào các tiêu chí như tính chất hóa lý của dung môi, khả năng hòa tan của chất cần trích ly, và sự tương thích với quy trình sản xuất.

- Có tính hòa tan chọn lọc - chỉ hòa tan các thành phần cần tách ra khỏi hỗn hợp với hiệu suất cao nhất

- Có khối lƣợng riêng của dung môi khác xa khối lƣợng riêng của dung dịch nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly lỏng - lỏng

- Không gây tác dụng hóa học đối với các thành phần có trong nguyên liệu

- Không phá hủy các thành phần của sản phẩm trong quá trình bảo quản

- Dung môi phải dễ tách ra (sau khi trích ly) và không để lại mùi vị cho sản phẩm sau khi tách

- Không phá hủy thiết bị, không độc khi thao tác

- Rẻ tiền và dễ kiếm

Những đung môi phổ biến hiện nay trong công nghiệp thực phẩm bao gồm nước, một số loại dung môi hữu cơ và CO 2 ở trạng thái siêu tới hạn

Nước là dung môi quan trọng nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm, được sử dụng để trích ly saccharose từ củ cải đường trong sản xuất đường, chiết xuất các hợp chất từ trà và cà phê trong quy trình sản xuất đồ uống hòa tan, cũng như trích ly các chất từ thảo mộc trong sản xuất nước giải khát không cồn.

Các dung môi hữu cơ như hexane, heptane và cyclohexane thường được sử dụng để trích ly chất béo từ thực vật trong sản xuất dầu béo, với nhiệt độ sôi lần lượt là 63,5-69,0°C, 90-99°C và 71-85°C Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cả ba dung môi này đều dễ gây cháy, do đó các nhà sản xuất cần thận trọng khi sử dụng.

Carbon disulphide được sử dụng để trích ly chất béo từ oliu, trong khi acetone và ethylether giúp tách chất béo từ gan cá và các phụ phẩm trong ngành chế biến thịt Ethanol được áp dụng để trích ly các hợp chất mùi và màu từ rau, trái cây và thảo mộc trong sản xuất rượu mùi (liqueur).

104 trichloroethylene (nhiệt độ sôi 86,5°C) là một dung môi không gây cháy nhƣng ít đƣợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm vì rất độc

CO2 siêu tới hạn ngày càng trở nên phổ biến trong sản xuất công nghiệp, đặc biệt trong ngành thực phẩm Nó được sử dụng để trích ly caffeine từ trà và cà phê, tạo ra sản phẩm với hàm lượng caffeine thấp Bên cạnh đó, CO2 siêu tới hạn còn được áp dụng để trích ly chất đắng (a-acid) từ hoa houblon trong sản xuất cao hoa Ngoài ra, phương pháp này cũng được dùng để chiết xuất các hợp chất hương liệu từ trái cây và gia vị, cũng như tách chiết các chất có hoạt tính sinh học từ thảo mộc.

- Khai thác, thu nhận các chất có giá trị trong nguyên liệu

 Trích ly đường có trong nguyên liệu giàu đường: Mía, củ cải đường

 Trích ly dầu từ nguyên liệu giàu chất béo: Lạc, vừng…

 Trích ly tinh dầu từ các loại hoa: Hoa hồng…

- Chuẩn bị - tạo tính chất cho nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo

 Ngâm sắn trong nước sẽ trích ly HCN trong công nghiệp sản xuất tinh bột sắn

 Ngâm malt trong nước sẽ tách các chất màu không có lợi trong công nghiệp sản xuất malt

 Ngâm thuốc vào rƣợu nhằm thu nhận rƣợu thuốc

 Ngâm canh trường giàu protein vào nước muối nhằm thu nhận nước chấm

4.1.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu sử dụng trong quá trình trích ly rất đa dạng, bao gồm cả dạng rắn và lỏng, từ động vật, thực vật đến vi sinh vật và sản phẩm của chúng Khi được đưa vào hệ thống trích ly, nguyên liệu chứa các chất cần chiết xuất, tạo thành hỗn hợp lỏng - lỏng hoặc rắn - lỏng Quá trình này yêu cầu một lượng dung môi nhất định để hòa tan và khuếch tán các thành phần với nhau, từ đó giúp tối ưu hóa hiệu quả trích ly.

Biến đổi hóa lý đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình trích ly, đặc biệt là sự hòa tan của các cấu tử từ nguyên liệu dạng rắn vào dung môi.

Trong quá trình chiết xuất bằng dung môi, thành phần và hàm lượng các cấu tử hòa tan trong dịch trích sẽ thay đổi tùy thuộc vào tính chọn lọc của dung môi Dịch trích không chỉ chứa các cấu tử cần thu nhận mà còn có một số tạp chất hòa tan khác Các nhà sản xuất cần loại bỏ những tạp chất này trong các bước xử lý tiếp theo Chẳng hạn, trong quá trình chiết xuất dầu béo từ đậu nành bằng dung môi hexane, cấu tử cần thu nhận là triglyceride, nhưng dịch trích cũng thường lẫn các tạp chất như acid béo tự do và phospholipid.

Trong quá trình trích ly, có thể xảy ra những biến đổi về pha như sự bay hơi và kết tủa, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Ví dụ, trong sản xuất cà phê hòa tan, quá trình trích ly có thể làm mất một số hợp chất hương, dẫn đến mùi vị kém của bột cà phê Ngược lại, trong sản xuất đường saccharose, một số hợp chất keo bị kết tủa giúp làm sạch dịch trích, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình kết tinh saccharose sau này.

- Vật lý: sự khuếch tán là biến dổi vật lý quan trọng trong quá trình trích ly

Quá trình chƣng cất

4.2.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình chưng cất là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi hoặc độ bay hơi Quá trình này bao gồm nhiều lần bay hơi và ngưng tụ để đạt được sự tách biệt hiệu quả Từ "chưng cất" trong các ngôn ngữ Châu Âu có nguồn gốc từ tiếng La tinh "destillare", có nghĩa là nhỏ giọt xuống.

Hình 4.9 Quá trình chưng cất

Chưng cất là quá trình tách rời các thành phần của hỗn hợp lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi Khi chưng cất một hỗn hợp gồm hai hợp chất lỏng không hòa tan, áp suất hơi tổng cộng được tính bằng tổng của hai áp suất hơi riêng phần Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tương ứng với một áp suất hơi tổng xác định, không phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm của các thành phần trong hỗn hợp, miễn là hai pha lỏng vẫn tồn tại.

Khi có 112 suất hơi tổng cộng, ta có thể dễ dàng xác định nhiệt độ sôi tương ứng của hỗn hợp, và nhận thấy rằng nhiệt độ sôi của hỗn hợp luôn thấp hơn nhiệt độ sôi của từng hợp chất riêng lẻ Chẳng hạn, ở áp suất 760 mmHg, nước sôi ở 100ºC và benzene sôi ở 80ºC Khi đun hỗn hợp này dưới áp suất 760 mmHg, nó sẽ sôi ở 69ºC cho đến khi còn tồn tại hỗn hợp hai pha lỏng ở bất kỳ tỷ lệ nào.

- Thô chế - thu hồi sản phẩm ở dạng thô

Ví dụ: Cồn thô, tinh dầu thô

- Tinh chế - nâng cao chất lƣợng của sản phẩm

Ví dụ: Tinh chế rƣợu

- Khai thác - thu nhận các cấu tử có giá trị tronng hỗn hợp c Đặc điểm quá trình

Quá trình chưng cất bắt đầu bằng việc đun nóng hỗn hợp chất lỏng đến sôi, khi đó hơi sẽ được dẫn ra và ngưng tụ lại Chưng cất dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi giữa các cấu tử trong hỗn hợp, ví dụ như rượu và nước Khi hỗn hợp sôi, các cấu tử sẽ bay hơi với tỷ lệ khác nhau, tạo ra thành phần hơi khác biệt so với hỗn hợp ban đầu Kết quả của quá trình chưng cất là dung dịch chứa toàn bộ các cấu tử bay hơi, trong khi đó, quá trình cô đặc chỉ cho phép dung môi bay hơi mà không làm bay hơi chất hòa tan.

Trong quá trình chưng cất, hỗn hợp lỏng - lỏng có thể hòa tan hoàn toàn, một phần hoặc không hòa tan vào nhau Khi xem xét hai cấu tử lỏng A và B trong hỗn hợp chưng cất, chúng có nhiệt độ sôi khác nhau, với t A < t B.

- P A : Lực hút tương hỗ giữa các phân tử chất lỏng A

- P B : Lực hút tương hỗ giữa các phân tử chất lỏng B

- P AB : Lực hút tác dụng giữa các phân tử chất lỏng A và B

Theo định luật Raun sẽ có các trường hợp sau:

Nếu tất cả các lực PA, PB và PAB đều bằng nhau, chất lỏng A và B sẽ hòa tan với nhau ở bất kỳ tỷ lệ nào, tạo thành một dung dịch lý tưởng Một ví dụ điển hình cho dung dịch lý tưởng là sự hòa trộn giữa benzen và toluen.

- Nếu lực P AB < P A và P B thì điểm sôi chung và đường ngưng là cực tiểu

Ví dụ: Hỗn hợp rượu etylic và nước

- Nếu lực PAB > P A và P B thì điểm sôi chung là cực đại Ví dụ: Hỗn hợp acid nitric và nước

Hỗn hợp chất lỏng đạt đến nhiệt độ sôi cực đại hoặc cực tiểu được gọi là hỗn hợp đẳng phí Khi sôi, hỗn hợp này không tách riêng mà vẫn giữ nguyên tính chất hòa trộn của các thành phần.

Khi lực PAB bằng 0 và P A cùng P B khác 0, các phần tử của chất lỏng A và B có xu hướng liên kết với nhau, trong khi các phần tử của chất lỏng A và B lại tách biệt Tình huống này dẫn đến việc hình thành hai lớp chất lỏng không hòa tan, thường là những chất lỏng có bản chất hóa học khác nhau, như benzen và nước Khi chọn hai chất lỏng không hòa tan, mỗi chất lỏng vẫn giữ nguyên tính chất của mình trong hỗn hợp, không phụ thuộc vào cấu tử khác, và có thể tách rời chúng bằng các phương pháp như lắng hay gạn.

Ngoài các dung dịch lý tưởng và hỗn hợp chất lỏng không hòa tan lẫn nhau, còn tồn tại các hỗn hợp chất lỏng hòa tan một phần Trong trường hợp này, lực P AB không bằng 0, trong khi P A và P B lớn hơn P AB nhiều.

Trong quá trình chưng cất, các cấu tử được đun nóng đến nhiệt độ sôi, dẫn đến sự bay hơi và sau đó ngưng tụ để thu nhận chất lỏng Quá trình này cho phép tách hỗn hợp thành nhiều cấu tử riêng biệt hoặc các tập hợp của một số cấu tử tại các nhiệt độ sôi khác nhau.

4.2.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu đƣa vào hệ thống chƣng cất gồm nhiều thành phần (cấu tử), đồng thời nguyên liệu rất đa dạng:

- Nguyên liệu dạng lỏng và rắn

Ví dụ: Dấm chín là hỗn hợp có rất nhiều thành phần - nước, chất tan, xác tế bào, xác nguyên liệu…

- Nguyên liệu dạng lỏng - lỏng

Ví dụ: Rƣợu thô gồm nhiều cấu tử - rƣợu, aldehyt, este, rƣợu bậc cao… b Sự biến đổi của nguyên liệu

Trong quá trình chưng cất, các biến đổi chính chủ yếu là sự thay đổi về pha, với sự chuyển biến liên tục của thành phần hóa học trong hai pha lỏng và khí Cụ thể, pha lỏng ngày càng giàu các cấu tử khó bay hơi, trong khi pha khí lại giàu các cấu tử dễ bay hơi Những thay đổi này thường dẫn đến sự biến đổi về các tính chất hóa lý như tỷ trọng, độ nhớt, khả năng truyền nhiệt và các tính chất nhiệt động lực học của sản phẩm.

Sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất có thể bao gồm một hoặc nhiều cấu tử, nhưng đều đảm bảo đạt độ tinh khiết cao.

4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng

Quá trình chưng cất chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

Trong quá trình chưng cất, nồng độ các cấu tử trong hỗn hợp ban đầu là yếu tố quan trọng cần chú ý Để đạt được sự tinh sạch cao, nồng độ các cấu tử cần được giảm thiểu.

114 chƣng cất sẽ diễn ra càng phức tạp, năng lƣợng càng lớn

Sự chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các cấu tử trong hỗn hợp càng lớn, thì quá trình chưng cất càng trở nên dễ dàng hơn.

Các tính chất nhiệt động của nguyên liệu như độ nhớt, nhiệt dung riêng, khả năng dẫn nhiệt và nhiệt hóa hơi đều ảnh hưởng đáng kể đến quá trình chưng cất.

Quá trình kết tinh

4.3.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình kết tinh là sự tách chất rắn khỏi dung dịch hoặc chuyển pha từ lỏng sang rắn tinh thể, dựa vào tính hòa tan hạn chế của chất tan và kèm theo sự tỏa nhiệt Mục đích của quá trình này là thu được sản phẩm rắn có độ tinh khiết cao.

Quá trình kết tinh có các mục đích công nghệ chính nhƣ sau

Trong một số quy trình công nghệ, quá trình kết tinh được sử dụng để tách nước trong nguyên liệu, chuẩn bị cho các bước tiếp theo Chẳng hạn, trong sản xuất cà phê hòa tan, kết tinh giúp cô đặc dịch trích cà phê đến nồng độ chất khô cần thiết trước khi tiến hành sấy.

Khai thác là quá trình kết tinh nhằm thu hồi các cấu tử hòa tan trong dung dịch, ví dụ như trong sản xuất đường saccharose, bột ngọt và muối ăn Quá trình này được thực hiện với mục đích tối ưu hóa hiệu quả thu hồi các cấu tử mong muốn.

Quá trình kết tinh không chỉ nhằm mục đích hoàn thiện sản phẩm mà còn nâng cao chất lượng, đặc biệt là giá trị cảm quan Khi kết tinh được thực hiện với mục tiêu này, các tinh thể sẽ không bị tách ra mà vẫn tồn tại trong sản phẩm Chẳng hạn, trong sản xuất chocolate, quá trình kết tinh được thiết kế để các chất béo kết tinh ở dạng thù hình bền nhất với kích thước phù hợp, giúp hạn chế hiện tượng nở hoa và tạo cảm giác mịn màng cho chocolate Người tiêu dùng sẽ không nhận thấy sự tồn tại của tinh thể chất béo do kích thước tinh thể quá nhỏ.

4.3.2 Đặc điểm của tinh thể, tinh thể ion và chất rắn kết tinh

Tinh thể - tinh thể là những vật thể cấu tạo bởi các nguyên tử, ion, hoặc phân tử có ảnh hưởng nhiễu xạ chủ yếu là gián đoạn

Ví dụ: Muối ăn, đường, tuyết và một số kim loại là các vật liệu ở dạng tinh thể

Cấu trúc tinh thể là dạng cấu trúc có tính tuần hoàn, với các tính chất vật lý có thể không đối xứng theo các hướng trong không gian Hầu hết các vật thể rắn trong thiên nhiên đều mang cấu trúc tinh thể Dưới những điều kiện thích hợp, thể khí, thể lỏng và các chất rắn vô định hình có thể chuyển biến thành tinh thể, như trong trường hợp của tinh thể lỏng Các nguyên tử hoặc phần tử trong tinh thể được sắp xếp theo một cấu trúc không gian ba chiều, tạo ra những tính chất đặc trưng riêng biệt.

- Đồng chất - các vị trí khác nhau trong tinh thể có tính chất vật lý và hóa học giống nhau

- Dị hướng - các phương hướng khác nhau có tính chất vật lý và hóa học khác nhau

- Có thể tự hình thành nên các thể đa diện

- Có nhiệt độ nóng chảy xác định

- Gây ra hiệu ứng nhiễu xạ đối với tia X và chùm tia điện tử

Tinh thể ion - Các đặc điểm của tinh thể ion a Liên kết - cấu trúc mạng lưới

Các nút lưới trong tinh thể được chiếm giữ bởi các ion dương hoặc âm, liên kết với nhau thông qua liên kết ion Liên kết ion là loại liên kết bền vững, không định hướng và không bão hòa, tuân theo nguyên lý sắp xếp đặc khít nhất Trong tinh thể, các hạt có xu hướng sắp xếp để tối thiểu hóa thể tích không gian tự do giữa chúng.

Các cation và anion có hình dạng cầu với bán kính xác định, và tương tác giữa chúng là tương tác tĩnh điện không định hướng Do đó, các ion sẽ kết tinh theo một mạng lưới nhất định nhằm đạt được sự bền vững tối ưu, tương ứng với mức năng lượng cực tiểu.

Trạng thái này sẽ đạt đƣợc khi một số lớn các ion trái dấu tiếp xúc với nhau và

Các ion cùng dấu không chèn vào nhau, do đó số phối trí phụ thuộc vào tỷ số bán kính giữa cation và anion Số phối trí được định nghĩa là số hạt gần nhất xung quanh một hạt, và trong tinh thể ion, nó thể hiện số ion cùng dấu bao quanh một ion trái dấu Tinh thể ion có những tính chất chung như độ bền và độ cứng cao, nhưng dẫn nhiệt và dẫn điện kém do không có các hạt mang điện tích chuyển động tự do, cùng với nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao.

Nhiệt độ nóng chảy là mức nhiệt mà tại đó sự dao động nhiệt đủ mạnh để làm gián đoạn cấu trúc tinh thể Hệ số giãn nở của vật liệu tăng lên khi điện tích của các ion nhỏ hơn và khoảng cách giữa các ion lớn hơn.

Chất rắn kết tinh a Khái quát

Khi quan sát hạt muối ăn (NaCl) dưới kính hiển vi, ta nhận thấy chúng được cấu tạo từ nhiều hạt nhỏ có hình dạng khối lập phương chồng khít lên nhau, tạo thành cấu trúc tinh thể đối xứng Mỗi loại chất rắn có hình dạng tinh thể riêng biệt: tinh thể thạch anh (SiO2) có dạng khối lăng trụ sáu mặt với hai đầu là hai khối chóp, trong khi tinh thể canxit (canxi cacbonat) có dạng khối trụ xiên Kích thước của tinh thể có thể thay đổi lớn nhỏ tùy thuộc vào điều kiện hình thành của chúng.

Hình 4.13 Cấu trúc của tinh thể muối ăn

Từ đầu thế kỷ XX, việc sử dụng tia Rơnghen đã giúp nghiên cứu cấu trúc tinh thể, được hình thành từ các vi hạt như nguyên tử, phân tử và ion liên kết chặt chẽ và sắp xếp theo trật tự tuần hoàn trong không gian Các vi hạt này luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của chúng, và tính tuần hoàn trong không gian của tinh thể được biểu diễn bằng mạng tinh thể Ví dụ, mạng tinh thể của muối ăn có dạng hình lập phương với các ion Cl- và Na+, trong đó khoảng cách giữa hai ion Cl- hoặc hai ion Na+ là a = 0,563nm.

Chất rắn kết tinh là những chất có cấu trúc tinh thể, với kích thước tinh thể phụ thuộc vào tốc độ hình thành tinh thể; tốc độ kết tinh chậm hơn sẽ dẫn đến tinh thể có kích thước lớn hơn Các đặc tính của chất rắn kết tinh rất đa dạng và ảnh hưởng đến tính chất vật lý của chúng.

Các chất rắn kết tinh được hình thành từ cùng một loại hạt, nhưng với cấu trúc tinh thể khác nhau, dẫn đến sự khác biệt rõ rệt về tính chất vật lý của chúng Ví dụ, sự thay đổi trong cấu trúc tinh thể có thể ảnh hưởng đến độ cứng, độ dẫn điện và các đặc tính quang học của vật liệu.

Kim cương và than chì đều được hình thành từ nguyên tử cacbon, nhưng chúng có cấu trúc tinh thể khác nhau, dẫn đến tính chất vật lý khác biệt Kim cương nổi bật với độ cứng cao và không có khả năng dẫn điện, trong khi than chì lại mềm mại, dễ tách lớp và có khả năng dẫn điện hiệu quả.

Mỗi chất rắn kết tinh có một nhiệt độ nóng chảy xác định và không đổi tại một áp suất nhất định Chẳng hạn, ở áp suất khí quyển, nước đá nóng chảy ở 0°C, thiếc ở 232°C và sắt ở 1520°C.

Quá trình keo tụ

4.4.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Keo tụ là quá trình làm giảm tính bền của hệ keo, dẫn đến việc các phần tử kết dính chặt chẽ với nhau Quá trình này xảy ra khi lực hút giữa các phần tử tăng lên hoặc khi mất vỏ hydrat hóa, đưa hệ keo về trạng thái trung hòa điện (đẳng điện), làm tăng kích thước của các phân tử.

Quá trình đông tụ đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị nguyên liệu, giúp các bước tiếp theo trong sản xuất trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn Trong công nghệ sản xuất đường mía, nước mía chứa saccharose và các chất hòa tan khác như gum và protein, tạo thành một dung dịch keo Để tách các hợp chất keo này trước khi kết tinh đường, các nhà sản xuất thực hiện quá trình đông tụ Sự hiện diện của các hợp chất keo làm chậm quá trình kết tinh và tăng hàm lượng tạp chất trong tinh thể đường Do đó, đông tụ các hợp chất keo trong nước mía được coi là bước chuẩn bị cần thiết cho quá trình kết tinh đường trong sản xuất đường mía.

Trong một số trường hợp, đông tụ được coi là quá trình phân riêng nhằm thu nhận các cấu tử hòa tan có phân tử lượng lớn và tách chúng khỏi dung dịch keo Chẳng hạn, trong sản xuất phô mai, quá trình đông tụ được sử dụng để tách protein ra khỏi sữa, tạo thành những khối đồng có thể được chế biến tiếp thành phô mai Cần lưu ý rằng những khối đông thu nhận từ quá trình này không chỉ chứa protein mà còn có nước, chất béo và một số hợp chất hòa tan khác trong huyết thanh sữa Tương tự, trong sản xuất tàu hũ, quá trình đông tụ protein từ sữa đậu nành cũng nhằm mục đích khai thác.

Bảo quản sản phẩm thức uống như bia, rượu vang và nước trái cây, cũng như các loại nước chấm như nước tương và nước mắm, là rất quan trọng do sự hiện diện của các hợp chất keo như protein và pectin Trong quá trình bảo quản, các hợp chất keo có thể bị đông tụ dưới tác động của ánh sáng, nhiệt độ và va chạm cơ học, dẫn đến hiện tượng đục sản phẩm Để khắc phục tình trạng này, các nhà sản xuất có thể tiến hành tách các hợp chất keo ra khỏi sản phẩm trước khi đóng gói, từ đó tăng cường độ bền keo và kéo dài thời gian bảo quản.

Hoàn thiện sản phẩm thức uống có thể đạt được bằng cách sử dụng các hợp chất keo có phân tử lượng lớn, giúp tăng độ nhớt Quá trình đông tụ được áp dụng để tách các hợp chất keo ra khỏi thức uống, nhằm điều chỉnh độ nhớt một cách hiệu quả Mục đích công nghệ của quá trình đông tụ là hoàn thiện chất lượng sản phẩm.

4.4.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm

Quá trình keo tụ sử dụng nhiều loại nguyên liệu phong phú, xuất phát từ cả thực vật và động vật Những nguyên liệu này thường là dung dịch không bền vững, chứa hạt keo và hệ keo với độ phân tán cao Hạt keo và hệ keo có những đặc điểm riêng biệt, ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình keo tụ.

Hạt keo trong hệ keo - Các hạt phân tán trong một hệ keo có kích thước từ

Hạt keo được định nghĩa là các hạt có kích thước từ 0,001 đến 1 μm Một số tài liệu khác cho rằng các hạt keo có kích thước lớn nhất khoảng 0,1 μm, không thể nhìn thấy bằng kính hiển vi quang học thông thường Các hệ phân tán với kích thước hạt phân tán nằm trong khoảng này có vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng khoa học và công nghệ.

Aerosol keo, nhũ tương keo, bọt keo, huyền phù keo hay hệ phân tán keo đều thuộc về một loại hệ keo Hệ keo có thể hiển thị màu sắc hoặc mờ đục do hiệu ứng Tyndall, là hiện tượng ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt phân tán trong hệ keo.

* Tương tác giữa những hạt keo

Các hạt keo có kích thước lớn, không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng lượng tử, nhưng vẫn nhỏ đủ để chịu tác động từ chuyển động nhiệt trong hệ keo Những lực quan trọng sau đây ảnh hưởng đến sự tương tác giữa các hạt keo.

 Lực đẩy hạt rắn - thường các hạt keo là các chất rắn vì thế hai hạt keo không thể ở gần nhau hơn là tổng số bán kính của chúng

Tương tác tĩnh điện giữa hạt keo và các hạt phân tán có khả năng ảnh hưởng lớn đến quá trình ổn định của hệ Lực tương tác Coulomb giữa chúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, nghĩa là càng xa nhau, lực càng yếu Khi có hạt phân tán mang điện tích ngược, chúng sẽ tích tụ xung quanh hạt keo, làm giảm các lực tương tác này và ảnh hưởng đến tính chất của hệ.

Lực Van der Waals xuất hiện khi chỉ số khúc xạ của các hạt keo khác với môi trường phân tán, dẫn đến sự hút theo thế năng của lực Van der Waals, tỷ lệ với lực entropy Theo định luật thứ hai của nhiệt động lực học, một hệ thống có khả năng đạt đến trạng thái entropy cực đại, điều này có thể tạo ra các lực có hiệu quả ngay cả giữa các khối rắn.

Một hệ keo được coi là bền khi các hạt keo không lắng xuống đáy và không kết dính với nhau Có hai phương pháp chính để ổn định hệ keo: ổn định không gian và ổn định tĩnh điện Ổn định tĩnh điện dựa trên lực đẩy giữa các phần tử cùng điện tích, tạo ra hai lớp tích điện khác nhau trên bề mặt Các hạt keo nhỏ với tỷ lệ bề mặt lớn so với thể tích làm tăng cường hiệu ứng này trong các hệ keo.

Trong hệ keo bền, trọng lượng chất phân tán nhỏ, khiến lực đẩy của chất lỏng không đủ mạnh để vượt qua lực đẩy tĩnh điện giữa các lớp tích điện Khi đưa hệ keo vào điện trường, các hạt keo có tích điện sẽ di chuyển về cùng một điện cực, chứng tỏ chúng có cùng điện tích.

Sự phá vỡ hệ keo, hay còn gọi là đông tụ, có thể xảy ra thông qua việc đun nóng hoặc thêm chất điện phân Đun nóng làm tăng vận tốc của các hạt keo, giúp chúng có đủ năng lượng để vượt qua lớp cản và kết hợp lại với nhau Quá trình này lặp đi lặp lại, dẫn đến sự hình thành các hạt keo lớn hơn, đủ để lắng xuống Việc thêm chất điện phân sẽ trung hòa các lớp ion trên bề mặt các hạt keo, góp phần vào quá trình đông tụ.

* Hạt keo như là mô hình cho nguyên tử

Trong vật lý hạt keo là một hệ mô hình cho các nguyên tử Ví dụ: Sự kết tinh

Hạt keo có khả năng tạo hình tương tác và chuyển đổi trạng thái, cho phép quan sát rõ ràng Điều này giúp mô phỏng năng lực nguyên tử (Atomic potential) một cách hiệu quả.

CÁC QUÁ TRÌN N ỆT

Quá trình đun nóng - chần - hấp

5.1.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình đun nóng là quá trình làm tăng nhiệt độ của nguyên liệu từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối cùng cho trước

- Nhiệt độ ban đầu (t 0 bđ) - thường là nhiệt độ của môi trường xung quanh

Nhiệt độ cuối cùng (t c) là nhiệt độ cần thiết theo yêu cầu công nghệ, được xác định dựa trên mục đích của quá trình đun nóng và đặc tính của vật liệu Thông thường, nhiệt độ này sẽ được xác định từ trước để đảm bảo hiệu quả của quá trình.

Chênh lệch nhiệt độ cuối cùng và nhiệt độ ban đầu luôn dương (Δt = t0c - t0b > 0) và không phụ thuộc vào phương pháp thực hiện Sự tăng nhiệt độ của nguyên liệu có thể diễn ra theo hai cách: liên tục hoặc gián đoạn Quá trình truyền nhiệt ổn định xảy ra khi nhiệt độ tăng liên tục, trong khi quá trình truyền nhiệt không ổn định xảy ra khi sự tăng nhiệt độ diễn ra một cách gián đoạn.

Hình 5.1 Nhiệt độ tăng liên tục và nhiệt độ tăng gián đoạn

Chần là quá trình gia nhiệt nguyên liệu bằng dung dịch chần (nhúng, luộc) Hấp là quá trình gia nhiệt nguyên liệu bằng hơi nước b Mục đích

Chuẩn bị cho các giai đoạn tiếp theo là rất quan trọng, vì nhiệt độ cao trong quá trình đun nóng có khả năng biến đổi các thông số kỹ thuật của nguyên liệu theo hướng tích cực, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho các bước tiếp theo.

 Đun nóng xong bài khí sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bài khí

 Đun nóng xong bóc vỏ tạo điều kiện thuận lợi cho Quá trình tách vỏ

 Đun nóng các sản phẩm lỏng làm cho quá trình bốc hơi, cô đặc nhanh hơn

- Chế biến, thu nhận sản phẩm - khi đun nóng các chất có trong nguyên

T bđ T c t 0 C tc tbđ t 0 C tc tbđ

Trong quá trình chế biến, nguyên liệu có thể biến đổi theo hai hướng: có lợi và không có lợi Khi chế biến theo hướng có lợi, nguyên liệu sẽ thay đổi về cấu trúc, tính chất hóa học và vật lý, từ đó làm tăng giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ của cơ thể Việc đun nóng nguyên liệu không chỉ giúp chúng chín mà còn loại bỏ các thành phần gây mùi vị lạ, đồng thời tăng khả năng hồ hóa và đường hóa tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng.

Ví dụ: Hấp mực, hấp cá, luộc thịt… làm cho nguyên liệu biến đổi về chất thu đƣợc sản phẩm chín

Bảo quản thực phẩm thông qua việc đun nóng giúp tiêu diệt vi sinh vật, vô hiệu hóa enzyme hoặc giảm hoạt lực của chúng, từ đó hạn chế quá trình oxy hóa và các phản ứng hóa sinh bất lợi.

Ví dụ: Thanh trùng bia, thanh trùng sữa, …

Hoàn thiện sản phẩm thực phẩm là quá trình quan trọng, trong đó một số sản phẩm chỉ đạt chất lượng tối ưu sau khi được đun nóng ở nhiệt độ thích hợp Nhiều sản phẩm thực phẩm chỉ tồn tại ở dạng bán thành phẩm và cần được chế biến kỹ lưỡng để nâng cao giá trị dinh dưỡng và hương vị.

Ví dụ: Đồ hộp sau khi đun nóng sẽ tiêu diệt đƣợc vi sinh vật, vô hoạt enzyme, hoàn thiện chất lƣợng sản phẩm

- Giảm tỉ lệ tổn thất nguyên liệu và nâng cao hiệu suất chế biến

Quá trình chần và hấp nguyên liệu thực vật giúp tinh bột hồ hóa, tạo độ đàn hồi cho nguyên liệu, ngăn ngừa gãy vỡ khi đóng hộp Đồng thời, việc chần cũng làm thủy phân protopectin thành pectin hòa tan, giúp việc bóc vỏ và loại bỏ hạt nhanh chóng, giảm thiểu phế liệu Ngoài ra, quá trình này tăng cường độ thẩm thấu của nguyên sinh chất, giúp dịch bào dễ dàng thoát ra khi ép nước quả, hoặc dung dịch nước dễ ngấm vào nguyên liệu trong sản xuất nước đường, mứt miếng và rau ngâm giấm.

Khi xử lý nhiệt nguyên liệu động vật, collagen chuyển hóa thành gelatin, giúp tách thịt khỏi xương và da dễ dàng hơn, từ đó nâng cao hiệu suất chế biến.

Do đó, quá trình đun nóng đóng vai trò rất quan trọng và sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm

5.1.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu đƣa vào quá trình đun nóng rất đa dạng về nguồn gốc và trạng thái

- Nguồn gốc - động vật, thực vật

Ví dụ: Mực, cá, thịt, rau, quả…

 Sệt: Thịt nghiền mịn, bột nhào b Sự biến đổi của nguyên liệu

Biến đổi vật lí và hóa lí

- Sự tăng nhiệt - nhiệt độ tăng dần từ ngoài vào trong, vấn đề truyền nhiệt phụ thuộc vào trạng thái của nguyên liệu

 Sệt - đối lưu kết hợp với dẫn nhiệt

 Rắn sang lỏng Ví dụ: Đun nóng chất béo

 Lỏng sang đặc Ví dụ: Đun nóng hỗn hợp nước và tinh bột

Thể tích nguyên liệu thay đổi tùy thuộc vào từng loại, với nguyên liệu chứa nhiều tinh bột sẽ trương nở và tăng thể tích khi gia nhiệt Ngược lại, nguyên liệu giàu protein sẽ giảm thể tích do bị đông tụ dưới tác dụng của nhiệt Sự thay đổi này ảnh hưởng đến trọng lượng và thể tích của nguyên liệu, giúp sản phẩm ổn định và đáp ứng yêu cầu về tỉ lệ cái - nước cũng như thành phần các cấu tử trong sản phẩm đồ hộp.

Sau khi chần, đậu khô có thể tăng thể tích gần gấp đôi và khối lượng tăng 1,85 lần Điều này giúp đậu chín nhanh hơn khi thanh trùng, đồng thời dung dịch rót vào không bị hút nhiều, từ đó giảm thiểu hao hụt dung dịch và giữ nguyên tỷ lệ nước.

- Thay đổi về độ nhớt, độ hòa tan, nồng độ chất khô, cấu trúc

Quá trình chần và hấp rau quả giúp làm mềm cấu trúc, thuận tiện cho việc đóng gói hoặc tách vỏ và hạt Tuy nhiên, đối với một số nguyên liệu, việc làm mềm này không mong muốn do protopectin chuyển hóa thành pectin Để duy trì độ cứng của sản phẩm sau khi đun nóng, có thể thêm CaCl2 vào nước chần để tạo thành phức pectat canxi.

Biến đổi hóa học và hóa sinh xảy ra dưới ảnh hưởng của nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ đun nóng, thời gian đun nóng và bản chất của nguyên liệu Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong quá trình biến đổi hóa học, ảnh hưởng đến tính chất và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

Phản ứng Maillard là quá trình hóa học giữa đường khử và acid amin, tạo ra melanoidine, mang lại màu sắc và hương vị đặc trưng cho thực phẩm Quá trình này phụ thuộc vào hàm lượng đường khử, loại acid amin, cũng như nhiệt độ nấu nướng.

- Phản ứng caramen - phản ứng đường mất nước, tạo ra các sản phẩm khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian đun nóng

- Các phản ứng khác: Oxy hóa, thủy phân tăng khi tăng nhiệt độ trong quá trình đun nóng

- Đình chỉ các quá trình sinh hóa xảy ra trong nguyên liệu, giữ màu sắc của nguyên liệu không hoặc ít bị biến đổi

Dưới tác động của enzyme peroxidase và polyphenoloxidase, nguyên liệu thực vật thường trải qua quá trình oxy hóa, dẫn đến sự hình thành flobafen màu đen Tuy nhiên, việc chần, hấp hoặc đun nóng nguyên liệu sẽ giúp phá hủy hệ thống enzyme, ngăn ngừa hiện tượng thâm đen.

Quá trình chần và hấp đối với nguyên liệu động vật giúp ngăn chặn sự phân giải, đồng thời nước chần có thể được tận dụng làm nước rót hộp.

- Enzyme - hoạt động, mức độ hoạt động của enzyme phụ thuộc vào nhiệt độ đun nóng, sau khi đun nóng hoạt lực của enzyme thay đổi mạnh

 Nhiệt độ tối thích, khi tăng nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu đến nhiệt độ tối thích tương ứng của enzyme, enzyme hoạt động mạnh

 Nhiệt độ không tối thích - enzyme hoạt động kém

 Nhiệt độ cao, khi đun nóng quá nhiệt độ tối thích của enzyme, enzyme bị vô hoạt, ứng dụng dùng tác nhân nhiệt để vô hoạt enzyme

Các biến đổi hóa học và hóa sinh có thể đi theo hai hướng:

- Có lợi - tạo màu, tạo hương thơm đặc trưng cho sản phẩm thực phẩm

- Không có lợi - tổn thất acid amin, tạo màu, tạo hương không có lợi

Quá trình nướng

5.2.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Nướng là một phương pháp chế biến thực phẩm bằng cách sử dụng nhiệt độ cao để làm chín, tạo ra hương vị và màu sắc hấp dẫn Có nhiều kỹ thuật nướng khác nhau, tùy thuộc vào loại thực phẩm và thói quen ẩm thực Truyền thống, thực phẩm thường được nướng trực tiếp trên lửa hoặc trong than hồng Hiện nay, công nghệ đã phát triển cho phép nướng thực phẩm bằng lò nướng điện hoặc chảo điện, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả.

Quá trình nướng là phương pháp xử lý nhiệt cho sản phẩm, trong đó nhiệt được truyền vào nguyên liệu chủ yếu qua bức xạ Từ góc độ nhiệt lý, nướng được định nghĩa là quá trình ẩm nhiệt, đặc trưng bởi sự truyền nhiệt dưới tác động của nhiệt độ cao Mục đích của quá trình này là tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt hơn thông qua việc cải thiện hương vị và kết cấu.

- Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo - tạo tính chất cho nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo

Ví dụ: Nướng ớt, cà tím nguyên liệu để làm sạch vỏ trước khi đóng hộp

- Chế biến - dưới tác dụng của nhiệt độ cao sẽ làm chín nguyên liệu tạo sản phẩm

Ví dụ: Nướng bánh mì, nướng khoai tây, nướng khoai lang

Để bảo quản thực phẩm hiệu quả, nướng ở nhiệt độ trên 200°C giúp loại bỏ hoàn toàn các enzyme phân giải, ngăn chặn sự hình thành của một số chất hóa học có thể ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nhiệt độ cao cũng có thể làm phân hủy một số chất kém bền nhiệt.

Ví dụ: Vitamin, protein Ngoài ra, khi nướng ở nhiệt độ cao tất cả các vi sinh vật gây hại bị tiêu diệt hoàn toàn

Như vậy, quá trình nướng thường sử dụng trong thực phẩm nhằm mục đích chế biến bánh mì, bánh qui, chế biến rau quả,

5.2.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu đưa vào quá trình nướng đa dạng về nguồn gốc và trạng thái nhƣng đặc điểm chung của nguyên liệu là có độ ẩm cao

- Trạng thái: Bột nhuyễn hoặc rắn có độ ẩm cao…

Ví dụ: Bột nhào, các loại thịt cá…

- Nguồn gốc: Động vật hoặc thực vật b Sự biến đổi của nguyên liệu

Sự biến đổi nhiệt độ trong thiết bị nướng thường giữ ở mức cao và gần như không thay đổi, dẫn đến việc nhiệt độ của nguyên liệu tăng dần trong suốt quá trình nướng, từ lớp này sang lớp khác.

 Giai đoạn đầu - nhiệt độ lớp ngoài cùng tăng nhanh, nhiệt độ lớp bên trong tăng chậm

 Giai đoạn tiếp theo - nhiệt độ lớp ngoài cùng không đổi, nhiệt độ lớp bên trong tăng nhanh

 Giai đoạn cuối - nhiệt độ lớp ngoài cùng tăng vọt, nhiệt độ lớp bên trong không đổi

Khối lượng nguyên liệu giảm do ẩm bốc hơi, làm thay đổi thể tích và dẫn đến sự biến đổi khối lượng riêng Sau khi quá trình nướng kết thúc, độ ẩm của sản phẩm chỉ còn khoảng 10%.

- Độ ẩm của nguyên liệu thay đổi theo từng giai đoạn

 Giai đoạn đầu - ẩm chuyển dời từ ngoài vào trong do chênh lệch nhiệt độ

 Giai đoạn sau - ẩm khuếch tán từ trong ra ngoài

 Giai đoạn cuối - ẩm bốc hơi chậm, tách ẩm liên kết

Giữa thể tích và khối lƣợng riêng của nguyên liệu, sản phẩm có thể tăng hoặc giảm phụ thuộc vào bản chất của từng nguyên liệu đem vào nướng

Quá trình nướng bánh mì, bánh quy và các sản phẩm từ bột khác giúp tăng thể tích sản phẩm nhờ vào sự hình thành CO2 trong bột nở Sự phát triển này không chỉ tạo ra kết cấu mềm mại mà còn mang lại hương vị đặc trưng cho từng loại bánh.

153 trình lên men tạo thành

 Nướng rau quả, thịt cá thể tích của chúng giảm

Biến đổi hệ keo xảy ra do sự tương tác giữa các thành phần như protein, chất béo và nước trong nguyên liệu, dẫn đến sự thay đổi tính chất như độ mềm, độ dẻo và độ đàn hồi Sự biến tính và đông tụ của protein, cùng với quá trình hồ hóa và hấp thụ nước của tinh bột, làm cho sản phẩm trở nên khô hơn, phụ thuộc vào thành phần hóa học của hệ keo.

Khi lớp vỏ bên ngoài sản phẩm hình thành và khô, nhiệt độ của nó tăng dần, dẫn đến việc cháy bề mặt Sự hình thành lớp vỏ cứng này sẽ hạn chế sự tăng thể tích và quá trình tạo hơi nước khi nướng Đặc biệt, đối với nguyên liệu có cấu trúc lỗ xốp và mao quản, nếu lớp vỏ hình thành quá sớm, sẽ ảnh hưởng đến quá trình bay hơi nước và thoát nước từ bên trong ra ngoài, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Sự biến đổi lượng ẩm diễn ra song song với sự biến đổi nhiệt độ, bao gồm quá trình bốc hơi nước Thông thường, quá trình này trải qua ba giai đoạn chính.

Giai đoạn 1 của quá trình nướng bắt đầu khi nguyên liệu được đưa vào lò Lúc này, nhiệt độ của nguyên liệu còn thấp (30-40 độ C), dẫn đến hiện tượng hơi nước ngưng tụ trên bề mặt Ngay sau đó, nhiệt độ bên ngoài tăng cao hơn nhiệt độ trung tâm, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ Sự chênh lệch này khiến một phần ẩm di chuyển từ bề mặt vào trung tâm dưới dạng hơi, làm tăng hàm lượng ẩm ở trung tâm từ 1% đến 1,5%.

Hiện tượng di chuyển ẩm từ ngoài vào trong do sự chênh lệch nhiệt độ được gọi là “dẫn nhiệt ẩm” Khi một phần ẩm ở lớp ngoài nguyên liệu bị đốt nóng và bốc hơi, độ ẩm giảm, tạo ra sự chênh lệch ẩm với bên trong Trong giai đoạn đầu, khi gradient nhiệt độ cao, dòng ẩm từ ngoài vào lớn hơn dòng ẩm từ trong ra khoảng 1,7 lần Hai dòng ẩm này sẽ tiến tới cân bằng khi gradient nhiệt độ giảm dần, trong khi chênh lệch gradient ẩm lại tăng lên.

 Giai đoạn 2: Nhiệt độ lớp ngoài cùng của nguyên liệu tăng lên quá

Khi nhiệt độ đạt 100 độ C, quá trình bay hơi nước diễn ra mạnh mẽ, dẫn đến việc giảm độ ẩm trong nguyên liệu ẩm với tốc độ ổn định Hướng di chuyển của độ ẩm là từ bên trong ra bên ngoài.

Giai đoạn 3 đặc trưng bởi sự dịch chuyển ẩm từ bên trong ra bên ngoài, với tốc độ mất nước giảm rõ rệt so với giai đoạn 2 Nguyên nhân là do lượng hơi nước tự do trong sản phẩm đã bay hơi hầu hết, chỉ còn lại ẩm dạng liên kết khó bay hơi.

Biến đổi hóa học trong quá trình nướng tương tự như quá trình đun nóng, diễn ra qua nhiều phản ứng như Maillard, caramel hóa, thủy phân và oxy hóa Những phản ứng này phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau trong quá trình chế biến thực phẩm.

- Bản chất và thành phần hóa học của nguyên liệu đem nướng

- Nhiệt độ và thời gian nướng

Sản phẩm thu nhận đƣợc có thể có lợi hoặc bất lợi

Biến đổi hóa sinh ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme và vi sinh vật theo các hướng mạnh, ức chế, tiêu diệt hoặc hoạt động yếu Mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của nguyên liệu trong quá trình nướng Tuy nhiên, khi quá trình nướng kết thúc, các hệ enzyme sẽ ngừng hoạt động và vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt.

Quá trình chiên, rán

5.3.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình chiên, rán là quá trình xử lý nhiệt cho nguyên liệu trong đó dầu mỡ vừa là chất tải nhiệt vừa là thành phần của sản phẩm

Quá trình chiên - nguyên liệu ngập trong dầu mỡ, dầu mỡ nhiều, trong suốt quá trình chiên nguyên liệu lơ lửng trong dầu mỡ

Quá trình rán - nguyên liệu không ngập trong dầu mỡ, dầu mỡ ít, nguyên liệu chạm sát và tiếp xúc với thiết bị rán

Quá trình chiên, rán không chỉ làm tăng độ calo của thực phẩm do hàm lượng chất khô tăng lên, mà còn cải thiện giá trị cảm quan nhờ vào việc hấp thụ dầu mỡ, tạo ra sản phẩm săn chắc, giòn và có hương thơm hấp dẫn Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm, bao gồm các món ăn và đồ hộp Ngoài ra, thực phẩm sau khi chiên, rán có thể được bảo quản lâu hơn, mang lại tiện lợi cho người sử dụng.

- Chế biến - quá trình chiên, rán làm biến đổi các chất có trong nguyên liệu nên hình thành chất lƣợng của thực phẩm

Ví dụ: Rán trứng, rán cá

Bảo quản thực phẩm thường gắn liền với quá trình chế biến, trong đó việc chiên, rán ở nhiệt độ cao giúp ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật, đồng thời làm vô hoạt enzyme Ngoài ra, dầu mỡ kị nước cũng giảm hoạt độ nước trên bề mặt, góp phần ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.

- Chuẩn bị cho quá trình tiếp theo - tạo tính chất cho nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo

Ví dụ: Chiên cá mòi rồi sốt cà chua rồi đóng hộp

5.3.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu, dầu mỡ và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu rất đa dạng về nguồn gốc và trạng thái

- Nguồn gốc: Động vật và thực vật

Trong quá trình chiên rán, kích thước bề mặt của nguyên liệu cần lớn để tăng diện tích tiếp xúc với dầu mỡ Sự biến đổi của nguyên liệu và dầu mỡ diễn ra trong quá trình nhiệt, tương tự như các quá trình nhiệt khác, nhưng có sự thay đổi đặc biệt về dầu mỡ trong suốt quá trình rán.

Quá trình chiên, rán ở nhiệt độ cao từ 120 đến 180 độ C gây ra những biến đổi đáng kể về tính chất vật lý, hóa lý, hóa học, sinh học và cảm quan của thực phẩm.

- Biến đổi vật lí và hóa lí

Nhiệt độ của dầu mỡ đóng vai trò quan trọng trong việc tải nhiệt, dẫn nhiệt và truyền nhiệt cho nguyên liệu, giúp tăng dần nhiệt độ của khối nguyên liệu từ bề ngoài vào bên trong.

Khuếch tán là quá trình mà dầu mỡ thẩm thấu vào bên trong nguyên liệu, chiếm lĩnh các mao dẫn và lỗ xốp, từ đó khuếch tán các chất dinh dưỡng từ nguyên liệu vào dầu mỡ.

 Bay hơi nước - nhiệt độ tăng có hiện tượng bay hơi nước tuy nhiên chịu ảnh hưởng của quá trình ngấm của dầu mỡ vào nguyên liệu

 Thể tích và khối lƣợng riêng của nguyên liệu thay đổi, tăng hoặc giảm phụ thuộc vào từng loại nguyên liệu

Biến đổi hóa học xảy ra dưới tác động của nhiệt độ cao và thành phần hóa học của nguyên liệu, dẫn đến nhiều phản ứng quan trọng như phản ứng Maillard, caramel hóa và phân hủy các chất, từ đó làm thay đổi thành phần hóa học của nguyên liệu.

Mức độ của phản ứng phụ thuộc vào:

 Thành phần hóa học của nguyên liệu

 Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc bị ức chế

Cảm quan của nguyên liệu, bao gồm màu sắc, mùi hương, vị giác và trạng thái, có sự thay đổi đáng kể Việc kiểm soát mức độ và chiều hướng biến đổi này là cần thiết để đạt được các yêu cầu đã đề ra.

- Các giai đoạn của quá trình chiên, rán

Trong giai đoạn 1, nhiệt độ của nguyên liệu thấp hơn nhiệt độ của dầu mỡ, dẫn đến việc nguyên liệu dần dần tăng nhiệt độ cho đến khi đạt được sự cân bằng với dầu mỡ Ở giai đoạn này, hình dáng bên ngoài của nguyên liệu chưa có sự thay đổi đáng kể, tuy nhiên, nguyên sinh chất của tế bào bắt đầu đông tụ, và dầu mỡ bắt đầu thẩm thấu vào các khoang trống giữa các tế bào dưới dạng huyền phù.

Trong giai đoạn 2, nhiệt độ cao gây ra sự biến đổi cấu trúc tế bào, dẫn đến sự gia tăng thể tích nguyên liệu do hiện tượng trương nở Đồng thời, nước trong nguyên liệu bắt đầu bay hơi, trong khi dầu mỡ từ bên ngoài thẩm thấu vào mạnh mẽ hơn.

Trong giai đoạn 3, quá trình bay hơi nước từ tế bào và các khoảng trống bên trong khiến nguyên liệu bị teo lại Sự phá hủy các tổ chức tế bào tạo ra nhiều khoảng trống mới, tạo điều kiện cho dầu mỡ thẩm thấu vào nhiều hơn.

 Giai đoạn 4: Hình dạng bị biến đổi sâu sắc, cấu trúc tế bào bị phá hủy làm cho nguyên liệu trở nên khô cứng (giòn)

Trong giai đoạn 5, nguyên liệu trải qua những biến đổi hóa học quan trọng Tinh bột bị phân hủy thành dextrin và sau đó thành đường dưới tác dụng của nhiệt độ cao, tạo ra mùi vị đặc trưng Đường trong nguyên liệu caramen hóa, mang lại mùi thơm và màu sắc vàng hấp dẫn Đồng thời, protein cũng bị đông tụ và phân hủy, có thể tạo ra các sản phẩm như NH3 và sunfua Nhiệt độ cao còn kích thích phản ứng Maillard giữa acid amin và đường, góp phần tạo nên hương vị độc đáo cho sản phẩm.

* Biến đổi dầu mỡ trong quá trình chiên, rán

Dầu mỡ đóng vai trò quan trọng trong quá trình chiên, rán, giúp tăng nhiệt độ và quyết định chất lượng sản phẩm Có thể sử dụng cả dầu thực vật và mỡ động vật cho việc này Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng, dầu mỡ cần được kiểm tra qua các chỉ số như chỉ số acid, chỉ số I2, chỉ số xà phòng hóa và chỉ số peroxyt.

Dầu mỡ chủ yếu là este của glycerin và acid béo, được gọi chung là glyxerit Trong thực tế, dầu mỡ không tồn tại dưới dạng tinh khiết mà chứa một số chất hòa tan với khối lượng nhỏ, như photphatit, stearit và chất màu Mặc dù hàm lượng của các chất này thấp, nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản và sử dụng dầu mỡ.

Trong quá trình chiên, rán các chỉ số chất lƣợng của dầu mỡ giảm xuống đặc

161 biệt là quá trình thủy phân và oxy hóa

Dầu mỡ khi chịu tác động của nhiệt độ cao sẽ bị thủy phân, tạo ra glycerine và acid béo Sau đó, các sản phẩm này sẽ tiếp tục tự phân hủy thành những sản phẩm khác nhau.

- Dầu mỡ bị oxy hóa theo hai hướng: Tự oxy hóa và oxy hóa nhiệt

Quá trình sao, rang

5.4.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình sao rang là kỹ thuật xử lý nhiệt nguyên liệu, trong đó nhiệt được truyền vào nguyên liệu thông qua dẫn nhiệt và bức xạ Trong suốt quá trình này, nguyên liệu được đảo trộn liên tục để đảm bảo sự đồng đều trong việc tiếp xúc với nhiệt.

Xử lý nhiệt nguyên liệu dạng lá, sợi nhƣ chè, thuốc lá… đƣợc gọi là quá trình sao

Xử lý nhiệt nguyên liệu có dạng hạt, viên như đậu phộng, đậu tương… được gọi là quá trình rang b Mục đích

- Chế biến - dưới tác dụng của nhiệt độ cao làm biến đổi nguyên liệu, hình thành và nâng cao chất lƣợng của thực phẩm

Ví dụ: Rang cà phê làm cho hương vị cà phê thơm ngon hơn, sao thuốc lá sợi…

Bảo quản nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt độ cao giúp giảm độ ẩm, tăng cường khả năng bảo quản, đồng thời tiêu diệt và ức chế vi sinh vật cũng như vô hiệu hóa enzyme.

Ví dụ: Sao chè tươi rồi bảo quản…

- Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo - làm thay đổi các thông số kĩ thuật của nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo

Ví dụ: Sao chè tươi rồi đem vò, sao thuốc lá rồi phun hương

- Hoàn thiện sản phẩm - một số loại thực phẩm sau quá trình sao, rang chất lƣợng đƣợc nâng cao hơn

Ví dụ: Sao chè nhằm tạo tuyết chè

5.4.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu đưa vào quá trình sao, rang ở dạng rắn, rời, kích thước nhỏ và đa

168 dạng về nguồn gốc, sau quá trình sao, rang sẽ có sự thay đổi về thể tích, diện tích

- Thực vật: Chè, thuốc lá, đậu tương…

- Động vật: Ruốt, tôm, cá cơm… b Sự biến đổi của nguyên liệu

Biến đổi vật lí và hóa lí

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong quá trình sao, rang sản phẩm, cần được truyền vào từ ngoài vào trong một cách đồng đều, ổn định và tăng dần Để đạt được hiệu quả tối ưu, nhiệt độ phải phù hợp với mục đích của quá trình và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định, đảm bảo toàn bộ khối nguyên liệu đều được xử lý với nhiệt độ yêu cầu.

- Ẩm - ẩm trong nguyên liệu thoát ra ngoài, quá trình truyền ẩm rất giống quá trình sấy

- Thể tích của nguyên liệu giảm do mất nước

- Khối lƣợng của nguyên liệu giảm, khối lƣợng riêng thay đổi

Biến đổi hóa học xảy ra dưới tác động của nhiệt độ cao, dẫn đến các phản ứng thủy phân, Maillard và caramel hóa, làm thay đổi thành phần hóa học của nguyên liệu Cường độ của các phản ứng này phụ thuộc vào chế độ sao và rang Khi chế độ sao, rang được điều chỉnh phù hợp, nó sẽ tạo ra ảnh hưởng tích cực đến sản phẩm, bao gồm việc tạo màu sắc, mùi hương và hương vị đặc trưng.

Enzyme có trong nguyên liệu tươi hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp trong giai đoạn đầu của quá trình sao, rang Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao, enzyme sẽ bị vô hiệu hóa, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

- Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc ức chế ở nhiệt độ cao

Cảm quan - quá trình sao, rang sẽ làm thay đổi màu, mùi, vị, trạng thái của nguyên liệu

Quá trình hình thành mùi thơm rất quan trọng, nhưng nếu nguyên liệu được sao hoặc rang ở nhiệt độ cao, chúng có thể bị cháy, dẫn đến việc hình thành mùi xấu và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

- Màu bị thay đổi dưới tác dụng hóa học hoặc do enzyme hoạt động

- Hình thành vị mới cho sản phẩm

- Trạng thái của sản phẩm thu đƣợc sau quá trình sao, rang săn chắc, gọn nhẹ c Sản phẩm

Sản phẩm thu được sau quá trình sao và rang không chỉ có chất lượng tốt mà còn mang lại giá trị cảm quan đặc trưng Nhờ vào phương pháp truyền nhiệt gián tiếp, sản phẩm thực phẩm có kích thước và thể tích nhỏ hơn nhưng vẫn giữ được trạng thái rắn rời như ban đầu.

5.4.3 Phương pháp và thiết bị thực hiện a Phương pháp thực hiện

Trong quá trình sao, rang nhiệt độ truyền vào nguyên liệu theo hai con đường

169 bức xạ và truyền nhiệt, có hai phương pháp nâng nhiệt cho nguyên liệu:

Đưa nguyên liệu vào thiết bị, lúc đầu nhiệt độ của thiết bị và nguyên liệu bằng nhau khi tiếp xúc Sau đó, nâng nhiệt độ để tạo ra sự chênh lệch nhiệt giữa nguyên liệu và thiết bị Phương pháp này thường được áp dụng cho nguyên liệu dạng hạt có độ ẩm cao.

Ví dụ: Ngô, đậu tương…

Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần nâng nhiệt cho thiết bị đến mức yêu cầu trước khi cho nguyên liệu vào Phương pháp này thường áp dụng cho nguyên liệu tươi có độ ẩm cao và chứa nhiều enzyme Việc này giúp nhanh chóng đình chỉ hoạt động của enzyme, từ đó ngăn chặn những biến đổi không mong muốn do enzyme gây ra.

Ví dụ: Chè xanh, thuốc lá…

Trong quá trình sao, rang, cần phải đảo trộn liên tục và đều để tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ Việc kết hợp giữa sao, rang kín và hở là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm và rút ngắn thời gian chế biến Để kết thúc quá trình sao, rang, cần kiểm tra nhiệt độ thiết bị, dựa vào thời gian và kinh nghiệm thực tiễn để nhận biết cảm quan.

Thiết bị sao rang cần có độ dẫn và truyền nhiệt tốt, thường được chế tạo từ gang hoặc inox Có thể sử dụng chảo hoặc thiết bị sao rang thùng quay với tấm cánh đảo trộn hoặc cánh xoắn bên trong Năng lượng cung cấp cho thiết bị chủ yếu từ lò đốt, được bao bọc kín để giảm thiểu tổn hao nhiệt Nhiên liệu sử dụng có thể là than, củi, dầu hoặc điện, nhưng cần chú ý không để khói lò hấp thụ vào nguyên liệu và sản phẩm.

Hình 5.9 Thiết bị rang cà phê

Hình 5.10 Thiết bị sao chè

Hình 5.11 Thiết bị rang thùng quay

Quá trình lạnh và lạnh đông

5.5.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình lạnh và lạnh đông là việc hạ nhiệt độ của nguyên liệu từ khoảng 2040 0 C xuống mức thấp hơn "Lạnh" được hiểu là trạng thái của nguyên liệu khi nhiệt độ của nó thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh, với nhiều quốc gia xác định giới hạn thích hợp từ +18 0 C đến +24 0 C Do đó, "lạnh" thể hiện trạng thái vật chất có nhiệt độ dưới +20 0 C Làm lạnh nhân tạo là quá trình sử dụng thiết bị do con người tạo ra để thực hiện việc làm lạnh Ngoài ra, ở giới hạn dưới của lạnh, còn có nhiều mức nhiệt độ khác nhau từ nhiệt độ đóng băng cho đến gần 0 0 K (độ không tuyệt đối).

Một vài điểm khác nhau giữa lạnh và lạnh đông:

Trong quá trình làm lạnh đông, nước trong thực phẩm bị đóng băng, điều này giúp ngăn chặn sự hoạt động và phát triển của vi sinh vật cũng như hệ enzyme nội tại.

- Trong làm lạnh đông sản phẩm có nhiệt độ thấp hơn 0 0 C (qui định t 0 -

6 0 C) nên kìm hãm cả các quá trình sinh lý, sinh hóa, hoá học trong sản phẩm

Sản phẩm lạnh đông cứng và trắng sáng có tỉ trọng nhẹ, nhờ vào tinh thể đá làm tăng thể tích khoảng 10% Điều này dẫn đến sự thay đổi trong tính nhiệt lý và cấu trúc tế bào của sản phẩm.

- Chế biến - nâng cao chất lƣợng của sản phẩm nhờ nhiệt độ thấp

 Trong công nghệ chế biến thịt làm lạnh có tác dụng làm chín hóa học các sản phẩm thịt

 Trong công nghệ chế biến rƣợu vang làm lạnh có tác dụng làm tăng chất thơm cho rƣợu vang

 Làm lạnh đông nhằm tách nước trong agar, làm lạnh đông nhằm sản xuất nước đá, các loại kem,…

- Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo - tạo tính chất cho nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo

 Làm lạnh bia để lọc, làm lạnh nước giải khát để nạp CO 2 …

 Làm lạnh đông rau quả rồi ép nhằm tăng hiệu suất ép, làm lạnh đông rồi sấy thăng hoa…

 Làm lạnh đông nhằm chuẩn bị cho quá trình sấy thăng hoa

Bảo quản thực phẩm ở nhiệt độ thấp giúp ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật, vô hoạt hóa enzyme và giảm đáng kể các phản ứng sinh hóa.

 Làm lạnh nông sản thực phẩm và bảo quản ở nhiệt độ thấp, bảo quản lạnh rau quả…

 Làm lạnh đông nhằm bảo quản thủy sản, dự trữ nguyên liệu, giống cây trồng…

5.5.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu và tác nhân lạnh, chất tải lạnh

Nguyên liệu sử dụng trong quá trình lạnh và đông lạnh rất phong phú, thường là những thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao Những nguyên liệu này dễ bị hư hỏng và biến đổi khi ở nhiệt độ bình thường.

 Động vật: Tôm, thịt, mực, cá…

Tác nhân lạnh là một chất môi giới quan trọng trong chu trình nhiệt động ngược chiều, có chức năng thu nhiệt từ môi trường có nhiệt độ và áp suất thấp, sau đó thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ và áp suất cao hơn.

Tác nhân lạnh tuần hoàn đƣợc trong hệ thống nhờ quá trình nén

 Ở thiết bị lạnh nén khí, môi chất lạnh không thay đổi trạng thái, luôn ở thể khí

 Ở thiết bị lạnh nén hơi, môi chất lạnh thu nhiệt của môi trường xung quanh trong thời gian nó biến đổi trạng thái

 Bền về mặt hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không đƣợc phân hủy hay polyme hóa

 Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo thiết bị, không tạo phản ứng với dầu bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm

 An toàn, không gây cháy, nổ

 Áp suất ngƣng tụ không đƣợc quá cao vì lúc đó độ bền chi tiết yêu cầu lớn, dễ rò rỉ tác nhân

 Áp suất bay hơi không đƣợc quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống không bị chân không

 Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều: tđđ > t nt

Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ mà trạng thái khí không thể chuyển thành trạng thái lỏng đƣợc dù có tăng áp suất

Ví dụ: tth(NH 3 ) = 132,9 0 C; t th (CO 2 ) = 31 0 C; t th (R 12 ) = 112 0 C…

Nhiệt hóa hơi (r) và nhiệt dung (c) lớn mang lại lợi ích cho hệ thống thiết bị lạnh, giúp giảm lượng môi chất tuần hoàn Điều này dẫn đến năng suất lạnh riêng khối lượng cao hơn, cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống.

 Năng suất lạnh riêng theo thể tích qv càng lớn càng tốt vì lúc này thiết bị nén và các thiết bị sẽ gọn nhẹ

 Độ nhớt động học (η) càng nhỏ càng tốt, nhằm giảm tổn thất áp suất trên

173 đường ống và các van

 Hệ số dẫn nhiệt () và hệ số tỏa nhiệt () càng lớn càng tốt

Môi chất hòa tan dầu hoàn toàn mang lại lợi ích vượt trội so với loại không hòa tan hoặc hòa tan hạn chế, nhờ vào khả năng bôi trơn hiệu quả hơn và giúp thiết bị trao đổi nhiệt hoạt động tối ưu mà không bị lớp dầu cản trở Tuy nhiên, nhược điểm của nó là làm tăng nhiệt độ bay hơi và giảm độ nhớt của dầu.

 Khả năng hòa tan nước của môi chất càng lớn càng tốt, để tránh tắc ẩm cho bộ phận tiết lưu

 Môi chất không đƣợc dẫn điện để có thể sử dụng cho thiết bị nén khí và nửa kín

Sản phẩm này hoàn toàn không độc hại đối với con người và các sinh vật sống, không gây ra phản ứng tiêu cực với hệ hô hấp, đồng thời không phát sinh khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn và các vật liệu chế tạo.

 Cần có mùi để dễ phát hịên rò rỉ, có thể pha thêm chất có mùi vào nhƣng không ảnh hưởng đến chu trình

 Không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản khi bị rò rỉ

 Dễ kiếm, nghĩa là môi chất đƣợc sản xuất công nghiệp, vận chuyển và bảo quản dễ dàng

Chất tải lạnh là những chất được làm lạnh khi đi qua thiết bị bay hơi trong hệ thống thiết bị lạnh và sau đó được sử dụng để làm lạnh các vật khác.

 Không ăn mòn phá hủy thiết bị móc, thiết bị

 Không cháy, không gây nổ

 Bền ở điều kiện làm việc

 Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi yêu cầu nhiều

 Nhiệt độ bay hơi phải đủ cao để không bị bay hơi tổn thất vào môi trường

Hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng cao là yếu tố quan trọng cho chất tải lạnh, giúp tối ưu hóa khả năng trao đổi nhiệt và lưu trữ lạnh hiệu quả.

 Độ nhớt và khối lƣợng riêng càng nhỏ càng tốt

 Không làm mất màu, mùi, vị của sản phẩm

 Không độc hại đối với cơ thể sống

 Dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản b Sự biến đổi của nguyên liệu

Khi làm lạnh, các quá trình lý, hóa và sinh hóa không bị ngừng hoàn toàn, mà chỉ bị hạn chế, đặc biệt là quá trình lên men của nguyên liệu và hoạt động của vi sinh vật, enzyme Do đó, nguyên liệu vẫn có sự biến đổi nhất định.

Biến đổi vật lý ảnh hưởng đến hình dáng và màu sắc của nguyên liệu, nhưng điều quan trọng nhất là sự biến đổi ẩm, tức là quá trình bay hơi nước dẫn đến hao hụt khối lượng tự nhiên của nguyên liệu.

Sự bay hơi nước từ nguyên liệu gây hao hụt khối lượng tự nhiên, chịu ảnh hưởng bởi bề mặt bay hơi, nhiệt độ môi trường và tốc độ gió Hiện tượng này làm giảm sức đề kháng của rau quả, dẫn đến sự khô héo của tế bào thực vật, ảnh hưởng tiêu cực đến các quá trình enzym, tăng cường thủy phân và giảm tổng hợp Để hạn chế bay hơi nước từ bề mặt nguyên liệu, có thể áp dụng nhiều biện pháp khác nhau.

 Giảm thời gian làm lạnh bằng cách làm lạnh nhanh, làm lạnh tức thời

 Giảm bề mặt bay hơi: Đóng gói, bao bì lỏng, phủ kín

 Không nên thông gió nhiều khi làm lạnh, chỉ cần đủ bảo đảm rau quả hô hấp hạn chế, thịt cá không cần thông gió

Để tăng độ ẩm không khí trong phòng lạnh khi sử dụng phương pháp làm lạnh trực tiếp bằng cách nhúng trong môi trường lỏng, cần lưu ý rằng phương pháp này giúp tránh tổn hao khối lượng nhưng cũng tạo ra những thách thức kỹ thuật khác.

Quá trình cô đặc

5.6.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Cô đặc là quá trình tăng nồng độ chất khô trong dung dịch thông qua việc bay hơi dung môi Trong suốt quá trình này, dung môi lỏng liên tục bay hơi, dẫn đến việc nồng độ chất khô trong dung dịch không ngừng tăng lên.

Trong công nghệ thực phẩm, cô đặc là quá trình làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi, đó là một quá trình vật lý và hóa lý

Khái niệm vật lý trong thuyết động học phân tử cho thấy rằng tốc độ chuyển động nhiệt của các phần tử chất lỏng gần bề mặt có thể vượt qua một ngưỡng nhất định, cho phép chúng thoát ra và trở thành trạng thái tự do Trên bề mặt chất lỏng, luôn có một số phân tử tách ra, và áp suất của chúng trong không khí được gọi là áp suất hơi của chất lỏng Khi áp suất của chất lỏng đạt bằng áp suất môi trường xung quanh, chất lỏng sẽ sôi và chuyển thành hơi Trong giai đoạn đầu của quá trình sôi, các khí hòa tan trong chất lỏng thoát ra khi bị đun nóng, tạo ra bọt, từ đó chất lỏng sẽ bay hơi.

Trong quá trình cô đặc kèm theo nhiều hiện tƣợng hóa lý khác nhau dẫn đến sự thay đổi tính chất hóa học của sản phẩm b Mục đích

Quá trình cô đặc bằng nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị cho các bước tiếp theo trong quy trình sản xuất, giúp tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và nâng cao khả năng thực hiện các công đoạn sau.

Trong công nghệ sản xuất trà hòa tan, dịch trích từ nguyên liệu trà có nồng độ chất khô từ 2,5-5,0% Quá trình cô đặc bốc hơi dịch trích nhằm nâng độ chất khô lên 25-50% trước khi thực hiện sấy phun, giúp sản xuất bột trà hòa tan hiệu quả hơn Việc cô đặc này không chỉ chuẩn bị cho sấy phun mà còn tiết kiệm chi phí năng lượng trong toàn bộ quy trình sản xuất.

Trong sản xuất saccharose, nước mía hoặc dịch trích từ củ cải đường sau khi tinh sạch sẽ được cô đặc bằng nhiệt để chuẩn bị cho quá trình kết tinh đường tiếp theo Quá trình cô đặc bốc hơi này là bước quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất đường.

Quá trình khai thác thực phẩm bằng nhiệt giúp tách bớt nước, làm cho sản phẩm trở nên nhẹ hơn và đồng thời tăng cường nồng độ các chất dinh dưỡng có trong thực phẩm.

Trong công nghệ sản xuất nước trái cây cô đặc và sữa cô đặc, quá trình cô đặc bốc hơi giúp tăng nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản phẩm Mục đích chính của quá trình này là khai thác tối đa giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu.

Bảo quản sản phẩm thông qua quá trình cô đặc bằng nhiệt giúp giảm hàm lượng nước và tăng hàm lượng chất khô Sự giảm hoạt độ của nước sau khi cô đặc là yếu tố quan trọng trong việc ức chế sự phát triển của hệ vi sinh vật, từ đó kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.

So sánh sữa tươi với sữa cô đặc và nước trái cây với nước trái cây cô đặc cho thấy rằng các sản phẩm cô đặc có thời gian bảo quản lâu hơn.

5.6.2 Nguyên liệu, sản phẩm và sự biến đổi của chúng a Nguyên liệu

Nguyên liệu đƣa vào quá trình cô đặc ở dạng dung dịch lỏng bao gồm hai

- Dung môi - trong quá trình cô đặc dung môi bay hơi thoát khỏi dung dịch

Chất tan trong sản phẩm cô đặc bao gồm nhiều thành phần khác nhau, với sự phân chia giữa chất tan chính và chất tan phụ (tạp chất) Để nâng cao chất lượng sản phẩm sau quá trình cô đặc, dung dịch cần được xử lý để giảm thiểu lượng chất tan phụ, đặc biệt là những thành phần không có lợi Do đó, trước khi đưa vào quá trình cô đặc, dung dịch phải được làm sạch tối đa thông qua các phương pháp như lắng, ly tâm và lọc.

 Dung dịch nước quả có dung môi là nước; chất tan là đường, thịt quả; tạp chất là vỏ quả, pectin…

 Dung dịch nước mía có dung môi là nước; chất tan chính là đường saccharose; chất tan phụ là saccharacanxi… b Sự biến đổi của nguyên liệu

Quá trình cô đặc diễn ra dưới ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian, dẫn đến nhiều biến đổi khác nhau Sự thay đổi này là kết quả của quá trình nhiệt, ảnh hưởng đến tính chất và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

Trong quá trình cô đặc, nguyên liệu trải qua nhiều biến đổi vật lý quan trọng, bao gồm sự gia tăng hàm lượng chất khô, độ nhớt và tỷ trọng Mặc dù khối lượng và thể tích nguyên liệu giảm, nhưng hoạt độ của nước trong nguyên liệu cũng giảm theo.

Cần lưu ý là khi nồng độ chất khô của nguyên liệu tăng lên theo thời gian cô đặc thì nhiệt độ sôi của nguyên liệu cũng tăng theo

Trong quá trình cô đặc, nhiệt độ có thể tác động đến các thành phần hóa học trong nguyên liệu, dẫn đến phản ứng hóa học hoặc sự phân hủy của chúng.

Trong quá trình cô đặc sữa, phản ứng giữa đường khử lactose và các acid amin tạo ra melanoidine, dẫn đến phản ứng Maillard Phản ứng này không chỉ làm giảm giá trị dinh dưỡng của sữa mà còn làm cho sản phẩm trở nên sậm màu.

Trong quá trình ép nước trái cây, vitamin C và các vitamin khác có thể bị phân hủy, dẫn đến giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

Trong quá trình cô đặc, do nước bốc hơi nên giá trị pH của thực phẩm cũng thay đổi theo

Quá trình sấy

5.7.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình sấy là phương pháp sử dụng nhiệt năng để loại bỏ độ ẩm từ nguyên liệu Hiệu quả của quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cấu trúc và kích thước của nguyên liệu, hình thức liên kết ẩm, tính chất hóa học của nguyên liệu, cũng như trạng thái bề mặt của sản phẩm.

Hình 5.24 Sự thoát ẩm khỏi nguyên liệu trong quá trình sấy b Mục đích

- Chuẩn bị cho quá trình tiếp theo - dưới tác động của nhiệt độ cao trong

193 quá trình sấy làm biến đổi nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo

- Chế biến - tạo cho sản phẩm có hương vị đặc trưng, tăng chỉ số cảm quan cho sản phẩm

Ví dụ: Sấy malt, sấy mực, sấy nhãn

- Hoàn thiện sản phẩm - bán sản phẩm sau khi sấy sẽ thu đƣợc sản phẩm

Ví dụ: Sản xuất đường trắng

Sấy thực phẩm giúp tăng cường khả năng bảo quản, giảm hoạt động của vi sinh vật và làm chậm các phản ứng sinh hóa Quá trình này cũng giảm thiểu các quá trình sinh lý, từ đó nâng cao hiệu quả bảo quản thực phẩm.

Ví dụ: Sấy nông sản trước khi bảo quản, sấy mực, sấy cá trước khi bảo quản

5.7.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu và tác nhân sấy

Nguyên liệu trong quá trình sấy rất đa dạng về nguồn gốc, hàm ẩm và trạng thái Chúng chứa nước và hơi nước, và cần tách một lượng nước nhất định để đạt được độ khô mong muốn Nguyên liệu có thể được chia thành hai thành phần: chất rắn và chất lỏng thấm ướt, với phần chất rắn gọi là nguyên liệu khô tuyệt đối Độ ẩm của nguyên liệu được thể hiện qua các chỉ số như độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối, độ ẩm cân bằng, độ chứa ẩm và nồng độ ẩm Mối liên kết giữa ẩm và chất rắn phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, cấu trúc nguyên liệu và môi trường hình thành liên kết.

Phân loại nguyên liệu ẩm

Theo quan điểm hoá lý, nguyên liệu ẩm được định nghĩa là hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và môi trường phân tán Pha phân tán là một chất có cấu trúc mạng hay khung không gian từ chất rắn phân đều trong môi trường phân tán (một chất khác) Dựa vào tính chất lý học, nguyên liệu ẩm có thể được phân loại thành ba loại khác nhau.

Nguyên liệu keo là loại nguyên liệu có tính dẻo nhờ cấu trúc hạt, có khả năng hấp thụ và thẩm thấu nước hoặc độ ẩm Đặc điểm chung của các nguyên liệu keo là khi sấy, chúng co ngót đáng kể nhưng vẫn duy trì tính dẻo Một số ví dụ điển hình về nguyên liệu keo bao gồm gelatin và các sản phẩm tương tự.

194 phẩm từ bột nhào, tinh bột

Nguyên liệu xốp mao dẫn chứa nước hoặc ẩm dưới dạng liên kết cơ học nhờ áp lực mao quản, hay còn gọi là lực mao dẫn Loại nguyên liệu này thường có tính giòn, hầu như không co lại và dễ dàng bị nghiền nát sau khi sấy khô, ví dụ như đường tinh thể và muối ăn.

Nguyên liệu keo xốp mao dẫn bao gồm hai nhóm tính chất chính: cấu trúc xốp mao dẫn và bản chất keo Những nguyên liệu này có tính dẻo, khi hút ẩm sẽ làm cho các mao dẫn trương lên, và khi sấy khô sẽ co lại Loại nguyên liệu này chiếm phần lớn trong các nguyên liệu sấy, ví dụ như ngũ cốc, các hạt họ đậu, bánh mì, rau, và quả.

Các dạng liên kết trong nguyên liệu ẩm

Các liên kết giữa ẩm và nguyên liệu khô có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, chi phối diễn biến của nó Nguyên liệu ẩm thường bao gồm ba pha: rắn, lỏng và khí Các nguyên liệu rắn được sấy thường là xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn, trong đó chứa ẩm lỏng và hỗn hợp hơi khí với thể tích lớn Tuy nhiên, tỷ lệ khối lượng của hơi khí so với phần rắn và ẩm lỏng có thể bỏ qua, do đó trong kỹ thuật sấy, nguyên liệu thường được coi chỉ gồm phần rắn khô và chất lỏng Các dạng liên kết ẩm được phân loại thành ba nhóm chính: liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý.

Liên kết hoá học giữa ẩm và nguyên liệu khô rất bền vững, trong đó các phân tử nước trở thành một phần của thành phần hoá học của nguyên liệu ẩm Ẩm này chỉ có thể tách ra qua phản ứng hoá học và thường cần nhiệt độ cao Sau khi tách ẩm, tính chất hoá lý của nguyên liệu sẽ thay đổi Ẩm có thể tồn tại dưới dạng liên kết phân tử, như trong muối hydrat MgCl2.6H2O, hoặc dưới dạng liên kết ion, như Ca(OH)2 Trong quá trình sấy, ẩm ở dạng liên kết hoá học không thể được tách ra.

Liên kết hóa lý không yêu cầu tỷ lệ thành phần liên kết một cách nghiêm ngặt Có hai loại chính của liên kết hóa lý: liên kết hấp phụ (hấp thụ) và liên kết thẩm thấu.

Liên kết hấp phụ của nước liên quan đến các hiện tượng trên bề mặt giới hạn của các pha rắn hoặc lỏng Nguyên liệu ẩm thường là nguyên liệu keo với cấu trúc hạt có bán kính từ 10^-9 đến 10^-7 m Do cấu trúc hạt, nguyên liệu keo sở hữu bề mặt bên trong lớn, dẫn đến năng lượng bề mặt tự do đáng kể Khi tiếp xúc với không khí ẩm hoặc độ ẩm trực tiếp, ẩm sẽ thâm nhập vào các bề mặt tự do, tạo thành liên kết hấp phụ giữa ẩm và bề mặt.

Liên kết thẩm thấu là quá trình kết nối hóa lý giữa nước và nguyên liệu rắn, xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hòa tan bên trong và bên ngoài tế bào Khi nước bề mặt nguyên liệu bay hơi, nồng độ dung dịch tại đó gia tăng, dẫn đến sự di chuyển của nước từ bên trong ra ngoài.

195 sẽ thấm ra ngoài Ngược lại, khi đặt nguyên liệu vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong

Liên kết cơ lý là loại liên kết giữa ẩm và nguyên liệu, được hình thành nhờ sức căng bề mặt của ẩm trong các mao dẫn hoặc trên bề mặt ngoài của nguyên liệu Liên kết này bao gồm các dạng như liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt.

Liên kết cấu trúc là mối liên hệ giữa độ ẩm và nguyên liệu trong quá trình hình thành nguyên liệu, ví dụ như nước trong các tế bào động vật do nguyên liệu đông đặc Để tách ẩm trong trường hợp này, có thể áp dụng các phương pháp như làm bay hơi, nén ép hoặc phá vỡ cấu trúc nguyên liệu Sau khi tách ẩm, nguyên liệu có thể bị biến dạng, thay đổi tính chất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha.

Liên kết mao dẫn là hiện tượng quan trọng trong các nguyên liệu ẩm, nơi mà cấu trúc mao quản đóng vai trò chủ đạo Khi nguyên liệu này tiếp xúc với nước, nước sẽ thẩm thấu qua các mao quản, xâm nhập vào bên trong Ngược lại, trong môi trường không khí ẩm, hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và tiếp tục xâm nhập vào nguyên liệu qua các mao quản này.

N UYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌN ÓA C

Quá trình thủy phân

6.1.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình thủy phân là quá trình phân hủy các hợp chất cao phân tử thành những phân tử đơn giản hơn nhờ sự tác động của chất xúc tác và sự có mặt của nước Mục đích của quá trình này là tạo ra các sản phẩm có giá trị sử dụng cao hơn từ các hợp chất phức tạp.

- Khai thác, làm giàu và thu nhận các cấu tử có giá trị trong nguyên liệu

 Khai thác đường từ tinh bột

 Khai thác acid amin từ nguyên liệu giàu protein trong sản xuất nước chấm

 Thủy phân nguyên liệu giàu chất béo trong sản xuất dầu ăn

- Chuẩn bị - làm thay đổi tính chất của nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo

 Thủy phân pectin để làm trong nước quả trong công nghiệp sản xuất nước quả

 Thủy phân xelluloza trong sản xuất bao bì

- Bảo quản - thủy phân nhằm mục đích kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm

Thủy phân protein trong bia giúp kéo dài thời gian bảo quản bằng cách giảm thiểu sự đục do các protein cao phân tử gây ra trong quá trình lưu trữ.

6.1.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu đƣa vào quá trình thủy phân rất đa dạng

 Thực vật: Tinh bột, lipid, pectin…

 Vi sinh vật: Cao nấm men

- Thể - tồn tại ở thể tự do hoặc liên kết

 Hệ phân tán thô: Các chất hòa tan, chất không hòa tan và dung môi Chất xúc tác sử dụng trong quá trình thủy phân có hai loại:

- Chất xúc tác hóa học: HCl, HNO 3 …

- Chất xúc tác sinh học - enzyme b Sự biến đổi của nguyên liệu

Biến đổi hóa học là quá trình chuyển hóa các chất, dẫn đến sự thay đổi thành phần hóa học của nguyên liệu Kết quả của quá trình này bao gồm sản phẩm chính mong muốn và sản phẩm phụ không mong muốn, có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng của sản phẩm thực phẩm.

Tỉ lệ sản phẩm phụ và sản phẩm chính phụ thuộc vào:

Ví dụ: Sản xuất nước chấm cần thủy phân protein, nếu dùng enzyme sẽ sinh ít sản phẩm phụ, nếu dùng H + sẽ sinh nhiều sản phẩm phụ là 3MCPD

- Tế bào - màng tế bào bị thủy phân, phá hủy

Ví dụ: Thủy phân cao nấm men làm cho màng tế bào nấm men bị phá hủy

- Enyme có sẵn trong nguyên liệu hoạt động ở điều kiện tối thích và bị vô hoạt ở nhiệt độ cao

- Vi sinh vật - mức độ hoạt động của vi sinh vật phụ thuộc

 Nhiệt độ thấp, pH không quá thấp hoặc quá cao vi sinh vật hoạt động mạnh

 Nhiệt độ cao, pH quá cao hoặc quá thấp vi sinh vật bị tiêu diệt

Biến đổi vật lí và hóa lí

- Trạng thái - nguyên liệu chuyển từ trạng thái không tan sang trạng thái tan

Ví dụ: Tinh bột không tan thủy phân thành đường chuyển thành trạng thái tan

- Nồng độ chất tan - nồng độ chất tan của dung dịch tăng lên

- Keo tụ protein - protein bị keo tụ do nhiệt độ cao hoặc pH, do tác động của phản ứng thủy phân

- Hòa tan - hòa tan các chất có trong nguyên liệu vào trong dung dịch

- Thể tích, khối lƣợng, khối lƣợng riêng của nguyên liệu thay đổi phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu và chế độ thủy phân

Biến đổi cảm quan - thay đổi các chỉ số cảm quan

- Vị - tăng hoặc xuất hiện thêm vị mới

- Màu, mùi - các sản phẩm thủy phân cho mùi đặc trƣng vì không những sinh ra sản phẩm chính mà còn có những sản phẩm phụ khác c Sản phẩm

Quá trình thủy phân tạo ra sản phẩm chính và sản phẩm phụ, trong đó tỷ lệ giữa hai loại sản phẩm này phụ thuộc vào chế độ thủy phân và chất liệu được sử dụng.

6.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Trong quá trình thủy phân, biến đổi chủ yếu là biến đổi hóa học, và có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này Một trong những yếu tố quan trọng là hoạt tính xúc tác, cùng với nồng độ ion H+ Những yếu tố này đóng vai trò quyết định trong hiệu suất của phản ứng thủy phân.

Khi sử dụng acid vô cơ làm chất xúc tác, độ phân ly của acid ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ phản ứng thủy phân Trong số các acid vô cơ, HCl có hoạt tính cao nhất và được sử dụng rộng rãi, trong khi H2SO4 có hoạt tính bằng 50% HCl nhưng lại có giá thành rẻ hơn, ít bay hơi, ít độc hại và ít ăn mòn thiết bị, mặc dù khả năng phân ly của nó kém hơn.

Khi sử dụng enzyme làm chất xúc tác, mỗi loại enzyme có tính đặc hiệu riêng và hoạt động tốt trong các điều kiện nhiệt độ và pH thích hợp Trong những điều kiện này, hoạt tính của enzyme đạt mức cao, thúc đẩy mạnh mẽ quá trình thủy phân Vì vậy, việc lựa chọn enzyme và điều kiện tối ưu cho từng loại enzyme là rất quan trọng.

 Enzyme amylase thủy phân tinh bột thành đường glucoza và dextrin

 Enzyme protease thủy phân protein thành acid amin tự do b Ảnh hưởng của chất xúc tác và nồng độ chất xúc tác

Khi tăng lượng và nồng độ chất xúc tác, tốc độ thủy phân sẽ tăng lên, nhưng chỉ đạt mức độ đủ để đảm bảo quá trình thủy phân diễn ra tương đối triệt để, đồng thời sản phẩm thủy phân ít bị phân hủy Việc định lượng chất xúc tác có thể được thực hiện dựa trên cơ chế phản ứng thủy phân và kiểm tra các sản phẩm tạo thành.

Các acid vô cơ thường có cường lực xúc tác cao hơn acid hữu cơ, dẫn đến phản ứng thủy phân diễn ra nhanh và hiệu suất cao hơn, nhưng cũng làm tăng hàm lượng sản phẩm phụ, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm Ngược lại, acid hữu cơ cho phản ứng thủy phân chậm hơn nhưng ít phản ứng phụ hơn Việc lựa chọn xúc tác phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm sau thủy phân Ví dụ, để thủy phân saccharose thành đường nghịch đảo, acid citric, acid tartaric, acid malic, hoặc acid orthophosphoric thường được sử dụng, trong khi acid hydrochloric được chọn để thủy phân tinh bột trong sản xuất đường nha.

Hàm lượng chất xúc tác là một yếu tố công nghệ quan trọng trong quá trình thủy phân, ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và chi phí hóa chất Tăng hàm lượng chất xúc tác có thể làm gia tăng tốc độ phản ứng, nhưng cũng dẫn đến chi phí cao hơn và có thể tạo ra nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt khi sử dụng các xúc tác mạnh như acid chlohydric Do đó, việc xác định hàm lượng xúc tác tối ưu thông qua phương pháp thực nghiệm là cần thiết Chẳng hạn, trong quá trình thủy phân saccharose để sản xuất đường nghịch đảo, cần sử dụng 750g acid citric cho mỗi 100kg saccharose.

217 c Ảnh hưởng của cơ chất thủy phân

Nồng độ cơ chất của nguyên liệu trong quá trình thủy phân ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả của phản ứng Khi nồng độ cơ chất tăng, năng suất quá trình cũng tăng, nhưng ở nồng độ thấp, phản ứng thủy phân sẽ diễn ra triệt để hơn Vì vậy, việc kiểm soát nồng độ cơ chất là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu.

Các nhà sản xuất cần xác định nồng độ cơ chất tối ưu trong mẫu thủy phân thông qua phương pháp thực nghiệm Chẳng hạn, trong quá trình thủy phân tinh bột để sản xuất đường nha, nồng độ tinh bột ban đầu được điều chỉnh trong khoảng 40-43% w/w Nhiệt độ môi trường cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình này.

Thủy phân bằng acid yêu cầu nhiệt độ vượt quá 100 độ C Mặc dù tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ thủy phân, nhưng việc tăng nhiệt độ cần phải có giới hạn Nếu nhiệt độ quá cao, có thể dẫn đến sự thủy phân của các hợp chất hữu cơ khác, gây tổn thất cho sản phẩm.

Ví dụ: Thủy phân tinh bột ở nhiệt độ 140 0 C, thủy phân protein ở nhiệt độ 120

Nhiệt độ 160°C là yếu tố quan trọng trong quá trình thủy phân bằng enzyme, với nhiệt độ tối ưu khác nhau cho từng loại enzyme Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào loại enzyme, nồng độ enzyme và pH của môi trường Thời gian thủy phân cũng có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của quá trình này.

Thời gian thủy phân ảnh hưởng đến quá trình phân giải và cắt đứt các liên kết trong cơ chất dưới tác động của chất xúc tác Thời gian phù hợp sẽ thúc đẩy hiệu quả quá trình thủy phân.

Ví dụ: Thủy phân tinh bột bằng acid thời gian 2025phút, thời gian thủy phân protein dưới áp lực cao là 38h

6.1.4 Phương pháp và thiết bị thực hiện a Chọn chất xúc tác

Chất xúc tác ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm thu được sau quá trình thủy phân và tốc độ của các phản ứng thủy phân

Chất xúc tác đƣợc lựa chọn dựa vào các tiêu chí sau:

- Mức độ và tốc độ của phản ứng thủy phân

- Thành phần hóa học và tỉ lệ các sản phẩm thu đƣợc sau quá trình thủy phân

- Mức độ ảnh hưởng đến sản phẩm sau quá trình thủy phân

- Tính độc hại, ăn mòn thiết bị

- Giá thành và mức độ phổ biến của chất xúc tác

Khi thủy phân có thể chọn chất xúc tác là acid hoặc enzyme, đôi khi phối hợp hai phương pháp enzyme và acid b Chọn chế độ thủy phân

- Nhiệt độ và thời gian thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu cần thủy

Quá trình làm thay đổi màu

6.2.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình làm thay đổi màu là sự chuyển hóa các chất màu có trong nguyên liệu thành các chất không màu hoặc các màu sắc khác Ngoài ra, quá trình này cũng có thể biến các chất không màu thành các hợp chất màu mới dưới tác động của các yếu tố lý hóa học.

Quá trình thay đổi màu trong công nghệ thực phẩm nhằm duy trì màu sắc tự nhiên và nâng cao chất lượng sản phẩm Ví dụ, trong chế biến chè xanh và sấy khô rau quả, cần hạn chế sự biến đổi màu sắc Bên cạnh đó, việc khử màu như tẩy màu tinh bột và dung dịch đường cũng giúp sản phẩm trở nên hấp dẫn hơn Thêm vào đó, việc bổ sung màu thực phẩm là phương pháp tạo ra các màu sắc đặc trưng cho sản phẩm, như trong pha màu rượu và nước giải khát.

Sự thay đổi màu trong công nghệ thực phẩm do các nguyên nhân sau đây:

Nhƣ tác động của ánh sáng làm tăng màu hoặc mất màu hoặc do tác dụng cơ học nhƣ khuấy, trộn, đảo làm cho sản phẩm trắng dần

Màu sắc tự nhiên của thực phẩm có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như môi trường acid, kiềm hoặc trung tính và độ ẩm Ngoài ra, các phản ứng caramen tạo màu nâu và phản ứng Maillard trong quá trình gia nhiệt đường hoặc cô đặc cũng góp phần làm thay đổi màu sắc của sản phẩm.

Ngoài ra, còn có các phản ứng kết hợp phenol với ion sắt

 Với ion Fe 3+ thường tạo màu tím với các hợp chất chứa amin

 Với ion Fe 2+ thường tạo màu xanh với các hợp chất chứa amin

* Tác nhân vi sinh vật

Một số nấm mốc gây hại làm thay đổi màu hoặc tạo màu do tác dụng của enzyme

Do quá trình chín của nguyên liệu làm thay đổi màu sắc cho tới khi có màu đặc trƣng

 Cà chua chín có màu sắc thay đổi xanh thành đỏ

 Chuối chín có màu sắc thay đổi xanh thành vàng

Sự thay đổi sắc của sản phẩm do các nguyên nhân đã nêu ảnh hưởng đến chất lượng hóa sinh và cảm quan, bao gồm cả mùi vị của sản phẩm Mục đích của việc nghiên cứu này là để hiểu rõ hơn về những tác động đó.

- Tạo màu đặc trƣng cho sản phẩm thực phẩm bằng các phản ứng hóa học hoặc bổ sung màu trực tiếp cho sản phẩm

Ví dụ: Các loại đồ uống, bia, nước giải khát…

- Giữ màu cho nguyên liệu - giữ màu sắc tự nhiên cho nguyên liệu

Ví dụ: Giữ màu xanh cho chè xanh, rau xanh trong quá trình chần, hấp…

- Khử màu nhằm tăng chất lƣợng của sản phẩm, tạo cho sản phẩm có màu sắc đẹp

Ví dụ: Tẩy màu tinh bột, tẩy màu các dung dịch đường, tẩy màu dầu ăn…

6.2.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu tham gia vào quá trình thay đổi màu rất đa dạng

- Có nguồn gốc động vật hoặc thực vật

- Trạng thái rắn, lỏng, sệt

- Chƣa có màu hoặc đã có màu b Sự biến đổi của nguyên liệu

Biến đổi hóa học - thành phần hóa học thay đổi, chất màu chuyển hóa, thêm vào hoặc mất đi phụ thuộc vào phương pháp tạo màu

- Màu thay đổi theo mục đích đã định

- Mùi và vị phụ thuộc vào phương pháp tạo màu

- Các biến đổi khác - phụ thuộc vào phương pháp tạo màu c Sản phẩm

Sản phẩm thu được sau quá trình thay đổi màu sắc có thể đạt được màu theo yêu cầu đã định, có khả năng bảo toàn màu cũ, làm mất màu cũ hoặc xuất hiện màu mới.

6.2.3 Phương pháp và thiết bị thực hiện

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, quá trình thay đổi màu sắc được thực hiện để bảo quản màu tự nhiên, tạo ra màu sắc mong muốn hoặc bổ sung màu thực phẩm Đôi khi, việc tẩy bớt màu cũng cần thiết để nâng cao chất lượng cảm quan của sản phẩm Tất cả các quy trình này phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ cụ thể.

- Phương pháp hóa lí - phổ biến nhất là bổ sung chất màu làm tăng giá trị

Cảm quan của thực phẩm được cải thiện nhờ chất màu, là các phụ gia màu có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp từ hóa học Việc sử dụng phụ gia màu cần tuân thủ quy định về liều lượng và nồng độ để đảm bảo an toàn cho sức khỏe.

- Phương pháp hóa học - sử dụng các phản ứng tạo màu, tạo phức, phản ứng oxy hóa khử…

Ví dụ: Oxy hóa polyphenol tạo ra các màu đỏ, nâu hoặc nâu đen… trong công nghiệp chế biến chè

- Phương pháp nhiệt - nhờ nhiệt độ cao tạo các phản ứng sinh màu: Caramen, Maiallard, phân hủy đường…

- Phương pháp vi sinh - nhờ vi sinh vật tạo màu cho sản phẩm Ví dụ: sản xuất rƣợu vang màu

- Phương pháp enzyme - nhờ sự xúc tác của các enzyme tạo màu từ các hợp chất phenol thành các chất màu polyme b Tẩy màu

- Phương pháp vật lí - dùng quá trình lắng, lọc, khuấy trộn hoặc dùng nhiệt độ để vô hoạt enzyme oxy hóa khử tránh phản ứng tạo màu

- Dùng phương pháp hấp phụ - sử dụng các chất hấp thụ bề mặt ở thể rắn

Ad + B + +AC + HOH AdHAC + B + + OH - Trong đó: B + và AC - là cation và anion của chất bị hấp thụ

 Hấp phụ trao đổi ion: Trên bề mặt chất hấp phụ giải phóng và khuếch tán vào dung dịch một lượng tương đương có cùng điện tích

Than hoạt tính là chất hấp phụ phổ biến nhất, có khả năng tẩy màu và hấp thụ mùi hiệu quả Sau khi hoàn thành quá trình hấp phụ, than hoạt tính được tách ra thông qua phương pháp lọc.

Ví dụ: Than hoạt tính đƣợc sử dụng nhiều trong chế biến mật từ tinh bột, đường tinh luyện, xử lý cồn, tinh chế dầu béo…

Đất sét là một chất hấp phụ quan trọng, không chỉ vì khả năng trao đổi ion mà còn do chứa các thành phần như CaO và MgO, giúp tăng cường hiệu quả hấp phụ.

 Dùng các tác nhân khử để biến các chất có màu thành chất không màu

Ví dụ: Dùng SO2, NaHSO 3 , Na 2 SO 3 , Na 2 S 2 O 3 trong sản xuất đường trắng

 Dùng phương pháp oxy hóa để oxy hóa các chất màu thành các chất không màu hoặc màu nhạt

224 c Ổn định màu (cố định màu)

Cố định màu tự nhiên bằng cách tạo pH môi trường thích hợp cho sự tồn tại của màu tự nhiên

 Giảm lƣợng acid để giữ màu chlorophyll

 Giữ màu xanh của đậu xanh bằng cách nâng pH.

CÁC QUÁ TRÌN S N ÓA V S N C

Quá trình dấm chín

7.1.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình dấm chín là quá trình xúc tiến sự biến đổi sinh hóa trong hạt, rau quả tươi để đạt đến độ chín theo đúng yêu cầu

Hạt giống và rau quả sau khi thu hoạch vẫn tiếp tục diễn ra quá trình chín sinh lý và sinh hóa, được gọi là chín tiếp hoặc chín sau Trong thực tế sản xuất, việc thu hoạch thường không diễn ra đúng thời điểm chín chế biến hoặc chín sinh lý, dẫn đến việc cần thiết phải có quá trình dấm chín để sử dụng Quá trình dấm chín là quá trình chín tự nhiên do enzyme nội tại của rau quả và hạt thực hiện.

Quá trình dấm chín là yếu tố quan trọng giúp quả và hạt nảy mầm, hoàn thành các quá trình sinh lý và biến đổi sinh hóa cần thiết Hầu hết các loại quả và rau ăn quả đều trải qua giai đoạn dấm chín, trong khi rau ăn lá và rau ăn củ rễ không cần giai đoạn này Việc phân chia rau quả theo độ chín giúp xác định thời điểm thu hoạch và chất lượng sản phẩm.

* Độ chín thu hoạch (độ chín thu hái):

Độ chín thu hoạch là giai đoạn trước khi chín sinh lý, cho phép thu hoạch dù chưa hoàn toàn chín nhưng đã tích lũy đủ chất dinh dưỡng Mức độ chín này thay đổi tùy theo điều kiện bảo quản và vận chuyển; thời gian bảo quản và vận chuyển lâu sẽ dẫn đến độ chín thu hoạch xanh hơn Đối với rau quả, độ chín thu hoạch thường đạt ở giai đoạn chín ương, trong khi đối với hạt nông sản, đặc biệt là hạt lương thực, thường là thời kỳ gần chín hoàn toàn và hạt đã khô.

* Độ chín chế biến (độ chín kĩ thuật):

Là độ chín đáp ứng yêu cầu kĩ thuật của một qui trình chế biến một sản phẩm gắn liền với các quá trình khác nhau

Mơ dùng để làm rượu cần được chế biến khi đã chín, trong khi đó, mơ dùng để đóng hộp hoặc ướp muối thì phải đạt độ chín vàng đều và vẫn giữ được độ cứng.

Cà chua dầm dấm đạt độ chín kỹ thuật khi quả còn xanh hoặc ươm, trong khi đó, để làm sốt cà chua, cần sử dụng cà chua đã chín hoàn toàn.

Độ chín sinh lý của rau quả là giai đoạn mà chúng đã chín hoàn toàn về mặt sinh học Khi rau quả vượt qua giai đoạn này, nếu có đủ độ ẩm và nhiệt độ thích hợp, hạt của chúng sẽ bắt đầu nảy mầm Đối với trái cây, khi đạt được độ chín sinh lý, hạt sẽ dần tách rời khỏi thịt quả.

226 chất xơ Đối với rau khi đạt đƣợc độ chín sinh lí rau đã ra hoa, ngồng và rau có nhiều chất xơ c Mục đích

Quá trình chuẩn bị dấm chín là bước quan trọng trong sản xuất, nhằm nâng cao khả năng bảo quản nguyên liệu Thay vì mua quả chín, người sản xuất chọn quả già để kéo dài thời gian bảo quản Điều này đặc biệt cần thiết trong sản xuất công nghiệp, nơi yêu cầu một lượng nguyên liệu lớn để đáp ứng nhu cầu.

Để đảm bảo chất lượng cao nhất cho sản phẩm rau quả, cần đạt được một độ chín nhất định, giúp chúng có thể được sử dụng để ăn sống.

- Điều tiết cho quá trình lưu thông và phân phối

 Chƣa cần sử dụng nguyên liệu thì kéo dài thời hạn và làm chậm chín

 Khi cần sử dụng nguyên liệu thì thúc đẩy quá trình chín của nguyên liệu

7.1.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu chính để thực hiện quá trình dấm chín bao gồm rau quả tươi và hạt Để đảm bảo chất lượng, rau quả cần đạt độ chín nhất định, vì chúng có hàm ẩm cao Nếu không đạt yêu cầu này, sức đề kháng của nguyên liệu sẽ kém, dẫn đến tình trạng chín không đều hoặc không chín khi dấm.

Biến đổi sinh hóa trong hạt và rau quả diễn ra nhờ tác động của các enzyme có sẵn, xúc tác cho các phản ứng như thủy phân và phản ứng oxy hóa Mức độ xảy ra của các phản ứng này phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện môi trường, đặc biệt là nhiệt độ.

- Quá trình hô hấp hiếm khí xảy ra mạnh

- Quá trình thủy phân các chất tăng: Tinh bột và protopectin bị thủy phân mạnh đối với rau, quả

Biến đổi hóa học - thay đổi thành phần hóa học của hạt, rau quả

Glucid là thành phần quan trọng trong thực phẩm, với cellulose không biến đổi nhiều Trong các loại rau quả, hàm lượng tinh bột thường giảm, trong khi hàm lượng đường lại tăng lên Ngược lại, các loại hạt thường có hàm lượng tinh bột tăng cao.

Quá trình phản ứng giữa acid hữu cơ và rượu dẫn đến sự giảm hàm lượng acid hữu cơ, tuy nhiên, một số loại acid hữu cơ đặc trưng cho từng loại rau quả lại có xu hướng tăng lên.

Ví dụ: Acid citric của cam, chanh tăng

Rượu được sản xuất chủ yếu thông qua quá trình hô hấp hiếm khí, mặc dù có một lượng nhỏ rượu được sử dụng để tổng hợp các loại este, nhưng con số này không đáng kể so với tổng lượng rượu tạo ra.

- Các chất thơm đặc trƣng là các loại este tăng lên làm cho rau quả khi chín có mùi thơm

- Polyphenol giảm xuống làm cho rau quả ít chát hơn khi chín

Rau quả và hạt luôn chứa vi sinh vật do chúng là môi trường giàu dinh dưỡng, tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động trong quá trình dấm chín Mức độ hoạt động của vi sinh vật này phụ thuộc vào điều kiện dấm chín, nhưng thường không mang lại lợi ích Để hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, cần thực hiện các biện pháp vô trùng, vệ sinh môi trường dấm chín và khử trùng, làm sạch nguyên liệu trước khi đưa vào quá trình dấm chín.

Sự dấm chín của hạt là một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng "ngủ" của hạt, tuy nhiên không phải tất cả các hạt đều ngủ do dấm chín Các hạt trải qua giai đoạn dấm chín thường có tỷ lệ nảy mầm thấp và sức nảy mầm không đồng đều Nếu quá trình dấm chín diễn ra ngắn, hạt có thể nảy mầm trong kho bảo quản ẩm ướt, gây tổn thất Mặc dù vậy, hạt dấm chín lại có phẩm chất cao hơn và dễ bảo quản hơn.

Biến đổi vật lí và hóa lí

Quá trình lên men

7.2.1 Bản chất và mục đích a Bản chất

Quá trình lên men là một quá trình hóa sinh quan trọng, trong đó các vi sinh vật tiết ra enzyme để xúc tác và biến đổi các chất.

Lên men là quá trình tích lũy các sản phẩm trao đổi chất có lợi cho con người thông qua việc nuôi cấy vi sinh vật Việc nuôi cấy vi sinh vật quy mô lớn đóng vai trò quan trọng trong sản xuất các sản phẩm lên men, mang lại giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao.

Lên men công nghiệp, với quy mô từ 10 lít đến 1.000.000 lít, đã hình thành từ cuối thế kỷ 19 và phát triển mạnh mẽ trong nửa sau của thế kỷ này với nhiều sản phẩm thương mại Thuật ngữ "lên men" có nguồn gốc từ tiếng Latin "fervere", nghĩa là "làm chín", phản ánh hoạt động của nấm men trong dịch chiết trái cây hoặc dịch đường hóa ngũ cốc Louis Pasteur đã mô tả lên men là "sự sống thiếu không khí", tuy nhiên, ngày nay, lên men được hiểu là tất cả các quá trình biến đổi do vi sinh vật thực hiện trong điều kiện yếm khí hoặc hiếu khí.

Quá trình lên men thực chất là các quá trình oxy hóa khử sinh học nhằm thu năng lượng và các hợp chất trung gian Đối tượng chính của quá trình này là các chất hữu cơ.

Quá trình hóa sinh có thể áp dụng cho nhiều loại chất khác nhau, với các hình thức và cơ chế phản ứng khác nhau Mặc dù sản phẩm cuối và hệ vi sinh vật cũng như enzyme xúc tác tham gia có sự khác biệt, nhưng bản chất của các quá trình lên men vẫn tương đồng.

Sản phẩm thu được từ quá trình lên men phụ thuộc vào các hệ vi sinh vật khác nhau tham gia, do đó, việc lựa chọn hệ vi sinh vật phù hợp là rất quan trọng trong công nghệ thực phẩm để chế biến các sản phẩm đa dạng.

Phân loại quá trình lên men:

* Lên men do nấm men

Loại nấm men tham gia vào quá trình này có hai loại: Saccharomyces cervicae, Saccharomyces calbergencis; sản phẩm tạo thành của quá trình này là

Thường sử dụng trong công nghiệp sản xuất rượu bia, nước giải khát lên men, nước quả lên men, sản xuất nấm men gia súc…

* Lên men do vi khuẩn

Sử dụng nhiều chủng vi khuẩn khác nhau, thường sử dụng trong công nghệ muối chua rau quả, lên men sữa chua, sản xuất acid glutamic…

Công nghệ muối chua rau quả và lên men sữa chua sử dụng vi khuẩn Lactic trong môi trường yếm khí Quá trình này tạo ra acid lactic, mang lại hương vị đặc trưng và lợi ích cho sức khỏe.

Công nghệ sản xuất acid acetic sử dụng vi khuẩn acetic trong điều kiện hiếu khí, dẫn đến việc tạo ra acid acetic Quá trình này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất dấm và thạch dừa.

- Công nghệ sản xuất acid glutamic trong điều kiện hiếu khí với sự tham gia của vi khuẩn Micrococcus glutamicus Sản phẩm là acid glutamic HOOC-CH 2 -

CH 2 -CH(NH 2 )-COOH và muối của nó là mì chính (bột ngọt) NaOOC-CH 2 -CH 2 - CH(NH 2 )-COONa

- Công nghệ sản xuất acid amin hoặc ứng dụng sản xuất aceton, etanol

* Lên men do nấm mốc

Quá trình lên men chủ yếu diễn ra trong điều kiện hiếu khí, trong đó các hợp chất hữu cơ phức tạp được phân giải thành các chất đơn giản hơn nhờ vào enzyme do vi sinh vật hiếu khí sản sinh.

 Quá trình sản xuất tương, chao

 Quá trình lên men acid citric với chủng nấm mốc tham gia quá trình này là Aspergillus niger b Mục đích

- Chế biến thực phẩm - tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị

Ví dụ: Sản xuất acid glutamic, sản xuất mì chính, sản xuất sữa chua…

Sau quá trình lên men, môi trường pH và nồng độ rượu được thay đổi, giúp ức chế vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm Việc bảo quản thực phẩm thường được kết hợp với chế biến để nâng cao hiệu quả bảo quản.

Ví dụ: Muối chua rau quả

7.2.2 Nguyên liệu, sự biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm a Nguyên liệu

Nguyên liệu cho quá trình lên men rất phong phú và đa dạng, tùy thuộc vào mục đích sản xuất mà có thể chuẩn bị các loại nguyên liệu khác nhau Tuy nhiên, nguyên liệu cần phải vừa nuôi dưỡng vi sinh vật vừa tạo ra sản phẩm mong muốn.

Để vi sinh vật phát triển và tổng hợp các sản phẩm trao đổi chất, cần cung cấp đầy đủ các chất như cacbon, nitơ và khoáng chất Sự biến đổi của nguyên liệu cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

Biến đổi sinh hóa trong quá trình lên men liên quan đến sự tham gia của vi sinh vật, giúp chuyển hóa các chất nhờ enzyme Các chu trình cơ bản của quá trình lên men đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sản phẩm cuối cùng.

- Chu trình đường phân - EMP

Quá trình lên men phụ thuộc vào loại vi sinh vật và điều kiện môi trường, dẫn đến việc tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau Sự biến đổi này có thể ảnh hưởng sâu sắc đến thực phẩm, vì vậy cần kiểm soát quá trình lên men để đảm bảo diễn ra theo một chu trình nhất định.

Biến đổi sinh học là quá trình mà enzyme do vi sinh vật tổng hợp tham gia vào việc chuyển hóa các cơ chất có trong nguyên liệu Trong môi trường lên men, vi sinh vật được phân loại thành hai loại chính.

- Vi sinh vật giống - cần phải tạo điều kiện để sinh trưởng, phát triển và sinh tổng hợp các chất tốt nhất

- Vi sinh vật tạp nhiễm - cần phải ức chế hoặc tiêu diệt Để tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật tạp nhiễm cần phải:

- Thanh, tiệt trùng môi trường lên men

- Điều khiển chế độ công nghệ để hạn chế nhiễm vi sinh vật

- Sử dụng các chất sát khuẩn, ức chế vi sinh vật tạp nhiễm