Bài tập lớn môn học kỹ thuật lạnh thực phẩm Đề tài mô hình cô Đặc lạnh, ứng dụng quy trình cô Đặc lạnh trong thực phẩm

PHẦN MỞ ĐẦUBảo quản thực phẩm là một trong những vấn đề quan trọng mà con ngườiphải đối mặt nhằm để giữ được thực phẩm mRnh tiêu thụ ở điều kiện tốt nhất.Khi chúng ta bảo quản chúng khôn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

KHOA CÔNG NGHỆ

KIỂM TRA GIỮA KÌ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH CÔ ĐẶC LẠNH, ỨNG DỤNG QUY TRÌNH CÔ ĐẶC

LẠNH TRONG THỰC PHẨM GVHD: THS TRẦN VĂN KHÁNH LỚP: 3272.65267

Mã học phần: HP0870130 HỌC KỲ: 05 – NĂM HỌC: 2024 - 2025 Khóa: 18 (2022 - 2026)

THỰC HIỆN: NHÓM 4

Đồng Nai - 2024 LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin cảm ơn Khoa Công nghệ đã mở môn KỹThuật Lạnh Thực Phẩm, tạo điều kiện cho chúng em có cơ hội học hỏi và tổnghợp những kiến thức, kỹ năng được truyền đạt để có thể thực hiện một bài tiểuluận hoàn chỉnh Chúng em đã có cơ hội vận dụng những kiến thức được trang

bị ở giảng đường Đại học, nơi chúng em được giáo dục, đào tạo

Đồng thời, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS TrầnVăn Khánh, giảng viên bộ môn Kỹ Thuật Lạnh Thực Phẩm Qua những bài họcquan trọng của thầy đã giúp nhóm em hiểu biết thêm kiến thức về công nghệbảo quản lạnh Hơn thế, thầy đã giúp nhóm giải quyết những vấn đề, thắc mắcgặp phải và cho chúng em nhiều góp ý, nhận xét quý giá để hoàn thành đề tàinày Nhờ đó mà nhóm có thể thực hiện báo cáo này một cách tốt nhất và hoànthành đúng tiến độ

DQ đã rất cố gắng hoàn thành bài tiểu luận nhưng trong quá trRnh làm bài

do kiến thức chuyên môn vẫn còn hạn chế nên khó tránh khỏi những sai sót,nhóm chúng em mong muốn và luôn sẵn sàng đón nhận những góp ý, nhận xét

từ thầy để đề tài thêm phần hoàn thiện hơn

Một lần nữa, chúng em xin trân trọng cảm ơn thầy

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA QUÁ TRÌNH

06 Nguyễn Hoài Thanh Trâm 141802068 21DTP1 100%

07 Trần Nguyễn Minh Triết 1721021507 21DTP1 0%

08 Nguyễn Thị Nhã Linh 1721030578 21DTP1 100%

09 Nguyễn Minh Thông 1822040135 22DTP1 80%

ii

MỤC LỤC

A PHẦN MỞ ĐẦU 1

B PHẦN NỘI DUNG 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2

1.1 Khái niệm

Error: Reference source not found 1.2 Các phương pháp cô đặc

Error: Reference source not found 1.2.1 Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển 2

1.2.2 Phương pháp cô đặc chân không 3

1.2.3 Phương pháp cô đặc chân không 4

1.2.4 Phương pháp cô đặc thẩm thấu ngược 5

1.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp 5

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG CÔ ĐẶC LẠNH 7

2.1 Nguyên lí làm việc 7

2.2 Mô hRnh hệ thống 8

2.3 Thiết bị 8

2.3.1 BRnh nhập liệu 8

2.3.2 Thiết bị kết tinh 9

2.3.3 Cột rửa 10

2.3.4 Thiết bị gia nhiệt 11

2.3.5 Máy bơm 11

2.3.6 Van 12

2.4 Rủi ro tiềm ẩn và cách khắc phục 13

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC LẠNH 15

3.1

Ngành thực phẩm và đồ uống 15

3.2

Ngành dược phẩm 16

3.3

Ngành hóa chất 16

3.4

Ngành công nghệ sinh học 16

3.5

Ngành mỹ phẩm 16

C PHẦN KẾT LUẬN 18

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

A PHẦN MỞ ĐẦU

Bảo quản thực phẩm là một trong những vấn đề quan trọng mà con ngườiphải đối mặt nhằm để giữ được thực phẩm mRnh tiêu thụ ở điều kiện tốt nhất.Khi chúng ta bảo quản chúng không đúng cách hoặc không quan tâm tới việcbảo quản sau thu hoạch hay chế biến, điều đó sẽ làm thực phẩm dễ bị hư hỏngdẫn đến việc không thể tiêu thụ cũng như sản xuất các sản phẩm từ các nguồnnguyên liệu đã bị hư như vậy Khi người tiêu dQng không may sử dụng nhữngthực phẩm đó, họ sẽ bị ngộ độc thực phẩm, nếu trong trường hợp xấu nhất sẽdẫn đến tử vong

Ngày nay, sự phát triển của khoa học công nghệ cQng với nhu cầu ăn uốngcủa người tiêu dQng, thực phẩm sẽ được xử lí kĩ càng khi ở khâu nhập liệu cũngnhư sản xuất chế biến, đảm bảo rằng thực phẩm sẽ luôn được bảo quản tốt, tránh

sự hao tổn, hỏng hóc, Do đó ngành Công nghệ thực phẩm sẽ phải phát triểnmạnh mẽ để đáp ứng kịp thời, đưa ra các phương bảo quản khác nhau để có thểgiữ được thời gian dài bảo quản cũng như đạt chất lượng tốt nhất cho đa dạngthực phẩm

Qua vấn đề trên, chúng em quyết định tRm hiểu về một trong những phươngpháp bảo quản thực phẩm đang sử dụng hiện nay - Phương pháp cô đặc lạnh.Nhằm tRm hiểu được một hệ thống cô đặc lạnh sẽ hoạt động như thế nào cũngnhư ứng dụng của nó trong đời sống sẽ ra sao, chúng em sẽ báo cáo về đề tài nàynhằm giải đáp những thắc mắc trên

B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 1.1 Khái niệm

Cô đặc là quá trRnh làm bay hơi hoặc bốc hơi một phần dung môi của dungdịch chứa chất tan không bay hơi, nhằm mục đích tăng nồng độ chất tan, táchchất rắn hòa tan hoặc thu hồi dung môi Quá trRnh này được thực hiện ở nhiệt độsôi dưới các áp suất khác nhau (áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suấtdương) và có thể diễn ra trong hệ thống một hoặc nhiều thiết bị cô đặc Cô đặcthường dQng trong sản xuất các loại mứt quả, nước quả cô đặc, siro…

1.2 Các phương pháp cô đặc

1.2.1 Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển

Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển dựa trên nguyên tắc làm bay hơinước khi gia nhiệt Quá trRnh cô đặc được thực hiện ở điều kiện áp suất khíquyển

Nguyên liệu thực phẩm được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Khi đó, nước bayhơi và nồng độ chất khô của sản phẩm tăng dần theo thời gian cô đặc Tốc độbay hơi nước của dịch cô đặc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

- Diện tích tiếp xúc giữa thực phẩm và tác nhân gia nhiệt

- Sự chuyển động của thực phẩm trong thiết bị cô đặc

- Tính chất của thực phẩm

Thời gian cô đặc phụ thuộc vào tốc độ bay hơi Tốc độ bay hơi càng cao thRthời gian cô đặc càng ngắn

Trong điều kiện áp suất khí quyển, dịch quả có nhiệt độ sôi khoảng 100oC

Ở môi trường có nhiệt độ cao, chất lượng thực phẩm rất dễ bị biến đổi Sảnphẩm sau khi cô đặc thường bị sẫm màu, thay đổi mQi vị, tổn thất vitamin và cácchất dinh dưỡng

1.2.2 Phương pháp cô đặc chân không

Hiện nay, hầu hết các sản phẩm thực phẩm đều được cô đặc trong điềukiện chân không Đây phương pháp khắc phục được nhược điểm của phươngpháp cô đặc tại áp suất khí quyển

Hình 1.1 Máy cô đặc chân không

Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào áp suất của môi trường Khi áp suất hơi càngthấp thR nhiệt độ sôi càng giảm Áp dụng nguyên lý này, áp suất môi trườngđược hạ thấp trong quá trRnh cô đặc Thông thường, áp suất được giảm đến mức

đủ để nhiệt độ sôi nằm trong khoảng 45 – 70 C tQy theo loại nguyên liệu và mụcođích cô đặc

Việc giảm nhiệt độ sôi giúp hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến chấtlượng thực phẩm Tuy nhiên, nhiệt độ 45 – 70 C là khoảng nhiệt độ thích hợpocho các enzyme hoạt động VR vậy, nguyên liệu trước khi cô đặc cần được đunnóng đến 80 – 95 C trong thời gian ngắn Quá trRnh này có mục đích vô hoạtoenzyme, ngăn ngừa enzyme hoạt động làm giảm chất lượng sản phẩm

1.2.3 Phương pháp cô đặc bằng lạnh đông

Cô đặc bằng lạnh đông là phương pháp cô đặc dựa trên sự phát triển của kỹthuật lạnh Trong phương pháp này, dịch quả được làm lạnh đông Trong quátrRnh làm lạnh đông, các phân tử nước kết tinh và kích thước tinh thể đá lớn dầntạo thành khối băng Hỗn hợp thu được gồm 2 pha: pha rắn là tinh thể đá và phalỏng là dịch quả có nồng độ chất khô cao (dịch quả cô đặc)

]Hình 1.2 Máy cô đặc bằng lạnh đông

Nồng độ dịch quả cô đặc phụ thuộc vào mức độ đóng băng của nước Nướcđóng băng càng nhiều thR hàm lượng chất khô của sản phẩm cuối cQng càng cao

Ở điều kiện nhiệt độ càng thấp, quá trRnh lạnh đông diễn ra càng nhanh và tinhthể đá tạo thành càng nhiều

Quá trRnh đóng băng không chỉ làm kết tinh nước mà còn làm đông tụpectin, chất tạo nhớt… Nhờ đó, dịch quả sau khi cô đặc được trong hơn Sảnphẩm cô đặc lạnh đông có chất lượng rất cao do không chịu tác động xấu từnhiệt độ

Tuy nhiên, cô đặc bằng lạnh đông không thể nâng nồng độ chất khô lêncao như phương pháp làm bay hơi nước Nguyên nhân là do khi nồng độ dịchcàng cao thR nhiệt độ đóng băng càng thấp Khi đó, lượng tinh thể đá tạo thànhngày càng ít và lượng dịch mất theo đá ngày càng tăng Nồng độ chất khô caonhất có thể thu được khi cô đặc lạnh đông vào khoảng 60 – 62%

Ngoài ra, cô đặc bằng lạnh đông tiêu hao năng lượng rất lớn, yêu cầu trangthiết bị phức tạp VR vậy, sản phẩm cô đặc lạnh đông thường có giá thành cao.Đây là nguyên nhân hạn chế khả năng ứng dụng của phương pháp này

1.2.4 Phương pháp cô đặc thẩm thấu ngược

Thẩm thấu là hiện tượng xuất hiện khi ngăn cách các dung dịch có nồng độkhác nhau bởi một màng bán thấm Màng bán thẩm là một màng đặc biệt, ngăncản các chất hòa tan nhưng lại cho nước đi qua Khi đó, dưới tác dụng của ápsuất thẩm thấu, nước từ dung dịch có nồng độ thấp hơn sẽ thẩm thấu qua màngcho đến khi nồng độ hai dung dịch cân bằng nhau

Cô đặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược là phương pháp làm ngượcchiều của dòng thẩm thấu Để làm được điều này, cần tác dụng lên dung dịchđặc hơn một áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu giữa hai dung dịch đó Phương

án này được thực hiện bằng cách tạo ra dòng chảy mạnh đối với dung dịch đặcbằng một bơm cao áp

Khi đó, nước sẽ dịch chuyển từ dung dịch có nồng độ chất tan cao sangdung dịch có nồng độ chất tan thấp Kết quả là nồng độ dung dịch đặc hơn tiếptục được tăng cao

Phương pháp cô đặc bằng thẩm thấu ngược không làm ảnh hưởng đến chấtlượng sản phẩm Tuy nhiên, phương pháp này cũng làm tổn thất một số muối,acid phân tử nhỏ và không thể cô đặc đến nồng độ quá cao

1.3 Ưu, nhược điểm

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG CÔ ĐẶC LẠNH 2.1 Nguyên lí làm việc

Phương pháp này dQng hệ thống lạnh lấy nhiệt của dung dịch thực phẩm đi

để làm lạnh dung dịch (A B), đưa nhiệt độ dung dịch đến nhiệt độ kết tinhàcủa dung môi trong dung dịch (tại B dung môi bắt đầu kết tinh), khi đó dungmôi kết tinh trước chất tan, khi dung môi kết tinh tách ra khỏi dung dịch làm chonồng độ dung dịch tăng lên, nhiệt độ kết tinh của dung môi trong dung dịch càngngày càng giảm theo độ tăng của nồng độ dung dịch (quá trRnh kết tinh của dungmôi lúc này đi theo đường B C, tại C dung môi kết tinh hoàn toàn), khôngàbao giờ đưa trạng thái dung dịch đến C, khi nồng đồ dung dịch đạt nồng độ yêucầu công nghệ đặt ra tại một điển nào đó thuộc đoạn BC thR quá trRnh cô đặcdừng lại

Với phương pháp này hầu như màu mQi, vitamin, các hợp chất sinh học, của thực phẩm được giữ nguyên hoàn toàn Hiện nay phương pháp này đượcứng dụng để cô đặc các loại nước ép trái cây, Sản phẩm làm ra giữ được các tínhchất như tự nhiên ban đầu

Hình 2.1 Biểu đồ pha của hệ nhị phân muối-nước

2.2 Mô hình hệ thống

Hình 2.2 Hệ thống cô đặc lạnh 2.3 Thiết bị

2.3.1 Bình nhập liệu

BRnh nhập liệu là thiết bị dQng để chứa và chuẩn bị dung dịch thực phẩmtrước khi đưa vào hệ thống cô đặc lạnh BRnh này thường được thiết kế với khảnăng chịu áp suất và nhiệt độ thích hợp để đảm bảo sự ổn định của dung dịchđầu vào

Mục đích:

BRnh này đảm bảo rằng dung dịch thực phẩm được lưu trữ an toàn và sẵnsàng đưa vào quy trRnh tiếp theo BRnh nhập liệu giúp bảo vệ dung dịch khỏi sựbiến đổi không mong muốn trước khi vào quy trRnh cô đặc như việc ngăn ngừatRnh trạng tách pha, kết tủa của dung dịch hoặc biến đổi chất lượng thực phẩm

Nguyên lí hoạt động :

Dung dịch thực phẩm (ví dụ: sữa, nước trái cây, dịch chiết từ thực vật) sẽđược nạp vào bRnh nhập liệu thông qua hệ thống bơm hoặc van kết nối BRnhnhập liệu cần được duy trR ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp, và có thểcần được khuấy nhẹ để tránh hiện tượng phân lớp Các thông số nhiệt độ, áp suấttrong bRnh cần được giám sát thường xuyên để đảm bảo dung dịch đầu vào luônđạt chất lượng tốt nhất

Tiêu chí vận hành:

- Đầu tiên kết nối hệ thống đường dẫn và đảm bảo rằng bRnh nhập liệu sạch

sẽ, không chứa tạp chất từ lần sử dụng trước đó Sau đó đặt dung dịch thựcphẩm vào bRnh nhập liệu qua van nạp liệu

- Kiểm tra và điều chỉnh nhiệt độ, áp suất để đảm bảo phQ hợp với yêu cầu

cụ thể của quá trRnh và tránh những sai sót xảy ra

- Người thực hiện sẽ luôn theo dõi các cảm biến để duy trR điều kiện tối ưu,đặc biệt là khi vận chuyển dung dịch từ bRnh nhập liệu đến các bước tiếp theo

2.3.2 Thiết bị kết tinh

Thiết bị kết tinh là nơi mà quá trRnh làm lạnh được sử dụng để chuyển cácchất cần cô đặc từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn (kết tinh) Quá trRnh nàyyêu cầu kiểm soát nhiệt độ rất chặt chẽ để đảm bảo các thành phần mong muốnkết tinh mà không ảnh hưởng đến các chất còn lại Bên trong bRnh có thể có hệthống khuấy trộn để đảm bảo dung dịch được đồng nhất

Mục đích:

Tạo ra sự kết tinh của các chất cần cô đặc, chẳng hạn như đường, protein,hoặc các thành phần hữu ích khác từ dung dịch thực phẩm Quá trRnh kết tinhgiúp tách phần dung dịch lỏng không cần thiết như nước, từ đó giúp tăng nồng

độ của chất cần thu hồi Thiết bị này làm giảm bớt lượng nước trong sản phẩm

mà không cần phải sử dụng nhiệt độ cao, bảo toàn các thành phần nhạy cảm vớinhiệt như vitamin, enzyme hay các hợp chất thơm trong thực phẩm

Nguyên lí hoạt động :

Nguyên liệu sau khi rời khỏi bRnh nhập liệu sẽ được đưa vào thiết bị kếttinh, tại đây quá trRnh làm lạnh bắt đầu diễn ra Qua việc làm giảm nhiệt độ dungdịch thực phẩm xuống dưới điểm đóng băng của nước nhưng sẽ không dướinhiệt độ đóng băng của các chất cần thiết lại không đóng băng toàn bộ, chỉ cócác thành phần cụ thể sẽ kết tinh

Tốc độ và thời gian làm lạnh cần được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo kếttinh đúng loại chất mong muốn và tránh tRnh trạng kết tinh quá mức

Tiêu chí vận hành:

- Trước khi đưa dung dịch vào thiết bị kết tinh, phải đảm bảo rằng dungdịch đã được lọc sơ bộ để loại bỏ cặn bẩn hoặc tạp chất Sau đó cài đặt nhiệt độmục tiêu dựa trên thành phần cụ thể của dung dịch

- Chú ý rằng mỗi loại thực phẩm sẽ có điểm kết tinh khác nhau, ví dụ, nước

ép từ trái cây có thể cần nhiệt độ từ -10°C đến -15°C

- Cuối cQng, kích hoạt hệ thống làm lạnh và theo dõi tốc độ kết tinh QuátrRnh này cần diễn ra một cách chậm rãi để đảm bảo rằng các tinh thể có kíchthước đều và dễ dàng tách ra khỏi dung dịch lỏng Khi tinh thể đã kết tinh đủ,quá trRnh kết tinh sẽ dừng và dung dịch được chuyển qua bước tiếp theo

2.3.3 Cột rửa

Cột rửa là thiết bị được thiết kế để làm sạch các tinh thể cô đặc đã được tạo

ra từ thiết bị kết tinh Đây là bước quan trọng để loại bỏ các tạp chất còn lại bámvào bề mặt của tinh thể

Mục đích:

Thiết bị sẽ loại bỏ tạp chất và các phần dung dịch lỏng còn sót lại sẽ cảithiện chất lượng sản phẩm cô đặc, giúp tăng độ tinh khiết của tinh thể cô đặc vàđảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra

Nguyên lí hoạt động :

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của cột rửa

Sau khi kết tinh, tinh thể sẽ được dẫn vào cột rửa Nước sạch hoặc mộtdung môi thích hợp sẽ được bơm qua cột để loại bỏ những thành phần lỏng hoặctạp chất còn sót lại Nước rửa cần được điều chỉnh lưu lượng và nhiệt độ sao chokhông làm tan tinh thể nhưng vẫn loại bỏ được tạp chất

2.3.4 Thiết bị gia nhiệt

Đây là thiết bị có chức năng chuyển tinh thể cô đặc trở lại trạng thái lỏngthông qua việc áp dụng nhiệt độ phQ hợp Quá trRnh này nhằm tạo điều kiệnthuận lợi cho việc đóng gói hoặc xử lý tiếp theo

Mục đích:

Chuyển hóa các tinh thể đã cô đặc và được rửa sạch trở lại dạng lỏng Thiết

bị nung chảy cho phép sản phẩm cuối cQng đạt được độ đồng nhất cao, giúp dễdàng quản lý và đóng gói hơn hoặc tiếp tục xử lý như cô đặc lần hai

Nguyên lí hoạt động :

Các tinh thể sẽ được nung chảy dưới một mức nhiệt độ kiểm soát để khônglàm phá hủy các thành phần dinh dưỡng hay làm mất chất lượng của sản phẩm.Trước khi tiến hành, nhiệt độ nung chảy phải được tính toán kỹ lưỡng để đảmbảo quá trRnh nung chảy hiệu quả mà không làm hỏng cấu trúc của tinh thể

Tiêu chí vận hành :

Kiểm tra nhiệt độ nung chảy phQ hợp cho sản phẩm, thông thường chỉ nên

ở mức vừa đủ để tinh thể chuyển thành lỏng mà không bị phân hủy

Bật thiết bị nung chảy và theo dõi quá trRnh Cần đảm bảo rằng các thông

số nhiệt độ luôn trong phạm vi an toàn

2.3.5 Máy bơm