Các kĩ thuật chế biến tối thiểu

Các kĩ thuật chế biến tối thiểu

Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT Chương 2: Các kỹ thuật chế biến tối thiểu 2.1 Sử dụng kỹ thuật UHT trong chế biến tối thiểu thực phẩm [1, 7, 11, 15] UHT (ultra high temperature hoặc ultra heat treament) là một kỹ thuật bảo quản thực phẩm bằng cách tiệt trùng thực phẩm ngoài bao bì, ở nhiệt độ rất cao (125-145 o C) trong thời gian ngắn cỡ vài giây. Đây là kỹ thuật giúp khắc phục được rất nhiều những nhược điểm mà các kỹ thuật xử lý bằng nhiệt thông thường khác không có được, và đang được ứng dụng nhiều trong sản xuất thực phẩm chế biến tối thiểu. 2.1.1. Ưu nhược điểm của UHT Ưu điểm:  Nhiệt độ tiệt trùng cao (>100 o C) nên tiêu diệt được hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh và không gây bệnh, vô hoạt không thuận nghòch các enzym có trong thực phẩm. Do vậy, kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm. Thời gian bảo quản của sản phẩm tiệt trùng UHT có thể kéo dài trên 6 tháng mà không cần phải bảo quản lạnh.  Sản phẩm tiệt trùng bằng UHT có độ an toàn vi sinh cao, an toàn đối với người sử dụng.  Thời gian tiệt trùng ngắn nên hạn chế được những biến đổi không mong muốn xảy ra như phản ứng tạo màu sắc, mùi vò, cấu trúc biến đổi, tổn thất các vitamin và khoáng chất…  Sản phẩm giữ được độ tươi, giá trò cảm quan và dinh dưỡng giống như ban đầu. Nhược điểm:  Thiết bò phức tạp, giá thành cao.  Yêu cầu bao bì dùng bao gói thực phẩm đem tiệt trùng phải làm bằng vật liệu bền nhiệt và không bò biến đổi, không sinh ra những chất độc hại.  Cần phải có đội ngũ bảo trì sửa chữa thiết bò được đào tạo chu đáo. 2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng  Hệ vi sinh vật trong thực phẩm: Thực phẩm thường chứa nhiều loại vi sinh vật, mỗi loài có một giá trò D (thời gian cần thiết để giảm 90% số lượng vi sinh vật ban đầu ở một nhiệt độ nhất đònh) khác nhau. Do vậy, khi tiến hành tiệt trùng cần lựa chọn các thông số nhiệt độ và thời gian cho thích hợp. SV: Võ Thò Thu Hằng 13 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT  Thành phần hoá học của thực phẩm: đối với sản phẩm thực phẩm, việc lựa chọn chế độ tiệt trùng phụ thuộc vào pH của sản phẩm. Nếu pH cao (>4.5) thì nhiệt độ tiệt trùng phải lớn, ngược lại, sản phẩm có pH thấp (<4.5) thì có thể rút ngắn thời gian và nhiệt độ tiệt trùng. Các hợp chất hoá học trong thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt khác nhau. Ví dụ: lipid trong thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt rất thấp nên thực phẩm có hàm lượng lipid cao sẽ cần thời gian tiệt trùng dài hơn.  Tính chất vật lý của sản phẩm : quá trình truyền nhiệt phụ thuộc vào trạng thái vật lý (lỏng, rắn…) của thực phẩm. Đối với thực phẩm dạng lỏng, thời gian tiệt trùng sẽ ngắn hơn thực phẩm dạng rắn do tốc độ truyền nhiệt cao hơn. 2.1.3. Thiết bò Thiết bò tiệt trùng UHT được phân loại dựa vào phương pháp gia nhiệt, bao gồm:  Thiết bò gia nhiệt trực tiếp  Thiết bò gia nhiệt gián tiếp. 2.1.3.1 Thiết bò gia nhiệt trực tiếp: Trong trường hợp gia nhiệt trực tiếp, người ta sẽ sử dụng hơi để gia nhiệt sản phẩm bằng cách cho hơi tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm thực phẩm cần tiệt trùng. Có 2 phương pháp để gia nhiệt trực tiếp sản phẩm là: Phương pháp phun hơi (steam injection) Phương pháp trộn hơi (steam infusion) Phương pháp phun hơi: Người ta tiến hành phun hơi áp lực cao bằng vòi phun vào dòng thực phẩm cần tiệt trùng đã được gia nhiệt trước. Thiết bò (hình 2.1) có dạng ống, nằm ngang, phía dưới thân trụ là cửa cho thực phẩm (dạng lỏng), phía trên thân trụ là cửa cho hơi vào. Thực phẩm được bơm từ phía dưới và hơi được nén vào thiết bò từ phía trên thông qua ống phun để trộn với thực phẩm. Hỗn hợp thực phẩm-hơi sẽ được đẩy tiếp qua thiết bò giữ nhiệt. Phương pháp trộn hơi: Phương pháp này khác cơ bản với phương pháp phun hơi ở cách cho hơi vào. đây, dòng thực phẩm lỏng sẽ được bơm qua một vòi phân phối và phun vào buồng chứa hơi áp lực cao. Thiết bò (hình 2.2) có dạng hình trụ đứng, nắp bằng, đáy hình nón. Thực phẩm dạng lỏng được bơm vào theo ống dẫn từ phía trên và được phun xuống đáy thiết bò dưới dạng hạt SV: Võ Thò Thu Hằng 14 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT mòn. Hơi sẽ được nén vào vò trí gần đáy côn. Khi đó, hỗn hợp thực phẩm-hơi được trộn đều và sẽ thoát ra khỏi thiết bò từ phía đáy để đi vào thiết bò giữ nhiệt. Hình 2.1: Thiết bò phun hơi [1, 11] Hình 2.2: Thiết bò trộn hơi [1, 11] Phương pháp gia nhiệt trực tiếp có ưu nhược điểm sau: Ưu điểm :  Rút ngắn thời gian nâng nhiệt độ thực phẩm trong quá trình tiệt trùng.  Tiết kiệm năng lượng Nhược điểm:  Tác nhân gia nhiệt (hơi) đòi hỏi phải có độ tinh sạch cao do một số cấu tử trong hơi có thể bò lẫn vào sản phẩm sau quá trình xử lý nhiệt. Do đó, nước sử dụng cho nồi hơi trong trường hợp này phải đảm bảo những chỉ tiêu như nước uống.  Phối trộn thực phẩm-hơi sẽ làm tăng thể tích thực phẩm, loãng nồng độ sản phẩm nên sau quá trình tiệt trùng cần thêm thiết bò làm nguội chân không để tách bớt một phần nước trong sản phẩm. 2.1.3.2 Thiết bò gia nhiệt gián tiếp Trong trường hợp gia nhiệt gián tiếp, tác nhân gia nhiệt (hơi hoặc nước nóng) và sản phẩm không tiếp xúc trực tiếp với nhau mà thông qua bề mặt trao đổi nhiệt. Do vậy, cần thời gian dài hơn để tiệt trùng sản phẩm do tốc độ truyền nhiệt kém hơn phương pháp gia nhiệt trực tiếp Có 3 loại thiết bò trao đổi nhiệt phổ biến là:  Trao đổi nhiệt dạng bản mỏng (plate heat exchangers)  Trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống (Tubular exchangers)  Trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học (scraped-surface heat exchangers) SV: Võ Thò Thu Hằng 15 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT Thiết bò trao đổi nhiệt dạng bản mỏng (hình 2.3) Bộ phận chính của thiết bò là những tấm bảng mỏng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ. Mỗi tấm bảng sẽ có 4 lỗ tại 4 góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Khi ghép các tấm bảng mỏng với nhau trên bộ phận khung của thiết bò, sẽ hình thành nên những hệ thống vào và ra cho thực phẩm và chất tải nhiệt. Hình 2.3: Thiết bò trao đổi nhiệt dạng bản mỏng [1, 11] Thiết bò trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống  Thiết bò với cấu hình một kênh hoặc nhiều kênh (mono/multichannels) (hình 2.4): Thiết bò có bề mặt truyền nhiệt là thân các ống trụ có cùng trục nhưng đường kính khác nhau. Trong quá trình làm việc, thực phẩm và chất tải nhiệt được chuyển động ngược chiều, xen kẽ nhau trong những kênh được tạo ra bởi khoảng không gian giữa các ống trụ cùng trục trong thiết bò. Kênh ngoài cùng luôn chứa chất tải nhiệt. Thông thường, các ống trụ được thiết kế với bề mặt gồ ghề để tạo ra những dòng chảy rối, nhờ đó hiệu quả truyền nhiệt sẽ được cải thiện.  Thiết bò với cấu hình một hoặc nhiều ống (mono/multitubes) (hình 2.5): Đây là cấu hình cổ điển của thiết bò trao đổi nhiệt dạng ống Trường hợp 1: thiết bò gồm 2 ống hình trụ cùng trục nhưng đường kính khác nhau và được đặt lồng vào nhau. Thực phẩm sẽ di chuyển trong các ống bên trong còn chất tảinhiệt sẽ di chuyển theo ống bên ngoài. Trường hợp 2: Thiết bò gồm 1 chùm ống hình trụ song song có cùng đường kính được đặt bên trong một ống hình trụ lớn. Thực phẩm sẽ di chuyển trong các ống hình trụ nhỏ, còn SV: Võ Thò Thu Hằng 16 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT chất tải nhiệt sẽ di chuyển trong khoảng không gian giữa thân trong ống trụ lớn và thân ngoài ống trụ nhỏ. Thiết bò trao đổi nhiệt dạng ống có thể được sử dụng để tiệt trùng thực phẩm dạng huyền phù. Tuy nhiên, khi ta so sánh với các thiết bò trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng, sự truyền nhiệt trong ống kém hiệu quả hơn. Hình 2.4: Thiết bò cấu hình nhiều kênh , [1, 11] Hình 2.5: Thiết bò cấu hình nhiều ống, [1, 11] Thiết bò trao đổi nhiệt dạng ống có bộ phận khuấy trộn cơ học (hình 2.6) Nhìn chung, thiết bò này gần giống với thiết bò trao đổi nhiệt dạng ống. Nó bao gồm 2 ống hình trụ cùng trục nhưng kích thước đường kính khác nhau và được đặt lồng vào nhau. Bề mặt 2 thân trụ bằng phẳng. Tại vò trí trục chung là rotor có gắn thanh khuấy có thể tháo SV: Võ Thò Thu Hằng 17 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT ráp được. Trên bề mặt rotor và thanh khuấy có gắn một số thanh chắn theo phương thẳng đứng. Trục gắn các thanh khuấy được nối với một motor đặt phía trên hai ống trụ. Thiết bò này dùng tiệt trùng thực phẩm có độ nhớt cao, thực phẩm dạng huyền phù. Hoạt động: thực phẩm được bơm vào ống trụ bên trong từ phía đáy thiết bò và được tháo ra khỏi thiết bò từ trên đỉnh. Ngược lại, chất tải nhiệt sẽ được nạp vào từ phía trên đỉnh theo khoảng không gian được tạo ra giữa 2 thân trụ và tháo ra ngoài từ phía gần đáy. Trong quá trình làm việc, các cánh khuấy và thanh chắn sẽ quay, giúp cho sự truyền nhiệt được diễn ra nhanh và tốt hơn. Hình 2.6: Thiết bò dạng ống có bộ phận khuấy trộn cơ học, [1, 11] 2.1.4. Ứng dụng kỹ thuật tiệt trùng UHT trong chế biến tối thiểu UHT được sử dụng chủ yếu để tiệt trùng các sản phẩm thực phẩm dạng lỏng như sữa, nước ép trái cây nhằm tiêu diệt vi sinh vật, vô hoạt enzym mà không làm ảnh hưởng tới giá trò cảm quan và dinh dưỡng của sản phẩm. Chế độ tiệt trùng áp dụng trong UHT thường là: nhiệt độ từ 125-145 o C, thời gian vài giây. Ví dụ: sữa tươi được tiệt trùng bằng UHT ở 135 o C, trong thời gian 3s. Sản phẩm sữa tiệt trùng UHT có thể bảo quản được tới 6 tháng mà không cần giữ lạnh. nh hưởng của kỹ thuật tới chất lượng thực phẩm  Màu sắc: SV: Võ Thò Thu Hằng 18 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT Trong quá trình tiệt trùng bằng kỹ thuật UHT, các sắc tố trong sản phẩm hầu như không bò phá huỷ mà vẫn được giữ nguyên. Chỉ xuất hiện một ít màu nâu do phản ứng caramen và phản ứng Maillard gây ra nhưng không đáng kể. SV: Võ Thò Thu Hằng 19 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT  Mùi vò: Các loại sản phẩm như sữa, nước ép trái cây hầu như đều giữ được mùi vò ban đầu. Nếu so với phương pháp đóng hộp tiệt trùng truyền thống thì đây là một ưu điểm lớn. Phương pháp truyền thống thường gây ra sự thay đổi mùi vò sản phẩm nghiêm trọng như hình thành mùi nấu hay tạo thành trên 600 hợp chất gây mùi khác nhau do các phản ứng phức tạp diễn ra trong quá trình xử lý nhiệt.  Tổn thất chất dinh dưỡng: Tiệt trùng bằng UHT, các vitamin trong thực phẩm như thiamin, pyridoxine bò giảm. Các viatamin còn lại hầu như không thay đổi nhiều như riboflavin, acid pantothenic, biotin, acid nicotinic và vitamin B 6 . Ramesh (1999) đã nghiên cứu sự tổn thất vitamin của sữa trong suốt quá trình tiệt trùng UHT như bảng sau: Bảng 2.1: Thay đổi giá trò dinh dưỡng của sữa sau tiệt trùng UHT và tiệt trùng trong chai ([7], p 275) a: UHT trực tiếp ở 135 o C, trong 2s (12.3%). UHT gián tiếp ở 135 o C, trong 2s (40.3%) SV: Võ Thò Thu Hằng 20 GVHD. Thầy Lại Quốc Đạt . Chương 2 Kỹ thuật tiệt trùng UHT Chương 2: Các kỹ thuật chế biến tối thiểu 2.1 Sử dụng kỹ thuật UHT trong chế biến tối thiểu thực phẩm [1, 7,. nhược điểm mà các kỹ thuật xử lý bằng nhiệt thông thường khác không có được, và đang được ứng dụng nhiều trong sản xuất thực phẩm chế biến tối thiểu. 2.1.1.