“BÃO HÒA CO2”

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

★★★

BÀI TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT

GVHD: PHAN THỊ HỒNG LIÊN

SVTH: NGUYỄN THỊ KIM NGÂN 3005080167

TP.HCM, 02/05/2010

TP.HCM, 02/05/2010

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN BÃO HÒA CO2 TRONG NƯỚC GIẢI KHÁT 6

1.1 KHÍ CARBONIC 6

1.1.1 NGUỒN GỐC CO 2 .6

1.1.1.1 THU NHẬN CO 2 TỪ QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA VÀ RƯỢU 6

1.1.1.2 THU NHẬN CO 2 TỪ PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY NGUYÊN LIỆU 7

1.1.2 TÁC DỤNG CO 2 .7

1.1.3 ĐẶC TÍNH CO 2 .8

1.2 ĐỊNH NGHĨA “BÃO HÒA CO 2” 8

1.3 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH BÃO HÒA CO 2 .8

1.4 CÁC YẾU TÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BÃO HÒA CO 2 .9

1.4.1 NHIỆT ĐỘ 9

1.4.2 ÁP SUẤT 9

1.4.3 CÁC YẾU TỐ KHÁC 10

1.5 XỬ LÍ CO 2 CHO QUÁ TRÌNH BÃO HÒA 10

CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH BÃO HÒA CO2 12

2.1 PHƯƠNG PHÁP BÃO HÒA CO2 12

2.1.1 PHƯƠNG PHÁP POSTMIX 12

2.1.2 PHƯƠNG PHÁP PREMIX 13

2.2 THIẾT BỊ BÃO HÒA CO2 13

2.2.1 MÁY BÀI KHÍ 13

2.2.2 MÁY BÀI TRỘN SIRO 14 2.2.3 MÁY LẠNH 14 2.2.4 MÁY BÃO HÒA CO2 15

2.2.4.1 MÁY BÀI KHÍ NƯỚC NGUYÊN LIỆU VÀ PHỐI TRỘN NƯỚC VỚI SYRUP THÀNH PHẨM TRƯỚC, SAU ĐÓ TIẾN HÀNH BÃO HÒA CO2 16

2.2.4.2 MÁY BÃO HÒA CO2 CÓ HAI LOẠI: LÀ DẠNG MÀNG MỎNG VÀ DẠNG PHUN 16

2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG XẤU ĐẾN KẾT QUẢ BÃO HÒA 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với tốc độ hóa đô thị và công nghiệp hóa của đất nước, nghành công nghệ thực phẩm đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Đóng vai trò chủ lực trong đó có lĩnh vực chế biến đồ uống.

Nước ta nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới có ưu điểm là thị trường giải khát lớn Uống là một trong những nhu cầu cơ bản của con người Mặt khác, với sức nóng của những ngày hè oi bức như hiện nay thì nhu cầu giải khát là một vấn đề vô cùng thiết yếu trong cuộc sống Vì thế, nhu cầu giải khát cũng là một trong những mục tiêu cần phải đặt trên hàng đầu Các loại thức uống ngày nay rất đa dạng Thế nhưng, các loại nước giải khát có gas (CO 2 ) sẽ giúp con người giải khát một cách triệt để khi ta uống Do vậy, ngày càng có nhiều sản phẩm ra đời đa dạng với nhiều tên gọi khác nhau nhưng có chung điểm đều là nước giải khát có gas (CO 2 ).

Nước giải khát có gas (CO 2 ) không chỉ giải khát triệt để cơn khát mà nó còn có nhiều tác dụng khác mà khiến người ta phải chọn nó Đơn giản là vì CO 2 khi hòa tan trong nước sẽ tạo ra một lượng nhỏ acid, tạo nên vị chua cho dung dịch kết hợp với vị chua của acid cùng hương liệu tạo nên vị chua đặc trưng cho sản phẩm Ngoài ra, còn bọt khí CO 2 tự do cũng kích thích vòm miệng, giúp cho sự tiêu hóa tốt hơn Không những thế nó có tác dụng như một chất bảo quản, góp phần trong việc bảo quản sản phẩm tránh bị hư hỏng.

Như chúng ta đều biết đặc tính quan trọng của CO 2 là dễ hòa tan trong nước Thế nhưng, quá trình bão hòa CO 2 trong nước giải khát còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất, thiết bị bão hòa, v.v … Vì vậy, sau đây là phần tìm hiểu sâu hơn, chi tiết hơn về quá trình bão hòa CO 2 trong nước giải khát.

Trong quá trình tìm hiểu và thu nhận thông tin chắc chắn sẽ không tránh khỏi được những sai sót Do đó, nhóm sinh viên chúng em mong nhận được những ý kiến đóng

góp của Cô để có thể hoàn thiện đề tài tiểu luận về: “ bão hòa CO 2 ” trong nước giải

khát.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN BÃO HÒA CO2 TRONG NƯỚC

GIẢI KHÁT

Nước giải khát pha chế không cồn được sản xuất bằng cách phối trộn syrup với acid hữu cơ, chất màu, hương liệu, chất ức chế vi sinh vật và một số phụ gia khác Sản phẩm có thể được bão hòa CO2 hoặc không

Dựa vào sự bão hòa CO2 có trong sản phẩm, người ta chia nước giải khát thành hai nhóm: sản phẩm có CO2 và sản phẩm không có CO2 Trên thị trường thế giới, nhóm sản phẩm có chứa CO2 phổ biến hơn và được sản xuất với số lượng rất lớn Còn nhóm sản phẩm không có chứa CO2 chỉ được tiêu thụ với một thị phần rất nhỏ

Công nghệ sản xuất nước giải khát pha chế không có chứa CO2 cũng tương

tự như công nghệ sản xuất nước giải khát pha chế có CO2 nhưng đơn giản hơn nhiều Điểm khác biệt chủ yếu trong quy trình sản xuất nước giải khát có gas là

có quá trình bão hòa CO2 Như thế, quá trình bão hòa CO2 là như thế nào? cũng như quy trình và thiết bị bão hòa CO2 trong nước giải khát ra sao? Vì thế, sau đây là phần tìm hiểu chi tiết đáp ứng những thắc mắc của các câu hỏi trên

1.1 KHÍ CARBONIC (CO 2 ):

Hình ảnh minh họa khí CO2

1.1.1 Nguồn gốc CO 2 :

Trong nước giải khát có gas, CO2 là yếu tố tạo nên sự đặc trưng của sản phẩm, không chỉ ảnh hưởng đến giá trị cảm quan mà còn góp phần làm tăng độ bền sinh học của chúng

Như chúng ta đều biết, trong thiên nhiên CO2 được tạo ra từ sự hô hấp của động, thực vật cũng như của con người CO2 cũng được tạo thành từ phản ứng cháy, nung vôi sống, phản ứng lên men, hoặc từ các giếng có chứa khí CO2 Thế nhưng, trong các nhà máy sản xuất nước giải khát thì CO2 thường được dùng từ hai nguồn:

 CO2 từ các phản ứng lên men của các nhà máy sản xuất cồn, bia

 CO2 được sản xuất do đốt cháy dầu DO với chất trung gian là (MEA) monoethanol amine

Các nhà máy sản xuất bia và rượu thường có phân xưởng sản xuất CO2 Trong công nghiệp bia và rượu, CO2 là một phụ phẩm của quá trình lên men ethanol từ đường

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + Q.

Trong quá trình lên men, một phần đường sẽ được chuyển hóa thành sinh khối nấm men và các sản phụ khác như rượu cao phân tử, acid hữu cơ, ester, … Ngoài ra một phần khí CO2 được sinh ra có thể bị thất thoát trong quá trình thu hồi Vì thế, tron thực tế người ta chỉ thu hồi được trung bình 70% lượng khí CO2 được sinh ra từ phương trình lên men nói trên

Kiểm soát lưu lượng khí

Khí CO2 được thu nhận từ quá trình lên men bia rượu sẽ bị lẫn các tạp chất

dễ bay hơi như aldehyt, rượu… Vì thế, ta cần phải xử lý tinh sạch CO2

1.1.1.2 Thu nhận CO 2 từ phản ứng đốt cháy nhiên liệu:

Người ta thường dùng dầu DO làm nguyên liệu sản xuất CO2 theo phản ứng đốt cháy

Dầu DO và không khí được đưa vào buồng đốt Các nhà sản xuất thường dùng bugi phát ra tia lửa điện để phản ứng xảy ra Đây là phản ứng tỏa nhiệt Sản phẩm chính sẽ là: CO2 và nước Tuy nhiên, hỗn hợp sau phản ứng đôt cháy, ngoài CO2 và hơi nước, còn lẫn rất nhiều tạp chất khác nhau

Hỗn hợp khí từ buồng đốt sẽ được đưa qua tháp Khi đó, một số tạp chất hòa tan được trong nước sẽ được tách bỏ, đồng thời hỗn hợp khí sẽ được làm mát Tiếp theo, hỗn hợp sẽ được đưa vào tháp kế tiếp có chứa monoethanol amine (MEA) Tại đây, CO2 sẽ được hấp thụ bởi MEA, còn các khí tạp sẽ được thoát

ra ngoài Hỗn hợp MEA và CO2 sẽ được đưa tiếp vào tháp giải nhiệt rồi đi vào tháp hấp để thu hồi MEA Riêng khí CO2 sẽ đi vào tháp làm mát để giảm nhiệt

độ và đi tiếp vào tháp để tiếp tục tinh sạch Trong tháp khí CO2 được xử lí bằng KMnO4 nhằm tách bỏ các tạp chất khử Rời tháp, khí CO2 sẽ được đưa đi vào tháp có chứa Na2CO3: các hợp chất acid sẽ được loại bỏ Sau đó, khí CO2 sẽ được đưa vào tháp để tách nước và đi vào thiết bị nén 3 cấp để tinh sạch CO2 để đưa vào sử dụng

1.1.2 Tác dụng CO 2 :

 CO2 góp phần tạo hương vị, mặc dù bản thân CO2 không có vị, nhưng khi hòa tan trong nước sẽ tạo ra một lượng nhỏ acid, điều này đủ tạo nên vị chua cho dung dịch, và kết hợp với vị chua của acid cùng hương liệu tạo nên vị đặc trưng cho sản phẩm

 Các bọt khí CO2 tự do cũng kích thích vòm miệng

 Các bọt khí CO2 sủi lên trên bề mặt sản phẩm làm cho sản phẩm hấp dẫn hơn

 CO2 giúp cho sự tiêu hóa tốt

 Tác dụng như một chất bão quản: CO2 ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật Như chúng ta đều biết, những vi sinh trong tự nhiên nhiễm vào thực phẩm và thức uống thường là vi sinh vật hiếu khí hoặc kị khí tùy tiện Trong sản phẩm nước giải khát có gas, khí CO2 sẽ tạo nên một môi trường kị khí, do đó sẽ ức chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí bắt

buộc Khí CO 2 có thể ức chế vi sinh vật theo nhiều cách:

 CO2 làm thay đổi chức năng màng tế bào chất của vi sinh vật, do đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài vào bên trong tế bào và thải bỏ một số sản phẩm trao đổi chất từ bên trong tế bào ra môi trường bên ngoài

 CO2 cũng có thể ức chế hoạt tính của một số enzyme của tế bào vi sinh vật và làm rối loạn quá trình trao đổi chất của tế bào

 CO2 khi được hấp thụ vào bên trong tế bào sẽ làm thay đổi giá trị pH của tế bào chất

 CO2 làm biến đổi một số tính chất hóa lý của protein trong tế bào vi sinh vật và gây rối loạn quá trình trao đổi chất ở tế bào

1.1.3 Đặc tính CO 2 :

CO2 là một khí nặng, không màu và gần như không mùi, không cháy, không gây ăn mòn kim loại Khi tan trong nước, CO2 tạo ra một dung dịch acid nhẹ (acid carbonic) có độ pH từ 3,2 đến 3,7 và không gây nguy hiểm cho vật liệu thông thường Trong môi trường nhiều khí CO2, nó có thể gây ngạt thở vì nó cắt nguồn cung cấp oxi Vì vậy, CO2 được dùng làm chất chữa cháy

CO2 còn là nguyên liệu chính của phản ứng quang tổng hợp của thực vật

CO2 thường hiện diện ở 3 trạng thái:

 CO2 ở dạng khí khi nhiệt độ trên 31,10C

 CO2 sẽ hóa lỏng ở nhiệt độ thấp hơn 31,10C Ở nhiệt độ bình thường, CO2 chỉ ở trạng tháo lỏng khi được nén với áp suất cao Vì vậy, CO2 lỏng phải luôn được chứa trong bình chịu được áp suất cao

 CO2 sẽ ở trạng thái rắn ở nhiệt độ - 56,60C, có màu trắng như tuyết, được nén thành dạng viên và có tên thương mại là nước đá khô

CO2 rất dễ hòa tan trong nước Đây là đặc tính và là yếu tố quan trọng trong nghành sản xuất nước giải khát Ở nhiệt độ 150C, một thể tích nước hấp thụ được một thể tích CO2

1.2 ĐỊNH NGHĨA “BÃO HÒA CO 2 ”:

Bão hòa CO2 là quá trình nạp CO2 vào trong nước giải khát đến một giá trị nồng độ nhất định tùy theo yêu cầu công nghệ

1.3 BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH “BÃO HÒA CO 2 ”:

Sự hòa tan của CO2 trong nước hoặc syrup thành phẩm là một quá trình hấp

thụ, trong đó CO 2 là chất được hấp thụ Quá trình này sẽ phụ thuộc vào khả

năng tương tác giữa CO2 với nước hoặc syrup thành phẩm

Theo lý thuyết về màng thì tại bề mặt hai pha khí và lỏng luôn tồn tại hai lớp màng kế sát nhau: một lớp màng bao gồm các phân tử khí và lớp màng còn lại

là những phân tử lỏng Hai lớp màng khí - lỏng này sẽ tạo nên một trở lực nhất định và ảnh hưởng đến khả năng dịch chuyển của các phân tử khí từ pha khí vào pha lỏng và ngược lại Sự dịch chuyển của các phân tử khí qua hai lớp màng khí – lỏng nói trên sẽ xảy ra theo nguyên tắc khuếch tán (Kalunhans và cộng sự)

Tuy nhiên, khi tiến hành bão hòa CO2 cho các sản phẩm nước giải khát thì một phần khí CO2 sẽ tương tác hóa học với các phân tử nước tạo sản phẩm là acid carbonic Acid này có thể thủy phân tạo ra các ion như carbonate và bicarbonate

1.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ “BÃO HÒA CO 2 ”:

Độ hòa tan của một khí bất kỳ trong một chất lỏng sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bản chất hóa học của chất khí và chất lỏng, áp suất riêng phần của chất khí trên chất lỏng, nhiệt độ của hệ… Trong số đó, yếu tố quan trọng nhất

là nhiệt độ và áp suất Trong công nghệ sản xuất nước giải khát người ta sẽ điều khiển 2 yếu tố trên trong quá trình bão hòa CO2 cho sản phẩm

1.4.1 Nhiệt độ:

Sự hấp thụ CO2 sẽ tỉ lệ nghịch với nhiệt độ Cùng với một áp suất, nhiệt độ càng thấp hay nước càng lạnh thì hấp thụ càng nhiều CO2 Chẳng hạn, cùng ở

áp suất không khí, ở nhiệt độ 21,10C một thể tích nước hấp thụ được 0,85 thể tích CO2 Ở nhiệt độ 100C nước sẽ hấp thụ được 1,19 thể tích CO2 Ở nhiệt độ trên 210C phải cần một áp suât cao để bão hòa CO2 sự bão hòa này không bền hay còn gọi là bão hòa giả định, sự liên kết của nước và CO2 sẽ kém hơn

Trong công nghệ sản xuất nước giải khát pha chế, quá trình bão hòa CO2 cho sản phẩm thường được thực hiện ở 1 – 2 0C

1.4.2 Áp suất:

Hàm lượng CO2 hấp thụ được tỉ lệ thuận với áp suất , tại nhiệt độ 15,60C, ở

áp suất khí quyển, nước sẽ hấp thụ một thể tích CO2, nếu trong một bình kín, khi tăng áp suất lên 4 lần, nước sẽ hấp thụ được 4 thể tích CO2

Khi ta cho một hỗn hợp bao gồm nhiều loại khí khác nhau vào trong một chất lỏng thì nồng độ mỗi loại khí trong dung dịch sẽ phụ thuộc vào áp suất riêng phần và độ hòa tan của nó Như vậy, sự có mặt của không khí trong nước hoặc trong khí CO2 nguyên liệu không những làm giảm độ hòa tan

1.4.3 Các yếu tố khác:

Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự bão hòa CO2 trong sản phẩm:

 Nồng độ chất hòa tan trong nước có ảnh hưởng lớn đến mức độ bão hòa CO2 trong chất lỏng Đa số các chất điện giải đặc biệt là các muối tạo độ cứng làm giảm độ hòa tan của CO2

 Diện tích tiếp xúc giữa nước và CO2

 Nước chứa nhiều không khí, tạp chất

 Chai rửa không sạch

 Siro còn nóng, nhiều bọt

 Áp suất của CO2 cung cấp cho máy không ổn định

1.5 XỬ LÍ CO 2 CHO QUÁ TRÌNH BÃO HÒA:

CO2 thu được từ phản ứng lên men hay từ phản ứng đốt cháy thường vẫn còn có một số tạp chất như dầu, các khí khác như O2, SO2, và các mùi, vị

lạ , các tạp chất này sẽ ảnh hưởng đến quá trình bão hòa CO2 và chất lượng của sản phẩm Do đó, CO2 phải được xử lí trước khi đưa vào sản xuất

Khí CO2 được đi qua các bình chứa nước, các dung dịch thuốc tím KMnO4

và carbonate natri (nồng độ 6g/L) để loại bỏ các tạp chất Tại đây, dung dịch KMnO4 được sử dụng như một tác nhân để rửa CO2 nhằm tách một số tạp chất như aldehyt, rượu Sau đó, khí CO2 được chuyển tới tháp để tách nước Quá trình tách nước được thực hiện theo phương pháp ly tâm Tiếp theo, khí CO2 qua bộ phận lọc để đi vào máy nén khí ba cấp

Tại máy nén khí, đầu tiên CO2 sẽ vào bộ phận nén khí cấp một và được nén

ép đến áp suất 0,785 MPa; kế đến, khí CO2 sẽ đi vào thiết bị trao đổi nhiệt rồi đến thiết bị tách dầu Tiếp theo, CO2 sẽ đi vào bộ phận nén khí cấp hai và được nén đến áp suất 2,36 ÷ 2,75 MPa Rời bộ phận CO2 sẽ được làm nguội trong thiết bị trao đổi nhiệt và được tách dầu trong trong thiết bị Cuối cùng, CO2 được dẫn vào bộ phận nén khí cấp ba đến áp suất 6,38 ÷ 6,87 MPa rồi được làm nguội trong thiết bị trao đổi nhiệt và tách dầu trong thiết bị

Rời máy nén khí cấp ba, CO2 sẽ đi vào tháp có chứa than hoạt tính Tại đây, than sẽ tách các tạp chất còn sót lại trong dòng khí CO2 Sau đó, khí CO2 sẽ đi vào tháp có chứa silicagel để tách phần hơi nước còn sót lại Ở giai đoạn sau cùng, khí CO2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ, được làm lạnh và chuyển sang dạng lỏng Ở áp suất 6,38 ÷ 6,87 MPa; CO2 lỏng từ thiết bị ngưng tụ sẽ qua van tiết lưu với áp suất 2,36 ÷ 2,75 MPa để đi vào bồn trung gian Từ đây, CO2 sẽ qua

van tiết lưu để đi vào bồn chứa sản phẩm

CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH BÃO HÒA CO2

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÃO HÒA CO 2 :

2.1.1 Phương pháp Postmix:

Trong các thiết bị thuộc thế hệ cũ, siro tổng hợp sẽ được đong lường vào trong chai theo số lượng đã được quy định, sau đó nước đã được bão hòa CO2 sẽ được rót vào chai sản phẩm sẽ được trộn đều trước khi đưa vào kho

 Ưu điểm:

 Quá trình bão hòa CO2 của nước sẽ được thực hiện dễ dàng hơn cho sản phẩm

 Thiết bị đơn giản hơn nên đầu tư ban đầu cũng ít tốn kém hơn

 Nhược điểm:

 Số lượng siro trong các chai sản phẩm khó kiểm soát, từ đó dẫn đến các sản phẩm không đồng đều

 Việc hòa trộn siro trong các chai sản phẩm khó hoàn hảo, đôi khi bị soát, ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm

 Việc kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp hơn

 Không kinh tế vì sản phẩm không đồng đều

2.1.2 Phương pháp premix:

Để khắc phục các điểm trên, giúp cho sản phẩm thuận lợi và sản phẩm được đồng nhất hơn, người ta dùng phương pháp premix, theo đó siro được tự động hòa trộn theo tỉ lệ quy định và được bão hòa CO2 sau đó

Sơ đồ thiết bị: