Cô đặc nước rau quả

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .2 1.1 Mục đích cô đặc 1.2 Các dạng sản phẩm nước cô đặc .2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC .2 2.1 Phương pháp cô đặc bốc .2 2.1.1 Giới thiệu chung .2 2.1.2 Cơ sở khoa học 2.1.3 Các biến đổi nguyên liệu 2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng .5 2.1.5 Các thiết bò 2.2 Kết tinh .14 2.2.1 Giới thiệu chung .14 2.2.2 Cơ sở khoa học 14 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng .15 2.2.4 Các thiết bò 21 2.3 Cô đặc dùng màng membrane 21 2.3.1 Giới thiệu chung .23 2.3.2 Cơ sở khoa học 24 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng .26 2.3.4 Các thiết bò 31 MỞ ĐẦU 1.1 Mục đích cô đặc 1.2 Các dạng sản phẩm nước cô đặc Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất hòa tan dung dòch cách tách bớt phần dung môi Sản phẩm cô đặc có ưu điểm:  Khả bảo quản tăng lên -7 lần điều kiện bảo quản bình thường  Không cần bảo quản điều kiện lạnh sản phẩm có hàm lượng chất khô cao  Sản phẩm dễ dàng đóng gói lưu thông thò trường  Vận chuyển dễ dàng chi phí vận chuyển thấp  Tiết kiệm diện tích kho bãi  Sản phẩm có giá trò dinh dưỡng cao Ứng dụng công nghệ thực phẩm: o Cô đặc sữa o Cô đặc rau o Làm tăng hàm lượng chất rắn mứt (jams), mứt đông (jellies), làm ổn đònh cấu trúc gel tăng ổn đònh bảo quản cách ngăn chặn hư hỏng vi sinh vật o Cô đặc đường muối trước đem tinh chế o Làm tăng hàm lượng chất khô dung dòch loãng trước đem sấy (như sấy khô sản xuất sữa bột) Điều giúp làm giảm chi phí trình sấy Nước cô đặc: chế biến cách cô đặc nước tự nhiên Thành phẩm có độ khô 40-60% Mứt đông: chế biến từ nước thật suốt Sau phối trộn với đường, dòch cô đến độ khô 65-75% Bán chế phẩm cà chua cô đặc: chế biến cách cô đặc pure cà chua đến độ khô đònh tùy vào yêu cầu sản phẩm CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 2.1 Phương pháp cô đặc bốc 2.1.1 Giới thiệu chung [1] Sự cô đặc thực phẩm thực phương pháp bốc Cô đặc bốc phương pháp cổ điển Hiện coi phương pháp truyền thống, kinh tế nhất, sử dụng rộng rãi để cô đặc nước Nhìn chung, lượng sử dụng trình cô đặc nhiệt thường cao ta so sánh với kỹ thuật cô đặc khác Tuy nhiên hàm lượng chất khô mẫu qua thiết bò cô đặc nhiệt đạt giá trò cao mà kỹ thuật cô đặc khác đạt Chính mà kỹ thuật cô đặc nhiệt sử dụng phổ biến công nghiệp thực phẩm: cô đặc nước trái cây, sữa cà chua cô đặc, mứt, loại súp khô… 2.1.2 Cơ sở khoa học [5], [3] Bản chất vật lý trình cô đặc giải thích theo thuyết động học phân tử Tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng nằm mặt thoáng thời điểm (vpt) lớn vận tốc giới hạn nên phân tử thoát khỏi bề mặt trở thành trạng thái tự (hơi) Để bay phân tử phải khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên Không có phân tử mặt thoáng bay mà bay chủ yếu tạo thành bọt chất lỏng giai đoạn đầu, trình sôi chất lỏng có số khí hoà tan, đun nóng chúng thoát tạo nhiều bọt, từ bọt chất lỏng bay (các chất tạo bọt: protit, axit hữu muối chúng) Tách không khí lắng keo (protit) đun sơ ngăn chặn tạo bọt cô đặc Cùng với nước, chất khí cấu tử dễ bay có nguyên liệu bò Tốc độ bốc bò ảnh hưởng tốc độ truyền nhiệt nước qủa tốc độ truyền khối bọt 2.1.3 Các biến đổi nguyên liệu trình cô đặc 2.1.3.1 Biến đổi tính chất vật lý: Sự thay đổi số hệ số vật lý: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt giảm khối lượng riêng dung dòch, độ nhớt, tổn thất nhiệt nồng độ, nhiệt độ sôi tăng 2.1.3.2 Biến đổi tính chất hoá học: Thay đổi pH môi trường: thường giảm độ kiềm phản ứng phân hủy amit (Ví dụ: asparagin) phản ứng phân huỷ đường chất khác tạo thành axit Đóng cặn do: ♦ Trong dung dòch chứa số muối vô hữu hoà tan số muối canxi hoà tan chậm môi trường có nồng độ cao ♦ Phân huỷ muối số axit hữu tạo thành kết tủa (như Oxalat Canxi) ♦ Phân hủy chất cô đặc làm tăng tổn thất ♦ Tăng màu phản ứng Maillard ♦ Phân hủy số vitamin ♦ Phân huỷ pectin 2.1.3.3 Biến đổi sinh học: Ức chế tiêu diệt vi sinh vật (do nhiệt độ cao nồng độ chất khô cao) Nhược điểm phương pháp cô đặc: ♦ Những biến đổi gây nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất cảm quan sản phẩm, cụ thể làm biến đổi màu, mùi, vò; đồng thời chất dinh dưỡng quan trọng (như vitamin tan nước) ♦ Nhiệt độ tăng làm độ nhớt tăng làm nước khó chảy hệ thống ♦ Đối với sản phẩm rắn – lỏng chất rắn có khuynh hướng bò cháy khét, bám bề mặt thiết bò trao đổi nhiệt làm nghẽn đường ống ♦ Trong trình cô đặc, có tượng kết tủa, sủi bọt làm giảm hiệu suất thành phẩm ♦ Một số thành phần bò phân huỷ tạo thành sản phẩm không mong muốn thời gian cô đặc dài ♦ Nồng độ chất khô tăng điểm sôi cao ♦ Tổn thất nhiệt đun nóng kéo dài 2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng [5] Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt a) Sự chênh lệch gia nhiệt nhiệt độ sôi nước Theo lý thuyết chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ nhiệt độ sôi nước cao tốc độ truyền nhiệt lớn Có phương pháp làm tăng mức chênh lệch nhiệt độ Cách thứ tăng nhiệt độ áp lực gia nhiệt Tuy nhiên, số cấu tử nước bò biến đổi tác dụng nhiệt độ cao Cách thứ hai giảm nhiệt độ sôi nước phương pháp cô đặc môi trường chân không Kỹ thuật đưa lần vào năm 1913 với phát minh E.C.Howard Anh Quốc sử dụng rộng rãi công nghiệp chế biến thực phẩm Người ta giảm nhiệt độ sôi mẫu cần cô đặc xuống 40oC Một điểm cần lưu ý trình cô đặc nồng độ chất khô nước tăng theo thời gian Hiện tượng làm tăng nhiệt độ sôi nước Muốn giảm nhiệt độ sôi nước ta phải tạo độ chân không sâu b) Hiện tượng bám cặn bề mặt truyền nhiệt Trong trình bốc hơi, số cấu tử dung dòch nước bò bám dính bề mặt truyền nhiệt thiết bò Dưới tác dụng nhiệt độ cao, số protein bò biến tính; hợp chất bò bám dính nói tương tác với bò phân giải Kết qủa chúng tạo nên lớp cháy khét bề mặt truyền nhiệt, từ làm giảm hiệu suất trình Có số giải pháp kỹ thuật thường sử dụng để hạn chế tượng Ví dụ thiết bò cô đặc dạng mỏng người ta tăng tốc độ dòng chảy nguyên liệu bề mặt truyền nhiệt làm giảm tượng bám cặn c) Hiện tượng màng biên Lớp nước tiếp xúc trực tiếp với bề mặt truyền nhiệt – lớp màng biên – thiết bò bốc thường tạo trở lực lớn cho trình truyền nhiệt Độ dày lớp màng biên giảm xuống cách tạo dòng đối lưu chảy rối thiết bò d) Độ nhớt nguyên liệu Độ nhớt cao làm giảm số Reynolds tốc độ tuần hoàn nguyên liệu thiết bò, hệ số truyền nhiệt giảm Đối với nguyên liệu có độ nhớt cao, người ta thường sử dụng thiết bò cô đặc dạng màng rơi để hạn chế nhược điểm Trong trình cô đặc độ nhớt nước tăng dần theo thời gian B - Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu kinh tế trình cô đặc a) Hiện tượng tạo bọt Dưới tác dụng nhiệt độ cao xuất bong bóng hơi, số cấu tử có khả tạo bọt (protein) Lớp bọt bề mặt làm giảm tốc độ thoát thứ khỏi sản phẩm b) Hiện tượng tổn thất chất khô bò lôi thứ Hơi thứ thoát khỏi thiết bò cô đặc lôi theo số cấu tử trạng thái sương mù Hiện tượng xảy tác nhân gia nhiệt làm cho sôi dung dòch mãnh liệt Thông thường, thiết bò cô đặc có không gian phận tách sương mù nhằm hạn chế tổn thất chất khô thứ lôi theo Để làm bay kg nước 1000 c, người ta cần sử dụng lượng trung bình 2257kJ Như vậy, tiêu tốn lượng trình cô đặc nhiệt lớn Để tiềt kiệm lượng cho trình, người ta dùng nhiều kỹ thuật khác nhau, đặc biệt kỹ thuật cô đặc nhiều cấp Trong kỹ thuật nhiều thiết bò cô đặc kết nối liên tiếp Hơi thứ từ thiết bò cô đặc sử dụng làm tác nhân gia nhiệt cho thiết bò Tuy nhiên, nhiệt độ tác nhân gia nhiệt phải cao nhiệt độ sôi sữa nên giá trò áp lực chân không trì thiết bò hệ thống phải giảm dần từ thiết bò đến thiết bò cuối 2.1.5 Thiết bò Nhìn chung, thiết bò cô đặc rau thường dùng dạng sau:  Dạng màng mỏng xuôi chiều (Falling film): Chất lỏng vào đỉnh ống chảy thành màng bên thành ống nhờ trọng lực Thời gian lưu ngắn từ 0,5−2 phút Sử dụng cho loại nước rau  Dạng màng mỏng ngược chiều (Rising film) : Chất lỏng vào đáy ống ống nhờ độ chân không cao Hơi sản phẩm cô đặc tách đỉnh Sử dụng cho loại nước rau quả, cà chua  Dạng tuần hoàn cưỡng (Forced circulating): Chất lỏng bơm vào với vận tốc cao (> m/s) Tại thiết bò trao đổi nhiệt bốc hơi, sản phẩm đến phận tách, bốc xảy nhanh Giá thành cao thiết bò chảy màng Thời gian lưu dài thiết bò dạng ống Sử dụng sản phẩm yêu cầu có độ nhớt cao, huyền phù: purée cà chua  Dạng mỏng: thiết bò gồm ghép sát vào tạo nên bề mặt truyền nhiệt ng với mỏng, bên tác nhân bên nguyên liệu Phần sau trình gia nhiệt ngưng tụ thoát Hỗn hợp nước thứ thoát khỏi thiết bò vào phận tách thứ Các thiết bò có lớp vỏ bọc cách nhiệt bên ngoài, có trao đổi nhiệt thực phẩm Do nguyên liệu thực phẩm nhạy cảm với nhiệt độ cần tạo áp lực chân không thiết bò bốc để giảm nhiệt độ sôi sản phẩm Nhiệt độ làm việc thiết bò cô đặc sản phẩm thực phẩm từ 50-100 oC, lên đến 130oC sản xuất đường Tùy thuộc tính chất nguyên liệu rau đem cô đặc yêu cầu sản phẩm, ta dùng:  Hệ thống cô đặc nồi: hoạt động theo phương pháp liên tục hay gián đoạn Hệ liên tục thường dùng nguyên liệu có nồng độ độ nhớt tương đối thấp Hệ gián đoạn dùng cần nâng cao nồng độ sản phẩm (dạng keo, sệt, paste) Trong hệ cô đặc nồi, thứ bốc lên loại  Hệ cô đặc nhiều nồi: sử dụng thực tế sản xuất cần cô đặc dung dòch từ nồng độ loãng lên nồng độ đặc Thông dụng hệ xuôi chiều hệ ngược chiều • Hệ nhiều nồi xuôi chiều: thích hợp để cô đặc dung dòch mà chất tan dễ bò biến tính nhiệt độ cao Vì hệ xuôi chiều, nồi đầu có p t cao nồi sau nên sản phẩm hình thành nồi thấp • Hệ nhiều nồi ngược chiều: thường không thích hợp để cô đặc rau sản phẩm thu có nhiệt độ cao nguyên liệu đầu vào Điều ảnh hưởng đến cấu tử nhạy nhiệt dung dòch rau Trong hệ cô đặc nhiều nồi, thứ bốc lên nồi cô đặc thứ dùng làm tác nhân gia nhiệt nồi cô đặc tiếp theo, áp suất nồi cô đặc trước lớn áp suất nồi cô đặc sau Nguyên tắc hoạt động hệ thống cô đặc nhiều nồi: Đầu tiên, dung dòch đưa vào thiết bò gia nhiệt gia nhiệt đến nhiệt độ sôi vào thiết bò cô đặc thực trình bốc Dung dòch sau cô đặc bơm phía thiết bò cô đặc vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ khí không ngưng phía thiết bò cô đặc vào nồi cô đặc Tại nồi cô đặc cuối, thứ khí không ngưng đưa vào thiết bò ngưng tụ baromet, ngưng tụ thành lỏng chảy bồn chứa, phần không ngưng qua phận tách giọt để khí không ngưng bơm chân không hút Trong nồi cô đặc có phận tách bọt để tách hỗn hợp lỏng-hơi MỘT SỐ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC RAU QUẢ TIÊU BIỂU: Falling Film Evaporator from Unipektin Thiết bò cô đặc nước ép táo nồi kết hợp với thu hồi cấu tử hương Kiểu ASV5005 S/2 Năm 2001 Niro Falling Film Evaporator Cô đặc màng rơi A:Nguyên liệu 1: Đầu phân phối B: Hơi thứ 2: Các ống tạo màng rơi C: Sản phẩm 3: Calandria, Lower part D: Hơi nóng 4: Kênh dẫn sản phẩm E: Nước ngưng 5: Bộ phận tách sản phẩm Double-Effect Falling Film Evaporator (CÔ ĐẶC MÀNG RƠI NỒI) Đặc điểm - Làm việc liên tục - Cô đặc chân không (nhiệt độ thấp) - Tiết kiệm nước - Dễ vận hành, vệ sinh - Tiết kiệm diện tích - Tiết kiệm nước làm nguội Thông số kỹ thuật Kiểu MecKeyME2-800 MecKey-ME21250 MecKey-ME22500 Năng suất 800kg /h 1250kg /h 2500kg /h Lượng tiêu thụ 390kg /h 620kg /h 1100kg /h 8t/h 12t/h 22t/h Công suất động 13.7kw 16.7kw 27.6kw Trọng lượng thiết bò 4t/set 4.5t/set 6.2t/set Lượng nước làm nguội Kỹ thuật cô đặc trải qua thay đổi mạnh mẽ kể từ năm đầu thập niên 1940 Khơi mào nước thuộc họ citrus cô đặc thiết bò cô đặc bốc xuôi chiều nhiệt độ thấp Những thiết bò làm việc áp suất cao làm chất thơm Khi kỹ thuật phát triển thiết bò cô đặc bốc nhiệt độ cao thời gian ngắn TASTE (Thermally Accelerated Short Time) ứng dụng Thiết bò bốc sử dụng nhiều tầng hay nhiều nồi nâng cao nhiệt độ nước thời gian ngắn Nó có hệ thống để phục hồi chất cần thiết Những chất thêm lại vào nước thành phẩm làm cho giống nước nguyên chất ta dùng thiết bò cô đặc màng xuôi chiều Thiết bò cô đặc bốc TASTE có nhiều ưu điểm trình sản xuất nước họ citrus: ♦ Thời gian lưu sản phẩm ngắn làm giảm tối thiểu phản ứng Caramel hoá, chất mùi bò oxi hoá thay đổi màu ♦ Nước rời thiết bò cô đặc vô trùng ♦ Chi phí ban đầu cho thiết bò thấp ♦ Thiết bò dễ rửa Tuy nhiên, TASTE có nhiều nhược điểm: ♦ Ta khó điều chỉnh thiết bò sản phẩm qua nồi lần, thay đổi trình cô đặc nguyên liệu phản ánh lúc lấy sản phẩm ♦ Không thuận tiện trộn “addback” (những chất thêm vào lúc sau) với nước nước cô đặc đóng gói thùng nhựa polyethylene bảo quản -18°C Và nước cô đặc qua thiết bò khó khăn nồng độ tăng cao 2.2.3 Thiết bò Quy trình cô đặc kết tinh lạnh nước Allione Industria Alimentare - Tarantasca  Chú thích cho thiết bò trên: Hai trình quy trình sản xuất tạo tinh thể tách tinh thể, rút ngắn thời gian tiến hành đạt độ phục hồi cao thành phẩm Từ nhìn người kỹ sư, điều có nghóa phải điều khiển tốc độ phát triển tinh thể phân bố kích thước tinh thể Những thử nghiệm hoạt động tiến hành nhà máy có quy mô nhỏ Niro Allione Ricera Agroalimentare  Phương pháp tốn thiết bò có kết cấu học phức tạp Phương pháp không ứng dụng cho riêng nước mà dùng cho thực phẩm có mùi thơm mạnh, chẳng hạn cà phê Bởi phương pháp không dùng nhiệt độ, tất tinh dầu vỏ có dòch cô đặc lúc sản xuất Tinh dầu cô đặc nước làm màu mùi nên cần phải hạn chế Vì thế, nước dùng phương pháp kết tinh lạnh phải có nồng độ tinh dầu thấp  Đễ hỗ trợ thêm cho việc làm giảm nồng độ tinh dầu Nước sau chiết lấy dầu có nhược điểm nước đun sản sinh mùi vò không mong muốn làm số chất thơm, mà mục đích phương pháp kết tinh lạnh giữ lại chúng Thậm chí việc sử dụng phương pháp ly tâm để tách tinh dầu làm chất mùi màu, việc chuyển từ chiết sang ly tâm gây mát Phương pháp ưa chuộng dùng kết tinh lạnh để sản xuất nước sử dụng thiết bò chiết nước FMC Premium Thiết bò làm giảm tối thiểu lượng tinh dầu nước Nitro Crystallization and Separation March 1992 Current large – scale commercial application of freeze concentration in the food industry Publication from the technical library of Niro Process Technology The Netherlands Sơ đồ phải kèm với hệ thống tách S T T Loại thiết bò Các thông số làm việc Điều kiện sản xuất Nguồn sản xuất Thiết bò làm lạnh đông (3 thùng) 700 – 4000 l -10 - 40°C Thiết bò lọc dùng công nghiệp POS Pilot Plant Corparation Saskation, SK Máy trộn (khuấy) có bề mặt nhẵn bóng Thiết bò lọc dạng (thích hợp cho dung môi dễ bốc cháy) Thiết bò kết tinh dung dòch có dạng huyền phù Thiết bò kết tinh lạnh khác – 350l Pilot scale Pilot scale Dùng phân xưởng Dept Food Sci and Nutrition Laval University Sainte – Foy, QC Dept of Agric., Food and Nutrition Science, Unversity of Alberta, Edmonton, AB PARC, AAFC, Summerland, BC Ghi Có nhiều ứng dụng khác 2.3 Phương pháp cô đặc dùng membrane [5], [10], [8],14] 2.3.1 Giới thiệu chung Phân riêng membrane cho phép tách cấu tử khỏi hỗn hợp mức độ phân tử ion Hiện nay, trình phân riêng membrane bắt đầu ứng dụng rộng rãi công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa học, xử lý môi trường Vào năm cuối thập niên 1980, SeparaSystems, đầu tư hợp tác hai công ty FMC Corporation DUPont, phát triển kỹ thuật FreshNoteTM Phương pháp sử dụng kết hợp siêu lọc màng membrane siêu lọc để cô đặc nước với nồng độ cao Ưu điểm phương pháp là: ♦ Tránh biến đổi hợp chất nhạy cảm với nhiệt độ ♦ Không sử dụng phụ gia hay hoá chất bảo quản, đồng thời trình sản xuất không tạo sản phẩm phụ không mong muốn tốt cho sức khoẻ ♦ Về mặt thiết bò, lắp đặt không tốn nhiều không gian, chúng thiết kế đơn giản linh hoạt dễ dàng áp dụng quy mô lớn ♦ Xét phương diện kinh tế kó thuật membrane cần chi phí đầu tư cao phương pháp bốc hơi, nhiên chi phí vận hành khoảng nửa lượng tiêu thụ giảm 90% Hình minh hoạ khác chi phí trường hợp cô đặc nước theo phương pháp truyền thống theo kó thuật membrane Cost comparison of conventional vs membrane filtration Tuy nhiên, membranes có nhược điểm: ♦ Nếu so sánh thẩm thấu ngược với phương pháp bay hơi, nồng độ đầu thấp tiến hành tạo thành sản phẩm khô (ráo nước), cần cô đặc đến nồng độ cao, membrane sử dụng bước tiền cô đặc ♦ Nhược điểm khác liên quan đến tính kinh tế phương pháp tuổi thọ thiết bò thấp tắc nghẽn lỗ lọc membrane Khi bò tắc, lỗ membrane bít lại hiệu suất lọc giảm Phân loại membrane: dựa vào động lực khác mà phân loại membrane thành phương pháp sau: ♦ p suất động lực trình membrane: microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO) ♦ Áp suất riêng phần khác động lực trình: pervaporation (PV), gas separation (GS), vapor permeation (VP) ♦ Nồng độ khác động lực trình: dialysis (D), diffusion dialysis or Donnan dialysis (DD), membrane contactors (MC) ♦ Sự khác điện động lực trình: electrodialysis (ED), membrane electrolysis (ME) Trong công nghệ thực phẩm, pervapration sử dụng để thu hồi hương electrodialysis để khử khoáng nước whey Tuy nhiên, trình membrane có động lực chênh lệch áp suất sử dụng rộng rãi Sử dụng membrane có kích thước lỗ cung cấp áp suất, từ thu nhận phần tử minh hoạ hình sau Classification of pressure driven membrane processes Nguyên tắc làm việc phương pháp nước nguyên liệu tách làm hai phần: huyết lọc phần thòt cách sử dụng màng membrane siêu lọc Huyết sau qua màng membrane siêu lọc để cô đặc đến nồng độ cao (tuỳ thuộc vào yêu cầu sản phẩm mà đạt tới nồng độ 60 Brix) Còn phần thòt đem trùng để vô hoạt enzyme vi sinh vật Những thành phần màu mùi nhạy cảm không bò phá huỷ nhiệt chúng chiết màng membrane siêu lọc cô đặc màng thẩm thấu ngược mà không sử dụng nhiệt độ Thật phương pháp tiến hành điều kiện lạnh Vì phương pháp tách enzyme vi sinh vật từ nước nguyên liệu trùng chúng mà không bao gồm chất màu mùi nên nước không cần trùng trước đưa vào hệ thống FreshNote TM Về mặt học, hệ thống cô đặc màng membrane đơn giản hệ thống cô đặc kết tinh lạnh Chất lượng sản phẩm tốt phương pháp kết tinh lạnh toàn dòch không cần phải trùng Hệ thống FreshNoteTM gần hoàn toàn tự động hóa can thiệp theo ý muốn 2.3.2 Cơ sở khoa học Phương pháp phân riêng membrane có số điểm tương tự phương pháp lọc Membrane đóng vai trò vật ngăn để phân riêng cấu tử Do phân riêng thực mức độ phân tử ion nên đối tượng trình thường hệ huyền phù mà dung dòch chứa cấu tử hòa tan có phân tử lượng khác Kết trình phân riêng membrane cho ta dòng sản phẩm: ♦ Dòng sản phẩm qua membrane gọi permeate ♦ Dòng sản phẩm không qua membrane gọi retentate 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng: Quá trình phân riêng đánh giá đạt hiệu cao dòng permeate dòch chuyển qua màng membrane vớtốc độ nhanh độ phân riêng đạt giá trò cao Theo thời gian sử dụng, tốc độ dòng permeate giảm dần Đó số cấu tử hấp thụ bề mặt membrane tương tác với số nhóm chức thành phần hóa học membrane, từ dẫn đến tượng nghẹt lỗ mao dẫn làm giảm khả phân riêng toàn hệ thống Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu trình phân riêng membrane bao gồm: tính chất màng membrane sử dụng, chất nguyên liệu cần phân riêng thông số kỹ thuật trình nhiệt độ, áp suất ♦ Bản chất membrane vật liệu membrane Membrane sản xuất từ vật liệu ưa nước (cellulose acetat, ceramic ) kỵ nước (polypropylene, polytetrafluorethylene ) Thực tế cho thấy, ta sử dụng membrane từ nhóm vật liệu kỵ nước, chúng dễ tương tác với cấu tử kỵ nước nguyên liệu dòng vào Kết mao dẫn dễ bò tắc nghẽn, trình phân riêng diễn khoảng thời gian ngắn ♦ Cấu trúc bề mặt membrane Đối với membrane có bề mặt nhẵn đồng nhất, ống mao dẫn chúng bò tắc nghẽn trình sử dụng Ngược lại, membrane có bề mặt gồ ghề, lồi lõm, số cấu tử nguyên liệu dễ bò hấp phụ lên bề mặt membrane, từ làm giảm tốc độ dòng permeate kéo dài thời gian trình phân riêng Đường kính mao dẫnNếu ta chọn membrane với mao dẫn có đường kính lớn kích thước cấu tử nguyên liệu dòng vào chúng dễ bò tắc nghẽn trình sử dụng số cấu tử chui vào mao dẫn bò kẹt lại Ngược lại, tượng không xảy membrane sử dụng với mao dẫn có đường kính nhỏ kích thước cấu tử.Như vậy, tuỳ thuộc vào nguyên liệu, phải chọn membrane với đường kính lỗ mao dẫn tối ưu Khi đó, trình phân riêng diễn nhanh hạn chế tượng tắc nghẽn membrane ♦ Bản chất nguyên liệu phân riêng  Protein: gây tắc nghẽn mao dẫn membrane, chúng có chứa số nhóm kỵ nước số nhóm tích điện, nhóm chức tương tác kết hợp tạo phức với số nhóm chức membrane Hơn với cấu hình không gian phức tạp, số trường hợp, phân tử protein chui vào mao dẫn làm tắc nghẽn dòng permeate  Muối: Các muối nước nguyên nhân gây tắc nghẽn dòng permeate Chúng kết tủa bám thành ống mao dẫn độ hoà tan tạo liên kết với gốc tích điện vật liệu membrane  pH: giá trò pH nguyên liệu khảo sát gần với giá trò pI số cấu tử protein có nguyên liệu protein dễ bò đông tụ tắc nghẽn membrane trình phân riêng dễ xảy Như vậy, ta nên chọn giá trò pH cho mẫu cần phân riêng lệch xa điểm đẳng điện protein có mẫu ♦ Các thông số kỹ thuật:  Nhiệt độ: Khi ta tăng nhiệt độ nguyên liệu, độ nhớt giảm, tốc độ khuếch tán cấu tử qua mao dẫn membrane tăng, tốc độ dòng permeate tăng Tuy nhiên nhiệt độ tăng cao ảnh hưởng đến giá trò dinh dưỡng cảm quan nước  Tốc độ dòng vào chảy rối: bơm nguyên liệu hoạt động với tốc độ cao dòng bên thiết bò membrane có cánh khuấy để tạo nên chảy rối tượng tắc nghẽn membrane hạn chế mức tối đa tốc độ dòng permeate cải thiện đáng kể Nếu tốc độ dòng nguyên liệu vào thiết bò chậm, trượt cấu tử có phân tử lượng lớn bò giới hạn Khi đó, membrane thường xuất hiện tượng phân tầng với nhiều lớp cấu tử có kích thước khác nằm chồng lên nhau, từ làm giảm tốc độ dòng permeate  p lực qua màng: động lực trình phân riêng membrane p lực qua màng (∆P) tính theo công thức sau: ∆P = (PF − PP ) − (π F − π P ) Trong đó: PF - áp lực từ phía dòng vào (áp lực bơm) PP - áp lực từ phía permeate thiết bò membrane πP - áp lực thẩm thấu dòng nguyên liệu vào πF - áp lực thẩm thấu dòng permeate p lực thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ cấu tử hòa tan dung dòch Dung dòch chứa cấu tử phân tử lượng nhỏ với nồng độ cao áp lực thẩm thấu dung dòch lớn Quá trình phân riêng xảy áp lực qua màng ∆P > Nếu giá trò ∆P lớn tốc độ dòng permeate qua màng cao Ngoài yếu tố trên, hiệu trình phân riêng membrane phụ thuộc vào cấu hình thiết bò sử dụng số yếu tố khác 2.3.4 Thiết bò membrane Hiện nay, có bốn mô hình phổ biến công nghiệp: thiết bò dạng ống, dạng bản, dạng sợi, dạng xoắn a) Mô hình ống (tubular module) Thiết bò membrane có dạng hình trụ, bên chứa nhiều ống trụ nhỏ đặt song song với Mỗi ống trụ nhỏ thường chế tạo thép không rỉ, có đường kính dao động từ 12,5-75mm, chiều dài khoảng 0,6-6,4m đục lỗ nhỏ thân Các membrane có dạng hình trụ lồng ép sát thành củ ống trụ nhỏ Nguyên liệu bơmvào từ đầu thiết bò phân phối vào bên ống trụ nhỏ Dòng retentate tiếp tục hết chiều dài ống trụ nhỏ thoát đầu bên thiết bò Dòng permeate chui qua mao dẫn membrane thoát bên ống trụ nhỏ, sau tập trung theo cửa chung nằm phía thân thiết bò Thiết bò membrane mô hình ống Bên thiết bò membrane chia thành nhiều khoang, khoang gồm số ống trụ nhỏ song song nằm cạnh Đầu tiên nguyên liệu bơm vào khoang thiết bò Dòng retentate thoát khỏi khoang tiếp vào khoang thứ hai, dòng retentate thoát từ khoang thứ hai tiếp vào khoang thứ ba Như vậy, dòng retentate thoát từ khoang cuối có nồng độ đạt giá trò yêu cầu Mô hình ống có ưu điểm dễ tạo dòng chảy rối trình vận hành; đơn giản vệ sinh, thay membrane sử dụng bảo trì thiết bò Tuy nhiên, thiết bò cồng kềnh, chiếm nhiều khoảng không gian nhà xưởng tốn nhiều lượng sử dụng có tụt áp dòng nguyên liệu ống hình trụ nhỏ b) Mô hình sợi (hollow fiber module) Mô hình sợi có cấu tạo tương tự mô hình ống Thiết bò membrane chế tạo thép không rỉ có dạng hình trụ với đường kính thường dao động khoảng 2,5-12,7cm, chiều dài 18-120cm Bên thiết bò chứa bó sợi membrane Trong trình thẩm thấu ngược, đường kính sợi giảm xuống 0,04mm Thông thường chiều dày membrane từ 100-400µm Khi hoạt động, nguyên liệu bơm vào bên thiết bò chui vào sợi membrane Dòng retentate hết theo chiều dài sợi tập trung thoát đầu lại thiết bò Mô hình sợi (hollow fiber module) Ưu điểm mô hình sợi thiết bò chiếm diện tích nhà xưởng dù diện tích membrane sử dụng lớn, tốn lượng cho trình Tuy nhiên, trình vận hành, số sợi membrane dễ bò tổn thương việc thay chúng tốn phức tạp Hơn nữa, đường kính sợi membrane nhỏ, nguyên liệu dạng keo dễ gây tắc nghẽn membrane trình sử dụng c) Mô hình tấm/bản (plate module) Mỗi đơn vò cấu tạo nên mô hình bao gồm đỡ, hai miếng đệm hai membrane ép sát vào hình sau Các đỡ có dạng hình hộp chữ nhật với độ dày mỏng, diện tích bề mặt từ 0,11-0,35m Các miếng đệm có cấu trúc vi xốp ép sát phủ kín đỡ Các membrane (dạng tấm) có diện tích bề mặt với diện tích bề mặt đỡ đặt sát lên miếng đệm Trong thiết bò membrane, đơn vò đặt song song với Tùy thuộc vào số đơn vò lắp ráp vào nhiều hay mà tổng diện tích membrane sử dụng thiết bò dao động khoảng lớn, từ 0,1-100m Khoảng cách đơn vò cửa vào cho nguyên liệu cửa cho retentate Một số cấu tử dòng nguyên liệu chui qua mao dẫn membrane, theo lỗ vi xốp đệm tập trung thoát tạo nên dòng permeate Tấm đỡ Miếng đệm Membrane Permeate Retentate Nguyên liệu Permeate Mô hình tấm/bản (plate and frame module) Ưu điểm lớn mô hình làviệc tháo lắp, vệ sinh thiết bò đơn giản số thiết bò, người ta bố trí van tháo sản phẩm permeate ứng với membrane Như vậy, nhà sản xuất dễ phát kòp thời membrane bò hư hỏng trình vận hành để thay d) Mô hình cuộn xoắn (spiral-wound module) Thiết bò gồm hai ống hình trụ trục, chiều cao có đường kính khác đặt lồng vào Cả hai chế tạo thép không rỉ ng hình trụ nhỏ đục lỗ thân nơi tập trung cấu tử dòng permeate Khoảng không gian giới hạn mặt thân trụ nhỏ mặt thân trụ lớn hai membrane hình chữ nhật cuộn lại theo chiều hình xoắn ốc (bề mặt hoạt động hai membrane quay ngược nhau), cách đệm Vật liệu dùng làm đệm polypropylene Nguyên liệu bơm vào đầu thân trụ di chuyển dọc theo thân trụ kênh có cấu tiết diện xoắn ốc (phần gạch chéo hình dưới) Dòng sản phẩm retentate tập trung thoát đầu thiết bò hình trụ Các cấu tử permeate chui qua mao dẫn hai membrane để vào kênh dẫn dành riêng cho chúng Kênh có tiết diện xoắn ốc (phần không gạch chéo hình) liên thông với trụ trung tâm Từ ống hình trụ trung tâm, dòng permeate tập trung thoát khỏi thiết bò Mô hình cuộn xoắn (spiral – wound module) Ưu điểm thiết bò membrane mô hình cuộn xoắn giá thành thấp so với mô hình khác Người sử dụng lựa chọn chế độ dòng chảy rối tùy trường hợp cụ thể Lựa chọn mô hình: Trong thực tế sản xuất, tuỳ thuộc vào nguyên liệu, mục đích phân riêng, người ta lựa chọn mô hình thích hợp Mô hình sợi có kích thước kênh dẫn dòng vào dòng nhỏ nhất, chiếm diện tích nhà xưởng Ngược lại, mô hình ống với membrane vật liệu polymer có kích thước kênh dẫn lớn chiếm nhiều diện tích nhà xưởng Riêng mô hình ống với membrane ceramic, mô hình tấm/bản mô hình cuộn xoắn giữ vò trí trung gian Trong trình sử dụng ứng với mô hình, ta dùng hay nhiều module kết nối với Các module kết nối theo kiểu nối tiếp (mô hình sợi, ống bản/tấm cuộn xoắn) theo kiểu song song (mô hình bản/tấm ) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Quách Đónh – Ngô Mỹ Vân – Nguyễn Văn Tiếp, “Kỹ thuật sản xuất đồ hộp rau quả” [2] Trần Đức Ba, Phạm Văn Bôn, Choumak I.G, Larinovki C.I, Parkhaladze E.G, “Công nghệ lạnh thực phẩm nhiệt đới”, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM, 1993 [3] Lê Bạch Tuyết cộng sự, “Các trình công nghệ sản xuất thực phẩm”, NXB Giáo dục, 1993 [4] Phạm Văn Bôn chủ biên, “Quá trình thiết bò truyền nhiệt”, NXB ĐH Quốc gia Tp HCM, 2002 [5] Lê Văn Việt Mẫn, “Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa thức uống, Tập 1”, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM, 2004 [6] Saravacos G.D., Kostaropoulos A.E, “Handbook of Food processing equipment”, Kluwer Academic/Plenum Plublishers, New York, 2002 [7] Như Tâm [8] Gosta Bylund, “Dairy processing handbook”, Tetra Pak Processing Systems AB publishers, Lund, 1995 [9] REPORT [10] http://www.carc-crac.ca [11] http://www.niroinc.com [12] http://www.apv.invensys.com [13] http://www.unipektin.com [14] http://www.cc.oulu.fi [15] http://www.gea-wiegand.com [16] http://www.meckey.com/starch/pages/equipment/index.htm [20] Romualdo Conti 1998, Department Materials Science and chemical Engineering [...]... tháo 40000 lbs/hr nước, 7 giai đoạn, 5 cấp Có hệ thống thu hồi hương và thiết bò đồng nhất Có thể ứng dụng trong sản xuất nước quả hay trong xử lý nước Ổi Rửa Phân loại Làm lạnh Rã đông Nghiền Xử lý bằng enzyme Chiết Trao đổi nhiệt Làm lạnh Cô đặc bốc hơi Lọc Rót Rót Làm lạnh Nước ổi trong trong Nước ổi cô đặc Quy trình sản xuất nước ổi trong và nước ổi cô đặc 2.2 Phương pháp cô đặc kết tinh [3],[20]... trình cô đặc nước quả thuộc họ citrus Phương pháp cô đặc kết tinh này có thể cho ra những sản phẩm nước quả cô đặc họ citrus với các thành phần vi lượng không bò biến đổi Cô đặc bằng kết tinh có thể tiến hành một cách độc lập để thu được sản phẩm dùng được ngay hay nó được xem là một giai đoạn phục vụ cho kỹ thuật sấy (sấy thăng hoa hay sấy phun) Những ứng dụng tiêu biểu của quá trình kết tinh: ♦ Cô đặc. .. chất lượng cho sản phẩm Nước sạch lấy từ kết tinh ra có thể sử dụng vào chu trình sản xuất Nước quả thường được cô đặc ở nhiệt độ từ –10 đến -12° C Vì phương pháp này không sử dụng nhiệt nên nước quả cần phải được thanh trùng trước khi kết tinh lạnh để vô hoạt enzyme và giảm lượng vi sinh vật Phương pháp này có nhiều lợi thế so với hai phương pháp còn lại: ♦ Nước quả được cô đặc mà không bò thất thoát... phức tạp Phương pháp này không chỉ ứng dụng cho riêng nước quả mà còn dùng cho thực phẩm có mùi thơm mạnh, chẳng hạn như cà phê Bởi vì phương pháp này không dùng nhiệt độ, do đó tất cả các tinh dầu của vỏ có trong dòch quả cũng sẽ được cô đặc trong lúc sản xuất Tinh dầu cô đặc trong nước quả làm mất màu và mùi nên cần phải được hạn chế Vì thế, nước quả dùng trong phương pháp kết tinh lạnh phải có nồng... được cô đặc bằng màng thẩm thấu ngược mà không sử dụng nhiệt độ Thật sự thì phương pháp được tiến hành trong điều kiện lạnh Vì phương pháp này tách enzyme và vi sinh vật từ nước quả nguyên liệu và chỉ thanh trùng chúng mà không bao gồm chất màu mùi nên nước quả không cần thanh trùng trước khi được đưa vào hệ thống FreshNote TM Về mặt cơ học, hệ thống cô đặc bằng màng membrane đơn giản hệ thống cô đặc. .. tinh: ♦ Cô đặc lạnh nước quả ♦ Kết tinh nhiều loại đường khác nhau (như Lactose) từ dung dòch ♦ Kết tinh lạnh thức uống bằng cách khử nước (chẳng hạn như trà sấy phun, hay cà phê sấy lạnh) ♦ Tạo những tinh thể có cấu trúc tuỳ thuộc vào yêu cầu của thực phẩm 2.2.2 Cơ sở khoa học Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là tách tinh thể nước đá từ dung dòch Trong sản xuất nước quả cô đặc quá trình kết tinh... về chi phí trong trường hợp cô đặc nước quả theo phương pháp truyền thống và theo kó thuật membrane Cost comparison of conventional vs membrane filtration Tuy nhiên, membranes cũng có những nhược điểm: ♦ Nếu so sánh thẩm thấu ngược với phương pháp bay hơi, thì nồng độ đầu ra là thấp hơn vì không thể tiến hành cho đến khi tạo thành sản phẩm khô (ráo nước) , vì thế nếu cần cô đặc đến nồng độ cao, membrane... tách tinh thể nước đá từ dung dòch Trong sản xuất nước quả cô đặc quá trình kết tinh gồm 2 bước: ♦ Tạo tinh thể đá từ nước ♦ Tách tinh thể nước đá ra khỏi nước quả Trong quá trình kết tinh thì nước tinh khiết được kết tinh ra, nên càng hạ nhiệt độ của hệ thì nồng độ chất khô tăng dần Sự cô đặc bằng kết tinh dựa trên cơ sở sự thay đổi điều kiện cân bằng pha khi làm lạnh các hệ đa cấu tử dò thể (không đồng... vật bò ngừng trệ  Biến đổi về cảm quan : Quá trình kết tinh lạnh ít ảnh hưởng đến chất màu và mùi, vò Do đó, nó không làm thay đổi đáng kể giá trò cảm quan của nguyên liệu nước quả 2.2.3 Thiết bò Quy trình cô đặc kết tinh lạnh nước quả Allione Industria Alimentare - Tarantasca  Chú thích cho thiết bò trên: Hai quá trình cơ bản trong quy trình sản xuất là tạo tinh thể và tách tinh thể, rút ngắn thời... driven membrane processes Nguyên tắc làm việc của phương pháp nước quả nguyên liệu được tách làm hai phần: huyết thanh lọc và phần thòt quả bằng cách sử dụng màng membrane siêu lọc Huyết thanh sau đó được qua màng membrane siêu lọc để được cô đặc đến nồng độ cao (tuỳ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm mà có thể đạt tới nồng độ 60 Brix) Còn phần thòt quả được đem đi thanh trùng để vô hoạt enzyme và vi sinh vật