CHƯƠNG 3 cac qua trinh HOA LY trong CNCB sua

Chng 3: CỗC QUỗ TRớNH HOỗ Lí TRONG CNCB SA 3.1 Qu‡ tr“nh bˆi kh’ 3.1.1 Giới thiệu chung 3.1 Qu‡ tr“nh bˆi kh’ 3.1.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh bˆi kh’ 3.2 Qu‡ tr“nh c™ đặc 3.1.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến qu‡ tr“nh bˆi kh’ 2.3 Qu‡ tr“nh sấy 3.1.4 Thiết bị bˆi kh’ 2.4 Qu‡ tr“nh đ™ng tụ 3.1.1 Giới thiệu chung v  Bˆi kh’ (deaeration): qu‡ tr“nh loại bỏ kh’ nguy•n liệu ngoˆi nhiệt độ (vˆ) ‡p lực ch‰n kh™ng - Nguy•n liệu đầu vˆo: sữa nguy•n liệu v  Mục đ’ch: T‡ch c‡c kh’ ph‰n t‡n vˆ h˜a tan khỏi sữa nguy•n liệu nhằm: ü Hạn chế ph‡t triển vi sinh vật hiếu kh’ ü Hỗ trợ cho qu‡ tr“nh tiệt tr•ng sản phẩm bao b“ (tr‡nh bị phồng hộp, biến dạng , hở m’ ghŽp, bật nắp ) ü Tăng hệ số truyền nhiệt qu‡ tr“nh gia nhiệt ü Tăng mức độ ch’nh x‡c định lượng sữa, chuẩn h—a sữa ü Cải thiện m•i vị sữa thˆnh phẩm 3.1.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh bˆi kh’ v  Gia nhiệt: n‰ng nhiệt sữa thiết bị trao đổi nhiệt v  Bˆi kh’: thực thiết bị bˆi kh’ với ph‰n ngưng tụ bố tr’ b•n thiết bị -  Tạo ‡p lực ch‰n kh™ng (Pck) tương ứng với nhiệt độ sữa giảm Ð 8oC (ts) so với nhiệt độ sữa trước vˆo thiết bị bˆi kh’ -  Kh’ (dạng ph‰n t‡n, h˜a tan) vˆ c‡c cấu tử kh™ng ngưng tụ: tho‡t khỏi thiết bị nhờ bơm ch‰n kh™ng 3.1.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qu‡ tr“nh bˆi kh’ (xem GT) v  Nhiệt độ sữa ü Nhiệt độ cˆng cao: c‡c chất kh’ vˆ c‡c cấu tử dễ bay cˆng dễ tho‡t khỏi sữa ü Nhiệt độ qu‡ cao: biến đổi chất lng sa v ỗp lc chn khng ỗp lc chn kh™ng qu‡ lớn: giảm thể t’ch sữa sau bˆi kh’, tăng chi ph’ lượng ü Thời gian lưu sữa thiết bị bˆi kh’, lưu lượng t‡c nh‰n lạnh phận ngưng tụÉ 3.1.4 Thiết bị bˆi kh’ v  Thiết bị bˆi kh’ ch‰n kh™ng với phận ngưng tụ bố tr’ b•n thiết bị -  Nguy•n liệu vˆo (sữa): 65 - 68oC -  Trong thiết bị bˆi kh’: + Nhiệt độ sữa: 60oC + ỗp lc chn khng: 584 mmHg Lu ý: CNSX yoghurt thiết bị bˆi kh’ c— phận ngưng tụ nằm b•n ngoˆi kh™ng cần sử dụng bơm ch‰n kh™ng 3.2 Qu‡ tr“nh c™ đặc nhiệt 3.2.1 Giới thiệu chung v  C™ đặc nhiệt (Concentration/Evaporation): qu‡ tr“nh sử dụng nhiệt độ cao lˆm bay phần nước mẫu nguy•n liệu 3.2.1 Giới thiệu chung - Nguy•n liệu đầu vˆo: sữa nguy•n liệu 3.2.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh c™ đặc v  Mục đ’ch: 3.2.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến qu‡ tr“nh c™ đặc ü Tăng nồng độ chất kh™ mẫu 3.2.4 Thiết bị c™ đặc 3.2.5 Hệ thống c™ đặc nhiều cấp 3.2.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh c™ đặc nhiệt v  Gia nhiệt: n‰ng nhiệt độ sữa l•n đến điểm s™i: H2O(lỏng)à H2O(hơi) Hơi nước, c‡c chất kh’, c‡c cấu tử dễ bay sữa tho‡t ngoˆi v  Tốc độ bốc phụ thuộc vˆo: -  Tốc độ truyền nhiệt sữa -  Tốc độ truyền khối c‡c bọt 11 10 3.2.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qu‡ tr“nh c™ đặc nhiệt 3.2.3.1 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt v Hiện tượng mˆng bi•n ü Độ dˆy lớp mˆng bi•n (lớp sữa tiếp xœc trực tiếp với bề mặt truyền nhiệt) lớn tạo trở lực lớn cho qu‡ tr“nh truyền nhiệt àGiải ph‡p: ↓ độ dˆy lớp mˆng bi•n: tạo d˜ng đối lưu chảy rối thiết bị v Độ nhớt nguy•n liệu: ü ɳ cao tốc độ tuần hoˆn nguy•n liệu ↓ hệ số truyền nhiệt ↓ àGiải ph‡p: nguy•n liệu c— độ nhớt cao: sử dụng thiết bị c™ đặc dạng mˆng rơi ` 3.2.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qu‡ tr“nh c™ đặc nhiệt 3.2.3.1 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt v Sự ch•nh lệch nhiệt độ gia nhiệt (th) vˆ nhiệt độ s™i sữa (ts) ü Δt= th Ð ts: ↑ tốc độ truyền nhiệt ↑: o ↑th ∼ ↑Ph : sữa biến đổi t‡c động nhiệt độ cao o  ↓ ts ∼ tạo ‡p suất ch‰n kh™ng thiết bị c™ đặc v Hiện tượng cặn b‡m tr•n bề mặt trao đổi nhiệt ü Trong qu‡ tr“nh bốc hơi: cặn b‡m d’nh tr•n bề mặt trao đổi nhiệt (protein biến t’nh, muối kết tủaÉ) ↓ tốc độ truyền nhiệt àGiải ph‡p: tăng tốc độ d˜ng chảy sữa, vệ sinh thiết bị 3.2.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qu‡ tr“nh c™ đặc nhiệt 3.2.3.2 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến hiệu kinh tế qu‡ tr“nh c™ đặc v Hiện tượng tạo bọt Lớp bọt tr•n bề mặt khối sữa (bọt protein) giảm tốc độ tho‡t thứ khỏi sản phẩm v Hiện tượng tổn thất chất kh™ bị theo thứ ü Khi thơi đốt >>ts: sữa s™i mạnh àhơi thứ theo dịch sữa àtổn thất chất kh™ àGiải ph‡p: sử dụng kỹ thuật c™ đặc nhiều cấp (sử dụng thứ nồi trước lˆm đốt cho nồi sau + ‡p lực ch‰n kh™ng giẩm dần từ nồi đầu đến nồi cuối) 12 3.2.4 Thiết bị c™ đặc nhiệt 3.2.4.1 Thiết bị c™ đặc tuần hoˆn (circulation evaporators) Lưu ý: sử dụng trường hợp cần bay lượng nhỏ nước sữa 13 3.2.4 Thiết bị c™ đặc nhiệt 3.2.4.2 Thiết bị c™ đặc dạng mˆng rơi (falling film evaporators) Sử dụng phổ biến c™ng nghiệp sữa v  Thiết bị c™ đặc bốc dạng h“nh trụ (tubular type evaporator) -  Mˆng chảy xu™i -  Mˆng chảy ngược 14 MËNG CHẢY XUïI 15 3.2.4 Thiết bị c™ đặc nhiệt 3.2.4.2.Thiết bị c™ đặc dạng mˆng rơi (falling film evaporators) v  Thiết bị c™ đặc dạng mỏng (plate type evaporator) 16 HỆ THỐNG BỐC HƠI CP S DNG MỗY NN NHIT 3.2.5 H thng bc nhiều cấp ü Trong thực tế, hệ thống c™ đặc c— thể l•n đến cấp: số cấp cˆng nhiều hiệu tiết kiệm lượng cˆng lớn ü Để tiết kiệm lương: sử dụng m‡y nŽn nhiệt để trộn phần thứ tho‡t từ cấp cuối c•ng với nhi•n liệu ‡p suất cao để lˆm tăng động Sau đ—, tho‡t từ m‡y nŽn nhiệt c— thể sử dụng lˆm t‡c nh‰n gia nhiệt cho thiết bị bốc cấp đầu ti•n 17 18 H THNG BC HI CP S DNG MỗY NƒN NHIỆT 19 Balance tank Plate heat exchanger Calandria, first effect Vapour separator Thermal recompressor Circulation pumps 10 Discharge pump Tubular heat exchanger Calandria, second effect Vacuum pumps A First passage of first effect B Second passage of first effect C First passage of second effect D Second passage of second effect E Third passage of second effect 1.  2.  3.  4.  5.  6.  7.  Thermocompressor First evaporation effect Second evaporation effect Vapour separator for first effect Vapour separator for second effect Plate condenser Pre-heater HỆ THỐNG BỐC HƠI CẤP S DNG MỗY NN ỗP SUT 20 3.3.1 Gii thiu chung v  Sấy (Drying): Sấy lˆ qu‡ tr“nh lˆm bốc nước khỏi vật liệu t‡c dụng nhiệt v  Sấy phun (spray drying): qu‡ tr“nh chuyển đổi d˜ng nguy•n liệu dạng lỏng thˆnh sản phẩm dạng bột - Nguy•n liệu đầu vˆo: sữa nguy•n liệu v  Mục đ’ch: ü Chế biến: chuyển h—a sữa nguy•n liệu dạng lỏng sang sữa bột thˆnh phẩm ü Bảo quản: t‡ch phần lượng nước khỏi nguy•n liệu kŽo dˆi thời gian bảo quản sữa bột 3.3 Qu‡ tr“nh sấy phun 3.3.1 Giới thiệu chung 3.3.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh sấy phun 3.3.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến qu‡ tr“nh sấy phun 3.3.4 Thiết bị sấy phun 3.3.5 Một số hệ thống sấy phun thường gặp 21 22 3.3.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh sấy phun v  Phun sương nguy•n liệu: Nguy•n liệu ph‰n t‡n thˆnh hạt nhỏ li ti nhờ cấu phun sương v  Sấy: -  Những hạt lỏng phun tiếp xœc với d˜ng kh’ n—ng nước bốc nhanh ch—ng nhiệt độ vật liệu tr“ mức thấp -  Nước t‡ch khỏi nguy•n liệu nhờ khuếch t‡n do: + Ch•nh lệch độ ẩm bề mặt vˆ b•n nguy•n liệu + Ch•nh lệch ‡p suất ri•ng phần nước bề mặt vật liệu vˆ m™i trường xung quanh 23 3.3.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh sấy phun v Sấy: -  Qu‡ tr“nh sấy phun thực pha: + Pha 1: bốc sữa đến nồng độ chất kh™ 45 Ð 52% + Pha 2: sấy sữa đến độ ẩm cuối c•ng buồng sấy -  Qu‡ tr“nh sấy phun gồm giai đoạn: + GĐ (phun sương): Chuyển nguy•n liệu cần sấy sang dạng sương m• nhờ cấu phun sương + GĐ (trộn mẫu vˆ t‡c nh‰n sấy): H˜a trộn sương m• với d˜ng t‡c nh‰n sấy buồng sấy Љy ch’nh lˆ giai đoạn t‡ch ẩm khỏi nguy•n liệu + GĐ (thu hồi sản phẩm): T‡ch sản phẩm khỏi d˜ng t‡c nh‰n sấy 24 3.3.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qu‡ tr“nh sấy phun (p.133/GT) v Nồng độ chất kh™ nguy•n liệu HLCK: 45 Ð 52% v Nhiệt độ t‡c nh‰n sấy -  Nhiệt độ kh™ng kh’ n—ng cửa vˆo: 170-230oC -  Nhiệt độ kh™ng kh’ cửa ra: 76-100oC v K’ch thước, số lượng vˆ quỹ đạo chuyển động c‡c hạt nguy•n liệu buồng sấy 25 3.3.4 Thiết bị sấy phun (hệ thống sấy phun) v  Caloriphe: d•ng để gia nhiệt vˆ hệ thống vận chuyển kh™ng kh’ sau gia nhiệt: ü T‡c nh‰n gia nhiệt: nước (150 - 250oC) ü Vận chuyển t‡c nh‰n sấy qua hệ thống: quạt ly t‰m (1-2 quạt) 26 3.3.4 Thiết bị sấy phun (hệ thống sấy phun) 3.3.4 Thiết bị sấy phun (hệ thống sấy phun) v Thiết bị phun sương: v Thiết bị phun sương: phun nguy•n liệu sữa ü Đầu phun kh’ động (two-fluid nozzle): d•ng v˜i phun thˆnh c‡c hạt nhỏ C— ba dạng đầu phun: ü Đầu phun ‡p lực (pressure nozzle): Chất lỏng đẩy bơm ‡p suất c— thể l•n tới 200 at Để phun người ta cấu tạo v˜i phun c— đường k’nh nhỏ 0.5 mm với lưu lượng lớn lˆ 100l/h G—c phun: 40-140o 27 U PHUN ỗP LC cht lng đẩy kh’ nŽn với ‡p suất từ 2.5-3.5 at G—c phun: 20-60o ĐẦU PHUN KHê ĐỘNG 28 3.3.4 Thiết bị sấy phun (hệ thống sấy phun) v Buồng sấy: lˆ nơi trộn t‡c nh‰n sấy (thường lˆ kh™ng kh’ n—ng) với nguy•n liệu sấy T‡c nh‰n sấy c— thể c•ng chiều, ngược chiều hay hỗn hợp so với vật liệu sấy 3.3.4 Thiết bị sấy phun (hệ thống sấy phun) v Thiết bị phun sương: ü Đầu phun ly t‰m (centrifugal atomiser): cho chất lỏng rơi vˆo đĩa c— đường k’nh từ 2-30 in (5.08-76.2 cm) quay nhanh với tốc độ từ 4000-50000 v˜ng/phœt Dưới t‡c dụng lực qu‡n t’nh ly t‰m đĩa quay, chất lỏng bị văng thˆnh hạt sương G—c phun: 180o sử dụng chủ yếu ngˆnh c™ng nghiệp sản xuất sữa bột 29 3.3.4 Thiết bị sấy phun (hệ thống sấy phun) v Bộ phận thu hồi sản phẩm: sử dụng cyclon để thu hồi lượng sản phẩm bị theo kh™ng kh’ 31 ĐẦU PHUN LY TåM 30 3.3.4 Thiết bị sấy phun (hệ thống sấy phun) v Quạt: -  Quạt ch’nh: đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm (cyclon) từ d˜ng kh’ tho‡t -  Quạt phụ: đặt trước thiết bị calorife 32 3.3.5 C‡c hệ thống sấy phun thường gặp v  Phương ph‡p sấy phun giai đoạn + Sữa nguy•n liệu đưa vˆo v˜i phun trở thˆnh hạt nhỏ li ti buồng sấy, đồng thời kh™ng kh’ n—ng đựơc đưa vˆo Thời gian tiếp xœc sữa vˆ kh™ng kh’ n—ng ngắn n•n nhiệt độ sữa kh™ng tăng qu‡ cao Nhược điểm: giai đoạn cuối lượng ẩm nguy•n liệu c˜n thấp th“ việc t‡ch ẩm kh— khăn đ˜i hỏi nhiệt độ t‡c nh‰n sấy đầu phải cao g‰y ảnh hưởng xấu đến chất lượng sữa bột thˆnh phẩm Chỉ sử dụng cho mc ch nghin cu (PTN, pilot) 33 PHNG PHỗP SY PHUN GIAI ĐOẠN 34 3.3.5 C‡c hệ thống sấy phun thường gặp v  Phương ph‡p sấy phun giai đoạn (sấy phun + sấy tầng s™i) + Giai đoạn 1: độ ẩm hiệu chỉnh cao 2-5% so với gi‡ trị độ ẩm cuối c•ng + Giai đoạn 2: phần ẩm c˜n lại bốc tiếp thiết bị sấy tầng s™i hạn chế ảnh hưởng nhiệt độ cao lˆm biến đổi chất lượng sản phẩm, n‰ng cao hiệu truyền nhiệt, giảm chi ph hnh 35 PHNG PHỗP SY PHUN GIAI ĐOẠN 36 3.3.5 C‡c hệ thống sấy phun thường gặp PHNG PHỗP SY PHUN GIAI ON (sy phun kt hợp sấy băng tải) v  Phương ph‡p sấy phun giai đoạn (sấy phun kết hợp sấy băng tải) + Giai đoạn 1: 75% lượng kh™ng kh’ n—ng với nhiệt độ 270-2800C đưa vˆo buồng sấy ch’nh, 25% lượng kh™ng kh’ n—ng c˜n lại với nhiệt độ 100-1500C qua lưới ph‰n bố vˆ toả xuống b•n Độ ẩm c‡c hạt dao đ™ng từ 6-14% (12-20%) vˆ rơi xuống băng tải (xảy thiết bị sấy phun) + Giai đoạn 2: Băng tải vận chuyển sữa bột từ buồng sấy ch’nh qua buồng sấy phụ Tốc độ chuyển động băng tải lˆ 1m/phœt Khi đ— d˜ng t‡c nh‰n sấy tr•n đường tho‡t khỏi thiết bị cửa đ‡y xuy•n qua lớp sữa bột tr•n băng tải vˆ t‡ch th•m lượng ẩm c‡c hạt sữa độ ẩm sữa bột giảm xuống c˜n 3-10% ( 8-10%) (xảy ph’a thiết bị sấy phun) + Giai đoạn 3:Tại buồng sấy phụ người ta đưa kh™ng kh’ n—ng vˆo với nhiệt độ 110-1400C Sau c•ng đưa sữa bột vˆo buồng lˆm nguội Cuối c•ng thu c‡c hạt sữa 37 38 3.3.5 C‡c hệ thống sấy phun thường gặp 3.4 Qu‡ tr“nh đ™ng tụ casein v  Phương ph‡p sấy phun giai đoạn (sấy phun kết hợp sấy tầng s™i) sản xuất sữa bột tan nhanh Sữa bột từ thiết bị sấy phun 3.4.1 Giới thiệu chung 3.4.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh đ™ng tụ casein 3.4.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến qu‡ tr“nh đ™ng tụ casein - V•ng 1: C‡c hạt sữa thu từ buồng sấy phun đựơc lˆm ẩm trở lại (bằng nước) để qu‡ tr“nh kết d’nh chœng tạo n•n khối hạt diễn dễ dˆng -  V•ng 2: C‡c khối hạt sấy t‡ch ẩm (kh™ng kh’ n—ng) -  V•ng 3: Lˆm nguội kh™ng kh’ lạnh Hạt sữa bột tan nhanh 39 c— k’ch thứơc 150-200µm (sữa bột th™ng thường: 30-80µm) 3.4.4 Thiết bị đ™ng tụ casein 40 3.4.1 Giới thiệu chung v  Đ™ng tụ casein: qu‡ tr“nh chuyển casein từ trạng th‡i keo sang khối đ™ng với cấu trœc gel ứng dụng: c™ng nghệ sản xuất ph™ mai, yoghurt v  Mục đ’ch: ü Tạo khối đ™ng với cấu trœc gel định h“nh sản phẩm ü Tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm 3.4.1 Giới thiệu chung v  C‡c phương ph‡p đ™ng tụ casein: ü Chỉnh gi‡ trị pH sữa điểm đẳng điện casein: VK lactic phomai tươi (Cottage, QuargÉ), yoghurt ü Sử dụng enzyme đ™ng tụ sữa: o  Từ động vật: chymosin (A, B), pepsin (A, B) o  Từ VSV: gastriscin; aspartic protease o  Từ thực vật: cyprosin (1, 2, 3), cardosin (A, B) 41 42 3.4.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh đ™ng tụ v  Đ™ng tụ casein sữa phương ph‡p sử dụng enzyme: - Giai đoạn 1: enzyme chymosin xœc t‡c thủy ph‰n li•n kết peptide vị tr’ đặc hiệu ph‰n tử k-casein 3.4.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh đ™ng tụ v  Đ™ng tụ casein sữa phương ph‡p sử dụng điểm đẳng điện: Đưa pH dịch sữa pI=4,6 - điểm đẳng điện casein lˆm giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng tương t‡c c‡c gốc kỵ nước ph‰n tử protein: casein đ™ng tụ Li•n kết peptide bị bẽ g‹y chymosin Đầu paracasein kh™ng tan hướng t‰m micelle 43 44 Đầu caseinmacropepide tan hướng v•ng bi•n micelle 3.4.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh đ™ng tụ v  Đ™ng tụ casein sữa phương ph‡p sử dụng enzyme: -  Giai đoạn 3: kết thœc qu‡ tr“nh đ™ng tụ vˆ t‡ch huyết sữa Chœ ý: đ™ng tụ sữa xảy c— >85% κ-casein bị thủy ph‰n enzyme 3.4.2 Cơ sở khoa học qu‡ tr“nh đ™ng tụ v  Đ™ng tụ casein sữa phương ph‡p sử dụng enzyme: -  Giai đoạn 2: đ™ng tụ casein TP ch’nh: casein; lipid, lactose, nước vˆ số chất kh‡c 45 46 3.4.4 Thiết bị đ™ng tụ casein v  Bể đ™ng tụ sữa: 3.4.3 C‡c yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qu‡ tr“nh đ™ng tụ v  Hˆm lượng enzyme (chymosin) sử dụng: ↑ tốc độ phản ứng thủy ph‰n li•n kết peptide đặc hiệu ph‰n tử ↑à tốc độ qu‡ tr“nh đ™ng tụ nhanh Sử dụng 30ml enzyme (hoạt t’nh enzyme: 1:10.000 Ð 1:15.000) /100kg sữa tươi v  pH: ảnh hưởng đến cấu trœc micelle sữa pH ↓ phosphate calci bị t‡ch khỏi cấu trœc micelle, lˆm giảm điện t’ch micelle àthời gian đ™ng tụ sữa rœt ngắn pHopt = 6.0 v  Nhiệt độ: to