Khảo sát quy trình nước ngọt có gas

Hiện nay có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý nước nguyên liệu: • Phương pháp vật lý: lắng, lọc, phân riêng bằng membrane, điện thẩm tích, xử lý nhiệt, xử lý chân không, xử lý bằn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

MÔN: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT CÓ GAS

GVHD: Th.s Như Xuân Thiện Chân SVTH: Nhóm 5

Nguyễn Thị Trà My 1553010116 Nguyễn Thị Kim Ngân 1553010120 Nguyễn Thị Bảo Thu1553010190

Võ Nhật Cẩm Thy 1553010204

MỤC LỤC

Danh mục hình

A.

A GIỚI THIỆU

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

Nước giải khát là loại thức uống đặc biệt đa dạng, có nguồn gốc từ loại nước

khoáng được tìm thấy trong các dòng suối tự nhiên Các nhà khoa học cũng nhanh chóng phát hiện ra CO2 trong các bọt nước khoáng thiên nhiên và nhanh chóng phát triển loại nước này

Loại nước khoáng không gas lần đầu tiên xuất hiện vào thế kỉ 17 với thành phần chỉ

là nước lọc, chanh và một ít mật ong Đến năm 1767, loại nước giải khát có gas đầu tiên được pha chế thành công, sử dụng rộng rãi ở các nước Châu Âu Từ những năm 1880 đếnnay, thị trường nước giải khát từng bước phát triển, tràn ngập các loại nước uống giải khát được sản xuất từ rất nhiều các nhãn hiệu nổi tiếng

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 (CO2) 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 điểmđều là nước giải khát có gas (CO2)

Chất lượng nước được đánh giá theo ba nhóm chỉ tiêu sau đây:

• Chỉ tiêu cảm quan: quan trọng nhất là độ đục, độ màu, mùi và vị.

• Chỉ tiêu hóa lý: bao gồm độ cứng, độ kiềm, tổng chất khô, độ oxy hóa, độ

dẫn điện, hàm lượng các cation và anion có trong nước Để sản xuất thức uống dạng pha chế, người ta sử dụng nước có độ cứng càng thấp càng tốt Thông thường độ cứng của nước sau khi qua xử lý không được vượt quá 1

mg đương lượng/lít

• Chỉ tiêu vi sinh: gồm có các chỉ tiêu cơ bản như: tổng số vi khuẩn hiếu khí, Coliform phân, Faecal streptococci và sulphite reducing clostridia.

Hiện nay có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý nước nguyên liệu:

• Phương pháp vật lý: lắng, lọc, phân riêng bằng membrane, điện thẩm tích,

xử lý nhiệt, xử lý chân không, xử lý bằng tia UV,…

• Phương pháp hóa học: dựa trên cơ sở khoa học của các phản ứng trao đổi,

phản ứng oxy hóa, xử lý bằng acid hoặc kiềm, xử lý bằng các chất ức chế vi sinh vật,…

• Phương pháp hóa lý: kết lắng, trao đổi ion, hấp phụ,…

Tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước đầu vào mà mỗi nhà máy sẽ tự xây dựng quy trình xử lý nước sao cho phù hợp Nếu nguồn nước đầu và có chất lượng tốt, ít bị lẫn các tạp chất vô cơ, hữu cơ và vi sinh vật thì quy trình xử lý nước sẽ đơn giản và ít tốn chi phí

xử lý

Chất tạo vị ngọt

 Chất tạo vị ngọt truyền thống trong ngành công nghiệp thức uống là đường saccharose Saccharose được thu nhận từ mía hoặc củ cải đường Thông thường, người ta sử dụng

hàm lượng saccharose không thấp hơn 99,8%, độ ẩm không quá 0,05%, hàm lượng tro và

độ màu phải thấp hơn 0,03% và 30o ICUMSA [1]

Ngoài ra, các nhà sản xuất còn có thể sử dụng những loại đường khác như:

• Đường nghịch đảo: là hỗn hợp glucose và fructose với tỷ lệ mol là 1:1

Đường nghịch đảo được sản xuất từ saccharose, sử dụng xúc tác là acid (acidcitric, tartaric, lactic hoặc phosphoric) hoặc chế phẩm enzyme invertase [1]

• Syrup giàu fructose (high fructose syrup): có ba loại syrup thương phẩm với

hàm lượng fructose lần lượt là 42%, 55% và 90% so với tổng lượng chất khôcủa syrup Các thành phần còn lại trong syrup là glucose và một ít các loại oligosaccharide khác Syrup giàu fructose được sản xuất từ tinh bột Người ta

sử dụng hai nhóm chế phẩm enzyme để xúc tác phản ứng chuyển hóa:

enzyme thủy phân tinh bột thành glucose (α-amylase và glucoamylase) và enzyme chuyển hóa một phần glucose trong dịch thủy phân thành fructose (glucoisomerase) [1]

 Chất tạo ngọt nhân tạo (phụ gia tạo ngọt): được chia làm hai nhóm chính [5]Chất tạo ngọt không sinh năng lượng: Sodium cyclamate, Saccharide, Aspartame, Acesulfame kali,… được sử dụng chủ yếu cho người ăn kiêng, mắc bệnh tiểu đường.Chất tạo ngọt sinh năng lượng: Sorbitol, Sucralose,…

 Cyclamate (E952): là chất tạo ngọt không sinh năng lượng, chất tạo ngọt phổ biến thườngđược sử dụng dưới dạng sodium hoặc calcium cyclamate Chúng là muối của Na hoặc Cacủa cyclohenxan sulfamic acid

o Sodium cyclamate: màu trắng, không mùi, dạng bột tinh thể, có thể tạo vị ngọt gấp 30 – 50 lần đường mía, tan nhiều trong nước

o Calcium cyclamate: là chất bột màu trắng, không mùi, có vị ngọt nhưng thấp hơn sodium cyclamate, tan nhiều trong nước

 Saccharine (E954): có dạng tinh thể màu trắng, nhiệt độ nóng chảy khoảng từ 224-2260C,tan trong nước với tỷ lệ 1/250 (ít tan), ngọt hơn đường mía bình thường đến 300 lần và không bị phân huỷ bởi nhiệt Điểm yếu của saccharine là để lại vị đắng, nhất là mùi kim loại khi dùng ở nồng độ cao Vì vậy, saccharine thường kết hợp với cyclamate và

aspartame ở nồng độ thấp để hạn chế nhược điểm này Thường ổn định trong môi trường acid nhưng lại không có phản ứng thành phần thực phẩm nên nó thường được sử dụng nhiều trong đồ uống và nước ngọt

 Aspartame (E951): có thể kết tinh, bột màu trắng, không mùi, có độ ngọt cao gấp 200 lần

so với đường tự nhiên Tuy nhiên, vị ngọt của aspartame thì hơi khác với vị ngọt của đường kính, chậm hơn lúc đầu nhưng kéo dài lâu hơn Nếu phối trộn aspartame với acesulfame potassium (acesulfame K) thì tạo ra vị ngọt giống như đường và ngọt hơn đường, nên aspartame thường được kết hợp với acesulfame Gía thành tương đối rẻ so với việc sử dụng đường nên aspartame được sử dụng như một chất phụ gia trong rất nhiều loại thực phẩm, từ bánh kẹo, đồ uống, các sản phẩm “không đường”…

 Acesulfame kali (E950) là một chất thay thế đường không chứa calories, nó ngọt gấp 200lần đường saccharose, hậu vị đắng thường được sử dụng chung với các chất làm ngọt khác Acesulfame kali có tính chịu nhiệt cao và hầu như không bị biến đổi tính chất hoá học, vật lý trong thời gian dài nên rất thích hợp với các sản phẩm cần gia công ở nhiệt độ cao

 Sorbitol (E420): kết tinh dạng bột mịn, hoà tan trong nước, hút ẩm mạnh và giữ hương Sorbito có hương vị ngọt mát và có vị ngọt giống 60% so với đường mía Mặt khác nó cóthể giữ được hương thơm và không bị bay hơi Được sử dụng như một chất giữ ẩm và tạo

độ nhớt, tạo bóng, kiểm soát hiện tượng kết tinh đường mía Không xảy ra phản ứng caramen hoá nên có thể cải thiện cảm quan nước trái cây Độ nhớt của syrup sorbitol hữu ích trong việc làm chậm kết tinh Thường được sử dụng cho người bị tiểu đường

 Succralose (E955): Một loại đường disaccharide được tổng hợp từ saccharose Có độ ngọt xấp xỉ 600 lần so với đường saccharose và 3.3 lần so với aspartame, bền nhiệt do vậy succralose được sử dụng trong thực phẩm lâu dài

chất thay thế hay bổ sung khi các loại quả chứa ít hay không có độ chua tự nhiên được sửdụng Nó chủ yếu được sử dụng cho các loại rượu vang giá thấp

Acid tartaric (E334): Tinh thể bột trắng, hòa tan tốt trong nước: 133g/100ml (200C),

là sản phẩm sinh ra trong quá trình lên men tự nhiên rượu vang Được thêm vào các loại thực phẩm khác để cung cấp vị chua Các muối của acid tartaric được gọi là tartrates, là một phụ gia thực phẩm Acid tartaric còn được sử dụng như một chất chống oxy hóa hay chất nhũ hoá

Acid malic (DL-)(E296): Là chất lỏng, tan nhiều trong nước, có mùi thơm của táo Nóng chảy ở 1000C, hỗn hợp raxemic nóng chảy ở 1280C Tạo nên vị chua của táo trong các sản phẩm thức uống

Carbon dioxide [2]

Khí CO2 sẽ góp phần tạo nên mùi và vị đặc trưng cho sản phẩm nước ngọt có gas Khí CO2 có thể thu nhận và tinh sạch từ quá trình lên men bia và ethanol hoặc từ phản ứng đốt cháy nhiên liệu Hàm lượng CO2 trong bình chứa CO2 nguyên liệu không được thấp hơn 99,8%; hàm lượng nước trong CO2 nguyên liệu không lớn hơn 0,1%

Thu nhận CO 2 từ quá trình lên men bia và rượu

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

C 6 H 12 O 6→ 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + Q

Trong quá trình lên men, một phầnđường sẽ được chuyển hóa thành sinh khốinấm men và các sản phụ khác như rượu caophân tử, acid hữu cơ, ester, … Ngoài ramột phần khí CO2 được sinh ra có thể bịthất thoát trong quá trình thu hồi Vì thế,trong thực tế người ta chỉ thu hồi đượctrung bình 70% lượng khí CO2 được sinh ra

từ phương trình

Hình 1: Thu nhận CO 2 từ lên men

Khí CO2 được thu nhận từ quá trình lên men bia rượu sẽ bị lẫn các tạp chất dễ bay hơinhư aldehyt, rượu… Vì thế, ta cần phải xử lý tinh sạch CO2.

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 bugiphát 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 đốt cháy, ngoài CO2 và hơi nước, còn lẫnrất nhiều tạp chất khác nhau

Hỗn hợp khí từ buồng đốt sẽ được đưa qua tháp Khi đó, một số tạp chất hòa tan đượctrong 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 đượchấp thụ bởi MEA, còn các khí tạp sẽ được thoát ra ngoài Hỗn hợp MEA và CO2 sẽ đượcđưa tiếp vào tháp giải nhiệt rồi đi vào tháp hấp để thu hồi MEA Riêng khí CO2 sẽ đi vàotháp 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 đượcđưa đi vào tháp có chứa Na2CO3: các hợp chất acid sẽ được loại bỏ Sau đó, khí CO2 sẽđược đưa vào tháp để tách nước và đi vào thiết bị nén 3 cấp để tinh sạch CO2 để đưa vào

sử dụng

Tác dụng CO 2

• CO2 góp phần tạo hương vị, mặc dù bản thân CO2 không có vị, nhưng khi hòa tantrong nước sẽ tạo ra một lượng nhỏ acid, điều này đủ tạo nên vị chua cho dungdịch và kết hợp với vị chua của acid cùng hương liệu tạo nên vị đặc trưng cho sảnphẩm

• 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 bảo 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 thứcuống thường là vi sinh vật hiếu khí hoặc kị khí tùy nghi Trong sản phẩm nước giải

khát có gas, khí CO2 sẽ tạo nên một môi trường kị khí, do đó sẽ ức chế sự pháttriển 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 hưởngđến 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 trườngbên ngoài

• CO2 cũng có thể ức chế hoạt tính của một số enzyme của tế bào vi sinh vật và làmrối 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 bàochất

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

Các phụ gia khác [1] [5]

Trong ngành công nghiệp sản xuất thức uống pha chế, người ta sử dụng các phụ gia như chất màu, chất hương, chất ức chế vi sinh vật,… Chức năng của chúng là cải thiện giá trị cảm quan và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm [1]

Chất tạo màu [5]

Vàng Tartrazine (E102): chất màu acid tổng hợp, dạng bột, màu vàng chanh, tan trong nước

Allura red AC (E129): tạo màu đỏ hấp dẫn cho thực phẩm

Ponceau 4R (Red 7, E124): Dạng bột hoặc hạt màu đỏ.Tan tốt trong nước, tan ít trong ethanol bị mất màu khi tiếp xúc với SO2, môi trường kiềm, acid ascorbic Được sử dụng để tạo ra một màu đỏ trong các sản phẩm như bánh kẹo, thạch, trái cây đóng hộp, bánh ngọt, nước giải khát, đồ uống đóng hộp

Carmine (E120): được sản xuất từ côn trùng có tên khoa học là Coccus cacti, là phẩm màu tự nhiên thuộc nhóm chất màu Authraquinone, tan nhiều trong nước, có màu

đỏ cánh kiến, nhiệt độ nóng chảy 1860C Được sử dụng trong sản xuất syrup, nước giải khát pha chế không cồn và rượu mùi

Màu caramen cho nước giải khát cola, xá xị: Có nguồn gốc tự nhiên, nguyên liệu

chính thường là đường dextrose từ si rô bắp Chất lỏng, màu nâu đậm, có vị đắng Gồm

độ sôi 2490C Acid benzoic là một acid tương đối mạnh (pH = 4,19) nên có tính kháng khuẩn cao Acid benzoic còn có khả năng tác dụng lên màng tế bào để hạn chế sự hấp thu acid amine của tế bào vi sinh vật và các túi màng Muối của acid benzoic thường dùng là benzoat natri, benzoat kali và benzoat canxi Acid benzoic là chất sát trùng mạnh đối với nấm men và các nấm mốc, tác dụng yếu đối với các vi khuẩn Hoạt tính kháng khuẩn phụ thuộc rất nhiều vào pH, tác dụng bảo quản chỉ xảy ra ở môi trường acid pH = 2.5 - 3.5, khi pH càng thấp hoạt tính kháng khuẩn càng cao Khi pH = 2 – 2,5 cần hàm lượng acid benzoic 0,02 – 0,03%; pH = 3,5 - 4 cần 0,08% tiêu diệt mốc, 0,1 – 0,15% diệt nấm men, 0,15 – 0,2% diệt vi khuẩn lactic, pH trung tính đạt hiệu quảgiảm 300 lần so với pH = 3

Chất chống oxy hóa [5]

Acid ascorbic (E300), tên khác Vitamin C: dùng trong thực phẩm ở dạng tinh thể trắng Rất dễ tan trong nước (300g/l), khó tan trong rượu, không tan trong các dung môi hữu cơ Nhiệt độ nóng chảy: 1940C (phân hủy) Tồn tại được ở 1000C trong môi trường trung tính và acid Bị oxi hóa bởi Oxi trong không khí và càng bị oxi hóa nhanh khi có sựhiện diện của Fe và Cu Acid ascobic chống oxi hóa bằng cách trung hòa các chất tự do sinh ra trong thực phẩm Acid ascorbic tác dụng O2 và bị oxy hóa thành acid

dehydroascobic Ngoài ra acid ascorbic còn tác dụng làm giảm các ion kim loại tạo ra gốc

tự do

II Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất nước ngọt có gas cũ

Pha chế syrup thành phẩmChai/lon

Rót chai/lon và đóng nắp Bão hoà CO2

Quy trình sản suất nước ngọt có gas mới

In ngày sản xuất lên bao bì

CO2 Bão hoà CO2

Chai/lon Rót chai/lon và đóng nắp

In ngày sản xuất lên bao bì

Sản phẩm

III Giải thích quy trình công nghệ

o Tăng độ ngọt cho syrup: theo Moll (1990) thì độ ngọt của saccharose là 1,0

độ ngọt của glucose và fructose lần lượt là 0,7 và 1,7 hỗn hợp glucose và fructose với tỉ lệ mol 1:1 sẽ có độ ngọt là 1,3 Như vậy, với cùng nồng độ đường như nhau thì syrup đường nghịch đảo sẽ có độ ngọt cao hơn syrup saccharose

o Tăng hàm lượng chất khô cho syrup: theo phương trình phản ứng (*) nếu

sự thủy phân xảy ra hoàn toàn thì 342g saccharose ban đầu sẽ cho ra 180g glucose và 180g fructose tức là được 360g đường nghịch đảo, như vậy lượng tổng chất khô trong syrup sẽ tăng xấp xỉ 1,053 lần Điều này sẽ manglại hiệu quả kinh tế không nhỏ cho nhà sản xuất

o Ổn định chất lượng syrup, ngăn ngừa hiện tượng tái kết tinh đường: nồng

độ đường cao trong syrup dễ dẫn đến hiện tượng tái kết tinh đường và làm giảm độ đồng nhất của syrup Thực tế cho thấy quá trình kết tinh đường glucose và fructose khó thực hiện hơn so với saccharose Do đó phản ứng nghịch đảo saccharose sẽ tăng cường sự hòa tan của đường trong syrup nồng độ cao và tránh hiện tượng tái kết tinh của đường

o Tăng khả năng ức chế hệ vi sinh vật trong syrup: áp lực thẩm thấu của syrup phụ thuộc vào nồng độ các chất hòa tan trong syrup và phân tử lượng của chúng Theo lý thuyết, nếu hai dung dịch có cùng thể tích và hàm lượng

chất tan thì dung dịch chứa chất hòa tan phân tử lượng nhỏ hơn sẽ có áp lựcthẩm thấu lớn hơn Giá trị áp lực thẩm thấu càng cao thì sẽ càng ức chế quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của các tế bào vi sinh vật cơ trong dung dịch Quá trình nghịch đảo đường làm tăng hàm lượng các chất tan có trongsyrup đồng thời tạo các sản phẩm hexose có phân tử lượng nhỏ hơn nhiều

so với cơ chất saccharose ban đầu Do đó áp lực thẩm thấu của syrup đườngnghịch đảo luôn cao hơn syrup saccharose có cùng nồng độ, nó góp phần

ức chế vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản dịch đường

Các biến đổi của nguyên liệu

• Vật lý: Có sự thay đổi về tỷ trọng của syrup sau quá trình nấu

• Hóa học: Xảy ra phản ứng nghịch đảo đường

C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

Cần lưu ý là hiệu suất thủy phân saccharose không thể đạt đến 100% Sau quá trình nấu, syrup sẽ chứa cả ba loại đường: glucose, fructose và saccharose chưa bị thủy phân.Nếu nhiệt độ nấu syrup quá cao thì có thể xảy ra phản ứng phân hủy đường và tạo nên một số sản phẩm mới làm cho syrup bị sậm màu

• Hóa lý: Có sự hòa tan của những tinh thể saccharose vào nước, sự bay hơi của nước, sự hấp phụ một số tạp chất (ví dụ chất màu trong syrup lên hạt than hoạt tính)

• Sinh học và hóa sinh: Hệ vi sinh vật và enzyme bị lẫn trong nguyên liệu sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt

Thiết bị

Người ta thường sử dụng thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, xung

quanh thân ngoài có lớp vỏ áo để chứa tác nhân gia nhiệt trong quá trình nấu

1- thân thiết bị, 2- lớp vỏ áo, 3- motor, 4- Cánh khuấy, 5- cửa nạp sacharose, 6- cửa tháo syrup

Thông số công nghệ

Phản ứng nghịch đảo đường thường được thực hiện ở 70-800C, nồng độ saccharose ban đầu trong syrup là 63%, lượng acid citric sử dụng là 750 g/100kg cơ chất, thời gian nghịch đảo đường kéo dài khôngquá 2 giờ Còn giai đoạn tẩy màu syrup được thực hiện ở 700C trong thời gian khoảng 20-

30 phút Lượng than hoạt tính sử dụng

là 0,1-0.2% Khi kết thúc quá trình nấu syrup, người ta bổ sung bột trợ lọc (diatomite) vào thiết bị và khuấy đều để chuẩn bị cho quá trình lọc

Nấu syrup từ tinh bột [3] [7]

Dưới nhiệt độ hồ hoá, xảy ra quá trình hút nước và trương nở thuận nghịch Khiđược đun nóng, nhiệt năng cung cấp sẽ phá vỡ hàng loạt liên kết hydro ràng buộc các phân tử nước, giúp các phân tử nước này trở nên linh động hơn, dễ dàng tấn công vào cấu

Hình 2: Thiết bị nấu syrup

trúc micelle của hạt tinh bột, dẫn đến xảy ra quá trình hydrate hoá Khi đó các phân tử nước sẽ chuyển động nhanh hơn và có nhiều phân tử khuếch tán vào bên trong của hạt tinh bột Do đó hạt tinh bột sẽ nở đáng kể, tăng thể tích và kích thước Dưới tác dụng của nhiệt, một số phân tử amylose và amylopectin phân tử lượng nhỏ sẽ khuếch tán vào môi trường xung quanh Các phân tử tinh bột này sẽ bị hydrate hoá tạo thành các micelle nhỏ.Các micelle này và các hạt tinh bột đã trương nở sẽ kết hợp lại với nhau bằng liên kết hydro, hình thành các liên kết ba chiều mới, độ nhớt tăng lên.

Khi nhiệt độ tăng, đường kính hạt tăng đến khi lớp ngoài của hạt bị phá vỡ, lúc này hỗn hợp đạt đỉnh nhớt Sự gia tăng độ nhớt cuối của mẫu hồ hoá đã gia nhiệt được cho là giải phóng các sợi (chủ yếu là amylose) và đoạn nhánh (sự biến dạng) của hạt tinh bột trương nở Do đó, hồ tinh bột là một dung dịch bao gồm các hạt đã trương nở lơ lửng trong nước nóng, các phân tử amylose cũng bị phân tán trong này Những tác động qua lại trong dung dịch khi này liên quan đến liên kết hydro nội phân tử giữa các hạt tinh bột với nhau và giữa các hạt tinh bột với nước (Tako và Hizukuri, 1999)

Qúa trình hồ hoá được định nghĩa là sự đứt gãy không thuận nghịch trong cấu trúc các phân tử hạt tinh bột khi được gia nhiệt với lượng nước lấy dư (Sical và Preiss, 1998) Do đó xảy ra các hiện tượng là chủ yếu từ huyền phù sang dạng dịch keo, và từ dạng dung dịch keo chuyển sang dạng gel (Gôm và cộng sự, 1998; Chatakanoda và cộng

sự, 2000) cũng như sự phá huỷ cấu trúc liên kết trong mạng (Hsu và cộng sự, 2000) Trong quá trình hồ hoá, một số phân tử tinh bột bị hydrat hoá mạnh mẽ sẽ tách khỏi mạnglưới micelle, khuếch tán vào môi trường nước gây nên hiện tượng hoà tan tinh bột và nước nóng

Mục đích công nghệ: chuẩn bị

Các biến đổi của nguyên liệu

• Vật lý: Độ nhớt tăng cực đại, hạt tinh bột trương nở tối đa, nhiệt độ dung dịch tăng, nồng độ chất khô tăng

• Hoá học: Xảy ra sự hydrate hoá các nhóm hydroxy tự do và hình thành liên kết hydro với nước

• Hoá lý: Hạt tinh bột tiếp tục hấp thụ nước, khi nhiệt độ càng tăng thì khảnăng hút nước càng tăng Hệ chuyển từ dạng huyền phù sang dung dịch nhớtđồng nhất Tăng khả năng hoà tan

• Cảm quan: Màu sắc từ đục chuyển sang trong hơn

Thiết bị

Thiết bị Henze Cooker có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy được kết nối với một motor có công suất lớn.

Thông số công nghệ

Nước, chế phẩm enzyme amylase, Ca(OH)2 và tinh bột được cho vào Henze Cooker và khuấy trộn Tinh bột được hòa trộn với nước lạnh tỉ

α-amylase chịu nhiệt với một lượng 1500IU/kg khối lượng khô, 50-150 ppm Ca2+ nhằm ổn định hoạt tính enzyme và tạo môi trường pH cho hỗn hợp Tăng nhiệt độ hỗn hợp lên

900C, pH 5.8-8.0 có kết hợp khuấy đảo, thời gian dừng 20-30 giây

b Dịch hóa

Sau giai đoạn hồ hoá hạt tinh bột trương nở nhưng vẫn còn nguyên vẹn Khi ta tiếp tục gia nhiệt hỗn hợp, sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử tinh bột trong hỗn hợp dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ làm cho liên kết giữa các phân tử tinh bột với nhau, giữa tinh bột với nước trở nên lỏng lẻo Kết quả là các phân tử amylose và amylopectin được giải phóng từ dạng liên kết trong cấu trúc hạt tinh bột sang dạng “tự do” Qúa trình này được gọi là quá trình dịch hoá

Mục đích công nghệ: chuẩn bị

Các biến đổi của nguyên liệu

• Vật lý: Độ nhớt giảm, khả năng truyền nhiệt tăng (do kích thước phân tử nhỏhơn), nồng độ chất khô tăng

• Hóa học: Hạt tinh bột bị phá tung, phá vỡ các liên kết hydro giữa nước và các sợi tinh bột, phản ứng Mailard giữa đường và acid amine tạo ra sản phẩm

có màu Thuỷ phân tinh bột tạo những mạch dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn

• Hoá lý: Sự bốc hơi nước, khả năng hoà tan tinh bột tăng

Hình 3: Thiết bị Henze Cooker

• Hoá sinh: Enzyme α-amylase hoạt động cắt các mạch amylose và

amylopectin thành các dextrin mạch ngắn có khả năng hoà tan

• Sinh học: Các vi sinh vật trong tinh bột sẽ bị ức chế ở nhiệt độ cao

Thiết bị

Thông thường có ba thiết bị chính:

Một thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, bên ngoài có lớp vỏ áo để gia nhiệt và giữ nhiệt Thiết bị này hoạt động ở áp suất bình thường dùng để xử lý huyền phù tinh bộ và chế phẩm α-amylase

Một thiết bị hình trụ đứng đáy nón, bên trong có cánh khuấy Thiết bị này hoạt động

ở áp suất cao và dùng để dịch hóa tinh bột ở áp suất cao

có ở trong tinh bột hoặc được bổ sung vào Tiếp theo enzyme glucose-amylase được bổ sung vào để tiến hành thuỷ phân hoàn toàn các mạch ngắn để hình thành đường glucose Tuỳ theo loại sản phẩm mong muốn quá trình chuyển hoá này có thể được xúc tác bởi một hay nhiều enzyme

Mục đích công nghệ: chế biến

Các biến đổi của nguyên liệu

• Vật lý: Độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian thủy phân Tăng hàm lượng chất khô, khả năng chuyền nhiệt của dung dịch

• Hoá học: Phản ứng thuỷ phân cắt dextrin mạch dài (sản phẩm sau quá trình dịch hoá) thành sản phẩm chính là glucose, các đường đơn giản khác và dextrin mạch ngắn,… Phản ứng Maillard tạo thành các chất sẫm màu dịch thuỷ phân

• Hoá lý: Tăng khả năng hoà tan

• Hóa sinh: Chế phẩm β-amylase, α- amylase, γ-amylase tạo đường matose sẽ chuyển hóa các phân tử tinh bột đã được dịch hóa hoàn toàn thành glucose.

Thiết bị: thiết bị Mash tub

Thông số công nghệ

Dịch sau khi hồ hóa và dịch hóa sẽ thoát ra từ đáy của Henze Cooker, được bơm vào Mash tub ở phía đỉnh Sau đó dịch cần được làm nguội, bằng cách cho nước lạnh

100C vào vỏ áo, khi dịch đạt nhiệt độ 55-650C thì ta bổ sung chế phẩm β-amylase với

hàm lượng 2000IU/Kg Lúc này điều chỉnh pH về 5,5 bằng lượng acid Phosphoric thích hợp Giữ nhiệt độ của thùng 55- 650C

d Tẩy màu

Mục đích công nghệ: tẩy màu.

Các biến đổi của nguyên liệu: biến đổi hóa ly –

chất màu và một số tạp chất trong dịch thủy phân

sẽ hấp phụ trong mao dẫn của các than hoạt tính

Thông số công nghệ: Dịch nha sau khi đường hóa được đưa vào thùng có cánh

khuấy gia nhiệt tới 70-750C để làm giảm độ nhớt, sau đó bổ sung thêm than hoạt tính tỉ lệ0,3-0,75% so với lượng chất khô Thời gian khoảng 25-30 phút

Thiết bị

Hình 4: Thiết bị Mash tub

Hình 5: Thiết bị tẩy màu

Thiết bị lọc khung bản với màng lọc vải có phủ một lớp bộ trợ lọc diatomite.

Hình 6: Thiết bị lọc khung bản

Thông số công nghệ: Dịch nha sau khi được bơm vào máy chất rắn được giữ lại trên

bề mặt vải của bàn Dịch lọc qua lớp vải, xuống rãnh trên bề mặt của bàn và ra ngoài Saukhi buồng ép đầy, bã được thổi khí (không khí hoặc Nitơ) đẻ tách hết phần dư đến có thể, sau đó bã được tháo ra ngoài Thời gian 2-8h tùy hiệu suất lọc Nhiệt độ 70-750C Áp suất0,3-1MPa

f Trao đổi ion

Mục đích công nghệ: Hoàn thiện

Qúa trình trao đổi ion có thể tách được 95% chất khoáng, 70% các hợp chất có chứanitơ và 80% chất màu có trong syrup

Các biến đổi của nguyên liệu: Các tạp chất tích điện trong dịch thủy phân sẽ thế chỗ

các ion trên những hạt nhựa trong thiết bị trao đổi ion Sau khi đi qua cột cationit, pH syrup sẽ giảm xuống rất thấp, pH = 2 Tuy nhiên khi syrup được đưa vào cột anionit, pH của nó sẽ tăng lên 5 hoặc cao hơn

Thiết bị: Trao đổi ion