Tính toán và thiết kế hệ thống thanh trùng gián đoạn dạng thẳng đứng với năng suất 700 hộp mẻ

Quá trình thanh trùng cần đạt được không phải độ vô trùng tuyệt đối và chỉ cần độ vô trùng công nghiệp hay độ vô trùng thương phẩm, nghĩa là trong đồ hộp không được tồn tại các vi sinh v

Trang 1

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187 i

Mục lục Phần 1: Khái niệm và phân loại về thanh trùng 3

1.1 Khái niệm 3

1.1.1 Vô trùng 3

1.1.2 Thanh trùng Pasteur 3

1.1.3 Bảo quản lạnh 3

1.1.4 Sấy 4

1.1.5 Các phương pháp hóa học 4

1.1.6 Vô trùng ở nhiệt độ thường 4

1.1.7 Chất kháng sinh 4

Phần 2: Phân Loại, Chế Độ Thanh Trùng Nhiệt Và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Trong Thanh Trùng Nhiệt 6

2.1 Phân loại thanh trùng nhiệt 6

2.2 Các chế độ thanh trùng 7

2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ thanh trùng 9

2.3.1 Ảnh hưởng của thành phần hóa học thực phẩm 9

2.3.2 Ảnh hưởng của giống loài và số lượng vi sinh vật ban đầu trong hộp 12 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt 18

2.4.1 Ảnh hưởng tính chất vật lý của thực phẩm 18

2.4.2 Ảnh hưởng của tính chất vật lý và độ dày vật liệu làm vỏ hộp 20

2.4.3 Ảnh hưởng của kích thước hình học bao bì đồ hộp 20

Trang 2

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187 ii

2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu, cuối và nhiệt độ thanh trùng 20

2.4.5 Ảnh hưởng của trạng thái hộp khi thanh trùng 23

Phần 3: Các Loại Thiết Bị Thanh Trùng 26

3.1 Thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn 27

3.1.1 Thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn ở áp suất khí quyển 27

3.1.2 Thiết bị thanh trùng áp suất cao làm việc gián đoạn kiểu nằm ngang 28 3.1.3 Thiết bị thanh trùng áp suất cao làm việc gián đoạn kiểu đứng 31

3.1.1 Thiết bị thanh trùng Lagarde 33

3.2 Các phương pháp tạo áp suất đối kháng trong thiết bị thanh trùng áp suất cao 34 3.2.1 Thanh trùng bằng hơi nước 35

3.2.2 Thanh trùng tạo áp suất đối kháng bằng không khí nén 36

3.2.3 Thanh trùng dùng áp suất đối kháng bằng nước và không khí giãn nở 37 Phần 4: Tính toán thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn 39

4.1 Tính kỹ thuật 39

4.2 Tính toán thiết bị 42

4.2.1 Bề dày của thân thiết bị thanh trùng 42

4.2.2 Tính toán nắp và đáy dạng Elip chịu áp suất trong 43

4.2.3 Đường kính bulông của thiết bị thanh trùng[1] 43

4.2.4 Đường kính ống dẫn hơi vào thiết bị[1] 44

Trang 3

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187 iii

4.2.5 Tính chọn đối trọng cho nắp 45

4.3 Tính toán nhiệt 45

4.3.1 Nhiệt lượng đun nóng thiết bị 46

4.3.2 Nhiệt lượng đun nóng giỏ 47

4.3.3 Nhiệt lượng đun nóng bao bì 47

4.3.4 Nhiệt lượng đun nóng sản phẩm đồ hộp 47

4.3.5 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh 48

Trang 4

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187 1

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc sống ngày càng hiện đại, con người càng tất bật với công việc hiện tại Làm thế nào để cung cấp những thực phẩm vừa gọn nhẹ, vừa thuận tiện, vừa an toàn vừa vệ sinh lại vừa đạt chất lượng Đó là một nhu cầu cần thiết Ngành công nghệ

đồ hộp ra đời góp phần giải quyết phần nào thực trạng ấy

Ngành công nghệ đồ hộp ra đời vào cuối thế kỷ XVIII ở Pháp và sau đó lan sang các nước và ngày càng phát triển Nó du nhập vào Việt Nam kể từ năm 1954, cũng theo xu hướng chung của thế giới, ngành đồ hộp Việt Nam ngày càng phát triển Tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế, cần khắc phục để phát huy tiềm năng của ngành

Hiện nay các sản phẩm đồ hộp rất đa dạng trên thị trường trong và ngoài nước

Đồ hộp đi từ nguyên liệu là thủy sản, gia súc, gia cầm hay rau quả với các mẫu mã

và bao bì đa dạng phong phú

Trên cơ sở những kiến thức đã được học và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

trong đồ án môn học này, em xin trình bày về “ Tính toán và thiết kế hệ thống thanh trùng gián đoạn dạng thẳng đứng với năng suất 700 hộp/ mẻ ” với nội dung

bao gồm các phần sau :

Phần 1 : Khái niệm và phân loại về thanh trùng

Phần 2 : Phân loại, chế độ thanh trùng nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng trong thanh trùng nhiệt

Phần 3 : Các loại thiết bị thanh trùng

Phần 4 : Tính toán thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn

Trang 5

Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán, thiết kế trong đồ án này, rất mong có được sự góp ý, chỉnh sửa để em có thể bổ sung, củng cố kiến thức cho bản thân

Em xin trân thành cảm ơn !

Trang 6

1 Phần 1: Khái niệm và phân loại về thanh trùng

Để đảm bảo sản phẩm cũng như nguyên liệu lâu dài có nhiều phương pháp và nguyên tắc đưa ra để tránh sự hư hỏng của chúng

1.1 Khái niệm

1.1.1 Vô trùng

Biện pháp vô trùng bảo quản thực phẩm bằng cách ngăn sự nhiễm tạp vi sinh vật từ nguyên liệu ban đầu vào sản phẩm cuối cùng Có thể là:

- Thanh trùng nguyên liệu đầu

- Thanh trùng vật liệu bao gói

- Duy trì môi trường làm việc vô trùng

- Tạo những công đoạn bao gói đủ kín để ngăn cản sự tái nhiễm vi sinh vật

1.1.2 Thanh trùng Pasteur

Thanh trùng Pasteur là sử dụng nhiệt độ trong khoảng 60-75℃ áp dụng cho một

số thực phẩm để tiêu diệt hầu hết các tế bào vi sinh vật Thường các vi sinh vật gây bệnh không tạo bào tử bị tiêu diệt và do đó thời gian bảo quản sản phẩm được kéo dài

1.1.3 Bảo quản lạnh

Nhiệt độ thấp làm hạn chế hoặc ngừng sự phát triển của vi sinh vật bởi ở nhiệt

độ thấp, các phản ứng hóa học bị chậm lại, các enzyme không hoạt động Do vậy nguyên liệu ( như rau quả, thịt, cá, …) ít bị hư hỏng

Trang 7

1.1.4 Sấy

Với phương pháp này độ ẩm giảm, hoạt độ nước giảm thấp hơn hoạt độ yêu cầu cho vi sinh vật phát triển Các phương pháp khác nhau để sấy là sấy bằng năng lượng mặt trời, sấy lạnh đông, sấy bằng nhiệt nhân tạo, sấy bằng tia hồng ngoại… Các loại rau quả, thịt cá…khi đã sấy khô được bảo quản lâu dài

1.1.5 Các phương pháp hóa học

Sử dụng các chất bảo quản hóa học như muối, kiềm, halogen, oxy già, khí trơ, acid (lactic, axetic, citric), benzoic, sorbic, chất chống oxy hóa và chất kháng sinh

1.1.6 Vô trùng ở nhiệt độ thường

Các tia X, tia tử ngoại, tia beta có thể ion hóa các phân tử chủ yếu là nước trong nguyên liệu và vi sinh vật mà không cần tăng nhiệt độ Do vậy vô trùng ở nhiệt độ

thấp làm giảm tốc độ hư hỏng của thực phẩm một cách đáng kể

1.1.7 Chất kháng sinh

- Chất kháng sinh từ vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic có tính chất đặc biệt duy nhất để bảo quản thực phẩm đó là khả năng tiết ra một số chất kháng khuẩn có tên gọi là Bacteriocin, hydro peroxyt và diacetyl Có thể hạn chế sự phát triển của các chủng sinh vật phân hủy thực phẩm, nhờ đó kéo dài thời gian sử dụng và giảm nguy cơ nhiễm độc của thưc phẩm

- Chất kháng bào từ vi khuẩn

Sử dụng một số hóa chất như NaCl, nitrit, sorbate, EDTA, cồn, các chất phenol, chất chống oxy hóa, nisin… có thể hạn chế được sự nảy mầm của các bào tử chịu nhiệt

- Các kháng sinh từ tỏi

Trang 8

Tỏi có chứa một số chât có tính kháng sinh Chất chiết từ tỏi có hoạt tính kháng nấm và kháng khuẩn đang được nghiên cứu nhằm áp dụng trong bảo quản thực phẩm

Trong các phương pháp bảo quản trên, phương pháp thanh trúng sản phẩm bằng nhiệt được sử dụng nhiều nhất Vì vậy trong chương này sẽ dành trình bày phương pháp thanh trùng về nhiệt ở các nhà máy sản xuất đồ hộp, sau khi qua các giai đoạn chế biến sơ bộ cho vào bao bì, ghép kín nắp, phải được tiệt trùng thì mới có khả năng bảo quản được lâu dài Vì vậy thanh trùng đồ hộp là một trong những quá trình cơ bản quan trọng nhất để sản xuất đồ hộp

Việc thanh trùng đồ hộp mục đích là tiêu diệt vi sinh vật và men sống sót làm cho việc bảo quản được lâu dài

Thanh trùng bằng nhiệt còn có tác dụng làm tăng hương vị của đồ hộp, làm nhừ kết cấu tổ chức của sản phẩm, tạo nét hấp dẫn rất riêng của thực phẩm đóng hộp Một điều cần chú ý là một số vi sinh vật không phát triển được trong đồ hộp và

vô hại, việc tiêu diệt chúng không có ý nghĩa bảo quản, hơn nữa chúng rất bền về nhiệt, nếu cố tình tiêu diệt chúng sẽ dẫn đến tiêu phí năng lượng và giảm chất lượng thực phẩm

Quá trình thanh trùng cần đạt được không phải độ vô trùng tuyệt đối và chỉ cần

độ vô trùng công nghiệp hay độ vô trùng thương phẩm, nghĩa là trong đồ hộp không được tồn tại các vi sinh vật có thể gây hư hỏng thực phẩm hoặc các loại tạo độc tố hay có thể còn sống sót các vi sinh vật không có khả năng phát triển và gây hư hỏng

đồ hộp ở các điều kiện bảo quản bình thường

Trang 9

2 Phần 2: Phân Loại, Chế Độ Thanh Trùng Nhiệt Và Các Yếu Tố

Ảnh Hưởng Trong Thanh Trùng Nhiệt

2.1 Phân loại thanh trùng nhiệt

Thanh trùng nhiệt được phân làm hai nhóm là thanh trùng ở nhiệt độ nhỏ hơn 100℃ (thường trong khoảng 80-100℃) và thanh trùng ở nhiệt độ cao với nhiệt độ lớn hơn 100℃ (thường từ 105-121℃)

Thanh trùng nhiệt còn được chia ra:

 Thanh trùng Pasteur như đã nói ở trên là thanh trùng ở nhiệt độ dưới 100℃

Thanh trùng Pasteur nhằm tiêu diệt các loại vi sinh vật ở dạng phát triển (dạng mầm -sinh dưỡng) và các loại sinh vật không bền nhiệt Phương pháp thanh trùng Pasteur thường dùng với các sản phẩm có độ chua cao như: nước quả, quả nước đường, rau dầu dấm, các sản phẩm cô đặc, mứt…

 Thanh trùng Tyldan là thanh trùng Pasteur nhưng được thực hiện nhiều lần

Khoảng thời gian thanh trùng giữa các lần là 20-28 giờ, đủ để vi sinh vật

ở dạng nha bào chưa bị tiêu diệt lần trước phát triển thành dạng mầm rồi bị tiêu diệt ở lần thanh trùng tiếp theo Số lần thanh trùng ít hay nhiều phụ thuộc vào lượng nha bào vi sinh vật, thanh trùng khi nào diệt hết vi sinh vật là được (khoảng 3-4 lần) Ngày nay phương pháp này không được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vì nhược điểm là thời gian tác dụng nhiệt kéo dài, thao tác vất

vả nên không thích hợp với yêu cầu sản xuất công nghiệp

 Thanh trùng công nghiệp (tiệt trùng) là thanh trùng ở nhiệt độ trên 100℃

(105 – 127℃) Phần lớn các sản phẩm thực phẩm có độ pH cao được thanh trùng theo kiểu này

Trang 10

2.2 Các chế độ thanh trùng

Quá trình thanh trùng đồ hộp trong thiết bị thanh trùng bằng nhiệt được tiến hành theo ba giai đoạn liên tiếp nhau:

- Nâng nhiệt độ của đồ hộp lên đến nhiệt độ thanh trùng

- Giữ ở nhiệt độ thanh trùng đó một thời gian nhất định

- Giảm nhiệt độ và áp suất trong thiết bị hay làm nguội hộp

Đối với mỗi loại đồ hộp chứa một sản phẩm khác nhau được thanh trùng thì nhiệt độ đó phải có một chế độ làm việc nhất định Đặc trưng cho một chế độ làm việc của thiết bị thanh trùng bằng nhiệt là công thức thanh trùng có dạng tổng quát như sau:

B - thời gian thanh trùng ở nhiệt độ không đổi, phút;

C - thời gian hạ nhiệt độ và áp suất trong thiết bị thanh trùng cho tới khi bằng áp suất khí quyển, hay thời gian làm nguội đồ hộp, phút

Công thức thanh trùng này hoàn toàn không có ý nghĩa về mặt toán học mà chỉ là biểu thị tượng trưng cho các giai đoạn của một quá trình thanh trùng

Khi thanh trùng đồ hộp trong thiết bị kín dùng áp suất có thể phải có những dạng công thức thanh trùng cụ thể hơn công thức tổng quát trên như:

Trang 11

a−A−B−CT p

Trong đó:

a- Thời gian xả không khí trong thiết bị ra ngoài, phút;

A- Thời gian nâng nhiệt độ, phút;

B- Thời gian giữ nhiệt độ không đổi, phút;

C- Thời gian giảm áp suất hơi trong thiết bị, phút;

P- Áp suất đối kháng cần được tạo ra trong quá trình thanh trùng, at

Trong công thức này không ghi thời gian làm nguội đồ hộp

Trong thời gian làm việc của thiết bị thanh trùng, tất nhiên nhiệt độ và thời gian chịu tác dụng nhiệt của sản phẩm chứa trong đồ hộp không hoàn toàn đúng với các công thức trên Ở giai đoạn nâng nhiệt, nhiệt độ bên trong đồ hộp thấp hơn nhiệt độ của thiết bị và ở giai đoạn làm nguội nhiệt độ trong đồ hộp cao hơn nhiệt độ trong thiết bị Sự trao đổi nhiệt trong sản phẩm đồ hộp chủ yếu bằng dẫn nhiệt (đối với sản phẩm đặc) hay đối lưu (đối với sản phẩm lỏng), hoặc vừa dẫn nhiệt vừa đối lưu (đối với sản phẩm vừa có phần đặc và phần lỏng)

Vận tốc đun nóng của sản phẩm trong đồ hộp chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của sản phẩm, độ rắn chắc hay độ khít của sản phẩm và tính chất của sản phẩm, bề dày và kích thước của bao bì đồ hộp

Khi thanh trùng bằng nhiệt, đồ hộp là sản phẩm đựng trong bao bì, nên đồ hộp

đó chịu tác dụng của áp suất bên ngoài và áp suất bên trong Áp suất bên ngoài là áp suất của hơi nước hay còn gọi là áp suất của nước Áp suất bên trong đồ hộp được tạo ra do sự giãn nở của sản phẩm, của không khí còn lại trong đồ hộp

Trang 12

2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ thanh trùng

Chọn chế độ thanh trùng: ta phải chọn được một chế độ thanh trùng hợp lý, có nghĩa là đảm bảo được yêu cầu tiêu diệt các vi sinh vật có hại trong đồ hộp đó, đồng thời các chất dinh dưỡng ít bị tổn thất nhất, phẩm chất sản phẩm tốt nhất

2.3.1 Ảnh hưởng của thành phần hóa học thực phẩm

Các loài vi sinh vật sống trong môi trường của thực phẩm khác nhau thì ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sống sót của chúng khi thanh trùng và phát triển sau đó cũng khác nhau Vì vậy cần phải xem xét các ảnh hưởng của thành phần thực phẩm đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật ấy bằng nhiệt

a) Ảnh hưởng của độ acid trong thực phẩm đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật

Nồng độ ion hydro của môi trường, nghĩa là chỉ số pH, có vai trò quan trọngảnh hưởng tói độ bền nhiệt của vi sinh vật cũng như sự tồn tại và phát triển của chúng Môi trường có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật nhưng độ chua là yếu tố có tầm quan trọng hơn cả

Ví dụ, ở nhiệt độ 100℃, thời gian cần thiết để tiêu diệt Clostridium botulinum ứng với các loại thực phẩm có độ chua khác nhau

Bí, cà chua, cà rốt

Củ cải, đậu đũa, đâu ván

Thịt lợn, đâu sốt, cà chua

4,22 – 5,05 5,15 – 5,3 5,4

Trang 13

Các chất sát trùng thực vật thường gặp là allyxim trong hành tỏi, tomatin trong

cà chua, capsaixim trong ớt, piperin trong hạt tiêu, zingiberin trong gừng, carvol và linalol trong thì là, các antoxim trong rau quả, myronic kali trong bột mù tạt Các sắc tố có màu phần lớn cũng có tác dụng sát trùng Vì vậy, khi chế biến đồ hộp từ cà chua chín hay có nước sốt cà chua, hoặc các loại quả có màu đỏ, tím thì cần phải rút ngắn thời gian thanh trùng hơn so với các loại đồ hộp khác

Khi chế biến các đồ hộp thịt cá, người ta cho thêm các gia vị: ngoài mục đích làm ngon còn có tác dụng sát trùng rất tốt

đạt được độ vô trùng cần thiết, nhưng nếu thanh trùng trên 100℃ thì súp lơ

bị nhũn nát, vì vậy người ta cho thêm nước mù tạt vào và lúc này có thể thanh trùng

ở nhiệt độ thấp mà vẫn đảm bảo tiệt trùng

Người ta có thể thêm chất sát trùng thực vật vào đồ hộp ở dạng rau tươi như thêm hành, tỏi, ớt, thì là,… nhưng phương pháp hiệu quả hơn cả là thêm vào ở dạng chất được điều chế từ các loại rau tươi ấy Nghĩa là thay vì cho thêm cà chua vào đồ hộp, người ta cho thêm tomatin, …

c) Ảnh hưởng chất béo đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật

Các chất béo có ảnh hưởng rất lớn đến đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật, tuy nhiên khác với các acid và các phitonxit, chất béo không những không làm giảm bớt chế độ thanh trùng mà còn có tác dụng tăng sức chịu nhiệt của vi sinh vật Người ta giải thích tác dụng bảo vệ vi sinh vật của chất béo trên cơ sở các biến đổi hóa lý xảy

ra ở vùng biên của hai chất lỏng không đồng nhất: dung dịch protide ở dạng keo (tế bào vi sinh vật) và chất béo Ta biết rằng khi các chất keo háo nước (protide, xanponin, xà phòng…) gặp chất béo ở phần tiếp giáp 2 pha lập tức có hiện tượng tạo màng xảy ra, ngăn cách các pha với nhau Nếu 1 giọt chất béo rơi vào dung dịch protide, nó sẽ bị màng protide bao lại Nếu 1 giọt dung dịch protide ở thể keo rơi vào

Trang 14

chất béo, nó cũng sẽ bị một lớp áo bọc bao lấy ngay lập tức Các màng bao này gồm các phần tử có cực được định hướng chặt chẽ trên bề mặt hai pha nhờ các nhóm kỵ nước Màng dày kỵ nước bao quanh tế bào vi sinh vật ngăn không cho nước truyền nhiệt vào làm protide chậm bị đông đặc Vì vậy các đồ hộp có chứa chất béo (ví dụ:

đồ hộp cá ngâm dầu, thịt lợn hộp…) cần phải thanh trùng lâu hơn các đồ hộp không chứa chất béo

d) Ảnh hưởng của đường và muối đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật

Các nhà khoa học nhận thấy rằng đường có tác dụng bảo vệ vi sinh vật khi đun nóng Người ta tìm ra rằng nấm men dễ bị tiêu diệt ở nhiệt độ 100℃ khi ở trong nước cất khi ở trong siro Thời gian tiêu diệt trong siro có nồng độ 24% nhỏ hơn nhiều so với trong siro có nồng độ 36% (tương ứng với 6 và 28 phút) Thời gian tiêu diệt của vi sinh vật Escherichia Coli ở 70℃ trong nước là 4 phút, trong siro đường 30% là 30 phút Người ta giải thích tác dụng bảo vệ vi sinh vật của đường xảy ra như sau: trong dung dịch siro đường xảy ra quá trình các vi sinh vật mất nước do thẩm thấu và chính việc hàm lượng nước giảm này làm phần lớn vi sinh vật bền vững khi đun nóng Nồng độ muối không cao trong sản phẩm thực phẩm có tác dụng bảo vệ vi sinh vật khi đun nóng, còn nồng độ muối tương đối cao lại có tác dụng làm

vi sinh vật bị tiêu diệt nhan hơn Người ta làm thí nghiệm và thu được các kết quả

về khả năng sống sót của vi sinh vật trong dung dịch nước muối của đồ hộp đậu bi

ở 115℃ như sau:

Nồng độ muối

(%)

Trang 15

muối 1-2% độ bền nhiệt của Cl Botulinium tăng, nhưng khi lượng muối lớn hơn 8%

thì thời gian tiêu diệt giảm Có thể giả thiết rằng nồng độ muối không lớn có tác dụng là tế bào vi sinh vật bị mất nước do thẩm thấu tương tự như hiện tượng xảy ra trong dung dịch đường, do đường làm độ bền nhiệt của nó tăng lên Ở môi trường

có nồng độ muối cao bắt đầu xuất hiện sự điện ly…

2.3.2 Ảnh hưởng của giống loài và số lượng vi sinh vật ban đầu trong hộp

Thời gian tiêu diệt chịu ảnh hưởng rất lớn của các loài vi sinh vật có thể phát triển trong thực phẩm bởi vì độ bền nhiệt của các loài vi sinh vật không giống nhau, các tế bào sinh dưỡng dễ bị tiêu diệt hơn nhiều so với nha bào Một số các nhà khoa học giải thích điều này là bởi vì nha bào virus chứa ít nước, do đó protide khó bị đông đặc, mà quá trình protide đông đặc lại chính là nguyên nhân gây nên cái chế của các tế bào virus khi đun nóng Các công trình nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng hàm lượng nước tổng quát (chung) trong tế bào sinh dưỡng và trong nha bào xấp xỉ như nhau Vì vậy khi nói hàm lượng nước trong nha bào ít là ta đang đề cập đến hàm lượng nước tự do Vấn đề là ở chỗ một phần lượng nước trong nha bào ở trạng thái liên kết, do đó không thể tham gia vào sự làm đông đặc lại của các protein của tế bào Ngoài ra độ bền với nhiệt của các nha bào còn được giải thích do chúng có lớp

Trang 16

màng bọc không thấm nước rất chắc chắn, không cho nước từ bên ngoài thấm vào trong nha bào Đó là lý do tại sao thời gian tiêu diệt đối với phần lớn các vi khuẩn không tạo nha bào, tức là các tế bào sinh dưỡng chỉ khoảng vài phút ở nhiệt độ 60-80℃ Thời gian tiêu diệt dài nhất là của E.Coli – 15 phút ở 80℃

Thời gian tiêu diệt của các vi sinh vật tạo nha bào (tức là nha bào của chúng) dài hơn nhiều so với các vi sinh vật không tạo nha bào Theo số liệu của Rogatrov thời gian tiêu diệt đối với một số nha bào ở 100℃ như sau:

Số lượng vi sinh vật có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tiêu diệt Ta có thể thấy điều này qua kết quả thực nghiệm thu được trong bảng sau

Chủng loại Số nha bào / cm2 Thời gian cần thiết

để tiêu diệt nha bào ở 115℃ (phút)

Trang 17

4300.0 400.00 40.000

sự diệt vong của vi khuẩn do tác dụng của nhiệt độ, các nhà nghiên cứu đã đi đến kết luận: về phương diện hóa lý làm tế bào vi sinh vật bị tiêu diệt là phản ứng đơn

Trang 18

phân tử gây đông đặc protide của màng nguyên sinh, và do đó vận tốc tiêu diệt vi sinh vật tuân theo quy luật toán học áp dụng cho phản ứng bậc 1

Như vậy chế độ thanh trùng phụ thuộc vào mục tiêu của quá trình thanh trùng

Ở đây bào tử yếm khí Clostrium botulinum là mục tiêu chính trong quá trình chế

biến nhiệt vì:

- Có thể sinh ra độc tố làm chết người dù ở liều lượng thấp

- Có khả năng thành lập bào tử rất bền nhiệt

- Clostrium botulinum có thể tìm thấy ở bất cứ đâu, hầu hết mọi nguyên liệu

đều nhiềm loại vsv này, nên chúng có mối quan hệ mật thiết đến an toàn thực phẩm

- Chọn nhiệt độ thanh trùng : acid là yếu tố quan trọng trong việc chọn nhiệt

cả, có hại đến sức khỏe người sử dụng là những bào tử của loại vi khuẩn Clostridium

botulinum có khả năng phân giải protein, là loại vi sinh vật chịu nhiệt nguy hiểm

nhất, được các nước trên thế giới coi là đối tượng chủ yếu phải loại trừ, và tiêu diệt nha bào của nó được coi là tiêu chuẩn thanh trùng tối thiểu Mặc dù nó không phải

là đại diện ưa nóng nhất của nhóm vi sinh vật lên men thối Trong đồ hộp thịt, cá, ta

còn có thể gặp các loại vi khuẩn yếm khí gây thối hỏng đồ hộp như Clostridium

sporogenes bền với nhiệt hơn cả Clostridium botulinum

Trang 19

Do đó đối với các loại đồ hộp có môi trường pH > 4,6 cần phải có nhiệt độ thanh trùng cao mới tiêu diệt được các loại vi sinh vật ưa nhiệt gây hư hỏng đồ hộp Nhiệt độ đó vào khoảng 105oC - 121oC, được gọi là quá trình tiệt trùng

Áp suất đối kháng

Thực phẩm đựng trong hộp bao gồm các thành phần: chất rắn, chất lỏng, chất khí Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, các áp suất riêng phần và sự dãn nở của các cấu

tử đó tăng lên, làm cho áp suất chung trong bao bì đựng sản phẩm tăng lên Áp suất này (có thể tới 2 atm) có thể làm cho bao bì sắt tây bị biến dạng, bao bì thủy tinh bị nứt, vở Vì vậy ta cần tạo ra áp suất trong thiết bị thanh trùng (căn cứ vào tính chất của bao bì, thành phần của sản phẩm đựng trong hộp và nhất là nhiệt độ thanh trùng) bằng hay gần bằng áp suất dư đã tăng lên trong hộp, áp suất này gọi là áp suất đối kháng, thường vào khoảng 0,4 - 1,4 atm

Trang 20

Trang 21

Hình 1: Đồ thị thanh trùng

Cách thiết lập chế độ thanh trùng

Thiết lập chế độ thanh trùng cho một loại đồ hộp là xác định nhiệt độ và thời gian thanh trùng cần thiết để vừa đảm bảo yêu cầu tiêu diệt vi sinh vật, vừa giữ được giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan của đồ hộp

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt

2.4.1 Ảnh hưởng tính chất vật lý của thực phẩm

Các đồ hộp khác nhau có tính chất lý học khác nhau: độ đặc, tỷ trọng, độ nhớt đều khác nhau Các tính chất này người ta kết hợp lại và gọi chúng bằng khái niệm

độ chắc

Nhiều đồ hộp ở dạng lỏng, như các loại nước quả ép, sự truyền nhiệt khi thanh trùng chủ yếu nhờ đối lưu Sự đối lưu trong sản phẩm xảy ra khá mạnh nên các sản phẩm dạng này được nâng nhiệt khá nhanh

Trang 22

Có nhiều sản phẩm đồ hộp ở dạng đặc, ví dụ kem, tương cà chua, nước quả nghiền (nước xoài…), pate Trong các sản phẩm này sự đối lưu xảy ra rất yếu, thậm chí không có sự đối lưu Việc truyền nhiệt trong các sản phẩm này chủ yếu là bằng con đường truyền dẫn Hệ số dẫn truyền nhiệt của thực phẩm nói chung không lớn nên các sản phẩm này được nâng nhiệt khá chậm Nhiều đồ hộp có thành phần không đồng nhất, bao gồm cả thể rắn và lỏng, ví dụ quả và nước đường (đồ hộp quả nước đường), rau, hạt và dung dịch muối (đồ hộp đậu hộp, đồ hộp rau muối…) Trong các

đồ hộp này, sự truyền nhiệt bằng cả hai cách: đối lưu và truyền dẫn, trong trường hợp này, sự đối lưu xảy ra khá mạnh Và nếu xét về cường độ hiệu quả nâng nhiệt thì loại đồ hộp này chiếm vị trí trung gian giữa hai nhóm trước, tuy nhiên nó gần với nhóm đầu hơn

Ta có thể dễ dàng nhận thấy sự khác nhau về cường độ truyền nhiệt của các loại thực phẩm trên đồ thị nâng nhiệt đồ hộp, được vẽ trong hệ trục tọa độ “nhiệt độ

- thời gian thanh trùng” – trục hoành biểu diễn thời gian thanh trùng (phút) tính từ lúc ta bắt đầu mở cho hơi vào nồi thanh trùng và kết thúc khi thiết bị đã được làm nguội hoàn toàn; trục tung biểu diễn nhiệt độ thanh trùng trong thiết bị vùng tâm hộp ứng với mỗi khoảng thời gian Ở đây nhiệt độ sản phẩm được đo ở điểm khó truyền nhiệt vào nhất Đối với thực phẩm đặc – điểm đó gần tâm hình học của hộp, còn đối với sản phẩm lỏng – nó thấp hơn tâm hình học Như vậy trên hình ta có đồ thị gia nhiệt của thiết bị và đồ hộp thực phẩm Đồ thị gia nhiệt của thiết bị có dạng là một hình thang Ban đầu, nhiệt độ thiết bị tăng dần đều đặn cho tới khi đạt được nhiệt độ thanh trùng định trước (trong khoảng thời gian A) Sau đó ta giữ thiết bị ở nhiệt độ này ổn định trong thời gian B – đây là thời gian thanh trùng thật sự theo đúng nghĩa của nó Sau đó người ta giảm nhiệt độ xuống đến điểm ban đầu, trong thời gian C – kết thúc quá trình làm nguội

Trang 23

2.4.2 Ảnh hưởng của kích thước hình học bao bì đồ hộp

- Các loại bao bì sử dụng để đóng hộp thực phẩm có nhiều hình dạng với kích thước khác nhau, do vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hình học của bao bì tới thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp cũng khác nhau Nói chung nếu cùng loại thực phẩm đóng hộp, hộp nào có kích thước lớn (xét về kích thước ba chiều) thì thời gian truyền nhiệt lâu hơn, hộp nào nhỏ thì thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp nhanh hơn

2.4.3 Ảnh hưởng của tính chất vật lý và độ dày vật liệu làm vỏ hộp

Vỏ hộp chứa thực phẩm có nhiều vật liệu cũng như độ dày khác nhau, vì vậy thời gian truyền nhiệt từ môi trường ngoài đến thực phẩm trong đồ hộp khác nhau Nhiệt trở của vỏ được tính bằng công thức β = 𝛿𝜆 , trong đó δ là độ dày của vỏ hộp,

λ là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm vỏ Rõ ràng vỏ hộp càng dày, độ dẫn nhiệt càng nhỏ thì nhiệt trở càng lớn Nhiệt trở chung được xác định từ công thức truyền nhiệt:

Q = F.K.∆t

Trong đó: F – bề mặt trao đổi nhiệt;

∆t – hiệu nhiệt độ trung bình;

K – hệ số truyền nhiệt K được xác định như sau:

K = 1

1 α₁+δλ+α₂1 Trong đó: α1, α2 - hệ số cấp nhiệt α1 là hệ số cấp nhiệt từ hơi bão hòa hoặc nước nóng đến bề nặt ngoài vỏ hộp, α2 là hệ số cấp nhiệt từ thành trong hộp đến sản phẩm

Trang 24

2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu, cuối và nhiệt độ thanh trùng

- Nhiệt độ đầu của thực phẩm càng cao thì thời gian thanh trùng càng nhanh Đối với thực phẩm dạng lỏng, truyền nhiệt từ vỏ hộp vào sản phẩm chủ yếu là do đối lưu nên sự chuyển động của chất lỏng ngang từ thời gian thanh trùng đầu đã tăng lên, dẫn đến hệ số truyền nhiệt tăng và lượng nhiệt sản phẩm nhận được sẽ lớn Kết quả là thời gian thanh trùng được rút ngắn Trường hợp này ứng dụng trong sản xuất khi rót dịch quả, sữa đậu nành… vào vỏ hộp ở nhiệt độ 65 – 70℃ để bài khí và thanh trùng sơ bộ Đối với các thực phẩm rắn hay đặc thì sự truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt nên nhiệt độ ban đầu của thực phẩm có ảnh hưởng đến vận tốc truyền nhiệt của thực phẩm Đồ hộp lúc đem thanh trùng càng nguội thì thời gian truyền nhiệt càng cần phải kéo dài hơn đồ hộp nóng

- Khi nhiệt độ cuối của sản phẩm thanh trùng càng cao thì thời gian thanh trùng càng dài, còn nhiệt độ sản phẩm thanh trùng cuối càng thấp thì thời gian thanh trùng ngắn hơn

Trang 25

- Mỗi loại đồ hộp có một chế độ thanh trùng khác nhau Nhiệt độ của chất tải nhiệt khi thanh trùng (nước, hơi nước…) càng cao thì thời gian thanh trùng càng giảm Như vậy bằng cách nâng nhiệt độ vào ban đầu của quá trình thanh trùng, có thể giảm đáng kể thời gian nâng nhiệt cho đồ hộp và nhờ đó rút ngắn chu kì thanh trùng Phương pháp này được ứng dụng để thanh trùng gọi là thanh trùng bậc thang Trong vài phút đầu của quá trình thanh trùng, người ta nâng nhiệt độ chất tải nhiệt lên trên mức bình thường, ví dụ từ 112℃ lên 120℃ hay từ 120℃ lên 130℃ Sự chênh lệch nhiệt độ lớn làm sản phẩm nhanh chóng được nâng nhiệt độ lên Khi đạt nhiệt

độ thanh trùng cao tạm thời này (chẳng hạn 120℃), người ta duy trì trong vài phút sau đó hạ xuống theo “bậc thang” đến nhiệt độ thanh trùng bình thường (ví dụ 112℃), duy trì giai đoạn thanh trùng thực sự ở nhiệt độ này và cuối cùng làm nguội thiết bị Như vậy, phương pháp thanh trùng theo chế độ bậc thang cho phép rút ngắn chu kỳ thanh trùng so với việc thanh trùng ở nhiệt độ thấp như bình thường, cho dù chỉ sử dụng nhiệt độ cao vào đầu quá trình và tác dụng tiệt trùng chủ yếu vẫn do chế

độ xử lý ở nhiệt độ thấp tạo nên Công thức thanh trùng bậc thang:

A₁ − B₁ − C₁ − B₂ − C₂T₁℃ − T₂℃

Trong đó:

A1 - thời gian nâng nhiệt tới mức độ cao tạm thời T1℃;

B1 - thời gian thanh trùng thực sự ở nhiệt độ cao T1℃;

C1 - thời gian hạ nhiệt độ theo bậc thang xuống tới mức bình thường T2℃;

B2 - thời gian thanh trùng thực sự ở nhiệt độ thấp T2℃;

C2 - thời gian làm nguội thiết bị;

Trang 26

Phương pháp này được sử dụng ở nhiều nhà máy nhằm rút ngắn thời gian

thanh trùng

2.4.5 Ảnh hưởng của trạng thái hộp khi thanh trùng

Phần lớn các thiết bị thanh trùng được sử dụng trong công nghiệp đều cấu tạo theo kiểu đồ hộp đứng yên trong suốt thời gian thanh trùng Vì vậy thời gian nâng nhiệt cho đồ hộp là do các điều kiện truyền nhiệt tự nhiên quyết định như đã trình bày ở phần trước Đặc trưng cho thiết bị loại này là nồi thanh trùng áp suất hai vỏ - trong đó có các giỏ sắt hay khay sắt xếp đầy đồ hộp Người ta đóng nắp nồi lại, dẫn hơi nước vào và thực hiện quá trình gia nhiệt cho đồ hộp ở trạng thái đứng yên Khi quá trình thanh trùng kết thúc, người ta mở nắp và lấy các giỏ đựng đầy đổ hộp ra Như vậy nồi áp suất là thiết bị hoạt động gián đoạn theo chu kỳ

Trong sản xuất lớn người ta hay sử dụng các thiết bị thanh trùng hoạt động liên tục Trong các thiết bị này, hộp nằm trên băng tải, chuyển động qua chất mang nhiệt (hơi hay nước nóng) nhưng vị trí của hộp so với băng tải không thay đổi trong suốt quá trình thanh trùng Ở điều kiện như thế, sự truyền nhiệt thật ra cũng không khác

so với khi hộp không chuyển động vì hệ số trao đổi nhiệt từ hơi hay nước nóng cho hộp phụ thuộc rất ít vào vận tốc chuyển động không lớn lắm của hộp trong thiết bị Khi hộp quay, thực phẩm trong hộp bị xáo trộn, vì vậy quá trình nâng nhiệt xảy

ra nhanh hơn Các thiết bị thanh trùng trong đó hộp chuyển động quay được gọi là thiết bị thanh trùng kiểu roto Tùy vào cấu trúc của thiết bị mà khi thanh trùng hộp quay quanh trục của nó, hay quay quanh trục nào đó ở ngoài hộp (trường hợp này hai nắp hộp sẽ lần lượt lúc là nắp, lúc lại là đáy) Phương pháp sau này được coi là mang lại hiệu quả lớn nhất

Trang 27

Thực tế hiệu quả của quá trình quay phụ thuộc rất nhiều vào tần số Thường khi tần số quay tăng thì hiệu quả xáo trộn thực phẩm cũng tăng Tuy nhiên nếu tần số tăng quá mức độ nhất định nào đó, hiệu quả xáo trộn bắt đầu giảm Một số nhà nghiên cứu cho rằng hiệu quả xáo trộn đạt được là do sự di chuyển của bóng khí (nghĩa là không khí ở phần vùng trung gian chưa bị thực phẩm lắp đầy trong hộp) trong thực phẩm Tùy thuộc tần số quay có thể xảy ra 3 trường hợp:

- Lực ly tâm lớn hơn trọng lực (c>g): thực phẩm nằm ở phần trên của hộp, lớp không khí ở dưới và không xảy ra sự xáo trộn

- Lực ly tâm nhỏ hơn trọng lực (c<g): thực phẩm nằm ở phần dưới của hộp, lớp không khí ở trên và cũng không xảy ra sự xáo trộn

- Lực ly tâm bằng trọng lực (c=g): bóng khi chuyển động xuyên qua trực phẩm

và tập trung ở đâu đó bên trong thực phẩm Đây là cách tốt nhất để đạt được hiệu quả xáo trộn cao

Tóm lại, việc tăng cường sự trao đổi nhiệt trong các thiết bị thanh trùng kiểu roto là do: khi thực phẩm bị bóng khí xáo trộn sẽ xuất hiện sự đối lưu cưỡng bức Điều này dễ dàng nhận ra ở các trường hợp thanh trùng thực phẩm mà sự nâng nhiệt bằng con đường truyền dẫn, ở đây hoàn toàn không có sự đối lưu tự nhiên

 Chọn thời gian thanh trùng

Vi sinh vật trong đồ hộp thường không bị tiêu diệt ngay tức thời mà cần phải

có một thời gian nhất định gọi là thời gian thanh trùng

Trong quá trình thanh trùng, sản phẩm đựng trong đồ hộp, không được đun nóng tức thời tới nhiệt độ thanh trùng cần đạt được, mà nhiệt lượng phải truyềndần

từ môi trường đun nóng, qua bao bì vào lớp sản phẩm bên ngoài, rồi vào tới khu vực trung tâm của đồ hộp Quá trình này phải mất một thời gian, gọi là thời gian truyền

Trang 28

nhiệt (ký hiệu là t1) Khi khu vực trung tâm của đồ hộpđạt tới nhiệt độ thanh trùng, thì giữ ở nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định, gọi là thời tiêu diệt (ký hiệu là t2)

Muốn xác định được chính xác thời gian thanh trùng t, cần phải khảo sát các

yếu tố ảnh hưởng tới thời gian truyền nhiệt t1 và thời gian tiêu diệt t2đối với đồ hộp cần thanh trùng

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	0,92 MB