Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ sở cải tiến thiết bị cô đặc nước dứa tại công ty cổ phần thực phẩm xuất khẩu đồng giao

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp I

-o0o -

ĐàO quang vinh

Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ sở cảI tiến thiết bị cô đặc nước dứa tại công ty

cổ phần thực phẩm xuất khẩu đồng giao

Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề đ−ợc sử dụng một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đ0 đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đ0 đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Đào Quang Vinh

Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi đ0 nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ Điện và các thầy cô trong trường Nhân dịp này, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến:

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS.Phạm Xuân Vượng đ0 trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này

Tôi xin chân thành cảm cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn Bảo quản, chế biến - Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ

Điện - Trường Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo đ0 trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường và các thầy cô giáo Khoa Sau

Đại Học - Trường Đại học Nông nghiệp I- Hà Nội

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa ôtô thi công - Trường Cao đẳng nghề Cơ giới – Ninh Bình đ0 tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, phân xưởng cô đặc của Công

ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đ0 gúp đỡ tôi trong quá trình thực tập và thu thập số liệu

Tác giả

Đào Quang Vinh

Mục Lục

trang

Lời cam đoan i

Lơi cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng iv

Danh mục các hình viii

Chương 1

1.5 Tình hình nghiên cứu và áp dụng hệ thống thiết bị cô đặc nước dứa 21

1.6 Thiết bị cô đặc nước dứa của công ty Cổ phần thực phẩm xuất

3.1 L−ợng dung môi nguyên chất bốc hơi (l−ợng hơi thứ) khi nồng

3.5 Phân bố nhiệt độ hữu ích của từng thiết bị trong hệ thống 49

3.7.1 L−ợng không khí và khí không ng−ng cần hút ra khỏi thiết bị ng−ng tụ

Xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị tại

4.1 L−ợng dung môi nguyên chất bốc hơi (l−ợng hơi thứ) khi nồng

4.2 Tính nồng độ dung dịch của từng nồi 54

4.6 Nhiệt độ sôi của từng dung dịch, từng nồi được tính theo

Chương 5

5.1.1 Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung

5.1.6 Nhiệt độ sôi của từng dung dịch, từng nồi được tính theo công thức 65

Danh môc c¸c h×nh

Sè h×nh Tªn h×nh Trang

Mở đầu

1 tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, như chúng ta đ0 biết thực phẩm đang là mối quan tâm của nhiều người tiêu dùng Để có sức khoẻ tốt con người cấn có một chế độ dinh dưỡng hợp lý Trong chế độ dinh dưỡng của con người rau quả là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng ngoài các loại ngũ cốc, thịt cá, trứng sữa và càng trở nên quan trọng khi mức sống ngày càng được nâng cao

Rau quả là nguồn cung cấp các khoáng chất, vitamin, chất sơ, enzim giúp cơ thể giải độc tiêu hoá thức ăn một cách dễ dàng, rau quả còn làm thuốc để chữa bệnh cho con người vì vậy ngành nuôi trồng và chế biến rau quả (các sản phẩm nông sản) đ0 ra đời rất sớm và ngày một phát triển, đặc biệt phát triển ở những nước nông nghiệp, những nước nằm ở vùng cận nhiệt đới trong đó có Việt Nam Được thiên nhiên ưu đ0i nên nguồn rau quả của nước ta rất phong phú quanh năm với chất lượng cao sẽ tạo ra tiềm năng to lớn trong việc phát triển một nền nông nghiệp hiện đại, trong đó trồng trọt đi đôi với chế biến và xuất khẩu Việc chế biến các sản phẩm nông sản tạo điều ,kiện cho việc phân phối và giải quyết các vấn đề khan hiếm rau quả trong những ngày giáp hạt Tuy nhiên ngành chế biến rau ở nước ta còn chưa phát triển, chưa

đáp ứng được nhu cầu thị trường cả về chủng loại và xuất khẩu

Các loại rau nước ở nước ta rất phong phú và đa dạng như: chuối, na, dứa, cam, xoài trong đó 3 loại quả được sử dụng để chế biến các loại sản phẩm

có khả năng xuất khẩu với hiệu quả kinh tế cao phải kể đến là: chuối, cam, dứa Trên thị trường thế giới, dứa và các loại sản phẩm chế biến từ dứa có vị trí cao do có những ưu điểm nổi bật về giá trị dinh dưỡng, màu sắc và hương thơm Dứa là loại rau quả chỉ phù hợp với khí hậu và thổ nhưỡng và các vùng nhiệt đới nên nó đ0 sớm trở thành đặc sản của vùng Xuất khẩu dứa sang thị trường các nước (Liên Xô, Nhật) đ0 được nước ta tiến hành từ lâu (năm 1954) nhưng các sản phẩm từ dứa chủ yếu là nước dứa ép, dứa ngâm đường, mứt

dứa Nước dứa có hàm lượng nước cao nếu xuất khẩu ở trạng thái nước quả sau ép thì vừa tốn công vận chuyển vừa tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển Vì vậy cô đặc nước dứa để nâng cao nồng độ chất khô (khoảng 50-70%) có nghĩa là làm giảm hàm lượng nước để tăng thời hạn bảo quản sản phẩm cũng như giảm được chi phí vận chuyển là một vấn đề rất được quan tâm

ở nước ta hiện nay dây truyền cô đặc nước dứa còn rất ít và chủ yếu nhập từ nước ngoài từ những năm truớc và không đồng bộ nên chất lượng sản phẩm chưa được tốt và chi phí năng lượng riêng còn cao

Công ty Cổ phần thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đ0 nhập dây truyền cô đặc nước dứa với công suất 5000lit/giờ từ những năm trước Thiết bị cô đặc này đ0 đạt được chất lượng sản phẩm nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng hơi đốt

do chưa tận dụng được nhiều năng lượng hơi thứ dẫn đến giá thành sản phẩm còn rất cao

Với mục đích tận dụng năng lượng hơi thứ để giảm chi phí năng lượng riêng cho quá trình cô đặc sản phẩm chúng tôi đ0 tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu một số thông số chính làm cơ sở sở cải tiến thiết bị cô đặc nước dứa tại Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao”

của luận văn

Xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị cô đặc nước dứa làm cơ sở cho việc cải tiến hệ thống thiết bị nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí năng lượng

Nghiên cứu đặc điểm, tính chất lý hoá của nước dứa

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình cô đặc

Xác định các thông số cơ bản của thiết bị cô đặc nước dứa tại Công ty

Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao

Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị cô đặc

Chương 3 Những tính toán kỹ thuật thiết bị cô đặc

Chương 4 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị tại Công ty Cổ phần Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao

Chương 5 Đề xuất phương án cải tiến

Kết luận và đề nghị

Chương 1 Tổng quan nghiên cứu 1.1 Nguyên liệu dứa

Dứa có tên khoa học là Ananas comosus, thuộc họ Romeliaceae Loài này được chia thành 7 nhóm trong đó có 3 nhóm chính là: nhóm dứa Cayen, dứa Qeen (dứa hoàng hậu) và nhóm Spanish (còn gọi là dứa Tây Ban Nha)

1.1.2 Các giống dứa phổ biến ở nước ta

+ Dứa hoa Phú Thọ:

Thuộc giống dứa Qeen, quả nhỏ, mắt nhỏ và lồi, thịt quả vàng, thơm Giống dứa này chịu được đất xấu, đất chua, dễ ra hoa trái vụ Giống này có nhược điểm quả nhỏ, năng suất thấp, khó chế biến đồ hộp lên hiệu quả kinh tế không cao

+ Dứa hoa Na Hoa:

Thuộc nhóm dứa Qeen, mắt nhỏ, lồi, khi chín vỏ quả và thịt quả đều có màu vàng, có mùi thơm hấp dẫn So với dứa hoa Phú Thọ thì quả to và ngắn hơn, khối lượng trung bình quả: 0.9 – 1.2kg, khi chín nước trong thịt quả cũng nhiều hơn, là giống dễ canh tác, dễ trồng nơi đất trống, đồi trọc Giống này có

nhược điểm quả có mắt sâu, hơi bầu dục, khi chế biến khó đạt tỉ lệ thịt cao, năng xuất thấp, hiệu quả kinh tế không cao

+ Dứa Kiên Giang và dứa Bến Lức:

Cũng thuộc nhóm dứa Qeen, dứa Kiên Giang thịt quả có nhiều nước hơn so với thịt quả dứa Bến Lức Quả có dạng hình trụ, mắt quả to, lồi

+ Dứa Cayen Chân Mộng:

Cho năng suất cao, quả to dễ thao tác chế biến trong chế biến đồ hộp Thành phần sinh hoá ổn định nên được sử dụng nhiều trong chế biến đồ hộp Giống dứa này đang được chú ý để mở rộng diện tích

+ Nhóm các giống dứa Spanish:

ở nước ta có nhiều giống, màu sắc, vỏ quả khi chín rất khác nhau: đỏ, vàng, vàng xanh, xanh tím, xanh đen, xanh lá mạ Khối lượng cũng rất khác nhau, từ đó tạo nên sự khác nhau về mặt phẩm chất

1.1.3 Đặc điểm sinh học và tính chất hoá học của dứa

1.1.3.1 Điều kiện thích hợp của dứa

Dứa thích hợp với điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao, sợ rét và sương

hàm lượng mưa trung bình 1.300-1.500 mm/năm Trong điều kiện thích hợp

có thể sinh trưởng quanh năm

xuống, những loại đất nghèo như đất có đến 70% sỏi đều có thể trồng được dứa Dứa là loại cây tiên phong đi đầu cho các loại hoa màu khác Trồng dứa nhanh cho thu hoạch, sau 1-2 năm có thể đạt 10-20 tấn/ha và có thể đạt đến 35 tấn /ha nếu được thâm canh tốt Để kéo dài thời vụ thu hoạch và cung cấp sản phẩm nhiều nơi đ0 xử lý cho dứa ra trái vụ Đến nay đ0 có thể xử lý để thu hoạch dứa quanh năm

1.1.3.2 Thành phần hoá học của dứa

Quả dứa đựơc xem là “ hoàng hậu” của các loại quả vì hương vị thơm ngon và giầu chất dinh dưỡng Tuỳ theo giống dứa, mùa vụ cũng như điều

kiÖn canh t¸c mµ thµnh phÇn ho¸ häc còng nh− hµm l−îng cña chóng kh¸c nhau Thµnh phÇn chñ yÕu lµ n−íc chiÕm 72-88% träng l−îng qu¶, ngoµi ra cßn cã c¸c ch¸t cã gi¸ trÞ dinh d−âng vµ c¶m quan nh−: gluxit, proxit, axit h÷u c¬, vitamin, c¸c chÊt kho¸ng Ngoµi t\ra trong døa cßn chøa enzim Bromelin

lµ lo¹i enzim gióp tiªu ho¸ tèt

sơ bộ như sau: Thành phần tạo nên hương thơm trong dứa được quyết định bởi giống, điều kiện thổ nhưỡng, điều kiện canh tác và mùa thu hoạch

Bảng 1.2 Thành phần các chất bay hơi trong mùi các loại quả mùa hè và mùa đông

được cực đại 214 mg/kg Độ chín của quả được xác định bằng độ trong của thịt quả Khi dứa chín các chất bay hơi tăng nhanh và bị thay đổi đặc tính, mùi trở lên khó chịu hơn

Biến thiên các chất bay hơi và mùi vị theo mức độ chín của quả:

Hình 1.1 Sự biến thiên và hàm lượng các chất bay hơi phụ thuộc vào độ chín của quả

Hình 1.2 Chỉ số mùi phụ thuộc độ chín của quả

Để xác định hàm lượng các chất hoá học tạo hương thơm cho dứa sử dụng biện pháp phân tích bằng cách đo sắc đồ (hay bằng sắc kí), sử dụng cách

đo sắc đồ xác định được tổng lượng chất tham gia tạo hương thơm cho dứa không quá 50 chất

Tiếp đó đi sâu vào phân tích đến năm 1956 đ0 xác định chắc chắn hợp chất không bền của mùi dứa là:

Demetyl – 4 Hydroxi 3 (2H)_Furanon

Chỉ số mùi

vị

Độ chín của quả

Chất bay hơi

(phần triệu)

Độ chín của quả

Khi phân tích dịch dứa cô đặc bằng lạnh đông khô đ0 xác định chắc chắn hợp chất có cấu tạo hoá học khác hẳn chất đầu tiên:

P – alliferol

γ – caprolaction

Sau đó phát hiện thêm sự có mặt của các hợp chất lưu huỳnh:

Metil - β - metil thiopropionat

Etil - β - metil thiopropinat

Đây là các hợp chất tạo mùi cho dứa khi quả chín, trong dứa xanh hàm lượng của chúng rất thấp khoảng 0.03 mg/kg thịt quả

Dùng biện pháp sắc ký phát hiện được 35 hợp chất khác nhau, ngoài ra còn xác định được các este có cấu tạo hoá học khá đơn giản

Theo báo cáo nghiên cứu năm 1969 – 1970 cho biết danh sách các chất trong thành phần mùi của dứa chín khá đầy đủ

Các loại rượu: Metanol, Etanol, Irobutanon, n-pentanol, n-allifenol (chavico), n-propanol, rượu tetrahiđro trimetilvinilfuafurilic

- Các loại axít: axit axetic

- Các chất cacbonyl: Focmandehyt, axetandehit, axeton

- Các este: Metil axetat, etil axetat, metil2-propenoat

- Các chất khác: metil-metilthiopropionat, Etil- metilthiopropionat, Caprolacton

1.1.3.3 Giá trị chế biến công nghiệp của dứa

Rau quả là nguồn thức ăn thiết yếu của con người Rau quả cung cấp cho con người các chất kích thích, các nguồn chất khoáng, các chất dinh dưỡng và vitamin và mỗi loại rau quả sẽ có giá trị dinh dưỡng khác nhau

Trong đó dứa là loại quả nổi bật về giá trị dinh dưỡng, dứa không chỉ cung cấp các khoáng chất, các vitamin, các chất giàu năng lượng mà còn chứa hàm lượng enzim Bromelin thuỷ phân Protein có tác dụng tiêu hoá, Bromelin còn

sử dụng để sản xuất nhiều biệt dược: Extranase, Anasase điều trị các bệnh viêm loét, ung nhọt và các ung thư Trong nước dứa còn chứa hoocmon có tác dụng kích thích mạnh sinh trưởng

Với các giá trị mang tính thời đại cùng với sự phát triển về mọi mặt, nhu cầu của con người càng tăng và nhu cầu về dứa đang và sẽ tăng rất nhanh

Các loại sản phẩm công nghiệp về dứa đ0 đáp ứng được phần nào nhu cầu về dứa trên thị trường, nhưng từ trước đến giờ các sản phẩm đồ hộp chủ yếu là nước ép dứa, dứa nước đường, mứt dứa, dứa sấy tất cả những sản phẩm

đó đều qua công đoạn gia nhiệt ở nhiệt độ cao, nên hàm lượng enzim và các chất dinh dưỡng kém bền đối với nhiệt đều bị giảm Vì vậy cần đẩy mạnh nghiên cứu, tìm tòi để chế biến những sản phẩm dứa mà trong đó tất cả tính chất tự nhiên được bảo tồn và tăng cường

Như vậy chỉ có mặt hàng dứa tươi và dứa qua chế biến sử dụng ở nhiệt

độ thấp thì mới thoả m0n được yêu cầu trên Nhưng để chủ động về mặt nguyên liệu phải chú ý đến việc tăng diện tích, kéo dài thời vụ để đáp ứng thường xuyên nhu cầu nguyên liệu dứa

Dứa có đủ điều kiện kinh tế, kỹ thuật để đi vào sản xuất ổn định với quy mô lớn Đối với các nước vành đai nhiệt đới thì diện tích trồng dứa bị hạn chế bởi diện tích trồng lương thực Còn với các nước khác lại hạn chế do khí hậu, thổ nhưỡng Việt Nam là một nước thuộc vành đai nhiệt đới, với điều kiện khí hậu thuận lợi cũng đang tiến hành công cuộc gia tăng sản lượng dứa

Sơ đồ các sản phẩm từ dứa

Hình 1.3 Sơ đồ các sản phẩm từ dứa 1.1.4 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa trên thế giới

Theo số liệu FAO sản lượng dứa trên thế giới tăng nhanh, từ năm 1960

đến năm 1980 sản lượng dứa tăng từ 2665 nghìn tấn lến đến 9219 nghìn tấn, tăng gấp 3.5 lần Từ năm 1980 trở lại đây sản lượng dứa vẫn còn tăng lên

Nước dứa nguyên chất

Bromelin

Nước dứa cô

đặc

Rượu cồn Dấm

Dứa ăn tươi

Dứa nước

đường

Trong những năm gần đây sản lượng dứa trên thế giới dao động trong khoảng 12.151 – 13436 triệu tấn/năm

Sản lượng dứa Châu á đạt 6.6 triệu tấn/năm Trong đó Thái Lan là nước sản xuất dứa lớn nhất, chiến gần 36% tổng sản lượng, kế đó là Philippine với sản lượng chiếm 22.2%, Trung Quốc đứng ở vị trí thứ 3 với tổng sản lượng 13.5%, ấn Độ 12.5%, Indonesia với tổng sản lượng 10.9%, cuối cùng là Việt Nam với tổng sản lượng chiếm một phần khiêm tốn 2.8%

Sản lượng dứa Châu Mỹ đạt xấp xỉ 4 triệu tấn, trong đó Brazin là nước sản xuất dứa lớn nhất chiếm 46% tổng sản lượng toàn Châu Mỹ, các nước sản xuất dứa đáng kể ở Châu Mỹ là Colombia chiếm 9.8% tổng sản lượng, Mỹ 8% tổng sản lượng rồi đến Mexico 7.8% và cuối cùng là Costaria 6.6%

Theo số liệu của FAO năm 1997:

Thái Lan là nước đứng đầu về sản lượng dứa: 1.7 – 2.3 triệu tấn, Philippine đứng ở vị trí thứ 2 với sản lượng 1.4 – 1.55 triêuj tấn, nước đứng thứ

3 là Brazin có sản lượng 1.3 - 16 triệu tấn Tổng sản lượng dứa của 3 nước này chiến lớn hơn 41% sản lượng dứa trên thế giới vào khoảng năm 1995 –

1997 và trong năm 2000 tổng sản lượng chiếm 38% tổng sản lượng dứa trên thế giới

Theo nguồn FAO năm 1997, sự phân bố sản lượng dứa trên thế giới

được thống kê như sau:

Châu á với sản lượng dứa lớn hơn 52% đ0 vượt lên các vùng khác, đứng

vị trí đầu trong tổng sản lượng dứa Trong đó Châu Mỹ với sản lượng dứa là 31% đứng ở vị trí thứ 2, tiếp theo là Châu Phi 15.4% sản lượng dứa trên thế giới và Châu Âu, Thái Bình Dương có sản lượng 1.4%

Cùng với sản lượng dứa lớn nhất thế giới Thái Lan cũng đ0 trở thành nước xuất khẩu dứa lớn nhất, chiếm gần 31% kế đó là:

Philippince : 22.2% Indonesia : 10.9%

Trung Quốc : 13.5% Việt Nam : 2.8%

ấn Độ : 12.5%

Do điều kiện địa lý nên một số vùng không có khả năng trồng dứa, hoặc những nước có sản lượng dứa thấp Để đáp ứng nhu cầu trong nước các nước

đó đ0 nhập khẩu một số mặt hàng dứa mà nhân dân họ ưa chuộng

Tình hình nhập khẩu dứa trên thế giới:

Bỉ Các nước khác

1.1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dứa ở Việt Nam

Mặc dù dứa là cây trồng có khả năng thích hợp với mọi loại đất ở điều kiện khí hậu Việt Nam Xong sự phân bổ diện tích và sản lượng dứa vẫn chưa

được đồng đều

Tính đến tháng 5/2002 diện tích trồng dứa của cả nước đạt 37800 ha, trong đó diện tích trồng dứa Cayen 3600 ha, nhiều nhất là Ninh Bình, Nghệ

An, Hà Tĩnh, Bắc Giang, Thanh Hoá

Diện tích trồng dứa còn phụ thuộc vào khả năng chế biến và nhu cầu nguyên liệu dứa

Theo tổng cục thống kê Nông – Lâm – Ngư 2000 Ta có bảng biểu thị khả năng chế biến và nhu cầu nguyên liệu dứa tươi của một số nhà máy:

B¶ng 1.4 Nhu cÇu nguyªn liÖu vµ kh¶ n¨ng chÕ biÕn døa ë mét sè nhµ m¸y Nhµ m¸y chÕ biÕn døa cña c¸c

Kh¶ n¨ng chÕ biÕn (TÊn Sp/n¨m)

Nhu cÇu nguyªn liÖu (TÊn/n¨m)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn) Cao B»ng

B¶ng 1.7 DiÖn tÝch vµ s¶n l−îng døa vïng B¾c Trung Bé

B¶ng 1.8 DiÖn tÝch vµ s¶n l−îng døa vïng Duyªn H¶i Nam Trung Bé

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn) Thanh Ho¸

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn)

DT (ha)

SL (TÊn) Long An

Theo Sở Nông nghiệp các tỉnh Tiền Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu, Cần Thơ Long An, Cà Mau, Trà vinh, Vĩnh Long

Đồng bằng Sông Cửu long (ĐBSCL) là vùng trồng dứa lớn nhất, sản xuất dứa ở đây cũng có những thăng trầm nhất định trong quá trình phát triển

Hiên nay do dứa có giá trị dinh dưỡng, giá trị dược liệu cao cho nên bên cạnh việc tiêu thụ các loại dứa tươi, mứt dứa, nước dứa ép, dứa lạnh đông thì thị trường trong nước và quốc tế đòi hỏi nhiều về mặt hàng nước dứa cô

đặc Trong những năm gần đây, công nghệ chế biến dứa ở nước ta tăng khá nhanh, thể hiện qua việc xây dựng nhiều nhà máy chế biến dứa với công xuất lớn, công nghệ hiện đại của thế giới

Ngoài ra còn có nhiều nhà máy chế biến dứa có công xuất vừa và nhỏ khác, ở nhiều tỉnh thành như Hà Tĩnh, thành phố Hồ Chí Minh, Cần Thơ Nếu các nhà máy chưa phát huy hết công xuất, trong số các nguyên nhân còn

có hai nguyên nhân chính: Chưa chủ động được nguyên liệu, giá thu mua nguyên liệu cao khó cạnh tranh

1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước Dứa cô đặc

1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước dứa cô đặc trên thế giới

Sản phẩm nước quả cô đặc xuất hiện trên thị trường ngày càng lớn về số lượng cũng như chủng loại, các loại mặt hàng nước quả cô đặc như cam, bưởi, nho, táo, dứa, soài, m0ng cầu, đu đủ

Nước quả cô đặc với nồng độ chất tan cao, tạo áp xuất thẩm thấu lớn nên quá trình bảo quản dễ dàng hơn cùng với sự giảm thể tích và khối lượng nên các chi phí về bảo quản và vận chuyển không cao

Trong các nước sản xuất nước quả cô đặc từ quả có mùi đặc biệt cam hiện nay vẫn đứng đầu là Brazil, Mỹ Ước tính hai nước này chiếm 30% số lượng toàn cầu với số lượng 102 triệu tấn nưm 2000 Tại Forida (Mỹ) sản phẩm nước cam cô đặc năm 2000-2001 đạt 850 nghìn tấn, khoảng 95% lượng quả thu hoạch được dùng để ché biến thành nước quả cô đặc

Thị trường tiêu thụ nước dứa cô đặc chủ yếu là Mỹ, Anh, Tây Đức, Italia, Châu Âu Giá cả nước quả cô đặc trong những năm gần đây khá ổn định vì có hướng tăng lên

Theo tổng công ty Rau quả Việt Nam: Công ty Rau quả Tiền Giang

Bảng 1.10 Giá nước dứa cô đặc Giá dứa cô đặc xuất khẩu

Theo thống kê của tổ chức nông lương thế giới (FAO) vào năm 1996 sản lượng nước dứa cô đặc được giao dịch trên thị trường thế giới là 230 nghìn tấn/năm Tốc độ tăng trưởng là 5% Nước dứa cô đặc được nhập khẩu ở Châu

Âu năm 1993 là 120 nghìn tấn, chiếm 55% lượng nhập khẩu thế giới

Nhu cầu tiêu thụ nước dứa cô đặc tại một số nước thể hiện trong bảng 1.11

Bảng 1.11 Mức tiêu thụ nước dứa cô đặc trên thế giới

68.0 8.6 17.6 27.5 27.8 14.3 12.1 6.9 6.4 3.2

8.3 9.0 16.3 22.8 24.7

11 12.1 6.9 6.4 3.2

84 6.0 16.4 27.6 19.9

16

12 9.3 6.0 2.0

69.9 7.0 21.8 43.7 27.5 24.3 18.2 9.8 5.3 2.8

72.8

8

29 50.5 22.7

23

16 10.4 5.5 1.3

66

8 21.8 48.4 21.2 18.2 17.2 8.9 5.9 0.3

1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước dứa cô đặc ở Việt Nam

Sản phẩm dứa cô đặc tuy có nhiều ưu điểm, song lượng sản phẩm này tiêu thụ rất chậm trong nước, chủ yếu là xuất khẩu

Do dây truyền sản xuất nước dứa cô đặc ở nước ta còn ít và chưa hiện

đại , mới dừng lại ở quy mô nhỏ nên sản lượng nước dứa cô đặc ở nước ta còn thấp hơn nhiều so với các nước khác

1.3 Quy trình công nghệ chế biến nước dứa cô đặc

ép

vỏ

tang chứa

1.4 Các phương pháp cô đặc

1.4.1 Phương pháp cô đặc bằng làm lạnh (kết tinh)

Khi làm lạnh nước quả, nhiệt độ hạ xuống đến mức độ nhất định sẽ xuất hiện những tinh thể nước đầu tiên các tinh thể này càng lớn dần trong quá trình làm lạnh làm cho hàm lượng chất kho trong nước quả tăng dần đồng thời nhiệt độ đóng băng lại giảm dần Các tinh thể nước được tách ra khỏi dung dịch bằng phương pháp ly tâm và ép trong điều kiện lạnh Làm nhiều lần ta sẽ thu được dung dịch nước quả có nồng độ ngày càng cao Phương pháp này có

ưu điểm là:

Thành phần nước quả hầu như không bị thay đổi, đặc biệt các chất thơm

và các chất vitamin không bị bay hơi, biến đổi Tuy nhiên cũng có một phần nhỏ chất hoà tan bị mất cùng với nước đóng băng (khoảng 5%) và nếu nước quả càng đục thì lượng mất đi càng cao Phương pháp này cần phải gia nhiệt

khi làm lạnh Phương pháp cô đặc này ít được dùng vì giá thành cao, nồng độ dung dịch sau khi cô không cao

Cô đặc nước quả bằng đun bay hơi phải tiến hành ở những điều kiện nhất định nhằm bảo đảm chất lượng của sản phẩm

- Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và nhiệt độ sôi của dung dịch cao

- Thời gian đun bay hơi phải ngắn (thời gian ngắn, nhiệt độ cao tốt hơn thời gian dài nhiệt độ thấp)

- Dung tích đốt nóng và dung tích bay hơi phải lớn

- Nước quả phải có độ nhớt thấp để truyền nhiệt tốt: không chứa các thành phần keo (protit, pectin), phải là dung dịch trong suốt (giảm độ nhớt, chống tạo cháy ống truyền nhiệt), vì vậy nước quả đem cô đặc phải trong suốt,

đ0 phá huỷ chất pectin

- Phải bảo vệ được hoặc có biện pháp thu hồi các chất thơm bay hơi

Để cô đặc nhanh và sản phẩm ít bị oxy hoá thường tiến hành trong các thiết bị chân không Tuy nhiên các chất thơm thường phần lớn bị mất sau khi cô đặc vì thế phải có bộ phận thu hồi chất thơm Sau đây là hệ thống cô đặc có thu hồi chất thơm

Hình1.5 Sơ đồ hệ thống cô đặc có thu hồi chất thơm

1 Nước quả tươi

3 Nồi tách 10 - 20% hơi nước trong quả

5 Hơi nước chứa chất thơm

7 Thiết bị ngưng tụ

9 Nước ngưng đi ra sau khi tách hết chất thơm

11 Dung dịch chất thơm thành phầm

2 Thiết bị đun sôi liên tục

4 Nước quả đem sang hệ thống cô đặc liên tục

Ngoài ra đang có những thí nghiệm thu hồi chất thơm ngay sau khi quả nghiền vì rằng một phần chất thơm h0y còn nằm lại trong b0 ép, nhất là ở phần vỏ quả Tuy nhiên kết quả cho thấy quá trình và thiết bị sẽ phức tạp hơn nhiều và lượng chất thơm thu hồi được cũng không hơn bao nhiêu Phương pháp cô đặc có thu hồi chất thơm cần được áp dụng cho các loại sản phẩm như: cà phê bột hoà tan, nước quả …

Sản phẩm cô đặc sau khi pha lo0ng bằng nước, cho thêm một ít chất thơm thu hồi, sẽ thu được sản phẩm gần giống tự nhiên Chất lượng nước thêm vào có ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Tốt nhất là dùng nước cất hoặc nước đ0 khử độ cứng bằng phương pháp trao đổi ion trên cột iônít

1.5 Tình hình nghiên cứu và áp dụng hệ thống thiết bị cô đặc nước dứa

1.5.1 Thiết bị kiểu dàn ống leo

Dung dịch được hâm nóng tại các ống của thiết bị đặt đứng, sản phẩm cần sử lý di chuyển từ dưới lên trên trong ống được hâm nóng mặt ngoài

Trong loại thiết bị này có hai kiểu: Bộ phận bốc hơi di chuyển tự nhiên

và loại di chuyển cưỡng bức

Loại di chuyển tự nhiên (loại ống tuần hoàn trung tâm)

Phần dưới của thiết bị là phòng đốt 2 gồm các ống truyền nhiệt 3 và ở tâm có ống tuần hoàn 4 tương đối lớn Dung dịch di bên trong ống, hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngoài ống Phía trên phòng đốt là buồng tách hơi thứ khỏi hỗn hợp hơi – lỏng 5, còn gọi là buồng bốc Trong buồng bốc có bộ phận tách bọt 6 dùng tách các giọt lỏng do hơi thứ mang theo

Muốn cho dung dịch tuần hoàn tốt thì nên cho dung dịch vào phòng đốt chiếm từ 0,4 đến 0,7 chiều cao ống Tốc độ đi trong ống tuần hoàn chọn khoảng 0,4 đến 0,5 m/s Diện tích thiết diện của ống tuần hoàn lấy khoảng 15% đến 20% thiết diện của toàn bộ ống truyền nhiệt Thiết bị cô đặc loại này

có cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa và sửa chữa, nhưng tốc độ tuần hoàn thấp nên

hệ số truyền nhiệt thấp

Hình 1.6 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm

Hình 1.7 Bộ phận bốc hơi kiểu dàn ống leo di chuyển tự nhiên

A – sản phẩm B- hơi nước C- phần cô đặc D- hơi nóng

E- phần ngưng tụ 1- dàn nóng 2- phân ly kiểu ly tâm 3 – ống tuần hoàn

Bộ phận bốc hơi, kiểu của Wiegand có nguyên tắc làm việc như sau: Sản phẩm được làm sôi ở phần dưới thiết bị Bọt hơi nước kéo theo chất lỏng được đẩy lên dọc theo ống, tại đây sản phẩm tiếp tục sôi Phân chia lỏng hơi nhờ có chuyển động ly tâm của sản phẩm xẩy ra ơ phần trên của thiết bị, phần ngưng tụ quay về phía dưới Yếu tố quan trọng là hiệu nhiệt độ giữa hơi nóng và sản phẩm cao vì việc di chuyển sản phẩm bởi đối lưu cần gradien nhiệt đủ độ lớn giữa hơi nóng và sản phẩm

Loại có chuyển động tuần hoàn cưỡng bức

Dung dịch cho vào phòng đốt 1 qua cửa ống tuần hoàn 3 dung dịch đặc thoát ra ở phần dưới phòng bốc 2 ở dạng sản phẩm, còn phần lớn lại chảy về ống 3 do bơm tuần hoàn hút và trộn lẫn với dung dịch đầu vào phòng đốt

Nếu tốc độ tuần hoàn là 2 m/s thì lớp chất lỏng sôi ở trên miệng ống, nếu tốc độ càng lớn thì chất lỏng sôi ở mức càng cao Thực tế nếu lấy tốc độ tuần hoàn từ 1,5 đến 3,5 m/s là phù hợp

1.5.2 Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài

Thiết bị loại này có buồng đốt và không gian bốc hơi hoang toàn tách rời nhau, chúng liên hệ với nhau bằng ống nối Loại này có ưu điểm là giảm bớt được khoảng cách theo chiều cao giữa buồng đốt và không gian bốc hơi,

có thể điều chỉnh được sự tuần hoàn, tách hoàn toàn hết bọt vì buồng đốt cách

xa không gian hơi, có khả năng sử dụng không gian hơi như là bộ phận phân

ly loại ly tâm Không gian hơi có thể nối với hai hoặc nhiều buồng đốt, do đó

có thể luân phiên sủa chữa mà không cần dừng sản suất

1- phòng bốc , 2 – phòng đốt 3- bộ phận tách bọt

Tốc độ dung dịch trong ống truyền nhiệt thường bằng 1đến 2m/s Buồng loại này có thể đặt đứng, ngang hoặc nghiêng

Đối với thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài thẳng đứng, dung dịch vào buồng đốt 1 được dun sôi tạo thành hỗn hợp hơi – lỏng đi vầo phòng đốt 2, ở

đây hơi thứ được tách ra, đi lên phía trên Dung dịch quay về buồng đốt 1 theo ống tuần hoàn 3 Các ống truyền nhiệt ở thiết bị này có thể dài tới 7 m

Loại thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài nằm ngang, Buồng 2 là thiết bị trao đổi nhiệt hình chữ U Khi làm việc nước dung dịch nằm thấp hơn nửa ống chữ U

1.5.3 Thiết bị cô đặc loại màng

Trong thiết bị này dung dịch chuyển động dọc theo bề mặt truyền nhiệt

ở dạng màng mỏng từ dưới lên Phòng đốt 1 là thiết bị truyền nhiệt ống có chiều dài 6 đến 9 m Khi khởi động, cho hơi đốt vào trước sau đó cho tiếp dung dịch vào từ dưới lên và chiếm khoảng 1/4 đến 1/5 chiều cao ống truyền nhiệt Khi sôi hơi thứ chiếm hầu hết tiết diện của ống và đi từ dưới lên với tốc

độ lớn (20m/s) kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt ống cùng đi lên

Khi màng chất lỏng đi từ dưới lên tiếp tục bay hơi, nồng độ dung dịch tăng dần và khi lên tới miệng ống thì đạt được nồng độ cần thiết

Hỗn hợp hơi- lỏng đi ra khỏi ống với tốc độ cao đập vào các cánh cong của bộ phận tách bọt 3 có dạng xoắn ốc, nên hỗn hợp hơi- lỏng quay tròn sinh lực ly tâm làm các hạt lỏng bắn ra xung quanh Do đó quá trình phân ly hơi và lỏng được thực hiện triệt để

Thiết bị bao gồm phòng đốt 1, phía trên phòng đốt ở độ cao khoảng 3 m

đặt các tấm ngăn 3 hình tròn đồng tâm, tạo thành các khe hình vành khăn Hỗn hợp hơi – lỏng từ những khe hình vành khăn đi ra, lên phòng phân ly chất lỏng đi xuống phòng đốt qua ống tuần hoàn 4, phần kết tinh lắng xuống đáy 6 Phòng đốt chỉ có nhiệm vụ đốt nóng dung dịch Khi sôi thì dung dịch sẽ sôi ở trong các khe vành do các tấm ngăn 3 tạo nên Tác dụng của tấm ngăn này là làm cho quá trình sôi ổn định và không tạo ra các dòng tuần hoàn ngược có hại ở khu vực sôi

Loại thiết bị này có tốc độ tuần hoàn tương đối lớn (3m/s), khi đó ở thiết bị có tuần hoàn tự nhiên khác chỉ có tốc độ tuần hoàn 1 đến 1,5m/s Mặt khác vì dung dịch không sôi trong ống truyền nhiệt nên bề mặt truyền nhiệt ít

bị bám cặn

Hình 1.11 Bộ phận cô đặc kiểu roto 1- thân thiết bị; 2- bao hơi; 3- rôto; 4- cánh

1.6 Thiết bị cô đặc nước dứa của công ty Cổ phần thực phẩm xuất khẩu đồng giao

Nước

Dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó, dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi 1) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt

độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch , do đó, cần phải tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy, khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi đưa vào nồi đầu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ

1.6.3 Những tồn tại trong quá trình sản xuất

Do thiết bị cô đặc kiểu hai nồi xuôi chiều nên chưa tận dụng được nhiều lượng hơi thứ làm tăng chi phí năng lượng riêng cho quá trình cô đặc sản phẩm dẫn đến giá thành sản phẩm cao, không kinh tế

Chương 2 Cơ sở lý thuyết về cô đặc 2.1 những vấn đề liên quan tới việc loại bỏ nước

Việc loại bỏ nước sẽ đụng chạm tới hai vấn đề quan trọng sau:

- Gây ra biến đổi chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm, nhất là vị giác của sản phẩm xử lý

- Tiêu thụ năng lượng lớn

Về vấn đề thứ nhất, ta hiểu rằng khi xử lý nhiệt sản phẩm kéo theo tổn thất vitamin, gây ra các phản ứng biến màu, gây ra không hoà tan hoặc nhiều hoặc ít các protein… Tuy nhiên loại bỏ nước có thể làm mất đi một lượng chất thơm, nhất là ta cô đặc trong điều kiện chân không Các chất thơm thường nhẹ hơn nước, do đó sẽ bay hơi cùng với nước, đặc biệt đối với nước quả, trích ly

cà phê… Người ta có thể hạn chế tổn thất chất thơm bằng cách cô đặc ở nhiệt

độ thấp (phương pháp đông lạnh)… tuy nhiên giá thành sản phẩm khá cao

Về vấn đề tiêu thụ năng lượng lớn, chi phí năng lượng cho quá trình loại

bỏ nước khỏi sản phẩm (sấy) hoặc dịch quả (khi ép) mất khá nhiều năng lượng Chính điều này làm cho giá thành sản phẩm tăng lên khá nhiều

Phản ánh trực tiếp nhất của “độ tự do” của nước trong sản phẩm là áp suất hơi nước b0o hoà P phát ra bởi sản phẩm này so với áp suất hơi nước phát

ra bởi nước tự do P* ở cùng nhiệt độ Nếu người ta tìm thấy nước tự do trong sản phẩm, thì P = P* Ngược lại, nước liên kết với chất khô bởi lực liên kết hoá

- lý, ta có P < P*

Tỉ số

*

P

P

khi nước gần trạng tháI tự do

Trong thời gian giảm ẩm, những phân tử nước liên kết yếu sẽ bị loại bỏ

Hình 2.1 Đường cong nhả (theo Gornarin 1974)

Đường cong này cắt thành 3 vùng

0 < aw < 0,2

Vùng này ứng với lực Van der waals rất mạnh, ngăn chặn chuyển động phân tử được biểu diễn bằng áp suất của hơi b0o hoà Người ta chấp nhận rằng những phân tử hữu cơ, đặc biệt các cặp đại phân tử cũng như protein, ít nhiều

được b0o hoà bởi 1 lớp đơn phân tử nước liên kết chặt chẽ

vùng trung gian, nước ở dưới dạng đa phân tử phủ lên phần bề mặt chất khô

Có sự cân bằng giữa phân tử gắn vào lớp đơn phân tử Trạng tháI của nước

0

Nước sinh học

0,20 0,60 n1 1 m

n

trong vùng này gọi là “giả lỏng”

dạng này được sử dụng bởi vi sinh và có thể cho phép các phản ứng enzym hoá Đôi khi người ta gọi là nước sinh học

2.2.1 Loại bỏ nước bằng đun sôi

Pha nhiệt độ

tự do ở áp suất của thiết bị Hai trường hợp có thể xảy ra: nhiệt độ ban đầu của sản phẩm thì thấp hoặc cao hơn nhiệt độ sôi

dưới dạng nhạy cảm bằng cách hâm nóng sản phẩm cho tới khi đạt được trạng

thụ nhiệt chậm vượt quá nhiệt lượng cung cấp bởi hệ Sự mất cân bằng này

2.2.2 Pha có xu hướng không đổi

nhiệt cung cấp bởi thiết bị bằng lượng nhiệt thoát khỏi hệ với việc bốc hơi trích ly từ sản phẩm Tốc độ loại bỏ nước bị hạn chế bởi tốc độ truyền nhiệt do