Các quá trình vậy lý trong sản xuất sữa

Cácgiọtđược mô tảbằngcác đường mỏng, chất hoạt độngbềmặt...33 Hình 12.Ảnh hưởng của cácđiềukiện đồng hóa đến tính chấtsảnphẩm...34 Hình 13.Ảnh hưởng của đồnghóa2 cấpđếnkích thước hạt cầu

MỤC LỤC

Chương 1: Qúa trình ly tâm

1 Tổng quan vềlytâm 11

1.1 Cơ sởkhoahọc 11

1.2 Phân loại quá trình ly tâmvàthiết bịlytâm 14

2 Mục đíchcôngnghệ 14

3 Các biến đổinguyênliệu 15

4 Cácyếutốảnhhưởng 15

4.1 Kích thước các hạt cầubéo 15

4.2 Độ sạchvàđộ tươicủasữa 15

4.3 Tốc độ chosữavào 15

4.4 Nhiệt độcủasữa 16

4.5 Hàm lượng chất béocủasữa 16

5 Thiếtbị 16

5.1 Máy lytâmlắng 16

5.1.1 Máy ly tâm siêu tốcloạiđĩa 16

5.1.1.1 Cấutạo 16

5.1.1.2 Nguyên lýhoạtđộng 18

5.1.1.3 Ưuđiểm,nhược điểm 21

5.1.2 Máy ly tâm lắng nằm ngang tháo bã bằngvítxoắn 21

5.1.3 Máy ly tâm siêu tốcloạingăn 22

5.1.4 Máy ly tâm siêu tốcloạiống 22

5.2 Máy lytâmlọc 23

5.2.1 Cácmáyly tâm làm việcgiánđoạn 23

5.2.1.1 Máy ly tâmbachân 23

5.2.1.2 Máy ly tâmkiểutreo 24

5.2.1.3 Máy ly tâm nằm ngang tháo bãbằngdao 24

5.2.2 Cácmáyly tâm làm việcliêntục 25

5.2.2.1 Máy ly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháo bãbằngpittông 25

5.2.2.2 Máy ly tâm tháo bã bằng lựclytâm 25

5.3 Thiết bị ly tâm tách visinhvật 26

5.3.1 Thiết bị ly tâm cómộtdòng thoátsảnphẩm 27

5.3.2 Thiết bị ly tâm có hai dòng thoátsảnphẩm 27

Chương 2 : Qúa trình đồng hoá 1 Tổngquan 27

1.1 Địnhnghĩa 27

1.2 Cơ sởkhoahọc 27

2 Mụcđích 30

3 Các biến đổi củanguyênliệu 30

4 Cácyếutốảnhhưởng 31

4.1 Kích thước các hạtbéo vàtỷ lệ phần trăm giữa hàm lượng pha phân tánvàphaliêntục 31

4.2 Thiết bị đồnghóa 31

4.3 Ápsuất 32

4.4 Sựchảyrối 32

4.5 Nhiệtđộ 33

4.6 Đồng hóahaicấp 34

4.7 Tỉ lệ chất béovàchất hoạt động bềmặt(thườnglàprotein) 35

4.8 Chất hoạt độngbềmặt 35

4.9 Hoạt động của thiết bịđồnghóa 36

4.10 Lớp bềmặt(surfacelayers) 36

4.11 Tạokem 39

5 Thiếtbị 41

Chương 3 : Qúa trình phân riêng bằng Membrane 1 Tổngquan 44

1.1 Địnhnghĩa 44

1.2 Phânloại 44

1.3 Vậtliệuchếtạomembrane 47

1.4 Cơ sởkhoahọccủa quá trình phân riêngbằngmembrane 49

1.5 Các quá trình phânriêngmembrane 52

1.5.1 Quá trình phân riênggiánđoạn 52

1.5.2 Quá trình phân riêngliêntục 53

1.6 Các kỹthuậtMembrane 55

1.6.1 Kỹ thuậtvilọc (MF-Microfiltration) 55

1.6.2 Kỹ thuậtsiêulọc(UF-Ultrafiltration) 57

1.6.3 Kỹ thuậtlọcnano(NF-Nanofiltration) 57

1.6.4 Kỹ thuật thẩm thấu ngược (RO-ReverseOsmosis) 57

2 Mục đíchcôngnghệ 58

3 Các biến đổi củanguyênliệu 58

4 Cácyếutố ảnh hưởng đến quá trình phân riêngbằngMembrane 58

4.1 Đặc tínhcủamembrane 58

4.2 Đặc tính củanguyênliệu 59

4.3 Các thông sốkỹthuật 63

5 Thiếtbị 64

5.1 Mô hình ống(tubularmodule) 64

5.2 Membrane dạng sợi rỗng ( Hollowfibermodule) 65

5.3 Membrane dạng bảng/ tấm(plate module) 66

5.4 Membrane dạng cuộn xoắn (SpiralWoundModule) 67

CHƯƠNG 4: Các quá trình xử lý nhiệtPhần 1: Tổng quan về quá trình xử lý nhiệt 1 Mục đích của các quá trình xửlýnhiệt 68

2 Sựkếthợp giữathời gian gia nhiệtvàngưỡngnhiệtt ố i ưu 69

3 Cácyếutố cần cân nhắc khi tiến hành xửlýnhiệt 70

4 Khái quát các quá trình xửlýnhiệt 72

4.1 Quá trìnhgianhiệt 72

4.2 LTLTpasteurization 73

4.3 HTSTpasteurization 73

4.3.1 Sữa 74

4.3.2 Kem tươivàcác sản phẩmlênmen 74

4.3.3 UltraPasteurization 75

4.3.4 XửlýUHT 75

4.3.5 Tiệttrùng 76

4.3.6 Pre-heating 76

5 Sự truyền nhiệt trong quy trình sản xuất các sản phẩmtừsữa 76

5.1 Quá trìnhgianhiệt 76

5.2 Quá trìnhgiảinhiệt 77

5.3 Năng lượngtáitạo 77

5.4 Bản chất của sựtruyềnnhiệt 77

5.5 Nguyên tắctruyềnnhiệt 79

5.5.1 Gianhiệttrựctiếp 79

5.5.2 Gianhiệtgiántiếp 81

5.5.3 So sánh giữagianhiệt trực tiếpvà gianhiệtgi á n tiếp 87

6 Cácyếutố ảnh hưởng đến quá trình thanhtiệttrùng 87

6.1 Hệ vi sinh trongthực phẩm 87

6.2 Trạng tháivậtlý 89

6.2.1 Trạng thái vật lý củathực phẩm 89

6.2.2 Tính chất vật lý của vậtliệu vàđộ dàyvậtliệu 91

6.3 Thành phần hóa học củathực phẩm 91

6.3.1 Lipid 91

6.3.2 Độ acid (chỉsốpH) 92

6.3.3 Nồng độ đườngvàmuối 92

6.3.4 Thành phần hóahọc khác 93

6.4 Nhiệt độ ban đầucủathực phẩm 93

6.5 Nhiệt độ cuối củathực phẩm 93

6.6 Phương pháp thanh trùng, tiệttrùngnhiệt 94

6.7 Trạng thái đứng yên hay chuyển động khigianhiệt 94

Phần 2 : Qúa trình thanh trùng 1 Mụcđích, yêucầu kỹ thuật,phânloại 97

1.1 Mụcđích 97

1.2 Yêucầukỹthuật 98

1.3 Phânloại 98

2 Các phương phápthanhtrùng 98

3 Quy trình chế biến sữathanhtrùng 99

4 Giải thíchquytrình 103

5 Đảm bảo chất lượngsảnphẩm 108

6 Khảnăng bảo quản của dòng sữathanhtrùng 110

6.1 Cácyếutốhạnchế 111

6.2 Sữakéodài thời giạn sử dụng(sữaESL) 111

Phần 3: Qúa trình tiệt trùng

1 Chất lượng nguyênliệuthô 116

2 Thực trạngthịtrường 117

3 Hiệu quảtiệt trùng 117

3.1 Phương trình logarit biểu thị khả năng tiêu diệtbàotử 117

3.2 Giátrị Q10 120

3.3 GiátrịFo 121

3.4 Giátrị B*vàC* 123

3.5 Cáchợpphần có khả năng biến đổinhanhnhất 124

3.6 Cácđiềukiện tiệt trùngthươngmại 125

3.7 Sự biến đổi hoá họcvàsự ảnh hưởng đếnvikhuẩn của phương phápgianhiệt cườngđộcao ……….126

3.8 Khảnăng bảo quản 128

3.9 Hàm lượngdinhdưỡng 128

4 Quy trình sản xuấtlong-life milk 130

4.1 Quá trình tiệt trùngtheomẻ 130

4.2 Tiệt trùngliêntục 131

4.2.1 Thiết bị tiệt trùng chai thủy tĩnhthẳngđứng 131

4.2.2 Thiết bị tiệt trùng nằm ngang(HorizontalSterilizer) 133

5 Phương pháp xửlýUHT 134

5.2 QuytrìnhUHT 134

5.3 Quá trình phát triểncủaUHT 135

5.4 Quy trình xửlýUHT 135

6 CáchệthốngUHTkhácnhau 136

6.2 Các giai đoạn xửlýUHT 139

6.2.1 Tiền tiệttrùng(pre-sterilization) 139

6.2.2 Giai đoạnsảnxuất 139

6.2.3 Làm sạchtrunggian 139

6.2.4 CIP 139

6.3 Các dây chuyềnUHTtrựctiếp 140

6.3.1 Quy trình UHT trựctiếpsử dụng hệ thống phun cấp hơi nướcvà thiếtbị trao đổi nhiệtdạngtấm 140

6.3.2 Quy trình UHT trựctiếpsử dụng hệ thống phun cấp hơi nướcvà thiếtbị trao đổi nhiệtkiểu ống 142 6.3.3 Quy trình UHT trựctiếpsử dụng hệ thống truyềnhơinước 143

6.4 Các dây chuyềnUHTgiántiếp 143

6.4.1 Dây chuyềnUHTgián tiếp sử dụngthiếtbị trao đổinhiệtdạngtấm 144

6.4.2 Sựgia nhiệtngắtquãng 145

6.4.3 Dây chuyềnUHTgián tiếp sử dụngthiếtbị trao đổinhiệtdạngống 147

6.4.4 Dây chuyềnUHTgián tiếp sử dụngthiếtbị trao đổinhiệtdạngốngcuộn 148

6.4.5 Dây chuyềnUHTgián tiếp sử dụngthiếtbịtrao đổinhiệtmặtnhám 150

7 Lưu trữvôtrùng 151

8 Đóng góivôtrùng 154

9 HệthốngUHT 154

Phần 4: Sự ảnh hưởng của các quá trình xử lý nhiệt đến sản phẩm sữa 1 Mụcđích 156

2 Các thay đổi trong quá trình xửlýnhiệt 162

2.1 Tổng quan về cácthayđổi 162

2.1.1 Những thay đổi về hóa họcvàvậtlý 162

2.1.2 Kếtquả của sự traođổinhiệt 163

2.2 Phản ứngcủaprotein 164

2.2.1 Phản ứng của cácnhómThiol (Sulfhydrylhoặc-SH) 166

2.2.2 Sự pha tạpcủaproteinhuyếtthanh 166

2.2.3 Sựthoáihóa 168

2.3 Phản ứngcủalactose 168

Phần 5: Những yêu cầu của sản phẩm đạt được sau quá trình xử lý nhiệt 1 Sữathanhtrùng 172

1.1 Chỉ tiêu an toànthực phẩm 172

1.2 Thời hạnsửdụng 173

2 Sữatiệttrùng 177

3 Bảoquản 181

4 Mùivị 183

5 Giátrịdinhdưỡng 184

5.1 Sự biến đổi thành phầnhoáhọc 184

5.2 Sự suy giảm hàm lượngdinhdưỡng 185

6 Bao bìsảnphẩm 187

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.Ảnh hưởng của bán kính quay đến gia tốclytâm 12

Hình 2 Hệ thống đĩavàcác lỗphânphối 18

Hình 3.Hướng di chuyển của cácdòngtrongmáyly tâmdạngđĩa 19

Hình 4 Phân tách cáctạpchất 19

Hình 5 Thiết bị điều kiển hàm lượngchấtbéo 20

Hình 6.Máy ly tâmbachân 23

Hình 7.Máy ly tâm tháo bã bằng dao có cửa tháoởđáy 25

Hình 8.Hoạt động của máy đồng hóa áplực cao 29

Hình 9.Mặt cát ngang củamộtvan đồng hóa (gần với quy mô nhưng khoảng cách giữa valvevàvalveseat nhỏ hơn nhiều so vớihìnhvẽ) 30

Hình 10.Ảnh hưởng của áp suất đồnghóalên kích thước hạt trung bìnhvàhằngsốsa lắng đối với haithiếtbịđồng hóa (IvàII) 31

Hình 11.Các quá trình xảy rakhiđồng hóamộthệ nhũ tương dầu trong nước Cácgiọtđược mô tảbằngcác đường mỏng, chất hoạt độngbềmặt 33

Hình 12.Ảnh hưởng của cácđiềukiện đồng hóa đến tính chấtsảnphẩm 34

Hình 13.Ảnh hưởng của đồnghóa2 cấpđếnkích thước hạt cầubéođược quan sát dưới kínhhiểnvi 35 Hình 14.Ảnh hưởng của áp suất đồnghóap (MPa) đến đường kính trung bình dvs(µm)hạt cầu béo củasữavà kem.Hàm lượng chất béo được thể hiện phía dưới cácđườngcong 35

Hình 15.Ảnh chụp sữa chua không có chất béo ảnh hưởng bởi điều kiệnđồnghóa 36

Hình 16.Lớp bềmặtmớihình thành của các hạt cầubéotrong quá trìnhđồnghóa 37

Hình 17.Ảnh hưởng củamộtsố yếu tố trong quá trình đồng hóa đến tải trọngbềmặtcủa các giọt chấtlỏng trong sữa(hoặckem) 38

Hình 18.Sự ảnh hưởng của quá trình đồng hóa đến sự phân giải lipid, thể hiện ở dạng acid của chấtbéo(trong mmol/100gchấtbéo) 41

Hình 19.Thiết bị đồng hóa sữa áplựccao 42

Hình 20.Các bộ phân chính trong thiết bị đồng hoá sữa sửdụngáplục cao 42

Hình 21.Phân loại membrane theo kích thướcmaoquản 45

Hình 22.Cấu trúc bềmặtMembranevixốp 46

Hình 23.Cấu trúc membranevixốpđẳnghướng 46

Hình 24.Phântửcellulose 48

Hình 25.Màng vilọcMicrofiltration 56

Hình 26.Ảnh hưởng của nồng độ nguyên liệu đến lưu lượng dòngquaMembrane 60

Hình 27.Ảnh hưởng của pH dòng nguyên liệu nhập đến độphânriêng 61

Hình 28.Mối quan hệ giữa sự hấp thụ protein lênbềmặtmàngđến lưu lượng dòng ở cácnhiệtđộkhácnhau 62 Hình 29.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trìnhphânriêng 63

Hình 30.Môhìnhmembranedạngống 65

Hình 31.Membrane dạngsợirỗng 66

Hình 32.Môhìnhmembranedạngbảng/tấm 67

Hình 33.Môhìnhmembrane dạngcuộnxoắn 68

Hình 34.Đường cong biểu diễn hiệu ứng nhiệt có thể tiêudiệtvi khuẩnColiform,vikhuẩn TyphusvàvikhuẩnTubercle 70

Hình 35 Sựkếthợp của nhiệt độ (T)vàthời gian (t') củaviệcxử lýnhiệtsữag â y ra 71

Hình 36.Sự ảnh hưởng củayếutố nhiệt độvàthời gian đến sựmấthoạt tính cácloạienzyme 74

Hình 37.Cho thấy sự dẫnnhiệttruyền từ dung dịch đến tay cầmvà thìacàphê 78

Hình 38.Muỗng nóng được xả dười vòinướclạnh 78

Hình 39.Sự bứcxạnhiệt 79

Hình 40.Thiết bị gianhiệttrựctiếpTetra Therm AsepticVTIS10 80

Hình 41.Sơ đồthiếtbịAutoclave 81

Hình 42.Cấu trúc bộ trao đổinhiệt vàđồ thịtruyềnnhiệt 82

Hình 43.TetraPlexC 82

Hình 44.TetraPlexCD 83

Hình 45.TetraPlexM 84

Hình 46.Tetra Therm® AsepticFlex 1 84

Hình 47.Ống gia nhiệt dạng ốnglồngống 84

Hình 48.Sơ đồ trao đổi nhiệtdạngống 86

Hình 49.Đồ thị gianhiệtcủa 2 dạngthực phẩm 90

Hình 50.Quy trình sản xuất sữa tươi thanh trùng có thiết bịđồnghóa 99

Hình 51.Quá trình thanh trùngsửdụng thiết bị trao đổinhiệtdạngbảnmỏng 100

Hình 52.Dây chuyền thanh trùng có thiết bị đòng hóamộtphần 101

Hình 53 Thời gian nung nóng của sữa cầnthiếtđểđạt đượcmộtsố hiệu ứng như làmộtchức năng củanhiệtđộ 106

Hình 54.Ví dụ về ảnh hưởng củanhiệtđộ thanh trùng (thanh trùng trong khoảng20giây) 107

Hình 55.Sự thay đổi sữa trong quá trìnhkhửtrùng 112

Hình 56.Quy trình sản xuất bao gồm quá trình vilọc(MF) 114

Hình 57.Tác động nhiệt lênvikhuẩn ở các trạng tháikhácnhau 119

Hình 58.Các đường cong đại diện cho tốc độ thay đổi tính chất hóa họcvàphá huỷ bào tử với nhiệt độngàycàngtăng 121

Hình 59.Giá trị z thể hiện sựgiatăng nhiệt độ để có được hiệu ứng gây chết người tương tự trong 1/10thờigian 123

Hình 60.Hạn chế các dòng phá huỷ bào tửvàtác độnglênsữa 124

Hình 61.Đường thời gian-nhiệt độ cho khử trùngtrongcontainer 125

Hình 62.Đường cong thời gian-nhiệt độ để xử lýUHTtrựctiếp(A)vàgiántiếp(B) 126

Hình 63.Thể hiện tính chất của phản ứnghóanâu 127

Hình 64.Chế biến theo mẻ trong bình ápxuất(autoclave) 130

Hình 65.Thiết bị tiệt trùng liên tục trong bao bì theo phương phápthủytĩnh 132

Hình 66.Thiết bị tiệt trùng ngang với van quayvàđiều áp tăng áptíchcực 133

Hình 67.Vòiphunhơi 136

Hình 68.Hệ thống truyềnhơinước 137

Hình 69 Bộ trao đổi nhiệt dạng tấmđểgia nhiệtvàlàmmát 137

Hình 70.Bộ trao đổi nhiệt dạng ốngđểgianhiệt vàlàmmát 138

Hình 71.Bộ trao đổi nhiệt cóbềmặtcọ xát để gianhiệt vàlàmmát 138

Hình 72.Quá trìnhUHTthực hiện bằng cáchgianhiệt trựctiếpbằng hơi nướckết hợpvới tấm trao đổinhiệt 141 Hình 73.Quá trìnhUHTthực hiện bằng cách phun trựctiếphơi nướckết hợpvới bộ trao đổi nhiệt hìnhống 142 Hình 74.Quá trìnhUHTvới sưởiấmbằng cách gián tiếp sưởiấmtrong tấm traođổinhiệt 144

Hình 75.Hệ thống gia nhiệt ngắt quãng trong thiết bị trao đổinhiệtdạngtấm 146

Hình 76.Ảnh hưởng của sự tảinhiệtkhi sử dụng thiết bị gianhiệtngắtquãng 147

Hình 77.Hệ thốngUHTgián tiếp dựa trên bộ trao đổi nhiệtdạngống 148

Hình 78.Bộ trao đổi nhiệt hìnhốngcuộn 149

Hình 79.Quá trìnhUHT gianhiệt bằng cách gián tiếp trongbềmặttrao đổi nhiệt bềmặtnhám 150

Hình 80.Bể chứa vô trùng với vanvàmoduleđiều khiển 151

Hình 81.Bể vô trùng được sử dụng nhưmộtbểchứa trung gian chomộtsản phẩm trong khi mẻ sản xuấtthứ hai được chế biếnvàđónggói 152

Hình 82.Bể vô trùng được sử dụng nhưmộtbểchứa trung gian trong dây chuyền có tính linh hoạtcao153 Hình 83.Quy trình lưu đồ cho nhà máy thíđiểmUHT 155

Hình 84.Lượng Ca trong sữa đượchòatan theo tỷ lệ phần trăm của sữabanđầu 162

Hình 85.Ảnh hưởng của độ pHlênảnh hưởng của sựgia nhiệtlênprotein 167

Hình 86.Nồng độ (c, mmol⋅l -1 ) của lactose, lactulose, galactose,axitformic 171

Hình 87.Số lượngvikhuẩn trong sữa thanh trùng cường độ thấp trong thời gian bảo quản ở 7° Cvà ảnhhưởng của việctáinhiễm 176

Hình 88.Kếthợpthời gian nhiệt độ trong gia nhiệt trựctiếp vàgiántiếp 179

Hình 89.Điểm hương vị trung bình của sữaUHT dobảnghươngvị 180

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.Tốc độ tạo kem ban đầu trongmộtsố sảnphẩmsữa a 39

Bảng 2.Tính chấtvàứng dụng củamộtsố loại membranevixốp 47

Bảng 3.Các phương thức xử lý nhiệt chính trong ngành côngnghiệpsữa 72

Bảng 4.Tiêu chuẩn EU về tổng lượngvisinh vật tối đatrongsữa 97

Bảng 5.Mất mùi vịvàvitamin ởmứcphơi nhiễm1500Lux 110

Bảng 6.Cácvídụ điển hình về sự phụ thuộcnhiệtđộcủamộtsốphảnứng 156

Bảng 7.Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô (Sữa gầy, Sữa gầy cô đặc,vàSữa bột gầy) về việc tiêu diệtmộtsố vi khuẩn, như gây ra bởi tácnhânnhiệt 157

Bảng 8.Nhiệt độ bất hoạtmộtsố loạivikhuẩn 158

Bảng 9.Nhiệt độ bất hoạtmộtsố enzymetrongsữa 159

Bảng 10.Các ví dụ về sự bất hoạt do ảnh hưởng nhiệt độ lên vi khuẩn: Theo cách tiếp cận thông thường 160

Bảng 11.Các phản ứng có thể xảy ra đối với các nhóm phụ của các axit amin đã được liênkếttrong chuỗipeptide (|) của Protein ở nhiệtđộcao 165

Bảng 12.Thời gian sinh sản (giờ) củamộtsố chủng vi khuẩn trong điều kiện thanh trùng bằngmậtđộthấp ởnhiệtđộkhácnhau 175

Bảng 13.Các ví dụ về số ngày trung bình mà sữa thanh trùng cường độ thấp có thể được lưu trữ tại cácnhiệt độ khác nhau trước khi nó vượt qua các tiêu chí cho Ngày phân phối (A) và Thời hạn sử dụng (B) 175

Bảng 14.Độ suy giảm tương đối (%)mộtsố chất dinh dưỡng trong sữa trong suốt quá trìnhgianhiệtvàlưutrữ 186

Bảng 15.Tính chấtmộtsố vậtliệubaogói 188

Chương 1: Qúa trình ly tâm

1 Tổng quan vềlytâm

1.1 Cơ sở khoahọc

Ly tâm (centrifugation) là một quá trình phần riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau trongmột hỗn họp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực ly tâm Mẫu đem vào ly tâm thường có dạng nhũtương hoặc huyền phù

Trong quá trình lytâmlắngvàlọc, nguyên liệu chuyến động quay cùng với rôto củamáy.Lực lytâmsẽlàm cho các cấutửcó khối lượng riêng khác nhau phân lớp theo hướng của giatốctrường lực Thảnh phầncókhốilượng riêng lớn nhất sẽ tập trung ở vùngxatâmnhất, còn phần có khốilượngriêng nhỏ nhất tập trung ởtâm củarôto

Tùy theo cấu tạo bề mặt rôto mà quá trình ly tâm tiến hành theo nguyên tắc lọc ly tâm hay lắng lytâm Do đó cũng có hai loại máy ly tâm: máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc

Nguồn gốc : quá trình ly tâm có nguồn gốc từ quá trình lắngDựa vào sự khác nhau của hạt rắn trong huyền phù dưới tác dụng của trọng lực được xác định bằngđịnh luật Stock:

d 2



V  p l gTrong đó:

Vg: tốc độ lắng của hạt trong pha lỏng dưới tác dụng của trọng lực (m/s) d : đường

kính hạt rắn(m)

p: khối lượng riêng của hạt rắn (kg/m3)

l: khối lượng riêng của pha lỏng (kg/m3) μ : độ nhớt

Hình 1.Ảnh hưởng của bán kính quay đến gia tốc ly tâm

Xét ví dụ:

Giọt cầu béo trong sữa có d = 3μm Nếu khối lượng riêng của chất béo

= 980 kg/m3,khối lượng riêng của phalỏng =1028 kg/m3, độ nhớt của pha lỏng μ= 1,42 10-3kg/m.s

Theo định luật Stok tốc độ chuyển động của giọt cầu béo trong sữa:

g 18 181,42103

Như vậy các giọt béo trong sữa chuyển đọng theo phương thẳng đứng, theo hướng nổi lên bề mặt sữa với tốc độ rất chậm là 0,166 μm/s.

Khi ta thay đối vào lực ly tâm với bán kính quay là r = 0,2 m, số vòng quay là n = 5400vòng/phút Tốc độ độ chuyển động của các hạt cầu béo dưới tác dụng của lực ly tâm là:

Lực ly tâmP t ( N ) là động lực của quá trình ly tâm :

P t mv2

2 G

2

R g

R : bán kính trong của thùng quay (m)

G : trọng lượng của vật thể quay (N) ω: tốc độ góc của thùng quay (độ/s)

 30

g : gia tốc rơi tự do (m/s 2 )

Yếu tố phân chia là một trong những chuẩn cơ bản để chọn máy ly tâm Yếu tố phân chia xác địnhgia tốc của trường ly tâm được phát triển trong máy, có bao nhiêu lần lớn hơn gia tốc trọng lực Yếu tố phânchia được xác định theo công thức :

f p

2R



g

900

Yếu tố phân chia càng cao thì khả năng phân chia của máy càng lớn Yếu tố phân chia sẽ tăng đáng

kể khi tăng số vòng quay của roto Ký hiệu năng suất của máy là chỉ số cơ bản của máy hoạt động :

F l f p

Trong đó :F l là diện tích bề mặt lắng của xilanh (m2)

1.2 Phân loại quá trìnhlytâm và thiết bịlytâm

Sự khác biệt khối luợng riêng càng lớn thì quá trình phân riêng đuợc thực hiện càng dễdàng

Dựa vào đối tuợng phân riêng, quá trình ly tâm có thể đuợc phân loại nhu sau :

- Lytâmđểphân riêng hai chấtlỏngkhông tan vào nhau : hệ nhũ tuơng nuớc trong dầu(w/o) hoặchệnhũ tuơng dầu trong nuớc(o/w)

- Lytâmđể phân riêng hệ huyền phù : quá trình thuờng đuợc sử dụng để làm “trong”các huyền phù - còn gọilà lytâmlắng

- Theo quá trình phânly:máy lytâmlắng; máy ly tâmlọc

- Theo phuơng thứclàmviệc:máylytâmlàm việc gián đoạn,máylytâmlàmviệc liên tụcvà máylytâmtựđộng

- Theo kết cấu củabộphận tháo bã: máy lytâmtháobãbằng dao; máy lytâmtháobãbằngvít xoắn; máy lytâmtháobãbằngpittông

- Theogiátrịyếu tố phânlyphân ramáylytâmthuờngvàmáy lytâmsiêutốc

- Theo kết cấu trụcvàổ đỡ phân ra:máylytâmbachânvà máylytâmtreo

Khi lựa chọn máy ly tâm cần phải dựa vào các đặc tính công nghệ của chúng và các tính chất hóa lýhọc của vật liệu đem gia công (độ phân tán của pha rắn, độ nhớt của pha lỏng và nồng độ của nó)

2 Mục đích côngnghệ

Trong chế biến sữa quá trìnhlytâmsử dụng để tách chất béo ra khỏi sữa, điều chỉnh hàm lượng lipidtrong sản phẩm Tuỳ theomụcđích mà có thể tách hoàn toàn hay một phần chất béo Để sản xuất các sảnphẩm sữa gầy, quá trình lytâmcó thể làm giảm hàm lượng chất béo trong sữa xuống thấp hơn 0,05% Ngoài

ra quá trình lycòntách các vi sinh vật đặc biệtlàcác bàotửvi khuẩn chịu nhiệt ra khỏi sữa, tách các chất rắn

có lẫn trong sữa nguyênliệu

3 Các biến đổi nguyênliệu

Trong quá trình ly tâm, các yếu tố chủ yếu tác động lên nguyên liệu chỉlàtác động của lực cơhọc(lựcly tâm) Vì vậy, ngoài sự phân tách, các biếnđổikhác trong quá trình lytâmthường không đáng kể Sựtách pha trong quá trình lytâmsẽdẫn đến sự thay đổivềcác tính chất hoálýtrong mỗi pha như độnhớt,tỷtrọng,độđục…

4 Các yếu tố ảnhhưởng

4.1 Kích thước các hạt cầu béo

Cream ở dưới dạng các hạt cầu béo có kích thước 0,3 - 10 μm Phần lớn có kích thước 1 - 5 μm Khilitâmsữa có thể tách được các hạt cầu béo d 1μm Các cầu béo bé hơn nằm lại trong sữa gầỵ Có thể giảithích đólàsự thayđổitỷtrọng của các cầu béo, phụ thuộc vào kích thước của chúng

Trong cream, các cầu béo có kích thước lớn chiếm lượng lớn Tỷ trọng của các cầu béo này nhỏ hơn

tỷ trọng của plasma Trong các cầu béo nhỏ, chủ yếu là màng lipoprotein, do đó tỷ trọng của các cầu béonhỏ gần bằng tỷ trọng plasma Sự khác nhau giữa tỷ trọng plasma và các cầu béo nhỏ rất ít do vậy mà khi litâm không tách được chúng [5]

4.2 Độ sạch và độ tươi củasữa

Trong quá trình ly tâm làm sạch, các tạp chất cơ học được tách khỏi sữa Nếu sữa chứa nhiều tạpchất hoặc có độ axit cao thì khoảng không gian trong thiết bị để chứa tạp chất sẽ chóng đầy và khi đó tạpchất bắt đầu tụ tập trên bề mặt các đĩa Trong trường hợp này việc sữa gầy chuyển ra vùng ngoại vi sẽ khóhơn Sữa gầy bị dâng lên giữa các đĩa và có thể chảy vào rãnh dành cho cream Kết quả là hàm lượng chấtbéo của cream giảm đi đáng kể, lượng chất béo trong sữa gầy lại tăng [6]

4.3 Tốc độ cho sữavào

Máy li tâm có công suất nhất định Nếu tăng hoặc giảm đều làm ảnh hưởng tới hiệu suất

ly tâm

Nếu tăng tốc độ cho sữa vào, có nghĩa là sữa phải đi qua thùng quay nhanh hơn thì lực ly tâm tácdụng lên sữa sẽ ít hơn, một phần các cầu béo không kịp tách khỏi sữa dẫn tới hàm lượng chất béo trong sữagầy cao.

Khi giảm tốc độ cho sữa vào, lực ly tâm tác dụng lên sữa sẽ lâu hơn, chất béo tách được triệt dể hơn.Tuy nhiên, việc giảm tốc độ này làm giảm công suất của máy [7]

4.4 Nhiệt độ củasữa

Sữa lạnh có độ nhớt cao làm giảm hiệu suất ly tâm, đặc biệt dối với các cầu béo có kích thước nhỏ.Sữa được đun tới 40 - 45°C có độ nhớt nhỏ hơn hai lần so với độ nhớt cũng của sữa đó ở 10°C [8]

4.5 Hàmlượng chất béo củasữa

Chất lượng sữa gầy phụ thuộc vào hàm lượng chất béo của sữa

Sữa nguyên liệu thường có hàm lượng chất béo 4% Khi sữa có hàm lượng chất béo cao hơn, cần gianhiệt tới 40 - 45°C và giảm tốc độ cho sữa vào để đảm bảo ly tâm đạt kết quả tốt [9]

5 Thiếtbị

5.1 Máylytâmlắng

5.1.1 Máylytâm siêu tốc loạiđĩa

Đây là thiết bị được dùng phổ biến trong công nghệ chế biến sữa

Máy phân ly siêutốcloại đĩa có nhiềuloại:loạihở,loại kín, loại nửa kín, loại tháobãbằngtayvà bằng lytâm Ðâylànhóm có nhiều máy nhất trong các loại máylytâmsiêutốc.Máy lytâmsiêutốcloại dĩa dùng để phân

li huyền phù có hàm lượng pharắnnhỏ hoặc phân ly nhũ tương khó phân ly Máy lytâmsiêutốcloại dĩa dùng

để táchbơtrong sữa, tinh luyện dầu thực vậtvà lắngtrong các chấtb é o

5.1.1.1 Cấutạo

Thiết bịgồmcó thânmáy,bên tronglàthùng quay, được nối với một motor truyền động bên ngoàithông quatrụcdẫn Các đĩa quay có đường kính dao độngtừ20102 cm và được xếp chồng lên nhau.Cáclỗtrên đĩa lytâmsẽ tạo nên những kênhdẫntheo phương thắng đứng Khoảng cách giữa hai đĩalytâmliêntiếplà0.51.3mm.Dĩa trên được giữ nhờ các gân trên mặt ngoài của dĩa dưới Ðộ nghiêng của dĩa nón cần

đủ đảm bảo để hạt vậtliệutrượt xuốngtựdo(thường góc nửa đỉnh nóntừ30-500)

Nắp trống lọc (Bowl hood): Nắp trống được cố định với thân trống bởi đai ốc hãm, nắp trống kếthợpvới thân trống tao thành không gian phân ly của máy lytâm.

Trống trượt dưới (Sliding bowl bottom):làphần thấp nhất của trống lọcmà nócó thể trượt lên, xuống trong thân trống để đóng hoặcmởtrống

Thân trống(Bowl body): Lả phần chính kết hợp giữa nắp trống với trống trượt dưới tạo thành không gian phân ly

Vành đai ốc cố định trống (Lock ring of Main bowl): Để cố định nắp trống với thân trống Thiết bị phân phối sữa nguyên liệu (Distributor): Phân phối sữa vào phía dưới của trống.Chồng đĩa lọc (Disc set): Là toàn bộ các đĩa lọc xếp chồng lên nhau Chúng tạo thành bề mặt phân lyhiệu quả Chồng đĩa được sếp chồng lên nhau và được cố định bởi thiết bị phân phối sữa Một chồng đĩa cókhoảng 100-110 đĩa.

Hình 2 Hệ thống đĩa và các lỗ phân phối 5.1.1.2 Nguyênlýhoạtđộng

Sữa được gia nhiệt đến 55- 65°C trước khi đưa vào thiết bị ly tâm tách béo Sữa nguyên liệu đượcnạp vào máy ly tâm theo cửa vào ống trục giữa (9), tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn (6) đế chảy vàokhoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm, khe hở giữa các đĩa của thùng quay khoảng 0,4mm Sữa trongthùng quay chuyển động với tốc độ 2-3cm/s Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa sẽ được phân thành haiphần:

- Phần craem có khối lượng nhẹ hơn nên dưới tác dụng của giatốchướngtâmsẽchuyển động hướngvềphía trục của thùng quay và tập trung ở xung quanh trục giữa Các hạt cầubéo có kích thướclớntập trung ở gần tâm, càngxatâm thì lượng cream cànggiảm

- Phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ chuyến độngvềphía thành thùng quay.Các tạm chất cơ học có trong sữalàthành phần nặng hơn so với plasma bị bắn vào thành tangquayvàtậphợpvào khoảng không gian giành chứa tạpchất

Sữa nguyên liệu được tiếp tục đưa vào gây áp suất đẩy sữa gầy và cream lên phía trên.Sau cùng cả hai dòng cream và sữa gầy sẽ theo những kênh riêng đế thoát ra ngoài Khi ly tâm, chỉcác hạt cầu béo có kích thước nhỏ mới bị lẫn vào dòng sữa gầy, Hình(Hình 3)sẽ chỉ rõ hướng di chuyển củacác kênh, mô tả cho ta thấy cách mà các hạt cầu béo được tách ra như thế nào Hàm lượng chất béo trungbình trong sữa gầy là 0,05%

Thiết bị làm việc theo phương pháp liên tục

Hình 3.Hướng di chuyển của các dòng trong máy ly tâm dạng đĩa

Ngoài ra máy còn phân tách được các rơm, lông, tế bào vú, bạch cầu, hồng cầu, các tiểu cầu, vikhuẩn Tổng lượng tạp chất lắng trong sữa thay đổi tuỳ vào nguồn gốc nhưng có thể khoảng 1 kg/10 000lít Công đoạn tháo bỏ các tạm chất cần tiêu tốn nhiều nhân công [3]

Hình 4 Phân tách các tạp chất

Điều chỉnh hàm lượng chất béo của cream

M c

Người ta có thể điều chỉnh được hàm lượng chất béo của cream Đặt van điều chỉnh ở đường ra củacream, muốn thu được cream có hàm lượng chất béo cao thì điều chỉnh khe van cho gần với trục thùngquay Như ta đã biết, càng gần với trục giữa càng tập trung nhiều cream Như vây, khe van càng nhỏ thìcream cho ra càng ít nhưng hàm lượng chất béo càng cao

Khi điều chỉnh cho khe van lớn hơn thì cream ra nhiều hơn nhưng lại có hàm lượng chất béo thấp[4]

Hình 5 Thiết bị điều kiển hàm lượng chất béo

Trong đó:

1 Đầu ra của Skimmilk (sữa gầy) với áp suất van điều tiết

2 Van điều chỉnh cream (kem)

3 Đồng hồ đo lưu lượng cream (kem)

Lượng cream thu được khi ly tâm:

GG sMsM0

c

M

Gc: lượng cream thu được khi ly tâm (Kg) Gs: lượng

sữa đem đi ly tâm (Kg)

0

Ms: hàm lượng chất béo của sữa (%)

Mo: hàm lượng chất béo của sữa gầy (%) Mc: hàm

lượng chất béo của cream (%)

Hiệu suất tách cream là lượng cream tính bằng phần trăm (%) so với lượng sữa đem đi lytâm, tính theo công thức sau:

H: hiệu suất tách cream (%)

Ms: hàm lượng chất béo của sữa (%)

H100M sM0

M cM0

Mo: hàm lượng chất béo của sữa gầy (%) Mc: hàm

lượng chất béo của cream (%)

5.1.1.3 Ưuđiểm, nhược điểm

- Gia công khó khicầnchế tạobằngvậtliệuchống ănmòn

Một số các thiết bị ly tâm khác sử dụng đế phân riêng hệ nhũ tương như là: máy ly tâm lắng, máy lytâm siêu tốc loại ống

Ngoài ra trong công nghệ thực phẩm còn sử dụng các loại máy ly tâm lắng khác, chúng được nêu ởmục 5.1.2 , 5.1.3 , 5.1.4

5.1.2 Máylytâm lắng nằm ngang tháo bã bằng vítxoắn

Loại này dùng để phân ly huyền phù mịn có nồng độ trung bình và lớn

Máy gồm có hai rôto Rôto ngoài có dạng hình nón hoăc trụ-nón, rôto trong có dạng hìnhtrụmàmặtngoài củanócó gắnvíttải Rôto trong và rôto ngoài quay cùng chiều nhưng rôtotrongquay chậmhơn rôton g o à i 1,5-2% (k ho ản g2 0- 1 00 v ò n g / p h ú t ) n hờ h ộ p giảm tốcvi sai

Rôto trong có đục cáclỗđể dẫn huyền phù nhậpliệu.Góc nghiêngphầnhình nón của rôto khoảng 9-100 Quátrình lắng xảy ra trong khoảng không gian giữa hai rôto,bãbám vàomặttrong của rôtongoàivàđượcvíttảiđẩyvềphía cửa tháo bã Nước trong đi về phía ngược lại, chảy qua các cửa ở trên đáyrồiđi

ra ngoài Trong phần rôto không bị ngập nước,bãvừa được đưa ra khỏi rôto vừa đượclàmkhô.Cóthể điềuchỉnh chế độlàmviệc của máy bằng cách thay đổ số vòng quay hoặc thay đổ chiều dài lắng khitaxoay cáccửa chảy tràn Lỗ chảy tràn càng gần trục quay thì lớp nước càng sâu, chiều dài lắng càng dài, lắng được cáchạtcókích thướcnhỏ

Ưu điểmcủa máy này là phân ly được huyền phù mịn, năng suất lớn.

Nhược điểmlà tốn nhiều năng lượng để tháo bã, tổn thất trong hộp giảm tốc vi sai lớn, bã bị vụn nát,

nước trong còn lẫn nhiều hạt rắn; máy làm việc nặng nề, ồn ào

5.1.3 Máylytâm siêu tốc loạingăn

Máy lytâmsiêutốcloại ngăn thường dùng phân riêng huyền phù có hàm lượng pha rắn ít, kích thướcpha rắn nhỏ,nhẹ.Không dùngđểphân ly nhũ tương Trong công nghiệp thực phẩm,máyphân ly siêutốcloạingăn thường được dùnglàmtrong nước quả,làmtrong rượu, bia, tách các tạp chất trong dầu thực vật, trongxăng, sơnvàdầu bôi trơn Máygồmcó rotolắptrên trục quay thẳng đứng Phía trong của roto đặt các váchngăn hìnhtrụđồng tâm.Huyền phù cho vào ống nhậpliệulần lượt qua không gian giữa các ngăn trong roto.Dưới tác dụng của lực ly tâm, pha rắn lắng ở các thành trong của các ngănvàđược tháo ra ngoài khidừngmáy.Nước trong được dẫn ra ngoài qua rãnh bố trí ở ngăn ngoài cùng Loại này chỉ dùng phân riêngcác huyền phùmịn(không phân riêng nhũ tương), thídụnhưtách các tạp chất trong dầu,xăng,các loại sơn,nước quả v.v Máy thường quay với số vòng quay 5000-10000 vòng/phút, với số ngăntừ5-10 Máy này đảmbảo được cả hai nguyên tắc: tăng chiều dài lắngvàgiảm chiều dày lớp chấtlỏngnên giảm được lượng hạt rắn

đi theo nước trong Máy làm việc liên tụcvàkhi các vách ngăn chứa đầy bã thì dừng máy và tháobãbằngtay

5.1.4 Máylytâm siêu tốc loạiống

Ðâylàloại máy có rotonhỏ vàdài để phân riêng các huyền phùvànhũ tương Ðường kính của roto vàokhoảng 200mm,tỉlệgiữa chiều dài roto với đường kính củanókhoảng 5-7 Nếumáydùng để phân riêng huyềnphù thì đầu trên của roto (nắp roto) chỉ có mộtlỗđể nước trong đi ra, còn bã được giữ lại trong thànhrotovàđược tháo ra bằng tay Nếu máy dùng phân riêng nhũ tương thì ở nắp rôtocóhailỗthoát:lỗgần trục đểthoát pha nhẹ,lỗkiađểthoát pha nặng.Nhũtươngđưavàorôtodướiápsuất0,25-0,3atquadĩaphânphốivàđirakhoảngkhông

gian giữa roto và các tấm chắn (được gắn dọc theo chiều dài của roto, gồm ba tấm cách nhau 120oC).

Khi phânlynhũ tương cho pha nặng và pha nhẹ không trộn lẫn nhau thì dùngtấmtách sao cho bánkính lớp phân chia phải nằm trong vành khăn của tấmtách

Ưu điểmcủa máy là có thể làm việc với tải trọng lệch tâm tương đối lớn nhờ có các lò xo giảm chấn.

Ðiểm treo của kết cấu nằm trên trọng tâm phần treo nên khi làm việc máy rất ổn định Trục máy ngắn nênmáy gọn, chắc chắn, tiện lợi cho việc tháo bã bằng tay

Nhược diểmcủa máy là ổ trục và bộ phận truyền động đặt ở dưới nên dễ bị ăn mòn hoá

học

Hình 6.Máy ly tâm ba chân

5.2.1.2 Máylytâm kiểutreo

Loại máy này dùng để phân riêng huyền phù mịnvàtrung bình, do đónóthường được dùng trong cácnhà máy đường, nhà máy hoá chất, thực phẩm v.v Máygồmcó rôto ghép với đầu dưới của trụcquay.Khe hởgiữa các nan hoa chínhlàcáclỗtháo bã Khi máy đang làm việc thì chóp sẽ đậy kín đáy rôto Khi tháobãthìdừng máyvànâng chóp lên, đồng thời dùng dao để cạobãxuống dưới qua cáclỗgiữa các nanhoa

Ưu điểmcủa loại máy này là ổ trục và bộ phận truyền động không bị chất lỏng ăn mòn, việc tháo bã

tương đối nhẹ nhàng và nhanh hơn loại trên Vì các máy ly tâm làm việc với số vòng quay rất lớn nên dù đãngắt điện, trục quay vẫn còn quay do quán tính rất lâu Ðể nhanh chóng dừng máy ta phải dùng cơ cấuphanh hãm Ðối với các máy ly tâm treo, ổ trục có thể đảo xung quanh phương thẳng đứng khi phanh, do đó

cơ cấu phanh phải cấu tạo sao cho khi phanh áp lực gây ra hai phía của phanh phải đều nhau Ðể khắc phụcnhược điểm tháo bã bằng tay nặng nhọc, năng suất thấp người ta chế tạo loại máy ly tâm treo tháo bã tựđộng Loại máy này chỉ khác máy ly tâm treo bình thường là phần dưới có dạng hình nón với góc nghiênglớn hơn góc rơi tự nhiên của bã Khi rôto dừng lại thì bã tự trượt

5.2.1.3 Máylytâm nằm ngang tháo bã bằngdao

Các loại máy ly tâm trên đây, lúc tháo bã đều phải hãm máy, do đó mất thời gian và tiêu hao nănglượng vô ích Loại máy ly tâm nằm ngang tháo bã bằng dao cũng làm việc gián đoạn nhưng tất cả các giaiđoạn đều được tự động hoá nên thời gian của một chu kỳ ngắn hơn loại tháo bã bằng tay

Sau khi mở máy cho rôto quay thì cho huyền phù vào rôtô theo ống tiếp liệu (trên ống có lắp mộtvan đặc biệt) Sau khi huyền phù đã vào đủ lượng yêu cầu thì van đóng lại và xảy ra quá trình ly tâm Lớp

bã trong rôto ngày càng dày lên và khi đảm bảo chiều dày quy định thì xy lanh lực hạ pittông xuống kéotheo dao cạo bã, cạo thành lớp mỏng rơi xuồng máng hứng phía dưới Như vậy dao lấy bã ra một cách giánđoạn và chuyển động xoay của dao là nhờ chuyển động tịnh tiến của pittông

Hình 7.Máy ly tâm tháo bã bằng dao có cửa tháo ở đáy 5.2.2 Cácmáylytâm làm việc liêntục

Trong các máy ly tâm làm việc liên tục, huyền phù (hay nhũ tương) liên tục được cho vào, còn nướctrong và bã liên tục được lấy ra Loại này gồm có các loại máy ly tâm khác nhau

5.2.2.1 Máyly tâm nằm ngang làm việc liên tục, tháobãbằngpittông

Ưu điểmchủ yếu của loại máy nàylàlàm việc liên tục nên năng suất cao So với máylytâm tháo bằng

dao thì có kết cấu gọn, chắc hơn, năng lượng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm nhỏ hơn Tuy nhiênmáycòncó mộtsốnhược điểm như kết cấu phức tạp, tiêutốnnăng lượng không đều theo thời gian, lưới lọcchóng mòn do bịmasát với pittông đẩy bã Loại máy lytâmnày dùng để lytâmhuyền phù đặc (50% pharắn

Thườngdùngđểlytâmcáchuyềnphùmàpharắnởdạngtinhthểnhư(NH4)2SO4,NaCl,CaSO4

,v.v Máygồmcó một pittông chính lắp chặtlênmột đầu củacầnđẩy, còn đầu kia của cầnđẩythìlắppittông củaxylanh lực điều khiển bằng dầu hoặc khí nén Cần đẩy nằm trong trục rỗng, một đầu trục rỗnglắpchặt rôto,đầukialắp bánh đai chuyển động Cần đẩy cùng quay với trục rỗng để phânphốiđều huyền phù, đồng thờichuyển động tịnh tiến qua lại 12-16 lần/giờ để đẩybãra khỏiroto

5.2.2.2 Máylytâm tháo bã bằng lựclytâm

Máylytâmtháobãbằng lực lytâmgồmcó roto lọc hình côn,lắpcông-xôn trên trục thẳng đứng, trục quaytrên các ổ đỡ Ổ đỡ được đặt trên các bộ giảm chấn bằng cao su Rôto quay được nhờ động cơ qua bộ phậntruyền động đai Nguyên liệu liên tục chảy thành dòng vào trong rôto hình côn Do tác dụng của lực lytâm,huyền phù di chuyển dọc theo lưới lọc của roto Chất lỏng được tách ra qualỗlưới của rôto, cònbãđược rửasạch và làm khô Thành phần lỏng đi vàobộphận chứa hình vành khăn, phần bã rắn chuyển động lên trênvăng rakhỏirôtovàđược đưa vào thùngchứa.

Góc nghiêng của rôto lọc phải bảo đảm cho huyền phù chuyển động lên phía trên, dưới tác động của

áp suất phần nguyên liệu mới đưa vào Lỗ của lưới lọc của roto lọc hình côn dạng khe có chiều rộng khoảng0,04-0,15mm Vì thế mà sức cản của lưới lọc rấtlớn,tương đương với sức cản củabã(có chiều dày khoảngvàimilimet)

5.3. Thiết bịlytâm tách vi sinhvật

Nguyên liệu sữa được xem như một hệ huyền phù, trong đó pha rắn là vi sinh vật và các tạp chất rắn

có mặt trong sữa Trong nhóm thiết bị này bao gồm hai dạng thiết bị:

-Máy ly tâm siêu tốc loại đĩa

-Máy ly tâm siêu tốc loại ống

Ly tâm tách vi khuẩn có tốc độ ly tâm cao hơn so với ly tâm tách béo, dùng tách các vi khuẩn và bào

tử của vi khuẩn Ly tâm sữa thường không phải là rất hiệu quả trong việc loại bỏ tất cả vi sinh vật, nhưng nó

đã được sử dụng để lọc sữa Thiết bị ly tâm tách vi khuẩn được gọi là bactofuge được sử dụng để loại bỏ các

vi khuẩn chịu nhiệt và các vi khuẩn khác trong sữa trước khi tiệt trùng sữa Thiết bị này được dùng để loại

bỏ các loại vi khuẩn chịu nhiệt và bào tử của chúng như Clostridia sp (Clostridium tyrobutyricum) vàBacillus sp, những vi khuẩn này nếu không được loại bỏ vẫn có thể tiếp tục hoạt động dù sữa đã được tiệttrùng Bằng cách sử dụng thiết bị ly tâm tách vi khuẩn sữa sẽ có thời gian sử dụng lâu hơn, hương vị tốthơn, số tế bào vi khuẩn đếm được thấp hơn và giảm được những tạp chất có trong sữa Việc ly tâm tách vikhuẩn loại bỏ được 95% của bào tử có trong sữa, điều đó có nghĩa là các nguy cơ có liên quan đến sự sinhtrưởng và phát triển của vi khuẩn và bào tử vi khuẩn dù không được loại bỏ hoàn toàn nhưng đã được giảmthiểu rất nhiều

Phần dịch sữamàmáy lytâmtách rakhỏisữa nguyên liệu, trong đócóchứa casein, vi khuẩnvàcác phầncủatếbào vi khuẩn (gọilàsữa có hàm lượng vi sinh vật cao) chiếm khoảng 0,2–3%thểtíchsữanguyênliệu(tùythiếtbịsửdụng).Đốivớisữađãtáchbéo,nếusửdụngly

tâm tách béo giảm được 95% vi khuẩn thì có thể sử dụng tiếp phương pháp siêu lọc để giảm số vi khuẩn đến 99% Nhiệt độ tối ưu cho quá trihf này là 55-600C

5.3.1 Thiết bịlytâm có một dòng thoát sảnphẩm

Chỉ có một cửa thoát dành cho dòng sữa đã tách vi sinh vật, đặtphíatrên đỉnh thiếtbị.P h ầ n tếbào visinh vậtvàbàotửcủachúng(chiếm 0,2-0,3%) dưới tác dụnglựclytâmbám vào thùng quay, sẽ được tháo ra theođịnh kì

5.3.2 Thiết bịlytâm có hai dòng thoát sảnphẩm

Các máy lytâmdạng này cho phép tháobãliên tục trong quá trình ly tâm Thiết bị loại nàygồmmộtthùng quay có cấu trúc đặcbiệtcó hai khe thoát sản phẩm Khe tháo dòng sữa có hàm lượng vi sinh vật thấpđặt phía trên đỉnh thùng, khe tháo dòng sữa có hàm lượng vi sinh vật cao hơn (chiếm 2-3%) đặt phía bênhông thùng Những khe này được giữ đóng chặtlạibằng áp suất Trong thời gian khoảng 0,15s, áp suất đượcđiều chỉnh cho các khe này mở ra, khi đó thể tích lớp cáucặntrong thiết bị được đẩy ra ngoài Điều này cónghĩalàbất cứ lúc nào một thể tíchtừ8 đến 25L có thể được đẩy ra ngoài theo chukỳ60phút

Chương 2 : Qúa trình đồng hoá

1 Tổngquan

1.1 Địnhnghĩa

Đồng hóalàphương pháp phá vỡ,làmgiảm kích thước các hạt pha phân tánvàphân bố đều chúng trongpha liên tục,làmtăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, làm cho hệ nhũ tương đồng nhất, ổn địnhhơnvàtránh hiện tượng tách pha[10]

1.2 Cơ sở khoahọc

Máy đồng hóalàmột thiết bị phổ biến có một máy bơm áp lực cao, cho dòng chấtlỏngc h ả y q u a

m ộ t k h e h ẹ p c ó k í c h t h ư ớ c g i ả m d ầ n g ọ i làvan đồng hóa (xemHình 8A) Nguyên lýhoạt động của van được minh họa ởHình 8B Kích thước van được thiết kế sao cho áp suất trong van (p2)tiếnvềbằng khôngtạimột áp suất đồng hóahợp lý(phom= p1), chẳng hạn phom> 3MPa Nhưng trên thực tế,

p2cóxuhướngtrởnên âm tính, nghĩalàchất lỏng có thể bắt đầu sôi.Nóicách khác, hiện tượng khí xâm thực cóthể xảy ra (khi hệ phân tán được bơm qua khe hẹp với tốc độcaosẽlàmxuất hiện những bong bóng hơi trong

hệ Chúng sẽ va đập vào các hạt phân tánvàlàm vỡ hạt) Theo nguyên lý này, sự đồng hóa chỉ xảy ra khi hệphân tán rời khỏi khe hẹp, dođóđối áp giữ một vai trò quan trọngvàsẽ ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa.Tuy nhiên, một sốn h à

nghiên cứu cho rằng sự đồng hóa vẫn có thể diễn ra mà không cần sự xuất hiện của những bong bóng hơi, tuy nhiên hiệu quả của quá trình sẽ thấp hơn [10].

Trong quá trình đồng hóa, dòng chấtlỏngthượnglưu(liquid upstream) sẽ cónănglượng cao về thế năng.Khi vàovan,năng lượng này sẽ chuyển hóa thành động năng (theo quy luật của Bernoulli).Vậntốcchấtlỏnglớn khi qua một khe rất hẹp của van đồng hóa sẽ tạo ra các dòng chảyrốirấtmạnh,động năngcủa dòng chấtlỏngbây giờ bị mất đi do chuyển hóa thành nhiệt năng, chỉ một phần động năngrấtnhỏ(thườngíthơn 0.1%) được sử dụng để phá vỡ các giọt chất lỏngvàchuyển thành nănglượngbềmặt.Lượngnăng lượng tiêu hao trên mỗi đơn vị thể tích (J/m3) bằngphom(N/m2) Nếu nhiệt độ củachấtlỏng làcpthì sự gia tăng nhiệt độdođồng hóalàphom/cp.Đốivớisữa,cp≈4x106(J.m-3.K-1).Dođó,∆T≈phom/4nếuphom(MPa)vàT(°K)[10]

Thời gian chấtlỏngchảy qua vanlàrất ngắn (dưới 1ms) Kết quảlànăng lượng tiêu hao trên mỗi đơn vịthể tíchvàtrong mỗi đơn vị thời gian𝜀(J.m-3.s-1hoặc W/m3)làrất caotừ1010- 1012W/m3(xemHình 8B).Với𝜀caonhưvậy sẽ tạo ra các dòng chảyrốirất dữdội,nhiều vi lốc xoáy nhỏ, trongđógradient vậntốccủachấtlỏngsẽ cao Những vi lốc xoáy đólàmthayđổiáp suất,vađập vào các hạt pha phân tánvàlàm cho hạt bị vỡ

ra, đặc biệtlàcác giọt nhỏ (xem mục 9.3)[10]

cách điều khiển lò xo ấn xuống van với một lực thích hợp Trong các máy có áp suất thủy lực lớn thay vì ápsuất cơ học thường được áp dụng

Đôi khi, cómột bềmặtcứng làm ảnh hưởng, tại đó vận tốc chấtlỏngvẫn cao 50 m/s (180 km/h) Các hạtrắn có thể va chạm vàovàbị phá vỡ nếu mật độ hạtcao hơnđáng kể so với mật độ chất lỏng Đâylàmộtphương pháp được sử dụng nhiều để giảm kích thước hạt ca cao trong sữa sô-cô-la

Hầu hết van đồng hóa phức tạp hơn nhiều so với van được minh họa ởHình 9 Để tránh sự mài mònkhông đều thì một trong số các van đồng hóa sẽ được quay tương đối đến van ghế (valve seat) [10]

Hình 8.Hoạt động của máy đồng hóa áp lực cao.

(A) sơ đồ dòng chảy: 1: bể chứ, 2:máybơm áp lực cao, 3,5: áp kế, 4:van đồng hóa, 6: van của giai đoạn thứhai,5và6 không phải lúc nào cũng có mặt (B) Nguyêntắcvan đồng hóa: p (áp

suất), r (mật độ khối lượng),v(vận tốc chất lỏng), tp(thời gian), L (chiều dài đường dẫn)

Hình 9.Mặt cát ngang của một van đồng hóa (gần với quy mô nhưng khoảng cách giữa

valve và valve seat nhỏ hơn nhiều so với hình vẽ).

2 Mụcđích

Chống tạo kem:để đạt được điềunày,kích thước các hạt cầu béo phải được giảm đáng kể.

Mộtlớpkem có thểlàmgiảm thị hiếu, đặc biệtlànếu đóng gói khôngkỹcàng [1][10]

Cải thiện tính ổn định:làm giảm đường kính hạt cầu béo và tăng diện tích tiếp xúc bề mặt sẽ làm

tăng tính ổn định Hơn nữa, sự kết dính từng phần sẽ tạo nên một lớp kem nhưng sẽ hình thành chậm hơnnhiều trong các sản phẩm được đồng hóa Việc ngăn ngừa sự kết dính từng phần thường là mục đích quantrọng nhất của quá trình đồng hóa [1] [10]

Tạo tính lưu biến mong muốn:làmtăng độ nhớt vì một phần các hạt cầu béo được bao phủ

bởi casein tham gia vào sự tạo thành mixen casein[10]

Chuẩn bị:xử lý nguyên liệu để hỗ trợ cho các quá trình sản xuất tiếp theo được thực hiện tốt hơn [1]

[10]

Bảo quản:làm tăng độ bền của các thực phẩm dạng nhũ tươngvàhuyền phù Nhờ đó, thời gian bảo

quản sản phẩm sẽ lâu hơn [1][10]

Hoàn thiện:làm phân bố đều các hạt thuộc pha phân tán trong pha liên tục của nhũ tương và huyền

phù Do đó, độ đồng nhất của sản phẩm sẽ tăng, đồng thời cải thiện một số chỉ tiêu cảm quan như trạng thái,vị [1] [10]

3 Cácbiến đổi của nguyênliệu

Đồng hóa làm giảm kích thước các hạt phân tán trong hệ nhũ tương hoặc huyền phù Đây là biến đổiquan trọng nhằm hạn chế hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quản sản phẩm Kích thước của các hạtphân tán càng nhỏ thì khả năng bị tách pha của huyền phù hoặc nhũ tương sẽ càng khó xảy ra Việc sử dụng

áp lực cao để thực hiện quá trình đồng hóa sẽ làm tăng nhiệt độ

của nguyên liệu Kết quả thực nghiệm cho thấy nếu như áp lực sử dụng tăng 40bar thì nhiệtđộnguyênliệusẽtăng 1℃ Trong công nghiệp thực phẩm, giátrịáplựcsử dụng thường dao động trong khoảng 200-300bartương đương với khoảng tăng nhiệt độ nguyên liệu trong quá trình đồng hóalà5,0-7,5℃.Nhưvậy,mứcđộlàmtăng nhiệtđộnguyên liệulàkhông lớn [1][10].

Bên cạnh đó, cònlàmtăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha phân tánvàpha liêntụct r o n g h ệ

n h ũ t ư ơ n g h o ặ c h u y ề n p h ù K h i đ ó c á c g i á trịnhư năng lượngbềmặtvàsức căng bềmặt trong hệ phân tán sẽ thay đổi Khi có sử dụng chất nhũ hóa chúng sẽ phânbốtại vị tríbềmặt tiếp xúc phatrong hệ phân tán, nhờ đómàđộ bền pha của sản phẩm sẽ tăng [1][10]

Hóa học, hóa sinh, sinh học: các biến đổi này xảy ra không đáng kể

4.2 Thiết bị đồnghóa

Đặc biệt là thiết kế van đồng hóa: đối với cũng một áp suất p thì thời gian đồng hóa (tp) sẽ khác nhau

và khi đó𝜀= p√tp Ngoài ra, còn phụ thuộc vào điều kiện đồng hóa (xemHình 10) [10]

Hình 10.Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa lên kích thước hạt trung bình và hằng số sa lắng đối với hai thiết bị đồng hóa (I và II) (From H Mulder and P Walstra, The Milk Fat

Globule, Pudoc, Wageningen, 1974.)

4.3 Ápsuất

Tăng áp suất trong một giới hạn nhất định sẽ xuất hiện hiện tượng chảyrốivà xâm thựckhí.Do đó kíchthước của các hạt pha phân tángiảmđáng kể vàhệphân tán thu được sẽ có độổnđịnh cao Tuy nhiên, việctăng áp lực đồng hóa sẽ làm tăng chi phí năng lượng của quá trìnhvàgiá thành thiết bị sử dụng [1] [10][11]

4.4 Sự chảyrối

Các dòng chảy trong khe của van đồng hóa hầu như đều xảy ra sự chảy rối Hằng số Reynolds (2h v𝜀/

ŋ, trong đó h là chiều rộng, v là tốc độ chảy trung bình) là 40000 trong máy đồng hóa lớn Còn trong máynhỏ hơn thì Re nhỏ hơn nhưng vẫn đủ để tạo ra sự chảy rối Một dòng chảy rối mạnh mẽ sẽ tạo ra các vi lốcxoáy (eddies, whirls, vortices) ứng với mỗi kích cỡ khác nhau liên tục hình thành và biến mất Theo lýthuyết Kolmogorov, vận tốc gốc trung bình của các vi lốc xoáy có thể tính được, nó phụ thuộc vào mật độelectron và khoảng cách x Theo phương trình Bernoulli, điều này sẽ dẫn đến biến đổi áp suất (xemHình 8)[10]

∆p(x)≈ <v2(x)>,Donhữngbiến đổi này, giọt dầucóthể bị biến dạngvàbị phá vỡ thành những giọt nhỏ hơn Những giọtchống lại được sự biến dạnglànhờ vào áplựcLaplace củanó(pLa= 4𝜀/d), nhưng nếu chênh lệch áp suấtlớnhơn

áp lực Laplace thì vẫn có thể xảy ra sự biến dạng Theo lý thuyết, kích thướctốiđa của giọt dầu có thể cóđược trong dòng chảy rối được biểu thị bằngcông thức sau:

dmax≈ -0.4𝜀0.6𝜀-0.2Trong sữa, sức căng bề mặt giữa dầuvàplasma sẽ khoảng 15 hoặc 20mN.m-1tạithời điểm các giọt dầu

bị phávỡ.Mật độ electron rất cao trong áp suất đồng hóa do năng lượng động học có sẵn sẽ bị tiêu hao trongthời gian rất ngắn[10]

(Lưu ý: sự phá vỡ các giọt chất lỏng không phải do lực cắt mà là do lực quán tính Mặt khác, lý thuyết được

áp dụng cho các trường hợp đơn giản Đặc biệt là nếu Re không quá cao và các giọt dầu không quá nhỏ thìcác lực được tạo ra do độ nhớt cũng đóng vai trò một phần và kết quả là đường kính các giọt chât lỏng cũngphụ thuộc một phần vào độ nhớt của pha liên tục)

Trong quá trình đồng hóa,mộtsố quá trình diễn ra đồng thời, nhưHình 11, các giọt dầu bị biến dạng(dòng 1)vàcó thể bị phá vỡ (dòng 1) Do đó, tổng diện tích bề mặt tănglên vàchất hoạt độngbềmặt được bổsung vào (protein trong sữa) hấp phụ vàobềmặt các giọt dầu (dòng2).Cácgiọtmớihìnhthànhsẽthườngxuyênvachạmvớinhau,cóthểdẫnđếnsựtáikếttụnếu

bề mặt protein còn nhỏ (dòng 3) Nếu protein đã hấp phụ thì sự va chạm không còn tác dụng (dòng 4) Sựphá vỡ và va chạm một vài lần, ví dụ như 50 lần khi đi qua van đồng hóa Sự phá vỡ xảy ra theo các bước

vì một giọt dầu đã bị phá vỡ hiếm khi bị phân chia ra hơn các giọt nhỏ hơn Do đó, sức căng bề mặt sẽ giảmnhiều lần và tăng trở lại [10]

Tốc độ các quá trình xảy ra phụ thuộc vào các biến số, như năng lượng, nồng độ chất hoạt động bềmặt, kích thước và khối lượng giọt dầu, thời điểm đặc trưng𝜀 Ví dụ,𝜀a(thời gian hấp phụ) lớn hơn𝜀d(thờigian phá vỡ giọt), các giọt này có thể có sức căng bề mặt thấp, do đó tạo ra sức căng bề mặt giữa hai phacao hơn trong quá trình biến dạng và phá vỡ dẫn đến sự phân chia ít hiệu quả hơn Nếu𝜀alớn hơn𝜀e(thờigian trung bình giữa hai lần va chạm) thì khả năng tái kết tụ tăng lên Cả hai điều kiện này sẽ làm cho kíchthước hạt trung bình tương đối lớn [10]

Lý thuyết Kolmogorov đưa ra phương trình cho các giá trị𝜀, từ đó chúng ta có thể tính toán cho sữa

và kem được đồng hóa ở 60 và 20 MPa, sau đây là thời gian gần đúng:

Milk (4% chất béo) Cream (25% chất béo)

Thời gian biến dạng (𝜀d, µs) 0.5 0.5

Đối với sữa thì các thời gian này đều giống nhau, nhưngđốivới kem thì khác Hơn nữa, các thời gian

đề cập đều rấtngắn

Hình 11.Các quá trình xảy ra khi đồng hóa một hệ nhũ tương dầu trong nước Các giọt được mô tả bằng các đường mỏng, chất hoạt động bề mặt (ví dụ protein) đường dày 4.5 Nhiệtđộ

Đồng hóa thường được thực hiện ở nhiệt độ từ 40 đến 75℃ Hiệu quả quá trình sẽ kém nếu nhiệt độquá thấp làm các hạt béo bị kết tinh Trong suốt quá trình sẽ có sự tăng nhẹ nhiệt độ do giảm độ nhớt củadầu Nếu nhiệt độ đồng hóa quá cao sẽ xảy ra một số phản ứng không mong muốn trong thực phẩm, ví dụnhư phản ứng oxy hóa chất béo, phản ứng phân hủy làm tổn thất một số cấu tử mẫn cảm với nhiệt [1] [10]

Hình 12.Ảnh hưởng của các điều kiện đồng hóa đến tính chất sản phẩm (p: áp suất, m: khối lượng sữa, c: cream, dvs: thể tích/đường kính trung bình hạt béo, Γ: khối lượng protein trên bề mặt, Cl: cluster đồng hóa trongkem,q: tốc độ tạokem,tC: thời gian cần thiết

để đôngkem.

4.6 Đồng hóa haicấp

Sữa đầu tiên được chuyển vào thiết bị đồng hóa thông qua van thông thường, dođóáp suấtgiảm,vídụtừ20 đến 5 Mpa (áp suất tối thiểu bên trong van bằng không) Thông qua van đống hóa thứ hai, áp suấtgiảm xuống khoảng 1bar (0.1 MPa),tạivan này không có sự đồng hóa đáng kể,dođó, giai đoạn haiítảnhhưởng đến kích thước hạt cầu béo Nói cách khác, đồng nhất một giai đoạn ở 20 MPa dẫnđếnmột kết quảtương tự như trong hai giai đoạn ở 20và5 MPa Kết quả khôngmongmuốn khi áp suất ở giai đoạn thứ haigiảm hơn 30% tổng số áp suất [10]

Hình 13.Ảnh hưởng của đồng hóa 2 cấp đến kích thước hạt cầu béo được quan sát dưới

kính hiển vi.

4.7 Tỉlệchất béo và chất hoạt động bề mặt (thườnglàprotein)

Khi protein đủ sẽ bao phủbềmặt hạt cầu béo mới hình thành không cho hạt cầu béo kếthợplại với nhau

và lắng xuống Trong các sản phẩm nhiều béo,ítprotein thì có khuyn hướng tách béo cao Nếu proteinkhông có sẵn để bao phủ hạt cầu béo thì đường kính trung bình của các hạt cầu béo sẽ lớn hơn (xemHình

Khi được thêm vào (ví dụ như Tween 20 hoặc natri dodecyl sulfate) thì sẽ làm giảm sức căng bề mặtgiữa 2 pha trong hệ nhũ tương , đồng thời tạo nên một màng bảo vệ bao bọc xung quanh các hạt béo, làmcho chúng không thể kết hợp với nhau tạo nên những hạt có kích thước lớn hơn [10].

4.9 Hoạtđộng của thiết bị đồnghóa

Thay đổi áp suất (do van bị rò rỉ ), van đồng hóa bị mòn, không khí bị lôi cuốn vào gây tác dụng phụ.Nếu chất lỏng chứa các phân tử rắn như bụi hoặc ca cao, van có thể bị mòn nhanh chóng, dẫn đến sự đồngnhất không đạt yêu cầu [10]

Hình 15.Ảnh chụp sữa chua không có chất béo ảnh hưởng bởi điều kiện đồng hóa, (a): phương pháp thông thường, (b): đồng nhất một cấp tại 150 MPa cho microfluidization 4.10 Lớp bề mặt (surfacelayers)

Khi dầubơđược nhũ tương trong sữa tách béo (skim milk)vàsau đó được đồng hóa (như trong chế biếnsữa táitổhợp) cómộtdạnglớpbềmặt bao gồm các protein sữa (xemHình 16) Khi sữa được đồnghóa,màngmembrane trên hạt cầu béo bị phávỡnhưng vẫn hấp phụ Lớpbềmặt của hầu hết các hạt cầu béotrong sữa đồng hóa đều chứa những miếngvá(patches) của màng membrane chiếm 10 đến 30% bề mặt[10]

Hình 16.Lớp bề mặt mới hình thành của các hạt cầu béo trong quá trình đồng hóa (From

P Walstra, The milk fat globule: natural and synthetic, Proceedings XXth Intl Dairy Cong., 1978,75ST.)

Lớpbềmặtmớihình thành baogồmmixen casein và một số protein trong huyết thanh sữa Một số micelltrên bề mặt dường như không thayđổikhi hấp phụ nhưng cólanrộng mộtíttrênbềmặt ranh giới nước-dầu Vớikính hiển vi điện tử, ngườitacó thể quan sát thấy cáclớpmicell mỏng (10đến15nm) baogồmcác tiểu đơn vịcasein Sự lây lan xảy ra rất nhanh, 1 lần mất chưa tới 1µs[10]

Nó có thể bắt nguồn từ lý thuyết Kolmogorov rằng dòng chảy các hạt (protein) hướng về phía các hạtcầu béo trong suốt quá trình đồng hóa phụ thuộc rất nhiều đến bán kính hạt rp Mối quan hệ giữa tốc độ tăngtải trọng bề mặt𝜀và nồng độ protein cpđược biểu thị bằng công thức sau:

dΓ/dt∝cpr(1 + rp/r)3

Trong đó, r là bán kính giọt nhỏ (droplet radius) Micell casein có r≈2nm, r từ 100 đến 400nm thìtổng diện tích bề mặt có thể thay đổi từ 1,06 đến xấp xỉ 8 và nó lớn nhất khi các giọt nhỏ (small droplet) gặpmicell casein lớn, gần bằng diện tích bề mặt của hạt cầu béo khi kết hợp với serum protein Điều này cónhững hệ quả quan trọng sau:

Micell casein được ưu tiên hấp phụ Casein tạo nên 80% protein trong sữa plasma nhưng khoảng 93%protein trong các lớp bề mặt mới Bởi vì “lớp casein” dày hơn “lớp serum protein”, casein chiếm khoảng75% diện tích bề mặt các hạt béo Kết quả này áp dụng cho đồng hóa ở khoảng 10MPa

Micell lớn được hấp phụ ưu tiên hơn micell nhỏ

Sự khác biệt trong hấp phụ protein (hạt)làlớn nhất đối với các hạt béo nhỏ hơn bởi vì r≈rptrongmộtsốmicell Điều này giải thíchtạisao các hạt béonhỏhơn lại cólớpprotein dày hơn nhiều (xemHình 17C).Khi áp suất đồng hóa rất cao (lớn hơn 30 MPa) thì các lớp bề mặt thu được hầu như không có protein huyếtthanh sữa (serum protein).

Một giá trị trung bình của Γ khoảng 10mg/m2 Dưới đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến Γ :

Nhiệt độ đồng hóa: yếu tố này được giải thích bởi hiện tượng micell casein lây lan nhanh qua bề mặt

ranh giới nước- chất béo, ở 70℃nhanh hơn ở 40℃làm cho Γ giảm

Xử lý nhiệt: ví dụ trong 20 phút ở 80℃, làm cho protein huyết thanh sữa liên kết với micell casein,

do đó làm Γ tăng (xemHình 17B) do sự hình thành một lớp serum protein mỏng (thin local layer of serumprotein) không còn nữa

Kích thước của micell casein: trong sữa bay hơi, micell casein có thể bị keo tụ lại thành những cáilớn hơn, điều này cũng làm cho Γ tăng [10]

Trong một số sản phẩm kem, chất hoạt độngbềmặt phântửnhỏ như Tweens hoặcmonoglyceridesđôikhi được thêm vào trước khi đồng hóa Sauđósẽ hấp phụ các hạt béo đã bị phá vỡ dođólàmgiảmtảitrọngbềmặt protein(xemHình 17D) Điều nàylàbởi vì các chất hoạt độngbềmặt nói chung có tácdụnglàmgiảm sức căngbềmặt hơn protein Do đó,chúngđược hấp phụ ưu tiên Mộtsốchất hoạt độngbềmặt,đặc biệtlàTweens, cũng có thể loạibỏprotein được thêm sau quá trình đồng hóa[10]

Hình 17.Ảnh hưởng của một số yếu tố trong quá trình đồng hóa đến tải trọng bề mặt của

các giọt chất lỏng trong sữa (hoặc kem)