TÌM HIỂU các THIẾT bị TRAO đổi NHIỆT (CHẦN) TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG THANH TRÙNG nước QUẢ SARI CÔNG SUẤT 1000 KGH

Mục đích công nghệ của quá trình chần bao gồm: - Bảo quản: sự có mặt của các enzyme trong thực phẩm sẽ gây ra những biến đổi chất lượng trong quá trình bảo quản sản phẩm, đặc biệt là m

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

SUẤT 1000 KG/H

(Hệ: Đại Học Chính Quy)

Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 7/2017

MỤC LỤ

MỤC LỤC BẢNG 5

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 6

LỜI MỞ ĐẦU 7

LỜI CẢM ƠN 8

PHẦN 1 TỔNG QUAN 9

1.1 C Ơ SỞ LÝ THUYẾT CU ̉ A THIÊ ́ T BI ̣ TRAO ĐỔI NHIỆT 9

1.1.1 Các định nghĩa 9

1.1.2 Phân loại các thiết bị trao đổi nhiệt 9

1.2 T ỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHẦN 11

1.3 C ÁC THIẾT BỊ VÀ MÔ TẢ ĐẶC TÍNH CỦA TỪNG THIẾT BỊ 17

1.4 C ÁC HÃNG CÓ THIẾT BỊ TƯƠNG ỨNG 22

1.5 C ÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ WEBSITE 23

PHẦN 2 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ 24

2.1 S Ơ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI THÍCH CÔNG NGHỆ 24

2.1.1 Giới thiệu về thành phần nguyên liệu của sản phẩm nước quả sơri 24

2.1.2 Quy trình công nghệ 33

2.1.3 Giải thích quy trình 33

2.2 C A ́ C THÔNG SÔ ́ BAN ĐÂ ̀ U VA ̀ LƯ ̣ A CHO ̣ N TIÊU CHUÂ ̉ N 43

2.2.1 Thông số cho thiết bị: 43

2.2.2 Thông số dịch sơ ri và chất tải nhiệt: 43

2.3 T I ́ NH TOA ́ N CHO THIÊ ́ T BI ̣ CHI ́ NH 47

2.3.1 Tính toán cho quá trình thanh trùng 47

2.3.2 Tính toán cho quá trình làm lạnh sau thanh trùng 57

2.4 T HIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT KHÁC 64

2.5 S Ơ ĐỒ THIẾT BỊ VÀ GIẢI THÍCH THIẾT BỊ 68

2.6 S Ơ ĐỒ BỐ TRÍ MẶT BẰNG NHÀ MÁY 70

2.7 T ÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH 74

(BẢN IN A3 - AUTOCAD KÈM THEO ĐÚNG TIÊU CHUẨN VẼ KỸ THUẬT) 74

MỤC LỤC BẢ

Bảng 1 1 Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) theo điều kiện chần, hấp

khác nhau, % 15

Y Bảng 2 1 Thành phần hóa học của trái sơri trong 100g 27

Bảng 2 2 Thành phần vitamin và khoáng chất trong 100g sơri 29

Bảng 2 3 Các chỉ tiêu của đường trắng 30

Bảng 2 4 Các chỉ tiêu của acid citric 31

Bảng 2 5 Thành phần các thành phần trong 100g dịch sơ ri theo đơn vị % [6] 44

Bảng 2 6 Khối lượng riêng của dịch sơ ri ở 57oC (kg/m3) 44

Bảng 2 7 Khối lượng riêng của dịch sơ ri ở 59,320C (kg/m3) 45

Bảng 2 8 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 59,32℃ (J/kg.độ) 45

Bảng 2 9 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 570C (J/kg.độ) 46

Bảng 2 10 Hệ số dẫn nhiệt của dịch sơ ri ở 59,32℃ (W/m.độ) 46

Bảng 2 11 Các thông số ống trong 51

Bảng 2 12 Các thông số ống ngoài 52

Bảng 2 13 Các thông số chính của thiết bị 56

Bảng 2 14 Khối lượng riêng của dịch sơ ri ở 43,90C (kg/m3) 57

Bảng 2 15 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 500C (J/kg.độ) 58

Bảng 2 16 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 43,9oC (J/kg.độ) 59

Bảng 2 17 Hệ số dẫn nhiệt của dịch sơ ri ở 43,90C (W/m.độ) 59

Bảng 2 18 Thông số vật lý của nước ở -40C 60

Bảng 2 19 Các thống số chính của quá trình làm lạnh 64

MỤC LỤC HÌNH Ả

Hình 1 1 Sơ đồ khối của thiết bị trao đổi nhiệt 9

Hình 1 2 Thiết bị chần dạng đường hầm 19

Y Hình 2 1 Quả sơri 25

Hình 2 2 Đường trắng 30

Hình 2 3 Thiết bị ngâm rửa của GP Graders 35

Hình 2 4 Thiết bị phun rửa của GP Graders 35

Hình 2 5 Thiết bị phân loại của GP Graders 36

Hình 2 6 Hệ thống thiết bị chần bằng hơi nước 36

Hình 2 7 Thiết bị ép 37

Hình 2 8 Hệ thống thủy phân bằng emzyme 38

Hình 2 9 Thiết bị lọc khung bản 38

Hình 2 10 Thiết bị phối trộn 40

Hình 2 11 Thiết bị thanh trùng ống lồng ống 41

Hình 2 12 Quy trình rót chai trong điều kiện vô trùng 41

Hình 2 13 Quy trình dãn nhãn 42

Hình 2 14 Sản phẩm nước quả Sơ ri 43

Hình 2 15 Trao đổi nhiệt 2 dòng lưu chất 44

Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lí về thiết bị ống lồng ống 68

Hình 2.18 Sơ đồ mặt bằng tổng thể nhà máy sản xuất nước sơ ri 70

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ thực phẩm được xem là một trong những ngành học có tính ứngdụng cao và đa dạng, đóng góp vai trò khá quan trọng trong cuộc sống hiện đạingày nay Nếu từ thuở xa xưa, con người chú trọng đến cái ăn là để sống trướcmắt, thì ngày nay, con người sống với nhau không chỉ là ăn để no, mà là để thoảmãn nhu cầu của bản thân Ngoài ăn no, người ta còn mong ăn ngon, mặc đẹp Đó

là những lí do góp phần cho sự phát triển không ngừng của ngành và luôn được sựxem xét, chú trọng quan tâm của nhà nước, của các quốc gia trên thế giới và của

cả hàng triệu con người

Để hiểu rõ, hiểu sâu về kiến thức chuyên môn trong ngành công nghệ thựcphẩm, mỗi cá nhân cần phải ra sức học hỏi, tìm hiểu từ thầy cô, từ bạn bè, từ sách

vở, từ nhiều nguồn tài liệu và từ cả trong các hoạt động thực tiễn Học lí thuyết làmột chuyện, nhưng để hiểu và vận dụng được nó thì học trong thực tế sẽ hay hơnnhiều

Bởi nhận thức được điều đó, học phần “Đồ án kỹ thuật thực phẩm” đưa racác đề tài thiết kế thiết bị có tính ứng dụng cao trong thực phẩm nhằm đáp ứngnhu cầu sản xuất của con người Cũng vì lí do đó, nhóm chúng em đi tìm hiểu,nghiên cứu, thiết kế thiết bị ống lồng ống để gia nhiệt dịch sơri bằng tác nhân hơibão hoà Thiết bị gia nhiệt này có tính ứng dụng cao trong các nhà máy sản xuấtnước quả và sữa, ngoài ra còn được nhiều doanh nghiệp sử dụng rộng rãi Ngoài

ra, môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu côngnghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây

là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn họcvào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án kỹ thuật thực phẩm với đề tài tài “ Tính toán và thiết

kế hệ thống thanh trùng nước quả sơ ri công suất 1000 kg/h”, bên cạnh sự nỗ lựccủa bản thân, nhóm luôn nhận được sự hướng dẫn tận tình của GVHD và sự giúp

đỡ của các bạn cùng khóa Thay mặt nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủnhiệm khoa Công nghệ thực phẩm trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp

Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho nhóm được thực hiện đồ án này, xin chânthành cảm ơn Cô Trần Lệ Thu đã tận tình hướng dẫn nhóm trong suốt quá trìnhthực hiện đề tài

Khi thực hiện đề tài còn nhiều vấn đề chưa thể hiểu hết nên khó tránh đượcsai soát trong khi tính toán nên nhóm mong nhận được sự góp ý tận tình từ Thầy

Cô để có thể hoàn thiện bài tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Để phân biệt mỗi thông số φ là của chất lỏng nóng hay chất lỏng lạnh, đi vào hay

ra khỏi thiết bị, người ta quy ước:

- Dùng chỉ số 1 để chỉ chất lỏng nóng: φ1

- Dùng chỉ số 2 để chỉ chất lỏng nóng: φ2

- Dùng dấu “ ׳ “ để chỉ thông số vào thiết bị: φ1׳; φ2׳

- Dùng dấu “ ״ “ để chỉ thông số vào thiết bị: φ1״; φ2״

Ví dụ:

Hình 1 1 Sơ đồ khối của thiết bị trao đổi nhiệt

1.1.2 Phân loại các thiết bị trao đổi nhiệt

a Phân loại theo nguyên lý làm việc của TBTĐN

1) TBTĐN tiếp xúc (hay hỗn hợp), là loại TBTĐN trong đó chất gia công và môi chất tiếp xúc nhau, thực hiện cả quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất, tạo ramột hỗn hợp Ví dụ bình gia nhiệt nước bằng cách sục 1 dòng hơi.

2) TBTĐN hồi nhiệt, là loại thiết bị TĐN có mặt trao đổi nhiệt được quay, khi tiếp xúc chất lỏng 1 mặt nhận nhiệt, khi tiếp xúc chất lỏng 2 mặt tỏa nhiệt Quá trình TĐN là không ổn định và trong mặt trao đổi nhiệt có sự dao động nhiệt Ví dụ: bộ sấy không khí quay trong lò hơi nhà máy nhiệt điện

3) TBTĐN vách ngăn, là loại TBTĐN có vách ngăn rắn cách chất lỏng nóng

và chất lỏng lạnh và 2 chất lỏng TĐN theo kiểu truyền nhiệt Loại TBTĐN đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa 2 chất, làm cho chất gia công được tinh khiết và vệ sinh,

an toàn, do đó được sử dụng rộng rãi trong mọi công nghệ

4) TBTĐN kiểu ống nhiệt, là loại TBTĐN dùng ống nhiệt để truyền tải nhiệt

từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Môi chất trong các ống nhiệt nhận nhiệt từ chất lỏng 1, sôi và hóa hơi thành hơi bão hòa khô, truyền đến vùng tiếp xúc chất lỏng 2, ngưng thành lỏng rồi quay về vùng nóng để lặp lại chu trình Trong ống nhiệt, môi chất sôi, ngưng và chuyển động tuần hoàn, tải một lượng nhiệt lớn từ chất lỏng 1 đến chất lỏng 2

b Phân loại TBTĐN theo sơ đồ chuyển động chất lỏng, với loại TBTĐN có vách ngăn.

5) Sơ đồ giao nhau nhiều lần

c Phân loại TBTĐN theo thời gian

Thường phân ra 2 loại:

1) Thiết bị liên tục (ví dụ bình ngưng, calorife)

2) Thiết bị làm việc theo chu kì (nồi nấu, thiết bị sấy theo mẻ)

d Phân loại TBTĐN theo công dụng

- Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho sản phẩm (ví dụ nồi nấu, lò hơi)

- Thiết bị làm mát để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường (ví dụ tháp giải nhiệt nước, bình làm mát dầu)

- Thiết bị lạnh để hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhỏ hơn môi trường (ví

dụ tủ cấp đông, tủ lạnh)

1.2 Tổng quan về quá trình chần

a Cơ sở khoa học của hệ thống chần

Chần (blanching) là một quá trình xử lý nguyên liệu ở nhiệt độ cao, sử dụng nước nóng hoặc hơi nước Trong trường hợp sử dụng nước nóng, người ta thường nhúngnguyên liệu cần chần vào trong nước nóng Quá trình chần được dùng phổ biến trong ngành công nghiệp rau trái Một trong những mục đích quan trọng của quá trình chần là ức chế các enzyme có trong nguyên liệu chế biến

Quá trình chần được chia thành 3 giai đoạn: gia nhiệt nguyên liệu đến giá trị nhiệt

độ chần, giữ nguyên liệu ở nhiệt độ chần trong một khoảng thời gian xác định và làm nguội nhanh nguyên liệu hoặc chuyển nhanh nguyên liệu sang công đoạn chế biến tiếp theo

b Mục đích công nghệ

Như đã trình bày ở phần trên, quá trình chần hiện nay được sử dụng chủ yếu trong các quy trình công nghệ chế biến rau trái Mục đích công nghệ của quá trình chần bao gồm:

- Bảo quản: sự có mặt của các enzyme trong thực phẩm sẽ gây ra những biến

đổi chất lượng trong quá trình bảo quản sản phẩm, đặc biệt là một số biến đổi về cảm quan và dinh dưỡng Quá trình chần làm vô hoạt enzyme trong nguyên liệu chế biến, do đó sẽ góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Ngoài ra, nhiệt

độ cao trong quá trình chần sẽ làm giảm mật độ tế bào vi sinh vật trong nguyên liệu Điều này sẽ hạn chế những biến đổi bất lợi do vi sinh vật gây nên trong các quá trình chế biến tiếp theo, đồng thời góp phần làm tăng thời gian bảo quản thànhphẩm

- Chuẩn bị: trong công nghệ sản xuất rau trái đóng hộp, quá trình chần có tác

dụng làm mềm sơ bộ nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình xếp rau trái vào bao bì.Ngoài ra, chần còn có tác dụng bài khí trong nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trìnhthanh trùng tiếp theo

- Hoàn thiện: trong một số trường hợp, quá trình chần có mục đích cải thiện

một vài chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm Ví dụ như trong công nghệ sản xuất khoai tây sấy (một dạng chip khoai tây), chần nguyên liệu có tác dụng cải thiện màu sắc sản phẩm Nếu không có quá trình chần trong quy trình sản xuất, sản phẩm khoai tây sấy dễ bị sẫm màu, giá trị cảm quan sẽ giảm đi đáng kể

Trong lĩnh vực chế biến rau trái, quá trình chần thường được sử dụng trong sản xuất rau trái đóng hộp và rau trái sấy Ngoài ra, quá trình chần còn được dùng trong quy trình chế biến tối thiểu một số loại rau để sản xuất fresh-cut

c Các biến đổi của nguyên liệu

- Vật lý: trong quá trình chần, hình dạng và thể tích nguyên liệu có thể bị thay

đổi, trong một số trường hợp có thể xuất hiện những vết nứt trên bề mặt nguyên liệu Khi quan sát dưới kính hiển vi, người ta nhận thấy hình dạng tế bào và mô thực vật cũng bị thay đổi rõ rệt sau khi chần Những thay đổi về hình dạng và thể tích sẽ làm thay đổi cấu trúc nguyên liệu, từ đó các chỉ tiêu vật lý khác như độ cứng, độ dai… của nguyên liệu cũng bị thay đổi theo

Một số biến đổi vật lý sẽ ảnh hưởng có lợi cho công nghệ chế biến Ví dụ như rau trái giảm độ cứng sẽ giúp cho việc xếp chúng vào bao bì kim loại hoặc bao bì thủytinh dễ dàng hơn Tuy nhiên, nếu một số chỉ tiêu vật lý bị biến đổi quá mức thì sẽ ảnh hưởng xấu đến giá trị cảm quan của rau trái đóng hộp Để hạn chế hiện tượng này, các nhà sản xuất thường sử dụng phụ gia cải thiện cấu trúc – phổ biến nhất là CaCl2 với nồng độ 1-2% trong dung dịch chần

Một biến đổi vật lý quan trọng khác trong quá trình chần là sự khuếch tán và hòa tan một số cấu tử từ nguyên liệu vào dung dịch chần (thường là nước nóng) Hiện tượng này làm tổn thất thành phần dinh dưỡng có trong nguyên liệu, đặc biệt là các hợp chất có phân tử lượng nhỏ và dễ hòa tan trong nước như đường khử, acid

amine, một số muối khoáng và vitamine Ngoài ra, một số vi sinh vật và các hợp chất cơ học như bụi, cát,… có mặt trên bề mặt của nguyên liệu cũng sẽ khuếch tán vào nước nóng Điều này có lợi cho các nhà sản xuất vì nó góp phần làm sạch nguyên liệu trong quy trình chế biến.

- Hóa học: nhiệt độ cao trong quy trình chần sẽ thúc đẩy một số phản ứng

hóa học xày ra nhanh hơn Các nhà sản xuất thường quan tâm đến phản ứng làm tổn thất những cấu tử mẫn cảm với nhiệt độ, điển hình là các vitamine Trong quá trình chần, vitamine có thể bị phân hủy bởi nhiệt hoặc bị oxy hóa Kết quả là hàm lượng vitamine trong nguyên liệu sau chần sẽ bị giảm đi Trong số các vitamine thường gặp trong rau trái, vitamine C dễ bị tổn thất nhất Do đó, một số nhà khoa học đề nghị dựa vào tỷ lệ tổn thất vitamine C để đánh giá về tác động tiêu cực do quá trình chần gây ra trong các quy trình chế biến rau trái

Ngoài ra, trong quá trình chần, một số chất màu như chlorophyll cũng rất dễ bị tổnthất Để hạn chế điều này, các nhà sản xuất thường bổ sung sodium carbonate (nồng độ 0,125% w/w) vào nước chần Khi đó, màu xanh của sản phẩm sau quá trình chần sẽ được cải thiện Tuy nhiên, theo Fellows (2000) thì nhược điểm của giải pháp này là làm tăng tỷ lệ tồn thất ascorbic acid trong nguyên liệu rau trái

- Hóa lý: quá trình chần sẽ làm thoát khí ra khỏi các gian bào trong cấu trúc

mô thực vật Ngoài ra, quá trình chần còn tạo nên những biến đổi về pha như các hạt tinh bột trong một số loại trái cây sẽ bị hồ hóa, một số phân tử protein hòa tan

sẽ bị đông tụ… Tuy nhiên, những biến đổi này k ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

- Sinh học: trong quá trình chần, một số loài vi sinh vật có thể bị ức chế hoặc

tiêu diệt do nhiệt độ cao làm biến tính bất thuận nghịch DNA và một số enzyme trong tế bào

- Hóa sinh: các enzyme trong nguyên liệu sẽ bị vô hoạt trong quá trình chần

Tuy nhiên, cần lưu ý đến tốc độ gia nhiệt nguyên liệu khi chần Nếu nhiệt độ tăng chậm trong một khoảng thời gian dài thì các enzyme sẽ xúc tác các phản ứng xảy

hóa chất béo… Ngoài ra, việc tăng chậm nhiệt độ trong giai đoạn đầu của quá trình chần còn làm cho hệ vi sinh vật trong nguyên liệu phát triển, gia tăng mật độ

vi sinh vật và gây ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm

d Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình chần

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chần nguyên liệu rau trái Hai thông

số công nghệ quan trọng nhất của quá trình là nhiệt độ và thời gian

- Nhiệt độ: nhiệt độ chần ảnh hưởng đến mức độ vô hoạt enzyme và hệ vi

sinh vật có trong nguyên liệu Khi tăng nhiệt độ chần thì khả năng vô hoạt enzyme

và hệ vi sinh vật trong nguyên liệu càng cao Tuy nhiên, nhiệt độ chần quá cao sẽ xảy ra một số phản ứng hóa học không mong muốn; bên cạnh đó, sự tổn thất các cấu tử mẫn cảm với nhiệt sẽ gia tăng, các giá trị cảm quan liên quan đến cấu trúc, màu sắc và mùi vị của nguyên liệu có thể bị biến đổi theo chiều hướng xấu Ngoài

ra, nhiệt độ chần cao còn làm tăng chi phí năng lượng cho quá trình

- Thời gian: khi tăng thời gian chần nguyên liệu, hiệu quá ức chế enzyme và

vi sinh vật sẽ tăng theo Tuy nhiên, nếu thời gian chần quá dài thì những biến đổi bất lợi về chất lượng dinh dưỡng và cảm quan sẽ xảy ra

- Bản chất nguyên liệu: mỗi loại rau trái sẽ có cấu trúc va độ cứng khác nhau.

Ngoài ra, khả năng chịu nhiệt của hệ enzyme trong từng loại nguyên liệu cũng khác nhau Thông thường, các nhà sản xuất dựa vào độ bền nhiệt của các enzyme trong nguyên liệu để lựa chọn nhiệt độ và thời gian chần cho phù hợp

- Kích thước và hình dạng của nguyên liệu: kích thước và hình dạng của

nguyên liệu sẽ ảnh hưởng đến diện tích bề mặt tiếp xúc của nguyên liệu và dung dịch chần, do đó sẽ ảnh hưởng tới tốc độ truyền nhiệt và mức độ tổn thất một số cấu tử hòa tan trong nguyên liệu Nếu diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu

và dung dịch chần càng lớn thì tốc độ gia nhiệt nguyên liệu sẽ tăng lên nhưng độ tổn thất các cấu tử hòa tan sẽ càng lớn

- Phương pháp chần: hiện nay có nhiều phương pháp chần nguyên liệu rau

trái Mỗi phương pháp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mức độ vô hoạt enzyme và vi

sinh vật cũng như mức độ tổn thất của một số cấu tử dinh dưỡng trong quá trình chần.

e Ảnh hưởng của quá trình chần đến chất lượng sản phẩm

- Về dinh dưỡng

Trong quá trình chần, hấp, chất lượng sản phẩm giảm không nhiều Sự mất mát chất dinh dưỡng thường do hòa tan hơn là bị biến đổi Các chất khoáng, vitamin cũng như một số các cấu tử hòa tan bị hoà tan trong nước chần

Lượng các cấu tử hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Môi trường chất tải nhiệt (nước, hơi nước hay không khí nóng): quá trình hấp sẽtổn thất chất hoà tan ít hơn chần, tuy nhiên cấu tạo thiết bị phức tạp và chi phí tốn kém hơn

+ Nhiệt độ, thời gian chần, hấp: nhiệt độ càng cao, thời gian càng dài, sẽ tổn thất dinh dưỡng càng nhiều

Bảng 1 1 Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) theo điều kiện chần, hấp khác nhau, %

Điều kiện xử lý Trước khi xử lý Sau khi xử lý Tỉ lệ tổn thất

+ Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và nước chần: diện tích tiếp xúc càng lớn, tổn thất chất tan càng nhiều Loại củ và hạt ít tổn thất chất tan hơn rau.

- Về màu sắc

+ Màu chlorophyl

Chlorophyl thường tồn tại ở 2 dạng: chlorophyl A và chlorophyl B Trong đó chlorophyl A tương đối nhạy cảm với nhiệt hơn chlorophyl B Chlorophyl biến đổikhi xử lý trong môi trường acid hoặc có oxy (chlorophyl có màu xanh biến đổi thành pheophytin có màu vàng xanh – vàng olive

+ Màu anthocyan

Trong nguyên liệu, anthocyan thường tồn tại ở dạng phức hợp leucoanthocyan Anthocyan là chất hòa tan trong nước Do đó, không nên chần nguyên liệu chứa anthocyan trong môi trường có nhiều nước

Các chất mùi thường hiện diện trong nguyên liệu là các hợp chất ester dễ bay hơi

Vì vậy, mùi vị giảm một ít sau khi chần, hấp

- Về cấu trúc

Một trong những mục đích của quá trình chần, hấp là làm mềm cấu trúc của rau quả, để tạo điều kiện dễ dàng khi cho vào bao bì hoặc tách vỏ, hạt ra khỏi thịt quả Tuy nhiên, đối với một số sản phẩm thì quá trình chần, hấp, làm mềm cấu trúc không mong muốn Mà một trong những nguyên nhân làm mềm cấu trúc là do protopectin biến thành pectin Vì vây, để duy trì độ cứng của sản phẩm, ta có thể cho thêm CaCl2 vào nước chần, để tạo thành phức pectat calci

1.3 Các thiết bị và mô tả đặc tính của từng thiết bị

Quá trình chần có thể thực hiện trong các loại thiết bị khác nhau Khi năng suất công đoạn này không cao, người ta có thể chần trong các loại dụng cụ đơn giản như xoong, nồi, Khi năng suất công đoạn cao thì chần có thể thực hiện bằng cơ giới, với các thiết bị máy móc hiện đại hơn Trong công nghiệp chế biến rau quả, khâu chần thường được thực hiện trong các thiết bị làm việc gián đoạn hay liên tục

a Thiết bị chần bằng nước nóng (Hot water blancher)

Nhiệt độ nước chần dao động trong khoảng 70-100°C Có hai cách thực hiện: ngâm nguyên liệu trong nước chần hoặc phun nước chần lên bề mặt nguyên liệu (nguyên liệu thường được đặt trên một tấm lưới) Hiện nay có rất nhiều cấu hình thiết bị khác nhau

- Trường hợp ngâm nguyên liệu trong nước chần: thiết bị thường có dạng

hình trụ, nằm ngang và được nhúng trong một bể nước nóng Thân hình trụ được đục lỗ Phần thân trụ có thể xoay xung quanh trục của nó Bên trong thân trụ có những thanh gạt

Khi hoạt động, người ta sẽ nạp nguyên liệu vào một đầu thân trụ Nguyên liệu sẽ được ngập trong nước chần Khi phần thân trụ xoay xung quanh trục của nó thì cácthanh gạt sẽ đẩy nguyên liệu chuyển động theo hướng đến đầu bên kia của thân trụ

để tháo sản phẩm ra ngoài thiết bị

- Trường hợp phun nước chần lên bề mặt nguyên liệu: thiết bị thường có

dạng hình hộp chữ nhật (dạng đường hầm – tunnel) Bên trong thiết bị có một băng tải lưới Nguyên liệu được đặt trên băng tải lưới và được lần lượt đưa qua vùng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội Tại vùng gia nhiệt và giữ nhiệt, nước nóng sẽ phun lên nguyên liệu từ các vòi phun được bố trí ở phía dưới trần của thiết bị Sau khi tiếp xúc với bề mặt của nguyên liệu, nước nóng sẽ đi qua băng tải lưới và đượcthu gom phía bên dưới để tái sử dụng Tại vùng làm nguội người ta có thể sử dụng

nước lạnh hoặc không khí lạnh Cần lưu ý là không khí lạnh phải được vô trùng vàlàm ẩm trước khi tiếp xúc với nguyên liệu để hạn chế hiện tượng nhiễm vi sinh vật

và hiện tượng thoát ẩm từ bề mặt nguyên liệu sau khi chần

Nếu nguyên liệu được xếp thành nhiều lớp trên bề mặt băng tải lưới thí sự truyền nhiệt trong khối nguyên liệu sẽ không tốt Khi đó, để nhiệt độ tại tâm khối nguyên liệu đạt đến giá trị nhiệt độ chần, chúng ta cần kéo dài thời gian xử lý, tức tăng thời gian lưu của nguyên liệu trong vùng gia nhiệt Điều đó sẽ làm cho một số vùng nguyên liệu bị xử lý nhiệt trong thời gian dài, từ đó làm giảm độ đồng nhất của sản phẩm Các nhà sản xuất đã đưa ra giải pháp IQB (Individual Quick

Blanching) Khi đó, nguyên liệu chỉ được xếp một lớp trên bề mặt băng tải lưới Phương pháp này sẽ nâng cao chất lượng sản phẩm

Ngoài ra, cần lưu ý đến việc thu gom nước từ ba vùng gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội trong thiết bị chần Nước thu gom từ mỗi vùng sẽ được xử lý rồi tái sử dụng cho những mục đích công nghệ khác nhằm tiết kiệm chi phí năng lượng trong quy trình sản xuất

b Thiết bị chần bằng hơi nước

Phổ biến nhất là thiết bị dạng đường hầm, nhưng ở đây sử dụng hơi nước để gia nhiệt và giữ nhiệt trong quá trình chần Băng tải lưới để chứa nguyên liệu có chiềudài lên đến 15m, chiều rộng dao động trong khoảng 1-1,5m Bên trong thiết bị cũng được chia thành ba khu vực tương ứng với ba giai đoạn của quá trình chần: gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội Thông thường, nguyên liệu sẽ được nạp vào bên

trong thiết bị thông qua hệ thống van xoay hoặc hệ thống nắp đậy bằng thủy lực đểhạn chế sự tổn thất hơi, tiết kiệm chi phí năng lượng vận hành.

Cần lưu ý là nguyên liệu được xếp thành nhiều lớp trên băng tải lưới thì sẽ gây ra hiện tượng chênh lệch nhiệt độ giữa vùng bề mặt và vùng tâm của nguyên liệu như

đã đề cập đến ở phần trên Sử dụng giải pháp IQB sẽ hạn chế được nhược điểm này Tuy nhiên, các nhà sản xuất chỉ cần xếp một lớp nguyên liệu trên băng tải lưới trong hai giai đoạn gia nhiệt và làm nguội Còn trong giai đoạn giữ nhiệt, sản phẩm có thể được xếp thành nhiểu lớp trên băng tải

Đầu tiên, nguyên liệu sẽ được nạp vào thiết bị nâng (1) rồi được đưa vào vùng gia nhiệt Thiết bị nâng (1) được thiết kế gắn liền với đường hầm gia nhiệt (2) nhằm mục đích giảm tổn thất nhiệt trong quá trình hoạt động Trong đường hầm gia nhiệt (2), nguyên liệu được xếp thành một lớp trên băng tải lưới và được tiếp xúc với hơi Sau đó, nguyên liệu rời băng tải lưới và đi vào thiết bị nâng (3) Thời gian lưu của nguyên liệu trong thiết bị nâng (3) chính là thời gian chần Sau cùng, nguyên liệu được chuyển vào đường hầm làm nguội (4) Người ta phun nước vào không khí lạnh tạo sương mù để làm nguồi sản phẩm Điều đó sẽ hạn chế sự mất nước trong nguyên liệu sau khi chần, đồng thời làm giảm lượng nước thải xuất hiện trong quá trình vận hành Năng suất hoạt động của thiết bị có thể lên đến 4.500 kg/giờ Sử dụng thiết bị dạng này cho phép tiêu diệt hoàn toàn hệ enzyme trong nguyên liệu, đồng thời hạn chế sự tổn thất dinh dưỡng ở mức cao nhất Fellows (2000) cho rằng hàm lượng vitamine C sau khi chần có thể còn 76-85% sovới ban đầu

Thông số công nghệ:

- Lượng dịch chần phải lớn hơn 2 lần so với lượng nguyên liệu

trình vận hành sẽ giảm đi, thiết bị dễ vệ sinh và vô trùng Tuy nhiên, phương pháp chần bằng hơi nước không thể làm sạch lớp bụi bẩn hoặc rửa trôi các tế bào vi sinhvật bám trên bề mặt nguyên liệu, độ đồng nhất của sản phẩm sẽ không tốt nếu nguyên liệu chần được xếp thành nhiều lớp trên bề mặt băng tải

c Thiết bị chần tầng sôi (Fluidised – bed blancher)

Thiết bị có dạng hình hộp chữ nhật, bên trong có một tấm lưới để đặt nguyên liệu lên trên Người ta sẽ thổi hỗn hợp hơi nước và không khí từ phía dưới tấm lưới theo phương thẳng đứng từ phía dưới lên Tốc độ chuyển động của hỗn hợp hơi nước và không khí xấp xỉ 4,5m/s Khi đó, các mẫu nguyên liệu sẽ lơ lửng trong thiết bị và được gia nhiệt lên đến nhiệt độ chần Thiết bị có thể hoạt động liên tục hoặc gián đoạn Những ưu điểm nổi bật của thiết bị chần tầng sôi là thời gian gia nhiệt ngắn, nguyên liệu được gia nhiệt đồng đều, giảm lượng nước thải cần được

xử lý sau khi chần, mức độ tổn thất vitamine và các cấu tử mẫn cảm với nhiệt cũng

sẽ giảm đi

d Thiết bị chần bằng vi sóng (Dielectric blancher)

Nguyên lý hoạt động của thiết bị chần bằng vi sóng như sau: dưới tác động của vi sóng, các phân tử nước trong nguyên liệu sẽ liên tục quay cực, từ đó làm gia tăng nhiệt độ Nếu các phân tử nước được phân bố tương đối không đều trong nguyên liệu thì sự gia tăng nhiệt độ trong nguyên liệu sẽ đồng nhất Đến nay, có rất nhiều nghiên cứu về quá trình chần sử dụng vi sóng, tuy nhiên các tính toán về kinh tế cho thấy chi phí lại cao hơn so với những phương pháp chần truyền thống (sử dụng nước nóng hoặc hơi nước) Cần lưu ý là đối tượng chủ yếu của quá trình chần là rau trái – một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và phổ biến, đồng thời các sản phẩm chế biến từ rau trái nhìn chung là có giá thành thấp Do đó, cho đến nay, phương pháp chần bằng vi sóng vẫn chưa được sử dụng ở quy mô để sản xuất công nghiệp

1.4 Các hãng có thiết bị tương ứng

Thiết bị chần của hãng Murre Technologies từ website http://www.murre.nl

Thiết bị chần mang nhãn hiệu Hento của trang web www.alibaba.com

Thông tin sản phẩm:

Điện áp 380V Nơi xuất xứ Trung Quốc (Đại lục)

S

Kích thước (L*W*H)

1310*650*700 (mm)

1.5 Các tài liệu tham khảo và website

- Các tài liệu tham khảo:

1 Công nghệ chế biến thực phẩm, Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên) Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp HCM, năm 2011

2 Giáo trình các quá trình và thiết bị trong công nghệ thực phẩm – công nghệ sinh học, Tập 2: Các quá trình và thiết bị trao dổi nhiệt, Tôn Thất Minh (chủ biên) – Phạm Anh Tuấn – Nguyễn Tấn Thành, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội

1 http://doan.edu.vn/do-an/giao-trinh-thiet-ke-trao-doi-nhiet-36798/

2 hoi-nuoc.htm

http://123doc.org/document/2830583-thiet-bi-chan-rau-cu-qua-su-dung-3 www.murre.nl

4 www.alibaba.com

PHẦN 2 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ

2.1 Sơ đồ công nghệ và giải thích công nghệ

2.1.1 Giới thiệu về thành phần nguyên liệu của sản phẩm nước quả sơri

Việt Nam là một nước nhiệt đới có nền nông nghiệp phát triển, hoa quảphong phú với sản lượng dồi dào Nhưng quả chỉ có theo mùa, lại dễ dập nát nênrất khó bảo quản dẫn đến giá thành cao gây nhiều bất lợi cho người trồng và ngườitiêu thụ Mặt khác, trong những năm gần đây, nhu cầu về đồ uống có cồn ở nước

ta ngày một tăng cao Để giải quyết vấn đề đầu ra cho một số mặt hàng nông sảncũng như đáp ứng nhu cầu đa dạng hoá sản phẩm đồ uống trên thị trường thì địnhhướng ưu tiên trong quy hoạch tổng thể phát triển ngành Rượu- Bia- Nước giảikhát Việt Nam đến năm 2010 của Thủ Tướng Chính phủ ban hành ngày06/02/2002 là ưu tiên nghiên cứu phát triển sản phẩm đồ uống từ nguồn nguyênliệu sẵn có ở Việt Nam

Trong đó, Sơri là một loại trái nhỏ, vỏ mỏng dễ dập, dễ hư nên phần lớn để

ăn, phần còn lại để sản xuất nước ép sơri và rượu vang Quả sơri chứa nhiều thànhphần dinh dưỡng tốt với nhiều vitamin có lợi cho sức khoẻ và đặc biệt có chấtchống oxy hoá tốt cho làn da phụ nữ cũng như giúp chống ưng thư nên sản phẩmnước ép sơri ngày càng được người tiêu dùng ưa thích

a) Nguyên liệu quả sơri

Quả sơri (tên gọi khoa học là Malpighia glabra L.hay là Malpighiaemarginata) là một loại cây bụi hay cây thân gỗ nhỏ, bắt nguồn từ khu vực nhiệtđới và cận nhiệt đới Và họ hàng gần nhất với loài M.glabra là loại M.punnicifolia được trồng phổ biến ở Floria và Texas Cả hai loài này được gọichung dưới cái tên là acerola ( hay Barbados cherry ) Đây là loại trái cây thuộc họMango

Sơri chỉ là một loại cây trồng bình thường cho đến khi trường đại học yPuerto Rico ở Rio Piedras ( Tây Ban Nha ) công bố kết quả phân tích từ trái Sơrivào năm 1945: hàm lượng vitamin C trong trái Sơri chiếm đến 4% ( khoảng4000mg/100g trái tươi) nhưng trung bình là 1500mg vitamin C Trong khi đólượng vitamin C trong vỏ quả cam chỉ khoảng 0,05% Lượng magie, acidpantothenin và kali trong Sơri nhiều gấp đôi so với cam Từ đó sơri được trồngphổ biến trên khắp thế giới.

Quả chín có màu đỏ tươi, đường kính 1-2 cm, chứa 2-3 hạt cứng, mùi thịtquả được đánh giá giống mùi thịt quả khế.Nó là loại quả mọng, vỏ nhẵn bóng và

có vị ngọt, với hàm lượng gấp 20-40 lần cam, chanh Sơ ri còn chứa nhiều vi chấttốt cho sức khỏe như A, K, E, B1, B2, B3, B6, B12, sắt, magie, kali, canxi, kẽm,phospho, chất xơ, các axit amin và một số axit béo

Ở Việt Nam, sơri được trồng từ rất lâu đời, tập trung chủ yếu ở đồng bằngsông Cửu Long Tại đây sơri được trồng ở khắp các địa phương nhưng tập trungnhiều nhấ là ở Gò Công tỉnh Tiền Giang và Bình Phú thị xã Bến Tre

 Phân loại:

Theo kết quả nghiên cứu phân loại thì ở nước ta có hai giống sơri :

Hình 2 1 Quả sơri

 Giống sơri chua (sơri Gò Công) là giống đang được ưa chuộng vì năng suấtcao, có vị chua ngọt thích hợp cho thị hiếu người tiêu dùng Được tiêu thụ trong nội địa,sơri chua thích hợp để làm sản phẩm nước ép hay xuất khẩu sang các nước nhưSingapore, Hồng Công dưới dạng đông lạnh quả tươi.

 Giống sơri ngọt (sơri Binh Phú ) cho trái nhỉn hơn và vỏ bóng đẹp hơn sơrichua Sơri ngọt cho năng suất cao hơn sơri chua, chủ yếu cung cấp cho thị trường nội địa(không dùng để xuất khẩu) và sản xuất rượu vang quả

 Thành phần hóa học của trái sơri

Thành phần hóa học của trái sơri chín gồm:

Bảng 2 1 Thành phần hóa học của trái sơri trong 100g

tương đối cao nên gây khó khăn trong quá trình bảo quản vì nước chính là môi trườngthuận lợi để vi sinh vật hoạt động Trọng lượng quả từ 3,8 – 5,5g trong đó phần ăn đượcchiếm khoảng 80% trọng lượng quả tươi

 Có thể nói sơri là loại quả giàu glucid nhất trong các loại trái cây màu đỏ.Hàm lượng glucid trong sơri ngọt tương đối cao hơn sơri chua Hàm lượng glucid trongtrái sơri chua chiếm 15% chủ yếu là glucose (2,22%), fructose (3,21%), saccharose vàdextrose Ngoài ra còn có(0,56 ÷ 0,65%) pectin và (0,6÷1,2%) cellulose

 Hàm lượng tro chứa trong nguyên trái 0,15g và trong phẩn thịt là 0,49g

 Acid hữu cơ chiếm khoảng 1÷1,5% chủ yếu là acid malic, acid citric, acidtartric

 Vitamin: trái sơri chứa nhiều loại vitamin, nhiều nhất là vitamin C, vitamin

A và một lượng nhỏ mỗi loại vitamin nhóm B Các vitamin nhóm B tuy chiếm một lượngrất nhỏ nhưng hàm lượng rất cân đối Trái xanh có lượng vitamin C cao gấp 2 lần tráichín Một ly nước ép sơri 180ml có thể chứa một lượng vitamin bằng với 14 lít nước cam

ép Chỉ cần ăn khoảng 125g sơri là đã cung cấp cho cơ thể 20÷30% lượng vitamin C,25% lượng vitamin A, 15% lượng vitamin B9 và acid folic

Bảng 2 2 Thành phần vitamin và khoáng chất trong 100g sơri

b) Các nguyên liệu khác.

Sử dụng đường trắng, là đường

saccharose được tinh chế và kết

tinh

 Các chỉ tiêu của đường trắng:

Bảng 2 3 Các chỉ tiêu của đường trắng

nước cất có vị ngọt, không có mùi lạ

 Acid Citric (E330) :

Có hầu hết trong các loại quả, đặc biệt trong quả citrus nên còn gọi là acid

Hình 2 1 Đường trắng

Tỉ lệ sử dụng trong khoảng 1%.

Dạng kết tinh khan hoặc với một phân tử nước, không màu, không mùi.Loại khan phải chứa không ít hơn 99,5% C6H8O7, 1g tan trong 0,5 mL nước hoặctrong 2ml ethanol Ta sử dụng acid citric dưới dạng ngậm một phân tử nước

Bảng 2 4 Các chỉ tiêu của acid citric

 Acid Ascorbic (E300):

Vitamin C là một trong những vitamin rất cần thiết cho cơ thể, đồng thờicũng là một chất chống oxy hoá tốt Trong dịch quả, vitamin C có thể bị oxy hoágián tiếp bởi enzym phenoloxydaza Chính vì vậy khi có mặt vitamin C, dịch quả

sẽ sẫm màu chậm hơn do quá trình ngưng tụ các hợp chất quinol

Polyphenol + O2 -> Quinol + H2O

Quinol + acid ascorbic -> Polyphenol + acid dehydroascorbic

Trong sản xuất nước quả sởi ta bổ sung Vitamin C để bù lại phần đã mất đitrong quá trình chế biến đồng thời giúp bảo vệ màu sáng của dịch quả, quá trìnhsẫm màu sẽ chậm hơn

Vitamin C tồn tại trong tự nhiên dưới 3 dạng phổ biến là acid ascorbic, aciddehydroascorbic và dạng liên kết ascorbigen (chiếm 70% tổng hàm lượng vitaminC).Vitamin C được sử dụng trong sản xuất nước quả ở dạng acid ascorbic, tinh thểtrắng, vị chua, không mùi Trong 100ml nước quả nếu chứa khoảng 1mg acidascorbic thì nước qủa đó có thể để ngoài khong khí trong 30 phút mà không bịbiến màu

Lượng vitamin C cho vào khi phối chế cần đủ để ức chế các men xúc tácphản ứng biến màu và còn dư khoảng 100mg/l nước quả Nếu dư quá sản phẩm sẽ

có vị chua gắt và hắc

Độ chín kỹ thuật mà nguyên liệu cần đạt được, thông thường là giai đoạnchín hoàn toàn Ở độ chín này lượng dịch bào trong rau quả nhiều nhất và cácthành phần hóa học chứa trong dịch cũng nhiều nhất Độ chín thường được biểuhiện qua sự biến đổi màu sắc của vỏ Còn những quả quá chín cũng có thể sử dụngđược nếu chưa có biểu hiện hư hỏng.

Chọn theo mức độ nguyên vẹn: Trong khi thu hoạch, vận chuyển và bảo

quản, nguyên liệu có thể xay xát, dập nát, thối rửa dẫn tới giảm chất lượng Mức

độ giảm chất lượng phụ thuộc vào độ hư hỏng Hơn nữa, những vết dập nát thốirửa còn là cửa ngỏ để vi sinh vật xâm nhập và phát triển Chính vì vậy mà trướckhi chế biến phải loại bỏ những quả thối rửa hoàn toàn

Hình 2 2 Thiết bị ngâm rửa của GP Graders

Hình 2 3 Thiết bị phun rửa của GP Graders

- Hoàn thiện: quá trình phân loại sẽ góp phần nâng cao giá trị của sản phẩm.Qúa trình phân loại ở đây thường được thực hiện trong hoặc sau các quá trình chế biếnnhư phân loại tấm trong chế biến gạo, phân loại thực phẩm sai khi sấy như trà, sữa bột,

…

Hình 2 4 Thiết bị phân loại của GP Graders

d Chần

Hình 2 5 Hệ thống thiết bị chần bằng hơi nước

Chần là một quá trình xử lí nguyên liệu ở nhiệt độ cao, sử dụng nước nóng hoặchơi nước

- Chuẩn bị: có tác dụng làm mềm sơ bộ nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình tiếptheo; có tác dụng giảm mật độ tế bào vi sinh vật trong nguyên liệu

e Ép

Mục đích: quá trình thu hồi các thành phần giá trị bên trong nguyên liệu bằng cách

sử dụng áp lực để phá vỡ cấu trúc của nguyên liệu và làm cho các cấu tử cần thuhồi thoát ra ngoài

Hình 2 6 Thiết bị ép

f Xử lí hệ enzyme

Sự dụng enzyme pectinase:

Mục đích:

- Cắt mạch pectin nên giảm cấu trúc phân tử pectin

- Tăng hiệu suất thu hồi trong quá trình lọc

- Ổn định cấu trúc sản phẩm, giảm hiện tượng kết lắng trong quá tình bảo quản sảnphẩm