Giáo trình Các quy trình truyền nhiệt CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa Vũng Tàu

(NB) Giáo trình Các quy trình truyền nhiệt cung cấp các kiến thức cơ bản về Các khái niệm cơ bản, Đun nóng – làm nguội – ngưng tụ, Cô đặc, Thanh trùng sản phẩm, làm lạnh, lạnh đông, Chần, hấp, chiên, nướng, sao rang,...Mời các bạn cùng tham khảo

Mẫu ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TÀI LIỆU MƠ ĐUN/MƠN HỌC CÁC Q TRÌNH TRUYỀN NHIỆT (Lưu hành nội bộ) Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2018 BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trong chế biến thực phẩm, trình sử dụng phổ biến q trình truyền nhiệt Ví dụ trình trùng, tiệt trùng, hấp, xào, nướng, rán, đặc, Truyền nhiệt q trình phức tạp xảy đồng thời nhiều phương thức khác nhau: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt xạ nhiệt Hình 1.1: Các dạng truyền nhiệt 1.1 Các trình dẫn nhiệt (Conduction) 1.1.1 Khái niệm: Dẫn nhiệt trình truyền nhiệt từ phần tử đến phần tử khác vật chất chúng tiếp xúc trực tiếp với Các phần tử có nhiệt độ cao hơn, dao động mạnh va chạm vào phần tử lân cận, truyền cho chúng phần động nhiệt truyền phía vật thể Ví dụ: thép, đầu có nhiệt độ cao, đầu có nhiệt độ thấp Như có truyền nhiệt từ đầu có nhiệt độ cao đến đầu có nhiệt độ thấp Như truyền nhiệt thép "dẫn nhiệt" Hiện tượng dẫn nhiệt xảy chủ yếu chất rắn 1.1.2 Độ dẫn nhiệt: λ cho biết khả dẫn nhiệt vật liệu hay thực phẩm Độ dẫn nhiệt cao, vật liệu dẫn nhiệt mạnh, lượng nhiệt truyền lớn Hệ số phụ thuộc thành phần hóa học, cấu trúc, nhiệt độ, …của vật liệu Độ dẫn nhiệt chất lỏng chất khí nhỏ chất rắn nhiều Ở chất rắn, phần lớn độ dẫn nhiệt tăng nhiệt độ tăng Ở chất lỏng, hầu hết độ dẫn nhiệt giảm nhiệt độ tăng, trừ nước glyxerin Độ dẫn nhiệt chất khí tăng nhiệt độ tăng, phụ thuộc vào áp suất Vật liệu Đồng Kẽm Thủy tinh Gỗ Khơng khí Độ dẫn nhiệt λ (W/m.độ) 384 110 0.13 – 0.18 0.023 Bảng 1.1: Độ dẫn nhiệt số vật liệu Độ dẫn nhiệt Khối lượng riêng -1 -1 (W•m •độ ) (kg/m3) Nước 0,6240 1000 Gluxit 0,2430 1590 Protit 0,2147 1314 Lipit 0,0979 913 Chất xơ 0,2208 1301 Chất khoáng 0,3716 2415 Bảng 1.2: Độ dẫn nhiệt thực phẩm 1.1.3 Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng lớp Phân phối nhiệt độ vách Ví dụ: Vách kho lạnh dài 12 m, cao 4m, làm vật liệu có hệ số dẫn nhiệt 0,045 W•m-1•độ-1, có chiều dầy 20 cm Nhiệt độ mặt vách 30 ºC, mặt vách -10 ºC lượng nhiệt truyền qua vách 1555,2 kJ Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng nhiều lớp 1.1.4 Dẫn nhiệt qua vách trụ Trong công nghệ thực phẩm nhiều ngành cơng nghiệp khác, việc sử dụng ống hình trụ để vận chuyển hay xử lý lưu chất phổ biến Trong q trình ấy, truyền nhiệt xẩy So với vách phẳng, trình truyền nhiệt vách hình trụ có điểm đặc chiều dài ống trụ lớn, có dẫn nhiệt từ vách vách ống, nhiệt độ điểm ống phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm đến trục ống Dẫn nhiệt ổn định qua vách trụ lớp: Xét ống trụ gồm hai mặt trụ đồng tâm nhau, có chiều dài lớn vô Nhiệt độ mặt mặt ống T1 T2 (giả sử T1 > T2), bán kính vách vách ngồi r1 r2 Vậy có dẫn nhiệt xẩy từ vách vách ống 1.2 Các trình cấp nhiệt 1.2.1 Khái niệm: Nhiệt đối lưu tượng truyền nhiệt phần tử chất lỏng chất khí đổi chỗ cho nhau.Hiện tượng đổi chỗ phần tử chất lỏng khí chúng có nhiệt độ khác nên dẫn đến khối lượng riêng khác Quá trình nhiệt đối lưu gọi qt cấp nhiệt Các phần tử có nhiệt độ cao khối lượng riêng bé lên để phần tử có nhiệt độ thấp khối lượng riêng lớn chìm xuống Thành phần Hình 1.2: Đối lưu thùng đốt nóng phía + Đối lưu tự nhiên: Sự chuyển động xẩy cách tự nhiên chênh lệch nhiệt độ + Đối lưu cưỡng bức: tác động bên bơm, quạt, khuấy… bắt phần tử mơi trường có nhiệt độ khác đổi chỗ cho Như vậy, nhiệt đối lưu xảy mơi trường lỏng hay khí, q trình trao đổi nhiệt bề mặt vật thể rắn với mơi trường xung quanh (lỏng, khí, hơi) gọi q trình cấp nhiệt 1.2.2 Cơng thức Newton Cơng thức giúp ta xác định lượng nhiệt truyền khối lưu chất có nhiệt độ T fvà bề mặt có nhiệt độ Tw lưu chất bề mặt tiếp xúc Cơng thức trình bày dạng : q = h (T   w - Tf) Trong công thức :  q mật độ dòng nhiệt, đơn vị W/m2,  h hệ số đối lưu nhiệt, đơn vị W•m -2•độ -1 Cơng thức Newton đơn giản việc xác định hệ số h gặp nhiều khó khăn thơng số phụ thuộc vào nhiều yếu tố Để giải toán truyền nhiệt đối lưu, ta theo hướng sau :  Lý thuyết : ta giải trực tiếp tốn cách sử dụng cơng thức, phương trình học, vật lý, nhiệt động, Các phương pháp theo hướng cho kết có độ xác cao phức tạp, áp dụng cho vài trường hợp đơn giản  Thực nghiệm : ta chế tạo vật mẫu giống vật thể khảo sát, sau đem thử nghiệm xử lý kết đo đạc Phương pháp cho kết xác tốn kết có giá trị cho vật thể thơi  Dùng lý luận đồng dạng : Người ta tiến hành thử nghiệm mô hình đơn giản, sau xử lý kết đo đạc trình bày kết dạng cơng thức Và cơng thức áp dụng cho trường hợp cụ thể có "đồng dạng" với mơ hình Điểm đặc biệt cơng thức biểu thị mối quan hệ số đồng dạng 1.3 Các trình xạ nhiệt (Radiation) 1.3.1 Khái niệm Bức xạ nhiệt trình truyền nhiệt dạng sóng điện từ, tức nhiệt biến thành tia xạ truyền đi, gặp vật thể phần lượng xạ bị vật thể hấp thụ, phần phản chiếu lại phần xuyên qua vật thể Hình 1.3 Bức xạ nhiệt Trao đổi nhiệt dạng xạ dạng trao đổi mà khơng cần có tiếp xúc trực tiếp (như đối lưu, dẫn nhiệt) vật tham gia trao đổi nhiệt có ý nghĩa lớn kỹ thuật, đặc biệt kỹ thuật nhiệt độ cao Bức xạ hấp thu nhiệt chất Mọi vật thể có nhiệt độ lớn oK có khả xạ lượng trình dao động điện từ bên nguyên tử, phân tử vật chất Các dao động điện từ truyền khơng gian theo hướng dạng sóng điện từ Hình 1.4 Tia xạ tới vật thể Trong kỹ thuật, người ta khảo sát tia nhiệt bao gồm tia hồng ngoại tia sáng trắng Các tia nhiệt truyền không gian đập vào vật khác, chúng bị hấp thu phần hay toàn biến thành lượng nhiệt Như vậy, trình trao đổi nhiệt xạ bao gồm hai lần biến đổi dạng lượng: biến đổi nội thành sóng điện từ vật phát trình biến đổi ngược lại vật thu Hiệu q trình xạ nhiệt khơng phụ thuộc hiệu số nhiệt độ mà phụ thuộc vào chất, trạng thái bề mặt, hình dạng, kích thước, vật phát vật thu Vật đen tuyệt đối, trắng tuyệt đối tuyệt đối A: hệ số (khả năng) hấp thụ vật thể R: hệ số (khả năng) phản xạ vật thể D: khả khúc xạ vật thể - Nếu vật có A = 1; R = D = vật đen tuyệt đối - Nếu vật có D = 1; R = A = vật tuyệt đối - Nếu vật có R = 1; A = D = vật trắng tuyệt đối 1.3.2 Một số định luật xạ Định luật Planck Định luật Planck cho ta biết quan hệ cường độ xạ thông số khác Mối quan hệ thể qua công thức sau : Trong :  Eoλ : cường độ xạ vật đen tuyệt đối,  C1 = 0,374•10 -15 W•m2 : số Planck thứ nhất,  C2 = 1,4388•10 -2 m•K : số Planck thứ hai Vì dE = Eλ dλ : hay lượng xạ biểu diễn phần diện tích nằm bên đường cong E oλ Vì nhiệt độ cao, lượng xạ lớn Phần lớn lượng tập trung khoảng định độ dài sóng Đó khoảng 10 -7 - 10 -4 m (các tia nhiệt) 1.3.3 Truyền nhiệt xạ Trong chế biến thực phẩm, có q trình truyền nhiệt xạ Ví dụ nướng bánh pizza lò nướng Nhiệt từ nhiệt xạ đến bánh làm cho bánh chín Sự truyền nhiệt hỗn hợp Ta khảo sát ba dạng truyền nhiệt dẫn nhiệt, đối lưu xạ Trong thực tế, trình truyền nhiệt thường kết hợp hai hay ba dạng Vì cần phải kể đến tất ảnh hưởng chúng lên trình chung tốn phức tạp lên nhiều Dưới ta xem xét trường hợp đơn giản phổ biến, kết hợp dẫn truyền đối lưu để nung nóng hay làm nguội khối vật chất Bài 2: ĐUN NÓNG – LÀM NGUỘI – NGƯNG TỤ 2.1 Quá trình đun nóng : 2.1.1 Bản chất, mục đích phạm vi sử dụng: Bản chất: Đun nóng q trình phổ biến cơng nghiệp hóa chất thực phẩm, có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng hóa học, ngồi đun nóng phương tiện cần thiết để thực trình khác đặc, chưng cất,… Mục đích cơng nghệ: - Chuẩn bị: Trong thực tế có việc tiến hành đun nóng nhằm mục đích chuẩn bị cho q trình khác Ví dụ: để bóc vỏ cam người ta thường chần nước sôi thời gian 510 phút, đun nóng trước đặc sản phẩm lỏng để trình bốc nước nhanh Đun nóng sản phẩm trước vào hộp để ghép mí nhằm mục đích khí - Khai thác: trình đun nóng làm tăng hiệu suất thu nhận sản phẩm từ loại nguyên liệu Ví dụ nhiệt độ 60-70oC làm tăng khả hoạt động amylaza làm cho khả thuỷ phân tinh bột cao để thu lượng đường cao Nhiệt độ cao làm tăng khả trích lycác chất hồ tan, tăng hiêuu suất ép, tăng hoà tan chất màu - Chế biến: Dưới tác dụng nhiệt độ cao nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi cấu trúc, tính chất hố học, vật lý làm cho chất lượng nguyên liệu biến đổi hẳn Những biến đổi chất lượng xấu tốt Trong CNTP người ta lợi dụng biến đổi tốt chất lượng để tạo sản phẩm có ích - Bảo quản: Khi ngun liệu đun nóng nhiệt độ 70oC làm vơ hoạt en zim có ngun liệu, ngăn ngừa biến đổi xấu.Nhiệt độ cao 90oC tiêu diệt vi sinh vật có thực phẩm Do chế biến thực phẩm thường đun nóng sản phẩm nhiệt độ thời gian định nhằm tiêu diệt vi sinh vật , ngăn ngừa hư hỏng sản phẩm Đó q trình trùng nhiệt - Hoàn thiện: Một số thực phẩm thường tồn dạng bán thành phẩm, để sử dụng cần phải qua công đoạn đun nóng để hồn thiện sản phẩm, làm cho sản phẩm chín Trong thực tế q trình đun nóng thường thực kết hợp với trình trùng tiêu diệt vi sinh vật làm chín sản phẩm 2.1.2 Những biến đổi vật liệu, sản phẩm trình đun nóng: Biến đổi vật lý: - Sự biến đổi nhiệt độ: q trình đun nóng chênh lệch nhiệt độ môi trường đun nóng vật liệu nhiệt độ vật liệu tăng dần lên Tốc độ tăng nhiệt độ chậm dần từ vào trung tâm khoảng cách chúng nguồn nhiệt xa dần Những điểm có khoảng cách đến nguồn nhiệt có nhiệt độ Do vật liệu hình thành trường nhiệt độ tróng lớp ngồi có nhiệt độ cao nhất, tâm vật liệu có nhiệt độ thấp - Nếu vật liệu dạng chất lỏng truyền nhiệt chủ yếu đối lưu, chất rắn truyền nhiệt chủ yếu dẫn nhiệt, dạng bán chất lỏng hai - Khi đun nóng, vật liệu biến đổi trạng thái tồn - chuyển pha Phần lớn chất rắn sệt có nhiệt độ nóng chảy cao nhiệt độ mơi trường đun nóng trạng thái chúng chuyển sang pha lỏng bán lỏng (mỡ, bơ ) Tuy nhiên nhiều loại vật liệu dạng rắn nhiệt độ đun nóng khơng đủ cao đặc tính lý hố chúng mà đun nóng khơng xãy tượng chuyển pha (thịt, cá, rau, ) - Sự thay đổi thể tích: Thể tích vật liệu tăng lên đun nóng, nhiên có nhiều trường hợp đun nóng thể tích vật liệu giảm Đó tượng xãy đun nóng nguyên liệu có cấu trúc xốp, có chứa nhiều khí gian bào (rau, ) Biến đổi hoá lý, hoá học: Các tiêu hoá lý vật liệu độ nhớt, độ hoà tan dễ bị thay đổi nhiệt độ cao Cụ thể: độ hoà tan tăng, độ nhớt giảm Đối với phản ứng hoá học thuỷ phân, trung hồ, polime, ơxy hố nhiệt tăng kéo theo tốc độ phản ứng tăng Kết xúc tiến phản ứng hoá học biến đổi thành phần hoá học vật liệu Một số chất tạo thành làm tăng chất lượng sản phẩm nhiều trường hợp làm giảm hàm lượng chất có ích tạo thành số chất gấy ảnh hưởng xấu đến mùi, vị, màu sắc sản phẩm Biến đổi hoá sinh vi sinh: Đối với enzim vi sinh vật ln có khoảng nhiệt độ tối thích (amylaza hoạt động mạnh 60-70OC, vi sinh vật hoạt động mạnh 37-40oC Nếu tăng dần nhiệt độ mơi trường cao nhiệt độ tối thích hoạt động enzim vi sinh vật giảm dần đến vơ hoạt hồn tồn Nhiệt độ cao làm giảm tác dụng chất độc có sản phẩm an tồn hoan cho người sử dụng Biến đổi cấu trúc tế bào: Dưới tác dụng nhiệt độ cao chât nguyên sinh tế bào bị đông tụ, màng tế bào bị phá huỷ làm tính bán thẩm thấu, khơng khí nước gian bào ngồilàm cho cấu trúc toàn khối trở nên chặt, mềm Biến đổi cảm quan: Thay đổi màu sắc: Đun nóng dẫn đến thay đổi màu sắc vật liẹu nhiều nguyên nhân khác Có nhờ đun nóng mà màu sắc vật liệu tốt lên giữ màu tự nhiên ban đầu Đó trường hợp chần rau (nhiệt độ chần làm hoạt tính enzim phân huỷ chất tạo màu như: poliphenoloxydaza, clorophilaza ) Đun nóng làm cho màu sản phẩm sunfit hố trở lại bình thường sau bị màu tác dụng H2SO3 Ngược lại trình đun nóng làm thay đổi màu tự nhiên sản phẩm tạo màu hồng nước chanh, cam, chuối hay màu nâu sẫm sản phẩm bột cà chua, bột ớt Thay đổi mùi vị: Nhiệt độ đun nóng dẫn đến thay đổi mùi vị theo hai chiều hướng khác nhautuỳ theo vật liệu Đối với sản phẩm trước đun nóng có chứa chất gây mùi, vị không tốt ( vị đắng măng, vị ngái đậu nành, mùi cá, thịt ) đun nóng làm mùi vị làm cho chất lượng sản phẩm tốt Cón sản phẩm có mùi vị tự nhiên tốt sau đun nhiều giảm mùi vị chất thơm chất gây vị tốt bay bị phân huỷ 2.1.3 Phương pháp thực hiện: Nguồn nhiệt: Nhiệt dùng để đun nóng tạo nhiều phương pháp khác từ nguồn nhiệt khác Có thể dùng nhiệt từ nguồn nhiệt trực tiếp như: khói lò, dòng điện, có dùng chất tải nhiệt trung gian như: nước, nước nhiệt, dầu khống, chất hữu có nhiệt độ sơi cao Ngồi người ta dùng nhiệt khí thải chất lỏng thải có nhiệt độ sơi cao Mỗi chất tải nhiệt có ưu điểm nhược điểm định, tùy trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn cho thích hợp Khi lựa chọn cần ý điều kiện quan trọng sau: - Nhiệt độ đun nóng khả điều chỉnh nhiệt độ ; - Áp suất bão hòa độ bền ảnh hưởng nhiệt độ ; - Độ độc tính hoạt động hóa học ; - Độ an tồn đun nóng (khơng cháy ,nổ v.v ); - Rẻ dể tìm Sơ lược phương pháp đun nóng - Đun nóng nước bão hòa : Phương pháp đun nóng nước bão hòa ứng dụng rộng rải cơng nghiệp hóa học , có ưu điểm sau: - Hệ số cấp nhiệt lớn - Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo đơn vị chất tải nhiệt ) lượng nhiệt tỏa ngưng tụ - Đun nóng đồng ngưng tụ toàn bề mặt truyền nhiệt nhiệt độ không đổi - Dể điều chỉnh nhiệt độ đun nóng cách điều chỉnh áp suất - Vận chuyển xa dể dàng theo đường ống Nhược điểm nước khơng thể đun nóng nhiệt độ cao, nhiệt độ tăng áp suất bão hòa tăng , đồng thời ẩn nhiệt bay giảm Ví dụ nước bão hòa 3500C, áp suất 180 at Ở 3740C (nhiệt độ tới hạn) áp suất 225 at ẩn nhiệt bay (r = 0) Do tăng nhiệt độ thiết bị phức tạp thêm , hiệu suất sử dụng nhiệt giảm Vì phương pháp đun nóng nước bão hòa sử dụng tốt trường hợp đun nóng khơng q 1800C - Đun nóng khói lò : Đun nóng khói lò dùng phổ biến , hoàn cảnh nước ta , phương pháp đạt nhiệt độ 10000C Khói lò tạo thành đốt cháy nhiên liệu rắn ,lỏng khí lò đốt Ưu điểm chủ yếu phương pháp đun nóng khói lò tạo nhiệt độ cao ,nhưng có nhiều nhược điểm : - Hệ số cấp nhiệt nhỏ (khơng q 100W/m2.độ ) thiết bị cồng kềnh - Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ nên đòi hỏi phải dùng lượng khói lớn để làm việc -Đun nóng khơng dược đồng khói lò vừa cấp nhiệt vừa nguội ; -Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dể có tượng nhiệt phận gây phản ứng phụ không cần thiết ; cháy ,dể bay khơng an tồn ; -Khói lò thường có bụi khí độc nhiên liệu (nhất nhiên liệu rắn) đun nóng gián tiếp bề mặt truyền nhiệt bị bám cặn , đun nóng trực tiếp bị hạn chế ; -Nếu đun nóng chất dể cháy ,dể bay khơng an tồn ; -Trong khói ln ln có lượng xi dư (nhất điều chỉnh nhiệt độ khói cách trộn thêm khơng khí ngồi trời ), nhiệt độ cao tiếp xuc với thiết bị ơxi hóa kim loại làm hỏng thiết bị ; -Hiệu suất sữ dụng nhiệt thấp, lớn 30 % - Đun nóng dòng điện : Đun nóng dòng điện tạo nhiệt độ cao (đến 3200C) mà phương pháp khác không thực được, điều chỉnh nhiệt độ dể xác, hiệu suất cao đạt đến 95% điện tiêu hao Nhưng đun nóng bằn dòng điện có nhược điểm thiết bị phức tạp giá thành cao chưa sử dụng rộng rải - Đun nóng chất tải nhiệt đặc biệt : Khi cần đun nóng nhiệt độ lớn 1800C người ta thường dùng chất tải đặc biệt :nước nhiệt , chất lỏng có nhiệt độ sơi cao áp suất bão hòa nhỏ ,khơng bị phân hủy nhiệt độ cao Các chất tải nhiệt hửu thường dùng điphênyl , ête dipheenyl, hổn hợp ơtecti điphênyl ête điphênyl, hỗn hợp muối, kim loại nóng chảy Thoạt tiên dùng khói lò dòng điện để đun nóng chất tải nhiệt, sau chất tải nhiệt trạng thái lỏng truyền nhiệt cho vật liệu cần đun nóng - Đun nóng khí thải chất lỏng thải: Đây phương pháp đun nóng tiết kiệm, tận dụng nhiệt tronh khí thỉa chất lỏng thải từ nhà máy, xí nghiệp mà nhiệt độ cao Đun nóng nước - Đun nóng nước trực tiếp Là phương pháp đun nóng cách cho nước sục thẳng vào lòng chất lỏng cần đun nóng Hơi nước ngưng tụ cấp ẩn nhiệt cho chất lỏng, nước ngưng tạo thành lại trộn lẫn với chất lỏng Hình 2.1 Thiết bị loại sục Thiết bị đơn giản để đun nóng nước trực tiếp thiết bị loại sục gồm bể chứa chất lỏng cần đun nóng ống Trên ống dẫn có đặt van để tạo cho trình làm việc tốt Van chiều dùng để ngăn không cho chất lỏng ngược trở lại 10 lồi nấm sống nơi khan nước tối thiểu phải đạt 15% Ở nhiệt độ -18oC, 86% lượng nước đóng băng, lại 14% không đủ cho vi sinh vật phát triển Vì để bảo quản thực phẩm lâu dài cần trì nhiệt độ kho lạnh -18oC Để bảo quản thực phẩm người ta có nhiều cách phơi, sấy khơ, đóng hộp, bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo quản lạnh có ưu điểm bật vì: - Hầu hết thực phẩm, nơng sản thích hợp với phương pháp - Việc thực bảo quản nhanh chóng hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ nhiều loại thực phẩm nơng sản - Bảo tồn tối đa thuộc tính tự nhiên thực phẩm, giữ gìn hương vị, màu sắc, vi lượng chất dinh dưỡng thực phẩm 5.3 Phương pháp thực trình làm lạnh, lạnh đông Thực phẩm trước đưa vào kho lạnh bảo quản, cần tiến hành xử lý lạnh để hạ nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu sau đánh bắt, giết mổ xuống nhiệt độ bảo quản Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm xử lý lạnh xử lý lạnh đông + Xử lý lạnh làm lạnh sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu Nhiệt độ phải nằm điểm đóng băng sản phẩm Đặc điểm sau xử lý lạnh, sản phẩm mềm, chưa bị hóa cứng đóng băng + Xử lý lạnh đơng kết đơng (làm lạnh đơng) sản phẩm Sản phẩm hồn tồn hóa cứng hầu dịch sản phẩm đóng băng Nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -8 oC, nhiệt độ bề mặt đạt từ -180C đến -12oC Xử lý lạnh đơng có phương pháp: Kết đơng hai pha: Thực phẩm nóng đầu tiêu làm lạnh từ 37 oC xuống khoảng 4oC sau đưa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -8oC Kết đông pha: Thực phẩm nóng đưa vào thiết bị kết đơng để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt -8oC Kết đơng pha có nhiều ưu điểm so với kết đơng pha tổng thời gian trình giảm, tổn hao khối lượng khơ ngót giảm nhiều, chi phí lạnh diện tích buồng lạnh giảm Đối với chế biến thịt thường sử dụng phương pháp pha Đối với hàng thủy sản phải qua khâu chế biến tích trữ kho chờ đông nên thực tế diễn pha Q trình làm lạnh cần cung cấp cơng từ bên ngồi để vận chuyển nhiệt lượng từ mơi trường có nhiệt độ thấp đến mơi trường có nhiệt độ cao Đây vấn đề mấu chốt mà thiết bị lạnh phải giải lẽ tự nhiên nhiệt di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp (như chuyện nước chảy từ xuống, để làm ngược lại, nghĩa cho nước chuyển động từ thấp lên cao ta phải cung cấp cho lượng lượng bơm cung cấp) Tương tự thế, máy lạnh, nhiệt lượng vận chuyển theo chiều ngược lại, từ mơi trường có nhiệt độ nhỏ mơi trường xung quanh Đoạn nhiệt thuật ngữ dùng để trường hợp mà chất môi giới môi trường khơng có trao đổi nhiệt Như vậy, hệ thống này, q trình hoạt động chất mơi giới hòan tồn khơng có q trình nhả nhiệt môi trường không nhận nhiệt từ môi trường Để đánh giá hiệu 35 máy làm lạnh người ta đưa khái niệm hệ số làm lạnh: tỷ số lượng nhiệt mà môi chất nhã Chất môi giới chất trung gian thực biến đổi chuyển tải lượng hệ thống lạnh Đây thành phần quan trọng thiếu máy làm lạnh Về ngun tắc ta gặp chất mơi giới trạng thái rắn, lỏng, khí Tuy nhiên hầu hết trường hợp, Ta thường gặp chất mơi giới trạng thái khí Trong q trình tính tóan tóan lạnh ta thường gặp khái niệm enthalpy Về mặt ý nghĩa vật lý, hầu hết trường hợp enthalpy mang ý nghĩa lượng Đơn vị enthalpy giống đơn vị nội dạng lượng khác Đối với máy lạnh, hệ số làm lạnh người ta đánh giá mức độ sinh lạnh hệ thống lạnh suất lạnh Năng suất lạnh lượng nhiệt mà hệ thống nhận vào từ môi trường cần làm lạnh đơn vị thời gian Đơn vị suất lạnh kj/h, kcal/h Btu/h hay kW Tác nhân lạnh, chất tải lạnh, môi trường lạnh Tác nhân lạnh Tác nhân lạnh chất môi giới thiếu máy làm lạnh, chất khiết có đặc tính nhiệt động tính chất lý hóa thích hợp Các tác nhân lạnh cần thỏa yêu cầu sau: -Không dễ cháy nổ, không gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người -Khơng ăn mòn kim lọai vật liệu khác hệ thống lạnh, có tính bền vững hóa học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc -Nên có mùi màu sắc đặc trưng để dễ phát bị rò rĩ, khơng nên dẫn điện để sử dụng máy nén kín nửa kín -Có khả tan nước để tránh tượng đóng băng gây tắc nghẽn hệ thống -Nên có khả hòa tan dầu bơi trơn mức độ hợp lý -Rẽ tiền, dễ kiếm, vận chuyển bảo quản dễ dàng -Áp suất tương ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh không cao để khơng gây khó khăn tốn thiết kế thiết bị liên quan hệ thống -Áp suất tương ứng với q trình sơi thiết bị bay không nên nhỏ Năng suất lạnh riêng thể tích lớn tốt, thiết bị hệ thống gọn nhẹ -Ẩn nhiệt hóa lớn làm cho lượng tác nhân lạnh làm việc hệ thống giảm -Độ nhớt động học nên nhỏ để giảm bớt tổn thất áp suất đường ống van -Hệ số dẫn nhiệt hệ số tỏa nhiệt đối lưu lớn tốt Nhiệt dung riêng thể lỏng nên có giá trị nhỏ để giảm lượng nhiệt cần thiết cần thực trình lạnh sau ngưng tụ Nhiệt độ động đặc phải thấp nhiệt độ bay đáng kể nhiệt độ tới hạn phải khác xa nhiệt độ ngưng tụ Nguyên tắc ghi công thức fréon fréon dẫn xuất halogen hydrocacbon no (C nH2n + 2) nguyên tử H thay hoàn toàn phần nguyên tử clo, brôm flo Công thức tổng quát fréon có dạng: Cn Hx Fy Clz Bru Trong đó: x + y + z + u = 2n + 36 Trong kỹ thuật người ta kí hiệu fréon F-N hay R-N (như R-11 F-11) Chỉ số F hay R fréon N để chất gốc dẫn xuất số nguyên tử fréon, gồm chữ số Một hai chữ số để từ bên trái sang dẫn xuất gốc Số nguyên tử flo cứa fréon ghi phía bên phải số dầu, khơng có ghi số Số nguyên tử clo ghi vào cho đủ hóa trị hydro hdrocacbon no Khi fréon có chứa ngun tử brơm viết chữ Br sau chữ số cuối số nguyên tử brơm có chứa fréon Đặc tính số tác nhân lạnh Amoniac NH3: sử dụng nhiều máy lạnh có máy nén lạnh pittơng Amoniac có số đặc tính kỹ thuật quan trọng sau: Nhiệt độ đóng băng -750C Thể tích riêng vùng nhiệt độ bay tương đối nhỏ nên giảm kích thước máy nén, đặc biệt máy nén pittông Có mùi hắc khó chịu nên dễ dàng phát bị rò rĩ Ít tan dầu bơi trơn nên ảnh hưởng đến q trình bơi trơn chất lượng tác nhân, khơng có tác dụng ăn mòn thép, lẫn nước ăn mòn kẽm, đồng thau hợp kim đồng khác Nhược điểm amoniac độc hại sức khỏe người, với nồng độ định bắt lửa, gây cháy nổ, khơng an tồn R-11: có đặc điểm sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sơi R-11 23,70C Tính bền vững hóa học khơng cao, khơng tan nước có khả tan dầu, khơng ăn mòn kim loại Thích hợp cho bơm nhiệt thiết bị điều tiết khơng khí R-12: có tính chất sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi R-22 -29,80C Không gây cháy nổ, không độc hại thể người, khơng ăn mòn kim loại khơng dẫn điện Nhiệt độ cuối tầm nén thấp Vận hành bảo quản dễ dàng Nhược điểm R-12 là: suất lạnh riêng khối lượng tương đối bé, khối lượng tác nhân lạnh nạp vào hệ thống nhiều R-12 thích hợp hệ thống lạnh có suất lạnh nhỏ Năng suất lạnh riêng thể tích nhỏ, hệ thống làm việc với R-12 thường cồng kềnh Tính chất trao đổi nhiệt hệ số tỏa nhiệt sôi ngưng bé Độ nhớt động học cao nên tổn thất áp suất đường ống tương đối lớn Hoàn tồn khơng hòa tan nước Có khả hòa tan dầu cao Chính điều lại dễ dàng dễ phát bị rò rĩ chổ rò rĩ có vết dầu xuất R-22: Có tính chất sau: Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sôi R-22 - 40,80C 37 Năng suất lạnh riêng thể tích lớn 1,6 lần so với R-12 Do nạp fréon 22 vào máy nén sử dụng fréon 12 để gia tăng suất lạnh công suất động độ bền máy cho phép Khả trao đổi nhiệt lớn 1,3 lần so với R-12 Mức độ hòa tan với nước cao khoảng lần so với R-12, giảm bớt nguy bị tắc ẩm, bền mặt hóa học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc Nhược điểm R22: tính hòa tan dầu hạn chế nên gây khó khăn cho việc bơi trơn Trong khoảng nhiệt độ -200 đến -400C gần hồn tồn khơng hòa tan dầu Do tránh hoạt động nhiệt độ Có khả làm trương phồng cao su nên phải dùng loại đệm chuyên dùng để bích kín Chất tải lạnh Trong kỹ thuật lạnh, muốn tải lạnh từ nơi phát sinh tới nơi tiêu thụ phải sử dụng nhữnh chất tải lạnh Chất lạnh dạng (khí), lỏng rắn Trong trình làm việc, chất tải lạnh biến đổi enthalpy mà không biến đổi pha Những yêu cầu chất tải lạnh: - Nhiệt độ đóng băng thấp, độ nhớt nhỏ để giảm tổn thất thủy lực đường ống - Nhiệt dung riêng lớn để giảm lưu lượng chất tải lạnh - Kém ăn mòn kim loại màu kim loại đen, bền vững hóa học điều kiện làm việc Khơng độc, khơng gây cháy nổ bắt lửa - Dễ kiếm, dễ bảo quản, rẻ tiền dễ vận hành Môi trường lạnh Là chất tiếp xúc hay bao quanh vật phẩm làm lạnh Trong trình làm lạnh ổn định nhiệt độ mơi trường lạnh phải ổn định, không đổi Môi trường làm lạnh thường khơng khí, nước, dung dịch muối , … 5.4 Thiết bị làm lạnh 5.4.1 Phân loại thiết bị làm lạnh Theo định luật nhiệt động học, trao đổi nhiệt từ vật có thiệt độ thấp đến vật có nhiệt độ cao q trình giảm entropi S, nghĩa khơng thể tự xảy Để thực trình cần thiết phải kết hợp với q trình làm tăng entropi (tiêu hao cơng) để bù vào giảm S Để thu nhiệt từ nguồn nhiệt độ thấp truyền nhiệt cho nguồn có nhiệt độ cao cần có chất làm tác nhân lạnh Nguyên tắc trình lạnh: 1-2: Nén đoạn nhiệt tác nhân lạnh, nhiệt độ thay đổi từ To đến T1 tiêu hao công L1 2-3: Ngưng tụ đẳng nhiệt tác nhân lạnh, nhiệt lượng tỏa môi trường xung quanh (nước khơng khí) lượng nhiệt Q 3-4: Giãn đoạn nhiệt lỏng tác nhân lạnh, nhiệt độ cuối To, sinh công Lo 4-1: Bay lỏng tác nhân lạnh, thu lượng nhiệt nguồn lạnh Qo 38 Hình 5.1 Nguyên tắc trình lạnh Ta thấy tác nhân lạnh bay thu nhiệt nguồn lạnh (vật cần làm lạnh), tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa nhiệt cho nguồn nóng Lượng nhiệt tác nhân lạnh thu vào từ nguồn lạnh gọi suất máy lạnh 5.4.2 Nguyên lý cấu tạo thiết bị làm lạnh Chu trình máy lạnh nén Chu trình cấp ammoniac Cấu tạo: MN – máy nén; NT – ngưng tụ; TL – van tiết lưu; BH – bình bay Hình 5.2 Chu trình cấp ammoniac a) Sơ đồ thiết bị đơn giản chu trình máy lạnh cấp sử dụng cho mơi chất NH3 b) Chu trình biểu diễn đồ thị T – S c) Chu trình biểu diễn đồ thị Logp-h Nguyên lý hoạt động: Hơi môi chất sinh thiết bị bay máy nén hút nến lên áp suất cao vào bình ngưng tụ Ở bình ngưng mơi chất thải nhiệt ngưng tụ thành lỏng Lỏng có áp suất cao qua van tiết lưu vào bình bay Tại bình bay hơi, lỏng mơi chất sơi áp suất thấp nhiệt độ thấp thu nhiệt môi trường lạnh Hơi hút máy nén, vòng tuần hồn mơi chất khép kín Sự thay đổi trạng thái mơi chất chu trình: 1-1’: Quá nhiệt hút 1-2: Nén đoạn nhiệt từ áp suất thấp po lên áp suất cao Pk S1 = S2 2-2’: Làm mát đẳng áp môi chất từ trạng thái nhiệt xuống trạng thái bão hòa 2’-3’: Ngưng tụ mơi chất đẳng áp đẳng nhiệt 3’-3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp 3-4: Quá trình tiết lưu đẳng entanpi van tiết lưu h3 = h4 4-1’: Quá trình bay đẳng áp đẳng nhiệt po = const, to = const 39 Chu trình hai cấp nén, bình trung gian có ống xoắn Cấu tạo: BH – bình bay hơi; NHA – máy nén hạ áp; NCA –máy nén cao áp; NT – bình trung gian Hình 5.3: Chu trình hai cấp nén bình trung gian có ống xoắn Ngun lý hoạt động: Hơi mơi chất lạnh hình thành bình bay máy nén hạ áp hút vào nén từ trạng thái có áp suất po nhiệt độ to lên trạng thái có áp suất ptg nhiệt độ t2, sau vào bình trung gian BTG, làm mát xuống trạng thái bão hòa (làm mát hồn tồn) Hơi trạng thái máy nén cao áp NCA hút nén lên trạng thái có áp suất ngưng tụ pk nhiệt độ cao t4, đẩy vào thiết bị ngưng tụ, thải nhiệt ngưng tụ thành lỏng cao áp, phần lỏng qua van tiết lưu VTL1 vào bình trung gian nhằm làm mát nóng trạng thái xuống trạng thái bão hòa 3, phần lỏng làm q lạnh ống xoắn bình trung gian sau qua van tiết lưu vào bình bay Tại lớp môi chất bay thu nhiệt mơi trường Hơi hình máy nén hạ áp hút về, Như vòng tuần hồn mơi chất lạnh khép kín Các q trình chu trình: 1’-1: Quá trình hút 1-2: Nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ po lên ptg 2-3: Làm mát nhiệt hạ áp xuống đường bão hòa x=1 3-4: Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk 4-5: Làm mát ngưng tụ lạnh lỏng bình ngưng 5-6: Quá trinh lỏng đẳng áp bình trung gian 6-10: Tiết lưu từ áp suất pk xuống po 10-1’: Bay thu nhiệt môi trường lạnh Thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống lạnh Nhiệm vụ: -Thiết bị trao đổi nhiệt máy lạnh theo chức chia làm hai nhóm: thiết bị thiết bị phụ Nhiệm vụ chủ yếu thiết bị trao đổi nhiệt truyền nhiệt truyền nhiệt từ chất cho chất khác thông qua bề mặt ngăn cách cách tiếp xúc trực tiếp Các loại bình ngưng dàn bay thiết bị trao đổi nhiệt bắt buộc phải có máy lạnh, nên chúng thiết bị 40 Thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ thiết bị để biến môi chất lạnh có áp suất nhiệt độ cao sau trình nén thành trạng thái lỏng Hơi vào thiết bị nhiệt trước tiên phải làm lạnh đến nhiệt độ bão hòa, đến trình ngưng tụ, sau bị lạnh vài độ trước khỏi bình ngưng Yêu cầu với thiết bị: Thanh chóng tách tác nhân lạnh ngưng tụ khỏi bề mặt truyền nhiệt Tách khơng khí loại khí khơng ngưng tốt Tách dầu khỏi bình ngưng NH3 Làm cáu bẩn phía nước giải nhiệt khơng khí giải nhiệt bùn, đất, canxi, bụi, sét rỉ… Phân loại thiết bị ngưng tụ Dựa vào môi trường giữ nhiệt mà phân thành - Thiết bị ngưng tụ làm mát nước - Thiết bị ngưng tụ làm mát không khí - Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp Trong hệ thống lạnh trung bình lớn thường sử dụng thiết bị ngưng tụ làm mát nước kiểu kết hợp Nước làm mát sử dụng lần tuần hoàn Thiết bị bay Đặc điểm: Thiết bị bay thiết bị trao đổi nhiệt mà lỏng tác nhân sau qua van tiết lưu thực trình bay để thu nhiệt môi trường cần làm lạnh Môi trường khơng khí lỏng Phân loại thiết bị bay hơi: Dựa vào tính chất mơi trường làm lạnh + Thiết bị bay làm lạnh chất tải lạnh lỏng (nước, dung dịch nước muối, dung dịch rượu…) + Thiết bị bay làm lạnh không khí Trong loại chia thành nhóm: dàn lạnh khơng khí đối lưu tự nhiên (dàn lạnh tĩnh) dàn lạnh khơng khí đối lưu cưỡng (dàn lạnh quạt) Dựa theo mức độ chốn chỗ mơi chất lạnh lỏng thiết bị: + Thiết bị bay kiểu ngập: chất lạnh lỏng bao phủ toàn bề mặt trao đổi nhiệt (thường loại cấp lỏng từ lên) + Thiết bị bay kiểu không ngập: chất lạnh lỏng khơng bao phủ tồn bề mặt trao đổi nhiệt Mỗi phần bề mặt trao đổi nhiệt dùng để nhiệt hút máy nén 5.4.3 Tính cân nhiệt vật liệu Tính tốn số thơng số quan trọng cho máy lạnh Xét chu trình lạnh cấp Cơng cần cung cấp cho chu trình: A = G0 (i2 - i1’), kj/h 40 Nhiệt lượng mà tác nhân lạnh nhận qua bình bốc (năng suất lạnh  riêng) q0 = i1’ - i5 Năng suất lạnh tác nhân 41 Q0 = G0 (i1’ - i5 ) Nhiệt tải thiết bị ngưng tụ Qc = G0 ( i2 - i4 ) 5.5 Ứng dụng trình làm lạnh, lạnh đông vào số sản phẩm Lạnh đông thực phẩm Sau kết đơng, sản phẩm đóng gói bảo quản kho lạnh chế biến nhiệt độ từ -24 đến -300C Sau chúng đưa đến kho lạnh bảo quản xe lạnh đông Từ kho lạnh bảo quản chúng xe lạnh đưa đến kho lạnh phân phối từ chúng lại xe lạnh đưa tới siêu thị, nhà hàng, … Sản xuất kem cơng nghiệp Đối với qui trình sản xuất kem vấn đề lạnh khâu quan trọng Sau cân, đo, chuẩn bị nguyên liệu xong chúng hạ nhiệt độ xuống khoảng đến 0C trước đưa vào bồn ủ cho chín tới Trong máy lạnh đơng, hỗn hợp nhào trộn kết đông đồng thời nhiệt độ giảm đến -5 0C Tiếp theo hỗn hợp đưa rót vào bì, đóng gói mang kết đông, nhiệt độ kem lúc khoảng -8 -200 C Sản xuất bia Trong trình sản xuất bia, có nhiều cơng đoạn phải cần nhiệt độ thấp.Trong phần xét đến ứng dụng lạnh trình lên men bia Trong q trình lên men, đường chuyển hóa chủ yếu thành rượu CO đồng thời toả lượng nhiệt lên men Nhiệt lên men thải ngồi qua dàn lạnh khơng khí phòng, thải trực tiếp qua dàn ống xoắn bố trí bể lên men áo tăng có nước lạnh, nước muối lạnh glycol nhiệt độ khoảng -3 0C Tủ lạnh gia đình Tủ lạnh gia đình dùng để bảo quản ngắn hạn thực phẩm thức ăn dễ bị ôi thiu hư hỏng hàng ngày gia đình Trong giàn bay hơi, mơi chất lạnh sôi áp suất thấp nhiệt độ thấp để thu nhiệt môi trường cần làm lạnh Hơi sinh từ dàn bay máy nén hút về, nén lên áp suất cao đẩy dàn ngưng tụ Ở dàn ngưng nóng thải nhiệt môi trường ngưng lại thành lỏng Lỏng chảy qua ống mao để vào dàn bay Do tiết diện ống mao nhỏ nên gây tượng tiết lưu cho lỏng chảy qua Lỏng biến đổi từ áp suất cao, nhiệt độ cao sang áp suất thấp nhiệt độ thấp Sản xuất đá công nghiệp Thông thường thời gian để sản xuất mẻ đá vào khỏang 18 - 24h Khi đá đạt yêu cầu, linh đá lấy lên nhờ tời điện Các linh đá ln bị dồn phía trước nên phía sau trống chổ, linh đá vừa tháo tiếp tục cho quay đầu lại chổ cho chổ trống vừa tạo Điều hòa khơng khí Điều hòa khơng khí hiểu làm lạnh khơng khí điều kiện nhiệt độ khơng khí cao hệ thống lạnh quan trọng điều hòa khơng khí 42 BÀI 6: CHẦN, HẤP, CHIÊN, NƯỚNG, SAO RANG 6.1 Bản chất mục đích phạm vi thực Trong trình chế biến đồ hộp, nhiều loại nguyên liệu chế biến sơ học, trước cho vào bao bì xử lý nhiệt Người ta nhúng nguyên liệu vào nước hay dung dịch, hay xử lý nguyên liệu nước, tùy theo tính chất nguyên liệu yêu cầu chế biến, nhiệt độ 75 – 100 độ C, thời gian - 15 phút - Chần: q trình nhúng ngun liệu vào nước nóng hay vào dung dịch nóng muối ăn, đường, axit… - Hấp: Là trình xử lý nguyên liệu nước bảo hòa * Mục đích q trình chần, hấp Tùy theo loại nguyên liệu mục đích sản xuất mà mục tiêu q trình khác nhau, tóm tắt mục đích chủ yếu sau: + Đình q trình sinh hóa ngun liệu, đình tiêu diệt hệ Enzim, đặc biệt enzim oxy hóa gây tượng làm đen sản phẩm tạo nên flobafen xúc tác enzim oxy hóa khử như: feroxydaza polyfenoloxydaza + Tiêu diệt vi sinh vật có nguyên liệu hay sản phẩm để hạn chế biến đổi có hại xảy q trình chế biến + Làm thay đổi tính chất - hóa - lý nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho q trình chế biến: Ví dụ: - Protopectin chuyển thành pectin hòa tan tạo điều kiện dễ dàng bóc vỏ loại củ - Trong sản xuất chè pectin hòa tan lại làm tăng chất lượng nước trà - Protid nguyên liệu thịt cá bị đông tụ làm cho sản phẩm rắn, chắc, lại, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình cơng nghệ - Đối với ngun liệu thực vật, protit nguyên sinh chất bị biến tính làm tăng tính thẩm thấu màng tế bào, ép nước rau dịch chiết dễ dàng ngược lại chất hòa tan dễ ngấm vào cần thiết như: sản xuất mức quả, dầm dấm… - Đối với nguyên liệu chứa nhiều tinh bột đậu, ngô khơ…có khả hút nước mạnh chần, thể tích nguyên liệu tăng lên trương nở, không hút nước cốt nhiều đồ hộp, đảm bảo tỷ lệ nước theo quy định, đồng thời tránh tượng biến dạng hộp nguyên liệu trương nở sau ghép kín trùng - Làm cho nguyên liệu thực vật mềm ra, bớt giòn dễ dàng cho q trình vò, chà, xát,…giảm phế liệu + Đuổi bớt khơng khí có gian bào ngun liệu, tránh tượng: - Tạo thành nhiều bọt q trình đặc bốc - Tránh phồng hộp trùng khơng khí hộp gây - Tránh oxy hóa tiếp tục, chất dinh dưỡng sản phẩm + Làm cho ngun liệu có màu sắc thích hợp + Loại trừ số mùi vị khơng thích hợp chất dễ bay hơi, có mùi khó chịu hay vị đắng, thường hợp chất có chứa lưu huỳnh có củ cải, cà tím, măng, da gà vịt, 43 v.v…Chần làm giảm vị đắng măng vị cay ớt Chiên làm chín sản phẩm nhiều mặt ngập dầu mỡ thường dùng cơng nghiệp * Mục đích trình chiên rán: - Làm tăng giá trị dinh dưỡng sản phẩm: giảm lượng ẩm sản phẩm đồng thời tăng hàm lượng chất khô dầu mỡ cho sản phẩm - Làm tăng giá trị cảm quan sản phẩm: sản phẩm sau rán chiên có màu sắc đẹp, săn chắc, dòn, có mùi thơm dễ chịu - Tiêu diệt Enzim vi sinh vật sản phẩm, rán chiên thực nhiệt độ cao từ 120 - 170oC nên chúng bị tiêu diệt hoàn toàn 6.2 Biến đổi vật liệu trình chần, hấp, chiên, nướng, rang * Yêu cầu kỹ thuật trình chần, hấp - Tùy theo yêu cầu chế biến tính chất nguyên liệu mà nhiệt độ trình nằm khoảng 65-1000C thời gian từ 03-25 phút - Nếu nhiệt độ cao, thời gian dài làm cho nguyên liệu bị nhũn gây tổn thất nhiều chất khô chất dinh dưỡng - Đối với rau xanh để giữ màu clorofin ổn định khơng bị chuyển hóa thành fiofitin (màu vàng) bò9 tác dụng nhiệt độ cao thường người ta chần t0 = 760C vài phút, có nhiều giả thiết thực nghiệm cho clorofin ổn định khơng bị oxy hóa nhiệt độ (760C) - Để khống chế thời gian chần người ta nên đưa nguyên liệu vào thiết bị hấp dung dịch chần đạt nhiệt độ chần hấp, làm nguội nguyên liệu sau chần Rán chiên khâu quan trọng trình chế biến số mặt hàng đồ hộp thức ăn sẵn từ thịt cá, mì ăn liền … Rán làm chín sản phẩm mặt dầu mỡ, thường thực phương pháp thủ công, suất nhỏ * Những biến đổi nguyên liệu rán chiên: Nguyên liệu đưa vào rán chiên thường gồm: rau cà tím, chuối, thịt, cá, sản phẩm từ bột nhão: mì ăn liền, loại bánh từ bột ngô, khoai, + Đối với rau quả: Khơng khí nước trong gian bào nguyên vật liệu thoát làm cho thể tích nguyên liệu giảm Protid rau, bị biến tính nhiệt độ 60 - 65oC nên khả giữ ẩm Dưới tác dụng nhiệt độ cao gây tổn thất chất khô vitamin Đồng thời với q trình khí ẩm nguyên liệu, dầu rán thấm vào nguyên liệu làm tăng giá trị sản phẩm (tăng chất béo cho sản phẩm) Về biến đổi hoá học: Đường nguyên liệu bị caramen hóa làm cho sản phẩm có màu vàng nâu Protopectin chuyển thành pectin hòa tan, clorofin chuyển thành fiofitin làm cho nguyên liệu có màu vàng, nguyên liệu rán chiên có màu carotenoic màu hòa tan vào dầu rán chiên + Đối với thịt, cá: Protid bị biến tính từ nhiệt độ 60 - 65oC đến 90 - 95oC biến tính hồn khả giữ nước làm cho thịt, cá co lại săn Mặt khác protid biến tính nhiệt độ cao thường 44 làm đứt liên kết lưu huỳnh nhóm amin tạo H2S NH3 Phản ứng caramen hóa xảy mạnh đặc biệt thịt cá có tẩm bột trước rán chiên, làm cho sản phẩm có mùi thơm màu sắc vàng đẹp Tong thịt cá có mơ liên kết colagen nhiệt độ 600C khơng bị đơng tụ mag hút nước mạnh làm cho nguyên liệu mền, bỡ độ cứng học cần thiết Vì rán thịt cá khơng kéo dài nhiệt độ 600C mà phải tiến hành nhanh nhiệt độ cao + Đối với sản phẩm từ bột: Các sản phẩm thành phần chủ yếu tinh bột nên q trình hồ hóa tinh bột, q trình caramen hóa tạo cho sản phẩm có màu vàng rơm Các sản phẩm từ bột có khả thấm dầu q trình rán chiên nhiều so với rau thịt cá * Những biến đổi dầu trình rán chiên: Chiên rán thường tiến hành nhiệt độ 1200C đến 1700C nên dầu chiên thường có biến đổi sau: + Biến đổi lý học: Dầu bị thủy phân làm cho số axit dầu tăng Glyxerin sản phẩm thủy phân dầu bị oxy hóa tạo thành acrolein chất độc thể người, phải làm khí tốt lò rán chiên Trong q trình rán chiên dầu bị khét tích tụ peroxit, andehyd, axeton… chất dễ bay nên ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Sự biến đổi dầu ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm rán chiên, dầu chiên vượt qua các tiêu cho phép cần phải thay dầu thiết bị chiên Độ axit trước chiên từ 0,2-0,4%, chiên đảm bảo khoảng 1-3% vượt 4% phải thay dầu Yêu cầu dầu chiên rán: có mùi đặc trưng dầu, khơng có mùi khét, màu sắc sáng, khơng có cặn, độ ẩm chất bay Hiện nay, biện pháp chủ yếu để chống tượng hư hỏng dầu rán trì dầu rán lò rán với thời gian ngắn Người ta chống oxy hóa dầu cách cho chất chống oxy hóa vào dầu rán 6.3 Phương pháp thực chần, hấp, chiên, nướng, rang * Phương pháp thực trình chần, hấp - Chần nguyên liệu nước nóng làm tổn thất nhiều chất khô chất dinh dưỡng Để khắc phục nhược điểm người ta thường chần dung dịch axit hay muối ăn với nồng độ thích hợp - Hấp nguyên liệu nước giảm tổn thất chất khơ chất dinh dưỡng, lượng nước ngưng tụ tiếp xúc với nguyên liệu nhiều so với phương pháp chần Vì phương pháp hấp phương pháp tốt để làm chín làm chín sơ nhiệt Tuy nhiên, tùy theo điều kiện yêu cầu ngun liệu Ví dụ: ngơ đậu khơ dùng chế biến đồ hộp người ta thường chần để nguyên liệu hút nước trương nở - Khi chần nguyên liệu nước nóng, dung dịch muối ăn hay axit người ta thường dùng loại thùng hay nồi nấu nước sôi suất nhỏ Nồi thường cấu tạo inox sắt tráng men để chống tác dụng ăn mòn muối ăn axit Còn suất lớn dùng máy chần có băng tải làm việc liên tục 45 - Quá trình hấp thường tiến hành nồi vỏ dùng nước bảo hòa, suất nhỏ - Người ta dùng máy hấp dùng băng tải máy hấp xoắn làm việc liên tục suất lớn Đối với thiết bị dung nước bảo hòa thường có áp lực từ 3-5 atm Vì phải có áp kế, vanh xả khí khơng ngưng cốc thoát nước ngưng để đảm bảo an toàn tiết kiệm lượng tiêu tốn Các máy hấp dạng băng tải thường dùng để hấp loại rau với suất từ 0,5…2 t/h Loại máy hấp xoắn thường dùng với nguyên liệu cắt nhỏ Bản xoắn có tác dụng vận chuyển nguyên liệu Các loại máy hấp làm việc thường có phận làm ngội nguyên liệu khỏi máy hấp để khống chế thời gian hấp thích hợp * Về kỹ thuật chiên Tùy theo loại nguyên liệu mà người ta khống chế nhiệt độ thời gian chiên khác nhau: - Đối với rau, quả, nhiệt độ chiên giai đoạn đầu thường 1200C giai đoạn cuối từ 1250C…1400C - Đối với thịt cá giai đoạn đầu 1500C…1600C giai đoạn cuối 1600C…1700C - Đối với sản phẩm từ bột nhào giai đoạn đầu 1300C…1400C giai đoạn cuối 1500C… 1600C Thời gian chiên phụ thuộc vào nhiệt độ chiên, thành phần tính chất nguyên liệu… thường thời gian chiên từ 05-20 phút Các giai đọan chiên: Giai đọan tvật liêu< tdầu (Dầu thấm vào, chưa biến đổi hình dáng) Giai đọan Thay đổi cấu trúc, thể tích tăng, dầu thấm mạnh, thể tích tế bàogiảm thể tích khỏang trống tế bào tăng vào cuối giai đọan Giai đoạn Bay nước ạt, sp teo lại, tổ chức tế bào bị phá hủy, dầu thấm nhiều 6.4 Thiết bị chần, hấp, chiên, nướng, rang 6.4.1 Thiết bị chần, hấp Thiết bị chần, hấp trục xoắn Cấu tạo: Cửa vào nguyên liệu 1, cửa nguyên liệu 2, trục xoắn rỗng 3, đường ống cấp 4, đường ống cấp nước, dung dịch 5; phần truyền động Nguyên tắc làm việc Nguyên liệu cần chần vào phễu nhận nhờ trục xoắn chuyển dần đến cửa tháo Trục xoắn rỗng có đục lỗ, chuyển động nhờ hệ thống truyền động Nước dung dịch chần cấp vào theo đường ống Hơi cấp vào theo đường ống trục xoắn thoát qua lỗ trục đun nóng trực tiếp dung dịch chần Thiết bị làm việc liên tục, áp suất thường 46 Hình 6.1 Thiết bị chần hấp kiểu trục xoắn Thiết bị chần băng tải Cấu tạo: cửa nguyên liệu vào 1; băng tải 2; thùng chần ; ống 4; vòi nước rửa 5; cửa nguyên liệu 6; đường cấp nước 7; đường nước xả Nguyên tắc làm việc: Nguyên liệu vào cửa nạp vận chuyển băng tải thùng chần có chứa nước nóng dung dịch chần nóng Băng tải cấu tạo dây xích truyền động có gắn kim loại ghép có gờ ngang để giữ sản phẩm, lưới sắt hay gàu chứa vật liệu Thùng chần làm kim loại có nắp mở cần thiết Dung dịch hay nước chần đun nóng nhờ ống phun đặt hai nhánh băng tải Vật liệu sau chần làm nguội rửa nhờ hệ thống vòi rửa Sản phẩm sau chần máng 6, thường máng có độ nghiêng 40o Nước vào thiết bị theo đường cấp 7, cần mở xả nước dung dịch khỏi thiết bị theo đường Hình 6.2 Thiết bị chần kiểu băng tải Thiết bị chần kiểu thùng quay Dùng để chần loại nguyên liệu có kích thước nhỏ thời gian chần tương đối lâu Cấu tạo: thùng quay 1; kim loại 2; bánh xe đỡ 3; trục quay phụ 4; thùng chần 5; ống phun Nguyên tắc làm việc: Vật liệu vào thùng quay làm thép lá, bề mặt có đục lỗ đường kinish 3-4 mm, bên thùng có gắn kim loại theo hình xoắn ốc từ đầu đến cuối thùng để chuyển vật liệu từ đầu đến cuối thiết bị, thùng quay đặt bánh xe đỡ quay nhờ trục quay phụ Thùng quay đặt thùng chần bọc ngoài, chứa nước dung dịch chần đun nóng nhờ hệ thống phun đặt phía 47 Hình 6.3 Thiết bị chần kiểu thùng quay Thiết bị hấp kiểu băng tải Cấu tạo: phận gạt 1; hệ thống ống 2; buồng hấp 3; ống thoát 4; ống thổi khơng khí lạnh 5; buồng làm lạnh 6; băng chuyền làm nguội 7; máng chứa 8; giá đỡ 9; băng chuyền hấp nguyên liệu 10 Nguyên tắc làm việc: Vật liệu nhờ phận gạt để phân bố băng chuyền 10 đặt buồng hấp Hơi nước phun vào phòng qua hệ thống phun ẩm thoát ống Sau khỏi phòng hấp sản phẩm rơi xuống băng chuyền vào phòng làm nguội 6, khơng khí lạnh thổi vào qua hệ thống ống nhờ quạt ly tâm, sau vào máng chứa Thường vận tốc băng chuyền đạt 2m/ phút; thời gian hấp khoảng phút Hình 6.4 Sơ đồ máy hấp 6.4.2 Thiết bị chiên, rán Thiết bị chiên, rán liên tục, dùng hơi, kiểu băng chuyền Cấu tạo: thùng rán 1; băng chuyền dây xích 2; nắp chop 3; phận làm nguội 4; tiếp nhận nguyên liệu 5; buồng sản phẩm 6; bổ sung dầu phao 7; van xả 8; đường cấp 9; phận thổi khơng khí lạnh 10 Thiêt bị có dạng hình chữ nhận, đáy hình chop, chiều dài thùng L = 2,5 đến 11mm, chiều rộng 0,8-2m; cao 0,8 đến 1m Để tiết kiệm giữ chất lượng dầu rán, thiết bị thường có lớp gối nước, phía lớp dầu Cần ý lớp gối nước không tiếp xúc với phân đun nóng để tránh tượng sơi nước Khoảng cách lớp dầu nước cách ống truyền nhiệt 15-20 cm; nhiệt độ lớp gối nước giữ < 60oC, cách cho nước luân lưu 48 Hình 6.5 Thiết bị chiên rán đốt kiểu băng chuyền Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu cấp vào bàn tiếp nhận đựng khay, giỏ móc vào hệ thống dây xích băng chuyền 2, vận chuyển vào thùng rán 1, sau đến buồng làm nguội nhờ hệ thống thổi khơng khí lạnh 10 Tại buồng làm nguội, ngun liệu vận chuyển dích dắc theo phương ngang thẳng đứng, sau tháo buồng sản phẩm Hơi đốt cấp theo đường ống vào giàn ống truyền nhiệt đặt lớp dầu, để điều chỉnh bổ sung lượng dầu trình rán nhờ phận bổ sung dầu phao Hình 6.6 Cơ cấu điều chỉnh mức dầu – nước 6.5 Ứng dụng trình chần, hấp, chiên, nướng, rang Quá trình chần, hấp ứng dụng để diệt men sản xuất chè xanh; chần loại rau, hạt chế biến rau đóng hộp… Q trình chiên sử dụng sản xuất snack, mì ăn liền,… Quá trình nướng sử dụng để sản xuất loại bánh bánh mì, bánh ngọt, bánh bích quy… Quá trình rang ứng dụng sản xuất sản phẩm từ hạt chế biến cà phê, ca cao… TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Văn Toản – Các q trình thiết bị cơng nghiệp hóa học thực phẩm Tập 3: Các trình thiết bị truyền nhiệt – NXB KH&KT Hà Nội – 2005 Nguyễn Văn May – Thiết bị truyền nhiệt truyền khối – NXB KH&KT HN – 2006 Nguyễn Xuân Phương, Nguyễn Văn Thoa – Cơ sở lý thuyết kỹ thuật sản xuất thực phẩm – NXB Giáo Dục – 2005 3.Lê Bạch Tuyết đồng nghiệp – Các q trình cơng nghệ sản xuất thực phẩm – NXB Giáo dục - 1996 Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên) – Công nghệ chế biến thực phẩm – NXB ĐH Quốc gia TP HCM 49 ... phương thức khác nhau: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt xạ nhiệt Hình 1.1: Các dạng truyền nhiệt 1.1 Các trình dẫn nhiệt (Conduction) 1.1.1 Khái niệm: Dẫn nhiệt trình truyền nhiệt từ phần tử đến phần...BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trong chế biến thực phẩm, trình sử dụng phổ biến q trình truyền nhiệt Ví dụ trình trùng, tiệt trùng, hấp, xào, nướng, rán, đặc, Truyền nhiệt q trình phức... Như có truyền nhiệt từ đầu có nhiệt độ cao đến đầu có nhiệt độ thấp Như truyền nhiệt thép "dẫn nhiệt" Hiện tượng dẫn nhiệt xảy chủ yếu chất rắn 1.1.2 Độ dẫn nhiệt: λ cho biết khả dẫn nhiệt vật