(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!
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CƠNG 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, một trong những q trình được sử dụng phổ biến đó là q trình truyền nhiệt. Ví dụ q trình thanh trùng, tiệt trùng, hấp, xào, nướng, rán, cơ đặc, Truyền nhiệt là một q trình phức tạp xảy ra đồng thời bởi nhiều phương thức khác nhau: dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt. Hình 1.1: Các dạng truyền nhiệt 1.1 Các q trình dẫn nhiệt (Conduction) 1.1.1 Khái niệm: Dẫn nhiệt là q trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau Các phần tử có nhiệt độ cao hơn, dao động mạnh hơn va chạm vào các phần tử lân cận, truyền cho chúng một phần động năng của mình và cứ như thế nhiệt năng được truyền đi mọi phía của vật thể Ví dụ: một thanh thép, một đầu có nhiệt độ cao, một đầu có nhiệt độ thấp. Như vậy có sự truyền nhiệt từ đầu có nhiệt độ cao đến đầu có nhiệt độ thấp. Như vậy sự truyền nhiệt trong thanh thép này là "dẫn nhiệt" Hiện tượng dẫn nhiệt xảy chủ yếu ở chất rắn 1.1.2 Độ dẫn nhiệt: λ cho biết khả năng dẫn nhiệt của vật liệu hay thực phẩm Độ dẫn nhiệt càng cao, vật liệu dẫn nhiệt càng mạnh, lượng nhiệt truyền càng lớn. Hệ số này phụ thuộc thành phần hóa học, cấu trúc, nhiệt độ, …của vật liệu. Độ dẫn nhiệt của chất lỏng và chất khí nhỏ hơn chất rắn rất nhiều Ở chất rắn, phần lớn độ dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng Ở chất lỏng, hầu hết độ dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng, trừ nước và glyxerin Độ dẫn nhiệt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng, ít 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 của một số vật liệu Độ dẫn nhiệt (W•m1•độ1) 0,6240 0,2430 0,2147 0,0979 0,2208 0,3716 Thành phần Nước Gluxit Protit Lipit Chất xơ Chất khoáng Khối lượng riêng (kg/m3) 1000 1590 1314 913 1301 2415 Bảng 1.2: Độ dẫn nhiệt của thực phẩm 1.1.3 Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng một lớp Phân phối nhiệt độ trong vách Ví dụ: Vách của một kho lạnh dài 12 m, cao 4m, được làm bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt là 0,045 W•m1•độ1, có chiều dầy là 20 cm. Nhiệt độ của mặt ngồi vách là 30 ºC, mặt trong vách là 10 ºC thì lượng nhiệt truyền qua vách mỗi giờ là 1555,2 kJ Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng nhiều lớp 1.1.4 Dẫn nhiệt qua vách trụ Trong cơng nghệ thực phẩm cũng như nhiều ngành cơng nghiệp khác, việc sử dụng các ống hình trụ để vận chuyển hay xử lý lưu chất rất phổ biến. Trong các q trình ấy, sự truyền nhiệt có thể xẩy ra. So với vách phẳng, q trình truyền nhiệt trong các vách hình trụ có những điểm đặc như chiều dài ống trụ rất lớn, có sự dẫn nhiệt từ vách trong ra vách ngồi ống, nhiệt độ của một điểm trong ống chỉ phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm ấy đến trục của ống Dẫn nhiệt ổn định qua vách trụ một lớp: Xét một ống trụ gồm hai mặt trụ đồng tâm nhau, có chiều dài lớn vơ cùng. Nhiệt độ của mặt trong và mặt ngồi ống lần lượt là T1 và T2 (giả sử T1 > T2), bán kính vách trong và vách ngồi lần lượt là r1 và r2. Vậy có sự dẫn nhiệt xẩy ra từ vách trong ra vách ngồi ống 1.2 Các q trình cấp nhiệt 1.2.1 Khái niệm: Nhiệt đối lưu là hiện tượng truyền nhiệt khi các phần tử chất lỏng và chất khí đổi chỗ cho nhau.Hiện tượng đổi chỗ của các phần tử chất lỏng và khí là do chúng có nhiệt độ khác nhau nên dẫn đến khối lượng riêng khác nhau. Q trình nhiệt đối lưu cịn được gọi là qt cấp nhiệt Các phần tử có nhiệt độ cao hơn thì khối lượng riêng bé hơn sẽ nổi lên trên để các phần tử có nhiệt độ thấp hơn thì khối lượng riêng lớn hơn sẽ chìm xuống Hình 1.2: Đối lưu trong một thùng được đốt nóng phía dưới + Đối lưu tự nhiên: Sự chuyển động xẩy ra một cách tự nhiên chỉ do sự chênh lệch nhiệt độ + Đối lưu cưỡng bức: do các tác động bên ngồi như bơm, quạt, khuấy… bắt các phần tử của mơi trường có nhiệt độ khác nhau đổi chỗ cho nhau Như vậy, nhiệt đối lưu chỉ xảy ra trong mơi trường lỏng hay khí, cịn q trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt các vật thể rắn với mơi trường xung quanh (lỏng, khí, hơi) gọi là q trình cấp nhiệt 1.2.2 Cơng thức Newton Cơng thức này giúp ta xác định lượng nhiệt truyền giữa khối lưu chất có nhiệt độ T fvà bề mặt có nhiệt độ Tw khi lưu chất và bề mặt tiếp xúc nhau. Cơng thức được trình bày dưới dạng : q = h (T w Tf) Trong cơng thức này : q là mật độ dịng nhiệt, đơn vị là W/m2, h là hệ số đối lưu nhiệt, đơn vị là W•m 2•độ 1 Cơng thức Newton đơn giản nhưng việc xác định hệ số h gặp nhiều khó khăn vì thơng số này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Để giải một bài tốn truyền nhiệt đối lưu, ta có thể theo những hướng sau : Lý thuyết : ta giải trực tiếp bài tốn bằng cách sử dụng các cơng thức, phương trình về cơ học, vật lý, nhiệt động, . . Các phương pháp theo hướng này cho ra kết quả có độ chính xác cao nhưng rất phức tạp, chỉ có thể áp dụng cho một vài trường hợp đơn giản Thực nghiệm : ta chế tạo các vật mẫu giống như các vật thể khảo sát, sau đó đem thử nghiệm và xử lý các kết quả đo đạc. Phương pháp này cho kết quả chính xác nhưng tốn kém và kết quả chỉ có giá trị cho vật thể đó thơi Dùng lý luận đồng dạng : Người ta tiến hành thử nghiệm trên các mơ hình đơn giản, sau đó xử lý kết quả đo đạc và trình bày kết quả dưới dạng những cơng thức. Và những cơng thức này có thể áp dụng cho những trường hợp cụ thể khi có sự "đồng dạng" với mơ hình. Điểm đặc biệt là những cơng thức ấy biểu thị mối quan hệ giữa các chỉ số đồng dạng 1.3 Các q trình bức xạ nhiệt (Radiation) 1.3.1 Khái niệm Bức xạ nhiệt là q trình truyền nhiệt bằng dạng sóng điện từ, tức là nhiệt năng biến thành tia bức xạ truyền đi, khi gặp các vật thể nào đó thì một phần năng lượng bức xạ sẽ bị vật thể đó hấp thụ, một phần phản chiếu lại và một phần xun qua vật thể Hình 1.3 Bức xạ nhiệt Trao đổi nhiệt dạng bức xạ là một dạng trao đổi cơ bản mà khơng cần có sự tiếp xúc trực tiếp (như đối lưu, dẫn nhiệt) giữa các vật tham gia trao đổi nhiệt và có ý nghĩa rất lớn trong kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật nhiệt độ cao Bức xạ và hấp thu nhiệt của các chất Mọi vật thể có nhiệt độ lớn hơn 0 oK đều có khả năng bức xạ năng lượng do q trình dao động điện từ ở bên trong các ngun tử, phân tử vật chất. Các dao động điện từ này được truyền trong khơng gian theo mọi hướng dưới dạng sóng điện từ. Hình 1.4 Tia bức xạ tới vật thể Trong kỹ thuật, người ta chỉ khảo sát những tia nhiệt bao gồm tia hồng ngoại và tia sáng trắng. Các tia nhiệt này truyền đi trong khơng gian và đập vào một vật khác, chúng bị hấp thu một phần hay tồn bộ biến thành năng lượng nhiệt. Như vậy, q trình trao đổi nhiệt bức xạ bao gồm hai lần biến đổi dạng năng lượng: biến đổi nội năng thành sóng điện từ ở vật phát và q trình biến đổi ngược lại ở vật thu. Hiệu quả của q trình bức xạ nhiệt khơng chỉ phụ thuộc và hiệu số nhiệt độ mà cịn phụ thuộc vào bản chất, trạng thái bề mặt, hình dạng, kích thước, của vật phát và vật thu Vật đen tuyệt đối, trắng tuyệt đối và trong tuyệt đối A: hệ số (khả năng) hấp thụ của vật thể R: hệ số (khả năng) phản xạ của vật thể D: khả năng khúc xạ của vật thể Nếu một vật có A = 1; R = D = 0 thì vật đó đen tuyệt đối Nếu một vật có D = 1; R = A = 0 thì vật đó trong tuyệt đối Nếu một vật có R = 1; A = D = 0 thì vật đó trắng tuyệt đối 1.3.2 Một số định luật về bức xạ Định luật Planck Định luật Planck cho ta biết quan hệ giữa cường độ bức xạ và những thơng số khác. Mối quan hệ này thể hiện qua cơng thức sau : Trong đó : Eoλ : cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối, C1 = 0,374•10 15 W•m2 : hằng số Planck thứ nhất, C2 = 1,4388•10 2 m•K : hằng số Planck thứ hai Vì dE = Eλ dλ vậy : hay năng lượng bức xạ được biểu diễn bằng phần diện tích nằm bên dưới đường cong Eoλ Vì thế nhiệt độ càng cao, năng lượng bức xạ càng lớn Phần lớn năng lượng này chỉ tập trung trong một khoảng nhất định của độ dài sóng. Đó là khoảng 10 7 10 4 m (các tia nhiệt) 1.3.3 Truyền nhiệt bằng bức xạ Trong chế biến thực phẩm, có các q trình truyền nhiệt bằng bức xạ. Ví dụ nướng một tấm bánh pizza trong lị nướng. Nhiệt từ thanh nhiệt bức xạ đến tấm bánh làm cho bánh chín Sự truyền nhiệt hỗn hợp Ta đã khảo sát ba dạng truyền nhiệt cơ bản là dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Trong thực tế, một q trình truyền nhiệt thường là sự kết hợp của hai hay ba dạng trên. Vì thế cần phải kể đến tất cả các ảnh hưởng của chúng lên q trình chung và bài tốn sẽ phức tạp lên nhiều. Dưới đây ta chỉ xem xét trường hợp đơn giản và khá phổ biến, đó là sự kết hợp giữa dẫn truyền và đối lưu để nung nóng hay làm nguội một khối vật chất Bài 2: ĐUN NĨNG – LÀM NGUỘI – NGƯNG TỤ 2.1. Q trình đun nóng : 2.1.1. Bản chất, mục đích và phạm vi sử dụng: Bản chất: Đun nóng là một q trình rất phổ biến trong cơng nghiệp hóa chất và thực phẩm, nó có tác dụng làm tăng tốc độ các phản ứng hóa học, ngồi ra đun nóng cịn là một phương tiện cần thiết để thực hiện các q trình khác như cơ đặc, chưng cất,… Mục đích cơng nghệ: Chuẩn bị: Trong thực tế có khi việc tiến hành đun nóng chỉ nhằm mục đích chuẩn bị cho các q trình khác. Ví dụ: để bóc vỏ cam người ta thường chần trong nước sơi trong thời gian 510 phút, đun nóng trước khi cơ đặc sản phẩm lỏng để q trình bốc hơi nước nhanh hơn. Đun nóng sản phẩm trước khi vào hộp để ghép mí nhằm mục đích bài khí Khai thác: q trình đun nóng có thể làm tăng hiệu suất thu nhận sản phẩm từ một loại ngun liệu nào đó. Ví dụ ở nhiệt độ 6070oC sẽ làm tăng khả năng hoạt động của amylaza làm cho khả năng thuỷ phân tinh bột cao hơn để thu lượng đường cao hơn. Nhiệt độ cao có thể làm tăng khả năng trích lycác chất hồ tan, tăng hiêuu suất ép, tăng sự hồ tan chất màu Chế biến: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao nhiều loại ngun liệu bị biến đổi về cấu trúc, tính chất hố học, vật lý làm cho chất lượng ngun liệu biến đổi hẳn. Những biến đổi về chất lượng có thể xấu đi hoặc tốt hơn. Trong CNTP người ta lợi dụng những biến đổi tốt của chất lượng để tạo ra sản phẩm có ích Bảo quản: Khi ngun liệu được đun nóng ở nhiệt độ trên 70oC sẽ làm vơ hoạt các en zim có trong ngun liệu, ngăn ngừa những biến đổi xấu.Nhiệt độ cao hơn 90oC có thể tiêu diệt vi sinh vật có trong thực phẩm. Do đó trong chế biến thực phẩm thường đun nóng sản phẩm ở nhiệt độ và thời gian nhất định nhằm tiêu diệt vi sinh vật , ngăn ngừa sự hư hỏng sản phẩm. Đó là các q trình thanh trùng nhiệt Hồn thiện: Một số thực phẩm thường tồn tại ở dạng bán thành phẩm, để có thể sử dụng được cần phải qua cơng đoạn đun nóng để hồn thiện sản phẩm, làm cho sản phẩm chín. Trong thực tế q trình đun nóng thường được thực hiện kết hợp với q trình thanh trùng tiêu diệt vi sinh vật và làm chín sản phẩm 2.1.2. Những biến đổi của vật liệu, sản phẩm trong q trình đun nóng: Biến đổi vật lý: Sự biến đổi về nhiệt độ: trong q trình đun nóng do sự chênh lệch về nhiệt độ giữa mơi trường đun nóng và vật liệu nhiệt độ trong vật liệu tăng dần lên. Tốc độ tăng nhiệt độ chậm dần từ ngồi vào trung tâm do khoảng cách giữa chúng và nguồn nhiệt xa dần. Những điểm có cùng khoảng cách đến nguồn nhiệt thì có nhiệt độ bằng nhau. Do vậy trong vật liệu sẽ hình thành trường nhiệt độ tróng đó lớp ngồi cùng có nhiệt độ cao nhất, tâm vật liệu có nhiệt độ thấp nhất Nếu vật liệu là dạng chất lỏng thì truyền nhiệt chủ yếu bằng đối lưu, là chất rắn thì truyền nhiệt chủ yếu là dẫn nhiệt, dạng bán chất lỏng thì cả hai Khi đun nóng, vật liệu có thể biến đổi về trạng thái tồn tại chuyển pha. Phần lớn các chất rắn hoặc sệt có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ của mơi trường đun nóng thì trạng thái của chúng có thể chuyển sang pha lỏng hoặc bán lỏng (mỡ, bơ ) Tuy nhiên đối với nhiều loại vật liệu dạng rắn do nhiệt độ đun nóng khơng đủ cao hoặc do đặc tính lý hố của chúng mà khi đun nóng khơng xãy ra hiện tượng chuyển pha (thịt, cá, rau, quả ) Sự thay đổi thể tích: Thể tích của vật liệu có thể tăng lên khi đun nóng, tuy nhiên có nhiều trường hợp khi đun nóng thể tích vật liệu giảm đi. Đó là hiện tượng xãy ra khi đun nóng các ngun liệu có cấu trúc xốp, có chứa nhiều khí trong gian bào (rau, quả ) Biến đổi hố lý, hố học: Các chỉ tiêu hố lý của vật liệu như độ nhớt, độ hồ tan cũng dễ bị thay đổi do nhiệt độ cao. Cụ thể: độ hồ tan tăng, độ nhớt giảm. Đối với các phản ứng hố học như thuỷ phân, trung hồ, polime, ơxy hố thì nhiệt tăng kéo theo tốc độ phản ứng tăng Kết quả của sự xúc tiến các phản ứng hố học là sự biến đổi các thành phần hố học trong vật liệu. Một số chất được tạo thành sẽ làm tăng chất lượng sản phẩm nhưng nhiều trường hợp làm giảm hàm lượng các chất có ích và tạo thành một số chất gấy ảnh hưởng xấu đến mùi, vị, màu sắc của sản phẩm. Biến đổi hố sinh và vi sinh: Đối với enzim và vi sinh vật ln có khoảng nhiệt độ tối thích (amylaza hoạt động mạnh ở 6070OC, vi sinh vật hoạt động mạnh ở 3740oC. Nếu tăng dần nhiệt độ mơi trường cao hơn nhiệt độ tối thích thì hoạt động của enzim và vi sinh vật sẽ giảm dần đến vơ hoạt hồn tồn. Nhiệt độ cao cũng sẽ làm giảm tác dụng của các chất độc có trong sản phẩm do đó sẽ an tồn hoan cho người sử dụng Biến đổi cấu trúc tế bào: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao chât ngun sinh trong tế bào bị đơng tụ, màng tế bào bị phá huỷ làm mất tính bán thẩm thấu, khơng khí và hơi nước trong các gian bào thốt ra ngồilàm cho cấu trúc tồn khối trở nên chặt, mềm Biến đổi cảm quan: Thay đổi màu sắc: Đun nóng dẫn đến sự thay đổi màu sắc vật liẹu do nhiều ngun nhân khác nhau. Có khi nhờ đun nóng mà màu sắc vật liệu tốt lên hoặc giữ được màu tự nhiên ban đầu. Đó là trường hợp chần rau quả (nhiệt độ chần làm mất hoạt tính của các enzim phân huỷ hoặc chất tạo màu như: poliphenoloxydaza, clorophilaza ) Đun nóng có thể làm cho màu của các sản phẩm đã sunfit hố trở lại bình thường sau khi bị mất màu do tác dụng của H2SO3. Ngược lại q trình đun nóng cũng có thể làm thay đổi màu tự nhiên của các sản phẩm như tạo màu hồng trong nước chanh, cam, chuối hay màu nâu sẫm trong các sản phẩm bột cà chua, bột ớt Thay đổi mùi vị: Nhiệt độ đun nóng có thể dẫn đến sự thay đổi mùi vị theo hai chiều hướng khác nhautuỳ theo vật liệu. Đối với các sản phẩm trước khi đun nóng có chứa các chất gây mùi, vị khơng tốt ( vị đắng trong măng, vị ngái trong đậu nành, mùi tanh của cá, thịt ) đun nóng sẽ làm mất mùi vị đó làm cho chất lượng sản phẩm tốt hơn. Cón đối với sản phẩm có mùi vị tự nhiên tốt sau khi đun đều ít nhiều sẽ giảm mùi vị do các chất thơm hoặc chất gây vị tốt bay hơi hoặc bị phân huỷ 2.1.3. Phương pháp thực hiện: Nguồn nhiệt: Nhiệt năng dùng để đun nóng có thể tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau và từ những nguồn nhiệt khác nhau. Có thể dùng nhiệt ngay từ nguồn nhiệt trực tiếp như: khói lị, dịng điện, có khi dùng chất tải nhiệt trung gian như: hơi nước, nước q nhiệt, dầu khống, các chất hữu cơ có nhiệt độ sơi cao Ngồi ra người ta cịn dùng nhiệt của khí thải hoặc chất lỏng thải có nhiệt độ sơi cao Mỗi chất tải nhiệt đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định, do đó tùy trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn cho thích hợp. Khi lựa chọn cần chú ý các điều kiện quan trọng sau: Nhiệt độ đun nóng và khả năng điều chỉnh nhiệt độ ; Áp suất hơi bão hịa và độ bền do ảnh hưởng của nhiệt độ ; Độ độc và tính hoạt động hóa học ; Độ an tồn khi đun nóng (khơng cháy ,nổ v.v ); Rẻ và dể tìm Sơ lược về các phương pháp đun nóng Đun nóng bằng hơi nước bão hịa : Phương pháp đun nóng bằng hơi nước bão hịa được ứng dụng rộng rải trong cuộc cơng nghiệp hóa học , nó có những ưu điểm sau: Hệ số cấp nhiệt lớn Lượng nhiệt cung cấp lớn (tính theo một đơn vị chất tải nhiệt ) vì đó là lượng nhiệt tỏa ra khi ngưng tụ hơi Đun nóng được đồng đều vì hơi ngưng tụ trên tồn bộ bề mặt truyền nhiệt ở nhiệt độ khơng đổi Dể điều chỉnh nhiệt độ đun nóng bằng cách điều chỉnh áp suất của hơi Vận chuyển xa được dể dàng theo đường ống Nhược điểm chính của hơi nước là khơng thể đun nóng được ở nhiệt độ cao, vì nếu nhiệt độ hơi càng tăng thì áp suất hơi bão hịa càng tăng , đồng thời ẩn nhiệt bay hơi cũng giảm. Ví dụ hơi nước bão hịa ở 3500C, áp suất là 180 at .Ở 3740C (nhiệt độ tới hạn) áp suất là 225 at và ẩn nhiệt bay hơi bằng 0 (r = 0). Do đó khi tăng nhiệt độ thì thiết bị sẽ phức tạp thêm , hiệu suất sử dụng nhiệt cũng giảm . Vì vậy phương pháp đun nóng bằng hơi nước bão hịa chỉ sử dụng tốt nhất trong trường hợp đun nóng khơng q 1800C Đun nóng bằng khói lị : Đun nóng bằng khói lị được dùng rất phổ biến , nhất là trong hồn cảnh nước ta hiện nay , phương pháp này có thể đạt được nhiệt độ trên 10000C. Khói lị được tạo thành khi đốt cháy các nhiên liệu rắn ,lỏng hoặc khí trong các lị đốt Ưu điểm chủ yếu của phương pháp đun nóng bằng khói lị là có thể tạo được nhiệt độ cao ,nhưng nó có nhiều nhược điểm : Hệ số cấp nhiệt rất nhỏ (khơng q 100W/m2.độ ) do đó thiết bị cồng kềnh Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ nên địi hỏi phải dùng một lượng khói rất lớn để làm việc Đun nóng khơng dược đồng đều vì khói lị vừa cấp nhiệt vừa nguội đi ; Khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dể có hiện tượng q nhiệt từng bộ phận và gây ra phản ứng phụ khơng cần thiết ; cháy ,dể bay hơi thì khơng an tồn ; Khói lị thường có bụi và khí độc của nhiên liệu (nhất là nhiên liệu rắn) do đó khi đun nóng gián tiếp bề mặt truyền nhiệt sẽ bị bám cặn , cịn đun nóng trực tiếp thì cũng bị hạn chế ; Nếu đun nóng các chất dể cháy ,dể bay hơi thì khơng an tồn ; Trong khói ln ln có một lượng ơ xi dư (nhất là khi điều chỉnh nhiệt độ của khói bằng cách trộn thêm khơng khí ngồi trời ), ở nhiệt độ cao khi tiếp xuc với thiết bị sẽ ơxi hóa kim loại làm hỏng thiết bị ; Hiệu suất sữ dụng nhiệt thấp, lớn nhất là 30 % 10 Hệ số dẫn nhiệt và hệ số tỏa nhiệt đối lưu càng lớn càng tốt Nhiệt dung riêng ở thể lỏng nên có giá trị nhỏ để giảm lượng nhiệt cần thiết khi cần thực hiện q trình q lạnh sau khi ngưng tụ Nhiệt độ động đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi đáng kể và nhiệt độ tới hạn phải khác xa nhiệt độ ngưng tụ Ngun tắc ghi cơng thức các fréon fréon là những dẫn xuất halogen của hydrocacbon no (C nH2n + 2) ở đó các ngun tử H được thay thế hồn tồn hoặc từng phần bằng những ngun tử clo, brơm và flo. Cơng thức tổng qt của fréon có dạng: Cn Hx Fy Clz Bru Trong đó: x + y + z + u = 2n + 2 Trong kỹ thuật người ta kí hiệu fréon là FN hay RN (như R11 hoặc F11). Chỉ số F hay R chỉ fréon và N để chỉ chất gốc của dẫn xuất và số ngun tử trong fréon, có thể gồm 2 hoặc 3 chữ số. Một hoặc hai chữ số đầu tiên để chỉ từ bên trái sang chỉ dẫn xuất gốc. Số ngun tử flo cứa trong fréon được ghi tiếp theo về phía bên phải của số dầu, nếu khơng có thì ghi số 0. Số ngun tử clo được ghi vào tiếp theo sao cho đủ hóa trị của hydro trong hdrocacbon no. Khi fréon có chứa ngun tử brơm thì viết chữ Br sau chữ số và cuối cùng là số ngun tử brơm có chứa trong fréon. Đặc tính của một số tác nhân lạnh Amoniac NH3: được sử dụng nhiều trong máy lạnh hơi có máy nén lạnh pittơng. Amoniac có một số đặc tính kỹ thuật quan trọng sau: Nhiệt độ đóng băng 750C Thể tích riêng trong vùng nhiệt độ bay hơi tương đối nhỏ nên giảm được kích thước máy nén, đặc biệt đối với máy nén pittơng Có mùi hắc khó chịu nên dễ dàng phát hiện khi bị rị rĩ Ít tan trong dầu bơi trơn nên ít ảnh hưởng đến q trình bơi trơn và chất lượng của tác nhân, khơng có tác dụng ăn mịn thép, nếu nó lẫn nước nó sẽ ăn mịn kẽm, đồng thau và những hợp kim đồng khác Nhược điểm của amoniac là độc hại đối với sức khỏe con người, với nồng độ nhất định có thể bắt lửa, gây cháy nổ, khơng an tồn. R11: có các đặc điểm sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sơi của R11 là 23,70C Tính bền vững về hóa học khơng cao, khơng tan trong nước nhưng có khả năng tan trong dầu, khơng ăn mịn kim loại Thích hợp cho các bơm nhiệt và thiết bị điều tiết khơng khí R12: có các tính chất sau Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sơi của R22 là 29,80C Khơng gây cháy nổ, khơng độc hại đối với cơ thể con người, khơng ăn mịn kim loại và khơng dẫn điện 41 Nhiệt độ cuối tầm nén thấp Vận hành và bảo quản dễ dàng Nhược điểm của R12 là: năng suất lạnh riêng khối lượng tương đối bé, do đó khối lượng tác nhân lạnh nạp vào hệ thống nhiều. R12 chỉ thích hợp đối với các hệ thống lạnh có năng suất lạnh nhỏ Năng suất lạnh riêng thể tích nhỏ, do đó hệ thống làm việc với R12 thường cồng kềnh. Tính chất trao đổi nhiệt kém do hệ số tỏa nhiệt khi sơi và khi ngưng bé. Độ nhớt động học cao nên tổn thất áp suất trên đường ống tương đối lớn. Hồn tồn khơng hịa tan nước. Có khả năng hịa tan dầu rất cao. Chính vì điều này lại dễ dàng dễ phát hiện khi bị rị rĩ do tại chổ rị rĩ có vết dầu xuất hiện. R22: Có các tính chất sau: Ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt độ sơi của R22 là 40,80C Năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn 1,6 lần so với R12. Do đó có thể nạp fréon 22 vào máy nén sử dụng fréon 12 để gia tăng năng suất lạnh nếu cơng suất động cơ và độ bền máy cho phép. Khả năng trao đổi nhiệt lớn hơn 1,3 lần so với R12. Mức độ hịa tan với nước cao hơn khoảng 5 lần so với R12, do đó giảm bớt nguy cơ bị tắc ẩm, bền về mặt hóa học ở phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc Nhược điểm của R22: tính hịa tan dầu hạn chế nên gây khó khăn cho việc bơi trơn. Trong khoảng nhiệt độ 200 đến 400C gần như hồn tồn khơng hịa tan dầu. Do đó tránh hoạt động cùng nhiệt độ này. Có khả năng làm trương phồng cao su nên phải dùng các loại đệm chun 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 tại lạnh có thể dạng hơi (khí), lỏng hoặc rắn. Trong q trình làm việc, chất tải lạnh chỉ biến đổi enthalpy mà khơng biến đổi pha. Những u cầu chính đối với chất tải lạnh: Nhiệt độ đóng băng thấp, độ nhớt nhỏ để giảm các tổn thất thủy lực trên đường ống Nhiệt dung riêng lớn để giảm lưu lượng chất tải lạnh Kém ăn mịn kim loại màu và kim loại đen, bền vững về hóa học trong điều kiện làm việc Khơng độc, khơng gây cháy nổ và ít bắt lửa Dễ kiếm, dễ bảo quản, rẻ tiền và dễ vận hành Mơi trường lạnh Là chất tiếp xúc hay bao quanh vật phẩm được làm lạnh. Trong q trình làm lạnh ổn định thì nhiệt độ của mơi trường lạnh phải ổn định, khơng đổi. Mơi trường làm lạnh thường là khơng khí, nước, dung dịch muối , … 5.4 Thiết bị làm lạnh 5.4.1 Phân loại thiết bị làm lạnh 42 Theo định luật nhiệt động học, khi trao đổi nhiệt từ vật có thiệt độ thấp đến vật có nhiệt độ cao là q trình giảm entropi S, nghĩa là nó khơng thể tự xảy ra. Để thực hiện q trình này cần thiết phải kết hợp với q trình làm tăng entropi (tiêu hao cơng) để bù vào sự giảm S. Để thu nhiệt từ nguồn nhiệt độ thấp truyền nhiệt cho nguồn có nhiệt độ cao hơn cần có chất làm tác nhân lạnh Ngun tắc của q trình lạnh: 12: Nén đoạn nhiệt hơi tác nhân lạnh, nhiệt độ hơi thay đổi từ To đến T1 tiêu hao cơng L1 23: Ngưng tụ đẳng nhiệt hơi tác nhân lạnh, nhiệt lượng tỏa ra mơi trường xung quanh (nước hoặc khơng khí) một lượng nhiệt Q 34: Giãn đoạn nhiệt lỏng tác nhân lạnh, nhiệt độ cuối là To, sinh cơng Lo 41: Bay hơi lỏng tác nhân lạnh, thu một lượng nhiệt của nguồn lạnh Qo Hình 5.1 Ngun tắc của q trình lạnh Ta thấy khi tác nhân lạnh bay hơi thu nhiệt của nguồn lạnh (vật cần làm lạnh), cịn khi tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa nhiệt cho nguồn nóng. Lượng nhiệt do tác nhân lạnh thu vào từ nguồn lạnh gọi là năng suất của máy lạnh 5.4.2 Ngun lý cấu tạo của thiết bị làm lạnh Chu trình máy lạnh nén hơi Chu trình một cấp ammoniac Cấu tạo: MN – máy nén; NT – ngưng tụ; TL – van tiết lưu; BH – bình bay hơi Hình 5.2 Chu trình một cấp ammoniac a) Sơ đồ thiết bị đơn giản của chu trình máy lạnh một cấp được sử dụng cho mơi chất NH3 43 b) Chu trình biểu diễn trên đồ thị T – S c) Chu trình biểu diễn trên đồ thị Logph Ngun lý hoạt động: Hơi mơi chất sinh ra thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nến lên áp suất cao vào bình ngưng tụ. Ở bình ngưng hơi mơi chất thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào bình bay hơi. Tại bình bay hơi, lỏng mơi chất sơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp thu nhiệt của mơi trường lạnh. Hơi được hút về máy nén, như vậy vịng tuần hồn của mơi chất được khép kín Sự thay đổi trạng thái mơi chất trong chu trình: 11’: Q nhiệt hơi hút 12: Nén đoạn nhiệt từ áp suất thấp po lên áp suất cao Pk và S1 = S2 22’: Làm mát đẳng áp hơi mơi chất từ trạng thái q nhiệt xuống trạng thái bão hịa 2’3’: Ngưng tụ mơi chất đẳng áp và đẳng nhiệt 3’3: Q lạnh mơi chất lỏng đẳng áp 34: Q trình tiết lưu đẳng entanpi ở van tiết lưu h3 = h4 41’: Q trình bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt po = const, to = const 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 ở bình bay hơi được máy nén hạ áp hút vào và nén từ trạng thái 1 có áp suất po và nhiệt độ to lên trạng thái 2 có áp suất ptg và nhiệt độ t2, sau đó vào bình trung gian BTG, hơi được làm mát xuống trạng thái bão hịa (làm mát hồn tồn). Hơi ở trạng thái 3 được máy nén cao áp NCA hút và nén lên trạng thái 4 có áp suất ngưng tụ pk và nhiệt độ cao t4, rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ, tại đây hơi thải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng cao áp, một phần lỏng đi qua van tiết lưu VTL1 vào bình trung gian nhằm làm mát hơi nóng ở trạng thái 2 xuống trạng thái hơi bão hịa 3, cịn phần lỏng chính được làm q lạnh trong ống xoắn của bình trung gian và sau đó qua van tiết lưu 2 vào bình bay hơi Tại đây lớp mơi chất bay hơi thu nhiệt của mơi trường. Hơi hình thanh được máy nén hạ áp hút về, Như vậy vịng tuần hồn của mơi chất lạnh đã khép kín Các q trình của chu trình: 44 1’1: Q trình hơi hút 12: Nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ po lên ptg 23: Làm mát hơi q nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hịa x=1 34: Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk 45: Làm mát ngưng tụ và q lạnh lỏng trong bình ngưng 56: Q trinh lỏng đẳng áp trong bình trung gian 610: Tiết lưu từ áp suất pk xuống po 101’: Bay hơi thu nhiệt của mơi trường lạnh Thiết bị trao đổi nhiệt của hệ thống lạnh Nhiệm vụ: Thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh theo chức năng có thể chia ra làm hai nhóm: thiết bị chính và thiết bị phụ Nhiệm vụ chủ yếu của thiết bị trao đổi nhiệt là truyền nhiệt là truyền nhiệt từ một chất này cho một chất khác thơng qua bề mặt ngăn cách hoặc bằng cách tiếp xúc trực tiếp Các loại bình ngưng và dàn bay hơi là những thiết bị trao đổi nhiệt bắt buộc phải có trong máy lạnh, nên chúng là những thiết bị chính Thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ là thiết bị để biến hơi mơi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau q trình nén thành trạng thái lỏng. Hơi đi vào thiết bị là hơi q nhiệt cho nên trước tiên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ bão hịa, rồi đến q trình ngưng tụ, sau cùng là bị q lạnh vài độ trước khi ra khỏi bình ngưng u cầu với thiết bị: Thanh chóng tách tác nhân lạnh đã ngưng tụ ra khỏi bề mặt truyền nhiệt Tách khơng khí và các loại khí khơng ngưng tốt Tách dầu ra khỏi bình ngưng NH3 Làm sạch cáu bẩn về phía nước giải nhiệt hoặc khơng khí giải nhiệt như bùn, đất, canxi, bụi, sét rỉ… Phân loại thiết bị ngưng tụ Dựa vào mơi trường giữ nhiệt mà phân thành Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng khơng khí Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp Trong các hệ thống lạnh trung bình và lớn thường sử dụng thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước hoặc kiểu kết hợp Nước làm mát có thể sử dụng một lần hoặc tuần hồn Thiết bị bay hơi 45 Đặc điểm: Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt mà tại đó lỏng tác nhân sau khi qua van tiết lưu sẽ thực hiện q trình bay hơi để thu nhiệt của mơi trường cần làm lạnh. Mơi trường có thể là khơng khí hoặc lỏng Phân loại thiết bị bay hơi: Dựa vào tính chất của mơi trường làm lạnh + Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng (nước, dung dịch nước muối, dung dịch rượu…) + Thiết bị bay hơi làm lạnh khơng khí. Trong loại này chia thành 2 nhóm: dàn lạnh khơng khí đối lưu tự nhiên (dàn lạnh tĩnh) và dàn lạnh khơng khí đối lưu cưỡng bức (dàn lạnh quạt) Dựa theo mức độ chốn chỗ của mơi chất lạnh lỏng trong thiết bị: + Thiết bị bay hơi kiểu ngập: mỗi chất lạnh lỏng bao phủ tồn bộ bề mặt trao đổi nhiệt (thường là loại cấp lỏng từ dưới lên) + Thiết bị bay hơi kiểu khơng ngập: mỗi chất lạnh lỏng khơng bao phủ tồn bộ bề mặt trao đổi nhiệt. Mỗi phần bề mặt trao đổi nhiệt dùng để q nhiệt hơi hút về máy nén 5.4.3 Tính cân bằng nhiệt và vật liệu Tính tốn một số thơng số quan trọng cho máy lạnh Xét chu trình lạnh một cấp Cơng cần cung cấp cho chu trình: A = G0 (i2 i1’), kj/h 40 Nhiệt lượng mà tác nhân lạnh nhận được khi qua bình bốc hơi (năng suất lạnh riêng) q0 = i1’ i5 Năng suất lạnh của tác nhân Q0 = G0 (i1’ i5 ) Nhiệt tải của thiết bị ngưng tụ Qc = G0 ( i2 i4 ) 5.5 Ứng dụng q trình làm lạnh, lạnh đơng vào một số sản phẩm Lạnh đơng thực phẩm Sau khi kết đơng, sản phẩm được đóng gói và bảo quản ở kho lạnh chế biến nhiệt độ từ 24 đến 300C. Sau đó chúng được đưa đến kho lạnh bảo quản bằng xe lạnh đơng. Từ kho lạnh bảo quản chúng được xe lạnh đưa đến các kho lạnh phân phối rồi từ đây chúng lại được các xe lạnh đưa tới các siêu thị, nhà hàng, … Sản xuất kem cơng nghiệp Đối với qui trình sản xuất kem thì vấn đề lạnh cũng là một khâu rất quan trọng. Sau khi cân, đo, chuẩn bị ngun liệu xong thì chúng được hạ nhiệt độ xuống khoảng 2 đến 40C trước khi đưa vào bồn ủ cho chín tới. Trong máy lạnh đơng, hỗn hợp được nhào trộn và kết đơng đồng thời nhiệt độ giảm đến 5 0C. Tiếp theo hỗn hợp được đưa đi rót vào bì, đóng gói và được mang đi kết đơng, nhiệt độ của kem lúc này khoảng 8 200 C Sản xuất bia 46 Trong q trình sản xuất bia, có rất nhiều cơng đoạn phải cần nhiệt độ thấp.Trong phần này chúng ta chỉ xét đến các ứng dụng của lạnh trong q trình lên men bia. Trong q trình lên men, đường chuyển hóa chủ yếu thành rượu và CO2 đồng thời toả ra một lượng nhiệt lên men. Nhiệt lên men có thể thải ra ngồi qua dàn lạnh khơng khí trong phịng, nhưng cũng có thể thải trực tiếp qua dàn ống xoắn bố trí trong bể lên men hoặc các áo tăng có nước lạnh, nước muối lạnh hoặc glycol ở nhiệt độ khoảng 3 0C Tủ lạnh gia đình Tủ lạnh gia đình dùng để bảo quản ngắn hạn các thực phẩm và thức ăn dễ bị ơi thiu hư hỏng hàng ngày trong gia đình Trong giàn bay hơi, mơi chất lạnh sơi áp suất thấp và nhiệt độ thấp để thu nhiệt của mơi trường cần làm lạnh. Hơi sinh ra từ dàn bay hơi được máy nén hút về, nén lên áp suất cao và đẩy về dàn ngưng tụ. Ở dàn ngưng hơi nóng thải nhiệt ra môi trường và ngưng lại thành lỏng. Lỏng chảy qua ống mao để vào dàn bay hơi Do tiết diện ống mao nhỏ nên gây ra hiện tượng tiết lưu cho lỏng chảy qua. Lỏng biến đổi từ áp suất cao, nhiệt độ cao sang áp suất thấp và nhiệt độ thấp Sản xuất đá công nghiệp Thông thường thời gian để sản xuất một mẻ đá vào khỏang 18 24h. Khi cây đá đạt u cầu, thì linh đá đầu tiên được lấy lên nhờ tời điện. Các linh đá tiếp theo ln bị dồn về phía trước nên phía sau sẽ trống chổ, linh đá vừa tháo ra tiếp tục cho quay đầu lại thế chổ cho chổ trống vừa tạo ra. Điều hịa khơng khí Điều hịa khơng khí có thể hiểu là làm lạnh khơng khí trong điều kiện nhiệt độ khơng khí khá cao vì vậy hệ thống lạnh là rất quan trọng trong điều hịa khơng khí BÀI 6: CHẦN, HẤP, CHIÊN, NƯỚNG, SAO RANG 6.1 Bản chất mục đích và phạm vi thực hiện Trong q trình chế biến đồ hộp, nhiều loại ngun liệu trong chế biến sơ bộ bằng cơ học, cũng như trước khi cho vào bao bì được xử lý bằng nhiệt. Người ta nhúng ngun liệu vào nước hay dung dịch, hay xử lý ngun liệu bằng hơi nước, tùy theo tính chất ngun liệu và u cầu chế biến, ở nhiệt độ 75 – 100 độ C, trong thời gian 3 15 phút. Chần: là q trình nhúng ngun liệu vào nước nóng hay vào các dung dịch nóng của muối ăn, đường, axit… Hấp: Là q trình xử lý ngun liệu bằng hơi nước bảo hịa * Mục đích của q trình chần, hấp Tùy theo loại ngun liệu và mục đích sản xuất mà mục tiêu của các q trình này cũng khác nhau, nhưng có thể tóm tắt các mục đích chủ yếu sau: + Đình chỉ các q trình sinh hóa trong ngun liệu, đình chỉ hoặc tiêu diệt các hệ Enzim, đặc biệt enzim oxy hóa gây hiện tượng làm đen sản phẩm do tạo nên flobafen dưới xúc tác 47 của các enzim oxy hóa khử như: feroxydaza và polyfenoloxydaza + Tiêu diệt các vi sinh vật có trong ngun liệu hay sản phẩm để hạn chế những biến đổi có hại xảy ra trong q trình chế biến tiếp theo + Làm thay đổi tính chất cơ hóa lý của ngun liệu tạo điều kiện thuận lợi cho q trình chế biến: Ví dụ: Protopectin chuyển thành pectin hịa tan tạo điều kiện dễ dàng bóc vỏ các loại quả và củ Trong sản xuất chè thì pectin hịa tan lại làm tăng chất lượng nước trà Protid trong ngun liệu thịt và cá bị đơng tụ sẽ làm cho sản phẩm rắn, chắc, veo lại, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình cơng nghệ Đối với ngun liệu thực vật, protit của ngun sinh chất bị biến tính làm tăng tính thẩm thấu của màng tế bào, do đó khi ép nước rau quả dịch chiết dễ dàng thốt ra hơn và ngược lại các chất hịa tan ở ngồi dễ ngấm vào khi cần thiết như: trong sản xuất mức quả, quả dầm dấm… Đối với các ngun liệu chứa nhiều tinh bột như đậu, ngơ khơ…có khả năng hút nước mạnh khi chần, thể tích ngun liệu tăng lên do trương nở, do đó nó khơng hút nước cốt nhiều trong đồ hộp, đảm bảo tỷ lệ cái và nước theo quy định, đồng thời tránh hiện tượng biến dạng hộp do ngun liệu trương nở sau khi ghép kín và thanh trùng Làm cho ngun liệu thực vật mềm ra, bớt giịn dễ dàng cho q trình vị, chà, xát,…giảm phế liệu + Đuổi bớt khơng khí có trong gian bào của ngun liệu, do đó tránh được các hiện tượng: Tạo thành nhiều bọt trong q trình cơ đặc và bốc hơi Tránh được sự phồng hộp khi thanh trùng do khơng khí trong hộp gây ra Tránh sự oxy hóa tiếp tục, các chất dinh dưỡng của sản phẩm + Làm cho ngun liệu có màu sắc thích hợp + Loại trừ một số mùi vị khơng thích hợp là những chất dễ bay hơi, có mùi khó chịu hay vị đắng, thường là các hợp chất có chứa lưu huỳnh có ở củ cải, cà tím, măng, da của gà vịt, v.v…Chần sẽ làm giảm được vị đắng của măng và vị q cay của ớt Chiên là làm chín sản phẩm nhiều mặt ngập trong dầu mỡ thường dùng trong cơng nghiệp * Mục đích của q trình chiên và rán: Làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm: giảm lượng ẩm của sản phẩm đồng thời tăng hàm lượng chất khơ và dầu mỡ cho sản phẩm Làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm: sản phẩm sau khi rán hoặc chiên có màu sắc đẹp, săn chắc, dịn, có mùi thơm dễ chịu Tiêu diệt các Enzim và vi sinh vật trong sản phẩm, vì rán và chiên thực hiện ở nhiệt độ cao từ 120 170oC nên chúng bị tiêu diệt hồn tồn. 6.2 Biến đổi vật liệu trong q trình chần, hấp, chiên, nướng, sao rang 48 * u cầu kỹ thuật q trình chần, hấp Tùy theo u cầu của chế biến và tính chất của ngun liệu mà nhiệt độ của các q trình này nằm trong khoảng 651000C thời gian từ 0325 phút Nếu nhiệt độ q cao, thời gian dài sẽ làm cho ngun liệu bị nhũn và gây tổn thất nhiều chất khơ và các chất dinh dưỡng Đối với rau quả xanh để giữ màu clorofin ổn định khơng bị chuyển hóa thành fiofitin (màu vàng) khi bị9 tác dụng của nhiệt độ cao thường người ta chỉ chần ở t0 = 760C trong vài phút, vì có nhiều giả thiết và thực nghiệm cho rằng clorofin ổn định và khơng bị oxy hóa ở nhiệt độ này (760C) Để khống chế thời gian chần người ta nên đưa ngun liệu vào thiết bị hấp hoặc dung dịch chần khi ở đó đạt được nhiệt độ chần hoặc hấp, và làm nguội ngun liệu ngay sau khi chần Rán và chiên là khâu quan trọng đối với q trình chế biến một số mặt hàng đồ hộp và thức ăn sẵn từ thịt cá, mì ăn liền … Rán là làm chín sản phẩm từng mặt bằng dầu mỡ, thường thực hiện bằng phương pháp thủ cơng, năng suất nhỏ * Những biến đổi của ngun liệu trong rán và chiên: Ngun liệu đưa vào rán hoặc chiên thường gồm: rau như cà tím, quả như chuối, thịt, cá, các sản phẩm từ bột nhão: mì ăn liền, các loại bánh từ bột ngơ, khoai, + Đối với rau quả: Khơng khí và hơi nước trong các trong các gian bào các ngun vật liệu thốt ra làm cho thể tích ngun liệu giảm Protid trong rau, quả bị biến tính ngay ở nhiệt độ 60 65oC nên mất khả năng giữ ẩm Dưới tác dụng của nhiệt độ cao gây tổn thất chất khơ và vitamin. Đồng thời với q trình thốt khí và ẩm của ngun liệu, dầu rán thấm vào ngun liệu làm tăng giá trị sản phẩm (tăng chất béo cho sản phẩm) . Về biến đổi hố học: Đường trong ngun liệu bị caramen hóa làm cho sản phẩm có màu vàng nâu. Protopectin chuyển thành pectin hịa tan, clorofin chuyển thành fiofitin làm cho ngun liệu có màu vàng, nếu ngun liệu rán hoặc chiên có màu của carotenoic thì màu này sẽ hịa tan vào dầu rán hoặc chiên + Đối với thịt, cá: Protid bị biến tính từ nhiệt độ 60 65oC và đến 90 95oC thì nó biến tính hồn mất khả năng giữ nước làm cho thịt, cá co lại và săn chắc. Mặt khác protid biến tính ở nhiệt độ cao thường làm đứt các liên kết lưu huỳnh và nhóm amin tạo ra H2S và NH3 Phản ứng caramen hóa xảy ra mạnh đặc biệt là thịt cá có tẩm bột trước khi rán hoặc chiên, làm cho sản phẩm có mùi thơm và màu sắc vàng đẹp. Tong thịt cá có mơ liên kết colagen ở nhiệt độ 600C nó khơng bị đơng tụ mag hút nước mạnh làm cho ngun liệu mền, bỡ mất độ cứng cơ học cần thiết. Vì vậy rán thịt cá khơng kéo dài ở nhiệt độ 600C mà phải tiến hành nhanh ở nhiệt độ cao + Đối với các sản phẩm từ bột: 49 Các sản phẩm này thành phần chủ yếu là tinh bột nên q trình đầu tiên là hồ hóa tinh bột, tiếp theo là q trình caramen hóa tạo cho sản phẩm có màu vàng rơm. Các sản phẩm từ bột có khả năng thấm dầu trong q trình rán hoặc chiên nhiều hơn so với rau quả và thịt cá * Những biến đổi của dầu trong q trình rán và chiên: Chiên hoặc rán thường tiến hành ở nhiệt độ 1200C đến 1700C nên dầu chiên thường có những biến đổi sau: + Biến đổi về lý học: Dầu bị thủy phân làm cho chỉ số axit của dầu tăng. Glyxerin là sản phẩm thủy phân của dầu bị oxy hóa tạo thành acrolein là chất độc đối với cơ thể con người, vì vậy phải làm thốt khí tốt ở các lị rán hoặc chiên. Trong q trình rán và chiên dầu bị hơi khét do tích tụ các peroxit, andehyd, axeton… những chất này dễ bay hơi nên ít ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Sự biến đổi của dầu ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm rán hoặc chiên, vì vậy khi dầu chiên đã vượt qua các các chỉ tiêu cho phép cần phải thay dầu trong thiết bị chiên Độ axit trước khi chiên từ 0,20,4%, trong khi chiên đảm bảo trong khoảng 13% khi đã vượt trên 4% thì phải thay dầu u cầu của dầu chiên hoặc rán: có mùi đặc trưng của dầu, khơng có mùi ơi khét, màu sắc sáng, khơng có cặn, độ ẩm và các chất bay hơi Hiện nay, biện pháp chủ yếu để chống hiện tượng hư hỏng dầu trong khi rán là duy trì dầu rán trong lị rán với thời gian ngắn nhất. Người ta cịn chống oxy hóa dầu bằng cách cho chất chống oxy hóa vào dầu rán 6.3 Phương pháp thực hiện chần, hấp, chiên, nướng, sao rang * Phương pháp thực hiện q trình chần, hấp Chần ngun liệu trong nước nóng làm tổn thất nhiều chất khơ và các chất dinh dưỡng. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường chần trong dung dịch axit hay muối ăn với nồng độ thích hợp Hấp ngun liệu bằng hơi nước giảm được tổn thất chất khơ và chất dinh dưỡng, vì lượng nước ngưng tụ tiếp xúc với ngun liệu ít hơn rất nhiều so với phương pháp chần. Vì vậy phương pháp hấp bằng hơi là phương pháp tốt nhất để làm chín và làm chín sơ bộ bằng nhiệt. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện và u cầu của ngun liệu. Ví dụ: ngơ và đậu khơ dùng trong chế biến đồ hộp người ta thường chần để ngun liệu này hút nước trương nở Khi chần ngun liệu trong nước nóng, trong dung dịch muối ăn hay axit người ta thường dùng các loại thùng hay nồi nấu nước sơi năng suất nhỏ. Nồi thường cấu tạo bằng inox hoặc sắt tráng men để chống tác dụng ăn mịn của muối ăn và axit. Cịn đối với năng suất lớn thì dùng máy chần có băng tải làm việc liên tục Q trình hấp thường được tiến hành trong nồi 2 vỏ dùng bằng hơi nước bảo hịa, đối với năng suất nhỏ 50 Người ta có thể dùng máy hấp dùng băng tải hoặc máy hấp bản xoắn làm việc liên tục đối với năng suất lớn Đối với các thiết bị dung hơi nước bảo hịa thường có áp lực từ 35 atm. Vì vậy phải có áp kế, vanh xả khí khơng ngưng và cốc thốt nước ngưng để đảm bảo an tồn và tiết kiệm lượng hơi tiêu tốn Các máy hấp dạng băng tải thường dùng để hấp các loại rau quả với năng suất từ 0,5…2 t/h Loại máy hấp bản xoắn thường dùng với các ngun liệu đã cắt nhỏ. Bản xoắn có tác dụng vận chuyển ngun liệu Các loại máy hấp làm việc thường có bộ phận làm ngội ngay khi ngun liệu ra khỏi máy hấp để khống chế thời gian hấp thích hợp * Về kỹ thuật chiên Tùy theo loại ngun liệu mà người ta khống chế về nhiệt độ và thời gian chiên khác nhau: Đối với rau, quả, nhiệt độ chiên ở giai đoạn đầu thường là 1200C và ở giai đoạn cuối từ 1250C…1400C Đối với thịt cá giai đoạn đầu 1500C…1600C và giai đoạn cuối 1600C…1700C Đối với các sản phẩm từ bột nhào giai đoạn đầu 1300C…1400C và giai đoạn cuối 1500C…1600C Thời gian chiên phụ thuộc vào nhiệt độ chiên, thành phần và tính chất của ngun liệu… thường thời gian chiên từ 0520 phút Các giai đọan chiên: Giai đọan 1. tvật liêu