ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CÀ CHUA (HÀM LƯỢNG CHẤT KHÔ THÀNH PHẨM = 30%) NĂNG SUẤT 1000 KG SẢN PHẨMH Giảng viên hướng dẫn: TS.Trần Thị Thu Hằng Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 2, học kì I (2010 2021) Chiều thứ 7 – tuần 678 Hà Nội – 102020 Chương 1: Tổng quan 1.1. Tổng quan về nguyên vật liệu sản xuất đồ hộp cà chua cô đặc 1.1.1. Nguyên liệu cà chua 1.1.1.1. Giới thiệu chung về cây cà chua Cây cà chua có tên khoa học là Lycopesium esculentum, có nguồn gốc từ Nam Mỹ, là loại rau ăn quả, họ Cà (Solanaceae). Cây cà chua có thể sinh trưởng trên nhiều loại đất khác nhau như đất sét, đất cát, đất pha cát, có độ pH= 6 – 6.5. Ở Việt Nam, cây cà chua là một loại loại rau có giá trị kinh tế cao, diện tích trồng lên đến chục ngàn ha, tập trung chủ yếu ở đồng bằng và trung du phía Bắc. Nhiều giống cà chua lai ghép chất lượng tốt được phát triển mạnh ở Đà Lạt, Lâm Đồng. Một số giống cà chua chất lượng đã được xuất khẩu ra thị trường thế giới. Các giống cà chua ở Việt Nam được chia làm 3 loại theo hình dạng của chúng: • Cà chua hồng: quả có hình dạng quả hồng, thịt quả đặc, nhiều bột, lượng đường trong quả cao. • Cà chua múi: quả to, nhiều ngăn tạo thành múi, năng suất và khả năng chống chịu khá nhưng chất lượng không bằng cà chua hồng. • Cà chua bi: quả nhỏ, chua, giá trị thấp, thường dùng làm nguyên liệu tạo giống. Quả cà chua có nhiều kích cỡ và màu sắc khi chín khác nhau (vàng, da cam, hồng, đỏ…) giàu chất dinh dưỡng và các hợp chất có hoạt tính sinh học, có lợi cho sức khỏe được dùng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Trong sản xuất cà chua cô đặc, giống cà chua được lựa chọn có hàm lượng chất khô hòa tan phải cao (ít nhất 450 Bx), pH thấp (khoảng 4,4), quả chắc, nhiều thịt quả, ít hạt, màu đỏ sáng. Các giống cà chua điển hình được chọn để chế biến ở Việt Nam là PT18, HT21, 89F1, Savior, cà chua Đà Lạt.
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CÀ CHUA (HÀM LƯỢNG CHẤT KHÔ THÀNH PHẨM = 30%) NĂNG SUẤT 1000 KG SẢN PHẨM/H Giảng viên hướng dẫn: TS.Trần Thị Thu Hằng Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 2, học kì I (2010 - 2021) Chiều thứ – tuần 678 Hà Nội – 10/2020 Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan nguyên vật liệu sản xuất đồ hộp cà chua cô đặc 1.1.1 Nguyên liệu cà chua 1.1.1.1 Giới thiệu chung cà chua Cây cà chua có tên khoa học Lycopesium esculentum, có nguồn gốc từ Nam Mỹ, loại rau ăn quả, họ Cà (Solanaceae) Cây cà chua sinh trưởng nhiều loại đất khác đất sét, đất cát, đất pha cát, có độ pH= – 6.5 Ở Việt Nam, cà chua loại loại rau có giá trị kinh tế cao, diện tích trồng lên đến chục ngàn ha, tập trung chủ yếu đồng trung du phía Bắc Nhiều giống cà chua lai ghép chất lượng tốt phát triển mạnh Đà Lạt, Lâm Đồng Một số giống cà chua chất lượng xuất thị trường giới Các giống cà chua Việt Nam chia làm loại theo hình dạng chúng: Cà chua hồng: có hình dạng hồng, thịt đặc, nhiều bột, lượng đường cao Cà chua múi: to, nhiều ngăn tạo thành múi, suất khả chống chịu chất lượng không cà chua hồng Cà chua bi: nhỏ, chua, giá trị thấp, thường dùng làm nguyên liệu tạo giống Quả cà chua có nhiều kích cỡ màu sắc chín khác (vàng, da cam, hồng, đỏ…) giàu chất dinh dưỡng hợp chất có hoạt tính sinh học, có lợi cho sức khỏe dùng phổ biến nhiều nước giới Trong sản xuất cà chua cô đặc, giống cà chua lựa chọn có hàm lượng chất khơ hịa tan phải cao (ít 4-50 Bx), pH thấp (khoảng 4,4), chắc, nhiều thịt quả, hạt, màu đỏ sáng Các giống cà chua điển hình chọn để chế biến Việt Nam PT18, HT21, 89F1, Savior, cà chua Đà Lạt Hình 1.1: Biến đổi màu sắc cà chua q trình chín 1.1.1.2 Thành phần hóa học Thành phần hóa học chủ yếu cà chua tổng hợp bảng 1.1 Bảng 1.1 Thành phần hóa học cà chua Thành phần Hàm lượng 95% 0.9g/100g 4-8% 0.4% 1% Nước Protein Glucid Acid hữu Nito Khoáng: - Na - Ka - Mg - Fe - Zn (µg/100g) 13 (µg/100g) 11 (µg/100g) 0.4 (µg/100g) 0.2 (µg/100g) Chất xơ 1.2g/100g Chất béo 0.2g/100g Vitamin: - Vitamin K - Vitamin C - Beta-caroten (7,9 mg/100g) (40mg/100g) (393 mg/100g) Sắc tố: - Lycopen - Carotene - Xanhtophyl 7.85 0.73 0.06 (Nguồn Nguyễn Trọng Cẩn – Nguyễn Lệ Hà, 2009) Ngoài ra, cà chua số thành phần khác pectinase, chín enzyme nhiều 1.1.2 Bao bì đồ hộp cà chua đặc 1.1.2.1 Vai trị bao bì - Bảo vệ tốt sản phẩm - Kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm - Nâng cao giá trị nguyên liệu thành phẩm - Cung cấp thông tin cần thiết sản phẩm 1.1.2.2 Bao bì sắt tây Lựa chọn bao bì sắt tây ưu điểm đồ hộp cà chua cô đặc - Lớp tráng thiếc sắt tây tránh ăn mịn thực phẩm - Đóng kín cách ly, chống thấm khí ẩm tốt, tránh ánh sáng chịu nhiệt tốt - Có màu sáng bóng, in tréc vecni in màu sắc hấp dẫn - Dễ dàng giới hóa tự động hóa trình sản xuất 1.2 Tổng quan sản phẩm đồ hộp cà chua cô đặc 1.2.1 Giới thiệu chung sản phẩm đồ hộp cà chua cô đặc Cà chua cô đặc sản phẩm cơng nghiệp đồ hộp rau quả, dùng để chế biến, tạo màu mùi vị cho ăn, đặc biệt nước, khu vực sản xuất sử dụng cà chua tươi sống Cà chua cô đặc chế biến công nghệ cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khác nhau) sau nghiền nhỏ loại bỏ hạt, vỏ, không làm giá trị dinh dưỡng thiết yếu cà chua, dễ dàng sử dụng chế biến 1.2.2 Giá trị dinh dưỡng sản phẩm Hàm lượng Caroten làm tiền chất tạo vitamin A, bảo vệ niêm mạc, miệng, mũi, đường hô hấp Hàm lượng Vitamin C giúp ngăn ngừa nhiễm trùng, giảm nhẹ dị ứng, chống oxi hoá, giúp cho thể hấp thụ tốt chất vi lượng cần thiết như: Cu, Zn Chất xơ giúp cho thể xuất Cholesterol, giảm cục máu đơng, đề phịng tai biến bệnh tim mạch, bệnh béo phì Cà chua giàu Lycopen có khả chống oxy hố tốt, có khả ngăn ngừa hình thành oxy hố LDL, cholesterol có hại máu, ngăn chặn chứng xơ vữa động mạch nguy dẫn tới đột quỵ, đặc biệt Lycopene cịn có khả ngăn ngừa hình thành gốc tự gây ung thư ung thư vú, tuyến tiền liệt, tuyến tụy đại tràng Ngoài ra, cà chua vị chua, tính mát, có cơng dụng nhiệt, dưỡng âm lương huyết, thường dùng để chữa chứng bệnh nhiệt, hay hoa mắt chóng mặt, chảy máu cam, chảy máu chân răng, tiêu hoá kém, loét dày, huyết áp cao… 1.2.3 Tiêu chuẩn đồ hộp Đối với đồ hộp cà chua cô đặc cần đạt yêu cầu: - Về cảm quan: Đồ hộp phải có nhãn hiệu, ngắn, sẽ, ghi rõ mục: quan quản lý, sở chế biến, tên mặt hàng, phẩm cấp, ngày sản xuất, khối lượng tịnh khối lượng bì Hộp phải kín, khơng hen rỉ, phồng rộp - Về vi sinh vật: Đồ hộp khơng xâm nhập vi sinh vật, khơng có vi sinh vật gây bệnh, lượng vi sinh gây hư hỏng khơng vượt q quy định - Về hóa học: Khơng vượt quy định hàm lượng kim loại nặng Thiếc: 100-200 mg/kg sản phẩm Đồng: 5-80 mg/kg sản phẩm Chì: khơng có Đảm bảo tiêu thành phần hóa học, chủ yếu nồng độ đường, muối, acid,… 1.3 Tổng quan q trình đặc 1.3.1 Khái niệm: 1.3.1.1 Khái niệm: Cơ đặc q trình làm nước nhằm làm tăng hàm lượng chất hòa tan sản phẩm thực phẩm (bài giảng Kỹ thuật thực phẩm – PGS, TS Trần Thị Định) 1.3.1.2 Mục đích: - Chuẩn bị cho q trình chế biến (cô đặc nước quả, sữa trước sấy, kết tinh, lạnh đông tiệt trùng… Bảo quản: làm giảm hoạt độ nước, ức chế vi sinh vật cách tăng nồng độ chất khô: sữa đặc, mứt Chế biến, nâng cao chất lượng sản phẩm: cà chua cô đặc, thu hồi kết tinh dầu… 1.3.2 Ngun lý q trình đặc Có thể làm nước nhiều phương pháp dựa nguyên lý: Làm bay nước, tức nhiệt truyền cho nguyên liệu để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ sôi, áp suất tăng lên nhiệt ẩn hóa cung cấp để hóa nước dung dịch, nước tách khỏi bề mặt dung dịch sơi Làm đóng băng nước tách chúng khỏi sản phẩm Tách nước màng thẩm thấu ngược (Công nghệ rau - Hà Văn Thuyết tác giả) Phương pháp cô đặc phổ biến cho nước bay nhiệt độ sôi, với cà chua cô đặc áp dụng phương pháp đặc chân khơng để bảo tồn đặc tính sản phẩm Chương Quy trình sản xuất cà chua đặc Quy trình sản xuất cà chua đặc 2.1 Sơ đồ quy trình tổng qt Cà chua Lựa chọn Nước Rửa Qủa hư Xé tơi Đun nóng Chà Vỏ, hạt Cơ đặc Hộp Xử lý Rót hộp Ghép nắp Thanh trùng Bảo ơn Sản phẩm (Nguyễn Văn Tiếp tác giả, 2000) 2.2 Thuyết minh quy trình 2.2.1 Lựa chọn 2.2.1.1 Mục đích Loại bỏ thành phần nguyên liệu không đủ quy cách để chế biến bị sâu, bệnh thối hỏng,… Lọai bỏ có độ chín (màu sắc) khơng thích hợp Cắt bỏ chỗ bầm dập, vết rám, núm 2.2.1.2 Cách tiến hành Nguyên liệu lựa chọn tay băng tải Công nhân đứng hai bên băng tải loại cà chua không hợp quy cách Nguyên liệu phải dàn mỏng hai bên băng tải việc lựa chọn khơng bị bỏ sót 2.2.2 Rửa 2.2.2.1 Ngun lý trình rửa Quá trình rửa nhằm đảm bảo giai đoạn: Ngâm cho bở cáu bẩn: ngâm trình làm cho nước thấm ướt cà chua, chất bẩn hút nước trương lên, làm giảm lực bám chúng lên cà chua Xối nước cho hết bẩn: dùng tác dụng dòng chảy để kéo chất bẩn lại mặt cà chua sau ngâm Thời gian rửa phụ thuộc vào giai đoạn đầu tức phụ thuộc vào tính chất hóa lý chất bẩn, sức bám chặt vào cà chua rửa khả tác dụng dung dịch rửa 2.2.2.2 Mục đích Loại trừ tạp chất, bụi, đất cát bám xung quanh cà chua; làm giảm lượng lớn vi sinh vật loại bỏ chất hóa học, tồn dư thuốc bảo vệ thực vật 2.2.2.3 Cách tiến hành Cà chua nguyên liệu rau có cấu tạo mềm, dễ bị giập nát Do đó, ta sử dụng máy rửa thổi khí (ngồi sử dụng máy rửa băng chuyền) Yêu cầu: Cà chua sau rửa phải sạch, khơng bị dập nát, tổn thất Vitamin C 2.2.3 Xé tơi 2.2.3.1 Mục đích Xé tơi phần thịt quả, hỗ trợ cho cơng đoạn đun nóng lúc sau 2.2.3.2 Cách tiến hành Cà chua xé tơi máy xé tơi kiểu lưỡi dao cong, kiểu trục đinh kiểu đĩa quay 2.2.4 Đun nóng 2.2.4.1 Mục đích Giảm phế liệu (khi đun nóng protopectin chuyển thành pectin hòa tan nên vỏ chà khơng dính thịt quả) Hạn chế tượng phân lớp sản phẩm, với cà chua cô đặc có độ khơ thấp, lượng pectin hịa tan tăng Làm cho cà chua chóng sơi ngăn ngừa tượng khê cháy cô đặc Bài khí thịt cà chua tránh tổn thất vitamin hạn chế tượng tạo bọt cô đặc Vô hoạt enzyme pectinase, oxidase Tiêu diệt vi sinh vật 2.2.4.2 Cách tiến hành Cà chua sau xé tơi đun nóng 85°C thời gian 10 phút thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm ống bọc ống 2.2.5 Chà 2.2.5.1 Mục đích Loại bỏ phần ngun liệu có giá trị dinh dưỡng thấp không ăn được: vỏ, hạt Đồng nguyên liệu trạng thái thành phần, tạo điều kiện thuận lợi cho trình chế biến nâng cao chất lượng sản phẩm 2.2.5.2 Cách tiến hành Cà chua sau đun nóng chuyển vào máy chà cánh đập để chà nhỏ 2.2.6 Cơ đặc 2.2.6.1 Mục đích Tăng nồng độ chất khô sản phẩm tới nồng độ yêu cầu (làm tăng độ sệt đặc trưng cho sản phẩm) Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển nước, áp suất thẩm thấu cao) Giảm khối lượng vận chuyển 2.2.6.2 Cách tiến hành Ta lựa chọn thiết bị cô đặc chân khơng nhiều nồi vì: tiết kiệm dùng thứ tổn thất hơi, chất lượng sản phẩm tốt q trình đặc diễn liên tục, nhiệt độ sôi thấp, thời gian cô nhanh, suất cao Cà chua sau chà chuyển qua thiết bị cô đặc chân không hai ba nồi Q trình đặc thực điều kiện chân không khoảng 600 – 650 mmHg Trong điều kiện chân không nhiệt độ sôi dung dịch thấp khoảng 55 – 60°C Cô đặc đến nồng độ 30% Thời gian cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm việccủa thiết bị, cường độ bốc sản phẩm Hệ số truyền nhiệt cà chua có nồng độ chất khô từ 15 – 30% 1395 – 1745 W/m.độ Cường độ bay cà chua có nồng độ chất khơ có nồng độ chất khơ từ 16 – 35%: 118kg/m2.h Chú ý biến đổi q trình đặc Dung dịch cà chua hệ nhiều chất hòa tan đường, acid, chứa chất không tan tinh bột, cellulose trạng thái huyền phù Khi cô đặc, dung môi bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lượng riêng tăng, hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lượng khơng khí cịn lại gian bào hòa tan sản phẩm giảm Phản ứng caramel xảy trình đặc thực nồi chân khơng với nhiệt độ thấp (50 – 60oC) Sắc tố cà chua chủ yếu thuộc họ carotenoid (lycopene) nên bị biến đổi (bền nhiệt) 2.2.7 Xử lý bao bì 2.2.7.1 Kiểm tra chất lượng bao bì Loại trừ hộp bị lỗi xước mặt thiếc, xước lớp vecni, vecni bị nổ… Chọn hộp theo xác xuất để kiểm tra độ kín Phương pháp đơn giản cho vào hộp lượng nhỏ chất lỏng (khoảng 0.5 – 1.5 ml) có nhiệt độ sơi thấp (este), ghép mí kín Khi cho hộp vào nước nóng có nhiệt độ khoảng 85 – 90°C, este sôi chuyển sang trạng thái hơi, hộp xuất áp suất lớn Nếu hộp khơng kín mí ghép có bóng khí nhỏ sủi nước 2.2.7.2 Xử lý Các hộp đủ tiêu chuẩn vận chuyển từ nơi gia công hay bảo quản kho bao bì Hộp ngâm nước, xối lại lại tia nước nóng hay phun nóng, rửa lại hai lần nước nóng 2.2.8 Rót hộp 2.2.8.1 Mục đích, yêu cầu Đảm bảo khối lượng tịnh thành phần hộp theo tỷ lệ quy định Có hình thức trình bày đẹp Đảm bảo hệ số truyền nhiệt có điều kiện thuận lợi để trùng bảo quản Không lẫn tạp chất khác 2.2.8.2 Cách tiến hành Sản phẩm rót vào hộp máy dùng cho sản phẩm đặc Tiến hành chiết rót điều kiện dùng phương pháp chiết nóng (85 – 90◦C cho sản phẩm đóng hộp cỡ lít, 90◦C cho sản phẩm đóng hộp cỡ 10 lít) 2.2.9 Ghép nắp 2.2.9.1 Mục đích Cách ly thực phẩm với mơi trường khơng khí vi sinh vật bên 2.2.9.2 Yêu cầu Nắp hộp cần phải ghép thật kín chắn để trùng áp suất chênh lệch bên bên hộp khơng làm bung mí ghép hay bật nắp khỏi thân hộp 2.2.9.3 Cách tiến hành Sản phẩm sau rót vào hộp ghép kín mí Thực máy ghép mí tự động 2.2.10 Thanh trùng 2.2.10.1 Mục đích Tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh, mục tiêu tiêu diệt bào tử yếm khí Clostridium botulinum Vơ hoạt hóa enzyme đảm bảo an toàn thực phẩm 2.2.10.2 Cách tiến hành Sản phẩm đồ hộp cà chua đặc có pH > 4.2 thực trùng nhiệt độ 100°C cà chua đặc khơng phải môi trường thuận lợi cho Botulinum lồi yếm khí phát triển Tomatin cà chua có tác dụng sát trùng nên thời gian trùng rút ngắn (20 – 50 phút) Đối với hộp cỡ lớn, sau ghép kín mí, làm nguội sản phẩm nước lạnh để cân áp suất ngồi bao bì Đối với hộp cỡ nhỏ, sau ghép kín mí ta tiến hành trùng thiết bị kiểu ngang làm việc gián đoạn, sản phẩm làm nguội thiết bị sau thời gian trùng đạt yêu cầu 2.2.11 Bảo ôn Sản phẩm sau trùng làm nguội, giữ nhiệt độ phòng để thực q trình bảo ơn Trong thời gian bảo ôn, thành phần đồ hộp tiếp tục ổn định mặt phẩm chất phát đồ hộp hỏng Thời gian ổn định đồ hộp tối thiểu 15 ngày Đồ hộp không xuất xưởng trước thời gian Chương 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Cà chua cô đặc suất 1000 kg sản phẩm/ h hàm lượng chất khô thành phẩm 30% Giả sử tỷ lệ hao hụt qua công đoạn: STT Công đoạn Chọn lựa Tỷ lệ hao Nguyên nhân hụt (% ) Loại bỏ núm, phần bị nám, hỏng, phần dập nát q trình vận chuyển, có độ chín khơng thích hợp Rửa Nghiền xé Đun nóng Chà 0,5 0,5 3,5 Cơ đặc H Rót hộp, ghép mí Thanh trùng, làm nguội Loại bỏ đất, cát, bụi bẩn Phần bám dính vào thiết bị Phần bám dính thiết bị Loại bỏ vỏ hạt, phần bám dính vào thiết bị Nước tách khỏi nguyên liệu, phần bám dính vào thiết bị Phần bám dính vào thiết bị, rơi vãi Bung nắp, phồng hộp trình trùng (Nguồn: Đỗ Thị Hoan, 2010) Tính tốn chi tiết công đoạn 3.1 Thanh trùng, làm nguội Cà chua rót hộp Thanh trùng, làm nguội Hao phí (1%) Thành phẩm m=1000 (kg/h ) - Khối lượng cà chua thành phẩm là: m=1000 (kg/h ) - Tỷ lệ hao hụt là: 1% - Khối lượng cà chua chưa trùng là: 1000+ 1000* 1%= 1010 (kg/h ) 3.2 Rót hộp, ghép mí Cà chua đặc Rót hộp, ghép mí Cà chua sau rót hộp m=1010 (kg/h ) Hao phí (1%) - Khối lượng cà chua rót hộp, ghép mí là: m= 1010 (kg/h ) - Tỷ lệ hao hụt là: 1% - Khối lượng cà chua chưa rót hộp là: 1010+ 1010* 1%= 1020 (kg/h ) 3.3 Công đoạn cô đặc Hơi nước (m1 ) Cà chua sau chà Cà chua sau cô đặc Cô đặc m (kg/h ) m2=1020 (kg/h ) Chất khô: 7% Chất khơ: 30% Hao phí (H= 76,67% ) Khối lượng cà chua sau cô đặc : m= 1020 (kg/h ) Hàm lượng chất khô nguyên liệu: 7% Hàm lượng chất khô sau cô đặc: 30% Bảo tồn chất khơ: mcknl= mcksp m = 30 1020 m= 4371,43 (kg/h ) Khối lượng cà chua đưa vào q trình đặc là: m= 4371,43 (kg/h ) Bảo toàn khối lượng: m1+ m2= m 10 m1= m- m2= 4371,43- 1020= 3351,43 (kg/h ) Hao phí q trình đặc: H= ( m1/m) *100= ( 3351,43/ 4371,43) * 100= 76,67% 3.4 Chà Hao phí (3.5%) chà Cà chua đun nóng Cà chua sau chà m = 4371,43 (kg/h ) Khối lượng cà chua sau chà là: m = 4371,43 (kg/h ) Tỷ lệ hao hụt là: 3,5% Vỏ hạt trở thành phế liệu chiếm 3-4 % khối lượng tachọn hao hụt cho công đoạn 3,5 % Khối lượng cà chua vào trình chà là: 4371,43+ 4371,43*3,5 % = 4524,43 (Kg/h ) 3.5 Đun nóng Hao phí (0,5%) Cà chua sau nghiền Đun nóng Cà chua sau đun nóng m = 4524,43(kg/h ) - Khối lượng cà chua sau đun nóng là: m= 4524,43 (kg/h ) - Tỷ lệ hao hụt là: 0.5% - Khối lượng cà chua vào q trình đun nóng là: 4524,43+ 4524,43* 0,5%= 4547,05 (Kg/h ) 3.6 Nghiền xé Cà chua sau rửa Nghiền xé Cà chua sau nghiền xé m= 4547,05 ( Kg/h ) Hao phí (0,5%) - Khối lượng cà chua sau nghiền xé là: m= 4547,05 (Kg/h ) 11 - Tỷ lệ hao hụt là: 0,5% - Khối lượng cà chua đưa vào trình nghiền xé là: 4547,05+ 4547,05* 0,5%= 4569,78 (Kg/h ) 3.7 Rửa Rửa Cà chua chọn lựa Cà chua sau rửa m= 4569,78 (kg/h ) Hao phí (1%) - Khối lượng cà chua sau rửa là: m= 4569,78 (kg/h ) - Tỷ lệ hao hụt là: 1% - Khối lượng cà chua trước rửa là: 4569,78+ 4569,78* 1%= 4615,48 (kg/h ) 3.8 Lựa chọn nguyên liệu Lựa chọn Nguyên liệu Cà chua sau chọn m = 4651, 48 (kg/h ) Hao phí (2%) - Khối lượng cà chua sau lựa chọn là: m = 4615,48 (kg/h ) - Tỷ lệ hao hụt là: 2% - Khối lượng nguyên liệu cà chua là: 4615,48+ 4615,48* 2%= 4707,79 (kg /h) Bảng 3.1 Bảng cân vật chất STT Công đoạn Khối lượng vào (kg/h ) Tỷ lệ hao hụt (% ) Khối lượng (kg/h ) Chọn lựa 4707,79 4651,48 Rửa 4651,48 4569,78 12 Nghiền xé 4569,78 0,5 4547,05 Đun nóng 4547,05 0,5 4524,43 Chà 4524,43 3,5 4371,43 Cô đặc 4371,43 76,67 1020 Rót hộp, ghép mí Thanh trùng, làm nguội Bảo quản, thành phẩm 1020 1010 1010 1000 1000 1000 Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.1 Dữ kiện ban đầu Dung dịch cô đặc: cà chua Nồng độ đầu: xđ = % Nồng độ cuối: xc = 30% Năng suất: 1000 Kg/h 4.2 Tổng lượng thứ bốc lên (W) Cơng thức tính lượng nước bốc sau: (Các q trình thiết bị thiết bị cơng nghệ thực phẩm tập 3) W = Gd (1 – m1/m2) Trong đó: Gd: Khối lượng dung dịch cần đặc (kg) m1: Nồng độ chất khô ban đầu, m1 = % m2: Nồng độ dung dịch sau cô đặc, m2 = 30 % Thay số vào ta tính lượng nước bốc hơi: W = Gd(1–7/30)=0,7667 Gđ =76,67 % Gđ = 76,67% 4371,43 = 3351,58 (kg/h) 4.3 Sự phân bố thứ nồi : Gọi W1, W2, W3 lượng thứ nồi 1, nồi 2, nồi kg/h Chọn phân bố thứ tương ứng theo tỷ lệ a1:a2:a3 1,2: 1,1: Từ cách chọn tỷ lệ ta tính lượng thứ bốc nồi: Nồi 1: W1 = = = 1218,76 (kg/h) Nồi : W2 = = = 1117,19(kg/h) Nồi 3: W3 = = = 1015,63(kg/h) 13 4.4 Nồng độ dung dịch nồi: Theo đầu dung dịch có nồng độ đầu xđ =7% nồng độ cuối, tức khỏi nồi xc= 30% Gọi: X1, X2, X3, nồng độ tương ứng nồi 1, nồi 2, nồi Vậy: - Nồng độ nồi 1: X1 = Gđ = 4371,43 = 9,71(%khối lượng) - Nồng độ nồi 2: X2 = Gđ = 4371,43 = 15,03 (% khối lượng) - Nồng độ nồi 3: X3 = G đ = = 30 (%khối lượng) 4.5 Xác định tổn thất nhiệt 4.5.1 Phân bố áp suất làm việc nồi Gọi:P1, P2, P3, Pnt, áp suất đốt nồi I, II, III thiết bị ngưng tụ P1: hiệu số áp suất nồi so với nồi P2: hiệu số áp suất nồi so với nồi P3: hiệu số áp suất nồi so với thiết bị ngưng tụ P: hiệu số áp suất hệ thống Chọn tỉ lệ hiệu số áp suất nồi sau: ΔP1/ΔP2 =1,076 ΔP2/ΔP3=2 Chênh lệch áp suất chung hệ thống: Ta có: ΔP = Phđ-Pnt = 1,96 - 0,2 = 1,76 (atm) Ta có ΔP1= 1,076ΔP2 ΔP3= ΔP2/2 ΔP1+ΔP2+ΔP3=1,76 ΔP1=1,129 (atm) ΔP2=1,049 (atm) ΔP3= (atm) Áp suất đốt: 14 Phd1= 1,96 at Phd2= Phd1 - ∆P1= 1,96- 1,129= 0,831 at Phd3= Phd2 - ∆P2= 1,129 –1,049= 0,08 at Gọi Thđ1, Thđ2, Thđ3, Tnt nhiệt độ đốt vào nồi 1, nồi 2, nồi thiết bị ngưng tụ Tht1, Tht2, Tht3, nhiệt độ thứ khỏi nồi 1, nồi 2, nồi Nhiệt độ đốt nồi sau nhiệt độ thứ nồi trước trừ 1℃ ( tổn thất nhiệt dotrợ lực thủy học ống dẫn ) Nhiệt độ thứ nồi cuối nhiệt độ thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1℃ Do đó: Thđ2 = Tht1 - Thđ3 = Tht2 - Tnt = Tht3-1 Tra bảng : I 250, STQTTB, T1/ Trang 312 I 251, STQTTB, T1/ Trang 314 Bảng 4.1: Thông số đốt thứ Hơi đốt Nồi Phd (at) Ihd Thd (kJ/kg (0C) ) Hơi thứ Cn (J/kg.độ ) Pht (at) Tht (0C) iht (kJ/kg) 2711 4250 0,862 95 26,1 1,96 0,83 94 2687 4226 0,085 42 2576,9 0,08 41 2652,4 4202 0,085 42 2576,9 4.5.2 Tổn thất nhiệt nồng độ (∆’) Ta sử dụng công thức Tisencô: Δ’ =Δ’0.f (VI.10/59 –Nguyễn Bin, 2013, tập2) Trong Δ’0 – tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi áp suất thường f= 16,2 Trong T- nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất cho, 0K; R- ẩn nhiệt hóa dung môi nguyên chất áp suất làm việc,J.kg Dựa vào bảng (VI.2/65 – Nguyễn Bin, 2013, tập3) ta biết tổn thất nhiệt độ Δ’0 theo nồng độ a (% khối lượng) Bảng 4.2: Tổn thất nhiệt độ nồng độ 15 Nồi Nồi Nồi Nồng độ dung dịch(%kl) 9,71 15,03 30 Δ’0 (0C) 1,9 2,8 4,3 Từ ta có Δ’1 = Δ’0.16,2 (Tht1 + 273)2/R1 Δ’1 = = 1,970C Δ’2 = = 2,530C Δ’3 = = 3,30C Vậy tổn thất nhiệt nồng độ ba nồi: Δ’ = Δ’1 + Δ’2 +Δ’3 = 1,97 + 2,53 + 3,3 = 7,80C 4.5.3 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’) Trong lịng dung dịch, xuống sâu nhiệt độ sơi dung dịch tăng áp lực cột chất lỏng Hiệu số dung dịch ống truyền nhiệt mặt thoáng gọi tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tĩnh Δ” = Ttbi - Thti (oC) (VI.13/60-Nguyễn Bin, 2013, tập2) Với: – Ttb nhiệt độ sôi ứng với Ptb – Tht nhiệt độ sơi thứ mặt thống dung dịch Tính áp suất thủy tĩnh độ sâu trung bình chất lỏng: Theo CT VI.12, STQTTB, T2/Trang 55;ta có: Ptb = P0 + (Δh + )ddsoi.g (N/m2) Với: – Po áp suất thứ bề mặt dung dịch – Δh chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch, chọn Δh=0,5 cho nồi – H chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4m cho nồi – ddsoi khối lượng riêng dung dịch sôi, kg/m3 Bảng 4.3: Áp suất thứ bề mặt thoáng dung dịch Nồi Nồng độ dung dịch Khối lượng riêng dung dịch Áp suất thứ bề mặt thoáng dung dịch(P0) 9,71 474,35 1,194 16 15,03 533,3 0,57 30 598 0,2 Theo [Nguyễn Bin, 2013, tập1] Ptb1 = 1,31at ttb1=106,47 0C Ptb2 = 0,7at ttb2 = 89,30C Ptb3 = 0,35at ttb3 =72,05 0C Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh tăng cao Δ''i = Ttbi – Thti , C (VI.13/60-Nguyễn Bin, 2013, tập 2) Δ1 =Ttb1-Tht1= 106,47 - 106 = 0,47 C Δ''2 =Ttb2-Tht2= 89,3 - 85 =4,3 0C Δ''3 =Ttb3-Tht3= 72,05 – 60 = 12,05 0C Vậy tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh toàn hệ thống: Δ''i = Δ1'' + Δ''2 + Δ''3 = 0,47+ 4,3 +12,05=16,820C 4.5.4 Tổn thất trở lực đường ống (Δ’’’) Chọn tổn thất áp suất trở lực đường ống nồi 1ºC Δ''' =Δ1"' +Δ2"' +Δ3'"= +1 +1 = 3oC (VI.14/60-Nguyễn Bin, 2013, tập 2) 4.5.5 Tổn thất toàn hệ thống Δ=Δ'+Δ''+Δ''' =7,8 +16,82 +3 = 27,62oC (VI.19/68-Nguyễn Bin, 2013, tập 2) 4.6 Tính nhiệt dung riêng (C, J/kg.độ) Nhiệt dung riêng dung dịch trước cô đặc: Áp dụng CT I.43/152 –Nguyễn Bin, 2013, tập Co=4186(1- x) Trong đó: X nồng độ chất tan (% khối lượng) Nhiệt dung riêng dung dịch có nồng độ lớn 20% tính theo cơng thức I.44; STQTTB T1/ trang152 C= Ch.x + 4186(1-x) ( J/kg.độ) Trong đó: Ch nhiệt dung riêng chất hịa tan khan ( khơng chứa nước) , ( J/kg.độ) https://chilinhkgcc.forumvi.com/t321-topic Vì xđ=7 % nên áp dụng công thức: Co=4186(1- x) Co = 4186*(1-0,07)= 3892,98 (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng dung dịch sau khỏi nồi 1: Ta có: x1=9,71% C1=4186*(1-0,0971)=3779,54 (J/kg.độ) Nhiêt dung riêng dung dịch sau khỏi nồi 2: Ta có x2 = 15.03% C2=4186(1- 0,1503)=3556,84(J/kg.độ) Nhiệt dung riêng dung dịch nồi 17 Vì x3 = 30% => C= Ch.x + 4186(1-x) ( J/kg.độ) C3 =4020.0,3+ 4186(1-0,3) = 4136,2 ( J/kg.độ) 4.7 Lập phương trình cân nhiệt lượng tính lượng đốt cần thiết: Gọi: D1, D2, D3 lượng đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h Gđ, Gc lượng dung dịch đầu cuối, kg/h W1, W2, W3 lượng thứ bốc rừ nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h Cđ, Cc nhiệt dung riêng dung dịch đầu cuối, j/kg.độ tđ, tc nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối dung dịch, 0C i1, i2, i3 hàm nhiệt đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h i1’, i2’, i3’ hàm nhiệt thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3,J/kg Cn1, Cn2, Cn3 nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ θ1 θ2 θ3 nhiệt độ nước ngưng nồi 1,2,3, 0C Qtt1, Qtt2, Qtt3 nhiệt tổn thất môi trường sung quanh, J Theo phương trình cân nhiệt, lượng nhiệt vào lượng nhiệt ra: Nhiệt lượng vào: Nồi 1: - Do dung dịch đầu: GđCđtđ - Do đốt: D1i1 Nồi 2: - Do đốt mang vào: D2t2 - Do dung dịch nồi mang vào: (Gđ – W1)C1t1 Nồi 3: - Do đốt mang vào : D3i3 - Do dung dịch nồi mang vào: (Gđ – W1)C1t1 Nhiệt lựợng ra: Nồi 1: - Do đốt mang ra: W1i’1 - Do dung dịch mang ra: (Gđ – W1)C1t1 - Do nước ngưng mang ra: D1Cn1 θ1 18 - Do tổn thất nhiệt chung: Qtt1 = 0.05D1(i1- Cn1 θ1) Nồi 2: - Do thứ mang ra: W2i’2 Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2)C2t2 Do nước ngưng mang ra: D2Cn2 θ2 Do tổn thất nhiệt chung: Qtt2 = 0.05D2(i2 – Cn2 θ2) Nồi 3: - Do thứ mang ra: W3i’3 Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2 –W3)C3t3 Do nước ngưng mang ra: D3Cn3 θ3 Do tổn thất nhiệt chung: Qtt3 = 0.05D3(i3 – Cn3 θ3) Phương trình cân nhiệt lượng: ΣQvào = ΣQra Nồi 1: GđCđtđ + D1i1 = W1i’1 + (Gđ – W1)C1t1 + D1Cn1 θ1 + 0.05D1(i1 – Cn1 θ1) Nồi 2: D2i2 + (Gđ –W1) = W2i’2 + (Gđ – W1- W2)C2t2 +D2Cn2 θ2 + 0.05D2(i2 – Cn2 θ2) Nồi 3: D3i3 + (Gđ –W1-W2)=W3i’3 + (Gđ–W1-W2-W3)C3t3 +D3Cn3θ3+ 0.05D3(i3– Cn3θ3) Với: D2 = W1; D3 = W2; W= W1+W2+W3 ; θ =thđ; Thay vào giải ta được: Bảng 4.4: Lượng sau tính tốn Lượng W1 W2 W3 D1 (kg/h) 1536,32 1020,45 794,81 2503,58 19 Chương 5: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Tính tốn, lựa chọn thiết bị cô đặc Lựa chọn thiết bị cô đặc chân không nhiều nồi loại SJN3 – 1500 Bảng 5.1: Thông số thiết bị Thông số Năng suất bay (kg/h) 1500 Tiêu hao nước bão hòa (kg/h) 1100 Áp suất (Mpa) < 0,1 Mpa Lượng nước làm mát (Tấn/h) 27 Tính số nồi hệ thống đặc: Khối lượng cà chua đưa vào công đoạn cô đặc: 4371 (kg/h) Năng suất thiết bị: 1500 (kg/h) Số nồi cần: N = Chọn thiết bị đặc chân khơng nồi Tính kích thước nồi đặc Năng suất sản phẩm: 1000 kg/h Khối lượng riêng cà chua: ρcà chua = 1024 kg/m3 Thể tích cà chua cô đặc: V = m3 = 977 (lit) Cô đặc nhiệt độ 42 – 950 C thời gian 30 phút, 1h đặc mẻ Sử dụng hệ thống nồi cô đặc => Vcô đặc lần = = 40.7 (lit) Nồi đặc có dạng hình trụ đứng => Vnồi = π.R2.h = 40,7 R2.h = 13 => h = 3.5 m R=2m Kích thước nồi đặc: ϕ = 2000 mm; H = 3500 mm 5.2 Cấu tạo 20 Hình 5.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống cô đặc nồi 1, 2, Bơm chân không phụ trợ; Bơm chân khơng vịng nước; 5, Bơm luân lưu; Ống dẫn nguyên liệu vào; Bơm chuyển sản phẩm; Động cánh khuấy; 10 Bơm hút – luân lưu; 11 Chiết quang kế điện tử; 12 Thiết bị ngưng tụ bán baromet; 13 Bình ngưng; 14, 15, 16 Van nạp liệu tay; 17, 18, 19 Van tự động điều chỉnh dòng sản phẩm; 20 Van tự động xả sản phẩm cô đặc; 21 Role điều chỉnh mức; 22 Rơ le điều chỉnh nhiệt; 23 Van xả khơng khí; 24 Thiết bị ống chùm lắp ngồi; 25, 26, 27 Van tay (Nguồn: Tơn Thất Minh tác giả, 2017) 5.3 Nguyên tắc vận hành Trong q trình đặc, dịch từ nồi I sau cô đạt nồng độ chuyển sang nồi II nhờ chênh lệch áp suất chân không, dịch từ nồi II sang nồi III áp suất cân nên phải dùng bơm Dịch sau nồi III dẫn đến thiết bị trùng liên tục vào hộp Nhiệt độ sôi nồi I, II, III 92-95◦C, 42◦C, 42◦C Nồng độ dịch ba nồi tương ứng sau cô: 9-10%, 18-20%, 30% Để đảm bảo suất, dịch vào ba nồi phải đạt mức: nồi I dịch ngang kính quan sát, nồi II ống truyền nhiệt 100 mm, nồi III mức dịch ống truyền nhiệt 50 mm ( Tôn Thất Minh tác giả, 2017) 5.4 Ưu điểm thiết bị cô đặc chân không - Hiệu cao, tiêu thụ điện thấp Tốc độ nhanh, nhiệt độ bay chân không thấp, giữ nguyên hương liệu, màu dinh dưỡng - Thanh trùng, vệ sinh an toàn - Hiệu suất ổn định 21 - Kích thước nhỏ gọn, dễ vận hành, chi phí bảo trì thấp - Cơ giới hóa, tự động hóa 22 Tài liệu tham khảo Đỗ Văn Đài – Nguyễn Trọng Khương – Trần quang Thảo – Võ Thị Ngọc Tươi, Các qúa trình thiết bị cơng nghệ hóa học, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp Nguyễn Trọng Cẩn – Nguyễn Lệ Hà, Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm, NXB Khoa Học Kỹ Thuật (2009) Lê Mỹ Hồng, Cơng nghệ chế biến thực phẩm đóng hộp, Trường ĐH Cần Thơ(2005) Tôn Thất Minh, Phạm Anh Tuấn, Nguyễn Tân Thành - Các trình thiết bị trao đổi nhiệt tập II- Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2017 Nguyễn Văn Tiếp – Quách Đĩnh – Ngô Mỹ Văn, Kỹ thuật sản xuất đồ hộp rau quả, NXB Thanh Niên Nguyễn Văn Tước, Rau sản phẩm chế biến Trịnh Quang Tiếp, Kỹ thuật đồ hộp rau Nguyễn Văn Tiếp – Quách Đĩnh – Ngô Mỹ Văn, Kỹ thuật sản xuất đồ hộp rau quả, NXB Thanh Niên (2000) http://www.ykhoanet.com/duoc/dinhduong/05_0148.htm 10 http://www.rauhoaquavietnam.vn/default.aspx? ID=45&LangID=1&tabID=5&NewsID=861 11 http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/cong-nghe-sau-thu-hoach-va-ke-hoach-tap-huandu-an-reta-6208.23442.html 12 http://www.thuvientailieu.vn/tai-lieu/do-an-thiet-ke-phan-xuong-san-xuat-cachua-co-dac-nang-suat-30-tan-san-pham-ngay-27930/? fbclid=IwAR3Q9soI1obM0R8Ig0j1Sbs28QMWJkItL9_Vv8SyCPRdxF967yU NNpV3z-8 13 https://ifoodvietnam.com/thiet-bi-co-dac-chan-khong/? fbclid=IwAR2vYNNKxRTq_n_qXdixol2zUext06Adk3oErliqF1q9_yX7tt1uuDC7v4 23 ... là: m= 101 0 (kg/ h ) - Tỷ lệ hao hụt là: 1% - Khối lượng cà chua chưa rót hộp là: 101 0+ 101 0* 1 %= 102 0 (kg/ h ) 3.3 Công đoạn cô đặc Hơi nước (m1 ) Cà chua sau chà Cà chua sau cô đặc Cô đặc m (kg/ h... cần: N = Chọn thiết bị đặc chân khơng nồi Tính kích thước nồi cô đặc Năng suất sản phẩm: 100 0 kg/ h Khối lượng riêng cà chua: ? ?cà chua = 102 4 kg/ m3 Thể tích cà chua đặc: V = m3 = 977... 1% - Khối lượng cà chua chưa trùng là: 100 0+ 100 0* 1 %= 101 0 (kg/ h ) 3.2 Rót hộp, ghép mí Cà chua đặc Rót hộp, ghép mí Cà chua sau rót hộp m =1 01 0 (kg/ h ) Hao phí (1%) - Khối lượng cà chua rót hộp,