QUÁ TRÌNH GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM CHƯƠNG 8

CHƯƠNG Q TRÌNH GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM KHÁI NIỆM Làm giảm kích thước thực phẩm hay “sự chia nhỏ” cơng đoạn kích thước phần tử rắn làm giảm sử dụng lực tác dụng Khi ứng dụng vào việc làm giảm kích thước giọt chất lỏng khơng trộn lẫn (ví dụ dầu nước), giảm kích thước hiểu q trình nhũ tương hóa hay đồng hóa Chú ý: Làm giảm kích thước chất lỏng thành giọt dùng phương pháp phun Sự tăng kích thước đạt phương pháp ép đùn hay tạo hình GIỚI THIỆU CHUNG LỢI ÍCH CỦA Q TRÌNH - Làm tăng tỷ số diện tích bề mặt/đơn vị diện tích thực phẩm, điều làm tăng tốc độ sấy, gia nhiệt làm mát; làm tăng hiệu tốc độ trích ly cấu tử lỏng (ví dụ trích ly nước hay dầu ăn) - Khi kết hợp với trình phân loại (sàng), thu phần tử có kích cỡ phạm vi định, điều quan trọng tính chất chức tính chất chế biến vài thực phẩm (ví dụ loại gia vị, tinh bột ngơ…) - Các phần tử có kích cỡ phạm vi định cho phép phối trộn hoàn thiện cấu tử với (ví dụ soup khơ hay hỗn hợp làm bánh …) GIỚI THIỆU CHUNG TÁC DỤNG CỦA QUÁ TRÌNH - Có khơng có tác dụng mặt bảo quản - Làm tăng chất lượng cảm quan hay phù hợp thực phẩm cho trình chế biến sau - Trong số trường hợp, thúc đẩy trình làm giảm chất lượng thực phẩm + Do việc giải phóng enzyme sẵn có thực phẩm từ mô bị phá hủy + Do họat động vi sinh vật oxy hóa nơi tăng diện tích bề mặt bị lộ (trừ biện pháp bảo quản khác áp dụng) GIỚI THIỆU CHUNG PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM NHỎ THỰC PHẨM Dựa theo phạm vi kích cỡ phần tử thực phẩm: Xẻ, cắt, cắt lát thái (thái hạt lựu) - Từ to tới trung bình (thịt bị để hầm, mát lát thịt để đóng hộp) - Từ trung bình tới nhỏ (thịt muối, cà rốt thái hạt lựu) - Từ nhỏ tới dạng hạt (thịt lợn băm, thịt lợn xé nhỏ, rau băm nhỏ) Xay, nghiền loại bột hay loại paste (thực phẩm mài > gia vị > bột > nectar > bột đường > tinh bột > paste) Nhũ tương hóa đồng hóa (mayonnaise, sữa, tinh dầu, bơ, kem margarine) GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN CÁC LỰC TÁC DỤNG Trong tất loại giảm kích thước, có ba loại lực sử dụng để làm giảm kích thước: - Lực nén ép (Compression forces) - Lực trượt (Shearing forces) - Lực đập (Impact forces) Trong hầu hết thiết bị giảm kích thước thực phẩm, tất lực có mặt Tuy nhiên, có ba loại lực chiếm ưu so với hai loại lực lại GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN CÁC LỰC TÁC DỤNG Lực nén ép (Compression forces) Lực đập (Impact forces) Lực trượt (Shearing forces) GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI NĂNG LƯỢNG CẦN SỬ DỤNG CHO Q TRÌNH LÀM GIẢM KÍCH THƯỚC - Độ cứng khuynh hướng rạn nứt (tính dễ vụn, dễ rạn nứt thực phẩm) phụ thuộc vào cấu trúc thực phẩm - Loại lực tác động: Lực nén ép thường sử dụng để làm rạn nứt thực phẩm dễ bở, dễ vụn hay dạng tinh thể; thực phẩm xơ, cần kết hợp với lực trượt lực đập Lực đập dùng cho thực phẩm mềm, dẻo Thực phẩm rạn nứt mức độ lực tác động nhỏ tác động thời gian dài - Độ ẩm độ nhạy cảm với nhiệt thực phẩm GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG CẦN THIẾT ĐỂ GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM Định luật chung: dE/d(d)=Kdn (8.1) Trong đó: dE: vi phân lượng cần thiết d(d): thay đổi kích thước đặc trưng d: độ lớn kích thước đặc trưng K,n: số GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN Định luật Kick: Năng lượng cần thiết để làm giảm kích cỡ phần tử tỷ lệ với tỷ số kích cỡ ban đầu theo kích thước hình học đặc trưng (ví dụ đường kính phần tử) kích cỡ cuối kích thước hình học (n = -1) E = KK.ln(d1/d2) (8.2) Trong đó: E (J kg-1): Năng lượng cần thiết đơn vị vật liệu Kk : số Kick d1 (m): kích thước trung bình ban đầu phần d2 (m): kích thước trung bình sau phần nghiền d1/d2 : gọi tỷ số giảm kích thước (Reduction Ratio – RR) sử dụng để đánh giá hiệu suất tương đối loại thiết bị khác Mài thơ có RR nhỏ 8:1, nghiền mịn tỷ lệ vượt q 100:1 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN Định luật Rittinger: Năng lượng cần thiết để giảm kích cỡ thực phẩm tỷ lệ với thay đổi diện tích bề mặt phần thực phẩm (thay cho thay đổi kích thước theo định luật Kick) (n = -2): E = KR (1/d2 - 1/d1) (8.3) Trong đó: KR: số Rittinger 10 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN THIẾT BỊ GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM KHƠ Máy nghiền trục (nghiền trung bình nhỏ) Được sử dụng rộng rãi nghiền lúa mì, loại ngũ cốc khác… Có nhiều loại: máy nghiền đôi trục, hai đôi trục trục, nhiều trục Trục Nguyên lý: Khi qua khe hở trục, nguyên liệu nghiền nhỏ tháo phía Trục Trục Hình 8.4 Nguyên lý nghiền trục (3 trục) 28 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN THIẾT BỊ GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM KHƠ Ngun liệu vào Máy nghiền trục (nghiền trung bình nhỏ) Các trục có đường kính khác nhau, làm trơn có gân Tùy theo tính chất nguyên liệu yêu cầu nghiền mà cấu tạo trục khác điều chỉnh vận tốc trục Ưu điểm: cấu tạo chắn, đơn giản Nhược điểm: khơng thích hợp cho nghiền vật liệu có độ cứng cao Hình 8.5 Sơ đồ cấu tạo máy nghIền trục 29 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN THIẾT BỊ GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM KHƠ Máy nghiền búa (nghiền trung bình nhỏ) Dùng để nghiền vật liệu giịn, có độ ẩm thấp (không 15%) Cấu tạo: Vỏ máy gang thép Trên trục nằm ngang có gắn đĩa quay Trục quay với tốc độ khoảng 500 – 800 v/p (nghiền nhỏ) 1000 – 1500v/p (nghiền mịn hơn) Trên đĩa quay gắn búa, búa lắp cứng động, làm thép cứng Sàng để phân loại nguyên liệu sau nghiền Hình 8.6 Sơ đồ cấu tạo máy nghiền búa 30 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM RẮN THIẾT BỊ GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM KHÔ Máy nghiền búa Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu qua phễu nạp liệu vào máy Búa quay nhờ truyền động trục, đập vào nguyên liệu làm cho nguyên liệu vỡ nhỏ Nguyên liệu đập vào thành máy bị làm nhỏ Phần nguyên liệu làm nhỏ đủ yêu cầu lọt qua sàng Những phần tử chưa đạt yêu cầu búa nâng lên, tiến hành va đập tiếp tục đến đạt yêu cầu Hình 8.7 Cấu tạo búa máy nghiền búa 31 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG Nhũ tương hỗn hợp hai chất lỏng khơng tan lẫn, chất lỏng phân tán chất lỏng lại dạng giọt mịn Gồm hai pha: + pha phân tán + pha liên tục Có hai loại nhũ tương là: - Dầu nước (ví dụ sữa) - Nước dầu (ví dụ magarine) Đây hai hệ nhũ tương đơn giản, hệ nhũ tương phức tạp tìm thấy sản phẩm kem, xúc xích, bánh … Đặc điểm: Nhũ tương hệ không bền vững, dễ bị phân tách tác dụng trọng lực Khi đó, chất lỏng có khối lượng riêng nhỏ lên chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn, tạo thành bề mặt phân chia hai chất lỏng Các phần tử phân tán hệ nhũ tương có diện tích bề mặt lớn, chúng có xu hướng kết hợp lại với tạo thành giọt lớn ! Thường sử dụng chất nhũ hóa để ổn định hệ nhũ tương 32 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG - Đường kính giọt phân tán hệ nhũ tương thường từ – 10 µm - Sự ổn định hệ nhũ tương định bởi: + Loại chất lượng chất nhũ tương hố + Kích thước giọt pha phân tán + Các lực tương tác bề mặt hoạt động bề mặt giọt cầu + Độ nhớt pha liên tục + Sự khác tỷ trọng pha phân tán pha liên tục 33 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG CHẤT NHŨ HĨA Gồm chất nhũ hóa tự nhiên tổng hợp - Chất nhũ hóa tự nhiên: ví dụ protein phospholipit có mặt thực phẩm Tuy nhiên không hiệu chất nhũ hóa tổng hợp - Chất nhũ hóa tổng hợp: phân thành loại có cực khơng cực + Loại có cực chứa nhóm phân cực, liên kết với nước tạo nhũ tương dầu nước o/w + Loại không phân cực, bị hấp phụ dầu tạo nhũ tương nước dầu w/o Các chất đặc trưng giá trị cân ưa nước – ưa béo (HLB – hydrrophile – lipophile balance) HLB 11 (11 – 20): chất ưa nước, sử dụng cho nhũ tương dầu nước Ví dụ: lecithin, muối kali natri axit oleic … Bên cạnh đó, sử dụng chất ổn định, thường polysacharide keo để ổn định hệ nhũ tương (làm tăng độ nhớt, tạo thành mạng phương chống lại kết tụ, ổn định hệ nhũ tương) 34 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG Định luật Stock: Các yếu tố ảnh hưởng tới ổn định hệ nhũ tương liên hệ với qua định luật Stock: v d g ( p   s ) 18 v (m s-1): tốc độ phân tách pha d (m): đường kính giọt cầu pha phân tán g: gia tốc trọng trường = 9,81 m s-2 ρp (kg m-3 ): tỷ trọng pha phân tán ρs (kg m-3): tỷ trọng pha liên tục μ (N s m-2 ): độ nhớt pha liên tục 35 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG THIẾT BỊ Yêu cầu quan trọng hệ nhũ tương giọt pha phân tán phải có kích thước nhỏ Sử dụng thiết bị đồng hóa để làm giảm kích thước giọt xuống 0,1 – 10 µm Có loại thiết bị đồng hóa: - Thiết bị trộn tốc độ cao - Thiết bị đồng hoá dùng áp suất - Nghiền keo - Đồng hoá siêu âm - Đồng hố hydroshear microfluidiser 36 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG THIẾT BỊ Thiết bị đồng hóa sử dụng áp suất Gồm bơm áp suất cao, vận hành áp suất 10 – 70 MPa Van đồng hóa nằm cửa nạp liệu Khi chất lỏng bơm qua khe nhỏ van đế van (khe hở điều chỉnh được), áp suất cao tạo tốc độ cao cho chất lỏng (80 – 150 m s-1) Sau đó, chất lỏng khỏi van, gần tức thời tạo thành giọt chất lỏng Có thể tiến hành đồng hóa giai đoạn giai đoạn Sử dụng nhiều chế biến sữa, sản xuất cream salad, kem, soup nước sốt… 37 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG THIẾT BỊ Thiết bị đồng hóa sử dụng áp suất Hình 8.8 Sơ đồ cấu tạo máy đồng hóa dùng áp suất Hình 8.9 Ngun lý đồng hóa dùng áp suất 38 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG THIẾT BỊ Thiết bị đồng hóa sử dụng áp suất Kích thước trung bình: μm Phạm vi: – 10 μm Kích thước trung bình:0,5μm Phạm vi: 0,2 – μm Tạo thành cụm hạt Kích thước trung bình:0,5μm Phạm vi: 0,2 – μm Khơng cịn cụm hạt Hình 8.10 Ảnh hưởng đồng hóa hai giai đoạn đến phân bố kích thước hạt cầu béo Hình ảnh thu qua kính hiển vi 39 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG THIẾT BỊ Thiết bị phối trộn tốc độ cao Sử dụng tua-bin cánh khuấy chân vịt để phối trộn nhũ tương chất lỏng có độ nhớt thấp Chúng tạo hoạt động cắt lên thực phẩm phía đầu rìa cánh khuấy Nghiền keo Về nghiền đĩa với khoảng cách nhỏ (0,05 – 1,3 mm) đĩa cố định đĩa đặt dọc quay với tốc độ 3.000 – 15.000 vòng/phút Sử dụng tốt chất lỏng có độ nhớt cao 40 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG THIẾT BỊ Thiết bị đồng hóa siêu âm Hình 11 Thiết bị đồng hóa siêu âm Sử dụng sóng âm tần số cao (18 – 30 kHz) để gây chu trình xen kẽ, luân phiên nén ép, căng bên chất lỏng; gây sủi bong bóng bọt khí Do đó, hình thành nhũ tương với kích thước giọt từ – µm 41 GIẢM KÍCH THƯỚC THỰC PHẨM LỎNG THIẾT BỊ Thiết bị đồng hóa siêu âm - Hai pha nhũ tương bơm qua thiết bị đồng hóa áp suất 0,34 – 1,4 MPa - Năng lượng siêu âm tạo nhờ thép rung Tần số rung thép điều khiển nhờ việc điều chỉnh vị trí kẹp thép - Sử dụng sản xuất kem, cream salad, thực phẩm cho trẻ em, nhũ tương tinh dầu … 42 ...