Tiểu luận môn các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm quá trình sấy và sao rang do thầy Nguyễn Đắc Trường hướng dẫn iuh trường đại học công nghiệp Hồ Chí Minh tọa lạc tại đường Nguyễn Văn Bảo Viện sinh học và thực phẩm
SAO RANG – NƯỚNG I/ Sao rang Sao rang trình chế biến cách đảo thực phẩm liên tục để làm tăng hiệu truyền nhiệt đối lưu, đồng thời làm cho nhiệt truyền vào sản phẩm với lượng nhiệt vừa phải làm cho sản phẩm chín BẢN CHẤT QUÁ TRÌNH Sao rang theo quan điểm nhiệt học, thực chất giống q trình xử lí nhiệt, mà nhiệt truyền vào vào sản phẩm dẫn nhiệt xạ nhiệt, nguyên liệu đảo trộn liên tục Quá trình nguyên liệu bán chế phẩm có dạng sợi chè thuốc lá, sản phẩm không cần đạt độ khơ định Cịn rang ngun liệu có dạng hạt, viên đậu, lạc, cà phê sản phẩm cần độ khơ định Hình Các sản phẩm rang a) - - CÁC BIẾN ĐỔI TRONG QUÁ TRÌNH SAO RANG Biến đổi vật lý Nước số phân tử lượng nước bay hơi, làm trương nở, giảm khối lượng, tỷ trọng hạt Màu sắc biến đổi quan trọng trình rang Đối với nguyên liệu dạng hạt chuyển sang màu nâu sẫm, sáng bóng (cà phê), màu vàng nhạt bắp ngô đậu phộng, đồng thời trình bay mùi theo hợp chất bay xảy Kích thước hạt tăng lên so với hạt lúc xanh (riêng cà phê thể tích hạt tăng lên khoảng 40 – 60% so với hạt xanh) b) Biến đổi hóa học: Một q trình chế biến dù hay nhiều làm thay đổi tính chất hóa học ngun liệu q trình rang vậy, biến đổi hóa học xảy mãnh liệt phản ứng tạo màu, tạo mùi • • Thay đổi độ ẩm trước rang khoảng 12 – 13%, sau rang khoảng – 2% Phản ứng Melanoidine – Caramel: Trong trình rang phản ứng sẫm màu phản ứng caramel phản ứng melanoidine hợp chất đường protein có thành phần nguyên liệu, chủ yếu phản ứng melanoidine Phản ứng xảy qua giai đoạn sau: - - - • • • - Giai đoạn đầu phản ứng ngưng tụ cabonyl phản ứng chuyển vị nội phân Amadori (ở nhiệt độ cao phức đường amin bị đồng phân hóa) Phẩm vật chuyển vị Amadori hợp chất có khả phản ứng chất khởi đầu để tạo thành polyme có màu sẫm gọi melanoidine Giai đoạn hai phản ứng khử nước đường, phân hủy hợp chất amin, giai đoạn sản phẩm khơng màu có màu vàng, hấp thụ mạnh ánh sáng cực tím Giai đoạn cuối bao gồm phản ứng ngưng tụ andol tạo thành polyme màu nâu không chứa nitơ phản ứng trùng hợp aldehydamin tạo thành hợp chất nitơ dị vòng Chất dinh dưỡng: Sự tổn thất chất khơ hịa tan q trình rang, hàm lượng chất khô thường tăng lên Sự tổn thất chất khô phản ứng thủy phân protein bị biến tính, enzym bị bất hoạt, phản ứng thủy phân, q trình hơ hấp bị đình hoạt động Q trình oxy cịn xảy chất béo có thành phần nguyên liệu Độ ẩm: Thay đổi trước rang khoảng 12-13%, sau rang khoảng 1-2% Với hao hụt cân nặng – nước chiếm phần lớn trọng lượng Phần lại chất hữu bị thải dạng khí CO 2, lượng nhỏ carbon monoxide, nitơ, hợp chất thơm axit dễ bay Các hợp chất dễ bay hơi: Sự gia tăng nhanh chóng hợp chất thơm dễ bay xảy độ ẩm giảm Khi đó, phản ứng Caramel hóa Maillard, suy thối chuyển hóa axit amin, đường, axit phenolic lipid, góp phần vào phát triển hợp chất thơm, bao gồm: Aldehydes, mùi hương loại trái có màu xanh Furans, góp phần mùi caramel Pyrazines, có mùi hương đất Guaiacol, có mùi khói, hăng cay Các hợp chất chứa lưu huỳnh 2-furfurylthiol tạo nên mùi thơm đặc trưng mà ta gọi “mùi cà phê rang”, số loại khác khơng có mùi hấp dẫn (Ví dụ: methanethiol có mùi bắp cải thối) • Các hợp chất khơng bay hơi: Là chất ổn định nhiệt độ phòng Một số hợp chất hình thành, thay đổi trình rang, số khác ổn định suốt trình Hầu hết hợp chất khơng bay góp phần vào hương vị (flavor) (Ví dụ caffeine, chịu trách nhiệm cho phần vị đắng, sucrose cho vị lipid cho cảm giác đậm đà, loại axit hợp chất melanoidine hình thành phản ứng Maillard thuộc nhóm chất khơng bay hơi…) c) Biến đổi hóa sinh vi sinh - Do nhiệt độ cao nên sau q trình rang enzyme VSV có ngun liệu ban đầu bị vơ hoạt hồn tồn - d) - - Biến đổi vi sinh: Sau nướng, mật độ vi sinh vật sản phẩm giảm đáng kể nên sản phẩm bảo quản lâu Biến đổi hóa sinh: Tốc độ tăng nhiệt khối vật liệu ảnh hưởng đến hoạt động loại enzyme Tại điểm mà tốc độ tăng nhiệt nhanh (vỏ) loại enzyme bị vơ hoạt Cịn lại phần bên vật liệu nhiệt độ tăng chậm hơn, thời gian enzyme trì nhiệt độ tối thích cho hoạt động chúng kéo dài hơn, chúng hoạt động mạnh Biến đổi hóa lý Hiện tượng bay ẩm hợp chất dễ bay hơi, trình làm cho cấu trúc bên nguyên liệu trở nên giịn xốp Q trình rang phá hủy cấu trúc tế bào hạt, khung thành tế bào nguyên vẹn, tế bào chất bị giảm dần đẩy phía thành tế bào, nhường chỗ cho khoảng trống chứa đầy khí vùng trung tâm Lớp thành tế bào trở nên mỏng tiếp tục rang, khí nước tăng sức ép làm kích thước tế bào tăng lên Do đó, Song song với việc tăng thể tích, độ xốp đo tăng dần trình rang Trong suốt trình rang, lượng nước tự hạt bốc tạo áp suất cao hạt Sức trương nở thay đổi cấu trúc thành tế bào từ cứng nhắc sang mềm dẻo hơn, hạt dần suy yếu, mềm xốp hơn, đồng thời áp lực nước nội bào (và khí khác) vật chất bên bị ép thành tế bào để lại khoảng trống nội bào Biến đổi cảm quan - Tạo hương vị, màu sắc đặc trưng phản ứng caramel melanoidine - Bề mặt sảm phẩm dần trơn nhẵn, sau khơ bắt đầu xuất vết nứt, cuối dần bóng lên dầu từ bên nhân thoát CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Nguyên liệu: có dạng rắn (hạt sợi), độ ẩm thấp Thiết bị, máy móc: Phải có cấu tạo thích hợp - Có loại: chảo máy thùng quay bên có lắp phận trộn kiểu tay đảo cánh đảo dạng xoắn Thiết bị không chịu tác dụng chịu nhiệt - Thể tích hữu ích =1/3 ÷1/2 thể tích thiết bị - Vật liệu: yêu cầu có hệ số truyền nhiệt cao để phân bố nhiệt độ đều, tùy loại ngun liệu đem u cầu khơng gỉ, thơng thường dùng gang • Nhiệt độ (ảnh hưởng trực tiếp): Tùy theo tính chất nguyên liệu mà cho vào lúc thiết bị đun nóng đến nhiệt độ yêu cầu cho từ đầu, nhiệt độ phải tồn q trình • Năng lượng: Do thiết bị đun nóng trực tiếp cịn ngun liệu truyền nhiệt gián tiếp nên hao tổn nhiệt cao, lị đốt cần bao kín Ngun liệu dùng than, củi dầu ma dút, dùng nhiệt thiết bị hai vỏ • Thời gian: tùy thuộc vào cấu tạo thiết bị khối lượng mẻ rang • Vận hành thiết bị: thiết bị khởi động trước, nguyên liệu đưa vào từ từ theo tính chất nguyên liệu vào thiết bị đun nóng trước đến nhiệt độ yêu cầu cho vào từ đầu thiết bị nóng dần e) VD: Sao chè tươi để diệt men: thiết bị đun nóng trước đến nhiệt độ yêu cầu (t>=220oC) cho nguyên liệu vào Khi chè khơ: thiết bị đun nóng trước đến nhiệt độ yêu cầu (t độ ẩm giảm Chất béo bị hóa lỏng bên ngồi Biến đổi hệ keo: nướng loại bánh, tác dụng tương hỗ protit tinh bột với nước lám cho bột nhào tiến tới trạng thái mềm, dẻo Protit trương nở 30oC, nhiệt độ cao độ trương nở giảm dần, 50 oC protit đông tụ tách nước Nước tinh bột thu hút trình trương nở Nhiệt độ trương nở tốt tinh bột 40-60 oC Đồng thời với q trình trương nở hồ hóa Q trình hồ hóa tinh bột xảy suốt trình nướng, thu hút lượng nước đáng kể làm cho sản phẩm khô d) Biến đổi sinh học: tốc độ tăng, nhiệt khối vật liệu ảnh hưởng đến hoạt động loại enzyme - - Enzyme: điểm mà tốc độ nhiệt tăng nhanh ( phần vỏ) loại enzyme bị vô hoạt Còn lại phần bên vật liệu nhiệt độ tăng chậm hơn, thời gian enzyme trì nhiệt độ tối thích cho hoạt động chúng kéo dài hơn, chúng hoạt động mạnh Vi sinh vật: Trong sản phẩm vi sinh vật cịn có loại chủng nấm men Trong giai đoạn đầu trình nướng nhiệt độ thấp loại vi sinh vật hoạt động Khi nhiệt độ vật liệu tăng lên đến 60C, protit bắt đầu đông tụ, vi sinh vật bị tiêu diệt dần tiêu diệt gần hoàn toàn Sau nướng, mật độ vi sinh vật sản phẩm giảm đáng kể => sản phẩm bảo quản lâu e) Biến đổi mặt cảm quan: - Màu sắc: màu vàng đặc trưng phản ứng caramen melanoidin Mùi: sản phẩm trước nướng có mùi vị khơng hấp dẫn như: mùi cá thịt Nhưng sau nướng có mùi thơm đặc trưng cho sản phẩm Cấu trúc: tạo cấu trúc cho sản phẩm (cấu trúc xốp cho bánh mỳ ) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NƯỚNG a) Thiết bị, máy móc: Để đáp ứng yêu cầu đại hóa hầu hết loại lị nướng phải có cấu tạo thích hợp cho tiết kiệm nhiệt lượng, bảo đảm chất lượng thao tác nhẹ nhàng Các thiết bị điều chỉnh ẩm, nhiệt độ cần xác, ổn định b) Ngun liệu: Có độ ẩm cao, dạng rắn, phải đảm bảo sơ chế c) Nhiệt độ: Năng lượng cung cấp chủ yếu cho q trình nướng nhiệt Nó sinh từ nguồn nhiên liệu điện Nướng trình tiêu tốn nhiệt lớn, cần phải điều chỉnh lượng nhiệt phù hợp để bảo đảm chất lượng thực phẩm tránh tổn thất lượng thiết bị Nhiệt độ thay đổi khác biến đổi nguyên liệu khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm cuối q trình nướng d) Thời gian: Ln phải điều chỉnh thời gian phù hợp với nguyên liệu nhiệt độ, thời gian ngắn dài làm mức độ biến đổi tiêu chất lượng bị sai lệch e) Độ ẩm: ảnh hưởng đến thoát ẩm nguyên liệu trình nướng, dẫn đến ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Ngoài ra, chất nguyên liệu (cấu trúc, thành phần hóa học, kích thước, hình dạng) ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt bề mặt truyền nhiệt CÁC VẤN ĐỀ THIẾT BỊ a) Lò nướng đường hầm (dùng để nướng bánh) Hình Lị nướng đường hầm Cấu tạo Hình 10 Cấu tạo Lị nướng đường hầm - - - Nguyên tắc hoạt động: bánh vận chuyển băng tải thấm dầu, vào lò nướng trải qua giai đoạn nướng Giai đoạn 1: bánh nướng mơi trường có độ ẩm cao (khoảng 60-70%), nhiệt độ không 150⁰C Trong giai đoạn này, tinh bột bị hồ hóa thu hút lượng nước đáng kể Protein bị biến tính tạo cấu trúc cho bánh Độ ẩm giảm dần Giai đoạn 2: nhiệt độ lò nướng tăng lên khoảng 190-205 ⁰C độ ẩm thấp Giai đoạn xảy biến đổi hóa học như: đường bị caramen hóa, phản ứng melanoidin Vi sinh vật bị tiêu diệt đáng kể Giai đoạn 3: giai đoạn cuối trình nướng, tiến hành giữ nhiệt độ 170⁰C Đây giai đoạn cố định cấu trúc sản phẩm kết thúc trình bay nước Nguyên lý hoạt động: Sản phẩm đặt băng tải di chuyển từ lắp ráp thơng qua nướng để làm mát đóng gói Lị đường hầm sử dụng đối lưu nóng đốt trực tiếp, gián tiếp đốt sưởi ấm số trường hợp Lị đường hầm có phun nước để kiểm sốt độ ẩm q trình nướng Ưu điểm Nướng liên tục, lắp dây chuyền với ưu điểm hiệu cao, tiết kiệm nhân lực giá thành Tốc độ điều chỉnh dựa thời gian nướng Nhược điểm: Chi phí sản xuất cao, tốn diện tích b) Lị nướng than Hình 11 Lị quay - Hình 12 Các phận lị quay Cấu tạo: Lò chia làm phần Phần phần nắp đậy Phần chứa móc để treo Phần đáy chứa bếp than Cấu tạo lò quay đơn giản Hình dạng lị quay giống trống hình trụ dài khép kín Lị chia làm phần: Phần phần nắp, phần giữa, phần đáy Vật liệu vỏ chủ yếu inox gồm lớp có bơng cách nhiệt để tránh bị bỏng chạm phải vỏ Ba phần lị tách hoàn toàn tiện cho việc vận chuyển, lắp ráp, thao tác đặt than vào lò, hay treo nguyên liệu vào lò - Nguyên lý hoạt động Cấu tạo khép kín lị giúp cho nhiệt khơng bị thất q trình quay Lị khép kín giúp cho nhiệt lị tỏa giúp q trình quay vịt chín ngon - Hình 13 Cấu tạo lị than nhỏ Than phải nhóm lị nhỏ trước đưa vào lò quay Lò nhỏ giống bếp lò than gia đình Lị than đặt phía lị quay để nhiệt tỏa lên Lị than nhỏ chứa lượng than dùng cho ngày sau nhóm Đảm bảo khơng bị gián đoạn cơng việc bạn Sau công đoạn chuẩn bị than sẵn sàng bạn móc ngun liệu lên thân lị (tầng thứ 2) bắt chờ đợi Ưu điểm : Thịt chín đều, vàng ngon loại lị dùng điện hay gas giữ mùi vị Nhược điểm: Cấu tạo đơn giản giá thành không rẻ, khơng hồn tồn tự động hóa c) Lị nướng kiểu tunnel Hình 14 Cấu tạo Lị nướng kiểu tunnel - Cấu tạo nguyên tắc hoạt động: Bao gồm đường hầm dài tới 120m rộng 1,5m Bánh mỳ vận chuyển thông qua đường hầm băng tải kim loại dây curoa có đục lỗ hay lưới đan kim loại Lò chia làm nhiều vùng gia nhiệt, vùng kiểm soát cách nghiêm ngặt độc lập nguồn nhiệt bơm Hơi nước tách cách riêng biết số lị nướng kiểu tunnel có thêm hệ thống thu nhiệt Ưu điểm: Năng suất lớn Điều khiển xác Tự động hóa tốn nhân cơng - Nhược điểm: Chi phí cao Tốn diện tích d) Lò nướng sandwich - Hình 15 Máy nướng Hình 16 Bộ phận máy nướng Cấu tạo Một khay đựng bánh có lị xo đẩy bánh ngồi để ta khỏi cơng lật ngược máy Một đồng hồ tự động ngắt mạch điện, đồng thời thả khay đựng bánh bật lên Nguyên tắc hoạt động Một phận giữ nút lại miếng bánh nằm lò nướng thời gian Điện làm nóng dây nichrome Một đồng hồ (time) định thời gian nhả nút nhấn cho miếng bánh trồi lên Nguyên lý hoạt động Khi nút nhấn xuống, plastic ép vào mạch điện đưa điện vào Luồng điện 120 vôn chạy vào dây nichrome làm đỏ lên để nướng bánh Một mạch giản dị làm transistors, điện trở tụ điện (capacitors) đưa điện vào nam châm điện Nam châm điện hút kim loại nút nhấn, giữ miếng bánh nằm lại lò Một mạch điện giản dị khác hoạt động time, gồm tụ điện (capacitor) nạp (charge) điện điện trở, tới điểm ngắt dịng điện vào nam châm điện Lò xo kéo hai khay bánh lên, plastic bật lên, cắt dòng điện vào lò Ưu điểm: Nhỏ gọn, tiện lợi, giá thành hợp lí Nhược điểm: không nướng nhiều loại thực phẩm e) Thiết bị nướng GoSun Stove Hình 17 Thiết bị nướng Gosun stove - Thiết bị có khả hấp thụ ánh sáng mặt trời để tạo nhiệt độ lên tới 290°C Cấu tạo - Phần ống hấp thụ ánh sáng mặt trời - Yếu tố nòng cốt cơng nghệ lị GoSun Stove phần ống hấp thụ ánh sáng mặt trời có chức buồng nấu thức ăn Đường ống hấp thụ 80% ánh sáng mặt trời để chuyển hóa thành nhiệt năng, cho dù ánh sáng mặt trời bị mây che lấp phận tiếp tục làm chín thức ăn nhờ phần nhiệt tích tụ trước Ưu điểm - Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ - Tiết kiệm nhiên liệu - Có thể tạo nhiệt độ tương đối cao - Dễ vệ sinh - Nhiệt độ thấp gió to khơng ảnh hưởng nhiều đến thời gian làm chín thức ăn Nhược điểm: Năng suất thấp (chủ yếu dùng gia đình) Ứng dụng Chiếc lị độc đáo nấu xúc xích, tám trứng ốp lết, thức ăn đông lạnh, phi lê cá, bánh muffin, xào thịt sống GoSun Stove dài 60 cm, cao 5.7 cm chứa khoảng 1,4 kg thức ăn Mỗi lần nấu, lò nấu lượng thức ăn đủ cho bốn người ăn III/ Tổng kết Sao rang – nướng phương pháp chế biến thực phẩm trình truyền nhiệt vào sản phẩm thay đổi cấu trúc mùi vị làm cho thực phẩm ngày phong phú đa dạng đáp ứng nhu cầu người thực phẩm Vì vậy, nhà sản xuất thực phẩm phải đảm bảo chất lượng từ khâu thu hoạch, chế biến, bảo quản phân phối vận chuyển hay tiêu dùng cách hợp lý, an toàn kĩ thuật Khâu chế biến khâu quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp nghiêm trọng đến sản phẩm thực phẩm Tùy vào tính chất nguyên liệu, yêu cầu, chất lượng sản phẩm mà chọn phương pháp chế biến, thiết bị, quy trình cơng nghệ phù hợp.Với sản phẩm rang – nướng có phương pháp, thiết bị chế biến khác Mỗi phương pháp có đặc trưng, tính chất riêng tạo nên tính đa dạng mùi vị , màu sắc,giá trị dinh dưỡng cho loại sản phẩm ... Tổng kết Sao rang – nướng phương pháp chế biến thực phẩm trình truyền nhiệt vào sản phẩm thay đổi cấu trúc mùi vị làm cho thực phẩm ngày phong phú đa dạng đáp ứng nhu cầu người thực phẩm Vì vậy,... nghiêm trọng đến sản phẩm thực phẩm Tùy vào tính chất nguyên liệu, yêu cầu, chất lượng sản phẩm mà chọn phương pháp chế biến, thiết bị, quy trình cơng nghệ phù hợp.Với sản phẩm rang – nướng có phương... số công nghệ: - Nhiệt độ khơng khí sử dụng rang: từ 180-2600 C Độ ẩm sau rang phải đạt từ 1-2% Thời gian rang: < 1h Hình Thiết bị rang dạng chén quay II/ Nướng BẢN CHẤT QUÁ TRÌNH Nướng q trình