Tiểu luận môn các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm 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 tại nhà F lầu 4 trở lên nhé các bạn
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM TIỂU LUẬN CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Chủ Đề: Q TRÌNH CƠ ĐẶC VÀ KEO TỤ Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đắc Truòng Nhóm: Lớp: DHTP15A TP.HỒ CHÍ MINH, NGÀY THÁNG 04 NĂM 2021 NHÓM Huỳnh Phúc Đạt Đặng Thị Thanh Loan Nguyễn Thị Hạnh Mai Thị Tuyết Anh Lê Văn Hải Bùi Tuấn Tùng Nguyễn Hữu Quan Nguyễn Đắc Trường Nguyễn Đắc Trường MỤC LỤC Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.1 Bản chất trình .5 1.2 Các biến đổi trình 1.2.1 Biến đổi vật lý 1.2.2 Biến đổi hóa học 1.2.3 Biến đổi hóa lý 1.2.4 Biến đổi sinh học 1.2.5 Biến đổi cảm quan 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đặc .6 1.3.1 Sự chênh lệch nhiệt độ tác nhân gia nhiệt nhiệt độ sôi nguyên liệu 1.3.2 Hiện tượng cặn bám bề mặt trao đổi nhiệt .6 1.3.3 Hiện tượng màng biên 1.3.4 Độ nhớt nguyên liệu 1.3.5 Hiện tượng tạo bọt 1.3.6 Tổn thất thứ 1.3.7 Thời gian cô đặc 1.3.8 Cường độ bốc 1.3.9 Nhiệt độ sôi .7 1.4 Vấn đề thiết bị 1.4.1 Phân loại thiết bị .8 1.4.2 Cấu tạo thiết bị QUÁ TRÌNH KEO TỤ 15 2.1 Bản chất trình 15 2.1.1 Khái niệm .15 2.1.2 Cơ chế hoạt động keo tụ 16 2.2 Các biến đổi trình keo tụ 16 2.2.1 Biến đổi vật lý .16 2.2.2 Biến đổi hóa học 16 2.2.3 Biến đổi cảm quan 16 2.2.4 Biến đổi sinh hóa 16 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ 17 2.3.1 Ảnh hưởng pH .17 2.3.2 Liều lượng chất keo chất trợ keo tụ 17 2.3.3 Độ đục ban đầu 17 2.3.4 Chất hữu 17 2.3.5 Anion, Cation nước 17 2.3.6 Hiệu ứng khuấy 17 2.3.7 Thế zeta hệ 18 2.3.8 Nhiệt độ keo tụ yếu tố sau ảnh hưởng đến q trình keo tụ tạo bơng .18 2.3.9 Nhiệt độ nước 18 2.3.10 Tạp chất nước 18 2.3.11 Môi chất tiếp xúc .18 2.3.12 Tốc độ khuấy trộn 18 2.4 Vấn đề thiết bị keo tụ .19 KẾT LUẬN 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUÁ TRÌNH CƠ ĐẶC 1.1 Bản chất q trình - Q trình đặc: tăng nồng độ cấu tử dung dịch cách tách phần dung môi nhiệt độ sôi tác dụng nhiệt Dung môi tạo q trình đặc gọi thứ I.2 Các biến đổi trình I.2.1 Biến đổi vật lí - Khi đặc, dung mơi 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 - Trong q trình đặc nhiều biến đổi vật lí xảy nguyên liệu hàm lượng chất thô tăng, độ nhớt tăng, tỉ trọng tăng…Tuy nhiên khối lượng thể tích nguyên liệu giảm đi, hoạt độ nước nguyên liệu giảm I.2.2 Biến đổi hoá học - Dưới tác dụng nhiệt q trình đặc, thành phần hố học nguyên liệu phản ứng với phân huỷ Ví dụ q trình đặc nước trái cây, vitamin vitamin C bị phân huỷ Biến đổi làm giảm giá trị dinh dưỡng sản phẩm - Trong q trình đặc, nước bốc nên giá trị pH thực phẩm thay đổi theo - Tốc độ phản ứng hố học xảy q trình đặc nhiệt phụ thược chủ yếu vào thời gian cô đặc giá trị nhiệt độ I.2.3 Biến đổi hoá lí - Biến đổi hố lí quan trọng q trình đặc nhiệt chuyển pha nước Nước tồn trạng thái lỏng nguyên liệu trước cô đặc chuyển thành trạng thái mơi trường bên ngồi - Trong q trình đặc xảy đơng tụ protein nguyên liệu nhiệt độ cô đặc cao đủ làm biến tính bất thuận nghịch protein I.2.4 Biến đổi sinh học - Khi cô đặc áp suất thường, nhiệt độ cô đặc cao nên enzyem nguyên liệu bị vô hoạt, nhiều vi sinh vật bị ức chế Các biến đổi hoá sinh sinh học gần không xảy - Khi cô đặc áp suất chân không, nhiệt độ cô đặc thấp nên số enzyme vi sinh vật chịu nhiệt hoạt động - Quá trình đặc xảy làm hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao I.2.5 Biến đổi cảm quan - Phải thực nghiêm ngặt để bảo đảm cấu tử quý sản phẩm, mùi vị đặc trưng giữ nguyên, đạt mức độ yêu cầu, thành phần chủ yếu không thay đổi - Phải giữ nguyên cấu tử quý thu hồi dung dịch lỏng rắn - Có thể cô đặc trạng thái áp suất, áp suất chân không để hạn chế tổn thất vitamin đảm bảo thành phần hố học khơng bị đi, hạn chế tăng màu, tổn thất đường 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đặc 1.3.1 Sự chênh lệch nhiệt độ tác nhân gia nhiệt nhiệt độ sôi nguyên liệu - Nếu chênh lệch nhiệt độ bão hồ nhiệt độ sơi nguyên liệu lớn tốc dộ truyền nhiệt lớn 1.3.2 Hiện tượng cặn bám bề mặt trao đổi nhiệt - Trong thiết bị cô đặc bốc hơi, bề mặt truyền nhiệt có mặt tiếp xúc: mặt tiếp xúc với nguyên liệu cần cô đặc mặt tiếp xúc với bão hoà Một số cấu tử ngun liệu q trình đặc bị bám dính bề mặt truyền nhiệt 1.3.3 Hiện tượng màng biên - Lớp nguyên liệu chặn dòng với bề mặt tiếp xúc truyền nhiệt (lớp màng biên) thường tạo trở lực lớn cho trình truyền nhiệt Để làm giảm chiều dày cho màng biên nhà sản xuất tạo dòng đối lưu tự nhiên cưỡng thiết bị cô đặc 1.3.4 Độ nhớt nguyên liệu - Khi tăng độ nhớt nguyên liệu số Reynolds giảm nên tốc độ truyền nhiệt giảm 1.3.5 Hiện tượng tạo bọt - Trong trình đặc nhiệt bên dung dịch ngun liệu xuất bong bóng Nếu dung dịch nguyên liệu có chứa cấu tử có khả làm bền bọt protein thí hình thành lớp bọt bề mặt dung dịch thiết bị, lớp bọt có khả giảm tốc độ thứ khỏi dung dịch cần đặc 1.3.6 Tổn thất thứ - Trong trình đặc thứ khỏi thiết bị lơi theo số cấu tử có nguyên liệu dạng sương mù Tổn thất chất khô nhiều sôi diễn mãnh liệt thiết bị bốc Để hạn chế tổn thất thiết bị cô đặc thường thiết kế với khoảng không gian rộng, kèm theo phận tách cấu tử lôi theo 1.3.7 Thời gian cô đặc - Là thời gian lưu lại sản phẩm thiết bị cô đặc cho bốc nước khỏi nguyên liệu để đạt đến độ khô yêu cầu - Thời gian cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm việc thiết bị cường độ bốc sản phẩm Các thiết bị cho nguyên liệu vào, sản phẩm liên tục sản phẩm có cường độ bốc lớn thời gian lưu lại sản phẩm thiết bị ngắn 1.3.8 Cường độ bốc - Cường độ bốc sản phẩm phụ thuộc cường độ trao đổi nhiệt nóng sản phẩm bốc Cường độ trao đổi nhiệt đặc trưng hệ số truyền nhiệt q trình đặc Hệ số truyền nhiệt lớn, cường độ bốc cao 1.3.9 Nhiệt độ sơi - Khi tiến hành q trình đặc thực phẩm người ta đun nóng khối sản phẩm tới nhiệt độ sôi Nước sản phẩm bốc nồng độ chất khô đến nồng độ u cầu ngừng q trình đặc cho sản phẩm khỏi thiết bị - Nhiệt độ sôi sản phẩm phụ thuộc áp suất bề mặt, nồng độ chất khơ tính chất vật lý, hóa học sản phẩm 1.4 Vấn đề thiết bị 1.4.1 Phân loại thiết bị +Cô đặc áp suất thấp - Phân loại theo áp suất +Cô đặc áp suất cao +Cô đặc áp suất thường - Phân loại theo thiết bị cô đặc +Cô đặc nồi +Cô đặc nhiều nồi - Phân loại theo cách thức hoạt động +Hoạt động gián tiếp +Hoạt động liên tục 1.4.2 Cấu tạo thiết bị - Các loại thiết bị đặc đun nóng dùng phổ biến, gồm hai phần chính: + phận đun sơi dung dịch( phịng đốt) bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun sôi dung dịch ; + phận bốc hơi( phòng bốc ) phòng trống, thứ tách khỏi hỗn hợp lỏng – dung dịch sôi (khác với thiết bị có phịng đốt) Có thể cấu tạo thêm phận phân ly lỏng phòng bốc ống dẫn thứ, để thu hồi cách hạt dung dịch bị thứ mang theo - Yêu cầu kỹ thuật thiết bị: chế độ làm việc ổn định, bám cặn, dễ làm sạch, dễ điều chỉnh kiểm tra Cường độ truyền nhiệt lớn( hệ số truyền nhiệt K lớn) * Thiết bị cô đặc có ống tuần hồn tâm Cấu tạo: - Phần thiết bị phịng đốt, có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn tương đối lớn - Dung dịch ống đốt vào khoảng trống phía ngồi ống Ngun tắc làm việc: Cấu Tạo phòng đốt ống truyền nhiệt ống tuần hồn phịng bốc phận thu hồi cấu tử - Đầu tiên dung dịch cho vào ống truyền nhiệt ống tuần hồn qua van, sau mở van cho vào Phải để dung dịch phủ kín tồn ống mở van Nhằm tránh tượng cháy - Tại phòng đốt này, dung dịch ống truyền nhiệt từ đốt bên ngồi Trong ống truyền nhiệt dung dich sơi lên trở thành hỗn hợp hơi-lỏng Hỗn hợp nóng nên khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống Cịn ống tuần hồn, thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn ống truyền nhiệt lượng tạo hơn, dẫn đến khối lượng hỗn hợp hơi-lỏng lớn bị đẩy xuống Kết thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hồn - Phía phòng đốt phòng bốc Ở đây, thứ mang theo cấu tử Vì thế, có phận tách bọt nhằm thu hồi lại cấu tử - Trong trình truyền nhiệt, dung dịch đặc qua cửa II , nước ngưng tụ qua cửa IV Cịn thứ sau loại cấu tử thoát qua cửa 10 2.1.2 Cơ chế hoạt động chất keo tụ: - Hấp phụ phân tử chất keo tụ bề mặt hạt keo, tạo thành mạng lưới phân tử chất keo tụ Dưới tác dụng chất keo tụ hạt keo tạo thành cầu nối polime, hạt keo tích điện âm thúc đẩy q trình keo tụ với hydroxit kim loại qua tạo thành hạt keo lớn giúp tăng khả lắng tách nhanh hồn tồn khỏi nước Q trình đẩy nhanh 2-3 lần tăng hiệu lắng thêm silicat hoạt tính 2.2Các biến đổi trình keo tụ 2.2.1 Biến đổi vật lí 17 - Thay đổi cấu trúc, biến đổi pha, thay đổi tính chất, giảm mức phân tán phần tử tác dụng tác nhân đông tụ - Vd: Khi keo tụ casein sữa rennet casein chuyển sang paracasein sau lớn lên tác dụng tác nhân đông tụ 2.2.2 Biến đổi hoá học - Thay đổi PH thay đổi thành phần hỗn hợp, tạp chất bị lắng xuống, thay đổi độ axit, lượng màu, vitamin thành phần khác, dẫn đến thay đổi chất lượng dung dịch 2.2.3 Biến đổi cảm quan - Thay đổi hình dáng, cấu trúc khối đông (sữa, pectin) - Hương vị tăng lên (chất lượng tăng) 2.2.4 Biến đổi sinh hoá - Do đơng tụ protein nên có phân bố lại hệ enzym sản phẩm số vi sinh vật bị keo tụ 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ 2.3.1 Ảnh hưởng pH: - Là yếu tố quan trọng q trình keo tụ Thơng thường, pH thấp chất hữu mang điện tích âm pH cao chúng mang điện tích dương - Ảnh hưởng pH đến tốc độ đông tụ dung dịch keo: tốc độ đông tụ dung dịch keo điện ξ (ZETA) có quan hệ Trị số ξ nhỏ, lực đẩy hạt keo yếu Vì tốc độ đơng tụ nhanh Khi điện ξ khơng, nghĩa đạt đến điểm đẳng điện, tốc độ đông tụ lớn - Dung dịch keo hình thành từ hợp chất lưỡng tính, trị số ξ điểm đẳng điện chủ yếu định trị số pH nước - Do đó, để đạt hiệu keo tụ tốt phải chọn trị số pH thích hơp cho loại nước thải riêng Trị số pH gọi pH tối ưu Đối với loại nước khác có pH tối ưu khác khơng có phương pháp tính tốn mà phải dựa vào thực nghiệm thơng qua thí nghiệm Jartest loại nước thải riêng 2.3.2 Liều lượng chất keo tụ chất trợ keo tụ: - Q trình keo tụ khơng phải phản ứng hóa học thơng thường, nên lượng chất keo tụ cho vào khơng thể dựa vào tính tốn để xác định Tùy vào loại nước khác 18 nhau, tùy vào hàm lượng chất keo mà phải tiến hành thực nghiệm để xác định trị số pH tối ưu tương ứng với trị số pH tối ưu 2.3.3 Độ đục ban đầu: - Một số loại nước cần keo tụ có độ đục thấp, nghĩa hàm lượng chất lơ lửng thấp, khả liên kết với chất keo tụ thấp hiệu keo tụ không cao Lúc phải tạo độ đục ban đầu cách cho thêm chất trợ keo tụ vôi… 2.3.4 Chất hữu cơ: - Các chất hữu mục tiêu keo tụ trình keo tụ Một số chất hữu hịa tan gây khó khăn cho q trình keo tụ 2.3.5 Anion, Cation nước: - Sự có mặt ion nước có khả làm giảm tính ổn định hệ keo, tăng khả keo tụ chúng 2.3.6 Hiệu ứng khuấy: - Trong trình keo tụ, yếu tố định tốc độ khuấy trộn cung cấp Quá trình keo tụ phải đựơc đảm bảo khuấy trộn thích hợp theo giai đoạn riêng biệt giúp cho chất keo tụ tiếp xúc với hạt keo keo tiếp xúc với tạo thành lớn nhằm đạt đến hiệu tạo tốt 2.3.7 Thế zeta hệ: - ξ hệ định đến pH tối ưu cho trình keo tụ 2.3.8 Nhiệt độ keo tụ yếu tố sau ảnh hưởng đến trình keo tụ tạo bông: - Một số chất keo tụ bị ảnh hưởng nhiệt độ nước thải Ở nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt keo tạo thành khó có khả lớn, hiệu lắng 2.3.9 Nhiệt độ nước: - Nhiệt độ nước có ảnh hưởng đến hiệu ứng keo tụ, phản ứng thủy phân chất keo tụ vô phản ứng nhiệt, nhiệt độ nước khơng có lợi cho q trình thủy phân flocculant, độ nhớt nước liên quan đến nhiệt độ nước, Nếu nhiệt độ nước thấp, độ nhớt nước lớn Chuyển động Brown phân tử nước bị suy yếu, điều khơng có lợi cho ổn định keo tụ chất gây nhiễm keo nước, việc hình thành flocs khơng dễ dàng Do đó, lượng flocculant sử dụng mùa đông cao vào mùa hè Sự gia tăng nhiệt độ có lợi cho va chạm chất 19 keo, nhiệt độ vượt 90 độ C, làm cho trình lão hóa flocculant phân hủy để tạo chất khơng hịa tan, làm giảm hiệu ứng keo tụ 2.3.10 Tạp chất nước: - Người ta nhận thấy xuất ion trái dấu làm tang khả keo tụ nước - Những chất ngăn cản q trình keo tụ phần lớn có liên quan đến chất hữu cao phân tử axit humic khiến hạt khó keo tụ làm giảm hiệu suất xử lí 2.3.11 Mơi chất tiếp xúc - Trong nước chứa lượng cặn bùn khiến trình kết tủa hoàn toàn, tốc độ kết tủa nhanh - Lượng cặn có vai trị làm mơi tiếp xúc có tác dụng hấp thụ, thúc đẩy tác dụng trực tiếp lên cặn thành hạt kết tinh 2.3.12 Tốc độ khuấy trộn - Với tốc độ khuấy trộn thích hợp giai đoạn bổ sung chất keo tụ giúp phân bố đảm bảo đồng nhiệt độ dung dịch keo 2.4 Vấn đề thiết bị keo tụ - Phân loại thiết bị - Tùy theo chất ngun liệu mục đích cơng nghệ mà người ta lựa chọn thiêt bị keo tụ cho phù hợp.Nhìn chung thiết bị keo tụ cơng nghiệp thực phẩm có cấu tạo đơn giản - Thiết bị có dạng hình trụ đứng, bên có cánh khuấy xung quanh thân thiết bị lớp vỏ áo để hiệu chỉnh nhiệt độ dịch sữa q trình đơng tụ Ở sở sản xuất nhỏ, thiết bị có cấu tạo đơn giản Người ta thường gia nhiệt dịch sữa bên nồi đông tụ điện trở, bếp gas bếp dầu đặt phía đáy nồi Việc khuấy trơn thực phương pháp thủ cơng Những dạng thiết bị thường dùng sản xuất đậu hũ - Thiết bị đông tụ phô mai nhà máy có suất lớn thường có dạng hình trụ nằm ngang Xung quanh thân vỏ áo để điều chỉnh nhiệt độ Bên thiết bị, cánh khuấy dao cắt gắn trục thân trụ Để tháo huyết sữa, người ta lắp đặt ống hình trụ lưới song song với thân trụ thiết bị Khi đó, khối đơng bị giữ lại thiệt bị, huyết chui vào bên ống hình trụ lưới nói để ngồi Ngồi ra, bên thiết bị cịn có hệ thống vịi phun để vệ sinh tự động 20 Khái niệm xử lý nước thải phương pháp keo tụ tạo bông: - Keo tụ phương pháp xử lý nước thải có sử dụng hố chất Trong đó, hạt keo nhỏ lơ lửng nước nhờ tác dụng chất keo tụ mà liên kết với tạo thành bơng keo có kích thước lớn Người ta tách chúng biện pháp lắng lọc hay tuyển - Mục Lắng hạt cặn lơ lửng Tăng hiệu suất Cải thiện độ đục màu sắc nước có kích lắng thước đích: