Việc sử dụng vi sóng trong sản xuất và chế biến thực phẩm đang có xu hướng gia tăng trong những năm gần đây. Các ứng dụng của vi sóng không chỉ phổ biến ở qui mô gia đình mà còn được chú ý trong sản xuất thực phẩm ở các nhà máy chế biến rau quả, thịt, trà... để chần hay làm chín, để sấy khô hay cô đặc. Bài viết này giới thiệu về vi sóng, cơ chế làm việc của thiết bị và những ưu nhược điểm của phương pháp khi ứng dụng vào sản xuất thực phẩm. Mời các bạn cùng tham khảo!
SẢN XUẤT THỰC PHẨM BẰNG PHƢƠNG PHÁP DÙNG VI SÓNG Nguyễn Lệ Hà Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Đại học Cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh TĨM TẮT Việc sử dụng vi sóng sản xuất chế biến thực phẩm có xu hướng gia tăng năm gần Các ứng dụng vi sóng khơng phổ biến qui mơ gia đình mà ý sản xuất thực phẩm nhà máy chế biến rau quả, thịt, trà… để chần hay làm chín, để sấy khơ hay đặc Q trình có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp thơng thường khác chỗ địi hỏi máy móc thiết bị chất lượng thành phẩm tốt Bài viết giới thiệu vi sóng, chế làm việc thiết bị ưu nhược điểm phương pháp ứng dụng vào sản xuất thực phẩm MỞ ĐẦU Trong sản xuất thực phẩm, có giả thiết nhà thực phẩm học ủng hộ, là, xử lý thực phẩm nhiệt độ cao (UHT- ultra-high temperature hay ultra-high heat treament) có tác dụng tốt việc gìn giữ chất lượng chúng, sau thực phẩm bảo quản lạnh đông hay đưa thị trường tiêu thụ dạng giữ mát thời gian ngắn Phương pháp gia nhiệt vi sóng tiến vượt bậc cho phép nhà sản xuất thực phẩm thực tốt công đoạn xử lý thực phẩm nhiệt độ cao UHT Vi sóng (sóng cực ngắn) ứng dụng nhiều lĩnh vực chế biến: làm khô, chần hấp, sấy khơ chân khơng, làm chín sản xuất thịt, cá hay rau [2] Ưu điểm việc sử dụng vi sóng q trình truyền nhiệt tương đối khối thực phẩm, đồng thời ảnh hưởng xấu đến thành phần dinh dưỡng Tuy nhiên, xu hướng cịn chưa áp dụng nhiều thực tế, dù người ta phát từ năm 1950 Ngun nhân chưa giải rào cản kỹ thuật thương mại [1] GIỚI THIỆU VỀ VI SĨNG Vi sóng hay sóng cực ngắn bao gồm dải sóng vơ tuyến có tần số từ 300 MHz đến 300 GHz, tương ứng với độ dài sóng nằm khoảng 1m 1mm Trên thực tế, ứng dụng thuộc lĩnh vực công nghiệp thực tần số 915 MHz Mỹ, 896 MHz Anh 2450 MHz toàn giới Tất lị vi sóng lưu hành thị trường làm việc 2450 MHz (hay nước thuộc Liên xô cũ 2375 MHz) [3] Nguyên nhân việc áp dụng tần số công nghiệp thực phẩm thiết bị phát sóng tần số có mức tiêu thụ lượng chấp nhận giá tương đối rẻ, đồng thời, độ dài sóng tần số phù hợp với kích thước thực phẩm, cho hiệu sử dụng tốt so với dùng tần số khác [2] Vi sóng tạo nhờ thiết bị chân khơng có dạng ống gọi magnetron (ứng dụng thiết bị máy rada) Hiện tại, magnetron có loại với cơng suất từ vài trăm W tới 50 kW Các sóng cực ngắn bị kim loại phản xạ, chúng truyền qua vật liệu khơng tích điện thủy tinh, nhựa, sứ giấy, chúng bị vật liệu tích điện hấp thụ Vi sóng truyền sâu vào thực phẩm ấy, lượng chúng chuyển thành nhiệt nhờ chế định hướng xếp cực ion thân thực phẩm 820 Các phân tử nước phân tử có cực phổ biến thực phẩm, chúng tồn ngẫu nhiên nơi Khi đặt vào trường tích điện, hai điện cực chẳng hạn, phân tử nước có cực có xu hướng xếp thẳng hàng theo hướng từ trường Khi ngắt tắc dụng điện trường, phân tử theo chiều hướng quay lại xếp lộn xộn Nếu việc đóng ngắt điện trường thực nhanh đến hàng triệu lần giây, chẳng hạn 2450 MHz lị vi sóng, động tạo lớn chuyển động phân tử có cực lớn, ngun tắc nhiệt tạo thành [2] Khi áp dụng phương pháp gia nhiệt bình thường, truyền nhiệt dựa vào đối lưu truyền dẫn, cần thời gian định để thực phẩm đạt đến nhiệt độ cần thiết Các thiết bị trao đổi nhiệt thông thường nghiên cứu cải thiện nhiều để khắc phục điều này, chẳng hạn sử dụng bề mặt truyền nhiệt có phận cào nguyên liệu rút ngắn thời gian xuống đáng kể Tuy nhiên, kỹ thuật kiểu áp dụng cho loại thực phẩm, loại có chứa phần nước chẳng hạn Ưu điểm vi sóng chuyển động định hướng ion xảy tác dụng từ trường Khi đóng ngắt điện trường nhanh liên tục, nhiệt tạo thành, nhờ đó, thực phẩm nâng nhiệt lên nhanh chóng, thời gian gia nhiệt giảm đáng kể so với bình thường LỢI ÍCH CỦA VIỆC CHẾ BIẾN BẰNG CÁCH SỬ DỤNG VI SÓNG [4] Các thuận lợi chủ yếu việc chế biến cách sử dụng vi sóng tóm tắt sau: Q trình chế biến liên tục khơ Trên thực tế, ứng dụng vi sóng thay cho nguồn cấp nhiệt nước hay nước, trình sản xuất tiến hành liên tục (thay mẻ) khơng cần làm khơ bao bì Nâng nhiệt làm khơ nhanh Bởi q trình nâng nhiệt xảy thân thực phẩm, ta khơng cần ý tới diện tích bề mặt truyền nhiệt tăng nhanh tốc độ q trình chế biến Điều hồn tồn áp dụng cho ngun liệu có độ dẫn nhiệt thấp cho q trình sấy khơ, nước có số hao hụt điện mơi lớn làm cho phần nguyên liệu ẩm mau nóng lên nước nhanh chóng dịch chuyển bề mặt Tiết kiệm lƣợng Khi dùng vi sóng, khơng cần tốn lượng vơ ích để làm nóng thiết bị hay thất vào mơi trường xung quanh Nhiệt tạo thành nơi cần thiết, nguyên liệu chế biến Khi làm khô thực phẩm, lượng vi sóng sử dụng vào lúc trình làm khơ theo phương pháp thơng thường đạt tới điểm tới hạn, nhờ vậy, dễ tạo nhiệt hóa để tiếp tục làm khơ mà chi phí hạn chế Tiết kiệm không gian Khi cần tăng sản lượng sản xuất, nhà máy thường phải xây dựng to lớn lên nhiều lần Tuy nhiên sử dụng vi sóng, tiết kiệm nhiều Ví dụ, nhà máy sản xuất bánh mì tiết kiệm tới 50% thời gian sử dụng lượng vi sóng, nhờ tăng cơng suất nhà máy Khởi động tắt máy nhanh Trên thực tế, sử dụng vi sóng, khơng cần chuẩn bị s n lượng nhiệt cả, vậy, thiết bị đưa vào vận hành sau kiểm tra Việc vệ sinh sau sản xuất tiến hành sau tắt máy thiết bị nguội bình thường MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƢỢNG VI SĨNG TRONG CƠNG NGHIỆP Sấy khơ rang trà xanh (thực nhà máy Ito-En Shizuoka, Shizuoka Pref số nhà máy khác Nhật Bản) [1] Q trình chế biến trà xanh nói chung chia làm hai giai đoạn Giai đoạn bước chế biến sơ trà tươi trà dạng bán thành phẩm, bước chế biến bán thành phẩm để có sản phẩm sau Trà bán thành phẩm qua bước chế biến ban đầu cịn chưa có tính chất 821 mong muốn mùi thơm vị ngon đặc trưng Mục đích bước chế biến tiếp tục làm khô trà tạo cho chúng mùi vị tuyệt vời cách rang mặt phía ngồi Tuy nhiên, cần tốn khoảng thời gian dài kinh nghiệm để tách hồn tồn hàm lượng nước trà áp dụng cách gia nhiệt từ bên Cũng phải kể thêm đến phản ứng phụ bề mặt trà bị gia nhiệt độ biến màu, biến dạng mùi thơm Sau trình nghiên cứu nghiêm túc, nhà máy định xây dựng hệ thống chế biến trà cải tiến, sử dụng lị vi sóng để sấy khô thiết bị gia nhiệt ứng dụng tia hồng ngoại có bước sóng dài để rang trà Hệ thống có tác dụng tốt cho xuất xưởng sản phẩm chất lượng cao Điểm đặc trưng bật: Hệ thống sử dụng lò vi sóng để làm khơ nhằm giảm hàm lượng nước trà bán thành phẩm từ 8-10% xuống 1-2% Lá trà khơ sau rang thiết bị trống quay có trang bị đèn hồng ngoại với bước sóng dài trà xanh thành phẩm thơm ngát Thiết bị trống quay bố trí lị vi sóng để đảm bảo đường trà phân xưởng chế biến ngắn Các ưu điểm: – Cho phép sản xuất sản phẩm trà chất lượng tốt, nước trà sau pha có màu đẹp, mùi thơm – Làm chậm lại biến màu trà bảo quản – Lá trà làm khô đạt yêu cầu kỹ thuật độ ẩm đồng mà không làm màu bề mặt – Có thể kiểm sốt q trình chế biến để đạt độ đồng ổn định sản phẩm – Hạn chế xạ nhiệt để bảo vệ môi trường xung quanh Đặc tính kỹ thuật hệ thống: – Cơng suất lị vi sóng: 7,2 kW (có thể chọn thiết bị có cơng suất nhỏ hơn) – Cơng suất thiết bị gia nhiệt hồng ngoại: 14,0 kW – Năng suất sản xuất: 12 kg/h – Nguồn điện: 200V- pha 50 Hz Tiệt trùng hỗn hợp nƣớc đƣờng (thực Brasfoucard Industrie- Le Houlme, Pháp) [1] Yêu cầu chế biến: Hỗn hợp trái nước đường thường có mặt cơng thức nhiều sản phẩm từ sữa loại sữa chua, kem Sau phối trộn, sản phẩm tiệt trùng làm nguội trước đóng hộp xuất xưởng Nhiệt độ trùng phụ thuộc vào hỗn hợp cụ thể dao động khoảng rộng: 85 đến 125oC Q trình chế biến thơng thường: Việc tiệt trùng hỗn hợp trái nước đường thực nồi hai vỏ đun nóng nhờ nước hay nước nóng Q trình chế biến gián đoạn dẫn đến hậu là, phần thực phẩm gần thành nồi bị nấu mức cần thiết, làm thực phẩm có mùi cháy khét Thời gian nấu dài làm cho hợp chất mang mùi bị phân hủy Chế biến cách sử dụng vi sóng: hỗn hợp bơm liên tục qua ống thạch anh chuyển tới lị vi sóng Ống xun qua ba khoang, khoang có 15 phận tạo vi sóng (magnetron 800W) Năng lượng vi sóng kiểm soát tự động nhờ sử dụng thiết bị đo áp suất nhiệt độ lắp đầu vào đầu khoang Dây chuyền chế biến hoàn toàn tự động, bao gồm công đoạn pha chế nước đường, phối trộn thành phần sau tiệt trùng vi sóng, làm nguội hệ thống trao đổi nhiệt, cuối đóng hộp theo ngun tắc vơ trùng vào container 850 lít 822 Các thơng số kỹ thuật – Cơng suất 100-2000kg/h – Nhiệt độ đầu vào- phụ thuộc sản phẩm – Nhiệt độ đầu ra- 85-125oC (tùy sản phẩm cụ thể) – Tỷ lệ chất rắn hỗn hộp – 10-90% (tùy sản phẩm) – Đường kính ống 38mm – Chiều dài ống – 12m (3 x m) – Vân tốc sản phẩm – khoảng 0,5 m/s – Công suất vi sóng lắp đặt – 36 kW – Điện tiêu thụ 72 kW – Tần số 2450 MHz Những thuận lợi mặt kinh tế: – Gia nhiệt vi sóng cho phép thực q trình chế biến liên tục tự động hóa Thời gian nâng nhiệt ngắn Nhiệt truyền đồng thực phẩm giảm thiểu việc nấu mức cần thiết Thời gian xử lý nhiệt giảm xuống 75% so với phương pháp thông thường độ vô trùng đạt Kết hình thức sản phẩm mùi vị cải thiện rõ rệt – Mức tiêu thụ lượng trung bình trình chế biến giảm xuống 75% – Hiệu cải thiện chất lượng sản phẩm khoảng 30% Thanh trùng sản phẩm dạng kem sệt sau đóng bao bì (thực P&T Foods – Hulshout, Bỉ) [4] Yêu cầu chế biến: năm gần đây, nhu cầu thực phẩm đóng bao bì s n ngày lớn Cơng ty P&T Foods đáp ứng nhu cầu cách xuất xưởng hàng loạt sản phẩm ăn Ý: aganolotti, lasagna, ravioli, spaghetti v.v… Đặc điểm bật trình chế biến sản phẩm việc ứng dụng trùng sau đóng bao vi sóng thực phẩm tươi nấu chín Ưu điểm q trình sản phẩm có thời hạn bảo quản tới tháng mà giữ mùi vị tươi vừa nấu Kỹ thuật sản xuất truyền thống: thiết bị trùng cổ điển sử dụng nước để nâng nhiệt cho sản phẩm, điều dẫn đến việc nhiệt truyền vào bên khối thực phẩm chậm chạp truyền nhiệt chủ yếu truyền dẫn Để đạt độ vô trùng cần thiết (biểu thị qua giá trị thời gian hiệu F), cần phải trùng thời gian dài, vậy, thực phẩm đánh giá trị cảm quan vị tươi Hệ thống sản xuất mới: thiết bị trùng P&T Foods vận hành từ năm 1990 Nhiệt độ tăng nhanh khối thực phẩm nhờ tạo vi sóng lắp xung quanh thiết bị trùng Thời gian cần để đạt giá trị thời gian hiệu F rút ngắn năm lần so với phương pháp truyền thống Ưu điểm phương pháp mùi vị thơm ngon vừa nấu thực phẩm Các gói thực phẩm rót sốt, kem sau hàn kín Các bao bì nâng nhiệt trước vi sóng, cơng suất lắp đặt 17 kW (14 magnetron tạo vi sóng có máy vi tính điều khiển với cơng suất 1200W tần số 2450 MHz) Tiếp theo q trình trùng thiết bị hình trụ có đường kính m điều kiện áp suất cao Một hệ thống học điều khiển việc cho túi thực phẩm vào máy lấy chúng liên tục 823 Thiết bị trùng điều khiển vi tính chia làm hai phần: Bộ phận tạo vi sóng: 72 kW (60 x 1200 W – 2450 MHz); Điện trở : 75 kW (để tạo khơng khí nóng) Tồn phần ống trụ thiết bị trùng hoạt động áp suất 2,2 bar nhằm mục đích đạt nhiệt độ khoảng 120oC mà không làm vỡ bao bì thực phẩm Q trình chế biến gồm bốn cơng đoạn: Nâng nhiệt nhanh chóng vi sóng Phân bố nhiệt đặn gói thực phẩm băøng cách dùng vi sóng khơng khí nóng Giữ nhiệt khơng khí nóng Làm nguội khơng khí lạnh Việc kiểm tra chất lượng sản phẩm thực hai cấp: – Kiểm tra nội bộ: kiểm sốt nhiệt độ thực phẩm q trình chế biến – Kiểm tra nhà máy: mẫu đại diện lơ hàng phân tích phịng thí nghiệm độc lập sau giữ sản phẩm điều kiện bình thường ngày Những lợi ích việc sử dụng phương pháp: Dây chuyền sản xuất có khả cho xuất xưởng ăn đóng s n bao bì với chất lượng tốt – Chất lượng sản phẩm tốt hơn: tính chất cảm quan vị thơm tươi sản phẩm có nhờ q trình nâng nhiệt nhanh chóng – Thời gian bảo quản dài ổn định: tháng bảo quản nhiệt độ thường thay 2-3 tuần tủ lạnh – Q trình hồn tồn tự động hóa, dây chuyền sản xuất liên tục Tiết kiệm khơng gian nhà xưởng, cơng nhân vận hành Điều kiện làm việc tốt Năng suất tối thiểu thiết bị triệu sản phẩm năm (750 kg/h) Bằng cách sử dụng kỹ thuật truyền thống đạt sản phẩm với chất lượng tốt đồng KẾT LUẬN Sản xuất thực phẩm phương pháp dùng vi sóng để tăng thời gian bảo quản đạt thành tựu lớn năm qua, nhiên phương pháp chưa sử dụng thật rộng rãi Nguyên nhân điều kết hợp rào cản kỹ thuật với rào cản kinh tế Điều cản trở lớn giá thành cao dây chuyền sản xuất sử dụng vi sóng người ta hy vọng khắc phục điều vài năm tới Những rào cản mặt kỹ thuật không bao gồm vấn đề thiết kế thiết bị, dây chuyền mà ảnh hưởng vi sóng tới thực phẩm Vì vậy, tiến tương lai đạt có hợp tác chặt chẽ nhà sản xuất máy thiết bị nhà máy sử dụng Và điều thật xảy ra, chắn nhiều ứng dụng thú vị vi sóng sản xuất bảo quản thực phẩm 824 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chandrasekaran S., Ramanathan S., Tanmay Basak Microwave food processing – a review Food Research International 2013: 52(1), 243-261 [2] Raghavan GS, Orsat V., Meda V Microwave processing of Food Stewart Postharvest Review, 2005, 2:3 [3] Sumnu G A review on microwave baking of foods International Journal of Food Science and Technology 2001:36:117-127 [4] Venkatesh MS GVS An overview of microwave processing and dielectric properties of agrifood materials Biosystems Engineering 2004: 88(1): 1-18 825 ... vi? ??c tốt Năng suất tối thiểu thiết bị triệu sản phẩm năm (750 kg/h) Bằng cách sử dụng kỹ thuật truyền thống đạt sản phẩm với chất lượng tốt đồng KẾT LUẬN Sản xuất thực phẩm phương pháp dùng vi. .. loạt sản phẩm ăn Ý: aganolotti, lasagna, ravioli, spaghetti v.v… Đặc điểm bật trình chế biến sản phẩm vi? ??c ứng dụng trùng sau đóng bao vi sóng thực phẩm tươi nấu chín Ưu điểm q trình sản phẩm. .. ngắn năm lần so với phương pháp truyền thống Ưu điểm phương pháp mùi vị thơm ngon vừa nấu thực phẩm Các gói thực phẩm rót sốt, kem sau hàn kín Các bao bì nâng nhiệt trước vi sóng, cơng suất lắp