Phần 4: Quy trình cơng nghệ sản xuất nước trái cây tổng quát theo trạng thái sản phẩm
4.2 Các quá trình cơ nhiệt 1 Chần – hấp
4.2.1 Chần – hấp
Mục đích
Chuẩn bị
• Nguyên liệu sau khi chần mềm hơn, hỗ trợ cho quá trình chà.
• Thủy phân protopectin thành pectin; loại trừ các chất cĩ màu, mùi, vị khơng hợp; làm thay đổi thể tích, khối lượng nguyên liệu để chuẩn bị cho các quá trình chế biến tiếp theo.
• Đuổi bớt chất khí trong gian bào của nguyên liệu. Làm tăng độ thẩm thấu của chất nguyên sinh, làm cho dịch bào thốt ra dễ dàng.
Bảo quản
• Đình chỉ các quá trình sinh hĩa của nguyên liệu,làm cho màu sắc của nguyên liệu khơng bị xấu đi. Chần lam phá hủy hệ thống enzyme preoxydase, polyphenoloxydase ngăn cản quá trình oxy hĩa chất tạo thành flobafen cĩ màu đen.
• Làm cho quả cĩ màu sáng hơn (chần trong dung dịch muối ăn và acid citric)
• Tiêu diệt một phần vi sinh vật, chủ yếu là vi sinh vật bám trên bề mặt nguyên liệu
Thực hiện
• Dùng nước nĩng khoảng 75-100oC trong thời gian 3 – 15 phút, khơng nên chần quá lâu vì nguyên liệu dễ bị nhũn (mất cấu trúc cứng, giịn), tạo mùi nấu và tổn thất nhiều chất khơ.
• Người ta cĩ thể hấp thay cho chần, nghĩa là xử lý nguyên liệu bằng hơi nước nĩng (>100oC) trong vài phút. Thiết bị hấp cĩ thể liên tục hoặc gián đoạn. Phương pháp này giúp ít tổn thất chất khơ, chất lượng nguyên liệu tốt hơn.
• Sau khi chần hoặc hấp cần làm lạnh nhanh.
• Trong thực tiễn sản xuất người ta thường chần vì thao tác thuận tiện, thiết bị đơn giản, truyền nhiệt tốt.
Thiết bị
• Thiết bị dạng trống, thiết bị dạng tunnel cĩ băng tải lưới, thiết bị hoạt động liên tục trục vis, thiết bị hoạt động liên tục băng tải…
• Máy chần liên tục dạng trục xoắn cĩ cấu tạo gồm một phễu nhập liệu, bồn nước nĩng và vít xoăn tải nguyên liệu được nhúng trong bồn nước. Tác nhân gia nhiệt là hơi nước, đung nĩng trực tiếp dung dịch chần.
Hình 20: Các thiết bị chần dạng trống trong nhà máy
4.2.2 Nghiền xé
Mục đích: chuẩn bị
• Làm thay đổi hình dạng, cấu trúc nguyên liệu: cắt nhỏ thịt quả, phá vỡ mơ và tế bào nguyên liệu Qua đĩ, việc trích ly các thành phần dinh dưỡng được dễ dàng, hỗ trợ và làm tăng hiệu suất cho quá trình ép, chà.
Yêu cầu:
•Mức độ nghiền xé vừa phải. Nếu nghiền xé quá lâu, thể tích sau khi nghiền xé nhỏ hơn 0.3cm3 thì hiệu suất ép sẽ giảm do khối nguyên liệu giảm độ xốp. Ngược lại nếu thể tích miếng xé lớn hơn 1 cm3 thì hiệu suất cũng khơng cao do tỷ lệ tế bào bị phá vỡ thấp.
•Vì hỗn hợp sau khi nghiền rất dễ hư hỏng nên cần đưa vào ép, chà trong thời gian ngắn nhất.
•Hỗn hợp nghiền cĩ tính acid, giàu vitamin nên vậtliệu làm máy nghiền phải bằng inox, khơng ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan và dinh dưỡng của nguyên liệu.
Thực hiện
• Đối với trái cĩ độ dai lớn, độ nhớt khơng cao, dịch bào tách ra khơng nhiều: áp dụng nghiền cắt, thường người ta sử dụng lưỡi dao để tăng lực cắt.
• Đối với trái cĩ độ nhớt cao, kích thước nhỏ: áp dụng phương pháp nghiền chà, nghĩa là sử dụng lực ma sát và lực ly tâm. Trường hợp này sẽ gây ra mất mát nhiều hơn do nguyên liệu dính vào thiết bị.
Thiết bị:
• Máy nghiền xé một trục hay hai trục (sử dụng lưỡi dao cong, răng cưa, thẳng…)
• Nguyên liệu được cho vào phễu nhận nguyên liệu. Nhờ trục đĩa quay, lưỡi dao quay xé nhỏ thịt quả.
• Các yếu tố ảnh hưởng: độ cứng, kích thước nguyên liệu, tốc độ nhập liệu, tốc độ quay của dao cong.
Hình 21: Máy nghiền 2 trục dao răng cưa
4.2.3 Ép
Mục đích:
• Tách dịch bào ra khỏi nguyên liệu, tách bỏ bã ép. Quá trình này cĩ thể gây hao hụt 30-50% lượng chất khơ.
Yêu cầu:
• Hiệu suất quá trình ép phụ thuộc vào quá trình nghiền xé trước đĩ. Do đĩ phải chú ý đến những thơng số hoạt động máy nghiền để quá trình ép đuợc hiệu quả.
• Tách triệt để dịch trái cây từ nguyên liệu.
• Tốc độ và áp lực ép phải thích hợp.
Tiến hành:
• Người ta thường ép nĩng (hot-break process) để tăng hiệu suất ép, chiết được một lượng lớn chất màu vào dịch chiết, cĩ thể giữ được màu sắc và hương vị của trái cây.
• Các quá trình hỗ trợ: xay nghiền, xử lý dịch nghiền bằng enzym, trích ly.
• Từ dịch ép, người ta cĩ thể chế biến nước ép trong, nước ép cơ đặc, mứt đơng jelly, nước trái cây lên men, trái cây ngâm đường…
Thiết bị ép:
• Làm việc liên tục: cho nguyên liệu vào, bã thải và dịch ép ra liên tục. Gồm cĩ máy ép xoắn ốc. máy ép tang trống, máy ép trục vis với bước vis cĩ thể thay đổi hoặc khơng (hiệu suất cao 80-90%).
• Làm việc gián đoạn: thiết bị với trục ép thẳng đứng hoặc nằm ngang như: máy ép giỏ (hiệu suất 40-50%), máy ép khung bản, máy ép khí nén, máy ép thủy lực…
Hình 22: thiết bị ép lọc (filter-press)
4.2.4 Chà
Mục đích:
• Tách phần thịt trái thành dạng nhuyễn ra khỏi những phần khơng sử dụng được như cuống, vỏ, hạt, cùi, vỏ lụa,… Quá trình chà hao hụt khoảng 5 – 10 % khối lượng.
Tiến hành
• Tạo ra một lực cơ học cần thiết (lực ma sát, lực ly tâm) lên nguyên liệu, làm cho nguyên liệu văng ra rồi ép mạnh vào mặt rây cĩ đục lỗ nhỏ (lỗ rây cĩ thể cĩ nhiều kích cỡ). Như vậy sẽ phân chia nguyên liệu thành 2 phần: phần qua lưới rây là bột chà - puree chứa dịch và thịt trái mịn, phần cịn lại thải ra là bã chà. Cĩ thể hồi lưu hoặc tách bỏ bã chà.
• Nếu nguyên liệu đầu vào mềm thì đem chà ngay, nếu cứng thì phải chần, xay trước khi chà.
• Trong khi chà phải kiểm tra bã chà, bã chà nếu ướt quá sẽ làm giảm hiệu suất chà, vì trong bã chà cịn lại nhiều thịt quả; nhưng bã chà khơ quá tức là cĩ phần xơ lẫn bột chà, như vậy chất lượng puree sẽ khơng đạt.
• Quá trình chà tạo sự tiếp xúc nhiều giữa sản phẩm và khơng khí, vì vậy khả năng sản phẩm bị oxy hĩa làm biến màu là rất cao, để hạn chế cĩ thể sử dụng các chất chống oxy hĩa như vitamin C hoặc chà trong mơi trường khí trơ.
• Các yếu tố ảnh hưởng: độ cứng của nguyên liệu, số vịng quay của bộ phận chà,gĩc nghiêng của cánh chà, khe hở giữa cánh chà và mặt rây, trạng thái mặt rây, nhiệt độ nguyên liệu.
Thiết bị:
• Thường dùng máy chà cánh đập loại 1, 2 hay 3 tầng lưới tùy theo yêu cầu về độ mịn.
• Năng suất và hiệu suất chà khơng chỉ phụ thuộc vào kích thước lỗ chà mà cịn phụ thuộc vào tốc độ, vị trí, khoảng cách giữa lưới chà và cánh đập.
• Máy chà cĩ hai bộ phận chủ yếu:
o Bộ phận chà gồm cĩ trục quay làm bằng thép khơng gỉ, gắn các cánh đập bằng gỗ cĩ nẹp cao su, hoặc cánh đập thép, hoặc các roi thép. Cánh đập lắp nghiêng so với đường sinh của trục quay một gĩc 1,5 – 20. Do cĩ gĩc nghiêng này mà nguyên liệu di chuyển theo đường xoắn ốc và bã được đưa ra ngồi ở cuối máy. Vận tốc của trục quay là khoảng 700 rpm.
o Rây trịn cố định bằng thép khơng gỉ (để đảm bảo chất lượng nguyên liệu chà khơng bị đen, ít tổn thất vitamin C), cĩ đục nhiều lỗ nhỏ. Với nước quả đục, thường dùng lỗ rây 0.5 – 0.75 mm, với puree cơ đặc, lỗ rây thường là 1 – 1.5 mm.
• Trong quá trình chà phải điều chỉnh máy chà để đảm bảo năng suất, hiệu suất và chất lượng bột chà bằng cách:
o Điều chỉnh số vịng quay của bộ phận chà: khi tăng số vịng quay thì năng suất chà tăng và hiệu suất chà cũng tăng. Tuy nhiên, các máy chà thường cĩ số vịng quay cố định, ít cĩ máy điều chỉnh được số vịng quay.
o Điều chỉnh gĩc nghiêng của cánh chà: bã khơ quá thì tăng gĩc nghiêng để bã chà ra nhanh hơn. Bã chà ướt quá thì giảm gĩc nghiêng.
o Điều chỉnh khe hở giữa cánh chà và mặt rây: bã khơ quá thì tăng khoảng cách khe hở, bã ướt quá thì giảm khoảng cách khe hở, thường khoảng cách này là 0.5 – 3 mm.
• Để máy hoạt động tốt phải đưa nguyên liệu vào máy liên tục và đồng đều, nhiệt độ nguyên liệu cố định và trạng thái mặt rây tốt (tỷ lệ lỗ rây bị tắc là thấp).
Hình 23: Máy chà cánh đập
4.2.5 Lọc
Mục đích:
• Tách một phần hay tất cả cặn khơng tan lơ lửng trong dịch ép trái cây, thường được tiến hành sau quá trình ép. Quá trình này hao hụt khơng đáng kể, ít hơn từ 1 – 3% khối lượng.
Tiến hành:
• Cĩ 2 hình thức lọc: lọc tinh đối với sản phẩm nước ép dạng trong để loại triệt để các hạt rất nhỏ trong thịt quả, lọc thơ đối với sản phẩm nước quả đục (khơng địi hỏi độ trong).
• Tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm mà ta cĩ thể áp dụng lọc một lần hay nhiều lần, dùng trợ lọc hay khơng dùng trợ lọc.
• Tốc độ lọc phụ thuộc vào áp suất lọc, bề dày lớp cặn.
• Năng suất lọc phụ thuộc vào nhiệt độ và độ nhớt nước ép.
• Các quá trình hỗ trợ: lắng, ly tâm, enzym…
• Nước quả đã được lọc trong suốt, trong quá trình tồn trữ cĩ thể bị đục trở lại hoặc cĩ kết tủa do các phần tử keo kết tụ với nhau. Như vậy, ta cần phải ổn định độ trong của nước quả sau khi làm trong, bằng cách:
o Nhiệt độ đun nĩng của nước quả phải thích hợp: đun nĩng (70 – 800)/ làm nguội nhanh (15–200C) để kết tủa protein, hoặc dùng tannin (100gam tannin+200 gam gelatin/1tấn nước ép, 10–120C, 6 – 10 giờ, tuy nhiên mùi vị khơng tốt và tannin để lâu sẽ bị đen).
o Sử dụng enzym pectinase và protease để thủy phân pectin và protein trong dịch quả.
o Bảo quản nước quả ở chân khơng hoặc khí trơ để giảm oxy hịa tan.
o Sử dụng đất sét trợ lọc: bentonite, diatomite (2 – 3 g/lít nước quả).
Cụ thể như:
• Đối với pectin là thành phần cần quan tâm nhất trong các thành phần
cao phân tử.
o Pectin chịu trách nhiệm cho một loạt vấn đề kỹ thuật xảy ra trong quá trình chế biến (là chất ổn định độ đục, làm tăng độ nhớt và gel hĩa, tạp phức với canxi là mờ đục và tạo kết tủa ở những quá trình chế biến tiếp theo).
o Do đĩ, người ta cĩ thể xử lý bằng cách dùng enzym pectolytic, việc depectin bằng enzym làm nước quả cĩ thể làm trong và lọc dễ dàng.
o Kiểm tra việc phân hủy pectin bằng phương pháp alcohol: Alcohol acid hĩa được thêm vào nước quả (tỉ lệ 2:1). Sau 10-15 phút cĩ thể quan sát thấy sự tạo thành keo của pectin. Phương pháp này đơn giản và khá nhạy, chỉ cần 1 lượng nhỏ pectin đã cĩ thể phát hiện được. Vì vậy đây là cơng cụ kiểm tra chất lượng nước cơ đặc rất phổ biến.
• Đối với tinh bột:
o Khi gia nhiệt (thu hồi cấu tử hương hay trong quá trình thanh trùng), tinh bột được hydrat hĩa và gel hĩa, tuy nhiên sau lọc, tinh bột lại trở nên khơng tan vì bị thối hĩa và kết tủa, tạo những “đám mây” khơng mong muốn khi đĩng chai.
o Người ta cĩ thể xử lý bằng cách dùng enzym amylase phân hủy hồn tồn tinh bột, nhưng trước đĩ, nước trái cây cần được gia nhiệt tối thiểu 850C giúp hydrat hĩa và gel hĩa tinh bột, sẵn sàng cho enzym phân hủy.
o Kiểm tra sự phân hủy tinh bột bằng cách dùng chỉ thị iod: Thêm 1% dịch iod vào mẫu nước quả, gây ra màu xanh- tím đặc trưng nếu nước quả cịn tinh bột. Nếu khơng xuất hiện màu này chứng tỏ rằng tinh bột đã phân hủy hồn tồn.
• Cách sử dụng Enzyme:
o Enzyme dạng lỏng được rĩt vào bồn cùng lúc với nước quả. Cánh khuấy trong bồn giúp phân phối tốt enzyme. Lượng dùng chính xác được quyết định bởi những thử nghiệm trong phịng thí nghiệm.
o Với enzyme dạng hạt, phải được pha lỗng trong nước lạnh trước khi thêm vào nước quả.
Thiết bị:
• Người ta thường dùng thiết bị lọc ống hay lọc khung bản.
• Thiết bị lọc khung bản: gồm một dãy khung và bản lọc ghép lại với nhau. Giữa khung và bản cĩ lớp vải lọc
Hình 24: Thiết bị lọc ép dạng khung bản
Hình 25: Thiết bị lọc dạng trục xoắn
1.Ống cấp dịch 4.Màng lọc 2.Ống tháo dịch 5.Bã
Hình 26: Thiết bị lọc chân khơng
4.2.6 Ly tâm
Mục đích:
• Ly tâm trước khi lọc trong nhằm tăng năng suất máy lọc và thời gian sử dụng bản lọc.
• Ly tâm trước khi thanh trùng nước ép nhằm loại bỏ các phần thịt quả thường bám lên bề mặt truyền nhiệt làm tăng trở lực truyền nhiệt, gây mùi vị khơng tốt cho nước quả. Ngồi ra cịn nhằm loại trừ vi sinh vật cịn lại trong nước quả và trên phần thịt quả.
• Quá trình ly tâm hao hụt khoảng 1% khối lượng.
Tiến hành và thiết bị:
• Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục: đầu tiên hỗn hợp đươc nạp vào máy li tâm theo cửa vào, sau đĩ hỗn hợp sẽ theo hệ thống kênh dẫn để chảy vào các khoảng khơng gian hẹp giữa các điểm li tâm. Dưới tác dụng của lực li tâm huyền phù sẽ được phân chia thành 2 phần: phần thịt quả mịn tỷ trọng thấp sẽ chuyển động hướng về phía trục của thùng quay, phần cặn thơ cĩ khối lượng riêng cao sẽ chuyển động về phía thành. Sau cùng cả hai dịng sẽ theo những kênh riêng để thốt ra ngồi.
Các yếu tố ảnh hưởng
• Đường kính hạt phân tán, độ nhớt pha liên tục, bán kính quay, tốc độ vịng của thiết bị.
• Nếu bán kính thùng quay và tốc độ vịng càng lớn thì tốc độ chuyển động các hạt phân tán càng cao, nên chúng ta cĩ thể rút ngắn được
thời gian li tâm hoặc nâng cao mức độ phân chia các cấu tử cĩ khối lượng riêng khác nhau.
• Thời gian ly tâm..
• Độ nhớt của pha liên tục cũng ảnh hưởng đến quá trình li tâm. Nếu ta tăng nhiệt độ hỗn hợp, độ nhớt giảm, hiệu quả li tâm sẽ cao hơn.