2.1.3.1 Phân loại, lựa chọn nguyên liệu
Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho các quá trình gia công tiếp theo:
- Quá trình lựa chọn, phân loại nguyên liệu nhằm loại bỏ đi những trái hư dập, ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của sản phẩm, chọn
nguyên liệu có độ chín phù hợp, kích thước đồng đều.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Nguyên liệu trở nên đồng đều về kích thước và độ chín. Còn các biến đổi khác không đáng kể.
Phương pháp thực hiện:
- Tiến hành lựa chọn nguyên liệu bằng phương pháp thủ công. Nguyên liệu được dàn mỏng trên các băng chuyền cao su có bề rộng từ 60-80cm. Công nhân ở đây đứng hai bên băng chuyền và thực hiện lựa chọn, phân loại nguyên liệu.
- Yêu cầu: táo lựa chọn đồng đều về kích thước, độ chín, không lẫn trái bị hư, dập.
- Thông số công nghệ: Tốc độ của băng chuyền khá chậm, khoảng 0.1 – 0.15m/s, chiều cao băng chuyền khoảng 0.8 – 1.2m để công nhân đứng hai bên làm việc thuận lợi.
2.1.3.2 Rửa
Mục đích công nghệ:
- Chuẩn bị cho quá trình gia công tiếp theo, loại bỏ đất cát, tạp chất, vi sinh vật.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Sau quá trình rửa bề mặt nguyên liệu được làm sạch, giảm hàm lượng vi sinh vật. Còn các biến đổi khác biến đổi không đáng kể.
Phương pháp thực hiện:
- Táo từ xe chứa sau khi đã được kiểm tra phân loại sẽ được cho vào buồng rửa nhờ băng tải. Dùng thiết bị rửa xối tưới dạng băng tải để rửa, táo sẽ trải qua 2 giai đoạn ngâm và rửa xối. Ngâm làm cho nước thấm ướt nguyên liệu, làm chất bẩn mềm và bong ra. Thời gian ngâm tùy thuộc vào mức độ bám bẩn của
nguyên liệu và tác dụng của dung dịch rửa, có thể từ vài phút đến vài chục phút. Rửa xối là dùng tác dụng chảy của dòng nước để kéo chất bẩn còn lại trên mặt nguyên liệu sau khi ngâm. Nước rửa phải là nước sạch. Để nước rửa ít bị nhiễm bẩn người ta dùng nước chảy liên tục trên các bể.
- Yêu cầu: Táo phải không bị dập, không bị dính quá nhiều cát, bụi, lượng nước phải vừa đủ tránh bị làm dập táo. Thời gian ngâm rửa không được kéo dài, nguyên liệu sau khi rửa phải sạch, không bị dập, lượng nước tốn ít nhất.
- Thông số công nghệ:
Thường dùng tia nước phun (áp suất 2 – 3 at). Thời gian rửa 2 – 3 phút
Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động máy rửa xối dưới dạng băng tải
2.1.3.3 Chần
Mục đích công nghệ: Chần là một quá trình xử lý nguyên liệu ở nhiệt độ cao sử dụng nước nóng hoặc hơi nước. Quá trình này thường chia làm ba giai đoạn: gia nhiệt nguyên liệu đến nhiệt độ chần, giữ nguyên liệu ở nhiệt độ chần trong một khoảng thời gian xác định, làm nguội nhanh nguyên liệu hoặc chuyển sang quá trình kế tiếp. Chần nhằm mục đích:
- Chuẩn bị: hỗ trợ cho quá trình nghiền dễ dàng hơn vì nó sẽ làm mềm sản phẩm. Một số protopectin thủy phân thành pectin hòa tan làm cho quá trình nghiền dễ dàng hơn.
- Bảo quản: nhúng táo vào trong nước nóng nhằm tiêu diệt một phần vi sinh vật trên bề mặt vỏ táo, vô hoạt các enzyme trong nguyên liệu và đình chỉ các quá trình sinh hóa trong nguyên liệu. Trong táo đối tượng cần quan tâm chính là enzyme polyphenoloxidase và peroxydase sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu.
- Hoàn thiện: hạn chế sự xuất hiện màu mùi không thích hợp cho sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Vật lý: khí từ các gian bào sẽ thoát ra, ngược lại nước từ dung dịch chần sẽ đi vào nguyên liệu. Do đó, sau quá trình chần khối lượng và độ ẩm nguyên liệu sẽ tăng lên, hình dạng nguyên liệu thay đổi, thể tích nguyên liệu phần nào sẽ giảm xuống. Có thể xuất hiện vết nứt trên bề mặt nguyên liệu, làm thay đổi cấu trúc của táo. Bên cạnh đó còn có sự khuyếch tán và hòa tan một số cấu tử từ nguyên liệu vào dung dịch chần làm tổn thất thành phần dinh dưỡng trong nguyên liệu như đường khử, axit amin, muối khoáng, vitamin. - Hóa học: nhiệt độ cao có thể làm thúc đẩy một số phản ứng hóa học, làm tổn
thất các vitamin nhất là vitamin C.
- Hóa sinh: Các loại enzyme oxy hóa khử polyphenoloxydase bị vô hoạt, ức chế một số enzyme khác hạn chế một số quá trình sinh hóa của táo.
- Hóa lý: nước chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi, một số chất mùi bị bay hơi, chất màu và hợp chất mẫn cảm với nhiệt độ bị phân hủy, tinh bột bị hồ hóa, các phân tử protein hòa tan sẽ đông tụ, đuổi bớt khí ra khỏi gian bào thuận lợi cho quá trình ép.
- Sinh học: trong quá trình chần một số loại vi sinh vật có thể bị tiêu diệt hoặc ức chế do nhiệt độ cao làm biến tính bất thuận nghịch DNA và một số enzyme trong tế bào.
- Nguyên liệu là táo nên khi ngâm trong nước để chần, táo sẽ nổi nên thiết bị chần được thiết kế bao gồm một bể nước đã được gia nhiệt đến nhiệt độ chần và bên trong bể có hai băng tải. Một băng tải ngập trong nước dùng để đưa nguyên liệu ra khỏi bể đến vùng làm nguội để tránh hiện tượng táo bị mềm nhũng, một băng tải còn lại nằm phía trên mực nước và có tay gạc. Trong quá trình chần, táo sẽ ngập trong nước nóng và được tay gạc của băng tải trên di chuyển từ trái sang phải (thời gian di chuyển táo từ trái sang phải khoảng 3 phút) và đi ra ngoài nhờ băng tải dưới.
- Thông số công nghệ:
o Nhiệt độ chần:1000C
o Thời gian chần: 3 phút
o Lượng dịch chần phải lớn hơn hai lần so với lượng nguyên liệu
1
2
3
1 – Băng tải; 2 – Thiết bị phun nước lạnh làm nguội; 3 - Bể hứng nước
2.1.3.4 Nghiền Mục đích công nghệ:
- Chuẩn bị cho quá trình ép vì làm giảm kích thước của táo, phá vỡ tế bào làm cho dịch chiết tiết ra nhiều hơn, tăng hiệu suất ép. Càng nhiều tế bào bị tác động thì hiệu quả quá trình nghiền càng cao.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Vật lý: kích thước của nguyên liệu giảm, diện tích bề mặt riêng tăng. Tăng diện tích bề mặt riêng làm tăng hiệu quả truyền nhiệt và truyền khối. Trong quá trình nghiền, dưới tác dụng của các lực đặc biệt là lực ma sát sẽ làm nhiệt độ của nguyên liệu tăng lên.
- Hóa học: khi nghiền nguyên liệu cấu trúc nguyên liệu bị phá vỡ các thành phần dễ bị oxy hóa bên trong nguyên liệu như vitamin… sẽ có điều kiện tiếp xúc với oxy do đó sẽ xảy ra các phản ứng hóa học. Trong quá trình nghiền có thể làm tăng nhiệt độ nên một số phản ứng hóa học có thể xảy ra.
- Hóa lý: do diện tích bề mặt riêng tăng lên nên tốc độ bay hơi của các cấu tử dễ bay hơi tăng lên đặc biệt là có sinh ra nhiệt trong quá trình nghiền, nên mùi của sản phẩm sẽ bị giảm đi.
- Hóa sinh: phản ứng oxy hóa được xúc tác bởi enzyme diễn ra nhanh hơn do cơ chất tiếp xúc với oxy nhiều hơn.
- Sinh học: khi nghiền có thể tiêu diệt vi sinh vật nhưng không đáng kể. Tuy nhiên sau khi nghiền thì diện tích bề mặt riêng tăng lên, chất dinh dưỡng được chiết ra nhiều, nên đây là điều kiện để vi sinh vật phát triển.
Phương pháp thực hiện:
- Do cấu trúc nguyên liệu táo khi chịu tác dụng của lực vẫn chưa vỡ mà trên chúng đã xuất hiện nhiều vết nứt nên lực nghiền chủ yếu là do lực ma sát. Vì vậy, trường hợp này chọn thiết bị nghiền hai đĩa. Thiết bị nghiền hai đĩa bao gồm hai đĩa quay ngược chiều nhau. Hai đĩa này quay gắn với rotor, bề mặt đĩa có các rãnh. Khe hẹp giữa hai đĩa quyết định kích thước sản phẩm. Khi thiết bị vận hành, nguyên liệu sẽ đi qua khe hẹp này, chịu tác dụng của lực ma sát và
lực nén, nguyên liệu bị vỡ ra. Vì dịch bào có pH trong vùng acid và chứa nhiều vitamin nên bộ phận tiếp xúc với nguyên liệu phải được chế tạo bằng inox hay nhựa cứng, tránh bị ăn mòn.
- Yêu cầu: nếu nghiền quá nhỏ hay quá lớn cũng sẽ ảnh hưởng không tốt đến quá trình ép. Nếu kích thước quá lớn thì hiệu suất sẽ không cao, còn quá mịn sẽ làm cho quá trình ép khó hơn do mất đi tính xốp của vật liệu, không tạo thành rãnh để thoát nước nên cũng làm giảm hiệu suất quá trình ép.
- Thông số thiết bị:
o Đường kính đĩa nghiền: 800mm
o Công suất: 630kW
o Tốc độ quay: 1500 v/ phút
2.1.3.5 Xử lý enzyme Mục đích công nghệ:
Hình 2.6 Thiết bị nghiền hai đĩa
- Chuẩn bị cho quá trình ép:
o Bổ sung chế phẩm enzyme pectinex Ultra SPL sẽ có tác dụng phá vỡ các mô quả bằng cách thủy phân protopectin thành pectin hòa tan. Quá trình này
làm giảm độ bền cơ học của màng tế bào, dịch quả sẽ được giải phóng ra khỏi tế bào dễ dàng hơn và hiệu suất nước ép thu được tăng lên trung bình khoảng 15 – 30%, có khi tới 49% (tùy từng loại quả). Ngoài protopectin, thành phần pectin trong nguyên sinh chất của tế bào cũng ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly dịch quả. Vì pectin như là một chất ciment gắn kết các tế bào thực vật với nhau. Đồng thời, pectin làm cho dịch quả keo hóa, khi ép khó thoát dịch ra ngoài, làm giảm hiệu suất ép. Khi bổ sung enzyme pectinase sẽ thủy phân pectin, làm giảm độ keo nhớt, giúp dịch quả thoát ra dễ dàng, nâng cao hiệu suất ép.
o Thêm vào đó bổ sung cellulase góp phần phá vỡ lớp cellulose ở thành tế bào làm cho hiệu suất quá trình ép tăng lên đáng kể.
- Khai thác: Nhờ phản ứng thủy phân của enzyme pectinase, cellulase làm tăng hàm lượng chất chiết trong dịch quả.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Hóa sinh: các phản ứng xúc tác bởi enzyme diễn ra như phản ứng thủy phân pectin và cellulose thu được dịch ép nhiều hơn.
- Hóa học: nhiệt độ tăng có thể làm mất mát một phần các chất dinh dưỡng nhưng không đáng kể. Phản ứng thủy phân bởi enzyme dịch ép thu được nhiều chất có trong dịch bào như vitamin, pectin, đường, protein… và có khả năng những sản phẩm thủy phân này có thể phản ứng với nhau.
Phương pháp thực hiện:
- Cho nguyên liệu sau khi nghiền vào bồn ủ. Bồn ủ là một bình hình trụ đứng, có vỏ áo, bên trong có cánh khấy, do sản phẩm sau khi nghiền thì rất nhớt, do đó muốn gia nhiệt ta cần sử dụng hơi nước sục khí vào bình kết hợp với lượng nước đi bên ngoài vỏ áo để điều chỉnh nhiệt độ từ 40 – 500C.
- Yêu cầu: nhiệt độ phải vừa phải, đủ để hoạt hóa cho enyme hoạt động, nhưng không làm thay đổi thành phần cũng như là tính chất của các chất trong táo chẳng hạn như không làm mất vitamin, bay hơi nước.
- Thông số công nghệ:
o Thời gian: 1 h.
o pH = 4.5
o Nồng độ Enzyme pectinase Ultra - SPL: 0.1% w/w
o Nồng độ Enzyme cellulase: 0.05% w/w
o Nhiệt độ bất hoạt enzyme 900C, thời gian 5 phút.
2.1.3.6 Ép
Mục đích công nghệ:
Hình 2.7 Bồn ủ enzyme
- Khai thác: Thu dịch ép từ quả táo
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Vật lý: Nguyên liệu trong quá trình ép sẽ giảm thể tích. Kích thước hạt nguyên liệu sẽ giảm vì dưới tác dụng của lực ép thì hạt nguyên liệu sẽ bị vỡ ra và ép sẽ làm các chất trong tế bào thoát ra nên làm thay đổi tỷ trọng của dịch ép. Nhiệt độ nguyên liệu có thể tăng lên.
- Hóa học: Các thành phần dễ oxy hóa như vitamin, polyphenol … có điều kiện tiếp xúc với oxy dễ dàng hơn nên dễ xảy ra các phản ứng oxy hóa. Bên cạnh đó, các chất hòa tan sẽ đi vào trong dịch chiết làm tăng nồng độ.
- Các biến đổi khác không đáng kể
Phương pháp thực hiện
- Sử dụng thiết bị ép trục vis:
o Nguyên liệu theo máng hứng được đưa vào trong lòng ép tại đây trục vít vừa đẩy nguyên liệu đi tới đồng thời cũng tạo ra một lực ép làm dịch bào
thoát ra. Nhờ tấm thép đục lỗ mà bã được giữ lại, dịch bào thoát ra có kèm theo thịt quả. Đến cuối trục vis thì bã được đẩy ra ngoài.
o Thiết bị ép trục vis bao gồm buồng ép hình trụ dài, bên trong có trục vis bằng thép không gỉ. Độ cao của gen trên trục vis thường giảm dần từ đầu vào đến đầu ra của thiết bị. Đồng thời, đường kính của buồng ép và trục vis cũng giảm theo hướng trên sao cho phần không gian để nguyên liệu chiếm chỗ trong buồng ép (giữa trục và buồng ép) cũng nhỏ dần khi gần đầu ra của thiết bị. Khi đó áp lực tác dụng lên nguyên liệu càng tăng. Trên buồng ép có các lỗ nhỏ để dịch ép thoát ra. Bã ép sẽ thoát ra ở cuối thiết bị thông qua lỗ thoát liệu và có thể hiệu chỉnh áp lực thông qua việc thay đổi kích thước lỗ tháo liệu này. Lực ép cũng có thể thay đổi bằng tốc độ trục vis.
- Yêu cầu: thu càng nhiều dịch quả càng tốt, sản phẩm dịch có thể có lẫn với thịt quả. Tuy nhiên sản phẩm nước táo là sản phẩm nước trong, do dó dịch ép sẽ được xử lý để làm trong nước táo ở các công đoạn sau.
- Thông số công nghệ: áp lực 138 – 276 MN/m2
2.1.3.7Làm trong Mục đích công nghệ:
- Chuẩn bị: tăng tốc độ quá trình lọc vì sử dụng enzyme pectinase 3XL giúp kết lắng những cấu tử nhỏ lơ lửng kể cả những cấu tử không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
- Hoàn thiện: Làm trong dịch ép táo giúp ổn định độ trong nước ép táo không bị vẩn đục trở lại. Quá trình làm trong do tác dụng của enzyme pectinase làm đứt các mạch phân tử pectin thành 3 giai đoạn:
o Giai đoạn 1: giai đoạn bất ổn định, đặc trưng bởi sự giảm độ nhớt của dịch quả, phản ánh quá trình thủy phân diễn ra với tốc độ nhanh.
o Giai đoạn 2: các chất tạo thành trong quá trình thủy phân bắt đầu kết lắng, sự thủy phân pectin vẫn còn nhưng chậm dần, giai đoạn này kết thúc khi cặn đã lắng hoàn toàn.
o Giai đoạn 3: kết thúc sự phân giải pectin, có thể xác định bằng cách cho lắng bằng ion Ca2+ mà không thấy pectin.
- Bảo quản: Ổn định độ trong nước ép còn giúp kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Vật lý: độ nhớt dịch ép giảm do pectin đã được thủy phân, độ trong tăng lên do phân giải pectin thành các phân tử hòa tan và kết lắng các chất tạo thành trong quá trình thủy phân.
- Hóa sinh: các phản ứng xúc tác bởi enzyme diễn ra như phản ứng thủy phân pectin thành những phân tử nhỏ hơn nhanh hơn.
- Các biến đổi khác không đáng kể
Phương pháp thực hiện:
- Cho nguyên liệu sau khi ép vào bồn ủ enzyme. Các bước thực hiện tương tự như quá trình xử lý enzyme đã được trình bày ở mục 2.1.2.5.
- Thông số công nghệ:
o Thời gian: 1.5 h.
o pH = 4.5
o Nồng độ Enzyme pectinase 3XL: 0.02% w/w
o Nhiệt độ bất hoạt enzyme 900C, thời gian 5 phút
2.1.3.8 Lọc
Mục đích công nghệ:
- Hoàn thiện: quá trình lọc giúp cải thiện chỉ tiêu độ trong của sản phẩm. Vì sau quá trình xử lý enzyme, mạch pectin bị cắt nhỏ làm giảm độ nhớt, các cấu tử lơ lửng trong dung dịch bị kết lắng xuống và tạo thành một lớp cặn. Quá trình lọc