3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT
3.2 Giải thích quy trình
3.2.1 Nấu syrup
Mục đích công nghệ - Chế biến: Quá trình nấu syrup sẽ làm thay đổi thành phần
26
Bảo quản: các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt, nhờ đó mà thời gian bảo
quản syrup sẽ tăng lên.[16]
Các biến đổi của ngụyên liệu:
Vật lý: có sự thay đổi về tỷ trọng của syrup sau quá trình nấu. Hóa học: xảy ra phản ứng nghịch đảo đường.
Hình 8: Phản ứng nghịch đảo đường
Cần lưu ý: hiệu suất thủy phân saccharose không thể đạt đên 100%. Sau quá trình
nấu, syrup sẽ chứa cả ba loại đường: glucose, fructose và saccharose chưa bị thủy phân. Nếu nhiệt độ nấu syrup quá cao thì có thể xảy ra phản ứng phân hủy đường và tạo nên một số sản phẩm mới làm cho syrup bị sậm màu.
Hóa lý: có sự hòa tan của những tinh thể saccharose vào nước, sự bay hơi của nước, sự hấp phụ một số tạp chất (ví dụ như chất màu) trong syrup lên hạt than hoạt tính.
Sinh học và hóa sinh: hệ vi sinh vật và enzyme bị lẫn trong nguyên liệu sẽ bị ứp chế hoặc tiêu diệt.[16]
Quá trình và thiết bị nấu syrup
Người ta thường sử dụng thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, xung quanh thân ngoài có lớp vỏ áo để chứa tác nhân gia nhiệt trong quá trình nấu.
27
Chú thích: 1- thân thiết bị; 2- lớp vỏ áo để gia nhiệt; 3- motor để quay cánh khuấy; 4-
cánh khuấy; 5- cửa nạp saccharose vào thiết bị; 6- cửa tháo syrup. Hình 9: Thiết bị nấu syrup
Trước tiên, người ta bơm vào bên trong thiết bị qua cửa (6) và gia nhiệt nước lên đến 55-60oC. Cho cánh khuấy hoạt động với tốc độ 30-50 vòng/phút rồi bắt đầu cho đường vàoPhản ứng nghịch đảo đường thường được thực hiện ở 70 - 80°c, nồng độ saccharose ban đầu trong syrup là 63%, lượng acid citric sử dụng là 750g/100kg cơ chất, thời gian nghịch đảo đường kéo dài không quá 2 giờ. Còn giai đoạn tẩy màu syrup được thực hiện ở 70°c trong thời gian 20 - 30 phút. Lượng than hoạt tính sử dụng là 0,1 - 0,2%. Khi kết thúc quá trình nấu syrup, người ta bổ sung bột trự lọc (diatomite) vào thiết bị và khuấy đều để chuẩn bị cho quá trình lọc.[16]
3.2.2 Lọc
28
Hoàn thiện dịch syrup đường. Quá trình lọc sẽ tách bỏ các tạp chất và than hoạt tính, làm tăng độ trong của syrup.
Các biến đổi của nguyên liệu:
Lọc là quá trình phân riêng, các tạp chất sẽ bị giữ lại trên bề mặt của màng lọc. Phần bột trợ lọc bám trên bề m ặt của màng lọc sẽ giúp chúng ta loại bỏ được các tạp chất mịn bị lẫn trong syrup.
Thiết bị và thông số:
Thường dùng để lọc là thiết bị lọc dạng khung bản mỏng. Trước khi sử dụng, người ta sẽ bơm huyền phù diatomit vào thiết bị để tạo mọt lớp áo lọc trên bề mặt các màng lọc. Hàm lượng diatomit sử dụng chiếm 0,8 -0,9% so với tổng lượng khô của syrup. Sau đó, tiến hành lọc syrup. Ngoài ra người ta có thể sử dụng than hoạt tính và bột trợ lọc để sử dụng thiết bị lọc khung bản.Cần tiến hành hồi lưu dịch lọc cho đến khi dịch lọc trở lên trong suốt thì bắt đầu thu nhận sản phẩm.[16,17]
Hình 10: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị lọc khung bản mỏng
29
Mục đích công nghệ:
Sau quá trình lọc để tách bỏ tạp chất, syrup được làm nguội nhằm mục đích chuẩn bị cho quá trình phối trộn tạo sản phẩm. Các biến đổi của nguyên liệu Trong quá trình làm nguội syrup, một số chỉ tiêu vật lý sẽ bị biến đổi như tỷ trọng, độ nhớt.
Thiết bị làm nguội:
thường được sử dụng là thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc dạng ống lồng ống. Syrup sẽ được làm nguội nhanh về nhiệt độ không vượt quá 20 - 25°c. Cần chú ý là quá trình làm nguội phải được thực hiện trong điều kiện kín để hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật từ môi trường sản xuất vào syrup.[16,17]
Chú thích: 1- khung thiết bị; 2- cửa nạp nguyên liệu; 3- cửa tháo sản phẩm ; 4,6-
30
Hình 11: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng khung bản mỏng
Chú thích: 1- ống dẫn nguyên liệu, 2- Vòi nối
Hình 12: Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ( cấu hình nhiều ống lồng trong một ống)
3.2.4 Pha chế syrup thành phẩm
Mục đích:
Trong quá trình pha chế syrup thành phẩm, người ta sẽ phối trộn syrup đường nghịch đảo với nước và các phụ gia như chất tạo vị chua, chất màu, chất hương, chất ức chế vi sinh vật..
Các biến đổi của nguyên liệu:
Trong quá trình pha chế chủ yếu xảy ra các biến đổi vật lý và hóa lý. Kết quả là làm thay đổi thành phần hóa học và một số chỉ tiêu V ật lý như tỷ trọng, độ nhớt, độ màu của syrup thành phẩm so với syrup đường nghịch đảo ban đầu.
31
Thiểt bị và cách thực hiện:
Sử dụng thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy (Hình 3.6.1.3). Để hạn chế sự tổn thất của các cấu tử hương, người ta có thể sử dụng thiết bị có một lớp vỏ áo xung quanh thân để làm lạnh. Đầu tiên cho từng nguyên liệu phụ đã được chuẩn bị vào thiết bị. Đối với acid hữu cơ, nếu sử dụng dạng tinh thể, Người ta sẽ hòa tan acid vào nước đã qua xử lý để tạo thành dung dịch acid có nồng độ xấp xỉ 50%. Quá trình này được thực hiện trong thiết bị trong theiets bị chuẩn bị acid. Đây là thiết bị hình trụ đứng , được làm bằng thép không rỉ, có cánh khuấy ở bên trong. Cần chú ý để acid hòa tan hoàn tan vào nước và tạo nên một dung dịch đồng nhất. Đối với chất màu, nên dùng dnagj bột, cũng nên được hòa tan vào nước để tạo thành dung dịch màu có nồng độ trong khoảng 20-50%. Thông thường, tổng thể tích các dung dịch acid, chất màu, hương liệu , chất ức chế vi sinh vật…. chiếm xấp xỉ 8% tổng thể tích syrup thành phẩm. Qua strinhf pha chế syrup bắt đầu bằng việc bơm syrup nguyên liệu vào thiết bị,. Tiếp theo cánh khuấy hoạt động, người ta lần lượt bổ sung thêm nước. phụ gia vào. Sự khuấy trộn được thực hiện cho đến khi thu được một hỗn hợp đồng nhất. Sau cùng, người ta sẽ lấy mẫu syrup thành phẩm để kiểm tra đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng. [17]
Thông sổ công nghệ:
Công thức phối trộn các thành phần nguyên liệu để tạo nên syrup thành phẩm sẽ được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Mỗi loại sản phẩm thức uống pha chế sẽ có một công thức riêng và là bí quyết riêng của mỗi cơ sở sản xuất. Thể tích syrup thành phẩm thường không vượt quá 20% tổng thể tích sản phẩm cuối cùng. Sau khí pha chế syrup thành phẩm, người ta sẽ pha loãng nó vởi nước đã được bài khí về nồng độ chất khô theo yêu cầu trước khi thực hiện quá trình bão hòa C02 cho sản phẩm nước ngọt có gas.[16]
32
Mục đích:
Trong ngành công nghiệp thức uống, thuật ngữ “bão hòa” CO2 được hiểu là quá trình nạp C02 vào nước giải khát đến một giá trị nồng độ theo yêu cầu.
Bản chất của quá trình bão hòa CO2:
Sự hòa tan của CO2 trong nước hoặc tỏng syrup thành phẩm là một quá trình hấp thụ, trong đó CO2 là chất được hấp thụ và nước hoặc syrup thành phẩm là chất hấp thu. Quá trình này sẽ phụ thuộc vào khả năng tương tác giữa CO2 với nước trong hoặc syrup trong thực phẩm.
Các biến đôi của nguyên liệu: chủ yêu xảy ra biến đổi hóa lý – CO2 sẽ hòa tan một phần vào nước. Ngoài ra, khí CO2 có thể phản ứng với nước theo sơ đồ dưới đây:
H2O2 + CO2 H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + HCO32-
Thiết bị và thông số công nghệ:
Thiết bị bão hòa CO2 cho nước giải khát thường có dạng hình trụ đứng. Nước ngọt sẽ được bơm vào thiết bị qua cửa đỉnh và phun sương, sau đó chảy theo các máng đỡ xuống bên dưới. Song song đó, khí CO2 sẽ được nạp vào bên trong thiết bị từ phía đáy. Nhờ sự gia tăng diện tích tiếp xúc giữa hai pha lỏng và khí nên một phần CO2 sẽ hòa tan vào pha lỏng. Nhiệt độ của bán thành phẩm trước khi được bơm vào thiết bị bào hòa C02 là 0 - l°C. Hàm lượngCO2 trong sản phẩm thu được là 0,5% w/w.[16,17]
33
Chú thích: 1- cánh khuấy dạng mỏ neo; 2- vỏ áo để hiệu chỉnh nhiệt độ; 3- động
cơ; 4- nắp thiết bị; 5- cửa tháo sản phẩm
a) Hoạt động ở nhiệt độ bình thường b) Hoạt động ở nhiệt độ thấp Hình13 : Thiết bị phối trộn sản phẩm
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bão hòa CO2:
Độ hòa tan của một khí bất kỳ trong một chất lỏng sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất bản chất háo học của khí và chất lỏng, áp suất riêng phần của khí trên chất lỏng, nhiệt độ của hệ…. Trong số đó yếu tố quan trọng nhất là áp suất và nhiệt độ. Trong công nghệ sản xuất nước ngọt có gas, người ta điều khiển hai yếu tốtrên trong quá trình carbonate hóa sản phẩm.
Áp suất:
Theo định luật về pha, các điều kiện cân bằng của hệ tương tác giữa khí và lỏng được biểu diễn như sau:
34 f= n+2-k
Trong đó: f là số bậc tự do của hệ n là số cấu tử trong hệ k là số pha
Ta xét trường hợp hệ bao gồm CO2 và nước. Khi đó n=2, k=2, suy ra số bậc tựu do của hệ f=2. Như vậy chúng ta có thể thay đổi hai thông số nhưng vẫn khong làm thay đổi pha và bản chất pha của hệ.
Theo định luật Henry, nồng độ khí hào tan trong một dung dịch sẽ tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí trên dung dịch.
C= K*P
Trong đó: C Là nồng độ của khí trong dung dịch
K là hằng số cân bằng pha, phụ thuộc vào bản chất hóa học của khí và chất lỏng.
P là áp suất riêng phần của khí trên chất dug dịch
Định luật Henry chỉ đúng trong điều kiện áp suất thấp và nồng độ dung dịch loãng. Mặc dù khí CO2 có khả năng tương tác với nước, tuy nhiên các nhà khoa học cho rằng định luật Henry vẫn đúng khi giá trị áp lực sử dụng không vượt quá 0.39-0.49 MPa (tương ứng với 4-5 kg/cm2).
Theo định luật Dalton, khi ta cho một hỗn hượp bao gồm nhiều loại khí khác nhau vào trong một chất lỏng thì nồng độ của mỗi loại khí trong dung dịch sẽ phụ thuộc vào áp suất riêng hần và độ hòa tan của nó. Như vậy, sự có mặt của không khí trong nước hoặc trong khí CO2 nguyên liệu không những làm giảm độ hòa tan của CO2 trong nước mà còn làm giảm độ bền của liên kết giữa CO2 và nước.Trong thực tiễn nguwoif ta thường bài khí cho nước trước khi tiến hành quá trình bão hòa CO2. Ngoài ra chúng ta cần sử dụng
35
khí CO2 sạch, không bị lẫn các khí tạp chataskhacs . Người ta thường sử dụng áp lực dao động trong khoảng 0.5-1.2 MPa để bão hòa CO2 cho các sản phẩm nước giải khát pha chế.[17]
Nhiệt độ:
Độ hòa tan cua khí trong chất lỏng sẽ tỉ lệ nghịch với gái trị nhiệt độ. Khi nhiệt độ càng thấp, độ hòa tan của khí trong chất lỏng sẽ càng cao. Trong công nghiêp sản xuất nước ngọt có gas, quá trình bão hòa CO2 thường được thực hiện ở 1-20C.
Sự ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố nhiệt độ và áp suất đến độ hòa tan của CO2 trong nước được biểu dễn như hình dưới đây.
Hình 14: Các đường cong biểu diễn độ hòa tan của CO2 ở các giá trị áp suất và nhiệt độ khác nhau.[17]
Thành phần hóa học của nước và syrup thành phẩm
Khi chất lỏng có chứa một số hợp chất hòa tan thì độ hòa tan của khí CO2 trong chất lỏng sẽ bị giảm đi. Như vậy, quá trình carbonate hóa cho nước sẽ được thực hiện dễ dàng hơn cho syrup thành phẩm. Syrup có chứa nhiều chất hòa tan khác nhau, đặc biệt là
36
hàm lượng đường trong một số loại syrup thành phẩm có thể lên đến 45%. Còn hàm lượng đường trong sản phẩm nước giải khát có gas là 10-11%. Ngoài ra còn một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình bão hòa CO2 như thiết bị bão hòa CO2, hàm lượng thể tích khí CO2 trong sản phẩm và diện tích bề mặt tiếp xúc của khí và nước trong thiết bị.[17]
3.2.6. Rót sản phẩm vào chai, đóng nắp và in ngày sản xuất lên bao bì Mục đích công nghệ:
Hoàn thiện sản phẩm. Khi sử dụng bao bì dạng chai, người ta có thể sử dụng vật liệu là thủy tinh hoặc nhựa.
Các biến đổi của nguyên liệu:
Khi thực hiện nhanh quá trình rót sản phẩm vào chai và đóng nắp trong điều kiện kín sẽ không làm xảy ra những biến đổi đáng kể trong sản phẩm. Biến đổi đáng chú ý nhất là sự tổn th ất CO2 và một số hợp chất hương.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Do sản phẩm có chứa CO2 nên thiết bị rót phải hoạt động trong điều kiện đẳng áp. Quá trình rót sản phẩm vào chai, đóng nắp chai và in ngày sản xuất lên bao bì thường được thực hiện liên tục trên một dây chuyền tự động với các băng tải vận chuyển sản phẩm đi qua ba thiết bị: rót, đóng nắp và in ngày sản xuất lên bao bì. Nhiệt độ sản phẩm trong quá trình rót không được vượt quá 4°c.
37
Chú thích: 1,2- vòi xịt nước rửa chai; 3,4- Vòi xịt dung dịch kiềm để rửa chai; 5-
bang xích khuôn chai; 6 – Thân thiết bị; 7- Trống lọc để tách nhãn chai ; 8 – Bộ phận gia nhiệt; 9 – Bể chứa dung dịch kiềm; 10 – Trống quay; 11- Bể thu hồi udng dịch kiềm; 12- Bể thu hồi nước rửa; 13- Bộ phận gia nhiệt; 14-Bể chứa dung dịch kiềm để ngâm chai; 15- Bộ phận đưa chai vào khuôn máy; 16- Băng trục để dẫn chai vào máy; 17- Băng tải chai; 18- Ống phun; 19- Bộ phận định hướng; 20- Băng tải để lấy chai sạch; 21- Máng tách chai ra khỏi máy rửa; 22- Bộ phận dung dịch kiềm loãng trên chai; 23- Vòi phun kiềm để làm trôi nhãn chai.[16]
38
Chú thích: 1- Bộ truyền trục vis; 2- Hệ thống truyền bánh rang; 3,4- Bnahs xe
hình sao; 5- Ống dẫn sản phẩm từu bồn chứa vào sao; 6- Vòi chiết; 7- Bộ phận tạo đối áp của thiết bị rót; 8- Rotor; 9- Con lăn; 10- Giá nâng bằng khí nén; 11- Đế thiết bị; 12- Vỏ
thiết bị.
Hình 15: Thiết bị rót thức uống có gas P-6 trong điều kiện đẳng áp với ba đường dẫn A, B, C