CHƯƠNG 5 : THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN XUẤT
2. Thuyết minh quy trình
2.8. Hoạt hĩa nấm men
Mục đích cơng nghệ
- Khai thác và hồn thiện: trong quá trình hoạt hĩa nấm men khơ, nấm men sẽ thích nghi dần với mơi trường lên men, một số tế bào sẽ nảy chồi và làm tăng sinh khối, hoạt tính của nấm men sẽ được cải thiện. Sử dụng mơi trường nước táo cĩ bổ sung thêm chất dinh dưỡng để hoạt hĩa nấm men.
Thiết bị
Thiết bị hình trụ đứng, bên trong cĩ cánh khuấy và bộ phận cấp khí O2, bên ngồi cĩ thêm lớp vỏ áo để điều nhiệt.
• Trạm nhân giống nấm men di động
• Thơng số cơng nghệ
- Tỉ lệ khối lượng nấm men: nước là 1:10 - Nhiệt độ hoạt hố: 30 - 40oC
- Thời gian hoạt hĩa: 20 - 30 phút
- Bao gồm thùng và nắp bằng thép khơng gỉ (AISI 304); thể tích bể 450 L - Để kích hoạt men khơ lên đến men 2kg mỗi mẻ lên đến men 10kg mỗi mẻ - Kết nối điện: 230V / 1Ph / 50 / 60 Hz
- Cơng suất tiêu thụ: + Chế độ chờ: 0.2 kW + Chế độ ferm: 0.7 kW + Chế độ sưởi: 0.65 kW 2.9. Nấu syrup 2.9.1. Trộn cĩ gia nhiệt Mục đích cơng nghệ
- Chế biến: Quá trình nấu syrup sẽ làm thay đổi thành phần hĩa học của syrup, làm tăng hàm lượng chất khơ, tăng độ ngọt và cải thiện độ trong.
- Bảo quản: Các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt, nhờ đĩ mà thời gian bảo quản syrup sẽ tăng lên.
Biến đổi của nguyên liệu
- Vật lý: cĩ sự thay đổi về tỷ trọng của syrup sau quá trình nấu. - Hĩa học: Xảy ra phản ứng nghịch đảo đường.
- Hĩa lý: Cĩ sự hịa tan của tinh thể đường saccharose vào nước, sự bay hơi của nước.
- Sinh học và hĩa sinh: Hệ vi sinh vật và enzyme bị lẫn trong nguyên liệu sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt.
48 | P a g e
Phương pháp thực hiện
Sử dụng nồi hai vỏ, bên trong cĩ cánh khuấy (dạng mái chèo), xung quanh thân ngồi cĩ lớp vỏ áo để chứa tác nhân gia nhiệt.
Thiết bị
• Thiết bị trộn chuyển động kép cĩ gia nhiệt
- Trong khi thùng quay, bộ cánh quạt bên trong cũng quay và khuấy nguyên liệu. Tốc độ quay của cánh quạt lớn gấp 2 lần tốc độ thùng quay. Điều này làm cho nguyên liệu trong thùng trộn đều hơn phương pháp truyền thống.
• Thơng số cơng nghệ:
- Nồng độ syrup: 70%
- Tốc độ cánh quạt: 42 vịng/phút. - Tốc độ thùng quay: 21 vịng/phút. - Nhiệt độ nấu: 90°C.
- Thời gian nấu: 20 phút.
2.9.2. Lọc syrup
Mục đích cơng nghệ
- Hồn thiện: Tách bỏ các tạp chất, làm tăng độ trong của syrup.
Biến đổi của nguyên liệu
- Lọc là quá trình phân riêng, các tạp chất sẽ giữ lại trên bề mặt của màng lọc.
Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị lọc khung bản
- Giống với thiết bị trong giai đoạn lọc thơ. Tuy nhiên, cần tiến hành hồi lưu dịch lọc cho đến khi dịch lọc trở nên trong suốt thì bắt đầu thu nhận sản phẩm.
2.9.3. Làm nguội syrup Mục đích cơng nghệ
- Chuẩn bị: 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.
Biến đổi của nguyên liệu
- Vật lý: Tỷ trọng, độ nhớt, … bị biến đổi.
- Sinh học: Sự xâm nhập của vi sinh vật từ mơi trường sản xuất vào syrup.
Thiết bị
• Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
49 | P a g e - Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm là một thiết bị được sử dụng để trao đổi năng lượng nhiệt giữa chất lỏng với mơi chất khác, quá trình này thơng qua bề mặt của các tấm
- Hai lưu chất nĩng và lạnh sẽ chảy tuần tự lên hai bề mặt tấm, nơi quá trình truyền nhiệt từ lưu chất nĩng sang lưu chất lạnh diễn ra. Các ngăn/khe chảy được thiết kế đặc biệt để tạo ra trạng thái chảy rối tối đa đối với cả 2 lưu chất, làm tăng hiệu quả truyền nhiệt.
- Hai lưu chất thường vào và ra ở ngõ trên và dưới tương ứng của bộ trao đổi nhiệt hoặc ngược lại theo nguyên tắc nghịch lưu.
• Thơng số cơng nghệ
- Syrup sẽ được làm nguội nhanh về nhiệt độ khơng vượt quá 20 - 25°C. - Thơng số thiết bị:
Model Base-3
Kích thước (LxQxH) 510×180×545mm Năng suất làm nguội (l/h) 4500
Hãng sản xuất Alfa Laval
2.10. Phối trộn/chuẩn bị dịch lên men
Mục đích cơng nghệ
- Chuẩn bị: những thành phần nguyên liệu khác nhau sẽ được phối trộn theo tỷ lệ xác định để tạo ra sản phẩm cĩ các chỉ tiêu hĩa lý và cảm quan khác nhau. Cần lưu ý là trước khi phối trộn, tất cả các thành phần nguyên liệu phải được chuẩn bị dưới dạng dung dịch. Sau khi phối trộn dịch trước lên men được kiểm tra lại và điều chỉnh các thơng số đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Đảm bảo rượu sau quá trình lên men cĩ màu sắc và hương vị hài hịa.
Biến đổi của nguyên liệu
- Vật lý: sau khi phối trộn thì độ nhớt, thể tích, tỷ trọng và cả tính chất quan học của sản phẩm sẽ thay đổi (tăng).
- Các biến đổi khác khơng đáng kể.
Thiết bị
• Thiết bị khuấy trộn cĩ cánh khuấy turbine
- Cấu tạo thiết bị bao gồm một thùng khuấy, bên trong cĩ một cánh khuấy dạng bản mỏng được gắn vào trục khuấy. Tốc độ quay cánh khuấy tương đối thấp. Với thiết bị loại này, các phân tử chất lỏng thường được chuyển động vịng trịn quanh trục và chuyển động ly tâm là chính, cịn chuyển động theo phương thẳng đứng rất ít. Nên thiết bị cần lắp thêm các thanh chặn trên thành thiết bị.
• Thơng số cơng nghệ
- Thơng số quan trọng nhất trong quá trình phối trộn là tốc độ cánh khuấy. Tốc độ cánh khuấy nếu quá thấp sẽ khơng thực hiện tốt quá trình phối trộn, nhưng nếu quá lớn sẽ làm tăng lượng oxi hịa tan trong sản phẩm. Ta chọn tốc độ khuấy là 200 vịng/phút.
50 | P a g e - Nhiệt độ phối trộn: 300C
- Nồng độ chất khơ sau khi phối trộn: 16%
2.11. Lên men
Mục đích cơng nghệ
- Chế biến: Nhằm chuyển đường và các chất hịa tan khác thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ khác dưới tác dụng của nấm men. Nấm men được sử dụng trong quá trình lên men là
Saccharomyces bayanus và S. cerevisiae. Hai chủng nấm men này cĩ thể là nấm men tự
nhiên hoặc nấm men thuần khiết đã được kích hoạt hĩa và nhân giống trong phịng thí nghiệm.
Q trình lên men cider xảy ra theo hai giai đoạn:
+ Giai đoạn lên men rượu: quá trình này được thực hiện bởi nấm men để chuyển đường và các chất hịa tan khác thành ethanol. Nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men ở giai đoạn này là 14-16oC.
+ Giai đoạn lên men lactic: là quá trình lên men nhờ vi khuẩn lactic để chuyển acid malic trong dịch táo lên men thành acid lactic. Nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men ở giai đoạn này là 22oC.
Biến đổi của nguyên liệu
- Sinh học: nấm men giống sẽ trao đổi chất và sinh trưởng, với mật độ giống cấy là 106 CFU/mL. Ở giai đoạn cuối của quá trình lên men, một số tế bào bị chết đi và quá trình tự phân giải xảy ra.
- Hĩa học và hĩa sinh:
+ Các đường lên men sẽ chuyển thành ethanol và CO2.
+ Nhiều sản phẩm trao đổi chất của nấm men sẽ xuất hiện trong canh trường như aldehyde, rượu cao phân tử, acid hữu cơ, ester,…
+ Một số hợp chất polyphenol bị oxy hĩa vào cuối quá trình lên men khi điều kiện khí khơng cịn nghiêm ngặt.
- Hĩa lý: Một số phân tử protein bị đơng tụ. Một phần khí CO2 do nấm men sinh ra sẽ hịa tan vào dịch lên men.
- Vật lý: nhiệt độ canh trường sẽ tăng dần trong quá trình lên men.
Thiết bị
• Bồn khuấy trộn lên men
- Bồn khuấy trộn lên men là bồn chứa được thiết kế dành cho cơng đoạn phối trộn các vi sinh vật, hĩa chất, phụ liệu đặc tính. Hệ thống khuấy lên men được điều khiển với dạng cánh khuấy nhằm loại bỏ các hiện tượng bong bĩng khí trong q trình lên men một cách hiệu quả nhất.
- Thùng chứa được thiết kế hai lớp vỏ áo bằng thép khơng gỉ SUS304 hoặc SUS316, lớp trong chứa dịch lên men, lớp ngồi chứa nước điều nhiệt cho quá trình lên men. Bồn chứa được tích hợp bĩng CIP vệ sinh, tự động phun hĩa chất và vệ sinh sau quá trình sản xuất
51 | P a g e theo tiêu chuẩn GMP. Máy được thiết kế linh hoạt, kiểu dáng cơng nghiệp, điều khiển kỹ thuật số, vận hành thuận tiện và được chế tạo theo ISO 9001:2000.
• Thơng số cơng nghệ
- Nhiệt độ lên men: 20oC ± 2oC
- Thời gian lên men: 5-7 ngày - Thể tích bể: 500 lít – 12 000 lít
- Phương pháp làm mát: nước glycol, nước cồn…
- Nhiệt độ làm việc: -15oC – 80oC
2.12. Lọc
Mục đích cơng nghệ
- Chuẩn bị: loại bỏ các cặn trong dịch lên men sau khi lên men, chuẩn bị cho quá trình tiếp
theo, trong quá trình lọc bổ sung thêm các chất hỗ trợ lọc.
- Hồn thiện: Cải thiện độ trong sản phẩm khơng cĩ các thành phần dục và cặn bẩn, đồng thời tăng cường độ ổn định, loại bỏ các mùi hương khơng mong muốn gây ra bởi protein và tanin. Bước này cũng cĩ thể loại bỏ vi sinh vật và đảm bảo sự ổn định của vi khuẩn tốt hơn trong sản phẩm cuối cùng.
Biến đổi của nguyên liệu: khơng cĩ biến đổi gì đáng kể trong quá trình lọc. Thiết bị
• Thiết bị lọc khung bản: sử dụng giống như thiết bị lọc sơ bộ mục 2.6.
- Để tăng cường hiệu quả cho quá trình lọc, người ta sử dụng chất trợ lọc và những chất trợ lọc đặc trưng là: bentonite, gelatin,… Trong đĩ, gelatin thường được sử dụng cùng với bentonite để tăng hiệu quả cho quá trình lọc.
2.13. Phối trộn
Mục đích cơng nghệ
- Chế biến: trộn syrup đường, chất tạo mùi, hương vào dung dịch nước táo để tạo ra nên sản phẩm với nồng độ chất khơ, pH mong muốn, cải thiện độ ngọt của sản phẩm lên men. - Hồn thiện: sản phẩm sau khi lên men xong được bổ sung một số thành phần nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm.
- Bảo quản: bổ sung thêm một số phụ gia, các chất phụ gia, tăng thời gian bảo quản của sản phẩm.
Biến đổi của nguyên liệu
- Vật lý: tăng khối lượng, thể tích của sản phẩm do các chất khác, tỉ trọng, độ nhớt thay đổi, tăng nhiệt độ trong quá trình phối trộn do hiện tượng hydrate hĩa.
- Hĩa học: ít bị biến đổi, sản phẩm cải thiện về hương vị, độ ngọt.
- Sinh học: dễ bị nhiễm vi sinh vật trong quá trình phối trộn, nhưng phụ gia chứa các chất ức chế sẽ làm giảm hoạt động của vi sinh vật, giúp bảo quản sản phẩm.
Thiết bị
- Cho dịch sau khi lên men vào thiết bị khuấy trộn cĩ cánh khuấy turbine. Các bước thực hiện tương tự như quá trình phối trộn được trình bày ở mục 2.4.
52 | P a g e
2.14. Bão hịa CO2
Mục đích cơng nghệ
- Hồn thiện: bổ sung lại lượng đã mất đi trong quá trình lọc, đồng thời để chuẩn hĩa hàm
lượng CO2 của sản phẩm.
Thiết bị
• Máy bão hịa CO2
- Máy bão hịa CO2 hoạt động dựa trên nguyên lý bão hịa CO2 - là quá trình hịa tan CO2 vào chất lỏng. Để làm được điều này, quá trình cần thực hiện với CO2 dưới áp suất, áp lực cao. Khi giảm áp suất, CO2 thốt ra khỏi sản phẩm dưới dạng bĩng khí nhỏ làm nước "sủi bọt".
• Thơng số cơng nghệ
- Áp suất trong quá trình cấp: 2 bar. - Nhiệt độ CO2 cấp cho sản phẩm: 20C.
- Lượng CO2 trong sản phẩm cần đạt: 0,5% w/w.
2.15. Chiết rĩt và đĩng lon
Mục đích cơng nghệ
- Hồn thiện: tạo hình thức cho sản phẩm, thuận tiện trong phân phối, lưu kho.
Biến đổi của nguyên liệu: khơng cĩ biến đổi gì đáng kể, cĩ thể xảy ra sự tổn thất CO2
trong quá trình rĩt và đĩng nắp.
Thiết bị
- Sử dụng hệ thống thiết bị rĩt, đĩng nắp tự động và hoạt động liên tục. Quá trình được thực hiện trong điều kiện áp suất khí quyển, sử dụng bao bì kim loại.
- Yêu cầu: lon kim loại được vơ trùng trước khi rĩt sản phẩm.
• Thiết bị chiết rĩt 3 trong 1
• Thơng số cơng nghệ
- Năng suất: 12000-18000 lon/giờ
2.16. Thanh trùng
Mục đích cơng nghệ
- Bảo quản: quá trình thanh trùng sẽ làm vơ hoạt bất thuận nghịch enzyme và ức chế hệ vi sinh vật, nhờ đĩ sẽ kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Biến đổi của nguyên liệu
- Vật lý: độ nhớt và tỷ trọng thay đổi
- Hĩa học: nhiệt độ cao thúc đẩy các phản ứng hĩa học như phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng phân hủy vitamin đặc biệt vitamin C. Tuy nhiên, thời gian xử lý rất ngắn nên khơng gây ra biến đổi đáng kể nào đến tính chất nước táo.
53 | P a g e - Hĩa sinh: nhiệt độ cao sẽ làm biến tính bất thuận ngịch enzyme, do đĩ vơ hoạt được chúng. - Sinh học: nhiệt độ cao sẽ làm cho quá trình trao đổi chất của vi sinh vật ngừng lại, các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt.
- Hĩa lý: trong quá trình gia nhiệt thì nước sẽ bay hơi một phần.
Thiết bị
• Thiết bị thanh trùng dạng đường hầm
• Thơng số cơng nghệ
- Thanh trùng liên tục trong bao bì. - Nhiệt độ: 70 – 800C
- Thời gian: 20 – 30p
2.17. Ghi nhãn
Mục đích cơng nghệ
- Hồn thiện: Quá trình hồn thiện sản phẩm bao gồm một số cơng đoạn như: in ngày sản xuất trên bao bì, in thơng tin, bao gĩi và đĩng thùng…
Biến đổi của nguyên liệu
- Do nước táo được đựng trong bao bì kín nên q trình hồn thiện khơng gây ra những biến đổi trong sản phẩm.
Thiết bị
54 | P a g e
3. Bản vẽ quy trình cơng nghệ: (Đính kèm file PDF)
55 | P a g e
CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT
1. Thơng số giả thiết và tổn thất q trình
• Hàm ẩm: 85% (nước)
• Chất khơ hịa tan: 11%
• Chất khơ khơng hịa tan: 4%
Bảng 17: Thành phần của táo
Thành phần Tỷ lệ (%)
Nước 85
Carbohydrate 12 (11% chất khơ hịa tan)
Khác 3
Bảng 18: Các chỉ tiêu của sản phẩm
Thơng tin hĩa học Tỷ lệ (%)
Nước 80,5
Đường tổng 15
Độ cồn 4,5
Phụ gia: CO2, chất màu, hương, chất điều chỉnh độ
acid…
1%
Bảng 19: Bảng tổn thất của theo từng quá trình sản xuất
Quá trình
Tổn thất q trình
(%)
Chú thích
Bảo quản 0 Khơng tổn thất đáng kể
Phân loại -1 Loại bỏ những quả bị hư hỏng, độ chín khơng đạt yêu cầu.
Rửa -1 Tách các chất bẩn như đất cát ra khỏi nguyên liệu.
Nghiền -1 Bị dính vào thiết bị
Xử lý enzyme +1 Xử lý enzyme giúp tăng hiệu suất quá trình ép
Ép -10 Tổn thất dịch ép, lấy 85% nước trong nguyên liệu.
56 | P a g e
Sulfit hĩa +0,1 Tổn thất và thay đổi khơng đáng kể, chọn pH lên men: 3.7 => SO2: 150mg/L
Chuẩn bị dịch lên men 0 Sử dụng syrup hiệu chỉnh độ brix, chỉ thêm lượng syrup, tổn thất quá trình khơng đáng kể
Lên men -5 Tổn thất do giảm lượng chất khơ, bốc hơi nước
Lọc -1 - Gelatin: Chọn 0,15*10-3 kg/ lít