CHƯƠNG 7 THANH TRÙNGi LÀM NGUỘI
7.1. Thanh trùng
7.1.5. Áp suất trong hộp và áp suất đối kháng khi thanh trùng nhiệt
a. Áp suất trong hộp khi thanh trùng nhiệt:
P2=P"hn + (P1 i P'hn)( γ γ . 1 y x− − ) 1 2 T T
P"hn i Áp suất riêng phần của hơi nước trong hộp tại nhiệt độ thanh trùng T2 (độ Kelvin) P1 i Áp suất trong hộp tại thời điểm ghép mí:
Trong điều kiện ghép mí bình thường thì: P1= 6 , 735
B
, kg/cm2 Trong điều kiện ghép mí chân khơng thì: P1=
6 , 735 ϕ W B− , kg/cm2
W: Độ chân khơng trong buồng hút chân khơng của máy ghép mí, mmHg ϕ: hệ số tổn thất chân không
B: áp suất của mơi trường khơng khí xung quanh, mmHg
P’hn i Áp suất riêng phần của hơi nước trong hộp tại thời điểm ghép mí ở nhiệt độ T1 (độ Kelvin)
x= h h V V ' " = h h h V V V ' ' + Trong đó:
V'h: thể tích của hộp (bao bì) khi ghép mí ở nhiệt độ T1 V"h: thể tích của hộp khi thanh trùngở nhiệt độ T2 Vh: thể tích của hộp bị giãn nở khi thanh trùng
Đối với bao bì sắt tây: x = 1,034i1,127 Đối với bao bì thủy tinh: x ≅ 1
y i Hệ số giãn nở nhiệt của thực phẩm: y = tp tp tp V V V ' ' + = tp tp V V ' " Trong đó: V'tp: là thể tích của thực phẩm khi ghép mí V"tp: là thể tích của thực phẩm khi thanh trùng Vtp: thể tích của thực phẩm giãn nở khi thanh trùng
Hệ số giãn nở của thực phẩm (y) phụ thuộc vào tích chất của thực phẩm, phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ thanh trùng và nhiệt độ ghép mí. Nếu (T2iT1) càng bé thì hệ số giãn nở của thực phẩm càng bé. γ i Hệ số xếp đầy thực phẩm vào hộp: γ = h tp V V Trong đó: Vh: thể tích của hộp Vtp: thể tích của thực phẩm
Thơng thường γ = 0,80i0,95, phụ thuộc vào loại thực phẩm và loại bao bì. Đối với bao bì thủy tinh nên xếp vơi với γ = 0,80i0,85
Đối với bao kim loại nhỏ nên xếp vừa với γ = 0,85i0,90 Đối với bao kim loại cỡ lớn nên xếp đầy với γ = 0,90i0,95.
P2 cao sẽ tạo ra chênh lệch lớn giữa áp suất trong & ngoài hộp khi thanh trùng nhiệt là nguyên nhân dẫn đến sự biến dạng, hư hỏng hộp khi thanh trùng nhiệt cần giảm P2 bằng các cách:
i Xếp thực phẩm vào hộp ở dạng nóng (tăng P’hn) i Bài khí chân khơng (giảm P1)
Pcp i chênh lệch áp suất cho phép mà hộp có thể chịu được: Đối với bao bì sắt tây: Pcp = 0,4i1,4 kg/cm2
Đối với đa số bao bì thủy tinh: Pcp = 0 Theo kinh nghiệm: PĐK = P”hn + (0,5i0,8 kg/cm2)
Có thể tạo áp suất đối kháng bằng khơng khí nén hoặc bằng nước có áp lực cao. 7.1.6. Thiết lập, kiểm tra và hệu chỉnh công thức thanh trùng
Công thức thanh trùng phải đảm bảo tạo được thời gian hiệu quả tương đương F (phút) ≥ Fo (phút).
Fo thời gian hiệu quả tiêu chuẩn tại nhiệt độ tham chiếu t0 (ví dụ t0 = 121,1 oC đối với thực phẩm acid thấp).
Hình 13. Đường cong hệ số chuyển đổi vận tốc tiêu diệt vi sinh vật để xác định thời gian hiệu quả tương đương.
Fo = n*D ni mức độ tiệt trùng:
n = lg(Bo/B) Bo i Nồng độ VSV ban đầu (nha bào/ml hoặc nha bào/g);
B i Nồng độ VSV cịn sống sót sau thanh trùng (nha bào/ml hoặc nha bào/g);
Di giá trị D/hằng số bền nhiệt của vi sinh vật (phút), là thời gian thanh trùng cần thiết để giảm lượng vi sinh vật đi 10 lần.
∑ ∑ ∫ ∫ = = = = = = n i F n i F b a F F d K d K i K i K F 1 1 0 . . . . τ τ τ τ τ ∑ ∫ ∫ = − − − = = = n i t b t t i d d F 1 10 1 , 121 10 1 , 121 10 1 , 121 10 1 , 121 10 . τ 10 . τ τ. 10 τ
τ i Khoảng thời gian giữa 2 lần đọc giá trị nhiệt độ tâm đồ hộp thực phẩm liên tiếp (phút); ti i Nhiệt độ của tâm đồ hộp thực phẩm tại lần đọc thứ i trong quá trình thanh trùng (oC); [a, b] i Khoảng thời gian trong quá trình thanh trùng khi nhiệt độ tâm đồ hộp thực phẩm ≥ 60oC;
KF i Hệ số chuyển đổi vận tốc tiêu diệt vi sinh vật từ nhiệt độ thanh trùng thực tế t (oC) sang nhiệt độ thanh trùng tham chiếu t0 = 121,1oC
z i Giá trị Z/Hằng số bền nhiệt của vi sinh vật (oC) (là độ tăng nhiệt độ thanh trùng để thời gian tiêu diệt vi sinh vật τ hay D giảm đi 10 lần), đối với nha bào C.botulinum trong môi
trường đệm pH = 7,1i7,2: z = 10oC.
7.2. Làm nguội
7.2.1. Mục đích, yêu cầu
iTất cả các loại đồ hộp sau khi thanh trùng xong phải được làm nguội nhanh. Như chúng ta biết rằng sau khi kết thúc giai đoạn hạ nhiệt, nhiệt độ của nồi đã giảm xuống còn 40 oC, nhưng nhiệt độ của thực phẩm vẫn còn rất cao thường lớn hơn 80 oC. Nếu cứ để cho nhiệt độ thực phẩm giảm xuống một cách tự nhiên thì thực phẩm phải tiếp tục bị gia nhiệt trong một khoảng thời gian tương đối dài, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng và giá trị cảm quan của đồ hộp. Ngoài ra nhiệt độ ấm cịn là điều kiện thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt phát triển.
iLàm nguội là một trong những khâu quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nếu làm nguội khơng tốt sẽ có những tác hại sau:
+Màu sắc và mùi vị của thực phẩm giảm xuống. +Kết cấu tổ chức của thực phẩm bị phá vỡ. +Tạo môi trường tốt cho VSV ưa nhiệt phát triển.
+Làm tăng tác dụng của q trình ăn mịn vỏ hộp, gây nên các hiện tượng phồng hộp. iChú ý khi làm nguội cần phải có một tốc độ làm nguội hợp lí. Nếu hạ nhiệt quá đột ngột sẽ gây ra những hư hỏng vật lí như bật nắp hộp hoặc hở mí ghép.
iLàm nguội là q trình ngược lại của quá trình nâng nhiệt. Khi làm nguội nhiệt sẽ truyền từ trung tâm hộp ra môi trường xung quanh.
iTốc độ làm nguội phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng phải kể đến là: +Tính chất của thực phẩm. z t F K 1 , 121 10 − =
khơng khí sẽ có tác dụng làm nguội chậm do khơng khí dẫn nhiệt kém. Vì vậy mơi chất thơng dụng nhất là nước.
7.2.2. Các phương pháp làm nguội
iTrong sản xuất đồ hộp người ta sử dụng hai phương pháp làm nguội là: +Làm nguội ở áp lực thường.
+Làm nguội ở áp lực cao.
iLàm nguội ở áp lực thường: để đồ hộp trong môi trường áp suất khí quyển, tiếp xúc với mơi chất làm nguội, q trình trao đổi nhiệt diễn ra tự nhiên.
iLàm nguội ở áp lực cao: làm nguội ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển, thường có dùng áp suất đối kháng. Phương pháp này nhằm tránh biến dạng hộp khi thanh trùng kín (thanh trùng áp lực cao).
iThông thường người ta thường dùng nước lạnh luân lưu ngâm đồ hộp (immersion) hoặc phun nước lạnh lên trên các lớp đồ hộp (spraying) để làm nguội.
7.3. Tính tốn về thanh trùng 7.3.1. Tính tốn kỹ thuật
a. Thời gian của một chu kỳ thanh trùng (τ):
τ = τ1 + τ2 + τ3 + τ4 + τ5 + τ6
Trong đó:
τ1: Thời gian cho hộp vào nồi thanh trùng (phút).
τ2: Thời gian nâng nhiệt (phút). τ3: Thời gian giữ nhiệt (phút). τ4: Thời gian hạ nhiệt (phút).
τ5: Thời gian tiếp tục làm nguội thực phẩm (phút).
τ6: Thời gian lấy hộp ra khỏi nồi thanh trùng (phút).
b. Số lượng hộp cho vào nồi thanh trùng (nH): nH ≤ 0,785.α.Z. 22 H G d d (hộp) Trong đó:
dG: Đường kính trong của giỏ (m). dH: Đường kính ngồi của hộp (m). Z: Số lượng giỏ xếp vào nồi.
α: Tỷ số giữa chiều cao trong của giỏ và chiều cao ngoài hộp. Lưu ý: H G h h ≤ α và α phải là số nguyên.
0,785: Hế số chiếm chỗ của hộp ở trong giỏ. Nếu hộp xếp vào nồi lộn xộn khơng theo hàng lối thì số lượng hộp có thể giảm đi 10i15%, thậm chí có khi tới 30%.
c. Năng suất của nồi thanh trùng (M):
H
n
. 60
d. Tính số nồi thanh trùng cần thiết (X):
M N X ≥ (nồi) Trong đó:
N: Năng suất của dây chuyền (hộp/giờ) M: Năng suất của nồi thanh trùng (hộp/giờ) e. Số lần làm việc của nồi thanh trùng (X'):
X' = Năng suất ca/số hộp của một nồi thanh trùng (lần).
Nếu biết được số nồi thanh trùng làm việc trong phân xưởng sản xuất và số lần làm việc của nồi thanh trùng thì ta sẽ tính được số mẻ trong một nồi thanh trùng.
Cụ thể: Ta có cơng thức tính số mẻ trong một nồi thanh trùng như sau:
X" = Số lần làm việc của nồi thanh trùng/số nồi thanh trùng làm việc (lần/nồi). f. Thời gian gián đoạn của hai nồi thanh trùng liên tiếp ( τ):
Thời gian gián đoạn giữa hai nồi thanh trùng liên tiếp cũng là thời gian xếp hộp vào đầy các giỏ của nồi thanh trùng.
Khi xếp hộp vào đầy nồi thứ nhất ta phải đợi một thời gian nhất định để xếp hộp vào đầy nồi thứ hai. .60 H n N τ = (phút)
Chú ý: để đảm bảo tốt chất lượng của đồ hộp thì thời gian gián đoạn của hai nồi thanh trùng phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng 30 phút. Hộp sau khi ghép kín cố gắng đưa đi thanh trùng càng sớm càng tốt.
Nếu dây chuyền với năng suất càng lớn và số lượng hộp đưa vào nồi càng nhỏ thì thời gian gián đoạn giữa hai nồi liên tiếp sẽ càng ngắn.
7.3.2. Tính tốn về nhiệt
a.Giai đoạn đung nóng (nâng nhiệt): a1.Nhiệt lượng đun nóng nồi thanh trùng:
Q1 = G1. C1 (tT i t1) (kJ) Trong đó:
G1: Khối lượng nồi thanh trùng (kg)
C1: Nhiệt dung riêng của vật liệu làm nồi; đối với thép C1 = 0,48185 (kJ/kg.oC) tT: Nhiệt độ thanh trùng (oC)
t1: Nhiệt độ ban đầu của nồi (oC) a2.Nhiệt lượng đun nóng giỏ thanh trùng:
Q2 = G2. C2 (tT i t2) (kJ) Trong đó:
Trong đó:
G3: Trọng lượng của vỏ hộp (kg)
C3: Nhiệt dung riêng của vật liệu làm bao bì; đối với sắt tây C3 = 0,5028 (kJ/kg.oC) tT: Nhiệt độ thanh trùng (oC)
t3: Nhiệt độ ban đầu của vỏ hộp (oC) a4.Nhiệt lượng đun nóng sản phẩm:
Q4 = G4. C4. (tT i t4) (kJ) Trong đó:
G4: Khối lượng của sản phẩm trong nồi thanh trùng (kg) C4: Nhiệt dung riêng của sản phẩm (kJ/kg.oC)
tT: Nhiệt độ thanh trùng (oC)
t4: Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm (oC) a5.Nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh:
Q5 = α1. F. τđn. (ttb – tkk) (kJ) Trong đó:
α1: Hệ số tỏa nhiệt ra ngồi mơi trường xung quanh của nồi (W/m2.oC) hoặc
(kJ/m2.h.oC)
F: Diện tích bề mặt tỏa nhiệt cảu nồi thanh trùng (m2)
ttb: Nhiệt độ trung bình của thành thiết bị trong quá trình nâng nhiệt (oC) tkk: Nhiệt độ mơi trường khơng khí xung quanh (oC)
τđn: Thời gian đun nóng (phút). a6.Tổng lượng nhiệt cho q trình đun nóng:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
* Lưu ý: Nếu thanh trùng bằng nước thì cần tính thêm chi phí năng lượng để đun nóng nước b.Giai đoạn giữ nhiệt (thanh trùng):
Chi phí nhiệt cho giai đoạn thanh trùng: Q6 = α. F. τtt. (t’tb – tkk) (kJ) Trong đó:
α: Hệ số tỏa nhiệt ra ngồi mơi trường xung quanh của nồi (W/m2.oC) hoặc (kJ/m2.h.oC)
F: Diện tích bề mặt tỏa nhiệt của nồi thanh trùng (m2)
t’tb: Nhiệt độ trung bình của thành thiết bị trong quá trình thanh trùng (oC) tkk: Nhiệt độ mơi trường khơng khí xung quanh (oC)
τtt: Thời gian giữ nhiệt (phút).
c.Tổn thất nhiệt do ngưng tụ: Q7 = Dnn. i' (kJ) Trong đó:
Dnn: Lượng nước ngưng (kg)
d1.Chi phí hơi nước cho giai đoạn đun nóng: D1 = Q / (i" i i') (kg)
Trong đó:
Q: Tổng lượng nhiệt của q trình đun nóng (kJ)
i": Nhiệt hàm bão hòa của nước ngưng ở nhiệt độ thanh trùng (kJ/kg) i': Nhiệt hàm ngưng tụ của hơi nước ở nhiệt độ thanh trùng (kJ/kg) Chi phí hơi cho một giờ đun nóng:
D'1' = D1 / τđn (kg/h)
d2.Chi phí hơi nước cho giai đoạn thanh trùng: Chi phí hơi nước cho chu kỳ thanh trùng:
D2 = Q6 / (i" i i') (kg) Trong dó:
Q6: Chi phí nhiệt cho giai đoạn thanh trùng (kJ) Chi phí hơi nước cho một giờ thanh trùng:
D2' = D2 / τtt (kg/h)
d3.Chi phí hơi cho một chu kỳ làm việc của nồi thanh trùng: D = D1 + D2
e. Tính lượng nước làm nguội:
i Sau khi thanh trùng xong thì chúng ta phải làm nguội bằng nước lạnh đối lưu. Lượng nước làm nguội bao gồm nước làm nguội giỏ, nước làm nguội thiết bị và nước làm nguội đồ hộp thực phẩm.
i Để đơn giản cho tính tốn thì người ta bỏ qua lượng nước làm nguội giỏ và thiết bị. Khi đó lượng nước làm nguội có thể tính theo cơng thức sau:
) .( ) .( . ) .( . 1 1 2 2 2 1 2 1 t t C t t C G t t C G W ′ − ′′ − + − = (kg) Trong đó:
G1: Khối lượng của sản phẩm trong hộp (kg) G2: Khối lượng vỏ hộp (kg)
C1: Nhiệt dung riêng của sản phẩm (kJ/kg.độ) C2: Nhiệt dung riêng của vỏ hộp (kJ/kg.độ) t1: Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm (oC) t2: nhiệt độ cuối của sản phẩm (oC) t": Nhiệt độ cuối của nước (oC) t': Nhiệt độ ban đầu của nước (oC) C: Nhiệt dung riêng của nước (kJ/kg.độ)
Các seminar: Tìm hiểu về các qui định pháp lý của Mỹ trong sản xuất đồ hộp thực
phẩm acid thấp (CFR113) và thực phẩm acid hóa (CFR114).
Tìm hiểu về các qui định pháp lý của Mỹ trong sản xuất đồ hộp acid thấp
Toàn văn qui định được thể hiện trong Chương 21 i Phần CFR 113 (Code of Federal Regulations 113).
Qui định gồm 7 tiểu phần (subpart): AiF Ai Các qui định chung:
113.3. Các định nghĩa
113.5. Thực hành sản xuất tốt (GMP) hiện tại 113.10. Nhân sự
B – (Không công bố rộng rãi) Ci Thiết bị
113.40 Thiết bị và các thủ tục
Di Kiểm soát các thành phần, hộp chứa sản phẩm thực phẩm, nắpighép mí và các vật liệu sử dụng trong quá trình
113.60. Hộp
Ei Kiểm sốt sản xuất và các q trình 113.81. Chuẩn bị sản phẩm
113.83 Thiết lập công thức thanh trùng
113.87 Vận hành/Hoạt động trong phòng thanh trùng
113.89 Sai lệch trong q trình thanh trùng, đuổi khí, hoặc kiểm sốt các yếu tố tới hạn Fi Lưu trữ hồ sơ và báo cáo
113.100. Lưu trữ hồ sơ chế biến nhiệt và quá trình sản xuất
A Các qui định chung 113.3 Các định nghĩa
• Chế biến và bao gói vơ trùng là bao gói thực phẩm đã tiệt trùng và làm nguội vào các hộp đã được tiệt trùng sẵn, ghép kín vơ trùng sau đó với nắp đã được tiệt trùng sẵn, trong mơi trường khơng khí vơ trùng.
• Lỗ thơng hơi là (các) lỗ nhỏ trên nồi thanh trùng dùng để tạo sự lưu thông hơi trong nồi/môi trường truyền nhiệt, loại bỏ mọi loại khí đi vào nồi cùng với hơi, tạo ra dịng mơi trường truyền nhiệt đi qua bầu nhiệt kế, hoặc loại bỏ sự ngưng tụ hơi nước dưới đáy nồi thanh trùng.
• Thời gian nâng nhiệt là khoảng thời gian tính từ khi cho hơi vào nồi thanh trùng kín đến khi nhiệt độ đạt nhiệt độ thanh trùng.
• Độ tiệt trùng thương mại (thương phẩm): điều kiện ở đó thực phẩm đã được thanh trùng khơng cịn vi inh vật gây bệnh và các vi sinh vật khác có khả năng phát triển trong thực phẩm khi bảo quản và phân phối ở nhiệt độ thường.
• Yếu tố tới hạn: bất cứ đặc tính, đặc điểm, điều kiện, khía cạnh, hoặc các thơng số khác khi thay đổi có thể ảnh hưởng đến qui trình xử lý nhiệt (cơng thức thanh trùng) và độ tiệt trùng thương mại.
• Hộp ghép kín: là vật chứa được thiết kế, tính tốn nhằm đảm báo chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật, duy trì độ tiệt trùng thương mại của thực phẩm sau thanh trùng.
• Nhiệt độ ban đầu: là nhiệt độ trung bình của các thành phần thực phẩm có trong hộp sau khi ghép mí và trước khi thanh trùng.
• Lơ: lượng sản phẩm được sản xuất trong một khoảng thời gian được chỉ định bởi một mã cụ thể.
• Sản phẩm bao gói hút chân khơng là sản phẩm được ghép kín trong hộp ở điều kiện chân khơng. Sự duy trì độ chân khơng quyết định tính đúng đắn của chế độ thanh trùng.
• “Phải” (“shall”) dùng để chỉ các yêu cầu bắt buộc.
• “Nên” (“should”) dùng để chỉ các thủ tục hoặc thiết bị khuyến cáo hoặc khuyên dùng.