III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH
1. Sấy thăng hoa
1.1 Mục đích: chế biến, bảo quản
1.2 Các biến đổi
Vật lý:
Sự thay đổi về tỷ trọng: khối lượng riêng của dịch chiết cà phê tăng lên do hơi nước thăng hoa và thốt ra bên ngồi.
Hố học : Hàm ẩm giảm nhanh chĩng
Hố lý: Cĩ sự chuyển pha từ dung dịch lỏng sang rắn. Sự thăng hoa của tinh thể nước đá từ rắn sang khí
Sinh học
Cĩ thể tiêu diệt một số vi sinh vật trong quá trình lạnh đơng do tốc độ làm lạnh nhanh chĩng
Cảm quan: Giữ được tính chất cảm quan hương vị từ sản phẩm ban đầu.
1.3 Phương pháp thực hiện
1: tạo bọt và tiền lạnh đơng 2: lạnh đơng
3: phân loại theo kích thước 4: sấy thăng hoa 5: sản phẩm
Hình 15: Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa cơng nghiệp
Dịch trích cà phê sau khi đã được cơ đặc đến nồng độ chất khơ khoảng 40% sẽ được làm nổi bọt khí với khối lượng của bọt khí xấp xỉ 450-750g/l và được làm lạnh sơ bộ ở nhiệt độ -40C -20C.
Dịch cà phê sau khi làm lạnh sơ bộ sẽ được đổ vào những cái khay nơng và được đặt vào phịng lạnh đơng; được lạnh đơng nhờ thiết bị lạnh đơng phun khí liên tục ở -450C trong 30 phút. Phương pháp làm lạnh đơng chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh cho hơi nuớc dịch chuyển dễ dàng. Trong giai đoạn này cĩ khoảng 10- 15% trên tồn bộ ẩm thốt ra khỏi vật liệu sấy.
43
Những hạt thu được trong q trình lạnh đơng sẽ được đưa qua thiết bị nghiền ở -400C
-500C
Sau quá trình nghiền thì những tinh thể đá thu được sẽ được đem qua thiết bị sàng để thu được những hạt cĩ kích thước từ 0.5-3 mm. Những hạt này đuợc nạp liên tục vào khay. Mỗi khay được cân theo một khối lượng xác định để đảm bảo là đúng thể tích trong mỗi khay.
Những hạt thu được sau quá trình lạnh đơng sẽ được đưa vào thiết bị sấy thăng hoa.
Quá trình sấy thăng hoa trải qua 2 giai đoạn chính:
* Giai đoạn thăng hoa
Là giai đoạn tách ẩm chính của phương pháp sấy thăng hoa. Ở đây áp suất hơi nuớc
được giữ dưới 4,58 mmHg (610,5 Pa). Nuớc ở dạng băng rắn sẽ thăng hoa trực tiếp thành hơi mà khơng bị tan chảy khi sản phẩm được cung cấp nhiệt.
Hơi nuớc tiếp tục được tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suất trong buồng sấy thấp hơn áp suất hơi nuớc trên bề mặt của băng. Đồng thời, hơi nước được tách ra bằng máy bơm chân khơng và sẽ được ngưng tụ.
44
Khi quá trình sấy tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đơng lạnh, làm sản phẩm được sấy khơ. Nhiệt lượng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt thăng hoa) được truyền đến sản phẩm do sự dẫn nhiệt hoặc do vi sĩng cung cấp. Trong giai đoạn này nhiệt độ vật liệu sấy khơng đổi.
* Giai đoạn bốc hơi ẩm cịn lại
Là giai đoạn làm bay hơi ẩm liên kết cịn lại, nhiệt độ của vật liệu sấy tăng nhanh.
Sau giai đoạn thăng hoa do trạng thái của nuớc trong vật liệu nằm trên điểm 3 thể nên ẩm trong vật liệu trở về dạng lỏng nhưng vì khi đĩ áp suất trong bình thăng hoa vẫn cịn được duy trì bé hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân khơng và vật liệu sấy vẫn tiếp tục được gia nhiệt nên lượng ẩm sẽ khơng ngừng biến từ dạng lỏng sang dạng hơi.
Như vậy giai đoạn bốc hơi ẩm cịn lại chính là giai đoạn sấy chân khơng để tách thêm một phần ẩm ở dạng lỏng, đảm bảo độ ẩm của nguyên liệu sau qúa trình sấy sẽ đạt giá trị yêu cầu.
1.4 Thiết bị
Trong hệ thống sấy thăng hoa tuần hồn được sử dụng trong cơng nghiệp thực phẩm. Các thiết bị chính của hệ thống sấy thăng hoa gồm bình thăng hoa, bình ngưng đĩng băng, bơm chân khơng và máy lạnh với các thiết bị: bình tách lỏng, dàn ngưng, bình chứa tác nhân lạnh và máy nén. Ngồi ra bình thăng hoa nối với hệ thống tạo bức xạ nhiệt.
Bình thăng hoa nối với bơm chân khơng qua bình ngưng – đĩng băng, và được làm lạnh bằng máy lạnh amoniac. Nhờ bình ngưng – đĩng băng, ẩm thốt từ vật liệu dưới dạng
băng để máy hút chân khơng việc với khơng khí khơ.
Buồng chân khơng cĩ chứa các khay đựng sản phẩm và thiết bị đun nĩng để cấp nhiệt cho quá trình thăng hoa. Các ống xoắn ruột gà lạnh hoặc các bản dẹt lạnh được sử dụng để
45
ngưng tụ hơi nuớc trực tiếp thành băng. Chúng được gắn với thiết bị tự động làm tan băng để giữ cho bề mặt của các dây xoắn ruột gà được trống tối đa cho việc ngưng tụ hơi nước. Bơm chân khơng tách đi các thành phần hơi khơng ngưng tụ.
Bình thăng hoa:
Hình 16:Bình thăng hoa
Bình là một hình trụ trịn nằm ngang. Một đáy được hàn liền với hình trụ cịn đáy kia là một chỏm cầu được gắn kết với thanh hình trụ bằng bulong để đưa vật liệu sấy vào ra. Đỉnh bình thăng hoa cĩ một mặt bích để nối với bơm chân khơng qua bình ngưng đĩng băng. Phía trong bình thăng hoa người ta bố trí các tấm kim loại xen kẽ nhau. Trên các tấm đĩ là các khay chứa vật liêu sấy. Do nhiệt độ trong bình thăng hoa rất thấp và cĩ một độ chân khơng rất lớn nên truyền nhiệt giữa các thành tấm kim loại với vật liệu sấy chủ yếu là bức xạ nhiệt.
46
Thơng số cơng nghệ
Nhiệt độ làm lạnh sơ bộ: -40C -20C
Nhiệt độ lạnh đơng: -450C
Thời gian lạnh đơng: 30 phút
Áp suất buồng sấy: 0.3-0.4mbar
Khối lượng riêng của hạt: 230-260g/l
Hình 17: Hạt cà phê sau sấy thăng hoa 2. Nghiền
2.1 Mục đích: hồn thiện
Q trình nghiền làm giảm kích thuớc vật liệu tới kích thuớc mong muốn, sau q trình sấy thăng hoa kích thuớc hạt khá lớn nên cần qua quá trình nghiền để cĩ kích thước phù hợp.
2.2 Các biến đổi
Vật lý:
Kích thước nguyên liệu sẽ giảm, diện tích bề mặt riêng tăng lên, nhiệt độ của nguyên liệu tăng do ma sát với nhau và với thiết bị, nếu nhiệt độ quá cao sẽ ảnh hưởng tới các cấu tử nhạy nhiệt.
Hĩa học:
Do diện tích bề mặt riêng tăng nên q trình oxi hĩa tăng do tiếp xúc với oxi, do đĩ cần cĩ chế độ bảo quản nghiêm ngặt.
Hĩa lý : Dễ mất các cấu tử hương cũng như dễ hút ẩm nên cần bao gĩi cẩn thận. Hĩa sinh và sinh học:
Xảy ra khơng đáng kể vì sau quá trình sấy độ ẩm rất thấp và một phần các enzyme bị vơ hoạt trong quá trình sấy.
47
Thiết bị nghiền nhiều trục: được cấu tạo bởi nhiều trục nằm ngang. Trong quá trình vận hành, chúng chuyển động hướng vào nhau. Nguyên liệu được đưa vào hai khe từ phía trên, hạt nguyên liệu bị kẹp giữa hai trục và bị kéo qua khe hẹp. Khi đĩ, dưới tác dụng của lực nén ép hạt sẽ vỡ ra, các trục sẽ quay với vận tốc khác nhau dể tăng lực ma sát gáp phần làm vỡ hạt. Đối với thiết bị nhiều trục khoảng các giữa các khe hẹp giảm dần theo chiều từ vùng nhập liệu tới vùng thốt sản phẩm.
2.4 Thiết bị:
Hình 18: Máy nghiền trục
Thơng số cơng nghệ
Thơng số cơng nghệ quan trọng nhất là lực tác dụng, lực tác dụng càng lớn thì nguyên liệu càng dễ vỡ, hiệu quả nhiền càng cao.Tuy nhiên, nguyên liệu của ta sau khi sấy thăng hoa cĩ độ cứng khơng lớn lắm nên lực tác dụng khơng cần phải quá lớn.
Độ ẩm của nguyên liệu cũng ảnh huởng tới hiệu quả nghiền, độ ẩm càng nhỏ thì quá trình nghiền bột càng dễ, cà phê sau khi sấy cĩ độ ẩm khoảng 5% cho hiệu quả nghiền cao.
Kích thuớc hạt sau khi nghiền phụ thuộc vào lực tác dụng và cấu tạo máy nghiền
III. SO SÁNH 2 QUY TRÌNH
Phương pháp sấy
- Giống nhau: mục đích là hồn thiện và sản phẩm cuối là bột cà phê
- Khác nhau
Sấy phun Sấy thăng hoa
Chất lượng sản phẩm
Cà phê tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy nên cĩ thể mất đi một số chất màu mùi tự nhiên.
Cà phê chỉ tiếp xúc gián tiếp với tác nhân sấy, nguyên liệu giữ được mùi thơm đặc trưng của cà
48 Kích thước hạt nhỏ.
phê.
Kích thước hạt lớn.
Tổn thất
Năng lượng:Tiêu tốn ít năng lượng
Nguyên liệu: Tổn thất nhiều hơn.
Năng lượng:Tiêu tốn năng lượng nhiều hơn, do cĩ q trình lạnh đ ơng và nghiền trước sấy.
Nguyên liệu: Tổn thất rất ít.
Thiết bị
Thiết bị đơn giản.
Chi phí đầu tư thiết bị thấp. Dễ vận hành và bảo trì.
Thiết bị phức tạp.
Chi phí đầu tư thiết bị lớn. Khĩ vận hành và bảo trì.
Thời gian sấy Ngắn Dài hơn
Ứng dụng Sản xuất cà phê thường Sản xuất cà phê hảo hạng