CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.5 TỔNG QUAN CÁC Q TRÌNH CƠNG NGHỆ SỬ DỤNG
2.5.1 Phối chế
Bản chất quá trình phối chế.
Phối chế là quá trình pha trộn giữa 2 hay nhiều cấu tử (thành phần) khác nhau để thu được một hỗn hợp (sản phẩm) đáp ứng yêu cầu đã định. Cịn đảo trộn là q trình cơ học nhằm khuấy trộn các thành phần trong hỗn hợp để chúng phân bố đều nhau. Trong công nghệ thực phẩm, phần lớn các dây chuyền cơng nghệ có liên quan đến q trình phối chế.
Mục đích và phạm vi sử dụng q trình.
Trong cơng nghiệp thực phẩm quá trình phối chế thực hiện nhằm các mục đích sau: tạo ra sản phẩm mới, đa số loại sản phẩm thực phẩm không phải từ một loại nguyên liệu mà gồm 2 hay nhiều loại khác nhau. Tỷ lệ giữa các loại nguyên liệu nhiều khi xấp xỉ nhau. Những thành phần tham gia để tạo nên sản phẩm mới là không thể thiếu được, chúng phải được phối chế với nhau để cho sản phẩm có chất lượng đặc trưng. Nhằm tăng chất lượng sản phẩm chúng ta thấy rằng, một số loại thực phẩm nếu tồn tại một mình thì chất lượng không tốt lắm, nhưng khi bổ sung cho chúng một số thành phần khác (hương, màu, phụ gia,…) mặc dù với khối lượng ít cũng có tác dụng làm tăng chất 10 lượng của sản phẩm lên. Nhiều khi phối chế chỉ nhằm mục đích điều chỉnh các thành phần có sẵn trong sản phẩm trong trường hợp các thành phần đó chưa đạt yêu cầu.
16
Tính chất vật liệu, biến đổi của chúng và sản phẩm sau phối chế.
Nguyên liệu đưa vào phối chế thường khác nhau về tính chất vật lý, hóa học, sinh học, cảm quan, Mỗi loại nguyên liệu tương ứng với một giá trị chất lượng nhất định. Giá trị đó có thể cao hay thấp tùy thuộc vào thành phần hóa học, sinh học và tính chất vật lý của từng loại nguyên liệu. Trong thực tế, tỷ lệ phối chế giữa các cấu tử tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể, thường được cho dưới dạng công thức. Trước lúc phối chế các cấu tử có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như dạng lỏng gồm nước quả, các loại dung dịch đường, acid, muối dạng rắn hoặc bột rời như đường kính, muối dạng bán chất lỏng như các loại bột nhuyễn từ quả, thịt cá băm nhuyễn. Quá trình phối chế có thể thực hiện với các nguyên liệu cùng pha hoặc khác pha với nhau. Khi tiếp xúc với nhau các cấu tử phối chế có thể có khả năng liên kết hóa học hoặc lý – hóa (hấp phụ) với nhau. Sự liên kết đó có thể xảy ra đối với tồn hệ cấu tử hay có thể chỉ một số thành phần trong cấu tử đó (Lê Bạch Tuyết, 1994).
2.5.2 Q trình nghiền
Bản chất của quá trình.
Bản chất của quá trình nghiền là làm giảm kích thước của vật liệu, thông thường là các loại vật liệu rời, bằng tác động của các lực cơ học. Nghiền là một trong các quá trình được sử dụng phổ biến trong công nghệ thực phẩm. Trong q trình nghiền, có ba loại lực cùng tác dụng lên vật liệu: lực nén, lực va đập và lực ma sát. Tuy nhiên, tùy từng q trình, sẽ có một loại lực chiếm ưu thế. Trong q trình nghiền thơ các loại vật liệu cứng, lực nén chiếm ưu thế. Lực ma sát thường chiếm ưu thế trong quá trình nghiền các loại vật liệu mềm, đặc biệt là trong quá trình nghiền tinh. Lực va đập thường được ứng dụng trong cả q trình nghiền thơ, nghiền trung gian và cả nghiền tinh. Một trong các thơng số quan trọng để đánh giá q trình nghiền là tỷ lệ giảm kích thước, được xác định bằng tỷ lệ kích thước trung bình của ngun liệu trước khi nghiền và kích thước trung bình của ngun liệu sau khi nghiền (Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự, 2011).
Biến đổi nguyên liệu.
Vật lý: Biến đổi vật lý quan trọng nhất trong quá trình nghiền là kích thước của nguyên liệu sẽ giảm, diện tích bề mặt nghiền sẽ tăng lên.
Hóa học: Khi nghiền vật liệu, cấu trúc của vật liệu bị phá vỡ, các thành phần dễ bị oxy hóa bên trong vật liệu như các acid béo, vitamin,... Có điều kiện tiếp xúc với oxy, do đó các phản ứng oxy hóa sẽ diễn ra. Các phản ứng này diễn ra thường làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Do dó, các sản phẩm sau
17
khi nghiền thường được bảo quản trong các điều kiện nghiêm ngặt hơn so với trước khi nghiền. Hóa lý: trong q trình nghiền, diện tích bề mặt riêng tăng lên, tốc độ bay hơi của các cấu tử dễ bay hơi tăng lên, đặc biệt là trong quá trình nghiền có sinh ra nhiệt. Hiện tượng này sẽ làm giảm giá trị cảm quan về mùi của sản phẩm. Hóa sinh: đối với nguyên liệu thực phẩm sau khi nghiền, các phản ứng oxy hóa được xúc tác bởi enzyme sẽ diễn ra mạnh hơn vì cơ chất tiếp xúc với oxy nhiều hơn. Sinh học: sau khi nghiền, diện tích bề mặt riêng tăng lên, mật độ vi sinh vật có thể tăng lên. Đồng thời, các thành phần dinh dưỡng thích hợp của vi sinh vật bên trong nguyên liệu có thể thốt ra bề mặt, làm vi sinh vật phát triển mạnh hơn làm giảm chất lượng của thực phẩm (Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự, 2011).
2.5.3 Quá trình lọc
Lọc là quá trình phân riêng hỗn hợp không đồng nhất qua lớp lọc, bả được giữ lại trên lớp lọc, dung dịch chui qua lớp lọc dưới áp suất dư so với áp suất bên dưới vật ngăn. Áp suất này được tạo ra do áp suất tĩnh của lớp chất lỏng trên vật ngăn hoặc do bơm. Mục đích của q trình lọc là làm sạch, nâng cao chất lượng sản phẩm, như lọc đường, nước quả, dầu thực vật, rượu bia, nước chấm, lọc nước, lọc khí. Ngồi ra lọc cịn là q trình trung gian để chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo, ví dụ lọc sơ bộ dịch quả trước khi lắng, lọc dịch đường trước khi sản xuất các mặt hàng thực phẩm.
Vật liệu đưa vào q trình lọc có thể là khí gồm khí sạch và bụi hoặc là dung dịch huyền phù gồm pha lỏng và pha rắn là bã, đặc trưng bằng tính khơng tan lẫn và khả năng tách khỏi nhau. Sản phẩm của quá trình có thể là dung dịch u cầu trong hoặc trong suốt và cặn bã chứa ít dung dịch. Sản phẩm cũng có thể là chất rắn, yêu cầu khô và được tách hết dung dịch. Sau khi lọc dung dịch trong suốt hầu như khơng thay đổi về thành phần hóa học và các thành phần khác, tuy nhiên có thay đổi trạng thái, màu sắc, chất lượng tăng do tách hết tạp chất và loại được một số vi sinh vật khơng có lợi theo cặn, tuy nhiên có thể tổn thất một ít các chất có ích theo cặn như protein, vitamin, chất màu. Sản phẩm là chất rắn, ngoài thay đổi về trạng thái từ lỏng sang rắn, còn tách được các tạp chất hịa tan do đó chất lượng tăng lên.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc là lớp chất lỏng (dung dịch) chảy qua lớp vật ngăn có chuyển động dòng. Lượng nước trong phụ thuộc vào hiệu số áp suất hai đầu lọc, tính chất ống mao quản, độ nhớt dung dịch, bề mặt lọc và thời gian lọc (Lê Ngọc Thụy, 2009).
18
2.5.4 Quá trình thanh trùng
Thanh trùng là quá trình xử lý nhiệt tương đối ơn hịa nhằm bảo quản thực phẩm, bằng cách vô hoạt các enzyme và tiêu diệt một số vi sinh vật tương đối nhạy cảm với nhiệt độ. Là phương pháp cất giữ thực phẩm theo nguyên lý tiêu diệt mầm móng gây hư hỏng thực phẩm. Thanh trùng bằng nhiệt độ cao của hơi nước và nước nóng là phương pháp thanh trùng phổ biến nhất trong sản xuất đồ hộp (Nguyễn Văn Tiếp và cộng sự, 2000). Khi nâng nhiệt độ của môi trường cao hơn nhiệt độ tối thích của vi sinh vật thì hoạt động của vi sinh vật bị chậm lại. Ở nhiệt độ cao, protein chất nguyên sinh của vi sinh vật bị đông tụ làm cho vi sinh vật bị chết. Q trình đơng tụ protein khơng thuận nghịch, nên hoạt động của vi sinh vật không phục hồi sau khi hạ nhiệt.
Công thức thanh trùng:
Theo (Nguyễn Văn Tiếp và cộng sự, 2000) mỗi dạng sản phẩm thực phẩm
thanh trùng các thiết bị khác nhau đều có chế độ thanh trùng khác nhau, chế độ thanh trùng đồ hộp được biểu diển theo công thức sau:
𝑎 − 𝐴 − 𝐵 − 𝐶
𝑇. 𝐶 𝑃
Trong đó:
a: Thời gian xả khí trong thiết bị thanh trùng bằng hơi nước. A: Thời gian nâng nhiệt (phút).
B: Thời gian giữ nhiệt (phút). C: Thời gian hạ nhiệt (phút). T: Nhiệt độ thanh trùng (oC). P: Áp suất đối kháng (atm).
Nhiệt độ thanh trùng:
Tất cả các loại thực phẩm trong tự nhiên đều bị nhiễm nhiều loại vi khuẩn, tùy thuộc vào môi trường của thực phẩm ấy mà mức độ nhiễm trùng và chủng loại vi trùng có khác nhau. Các sản phẩm đồ hộp là môi trường rất thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Mặc dù có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của vi sinh vật, trong đó độ acid ảnh hưởng rất lớn, ở mơi trường ít chua vi sinh vật bền với nhiệt, khó bị tiêu diệt hơn khi thanh trùng, còn đối với mơi trường có pH thấp vi sinh vật bị tiêu diệt dễ dàng hơn ngay cả ở nhiệt độ khơng cao. Chính do phản ứng rất nhạy của vi sinh vật với độ chua của môi trường như vậy, nhiệt độ thanh trùng đồ hộp thực phẩm được lựa chọn dựa trên độ pH của nó.
19
Các thực phẩm được chia làm hai nhóm để lựa chọn nhiệt độ thanh trùng: Nhóm thực phẩm chua có pH < 4,2, thường thanh trùng ở nhiệt độ dưới 100oC nhưng khơng thấp hơn 75–80oC.
Nhóm thực phẩm chua có pH ≥ 4,2, thường thanh trùng ở nhiệt độ từ 100oC trở lên, thường hay sử dụng khoảng 112–120oC, đôi khi 125–130oC (Nguyễn Trọng Cẩn và Nguyễn Lệ Hà, 2009).
Thời gian thanh trùng:
Tại nhiệt độ thanh trùng nhất định, vi sinh vật trong đồ hộp thường không bị tiêu diệt ngay tức thời, mà cần có thời gian thích hợp gọi là thời gian thanh trùng hay thời gian tác dụng nhiệt, ký hiệu là T (phút).
Trong quá trình thanh trùng, nhiệt lượng phải chuyển từ mơi trường đun nóng, qua bao bì vào lớp sản phẩm bên trong, rồi vào tới tâm đồ hộp. Quá trình này phải mất một thời gian gọi là thời gian truyền nhiệt. Khi tâm đồ hộp đạt tới nhiệt độ thanh trùng thì giữ ở nhiệt độ đó trong thời gian nhất định gọi là thời gian giữ nhiệt.
Thời gian thanh trùng tổng quát của đồ hộp (hay thời gian đồ hộp chịu tác dụng nhiệt) bao gồm thời gian truyền nhiệt T1 và thời gian tiêu diệt T2.
T = T1 + T2
Trong thực tế, ngay trong thời gian truyền nhiệt, một số vi sinh vật có trong đồ hộp cũng bị tiêu diệt, do tác dụng của nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phát triển của vi sinh vật đó. Do vậy thời gian thanh trùng thực tế nhỏ hơn tổng của thời gian truyển nhiệt và thời gian tiêu diệt.
T < T1 + T2
Giá trị thanh trùng:
Giá trị thanh trùng là thời gian tác dụng nhiệt để tiêu diệt vi sinh vật, giá trị thanh trùng ở nhiệt độ Ti trong khoảng thời gian ti được tính theo cơng thức: FTi = LTi.ti
Trong đó:
LTi = 10(T – Tref)/Z
Tính giá trị thanh trùng F cho một quá trình thanh trùng: Giá trị F nâng nhiệt (F1):
20
Một quá trình nâng nhiệt bao gồm một dãy các nhiệt độ Ti. Ở nhiệt độ Ti thực phẩm được duy trì trong khoảng thời gian ∆t. Như vậy, giá trị thanh trùng F1
được tính bằng tổng các giá trị FTi tại các nhiệt độ Ti: F1 = ∑ Fn= ∑ Ln .ti
Giá trị giữ nhiệt (F2): F2 = 10(T – Tref)/Z.ti Giá trị hạ nhiệt (F3): F3 = ∑ Fn= ∑ Ln.ti
Giá trị thanh trùng là tổng các giá trị F1 + F2 + F3. Các bước xác định F:
Ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ tâm sản phẩm theo thời gian. Tính gía trị LTi ở nhiệt độ Ti.
Tính giá trị FTi tương ứng với các nhiệt độ Ti.
Tính F bằng tổng các Fn (Nguyễn Văn Tiếp và cộng sự, 2000).