L ỜI MỞ ĐẦU
1.2.3.Các quá trình cơ bản trong nghệ sản xuất trà hòa tan
1.2.3.1. Quá trình trích li
Bản chất: Quá trình trích li là sự rút chất hòa tan trong lỏng hoặc trong rắn bằng một chất lỏng khác (dung môi). Trích li chất hòa tan trong chất lỏng khác gọi là trích li lỏng - lỏng. Trích li chất hòa tan trong rắn gọi là trích li rắn - lỏng.
Yêu cầu đối với các dung môi dùng để trích li:
- Phải có tính hòa tan chọn lọc: đây là tính chất cơ bản; - Không có tác dụng hóa học với cấu tử dung dịch, chất rắn;
- Không nên dùng trích li lỏng yêu cầu khối lượng riêng của dung môi khác xa với khối lượng riêng của dung dịch;
- Không phá hủy thiết bị;
- Không thay đổi thành phần khi bảo quản;
- Không độc khi thao tác, không tạo hỗn hợp nổ với không khí, khó cháy; - Rẻ tiền, dễ kiếm.
Dung môi phải được tách ra sau quá trình trích li bằng phương pháp đun nóng, chưng cất hoặc sấy. Trong công nghiệp dung môi chủ yếu là nước, cồn, ete...
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích li và phương pháp thực hiện:
- Sự chênh lệch nồng độ hai pha: thực chất quá trình rích li là quá trình khuyếch tán vì thế sự chênh lệch nồng độ 2 pha dc/dx (gradient nồng độ) là động lực quá trình. Khi chênh lệch nồng độ lớn, lượng chất trích li tăng, thời gian trích li giảm, ta thực hiện bằng cách tăng tỉ lệ dung môi so với nguyên liệu.
- Kích thước của nguyên liệu: Với các nguyên liệu rắn cần tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng và dung môi (dùng biện pháp nghiền băm nhỏ hoặc thái nhỏ vật liệu). Nó còn làm phá vỡ cấu trúc tế bào khi thúc đẩy quá trình tiếp xúc triệt để giữa dung môi và vật liệu. Tuy nhiên kích thước và hình dạng vật liệu sau khi làm nhỏ cũng có bị giới hạn vì nếu chúng quá mịn sẽ bị lắng động lên lớp nguyên liệu, tới các ống mao dẫn hoặc bị dòng dung môi lôi cuốn vào mixen làm dung dịch có nhiều cặn, làm phức tạp cho quá trình xử lí tiếp theo.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ có tác dụng tăng tốc độ khuyếch tán và giảm độ nhớt tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển động của các phần tử. Tuy vậy tăng cũng có giới hạn. Vì khi cao quá sẽ xảy ra phản ứng khác không cần thiết gây khó khăn cho quá trình công nghệ.
- Thời gian trích li: Thời gian tăng chất lượng khuyếch tán tăng nhưng thời gian có giới hạn khi đạt tới mức độ trích li, theo yêu cầu nếu tăng thời gian thì hiệu quả kinh tế giảm.
Quá trình trích li được thực hiện bằng phương pháp ngâm hoặc tưới dung môi lên vật liệu. Các công đoạn chủ yếu của quá trình trích li là: cho hỗn hợp cần trích li tiếp xúc với dung môi, tách và thu hồi dung môi. Có thể thực hiện quá trình trích li gián đoạn hoặc liên tục, trích li một bậc hoặc nhiều bậc, dung môi có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm, thực hiện trích li gián đoạn, không khuấy đảo.
1.2.3.2. Quá trình cô đặc
Bản chất: Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất khô các sản phẩm bằng phương pháp cho bay hơi nước.
Quá trình cô đặc được yêu cầu thực hiện trong một chế độ nghiêm ngặt để: - Bảo đảm các cấu tử sản phẩm, vị và mùi đặc trưng được giữ nguyên - Đạt được nồng độ yêu cầu
- Các thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi
Quá trình cô đặc có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp như: cô đặc dưới áp suất thường (thiết bị hở); cô đặc dưới áp suất thấp (chân không), cô một nồi hoặc nhiều nồi, cô gián đoạn hoặc liên tục; cô liên tục trong một nồi hoặc nhiều nồi. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, chọn cô đặc dung dịch dưới áp suất thường.
1.2.3.3. Quá trình sấy
Bản chất : Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng. Nó làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết , do đó vi sinh
vật, nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được. Sấy cũng làm giảm hoạt độ của enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm.
Sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước. Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất. Cụ thể là quá trình truyền nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ trong vật sấy vào môi trường. Các quá trình truyền nhiệt xảy ra đồng thời trên vật liệu sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại với nhau. Sự khuyếch tán nước từ nguyên liệu ra môi trường có hai quá trình:
- Quá trình khuyếch tán ngoại: Là sự dịch chuyển của hơi nước trong quá trình khuyếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí.
- Quá trình khuyếch tán nội: Là quá trình chuyển động của nước, trong nguyên liệu từ lớp này sang lớp khác để tạo độ cân bằng ẩm trong bản thân nguyên liệu. Động lực của quá trình khuyếch tán nội là sự chênh lệch về độ ẩm giữa các lớp bên trong và bên ngoài. Nếu sự chênh lệch ẩm càng lớn thì quá trình khuyếch tán ngoại càng nhanh.
- Mối quan hệ giữa khuyếch tán nội và khuyếch tán ngoại: khuyếch tán nội và khuyếch tán ngoại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Tức là khuyếch tán ngoại tiến hành thì khuyếch tán nội mới có thể được tiếp tục và như thế độ ẩm của sản phẩm mới giảm dần. Nếu khuyếch tán nội lớn hơn khuyếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh hơn, nhưng điều này hiếm có. Khuyếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn khuyếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ bị gián đoạn. Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn hàm ẩm trong nguyên liệu nhiều thì sự chênh lệch về độ ẩm lớn. Do đó tốc độ làm khô sẽ nhanh nhưng ở giai đoạn cuối thì hàm lượng nước trong nguyên liệu còn ít, tốc độ bay hơi ở bề mặt nhanh hình thành một lớp màng cứng, làm ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy:
- Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy:
Trong trường hợp các điều kiện khác không đổi như vận tốc gió , độ ẩm không khí..., nếu tăng nhiệt độ không khí thì tốc độ sấy sẽ nhanh. Nhưng nếu tăng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nhiệt độ không khí quá cao thì sẽ làm nguyên liệu bị cháy, làm ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu. Đồng thời khi nhiệt độ cao sẽ làm cho lipit bị cháy làm ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu. Đồng thời khi nhiệt độ cao sẽ làm cho lipit trong nguyên liệu bị oxy hóa tạo ra nhiều andehyt và ceton làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu.
Ngoài ra nếu nhiệt độ quá cao sẽ xảy ra hiện tượng tạo màng cứng ở bề mặt nguyên liệu làm cản trở sự thoát hơi nước từ trong ra ngoài dẫn đến tốc độ sấy chậm. Ngược lại nếu nhiệt độ không khí quá thấp thì sự thoát hơi nước chậm lại và sẽ kéo dài thời gian sấy. Vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thích hợp.
Quan hệ giữa lượng nước bay hơi và nhiệt độ sấy:
Trong đó:
w: lượng nước khuyếch tán ra (kg) t: thời gian sấy (giờ)
k: hệ số bay hơi t1: nhiệt độ sấy (oC)
t2: nhiệt độ nguyên liệu ban đầu (oC)
- Ảnh hưởng của áp suất khí quyển: Tốc độ sấy của nguyên liệu trong không khí ở nhiệt độ nhất định được biểu thị:
Trong đó:
p1: là áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu (mmHg) p2: là áp suất riêng phần hơi nước trong không khí (mmHg) B: là hệ số bay hơi nước trong khí quyển
Trong điều kiện áp suất thường vận tốc gió v = const thì B phụ thuộc vào sự truyền dẫn ẩm phần trong nguyên liệu. Khi đó B được đặc trưng bằng hệ số bay hơi K.
- Độ ẩm tương đối của không khí:Độ ẩm tương đối của không khí là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến tốc độ sấy. Khi độ ẩm nhỏ thì áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí nhỏ, tốc độ sấy sẽ nhanh và ngược lại. Theo kết quả nghiên cứu của nhà khoa học thì:
- Độ ẩm không khí > 65% thì tốc độ sấy sẽ giảm rõ rệt, thời gian sấy sẽ kéo dài, dẫn đến nguyên liệu dễ bị hỏng.
- Độ ẩm không khí > 80% thì quá trình sấy dừng lại và xảy ra hiện tượng hút ẩm. Độ ẩm không khí nhỏ thì tốc độ sấy nhanh nhưng độ ẩm nhỏ quá sẽ tạo màng cứng ở bề mặt nguyên liệu và kết quả là tốc độ làm khô cũng không được nhanh.
-Kích thước và bản thân của nguyên liệu:Diện tích bề mặt càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh vì tốc độ làm khô tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt và bề dày nguyên liệu.
Đối với những nguyên liệu to dày thì nên cắt nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc và giảm bề dày nguyên liệu nhằm tăng tốc độ sấy. Còn nếu chiều dày của nguyên liệu không đều thì tốc độ làm khô ở các điểm khác nhau sẽ khác nhau.
1.2.3.4. Công nghệ sấy phun
Phương pháp sấy phun dùng để sấy các dung dịch, huyền phù, keo phân tán. Trong công nghiệp thực phẩm, hệ thống sấy phun dùng để sấy dung dịch, để tách bơ thành sữa bột, lòng đỏ trứng gà, cà phê hòa tan, nước ép trái cây các loại, nấm men, vitamin,…
Cơ sở khoa học của sấy phun:
Sấy phun là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuyếch tán do:
- Chênh lệch ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu.
- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình sấy phun có một số điểm cách biệt hơn so với quá trình sấy khác. Mẫu nguyên liệu đưa vào sấy phun có dạng lỏng, còn sản phẩm sau khi sấy có dạng bột. Thực chất mẫu nguyên liệu khi đưa vào thiết bị sấy sẽ được phân tán thành hạt nhỏ li ti trong buồng sấy chúng sẽ tiếp xúc với tác nhân sấy. Kết quả là hơi nước bốc đi nhanh chóng. Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng. Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn phân tán dòng nguyên liệu thành những hạt sương li ti.
- Giai đoạn trộn mẫu cần sấy và không khí nóng, khi đó sẽ xảy ra quá trình bốc hơi nước trong mẫu.
- Giai đoạn thu hồi sản phẩm từ dòng khí thoát.
Nguyên lí hoạt động của thiết bị sấy phun:
Dịch được bơm vào thiết bị với tốc độ thích hợp đến đầu vòi phun, dịch phân tán thành các hạt nhỏ li ti. Dòng không khí nóng được lọc sạch và đi qua tháp sấy có nhiệt độ khoảng 130 - 200oC. Dòng không khí này được đưa đến sát mút của vòi phun. Nhờ chuyển động của dòng không khí nóng đã tạo nên chuyển động xoáy. Sau đó hỗn hợp không khí - dịch được định hướng bởi bộ phận cyclon phân chia có khả năng tách sản phẩm khỏi khí thải. Bột trà tách ra sẽ rơi xuống bình thu mẫu ở phía dưới.
Trong quá trình sấy, tất cả các yếu tố: nhiệt độ không khí, áp suất khí nén, tốc độ bơm dịch...đều ảnh hưởng đến hiệu quả sấy phun. Chẳng hạn, nếu sấy ở nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Ưu điểm của sấy phun: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn, do đó nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy không bị tăng cao. Nhờ đó sự tổn thất các chất dinh dưỡng mẫn cảm với các nhiệt độ là không đáng kể.
- Sản phẩm sấy phun thu được là các hạt có hình dạng và kích thước đồng nhất. Tỉ lệ giữa các cấu tử không bay hơi trong hạt sản phẩm tương tự như trong mẫu lỏng ban đầu.
- Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục. Điều này góp phần làm hiện đại hóa các quy trình công nghiệp.
Nhược điểm của sấy phun:
- Không thể sử dụng những mẫu có độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm yêu cầu có tỉ trọng cao.
- Mỗi thiết bị sấy phun thường được thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù riêng. Ví dụ: thiết bị chuyên dùng để sản xuất bột mịn không thể sản xuất dạng bột.
- Vốn đầu tư thiết bị sấy phun khá lớn khi ta so sánh với các thiết bị sấy liên tục.
1.3. Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài [1], [6], [8]
- Năm 2006, Phạm Đức Tùng dưới sự hướng dẫn của TS. Đỗ Văn Ninh và KS. Nguyễn Văn Tặng đã thực hiện đồ án tốt nghiệp đại học : “Nghiên cứu xây dựng quy
trình công nghệ sản xuất trà thảo dược Atiso dạng bột hòa tan”. Đề tài đã nghiên cứu và đưa ra các thông số thích hợp cho các công đoạn trích li, sấy phun trong quy trình sản xuất bột atiso hòa tan nhằm thu được sản phẩm bột có chất lượng tốt nhất. Bên cạnh đó còn chọn tỉ lệ các thành phần: bông, thân, lá của atiso và tỉ lệ Cam thảo, Cỏ ngọt, lá chè xanh cho thích hợp. Kết quả của đề tài được ứng dụng vào nghiên cứu sản xuất làm viên nén sủi.
- Năm 2009, Bùi Huy Chích dưới sự hướng dẫn của Ts. Đỗ Văn Ninh đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kĩ thuật “Bước đầu nghiên cứu thủy phân carageenan từ rong
sụn (Kappaphycus alvarezii) bằng enzyme amylase và ứng dụng vào sản xuất trà uống
hòa tan”. Đề tài đã tìm ra loại enzyme amylase thích hợp để thủy phân carageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii (Doty), thu Dexcar dạng bột và ứng dụng vào sản xuất trà hòa tan.
- Năm 2011, Đặng Thị Thu Huyền dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Danh Giang đã thực hiện đồ án tốt nghiệp:“Nghiên cứu chế biến trà túi lọc từ Mã đề, Râu ngô và Cỏ ngọt”. Đề tài đã xác định hàm lượng ẩm và tro toàn phần trong 3 nguyên liệu Mã
đề, Râu ngô và Cỏ ngọt, đưa ra được quy trình chế biến trà túi lọc từ 3 loại nguyên liệu trên với các thông số thích hợp với điều kiện phòng thí nghiệm. Ngoài ra trong phần đề xuất ý kiến có đưa ra phương án tận thu vụn nguyên liệu để sản xuất trà hòa tan.
Từ các dẫn liệu trên cho thấy quy trình sản xuất trà hòa tan đã được nghiên cứu áp dụng cho một số loại nguyên liệu như: Atiso, bột dexcar thu được từ quá trình thủy phân carageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii (Doty). Nguyên liệu Mã đề và Cỏ ngọt đã được sử dụng trong sản xuất trà thảo dược túi lọc. Trong đề tài nghiên cứu này sẽ áp dụng công nghệ sản xuất trà hòa tan cho nguyên liệu Mã đề, Cỏ ngọt và sử dụng thêm nguyên liệu Kim tiền thảo.
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu
2.1.1.1. Mã đề
Hiện nay chưa có một quy định cụ thể nào về tiêu chuẩn chọn nguyên liệu Mã đề. Căn cứ vào một số tiêu chuẩn lựa chọn nguyên liệu rau quả như: TCVN 4845 - 89 về Cà chua tươi, TCVN: 9016 - 2001 về rau tươi - phương pháp lấy mẫu trên ruộng sản xuất để đặt ra tiêu chuẩn nguyên liệu Mã đề như sau: Nguyên liệu tươi, còn nguyên cây, không bị dập nát quá nhiều, nguyên liệu đã có bông chứa hạt, không có sâu bệnh, không chứa dư lượng các hóa chất và thuốc bảo vệ thực vật, không có kháng sinh cấm.