L ỜI MỞ ĐẦU
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:
- 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.
2.1.1.2. Kim tiền thảo
Nguyên liệu ở dạng khô, không bị ẩm mốc, không lẫn tạp chất hoặc chứa mùi lạ.
2.1.1.3. Cỏ ngọt
Nguyên liệu ở dạng khô, không bị ẩm mốc, không lẫn tạp chất hoặc chứa mùi lạ.
a) b) c)
Hình 2.1. Hình ảnh nguyên liệu
a) Mã đề, b) Kim tiền thảo, c) Cỏ ngọt
2.1.2. Hóa chất và dung môi sử dụng
2.1.2.1. Chất trợ sấy
Maltodextrin được mua từ Công ty TNHH Vân An, Thành phố Hồ Chí Minh. Sản phẩm của Nhật, có dạng bột mịn, màu trắng, độ ẩm 6 - 7%, DE < 15%, không lẫn tạp chất, tan hòa toàn trong nước, hầu như không màu không vị.
2.1.2.2. Nước
- Nước được chọn làm dung môi trích li, đạt tiêu chuẩn QCVN 02: 2009/BYT của Bộ Y tế.
- Nước dùng để làm sạch nguyên liệu, vệ sinh thiết bị cũng đạt tiêu chuẩn QCVN 02: 2009/BYT của Bộ Y tế.
2.1.2.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
- Máy sấy Phun SD - 05
- Cân phân tíchAY 200, xuất sứ Shimadz/Nhật - Cân kĩ thuật BL 3200, xuất sứ Shimadz/Nhật - Khúc xạ kế đo Bx 1E có dải đo: 0 ÷ 38%
- Khúc xạ kế điện tử WM 7: Khoảng đo Bx: 0,0 đến 45,0%; Độ phân giải: 0,1%; Độ chính xác: ± 0,1%. Xuất sứ Altago Nhật
- Máy đo nhiệt độ bằng tia hồng ngoại, xuất sứ Raytek/Mỹ - Lò nung vuông DE - 5 FKC, xuất sứ Việt Nam
- Tủ sấy vuông, xuất sứ Trung Quốc
- Máy đóng gói chân không TH 350, xuất sứ Đài Loan - Tủ sấy lạnh kết hợp sấy nóng
- Nhiệt kế thủy ngân - Cốc sứ
- Cốc thủy tinh, ống đong, bình định mức - Một số dụng cụ thí nghiệm khác
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Quy trình công nghệ dự kiến sản xuất trà hòa tan từ Mã đề, Kim tiền thảo
và Cỏ ngọt
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến sản xuất trà hòa tan từ Mã đề, Kim tiền thảo và Cỏ ngọt Maltodextrin Lọc Thành phẩm Bảo quản Sấy phun Bao gói Trích li Phối trộn Nước Cô đặc Xử lý, làm sạch Làm héo Mã đề Chần Sao khô Làm nhỏ Làm nhỏ
Kim tiền thảo
Sao
Làm nhỏ Cỏ ngọt
2.2.1.2. Thuyết minh quy trình
- Nguyên liệu: Lựa chọn nguyên liệu đạt tiêu chuẩn như sau:
+ Mã đề: Chọn nguyên liệu tươi, còn nguyên cây, không bị dập nát quá nhiều, nguyên liệu đã có bông chứa hạt, không có sâu bệnh, có nguồn gốc rõ ràng, đảm bảo không chứa dư lượng các hóa chất và thuốc bảo vệ thực vật, không có kháng sinh cấm.
+ Kim tiền thảo: Nguyên liệu ở dạng khô, không bị ẩm mốc, không lẫn tạp chất hoặc chứa mùi lạ.
+ Cỏ ngọt: Nguyên liệu ở dạng khô, không bị ẩm mốc, không lẫn tạp chất hoặc chứa mùi lạ.
Khi sản xuất, Mã đề được xử lý bằng cách loại bỏ lá héo, lá hỏng, phần bị dập, cắt bỏ rễ, tách bẹ rồi rửa thật sạch. Sau khi để ráo nước, Mã đề được cắt thành đoạn dài khoảng 4 - 5cm. Đối với Kim tiền thảo và Cỏ ngọt, nếu nguyên liệu có dạng nguyên cành thì phải cắt thành đoạn 4 - 5cm để thuận lợi cho các công đoạn tiếp theo.
- Chần Mã đề:
Mục đích: Chần để diệt men, giúp cố định màu sắc, làm màu sắc nguyên liệu ít bị biến đổi trong quá trình làm héo và sao khô và màu sắc dịch trích li được sáng màu hơn. Ngoài ra chần còn giúp tiêu diệt bớt một phần vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu.
Mã đề sau chần phải loại bỏ tối đa mùi hăng tươi, không bị mềm, nhũn, màu xanh sáng bóng đặc trưng.
- Làm héo Mã đề:
Mục đích: Làm giảm độ ẩm nguyên liệu đến 60 - 62%, giúp rút ngắn thời gian sao khô.
Sử dụng thiết bị sấy nóng kết hợp sấy lạnh để làm héo Mã đề, chọn chế độ sấy 45oC, tốc độ gió 0,5 - 1,0m/s. Mã đề được rải đều trên tấm lưới (độ dày lớp nguyên liệu Mã đề đem sấy là 1cm) rồi được bỏ vào thiết bị sấy đã cài đặt chế độ sấy như trên để sấy về độ ẩm 60 - 62%. Trong quá trình sấy làm héo, thường xuyên đảo trộn Mã đề, cứ 15 phút thì lấy Mã đề ra cân để xác định độ ẩm Mã đề và dừng quá trình sấy thích hợp.
- Sao Mã đề, Kim tiền thảo, Cỏ ngọt:
Mục đích: Sao giúp chuyển hóa các chất trong nguyên liệu Mã đề, Kim tiền thảo, Cỏ ngọt, tạo ra hương vị đặc trưng cho nguyên liệu và dịch trích, góp phần tăng chất lượng cảm quan sản phẩm. Sao còn làm giảm hàm ẩm của nguyên liệu < 10%, giúp kéo dài thời gian bảo quản.
Thực hiện sao thủ công với chảo sao có hệ số truyền nhiệt cao. Trong quá trình sao phải tiến hành khuấy đảo liên tục để khối nguyên liệu được tiếp xúc với nguồn nhiệt, tạo điều kiện để ẩm bốc hơi dễ dàng. Nguyên liệu sau sao phải có độ ẩm thấp < 10%, mùi thơm đặc trưng không bị cháy khét.
- Làm nhỏ:
Mục đích: Làm tăng hiệu quả trích li vì kích thước nguyên liệu ảnh hưởng đến quá trình trích li.
Sử dụng máy xay sinh tố xay nhỏ nguyên liệu về kích thước 1 - 2mm. - Phối trộn:
Các nguyên liệu được phối trộn với tỉ lệ thích hợp để tạo ra sản phẩm có chất lượng cảm quan tốt.
- Trích li:
Mục đích: Trích li nhằm tách chiết các chất hòa tan và các chất tạo hương trong nguyên liệu.
Công đoạn trích li chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: nhiệt độ, thời gian, kích thước nguyên liệu, loại dung môi, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu sử dụng cũng như số lần trích li và phương pháp trích li.
Chọn dung môi trích li là nước và tiến hành nấu trích li một lần. Trích li ở điều kiện thường bằng phương pháp trích li gián đoạn, không khuấy đảo.
Để giữ cho lượng nước trích li không bị bay hơi trong quá trình nấu, tiến hành nấu cách thủy, dùng giấy bạc bịt kín miệng cốc.
- Lọc: Sau khi trích li cần lọc để loại bỏ bã nguyên liệu cũng như cặn nguyên liệu để thu được dịch trong suốt. Vật liệu dùng để lọc là vải lọc.
- Cô đặc:
Mục đích: làm tăng nồng độ chất tan có trong dung dịch. Thực hiện cô đặc dịch trích li ở 70oC
- Sấy phun:
Dịch sau cô đặc được phối trộn với maltodextrin để tăng nồng độ chất tan dịch phù hợp với yêu cầu dịch cung cấp cho thiết bị sấy phun, cố định thông số cho tất cả các thí nghiệm của công đoạn sấy là: áp suất nén 1,0 bar, lưu lượng dòng nhập liệu 16 ml/phút.
Sau khi sấy phun, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, độ ẩm bột trà đạt yêu cầu < 5%.
- Bao gói và bảo quản:
Bao gói để bảo vệ và giữ được hương vị đặc trưng của sản phẩm trong quá trình bảo quản, tránh tác động từ môi trường bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, vi sinh vật.
Bột trà tạo thành được bao gói hút chân không 37,5%, sử dụng bao bì PA. Khối lượng mỗi gói trà là 2g.
Bảo quản: điều kiện thường, nơi thoáng mát.
2.2.2. Nội dung các thí nghiệm cần nghiên cứu trong đề tài
Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát thể hiện các thí nghiệm cần nghiên cứu trong đề tài Sấy phun Trích li Cô đặc Phối trộn Nguyên liệu - Xác định các thành phần lý - hóa: hàm lượng
ẩm và tro toàn phần trong Mã đề, Kim tiền thảo và Cỏ ngọt.
- Xác định nhiệt độ và thời gian chần, sao Mã đề - Xác định thời gian sao Kim tiền thảo - Xác định thời gian sao Cỏ ngọt
- Xác định tỉ lệ phối trộn Mã đề/Kim tiền thảo/Cỏ ngọt
- Xác định tỉ lệ nước/hỗn hợp Mã đề, Kim tiền thảo và Cỏ ngọt dùng trong trích li
- Xác định nhiệt độ và thời gian nấu trích li
- Xác định nồng độ chất tan dịch sau cô đặc
- Xác định tỉ lệ maltodextrin phối trộn - Xác định nhiệt độ sấy phun
2.2.3. Bố trí thí nghiệm
2.2.3.1. Xác định thành phần lý- hóa của Mã đề, Kim tiền thảo và Cỏ ngọt
Mã đề, Kim tiền thảo và Cỏ ngọt là những nguyên liệu chưa có những quy định cụ thể và rõ ràng về các chỉ tiêu lý - hóa. Vì điều kiện không cho phép nên chỉ tiến hành thí nghiệm xác định hàm lượng ẩm và hàm lượng tro toàn phần trong mỗi nguyên liệu.
Cách tiến hành: trình bày ở phụ lục 1 và phụ lục 2.
Mỗi thí nghiệm được tiến hành với 3 mẫu, kết quả là trung bình chung kết quả của 3 mẫu.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm:
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng ẩm và hàm lượng tro toàn
phần trong Mã đề, Kim tiền thảo và Cỏ ngọt
2.2.3.2. Xác định nhiệt độ và thời gian chần Mã đề
a. Mục đích
Quá trình chần giúp diệt men và cố định màu sắc cho nguyên liệu, góp phần làm cho màu sắc dịch trích li Mã đề được sáng hơn. Ngoài ra, chần còn giúp tiêu diệt một phần vi sinh vật bề mặt.