a. Nghiền
Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình trích ly, phá vỡ tế bào để các chất hòa tan dễ thoát ra ngoài trong công đoạn trích ly.
Vật lý:
Giảm kích thước của trà.
Do ma sát nên có sự tăng nhiệt độ.
41 Lọc Trích ly Trà hòa tan có phụ gia Nước Cô đặc Sấy phun Đóng gói Phối trộn Đóng gói Trà hòa tan Bã Bã Chè đen bán thành phẩm Nghiền Phối chế Chất độn Bao bì Phụ gia Tạo hạt
Hóa học:
Do nhiệt độ tăng nên xảy ra sự mất một số chất mùi và vitamin trong trà (nhưng không đáng kể do nhiệt độ tăng lên ít).
Hóa lý:
Một số chất mùi bị mất do bay hơi. Tăng bề mặt riêng nên dễ trích ly.
Phương pháp thực hiện:
Trà bán thành phẩm có độ ẩm khá thấp và khá giòn (< 7,5%) nên ta sử dụng thiết bị nghiền đĩa có khoảng cách 2 đĩa điều chỉnh được để nghiền trà vế kích thước nhỏ hơn 1 mm giúp cho quá trình trích ly triệt để hơn.
- Bề dày đĩa 300mm - Đường kính đĩa 500mm - Số vòng quay 1800 v/ph - Vận tốc quay đĩa 40 m/s
- Kích thước trà trước khi nghiền 5 – 10 mm - Kích thước trà sau khi nghiền 0,5 – 1.5 mm
Thiết bị:
Sử dụng thiết bị nghiền đĩa trục quay nằm ngang
Hình 4.23 Thiết bị nghiền đĩa
1. Hộp cấp liệu; 2. Nam châm; 3. Cửa quan sát; 4. Vít xoắn; 5. Cần điều chỉnh khe; 6. Đĩa cố định; 7. Đĩa quay; Cần gạt; 9. Puly dẫn động; 10, Đai truyền động; 11. Cơ cấu tháo liệu
Hình 4.24 Cấu tạo cặp đĩa nghiền
Hoạt động:
Hạt nghiền từ hộp cấp liệu 1 chảy qua nam châm tách sắt 2 để tách các tạp chất kim loại rồi xuống vít xoắn 4, vít xoắn này có nhiệm vụ đẩy hạt vào khoang nghiền của cặp đĩa nghiền 6 và 7. Đĩa nghiền 6 là cố định còn đĩa nghiền 7 được lắp với trục quay do puly 9 dẫn động. Bột nghiền được cần gạt 8 đẩy vào cửa tháo liệu. Khoảng cách giữa hai đĩa nghiền được điều chỉnh bằng cần 5. Từ trục quay còn truyền động bằng đai 10 lên cơ cấu tháo liệu 11 của hộp chứa liệu 1. Cửa quan sát 3 vừa để theo dõi lớp hạt chảy xuống cặp đĩa nghiền, vừa để lấy vụn sắt ra ngoài từ nam châm 2. đảm bảo an toàn cho 2 cặp đĩa nghiền.
Các yếu tố ảnh hưởng:
Hình dạng, kích thước: lá trà xoắn sẽ khó nghiền.
Thành phần và hàm ẩm: nếu hàm ẩm cao, lá trà sẽ dai hơn khó nghiền
Thời gian nghiền: Thời gian nghiền phải phù hợp, nếu thời gian quá dài sẽ tốn chi phí, còn nếu quá ngắn thì sản phẩm nghiền chưa đạt kích thước mong muốn, sẽ khó trích ly.
Kích thước của trà sau khi nghiền: càng mịn thì năng lượng nghiền càng lớn. Cấu tạo và loại máy nghiền
a. Trích ly
Mục đích: Thu nhận các chất chiết (các chất hòa tan như đường, acid amin, polyphenol, vitamin, khoáng, màu, mùi, …) từ lá chè. Oxy hóa các polyphenol để tạo màu, mùi đặc trưng. Quá trình trích ly quyết định đến chất lượng và sản lượng của sản phẩm.
Biến đổi:
Vật lý: Nhiệt độ tăng.
Hóa lý: Sự khuếch tán của các chất hòa tan vào nước, độ nhớt tăng, sự bay hơi của một số chất mẫn cảm nhiệt độ (chất mùi, vitamin …).
Hóa học:
Ở nhiệt độ > 800C, cafein kết hợp với polyphenol tạo muối tanat cafein chỉ tan trong nước nóng, vì vậy nếu pha bột trà hòa tan có chứa muối này thì nước pha bị đục.
Lượng catechin bị oxi hóa. Sự biến đổi tùy thuộc thành phần của nước: nếu có Fe2+ trong nước thì có phản ứng oxi hóa các catechin thành tannin.
Oxy hóa đồng thời epigallocatechin (L – EGC) và epigallocatechin gallat (L – EGCG) tạo theaflavin.
Oxy hóa một mình L – EGCG tạo theaflavingallat. Cả 2 chất trên đều tạo màu vàng cho sản phẩm.
Trong điều kiện nhiệt độ cao, tương tác của acid amin và polyphenol tạo ra các aldehyde dễ bay hơi, tạo hương thơm cho trà. Các acid amin như alanin, phenylalanine, valin, leucine, isoleucine bị giảm đi, trong khi đó hàm lượng các aldehyde như acetaldehyde, aldehyde butyric, aldehyde valeric tăng lên tương ứng.
Phản ứng Maillard - acid amin phản ứng với các đường khử tạo ra màu, mùi của nước trà trích ly.
Sinh học: Tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật có trong trà.
Hóa sinh: Nhiệt độ cao làm vô hoạt các enzyme oxy hóa và enzyme thủy phân.
Cảm quan: Nước trà trích ly có màu đậm hơn và mùi đặc trưng.
Phương pháp thực hiện:
Trích ly bằng ngâm trà sau nghiền trong dung môi nước nóng và trích ly liên tục trong thiết bị trích ly nhiều bậc.
Tỉ lệ trà và nước: 1/10
Nhiệt độ trích ly: 70 – 900C [7] Nồng độ dịch chiết trà: 3 – 5%
Thiết bị:Thiết bị trích ly nhiều bậc hoạt động liên tục.
Thiết bị là một hệ thống nhiều nồi lắp nối tiếp nhau. Các nồi được nạp trà nguyên liệu còn nước nóng lần lượt đi qua tất cả các nồi để rút lượng chất tan trong trà.
Trong hệ thống trích ly nhiều bậc tất cả các nồi đều đổ đầy trà, còn nước được gia nhiệt trước bên ngoài rồi được dẫn lần lượt qua các nồi trích ly.
Tiếp tục dẫn nước nóng vào các nồi trích cho đến khi đạt được nồng độ trích ly cần thiết của nồi thứ nhất. Sau đó tháo hết nước và bã trà ra khỏi nồi thứ nhất rồi cho trà mới vào, nồi thứ 2 lại trở thành nồi cuối cùng, nồi thứ 3 thành nồi thứ nhất. Các nồi cứ thay phiên nhau tháo nhập liệu như thế nên thiết bị hoạt động liên tục.
Hình 4.25Sơ đồ trích ly trà nhiều bậc
• -Van đóng o – Van mở
Các yếu tố ảnh hưởng [5]
Nhiệt độ: Nhiệt độ trích ly càng cao thì hiệu suất trích ly càng tăng. Tuy nhiên, nếu trích ly
trà ở nhiệt độ quá cao thì chất lượng cảm quan của dịch trà rất kém: mùi lạ, vị đắng, chát gắt, màu nước pha bị đục.
Thời gian: Thời gian trích ly càng tăng thì hiệu suất trích ly càng tăng. Trong giai đoạn
đầu, hiệu suất tăng nhanh sau đó lại tăng rất chậm. Cho nên, việc kéo dài thời gian trích ly sẽ không có lợi về hiệu suất. Mặc khác, khi kéo dài thời gian trích ly thì chi phí năng lượng cho quá trình trích ly cũng sẽ tăng lên. Thời gian trích ly thích hợp sẽ cho hiệu suất cao nhất, hiệu quả về năng lượng và đồng thời cũng đáp ứng được các chỉ tiêu cảm quan của dịch trích.
Trích ly có khuấy đảo: Một phương án có thể làm tăng hiệu suất trích ly là thêm bộ phận
khuấy đảo trong quá trình trích ly. Nhưng chi phí cho thiết bị và năng lượng cho khuấy đảo. Do đó không cần thiết phải sử dụng khuấy đảo trong trích ly trà.
Tỷ lệ trích ly: càng cao thì trích ly càng triệt để do sự chênh lệch nồng độ giữa cấu tử cần
trích ly và dung môi lớn nhưng chi phí năng lượng lại tăng cao.
Kích thước, hình dạng nguyên liệu: nguyên liệu càng nhỏ thì diện tích bề mặt tiếp xúc
giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn. Do đó việc trích ly các cấu tử từ nguyên liệu và dung môi sẽ tốt hơn. Tuy nhiên kích thước quá nhỏ thì chi phí cho nghiền xé sẽ tăng.
b. Lọc
Mục đích:
Chuẩn bị: cho quá trình cô đặc.
Hoàn thiện: loại bỏ những tạp chất không hoà tan trong nước để tinh sạch dịch chiết, đồng
thời góp phần tạo nên sản phẩm bột trà hoà tan có độ hoà tan tốt.
Biến đổi:
Vật lý
Độ trong: Hầu hết protein kết hợp với các hợp chất hữu cơ có trong trà tạo kết tủa đều bị tách ra trong quá trình lọc, làm dịch chiết trà trong hơn.
Màu sắc: Màu sắc thay đổi do tạp chất bị loại ra khỏi dịch trích.
Hóa học
Thành phần hóa học của dịch chiết ít thay đổi trong khi lọc.
Các chất như protein, vitamin, chất màu… bám trên bã trà có thể bị tách ra khỏi dung dịch. Tuy nhiên, tổn thất này là không đáng kể.
Phương pháp thực hiện:
Dung dịch trà có độ nhớt không cao, tương đối dễ lọc, chế độ lọc ở nhiệt độ thường là hợp lý. Tuy nhiên, chế độ lọc tối ưu là lọc nóng, tốt nhất là ngay sau khi trích ly vì:
Lọc nguội: thời gian lọc dài, nồng độ chất khô của dung dịch thấp hơn nhiều so với trước
khi lọc, lượng chất khô hòa tan tổn thất trong quá trình lọc đáng kể.
Lọc nóng: thời gian lọc ngắn, nồng độ chất khô trong dung dịch trước và sau khi lọc gần
như nhau.
Áp lực lọc: 3 at
Thời gian lọc: 40 phút/mẻ Nhiệt độ lọc: 80 – 90oC
Thiết bị:
Máy lọc ép khung bản làm việc gián đoạn: dung dịch trà nhập vào liên tục, nước lọc trà chảy ra liên tục, bã trà được tháo ra theo chu kỳ.
Thiết bị lọc ép được cấu tạo bởi bộ phận chủ yếu là khung và bản. Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi cửa ngõ nhập huyền phù vào. Bản lọc tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn nước lọc. Khung và bản được chế tạo với tiết diện vuông. Xung quanh hình thành bề mặt phẳng, nhẵn nhô lên tạo ra sự tiếp xúc bít kín lúc ghép khung và bản.
Hình 4.26Khung và bản của máy lọc ép
Khung Bản
1. Tay đỡ 2. Các gân trên bề mặt bản 3. Bề mặt tiếp xúc giữa gân và bản 4. Lỗ dẫn huyền phù 5. Lỗ dẫn nước rửa 6. Van tháo nước
Thiết bị lọc ép khung bản được mô tả trên hình sau:
Hình 4.27Máy lọc ép khung bản
Người ta xếp liên tiếp các khung và bản lên khung đỡ nhờ hai tai trên khung và bảng tì lên hai thanh dọc 3 của khung đỡ. Bản lọc đầu trên 7 với một bên bề mặt lọc được gọi là bản cố định, tiếp theo là khung 1 bản 2, liên tiếp; cuối cùng bản 8 với một mặt lọc được gọi là bản di động. Giữa khung và bản là vách ngăn lọc 9.
Ép chặt khung bản bằng cơ cấu vít đai ốc 6 được thực hiện bởi tay quay 5. Toàn bộ thiết bị lọc khung bản được đặt trên bệ đỡ 4. Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu 4 trên khung (Hình khung và bản) của khung và bản nối liền tạo thành ống dẫn 10 nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu.
Nước lọc từ bản chảy xuống được lấy ra theo van 6 (Hình khung và bản)
Nguyên tắc hoạt động:
Hình 4.28Quá trình lọc khung bản
Quá trình lọc được thực hiện như sau: Huyền phù theo ống 10 vào, và phân ra theo số lượng khung tràn vào khoang trống; dưới áp suất nước lọc đi qua vách ngăn lọc theo các rãnh trên bản 2 chảy xuống và nhờ van được lấy ra ngoài. Pha rắn bị giữ lại trên bề mặt vách ngăn lọc và chứa trong khung 1. Khi các khung đã đầy bã, thì dừng quá trình lọc và tiến hành quá trình rửa bã. Việc rửa bã có thể thực hiện xuôi chiều giống như quá trình lọc, hoặc rửa bã ngược chiều như mô tả. Nước rửa bã vào bản và ra bản khác. Trong trường hợp này, quá trình rửa thực hiện với chiều dày lớp bã gấp đôi.
Hình 4.29Sơ đồ nguyên lý thiết bị lọc ép khung bản
Ngoài ra, quá trình tách tạp chất không tan trong dịch trích có thể thực hiện bằng phương pháp ly tâm. Nhưng phương pháp lọc khung bản thường được sử dụng vì hiệu quả kinh tế cao hơn so với ly tâm. Tuy nhiên, cần chú ý là bã trà là bã nén được, nên trong quá trình lọc, cần bổ sung bột trợ lọc để hạn chế hiện tượng tắc nghẽn bề mặt lọc. Do đó, sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm trà hòa tan.
Yếu tố ảnh hưởng:
Huyền phù: nồng độ, kích cỡ, bề mặt, dạng, tính ỳ, độ phân tán, nhiệt độ, độ nhớt của pha 50
rắn trong huyền phù.
Vách lọc (vách ngăn và bã): thể tích, độ lớn, dạng mao quản.
Chênh lệch áp suất: càng lớn thì lọc càng nhanh nhưng năng lượng sử dụng lớn. Việc có sử dụng chất trợ lọc hay không.
Nhiệt độ lọc.
c. Cô đặc
Mục đích:
Khai thác: tăng nồng độ chất khô trong nguyên liệu.
Chuẩn bị: quá trình cô đặc nhằm chuẩn bị cho quá trình sấy, giúp làm giảm một lượng
nước khá lớn trong dịch trà trước khi đưa vào sấy, giảm chi phí về năng lượng và cả thời gian sấy.
Bảo quản: ức chế vi sinh vật phát triển do nhiệt độ.
Biến đổi:
Vật lý
Tăng:+ Khối lượng riêng ρ + Độ nhớt η
+ Nhiệt độ tăng
Hóa lý
+ Bay hơi nước và một số chất mùi + Keo tụ protein
+ Có sự đóng cặn của một số muối Ca vô cơ và hữu cơ ít hoà tan; sự phân huỷ một số chất hữu cơ tạo kết tủa.
Hóa học
Phản ứng Maillard do phản ứng giữa protein (nhóm –NH2) và đường khử (nhóm –CHO) tạo thành các chất màu dạng keo có chứa nitơ (các melanoidin.).
Tăng nồng độ chất khô hoà tan theo thời gian cô đặc áp suất thẩm thấu tăng. Phản ứng tự oxi hóa của các hợp chất polyphenol (tạo thêm thearubigin)
Sự kết hợp giữa cafein và tannin tạo muối tanat váng. Váng này xuất hiện do nhiệt độ cô đặc < 80oC
Sự kết hợp giữa tanin và protein tạo thành kết tủa
Các chất thơm và các chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ bốc theo hơi nước làm giảm hương vị của trà
Hàm lượng vitamin trong sản phẩm giảm do tác dụng của nhiệt độ cao.
Sinh học: hạn chế khả năng hoạt động của vi sinh vật.
Cảm quan
Màu sậm hơn do các phản ứng Maillard Giảm mùi thơm do các chất tạo mùi bay hơi.
Phương pháp thực hiện:
Thiết bị cô đặc chân không một cấp dạng màng rơi. Nhiệt độ: 75 – 80 0C
Độ chân không: 405 – 430 mmHg
Nồng độ dịch trà đầu vào: 3 – 5% Nồng độ đầu ra: 15 – 20%
Các yếu tố ảnh hưởng:
Nhiệt độ và áp suất: nếu tăng nhiệt độ hay giảm áp suất: nồng độ dung dịch sau cô đặc
tăng. Tuy nhiên, nhiệt độ càng cao thì tiêu chuẩn cảm quan của dịch trà càng giảm: màu sắc càng sậm, độ chát càng tăng, đặc biệt là cấu tử mùi bị mất đi càng nhiều làm cho mùi thơm nhạt dần.
Thời gian: Thời gian cô đặc càng dài thì nồng độ dung dịch càng cao. Tuy nhiên thời gian
kéo dài sẽ làm tăng chi phí năng lượng
Yêu cầu nồng độ chất khô đầu và cuối, tính chất hóa lý của sản phẩm
Hiện tượng tổn chất khô do bị lôi cuốn bởi hơi thứ: Hơi thứ khi thoát ra khỏi thiết bị cô
đặc có thể bị lôi cuốn theo một số cấu tử ở trạng thái sương mù. Hiện tượng này xảy ra khi ta gia nhiệt làm cho sự sôi của dung dịch trà diễn ra quá mãnh liệt. Thông thường, các thiết bị cô đặc có không gian hoặc bộ phận tách sương mù nhằm hạn chế sự tổn thất chất khô do hơi thứ lôi cuốn theo.
Thiết bị: Thiết bị gồm 3 phần cơ bản: buồng đốt ngoài, buồng bốc và thiết bị ngưng tụ
Buồng đốt:
Bên trong có nhiều ống được lắp đặt cạnh nhau tạo thành một chùm ống. Hai đầu của chùm ống được cố định bởi 2 vỉ ống và toàn bộ chúng được bao bọc bởi một lớp vỏ áo. Hơi nước được đưa vào bên trong lớp vỏ áo để gia nhiệt, còn chất lỏng được đưa vào khoảng không gian giữa các ống.
Chất lỏng được vào phần trên đỉnh buồng đốt và qua hệ thống phân phối lỏng chúng sẽ được phân phối một cách đều đặn ở mặt trong của ống, chảy xuống tạo thành một màng mỏng. Quá trình bốc hơi sẽ diễn ra tại đây nhờ nhiệt được cung cấp bởi hơi nước. Hơi nước ngưng tụ và chảy xuống ở mặt ngoài của ống.
Chất lỏng đã được cô đặc phần lớn sẽ được tháo ra ở đáy buồng đốt, một phần bị hơi nước lôi cuốn đi qua buồng bốc.
Buồng bốc:
Buồng bốc thường có đường kính lớn, là nơi phân ly hỗn hợp hơi và dung dịch cô đặc. Hơi thứ được hút sang thiết bị ngưng tụ, tại đây có thể bố trí hệ thống thu hồi các chất thơm