Đề tài Thiết kế PX sản xuất nước artichoke đóng chai

1. NGUYÊN LIỆU 1.1 Artichoke 1.1.1 Phân loại thực vật Giới (kingdom) :Plantea Ngành (division) :Magnoliophyta Lớp (class) :Magnoliopsida Bộ (order) :Asterales Họ (family) :Asteraeae Chi (genus) :Cynara Lồi (species) :Cynara scolymus L. 1.1.2 Đặc điểm thực vật Artichoke cĩ tên tiếng Pháp là Artichaut, cao 1-1.5 mét, thân cây cĩ lơng mềm. Lá to, dài, mọc so le, phiến lá ở gốc chia thùy.Cụm hoa hình đầu, gồm nhiều hoa hình ống màu lam tím đính trên đế hoa, xung quanh nhiều lá bắc.Cây ra hoa từ tháng 1 đến tháng 2. Hình 1.1:Hoa artichoke Hiện nay trên thế giới cĩ các giống artichoke sau: Dạng chuyên hoa Cây thấp, tán nhỏ, mật độ trồng dày, thời gian sinh trưởng ngắn. Mục đích chính là thu hoạch hoa cĩ năng suất hoa cao và chất lượng tốt. Dạng chuyên lá Cây cao, tán rộng, lá lớn thường chứa hoạt chất cynarin cao, mật độ trồng thưa, thời gian sinh trưởng dài. Mục đích chính là thu hoạch sản phẩm lá để đưa vào chế biến dược liệu. Dạng trung gian hoa và lá Chiều cao và tán cây mức độ trung bình cĩ thể trồng để sử dụng hai mục đích là thu hoạch hoa và lá 1.1.3 Phân bố Artichoke nguồn gốc ở vùng Địa Trung Hải, được trồng tại Pháp khoảng thế kỷ XV, di thực vào nước ta đầu thế kỷ XX được trồng tại Sa Pa, Tam Đảo và trồng nhiều tại Đà Lạt. Cây artichoke là loại cây trồng thích hợp với đất đai, khí hậu, thời tiết, độ cao tại thành phố Đà Lạt. Trên độ cao 1200m cây artichoke trổ hoa, cịn dưới 1200m cây tăng trưởng được nhưng khơng trổ hoa. Artichoke trồng tại Đà Lạt trước đây gồm 2 chủng Gros Vert de Laon (Actichaut Parisen) và Violet Hâtif du Midi.Từ năm 1989 trở lại đây cĩ nhiều giống artichoke từ nước ngồi nhập vào, cĩ loại cho năng suất lá cao nhưng hoa lại nhỏ.Artichoke cĩ thể trồng bằng hạt nhưng người ta thường trồng bằng mầm tách từ gốc của cây mẹ.Trước ngày giải phĩng năm 1975, người dân Đà Lạt trồng artichoke chủ yếu lấy hoa làm thực phẩm.Người ta dùng cụm hoa (lá bắc và đế hoa) hầm với thịt làm canh ăn. Sau ngày giải phĩng, trồng artichoke lấy lá tươi bán cho các Xí nghiệp Dược để làm thuốc, cịn lá, hoa, thân, rễ phơi khơ chế biến làm trà uống. Hình 1.2: Ruộng trồng hoa artichoke 1.1.4 Thành phần hĩa học Thành phần hĩa học của hoa artichoke Bảng 1.1 : Thành phần dinh dưỡng của hoa artichoke Thành phần Giá trị (%) Nước 84 Protein 3-3.5 Lipid 0.1-0.3 Carbohydrate 11-15.5 Trong hoa artichoke cịn cĩ một số loại khống như manganese, calcium, sắt, phosphor... và các vitamine như vitamine A, viatamine B1, vitamine C...Hàm lượng vitamine C trong lá bắc (thuộc cụm hoa) trung bình khoảng 150mg/kg nguyên liệu tươi. Trong 100g hoa artichoke cĩ thể cung cấp khoảng 50-70 kcal. Thành phần, hàm lượng một số vitamine và khống trong cụm hoa trình bày trong bảng 2 và 3 Bảng 1.2 : Thành phần vitamine trong cụm hoa Thành phần Đơn vị Giá trị Vitamine A UI 177 Vitamine B6 mg % 0.166 Vitamine B1 mg % 0.072 Vitamin B3 mg % 0.146 Vitamine C mg % 14.7 Vitamine E mg % 0.19 Bảng 1.3: Thành phần khống trong cụm hoa artichoke Thành phần Đơn vị Giá trị Fe mg/100g 1.28 Mg mg/100g 60 Mn mg/100g 0.265 P mg/100g 90 Na mg/100g 94 Zn mg/100g 0.49 Cu mg/100g 0.231 Thành phần hĩa học của lá artichoke Từ lá cây artichoke người ta đã phân lập được khoảng 20 hợp chất hữu cơ gồm các Triterpen, Sterol, Guaianolid (Cynarapicrine), Flavonoid, các acid alcol (Malic, Suxinic, Latic, Fumaric, Glyceric, Citric, Glycolic), acid Hydro cymethyl acrilic, các Este của acid phenol (Cynarin) và acid phenol tự do (acid Cafeic, Quinic, Chlorogenic, Neochlogenic). Hoạt chất cĩ tác dụng chủ yếu là Cynarin (Dieste 1,3 của acid Cafeic và acid Quinic). Hàm lượng của Cynarin, acid phenol tập trung chủ yếu trong lá (7.20 g/kg), cĩ ít ở cuống lá (0.52 g/kg) và thay đổi theo thời kỳ sinh trưởng của lá. Hàm lượng hoạt chất cao nhất trong lá là lúc cây sắp ra hoa, ở lá non nhiều hơn lá già, ở phiến lá nhiều hơn cuống lá, ở chĩp lá nhiều hơn gốc lá. Trong cây artichoke cĩ nhiều muối khống chứa các chất Na, K, Ca, Cl, Br, Mn, Cu, Cr, Zn... ngồi ra cịn cĩ các enzim, các Vitamin. Tác dụng dược lý, cơng dụng, cách dùng: Artichoke là cây thuốc được dùng chữa bệnh gan mật từ lâu đời. Cynarin và poly phenol trong cây artichoke cĩ tác dụng chủ yếu: - Làm kích thích gan, tạo và bài tiết mật. - Làm giảm Cholesterol trong máu, giảm Urê máu, giảm Lipid máu, hạ huyết áp. - Bảo vệ gan nhất là khi bị ngộ độc rượu. - Lợi tiểu. Chất đường trong hoa và rễ artichoke chủ yếu là Inulin, đĩ là loại đường đa chẳng những khơng làm tăng mà cịn làm hạ lượng đường nên rất tốt cho những những bệnh nhân bị bệnh đái tháo đường. Cynarin gián tiếp làm giảm cholesterol trong máy bằng cách giảm lượng cholesterol tổng hợp từ gan, giúp kết hợp chất béo trong gan với các thành phần mơ (sau đĩ bài tiết khỏi cơ thể), tăng khả năng bài tiết cholesterol. Nhờ đĩ, giúp cơ thể chuyển hĩa lượng cholesterol thừa thay vì hấp thu vào, giúp giải độc cho gan và bằng cách đĩ cũng làm giảm được lượng triglyceride. Với những cuộc thử nghiệm ở cả cơ thể động vật và người, chỉ sau 6 tuần sử dụng, chất chiết với liều lượng 900- 1920 mg mỗi ngày, người ta nhận thấy tổng cholesterol trong máy giảm 10- 15%, triglyceride giảm 5%, giảm tỷ trọng lipoprotein (LDL) từ 18.5% xuống cịn 8.6%, giảm tỷ lệ LDL/ HDL xuống cịn khoảng 20/70. Hình 1. 3:Cơng thức cấu tạo của Cynarine Nhờ đĩ mà artichoke giúp bảo vệ gan, điều trị được các bệnh về gan như: viêm gan, vàng da, sỏi mật, rối loạn chức năng gan, mật, liên kết chức năng của ga và túi mật, giúp giải độc cho gan, giúp lợi tiểu, điều trị các bệnh về thận, cật, rối loạn chức năng thận, cật. Cynarin cũng là chất kích thích nĩi chung: giúp trung hịa acid trong cơ thể, giúp bài tiết acid uric trong nước tiểu…. Sau khi uống hoặc tiên artichoke, lượng Cholestein và ure trong máu hạ thấp, trái lại, lượng nước tiểu và ure trong nước tiểu lại tăng lên. Cynarin đĩng vai trị như một chất kích thích tạo mật, tăng tiết dịch mật trong gan, túi mật, kích thích việc chuyển hĩa mật, tăng sự co bĩp túi mật, ống dẫn mật. Sau khi dùng artichoke khoảng 12h, người ta nhận thấy lượng mật bài tiết tăng thêm 60%, gấp 3-4 lần. Nhờ vậy, artichoke giúp kích thích tiêu hĩa, đặc biệt là tiêu hĩa chất béo, chữa được các bệnh liên quan đến vấn đề tiêu hĩa như: khĩ tiêu, rối loạn tiêu hĩa, bệnh chán ăn, loét dạ dày, đau vùng bụng, đầy hơi, các bệnh liên quan tới dạ dày, ruột, tá tràng, thực quản…. Bên cạnh Cynarin được xem như là thành phần thể hiện hoạt tính chính, cịn cĩ các thành phần khác như: Acid caffeoylquinic cũng gĩp phần quan trọng kích thích khả năng tạo mật cho gan, giúp chuyển hĩa mỡ trong máu,tốt cho tiêu hĩa. Luteolin cũng cĩ vai trị trong việc làm giảm lượng cholesterol. Hipoglucemiante giúp làm giảm lượng đường trong máu. Trong artichoke, hàm lượng Fe cũng khá cao, nên cĩ chức năng nuơi dưỡng máu, chữa bệnh thiếu máu. 1.2 Nước Bảng 1.4 : Các chỉ tiêu chất lượng nước (TCVN 2653-78) Tên chỉ tiêu Mức chất lượng Chỉ tiêu hố học Độ trong Độ đục Độ màu (độ Coban) Mùi vị xác định bằng cảm quan ở 200C và 600C Hàm lượng cặn khơng tan Hàm lượng cặn hồ tan Độ pH Độ cứng tồn phần Hàm lượng Clorua Hàm lượng Nitrit Hàm lượng sắt tổng số Hàm lượng thủy ngân Chỉ tiêu sinh học: Tổng số vi khuẩn hiếu khí Tổng số Coliforms, khuẩn lạc/100ml Coliforms phân, khuẩn lạc/100ml > 100 cm < 1,5 g/l < 5 khơng phát hiện thấy < 10 mg/l < 500 mg/l 6 – 8,5 < 300 mg CaCO3/l < 0,1 mg/l < 0,3 mg/l < 0,01 mg/l khơng được cĩ < 200 khuẩn lạc /1ml khơng được cĩ khơng được cĩ 1.3 Đường Chỉ tiêu hĩa lý: Hàm lượng saccharose ³ 99.8 (% chất khơ) Độ ẩm £ 0.05 (% khối lượng) Hàm lượng đường khử £ 0.03 (%khối lượng) Hàm lượng tro £ 0.03 (%khối lượng) Chỉ tiêu cảm quan: Màu trắng ĩng ánh, tinh thể đồng đều, khơ, khơng vĩn cục, khi hịa tan trong nước cĩ vị ngọt đặc trưng, khơng cĩ vị lạ, mùi lạ, dung dịch trong suốt. 1.4 Phụ gia Acid citric Chỉ tiêu hĩa học Bảng 1.5:Chỉ tiêu của acid citric dùng trong thực phẩm(Rehm và cộng sự, 1996) Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Mức quy định Hàm lượng acid citric Tro Chì Arsen Sulphate (%) (%) mg/kg mg/kg % Khơng thấp hơn 99,5 Khơng vượt quá 0,05 Khơng vượt quá 10 Khơng vượt quá 3 Khơng phát hiện Chỉ tiêu cảm quan: Tinh thể khơng màu hay bột trắng, khơng vĩn cục. Dung dịch trong nước cất 20g/l phải trong suốt. Vị: chua, khơng cĩ vị lạ. Mùi: dung dịch 20g/l phải khơng cĩ mùi. Cấu trúc: rời và khơ. Tạp chất cơ học: khơng được cĩ. 1.5 Bao bì Bao bì sử dụng là chai PET chịu được nhiệt độ thanh trùng, được cung cấp bởi cơng ty Ngọc Nghĩa với các thơng số của chai : Thể Tích Chai (ml) Trọng Lượng (g) Chiều Cao (mm) Đường Kính Chân Đáy (mm) Loại Cổ Kiểu Dáng Chai 500 42 275 82 PCO 28 Dạng Tròn 2. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Bơng atiso sấy khơ Thanh trùng Cặn Lọc 1 Dán nhãn Sản phẩm Bã Sacharose Nước Trích ly Làm nguội Acid citric Phối trộn Cặn Lọc 2 Chai Chiết chai Đĩng nắp 3. THUYẾT MINH QUY TRÌNH 3.1 Quá trình trích ly Mục đích Thu nhận các chất chiết (các chất hịa tan, màu, mùi, …) từ hoa artichoke. Những biến đổi trong quá trình trích ly Biến đổi vật lý: Sự khuếch tán của các chất hịa tan vào nước. Độ nhớt dung mơi tăng. Biến đổi hĩa học: Ở điều kiện nhiệt độ cao, tương tác của acid amin và polyphenol tạo ra các aldehyde dễ bay hơi, tạo hương thơm cho sản phẩm. Phản ứng Maillard - acid amin phản ứng với các đường khử tạo ra màu, mùi của nước trà trích ly. Biến đổi hố lý: Cĩ sự chuyển pha Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly Đặc tính của nguyên liệu Hình dạng, kích thước, cấu trúc mao quản của nguyêu liệu. Hàm ẩm của nguyên liệu,hàm ẩm càng cao thì quá trình trích ly càng khĩ khăn. Đặc điểm của thiết bị trích ly: Cấu tạo, nguyên lý vận hành, … Tỉ lệ nguyên liệu : dung mơi phải phù hợp. Dung mơi quá nhiều sẽ làm tốn chi phí năng lượng, nếu quá ít thì trích ly khơng triệt để, tốn thời gian trích ly. Nhiệt độ trích ly càng cao càng tốt vì nhiệt độ cao làm tăng độ hồ tan của các cấu tử vào dung mơi làm giảm độ nhớt và do đĩ tăng hệ số khuyến tán và tăng tốc độ quá trình trích ly.Đồng thời sử dụng nhiệt độ cao để vơ hoạt enzyme và ức chế vi sinh vật. Nhiệt độ cũng là tác nhân xúc tác cho các phản ứng oxy hĩa các hợp chất polyphenol, tạo giá trị cảm quan cho sản phẩm. Tuy nhiên nếu nhiệt trích ly quá cao sẽ gây mất mát các cấu tử mẫn cảm với nhiệt vừa được tạo thành và đồng thới làm tăng độ hồ tan của các chất khơng mong muốn vào dung dịch. Thời gian trích ly. Sự khuấy đảo. Thiết bị trích ly Hình 3.1 : Thiết bị trích ly Nguyên tắc hoạt động Hoa khơ được nạp vào các nồi và nước nĩng sẽ đi qua nồi đĩ để trích ly chất tan trong trà. Dung mơi cũng sẽ được nạp vào trong nồi, bã trà sẽ được tháo ra . Thơng số cơng nghệ: Nhiệt độ trích ly: 900C Tỉ lệ nguyên liệu: nước= 1: 10 Thời gian trích ly: 40 phút. Hiệu suất trích ly: 50% (tính theo khối lượng nguyên liệu khơ). 3.2 Phối trộn Mục đích:chế biến Những thành phần nguyên liệu khác nhau bao gồm: nước, đường, acia citric, dịch chiết từ artichoke sẽ được phối trộn theo một tỷ lệ xác định để tạo ra sản phẩm. . Những biến đổi trong quá trình phối trộn Biến đổi vật lý: Sự thay đổi về khối lượng riêng, thể tích của hỗn hợp, các chỉ tiêu vật lý như: độ trong, độ khúc xạ ánh sáng cũng thay đổi, sự biến đổi của các chỉ tiêu nhiệt lý như hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, … Biến đổi hĩa học: Xảy ra phản ứng Maillard. pH của hỗn hợp giảm. Biến đổi hĩa lý:Tăng nồng độ chất khơ (chất khơ của hỗn hợp là tổng chất khơ của các cấu tử so với khối lượng của hỗn hợp), tăng độ đồng nhất cho sản phẩm Biến đổi về mặt cảm quan: Sau khi phối trộn, sản phẩm cĩ vị hài hịa, hương vị đặc trưng. Thiết bị Hình 3.2: Thiết bị phối trộn Nguyên tắc hoạt động: Quá trình phối trộn được bắt đầu bằng việc bơm syrup nguyên liệu vào thiết bị. Tiếp theo, cho cánh khuấy hoạt động, người ta lần lượtt bổ sung thêm nước, dung dịch artichoke trích ly, các dung dịch acid. Sự khuấy trộn được thực hiện cho đến khi thu được một hỗn hợp đồng nhất. Sau cùng, người ta sẽ lấy mẫu syrup thành phẩm để tiến hành kiểm tra đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng. Trong nhĩm chỉ tiêu hĩa lý, quan trọng nhất là nồng độ chất khơ, giá trị pH hoặc độ chua 3.3 Quá trình lọc 1 Mục đích: hồn thiện Loại tạp chất để tinh sạch và làm trong dịch chiết sau trích ly. Biến đổi Cĩ sự thay đổi về màu sắc do tạp chất trong dịch trích được tách ra, tăng độ trong, cĩ thể loại bỏ được một số vi sinh vật cĩ hại. Tổn thất một số chất như: prơtêin kết tủa,chất màu. Thiết bị: thiết bị lọc cột Thiết bị cĩ dạng hình trụ đứng. Bộ phận chính của thiết bị là các cột lọc hình trụ. Mỗi cột lọc cĩ một giá đỡ hình ống làm bằng thép khơng rỉ và đục lỗ trên thân. Phía bên ngồi giá đỡ được phủ một lớp vật liệu lọc. Các cột lọc được gắn trên tấm đỡ. Trong quá trình hoạt động người ta sẽ bơm huyền phù vào thiết bị và các cấu tử pha rắn sẽ được giữ lại trên bề mặt những cột lọc. Pha lỏng sẽ chui qua vách ngăn trên bề mặt các cột lọc và theo kênh dẫn để đi xuống khoang phía dưới rồi thốt ra ngồi thiết bị qua cửa tháo dịch. 3.4 Quá trình làm nguội Mục đích:chuẩn bị Các biến đổi Trong quá trình làm nguội xảy ra các biến đổi vật lý như sự giảm nhiệt độ của dịch artichoke, sự tay đổi tỷ trọng, độ nhớt. Thiết bị: sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống Thiết bị gồm một chùm ống hình trụ song song, cĩ cùng đường kính và được đặt bên trong một ống hình trụ lớn. Thực phẩm được bơm vào bên trong các ống hình trụ nhỏ, cịn chất tải nhiệt sẽ đi vào khoảng khơng gian được tạo ra giữa bề mặt ngồi của các ống hình trụ nhỏ và bề mặt trong của các ống hình trụ lớn. III.5 Quá trình lọc 2 Mục đích: hồn thiện Quá trình lọc sẽ tách bỏ phần cặn mịn xuất hiện trong quá trình làm nguội, cải thiện độ trong của sản phẩm. Biến đổi Cĩ sự thay đổi về màu sắc do tạp chất trong dịch trích được tách ra, tăng độ trong, cĩ thể loại bỏ được một số vi sinh vật cĩ hại. Tổn thất một số chất như: prơtêin kết tủa,chất màu. Thiết bị: thiết bị lọc cột 3.6 Rĩt sản phẩm vào chai, đĩng nắp chai và dán nhãn Mục đích:hồn thiện Các biến đổi:khơng xảy ra biến đổi đáng kể Thiết bị:dây chuyền rĩt, đĩng nắp và dán nhãn được thực hiện theo phương pháp tự động hĩa 3.7 Thanh trùng Mục đích: bảo quản Ức chế một số vi sinh vật gây bệnh, kéo dài thời gian bảo quản. Những biến đổi trong quá trình thanh trùng Biến đổi vật lý: Sự thay đổi về thể tích, khối lượng, tỉ trọng (nước bốc hơi), nhiệt độ… Biến đổi hĩa học: Thay đổi tốc độ các phản ứng hĩa học (sự oxy hĩa vitamin C, các chất màu). Biến đổi hĩa lý: Độ hịa tan tăng, sự bốc hơi nước, độ nhớt giảm Biến đổi hĩa sinh: Enzym bị vơ hoạt Biến đổi sinh học: Ức chế vi sinh vật trong sản phẩm. Biến đổi về mặt cảm quan: Độ trong tăng, mùi cĩ thể giảm do sự bay hơi của một số cấu tử hương. Thiết bị: thiết bị thanh trùng gián đoạn Thiết bị cĩ dạng hình hộp chữ nhật được làm bằng thép khơng rỉ. Đầu tiên người ta sẽ xếp các chai cần thanh trùng vào các túi lưới, sau đĩ sử dụng thiết bị nâng để đặt các túi lưới vào thiết bị thanh trùng. Tiếp theo người ta sẽ bơm các tác nhân nhiệt là nước nĩng vào bên trong thiết bị và làm ngập các chai artichoke. Để ổn định nhiệt độ của tác nhân nhiệt, bên trong cĩ một hệ thống ống dẫn hơi. Khi kết thúc quá trình người ta sẽ tháo tác nhân nhiệt ra khỏi thiết bị và bơm nước lạnh vào để làm nguội.Cuối cùng, ta tháo nước làm nguội ra khỏi thiết bị rồi lấy các túi lưới chứa sản phẩm ra ngồi. 4. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Bảng 4.1 : Tổn thất trong các quá trình STT Quá trình Ký hiệu Tổn thất 1 Quá trình trích ly, (% thể tích dịch trích được) f1 3 2 Quá trình phối trộn (% thể tích trước phối trộn) f2 0,5 3 Quá trình lọc 1, (% thể tích dịch sau trích ly ) f3 0.5 Qúa trình làm nguội (% thể tích dịch sau lọc 1) f4 0.5 Qúa trình lọc 2 (% thể tích dịch sau làm nguội ) f5 0.3 4 Qúa trình chiết chai, (% thể tích dịch sau lọc) f6 0.5 5 Quá trình đóng nắp, (% thể tích dịch sau chiết chai) f7 0.3 6 Quá trình thanh trùng,(% thể tích dịch sau đóng nắp) f8 0.8 4.1 Tính tốn cho 100 kg nguyên liệu Hàm lượng chất khơ cĩ trong 100kg bơng atiso khơ: ck = 89 (kg) 4.1.1 Quá trình trích ly Hiệu suất của quá trình trích ly (g chất chiết/g chất khơ): H = 50% Lượng chất khơ cĩ trong dịch artichoke sau trích ly: m1 m1 = ck x H = 89 x 0,5 = 44.5(kg) Lượng chất khơ cịn lại trong bã artichoke: m2 m2 = ck – m1 = 89 - 44.5= 44.5 (kg) Chọn độ ẩm bã là w = 70% Lượng nước mất theo bã artichoke: m3 Hàm lượng chất khơ trong bã: ckbã = Ta cĩ: (kg) Chọn tỉ lệ bơng atiso khơ/dung mơi cho quá trình trích ly là: 1/10 Nồng độ chất chiết trong dịch thu được sau trích ly: n1 Thể tích dịch artichoke thu được sau trích ly: V1 V1 = ( 1000– m3) x (1 – f1) = (1000 – 103.83) x (1 – 0.03) = 869.3 (lít) 4.1.2 Quá trình phối trộn Thể tích nước thêm vào dịch cốt: Thể tích dịch trích artichoke /thể tích dung dịch sau phối trộn là 1/3 Thể tích dịch artichoke sau phối trộn(theo lý thuyết) V’2= 2607.9(lít) Thể tích nước cần cho vào: 1738.6 (lít) Nồng độ chất chiết trong dịch artichoke sau khi phối trộn: n2 =1.63 % Khối lượng sản phẩm sau phối trộn: m = V’2 x d với d= 1.016 m=2607.9*1.016 = 2649.6 kg Khối lượng đường thêm vào bằng 10% khối lượng dịch artichoke : mđ = 260.8 kg Khối lượng acid citric thêm vào bằng 0.5% khối lượng dịch artichoke : ma = 0.005*1821.3 = 9.1 kg Nồng độ chất khơ của sản phẩm: 12 0 Bx Thể tích dịch artichoke sau quá trình phối trộn: V4 V2= V’2 x (1 – f2 ) = 2607.9 x (1 – 0.005) = 2594.9 (lít) Kiểm tra lại nồng độ chất chiết trong dịch artichoke sau phối trộn: n2 4.1.3 Quá trình lọc 1 Thể tích dịch trích sau quá trình lọc là: V3 = V2 * (1 – f3) Trong đó V2 : thể tích dịch sau trích ly ( 2594.9 L) V3 : thể tích dịch sau quá trình lọc (L) f3 : tổn thất trong quá trình lọc (0,5%) Kết quả : V3 = 2581.9 (L) 4.1.4 Quá trình làm nguội V4 = V3 * (1 – f4) Trong đó V3 : thể tích dịch sau quá trình lọc (2581.9 L) V4 : thể tích dịch artichoke sau quá trình làm nguội (L) f4 : tổn thất trong quá trình làm nguội (0,5%) Kết quả : V4 = 2569 (L) 4.1.5 Quá trình lọc 2 Thể tích nước artichoke thu được sau quá trình lọc 2: V5 = V4 * (1 – f5) Trong đó V4 : thể tích dịch sau quá trình làm nguội (2569 L) V5 : thể tích dịch sau quá trình lọc 2 (L) f5 : tổn thất trong quá trình lọc 2(0,3%) Kết quả : V5 = 2561.3 (L) 4.1.6 Quá trình chiết chai Thể tích nước artichoke thu được sau quá trình chiết chai: V6 = V5 * (1 – f6) Trong đó V4 : thể tích dịch sau quá trình lọc 2 (2561.3L) V5 : thể tích dịch sau quá trình chiết chai (L) f5 : tổn thất trong quá trình chiết chai (0,5%) Kết quả : V6 = 2548.5 (L) 4.1.7 Quá trình đĩng nắp Thể tích nước artichoke thu được sau quá trình đĩng nắp: V7 = V6 * (1 – f7) Trong đó V4 : thể tích dịch sau quá trình chiết chai (2548.5L) V5 : thể tích dịch sau quá trình đóng nắp (L) f5 : tổn thất trong quá trình đóng nắp (0,3%) Kết quả : V6 = 2540.9 (L) 4.1.8 Quá trình thanh trùng: Thể tích dịch artichoke thu được sau quá trình thanh trùng là: V8 = V7 * (1 – f8) Trong đó V5 : thể tích dịch sau quá trình đóng nắp(2540.9 L) V6 : thể tích dịch artichoke sau quá trình thanh trùng (L) f6 : tổn thất trong quá trình thanh trùng (0.8%) Kết quả : V6 = 2520.6 (L) 4.2 Tính tốn cho một ngày sản xuất Một ngày phân xưởng làm việc 2 ca ,một ca sản xuất 2 mẻ, mỗi mẻ là 200kg STT Nguyên liệu, bán sản phẩm, sản phẩm Đơn vị Giá trị 100kg 1 mẻ 1 ca 1 ngày 1 Bông atiso sấy khô kg 100 200 400 800 2 Nước trong quá trình trích ly L 1000 2000 4000 8000 3 Đường kg 260.8 521.6 1043.2 2086.4 4 Acid citric kg 9.1 18.2 36.4 72.8 5 Dịch sau trích ly kg 869.3 1738.6 3477.2 6954.4 6 Dịch sau phối trộn L 2594.9 5189.8 10379.6 20759.2 7 Dịch sau quá trình lọc1 L 2581.9 5163.8 10327.6 20655.2 8 Dịch sau quá trình làm nguội L 2569 5138 10276 20552 9 Dịch sau quá trình lọc 2 L 2561.3 5122.6 10245.2 20490.4 10 Dịch sau chiết chai L 2548.5 5097 10194 20388 11 Dịch sau đóng nắp L 2540.9 5081.8 10163.6 20327.2 12 Dịch sau thanh trùng L 2520.6 5041.2 10082.4 20164.8 13 Sản phẩm L 2520.6 5041.2 10082.4 20164.8 5. CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Thiết bị trích ly artichoke Lượng artichoke cần trích ly trong 1 mẻ: 200 kg Lượng nước trong 1 mẻ: 2000 kg Thời gian trích ly: 40 phút / mẻ Hệ số chứa đầy của thiết bị: 0.6 Thể tích thiết bị cần chọn là: V = 2000/0.6 = 3.3 m3 Chọn thiết bị hình trụ đáy hình cơn của hãng LONGQIANG, Model TQZ-3.0: cĩ +Kích thước: D x H= 2 x 3 (m). +Thể tích thực thiết bị: 4 m3 +Cơng suất điện 4 kW. +Thiết bị hình trụ, làm bằng thép khơng gỉ. 5.2 Bồn chứa Bồn chứa bã artichoke sau khi trích ly Hình trụ, đáy cơn Thể tích: 3m3 5.3 Bơm vận chuyển dung dịch sau phối trộn tới thiết bị lọc Cơng suất bơm tính theo cơng thức: Trong đĩ: G: lưu lượng dịch cần bơm (kg/s): H: cột áp của bơm (m): chọn H = 1.1 m g: gia tốc trọng trường (m/s2): g = 9.81 m/s2 h: hiệu suất của bơm: chọn h = 0.75 +Bơm vận chuyển dung dịch sau phối trộn tới thiết bị lọc Lượng dịch sau phối trộn: 5189.8 L Thời gian bơm dự kiến là: 45 ph Lưu lượng dịch cần bơm: G = 6919.7 L/ h = 1.92 kg/s Ta chọn bơm cơng suất 30 kW. 5.4 Thiết bị lọc: lọc cột membrane Lượng dịch cần lọc trong một mẻ: 5189.8 L Thời gian lọc dự kiến 30 ph / mẻ, Năng suất của thiết bị lọc cần chọn là : 5189.8/0.5= 10380 L/ h Đặt hàng tại Cơng ty TNHH Máy và thiết bị TBD với năng suất 11000 L/h 5.5 Bơm vận chuyển dung dịch sau quá trình lọc 1 tới thiết bị làm nguội Lượng dịch sau phối trộn: 5163.8 L Thời gian bơm dự kiến là: 30 ph Lưu lượng dịch cần bơm: G = 10327.6 L/ h = 2.86 kg/s Ta chọn bơm cơng suất 45 kW. 5.6 Thiết bị làm nguội Lượng dịch trà đi vào thiết bị làm nguội trong 1 mẻ là 5163.8 L Thời gian làm nguội dự kiến là : 45 ph/mẻ Năng suất yêu cầu của thiết bị: 6885 L/giờ Chọn thiết bị làm nguội dạng ống chùm Đặt hàng tại Cơng ty TNHH Máy và thiết bị TBD với năng suất 7500 L/giờ 5.7 Bơm vận chuyển dung dịch sau quá trình lọc 2 tới thiết bị chiết chai Lượng dịch sau khi lọc:5122.6 L Thời gian bơm dự kiến: 40 ph Lưu lượng dịch cần bơm G = 7683.9 L/ h = 2.13 kg/s Ta chọn bơm cĩ cơng suất 35 kW. 5.8 Thiết bị chiết chai và đĩng nắp chai Lượng dịch artichoke cần rĩt: 5097 L Chọn mỗi chai là 500 ml. Số lượng chai cần rĩt là 10194 chai Thời gian dự kiến là : 1h Năng suất của thiết bị cần chọn là : 10194 chai/h Chọn thiết bị của Chọn thiết bị của Chu Zhangjiagang King Machine Company +Năng suất: 8000-12000 chai/h. +Kích thước: L x B x H= 3.1 x 2.1 x 2.65 (m). +Cơng suất điện: 3 kW. +Thể tích bao bì: 500 ml. +Khối lượng 4200kg 5.9 Thiết bị thanh trùng Lượng dịch artichoke cần thanh trùng trong 1 mẻ: 5081.8 L Chọn mỗi chai 500ml . Số lượng chai cần thanh trùng trong 1 mẻ:10164 chai. Thời gian thanh trùng dự kiến là 20ph. Năng suất của thiết bị cần chọn là : 10164*3= 30492 chai/h Chọn thiết bị thanh trùng autoclave hãng CNZH, North America +Model: DN 1500 +Số lượng : 4 thiết bị + Năng suất: 16000 chai/h +Kích thước dài x rộng x cao: 5.8 x 2.2 x 2.2 +Cơng suất điện: 30kW 6. TÍNH NƯỚC - HƠI 6.1 Tính năng lượng Cơng thức tính lượng nhiệt cần thiết cho quá trình gia nhiệt: Trong đĩ: m : khối lượng (kg) c : nhiệt dung riêng của dung dịch(kJ/kgoC) DT : biến thiên nhiệt độ (oC) Cơng thức tính lượng nhiệt cần cho quá trình giữ nhiệt: Q = G * T * r * q Trong đĩ G : khối lượng (kg) T : thời gian ( h ) r : nhiệt hĩa hơi của nước ( kJ/kg ) (Tra sổ tay QTTB tập 1) q : lượng nước bốc hơi trong 1h Phân xưởng cĩ hệ thống cấp nước ở 30oC. 6.1.1 Nhiệt lượng cần cung cấp cho thiết bị trích ly: Lượng nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt nước từ 30oC lên 90oC Q1’ = 8000* 4,18 * (90 – 30) = 2006400(kJ) Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình trích ly trong 40 phút: Q1’’ = G1 * T1 * r1 * 0,02 Với G1 : lượng nước vào ( » 8000 kg) T1 : thời gian trích ly ( 40 ph = 2/3 h ) r1 : nhiệt hĩa hơi của nước ở 90oC ( 2284 kJ/kg ) 0,02 : lượng nước bốc hơi trong 1h Q1’’ = 8000 * 2/3 * 2284 * 0,02 = 243627(kJ) Giả sử trong giai đoạn giữ nhiệt độ 900C thì nhiệt tổn thất là 5% Q1’’’ = 5% * Q1’’ = 12181.4 (kJ) Nhiệt cung cấp cho thiết bị trích ly: Q1 = Q1’ + Q1’’ + Q1’’’ = 2263.103(kJ) 6.1.2 Nhiệt cần cung cấp cho thiết bị thanh trùng Sau quá trình phối trộn, nhiệt độ của dung dịch sẽ vào khoảng 250C. Lượng dịch cần thanh trùng: 20922.4 kg Nhiệt dung riêng của dung dịch C = 4190 – (2514 – 7,542t)* nồng độ dung dịch C = 4190 –(2514 – 7.542*90)*0.12 = 3970 J/kg =3.97 (kJ/kg) Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cho dung dịch từ 250C lên 900C: Q2’=20922.4* 3.97*(90-25)= 5399025(kJ) Nhiệt lượng cần cung cấp để thanh trùng trong 20 phút: Q2’’ = 20922.4*(1/3)*2260*0.05=788077 (kJ) Giả sử trong giai đoạn giữ nhiệt độ 900C thì nhiệt tổn thất là 5% Q2’’’ = 5% * Q2’’ = 39404 (kJ) Nhiệt cung cấp cho thiết bị thanh trùng : Q2 = Q2’ + Q2’’ + Q2’’’ = 6227.103 (kJ) Giả sử tổn thất nhiệt là 5%, vậy lượng nhiệt cần cung cấp cho 1 ngày sản xuất là: Q= (Q1+Q2)/0.95=(2263.103 +6226.103)/0.95 =8.49*106 (kJ) 6.2 Tính lượng nước tiêu thụ Chọn nguồn nước là nguồn nước sinh hoạt do thành phố cấp. Lượng nước dùng để trích ly artichoke: N1 = 8000 L Lượng nước dùng để phối trộn: N2= 13900 L Lượng nước sử dụng trong thiết bị làm nguội: Lượng dịch artichoke cần làm nguội: 20655(L)~ ( 20655 (kg) Nhiệt dung riêng của nước artichoke 3.97 kJ/kg.0C Nhiệt dung riêng của nước: 4,18 kJ/kg.0C Nhiệt cần lấy đi để đưa dịch từ 80oC về 40oC : Q = 20655 * 3,97 * (80 – 40) = 3280.103(kJ) Lượng nước cần dùng để làm nguội : L Nước được làm lạnh về 200 C bằng nước muối Nhiệt cần lấy đi để đưa dịch từ 40oC về 20oC : Q = 20655 * 3,97 * (40 – 20) = 1640.103(kJ) Lượng nước muối cần dùng để làm nguội : L Với cmuối = 0.813 kcal/kg0C với nước muối chứa 20% natri clorua Năng suất làm lạnh trong 1h: 1640.103 /24 = 68333.333 kJ/h = 18.98 kW +Chọn máy nén lạnh HSK5353-35 trục vít bán kín của hãng Bitzer +Cơng suất lạnh: 25.7 kW +Điện áp: 220/380 +Tốc độ quay : 600 vịng /phút Lượng nước đã dùng trong các công đoạn sản xuất: N’ = N1 + N2 + N3 = 61.2 m3 Lượng nước dùng vệ sinh thiết bị N’’ = 10% N3 = 6.12 m3 Lượng nước dùng để vệ sinh nhà xưởng N’’’ = 15% N3 = 9.18 m3 Lượng nước sử dụng trong 1 ngày : N = N’ + N’’ + N’’’ = 76.5 m3 Vậy ta chọn bể chứa nước có thể tích là 80 m3 7. KẾT LUẬN Sản phẩm cơng nghiệp của artichoke chủ yếu được bán dưới dạng trà túi lọc, và hiện nay đã cĩ mặt sản phẩm Vfresh atiso của Cơng ty Vinamilk, đây khơng những là một sản phẩm giải khát từ thiên nhiên mà cịn cĩ tác dụng bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. Nhận xét về phân xưởng sản xuất cĩ những ưu, nhược điểm như sau: Ưu điểm: Quy trình cơng nghệ đơn giản. Thiết bị dễ vận hành. Đáp ứng các yêu cầu về nguyên liệu và sản phẩm. Nhược điểm: Tiêu hao nhiều năng lượng. Tính tự động hĩa chưa cao. Phần lớn, những nghiên cứu về cây artichoke chủ yếu trong phịng thí nghiệm và chưa được thực hành nên việc lựa chọn những thơng số kỹ thuật như thời gian sản xuất ở từng quá trình vẫn chưa được tối ưu. 8. PHỤ LỤC Hình ảnh một số thiết bị dùng trong sản xuất Thiết bị trích ly Thiết bị phối trộn Thiết bị rĩt chai đĩng nắp Thiết bị thanh trùng Thiết bị làm lạnh 9. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Việt Mẫn, Cơng nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống- tập 2- Cơng nghệ sản xuất thức uống, NXB Đại học Quốc gia tp Hồ Chí Minh, 2006 [2] Lê Văn Việt Mẫn, Cơng nghệ chế biến thực phẩm, NXB Đại học Quốc gia tp Hồ Chí Minh, 2009 [3] Bộ mơn dược liệu, trường đại học Y Dược tp Hồ Chí Minh, Giáo trình nhận thức dược liệu, 2006 [4] Trần Xoa- Nguyễn Trọng Khuơn- Hồ Lệ Viên, Sổ tay quá trình thiết bị cơng nghê hĩa chất, tập 1, NXB Khoa học & Kỹ Thuật Hà Nội, 1992. [5] [6] [7] [8]