Ứng dụng các quá trình nhiệt trong chế biến rau trái

GIỚI THIỆU: Xử lý nhiệt là một quá trình quan trọng trong việc chế biến và bảo quản thực phẩm trong những năm gần đây. Nhiệt góp phần kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, tiêu diệt vi sinh vật, ức chế enzyme đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Một trong những yếu tố quan trọng khác của quá trình xử lý nhiệt là sự thay đổi về cấu trúc và mùi vị của thực phẩm từ đó tạo ra những dòng sản phẩm mới lạ và đặc trưng góp phần đa dạng hóa sản phẩm giúp người tiêu dùng có nhiều sự lựa chọn. Đặc biệt trong lĩnh vực rau trái có nguồn nguyên liệu rất phong phú, tuy nhiên để tăng giá trị và khai thác tiếm năng thì gần đây các nhà sản xuất đã tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng có giá trị thương mại rất cao như mứt trái cây, jelly, jam, nước quả cô đặc ... Xử lý nhiệt là một quá trình không thể thiếu được trong các quy trình sản xuất đó, từ đó ta thấy việc tiếp cận tìm hiểu và ứng dụng các quá trình xử lý nhiệt là một trong những vấn đề rất cần thiết. Bài báo cáo xin giới thiệu một số quá trình cơ bản ứng dụng nhiệt trong ngành công nghệ rau quả. CHẦN 1. Nguyên tắc: Chần là một phương pháp xử lý nhệt tương đối nhẹ nhàng. Nguyên liệu được nhúng vào dung dịch chần hay hơi nước trong khoảng thời gian nhất định để đạt được một số biến đổi mong muốn. Dung dịch chần có thể là nước nóng, dung dịch đường, muối ăn hay acid nóng có hay không có bổ sung thêm một số hóa chất khác. Quá trình xử lý bằng hơi nước còn được gọi là hấp. 2. Mục đích: Chần, hấp giúp đình chỉ các quá trình sinh hóa của nguyên liệu để màu sắc của nguyên liệu không bị xấu . Các nguyên liệu sau khi được sơ chế rất dễ bị sẩm màu do phản ứng oxy hóa polyphenol thành quinon dưới tác dụng của các enzyme oxy hóa như peroxydase, polyoxydase làm giảm giá trị cảm quan. Nhiệt độ chần ức chế hệ enzyme oxy hóa và các enzyme khác trong nguyên liệu nhằm hạn chế các quá trình hô hấp, sinh khí ethylen của rau trái tươi tránh tổn thất chất dinh dưỡng. Hình 1: Bông cải tươi Hình 2: Bông cải sau khi chần Làm thay đổi thể tích, khối lượng nguyên liệu để các quá trình chế biến tiếp theo được thuận lợi hơn. Æ Khi chần đậu khô, tinh bột hút nước trương nở và tăng thể tích 2 lần, tăng khối lượng 1,5 lần nên khi thanh trùng sẽ nhanh chín, dung dịch rót vào hộp không bị hút vào nguyên liệu, do đó có thể đảm bảo tỉ lệ cái nước cho sản phẩm. Æ Khi chần, protopectin thủy phân thành pectin hòa tan làm cho việc bóc vỏ bỏ hạt được nhanh và ít phế liệu. Hình 3: Cà chua sau khi chần Æ Trong sản purée, cà chua được chần trước lúc chà để quá trình bóc vỏ được dễ dàng . Æ Một số loại rau, trái như vải, nhãn, súp lơ khi chần sẽ dẻo dai, không bị nhừ, nhũn hoặc giòn, gãy thuận tiện cho việc xếp hộp và hạn chế tổn thất các chất hòa tan trong quá trình chế biến tiếp theo. Đuổi bớt khí trong gian bào của nguyên liệu nhằm hạn chế những ảnh hưởng bất lợi của oxy như: gây phồng hộp, ăn mòn hộp sắt (trong sản xuất rau trái đóng hộp), oxy hóa vitamin hay xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khác. Loại trừ một số mùi vị không tốt của nguyên liệu. Æ Trong sản xuất đồ hộp cam, quýt, quá trình chần làm giảm hàm lượng các glucoside gây vị đắng. Æ Chần giảm vị đắng trong măng, măng tây, cà tím; vị cay của ớt; giảm các hợp chất lưu huỳnh trong bắp cải, súp lơ… Chần làm tăng độ thẩm thấu chất nguyên sinh nên dịch bào dễ thoát ra khi ép (sản xuất nước ép trái cây) hay dịch rót dễ ngấm vào rau quả (sản xuất quả nước đường, mứt miếng, rau dầm giấm..) Khi chần trong dung dịch muối ăn hay acid, một số chất màu của nguyên liệu bị phá hủy làm cho rau trái có màu sáng hơn. Hình 4: Sản phẩm sau khi chần Tiêu diệt một phần vi sinh vật, chủ yếu là lượng vi sinh vật bám trên bề mặt hỗ trợ quá trình thanh trùng, tránh sự biến đổi của nguyên liệu do nguyên nhân vi sinh vật khi quá trình chế biến kéo dài. Đối với một số loại nguyên liệu, quá trình chần sẽ giữ lại màu sắc nguyên thủy của nó và tránh sự biến màu khi sấy hoặc lạnh đông. 3. Biến đổi của nguyên liệu: Trong quá trình chần, nhiệt là nguyên nhân làm thay đổi giá trị cảm quan và dinh dưỡng của rau, trái. Tuy nhiên, quá trình xử lý nhiệt không quá khắc khe nên biến đổi không nhiều. Thông thường thời gian và nhiệt độ chần được xem xét để đảm bảo ức chế được enzyme nhưng vẫn giữa cho nguyên liệu không bị biến đổi xấu. a. Giá trị dinh dưỡng: Khoáng, vitamin tan trong nước và một số hợp chất tan trong nước khác dễ mất mát khi chần. Tổn thất khoảng 40% khoáng và vitamin (đặc biệt là vitamin C và thiamin), phần lớn vitamin mất mát do nước chần, nhiệt độ chần và phần nhỏ do quá trình oxy hóa. Đường, protein và acid amin tổn thất khoảng 35%. Quá trình chần làm tăng thể tích các mao quản nên dịch bào dễ dàng thoát ra ngoài dẫn đến mất mát chất dinh dưỡng. Vì vậy, để giảm bớt tổn thất chất hòa tan trong quả, người ta dùng nước đường có nồng độ xấp xỉ nồng độ chất khô của quả để chần. Tuy nhiên, nếu nồng độ đường cao thì quả dễ bị teo lại khi chần do mất nước. Nhiệt độ chần còn dẫn đến sự hồ hóa tinh bột, biến tính protein. Mức độ tổn thất giá trị dinh dưỡng phụ thuộc một vài yếu tố: Loại và độ chín của nguyên liệu. Phương pháp sơ chế nguyên liệu (giai đoạn gọt vỏ, cắt lát…). Tỉ lệ S/V của nguyên liệu. Phương pháp chần. Thời gian và nhiệt độ chần (ít tổn thất vitamin hơn khi chần ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn). Phương pháp làm nguội, làm nguội nhanh giảm những biến đổi không mong muốn cho nguyên liệu sau chần. Tỉ lệ nước chần/nguyên liệu (trong giai đoạn chần và làm nguội). b. Màu, mùi và vị Chần làm sáng màu một vài loại rau, trái bằng cách đuổi không khí và bụi bám trên bề mặt vì vậy làm thay đổi bước sóng của ánh sáng phản xạ. Một số hợp chất màu biến đổi do ảnh hưởng của nhiệt độ hay hòa tan trong nước chần. Thời gian và nhiệt độ chần ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi màu sắc. Người ta thường cho thêm Na2CO3 (0,125% w/w) hoặc CaO vào nước chần tạo môi trường kiềm để bảo vệ chlorophyll giữ màu cho rau xanh, mặc dù sự tăng pH dẫn đến tăng mất mát acid ascorbic. Táo và khoai tây đã cắt gọt được chần trong đung dịch muối loãng (2% w/w) để bảo vệ khỏi tác động của enzyne oxy hóa làm hóa nâu bề mặt. Các cấu tử mùi rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó nhiệt độ chần quyết định mức độ tổn thất mùi của sản phẩm. Thường thời gian chần không quá dài nên mùi vị rau, trái không bị thay đổi quá sâu sắc. Như đã đề cập ở trên, quá trình chần giúp loại bỏ một số mùi vị không mong muốn có trong rau, trái. Một số chất đắng trong nguyên liệu (măng, măng tây, cà tím, cam, quýt…) có bản chất là glucoside sẽ bị thay đổi dưới tác dụng nhiệt làm mất vị đắng. c. Cấu trúc Dưới tác dụng của nhiệt độ và nước chần, protopectin thủy phân thành pectin hòa tan làm mềm cấu trúc của rau, trái. Trong sản xuất đồ hộp, đây là một trong những mục đích chính của quá trình chần để dễ dàng xếp hộp. Đồng thời rau, trái cũng dễ ngấm dịch rót hơn. Tuy nhiên, khi chần được xem là bước xử lý sơ bộ cho quá trình sấy hay lạnh đông thì đây là biến đổi không mong muốn. Do vậy, người ta có thể thêm CaCl2 (1-2%) vào nước chần để tạo thành caxipectate không tan cũng cố sự vững chắc cho mô tế bào. Hình 5: Một số sản phẩm sau chần 4. Thiết bị - Thực hiện: Hai phương pháp chần được sử dụng phổ biến trong công nghiệp là chần bằng hơi nước và chần bằng dung dịch chần. Ngoài ra, còn có thể chần bằng vi sóng nhưng không được áp dụng trong sản xuất công nghiệp. Thiết bị chần bằng hơi và nước nóng tương đối đơn giản.. 4.1. Thiết bị chần hơi nước Nhìn chung, chần bằng hơi nước là phương pháp thích hợp cho các loại rau, trái sơ chế có S/V lớn để tránh tổn thất các thành phần hòa tan trong nước. * Có thể phân loại thiết bị theo nguyên tắc như sau: Làm việc liên tục hay gián đoạn. Làm việc trong áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất cao… Chế độ chần tùy thuộc dạng sản phẩm: - Nhiệt độ >= 100oC - Thời gian: vài phút - Làm lạnh nhanh. a. Thiết bị chần tunnel Hình 6: Thiết bị chần tunnel Loại thiết bị chần hơi đơn giản nhất gồm một băng tải lưới đưa nguyên liệu xuyên qua môi trường hơi nước bão hòa trong tunnel. Thời gian lưu của nguyên liệu được điều khiển thông qua tốc độ băng tải và chiều dài tunnel. Loại tunnel điển hình dài 15m; rộng 1- 1,5 m. Hiệu quả sử dụng năng lượng tăng 19% khi có thêm các vòi phun nước ở đầu vào và đầu ra của nguyên liệu để bổ sung lượng hơi mất mát. Mặt khác, nguyên liệu có thể đưa vào lấy ra thông qua một bể nước hay van quay roto để tránh tổn thất hơi và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng lên 27%. Thiết bị chần dạng trống: Hình 7: Thiết bị chần dạng trống Nguyên liệu và hơi được nạp vào thiết bị dạng trống, hình trụ nằm ngang. Trống hình trụ quay giúp đảo trộn hơi và nguyên liệu tăng bề mặt tiếp xúc để quá trình truyền nhiệt diễn ra hiệu quả. c. Thiết bị chần sản phẩm dạng rời IQB (Individual Quickly Blanching): Hình 8: Mô hình thiết bị chần IQB Cấu tạo thiết bị gồm một gầu tải có vỏ bọc tránh mất mát hơi đưa nguyên liệu vào vùng gia nhiệt sơ bộ. Sau đó nguyên liệu được chuyển sang băng tải để chần với hơi nước. Trước khi vào vùng làm nguội, nguyên liệu được giữ nhiệt trên một băng tải khác. Vùng làm nguội có vòi phun sương để bão hòa ẩm cho không khí lạnh tránh sự bay hơi ẩm của nguyên liệu và giảm hiện tượng chảy dịch bào. Thiết bị IQB điển hình có năng suất 4500 Kg nguyên liệu/h. Trong thiết bị chần truyền thống, các lớp nguyên liệu không được gia nhiệt đồng bộ. Do đó nhiệt độ và thời gian để đảm bảo ức chế enzyme và vi sinh vật của lớp nguyên liệu bên trong sẽ dẫn đến sự quá nhiệt của các lớp bên ngoài làm biến đổi sâu sắc rau, trái. Thiết bị chần IQB có thể khắc phục nhược điểm nói trên. Nguyên liệu được gia nhệt nhanh theo từng lớp mỏng để đạt được nhệt độ có thể ức chế enzyme, sau đó chuyển sang vùng giữ nhiệt để đảm bảo đúng thời gian chần mong muốn. Thời gian chần trong thiết bị này nhanh hơn nhờ đó tăng hiệu quả sử dụng năng lượng. Khối lượng nguyên liệu tăng từ 0,5 Kg nguyên liệu/1Kg hơi (thiết bị cũ) lên 6 – 7 Kg nguyên liệu/1 Kg hơi (thiết bị IQB) đối với các sản phẩm như đậu Hà Lan, cà rốt xắt lát. Trong thiết bị IQB có thể gia nhiệt sơ bộ bằng không khí nóng (65oC) giảm tổn thất dinh dưỡng 85% với đậu xanh, 75% với bắp cải bruxen, 61% với đậu Hà Lan, 50% với đậu Lima và không giảm năng suất chần. d. Thiết bị chần gián đoạn tầng sôi: Dùng hỗn hợp không khí và hơi chuyển động với vận tốc 4,5 m/s thổi và gia nhiệt đồng thời cho nguyên liệu. Thiết bị được thiết kế để nguyên liệu ở trạng thái lơ lửng và gia nhiệt đồng bộ đến khi đạt yêu cầu. Thiết bị này không phổ biến trong công nghiêp nhưng chúng có một số ưu điểm: Gia nhiệt nhanh và đồng bộ. Trộn đều sản phẩm. Giảm thể tích mao quản tránh thất thoát dịch bào. Rút ngắn thời gian, giảm thiểu sự mất mát vitamin và các thành phần nhạy cảm với nhiệt độ. 4.2. Thiết bị chần bằng nước nóng Khi chần bằng dung dịch thường tổn thất chất dinh dưỡng mhiều hơn chần bằng hơi nước. Nhưng trong thực tiển sản xuất, nó được dùng phổ biến vì thao tác thuận tiện, thiết bị đơn giản và truyền nhiệt tốt hơn. Mặt khác, trong một số trường hợp cần đảm bảo sự hút nước của nguyên liệu, loại trừ vị không thích hợp thì chần bằng dung dịch nóng sẽ hiệu quả hơn hơi nước. * Thực hiện: - Nhiệt độ: 75 – 100oC. - Thời gian: 3- 15 phút. - Làm lạnh nhanh. a. Thiết bị dạng cánh guồng: Hình 9: Thiết bị chần cánh guồng Nguyên liệu đưa vào thiết bị nằm ngang chứa nước chần. Cánh guồng quay đẩy nguyên liệu đi dọc theo chiều dài thiết bị. Tốc độ quay và chiều dài thiết bị quyết định thời gian chần. Nước chần có thể được gian nhiệt bằng cách sục hơi trực tiếp hay gia nhiệt gián tiếp bằng thiết bị bên ngoài. b. Thiết bị chần IQB: Hình 10: Thiết bị chần nước nóng IQB Băng tải sẽ đưa nguyên liệu qua các vùng: gia nhiệt sợ bộ, chần và làm nguội. Rau, trái được giữ trên băng tải không bị xáo trộn tránh các mối nguy do va chạm cơ học. Ở thiết bị này, có sự trao đổi nhiệt giữa các vùng gia nhiệt sơ bộ và vùng làm nguội sơ bộ. Cụ thể, nước ở vùng làm nguội đầu tiên có thể đem đi gia nhiệt sơ bộ nguyên liệu để tiết kiệm và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng. 5. Ứng dụng: Chần các loại rau, trái trước khi lạnh đông hay sấy để giữ màu sắc cho sản phẩm như cà rốt sấy, Xử lý trái cây trước khi ép: sản xuất nước ép trái cây đặc biệt là cam, quýt.. Sản xuất puree cà chua, xoài… Sản xuất rau, trái đóng hộp, ngâm tẩm Một số ví dụ ứng dụng quá trình chần: Æ Sản xuất đồ hộp súp lơ tự nhiên: Súp lơ Gọt, rửa Chần Cắt nhánh Xếp hộp Rót nước muối Ghép nắp Thanh trùng Sản phẩm Quá trình chần phá hủy chất màu tránh làm cho súp lơ có sắc vàng hay xanh, và loại trừ những hợp chất sunfua tránh cho sản phẩm có màu nâu (do tạo ra SnS) hay màu đen (do tạo ra FeS) do phản ứng của hợp chất sunfua với thiếc và sắt của vỏ hộp. Sau khi rửa, súp lơ được cắt rời những nhánh hoa rồi đem chần 2 – 3 phút trong nước sôi có pha 2% NaCl và 0,05% acid citric. Nước và muối dùng chần không được chứa sắt và đồng. Để giữ màu trắng có thể ngâm súp lơ trong dung dịch SO2 0,12 – 0,15% trong 30 phút, sau đó khử SO2 bằng cách chần lại trong nước sôi. Hàm lượng acid sunfurơ tự do trong sản phẩm không quá 0,002%. Æ Sản xuất đồ hộp cà rốt tự nhiên: Cà rốt sau khi được rửa sạch, phân loại theo kích thước và màu sắc, cắt núm, được đem chần nước nóng 90oC trong 2- 4 phút để dễ bóc vỏ. Æ Sản xuất bơ đậu phụng Hình 11: Đậu phụng sau chần CHIÊN: Bản chất: Chiên là quá trình xử lý nhiệt trong đó chất béo vừa là tác nhân gia nhiệt vừa là thành phần của sản phẩm. Nguyên tắc: Khi cho thực phẩm vào trong dầu nóng thì nhiệt độ bề mặt của sản phẩm sẽ tăng nhanh, nước sẽ bốc hơi từ đó tạo gradient ẩm trong lòng vật liệu, giúp cho sự dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu lên trên bề mặt. Khi tốc độ bay hơi trên bề mặt sản phẩm thấp hơn tốc độ dịch chuyển ẩm thì bề mặt sản phẩm sẽ từ từ khô đi, nhiệt độ của nó tăng dần lên đến nhiệt độ của dầu (1500-1800C) và từ đó hình thành lớp vỏ cứng bên ngoài (crust) đặc trưng cho sản phẩm chiên. Cơ chế của quá trình tách ẩm tương tự như trong quá trình sấy nhưng do nhiệt độ cao của dầu nên sẽ tạo ra nhiều biến đổi phức tạp hơn. Chính những biến đổi này sẽ làm cho sản phẩm chiên có cấu trúc, màu sắc và mùi vị đặc trưng. Hiệu quả của quá trình truyền nhiệt phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa dầu và vật liệu chiên, hệ số truyền nhiệt của sản phẩm. Lớp vỏ cứng bên ngoài sau khi được hình thành sẽ có cấu trúc xốp bao gồm nhiều mao quản có kích thước khác nhau. Trong suốt quá trình chiên thì nước sẽ bay hơi theo các mao quản từ đó dầu sẽ khuếch tán vào trở thành một thành phần của sản phẩm chiên. Hình 12: Giản đổ truyền nhiệt và ẩm trong suốt quá trình chiên. Hình 13: Biểu đồ thể hiện vị trí của dầu trong sản phẩm. 3. Mục đích: Chiên đóng vai trò chế biến làm thay đổi thành phần sản phẩm, dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì protein và một số chất khác sẽ bị biến đổi trở nên dễ tiêu hoá và hấp thụ hơn. Bên cạnh đó dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì toàn bộ enzyme và vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt hoàn toàn, sự bốc hơi nước làm giảm hàm ẩm trong sản phẩm góp phần kéo dài thời gian bảo quản. Thông thường đối với một số sản phẩm chiên như khoai tây chiên hay snack thì thời gian bảo quản khoảng 12 tháng ở nhiệt độ thường. 4. Các biến đổi trong quá trình chiên: Đối với nguyên liệu: Khi sản phẩm được nhúng vào trong dầu thì trong lòng vật liệu sẽ xuất hiện một gradient nhiệt độ từ bề mặt vào đến tâm của sản phẩm, từ đó sẽ làm bay hơi nước tạo điều kiện cho dầu khuếch tán vào bên trong sản phẩm làm thay đổi thể tích và tỉ trọng của sản phẩm. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì một số phản ứng hoá học xảy ra như phản ứng Maillard, phản ứng caramel và một số phản ứng khác như phản ứng oxi hóa khử phân hủy các vitamin, các phản ứng thủy phân từ đó tạo ra các tính chất đặc trưng cho sản phẩm về cấu trúc, mùi vị và màu sắc. Đối với dầu: Trong quá trình chiên thì dầu cũng sẽ bị biến đổi. Ba biến đổi chính của dầu là: Thủy phân: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì dầu sẽ bị thủy phân tạo ra các sản phẩm có phân tử lượng thấp như acid béo tự do, các monoglyceride, diglyceride và glycerol, từ đó làm tăng chỉ số acid của dầu thúc đẩy quá trình oxi hóa làm giảm chất lượng của dầu, ảnh hưởng gián tiếp đến chất lượng sản phẩm. Oxi hóa: Dưới tác dụng của các tác nhân oxi hóa như oxi trong không khí, ánh sáng … thì dầu sẽ bị biến đổi tạo thành các hợp chất monomer, polymer làm tăng lượng tạp chất trong dầu đồng thời tạo ra một số sản phẩm dễ bay hơi như hydrocarbon, aldehyde, ketone, alcohol và acid gây mùi khó chịu cho sản phẩm làm giảm chất lượng. Hình 14: Phản ứng oxi hóa xảy ra trong dầu. Phản ứng polymer hoá: Do trong quá trình oxi hóa có tạo ra một số hợp chất không bay hơi như dimer hay polimer từ đó chúng sẽ biến đổi dưới tác dụng của nhiệt độ tạo ra các hợp chất mạch vòng làm tăng độ nhớt của dầu. Trong giai đoạn đầu sự tạo thành các hợp chất này giúp hỗ trợ cho việc tạo lớp vỏ cứng bên ngoài vật liệu tuy nhiên nếu các hợp chất này tạo ra quá nhiều thì sẽ làm tăng độ nhớt của dầu từ đó làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, giảm hiệu quả của quá trình chiên. Hình 15: Phản ứng tạo các hợp chất mạch vòng. Các biện pháp để cải thiện chất lượng của sản phẩm chiên và kéo dài thời gian sử dụng của dầu: Khi thực hiện quá trình chiên thì nhà sản xuất luôn quan tâm đến ba vấn đề là giảm tối đa hàm lượng acrylamide (một hợp chất sinh do ta phản ứng của asparagine với các acid amin ở nhiệt độ trên 1250C), giảm hàm lượng acid béo dạng trans và giảm tối đa lượng chất béo sử dụng. Để tăng hiệu quả của quá trình chiên người ta có thể dùng một số biện pháp sau: Chọn phương pháp thực hiện và tổ chức hợp lý. Sử dụng chất phụ gia: nhằm mục đích giúp cho dầu ít bị biến đổi dưới tác dụng của nhiệt độ và các tác nhân oxi hóa, kéo dài thời gian sử dụng của dầu; đối với sản phẩm thì giúp cho sản phẩm có hương vị và cấu trúc tốt hơn, giảm tối đa hàm lượng các chất độc hại có mặt trong sản phẩm, giảm thiểu lượng dầu sử dụng cho quá trình. Chất chống oxi hoá như (BHT, BHA, gallate, TBHQ…) Các hợp chất chelating như DMPS để hấp thu các ion kim loại. Chất tạo nhũ như: các ester của acid béo; citric ester, lactic ester, tartaric ester của mono- và diglycerides, lecithine, polyglycerolester. Vai trò của chất tạo nhũ là làm tăng sự tương tác giữa vật liệu chiên và dầu, cải thiện cấu trúc của sản phẩm chiên, giảm sự sủi bọt và dầu bị bắn ra nhưng nó có nhược điểm là làm tăng hàm lượng dầu có trong sản phẩm. Hình 16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa tốc độ tạo thành acrylamide với số lần tái sử dụng dầu Hình 17: so sánh giữa sản phẩm có và không có phun chất tạo nhũ. Ngoài ta ta còn sử dụng một số chất hấp phụ giúp hỗ trợ cho quá trình lọc dầu khi ta hoàn lưu dầu tái sử dụng như calcium silicate, calcium carbonate, magenium silicate, silica, betonite, cellulose … 5. Các yếu tố ảnh hưởng: Ảnh hưởng của quá trình: Nhiệt độ chiên Thời gian chiên Phương pháp thực hiện: gián đoạn hay liên tục. Ảnh hưởng của dầu chiên: Đặc điểm và thành phần của dầu, lượng tạp chất và phụ gia có trong dầu. Ảnh hưởng của sản phẩm chiên: Đặc điểm vật lý và thành phần hoá học của sản phẩm Một số gia vị và phụ gia có trong nguyên liệu. 6. Phương pháp thực hiện: Chiên bề mặt: Phương pháp này thích hợp cho các sản phẩm có diện tích bề mặt lớn. Nhiệt được truyền qua thực phẩm chủ yếu qua cơ chế dẫn nhiệt từ bề mặt nóng của chảo chiên qua lớp dầu rồi đến sản phẩm. Hiệu quả truyền nhiệt phụ thuộc vào bề dày của lớp dầu trong chảo. Trong quá trình chiên, bọt khí tạo thành trong dầu do sự bay hơi sẽ nâng sản phẩm lên khỏi bề mặt truyền nhiệt của chảo chiên từ đó sẽ làm cho nhiệt độ của sản phẩm không được đồng đều. Hệ số truyền nhiệt của phương pháp này vào khoảng 200-450 W/m2K. Hình 18: Chiên bề mặt và chiên bề sâu. Chiên bề sâu: Sản phẩm được nhúng ngập trong dầu vì thế mà toàn bộ sản phẩm đều được gia nhiệt đồng đều từ đó tạo ra cấu trúc đồng nhất cho sản phẩm về màu sắc và mùi vị. Phương pháp này có thể sử dụng cho mọi loại thực phẩm với hình dáng và kích thước khác nhau, tuy nhiên đối với một số sản phẩm có diện tích bề mặt lớn thì lượng dầu có mặt trong sản phẩm sẽ rất cao. Hệ số truyền nhiệt của phương pháp này từ 250-300W/m2K đến 800-1000W/m2K. Chiên bề sâu có thể thực hiện theo phương pháp gián đoạn hay liên tục: Thiết bị chiên gián đoạn: Thiết bị chiên liên tục: Hình 19: Ảnh một số thiết bị chiên. Ngoài ra để tăng giá trị cảm quan và dinh dưỡng của sản phẩm người ta có thể tiến hành chiên chân không dưới tác dụng của nhiệt độ thấp để hạn chế các quá trình biến đổi trong sản phẩm đồng thời hạn chế quá trình oxi hóa của dầu giúp làm tăng thời gian sử dụng, giảm lượng dầu trong sản phẩm gần 42% so với cách thông thường. Hình 20: Một số sản phẩm sấy chân không 7. Một số quy trình sản xuất sản phẩm: Khoai tây chiên: Khoai tây à rửa à gọt vỏ à cắt miếng tạo hình à rửa à chần à tách nước à chiên à tách dầu à kiểm tra à tẩm gia vị à đóng gói. Hình 21:Quy trình sản xuất khoai tây chiên (chip) Æ Thuyết minh quy trình: Bước 1: vận chuyển toàn bộ khoai tây từ nơi trồng trọt đến nhà máy. Bước 2-gọt vỏ: phương pháp sử dụng chủ yếu là dùng hơi nước, ta cho toàn bộ củ khoai tây vào một nồi thanh trùng lớn có nhiệt độ rất cao. Sau một khoảng thời gian ngắn lớp vỏ khoai tây sẽ tự động tróc ra. Bước 3- kiểm định nguyên liệu lần 1: sau khi vỏ đã được gọt, toàn bộ nguyên liệu sẽ được vận chuyển qua băng chuyền để kiểm định chất lượng. Bước 4 – tạo hình: toàn bộ khoai tây được bơm qua một con dao cắt để tạo hình sản phẩm với vận tốc khoảng 80 km/h. Bước 5 – kiểm định lần 2: quá trình kiểm định này sẽ loại bỏ toàn bộ những mảnh khoai tây vụn hay những miếng khoai tây được cắt ra từ hai đầu của củ cũng như nhưng mảnh khoai tây bị thâm đen không phát hiện được trong lần kiểm định đầu. Việc loại bỏ các miếng khoai tây bị thâm đen được tự động hóa nhờ camera và detector. Bước 6 – Chần: nguyên liệu đạt tiêu chuẩn sẽ được cho qua một thùng lớn chứa nước nóng để thực hiện quá trình chần. Bước 7 – làm khô: nguyên liệu sau khi chần sẽ được vận chuyển trên băng tải qua một thiết bị làm khô. Thiết bị này sẽ thổi luồng không khí nóng ra để loại một phần nước có trong nguyên liệu. Bước 8 – chiên: sản phẩm sẽ được đi qua thiết bị chiên trong khoảng thời gian từ 3-4 phút. Bước 9 – làm ráo dầu và tẩm gia vị: sản phẩm sẽ được tẩm gia vị đưòng muối để tạo hương vị hài hoà cho sản phẩm. Bước 10 – đóng gói. Sản xuất tortilla từ bắp và bột mì: Æ Bắp: Ngâm bắp (corn steeping) Xử lý nhiệt Nghiền thành bột (rồi tạo hình) Nướng sản phẩm Æ Bột mì: Chuẩn bị bột Tạo hình Nướng sản phẩm SẤY: Bản chất: Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu. Quá trình này có thể tiến hành bằng năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió. Ngoài ra ta còn có thể tiến hành bằng các quá trình sấy nhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra) Nguyên tắc: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì hơi nước từ bề mặt vật liệu sấy sẽ di chuyển và khuếch tán vào lớp không khí ngay sát trên bề mặt vật liệu sấy. Quá trình khuếch tán này có thể di chuyển được 90% lượng ẩm. Khi bay hơi ẩm trên bề mặt vật liệu sấy thì trong lòng vật liệu xuất hiện gradient độ ẩm tạo điều kiện cho sự di chuyển ẩm từ các lớp bên trong vật liệu đến bề mặt. Ở giai đoạn đầu của quá trình sấy thì do độ ẩm bên trong vật liệu lớn đảm bảo cho vận tốc di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt vật liệu lớn hơn vận tốc khuếch tán ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường không khí xung quanh. Nhưng sau đó bề mặt vật liệu giảm dần đến độ ẩm hút nước của vật liệu và tiếp tục giảm. Bắt đầu từ giai đoạn này thì vật liệu thường co ngót không đều và bề mặt bay hơi thường di chuyển sâu dần vào bên trong lòng vật liệu lúc đó thì ẩm mao quản và một phần ẩm liên kết hấp phụ di chuyển ở dạng hơi. Các lớp vật liệu được khô dần từ bề mặt vật liệu trở vào tâm. Mục đích: Quá trình sấy làm giảm hàm ẩm của vật liệu từ đó góp phần ức chế vi sinh vật, tăng thời gian bảo quản sản phẩm. Bên cạnh đó dưới tác dụng của nhiệt độ thì sẽ có một số biến đổi xảy ra góp phần tạo cấu trúc cho sản phẩm. Mục đích chính của quá trình sấy là kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm bằng cách giảm hoạt độ của nước, từ đó ức chế sự phát triển của vi sinh vật và hoạt động của enzyme. Tuy nhiên quá trình sấy chỉ mang tính ức chế tạm thời chứ không vô hoạt hoàn toàn hoạt động của chúng. Vì thế nếu trong quá trình bao gói hay vận chuyển ta làm tăng hàm ẩm thì sẽ hoạt hóa sự hoạt động trở lại của vi sinh vật. Bên cạnh đó quá trình sấy còn có mục đích làm giảm khối lượng và thể tích của sản phẩm từ đó giúp giảm thiểu chi phí vận chuyển, bao gói và bảo quản. Bên cạnh những ưu điểm đó thì quá trình sấy sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng mùi vị, màu sắc và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Vì vậy trong sản xuất ta phải tìm mọi cách giảm thiểu tối đa những tác động xấu này. Các yếu tố ảnh hưởng: Nhiệt độ của tác nhân sấy (không khí nóng) Độ ẩm tương đối của tác nhân sấy Vận tốc của tác nhân sấy: khi không khí nóng được thổi qua bề mặt của sản phẩm thì hơi nước sẽ khuếch tán qua lớp giới hạn mỏng của không khí xung quanh vật liệu sấy vào không khí. Từ đó tạo gradient ẩm để nước bốc hơi. Lớp không khí giới hạn này ngăn cản sự truyền nhiệt và ẩm của quá trình. Chiều dày của lớp không khí này được quyết định bởi vận tốc của dòng khí, vận tốc dòng khí càng nhỏ thì lớp giới hạn này càng dày từ đó hiệu quả truyền nhiệt và tốc độ tách ẩm càng kém. Bên cạnh đó, đối với một số sản phẩm nhà sản xuất đã tăng cường khả năng tách ẩm của vật liệu bằng cách nhúng sản phẩm vào trong dung dịch có nồng độ đường hay muối cao tạo áp suất thẩm thấu giúp hỗ trợ cho quá trình tách ẩm của nguyên liệu. Thành phần và cấu trúc của thực phẩm: cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tách ẩm ví dụ như cấu trúc từng bó sợi của cellulose trong rau hay protein trong thịt xếp thành từng thớ giúp cho quá trình tách ẩm theo chiều dài sẽ dễ hơn theo chiều ngang. Tương tự như vậy thì ẩm nằm trong gian bào sẽ dễ dàng bay hơi hơn so với lượng ẩm nằm trong tế bào sinh vật. Các quá trình chần hay nghiền, cắt làm giảm kích thước của vật liệu sấy cũng làm tăng tốc độ của quá trình sấy. Lượng sản phẩm đặt vào trong thiết bị sấy: lượng sản phẩm càng nhỏ thì quá trình sấy càng nhanh nhưng sẽ làm cho năng suất thiết bị thấp, vì thế ta nên chọn lượng thực phẩm phù hợp để đem lại hiệu quả cao nhất. Thiết bị sấy sử dụng: mỗi thiết bị có năng suất và nguyên tắc hoạt động khác nhau, từ đó thời gian sấy và cấu trúc sản phẩm sẽ khác nhau. Phương pháp thực hiện: Máy sấy kiểu băng tải: Gồm một phòng sấy hình khối chữ nhật, phía trong có một hoặc một số băng vô tận chuyển động nhờ tang quay chủ động và bị động (tang chủ động là tang lắp với cơ cấu truyền động của động cơ để kéo băng vô tận, còn tang bị động là tang quay theo. Băng được tựa trên các con lăn để băng không bị võng. Băng thường làm bằng sợi bông tẩm cao su, bằng thép hay lưới kim loại. Không khí được hút vào cửa phía dưới và đốt nóng đến nhiệt độ cần thiết nhờ caloriphe. Vật liệu sấy được cấp vào liên tục ở phễu nạp liệu và được cấp định lượng qua cơ cấu cấp liệu. Nếu máy sấy có một băng thì sấy không đều vì vật liệu không được đảo trộn. Do đó thiết bị sấy có nhiều băng tải được sử dụng phổ biến hơn. Ở loại thiết bị này vật liệu từ băng trên di chuyển đến cuối thiết bị bên phải thì đổ xuống băng chuyền dưới chuyển động theo hướng ngược lại, đi đến băng cuối cùng thì vật liệu khô được đổ ra ngăn chứa sản phẩm. Không khí nóng đi ngược với chuyển động của băng hoặc đi từ dưới lên xuyên qua băng chuyền và vật liệu sấy. Để quá trình sấy được tốt, cho tác nhân sấy chuyển động với vận tốc lớn khoảng 3m/s, còn băng di chuyển với vận tốc 0.3-0.6 m/ph. Vùng nhập liệu Vùng chuyển tiếp Vùng tháo liệu Hình 22: Máy sấy băng tải. Hệ thống trên khi vận hành thì không khí vào thiết bị sẽ được đốt nóng qua thiết bị trao đổi nhiệt. Sau đó không khí nóng sẽ đi qua lớp vật liệu sấy để tách ẩm rồi dưới tác dụng của quạt hút, không khí sẽ được lưu chuyển đồng đều trong thiết bị rồi đi ra ngoài. Thông thường trong một quy trình sản xuất, người ta thường bố trì từ hai vùng trở lên để tăng hiệu quả của quá trình tách ẩm. Ưu điểm của hệ thống này là tính linh động, ta dễ dàng điều khiển các thông số để phục vụ cho các quy trình và nguyên liệu khác nhau, ngoài ra còn đảm bảo các giá trị cảm quan và dinh dưỡng cho sản phẩm đặc biệt là đối với các sản phẩm rau quả. Hình 23: Một số sản phẩm sấy. Sấy buồng (cabinet dryer hay tray drier): Buồng sấy được cách nhiệt, trong đó có xếo những khay đục lỗ , vật liệu sấy sẽ được đặt trên khay với bề dày từ 2-6 cm. Không khí nóng sẽ được quạt thổi với vận tốc khoảng 0.5-5 m/s qua một hệ thống các ống dẫn và các tấm chắn để định hướng dòng không khí nóng chuyển động theo phương nằm ngang giữa các giá đựng vật liệu. Không khí nóng có thể được gia nhiệt thêm bằng các bộ phận đốt nóng trung gian đặt ở phía trên hay dọc thiết bị. Thiết bị này thường được sử dụng cho quy mô sản xuất nhỏ (khoảng 1-20 tấn/ ngày). Ưu điểm của thiết bị này là cấu tạo đơn giản nhưng nó có nhược điểm là vật liệu sấy không được đảo trộn đều trong quá trình sấy; quá trình truyền nhiệt không đều do những khay tiếp xúc trước với tác nhân sấy sẽ được gia nhiệt trong thời gian dài hơn, vì thế để khắc phục ta phải thường xuyên đổi vị trí các khay với nhau; quá trình không liên tục nên khi nạp vật liệu vào và tháo vật liệu ra tổn thất nhiệt lớn vì phải mở cửa phòng; điều kiện làm việc nặng nhọc không đảm bảo vệ sinh, khó kiểm tra quá trình. Hình 24: Thiết bị sấy xoài Hình 25: Khoai tây sấy Hình 26: Rau quả sấy Thiết bị sấy phun: Thiết bị này thường dùng để sấy các vật liệu dạng lỏng hoạt động theo nguyên tắc phun vật liệu lỏng thành bụi. Quá trình sấy xảy ra nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu đến giới hạn cho phép, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn sau đó không cần nghiền như bột trái cây, sữa bột. Cường độ quá trình sấy trong các thiết bị sấy phun tỷ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc giữa các hạt vật liệu với tác nhân sấy tức là phụ thuộc độ phân tán của vật liệu sấy được phun thành bụi. Người ta dùng một trong ba phương pháp sau đây để phun chất lỏng thành bụi: Ly tâm: cho chất lỏng rơi vào một đĩa quay nhanh 2000-5000 vòng/phút, dưới tác dụng của lực quán tính ly tâm do đĩa quay, chất lỏng bị văng ra thành những hạt nhỏ. Phương pháp này có thể phun chất lỏng nhớt hay huyền phù thành bụi (hạt nhỏ) Cơ khí: dùng những vòi phun trong đó chất lỏng được đẩy bằng bơm áp suất tới 200 at. Để phun đều người ta cấu tạo những vòi phun có đường kính nhỏ hơn 0.5 mm với lưu lượng lớn nhất là 100l/h. Vì vậy những loại này không thích hợp với chất lỏng nhớt và dung dịch huyền phù. Dùng khí nén: nhờ vòi phun trong đó chất lỏng được đẩy bằng khí nén với áp suất từ 2.5-3.5 at. Trong ba phương pháp trên thì ly tâm là hiệu quả nhất nhưng tiêu thụ năng lượng lớn hơn phương pháp cơ khí. Nguyên tắc hoạt động của máy sấy phun bằng ly tâm là: không khí được quạt hút vào bộ phận lọ khí để tách hết bụi bẩn rồi thổi vào caloriphe để gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu sau đó thổi vào phòng sấy, còn dung dịch được tạo bụi qua đĩa ly tâm. Tác nhân sấy và vật liệu sấy có thể đi cùng chiều hay ngược chiều. Các giọt chất lỏng tiếp xúc với tác nhân sấy có nhiệt độ cao (150-3000C) trong khoảng một vài giây để bay hơi hết ẩm tạo thành những hạt bột mịn rơi xuống phễu hình nón rồi được vít tải chuyển về kho chứa sản phẩm. Khí thải sẽ được dẫn vào hệ thống tách bụi cyclon, lọc túi rồi thải ra ngoài. Æ Ưu điểm: thời gian sấy nhanh; sản phẩm thu được dưới dạng bột mịn mà không cần nghiền. Nhờ sấy nhanh nên nhiệt độ của vật liệu không vượt quá nhiệt độ cho phép của nó mặc dù nhiệt độ của tác nhân sấy rất cao. Điều này rất thích hợp cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ. Æ Nhược điểm: kích thước phòng sấy lớn, vận tốc của tác nhân sấy nhỏ do đó cường độ sấy (lượng ẩm bay hơi trong một 1m3 thiết bị trong một đơn vị thời gian) nhỏ (khoảng 2-25kg/m3h); tiêu tốn năng lượng lớn; có bộ phận phức tạp nhất là cơ cấu phun bụi và thu hồi bụi ở khí thải; chỉ thích hợp với sản phẩm không có lẫn tạp chất vì nếu không có thể gây nghẽn đầu phun. Hình 27: Thiết bị sấy phun Hình 28: Bột cà chua sấy phun Hình 29: các loại bột trái cây. Máy sấy sử dụng năng lượng mặt trời (solar drier) Quá trình tách nước sử dụng năng lượng mặt trời là một trong những cách truyền thống được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, hàng năm trên thế giới có khoảng 250 000 000 tấn lượng thực và rau trái được tách nước bằng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên với cách làm truyền thống thì vật liệu sấy được phơi trên sân và thường xuyên đảo trộn cho tới khi đạt đến độ ẩm cần thiết, cách làm này không bảo vệ được sản phẩm khỏi một số tác nhân như bụi bặm, vi sinh vật, côn trùng… Thêm vào đó việc phơi sản phẩm như thế làm kéo dài thời gian sấy dễ dẫn đến sự thay đổi về mặt cấu trúc vật lý như sản phẩm sẽ bị khô, một số cấu tử hương và dinh dưỡng sẽ bị mất đi. Chính vì thế mà sản phẩm sẽ dễ bị hư hỏng trong quá trình bảo quản và thậm chí là không thể dùng làm thực phẩm cho con người. Do vậy người ta đã chế tạo ra một số thiết bị để khắc phục những nhược điểm trên nhưng vẫn tận dụng nguồn năng lượng mặt trời. Hình 30: Thiết bị solar-drier Thiết bị có dạng hình hộp chữ nhật có chiều dài 103 cm, rộng 100 cm, phía sau cao 76 cm và phía trước cao 50 cm được làm bằng các thanh thép. Xung quanh thành trong của thiết bị có các thanh đỡ để đặt các khay vật liệu sấy. Bên ngoài được bao bọc bởi lớp bông thủy tinh cách nhiệt dày 5cm. Một lớp tôn mạ kẽm được đặt phía trên lớp bông thủy tinh và được cố định phía dưới đáy hộp, lớp tôn này sau đó được sơn đen có tác dụng như lớp hấp thụ năng lượng năng lượng mặt trời. Bên trong đặt hai khay, khay dưới cách đáy 15 cm và khay trên cách khay dưới cũng 15 cm. Mặt trong được bọc lớp masonite có giấy nhôm dán phía ngoài để phản chiếu ánh nắng mặt trời từ các phía tăng hiệu quả hấp thu năng lượng của thiết bị. Phía trên cùng là một tấm kiếng trong suốt dày khoảng 4 mm, nghiêng khoảng 150 về phía Nam để hứng ánh sáng. Hai bên hệ thống có các cửa bản lề dùng để nhập và tháo sản phẩm. Phía trước và sau có lỗ để thông thoáng khí với độ mở khác nhau để điều chỉnh nhiệt độ. Toàn bộ hệ thống đặt trên bốn bánh xe nhỏ để dễ di chuyển. Æ Ưu điểm: tận dụng được nguồn năng lượng tự nhiên nên giúp giảm chi phí vận hành và đầu tư, không tốn nguyên liệu, không gây ô nhiễm môi trường. Æ Nhược điểm: phụ thuộc vào điều kiện thời tiết vì vậy thiết bị này chỉ thích hợp sử dụng vào mùa nắng ở các nước nhiệt đới. Bên cạnh đó để làm giảm sự biến đổi về mùi vị, cấu trúc và các giá trị dinh dưỡng của sản phẩm người ta thường kết hợp với quá trình hút chân không, đặc biệt là đối với các sản phẩm dễ bị oxi hóa hay nhạy cảm với nhiệt độ. Hình 31: Cà chua lát được phơi theo cách truyền thống và trong thiết bị solar-drier. THANH TRÙNG: Bản chất: Thực phẩm và nguyên liệu chế biến thực phẩm là môi trường giàu chất dinh dưỡng nên rất dễ nhiễm vi sinh vật. Chúng sử dụng chất dinh dưỡng để thực hiện quá trình trao đổi chất làm thay đổi thành phần hóa học, giá trị cảm quan của thực phẩm và sinh độc tố dẫn đến sản phẩm nhanh chóng bị hư hỏng. Thanh trùng, tiệt trùng là quá trình dùng nước nóng hoặc hơi nước để tiêu diệt hệ vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm và ức chế quá trình sinh tổng hợp đốc tố của chúng đồng thời ức chế enzyme còn trong thực phẩm sau khi chế biến. Trong sản xuất công nghiệp, quá trình thanh trùng thường được thực hiện ở nhiệt độ không lớn hơn 100oC. Khi đó, các vi sinh vật gây bệnh thường bị tiêu diệt. Tuy nhiên, trong thực phẩm thanh trùng có thể còn chứa một số tế bào hoặc bào tử của nhóm vi sinh vật ưa nhiệt và các enzyme bền nhiệt. Quá trình tiệt trùng thường được thực hiện ở nhiệt độ lớn hơn 100oC. Nó tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh vật và vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong thực phẩm. Yêu cầu đối với quá trình thanh trùng, tiệt trùng là đảm bảo an toàn về mặt vi sinh và vẩn giữ được tốt nhất giá trị dinh dưỡng cũng như cảm quan cho sản phẩm. Mục đích Thanh trùng, tiệt trùng được áp dụng phổ biến trong sản xuất đồ hộp rau, trái. Nó là một quá trình quan trọng có tác dụng quyết định đến khả năng bảo quản và chất lượng của thực phẩm. Bảo quản: Trong hầu hết các trường hợp, thanh trùng đều có mục đích bảo quản. Các hệ vi sinh vật trong đồ hộp rau, trái bao gồm vi khuẩn, nấm mốc và nấm men. Trong đó vi khuẩn là hệ vi sinh vật nguy hiểm nhất tiếp theo là nấm mốc (ít thấy trong đồ hộp). Một số loại vi khuẩn thường gặp trong đồ hộp rau, trái: B. mensentericus; B. subtilis; Clostridium sporogenes; Clostridium putrificum;… Nấm men: chủ yếu là Saccharomyces ellipsoides thường gặp trong đồ hộp rau quả có đường. Sự có mặt của các VSV là nguyên nhân chính gây hư hỏng đồ hộp. Dưới tác dụng của nhiệt độ trong quá trình thanh trùng, VSV sẽ bị tiêu diệt. Vì vậy, sản phẩm được bảo quản tốt hơn trong thời gian dài. Các enzyme bị ức chế sẽ không làm xấu màu của sản phẩm đặc biệt là các loại nước ép trái cây. Tăng khả năng thẩm thấu Trong chế biến đồ hộp rau, trái ngâm tẩm, dưới tác dụng của nhiệt độ thanh trùng, vận tốc khuếch tán của các phân tử chất hòa tan tăng lên đồng thời tăng thể tích mao quản của sản phẩm. Vì vậy, dung dịch rót dễ thẩm thấu vào rau, trái giúp rút ngắn thời gian chế biến. Chế biến Trong một số trường hợp, quá trình xử lý ở nhiệt độ cao còn có mục đích chế biến, làm chín sản phẩm. Nhiệt độ làm biến tính protein trong nguyên liệu tăng khả năng tiêu hóa. Tinh bột trong sản phẩm hút nước, trương nở, hồ hóa. Bên cạnh đó có nhiệt độ thúc đẩy một số phản ứng làm thay đổi thành phần hóa học của nguyên lệu tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Biến đổi của nguyên liệu Cũng như các quá trình xử lý nhiệt khác, nhiệt độ là yếu tố làm biến đổi rau, trái. Ngoài những biến đổi có lợi, nó còn gây ra một số ảnh hưởng không mong muốn. Giá trị dinh dưỡng: Vitamin và các thành phần mẫn cảm với nhiệt độ rất dễ bị mất mát ở nhiệt độ cao. Độ tổn thất vitamin C và caroten trong nước ép trái cây giảm xuống trong điều kiện kỵ khí. Thanh trùng ở nhiệt độ thấp trong thời gian dài tổn thất giá trị nhiều hơn chế độ thanh trùng HTST (high-tempereture short-time). Giá trị cảm quan: Các cấu tử mùi rất dễ bay hơi nên có thể bị mất mát khi thanh trùng. Các chất màu ít bị biến đổi hơn. Tuy nhiên, khi gia nhiệt chậm, giai đoạn đầu của quá trình gia nhệt có thể làm tăng phản ứng oxy hóa do enzyme xúc tác khi có mặt oxy làm xấu màu các loại nước ép trái cây. Đối với loại nước quả trong, chế độ thanh trùng có thể làm kết tủa các hợp chất keo giảm giá trị cảm quan của sản phẩm. Cấu trúc: Sự hồ hóa tinh bột, đông tụ protein dưới tác dụng nhiệt làm thay đổi cấu trúc sản phẩm. Xảy ra phản ứng thủy phân protopectin thành pectin hòa tan làm mềm cấu trúc rau, trái. Tuy nhiên nếu không kiểm soát tốt nhệt độ và thời gian xử lý sẽ làm sản phẩm mềm, nhũn quá mức dẫn đến mất cấu trúc mong muốn. Các yếu tố ảnh hưởng: Hệ vi sinh vật trong sản phẩm: Số lượng tế bào VSV trong sản phẩm sẽ ảnh hưởng đến việc chọn giá trị nhiệt độ và thời gian xử lý. Hàm lượng VSV ban đầu càng nhiều thì đòi hỏi nhiệt độ xử lý càng cao và thời gian càng dài để đạt hiệu quả. Thành phần các loài VSV cũng là vấn đề phải quan tâm. Để tiêu diệt các vi sinh vật chịu nhiệt như Bacillus, Clostridium… nhiệt độ xử lý phải lớn hơn 80oC mới đạt hiệu quả cao. Một số vi khuẩn có thể tồn tại trong sản phẩm dưới dạng bào tử. Để tiêu diệt chúng đòi hỏi nhiệt độ phải cao hơn nữa. Thành phần hóa học của rau, trái: Đối với các loại nước ép rau, trái và các sản phẩm đồ hộp dạng lỏng khác, việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian thanh trùng phụ thuộc vào giá trị pH của chúng. Nhóm thực phẩm có giá trị pH cao (pH > 4,5) để đạt được mức độ vô trùng công nghiệp cần phải chọn nhiệt độ xử lý trên 100oC. Ngược lại, với nhóm thực phẩm chua (pH < 4,5) nhiệt độ thanh trùng <100oC. Một số hợp chất hóa học trong thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt khác nhau như đường, muối cũng ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng. Tính chất vật lý của thực phẩm: Đối với các sản phẩm dạng lòng (nước ép, nectar, puree rau, trái), trong quá trình xử lý nhiệt xuất hiện các dòng đối lưu nên quá trình truyền nhiệt nhanh và đạt hiệu quả hơn. Sự truyền nhiệt trong thực phẩm dạng rắn chủ yếu do dẫn nhiệt và một số sản phẩm có độ dẫn nhiệt kém nên thời gian gia nhiệt phải kéo dài. Phương pháp và thiết bị thanh trùng: Khi thanh trùng thực phẩm trong bao bì, các vấn đề như hình dạng, kích thước, vật liệu bao bì sẽ ảnh hưởng đáng kể đến hệ số truyền nhiệt. Trong chế biến đồ hộp rau, trái bao bì có hình dạng cân đối làm xuất hiện các dòng đối lưu trong sản phẩm lỏng, từ đó quá trình truyền nhiệt diễn ra nhanh và hiệu quả hơn. Thanh trùng sản phẩm ngoài bao bì có thể rút ngắn thời gian xử lý. Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng cho loại sản phẩm dạng lỏng và sẽ được đóng trong bao bì giấy vô trùng. Chế độ thanh trùng, tiệt trùng: Việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian thanh trùng phụ thuộc vào các yếu tố nói trên. Nó ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý và các giá trị dinh dưỡng cũng như cảm quan của thực phẩm. * Công thức thanh trùng đồ hộp: P(a – A – B – C)/T Trong đó: A: thời gian nâng nhiệt độ B: thời gian giữ nhiệt độ C: thời gian hạ nhiệt độ a: thời gian xả hơi nước P: áp suất đối kháng giúp hộp khỏi biến dạng T: nhiệt độ thanh trùng Thiết bị Thiết bị thanh trùng ngoài bao bì Xử lý sản phẩm dạng lỏng, sau đó rót trong điều kiện vô trùng vào bao bì giấy vô trùng (ví dụ bao bì tetrapak). Gồm có thiết bị thanh trùng gia nhiệt gián tiếp hay trực tiếp. Trong lĩnh vực chế biến rau, trái chủ yếu xử dụng các thiết bị gia nhiệt gián tiếp. Thiết bị dạng bảng mỏng. Thiết bị ống lồng ống. Thiết bị dạng ống có cánh khuấy. Thiết bị dạng bản mỏng: Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật, rất mỏng và được làm bằng thép không gỉ. Mỗi tấm bảng có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Khi ghép các tấm bảng lại với nhau trên bộ khuung của thiết bị sẽ hình thành hệ thống đường vào và ra của thực phẩm và tác nhân gia nhiệt. Thực phẩm lần lượt đi qua các vùng gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Có thể bố trí để sản phẩm đi ra ở vùng làm nguội trao đổi nhiệt với sản phẩm đi vào ở vùng gia nhiệt. Thiết bị dạng bảng mỏng truyền nhiệt hiệu quả nhưng phạm vi ứng dụng hẹp. Nó chỉ thích hợp với những sản phẩm dạng lỏng có độ nhớt không cao (nước ép trái cây trong hoặc đục), không phù hợp với sản phẩm dạng huyền phù … Hình 32: Thiết bị dạng bảng mỏng Thiết bị dạng ống lồng ống: : Hình 33 : Thiết bị dạng ống Có hai dạng: Thiết bị gồm những ống hình trụ lồng vào nhau trong đó sản phẩm và tác nhân gia nhiệt đi trong các ống xen kẽ nhau. Thiết bị gồm một ống lớn và chùm ống nhỏ bên trong, sản phẩm đi trong những ống nhỏ và tác nhân gia nhiệt đi ngoài ống lớn. Tác nhân gia nhiệt và sản phẩm có thể đi cùng chiều hay ngược chiều nhau. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có thể sử dụng để thanh trùng hoặc tiệt trùng thực phẩm dạng huyền phù (nectar, puree). Kích thước tối đa các hạt của pha phân tán phụ thuộc vào ống dẫn trong hệ thống thiết bị. Tuy nhiên, sự truyền nhiệt trong thiết bị dạng ống kém hiệu quả hơn trong thiết bị dạng bảng mỏng. Thiết bị dạng ống có cánh khuấy: Hình 34: Thiết bị dạng ống có cánh khuấy Thiết bị gồm hai ống hình trụ đồng trục có đường kính khác nhau đặt lồng vào nhau. Trục là roto có gắn cánh khuấy và một số thanh chắn theo phương thẳng đứng. Thiết bị này thích hợp cho những thực phẩm dạng lỏng có độ nhớt cao (nước trái cây cô đặc) hay thực phẩm dạng huyền phù. Thực phẩm được bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía đáy thiết bị và được thoái ra ở đỉnh. Ngược lại, tác nhân gia nhiệt được nạp vào từ đỉnh theo khoảng không gian giữa hai thân trụ và tháo ra phía gần đáy. Việc lựa chọn đường kính của roto phụ thuộc vào kích thước các hạt phân tán trong thực phẩm. Thông thường, người ta sử dụng roto có đường kính từ 50,8 – 127mm. Thiết bị thanh trùng trong bao bì: Thiết bị thanh trùng liên tục tunnel Hình 35 :Thiết bị thanh trùng tunnel Sản phẩm rau, trái đóng trong bao bì liên tục đi qua các vùng có nhiệt độ khác nhau tương ứng với các giai đoạn gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Nước ở mỗi vùng có nhiệt độ khác nhau và được thu hồi vào các bể riêng. Để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, nước ở vùng làm nguội có thể dùng để gia nhiệt sơ bộ cho sản phẩm. Loại thiết bị này hoạt động liên tục thích hợp với nhà máy có năng suất lớn. Ưu điểm của nó là sử dụng được cho nhiều loại bao bì khác nhau. Nhựợc điểm là không có sự đảo trộn cơ học nên hiệu quả truyền nhiệt không cao, thời gian xử lý dài. Nhiệt độ thanh trùng không cao <100oC Hình 36: Thiết bị thanh trùng tunnel Thiết bị thanh trùng, tiệt trùng gián đoạn Hình 37: Thiết bị đặt đứng Hình 38: Thiết bị nằm ngang Sản phẩm được nạp vào thiết bị trong các giỏ lưới. Tác nhân gia nhiệt có thể là nước được đun nóng hay hơi hoạt động ở các chế độ nhiệt độ khác nhau tùy sản phẩm. Nồi đun cách thủy có nhiệt độ nhỏ hơn 100oC dùng để thanh trùng. Sản phẩm được nạp vào thiết bị sau đó cho nước nóng vào và giữ nhiệt một thời gian. Khi thời gian thanh trùng đạt yêu cầu, nước nóng được tháo ra để cho nước lạnh vào làm nguội sản phẩm. Sản phẩm được lấy ra sau khi đã tháo nước lạnh. Thiết bị dùng hơi nước hoạt động trong điều kiện áp suất cao hơn áp suất khí quyển để tiệt trùng sản phẩm ở nhiệt độ cao. Sau khi cho thực phẩm vào và đóng kín thiết bị. Hơi nước được nạp vào đến áp suất yêu cầu. Sau thời gian tiệt trùng, không khí lạnh được cho vào để tạo áp suất đối kháng tránh hiện tượng biến dạng hộp rồi xả hơi từ từ. Nước lạnh được cho vào để làm nguội thực phẩm. Sau khi tháo nước lạnh, sản phẩm được lấy ra và làm khô. Một số sản phẩm có qua thanh trùng: Hình 39: Một số sản phẩm CÔ ĐẶC: Giới thiệu chung: Cô đặc là quá trình tách nước ra khỏi nguyên liệu dạng lỏng. Đây là quá trình có nhiều ứng dụng trong chế biến thực phẩm. Cô đặc khác với quá trình tách nước (dehydration), dựa trên sự khác nhau về hàm lượng cuối cùng có trong sản phẩm và tính chất của sản phẩm. Nhìn chung, sản phẩm cô đặc vẫn ở trạng thái lỏng, trong khi sấy tạo ra các sản phẩm rắn hay bán rắn với hàm lượng nước thấp. Nguyên liệu đầu vào của quá trình: thực phẩm dạng lỏng. Tính chất của sản phẩm đầu ra: hàm lượng nước thông thường trên 20- 30 %, sản phẩm vẫn còn ở dạng lỏng. Thực phẩm cô đặc có hàm lượng chất khô cao do đó tăng thời gian bảo quản sản phẩm, tăng giá trị dinh dưỡng. Thêm vào đó là việc giảm chi phí năng lượng cho vận chuyển. Tăng hiệu quả của các quá trình tiếp theo trong quy trình sản xuất đối với trường hợp cô đặc có mục đích công nghệ là chế biến. Một số kỹ thuật có thể dùng trong cô đặc thực phẩm dạng lỏng ở quy mô công nghiệp như cô đặc bốc hơi, cô đặc kết tinh và cô đặc dùng membrane. Cô đặc kết tinh là một kỹ thuật được phát triển từ một số thập kỷ qua mặc dù phạm vi ứng dụng của nó trong thực phẩm còn hạn chế. Cô đặc bốc hơi liên quan đến việc tách nước bằng bay hơi. Đây là phương pháp được ứng dụng nhiều trong thực phẩm. Úng dụng đầu tiên là để cô đặc nước ép trái cây (nước cam), nước ép rau trái (paste tomatoes, purees), và sản phẩm từ sữa. Nó cũng được ứng dụng cô đặc dung dịch đường và muối trong tinh chế, và để sản xuất kẹo cứng từ syrup đường nồng độ cao. Trong sản xuất jam và jelly, nước trái cây có đường hoặc puree để tăng tính ổn định trong thời gian bảo quản, ức chế sự phát triển của vi sinh vật và đem lại cấu trúc như mong muốn. Cô đặc bằng membrane là kỹ thuật đang được phát triển nhanh chóng. Cơ sở của quá trình là sự khác nhau trong khả năng thấm qua được lỗ màng do sự khác nhau về kích thước phân tử. Những phân tử nhỏ hơn chiu qua màng dễ dàng hơn, cho phép quá trình phân chia xảy ra. Bởi vì nước là phân tử nhỏ nhất trong thực phẩm nên quá trình phân chia dễ dàng thực hiện được.. Hình 40: Cô đặc bằng membrane Cô đặc kết tinh là một kỹ thuật liên quan khá mới. Nước được kết tinh một phần để tạo ra các tinh thể đá pha trộn trong dung dịch. Phân riêng các tinh thể đá được thực hiện bằng kỹ thuật rửa (washing technique). Ứng dụng hiện tại của cô đặc kết tinh được giới hạn trong nước ép quả, coffee, dịch trích trà, bia. Ứng dụng của nó bị giới hạn nguyên nhân là do giá thành quá cao. Nên chỉ những sản phẩm có yêu cầu cao về giá trị dinh dưỡng, mùi vị mới là ứng cử viên của phương pháp này. Ở đây trong phạm vi của quá trình xử lý nhiệt ta xét hai quá trình cô đặc kết tinh và cô đặc bốc hơi. Cô đặc bốc hơi: Người ta tạo chân không trong thiết bị cô đặc để giảm nhiệt độ bốc hơi của nước. Do đó làm giảm tổn thất các cấu tử nhạy cảm với nhiệt độ, và những biến đổi không mong muốn của sản phẩm do nhiệt độ cao. Vì thế cải thiện chất lượng sản phẩm về mặt dinh dưỡng cũng như cảm quan so với phương pháp cô đặc dưới áp suất thường. Để giảm tới mức thấp nhất các tổn thất do nhiệt độ, điều cần thiết là phải giảm thời gian cô đặc mà vẫn đảm bảo nồng độ cuối cùng của sản phẩm. Các yêu cầu cần thiết để tối ưu hoá một qúa trình cô đặc bốc hơi: Tốc độ truyền nhiệt nhanh. Nhiệt độ quá trình thấp (tạo áp suất chân không thích hợp) Đảm bảo đạt được nồng độ sản phẩm cuối cùng. Sử dụng năng lượng hiệu quả và có biện pháp thu hồi nhiệt thích hợp. Ngoài ra cấu tạo thiết bị, quá trình vận hành cũng phải đảm bảo vệ sinh an toàn cho sản phẩm. Tốc độ gia nhiệt nhanh là để giảm thời gian sản phẩm ở nhiệt độ cao. Trong hầu hết các thiết bị bốc hơi có hiệu quả cao, chất lỏng được chảy dưới dạng màng mỏng (thin film) với vận tốc lớn. Điều này cho phép gia tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, tăng hệ số truyền nhiệt K. Độ nhớt của dung dịch là một yếu tố quan trọng, độ nhớt cao sẽ làm giảm đáng kể K. Sử dụng những thiết bị hiện đại, nồng độ khoảng 80% chất rắn có thể dễ dàng đạt được với thời gian gia nhiệt nhỏ hơn một phút. Để giảm nhiệt độ bốc hơi, người ta thường tạo chân không trong thiết bị. Điều này thực hiện là do sự cân bằng giữa điểm sôi và áp suất, khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của chất lỏng cũng giảm. Một trong những ưu điểm chính của phương pháp này là có nhiều sự lựa chọn cho giải pháp sử dụng và thu hồi năng lượng hiệu quả. Tác nhân gia nhiệt không còn là một nguồn năng lượng mắc tiền như trước, sự liên kết giữa các thiết bị cô đặc (trong cô đặc nhiều nồi) cho phép việc tiết kiệm năng lượng tối ưu nhất. Một số thiết bị được dùng trong công nghiệp thực phẩm: Thiết bị cô đặc ống ngắn (short-tube evaporators) Thiết bị cô đặc thẳng đứng ống dài (long _ tube evaporators): Màng chảy ngược (rising film) Màng chảy xuôi (falling film) Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức (forced- circulation evaporators) Thiết bị cô đặc màng mỏng có cánh khuấy (agitated- film evaporators) Thiết bị cô đặc bản mỏng (plate evaporators): Màng chảy ngược (rising film) Màng chảy xuôi (falling film) Thiết bị cô đặc ống ngắn (short-tube evaporators): Hình 41: Thiết bị cô đặc ống ngắn. Thiết bị cấu tạo gồm hai phần: buồng bốc và buồng đốt. Bên trong buồng bốc có các ống truyền nhiệt, chiều dài khoảng vài mét. Tác nhân gia nhiệt sẽ đi ở phía bên ngoài ống trao đổi nhiệt với dung dịch tuần hoàn bên trong ống truyền nhiệt. Buồng bốc làm nhiệm vụ phân tách hơi nước bốc lên với các giọt lỏng dung dịch bị cuốn theo. Ở thiết bị này, quá trình tuần hoàn dung dịch là tự nhiên do sự chêch lệch về khối lượng riêng của chất lỏng ở những chỗ có nhiệt độ khác nhau. Dạng thiết bị này hiện nay rất ít được ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, bởi những lý do khả năng truyền nhiệt kém cũng như thời gian cần thiết cho để đạt được nồng độ. Tuy nhiên hiện nay người ta còn dùng trong công nghiệp sản xuất đường tinh luyện. Thiết bị cô đặc thẳng đứng ống dài (long _ tube evaporators): Hình 42: Màng chảy xuôi (falling film) Hình 43: Màng chảy ngược (rising film) Thời gian cô đặc giảm đáng kể khi sử dụng 2 dạng thiết bị trên. Ở bên trong các ống truyền nhiệt, một màng mỏng chất lỏng được hình thành trên bề mặt. Với sự khác biệt này hiệu quả quá trình truyền nhiệt được cải thiện. Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức (forced- circulation evaporators): Hình 44: Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức. Thường áp dụng cho những mẫu lỏng có độ nhớt cao, hàm lượng chất khô lớn, khả năng tuần hoàn tự nhiên kém. Bơm được sử dụng để tăng tốc độ tuần hoàn của nguyên liệu trong thiết bị. Thiết bị cô đặc màng mỏng có cánh khuấy (agitated- film evaporator) Hình 45: Thiết bị cô đặc màng mỏng có cánh khuấy Cấu tạo thiết bị gồm 1 ống hình trụ, ở giữa là trục (rotor) có gắn nhiều cánh khuấy (pendulum blades), xung quanh ống có lớp vỏ áo gia nhiệt. Nguyên liệu được nhập theo phương tiếp tuyến ở phía trên của thiết bị, sau đó chảy xuống theo chu vi của ống. Nhờ có hệ thống cánh khuấy, chất lỏng được trải đều trên bề mặt truyền nhiệt. Lượng nước bốc hơi sẽ đi lên khoảng không gian bên trên thiết bị và sau đó thoát ra ngoài. Sản phẩm đạt nồng độ yêu cầu được lấy ra ngoài theo cửa dưới. Thiết bị thích hợp cho những sản phẩm có nồng độ chất khô cao, có thể lên tới 98% đối với dung dịch đường và 50-60% đối với puree rau trái. Thiết bị cô đặc bản mỏng (plate evarporator): Hình 46: Thiết bị cô đặc bản mỏng Tương tự như các thiết bị trên, điểm khác biệt duy nhất ở thiết bị này là buồng đốt cấu tạo giống như thiết bị thanh trùng- tiệt trùng dạng bản mỏng. Tác nhân gia nhiệt và dung dịch cần cô đặc đi xen kẽ giữa các bản mỏng bằng kim loại. Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị rất ngắn nhưng sản phẩm ra có thể đạt nồng độ cao. Thiết bị cô đặc nhiều nồi: Để tiết kiệm chi phí năng lượng, gia tăng nồng độ chất khô của sản phẩm, trong công nghiệp người ta thường ghép nhiều nồi cô đặc lại với nhau. Sau đây là mô hình hệ thống gồm 2 nồi cô đặc: Hình 47: Thiết bị cô đặc nhiều nồi Người ta chỉ cung cấp hơi đốt cho nồi thứ nhất. Nguyên liệu cũng được nhập vào nồi thứ nhất. Tác nhân gia nhiệt đi ở phía bên ngoài ống truyền nhiệt trao đổi nhiệt với dung dich cần cô đặc đi bên trong ống. Sản phẩm tháo ra ở đáy của nồi 1 là nhập liệu cho nồi thứ 2. Hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là tác nhân gia nhiệt cho nồi 2. Cuối cùng sản phẩm được lấy ra ở đáy của nồi 2. Ở phạm vi quy mô công nghiệp, người ta thường ghép từ 3-7 nồi. Nhược điểm của mô hình là phức tạp trong vận hành, tốn chi phí đầu tư ban đầu. Nhưng dạng thiết bị này rất phổ biến trong quy mô công nghiệp bởi những lý do như khả năng đáp ứng nồng độ cho sản phẩm, tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành. Cô đặc kết tinh: Nguyên tắc: Gồm 2 giai đoạn: Dung dịch cần cô đặc được làm lạnh xuống nhiệt độ mà tại đó xuất hiện các tinh thể đá trong lòng dung dịch. Sau đó bằng phương pháp cơ học tách các tinh thể đá, phần dung dịch còn lại sẽ có nồng độ chất khô cao hơn. Phương pháp này có ưu điểm nổi trội hơn các phương pháp khác về chất lượng sản phẩm. Quá trình được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, không có bề mặt bay hơi. Vì thế không làm tổn thất các cấu tử dễ bay hơi, biến đổi các thành phần mẫn cảm với nhiệt, sản phẩm giữ được hương vị ban đầu. Tuy nhiên chi phí cho hệ thống cô đặc kết tinh cao hơn các hệ thống khác rất nhiều, nên giảm khả năng cạnh tranh. Một khuyết điểm khác là giới hạn nồng độ cô đặc. Do sự gia tăng độ nhớt ở nhiệt độ thấp, nồng độ cao, cực kỳ khó khăn để tách triệt để các tinh thể đá ra khỏi dung dịchè tổn thất sản phẩm, giảm hiệu suất quá trình. Cô đặc kết tinh đóng vai trò quan trọng trong nhiều chủng loại thực phẩm, mặc dù không là tất cả. Các loại này bao gồm nước quả, sản phẩm sữa, giấm, dịch trích từ trà, cà phê, bia, rượu. Và các chế phẩm hương khác. Cô đặc nước uống có cồn là một lĩnh vực mà cô đặc kết tinh được ưu tiên hơn hẳn so với các phương pháp khác. Sau đây là mô hình hệ thống thiết bị cô đặc kết tinh: Hình 48: Thiết bị cô đặc kết tinh Dung dịch đầu vào được cho vào thiết bị làm lạnh trực tiếp hoặc gián tiếp. Đây là giai đoạn quan trọng, nhìn chung ta phải kiểm soát chặt chẽ. Các tinh thể đá tạo ra phải có độ đồng đều về kích thước khoảng 400-500 μm. Thường các hạt hình cầu cho khả năng phân tách tối ưu nhất. Thiết bị có hai dạng: Làm lạnh trực tiếp (direct-contact freezers): đây là phương pháp khá đơn giản và hiệu quả. Tác nhân lạnh như Freons, butanes, CO2 bốc hơi trực tiếp trong sản phẩm. Kỹ thuật này được ứng dụng nhiều trong sản xuất nước tinh khiết từ nước có chứa muối (saline water). Trong trường hợp này sản phẩm là những tinh thể đá được tạo thành, với hàm lượng muối thấp. Trong thực phẩm phương pháp này hiện nay không sử dụng. Tác nhân lanh bay hơi trực tiếp trong sản phẩm đã gây ra tổn thất lớn về mùi vị sản phẩm. Làm lạnh gián tiếp (indirect-contact freezers): tác nhân lạnh chảy và bốc hơi ở phía bên trong ống bên trong, sản phẩm nằm ở khoảng không gian của hai ống. Phương pháp này cho phép giữ được mùi, vị của sản phẩm nên hiện nay được ứng dụng trong thực phẩm. Hình 49: Indirect-contact freezers LẠNH: Bản chất: Quá trình lạnh đông thực phẩm là quá trình hạ thấp nhiệt độ của thực phẩm để nước trong thực phẩm bị đóng băng. Trong công nghệ chế biến rau quả thì rau quả thường bị đóng băng đến nhiệt độ -18oC. Phương pháp lạnh đông phổ biến nhất hiện nay, đó là phương pháp lạnh đông IQF: IQF là phương pháp lạnh đông trực tiếp riêng biệt từng miếng hoặc những phần có kích thước nhỏ trong một thời gian cực nhanh. Tác nhân lạnh đông là chất sẽ bị chuyển pha khi hấp thụ nhiệt của thực phẩm để làm lạnh đông thực phẩm. Các tác nhân lạnh đông thường sử dụng là N2 lỏng và CO2 lỏng. Nitơ lỏng: Nitơ lỏng có nhiệt độ hóa lỏng rất thấp, ở -1960C. Nitơ lỏng thường áp dụng cho thiết bị có băng tải dạng thẳng, ít khi áp dụng cho dạng xoắn ốc. Nitơ lỏng áp dụng cho phương pháp tầng sôi, phun và đặc biệt duy nhất sử dụng trong phương pháp nhúng. Nitơ lỏng được nén lại trong các ống bằng thép không gỉ. Khi thoát ra khỏi các ống, Nitơ sẽ lập tức hóa thành hơi. Nguồn khai thác Nitơ lỏng thường từ quá trình thu O2 lỏng trong công nghiệp sản xuất bình oxy trong y tế. CO2 lỏng: CO2 lỏng có nhiệt độ hóa lỏng thấp -780C. CO2 lỏng áp dụng cho thiết bị có băng tải thẳng và nhất là băng tải dạng xoắn ốc. CO2 lỏng áp dụng cho phương pháp tầng sôi, và phun. CO2 lỏng được nén lại trong các ống bằng thép không gỉ. Khi thoát ra khỏi các ống, CO2 sẽ lập tức hóa hơi. Nguồn khai thác CO2 lỏng thường trong công nghệ sản xuất cồn. Bảng 1 : So sánh giữa Nitơ lỏng và CO2 lỏng N2 lỏng CO2 lỏng Nhiệt độ hóa lỏng (0C) -196 -78 Khối lượng riêng(kg/m3) 748 937 Được nén bảo quản ở(psi) 40 300 Nhiệt hóa hơi(BTUs/lb) 86 120 Nhiệt thăng hoa(BTUs/lb) N/A 246 Chú thích : 1 BTUs = 1055J; 1 lb = 0,45kg Ưu điểm của phương pháp lạnh đông IQF: Quá trình lạnh đông IQF giảm thời gian lạnh đông sản phẩm xuống còn 3 phút tới 10 phút.(Chỉ bằng 1/60 so với phương pháp lạnh đông thông thường). Quá trình này làm tăng năng suất lên khoảng 30 – 40 lần. Quá trình lạnh đông IQF làm giảm hao hụt sản phẩm 3 – 4 lần so với bảo quản lạnh đông thông thường. Vì sản phẩm khi làm lạnh nhanh sẽ tạo các tinh thể đá rất nhỏ nên sự va chạm giữa các tinh thể đá rất yếu sẽ ít làm rách màng tế bào vì thế trong quá trình rã đông sẽ ít bị chảy nước làm tổn thất. Sản phẩm sau khi lạnh đông IQF đảm bảo hầu như nguyên vẹn phẩm chất tươi sống của nguyên liệu ban đầu. Vì sản phẩm khi lạnh đông chỉ tạo các tinh thể đá nhỏ nên không làm rách màng tế bào, phá vỡ cấu trúc mô tế bào. Quá trình lạnh đông IQF còn tạo nên sự đa dạng về sản phẩm thực phẩm. Hình 50: Cấu trúc mô tế bào thực vật a. Khi lạnh đông thông thường. b. Khi lạnh đông nhanh. Mục đích: Chế biến: Quá trình lạnh đông có mục đích chế biến vì có thể làm thay đổi một số chỉ tiêu về cảm quan của thực phẩm, một số sản phẩm lạnh đông sau khi rã đông có thể ăn ngay (ready to eat). Bảo quản: Quá trình lạnh đông còn có mục đích bảo quản vì có thể ức chế sự hoạt đông của enzyme và các vi sinh vật. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: Trong quá trình này có thể có sự tăng thể tích do nước đóng băng hoặc sự thay đổi tỉ trọng của sản phẩm. Ngoài ra còn có sự thay đổi cấu trúc của sản phẩm: một số sản phẩm có cấu trúc mềm (như các loại rau quả nguyên trái) hoặc dạng lỏng (purée hay nước ép) sẽ chuyển thành dạng rắn cứng. Hóa lý: Trong quá trình này có sự chuyển pha của nước từ pha lỏng thành pha rắn. Ngoài ra, lipid cũng bị đóng rắn trong quá trình này. Hóa sinh: Một số enzyme lipase vẫn còn có thể hoạt động làm oxy hóa một phần lipid. Vi sinh: Nhiệt độ thấp làm ức chế hoạt động của các vi sinh vật. Các yếu tố ảnh hưởng: Nguyên liệu: Việc thực hiện lạnh đông IQF đòi hỏi các nguyên liệu phải được xử lý thành từng miếng rời và có kích thước nhỏ để đảm bảo việc đóng băng sản phẩm từ ngoài gian bào cho đến bên trong tế bào để hạn chế việc thoát nước từ trong tế bào ra ngoài gian bào.  Bảng 2 : Một số tiêu chuẩn về kích thước sản phẩm lạnh đông IQF của rau của FAO Rau Hàm ẩm(%) Khả năng giữ ẩm % Enthalpy (BTU/lb) KHOAI TÂY Nguyên quả, 25mm Miếng dạng khối, 10mm 78 70 80 158 175 ĐẬU CÔVE Từng miếng, 13-30mm Từng lát, 4mm Nguyên quả 89 100 80 90 180 BẮP Từng hạt 74 90 150 MĂNG 25mm 93 70 188 DƯA CHUỘT Từng lát 3mm 96 80 195 CÀ CHUA 30mm 95 70 192 NẤM (Chưa làm trắng) Từng lát, 4mm Nguyên miếng, 25mm 92 60 90 185 CẢI BÔNG XANH Từng miếng nhỏ, 30mm Một cành, 100mm 90 80 80 181 CÀ RỐT Từng lát, 6mm, Từng miếng, 10mm Cà rốt Baby, nguyên quả 50x20mm 88 80 80 90 178 Bảng 3 :Một số tiêu chuẩn về kích thước sản phẩm lạnh đông IQF của sản phẩm trái của FAO Trái Hàm ẩm(%) Khả năng giữ nước(%) Enthapy(BTUs/lb) TÁO Từng miếng, 13mm 84 80 170 MƠ 40mm 89 60 NHO 20mm 82 80 166 VẢI 4 gr 15 gr 83 75 65 XOÀI Từng miếng 10 mm Từng lát 5mm 82 70 65 MẬN Nguyên quả, 35mm Nửa quả, 20mm 86 80 60 174 DỨA Từng miếng, 10 x 20mm 85 70 172 ĐU ĐỦ Từng miếng10mm 91 75 ĐÀO Từng miếng 15mm 87 65 Thiết bị: Vật liệu để làm băng tải trong quá trình lạnh đông IQF phải có tính trơ về mặt hóa học cũng như không có tính dính với sản phẩm sau khi lạnh đông. Thông thường người ta sử dụng 2 loại vật liệu để làm băng tải vì tính trơ của nó. Vật liệu thứ nhất đó là plastic với 2 chất thường dùng là polyurethane và polystyrene, vật liệu thứ hai là thép không gỉ. Thiết bị dạng xoắn ốc có thời gian lưu của sản phẩm lâu hơn với thiết bị dạng hầm. Phương pháp thực hiện: Phương pháp nhúng có thời gian làm lạnh nhanh nhất, và có độ đồng đều sản phẩm tốt hơn. Phương pháp phun ít làm tổn hao về cấu trúc nguyên liệu hơn, nhưng thời gian làm lạnh chậm hơn, sản phẩm không đồng đều. Phương pháp thực hiện: Phương pháp lạnh đông IQF có thể thực hiện theo các cách như sau: Phương pháp nhúng trực tiếp(immersion): từng miếng nguyên liệu được đặt trên băng tải liền hoặc trên những khay rồi nhúng vào dung dịch tác nhân lạnh. Phương pháp phun chất lỏng(Spraying): từng miếng nguyên liệu được đặt trên băng tải và di chuyển qua hầm(tunnel) hoặc di chuyển xoắn ốc(spiral) và tác nhân lạnh sẽ được phun lên nguyên liệu. Tạo tầng sôi(Fluidisation): nguyên liệu di chuyển bằng băng tải liền hoặc khay.Trong vùng làm lạnh, tác nhân lạnh sẽ thổi từ dưới lên tạo lớp tầng sôi. Băng tải có khe rất nhỏ để tác nhân lạnh thổi qua. Thiết bị lạnh đông IQF dạng hầm (tunnel): Thiết bị lạnh đông IQF dạng hầm(tunnel) với băng tải khay: Nguyên lý hoạt động: Thiết bị được chia làm 2 chặng bằng 2 băng tải di chuyển ngược chiều nhau. Chặng 1: Mạ băng sản phẩm để làm giảm sự thất thoát nước và phân riêng từng miếng.Tác nhân làm lạnh là hơi lạnh từ chặng 2 hồi lưu. Chặng 2: Từng sản phẩm từ chặng 1 được chuyển tiếp bằng băng tải qua chặng 2 và rớt vào từng khay. Từng khay sẽ được đưa vào buồng làm lạnh theo phương pháp tầng sôi. Hơi lạnh được thổi từ dưới lên và tạo trạng thái tầng sôi. Hơi lạnh bốc lên sẽ được hồi lưu qua chặng 1. Áp dụng cho cả 2 tác nhân lạnh: nitơ lỏng và CO2 lỏng. Hình 51: Nguyên lý hoạt động của thiết bị IQF dạng hầm với băng tải khay Hình 52: Dàn lạnh của thiết bị IQF dạng hầm với băng tải khay Hình 53: Bộ phận băng tải của thiết bị IQF dạng hầm với băng tải khay Năng suất thiết bị: Nằm trong khoảng 500 – 3500kg/h tùy thuộc vào dạng nguyên liệu và tác nhân làm lạnh. Thông số kỹ thuật: Yêu cầu kích thước nguyên liệu: Đối với dạng viên hoặc hạt: đường kính d = 5 - 50mm. Đối với dạng miếng: chiều dài l = 5 – 20mm, chiều rộng b = 5 – 7mm. Thời gian lưu sản phẩm trong thiết bị t = 5 – 10 phút. Thiết bị làm lạnh với nhiệt độ làm lạnh là t0C = 1960C với Nitơ lỏng và t0C =-780C với CO2 lỏng. Chiều dài băng tải lbăng tải = 6m. Kích thước lỗ tầng sôi với đường kính d = 3 -4 mm. b. Thiết bị lạnh đông IQF dạng hầm(tunnel)với băng tải liền. Nguyên lý hoạt động. Thiết bị được chia làm 2 chặng(vùng) với 2 băng tải cùng chiều. Chặng 1: Đây là giai đoạn mạ băng sản phẩm. Chặng 2: Sản phẩm được rớt từ băng tải 1 sang băng tải 2. Tại đây sản phẩm sẽ làm lạnh kiểu tầng sôi. Áp dụng cho Nitơ lỏng và CO2 lỏng. Hình 54: Nguyên lý hoạt động của thiết bị IQF(tunnel) băng tải liền Hình 55: Bộ phận băng tải của thiết bị IQF tunnel băng tải liền Năng suất thiết bị: Thiết bị có năng suất nhỏ: 500 – 1500 kg/h tùy thuộc vào nguyên liệu và tác nhân làm lạnh. Thông số kỹ thuật: Yêu cầu kích thước nguyên liệu: Đối với dạng viên hoặc hạt: đường kính d = 5 - 50mm. Đối với dạng miếng:chiều dài l = 5 – 20mm, chiều rộng b = 5 – 7mm. Thời gian lưu sản phẩm trong thiết bị t = 5 – 10 phút. Thiết bị làm lạnh với nhiệt độ làm lạnh t0C = -1960C với Nitơ lỏng và t0C = -780C với CO2 lỏng. Chiều dài băng tải 1 lbăngtải = 2m, chiều dài băng tải 2 là lbăng tải = 4m. Kích thước lỗ tầng sôi d = 3 -4 mm. Thiết bị lạnh đông IQF tunnel dạng nhúng. Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu được băng tải dạng liền hoặc khay di chuyển qua một bể chứa dung dịch tác nhân lạnh Nitơ lỏng. Thiết bị này được áp dụng đối với nhiều loại sản phẩm đặc biệt là sản phẩm dạng purée. Thiết bị IQF này chỉ áp dụng với đối với Nitơ lỏng.Vì nếu áp dụng với CO2 lỏng thì khi CO2 lỏng ra khỏi các ống nén thì sẽ ở dạng bọt vì thế sẽ không nhúng được. Hình 56 : Thiết bị lạnh đông IQF tunnel dạng nhúng Hình 57: Thiết bị lạnh đông IQF dạng nhúng kết hợp với phun Năng suất thiết bị. Thiết bị có năng suất nhỏ: 500 – 1000 kg/h. Thông số kỹ thuật. Yêu cầu kích thước nguyên liệu: Đối với dạng viên hoặc hạt:đường kính d = 5 - 50mm. Đối với dạng miếng:chiều dài l = 5 – 20mm, chiều rộng b = 5 – 7mm. Thời gian lưu sản phẩm trong thiết bị t= 5 – 10 phút. Thiết bị có nhiệt độ làm lạnh là t0C= -1960C với Nitơ lỏng. Chiều dài băng tải lbăng tải = 4m. 5.2. Thiết bị lạnh đông IQF dạng xoắn ốc(Spiral). Nguyên lý hoạt động: Thiết bị có băng tải di chuyển theo đường xoắn ốc và tạo ra nhiều tầng. Tại mỗi tầng sẽ có những đầu phun tác nhân lạnh. Mục đích của thiết bị này là tiết kiệm diện tích đặt thiết bị. Nguyên liệu vào đầu ở dưới và ra ở phía trên. Nguyên liệu và sản phẩm có thể vào và ra cùng chiều hoặc ngược chiều. Thường áp dụng cho nguyên liệu dạng miếng. Áp dụng cho Nitơ lỏng và CO2 lỏng nhưng thường sử dụng đối với CO2 lỏng vì thiết bị này có băng tải dài nên thời gian lưu sản phẩm lâu hơn phù hợp với CO2 lỏng để tiết kiệm chi phí so với Nitơ lỏng. Hình 58: Thiết bị IQF dạng xoắn ốc Hình 59: Các dạng đặt lắp đặt đường đi của băng tải thiết bị IQF xoắn ốc: 1.Đầu vào. 2. Đầu ra. Hình 60 : Thiết bị lạnh đông dạng xoắn ốc bên ngoài Năng suất thiết bị: Thiết bị có năng suất: 500 – 2000kg/h. Thông số kỹ thuật: Áp dụng đối với dạng miếng:chiều dài l = 5 – 20mm, chiều rộng b = 5 – 7mm. Thời gian lưu sản phẩm trong thiết bị t = 7 – 10 phút. Thiết bị có nhiệt độ làm lạnh t0C= -780C với tác nhân CO2 lỏng. Sản phẩm: Sản phẩm rau quả lạnh đông có thể phân thành các loại như sau: Các sản phẩm lạnh đông IQF dạng nguyên trái. Sản phẩm lạnh đông IQF dạng từng miếng. Sản phẩm lạnh đông IQF dạng purée.(dạng viên) Điều kiện hoàn tất quá trình rã đông của sản phẩm lạnh đông: Đối với dạng lạnh đông nguyên trái, quá trình rã đông kết thúc khi nhiệt độ của quả lên đến 20oC. Đối với dạng lạnh đông từng miếng, quá trình rã đông kết thúc khi có thể tách rời từng miếng ra một các dễ dàng. Đối với dạng lạnh đông purée, quá trình rã đông kết thúc khi khối đông chuyển sang dạng lỏng. Sau đây là một số sản phẩm rau quả lạnh đông: Hình 61: Rau quả lạnh đông IQF dạng nguyên trái. Hình 62: Rau quả lạnh đông IQF dạng miếng. Hình 63 : Rau quả lạnh đông IQF dạng purée. SẤY THĂNG HOA: Bản chất: Quá trình sấy thăng hoa là quá trình giảm ẩm của vật liệu sấy, trong đó có sự thăng hoa của nước từ trạng thái rắn sang trạng thái khí. Quá trình sấy thăng hoa có thể chia thành 2 giai đọan: Giai đoạn đầu, nước trong thực phẩm bị đóng băng một cách nhanh chóng nhầm tạo ra các tinh thể đá nhỏ để không làm tổn thương đến cấu trúc của tế bào. Giai đoạn sau là giai đọan tách nước ra khỏi thực phẩm, bắt đầu cho quá trình sấy khô thực phẩm. Nước trong thực phẩm lại được tách ra theo hai giai đoạn: Giai đọan đầu là sự thăng hoa của nước đá làm độ ẩm của thực phẩm giảm xuống còn 15%. Giai đọan sau là sự bay hơi của lượng nước chưa đóng băng làm độ ẩm thực phẩm lúc này giảm còn 2%. Giản đồ pha của nước và sự thăng hoa: Hình 64 : Giản đồ pha của nước theo áp suất và nhiệt độ. Dựa vào giản đồ pha, ta thấy rằng khi nước đang ở dạng rắn ở áp suất thấp (4.58 torr hay 610.5 Pa) thì khi ta nâng nhiệt độ của thực phẩm sẽ có sự chuyển pha của nước từ dạng rắn sang dạng khí, đó là sự thăng hoa. Mục đích: Bảo quản: Quá trình sấy thăng hoa làm độ ẩm trong sản phẩm giảm đi một cách đáng kể (còn khỏang 2% ẩm), do đó hầu như tất cả các enzyme và vi sinh vật trong sản phẩm đều bị ức chế. Sản phẩm sấy thăng hoa có thể bảo quản trong nhiều năm. Chế biến: Các sản phẩm sấy thăng hoa thường có sự thay đổi về cấu trúc vật lý, làm tăng độ dòn, xốp. Sản phẩm sấy thăng hoa có thể sử dụng để ăn như rau quả chế biến tươi. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: Quá trình sấy thăng hoa làm cho cấu trúc sản phẩm trở nên dòn, xốp, làm thay đổi tỉ trọng và làm giảm khối lượng của thực phẩm so với ban đầu. Hóa lý: Trong quá trình này có sự thăng hoa của nước từ dạng rắng sang dạng khí và sự bay hơi nước từ dạng lỏng sang dạng khí. Hóa sinh và vi sinh: Trong quá trình này, hầu hết các enzyme và vi sinh vật đều bị vô hoạt. Các yếu tố ảnh hưởng: Nhiệt độ và áp suất: Trong quá trình gia nhiệt cho thực phẩm sau khi đã đóng băng, nhiệt độ ở bề mặt thực phẩm phải nhỏ hơn 60oC (thường từ 50-60oC). Nếu nhiệt độ cao hơn có thể làm biến tính protein và làm tổn thất vitamin. Trong thực tế, để tiết kiệm chi phí cho quá trình thì áp suất thường sử dụng là 13 Pa và nhiệt độ của bộ phận nén tạo ra thấp nhất là -35oC. Thời gian sấy: Quá trình sấy thăng hoa có thể diễn ra trong 6-8h thậm chí vài ngày. Nếu rút ngắn thời gian hay tăng tốc độ quá trình sấy thăng hoa có thể gây biến đổi tiêu cực đến cấu trúc của sản phẩm. Bên cạnh đó, công suất của thiết bị hút chân không phải đủ lớn để có thể hút được lượng hơi nước sinh ra (1g nước đá ở áp suất 67 Pa có thể tạo ra 2m3 hơi nước). Phương pháp thực hiện: Hình 65: thiết bị sấy thăng hoa. Nguyên tắc hoạt động: Sau khi rau quả chưa lạnh đông được đặt vào các kệ và đóng cửa khoan chứa, thiết bị sẽ bắt đầu hoạt động. Bộ phận nén khí bắt đầu hoạt động tạo ra nhiệt độ thấp trong khoan chức nhầm lạnh đông rau quả. Sau khi rau quả đã được làm lạnh đông, bơm chân không sẽ hoạt đông để tạo áp suất thấp trong khoan chứa. Sau đó các kệ truyền nhiệt sẽ gia nhiệt cho rau quả nhầm làm cho nước đá thăng hoa. Lượng hơi nước do quá trình sinh ra một phần sẽ ngưng tụ trên ống làm lạnh, còn một phần sẽ được bơm chân không hút ra ngoài. Sản phẩm: Sản phẩm rau quả lạnh đông có rất nhiều ưu điểm: Cảm quan: Các sản phẩm rau quả sấy thăng hoa gần như giữ được nguyên vẹn hương vị của nguyên liệu ban đầu. Các sản phẩm này còn có cấu trúc xốp, dòn, nhẹ. Do đó, rất thuận lợi trong việc vận chuyển. Ngoài ra có thể khôi phục được cấu trúc ban đầu của nguyên liệu bằng cách cho sản phẩm hấp thụ một lượng nước nhất định. Bảo quản: Các sản phẩm rau quả sấy thăng hoa có thể được bảo quản trong nhiều năm và bảo quản ở nhiệt độ phòng vì trong bao bì của sản phẩm dạng này đã được tách cả nước lẫn oxy, do đó các enzyme và vi sinh vật không thể hoạt động. Sau đây là một số sản phẩm rau quả sấy thăng hoa: Kiwi Táo Thơm Chuối Đào Bắp cải Hình 66: Một số sản phẩm rau quả sấy thăng hoa.