BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn CHƯƠNG 3 SẢN XUẤT BỘT CÁ - DẦU CÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT Trong nhiều trường hợp muốn rút hết dầu trong nguyên liệu ra để nâng cao sản lượng dầu và chất lượng của bột cá thì phương pháp ép gặp nhiều khó khăn. Do đó, cần áp dụng phương pháp chiết nhất là trong sản xuất bột cá thực phẩm. Bột cá sản xuất bằng phương pháp chiết nhất là trong sản xuất bằng phương pháp chiết có nhiều ưu điểm. Thường vớ i nguyên liệu nhiều mỡ thì dùng phương pháp ép lấy ra một phần dầu, sau đó dùng phương pháp chiết để rút dầu còn lại, đối với nguyên liệu ít mỡ thì có thể dùng 1 trong các phương pháp đó 3.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG QUÁ TRÌNH CHIẾT. Quá trình dung môi hòa tan dầu trong nguyên liệu trên cơ sở là quá rình khuếch tán. Do cấu tạo của tế nguyên liệu khá phức tạp nên quá trình chiết chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Trong quá trình chi ết dầu trong nguyên liệu tồn tại hai trạng thái: + Dạng tự do: Khi tế bào vỡ dầu tự do dễ dàng chảy ra và hòa tan vào dung môi. + Dạng liên kết: Việc hòa tan là khó khăn hơn cần phải có yếu tố công nghệ hỗ trợ để hiệu quả chiết cao hơn. Về lý thuyết khuếch tán người ta thường nghiên cứu hai quá trình khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu. Khuếch tán phân tử: khuếch tán phân tử là sự di chuyển lẫn nhau giữa các phân tử khác nhau. Cường độ về lực phân tử của dầu tương tự như BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn cường độ lực của phân tử dung môi, do đó bề mặt phân cách giữa chúng khó tồn tại. Khi dầu vừa tiếp xúc với dung môi thì lập tức bắt đầu hỗn hợp vào nhau. Chuyển động nhiệt của bản thân phân tử dầu cho là di chuyển vào dung môi, mặt khác phân tử của dung môi vào trong dầu. Quá trình di chuyển lẫn nhau đó do sự chuyển động nhiệt của phân tử dầu và dung môi, trước hết là ở bề mặ t của hai loại dịch thể. Ở hai bên của mặt tiếp xúc, số phân tử bên dầu tương đối nhiều (vùng đậm đặc) và phân tử ở bên dầu tưong đối ít (vùng tương đối loãng), lúc này tạo ra sự chênh lệch nồng độ dầu. Sự chênh lệch về nồng độ càng lớn thì lực khuếch tan của phân tử dầu từ vùng nồng độ cao tới nồng độ thấp càng lớn. B ề mặt khuếch tán càng lớn lượng vật chất khuếch tán theo hướng này trong một đơn vị thời gian càng nhiều. Do đó phương trình khuếch tán cơ bản như sau: τ d dx dc FDdS −= D: là hệ số khuếch tán. Công thức này chính xác đối với quá trình khuếch tán ổn định, tức là quá trình khuếch tán trong trường hợp Gradien nồng độ không thay đổi. Trong thực tế, quá trình khuếch tán khi chiết không ổn định (nồng độ có thay đổi) do đó công thức này phản ảnh sự ảnh hưởng của các nhân tố trong quá trình khuếch tán. Hệ số khuếch tán D là lượng vật chất đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian Gradien nồng độ = 1. Nói một cách chính xác, hệ số khuếch tán của vật chất là đặc tính vật lý do khả năng BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn thẩm thấu của chất đó trong môi trường khuếch tán (ở điều kiện nhiệt độ nhất định) Hệ số khuếch tán trong dung dịch lơn hay nhỏ do nhiệt độ, độ nhớt của môi trường khuếch tán, độ lớn của phân tử chất khuếch tán quyết định. Nâng cao nhiệt độ có thể làm tăng chuyển động của phẩn tử. Do nguyên nhân đó, nhiệt độ càng cao hệ số khuếch tán càng lớn, đồng thời tăng cao nhiệt độ có thể làm độ nhớt của môi trường. Độ nhớt càng thấp thì sức cản do sự vận động của các phân tử chất khuếch tán càng nhỏ do đó, hệ số khuếch tán càng lớn. Từ đó ta thấy rằng tăng nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ khuếch tán là có liên quan tới 2 nhân tố sau: 1. Làm mạnh sự chuyển động nhiệt của phân tử. 2. Hạ thấp độ nhớt của chất môi giới. Phân tử của chất khuếch tán càng lớn, sức cản đối với môi trường càng lớn, tốc độ chuyển động nhiệt của có càng thấp. Do đó phân tử của chất khuếch tán càng nhỏ, hệ số khuếch tán càng lớn. Tóm lại, hệ số khuếch tán thay đổ i theo nhiệt độ, độ nhớt của dung môi và độ lớn của phân tử. Có thể dùng công thức biểu thị như sau: pM KT D π 6 = Trong đó: K: hằng số. T: Nhiệt độ tuyệt đối. M: Độ dính của chất môi giới (dung môi) p: Bán kính phân tử của chất khuếch tán. BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn Khuếch tán đối lưu: là hình thái chuyển di vật chất trong dung dịch ở các phạm vi nhỏ. Sự chênh lệch về nồng độ rất quan trọng đối với sự khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử: nồng độ chênh lệch càng lớn thì hiệu suất chuyển di từ vùng nồng độ cao tới nồng độ thấp càng cao. Như vậy ta có thể thấy rõ ràng phương trình khuếch tán đối lưi cũng giống như khuếch tán phân t ử có liên quan tới chênh lệch về nồng độ, trạng thái bề mặt.v v… Phương trình cơ bản khuếch tán đối lưu như sau: τ β dFdcdS .−= dS, F, dc và dτ cũng có ý nghĩa giống như trong công thức khuếch tán phân tử, β là biểu thị hằng số tốc độ khuếch tán đối lưu. Phương trình này cũng giống như phương trình khuếch tán phân tử, nó chỉ chính xác trong quá trình khuếch tán ổn định. Thực tế quá trình chiết không phải là một quá trình khuếch tán ổn định. Do đó, công thức trên đât cũng chỉ chính xác trong từng thời điểm nhỏ c ảu quá trình chiết. Hằng số tốc độ khuếch tán là biểu thị lượng vật chất chuyển di khi sự chênh lệch về nồng độ một đơn vị diện tích bề mặt và trong một đơn vị thời gian (ở đây là lượng dầu) hằng số này do cường độ của đối lưu quyết định. Trong khuếch tán phân tử, sự chuyển di của vật chất nhờ vào động năng của chuyển động nhiệt phân tử. trong khuếch tán đối lưu sự di chuyển vật chất là nhờ năng lượng bên ngoài dẫn tới. Trong quá trình khuếch tán đối lưu cũng xảy ra với khuếch tán phân tử. 3.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT CHIÊT. 3.2.1. Điều kiện cần thiết cho việc phân ly dầu. BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn 3.2.1.1. Hình thái, tính chất và cấu tạo tổ chức của nguyên liệu. Bề mặt tiếp xúc giữa dung môi và nguyên liệu càng lớn hiệu quả chiết càng cao. Tuy nhiên không nên nghiền nhỏ nguyên liệu thành bột vì những hạt nguyên liệu ở trạng thái bột dễ bị vón lại làm thu nhỏ diện tích tiếp xúc. Mặt khác các hạt bụi dễ bị tổn thất làm giảm sản lượng bột cá và rất khó phân ly dầu. Yêu cầu nguyên li ệu ở trạng thái xốp là tốt nhất, do vậy cá trước khi chiết dầu thường phải hấp, ép để làm vỡ tế bào và làm dập xốp thịt cá. 3.2.1.2. Sự chênh lệch nồng độ dầu ở trong nguyên liệu và dung môi phải lớn. Muốn tạo được điều kiện này phải tạo ra những yếu tố sau: - Nguyên liệu chiết phải có năng lực hút nhỏ nhất đố i với dung môi để tạo ra nồng độ dầu trong dung môi phía trong nguyên liệu càng cao để các phân tử dầu khuếch tán đi ra càng mạnh. - Lợi dụng nguyên lý ngược dòng của dung môi và nguyên liệu để nâng cao độ chênh lệch về nồng độ (trong chiết liên tục). Hoặc phải thay dung môi chiết nhiều lần (trong chiết gián đoạn) - Tỉ lệ của dung môi so với nguyên liệu phải lớn. Tuy vậy, cũng chỉ lớn ở mức h ợp lý vì nếu tỉ lệ lớn quá sẽ là cho nồng độ dung dịch dầu rút được thấp, gây khó khăn cồng kềnh trong sản xuất. 3.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết và tốc độ lưu động của dung môi. Khi nhiệt độ tăng đến giới hạn cho phép, tốc độ hoà tan của dầu tăng vì các lý do: + Khi nhiệt độ tăng tốc độ chuyển động nhiệt phân t ử của dung môi và dầu (tăng tốc độ khuếch tán phân tử) BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn + Độ nhớt dung dịch giảm làm tăng hệ số khuếch tán D, do đó vận tốc khuếch tán tăng lên. Khi tốc độ lưu động của tăng thì hiệu quả chiết tăng vì 2 lý do sau đây: + Làm giảm thấp độ dày của lớp mặt giới hạn. + Tăng tốc độ khuếch tán đối lưu. Tuy nhiên tốc độ đối lưu tăng đến mức độ hợp lý, nế u quá nhanh sẽ làm hao tổn các chất dinh dưỡng của hạt bột cá và có thể còn ảnh hưởng đến hiệu suất chiết. Sau công nghệ chiết, trong nguyên liệu còn lại một lượng dung môi chứa dầu làm hạ thấp lượng dầu phân ly. Để làm hạn chế yếu tố này cần thực hiện các biện pháp là cố gắng làm giảm khả năng hấp phụ dung dịch chiết của nguyên liệu, sau khi kết thúc chi ết phải phân ly triệt để dung dịch chiết có trong nguyên liệu (thực hiện ép) 3.2.1.4. Ảnh hưởng của hàm lượng nước có trong nguyên liệu. Sự tồn tại của một lượng nước lớn trong nguyên liệu sẽ làm giảm hiệu quả chiết. Do vậy nguyên liệu cần được sấy khô sơ bộ trước khi chiết. Mức độ sấy khô đến mức độ nào phải căn cứ vào 2 mặt k ỹ thuật và kinh tế để xét. Khi dùng thịt cá có hàm lượng nước khác nhau, dùng benzen để chiết ở cùng nhiệt độ, thời gian. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, tỉ lệ nước trong nguyên liệu trong phạm vi từ 0 – 15% thì lượng dầu rút được gần như nhau, hàm lượng nước từ 8 – 9% lượng dầu rút được cao nhất. Các nhà máy sản xuất bột cá và dầu cá áp dụng phương pháp chiết hàm lượng nước trong nguyên liệu thường là trên d ưới 20%. BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn Thời gian chiết liên tục: nói chung thời gian chiết liên tục phải dài, nhưng tốc độ chiết phải giảm dần theo thời gian chiết kéo dài, khi thời gian kéo dài tới hạn độ nhất định lượng tăng lên của dầu phân ly được không lớn, do đó nếu thời gian chiết quá dài thì mất ý nghĩa thực tế. Mặt khác, thời gian chiết liên tục mà quá dài sẽ làm giảm năng lực sản xuất của máy chiết. 3.2.2. Những điều kiện cần thiết để thu được dung dịch dầu có nồng độ lớn nhất. - Tỉ lệ dung môi với nguyên liệu phải nhỏ hợp lý. - Dung môi và nguyên liệu phải áp dụng phương pháp ngược dòng. - Thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi phải đủ để tạo điều kiện hòa tan dầu nhiều. 3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT DẦU. 3.3.1. Phương pháp chiết gián đoạn. Cho nguyên liệu sau khi đã sấy sơ bộ vào 1/3 diện tích bình chiết, sau đó đổ dung môi vào, ngâm một thời gian nhất định và chiết dầu ra rồi lại thực hiện với dung môi mới, cứ làm như vậy tới khi hết dầu trong nguyên liệu thì thôi. Đặt: q: Hàm lượng dầu trong nguyên liệu (kg) m: lượng dung dịch rút lần thứ nhất (lít) a: lượng dung dịch rút còn lại trong nguyên liệu (lít) Hàm lượng d ầu q 1 rút được trong nguyên liệu lần thứ nhất: am qa q + = 1 (kg) BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn Rút lần thứ hai: q am a amam aqa am aq q * ))(( )*.( * 2 1 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = ++ = + = Chiết n lần q am a q n n * ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = Từ công thức trên ta thấy: trị số n còn lại trong nguyên liệu ít, nghĩa là muốn rút được lượng dầu ở mức tối đa trong nguyên liệu thì phải dùng dung môi với lượng lớn, qua nhiều lần rút. Như vậy thì không kinh tế, do đó phương pháp rút gián đoạn được cải tiến thành phương pháp rút bán liên tục. 3.3.2. Phương pháp bán liên tục. Dùng nhiều thiết bị chiết gián đoạn bố trí thành cụm liên hợp tu ần hoàn. Quá trình làm việc theo nguyên tắc dung môi chảy từ nguyên liệu có hàm lượng dầu thấp đến cao dần. 3.3.3. Phương pháp liên tục. BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn Trong phương pháp liên tục, áp dụng nguyên lý chiết ngược dòng làm cho nguyên liệu hoàn thành quá trình chiết trong một thời gian ngắn, lượng dầu còn lại trong bã thậm chí cong thấp hơn cả dùng phương pháp chiết bằng bán liên tục. Về mặt chi phí kiến trúc, công nhân, hơi nước nóng, điện lực, phương pháp này đều ít tốn kém hơn phương pháp chiết bằng bán liên tục. Phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất dầ u thực vật. Quá trình làm việc: nguyên liệu chuyển đến cửa trực tiếp nhận và phân bố đều trên băng tải. Băng tải là sàng lưới thép không rỉ hoặc tấm kim loại có đục lỗ. Băng tải được cấu tạo thành từng ô có gờ chắn xung quanh để nguyên liệu không tràn ra ngoài. Nguyên liệu được phân bố đều nhờ cần gạt. Băng tải chuyển động từ A đến B, dung môi tinh khiết vào từ dầu B chảy xuống các thùng chứa và lại được bơm lên các vòi, phun đều nguyên liệu để chiết dàu. Dung môi đi ngược lại với chiều chuyển động của nguyên liệu BAI GIANG BOT CA – DAU CA http://www.ebook.edu.vn theo nguyên lý từ nơi nguyên liệu có hàm lượng dầu thấp đến cao dần. Cuối đoạn đường đi nguyên liệu được rửa lại bằng dung môi tinh khiết. 3.4. DUNG MÔI DÙNG ĐỂ CHIẾT DẦU. 3.4.1. Điều kiện để chọn dung môi. Dung môi dùng để chiết dầu, phải có các điều kiện dưới đây: - Có thể dùng với bất cứ các tỉ lệ nào để hòa tan dầu. - Tính ch ất hóa học ổn định không có tác dụng hóa học đối với dầu và các thành phần khác trong nguyên liệu. - Ngoài dầu ra thì dung môi không hòa tan các thành phần khác trong nguyên liệu. - Không có độc tính, không ảnh hưởng tới sức khỏe cua công nhân. - Tính chất vật lý ổn định có thể bốc hơi hoàn toàn trong phạm vi nhiệt độ không cao. - Tỷ nhiệt và nhiệt hóa hơi rất nhỏ. - Không có tác dụng ăn mòn các dụng cụ đựng. - Khó bắt lửa, khó nổ. - Giá rẻ, thích hợp với sản xuất công nghiệp qui mô lớn. Cho tới nay vẫn chưa tìm ra một loại dung môi nào phù hợp với tất cả các điều kiện nói trên. Dung môi hiện nay ở Trung Quốc chiết dầu thực vật phần lớn dùng Bezen và cũng có một số nước dùng cồn. Ở Liên Xô, phần lớn dùng xăng nhẹ và DicloroEtan. 3.4.2. Các dung môi thường dùng. 3.4.2.1. Benzen. [...]... hoá học: nước 57%, Protein 15%, dầu 10%, muối ăn 15% thì thành phần hoá học của bột cá chế ra là: nước 10%, dầu 3% , muối ăn 2% Dựa vào công thức để tính phần trăm của sản lượng bột cá: X 1 = 100 100 − 57 - 10 - 15 = 21.2% 100 − 10 − 3 − 2 3. 7.2 Tính toán sản lượng dầu cá Dùng phương pháp chiết để rút dầu cá từ trong nguyên liệu sấy khô trước, tính sản lượng của nó căn cứ vào hai trường hợp khác nhau Trường... lạnh đi vào nhiệt độ là từ 20 – 25 oC, nhiệt độ của nước sau khi chảy ra là 40 – 50 oC, nhiệt độ của dung môi và nước sau khi chảy ra là 40 – 50 oC, nhiệt độ của dung môi và nước sau khi ngưng lạnh là từ 25 – 30 oC 3. 7 TÍNH TOÁN NGUYÊN LIỆU VÀ DUNG MÔI TRONG SẢN XUẤT DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT 3. 7.1 Tính toán sản lượng của bột cá - Thành phần hoá học của nguyên liệu (nước, protein, dầu và muối ăn) - Mức... căn cứ vào trọng lượng của cá, thành phần hoá học của nguyên liệu và của bột cá để G∗ = tính hàm lượng dầu X =g− Q.g M g1 − 100 100 M g 1 100 M là trọng lượng bột cá Trường hợp thứ hai là đã biết thành phần hoá học của nguyên liệu, nhưng nguyên liệu chưa qua chế biến phải căn cứ vào những số liệu nào đó của thnàh phần hoá học của bột cá (số liệu chỉ tiêu kỹ thuật) để tính toán lượng dầu Thế q vào công... Q ⎡ g1 (100 − W - g - S) ⎤ ⎢g ⎥ 100 ⎣ 100 − W1 − g1 − S1 ⎦ 3. 7 .3 Lượng dung môi Lượng dung môi tiêu hao khi chiết dầu G p = GX ( 1 − 1) + G P aP (kg) Gx: là lượng dầu chiết (kg) Gp: là dung môi còn sau khi chiết (kg) aP: là nồng độ của dung dịch chiết 3. 8 PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT BỘT CÁ THỰC PHẨM Bột cá thực phẩm đòi hỏi với chất lượng rất cao, do vậy thường sử dụng các phương pháp chiết và phương pháp... − ⎢( 100 100 100 100 100 ⎥ ⎣ 100 ⎦ q=Q 100 − W - g - S 100 − W1 − g1 − S1 S và S1 là hàm lượng muối ăn trong nguyên liệu và bột cá Tính toán lượng bột cá bằng phần trăm (x và x1) của nguyên liệu thì tính theo công thức dưới đây: http://www.ebook.edu.vn BAI GIANG BOT CA – DAU CA X = 100 100 − W - g 100 − W1 − g1 X 1 = 100 (nguyên liệu thường) 100 − W - g - S 100 − W1 − g1 − S1 (nguyên liệu ướp muối)... lại và chảy xuống Phần nước chưa ngưng đi tới tháp thứ hai Sau quá trình ngưng tụ nước trong tháp và dung môi ngưng tụ cùng chảy vào bộ phận tách nước, ở đó tách nước và dung môi Dầu cá được thu lại trong bộ phận chiết theo ống dẫn dầu đi tới bộ phận lắng hoặc máy phân ly protein lẫn trong đó 3. 6 THIẾT BỊ CHÍNH VÀ THAO TÁC CỦA PHƯƠNG PHÁP CHIẾT DẦU http://www.ebook.edu.vn BAI GIANG BOT CA – DAU CA 3. 6.1... máy áp dụng Nói chung, nó có tương đối nhiều khuyết điểm, do đó dùng không được rộng rãi 3. 5 QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CÁ - DẦU CÁ THEO PHƯƠNG PHÁP CHIẾT 3. 5.1 Sơ đồ qui trình 3. 5.2 Thao tác quá trình chiết Có thể thực hiện được bằng một trong các phương pháp chiết tùy theo điều kiện thiết bị Nguyên liệu vào xong đậy kín lại, sau đó mở van 2 để cho dung môi chảy từ trên xuống bộ phận chiết dung... không để làm khô và đẩy dung môi ra khỏi nguyên liệu http://www.ebook.edu.vn BAI GIANG BOT CA – DAU CA Bột cá sản xuất theo phương pháp này có màu hơi nâu, không có mùi tanh và mùi lạ 3. 8.2 Phương pháp của Nhật Bản Đem cá nguyên liệu thái nhỏ cho vào dụng cụ chứa có nắp kín rồi dùng cồn hoặc vài loại cồn hỗn hợp lại cho vào ngâm, thường xuyên khuấy đảo để cho protit đặc lại, thịt cá biến tính như vậy... thuỷ phân để sản xuất 3. 8.1 Phương pháp của Nam Phi Đặc điểm của bột cá thực phẩm này là dùng bột cá gia súc loại tốt để làm nguyên liệu chế biến Dùng etylic 96o và etyl acetat với tỷ lệ (90:10) tính theo % Chiết rút 5 lần hoặc hơn cho tới khi dịch chiết không có màu thì ngưng Thời gian chiết 20 phút cho mỗi lần, nhiệt độ chiết 83oC Tỷ lệ hỗn hợp dung môi so với nguyên liệu bột cá là 26 : 1 (theo trọng... lượng tính toán gần bằng sản lượng thực tế Đặt thành phần hoá học của nguyên liệu tươi và bột cá như sau: Nguyên liệu tươi Bột cá Hàm lượng nước W% W1% Hàm lượng mỡ g% g1% Q – là trọng lượng của nguyên liệu và q là trọng lượng của bột cá Q.g q.g1 ⎤ ⎡ Q.W q.W1 q = Q − ⎢( − )+( − ) 100 100 100 ⎥ ⎣ 100 ⎦ q=Q 100 − W - g 100 − W1 − g1 Đối với nguyên liệu đã muối thì phải dùng công thức dưới đây: Q.g q.g1 . của bột cá chế ra là: nước 10%, dầu 3% , muối ăn 2%. Dựa vào công thức để tính phần trăm của sản lượng bột cá: %2.21 231 0100 1 5-1 0-5 7100 100 1 = −−− − =X 3. 7.2. Tính toán sản lượng dầu cá. . http://www.ebook.edu.vn CHƯƠNG 3 SẢN XUẤT BỘT CÁ - DẦU CÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT Trong nhiều trường hợp muốn rút hết dầu trong nguyên liệu ra để nâng cao sản lượng dầu và chất lượng của bột cá thì phương. kiện hòa tan dầu nhiều. 3. 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT DẦU. 3. 3.1. Phương pháp chiết gián đoạn. Cho nguyên liệu sau khi đã sấy sơ bộ vào 1 /3 diện tích bình chiết, sau đó đổ dung môi vào, ngâm một