MỤC LỤC Quá trình hóa lý 1.1 Định nghĩa Quá trình hoá lý trình kết hợp hoá học vật lý Nghiên cứu mối quan hệ hai dạng biến đổi hoá học vật lý vật chất, tính chất hoá lý với thành phần hoá học cấu tạo vật chất, nghiên cứu chế, tốc độ trình biến đổi yếu tố bên ảnh hưởng đến trình 1.2 Các phương pháp trình hóa lý: - - - - - Quá trình trích ly: Quá trình trích ly rút chất hoà tan chất lỏng chất rắn chất hoà tan khác (gọi dung môi), nhờ trình khuếch tán chất có nồng độ khác Trích ly chất hoà tan chất lỏng gọi trích ly lỏng, trích ly chất hoà tan chất rắn trích ly rắn Quá trình chưng cất: Là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng thành cấu từ riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng (Δt0 sôi) cách lập lập lại nhiều lần trình ngưng tụ bay Chưng cất khác với trình cô đặc dung môi chất hoà tan bay trình cô đặc có dung môi bay Quá trình cô đặc: Cô đặc trình nâng cao nồng độ chất khô sản phẩm phương pháp bay nước Đối với sản phẩm thực phẩm trình làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi, trình vật lí hoá lí Quá trình keo tụ (kết lắng): Kết lắng trình làm tính bền hệ keo cách tăng lực hút phân tử làm micen dính chặt nhau, họăc làm m ất vỏ hydrat hoá, đưa keo trạng thái trung hoà điện (đẳng điện) keo bị keo tụ, kích thước phân tử lớn lên  Ở nhóm chúng em chuyên sâu vào trình cô đặc keo t ụ Quá trình cô đặc: 2.1 Bản chất: Cô đặc nhiệt (hay cô đặc bốc hơi) trình làm bay nước thực phẩm tác dụng nhiệt nhằm mục đích làm tăng nồng độ chất khô thực phẩm Quá trình cô đặc kèm theo nhiều tượng hóa lý khác dẫn đến thay đổi tính chất hóa học sản phẩm 2.2 Mục đích: Chuẩn bị: trình cô đặc nhiệt có mục đích công nghệ chuẩn bị, giúp cho trình quy trình sản xuất thực dễ dàng đạt hiệu kinh tế cao Ví dụ: Trong công nghệ sản xuất trà hòa tan, dịch tríc thu đợc từ nguyên liệu trà có nồng độ chất khô khoảng 2,5-5,0% Người ta cô đặc bốc dịch trích đến nồng độ chất khô 25-50% trước thực trình phun tạo sản phẩm bột trà hòa tan Như trình cô đặc dịch trích có mục đích chuẩn bị cho trình sấy phun để diễn dễ dàng - - Thu thập: trình cô đặc nhiệt tách bớt nước khỏi thực phẩm, sản ph ẩm trở nên “nhẹ hơn” làm tăng nồng độ chất dinh dưỡng sản phẩm Ví dụ: Trong công nghệ sản xuất nước trái cô đặc, trình cô đặc trình thu thập sản phẩm Bảo quản: trình cô đặc nhiệt làm giảm lượng nước tăng hàm lượng chất khô sản phẩm Do đó, hoạt độ nước sản phẩm sau cô đặc gi ảm Đây yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh vật sản phẩm góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Ví dụ: Nếu so sánh sữa tươi với sữa cô đặc nước trái với nước trái cô đặc sản phẩm cô đặc có thời gian bảo quản lâu 2.3 Đặc điểm nguyên liệu Nguyên liệu đưa vào cô đặc dạng dung dịch gồm dung môi nước chất hòa tan gồm nhiều cấu tử phụ thuộc vào loại thực phẩm chất lượng sản phẩm cần cô đặc Các chất hòa tan không bay trình cô đặc Ch ủ yếu đường, cà chua, vitamin C, hợp chất khác peptin, chất xơ, chất màu, chất thơm, tinh bột 2.4 Các trình biến đổi trình cô đặc Khi nồng độ tăng tính chất dung dịch thay đổi, phụ thuộc vào thời gian cô đặc, là: - Làm giảm: hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung C, hệ số cấp nhi ệt , hệ số truy ền nhiệt k - Làm tăng: khối lượng riêng , độ nhớt η, tổn thất nồng độ , nhiệt độ sôi T - Keo tụ protit, phân hủy chất pectin 2.4.1 Tính chất vật lý - Trong trình cô đặc, nhiều biến đổi vật lý xảy nguyên li ệu nh hàm l ượng chất khô tăng, độ nhớt tăng, tỷ trọng tăng… Tuy nhiên, khối l ượng th ể tích nguyên liệu giảm đi, hoạt độ nước nguyên liệu giảm - Cần lưu ý nồng độ chất khô nguyên liệu tăng lên theo thời gian cô đặc nhiệt độ sôi nguyên liệu tăng theo 2.4.2 Tính chất hóa lý - Biến đổi hóa lý quan trọng trình cô đặc b ằng nhi ệt s ự chuy ển pha c nước Nước tồn trạng thái lỏng nguyên liệu trước cô đặc chuy ển sang trạng thái thoát môi trường bên - Trong trình cô đặc, xảy đông tụ protein nguyên li ệu n ếu nhi ệt đ ộ cô đặc cao đủ làm biến tính bất thuận nghịch protein Đ ể h ạn ch ế hi ện t ượng này, nhà sản xuất cần tìm hiểu kỹ thành phần hóa học c nguyên li ệu ch ọn nhiệt độ cô đặc phù hợp 2.4.3 Các phản ứng hóa học 2.4.3.1 Sự thay đổi pH môi trường - Trong trình cô đặc, nước bốc nên giá trị pH thực phẩm thay đ ổi theo - Thường giảm độ kiềm tiếp tục phản ứng phân hủy amit - Và phân hủy đường: đường khử chất khác tạo thành axit - Độ kiềm tăng (ít gặp) 2.4.3.2 Đóng cặn - Trong dung dịch chứa số muối Ca2+ vô hữu hòa tan - Một số muối canxi hòa tan chậm dung dịch có nồng độ cao - Phân hủy muối số axit hữu tạo thành kết tủa (ví dụ: oxalat canxi) 2.4.3.3 Phân hủy chất cô đặc làm tăng tổn thất: - Tăng màu: phân hủy sản phẩm cô đặc nhiệt độ, pH Ví dụ: phân hủy đường khử, caramel hóa… - Do kết phản ứng: phản ứng maillard ph ản ứng ngưng t ụ gi ữa đ ường kh amino axit tạp thành chất màu, dạng keo có chứa nitơ - Do tác dụng tương hỗ sản phẩm phân hủy amino axit… 2.4.3.4 Một số vitamin bị phân hủy Ví dụ: Trong trình cô đặc nước trái cây, vitamin vitamin C bị phân h ủy 2.4.3.5 Một số khác - Dưới tác dụng nhiệt trình cô đặc, thành ph ần hóa h ọc nguyên liệu phản ứng với bị phân hủy Ví dụ: Trong trình cô đặc sữa, đường khử lactose acid amin có s ữa phản ứng với để tạo thành hợp chất melanoidine Ph ản ứng Mailard làm giảm giá trị dinh dưỡng sữa, đồng thời làm cho sản phẩm bị sậm màu - Biến đổi làm giảm giá trị dinh dưỡng sản phẩm  Trong trình cô đặc, nước bốc nên giá tr ị pH c th ực ph ẩm  thay đổi theo Tốc độ phản ứng hóa học xảy trình cô đặc nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào giá trị nhiệt độ thời gian cô đặc Ví dụ: công nghệ sản xuất nước trái cô đặc, s ữa cô đặc… trình cô đặc bốc làm tăng nồng độ chất dinh dưỡng sản xuất Trong tr ường h ợp này, mục đích công nghệ trình cô đặc khai thác 2.4.4 Về sinh học - Khi cô đặc áp suất thường, nhiệt độ cô đặc cao (không th ấp h ơn 100 oC) nên enzyme nguyên liệu bị vô hoạt, nhiều vi sinh vật bị ức chế Các biến đổi hóa sinh sinh học gần không xảy - Khi cô đặc áp suất chân không, nhi ệt độ cô đặc th ấp nên m ột s ố enzyme vi sinh vật chịu nhiệt hoạt động Cần lưu ý bào tử có th ể ho ạt hóa nhi ệt độ 70oC - Quá trình cô đặc xảy làm hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao - Tiêu diệt vi sinh vật nhiệt độ cao + Hơi 130 – 150°C làm vi sinh vật chết + Bx 65 – 68% làm hạn chế vi sinh vật 2.4.5 Chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa tăng Yêu cầu trình cô đặc phải thực với chế độ nghiêm ngặt để: - Bảo đảm cấu tử qúy sản phẩm, vị mùi đặc trưng giữ nguyên Đạt nồng độ yêu cầu Các thành phần hóa học chủ yếu không bị thay đổi Có thể cô đặc trạng thái áp suất thường hay áp suất chân không để hạn chế tổn thất vitamin, đảm bảo thành phần hoá học không bị m ất , h ạn ch ế tăng màu , tổn thất đường,… 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng: - Sự chênh lệch nhiệt độ tác nhân gia nhiệt nhiệt độ sôi nguyên liệu Nếu chênh lệch nhiệt độ lớn tốc độ truyền nhiệt l ớn Để tăng s ự chênh lệch nhiệt độ nói ta sử dụng hai phương pháp sau  Tăng nhiệt độ áp suất bão hòa: phương pháp có nh ược ểm n ếu nhiệt độ bão hòa cao cấu tử mẫn cảm nhi ệt có nguyê li ệu  cần cô đặc bị biến đổi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm Giảm nhiệt độ sôi nguyên liệu cách cô đặc môi tr ường chân không: đó, nhiệt độ sôi nguyên liệu cần cô đặc phụ thuộc vào áp l ực bề mặt dung dịch, nồng độ chất khô nguyên liệu chiều cao cột th ủy  tĩnh thiết bị cô đặc Trong công nghiệp thực phẩm, nhà sản xuất thường chọn phương pháp cô đặc chân không, nhiệt độ sôi nguyên liệu gi ảm xuống x ấp x ỉ 40 Phương pháp hạn chế tổn thất cấu tử mẫn cảm với nhi ệt có nguyên liệu cần cô đặc - Hiện tượng cặn bám bề mặt trao đổi nhiệt  Trong thiết bị cô đặc bốc hơi, bề mặt truyền nhiệt có hai m ặt ti ếp xúc: m ột m ặt tiếp xúc với nguyên liệu cần cô đặc mặt tiếp xúc với bão hòa M ột s ố cấu tử nguyên liệu trình cô đặc bị bám dính bề m ặt truyền nhiệt bão hòa làm ăn mòn bề mặt trao đ ổi nhi ệt (theo Fellows 2000) Những tượng làm gi ảm tốc độ truy ền nhi ệt c  trình Để hạn chế tượng trên, nhà sản xuất gia tăng tốc độ dòng chảy nguyên liệu thiết bị Ngoài ra, sau mẻ sản xuất, c ần v ệ sinh cẩn thận để làm trôi cấu tử bám bề mặt truyền nhiệt - Hiện tượng màng biên (lớp nguyên liệu chảy dòng tiếp xúc với bề m ặt truy ền nhi ệt): lớp thường tạo trở lực lớn cho trình truyền nhi ệt Để làm gi ảm chi ều dày lớp màng này, nhà sản xuất tạo dòng đ ối l ưu t ự nhiên ho ặc c ưỡng thiết bị cô đặc - Độ nhớt nguyên liệu: Khi tăng độ nhớt nguyên liệu, số Reynolds giảm nên tốc độ truyền nhiệt giảm - Hiện tượng tạo bọt: trình cô đặc nhiệt, bên dung dịch nguyên li ệu xuất bong bóng Nếu dung dịch nguyên liệu có ch ứa nh ững c ấu t có khả làm bền bọt protein hình thành m ột l ớp b ọt b ề m ặt dung dịch thiết bị - lớp bọt làm giảm tốc độ thoát h th ứ khỏi dung d ịch cần cô đặc - Tổn thất chất khô thứ: thứ thoát khỏi thiết bị lôi cu ốn theo m ột số cấu tử có nguyên liệu dạng sương mù Tổn thất chất khô nhi ều n ếu sôi diễn mãnh liệt thiết bị bốc Để hạn chế t ổn th ất này, thiết bị cô đặc thường thiết kế với khoảng không gian rộng kèm theo ph ận tách cấu tử bị nước lôi theo 2.6 Các phương pháp cô đặc 2.6.1 Phân loại theo áp suất làm việc 2.6.1.1 Cô đặc thiết bị hở (thùng cô) áp suất thường : có phương pháp - Phương pháp 1: Cho dung dịch vào lần, cho bốc đến dung dịch nồi giảm đến nồng độ yêu cầu Các đại lượng thay đổi thời gian cô đặc: thể tích dung dịch giảm, nhiệt độ sôi tăng, khổi lượng riêng giảm, khả truyền nhi ệt gi ảm - Phương pháp 2: Dung dịch ban đầu cho vào nồi mức định, sau v ừa b ốc h vừa bổ sung dung dịch vào để giữ mức dung dịch nồi không thay đ ổi Các đ ại lượng thay đổi thời gian cô đặc: nhi ệt độ sôi dung d ịch tăng, kh ối l ượng riêng tăng, nhiệt dung giảm, hệ số truyền nhiệt giảm (Phương pháp thường sử dụng nhiều để đặt suất cực đại thời gian cô đặc nhanh nhất) - Phương pháp 3: Làm việc liên tục, thể tích mức độ dung dịch nồi đổi, lượng nguyên liệu cho vào liên tục lượng nước bay Hệ số truyền nhiệt K, nhiệt dung khối lượng riêng không đổi tương ứng với nồng độ cuối sản phẩm Cô đặc nồi chân không với áp suất thấp 2.6.1.2 - Nhiệt độ sôi dung dịch nhỏ 100oC, áp suất CK nhỏ áp suất khí - Mục đích: sản phẩm có chất lượng cao, giữ thành phần quý - Phương pháp: cho dung dịch vào thiệt bị bơm nhờ chân không cho ngập bề mặt truyền nhiệt, áp suất đốt 1.25at Độ chân không buồng bốc 600700mmHg - Phương pháp cô dung dịch tới nồng độ khác - Sản phẩm lấy ra: gián đoạn, liên tục - Ưu điểm: tuần hoàn tốt, giảm khả tạo cặn, bay nước xảy liên t ục 2.6.2 Phân loại theo thiết bị cô đặc 2.6.2.1 Cô đặc nồi liên tục Sơ đồ quy trình: Dung dịch Bơm vào Lưu lượng Đun đến thùng chứa kế nhiệt độ sôi Cô đặc Bơm - Ưu điểm: chế độ làm việc ổn định - Nhược điểm: nồng độ dung dịch nồi gần nồng độ cuối sản ph ẩm, h ệ s ố truyền nhiệt giảm 2.6.2.2 Cô đặc nhiều nồi: - Mục đích: để tiết kiệm - Nồi đun đốt, nồi sau dùng nồi trước  thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tụ, nồng độ dung dịch tăng từ n1n2 - Điều kiện cần đủ: Có độ chênh lệch t đốt – t dung dịch nồi = Hoặc có: - Thông thường nồi có áp suất dư, nồi sau có áp suất nhỏ dần - Không nên sử dụng nhiều nồi, số nồi lớn hiệu ti ết ki ệm h giảm - Mặt khác nhiều nồi đòi hỏi nồi có nhi ệt độ cao để đảm b ảo s ự truy ền nhi ệt, nhiệt độ dung dịch cao làm ảnh hưởng chất lượng sản phẩm - Bề mặt truyền nhiệt lớn - Tổn thất qua đường ống nhiều: ma sát làm gi ảm áp su ất d ẫn đ ến gi ảm nhi ệt độ - Khi số nồi tăng tổn thất nhiệt độ tăng nên giảm F n tăng lên phí thiết bị tăng Phân loại theo cách thức hoạt động Cô đặc liên tục 2.6.3 - Kết cô đặc tốt cô đặc gián đoạn, tiêu kỹ thu ật c h ệ th ống đ ều chỉnh tự động Khó khăn chưa có cảm biến nồng độ tin cậy - Thường dùng áp kế vi sai: chênh lệch mức chất l ỏng ống hình ch ữ U, phụ thuộc khối lượng riêng chất lỏng - Khối lượng riêng tăng chênh lệch khối lượng riêng tăng ng ược l ại, đ ộ chân không ảnh hưởng đến độ đọc áp kế vi sai - Nồng độ sản phẩm khỏi hệ thống điều chỉnh tự động - Dùng bơm bơm khối sản phẩm từ thiết bị cô đặc vào h ệ thống tuần hoàn kín dẫn đến nồng độ đạt chiết quang kế nhận xung chuyển tín hiệu vào van tự động 6, van mở ra, xả khối sản phẩm Các phương pháp cô đặc khác - Ngoài phương pháp cô đặc thông thường th ực hi ện cô đặc loại màng mỏng, tốc dộ chuyển động màng cao, thời gian cô ch ỉ vài giây, nồng độ sản phẩm cao (ví dụ 70-72%) 2.6.4 - Cô đặc ly tâm thời gian 20 phút, nồng độ xấp xỉ 50% - Cô đặc chân trục quay nhiều t ầng sản ph ẩm r tr ạng thái màng mỏng 0,8mm, thời gian 20 phút, nồng độ đạt 50-70% chất khô - Sấy phun khô: trình làm bốc khỏi vật liệu tác dụng nhiệt 2.7 Thiết bị dùng cô đặc Hiện có rât nhiều thiết bị cô đặc chúng hoạt động theo nh ững nguyên t ắc khác Tuy nhiên, thiết bị cô đặc dùng công nghi ệp th ường có m ột s ố ểm chung sau: - Bộ phận gia nhiệt: sử dụng bão hòa để gia nhi ệt cho nguyên li ệu c ần cô đặc - Bộ phận tách thứ khỏi sản phẩm cô đặc - Bộ phận tạo chân không thiết bị cô đặc 2.7.1 Thiết bị cô đặc với dòng hồi lưu tự nhiên 2.7.1.1 Nồi cô đặc hở Thiết bị có dạng hình trụ, đáy cầu Phía đỉnh c ửa thoát h th ứ, xung quanh thiết bị có lớp vỏ áo để gia nhiệt Quá trình cô đặc thực hi ện ều kiện áp suất khí Nhìn chung, tốc độ bốc bơi nước thấp t ổn th ất nhi ệt cao so với trường hợp khác Ở quy mô nh ỏ, người ta có th ể gia nhi ệt dung dịch cần cô đốt gas từ phía đáy n ồi dùng ện tr Thường dùng cô đặc mứt 2.7.1.2 Nồi cô đặc kín - Thiết bị có cấu tạo tương tự nồi cô đặc hở Điểm khác bi ệt đ ỉnh n ồi đ ược k ết nối với hệ thống tạo chân không Quá trình cô đặc thực hi ện ều ki ện áp suất chân không - Thiết bị dùng rộng rãi cô đặc nguyên liệu dung dịch thu ốc, hóa chất, th ực phẩm, thu hồi dung môi Đặc biệt cho nguyên li ệu nhạy nhi ệt nh dung d ịch chi ết xuất có cồn, dung dịch hóa dược, vi sinh, nước quả, sữa du ới tác đ ộng c chân không, tạo nhiệt độ bay thấp - Hiện nay, nồi cô đặc hở kín sử dụng để cô đặc purée cà chua ho ặc s d ụng sản xuất số loại mứt kẹo Nồi cô đặc với phận truyền nhiệt ống ngắn Thiết bị có dạng hình trụ đứng Bên thiết bị có chum ống hình tr ụ Nguyên liệu dịch chuyển bên ống hình trụ này, đ ược c ấp t phía bên thân trụ Chúng thường xếp song song theo ph ương th ẳng đứng Với có mặt ống tuần hoàn trung tâm, dòng đối lưu t ự nhiên xu ất bên dung dịch trình cô đặc Ki ểu thi ết bị đ ược s d ụng đ ể cô đặc nước mía dịch ép củ cải đường sản xuất saccharose, cô đ ặc syrup sản xuất đường nha, đường glucose cô đặc dịch chi ết malt sản xu ất b ột chiết malt (malt extract) Ngoài cách bố trí theo phương thẳng đứng, người ta bố trí ống chùm theo phương nằm ngang 2.7.2 Nồi cô đặc với phận gia nhiệt bên Nồi cô đặc với phân gia nhiệt bên 1- phận gia nhiệt 2- buồng tách sản phẩm thứ 4- chặn để hạn chế tổn thất sản phẩm theo thứ 5- cửa nạp nguyên liệu Trong thiết bị này, phận gia nhiệt phận tách th ứ kh ỏi dung d ịch c ần cô đặc bố trí riêng rẽ Nguyên liệu đưa vào thi ết bị sau đến phận gia nhiệt để đun nóng Cuối cũng, nguyên liệu vào buồng (2) để tách th ứ Trong buồng (2), có phận (4) với chức tách gi ọt ch ất l ỏng bị l ẫn h th ứ nhằm hạn chế tổn thất chất khô trình cô đặc Theo Brannen c ộng s ự (1990), kiểu thiết bị sử dụng cô đặc nước thịt, nước trái cây… 2.7.3 Thiết bị cô đặc với phận gia nhiệt hình ống dài Thiết bị hình dạng trụ, bên có chùm ống hình tr ụ đường kính nh ỏ đ ược xếp song song theo phương thẳng đứng Đường kính chi ều dài c m ột ống hình trụ nhỏ 5cm 3-15m - Nồi cô đặc dạng màng rơi Thiết bị cô đặc dạng màng rơi Đầu tiên, nguyên liệu đưa vào buồng gia nhi ệt sơ Sau đó, nguyên liệu vào buồng cô đặc Trong buồng cô đặc có ống hình tr ụ đứng x ếp song song Nguyên liệu chảy màng ép sát thân bên ống hình tr ụ theo h ướng từ xuống Hơi bão hòa nạp vào khoảng không gian bên ống hình tr ụ buồng cô đặc Cuối cùng, nguyên liệu qua buồng tách thứ kh ỏi s ản phẩm Thời gian lưu nguyên liệu thiết bị khoảng 10-30 giây Hi ện nay, thi ết b ị cô đặc dạng màng rơi sử dụng nhiều - Nồi cô đặc dạng màng Thiết bị có cấu tạo tương tự thiết bị dạng màng rơi Tuy nhiên, nguyên li ệu nạp vào từ cửa đáy thiết bị, sau dâng lên ống hình tr ụ đ ường kính nhỏ Đường kính ống hình trụ dao động kho ảng 25-50mm Khi nguyên liệu gia nhiệt đếm điểm sôi, phần thứ xuất dung dịch ép dung dịch thành màng mỏng áp sát thành bên ống hình tr ụ đ ường kính nhỏ Cuối cùng, thứ thoát theo cửa đỉnh, sản ph ẩm cô đ ặc đ ược tháo theo cửa riêng - Nồi cô đặc dạng kết hợp màng leo màng rơi Người ta sử dụng kết hợp hai phương pháp cô đặc màng r màng leo thiết bị 2.7.4 Thiết bị cô đặc dạng Thiết bị bao gồm nhiều bảng mỏng ép sát lại với có cấu tạo tương t ự thiết bị truyền nhiệt Dung dịch cần cô đặc đưa vào khoảng không gian bảng theo thứ tự xen kẽ với nước bão hòa Sau đ ược gia nhi ệt, dung dịch cần cô đặc dẫn vào buồng hình tr ụ để tách h th ứ kh ỏi s ản phẩm Kiểu thiết bị sử dụng công nghiệp để cô đặc sữa nước trái 2.7.5 Thiết bị cô đặc với dòng chảy mở rộng Thiết bị có nguyên tắc hoạt động tương tự thiết bị cô đặc dạng t ấm Bên thiết bị có bề mặt hình nón đặt úp lên Dung d ịch cần cô đ ặc đ ược đưa vào khoảng không gian bảng theo thứ tự xen kẽ v ới h n ước bão hòa Sauk hi gia nhiệt, dung dịch cần cô đặc dẫn vào bu ồng hình tr ụ đ ể tách thứ khỏi sản phẩm Kiểu thiết bị sử d ụng công nhi ệp đ ể cô đặc sữa nước trái 2.7.6 Thiết bị cô đặc màng mỏng có khuấy Thiết bị có dạng hình trụ nằm ngang xoay quanh trục c nh động Ngoài lớp áo gia nhiệt Nguyên liệu n ạp vào thi ết b ị ch ảy màng với chiều dày lớp nguyên liệu xấp xỉ 25mm Hơi th ứ s ản ph ẩm cô đ ặc đ ược thoát thiết bị theo hai cửa riêng 3 Phương pháp keo tụ: 3.1 Bản chất trình keo tụ Keo tụ trình làm tính bền hệ keo cách tăng l ực hút gi ữa phân tử làm mixen dính chập lại làm v ỏ hydrat hóa đ ưa keo v ề tr ạng thái trung hòa điện (đẳng điện) Khi bị keo tụ, kích thước phân tử lớn lên 3.2 Mục đích yêu cầu 3.2.1 Mục đích phạm vi sử dụng Trong công nghệ thực phẩm, trình keo tụ sử dụng hai phạm trù lớn:  Thứ với mục đích làm dung dịch, tăng chất lượng sản phẩm VD: trình làm dung dịch đường khỏi chất keo, protein, ch ất màu tạp chất khác Thực tế khoảng 30-40% tạp chất đ ược tách khỏi dung d ịch nh keo tụ Tinh luyện rượu hoa để keo tụ tanin, protit cất vẩn đục  Thứ hai tạo sản phẩm VD: keo tụ pectin phức axit-đường-pectin sản xu ất kẹo d ẻo, đông t ụ cazein sữa, mát… Quá trình đông tụ protein đậu nành tác nhân Ca2+, Mg2+ 3.2.2 Yêu cầu trình keo tụ Keo tụ đòi hỏi ý cẩn thận với vận tốc pha trộn lượng lượng h ỗn h ợp Để ngăn chặn floc khỏi xé nát bị biến dạng, vận t ốc pha trộn l ượng đầu vào thường giảm dần kích thước floc gia tăng Khi floc b ị xé thành mảnh, khó để quay trở lại kích thước độ bền t ối ưu S ố l ượng ng ười điều khiển có sẵn phụ thuộc nhiều vào loại hình thiết kế thiết bị 3.3 Đặc điểm vật liệu, sản phẩm biến đổi vật liệu trình: 3.3.1 Đặc điểm vật liệu, sản phẩm: Nguyên liệu bán sản phẩm thực phẩm đưa vào trình th ường thu ộc h ệ di th ể không bền vững có độ phân tán cao Trong dung dịch th ường ch ứa ch ất keo v ới đặc tính sau đây:  Tích điện: theo nhiều nghiên cứu, phần lớn keo nguyên liệu bán sản phẩm thực phẩm tích điện âm Ví dụ: Các keo dung dịch đường chất protit, xanponhin, chất màu, hợp chất amin…, protit sữa tích ện âm, pectin trình đông t ụ kẹo marmelat sản xuất nước tích điện âm  Có tính thuận nghịch tức khả trở trạng thái ban đầu b ị tác đ ộng yếu tố bên  Tác dụng tương tác với lực hút vandecvan, có v ỏ sonvat hóa nên b ền, ưa nước ghét nước  Có tính biến tính tác dụng hàng loạt tác nhân bi ến đ ổi c ấu trúc phân tử chúng, chủ yếu tác dụng nhiệt độ pH cao 3.3.2 Biến đổi vật liệu  Vật lý: kích thước khối hạt tăng d ần Lúc đ ầu kích th ước c chúng nhỏ không nhìn thấy m th ường Tùy theo ngu ồn gốc protein mà kích thước khối hạt tăng lên đ ến vài cm k ết thúc trình Quá trình keo tụ làm thay đổi tỉ trọng pha lỏng thu so với tỉ trọng dung dịch keo ban đầu Một số tiêu vật lý khác nh th ể tích, nhiệt độ sôi thay đổi  Hóa lý: Thay đổi cấu trúc, biến đổi pha , thay đ ổi tính chất, gi ảm m ức phân tán phần tử tác dụng tác nhân đông tụ VD: Khi keo tụ casein sữa rennet casein chuy ển sang paracasein sau paracasein lớn lên tác dụng tác nhân đông tụ  Hóa học: Thay đổi pH thay đổi thành phần hỗn h ợp, t ạp ch ất b ị l ắng xuống, thay đổi độ axit, lượng màu, vitamin thành ph ần khác, dẫn đến thay đổi chất lượng dung dịch  Về cảm quan: • Thay đổi hình dáng, cấu trúc khối đông (sữa, pectin…) Hương vị tăng lên (chất lượng sản phẩm sữa tăng) Thay đổi màu sắc  Hóa sinh: đông tụ protein nên có phân bố l ại h ệ enzyme s ản phẩm số vi sinh vật bị keo tụ 3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ: Quá trình keo tụ phụ thuộc vào hai chế trung hoà ện tích h ấp ph ụ tạo cầu nối Vì yếu tố ảnh hưởng đến hai trình gây ảnh hưởng đến trình keo tụ tạo đông  Ảnh hưởng pH  Nhiệt độ: loại chất khác bị keo tụ nhiệt độ khác Nhiệt độ thấp làm giảm hiệu suất, nhiệt độ cao ảnh h ưởng đến cấu trúc sản phẩm làm tăng chi phí l ượng cho trình Chế độ gia nhiệt cho trình ảnh hưởng đến hi ệu suất thu h ồi ch ất lượng sản phẩm  Liều lượng chất keo tụ chất trợ keo tụ  Tạp chất nước  Tốc độ khuấy trộn: với tốc độ khuấy trộn thích hợp giai đoạn bổ sung chất keo tụ giúp phân bố đảm bảo đồng nh ất v ề nhi ệt đ ộ dung dịch keo  Môi chất tiếp xúc: nước trì lớp cặn bùn định, ến cho trình kết tủa hoàn toàn, tốc độ kết tủa tăng  Thời gian keo tụ: ngắn làm cho hi ệu suất thu h ồi bị gi ảm, dài làm giảm suất hoạt động thiết bị Ảnh hưởng pH (quyết định trình thuỷ phân chất keo tụ dung dịch) đến trình keo tụ ảnh hưởng quan trọng định hiệu suất việc xử lý • • 3.4 Phương pháp thực hiện: 3.4.1 Dùng chất điện ly:  Hầu hết chất điện ly có khả gây keo tụ  Khả keo tụ chất điện ly đặc trưng ngưỡng keo tụ ξ, nồng độ tối thiểu chất điện ly cần để keo tụ sol v ới m ột tốc độ đ ịnh Đại lượng thường tính theo mM (milimol/lit) 3.4.1.1 Tiến hành Cho thêm vào nước chất điện ly dạng ion ngược d ấu Khi n ồng đ ộ c ion ngược dấu tăng lên, nhiều ion chuy ển t l ớp khu ếch tán vào l ớp ện tích kéo dẫn tới việc giảm độ lớn điện động, đồng thời lực đ ẩy tĩnh ện giảm Nhờ chuyển động Brown hạt keo với điện tích bé va ch ạm d ễ k ết dính lực hút phân tử tạo nên cặn ngày lớn 3.4.1.2 Các tượng đặc biệt trình keo tụ chất điện li 3.4.1.2.1 Hiện tượng đổi dấu điện Khi thêm lượng ion keo tụ có hóa trị lớn (Fe 3+,Al3+,PO43- ) chất có khả hấp phụ đặc biệt chất màu, alkaloid vào sol lúc đ ầu sol bền vững sau sol keo tụ khoảng nồng độ định; n ếu ti ếp t ục tăng lượng ion keo tụ hệ keo lại chuyển trạng thái sol keo t ụ Hi ện t ượng gọi tượng đổi dấu điện; giải thích sau: Lúc đầu, chưa cho vào hệ chất điện ly (C = 0), hệ có th ế ện đ ộng ξ o Khi thêm chất điện ly vào hệ, cation keo tụ có hóa trị cao, hấp thụ mạnh vào hạt nhân keo làm trung hòa bớt anion định hiệu thế, ξo giảm  Ở vùng thứ I, giá trị ξ giảm lớn giá trị t ới h ạn ( ξ > - 30mV) hệ keo có bền lúc đầu chưa bị keo tụ  Ở vùng II, C1≤ C ≤ C2 , giá trị ξ nhỏ giá trị tới hạn, va chạm có hiệu quả, hệ bị keo tụ Trong vùng lúc C = C lượng anion định hiệu bị trung hòa điện hoàn toàn với cation bị hấp thụ, l ớp khu ếch tán trung hòa điện tích Lúc C > C2 điện tích cation hấp phụ vượt điện tích anion định hiệu thế, lúc hạt keo từ âm chuyển thành dương  Trong vùng III, C2< C ≤ C4 , hạt keo hấp thụ thêm cation nên ξ tăng vượt giá tr ị giới hạn, số va chạm hiệu giảm xuống, hệ keo lại bền vững Ứng v ới giá trị C = C3, bề mặt hạt keo hấp thụ bão hòa cation keo t ụ nên ξ = ξmax Khi C > C3 , bề mặt không hấp thụ cation keo tụ nữa, nên chất ện ly thêm vào thành chất điện ly trơ, có tác dụng làm cho lớp kép nén lại ξ gi ảm t ới tr ị số t ới hạn  Từ nồng độ C5 > C4 trở hệ lại bị keo tụ hoàn toàn ( vùng IV ) 3.4.1.2.2 Hiện tượng keo tụ hỗn hợp chất điện li  Hiện tượng kết hợp: Hai chất điện ly cộng tác dụng với (k ết h ợp) Trong hỗn hợp, khả keo tụ chất điện ly không thay đổi, thêm l ượng chất lượng chất tăng tương ứng  Hiện tượng cản trở: Hai chất điện ly phản tác d ụng v ới N ếu mu ốn keo t ụ sol phải thêm chất điện ly thứ hai nhiều so với thêm m ột ch ất ện ly  Hiện tượng hỗ trợ: Hai chất điện ly tạo điều kiện keo tụ cho nhau, hay nói cách khác làm tăng khả keo tụ Trong trường hợp này, ta ch ỉ c ần thêm lượng nhỏ chất điện ly thứ hai vào hệ 3.4.1.2.3 Hiện tượng bảo vệ Các hệ keo điển hình thường nhạy cảm tác dụng c ch ất ện ly nh ưng trước cho chất điện ly keo tụ người ta thêm vào hệ m ột ch ất cao phân t s ự hấp phụ chất cao phân tử lên bề mặt làm tăng độ bền v ững c h ệ keo Khi h ệ keo sấy khô sau phục h ồi trạng thái keo hòa tan tr vào dung môi cũ Hiện tượng gọi tượng bảo vệ Những chất có khả bảo vệ protit, hydrocarbon, pectin Cao su có th ể bảo vệ hệ có môi trường phân tán n ước.Tuy nhiên tr ường h ợp chất làm kết tủa chất bảo vệ đồng thời gây kết tủa sol, dù tác dụng riêng sol 3.4.1.2.4 Sự keo tụ dị thể tương hỗ Trên thực tế, ta thường gặp trình hạt hệ phân tán dính vào bề mặt không loại với chúng, gọi keo t ụ d ị th ể Hi ện t ượng quan trọng kỹ nghệ thuộc da, nhuộm, giấy Các hạt hai sol tích điện ngược dấu gây keo t ụ lẫn gọi s ự keo tụ tương hỗ Muốn cho sol keo tụ hoàn toàn phải lấy t ỉ lệ gi ữa hai sol nh th ế đ ể cho điện tích hạt trung hòa hết 3.4.2 Dùng đất sét(trung hòa điện) Trong nước hoa có khả trung hòa điện làm keo tụ 3.4.3 Dùng chất tạo đông Trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất sản phẩm gi ảm đông tụ th ường s dụng số chất tạo đông Ví dụ như: sunphat canxi, sunphat magie ho ặc n ước chua sản xuất đậu phụ pH = 4,5 – 4,6 lượng chất đông tụ khoảng 2% 3.4.4 Keo tụ hệ keo ngược dấu:  Quá trình keo tụ thực cách tạo n ước m ột h ệ keo m ới tích điện ngược dấu với hệ keo cặn bẩn nước thiên nhiên h ạt keo tích điện trái dấu trung hòa lẫn Chất keo tụ thường sử d ụng phèn nhôm, phèn sắt, đưa vào nước dạng hòa tan, sau phản ứng th ủy phân chúng tạo hệ keo mang điện tích dương có khả trung hòa v ới loại keo mang điện tích âm  Các ion kim loại mang điện tích dương mặt tham gia vào trình trao đ ổi với cation nằm lớp điện tích kép hạt cặn mang ện tích âm, làm giảm điện động ξ, giúp hạt keo dễ liên kết l ại với b ằng l ực hút phân tử tạo cặn  Mặt khác ion kim loại tự lại kết h ợp v ới n ước b ằng ph ản ứng th ủy phân, phân tử nhôm hydroxit sắt hydroxit hạt keo mang ện tích d ương, có khả kết hợp với hạt keo tự nhiên mang ện tích âm t ạo thành cặn Đồng thời phân tử Al(OH)3 Fe(OH)3 kết hợp với anion có nước kết hợp với tạo cặn có hoạt tính bề m ặt cao Các cặn lắng hấp thụ theo hạt keo, c ặn b ẩn, h ợp ch ất hữu cơ, chất mùi vị… tồn trạng thái hòa tan lơ lửng nước 3.4.5 Dùng enzyme Ngoài phương pháp trên, công nghệ thực phẩm trình keo t ụ đ ược thực nhờ phương pháp vật lý enzyme Đó là:  Sự tự keo tụ: bảo quản hệ keo trạng thái ổn định xảy trình hóa học cách chậm chạp va chạm có hiệu nhỏ thời gian dài làm chúng keo tụ Tuy nhiên, tự keo t ụ dung d ịch keo th ực chất kết trình sinh học chậm chạp Ví dụ: tự keo tụ nước sau để ngày vài tuần, l ắng tự nhiên sau lọc dầu thực vật , với nước mắm, tự keo t ụ xảy tốt vài tháng trở lên  Sử dụng chế phẩm enzyme nhiều chủng nấm mốc nấm men có nhi ều enzyme phá hủy chất keo 3.4.6 Dùng phương pháp vật lý  Tác dụng học: khuấy trộn mạnh làm giảm yếu tố bảo vệ t ạo ều ki ện cho hạt keo dính chặt vào (khuấy mạnh đổ sữa với chất đông t ụ, đ ổ nước chua trình sản xuất đậu phụ) đảo trộn để t ạo thành hạt b trình sản xuất bơ phương pháp đảo trộn  Keo tụ tăng nồng độ pha loãng nồng độ: nồng độ tăng tăng s ố h ạt theo đơn vị thời gian, tăng số lần va chạm có hi ệu quả, pha loãng n ồng độ có thủy phân, nước làm chất điện li làm trình keo tụ xảy  Thay đổi nhiệt độ: nhiệt độ tăng tăng chuyển động Brown, gi ảm đ ộ bền hệ keo.VD: đun nóng mạch polypeptid làm gi ảm khả ch ịu n ước c thay đổi từ ưa nước sang kị nước Khi nhi ệt độ gi ảm kèm theo đông đ ặc, đ ộ bền keo giảm nhanh, kẹo bị kết tụ Vì vậy, sản xuất n ước qu ả l ợi d ụng tính biến tính protid, người ta đun nóng nồi làm l ạnh đ ột ngột Ngoài tác dụng nhiệt độ lợi dụng tính biến tính keo pH l ớn h ơn 10,3 – 11,3 sử dụng để sản xuất đường trắng phương pháp cacnonnat hóa 3.5 Thiết bị Tùy theo chất nguyên liệu mục đích công nghệ mà người ta l ựa ch ọn thi ết b ị keo tụ cho phù hợp Nhìn chung thiết bị keo t ụ công nghi ệp th ực ph ẩm có cấu tạo đơn giản Thiết bị có dạng hình trụ đứng, bên có cánh khuấy xung quanh thân thi ết bị lớp vỏ áo để hiệu chỉnh nhiệt độ dịch sữa trình đông t ụ Ở c s s ản xuất nhỏ, thiết bị có cấu tạo đơn giản Người ta thường gia nhiệt dịch sữa nồi đông tụ điện trở, bếp gas bếp dầu đặt phía d ưới đáy n ồi Vi ệc khuấy trộn thực phương pháp thủ công Nh ững d ạng thi ết b ị thường dùng sản xuất đậu hũ Thiết bị đông tụ phô mai nhà máy có suất l ớn thường có dạng hình trụ nằm ngang Xung quanh thân vỏ áo để điều chỉnh nhiệt độ Bên thi ết bị, cánh khuấy dao cắt gắn trục thân trụ Để tháo huy ết s ữa, ng ười ta lắp đặt ống hình trụ lưới song song với thân tr ụ thi ết bị Khi đó, kh ối đông bị giữ lại thiết bị, huyết chui vào bên ống hình tr ụ l ưới nói để thoát Ngoài ra, bên thiết bị có h ệ thống vòi phun đ ể v ệ sinh tự động  ... nước trái cô đặc, s ữa cô đặc trình cô đặc bốc làm tăng nồng độ chất dinh dưỡng sản xuất Trong tr ường h ợp này, mục đích công nghệ trình cô đặc khai thác 2.4.4 Về sinh học - Khi cô đặc áp suất... Trong công nghệ sản xuất nước trái cô đặc, trình cô đặc trình thu thập sản phẩm Bảo quản: trình cô đặc nhiệt làm giảm lượng nước tăng hàm lượng chất khô sản phẩm Do đó, hoạt độ nước sản phẩm sau cô. .. sắc  Hóa sinh: đông tụ protein nên có phân bố l ại h ệ enzyme s ản phẩm số vi sinh vật bị keo tụ 3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình keo tụ: Quá trình keo tụ phụ thuộc vào hai chế trung hoà