Tài liệu Tìm hiểu các thiết bị trao đổi nhiệt (chần). tính toán và thiết kế hệ thống thanh trùng nước quả sari công suất 1000 kgh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TS. Trần Lệ Thu (GVHD) BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THÂ-̣T THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: TÌM HIỂÂ CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT (CHẦN). TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KYẾ HỆ THỐNG THANH TRÙNG NƯỚC QÂẢ SARI CÔNG SÂẤT 1000 KYG/H (Hê ̣: Đại Học Chính Quy) Tên sinh viên Lê Thị Tú Trinh Lớp 05DHTP5 Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 7/2017 Mã sinh viên 2005140673 MỤC LỤ 2 MỤC LỤC BẢNG............................................................................................................5 MỤC LỤC HÌNH ẢNH...................................................................................................6 LỜI MỞ ĐẦÂ................................................................................................................... 7 LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... 8 PHẦN 1. TỔNG QÂAN...................................................................................................9 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT................................................9 1.1.1. Các định nghĩa...............................................................................................9 1.1.2. Phân loại các thiết bị trao đổi nhiệt...............................................................9 1.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHẦN.......................................................................11 1.3. CÁC THIẾT BỊ VÀ MÔ TẢ ĐẶC TÍNH CỦA TỪNG THIẾT BỊ.....................................17 1.4. CÁC HÃNG CÓ THIẾT BỊ TƯƠNG ỨNG..................................................................22 1.5. CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ WEBSITE..............................................................23 PHẦN 2. TINH TTOAN A B TRI THHIT I..............................................................24 2.1. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI THÍCH CÔNG NGHỆ.................................................24 2.1.1. Giới thiệu về thành phần nguyên liệu của sản phẩm nước quả sơri............24 2.1.2. Quy trình công nghệ....................................................................................33 2.1.3. Giải thích quy trình......................................................................................33 2.2. CAC ́ THÔNG SỐ BAN ĐÂU ̀ VÀ LƯA ̣ CHON ̣ TIÊU CHUÂN ̉ .........................................43 2.2.1. Thông số cho thiết bị:..................................................................................43 2.2.2. Thông số dịch sơ ri và chất tải nhiệt:...........................................................43 2.3. TIN ́ H TOAN ́ CHO THIÊT́ BỊ CHIN ́ H.......................................................................47 2.3.1. Tính toán cho quá trình thanh trùng............................................................47 2.3.2. Tính toán cho quá trình làm lạnh sau thanh trùng.......................................57 2.4. THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT KHÁC............................................................................64 2.5. SƠ ĐỒ THIẾT BỊ VÀ GIẢI THÍCH THIẾT BỊ............................................................68 2.6. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ MẶT BẰNG NHÀ MÁY.....................................................................70 2.7. TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................72 PHỤ LỤC. BẢN VE THIẾT BỊ CHÍNH......................................................................74 (BẢN IN A3 AUTOCA KEM THEO ĐÚNG TIÊU CHUẨN VẼ KỸ THUẬT).......74 3 4 MỤC LỤC BẢ Bảng 1. 1 Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) theo điều kiện chần, hấp khác nhau, %.................................................................................................................... 15 Y ảng 2. 1 Thành phần hóa học của trái sơri trong 100g...................................................27 ảng 2. 2 Thành phần vitamin và khoáng chất trong 100g sơri.......................................29 ảng 2. 3 Các chỉ tiêu của đường trắng............................................................................30 ảng 2. 4 Các chỉ tiêu của acid citric...............................................................................31 ảng 2. 5 Thành phần các thành phần trong 100g dịch sơ ri theo đơn vị % [6]...............44 ảng 2. 6 Khối lượng riêng của dịch sơ ri ở 57oC (kg/m3)..............................................44 ảng 2. 7 Khối lượng riêng của dịch sơ ri ở 59,320C (kg/m3)..........................................45 ảng 2. 8 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 59,32℃ (J/kg.độ).......................................45 ảng 2. 9 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 570C (J/kg.độ).............................................46 ảng 2. 10 Hệ số dẫn nhiệt của dịch sơ ri ở 59,32℃ (W/m.độ).......................................46 ảng 2. 11 Các thông số ống trong..................................................................................51 ảng 2. 12 Các thông số ống ngoài..................................................................................52 ảng 2. 13 Các thông số chính của thiết bị......................................................................56 ảng 2. 14 Khối lượng riêng của dịch sơ ri ở 43,90C (kg/m3)..........................................57 ảng 2. 15 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 500C (J/kg.độ)...........................................58 ảng 2. 16 Nhiệt dung riêng của dịch sơ ri ở 43,9oC (J/kg.độ)........................................59 ảng 2. 17 Hệ số dẫn nhiệt của dịch sơ ri ở 43,90C (W/m.độ).........................................59 ảng 2. 18 Thông số vật lý của nước ở -40C....................................................................60 ảng 2. 19 Các thống số chính của quá trình làm lạnh.....................................................64 5 MỤC LỤC HÌNH Ả Hình 1. 1 Sơ đồ khối của thiết bị trao đổi nhiệt..................................................................9 Hình 1. 2 Thiết bị chần dạng đường hầm.........................................................................19 Y Hình 2. 1 Quả sơri...........................................................................................................25 Hình 2. 2 Đường trắng.....................................................................................................30 Hình 2. 3 Thiết bị ngâm rửa của GP Graders..................................................................35 Hình 2. 4 Thiết bị phun rửa của GP Graders...................................................................35 Hình 2. 5 Thiết bị phân loại của GP Graders..................................................................36 Hình 2. 6 Hệ thống thiết bị chần bằng hơi nước..............................................................36 Hình 2. 7 Thiết bị ép.........................................................................................................37 Hình 2. 8 Hệ thống thủy phân bằng emzyme....................................................................38 Hình 2. 9 Thiết bị lọc khung bản......................................................................................38 Hình 2. 10 Thiết bị phối trộn............................................................................................40 Hình 2. 11 Thiết bị thanh trùng ống lồng ống..................................................................41 Hình 2. 12 Quy trình rót chai trong điều kiện vô trùng....................................................41 Hình 2. 13 Quy trình dãn nhãn.........................................................................................42 Hình 2. 14 Sản phẩm nước quả Sơ ri...............................................................................43 Hình 2. 15 Trao đổi nhiệt 2 dòng lưu chất.......................................................................44 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lí về thiết bị ống lồng ống..........................................................68 Hình 2.18 Sơ đồ mặt bằng tổng thể nhà máy sản xuất nước sơ ri....................................70 6 LỜI MỞ ĐẦÂ Công nghệ thực phẩm được xem là một trong những ngành học có tính ứng dụng cao và đa dạng, đóng góp vai trò khá quan trọng trong cuộc sống hiện đại ngày nay. Nếu từ thuở xa xưa, con người chú trọng đến cái ăn là để sống trước mắt, thì ngày nay, con người sống với nhau không chỉ là ăn để no, mà là để thoả mãn nhu cầu của bản thân. Ngoài ăn no, người ta còn mong ăn ngon, mặc đẹp. Đó là những lí do góp phần cho sự phát triển không ngừng của ngành và luôn được sự xem xét, chú trọng quan tâm của nhà nước, của các quốc gia trên thế giới và của cả hàng triệu con người. Để hiểu rõ, hiểu sâu về kiến thức chuyên môn trong ngành công nghệ thực phẩm, mỗi cá nhân cần phải ra sức học hỏi, tìm hiểu từ thầy cô, từ bạn bè, từ sách vở, từ nhiều nguồn tài liệu và từ cả trong các hoạt động thực tiễn. Học lí thuyết là một chuyện, nhưng để hiểu và vận dụng được nó thì học trong thực tế sẽ hay hơn nhiều. ởi nhận thức được điều đó, học phần “Đồ án kỹ thuật thực phẩm” đưa ra các đề tài thiết kế thiết bị có tính ứng dụng cao trong thực phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất của con người. Cũng vì lí do đó, nhóm chúng em đi tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế thiết bị ống lồng ống để gia nhiệt dịch sơri bằng tác nhân hơi bão hoà. Thiết bị gia nhiệt này có tính ứng dụng cao trong các nhà máy sản xuất nước quả và sữa, ngoài ra còn được nhiều doanh nghiệp sử dụng rộng rãi. Ngoài ra, môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. 7 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án kỹ thuâ ̣t thực phẩm với đề tài tài “ Tính toán và thiết kế hệ thống thanh trùng nước quả sơ ri công suất 1000 kg/h”, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, nhóm luôn nhâ ̣n được sự hướng dẫn tâ ̣n tình của G HD và sự giúp đỡ của các bạn cùng khóa. Thay mặt nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến an chủ nhiê ̣m khoa Công nghê ̣ thực phẩm trường Đại Học Công Nghiê ̣p Thực Phẩm Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiê ̣n cho nhóm được thực hiê ̣n đồ án này, xin chân thành cảm ơn Cô Trần Lệ Thu đã tâ ̣n tình hướng dẫn nhóm trong suốt quá trình thực hiê ̣n đề tài. Khi thực hiện đề tài còn nhiều vấn đề chưa thể hiểu hết nên khó tránh được sai soát trong khi tính toán nên nhóm mong nhận được sự góp ý tận tình từ Thầy Cô để có thể hoàn thiện bài tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! 8 PHẦN 1. TỔNG QÂAN 1.1. Cơ sở lý thuyết củ thhết bi tt̉a đổh nhhệt 1.1.1. Các định nghĩa Thiết bị trao đổi nhiệt (T TĐN) là thiết bị trong đó thực hiện sự trao đổi nhiệt giữa chất cần gia công với chất cần mang nhiệt hoặc lạnh. Chất mang nhiệt hoặc lạnh được gọi chung là môi chất có nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn chất gia công, dùng để đun hoặc làm nguội chất gia công. Chất gia công và môi trường ở pha lỏng hoặc pha hơi, gọi chung là chất lỏng. Các chất này có nhiệt độ khác nhau. Để phân biệt mỗi thông số φ là của chất lỏng nóng hay chất lỏng lạnh, đi vào hay ra khỏi thiết bị, người ta quy ước: - Dùng chỉ số 1 để chỉ chất lỏng nóng: φ1. - Dùng chỉ số 2 để chỉ chất lỏng nóng: φ2. - Dùng dấu “ ‫ “ ׳‬để chỉ thông số vào thiết bị: φ1‫ ;׳‬φ2‫׳‬ - Dùng dấu “ ‫ “ ״‬để chỉ thông số vào thiết bị: φ1‫ ;״‬φ2‫״‬ Ví dụ: Hình 1. 1 Sơ đồ khối của thiết bị trao đổi nhiệt 1.1.2. Phân loại các thiết bị trao đổi nhiệt a. Phân loại theo nguyên lý làm việc của TBTĐN 9 1) T TĐN tiếp xúc (hay hỗn hợp), là loại T TĐN trong đó chất gia công và môi chất tiếp xúc nhau, thực hiện cả quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất, tạo ra một hỗn hợp. í dụ bình gia nhiệt nước bằng cách sục 1 dòng hơi. 2) T TĐN hồi nhiệt, là loại thiết bị TĐN có mặt trao đổi nhiệt được quay, khi tiếp xúc chất lỏng 1 mặt nhận nhiệt, khi tiếp xúc chất lỏng 2 mặt tỏa nhiệt. Quá trình TĐN là không ổn định và trong mặt trao đổi nhiệt có sự dao động nhiệt. í dụ: bộ sấy không khí quay trong lò hơi nhà máy nhiệt điện. 3) T TĐN vách ngăn, là loại T TĐN có vách ngăn rắn cách chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh và 2 chất lỏng TĐN theo kiểu truyền nhiệt. Loại T TĐN đảm bảo độ kín tuyệt đối giữa 2 chất, làm cho chất gia công được tinh khiết và vệ sinh, an toàn, do đó được sử dụng rộng rãi trong mọi công nghệ. 4) T TĐN kiểu ống nhiệt, là loại T TĐN dùng ống nhiệt để truyền tải nhiệt từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh. Môi chất trong các ống nhiệt nhận nhiệt từ chất lỏng 1, sôi và hóa hơi thành hơi bão hòa khô, truyền đến vùng tiếp xúc chất lỏng 2, ngưng thành lỏng rồi quay về vùng nóng để lặp lại chu trình. Trong ống nhiệt, môi chất sôi, ngưng và chuyển động tuần hoàn, tải một lượng nhiệt lớn từ chất lỏng 1 đến chất lỏng 2. b. Phân loại TBTĐN theo sơ đồ chuyển động chất lỏng, với loại TBTĐN có vách ngăn. 1) Sơ đồ song song cùng chiều 2) Sơ đồ song song ngược chiều 3) Sơ đồ song song đổi chiều 4) Sơ đồ giao nhau 1 lần 5) Sơ đồ giao nhau nhiều lần c. Phân loại TBTĐN theo thời gian Thường phân ra 2 loại: 1) Thiết bị liên tục (ví dụ bình ngưng, calorife). 2) Thiết bị làm việc theo chu kì (nồi nấu, thiết bị sấy theo mẻ). d. Phân loại TBTĐN theo công dụng 10 - Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho sản phẩm (ví dụ nồi nấu, lò hơi) - Thiết bị làm mát để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường (ví dụ tháp giải nhiệt nước, bình làm mát dầu) - Thiết bị lạnh để hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhỏ hơn môi trường (ví dụ tủ cấp đông, tủ lạnh). 1.2. Tổng qủn về quá ttình chần a. Cơ sở khoa học của hệ thống chần Chần (blanching) là một quá trình xử lý nguyên liệu ở nhiệt độ cao, sử dụng nước nóng hoặc hơi nước. Trong trường hợp sử dụng nước nóng, người ta thường nhúng nguyên liệu cần chần vào trong nước nóng. Quá trình chần được dùng phổ biến trong ngành công nghiệp rau trái. Một trong những mục đích quan trọng của quá trình chần là ức chế các enzyme có trong nguyên liệu chế biến. Quá trình chần được chia thành 3 giai đoạn: gia nhiệt nguyên liệu đến giá trị nhiệt độ chần, giữ nguyên liệu ở nhiệt độ chần trong một khoảng thời gian xác định và làm nguội nhanh nguyên liệu hoặc chuyển nhanh nguyên liệu sang công đoạn chế biến tiếp theo. b. Mục đích công nghệ Như đã trình bày ở phần trên, quá trình chần hiện nay được sử dụng chủ yếu trong các quy trình công nghệ chế biến rau trái. Mục đích công nghệ của quá trình chần bao gồm: - Bảo quản: sự có mặt của các enzyme trong thực phẩm sẽ gây ra những biến đổi chất lượng trong quá trình bảo quản sản phẩm, đặc biệt là một số biến đổi về cảm quan và dinh dưỡng. Quá trình chần làm vô hoạt enzyme trong nguyên liệu chế biến, do đó sẽ góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Ngoài ra, nhiệt độ cao trong quá trình chần sẽ làm giảm mật độ tế bào vi sinh vật trong nguyên liệu. Điều này sẽ hạn chế những biến đổi bất lợi do vi sinh vật gây nên trong các quá trình chế biến tiếp theo, đồng thời góp phần làm tăng thời gian bảo quản thành phẩm. 11 - Chuẩn bị: trong công nghệ sản xuất rau trái đóng hộp, quá trình chần có tác dụng làm mềm sơ bộ nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình xếp rau trái vào bao bì. Ngoài ra, chần còn có tác dụng bài khí trong nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình thanh trùng tiếp theo. - Hoàn thiện: trong một số trường hợp, quá trình chần có mục đích cải thiện một vài chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm. í dụ như trong công nghệ sản xuất khoai tây sấy (một dạng chip khoai tây), chần nguyên liệu có tác dụng cải thiện màu sắc sản phẩm. Nếu không có quá trình chần trong quy trình sản xuất, sản phẩm khoai tây sấy dễ bị sẫm màu, giá trị cảm quan sẽ giảm đi đáng kể. Trong lĩnh vực chế biến rau trái, quá trình chần thường được sử dụng trong sản xuất rau trái đóng hộp và rau trái sấy. Ngoài ra, quá trình chần còn được dùng trong quy trình chế biến tối thiểu một số loại rau để sản xuất fresh-cut. c. Các biến đổi của nguyên liệu - Vật lý: trong quá trình chần, hình dạng và thể tích nguyên liệu có thể bị thay đổi, trong một số trường hợp có thể xuất hiện những vết nứt trên bề mặt nguyên liệu. Khi quan sát dưới kính hiển vi, người ta nhận thấy hình dạng tế bào và mô thực vật cũng bị thay đổi rõ rệt sau khi chần. Những thay đổi về hình dạng và thể tích sẽ làm thay đổi cấu trúc nguyên liệu, từ đó các chỉ tiêu vật lý khác như độ cứng, độ dai… của nguyên liệu cũng bị thay đổi theo. Một số biến đổi vật lý sẽ ảnh hưởng có lợi cho công nghệ chế biến. í dụ như rau trái giảm độ cứng sẽ giúp cho việc xếp chúng vào bao bì kim loại hoặc bao bì thủy tinh dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nếu một số chỉ tiêu vật lý bị biến đổi quá mức thì sẽ ảnh hưởng xấu đến giá trị cảm quan của rau trái đóng hộp. Để hạn chế hiện tượng này, các nhà sản xuất thường sử dụng phụ gia cải thiện cấu trúc – phổ biến nhất là CaCl2 với nồng độ 1-2% trong dung dịch chần. Một biến đổi vật lý quan trọng khác trong quá trình chần là sự khuếch tán và hòa tan một số cấu tử từ nguyên liệu vào dung dịch chần (thường là nước nóng). Hiện tượng này làm tổn thất thành phần dinh dưỡng có trong nguyên liệu, đặc biệt là các hợp chất có phân tử lượng nhỏ và dễ hòa tan trong nước như đường khử, acid 12 amine, một số muối khoáng và vitamine. Ngoài ra, một số vi sinh vật và các hợp chất cơ học như bụi, cát,… có mặt trên bề mặt của nguyên liệu cũng sẽ khuếch tán vào nước nóng. Điều này có lợi cho các nhà sản xuất vì nó góp phần làm sạch nguyên liệu trong quy trình chế biến. - Hóa học: nhiệt độ cao trong quy trình chần sẽ thúc đẩy một số phản ứng hóa học xày ra nhanh hơn. Các nhà sản xuất thường quan tâm đến phản ứng làm tổn thất những cấu tử mẫn cảm với nhiệt độ, điển hình là các vitamine. Trong quá trình chần, vitamine có thể bị phân hủy bởi nhiệt hoặc bị oxy hóa. Kết quả là hàm lượng vitamine trong nguyên liệu sau chần sẽ bị giảm đi. Trong số các vitamine thường gặp trong rau trái, vitamine C dễ bị tổn thất nhất. Do đó, một số nhà khoa học đề nghị dựa vào tỷ lệ tổn thất vitamine C để đánh giá về tác động tiêu cực do quá trình chần gây ra trong các quy trình chế biến rau trái. Ngoài ra, trong quá trình chần, một số chất màu như chlorophyll cũng rất dễ bị tổn thất. Để hạn chế điều này, các nhà sản xuất thường bổ sung sodium carbonate (nồng độ 0,125% w/w) vào nước chần. Khi đó, màu xanh của sản phẩm sau quá trình chần sẽ được cải thiện. Tuy nhiên, theo Fellows (2000) thì nhược điểm của giải pháp này là làm tăng tỷ lệ tồn thất ascorbic acid trong nguyên liệu rau trái. - Hóa lý: quá trình chần sẽ làm thoát khí ra khỏi các gian bào trong cấu trúc mô thực vật. Ngoài ra, quá trình chần còn tạo nên những biến đổi về pha như các hạt tinh bột trong một số loại trái cây sẽ bị hồ hóa, một số phân tử protein hòa tan sẽ bị đông tụ… Tuy nhiên, những biến đổi này k ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. - Sinh học: trong quá trình chần, một số loài vi sinh vật có thể bị ức chế hoặc tiêu diệt do nhiệt độ cao làm biến tính bất thuận nghịch DNA và một số enzyme trong tế bào. - Hóa sinh: các enzyme trong nguyên liệu sẽ bị vô hoạt trong quá trình chần. Tuy nhiên, cần lưu ý đến tốc độ gia nhiệt nguyên liệu khi chần. Nếu nhiệt độ tăng chậm trong một khoảng thời gian dài thì các enzyme sẽ xúc tác các phản ứng xảy ra như phản ứng oxy hóa polyphenol, phản ứng thủy phân pectin, phản ứng oxy 13 hóa chất béo… Ngoài ra, việc tăng chậm nhiệt độ trong giai đoạn đầu của quá trình chần còn làm cho hệ vi sinh vật trong nguyên liệu phát triển, gia tăng mật độ vi sinh vật và gây ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm. d. Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình chần Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chần nguyên liệu rau trái. Hai thông số công nghệ quan trọng nhất của quá trình là nhiệt độ và thời gian. - Nhiệt độ: nhiệt độ chần ảnh hưởng đến mức độ vô hoạt enzyme và hệ vi sinh vật có trong nguyên liệu. Khi tăng nhiệt độ chần thì khả năng vô hoạt enzyme và hệ vi sinh vật trong nguyên liệu càng cao. Tuy nhiên, nhiệt độ chần quá cao sẽ xảy ra một số phản ứng hóa học không mong muốn; bên cạnh đó, sự tổn thất các cấu tử mẫn cảm với nhiệt sẽ gia tăng, các giá trị cảm quan liên quan đến cấu trúc, màu sắc và mùi vị của nguyên liệu có thể bị biến đổi theo chiều hướng xấu. Ngoài ra, nhiệt độ chần cao còn làm tăng chi phí năng lượng cho quá trình. - Thời gian: khi tăng thời gian chần nguyên liệu, hiệu quá ức chế enzyme và vi sinh vật sẽ tăng theo. Tuy nhiên, nếu thời gian chần quá dài thì những biến đổi bất lợi về chất lượng dinh dưỡng và cảm quan sẽ xảy ra. - Bản chất nguyên liệu: mỗi loại rau trái sẽ có cấu trúc va độ cứng khác nhau. Ngoài ra, khả năng chịu nhiệt của hệ enzyme trong từng loại nguyên liệu cũng khác nhau. Thông thường, các nhà sản xuất dựa vào độ bền nhiệt của các enzyme trong nguyên liệu để lựa chọn nhiệt độ và thời gian chần cho phù hợp. - Kích thước và hình dạng của nguyên liệu: kích thước và hình dạng của nguyên liệu sẽ ảnh hưởng đến diện tích bề mặt tiếp xúc của nguyên liệu và dung dịch chần, do đó sẽ ảnh hưởng tới tốc độ truyền nhiệt và mức độ tổn thất một số cấu tử hòa tan trong nguyên liệu. Nếu diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung dịch chần càng lớn thì tốc độ gia nhiệt nguyên liệu sẽ tăng lên nhưng độ tổn thất các cấu tử hòa tan sẽ càng lớn. - Phương pháp chần: hiện nay có nhiều phương pháp chần nguyên liệu rau trái. Mỗi phương pháp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mức độ vô hoạt enzyme và vi 14 sinh vật cũng như mức độ tổn thất của một số cấu tử dinh dưỡng trong quá trình chần. e. Ảnh hưởng của quá trình chần đến chất lượng sản phẩm - Về dinh dưỡng Trong quá trình chần, hấp, chất lượng sản phẩm giảm không nhiều. Sự mất mát chất dinh dưỡng thường do hòa tan hơn là bị biến đổi. Các chất khoáng, vitamin cũng như một số các cấu tử hòa tan bị hoà tan trong nước chần. Lượng các cấu tử hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Môi trường chất tải nhiệt (nước, hơi nước hay không khí nóng): quá trình hấp sẽ tổn thất chất hoà tan ít hơn chần, tuy nhiên cấu tạo thiết bị phức tạp và chi phí tốn kém hơn. + Nhiệt độ, thời gian chần, hấp: nhiệt độ càng cao, thời gian càng dài, sẽ tổn thất dinh dưỡng càng nhiều. Bảng 1. 1 Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) theo điều kiện chần, hấp khác nhau, % Điều kiện xử lý Nước ở nhiệt Trước khi xử lý 10,9 Sau khi xử lý 6,9 Tỉ lệ tổn thất 36,7 độ 90oC Nước ở nhiệt 11,2 6,7 40,0 độ 100oC Hơi nước ở 12,8 10,8 15,6 nhiệt đô 100oC Hơi nước ở 17,9 9,0 49,7 nhiệt độ 110oC (GUERRANT, T’HARA. 1996) + Nồng độ chất tan có trong nước chần: nước chần chứa nhiều chất hữu cơ, chất tan sẽ ít hòa tan vào nước hơn (Nếu chần trong môi trường có chứa sẵn chất tan, thì chất tan trong nguyên liệu ít hòa tan vào nước chần hơn) Có thể chần trong dung dịch đường hoặc muối. 15 + Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và nước chần: diện tích tiếp xúc càng lớn, tổn thất chất tan càng nhiều. Loại củ và hạt ít tổn thất chất tan hơn rau. - Về màu sắc + Màu chlorophyl Chlorophyl thường tồn tại ở 2 dạng: chlorophyl A và chlorophyl . Trong đó chlorophyl A tương đối nhạy cảm với nhiệt hơn chlorophyl . Chlorophyl biến đổi khi xử lý trong môi trường acid hoặc có oxy (chlorophyl có màu xanh biến đổi thành pheophytin có màu vàng xanh – vàng olive + Màu anthocyan Trong nguyên liệu, anthocyan thường tồn tại ở dạng phức hợp leucoanthocyan. Anthocyan là chất hòa tan trong nước. Do đó, không nên chần nguyên liệu chứa anthocyan trong môi trường có nhiều nước. + Màu caroten Caroten tương đối bền nhiệt, vì vậy ít bị biến đổi trong qua trình chần, hấp. Mặt khác, trong quá trình tồn trữ, nguyên liệu được chần, hấp thì hàm lượng caroten lại ổn định hơn nguyên liệu không chần. - Về mùi vị Các chất mùi thường hiện diện trong nguyên liệu là các hợp chất ester dễ bay hơi. ì vậy, mùi vị giảm một ít sau khi chần, hấp. - Về cấu trúc Một trong những mục đích của quá trình chần, hấp là làm mềm cấu trúc của rau quả, để tạo điều kiện dễ dàng khi cho vào bao bì hoặc tách vỏ, hạt ra khỏi thịt quả. Tuy nhiên, đối với một số sản phẩm thì quá trình chần, hấp, làm mềm cấu trúc không mong muốn. Mà một trong những nguyên nhân làm mềm cấu trúc là do protopectin biến thành pectin. ì vây, để duy trì độ cứng của sản phẩm, ta có thể cho thêm CaCl2 vào nước chần, để tạo thành phức pectat calci. 16 1.3. Các thhết bi và mô tả đặc tính củ từng thhết bi Quá trình chần có thể thực hiện trong các loại thiết bị khác nhau. Khi năng suất công đoạn này không cao, người ta có thể chần trong các loại dụng cụ đơn giản như xoong, nồi,... Khi năng suất công đoạn cao thì chần có thể thực hiện bằng cơ giới, với các thiết bị máy móc hiện đại hơn. Trong công nghiệp chế biến rau quả, khâu chần thường được thực hiện trong các thiết bị làm việc gián đoạn hay liên tục. a. Thiết bị chần bằng nước nóng (Hot water blancher) Nhiệt độ nước chần dao động trong khoảng 70-100°C. Có hai cách thực hiện: ngâm nguyên liệu trong nước chần hoặc phun nước chần lên bề mặt nguyên liệu (nguyên liệu thường được đặt trên một tấm lưới). Hiện nay có rất nhiều cấu hình thiết bị khác nhau. - Trường hợp ngâm nguyên liệu trong nước chần: thiết bị thường có dạng hình trụ, nằm ngang và được nhúng trong một bể nước nóng. Thân hình trụ được đục lỗ. Phần thân trụ có thể xoay xung quanh trục của nó. ên trong thân trụ có những thanh gạt. Khi hoạt động, người ta sẽ nạp nguyên liệu vào một đầu thân trụ. Nguyên liệu sẽ được ngập trong nước chần. Khi phần thân trụ xoay xung quanh trục của nó thì các thanh gạt sẽ đẩy nguyên liệu chuyển động theo hướng đến đầu bên kia của thân trụ để tháo sản phẩm ra ngoài thiết bị. - Trường hợp phun nước chần lên bề mặt nguyên liệu: thiết bị thường có dạng hình hộp chữ nhật (dạng đường hầm – tunnel). ên trong thiết bị có một băng tải lưới. Nguyên liệu được đặt trên băng tải lưới và được lần lượt đưa qua vùng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Tại vùng gia nhiệt và giữ nhiệt, nước nóng sẽ phun lên nguyên liệu từ các vòi phun được bố trí ở phía dưới trần của thiết bị. Sau khi tiếp xúc với bề mặt của nguyên liệu, nước nóng sẽ đi qua băng tải lưới và được thu gom phía bên dưới để tái sử dụng. Tại vùng làm nguội người ta có thể sử dụng 17 nước lạnh hoặc không khí lạnh. Cần lưu ý là không khí lạnh phải được vô trùng và làm ẩm trước khi tiếp xúc với nguyên liệu để hạn chế hiện tượng nhiễm vi sinh vật và hiện tượng thoát ẩm từ bề mặt nguyên liệu sau khi chần. Nếu nguyên liệu được xếp thành nhiều lớp trên bề mặt băng tải lưới thí sự truyền nhiệt trong khối nguyên liệu sẽ không tốt. Khi đó, để nhiệt độ tại tâm khối nguyên liệu đạt đến giá trị nhiệt độ chần, chúng ta cần kéo dài thời gian xử lý, tức tăng thời gian lưu của nguyên liệu trong vùng gia nhiệt. Điều đó sẽ làm cho một số vùng nguyên liệu bị xử lý nhiệt trong thời gian dài, từ đó làm giảm độ đồng nhất của sản phẩm. Các nhà sản xuất đã đưa ra giải pháp HQ (Hndividual Quick lanching). Khi đó, nguyên liệu chỉ được xếp một lớp trên bề mặt băng tải lưới. Phương pháp này sẽ nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, cần lưu ý đến việc thu gom nước từ ba vùng gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội trong thiết bị chần. Nước thu gom từ mỗi vùng sẽ được xử lý rồi tái sử dụng cho những mục đích công nghệ khác nhằm tiết kiệm chi phí năng lượng trong quy trình sản xuất. 18 Hình 1. 2 Thiết bị chần dạng đường hầm Phương pháp phun dung dịch chần lên bề mặt nguyên liệu có nhiều ưu điểm so với phương pháp ngâm nguyên liệu trong dung dịch chần: nguyên liệu ít bị tổn thương do va chạm cơ học, tổn thất dinh dưỡng trong nguyên liệu sẽ giảm. Tuy nhiên, chi phí năng lượng trong giai đoạn gia nhiệt sẽ nhiều hơn. b. Thiết bị chần bằng hơi nước Phổ biến nhất là thiết bị dạng đường hầm, nhưng ở đây sử dụng hơi nước để gia nhiệt và giữ nhiệt trong quá trình chần. ăng tải lưới để chứa nguyên liệu có chiều dài lên đến 15m, chiều rộng dao động trong khoảng 1-1,5m. ên trong thiết bị cũng được chia thành ba khu vực tương ứng với ba giai đoạn của quá trình chần: gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Thông thường, nguyên liệu sẽ được nạp vào bên 19 trong thiết bị thông qua hệ thống van xoay hoặc hệ thống nắp đậy bằng thủy lực để hạn chế sự tổn thất hơi, tiết kiệm chi phí năng lượng vận hành. Cần lưu ý là nguyên liệu được xếp thành nhiều lớp trên băng tải lưới thì sẽ gây ra hiện tượng chênh lệch nhiệt độ giữa vùng bề mặt và vùng tâm của nguyên liệu như đã đề cập đến ở phần trên. Sử dụng giải pháp HQ sẽ hạn chế được nhược điểm này. Tuy nhiên, các nhà sản xuất chỉ cần xếp một lớp nguyên liệu trên băng tải lưới trong hai giai đoạn gia nhiệt và làm nguội. Còn trong giai đoạn giữ nhiệt, sản phẩm có thể được xếp thành nhiểu lớp trên băng tải. Đầu tiên, nguyên liệu sẽ được nạp vào thiết bị nâng (1) rồi được đưa vào vùng gia nhiệt. Thiết bị nâng (1) được thiết kế gắn liền với đường hầm gia nhiệt (2) nhằm mục đích giảm tổn thất nhiệt trong quá trình hoạt động. Trong đường hầm gia nhiệt (2), nguyên liệu được xếp thành một lớp trên băng tải lưới và được tiếp xúc với hơi. Sau đó, nguyên liệu rời băng tải lưới và đi vào thiết bị nâng (3). Thời gian lưu của nguyên liệu trong thiết bị nâng (3) chính là thời gian chần. Sau cùng, nguyên liệu được chuyển vào đường hầm làm nguội (4). Người ta phun nước vào không khí lạnh tạo sương mù để làm nguồi sản phẩm. Điều đó sẽ hạn chế sự mất nước trong nguyên liệu sau khi chần, đồng thời làm giảm lượng nước thải xuất hiện trong quá trình vận hành. Năng suất hoạt động của thiết bị có thể lên đến 4.500 kg/giờ. Sử dụng thiết bị dạng này cho phép tiêu diệt hoàn toàn hệ enzyme trong nguyên liệu, đồng thời hạn chế sự tổn thất dinh dưỡng ở mức cao nhất. Fellows (2000) cho rằng hàm lượng vitamine C sau khi chần có thể còn 76-85% so với ban đầu. Thông số công nghệ: - Lượng dịch chần phải lớn hơn 2 lần so với lượng nguyên liệu - Nhiệt độ chần từ 90-100℃ - Thời gian chần khoảng 3-15 phút phụ thuộc vào cấu trúc nguyên liệu và độ mềm mong muốn sau khi chần Khi so sánh với phương pháp chần bằng nước nóng, phương pháp chần bằng hơi nước có nhiều ưu điểm: tổn thất chất dinh dưỡng ít hơn, lượng nước thải trong quá 20