Nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ màng để cô đặc nước dứa

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM





BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ NĂM 2009


Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ MÀNG ĐỂ CÔ ĐẶC NƯỚC DỨA

7861
08/4/2010

TP. HỒ CHÍ MINH
THÁNG 12/2009


Chủ nhiệm đề tài: Ths. Lê Thị Hồng Ánh
Các thành viên tham gia:
- Ths. Nguyễn Đình Thị Như Nguyện
- Ths. Nguyễn Thị Thảo Minh
- Ks. Lê Minh Tâm
- Ths. Bùi Phương Dung
- Ks. Vũ Đại Long
Xác nhận của
cơ quan chủ trì

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM




BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ NĂM 2009


Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ MÀNG ĐỂ CÔ ĐẶC NƯỚC DỨA

Chủ nhiệm đề tài: Ths. LÊ THỊ HỒNG ÁNH
Các thành viên tham gia: Ths. Nguyễn Đình Thị Như Nguyện
Ths. Nguyễn Thị Thảo Minh
Ks. Lê Minh Tâm
Ths. Bùi Phương Dung
Ks. Vũ Đại Long

Cơ quan chủ trì







THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
THÁNG 12/2009



DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Thuật ngữ tiếng Việt
NF Quá trình lọc nano
MF Quá trình vi lọc
UF Quá trình siêu lọc
RO Quá trình lọc thẩm thấu ngược
w/w Khối lượng/khối lượng

v/v Thể tích/thể tích



DANH MỤC BẢNG
Số Tên bảng Trang
1.1. Thành phần hóa học của một số giống dứa ở Việt Nam 4
1.2. Đặc điểm công nghệ của một số giống dứa (loại 1) 6
1.3. Đặc điểm của một số vật liệu membrane 17
1.4. Vật liệu membrane trong các phương pháp membrane 18
1.5. Tác nhân gây fouling quan sát trên 150 bộ lọc membrane
trên thế giới (vật liệu là polyamide)
27
2.1. Thông số kỹ thuật của membrane JX 37
2.2. Thông số kỹ thuật của membrane DS-5-DK 37
3.1. Thành phần của nước dứa sau khi ép và lọc sơ bộ 48
3.2. Thành phần của nước dứa sau khi được pha loãng 48
3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến độ nhớt và độ truyền suốt
của nước dứa sau xử lý
49
3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt
và độ truyền suốt của nước dứa sau xử lý enzyme
51

3.5. Thành phần nước dứa sau khi xử lý enzyme 52
3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến một số đặc tính của
nước dứa trong quá trình lọc MF
52
3.7. Ảnh hưởng của áp suất đến một số đặc tính của nước dứa
trong quá trình lọc MF

54
3.8. Thành phần của nước dứa sau khi lọc trong bằng membrane
MF
55
3.9. Kết quả phân tích vi sinh mẫu nước dứa sau khi lọc trong
qua membrane JX
56

3.10. Ảnh hưởng của áp suất khi cô đặc bằng membrane DK tới
các đặc tính của nước dứa
58

3.11. Thành phần của nước dứa sau khi cô đặc bằng membrane
DK ở áp suất 30bar
60

3.12. Mức độ khác biệt giữa giữa nước ép dứa cô đặc bằng phương
pháp lọc membrane (1) và phương pháp cô đặc chân không
(2) so với nước ép dứa tự nhiên
62


DANH MỤC HÌNH
Số Tên hình Trang
1.1 Một số loại dứa trong nhóm Queen 5
1.2 Dứa Cayenne 5
1.3 Dứa Spanish 5
1.4 Sơ đồ quá trình phân riêng bằng membrane 8
1.5 So sánh mô hình lọc cross-flow và lọc dead-end 9
1.6 Quá trình lọc cross-flow 9

1.7 Các phương pháp phân riêng bằng membrane 10
1.8 Một số loại membrane đối xứng 13
1.9 Cấu trúc membrane vi xốp 13
1.10 Cơ chế vận chuyển các chất qua membrane 14
1.11 Membrane không đối xứng 14
1.12 Sơ đồ membrane composite 15
1.13 Membrane composite trên giá đỡ vi xốp 15
1.14 Các đặc tính của membrane composite (ZF-99 của PCI, Anh) 16
1.15 Mặt cắt ngang của sợi rỗng 20
1.16 Thiết bị membrane dạng ống 21
1.17 Thiết bị membrane dạng tấm phẳng 21
1.18 Cấu tạo bộ lọc cuộn xoắn 22
1.19 Sơ đồ thiết bị lọc cuộn xoắn 23
1.20 Bộ lọc cuộn xoắn trong vỏ lọc chịu áp 24
1.21 Các hình dạng cơ bản của đệm dạng mạng lưới 24
1.22 Động học chất lỏng trong mạng lưới đệm 25
1.23 Hiện tượng tập trung nồng độ 25
1.24 Ảnh hưởng của hiện tượng tập trung nồng độ tới tốc độ dòng 26
1.25 Các cơ chế gây fouling ở membrane 27
1.26 Ví dụ về hiện tượng fouling do protein trên bề mặt membrane MF
sau khi lọc sữa gầy ở áp suất 300 psi trong 30 phút
27
2.1 Sơ đồ hệ thống MF và NF 37
2.2 Hệ thống MF và NF thí nghiệm 37
2.3 Sơ đồ thí nghiệm 41
3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến độ nhớt nước dứa 49
3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến độ truyền suốt của nước dứa 49
3.3 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt nước dứa 51
3.4 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ truyền suốt của nước dứa 51
3.5 Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến tốc độ dòng permeate

khi xử lý nước dứa bằng MF
53
3.6 Ảnh hưởng của áp suất nhập liệu đối với tốc độ dòng permeate
khi xử lý nước dứa bằng MF
54
3.7 Ảnh hưởng của thời gian lọc MF đến tốc độ dòng permeate 55
3.8 Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến tốc độ dòng permeate khi cô
đặc bằng màng DK
58
3.9 Ảnh hưởng của áp suất tới tốc độ dòng permeate khi cô đặc bằng
màng DK
59
3.10 Ảnh hưởng của thời gian cô đặc đến tốc độ dòng permeate ở các áp
suất khác nhau
60

MỤC LỤC

Trang
Danh mục các chữ viết tắt i
Danh mục bảng ii
Danh mục hình ix
Mở đầu 1
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Dứa 3
1.1.1. Thành phần hóa học của dứa 3
1.1.2. Phân loại các giống dứa 4
1.1.2.1. Nhóm dứa Hoàng hậu (Queen) 4
1.1.2.2. Nhóm dứa Cayenne 4
1.1.2.3. Nhóm dứa Tây Ban Nha (Spanish) 5

1.1.3. Thu hoạch và bảo quản dứa 6
1.1.3.1. Độ chín thu hoạch của dứa 6
1.1.3.2. Thu hoạch dứa 6
1.1.3.3. Bảo quản dứa 7
1.1.4. Sản phẩm nước d
ứa ép 7
1.2. Quá trình phân riêng bằng membrane (màng) 8
1.2.1. Đặc điểm quá trình phân riêng bằng membrane 8
1.2.2. Mô hình lọc cross-flow và dead-end 9
1.2.3. Các phương pháp phân riêng bằng membrane 10
1.2.3.1. Lọc thẩm thấu ngược (RO) 11
1.2.3.2. Lọc nano (NF) 11
1.2.3.3. Siêu lọc (UF) 12
1.2.3.4. Vi lọc (MF) 12
1.2.4. Membrane 12
1.2.4.1. Phân loại membrane 12
1.2.4.2. Vật liệu chế tạo membrane 17
1.2.4.3. Tuổi thọ membrane 18
1.2.5. Các dạng thiết bị membrane 19
1.2.5.1. Thiết bị sợi 19
1.2.5.2. Thiết bị dạng ống 20
1.2.5.3. Thiết bị bảng/tấm 21
1.2.5.4. Thiết bị cuộn xoắn 22
1.2.6. Hiện tượng tập trung nồng độ và hiện tượng fouling 25
1.2.6.1. Hiện tượng tập trung nồng độ 25
1.2.6.2. Hiện tượng fouling 26
1.2.7. Lý thuyết của quá trình lọc membrane 28
1.3. Các nghiên cứu về cô đặc nước trái cây bằng công nghệ membrane 31
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 31
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 35

Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệ
u 36
2.1.1. Dứa 36
2.1.2. Nước RO 36
2.1.3. Hóa chất 36
2.1.3.1. Enzyme 36
2.1.3.2. Các hóa chất phân tích 36
2.1.4. Hệ thống membrane 36
2.1.4.1. Membrane 36
2.1.4.2. Hệ thống membrane 37
2.1.5. Thiết bị phòng thí nghiệm 38
2.2. Phương pháp nghiên cứu 38
2.2.1. Phương pháp phân tích vật lý 38
2.2.2. Phương pháp phân tích hóa học 39
2.2.3. Phương pháp phân tích vi sinh 39
2.2.4. Phương pháp đánh giá cảm quan 39
2.2.5. Phương pháp xử lý thống kê 39
2.3. Nội dung nghiên cứu 39
2.3.1. Nội dung 1 – Nghiên cứu quá trình xử lý dịch quả trong trước khi
cô đặc bằng công nghệ màng 40
2.3.1.1. Thu nhận nước quả 40
2.3.1.2. Xử lý enzyme 41
2.3.1.3. Lọc trong b
ằng phương pháp vi lọc (MF) 42
2.3.2. Nội dung 2 – Nghiên cứu quá trình cô đặc nước dứa bằng màng 44
2.3.3. Nội dung 3 – Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ lọc màng
(membrane) để cô đặc nước dứa 45
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Nghiên cứu quá trình xử lý dịch quả trong trước khi cô đặc bằng

công nghệ màng 48
3.1.1. Phân tích thành phần nước dứa ép (Thí nghiệm 1) 48
3.1.2. Xử lý nước dứa trước khi cô đặc bằng enzyme 48
3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến chất lượng nước dứa
sau khi xử lý enzyme (Thí nghi
ệm 2, 3) 48
3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến chất lượng nước dứa
sau xử lý enzyme (Thí nghiệm 4) 50
3.1.3. Làm trong nước dứa bằng vi lọc MF 52
3.1.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến quá trình lọc MF
(Thí nghiệm 5) 52
3.1.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến quá trình lọc MF (Thí nghiệm 6) 53
3.1.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lọc MF (Thí nghiệm 7) 54
3.1.3.4. Khảo sát thành phầ
n của nước dứa sau quá trình lọc MF (Thí nghiệm 8) 55
3.2. Nghiên cứu quá trình cô đặc nước dứa bằng màng 57
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến quá trình cô đặc
bằng NF (Thí nghiệm 9) 57
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến quá trình cô đặc bằng NF
(Thí nghiệm 10) 58
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian cô đặc 59
3.3. Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ lọc màng (membrane)
để cô đặc nước dứ
a (Thí nghiệm 11) 61
3.3.1. Định tính sự khác nhau giữa hai sản phẩm 61
3.3.2. Định lượng sự khác nhau giữa hai sản phẩm 61
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận 63
4.2. Kiến nghị 63
Tài liệu tham khảo

Phụ lục


1
MỞ ĐẦU
ản phẩm với chất lượng cao hơn là mục tiêu chính của ngành công
nghiệp thực phẩm và nước giải khát để đáp ứng nhu cầu của thị
trường. Hương vị, chất dinh dưỡng và độ đục của sản phẩm cuối
cùng là một số thông số chính cần phải xem xét khi chế biến nước quả. Ngoài ra,
ngày càng có nhiều yêu cầu nước quả với các đặc điểm tự nhiên củ
a quả tươi và
không có chất bảo quản. Điều này dẫn tới những nghiên cứu kỹ thuật mới có thể
cải thiện được chất lượng cảm quan, dinh dưỡng và vi sinh của nước quả.
Trong các loại nước trái cây đóng hộp hiện nay trên thế giới, nước dứa
đang đứng ở vị trí thứ 3 tính theo sản lượng, chỉ sau nước cam và nước cà chua.
Đây là loại nước trái cây rất thích hợ
p cho việc đóng hộp vì nó giữ được vị tươi tự
nhiên, mùi thơm rất đặc trưng và có sự hài hòa hoàn chỉnh giữa độ chua và ngọt.
Ngành công nghiệp sản xuất nước trái cây của Việt Nam hiện nay sử dụng
phương pháp cô đặc bằng nhiệt để thu sản phẩm có hàm lượng chất khô theo yêu
cầu. Sản phẩm nước dứa có độ Brix đạt khoảng 15 – 20%. Tùy thuộc vào nhiều lý
do khác nhau (giống, mùa vụ, độ
chín…), hàm lượng đường trong dứa nguyên liệu
đạt 10 – 13%. Vì vậy hiện nay các nhà máy phải thêm đường hoặc cô đặc bốc hơi
một phần nước nhằm thu được sản phẩm đạt yêu cầu về độ Brix. Việc thêm đường
vào nước dứa sau khi ép không thực hiện được đối với sản phẩm yêu cầu tự nhiên
100%, còn phương pháp cô đặc bằng nhiệt thường kèm theo các biến đổi không có
lợi của các thành phần trong nước trái cây (bi
ến tính đường, protein, biến đổi màu,
tổn thất vitamin, hương….).

Do quá trình cô đặc bằng nhiệt ảnh hưởng nhiều tới các đặc điểm của nước
quả, quá trình cô đặc bằng membrane (cô đặc bằng màng) có thể là một phương
pháp thay thế do không sử dụng nhiệt. Trên thế giới, phương pháp này đã được
nghiên cứu và ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất nước trái cây với
những ưu điể
m sau:
- Giữ nguyên vẹn hương vị của sản phẩm
- Các thành phần trong nước trái cây không bị biến tính do nhiệt độ cao.
- Loại bỏ được một số thành phần không mong muốn (tannin, polyphenol
oxidase)
S
2
- Tổng hoạt tính chống oxy hóa (TAA) của nước trái cây được cô đặc bằng
phương pháp membrane cao hơn so với nước trái cây được cô đặc bằng
phương pháp nhiệt.
- Là một phương pháp tiên tiến, có tiềm năng ở quy mô công nghiệp.
Đặc biệt, công nghệ cô đặc bằng membrane rất hữu hiệu trong trường hợp
cần tăng hàm lượng chất khô không nhiều (tăng dưới 15%). Cô đặc bằng
membrane cũng có thể
được sử dụng với vai trò tiền cô đặc cho quá trình cô đặc
bằng nhiệt trong sản xuất nước quả cô đặc (50 – 60 độ Brix).
Do đó, nghiên cứu ứng dụng công nghệ membrane để cô đặc nước trái cây
nói chung, nước dứa nói riêng, thay thế một phần phương pháp cô đặc bằng nhiệt
truyền thống là vấn đề có ý nghĩa khoa học, có giá trị thực tiễn và có tính xã hội
cao. Đề tài khi nghiên cứu thành công cũng sẽ mở ra những h
ướng mới để áp dụng
rộng rãi hơn công nghệ membrane trong ngành sản xuất nước trái cây.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đánh giá về khả năng ứng dụng công
nghệ màng để cô đặc nước dứa và cải thiện chất lượng nước dứa; sản phẩm thu
được có chất lượng về cảm quan tốt hơn, giảm được các biến đổi hóa lý hơn so với

sản phẩm cô đặ
c bằng nhiệt.
Nội dung chính của đề tài gồm:
¾ Nghiên cứu quá trình xử lý dịch quả trong trước khi cô đặc bằng
công nghệ membrane.
¾ Nghiên cứu quá trình cô đặc nước dứa bằng membrane.
¾ Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ membrane để cô đặc nước
dứa.





3
1.1. DỨA
Dứa là một loại cây ăn trái nhiệt đới có tên khoa học là Ananas comosus,
thuộc họ tầm gửi Bromeliaceae, rất được ưa chuộng trên thế giới. Dứa có mùi
mạnh, hấp dẫn, độ ngọt cao và độ chua hài hòa.
Cây dứa có nguồn gốc từ châu Mỹ, nơi người da đỏ bản xứ đã tuyển chọn
và trồng trọt dứa lâu đời. Ngày 04/11/1493, Christophe Colomb đổ bộ xuống hòn
đả
o Guadalape, họ tìm thấy cây dứa và ăn thử quả dứa đầu tiên. Ngày nay dứa
được trồng phổ biến ở tất cả các nước nhiệt đới và một số nước á nhiệt đới có mùa
đông ấm, tập trung nhất là ở Hawai (33% sản lượng thế giới), Thái Lan (16%),
Brazil (10%) và Mexico (9%).
Các giống dứa đầu tiên du nhập vào Đông Dương từ các chuyến du hành
của người Bồ Đào Nha và Ấn Độ đầu thế
kỷ 16. Ngành trồng dứa chế biến ở miền
Nam thực sự phát triển kể từ năm 1936 do sự thành lập nhà máy chế biến dứa
đóng hộp ở Sài Gòn – Chợ Lớn.

Các vùng trồng dứa nổi tiếng ở miền Nam là Đức Hòa, Đức Huệ (Long
An), Cầu Đúc (Kiên Giang), Bảo Lộc, Đức Trọng (Lâm Đồng), ở miền Bắc có các
vùng Vĩnh Phú (cũ), Tuyên Quang, Nghệ An, Hà Tĩnh. Hiện nay loại d
ứa Queen
là chủ lực cho công nghệ chế biến, được trồng tập trung ở Long An, Kiên Giang,
Hậu Giang và ngoại thành TP. Hồ Chí Minh.
1.1.1. Thành phần hóa học của dứa [1], [3]
Trái dứa có 72 – 88% nước, 8 – 18,5% đường, 0,3 – 0,8% acid, 0,25 – 0,5%
protein, khoảng 0,25% muối khoáng. 60 – 70% đường trong dứa là saccharose,
còn lại là glucose và fructose. Acid nhiều nhất trong thành phần acid hữu cơ của
dứa là acid citric (65%), acid malic (20%), acid tatric (10%) và acid succinic (3%).
Dứa còn chứa enzyme thủy phân protein là Bromelin. Hàm lượng Bromelin
tăng dần từ ngoài vào trong và từ dưới gốc lên ngọn. Hàm lượng vitamin C
kho
ảng 15 – 55mg%, vitamin A 0,06mg%, vitamin B
1
0,09mg%, vitamin B
2

0,04mg%
4
Thành phần hóa học của dứa cũng như các loại rau trái khác thay đổi theo
giống, độ chín, thời vụ, địa điểm và điều kiện trồng trọt.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của một số giống dứa ở Việt Nam
Giống dứa
Độ khô
(%)
Đường khử
(%)
Saccharose

(%)
Độ acid
(%)
pH
Dứa hoa Phú Thọ 18,0 4,19 11,59 0,51 3,8
Dứa hoa Tuyên Quang 18,0 3,56 12,22 0,57 3,8
Dứa Victoria nhập nội 17,0 3,20 10,90 0,50 3,8
Dứa Hà Tĩnh 18,0 2,87 3,27 0,63 3,6
Dứa mật Vĩnh Phú 11,0 2,94 6,44 0,56 3,9
Dứa Cayenne Phủ Quỳ 13,3 3,20 7,60 0,49 4,0
Dứa Cayenne Cầu Hai 13,5 3,65 6,50 0,49 4,0
Khóm Đồng Nai 15,2 3,40 9,80 0,31 4,5
Khóm Long An 14,8 3,30 8,60 0,37 4,0
Khóm Kiên Giang 13,5 2,80 7,50 0,34 4,1
1.1.2. Phân loại các giống dứa [1], [3]
Dứa có tất cả khoảng 60 – 70 giống, nhưng có thể gộp chung thành ba
nhóm chính: nhóm dứa Hoàng hậu (Queen), nhóm dứa Cayenne và nhóm dứa Tây
Ban Nha (Spanish).
1.1.2.1. Nhóm dứa Hoàng hậu (Queen)
Trái dứa Queen tương đối nhỏ, khối lượng trung bình mỗi trái 0,8 – 1,6kg,
mắt lồi, dạng trụ tròn khá đều. Thịt trái vàng đậm, vị chua ngọt đậm đà. Nhóm này
có chất lượng cao nhất.
Nhóm dứa Queen được trồng nhiều nhất trong ba nhóm ở Việt Nam, bao
gồm các loại như dứa hoa, dứa tây, dứa Victoria, khóm.
1.1.2.2. Nhóm dứa Cayenne
Dứa Cayenne cho trái lớn nhất, khối lượng trung bình 1,5 – 2,5kg/trái, mắt
phẳng và nông. Trái có dạng trụ côn, lớn ở dưới gốc, nhỏ dần ở đầu ngọn. Thịt trái
kém vàng, nhiều nước, ít ngọt và kém thơm hơn dứa Queen.

5

1.1.2.3. Nhóm dứa Tây Ban Nha (Spanish)
Trái dứa Spanish lớn hơn dứa Queen, mắt to và sâu. Thịt trái vàng nhạt, có
chỗ trắng, vị chua, ít mùi thơm nhưng nhiều nước hơn. Nhóm này có chất lượng
kém nhất, được trồng lâu đời, gồm những loại như dứa ta, dứa mật…


A B
Hình 1.1. Một số loại dứa trong nhóm Queen
A – Dứa Victoria B – Khóm Long An


Hình 1.2. Dứa Cayenne Hình 1.3. Dứa Spanish

6
Bảng 1.2. Đặc điểm công nghệ của một số giống dứa (loại 1)
Giống dứa
Khối
lượng trái
(g)
Chiều
cao
(cm)
Đường
kính trái
(cm)
Chiều
dày vỏ
(cm)
Chiều sâu
của mắt

(cm)
Đường
kính lõi
(cm)
Dứa hoa Phú Thọ 500 10 8,5 1 1,2 2
Dứa hoa Tuyên Quang 490 10,5 8,7 1 1 2,35
Khóm Long An 900 15 10,5 - - 2,1
Dứa Cayenne Phủ Quỳ 3150 24 15 0,3 1 4,5
Dứa Cayenne Cầu Hai 2050 17,5 13 0,25 1 2,5
Dứa Hà Tĩnh 750 13 10 1 1,5 2
Dứa mật Vĩnh Phú 1300 15 11 1,5 1,5 2,6
1.1.3. Thu hoạch và bảo quản dứa [3]
Dứa rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nếu nhiệt độ quá cao, dứa bị héo, mềm và
màu không còn tươi. Nếu nhiệt độ thấp, dứa bị “cảm lạnh”, dứa sẽ bị nâu đen ở lõi
và lan dần ra phía ngoài.
1.1.3.1. Độ chín thu hoạch của dứa
Khi quả còn non, các mắt quả nhỏ, màu xanh đậm, phủ đầy phấn trắng, khi
quả
đã già, sắp chín thì màu xanh nhạt dần, lớp phấn trắng cũng biến dần đi, các
mắt quả cũng dần dần nở to theo thứ tự dưới đáy quả lên mà nông dân thường gọi
là “mở mắt”, sau đó chuyển sang màu vàng tươi và khi chín hoàn toàn có màu
vàng đỏ.
Theo Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam, người ta đánh giá độ chín
của dứa theo 5 mức sau đây:
• Độ chín 4: 100% vỏ trái có màu vàng sẫm, trên 5 hàng mắt mở.
•
Độ chín 3: Khoảng 4 hàng mắt mở, 75 – 100% vỏ trái có màu vàng tươi.
• Độ chín 2: 3 hàng mắt mở, 25 – 75% vỏ trái có màu vàng tươi.
• Độ chín 1: trái vẫn còn xanh (bóng), 1 hàng mắt mở.
• Độ chín 0: trái vẫn còn xanh (sẫm), mắt chưa mở.

1.1.3.2. Thu hoạch dứa
Tùy theo vĩ độ ở nơi trồng, dứa hoa thường thu hoạch tự nhiên vào tháng 3,
4, 5 và 6; dứa Cayenne thu hoạch vào tháng 6, 7, 8; dứa ta thu hoạch vào tháng 6,
7
7. Trong những năm gần đây, do có tiến hành xử lý dứa hoa bằng đất đèn, người ta
có thể điều chỉnh để dứa hoa có thể kết trái vào bất kỳ lúc nào, nghĩa là có thể thu
hoạch quanh năm.
Tại các nông trường, dứa được thu hoạch khi độ chín tại ruộng là 1 hoặc 2,
khoảng 4 – 8 ngày sau dùng để ăn hay chế biến đều tốt. Trái ở độ chín 3, 4 tại
ruộng sẽ dễ dàng b
ị hỏng sau khi thu hoạch.
1.1.3.3. Bảo quản dứa
Khi bảo quản dứa để chờ chế biến, sau khi thu hoạch xong phải đưa nhanh
dứa vào kho mát nhiệt độ 10 – 12
0
C đối với dứa còn xanh và 7 – 8
0
C đối với dứa
bắt đầu chín, độ ẩm trong kho 85 – 90%. Thời gian bảo quản dứa xanh là 3 – 4
tuần và dứa chín là 2 – 3 tuần.
Có thể dùng chất ức chế quá trình chín có nguồn gốc hormone thực vật là
dung dịch NAA (Alpha – Naphthalene Acetic Acid) nồng độ 150ppm phun lên
mặt trái dứa thu hoạch lúc mới mở mắt. Khi đó dứa có thể bảo quản ở nhiệt độ
thường được khoảng 4 tuần. Người ta cũng có thể tăng c
ường hiệu quả bảo quản
bằng cách sử dụng các loại bao bì có khả năng thẩm thấu chọn lọc.
1.1.4. Sản phẩm nước dứa ép [1]
Tùy theo trạng thái sản phẩm, người ta phân biệt các dạng nước dứa ép như
sau:
• Nước dứa ép dạng trong: chế biến bằng cách tách dịch bào khỏi mô quả bằng

phương pháp ép; sau đó được lắng, lọc để loại bỏ
hết thịt quả. Sản phẩm ở
dạng trong suốt, không có thịt quả lắng ở đáy bao bì.
• Nước dứa ép dạng đục: cách chế biến tương tự như nước dứa ép dạng trong,
chỉ có khác biệt là không lắng, lọc triệt để như nước quả trong. Sản phẩm
vẫn còn chứa một lượng thịt quả nhất định, ở trạng thái yên tĩnh có th
ể lắng ở
đáy bao bì.
• Nước quả nghiền (nectar): chế biến bằng cách nghiền mịn mô quả cùng với
dịch bào, pha thêm đường, acid thực phẩm cùng các phụ gia khác.
8
1.2. QUÁ TRÌNH PHÂN RIÊNG BẰNG MEMBRANE (MÀNG)
1.2.1. Đặc điểm quá trình phân riêng bằng membrane
Quá trình phân riêng bằng membrane có một số điểm tương tự như quá
trình lọc. Membrane đóng vai trò vật ngăn để phân riêng các cấu tử. Tuy nhiên áp
suất là động lực duy nhất trong kỹ thuật phân riêng bằng membrane. Do sự phân
riêng được thực hiện ở mức độ phân tử hoặc ion nên đối tượng của quá trình
thường không phải là hệ huyền phù mà là những dung dịch chứa các cấ
u tử hòa
tan có phân tử lượng khác nhau.
Kết quả của quá trình phân riêng bằng membrane sẽ cho ta hai dòng sản
phẩm:
+ Dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate
+ Dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate

Hình 1.4. Sơ đồ quá trình phân riêng bằng membrane [24]
Phân riêng bằng membrane không cần sử dụng phụ gia, có thể được tiến
hành đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp và tiêu thụ ít năng lượng, dễ mở rộng và thu hẹp
quá trình cũng như k
ết hợp với những quá trình phân riêng khác [43]. Quá trình

membrane không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, có tính linh động, đơn giản và
không yêu cầu nhiều không gian cho thiết bị [25].
Một điểm khác biệt nữa cần lưu ý là quá trình lọc có thể được thực hiện
trong điều kiện hở (trong điều kiện áp suất khí quyển), ngược lại, quá trình phân
riêng bằng membrane bắt buộc phải thực hiện trong thiết bị kín d
ưới một áp lực
nhất định [2].
9
1.2.2. Mô hình lọc cross-flow và dead-end
Mô hình lọc cross-flow, giống như lọc dead-end, có động lực là áp suất.
Trong lọc dead-end, dung dịch nhập liệu được dẫn vuông góc với bề mặt
membrane. Khi đó, gradient áp suất qua các lỗ membrane, đặc trưng bởi chênh
lệch áp suất xuyên membrane, sẽ làm cho dòng dung môi và chất tan thấm qua
membrane. Chất tan không thấm hoặc ít thấm qua membrane được di chuyển đối
lưu tới bề mặt membrane (hoặc vào các lỗ) và tích tụ ở đó làm tăng trở
lực của
dòng chảy [42]. Trở lực này tăng theo chiều dày của lớp bã lọc tạo thành [24].
Trong lọc cross-flow, dung dịch nhập liệu chảy song song với bề mặt
membrane, nên không gây tích tụ các chất trên bề mặt membrane, do đó không
làm tăng trở lực dòng chảy nhanh như trường hợp lọc dead-end.
Mô hình lọc cross-flow phức tạp hơn nhiều so với lọc dead-end do cần phải
quan tâm tới những thay đổi về các điều ki
ện dọc theo chiều dài bộ lọc [49].

Hình 1.5. So sánh mô hình lọc cross-flow và lọc dead-end [13], [51]
10


Hình 1.6. Quá trình lọc cross-flow [49]
1.2.3. Các phương pháp phân riêng bằng membrane

Hình 1.7. Các phương pháp phân riêng bằng membrane [9]
Dung dịch
nhập liệu
F
11
1.2.3.1. Lọc thẩm thấu ngược (RO)
Trong lọc RO, dưới tác dụng của áp suất, nước đi qua membrane bán thấm
từ khu vực có nồng độ chất tan cao sang khu vực có nồng độ chất tan thấp.
Membrane RO ngăn cản chất tan và các chất huyền phù nhưng cho phép nước
thấm qua [5]. Membrane RO có giới hạn khối lượng phân tử khoảng 100Da, áp
suất xuyên membrane 10 – 50 bar (1000 – 500kPa), cao hơn khoảng 10 lần so với
UF. Khác với UF, sự phân riêng trong lọc RO diễn ra không phả
i do sai biệt kích
thước của chất tan mà do quá trình khuếch tán dưới tác dụng của áp suất [37].
1.2.3.2. Lọc nano (NF)
Khái niệm NF được nhà sản xuất membrane FilmTec giới thiệu, nhấn mạnh
rằng những membrane này có thể giữ lại những chất tan không tích điện với kích
thước khoảng 1nm [28]. Membrane NF phân riêng các chất có khối lượng phân tử
trong khoảng 100 – 500Da và cho phép phân riêng ion dựa trên độ khuếch tán và
điện tích [37]. Quá trình NF dùng membrane có kích thước lỗ hiệu quả lớn hơn so
với membrane RO, độ phân riêng có giá trị thấp hơn và nếu lỗ có kích thước đủ
lớn, các ion hòa tan sẽ thấm hoàn toàn qua membrane [5]. Do membrane NF có
kích thước lỗ nhỏ, kích thước phân tử là một thông số quan trọng khi mô hình hóa
độ phân riêng của các phân tử hữu cơ. Rõ ràng là các phân tử nhỏ sẽ có khả năng
thấm qua membrane dễ dàng hơn so với các phân tử lớn hơn. Độ phân riêng tăng
theo kích thước phân tử với thông số cho biết kích thước phân tử là khối l
ượng
phân tử [33], [47]. NF có những thuận lợi như áp suất vận hành thấp hơn RO, tốc
độ dòng cao, có khả năng phân riêng các ion bậc cao và các chất hữu cơ có khối

lượng phân tử trên 300, chi phí đầu tư và vận hành khá thấp [4].
Cơ chế phân riêng của quá trình NF không chỉ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng
sàng mà còn bởi hiệu ứng Donnan hay hiệu ứng điện tích. Hiệu ứng sàng xảy ra do
các lỗ có kích thước gần v
ới kích thước phân tử. Hiệu ứng Donnan do các nhóm
chức năng của các chất điện phân có bản chất tích điện [4]. Hai hiệu ứng kết hợp
cho phép membrane có thể phân riêng các chất tan hữu cơ (không tích điện hoặc
tích điện) và các muối [33].
12
Sự vận chuyển các chất không tích điện qua membrane NF thường được
đặc trưng bởi khái niệm giới hạn khối lượng phân tử (MWCO), có đơn vị là
Dalton, thể hiện khối lượng phân tử của chất tan không tích điện bị phân riêng
90%. Giá trị này thường được nhà sản xuất cung cấp cho phép ước tính hiệu quả
phân riêng sơ bộ các chất hữu cơ, đối với NF là khoảng 200 – 1500Da [28], [33].
Tuy nhiên MWCO không cho biết độ
phân riêng của các chất có khối lượng phân
tử nhỏ hơn. Ngoài ra, độ phân riêng có thể thay đổi khi phân tử có cấu trúc hoặc
tính chất khác (như điện tích, độ phân cực) [47].
1.2.3.3. Siêu lọc (UF)
UF là quá trình phân riêng các phân tử trong dung dịch với giới hạn khối
lượng phân tử trong khoảng 1 – 300kDa và kích thước lỗ khoảng 0,01μm, áp suất
< 10 bar (1000kPa) [37]. Membrane UF có thể phân riêng các chất hữu cơ phân tử
lượng lớn. Trong công nghệ thực phẩm, membrane UF có thể được dùng để
phân
tách protein và carbonhydrate, tách chất béo, dầu, mỡ đã được nhũ hóa từ nước
thải [5].
1.2.3.4. Vi lọc (MF)
MF dùng membrane vi xốp có kích thước lỗ hiệu quả lớn hơn nhiều so với
membrane UF. Dòng chảy qua membrane vi xốp có thể xảy ra khi không tác động
áp suất ở phía nhập liệu của membrane, trong hầu hết các trường hợp, một chênh

lệch áp suất nhỏ qua bề mặt membrane có thể làm tăng đáng kể tốc độ dòng. Vi
lọc th
ường được dùng để phân riêng huyền phù và các chất keo [5]. Membrane vi
lọc có kích thước lỗ trong khoảng 0,1 - 10μm, phân riêng chọn lọc các chất với
khối lượng phân tử > 200kDa (dựa trên hiệu ứng sàng) [37].
1.2.4. Membrane
1.2.4.1. Phân loại membrane
• Membrane đối xứng
Membrane vi xốp
Có cấu trúc và chức năng tương tự như bộ lọc truyền thống, bao gồm nhiều
lỗ mao dẫn phân bố ngẫu nhiên, nối liền với nhau. Tuy nhiên, những lỗ này c
ực kỳ
13
nhỏ, có đường kính khoảng 0,01 - 10μm. Các hạt có kích thước lớn hơn lỗ lớn
nhất sẽ bị phân riêng hoàn toàn. Các hạt có kích thước trung bình sẽ bị phân riêng
một phần. Các hạt có kích thước nhỏ hơn nhiều so với lỗ nhỏ nhất sẽ đi qua
membrane. Như vậy, sự phân riêng chất tan của membrane vi xốp chủ yếu phụ
thuộc vào kích thước phân tử và kích thước lỗ [6].


Hình 1.8. Một số
loại membrane đối xứng [31]






A B
Hình 1.9. Cấu trúc membrane vi xốp [18]

A – Membrane vi xốp đối xứng B – Membrane vi xốp bất đối xứng
Membrane đặc
Là một màng đặc trong đó các chất di chuyển do sự khuếch tán dưới tác
dụng của gradient áp suất, nồng độ hoặc điện thế. Sự phân riêng các chất khác
nhau phụ thuộc trực tiếp vào tỷ lệ di chuyển tương đối trong membrane, được xác
định bằng độ khuếch tán và độ hòa tan trong vật liệu membrane. Như vậy
membrane đặc có thể phân riêng các chất tan có kích thước tương tự nhau nếu
nồng
độ của chúng trong vật liệu làm membrane khác nhau đáng kể [6].



14









A B
Hình 1.10. Cơ chế vận chuyển các chất qua membrane [31]
A – Membrane vi xốp B – Membrane đặc
Membrane tích điện
Có thể là vi xốp hoặc đặc, thông thường là membrane vi xốp với các thành
lỗ có ion mang điện tích dương hoặc âm. Sự phân riêng của membrane tích điện
chủ yếu do sự đẩy nhau của các ion cùng điện tích, ngoài ra còn do kích thước lỗ.
• Membrane không đối xứng

Sự di chuyển của một chất qua membrane tỷ lệ nghịch với độ dày
membrane, do đó membrane phải rất mỏng. Membrane không đối xứng bao gồ
m
một lớp bề mặt cực mỏng đặt trên một giá đỡ dày và xốp hơn, còn gọi là
membrane composite. Trong membrane composite, các lớp thường được làm từ
những polymer khác nhau. Các đặc tính phân riêng và tỷ lệ thấm qua membrane
phụ thuộc vào lớp bề mặt. Membrane này có ưu điểm là tốc độ dòng cao [6].

Hình 1.11. Membrane không đối xứng [6]
15
Giá đỡ có ảnh hưởng mạnh tới hoạt động của lớp bề mặt bán thấm và có thể
là trở lực đối với sự di chuyển của các chất. Trong giá đỡ, kích thước các lỗ khác
nhau. Kích thước lỗ của giá đỡ kề với lớp màng đặc khá nhỏ, ở bên phía permeate,
giá đỡ có kích thước lỗ to hơn [37].

Hình 1.12. Sơ đồ membrane composite [6]

Hình 1.13. Membrane composite trên giá đỡ vi xốp [6]
Membrane composite có thể chị
u được khoảng pH rộng, ít mẫn cảm với sự
tấn công của vi sinh vật và có độ ổn định cao hơn membrane không đối xứng. Tuy
nhiên, chúng không chịu được chất oxi hóa mạnh như chlorine, do chất này có thể
gây ra biến dạng mạch và khử trùng hợp polymer.
16
Membrane composite phải được xử lý để tách dung môi, các chất phản ứng,
và nén chặt lớp bán thấm trên trên bề mặt giá đỡ. Thời gian xử lý phải vừa đủ để
không ảnh hưởng các đặc điểm mong muốn của membrane và vật liệu làm giá đỡ
xốp. Nhiệt độ hoặc thời gian xử lý quá cao sẽ ảnh hưởng đến kích thước của giá
đỡ, làm giảm tốc độ dòng mong muốn và độ ổn
định của membrane, do đó có thể

ảnh hưởng khả năng phân riêng [21].




















Hình 1.14. Các đặc tính của membrane composite (ZF-99 của PCI,
Anh) [46]