Bài giảng công nghệ lạnh thực phẩm chương 6 ứng dụng lạnh trong chế biến thực phẩm

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN: CÔNG NGHỆ LẠNH THỰC PHẨM (BF 4217)
CHƯƠNG VI. ỨNG DỤNG LẠNH TRONG CHẾ BIẾN
THỰC PHẨM

Người thực hiện: TS. NGUYỄN THỊ HẠNH
Email:
1


NỘI
6.1. Cô đặc nước quả bằng phương
pháp kết tinh dung môi
DUNG
6.1.1. Khái niệm chung về cô đặc
6.1.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp cô đặc bằng kết tinh dung mơi
6.1.3. Quy trình cơng nghệ cơ đặc bằng kết tinh dung môi
6.2. Sấy lạnh trong công nghệ thực phẩm
6.2.1. Khái niệm chung về sấy
6.2.2. Cơ sở lý thuyết của sấy lạnh
6.2.3. Nguyên lý làm việc và thiết bị của hệ thống sấy lạnh

2


6.1. Cô đặc nước quả bằng phương pháp kết tinh dung môi
6.1.1. Khái niệm chung về cô
đặc
Cô đặc: là phương pháp tách nước để làm tăng hàm lượng chất tan trong dung dịch.

 Tăng hàm lượng chất tan
trong dung dịch

 Kéo dài thời hạn bảo quản
Lợi ích của cơ đặc
 Giảm chi phí vận chuyển, bao gói
 Dự trữ ngun liệu ở dạng
bán thành phẩm
3


Cô đặc bằng kết tinh dung môi

6.1.1. Khái niệm chung về cô
đặc
Cô
đặc bằng phương pháp bốc hơi nước
Ưu điểm:
-

Phổ biến, có thể cơ đặc nhiều loại dung dịch
Kinh tế, giá thành rẻ, vận hành dễ dàng;
Có thể cơ đặc đến nồng độ chất khô cao

Ưu điểm:

Kết
tinh
dung
môi

-

Giữ được gần như nguyên vẹn các chất
thơm và các chất có hoạt tính sinh học;

-

Giảm tác động bất lợi của nhiệt độ cao
đến chất lượng sản phẩm;

-

Sản phẩm có chất lượng cao.

Nhược điểm:
-

Giảm hoạt tính hoặc phá hủy những chất có hoạt tính sinh
Phươn
học không bền nhiệt;
- Cô
g
Chất
lượng
phẩm
không
cao: màu sắc, mùi vị…
đặc
bằngsản

thẩm
thấu
nghịch
Ưu điểm:
-

Phương
Giữ được các chất có hoạt tính sinh học;

-

pháp
Giảm tác động của nhiệt lên sản phẩm;
bốc hơi
nước
Nhược điểm:

-

Giá thành cao, nồng độ cô đặc thấp;

-

Không giữ được các chất thơm;

pháp
cô đặc

Nhược điểm:
-

Giá thành cao;

-

Nồng độ dung dịch cô đặc không cao.

-

Mất mát chất khô theo đá.

Thẩm
thấu
nghịch
4


Những vấn đề cần giải quyết khi cô đặc nước quả:
- Những chất có khối lượng phân tử lớn như pectin, tinh bột, protein, chất chát…khi cơ
đặc có thể bị lắng, tạo cặn ở trên bề mặt trao đổi nhiệt làm cho dung dịch bị gia nhiệt cục bộ
dẫn đến làm cháy sản phẩm.
- Khi cô đặc bằng lạnh đông hoặc thẩm thấu nghịch thì chúng cản trở quá trình cô đặc
do làm tăng độ nhớt của dung dịch cô đặc.
-Đường có trong dung dịch có thể bị cháy (caramel hóa) hoặc tham gia phản ứng
Mailard với các axit amin làm cho sản phẩm bị sẫm màu.
- Các enzyme và vitamin có thể bị phân hủy hoặc mất hoạt tính hồn tồn, hoặc bị oxy
hóa làm cho sản phẩm bị biến đổi chất lượng.
- Thất thoát các hợp chất bay hơi (chất mùi) và chất màu khi cô đặc làm cho sản phẩm
khơng giữ được tính chất đặc trưng của nó.
5

6.1.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp cô đặc bằng kết tinh dung môi
-Tại điểm 1: trạng thái của hệ được xác định bởi nhiệt độ t 1 và
nồng độ chất tan x1. Khi làm lạnh đến nhiệt độ bắt đầu kết tinh t 2
thì dung dịch chưa biến đổi pha mà chỉ trở nên bão hòa ở t 2.
 
Nếutiếptụcgiảmnhiệtđộ
dung
dịchthìxảyraqtrìnhkếttinhnướclàmchonồngđộ
dung
dịchcânbằngtănglên. Khinhiệtđộ dung dịchlà t 3 (t3thìnồngđộcânbằngcủachất tan là x3cịnhàmlượngnướcđávà
dung
dịchcịnlạitrong
1
hỗnhợpđượcxácđịnhtheophươngtrìnhcânbằngvậtchất:

kg

Trongđó: M0, Md – khốilượngnướcđávàdịchtrong 1 kg
dung dịchứngvớinhiệtđộ t3;
Giản đồ cân bằng pha hệ hai cấu tử không tạo
dung dịch rắn
 

, – Nồngđộchất tan trongnướcđá,
dịchđầuvàtrong dung dịchcịnlại.
Trongthựctế, đểđặctrưngchoqtrìnhkếttinhthựcngười ta dùnghệsốhiệuquảphânriêng:

trong

dung

6


Các giai đoạn của
cô đặc bằng kết
tinh dung môi
(nước)

Giai đoạn kết tinh: mục đích
là tạo huyền phù có tinh thể
nước đá có kích thước từ 200
đến 400 μm. Có hai kiểu kết
tinh là kết tinh khối và kết tinh
bề mặt

Kết tinh

Phân riêng
Kết tinh bề mặt: được thực
hiện bằng cách thoát nhiệt qua
lớp tinh thể nước đá bám ở bề
mặt truyền nhiệt để vào môi
trường làm lạnh.

Kết tinh khối: đặc trưng của
nó là sự tạo thành tinh thể đá

trong khắp thể tích của dung
dịch

7


Thiết bị kết tinh bề mặt

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị kết Sơ đồ thiết bị kết tinh kiểu
tinh kiểu thùng quay làm lạnh từ thùng hai vỏ
bên trong.
1. Thùng chứa; 2- Vỏ áo
1. Thùng chứa dịch cô đặc; 2- Thùng
lạnh; 3- Dao cạo đá
quay làm lạnh; 3- Dao cạo đá.

Thiết bị kết tinh khối

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị
kết tinh khối
Vỏ thùng; 2- Vỏ áo lạnh; 3- Cánh
khuấy; 4- Ống hướng dòng; 5- Ống
xoắn;
8


Lọc qua lớp tinh thể nước đá
Giai đoạn phân riêng
Ly tâm lọc

Sơ đồ tháp rửa ngược chiều tinh thể
nước đá
A -vùng piston magma nổi lên; B- vùng
nén ép tinh thể nước đá và lọc tách dịch đã cô
đặc; C – Vùng rửa tinh thể nước đá.
1. Máy bơm nước đá tan để rửa; 2- Khoang
chứa nước đá tan; 3- Khoang chứa nước đá
thu hồi; 4- Lưới tách tinh thể nước đá; 5Khoang tách dịch đã cô đặc.
9


Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
- Cô đặc rượu vang để gia tăng độ rượu mà không cần bổ sung cồn nguyên chất –
một thủ tục phạm luật ở nhiều quốc gia
- Cô đặc bia để cải thiện độ ổn định, hạ chi phí phân phối
- Sản xuất nước ép trái cây cô đặc chất lượng cao
- Cô đặc rượu táo và sản xuất giấm trên 40 % acid acetic
- Cà phê được cô đặc trước khi sấy thăng hoa và cô đặc trước khi sấy phun, Nồng độ
đạt được vượt 45% chất khô.

10


6.1.3. Quy trình cơng nghệ cơ đặc bằng kết tinh dung môi

Thực phẩm lỏng
Thực phẩm lỏng được làm lạnh

Thực phẩm lỏng được làm lạnh đơng
( có xuất hiện các tinh thể đá)

Dung dịch đậm đặc và tinh thể nước đá
được tách riêng ra
Sơ đồ q trình cơ đặc ở nhiệt độ thấp

11


Sơ đồ Union Carbide
Sau thiết bị kết tinh 1 (KT1) huyền phù
chứa tinh thể nước đá K1 và dịch cái M1
được ly tâm lọc L1 tách riêng. Dịch cái
được đưa đến thiết bị kết tinh bậc 2 (KT2).
Tiếp theo huyền phù vào ly tâm lọc L2.
Các tinh thể đá K1,K2 được rửa ở máy ly
Sơ đồ hệ thống cô đặc kiểu Union Carbide
KT1, KT2- Thiết bị kết tinh cấp 1 và cấp 2
L1, L2 – Bộ ly tâm lọc giai đoạn 1 và 2:

tâm rủa R3 trước khi ra khỏi hệ thống. Hệ
thống này dùng để cô đặc nước quả và
rượu nho.

K1, K2 – Tinh thể nước đá sau thiết bị kết tinh cấp 1 và cấp 2
M1, M2 – Dịch cái sau thiết bị kết tinh cấp 1 và cấp 2;

12


Sơ đồ Grenco

Huyền phù ( K1+M1) sau khi qua

Sơ đồ hệ thống cô đặc kiểu Grenco
1-Thùng chứa và phối trộn dung dịch nhập liệu; 2- Thiết bị kết
tinh cấp 1; 3- Thiết bị kết tinh kiểu thùng; 4- Tháp lọc, tách rửa
tinh thể nước đá; 5- Bộ trao đổi nhiệt và làm lạnh sơ bộ dung
dịch ban đầu.

thiết bị kết tinh sơ bộ 2 được đưa
vào cột tách – lọc – rửa tinh thể
4.Tại đây dung dịch còn lẫn tinh thể
bé được tách ra và đưa về hòa trộn
với nguyên liệu tại thùng 1 rồi về
thiết bị kết tinh sơ bộ 2, cịn tinh thể
đá có kích thước lớn được giữ lại
rửa bằng nước lạnh, sau đó qua thiết
bị trao đổi nhiệt 5. Như vậy hàm
lượng chất tan trong tinh thể giảm từ
4% xuống còn 1%.
13


- Sấy là quá trình tách ẩm khỏi nguyên liệu bằng
nhiệt nhằm hạ độ ẩm của nguyên liệu xuống đến
hoặc dưới độ ẩm cân bằng

6.2. Sấy lạnh trong công nghệ thực phẩm
6.2.1. Khái niệm chung về
sấy

 Đơn giản, không cần đầu tư trang thiết
bị nhiều ;
 Phù hợp với quy mô nhỏ;
 Không tốn năng lượng;

Ưu điểm:

 Không ảnh hưởng đến sự sống của
các hạt

Sấy tự nhiên

o Không điều khiển được;
Nhược điểm:

o Phụ thuộc vào yếu tố thời tiết;
o Năng suất thấp;
o Thời giam kéo dài;
o

14
o Tốn nhiều công
sức.


 Năng suất cao ;
 Có thể điều khiển được;
 Thời gian sấy ngắn;
Ưu điểm:

 Chất lượng cao, đồng đều;
 Đảm bảo vệ sinh;
 Dễ dàng cơ giới hóa.

Sấy nhân tạo

o Chi phí đầu tư trang thiết bị lớn;
o Ảnh hưởng đến môi trường;
Nhược điểm:
o Tốn năng lượng, nhiên liệu;
o Địi hỏi có trình độ kỹ thuật.

15


Sấy thăng hoa: là quá trình làm mất nước của thực phẩm bằng cách chuyển trực tiếp ẩm từ trạng
thái rắn sang trạng thái hơi không qua trạng thái lỏng ở điều kiện áp suất thấp (chân không).
Sấy truyền thống
Ứng dụng chủ yếu cho thực phẩm (rau và hạt)

Sấy thăng hoa
Ứng dụng cho hầu hết các loại thực phẩm

Thịt sấy có chất lượng khơng cao
Nhiệt dao động từ 37 đến 93oC hoặc cao hơn
Áp suất khí quyển
Nước bay hơi từ bề mặt thực phẩm
Sự di chuyển chất tan và bề mặt sản phẩm bị cứng

Sấy thịt tươi và thịt nấu chín cho chất lượng cao

Nhiệt độ thấp hơn điểm đóng băng
Áp suất thấp (27÷133 Pa)
Sự thăng hoa của nước từ nước đá
Sự di chuyển chất tan rất hạn chế

Những tác động trên thực phẩm rắn làm phá vỡ cấu Những thay đổi cấu trúc và sự co rút được hạn chế tối
trúc và co rút lại
thiểu
Sự hấp thụ ẩm trở lại khơng hồn tồn, chậm
Sự hấp thụ ẩm trở lại hoàn toàn, nhanh
Mùi vị bị thay đổi đáng kể
Mùi vị luôn tự nhiên
Màu thường sậm
Màu luôn ổn định
Giá trị dinh dưỡng giảm
Giữ được các chất có hoạt tính sinh học và chất lượng sp
Giá thành thấp
Giá thành thường cao gấp 4 lần so với sấy truyền thống

16


6.2.2. Cơ sở lý thuyết của sấy
lạnh

Giản đồ pha của nước tinh khiết
Giản đồ pha của nước tinh khiết
17

6.2.3. Nguyên lý làm việc và thiết bị của hệ thống sấy lạnh

Quá trình sấy thăng
hoa
18


Sấy thăng hoa bao gồm 3 giai đoạn chính: Lạnh đơng ban đầu, sấy chính và sấy phụ
• Lạnh đơng ban đầu:
o Mục tiêu: Làm đông phần nước lưu động trong sản phẩm thực phẩm
o Cách làm: Có thể làm lạnh đông sơ bộ bằng phương pháp thông thường (lạnh đơng trong
mơi trường khí quyển bình thường bằng truyền nhiệt đối lưu hoặc dẫn nhiệt tiếp xúc) hay
tự lạnh đông ( khi bay hơi một phần ẩm của sản phẩm).
o Sản phẩm được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ eutectic của sản phẩm.
• Sấy chính:
o Thực phẩm được gia nhiệt trong mơi trường chân khơng để loại bỏ nước đóng băng.
o Khoảng 90% tổng số nước trong sản phẩm, phần lớn là nước tự do và một phần nước liên
kết được loại bỏ bằng thăng hoa.
• Sấy phụ:
o Nước liên kết (khơng đóng băng) được loại bỏ.
o Giai đoạn cuối này có sự gia tăng nhiệt độ và giảm áp suất hơi nước riêng phần trong thiết
bị sấy.
o Giai đoạn này mất từ 30 – 50% thời gian so với sấy chính do áp suất giữ nước liên kết và
thấp hơn nước tự do ở cùng nhiệt đô.
19


Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy thăng hoa

20

Sơ đồ làm việc của máy sấy thăng hoa

Bộ phận

Nhiệm vụ

Phịng sấy

Buồng chân khơng, có
các khay chứa thực
phẩm

Thiết bị ngưng tụ

Là ống xoắn ruột gà
lạnh ngưng tụ hơi trực
tiếp thành nước đá

Một bơm chân
khơng

Loại bỏ khí khơng
ngưng

Máy lạnh hai cấp

Kết đông sản phẩm và
ngưng tụ hơi nước

thăng hoa

Nguồn nhiệt

Cung cấp ẩn nhiệt
thăng hoa

21


22


23


Ảnh hưởng của sấy thăng hoa đến chất lượng sản
phẩm

Cấu trúc xốp của sản phẩm sấy
thăng hoa
Thực phẩm
 

Tổ thất,%
Vitamin C

Ưu điểm :
• Giữ được tính chất cảm quan và
dinh dưỡng sản phẩm

• Thời gian bảo quản ≥ 12 tháng
Nhược điểm:
• Cấu trúc xốp dễ bị phá vỡ bởi tác động cơ
học
• Cấu trúc xốp dễ bị hư hỏng bởi sự oxy hóa
chất béo bên trong sản phẩm.
• Giá thành sản phẩm cao và thời gian sấy
dàiA(6-11h)
Vitamin
Thiami
Riboflavi Acid
Niacin Acid
n

n

Đậu xanh
26-60
0-24
0
Đậu Hà Lan 8-30
5
0
Nước
cam 3
3-5
ép
2
0
THịt bị

<10
0
Thị heo
Tổn thất vitamin trong q trình sấy thăng hoa của

Folic
-

10
0
0
0

Bao gói
trong
khí trơ

Pantotheni
c
10
13
36

một vài loại thực phẩm