quá trình cô đặc công nghệ chế biến thực phẩm

Mục lục
Bảng phân công công việc 2
Lời mở đầu 3
A. Khái quát về quá trinh cô đặc 4
I. Bản chất và mục đích của quá trình cô đặc 4
II. Các yếu tố kỹ thuật của quá trình cô đặc thực phẩm 6
III. Biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc 9
IV. Đặc điểm của nguyên liệu 11
V. Các yếu tố ảnh hưởng 11
B. Phương pháp thực hiện quá trình cô đặc 15
I. Phương pháp 15
II. Giới thiệu thiết bị cô đặc 17
III. Ưu điểm nhượt điểm của các thiết bị 24
C. Ví dụ quá trình cô đặc trong sản xuất 25
I. Sản xuất sữa đặc có đường 25
II. Sản xuất cà chua cô đặc 27
Tài liệu kham khảo 30
1
Bảng phân công công việc
Nội dung công việc Người thực hiện Kí tên
A. Khái quát về quá trình
cô đặc
Phạm Thị Diệu Linh

Hà Trần Trung Hiếu

B. Phương pháp thực hiện
quá trình cô đặc
Trần Thanh Thủy

Bùi Thị Kim Giang

C. Ví dụ quá trình cô đặc
trong sản xuất
Nguyễn Thị Mai Ly

2
Lời nói đầu
Công nghiệp thực phẩm là ngành công nghiêp chuyên sản xuất và
chế biến các sản phẩm thực phẩm nhờ áp dụng máy móc và thiết
bị hiện đại.Từ nguyên liệu ban đầu để tạo ra sản phẩm thì phải trải
qua nhiều quá trình chế biến phức tạp, chúng ta cần phảI nắm rõ
những biến đổi về các tính chất như các biến đổi về vật lý cũng
như hoá học của từng sản phẩm để có phương pháp chế biến
thích hợp.
Các quá trình chế biến bầng nhiệt chủ yếu như :quá trình sấy, quá
trình chưng cất, quá trình trích ly, quả trình cô đặc……. Mỗi quá
trình áp dụng cho từng loại thực phẩm khác nhau
Sau đây em xin giới thiệu một số ứng dụng của quá trình cô đặc
trong công nghệ thực phẩm và những vấn đề cần quan tâm.
3
A. Khái quát về quá trình cô đặc
I. Bản chất và mục đích của quá trình cô đặc
Khái quát
Cô đặc là làm bốc hơi nước của sản phẩm bằng cách đun sôi.
Quá trình cô đặc được sử dụng nhiều trong công nghiệp đồ hộp
để sản xuất cà chua cô đặc, mứt, nước quả cô đặc, các loại soup
khô, sữa đặc
Bản chất:
- Cô đặc bằng nhiệt (hay cô đặc bốc hơi) là quá trình làm bay hơi nước trong
thực phẩm dưới tác dụng của nhiệt nhằm mục đích làm tang nồng độ chất khô
của thực phẩm của thực phẩm. Cần phân biệt sự khác nhau giữa hai quá trình cô

đặc và sấy. Trong quá trình cô đặc bằng nhiệt, nguyên liệu đầu vào luôn có dạng
lỏng, như syrup, nước trái cây, sữa… Nồng độ chất khô của nguyên liệu thường
dao động trong khoảng 10-35%. Sau quá trình cô đặc, sản phẩm thu được cũng
có dạng lỏng và nồng độ chất khô có thể lên đến 80%.
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để tách nước ra khỏi thực phẩm lỏng
như thẩm thấu ngược - sử dụng membrane (reverse osmosis), cô đặc lạnh đông
(freeze concentration), cô đặc bằng nhiệt… Trong đó, phương pháp cô đặc bằng
nhiệt tốn nhiều chi phí năng lượng. Tuy nhiên, ưu điểm vượt trội của phương
pháp cô đặc có thể tang lên rất cao so với các phương pháp tách nước khác.
Trong quá trình cô đặc nhiệt, người ta thường sử dụng hơi nước bão hòa để
nâng nhiệt độ nguyên liệu cần cô đặc đến điểm sôi. Khi đó, nước từ trạng thái
lỏng sẽ chuyển qua trạng thái hơi và thoát vào môi trường xung quanh. Tốc độ
bốc hơi nước phụ thuộc vào tốc độ truyền khối của bọt hơi. Quá trình cô đặc
bằng nhiệt được mô tả theo sơ đồ trên hình:
4
m
f
– lưu lượng nguyên liệu đi vào thiết bị cô đặc(kg/s)
x
f
– hàm lượng chất khô trong nguyên liệu (%w/w)
θ
f
– nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu cần cô đặc (
o
C)
m
s
–lưu lượng hơi nước bão hòa để gia nhiệt cho nguyên liệu cần cô đặc (kg/s)
θ

s
–nhiệt độ hơi bão hòa (
o
C)
m
p
–lưu lượng sản phẩm cô đặc thoát ra khỏi thiết bị (kg/s)
x
p
–hàm lượng chất khô trong sản phẩm cô đặc (%w/w)
m
v
–lưu lượng hơi thứ thoát ra khoỉ thiết bị (kg/s)
θ
b
–nhiệt độ sôi của nguyên liệu cần cô đặc (
o
C)
Hình 1: Sơ đồ quá trình cô đặc bằng nhiệt
Mục đích:
- Chuẩn bị: quá trình cô đặc bằng nhiệt có thể có mục đích công nghệ là
chuẩn bị, giúp cho các quá trình tiếp theo trong quy trình sản xuất được
thực hiện dễ dàng và đạt hiệu quả kinh tế cao hơn.
5
Ví dụ như trong công nghệ sản xuất trà hòa tan, dịch trich thu được từ nguyên
liệu trà có nồng độ chất khô dao động trong khoảng 2,5-5,0%. Người ta sẽ cô
đặc bốc hơi dịch trích đến nồng độ chất khô 25-50% trước khi thực hiện quá
trình sấy phun tạo sản phẩm bột trà hòa tan. Như vậy, quá trình cô đặc dịch trích
có mục đích chuẩn bị cho quá trình sấy phun để nó diễn ra dễ dàng hơn, đồng
thời tiết kiệm chi phí năng lượng trong toàn bộ quy trình sản xuất.

Trong công nghệ sản xuất saccharose, dịch nước mía hoặc dịch trích từ củ cải
đường sau công đoạn tinh sạch sẽ được đưa đi cô đặc bốc hơi trước khi thực
hiện quá trình kết tinh đường. Trong trường hợp này, quá trình cô đặc nhiệt
cũng có mục đích chuẩn bị cho quá trình kết tinh tiếp theo.
- Khai thác: quá trình cô đặc nhiệt sẽ tách bớt nước ra khỏi thực phẩm, do
đó sản phẩm trở nên “nhẹ hơn” và nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản
phẩm sẽ gia tăng.
Ví dụ như trong công nghệ sản xuất nước trái cây cố đặc, sữa cô đặc … quá
trình cô đặc là khai thác.
- Bảo quản: quá trình cô đặc bằng nhiệt làm giảm lượng nước và tăng hàm
lượng chất khô trong sản phẩm. Do đó, hoạt độ của nước trong sản phẩm
sau cô đặc sẽ giảm đi. Đây là một yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh
vật trong sản phẩm và góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Ví dụ: nếu so sanh sữa tươi với sữa cô đặc hoặc nước trái cây với nước trái cây
cô đặc thì các sản phẩm cô đặc sẽ có thời gian bảo quản lâu hơn.
II. Các yếu tố kỹ thuật của quá trình cô đặc thực phẩm
 Quá trình cô đặc thực phẩm có 3 thông số cơ bản: nhiệt độ sôi,
thời gian sản phẩm lưu lại trong thiết bị (thời gian cô đặc) và
cường độ bốc hơi.
Nhiệt độ sôi
6
- Khi tiến hành một quá trình cô đặc thực phẩm người ta đun nóng
khối sản phẩm tới nhiệt độ sôi. Nước trong sản phẩm bốc hơi cho
đến khi nồng độ chất khô đã đến nồng độ yêu cầu thì ngừng quá
trình cô đặc và cho sản phẩm ra khỏi thiết bị.
- Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc áp suất hơi ở trên bề mặt,
nồng độ chất khô và tính chất vật lý, hóa học của sản phẩm.
Độ chân không (mmHg) Nhiệt độ sôi (oC)
0 100
126 95

234 90
326 85
405 80
430 75
526 70
572,5 65
610 60
642 55
667,6 50
690 44,5
Quan hệ giữa nghiệt độ chân không và độ sôi của nước
Khi áp suất hơi trên bề mặt của sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ
sôi của sản phẩm càng thấp. Vì vậy việc tạo độ chân không trong
thiết bị cô đặc sẽ giảm được nhiệt độ sôi của sản phẩm. Hay nói
cách khác là điều chỉnh nhiệt độ sôi bằng cách thay đổi độ chân
không.
7
- Khi nồng độ chất khô trong sản phẩm càng lớn thì nhiệt độ sôi
càng cao. Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên
nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng tăng dần.
- Nhiệt độ sôi thấp thì tính chất của thực phẩm ít bị biến đổi như
sinh tố ít bị tổn thất, màu sắc ít bị biến đổi, mùi thơm cũng ít bị bay
hơi. Nhiệt độ sôi thấp còn làm giảm tốc độ ăn mòn và kéo dài thời
gian bền của vật liệu làm thiết bị cô đặc.
Thời gian cô đặc
- Là thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị cô đặc cho sự bốc
hơi nước ra khỏi nguyên liệu để đạt đến độ khô yêu cầu.
- Thời gian cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm việc của thiết bị
và cường độ bốc hơi của sản phẩm. Các thiết bị cho nguyên liệu
vào, sản phẩm ra liên tục và sản phẩm có cường độ bốc hơi lớn

thì thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị càng ngắn.
Cường độ bốc hơi
Cường độ bốc hơi của sản phẩm phụ thuộc cường độ trao đổi nhiệt
giữa hơi nóng và sản phẩm bốc hơi. Cường độ trao đổi nhiệt được đặc
8
trưng bằng hệ số truyền nhiệt của quá trình cô đặc. Hệ số truyền nhiệt
càng lớn, cường độ bốc hơi càng cao.
III. Biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc
 Vật lý:
Trong quá trình cô đặc, nhiều biến đổi vật lý xảy ra trong nguyên liệu như hàm
lượng chất khô tăng, độ nhớt tăng, tỷ trọng tăng… Tuy nhiên, khối lượng và thể
tích nguyên liệu giảm đi, hoạt độ của nước trong nguyên liệu cũng giảm.
Cần lưu ý là khi nồng độ chất khô của nguyên liệu tăng lên theo thời gian cô
đặc thì nhiệt độ sôi của nguyên liệu cũng tăng theo.
 Hóa học:
Dưới tác dụng của nhiệt trong quá trình cô đặc, các thành phần hóa học trong
nguyên liệu có thể phản ứng với nhau hoặc bị ohaan hủy.
Ví dụ như trong quá trình cô đặc sữa, đường khử lactose và các acid amin có
trong sữa sẽ phản ứng với nhau để tạo thành các hợp chất melanoidine. Phản
ứng Mailard sẽ làm giảm giá trị dinh dưỡng của sữa, đồng thời làm cho sản
phẩm bị sậm màu.
Hoặc như trong quá trình cô đặc nước trái cây, các vitamin như vitamin C sẽ bị
phân hủy. Biến đổi này cũng làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Trong quá trình cô đặc, do nước bốc hơi nên giá trị của pH của thực phẩm
cũng thay đổi theo.
Tốc độ của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cô đặc bằng nhiệt sẽ
phụ thuộc chủ yếu vào giá trị nhiệt độ và thời gian cô đặc.
9
Ví dụ như trong công nghệ sản xuất nước trái cây cô đặc, sữa cô đặc… quá trình
cô đặc bốc hơi làm tăng nồng độ các chất dinh dưỡng trong sản xuất. Trong

trường hợp này, mục đích công nghệ quá trình cô đặc là khai thác.
 Bảo quản:
Quá trình cô đặc bằng nhiệt làm giảm hàm lượng nước và tăng hàm lượng chất
kho trong sản phẩm. Do đó, hoạt độ của nước trong sản phẩm sau cô đặc sẽ
giảm đi. Đây là một yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh vật trong sản phẩm
và góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Ví dụ: nếu so sánh sữa tươi với sữa cô đặc hoặc nước trái cây với nước trái cây
cô đặc thì các sản phẩm cô đặc sẽ có thời gian bảo quản lâu hơn.
 Hóa lý:
Biến đổi hóa lý quan trọng trong quá trình cô đặc bằng nhiệt là sự chuyển pha
của nước. Nước tồn tại ở trạng thái lỏng trong nguyên liệu trước khi cô đặc sẽ
chuyển sang trạng thái hơi và thoát ra môi trường bên ngoài.
Trong quá trình cô đặc, có thể xảy ra sự đông tụ protein trong nguyên liệu nếu
nhiệt độ cô đặc cao và đủ làm biến tính bất thuận nghịch protein. Để hạn chế
hiện tượng này, các nhà sản xuất cần tìm hiểu kỹ về thành phần hóa học của
nguyên liệu và chọn nhiệt độ cô đặc phù hợp.
 Hóa sinh và sinh học:
Khi cô đặc ở áp suất thường, do nhiệt độ cô đặc cao (không thấp hơn 100
o
C)
nên các enzyme trong nguyên liệu bị vô hoạt, nhiều vi sinh vật bị ức chế. Các
biến đổi hóa sinh và sinh học gần như không xảy ra.
10
Khi cô đặc ở áp suất chân không, do nhiệt độ cô đặc thấp nên một số enzyme
và vi sinh vật chịu nhiệt có thể hoạt động được. Cần lưu ý là các bào tử có thể
hoạt hóa ở nhiệt độc 70
o
C.
Quá trình cô đặc xảy ra làm hạn chế khả năng hoạt động của vi sinh
vật ở nồng độ cao

Tiêu diệt vi sinh vật khi ở nhiệt độ cao
+ Hơi :130 – 150 ° C vi sinh vật chết
+ Bx : 65 – 68 % hạn chế vi sinh vật
 Chất lượng và giá trị sinh hoá tăng
Phải thực hiện nghiêm ngặt để bảo đảm các cấu tử quý của sản
phẩm ,mùi vị đặc trưng được giữ nguyên , đạt đươc mức độ yêu cầu ,
các thành phần chủ yếu không được thay đổi.
Phải giữ nguyên cấu tử quý thu hồi dung dịch lỏng rắn
Có thể cô đặc ở trạng thái áp suất , ap suất chân không , chân không ,
để hạn chế sự tổn thất vitamin đảm bảo thành phần hoá học không
được mất đi , hạn chế tăng màu , tổn thất đường …
IV. Đặc điểm của nguyên liệu
- Nguyên liệu đưa vào cô đặc ở dạng dung dịch gồm dung môi là
nước và các chất hoà tan gồm rất nhiều cấu tử phụ thuộc vào loạI
thực phẩm và chất lượng sản phẩm cân cô đặc
- Các chất hoà tan không bay hơi trong quá tring cô đặc chủ yếu là
đường , cà chua , vitamin C và các hợp chất khác như peptin ,
chất xơ , chất màu , chất thơm , tinh bột
V. Các yếu tố ảnh hưởng
- Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt
- Sự chênh lệch nhiệt độc của hơi bão hòa (tác nhân gia nhiệt) và nhiệt độ
sôi của nguyên liệu.
11
Nếu sự chênh lệch giữa nhiệt độ của hơi bão hòa và nhiệt độ sôi của nguyên
liệu càng lớn thì tốc độ truyền nhiệt sẽ càng lớn. Để tăng sự chênh lệch nhiệt độ
nói trên, các nhà sản xuất có thể sử dụng một trong hai phương pháp sau đây.
+ Tăng nhiệt độ và áp suất hơi bão hòa: phương pháp này có nhược điểm là
nếu nhiệt độ của hơi bão hòa quá cao thì các cấu tử mẫn cảm nhiệt có trong
nguyên liệu cần cô đặc sẽ bị biến đổi và ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản
phẩm.

+ Giảm nhiệt độ sôi của nguyên liệu bằng cách cô đặc trong môi trường chân
không: khi đó, nhiệt độ sôi của nguyên liệu cần cô đặc sẽ phụ thuộc vào áp lực
trên bề mặt dung dịch, nồng độ chất khô của nguyên liệu và chiều cao cột thủy
tinh tong thiết bị cô đặc.
Mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi của một dung dịch và áp suất được thể
hiện trong phương trình Clapeyron:
trong đó:
P – áp suất hơi trên bề mặt dung dịch
T – nhiệt độ tuyệt đối; ∆H
v
– nhiệt hóa hơi
R –hằng số khí; C- hằng số
12
Trong công nghiệp thực phẩm, các nhà sản xuất thường chọn phương pháp cô
đặc chân không, nhiệt độ sôi của nguyên liệu có thể giảm xuống xấp xỉ 40
o
C.
Phương pháp này sẽ hạn chế tổn thất các cấu tử mẫn cảm với nhiệt có nguyên
liệu cần cô đặc.
- Hiện tượng cặn bám trên bề mặt trao đổi nhiệt
Trong thiết bị cô đặc bốc hơi, bề mặt truyền nhiệt có hai mặt tiếp xúc: một mặt
tiếp xúc với nguyên liệu cần cô đặc và một mặt tiếp xúc với hơi bão hòa. Một số
cấu tử của nguyên liệu trong quá trình cô đặc có thể bị bám dính trên bề mặt
truyền nhiệt. Ngoài ra, theo Fellows (2000) thì hơi bão hòa (tác nhân gia nhiệt)
cũng có thể làm ăn mòn bề mặt của quá trình.
Để hạn chế hiện tượng cặn bám trên bề mặt trao đổi nhiệt, các nhà sản xuất có
thể gia tăng tốc độc dòng chảy nguyên liệu trong thiết bị. Ngoài ra, sau mỗi mẻ
sản xuất, chúng ta cần làm vệ sinh cẩn thận để làm trôi đi các cấu tử bám trên bề
mặt truyền nhiệt.
- Hiện tượng màng biên(boundary film)

Lớp nguyên liệu chản dòng với bề mặt tiếp xúc tuyền nhiệt (lớp màng biên)
thường tạo ra một trở lực lớn cho quá trình truyền nhiệt. Để làm giảm chiều dày
của màng biên này, các nhà sản xuất có thể thạo ra một dòng đối lưu tự nhiên
hoặc cưỡng bức trong thiết bị cô đặc.
- Độ nhớt của nhuyên liệu
Khi tăng độ nhớt của nguyên liệu, chỉ số Reynolds sẽ giảm nên tốc độc truyền
nhiệt sẽ giảm đi.
a) Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của quá trình cô đặc
- Hiện tượng tạo bọt
13
Trong quá trình cô đặc bằng nhiệt, bên trong dung dịch nguyên liệu sẽ xuất hiện
những bong bóng hơi. Nếu trong dung dịch nguyên liệu có chứa những cấu tử
có khả năng làm bền bọt như protein thì sẽ hình thành một lớp bọt trên bề mặt
dung dịch trong thiết bị - lớp bọt này có khả năng làm giảm tốc độc thoát hơi
thứ ra khỏi dung dịch cần cô đặc.
- Tổn thất chất khô do hơi thứ
Trong quá trình cô đặc, hơi thứ thoát ra khỏi thiết bị có thể lôi theo một số cấu
tử (có trong nguyên liệu) ở dạng sương mù. Tổn thất chất khô càng nhiều nếu sự
sôi diễn ra quá mãnh liệt trong thiết bị bốc hơi. Để hạn chế sự tổn thất này, các
thiết bị cô đặc thường được thiết kế với khoảng không gian rộng, kèm theo bộ
phận tách cấu tử bị hơi nước lôi cuốn theo.
14
B. Phương pháp thực hiện quá trình cô
đặc
I. Phương pháp
 Nguyên liệu đưa vào cô đặc ở dạng dung dịch
• Gồm dung môi: nước
• Các chất hòa tan: gồm rất nhiều cấy tử, phụ thuộc vào loại,
thành phần và chất lượng của sản phẩm cô đặc.
_ Các chất này không bay hơi trong quá trình cô đặc. Trong các chất

hòa tan có chất chủ yếu (là dung dịch cần cô đặc, ví dụ: đường cà chua,
glutamic, glutamate…) và các chất khác như pectin, xơ, vitamin, chất
màu, chất thơm, tinh bột, protit…
Quá trình cô đặc có thể có trường hợp bằng nhiều phương pháp khác
nhau tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ, vào nồng độ cô đặc cần đạt
cũng như dây chuyền thiết bị, điều kiện kỹ thuật khi cô đặc.
Hiện nay quá trình cô đặc được thực hiện theo nhiều phương pháp.
 Cô đặc trong thiết bị hở
 Cô đặc một nồi dưới chân không
 Cô đặc nhiều nồi
 Cô đặc liên tục
 Các phương pháp cô đặc khác
Cô đặc thiết bị hở: có 3 cách:
+ Cách 1: (không bổ sung dung dịch) cho dung dịch vào nồi 1 lần rồi gia
nhiệt cho nước bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần, nồng độ
chất tan trong dung dịch tăng dần đến nồng độ yêu cầu.
+Cách 2: (bổ sung dung dịch nguyên liệu theo chu kì) cho dung dịch vào
ở một mức 1, rồi gia nhiệt cho nước bốc hơi, khi dung dịch cạn xuống
mức 2, châm bổ sung dung dịch, đưa lượng dung dịch về mức 1. Chu
15
trình lặp đi lặp lại nhiều lần, đến khi nồng độ dung dịch cô đặc đạt yêu
cầu.
Cách này thường dùng cô đặc các dung dịch có nồng độ chất tan thấp,
tuy nhiên trong quá trình cô đặc, nhiệt độ sôi tăng dần vì nồng độ dung
dịch tăng dể ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm, cách này không áp
dụng cho những chấy nhạy cảm với nhiệt.
_Cách 3: (bổ sungdung dịch liên tục) mức dung dịch trong nồi cố định
bằng cách bổ sung đều đều một lượng dung dịch bằng với lượng nước
bốc hơi.
Cô đặc một nồi dưới chân không:

Trong thiết bị chân không, nhiệt độ sôi của dung dịch thấp, vì vậy cô đặc
châ không giữ được màu sắc, mùi vị tự nhiên của sản phẩm.
Cô đặc nhiều nồi:
Mục đích tiết kiệm hơi
Nồi 1 đun bằng hơi đốt, các nồi sau lần lượt dùng hơi các nồi trước. Hơi
nước thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tụ. Nồng độ dung dịch tăng nồi 1
đến nồi cuối, tuy nhiên số nồi càng nhiều thì hiệu quả tiết kiệm hơi càng
giảm. Trong thực tế công nghệ thực phẩm thường dùng từ 2 đến 4 nồi,
hơi và dung dịch đi cùng chiều từ nồi đầu đến nồi cuối.
Cô đặc liên tục: kết quả cô đặc tốt hơn cô đặc gián đoạn, các chỉ tiêu
của thệ thống đều được điều chỉnh thự động.
Các phương pháp cô đặc khác: cô màng mỏng, cô ly tâm, cô chân
không có trục quay nhiều tầng….
16
II. Giới thiệu thiết bị cô đặc
Hiện nay có rât nhiều thiết bị cô đặc bốc hơi. Chúng hoạt động theo
những nguyên tắc khác nhau. Tuy nhiên, những thiết bị cô đặc bốc hơi được sử
dụng trong công nghiệp thực phẩm thường có một số điểm chung như sau:
- Bộ phận gia nhiệt: sử dụng hơi bão hòa để gia nhiệt cho nguyên liệu
cần cô đặc.
- Bộ phận tách hơi thứ ra khỏi sản phẩm cô đặc.
- Bộ phận tạo chân không trong thiết bị cô đặc.
- Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu một số thiết bị cô đặc bốc
hơi thường gặp.
a) Thiết bị cô đặc với dòng hồi lưu tự nhiên
- Nồi cô đặc hở
Thiết bị có dạng hình trụ, đáy cầu. Phía trên đỉnh là cửa thoát hơi thứ,
xung quanh thiết bị có lớp vỏ áo để gia nhiệt. Quá trình cô đặc được thực hiện
trong điều kiện áp suất khí quyển. Nhìn chung, tốc độ bốc bơi nước là khá thấp
và tổn thất nhiệt cao hơn so với những trường hợp khác. Ở quy mô nhỏ, người

ta có thể gia nhiệt dung dịch cần cô đặc bằng cách đốt gas từ phía đáy nồi hoặc
dùng điện trở.
- Nồi cô đặc kín
Thiết bị có cấu tạo tương tự như nồi cô đặc hở. Điểm khác biệt là đỉnh
nồi được kết nối với hệ thống tạo chân không. Quá trình cô đặc được thực hiện
trong điều kiện áp suất chân không.
Hiện nay, nồi cô đặc hở và kín được sử dụng để cô đặc purée cà chua
hoặc sử dụng trong sản xuất một số loại jam và kẹo.
-Nồi cô đặc với bộ phận truyền nhiệt dạng ống ngắn (short-tube
evaporator)
6
17
4 1
2
3 5
7
1- ống dẫn nguyên liệu
2- ống tuần hoàn trung tâm
3- cửa nạp nguyên liệu
4- cửa nạp hơi
5- cửa tháo nước ngưng
6- cửa thoát hơi thứ
7- cửa tháo sản phẩm
Hình 2: Nồi cô đặc với bộ phận truyền nhiệt là ống ngắn
Thiết bị có dạng hình trụ đứng. Bên trong thiết bị có một chum ống hình
trụ. Nguyên liệu sẽ dịch chuyển bên trong các ống hình trụ này, còn hơi sẽ được
cũng cấp từ phía bên ngoài các thân trụ. Chúng thường được sắp xếp song song
theo phương thẳng đứng. Với sự có mặt của ống tuần hoàn trung tâm, những
dòng đối lưu tự nhiên sẽ xuất hiện bên trong dung dịch trong quá trình cô đặc.
Kiểu thiết bị này được sử dụng để cô đặc nước mía hoặc dịch ép củ cải đường

trong sản xuất saccharose, cô đặc syrup trong sản xuất đường nha, đường
glucose hoặc cô đặc dịch chiết malt trong sản xuất bột chiết malt (malt extract)
Ngoài cách bố trí theo phương thẳng đứng, người ta có thể bố trí các ống
chùm theo phương nằm ngang.
- Nồi cô đặc với bộ phận gia nhiệt bên ngoài
7
18
4
3
5
2
6
8
1

1- cửa nạp nguyên liệu
2- bộ phận gia nhiệt
3- buồng tách sản phẩm và hơi thứ
4- tấm chặn để hạn chế tổn thất sản phẩm theo hơi thứ
5- cửa nạp hơi
6- cửa tháo nước ngưng
7- cửa thoát hơi thứ
8- cửa tháo sản phẩm
Hình3: Nồi cô đặc với bộ phân gia nhiệt bên ngoài
Trong thiết bị này, bộ phận gia nhiệt và bộ phận tách hơi thứ ra khỏi dung
dịch cần cô đặc được bố trí riêng rẽ. Nguyên liệu được đưa vào thiết bị theo cửa
(1), sau đó đến bộ phận gia nhiệt (2) để đun nóng. Cuối cũng, nguyên liệu đi
vào buồng (3) để tách hơi thứ. Trong buồng (3), có bộ phận (4) với chức năng
tách các giọt chất lỏng bị lẫn trong hơi thứ nhằm hạn chế tổn thất chất khô trong
quá trình cô đặc. Theo Brannen và cộng sự (1990), kiểu thiết bị này được sử

dụng cô đặc nước thịt, nước trái cây…
b)Thiết bị cô đặc với dòng hồi lưu cưỡng bức
Thiết bị có cấu tạo tương tự nồi cô đặc với bộ phận gia nhiệt bên ngoài
(xem hình 4). Điểm khác biệt là có sử dụng thêm một bơm ly tâm. Kiểu thiết bị
này được dùng để cô đặc những dung dịch có độ nhớt cao.
19
8
4
3
6
2
7
1 9
5
1- cửa nạp nguyên liệu
2- bộ phận gia nhiệt
3- buồng tách sản phẩm và hơi thứ
4- tấm chặn để hạn chế tổn thất sản phẩm theo hơi thứ
5- bơm ly tâm
6- cửa nạp hơi
7- cửa tháo nước ngưng
8- cửa thoát hơi thứ
9- cửa tháo sản phẩm
Hình 4: Nồi cô đặc với dòng lưu cưỡng bức
c) Thiết bị cô đặc với bộ phận gia nhiệt hình ống dài (long tube
evaporator)
20
Thiết bị hình dạng trụ, bên trong có một chum ống hình trụ đường kính
nhỏ được xếp song song nhau theo phương thẳng đứng. Đường kính và chiều
dài của một ống hình trụ nhỏ lần lượt là 5cm và 3-15m

- Nồi cô đặc dạng màng rơi (Falling film evaporator)
Hình 5: Thiết bị cô đặc dạng màng rơi
Hình 5 giới thiệu một thiết bị cô đặc dạng màng rơi. Đầu tiên, nguyên
liệu sẽ được đưa vào buồng gia nhiệt sơ bộ. Sau đó, nguyên liệu đi vào buồng
cô đặc. Trong buồng cô đặc có các ống hình trụ đứng xếp song song nhau.
Nguyên liệu sẽ chảy màng éo sát thân bên trong các ống hình trụ này theo
hướng từ trên xuống. Hơi bão hòa được bạp vào khoảng không gian bên ngoài
các ống hình trụ trong buồng cô đặc. Cuối cùng, nguyên liệu được qua buồng
tách hơi thứ ra khỏi sản phẩm. Thời gian lưu của nguyên liệu trong thiết bị
khoảng 10-30 giây. Hiện nay, thiết bị cô đặc dạng màng rơi được sử dụng phổ
biến trong sản xuất sữa cô
đặc.
- Nồi cô đặc dạng
màng leo (climbing film
evaporator)
Thiết bị có cấu tạo
tương tự như thiết bị dạng
màng rơi. Tuy nhiên, nguyên
liệu được nạp vào từ cửa đáy
thiết bị, sau đó dâng lên trong
các ống hình trụ đường kính
nhỏ. Đường kính của
những ống hình trụ này
dao động trong khoảng 25-
50mm. Khi nguyên liệu
được gia nhiệt đếm điểm sôi,
21
phần hơi thứ xuất hiện trong dung dịch sẽ ép dung dịch thàng một màng mỏng
áp sát thành bên trong các ống hình trụ đường kính nhỏ. Cuối cùng, hơi thứ
thoát ra ngoài theo cửa đỉnh, còn sản phẩm cô đặc được tháo ra ngoài theo một

cửa riêng.
- Nồi cô đặc dạng kết hợp màng leo và màng rơi
Người ta sử dụng kết hợp cả hai phương pháp cô đặc màng rơi và màng
leo trong cùng một thiết bị.
d) Thiết bị cô đặc dạng tấm
Thiết bị bao gồm nhiều tấm bảng mỏng éo sát lại với nhau và có cấu tạo
tương tự như một thiết bị truyền nhiệt. Dung dịch cần cô đặc được đưa vào
khoảng không gian giữa các tấm bảng theo thứ tự xen kẽ với hơi nước bão hòa.
Sau khi được gia nhiệt, dung dịch cần cô đặc sẽ được dẫn vào một buồng hình
trụ để tách hơi thứ ra khỏi sản phẩm. Kiểu thiết bị này được sử dụng trong công
nghiệp để cô đặc sữa và nước trái cây.
e) Thiết bị cô đặc với dòng chảy mở rộng (expanding flow evaporator)
22
Thiết bị này có nguyên tắc hoạt động tương tự như thiết bị cô đặc dạng
tấm. Bên trong thiết bị có các bề mặt hình nón được đặt úp lên nhau. Dung dịch
cần cô đặc được đưa vào khoảng không gian giữa các tấm bảng theo thứ tự xen
kẽ với hơi nước bão hòa. Sauk
hi được gia nhiệt, dung dịch
cần cô đặc sẽ được dẫn vào
một buồng hình trụ để tách hơi
thứ ra khỏi sản phẩm. Kiểu
thiết bị này được sử dụng
trong công nhiệp để cô đặc
sữa và nước trái cây.
Hình 6: Thiết bị cô đặc
với dòng chảy mở rộng
f) Thiết bị cô đặc màng
mỏng có khuấy đảo (agitated
thin film evaporator)
Hình 7: Thiết bị cô đặc

màng mỏng có khuấy đảo
Hình 7 giới thiệu một
thiết bị cô đặc màng mỏng có
khuấy đảo. Thiết bị có dạng hình trụ
nằm ngang và có thể xoay quanh trục của
nó nhờ một động cơ. Ngoài cùng là lớp
áo gia nhiệt. Nguyên liệu được nạp vào
thiết bị và chảy màng với chiều dày lớp
nguyên liệu xấp xỉ 25mm. Hơi thứ và
sản phẩm cô đặc sẽ được thoát ra ngoài
thiết bị theo hai cửa riêng.
23
III. Ưu điểm và nhượt điểm của các thiết bị
 Ưu điểm:
Thiết bị cô đặc dùng để cô đặc các sản phẩm dạng lỏng và dạng hỗn
hợp, làm tăng khả năng bay hơi của dung môităng khả năng thẩm thấu
chất
hòa tan vào sản phẩm giữ đuợc màu sắcmùi vị đặc trưng của sản phẩm.
 Nhược điểm:
Làm tăng khả năng bay hơi của dung môi tăng khả năng thẩm thấu
chất hòa tan vào sản phẩm thiết bị không thể dùng cô đặc các sản
phẩm
dạng hỗn hợp gồm quả và miếng, bởi khi làm việc cánh khuấy làm việc
sẽ
làm vỡ nát quả và miếng trong dịch ảnh hưởng xấu đến sản phẩm.
24
C. Ví dụ quá trình cô đặc trong sản xuất
I. Sản xuất sữa đặc có đường
a) Mục đích:
Tăng nồng độ chất khô của sữa từ nồng độ chất khô của dịch trộn ban

đầu 23,46% lên giá trị yêu cầu của sản phẩm sữa đặc(72-73%).
Loại bỏ khí hòa tan trong dịch sữa nhờ quá trình bốc hơi trong điều kiện
chân
không.
b) Các biến đổi chính:
 Hóa lý: có sự chuyển pha của nước từ lỏng sang hơi, làm cho nồng
độ chất khô của sữa tăng nhanh kèm theo là tăng khối lượng riêng, tỷ
trọng, nhiệt độ sôi và đặc biệt là độ nhớt. Giảm thể tích của khối sữa
ban đầu.
 Sinh học: quá trình cô đặc làm giảm lượng nước trong nguyên liệu,
đồng thời hàm lượng chất khô tăng dẫn đến tăng áp suất thẩm thấu, do
đó ngăn chặn sự phát triển của vsv.
 Hóa sinh: xẩy ra các phản ứng Maillard, Caramel do sự ngưng tụ các
acid amin có rất nhiều trong sữa và các phân tử đường là co sữa có
màu vàng kem
c) Các yếu tố ảnh hưởng:
Nhiệt độ cô đặc ở nhà máy thấp: <44
0
C ,nên không ảnh hưởng nhiều,
nếu
nhiệt độ cao hơn sẽ gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng và cảm quan
sản phẩm
Thời gian: cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng
sản phẩm. Thời gian cô đặc càng dài thì càng thuận lợi cho việc nhiễm
khuẩn và xảy ra các phản ứng hóa học . Do đó cần hạn chế thời gian
cô đặc, sử dụng thiết bị thích hợp.
25