Tính toán và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt bàn mỏng thanh trùng nước gạo sữa năng suất 1000kgh

GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

MỤC LỤC

2


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

3


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

4


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

MỞ ĐẦU
Nước gạo sữa là một sản phẩm còn khá mới mẻ trên thị trường Việt Nam. Nước gạo sữa
(sữa gạo) là đồ uống được làm từ gạo xay cùng với nước. Nó là sản phẩm ít chất gây dị
ứng nhất trong tất cả các sản phẩm sữa, sữa gạo là một lựa chọn tốt nhất cho người dị ứng
với lactose hoặc quả hạch. Sữa gạo có thể bổ sung thêm canxi hoặc vitamin và nó không
phải nguồn tự nhiên của các chất này như đậu nành hay hạnh nhân.
Nó là một sản phẩm nhiều lợi ích và dinh dưỡng. Nhưng bên cạnh đó sản phẩm này rất dễ
hư hỏng nếu không được bảo quản cũng như có chế độ xử lý thích hợp. Vì thế chúng em
chọn đề tài là “Tính toán và thiết kế hệ thống thanh trùng bản mỏng đồ uống nước gạo

sữa” để hiểu hơn về công nghệ sản xuất sản phẩm này đồng thời tìm ra phương pháp
thanh trùng thích hợp để bảo quản sản phẩm được lâu hơn và nâng cao độ an toàn cho
người sử dụng.
Trong quá trình tìm hiểu cũng như tính toán chúng em không tránh khỏi sai sót, mong
thầy cô thông cảm và góp ý để chúng em hoàn thiện hơn.

5


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP THANH
TRÙNG
I.

Tổng quan về sản phẩm nước gạo sữa (sữa gạo)

1. Nguyên liệu gạo
1. Giới thiệu chung
Gạo là một sản phẩm lương thực thu được từ cây lúa. Hạt gạo thường có màu trắng, nâu
hoặc đỏ thẫm, chứa nhiều chất dinh dưỡng. Hạt gạo chính là nhân của thóc sau khi xay để
tách bỏ vỏ trấu. Hạt thóc sau khi xay được gọi là gạo lứt hay gạo lứt, nếu tiếp tục xát để
tách cám thì gọi là gạo xát hay gạo trắng.
Gạo là một trong năm loại ngũ cốc cung cấp năng lượng chính trong bữa ăn hàng ngày
của phần lớn người châu Á nói chung và người Việt Nam nói riêng. Giá trị dinh dưỡng
của hạt gạo phụ thuộc vào đất đai, khí hậu, quá trình xay xát, bảo quản và chế biến gạo.
2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo[6]
Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới
Cơ quan FAO ở Rome đã đánh giá năm 2011, sản lượng lúa đạt đến 721 triệu tấn hay 481
triệu tấn gạo, tăng 3% hay 24 triệu tấn so với 2010. Sự gia tăng còn do diện tích trồng lúa

thế giới tăng lên 164,6 triệu ha hay tăng 2,2% và năng suất bình quân cũng tăng nhẹ lên
mức 4,38 tấn/ha tức tăng 0,8% trong hơn 1 năm vừa qua.
Châu Á sản xuất 651 triệu tấn lúa (435 triệu tấn gạo) hay tăng 2,9% so với 2010 dù có
nhiều trận bão lớn xảy ra ở Philippines và lũ lụt nặng nề kéo dài ở Campuchia, Lào,
Myanmar và Thái Lan. Sự gia tăng lớn này chủ lực do Ấn Độ và Trung Quốc, với sự
tham gia ở mức độ thấp hơn từ Bangladesh, Hàn Quốc, Nhật Bản, Pakistan và Việt Nam.
Năm 2011, Ấn Độ thu hoạch 154,5 triệu tấn lúa hay tăng 11 triệu tấn so với năm 2010
nhờ mùa mưa thuận lợi, ngoại trừ vài tỉnh ở Tây Nam có hạn hán. Trung Quốc sản xuất
đến 203 triệu tấn lúa hay tăng 3%, đạt được mục tiêu tự túc trong suốt thập niên qua. Thái
Lan bị ngập lụt nặng ở cánh đồng trung tâm làm thiệt hại 1,6 triệu ha tương đương 4 triệu
6


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
tấn lúa, sản xuất năm 2011 khoảng 32,2 triệu tấn lúa, thấp hơn 7% so với năm 2010 (34,5
triệu tấn). Hậu quả này làm ảnh hưởng mạnh đến xuất khẩu gạo năm 2012 của Thái Lan.
Tình hình tiêu thụ lúa gạo trên thế giới
Gạo là một trong những mặt hàng thiết yếu của các hộ gia đình. Khối lượng gạo tiêu thụ
chỉ tăng ở một số nước đang phát triển hoặc kém phát triển do tăng dân số và mức tiêu
dùng gạo ở các nước đó còn thiếu.
Theo đánh giá chung, mức tiêu thụ gạo tính theo đầu người trên thế giới là 58%
kg/người/năm. Tại châu Á hiện nay ổn định ở mức 95 kg/người/năm, Trung Quốc là
94kg/người/năm, Ấn Độ là 76kg/người/năm, cận Đông và Châu Á là 20kg/người/năm,
Châu Phi là 17kg/người/năm, Mỹ La Tinh là 26kg/người/năm, Mỹ là 19,7kg/người/năm,
Thái Lan là 106kg/người/năm.
Gạo chủ yếu được tiêu dùng ở châu Á, chiếm khoảng gần 90% lượng gạo tiêu thụ trên
toàn thế giới, trong đó Nam Á chiếm khoảng 29%. Tỷ trọng tiêu thụ gạo ở các khu vực
khác tương đối thấp : châu Mỹ chiếm khoảng 5%, châu Phi 4,3%, Đông Âu 0,4%, Trung
Đông 1,7% và EU Là 0,6%.
3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo trong nước[6]

Tình hình sản xuất lúa gạo trong nước
Diện tích trồng lúa của Việt Nam năm 2010 ước đạt khoảng 7,351 nghìn ha, tăng 0,23%
so với năm 2009. Mặc dù gặp nhiều khó khăn, nhưng nhờ đội ngũ cán bộ kỹ thuật có tay
nghề nên năng suất lúa bình quân của Việt Nam ước tính đạt 53,1 tạ/ha tăng 0,19% so với
53,0 tạ/ha năm 2009. Sản lượng lúa gạo của Việt Nam vẫn duy trì ở mức ổn định, không
biến động nhiều so với năm 2009.
Theo Hiệp hội Lương thực Việt Nam, xuất khẩu gạo quý 1/2011 của Việt Nam đạt 1,850
triệu tấn, trị giá 774 triệu USD. Tuy nhiên, xuất khẩu có xu hướng giảm mạnh trong tháng
3 so với cùng kỳ năm 2010. Nguyên nhân khiến cho xuất khẩu gạo Việt Nam sụt giảm
trong thời gian này chủ yếu xuất phát từ sự sụt giảm của thị trường Philippines. Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam dự báo, khối lượng gạo xuất khẩu của năm 2011
ước tính đạt mức 7,1-7,4 triệu tấn, tăng lên so với mức dự báo cuối năm 2010 (dự kiến
7


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
5,5-6,1 triệu tấn). Còn tổ chức FAO thì dự báo lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam cũng
giảm 6% xuống còn 6,5 triệu tấn.
Tình hình tiêu thụ
Trong những năm gần đây thì tình hình tiêu thụ lúa gạo không có nhiều biến động lớn,
mặc dù quy mô dân số vẫn ngày càng tăng cao và gạo vẫn được coi là nguồn lương thực
thiết yếu, trong khi nhu cầu lúa gạo cho những nhu cầu khác như làm thức ăn chăn nuôi
cũng tăng lên rất lớn. Nguyên nhân là do đời sống người dân ngày được nâng lên nên
lượng gạo trong khẩu phần của mỗi gia đình đã giảm xuống.
Chính nhờ sự ổn định về tiêu thụ gạo trong nước sẽ tạo điều kiện cho những doanh nghiệp
trong nghiệp trong nước yên tâm đầu tư công nghệ, nâng cao chất lượng gạo, tích cực tìm
kiếm thị trường xuất khẩu, nâng cao thường hiệu gạo Việt Nam trên trường quốc tế.
Nhận xét:
Nhìn chung, tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng
có sự gia tăng trông thấy. Cần tiến hành tìm hiểu quy trình công nghệ và không ngừng

nâng cao hơn nữa để duy trì và cải thiện sản lượng đã đạt được.
4. Thành phần hóa học của gạo[7]
Thành phần hóa học của hạt gạo gồm: glucid, protein, lipid, nước, khoáng vô cơ, vitamin,
enzyme và cellulose.
Bảng I.1. Thành phần hóa học của 100g gạo tẻ [8]
Thành phần dinh dưỡng

Hàm lượng

Năng lượng

344 Kcal

Nước

14g

Protein

7,9g

Lipid

1g

Glucid

75,9g

Cellulose

0,4g
8


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

Tro

0,8g

Nước
Nước là một chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến quá trình bảo quản gạo. Lượng nước
trong gạo ở 2 dạng tự do và liên kết.
Glucid
Glucid bao gồm tinh bột, đường, dextrin, cellulose.
Tinh bột là thành phần chủ yếu của hạt lúa, chiếm đến 90% lượng chất khô của hạt gạo
xát. Tinh bột tồn tại dưới hai dạng là amylose và amylopectin có tỷ lệ thay đổi tùy thuộc
vào giống lúa. Tinh bột quyết định giá trị cảm quan của gạo. Hàm lượng amylose trong
gạo quyết định độ dẻo của cơm. Nếu thành phần tinh bột trong gạo có từ 10 ÷ 18%
amylose thì cơm được xem là mềm, dẻo; từ 25 ÷ 30% thì cơm được xem là cứng. Các loại
gạo Việt Nam có hàm lượng amylose thay đổi từ 18 ÷ 45%.
Amylose là một polymer mạch thẳng, được cấu tạo từ các gốc α – D – glucopyranosyl,
liên kết với nhau bởi α – 1,4 glycoside và tạo nên một chuỗi dài bao gồm từ 200 – 1000
gốc α – D – glucopyranosyl. Cùng với amylopectin, các phân tử amylose tham gia tạo
nên cấu trúc hình hạt tinh bột ở thực vật. Trong tự nhiên, phân tử amylose bao gồm một
số chuỗi sắp xếp song song với nhau, trong đó các gốc α – D – glucopyranosyl của từng
chuỗi cuộn vòng thành hình xoắn ốc. Phân tử amylose có một đầu không khử và một đầu
khử (đầu có nhóm -OH glucosid). Amylose tác dụng với iode sẽ tạo phức hợp có màu
xanh, khi đó phân tử iode được sắp xếp bên trong vòng xoắn ốc của amylose.

Amylopectin là một polymer mạch nhánh, được cấu tạo từ các gốc α – D –
glucopyranosyl, liên kết nhau bởi α – 1,4 glycoside và α – 1,6 glycoside. Chính các liên
kết α – 1,6 glycoside làm cho amylopectin có dạng phân nhánh. Số liên kết α – 1,6
glycoside chiếm trung bình 5% tổng số các liên kết glycoside có trong phân tử
amylopectin. Mỗi mạch nhánh thường có từ 15÷30 gốc α – D – glucopyranosyl. Phản ứng
9


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
tạo màu xanh của amylopectin với iode là do kết quả của sự hình thành các hợp chất hấp
phụ.
Bảng I.2. Hàm lượng amylose của một số giống lúa của Việt Nam
Giống

Hàm lượng amylose (%)

Bông Sen

25,1

Hương Lài

16,1

Lúa thơm

20,2

Nàng Hương

21,6

Nàng Thơm Chợ Đào

24,0

Nàng Thơm

25,4

Tài nguyên

25,7

Hạt tinh bột của gạo có hình dạng đa giác đặc trưng, kích thước thay đổi 2 ÷ 10µm. Kích
thước này nhỏ nhất trong số các loại lương thực. Nhiệt độ hồ hóa tinh bột gạo trong
khoảng 65 – 70°C.
Trong gạo, đường tồn tại ở dạng chủ yếu là saccharose, ngoài ra còn có một ít đường
glucose, frutose và rafinose.
Protein
Trong gạo, hàm lượng protein không cao. Tùy thuộc vào giống lúa, điều kiện canh tác mà
hàm lượng protein thay đổi trong một khoảng khá rộng. Theo số liệu của viện nghiên cứu
lúa quốc tế (IRRI) thì trong 17587 giống lúa lưu trữ tại viện, hàm lượng protein thay đổi
từ 4,3 ÷ 18,2%. Mức protein trung bình là 9,4%. Thông thường thì trong khoảng 7 ÷ 10%.
Trong các giống lúa thì giống Japonica có hàm lượng protein cao hơn các giống khác.
Hàm lượng protein trong các giống lúa trồng mùa khô cũng hơi cao hơn giống lúa trồng
mùa mưa.

10

GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
Protein gạo cũng gồm bốn loại, trong đó glutelin hay còn có tên riêng là oryzenin chiếm
đa số, các protein còn lại là albumin, globulin và prolamin (oryzin). Phân bố các loại
protein trong các phần khác nhau của hạt được trình bày trong bảng I.3.
Bảng I.3.Tỷ lệ % các loại protein trong lúa gạo (trên % lượng protein tổng)
Thành phần

Albumin

Globulin

Prolamin (Oryzin)

Glutelin (Oryzenin)

Gạo lứt

5 ÷ 10

6 ÷ 10

3÷6

70 ÷ 80

Phôi

24

14

8

54

Cám

37

36

5

22

Gạo xát

5

9

3

83

Bảng I.3 cho thấy trong phôi và gạo lức có nhiều glutelin còn trong cám có nhiều các loại
protein albumin và globulin. Thành phần protein của lúa gạo có đủ 10 acid amin không
thay thế được: leucine, isoleucine, lysine, methionin, phenylalanin, threonin, tryptophan,
valine, histidine và arginin.

Bảng I.4. Thành phần acid amin trong 100g gạo[8]
Acid amin

Hàm lượng

Lysine

239mg

Methionin

155mg

Tryptophan

77mg

Phenylalanin

353mg

Threonin

236mg

Valine

403mg

Leucin

546mg

Isoleucin

285mg

Arginine

551mg

Histidine

155mg
11


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

Cystin

135mg

Tyrosin

221mg

Alanin

383mg

Acid aspartic

621mg

Acid glutamic

1288mg

Glycin

301mg

Prolin

311mg

Serin

347mg

Lipid
Lipid là thành phần dinh dưỡng quan trọng trong hạt lúa, mặc dù hàm lượng lipid chỉ
khoảng 1%. Lipid tồn tại dưới dạng các giọt chất béo có kích thước <0,7µm. Lipid có thể
ở dạng triglyceride đơn giản, acid béo tự do, glycolipid, các phosphatid và một số các
lipid đặc biệt. Chất béo trong gạo và các loại ngũ cốc nói chung phần lớn là chứa các acid
béo chưa no.
Bảng I.5. Hàm lượng các hợp chất lipid trong gạo (% khối lượng) [8]
Thành phần acid béo

Hàm lượng

Palmitic

23

Oleic

35

Linoleic

38

Các acid béo khác

4

Triglycerides

72

Acid béo tự do

5
12


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
Phosphotidylcholine

3

Phosphatidylethanolamine

3

Lysophosphatidylcholine

<1

Khoáng
Bảng I.6 Hàm lượng chất khoáng trong 100g gạo [8]
Thành phần khoáng

Hàm lượng

Calci

30mg

Sắt

1,30mg

Magie

14mg

Mangan

0,90mg

Phospho

104mg

Kali

241mg

Natri

5mg

Kẽm

1,50mg

Đồng

230µg

Selen

31,8µg

Vitamin
Bảng I.7 Hàm lượng vitamin trong 100g gạo [8]
Vitamin

Hàm lượng

Acid ascorbic (C)

0mg

Thiamine (B1)

0,1mg

Riboflavin (B2)

0,03mg
13


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
Niacin (PP)

1,6mg

Acid pantothenic (B5)

1,342mg

Pyridoxine (B6)

0,145mg

Folate

9µg

Acid folic (B9)

0µg

Biotin (H)

3µg

Cyanocobalamine (B12)

0µg

Retinol (A)

0µg

Calciferol (D)

-

Alpha – tocopherol (E)

-

Phylloquinone (K)

-

Hàm lượng tro tổng

≤ 0,3%

2. Gạo lức
1. Giới thiệu chung
Gạo lứt là loại gạo đã bóc vỏ trấu, chưa xát lớp cám, rất tốt cho sức khỏe vì giữ lại được
hầu hết các chất dinh dưỡng và một lượng lớn chất xơ, cùng các nguyên tố vi lượng nằm
ở lớp cám.
2. Thành phần hóa học của gạo lứt [8]

Bảng I.8 Thành phần hóa học của 100g gạo lứt
Thành phần dinh dưỡng

Hàm lượng

Năng lượng

345 Kcal

Nước

12,4g

Protein

7,5g

Lipid

2,7g
14


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
Glucid

72,8g

Cellulose

3,4g

Tro

1,3g

Calci

16mg

Sắt

2,80mg

Magie

52mg

Mangan

1,50mg

Phospho

246mg

Kali

202mg

Natri

5mg

Kẽm

1,90mg

Đồng

360µg

Selen

28,8µg

Acid ascorbic (C)

0mg

Thiamine (B1)

0,34mg

Riboflavin (B2)

0,07mg

Niacin (PP)

5,0mg

Acid pantothenic (B5)

1,5mg

Pyridoxine (B6)

0,62mg

Folate

20µg

Acid folic (B9)

0µg

Biotin (H)

-

Cyanocobalamine (B12)

-

Retinol (A)

0µg
15


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
Calciferol (D)

-

Alpha – tocopherol (E)

-

Phylloquinone (K)

-

3. Dầu lạc
Dầu lạc là dầu được ép từ hạt lạc (hạt đậu phộng), có nhiều giá trị dinh dưỡng và ứng

dụng trong đời sống.
Dầu lạc có nhiều tác dụng tốt đối với sức khỏe: thư giãn hệ thần kinh, cải thiên hệ miễn
dịch, giảm cholesterol, giảm nguy cơ bị bệnh tim mạch và đột quỵ, tốt cho hệ tiêu hóa, tốt
cho hệ thần kinh.
Bảng I.9 Dinh dưỡng trong 100g (Nguồn: USDA National Nutrition data base)
Thành phần dinh dưỡng

Giá trị dinh dưỡngNutrient Value

Energy

884 Kcal

Carbohydrates

0g

Protein

0g

Total Fat

100 g

Cholesterol

0 mg

Dietary Fiber

0g

Vitamins
Folates

0 µg

Niacin

0 mg

Pantothenic acid

0 mg

Pyridoxine

0 mg

Riboflavin

0 mg

Thiamin

0 mg

Vitamin A

0 IU

Vitamin C

0

Vitamin E

15.69 mg
16


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
Vitamin K

0.7 µg

Electrolytes (Điện giải)
Sodium (Na+)

0 mg

Potassium(K+)

0 mg

Minerals (khoáng)
Calcium (Ca)

0 mg

Copper (Cu)

0 mg

Iron (Fe)

0.03 mg

Magnesium (Mg)

0 mg

Manganese (Mn)

0 mg

Phosphorus (P)

0 mg

Selenium (Selen)

0 µg

Zinc (Zn)

0.01 mg

Phyto-nutrients (chất dinh dưỡng thực vật)

Carotene-ß

0 µg

Crypto-xanthin-ß

0 µg

Lutein-zeaxanthin

0 µg

Phytosterols

207 mg

4. Nước
Nước là thành phần cơ bản của sản phẩm sữa gạo, do hàm lượng của nước chiếm tỷ lệ cao
hơn rất nhiều so với các hợp chất dinh dưỡng khác. Ngoài ra, thành phần hóa học của
nước nguyên liệu sẽ ảnh hưởng đến những tính chất cảm quan và độ bền hóa lý của sữa
gạo. Nước được sử dụng trong quá trình thủy phân, phối trộn các thành phần khác.
5. Enzyme α − amylase [9]
1. Định nghĩa

Enzyme amylase là một enzyme phổ biến được sử dụng trong thực phẩm. Các enzyme
này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm
polysaccharide với sự tham gia của nước:
17

GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
RR’ + H – OH → RH + R’OH
Enzyme amylase có 2 nhóm là endoamylase và exoamylase. Enzyme α − amylase (1,4 −
α − D − glucan glucanohydrolase, EC 3.2.1.1) thuộc nhóm endoamylase (enzyme nội
bào).
2. Cơ chế hoạt động

α − amylase xúc tác thủy phân liên kết α − 1,4 − glucoside nằm bên trong phân tử của các
polysaccharide một cách ngẫu nhiên, trừ điểm phân nhánh trong amylopectin. Quá trình
thủy phân tinh bột bằng α − amylase thường bao gồm 2 giai đoạn:
Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): phân tử polysaccharide bị thủy phân tạo thành
dextrin cao phân tử. Độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh chóng.
Ở giai đoạn hai (giai đoạn đường hóa): các dextrin cao phân tử tiếp tục bị thủy phân thành
dextrin có bốn hoặc năm gốc glucoside. Các chất này bị enzyme thủy phân rất chậm để
tạo thành disaccharide và cuối cùng là monosaccharide.
6. Đường saccharose [9]
Đường saccharose tan tốt trong nước, có tác dụng tạo vị ngọt và cung cấp năng lượng.
Cấu tạo của saccharose có một gốc α − D – glucopyranosyl và một gốc β − D −
fructofuranosyl, chúng liên kết nhau bởi liên kết 1,2 − glycoside. Saccharose không có
tính khử.
II.

Tổng quan về phương pháp thanh trùng [13]

1. Bản chất
Thanh trùng là quá trình tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm và ức chế quá
trình sinh tổng hợp độc tố của chúng. Chế độ xử lý trong quá trình thanh trùng nhẹ nhàng
hơn so với quá trình tiệt trùng. Do đó quá trình thanh trùng không làm tổn thất đáng kể
chất dinh dưỡng và cảm quan của thực phẩm. Tuy nhiên sau quá trình thanh trùng, hệ vi
sinh vật trong thực phẩm vẫn chưa bị tiêu diệt hết, đặc biệt là nhóm vi sinh vật chịu nhiệt

và vi sinh vật có khả năng sinh bào tử. Một số vi sinh vật có khả năng sinh độc tố gây
bệnh cho người đôi khi vẫn còn tồn tại trong thực phẩm sau quá trình thanh trùng.
18


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
2. Các phương pháp thanh trùng

[13]

Hiện nay có rất nhiều phương pháp thanh trùng: thanh trùng bằng phương pháp nâng cao
nhiệt độ, thanh trùng bằng thuốc sát trùng, bằng siêu âm, bằng các tia ion hóa,... trong đó
phương pháp thanh trùng bằng cách nâng cao nhiệt độ là có nhiều ưu điểm và đang được
sử dụng phổ biến hơn cả.
Các thiết bị thanh trùng đều làm việc theo nguyên lý nâng cao nhiệt độ hợp lý để có thể
tiêu diệt được hoàn toàn vi trùng, hệ sinh vật thông thường, hệ sinh vật gây bệnh với điều
kiện làm thay đổi ít nhất đến cấu trúc, tính chất hóa lý, hóa sinh, hệ enzym và các chất
dinh dưỡng, vitamin của nước sữa gạo.
Căn cứ vào nhiệt độ thanh trùng mà người ta chia ra 3 phương pháp: phương pháp thanh
trùng ở nhiệt độ thấp (pasteurization), phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ cao
(Sterillization) và phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ siêu cao (Ultra High Temperature,
UHT), trong đó phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ cao và nhiệt độ siêu cao còn được
gọi là phương pháp tiệt trùng.
Phương pháp Pasteurization: nguồn nhiệt được cung cấp là hơi nước có nhiệt độ từ 75–
100oC. Phương pháp này có thể tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật, nhưng các loại vi sinh vật
chịu nhiệt (spore) thì vẫn còn sống sót.
Phương pháp Sterillization: nguồn nhiệt được cung cấp bằng hơi nước nóng ở nhiệt độ
110-130oC. Phương pháp này có thể tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật và phần lớn các spore
chịu nhiệt. Như vậy mức độ tiệt trùng của phương pháp này cao hơn, độ an toàn vi sinh
vật cao hơn.

Phương pháp Ultra High Temperature (phương pháp nhiệt độ siêu cao kí hiệu UHT):
nguồn nhiệt là hơi nước có nhiệt độ 140-160oC, trong thời gian ngắn khoảng vài giây hoặc
vài chục giây.
3. Phân loại theo thiết bị thanh trùng
- Theo cấu tạo: Thiết bị thanh trùng loại băng tải, loại trục quay, loại thủy lực.

19


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
- Theo áp suất tạo ra trong thiết bị: thiết bị thanh trùng ở áp suất khí quyển còn gọi là thiết
bị thanh trùng hở nắp và thiết bị thanh trùng làm việc ở áp suất cao hay thiết bị thanh
trùng có nắp.
- Theo cách làm việc: thiết bị thanh trùng làm việc liên tục, thiết bị thanh trùng làm việc
gián đoạn.
Về cấu tạo thiết bị thanh trùng gồm có hai bộ phận chính: bộ phận gia nhiệt và bộ phận
thanh trùng.
- Bộ phận gia nhiệt có nhiệm vụ cung cấp nhiệt để tạo ra nhiệt độ cần thiết cho bộ phận
thanh trùng. Để gia nhiệt người ta thường dùng hơi nước, khi đó thiết bị gồm có: lò hơi,
hệ thống ống dẫn dẫn hơi nước nóng, van an toàn, van điều chỉnh áp suất hơi,..
- Bộ phận thanh trùng có nhiệm vụ chuyển nhiệt từ thiết bị sang cho sản phẩm. Khi thanh
trùng trực tiếp các loại sản phẩm không đóng gói như nước gạo sữa, sữa, nước rau quả,…
bộ phận thanh trùng là những bản kim loại mỏng (hình 6. 20a) một mặt tiếp xúc với hơi
nước nóng một mặt tiếp xúc với sản phẩm hoặc có thể là điện cực, trong đó nhiệt được
sinh ra do năng lượng của từ trường.
Khi thanh trùng sản phẩm đóng gói (đựng trong bao bì như hộp sắt, chai, lọ, can nhựa,…)
bộ phận thanh trùng có thể là nồi hơi, trong đó hơi nước được đưa vào từ lò tạo hơi hoặc
buồng chứa hơi trong đó hơi nước được cấp vào trực tiếp từ các cột nước nóng.

a) dạng bản mỏng; b) dạng điện cực; c) dạng nồi hơi; d) dạng buồng hơi.

Hình II-1. Bộ phận thanh trùng

20


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
4. Một số loại máy thanh trùng được sử dụng phổ biến:
Thiết bị thanh trùng bản mỏng
Là loại thiết bị thanh trùng nhanh làm việc liên tục ở áp suất hơi nước cao hơn áp suất khí
quyển.
Phạm vi sử dụng: Sử dụng trong thanh trùng nước quả hoặc sữa, nước gạo sữa trước khi
rót vào hộp, chai.
Cấu tạo: Khi nói đến thiết bị, ta phải nói đến thành phần cơ bản của nó: đó là các tấm trao
đổi nhiệt cơ bản, chúng được coi như phần tử cơ bản của thiết bị, các tấm truyền nhiệt
(các bản mỏng) được ghép song song với nhau. Mỗi bản mỏng đều có vách định hướng,
có gờ cao su và hai lỗ thủng. Khi xếp và ép các bản mỏng lại các lỗ tạo ra 2 rãnh thông
kín và giữa các bản mỏng các khoang kín, sao cho thực phẩm thanh trùng xen kẽ với các
khoang chứa chất tải nhiệt. Các khoang nước thực phẩm thanh trùng thông với nhau bằng
một rãnh thông, còn các khoang mang chất tải nhiệt được thông với nhau bằng rãnh thông
còn lại. Do dịch thực chảy trong khoang kín bằng một lớp mỏng, lại được truyền nhiệt từ
2 mặt nên thời gian thanh trùng rất nhanh. Tùy theo hình dạng kích thước, đặc điểm cấu
tạo của các tấm mà ta có cường độ trao đổi nhiệt khác nhau cũng như sơ đồ nối khác
nhau. Vấn đề là ở chỗ để sản xuất ra các tấm chuẩn bằng phương pháp dập, cần tạo ra các
khuôn dập lớn và các loại thiết bị phụ trợ khác nhau nhằm xử lý nhiệt và gia công tấm
theo đúng như thiết kế. Đây là một việc đòi hỏi nhiều lao động và tay nghề cao.
Các bản mỏng thường làm bằng thép không gỉ dày 1mm theo phương pháp dập tạo hình
sóng nhằm tăng cường bề mặt truyền nhiệt, đặc biệt tăng hệ số truyền nhiệt do chảy rối
ngay cả khi hệ số Reynon nhỏ ( Re = 180 - 200).

21


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

Hình II-2 Thiết bị thanh trùng bản mỏng
Ưu điểm của loại này:
- Có hệ số truyền nhiệt rất lớn (K = 2500 W/m 2 oC). Đối với chất lỏng ít nhớt thì hệ số
truyền nhiệt của nó lớn gấp hơn ba lần so với loại ống chùm có vỏ bọc (K = 4000

÷

5000) W/m2 oC. Hệ số K lớn là do lớp chất lỏng mỏng và chảy rối. Cũng nhờ đó mà chênh

÷
lệch nhiệt độ giữa hai chất lỏng ở hai phía của tấm truyền nhiệt chỉ từ (2 5) (oC).
- Cấu tạo nhỏ gọn nhưng có bề mặt truyền nhiệt lớn.
- Chế độ nhiệt ổn định khi làm việc.
- Có thể tăng thêm hay giảm bớt bề mặt truyền nhiệt bằng cách lắp thêm hoặc giảm bớt số
tấm truyền nhiệt một cách nhanh chóng và dễ dàng.
- Dễ tháo, lắp khi làm vệ sinh bề mặt truyền nhiệt bằng phương pháp cơ học.
22


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
- Nước sữa gạo khi bị xử lý nhiệt độ cao dẫn tới thay đổi hương vị của sản phẩm, đặc biệt
là thời gian xử lý nhiệt kéo dài, thanh trùng kiểu tấm bản là một biện pháp rút ngắn thời
gian xử lý nhiệt độ. Nước sữa gạo có thể nâng tới nhiệt độ 72-80 oC trong thời gian dưới 1
phút.
Nhược điểm: của thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản là không chịu được áp suất cao, nhiệt độ

cao hoặc quá thấp. Giới hạn áp suất và nhiệt độ mà đệm kín có thể chịu được là:
P ≤ 1,5 MN/m2;

-150oC < t < 450oC

Thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản được sử dụng nhiều trong các dây chuyền công nghệ sản
xuất nước gạo sữa, nước giải khát, điều hòa không khí, chế biến thủy sản, chế biến thịt.
Trong trường hợp chế biến thủy sản hoặc thịt gia súc cắt nhỏ đóng khay, thì tấm truyền
nhiệt thường là hợp kim nhôm, phẳng và nhẵn, có chiều dày khoảng 3cm, chiều rộng và
dài tính bằng m. Tác nhân lạnh bay hơi bên trong tấm để làm đông lạnh thịt, thủy sản
trong khay đặt giữa hai tấm. Các tấm bay hơi được treo liên tiếp với nhau và nâng lên hạ
xuống nhờ hệ thống thủy lực. Các tấm bay hơi được đặt trong tủ bọc cách nhiệt, vì vậy nó
cũng được gọi là tủ lạnh đông nhanh tiếp xúc.
Ngoài ra ta cũng phải kể đến những khó khăn khi dùng các loại thiết bị này như: khi sử
dụng các thiết bị hàn thành khối hoặc lắp ghép, cần phải thường xuyên kiểm tra hệ số
truyền nhiệt cũng như trở kháng thủy lực của hệ thống, vì khi sử dụng lâu, do cặn bẩn
đóng lại trên bề mặt ống, gây ra các trở kháng phụ làm giảm hệ số truyền nhiệt. Khi trở
kháng thủy lực đã lên tới mức tối đa cần phải tráng rửa thiết bị, nếu không thiết bị sẽ bị
hư hỏng.
Khi sử dụng thiết bị kiểu lắp ghép, cần chú ý đến doăng làm kín. Trong quá trình làm việc
do bị lão hóa, doăng sẽ bị sơ cứng, gây rò rỉ gây tách rời ra khỏi tấm kim loại. Vì vậy
nhiệt độ và áp suất chung của thiết bị này bị hạn chế, từ -150 oC đến 450oC và áp suất thay
đổi từ 10 đến 16 at.

23


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU

Hình II-3 Bộ phận trao đổi nhiệt

Việc thiết kế các thiết bị kiểu tấm phải đáp ứng những yêu cầu sau đây:
Tìm ra các hình dạng có hiệu quả cao, các kích cỡ tấm trong các điều kiện đã cho.
Thiết kế tấm cơ bản làm cơ sở để thiết kế một loạt các tấm dùng cho các công suất khác
nhau.
Tính toán và thiết kế loại thiết bị có bề mặt trao đổi nhiệt khác nhau với số lượng các tấm
cơ bản cho trước.
Thiết kế khuân dập các tấm bản.
Mở rộng việc sử dụng có hiệu quả tấm cơ bản bằng cách lắp ghép nhiều thiết bị kiểu tấm
từ các kim loại khác nhau.
Luôn luôn phải lưu ý tấm cơ bản là một chi tiết rất phức tạp, cùng một lúc phải thực hiện
nhiều chức năng truyền nhiệt, cơ học, thủy khí, công nghệ.
Đặc điểm của tấm cơ bản như sau:
Cấu tạo dập nổi, mặt cắt bề mặt trao đổi nhiệt.
Hình dạng các lỗ khoan ở góc, nơi đầu vào và đầu ra của môi chất và kết cấu làm giảm trở
lực đầu ra và vào của môi chất.
24


GVHD: TS. TRẦN LỆ THU
Hệ thống doăng.
Hệ thống treo các tấm trên khung của thiết bị và cách định vị các tấm trong từng cụm.
Cấu tạo của thiết bị phụ trợ nhằm làm cứng bệ khung thiết bị, giúp cho việc sử dụng thiết
bị được dễ dàng.
Thiết bị xử lý cụm tấm trong trường hợp hỏng doăng.
Cần phải nhấn mạnh rằng, không thể thỏa mãn cùng một lúc các yêu cầu nói trên để chế
tạo ra một tấm cơ bản chuẩn.
Các tấm cơ bản có thể được phân loại như sau:
Tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối.
Tấm dạng băng tải.
Tấm băng lưới.

Tấm phẳng hay tấm tạo kênh.
Các dạng tấm truyền nhiệt như sau :

a)

b)

Hình II-4 Tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối
a. Hai tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối bằng nhựa
b. Hai tấm với cấu trúc gây dòng chảy rối bằng kim loại

25