Tính toán và thiết kế hệ thống thanh trùng gián đoạn dạng thẳng đứng với năng suất 700 hộp mẻ

Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

Mục lục
Phần 1: Khái niệm và phân loại về thanh trùng ........................................................ 3
1.1 Khái niệm........................................................................................................ 3
1.1.1 Vô trùng ........................................................................................... 3
1.1.2 Thanh trùng Pasteur ......................................................................... 3
1.1.3 Bảo quản lạnh................................................................................... 3
1.1.4 Sấy .................................................................................................... 4
1.1.5 Các phương pháp hóa học ................................................................ 4
1.1.6 Vô trùng ở nhiệt độ thường .............................................................. 4
1.1.7 Chất kháng sinh ................................................................................ 4
Phần 2: Phân Loại, Chế Độ Thanh Trùng Nhiệt Và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Trong
Thanh Trùng Nhiệt .................................................................................................... 6
2.1 Phân loại thanh trùng nhiệt ............................................................................. 6
2.2 Các chế độ thanh trùng ................................................................................... 7
2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ thanh trùng .......................................... 9
2.3.1 Ảnh hưởng của thành phần hóa học thực phẩm .............................. 9
2.3.2 Ảnh hưởng của giống loài và số lượng vi sinh vật ban đầu trong hộp
12
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt ......................................... 18
2.4.1 Ảnh hưởng tính chất vật lý của thực phẩm .................................... 18
2.4.2 Ảnh hưởng của tính chất vật lý và độ dày vật liệu làm vỏ hộp ..... 20
2.4.3 Ảnh hưởng của kích thước hình học bao bì đồ hộp. ...................... 20

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

i

Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu, cuối và nhiệt độ thanh trùng. ... 20
2.4.5 Ảnh hưởng của trạng thái hộp khi thanh trùng .............................. 23
Phần 3: Các Loại Thiết Bị Thanh Trùng ................................................................. 26
3.1 Thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn. ...................................................... 27
3.1.1 Thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn ở áp suất khí quyển. ....... 27
3.1.2 Thiết bị thanh trùng áp suất cao làm việc gián đoạn kiểu nằm ngang
28
3.1.3 Thiết bị thanh trùng áp suất cao làm việc gián đoạn kiểu đứng .... 31
3.1.1 Thiết bị thanh trùng Lagarde.......................................................... 33
3.2 Các phương pháp tạo áp suất đối kháng trong thiết bị thanh trùng áp suất cao
34
3.2.1 Thanh trùng bằng hơi nước ............................................................ 35
3.2.2 Thanh trùng tạo áp suất đối kháng bằng không khí nén ................ 36
3.2.3 Thanh trùng dùng áp suất đối kháng bằng nước và không khí giãn
nở 37
Phần 4: Tính toán thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn ..................................... 39
4.1 Tính kỹ thuật ................................................................................................. 39
4.2 Tính toán thiết bị ........................................................................................... 42
4.2.1 Bề dày của thân thiết bị thanh trùng .............................................. 42
4.2.2 Tính toán nắp và đáy dạng Elip chịu áp suất trong........................ 43
4.2.3 Đường kính bulông của thiết bị thanh trùng[1] ............................. 43
4.2.4 Đường kính ống dẫn hơi vào thiết bị[1]......................................... 44

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

ii


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

4.2.5 Tính chọn đối trọng cho nắp .......................................................... 45
4.3 Tính toán nhiệt .............................................................................................. 45
4.3.1 Nhiệt lượng đun nóng thiết bị ........................................................ 46
4.3.2 Nhiệt lượng đun nóng giỏ .............................................................. 47
4.3.3 Nhiệt lượng đun nóng bao bì ......................................................... 47
4.3.4 Nhiệt lượng đun nóng sản phẩm đồ hộp ........................................ 47
4.3.5 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh ............................ 48

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

iii


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

LỜI MỞ ĐẦU
Cuộc sống ngày càng hiện đại, con người càng tất bật với công việc hiện tại.
Làm thế nào để cung cấp những thực phẩm vừa gọn nhẹ, vừa thuận tiện, vừa an toàn
vừa vệ sinh lại vừa đạt chất lượng. Đó là một nhu cầu cần thiết. Ngành công nghệ
đồ hộp ra đời góp phần giải quyết phần nào thực trạng ấy.
Ngành công nghệ đồ hộp ra đời vào cuối thế kỷ XVIII ở Pháp và sau đó lan

sang các nước và ngày càng phát triển. Nó du nhập vào Việt Nam kể từ năm 1954,
cũng theo xu hướng chung của thế giới, ngành đồ hộp Việt Nam ngày càng phát
triển. Tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế, cần khắc phục để phát huy tiềm năng của
ngành.
Hiện nay các sản phẩm đồ hộp rất đa dạng trên thị trường trong và ngoài nước.
Đồ hộp đi từ nguyên liệu là thủy sản, gia súc, gia cầm hay rau quả với các mẫu mã
và bao bì đa dạng phong phú.
Trên cơ sở những kiến thức đã được học và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
trong đồ án môn học này, em xin trình bày về “ Tính toán và thiết kế hệ thống
thanh trùng gián đoạn dạng thẳng đứng với năng suất 700 hộp/ mẻ ” với nội dung
bao gồm các phần sau :
Phần 1 : Khái niệm và phân loại về thanh trùng.
Phần 2 : Phân loại, chế độ thanh trùng nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng trong
thanh trùng nhiệt.
Phần 3 : Các loại thiết bị thanh trùng.
Phần 4 : Tính toán thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

1


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

Do trình độ, kinh nghiệm nghiên cứu và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên em
không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính toán, thiết kế trong đồ án này,
rất mong có được sự góp ý, chỉnh sửa để em có thể bổ sung, củng cố kiến thức cho
bản thân.

Em xin trân thành cảm ơn !

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

2


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

1 Phần 1: Khái niệm và phân loại về thanh trùng
Để đảm bảo sản phẩm cũng như nguyên liệu lâu dài có nhiều phương pháp và
nguyên tắc đưa ra để tránh sự hư hỏng của chúng.
1.1 Khái niệm
1.1.1 Vô trùng
Biện pháp vô trùng bảo quản thực phẩm bằng cách ngăn sự nhiễm tạp vi sinh
vật từ nguyên liệu ban đầu vào sản phẩm cuối cùng. Có thể là:
-

Thanh trùng nguyên liệu đầu
Thanh trùng vật liệu bao gói
Duy trì môi trường làm việc vô trùng
Tạo những công đoạn bao gói đủ kín để ngăn cản sự tái nhiễm vi sinh
vật

1.1.2 Thanh trùng Pasteur
Thanh trùng Pasteur là sử dụng nhiệt độ trong khoảng 60-75℃ áp dụng cho một
số thực phẩm để tiêu diệt hầu hết các tế bào vi sinh vật. Thường các vi sinh vật gây
bệnh không tạo bào tử bị tiêu diệt và do đó thời gian bảo quản sản phẩm được kéo

dài.
1.1.3 Bảo quản lạnh
Nhiệt độ thấp làm hạn chế hoặc ngừng sự phát triển của vi sinh vật bởi ở nhiệt
độ thấp, các phản ứng hóa học bị chậm lại, các enzyme không hoạt động. Do vậy
nguyên liệu ( như rau quả, thịt, cá, …) ít bị hư hỏng.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

3


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

1.1.4 Sấy
Với phương pháp này độ ẩm giảm, hoạt độ nước giảm thấp hơn hoạt độ yêu
cầu cho vi sinh vật phát triển. Các phương pháp khác nhau để sấy là sấy bằng năng
lượng mặt trời, sấy lạnh đông, sấy bằng nhiệt nhân tạo, sấy bằng tia hồng ngoại…
Các loại rau quả, thịt cá…khi đã sấy khô được bảo quản lâu dài.
1.1.5 Các phương pháp hóa học
Sử dụng các chất bảo quản hóa học như muối, kiềm, halogen, oxy già, khí trơ,
acid (lactic, axetic, citric), benzoic, sorbic, chất chống oxy hóa và chất kháng sinh.
1.1.6 Vô trùng ở nhiệt độ thường
Các tia X, tia tử ngoại, tia beta có thể ion hóa các phân tử chủ yếu là nước trong
nguyên liệu và vi sinh vật mà không cần tăng nhiệt độ. Do vậy vô trùng ở nhiệt độ
thấp làm giảm tốc độ hư hỏng của thực phẩm một cách đáng kể.
1.1.7 Chất kháng sinh
- Chất kháng sinh từ vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic có tính chất đặc biệt duy nhất để bảo quản thực phẩm đó là khả

năng tiết ra một số chất kháng khuẩn có tên gọi là Bacteriocin, hydro peroxyt và
diacetyl. Có thể hạn chế sự phát triển của các chủng sinh vật phân hủy thực phẩm,
nhờ đó kéo dài thời gian sử dụng và giảm nguy cơ nhiễm độc của thưc phẩm.
- Chất kháng bào từ vi khuẩn
Sử dụng một số hóa chất như NaCl, nitrit, sorbate, EDTA, cồn, các chất phenol,
chất chống oxy hóa, nisin… có thể hạn chế được sự nảy mầm của các bào tử chịu
nhiệt.
- Các kháng sinh từ tỏi

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

4


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

Tỏi có chứa một số chât có tính kháng sinh. Chất chiết từ tỏi có hoạt tính kháng
nấm và kháng khuẩn đang được nghiên cứu nhằm áp dụng trong bảo quản thực
phẩm.
Trong các phương pháp bảo quản trên, phương pháp thanh trúng sản phẩm bằng
nhiệt được sử dụng nhiều nhất. Vì vậy trong chương này sẽ dành trình bày phương
pháp thanh trùng về nhiệt ở các nhà máy sản xuất đồ hộp, sau khi qua các giai đoạn
chế biến sơ bộ cho vào bao bì, ghép kín nắp, phải được tiệt trùng thì mới có khả năng
bảo quản được lâu dài. Vì vậy thanh trùng đồ hộp là một trong những quá trình cơ
bản quan trọng nhất để sản xuất đồ hộp.
Việc thanh trùng đồ hộp mục đích là tiêu diệt vi sinh vật và men sống sót làm
cho việc bảo quản được lâu dài.
Thanh trùng bằng nhiệt còn có tác dụng làm tăng hương vị của đồ hộp, làm nhừ

kết cấu tổ chức của sản phẩm, tạo nét hấp dẫn rất riêng của thực phẩm đóng hộp.
Một điều cần chú ý là một số vi sinh vật không phát triển được trong đồ hộp và
vô hại, việc tiêu diệt chúng không có ý nghĩa bảo quản, hơn nữa chúng rất bền về
nhiệt, nếu cố tình tiêu diệt chúng sẽ dẫn đến tiêu phí năng lượng và giảm chất lượng
thực phẩm.
Quá trình thanh trùng cần đạt được không phải độ vô trùng tuyệt đối và chỉ cần
độ vô trùng công nghiệp hay độ vô trùng thương phẩm, nghĩa là trong đồ hộp không
được tồn tại các vi sinh vật có thể gây hư hỏng thực phẩm hoặc các loại tạo độc tố
hay có thể còn sống sót các vi sinh vật không có khả năng phát triển và gây hư hỏng
đồ hộp ở các điều kiện bảo quản bình thường.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

5


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

2 Phần 2: Phân Loại, Chế Độ Thanh Trùng Nhiệt Và Các Yếu Tố
Ảnh Hưởng Trong Thanh Trùng Nhiệt
2.1 Phân loại thanh trùng nhiệt
Thanh trùng nhiệt được phân làm hai nhóm là thanh trùng ở nhiệt độ nhỏ hơn
100℃ (thường trong khoảng 80-100℃) và thanh trùng ở nhiệt độ cao với nhiệt độ
lớn hơn 100℃ (thường từ 105-121℃).
Thanh trùng nhiệt còn được chia ra:
 Thanh trùng Pasteur như đã nói ở trên là thanh trùng ở nhiệt độ dưới 100℃.
Thanh trùng Pasteur nhằm tiêu diệt các loại vi sinh vật ở dạng phát triển
(dạng mầm -sinh dưỡng) và các loại sinh vật không bền nhiệt. Phương pháp

thanh trùng Pasteur thường dùng với các sản phẩm có độ chua cao như: nước
quả, quả nước đường, rau dầu dấm, các sản phẩm cô đặc, mứt…
 Thanh trùng Tyldan là thanh trùng Pasteur nhưng được thực hiện nhiều lần.
Khoảng thời gian thanh trùng giữa các lần là 20-28 giờ, đủ để vi sinh vật
ở dạng nha bào chưa bị tiêu diệt lần trước phát triển thành dạng mầm rồi bị tiêu
diệt ở lần thanh trùng tiếp theo. Số lần thanh trùng ít hay nhiều phụ thuộc vào
lượng nha bào vi sinh vật, thanh trùng khi nào diệt hết vi sinh vật là được
(khoảng 3-4 lần). Ngày nay phương pháp này không được sử dụng rộng rãi
trong sản xuất vì nhược điểm là thời gian tác dụng nhiệt kéo dài, thao tác vất
vả nên không thích hợp với yêu cầu sản xuất công nghiệp.
 Thanh trùng công nghiệp (tiệt trùng) là thanh trùng ở nhiệt độ trên 100℃
(105 – 127℃). Phần lớn các sản phẩm thực phẩm có độ pH cao được thanh
trùng theo kiểu này.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

6


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

2.2 Các chế độ thanh trùng
Quá trình thanh trùng đồ hộp trong thiết bị thanh trùng bằng nhiệt được tiến
hành theo ba giai đoạn liên tiếp nhau:
- Nâng nhiệt độ của đồ hộp lên đến nhiệt độ thanh trùng.
- Giữ ở nhiệt độ thanh trùng đó một thời gian nhất định.
- Giảm nhiệt độ và áp suất trong thiết bị hay làm nguội hộp.
Đối với mỗi loại đồ hộp chứa một sản phẩm khác nhau được thanh trùng thì

nhiệt độ đó phải có một chế độ làm việc nhất định. Đặc trưng cho một chế độ làm
việc của thiết bị thanh trùng bằng nhiệt là công thức thanh trùng có dạng tổng quát
như sau:
A−B−C
T

Trong đó:
T- nhiệt độ thanh trùng, ℃ ;
A - thời gian nâng nhiệt độ trong thiết bị thanh trùng từ nhiệt độ ban đầu lên
đến nhiệt độ thanh trùng, phút;
B - thời gian thanh trùng ở nhiệt độ không đổi, phút;
C - thời gian hạ nhiệt độ và áp suất trong thiết bị thanh trùng cho tới khi
bằng áp suất khí quyển, hay thời gian làm nguội đồ hộp, phút.
Công thức thanh trùng này hoàn toàn không có ý nghĩa về mặt toán học mà
chỉ là biểu thị tượng trưng cho các giai đoạn của một quá trình thanh trùng.
Khi thanh trùng đồ hộp trong thiết bị kín dùng áp suất có thể phải có những
dạng công thức thanh trùng cụ thể hơn công thức tổng quát trên như:

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

7


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

a−A−B−C
T

.p

Trong đó:
a- Thời gian xả không khí trong thiết bị ra ngoài, phút;
A- Thời gian nâng nhiệt độ, phút;
B- Thời gian giữ nhiệt độ không đổi, phút;
C- Thời gian giảm áp suất hơi trong thiết bị, phút;
P- Áp suất đối kháng cần được tạo ra trong quá trình thanh trùng, at.
Trong công thức này không ghi thời gian làm nguội đồ hộp.
Trong thời gian làm việc của thiết bị thanh trùng, tất nhiên nhiệt độ và thời gian
chịu tác dụng nhiệt của sản phẩm chứa trong đồ hộp không hoàn toàn đúng với các
công thức trên. Ở giai đoạn nâng nhiệt, nhiệt độ bên trong đồ hộp thấp hơn nhiệt độ
của thiết bị và ở giai đoạn làm nguội nhiệt độ trong đồ hộp cao hơn nhiệt độ trong
thiết bị. Sự trao đổi nhiệt trong sản phẩm đồ hộp chủ yếu bằng dẫn nhiệt (đối với sản
phẩm đặc) hay đối lưu (đối với sản phẩm lỏng), hoặc vừa dẫn nhiệt vừa đối lưu (đối
với sản phẩm vừa có phần đặc và phần lỏng).
Vận tốc đun nóng của sản phẩm trong đồ hộp chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ
ban đầu của sản phẩm, độ rắn chắc hay độ khít của sản phẩm và tính chất của sản
phẩm, bề dày và kích thước của bao bì đồ hộp.
Khi thanh trùng bằng nhiệt, đồ hộp là sản phẩm đựng trong bao bì, nên đồ hộp
đó chịu tác dụng của áp suất bên ngoài và áp suất bên trong. Áp suất bên ngoài là áp
suất của hơi nước hay còn gọi là áp suất của nước. Áp suất bên trong đồ hộp được
tạo ra do sự giãn nở của sản phẩm, của không khí còn lại trong đồ hộp.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

8


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ thanh trùng
Chọn chế độ thanh trùng: ta phải chọn được một chế độ thanh trùng hợp lý, có
nghĩa là đảm bảo được yêu cầu tiêu diệt các vi sinh vật có hại trong đồ hộp đó, đồng
thời các chất dinh dưỡng ít bị tổn thất nhất, phẩm chất sản phẩm tốt nhất.
2.3.1 Ảnh hưởng của thành phần hóa học thực phẩm
Các loài vi sinh vật sống trong môi trường của thực phẩm khác nhau thì ảnh
hưởng của nhiệt độ đến sự sống sót của chúng khi thanh trùng và phát triển sau đó
cũng khác nhau. Vì vậy cần phải xem xét các ảnh hưởng của thành phần thực phẩm
đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật ấy bằng nhiệt.
a) Ảnh hưởng của độ acid trong thực phẩm đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật
Nồng độ ion hydro của môi trường, nghĩa là chỉ số pH, có vai trò quan trọngảnh
hưởng tói độ bền nhiệt của vi sinh vật cũng như sự tồn tại và phát triển của chúng.
Môi trường có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật nhưng độ chua là yếu tố có
tầm quan trọng hơn cả.
Ví dụ, ở nhiệt độ 100℃, thời gian cần thiết để tiêu diệt Clostridium botulinum
ứng với các loại thực phẩm có độ chua khác nhau.
Thực phẩm
Bí, cà chua, cà rốt
Củ cải, đậu đũa, đâu ván
Thịt lợn, đâu sốt, cà chua

pH
4,22 – 5,05
5,15 – 5,3
5,4

Thời gian tiêu diệt (phút)

90
120
120

b) Ảnh hưởng của chất sát trùng thực vật (phitonxit) đến thời gian tiêu diệt
vi sinh vật.
Sau độ pH thì chất sát trùng ảnh hưởng quan trọng đến thời gian tiêu diệt vi
sinh vật.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

9


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

Các chất sát trùng thực vật thường gặp là allyxim trong hành tỏi, tomatin trong
cà chua, capsaixim trong ớt, piperin trong hạt tiêu, zingiberin trong gừng, carvol và
linalol trong thì là, các antoxim trong rau quả, myronic kali trong bột mù tạt. Các
sắc tố có màu phần lớn cũng có tác dụng sát trùng. Vì vậy, khi chế biến đồ hộp từ cà
chua chín hay có nước sốt cà chua, hoặc các loại quả có màu đỏ, tím thì cần phải rút
ngắn thời gian thanh trùng hơn so với các loại đồ hộp khác.
Khi chế biến các đồ hộp thịt cá, người ta cho thêm các gia vị: ngoài mục đích
làm ngon còn có tác dụng sát trùng rất tốt.
đạt được độ vô trùng cần thiết, nhưng nếu thanh trùng trên 100℃ thì súp lơ
bị nhũn nát, vì vậy người ta cho thêm nước mù tạt vào và lúc này có thể thanh trùng
ở nhiệt độ thấp mà vẫn đảm bảo tiệt trùng.
Người ta có thể thêm chất sát trùng thực vật vào đồ hộp ở dạng rau tươi như

thêm hành, tỏi, ớt, thì là,… nhưng phương pháp hiệu quả hơn cả là thêm vào ở dạng
chất được điều chế từ các loại rau tươi ấy. Nghĩa là thay vì cho thêm cà chua vào đồ
hộp, người ta cho thêm tomatin, …
c) Ảnh hưởng chất béo đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật
Các chất béo có ảnh hưởng rất lớn đến đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật, tuy
nhiên khác với các acid và các phitonxit, chất béo không những không làm giảm bớt
chế độ thanh trùng mà còn có tác dụng tăng sức chịu nhiệt của vi sinh vật. Người ta
giải thích tác dụng bảo vệ vi sinh vật của chất béo trên cơ sở các biến đổi hóa lý xảy
ra ở vùng biên của hai chất lỏng không đồng nhất: dung dịch protide ở dạng keo (tế
bào vi sinh vật) và chất béo. Ta biết rằng khi các chất keo háo nước (protide,
xanponin, xà phòng…) gặp chất béo ở phần tiếp giáp 2 pha lập tức có hiện tượng tạo
màng xảy ra, ngăn cách các pha với nhau. Nếu 1 giọt chất béo rơi vào dung dịch
protide, nó sẽ bị màng protide bao lại. Nếu 1 giọt dung dịch protide ở thể keo rơi vào
SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

10


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

chất béo, nó cũng sẽ bị một lớp áo bọc bao lấy ngay lập tức. Các màng bao này gồm
các phần tử có cực được định hướng chặt chẽ trên bề mặt hai pha nhờ các nhóm kỵ
nước. Màng dày kỵ nước bao quanh tế bào vi sinh vật ngăn không cho nước truyền
nhiệt vào làm protide chậm bị đông đặc. Vì vậy các đồ hộp có chứa chất béo (ví dụ:
đồ hộp cá ngâm dầu, thịt lợn hộp…) cần phải thanh trùng lâu hơn các đồ hộp không
chứa chất béo.
d) Ảnh hưởng của đường và muối đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật
Các nhà khoa học nhận thấy rằng đường có tác dụng bảo vệ vi sinh vật khi đun

nóng. Người ta tìm ra rằng nấm men dễ bị tiêu diệt ở nhiệt độ 100℃ khi ở trong
nước cất khi ở trong siro. Thời gian tiêu diệt trong siro có nồng độ 24% nhỏ hơn
nhiều so với trong siro có nồng độ 36% (tương ứng với 6 và 28 phút). Thời gian tiêu
diệt của vi sinh vật Escherichia Coli ở 70℃ trong nước là 4 phút, trong siro đường
30% là 30 phút. Người ta giải thích tác dụng bảo vệ vi sinh vật của đường xảy ra
như sau: trong dung dịch siro đường xảy ra quá trình các vi sinh vật mất nước do
thẩm thấu và chính việc hàm lượng nước giảm này làm phần lớn vi sinh vật bền
vững khi đun nóng. Nồng độ muối không cao trong sản phẩm thực phẩm có tác dụng
bảo vệ vi sinh vật khi đun nóng, còn nồng độ muối tương đối cao lại có tác dụng làm
vi sinh vật bị tiêu diệt nhan hơn. Người ta làm thí nghiệm và thu được các kết quả
về khả năng sống sót của vi sinh vật trong dung dịch nước muối của đồ hộp đậu bi
ở 115℃ như sau:

Nồng độ muối 0
(%)

0.5

1.0

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

1.5

2.0

2.5

3.0

4.0

11


Đồ án CN II

Mức độ sống 15.0
sót của vi sinh
vật (%)

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

37.8

86.7

73.3

75.6

78.9

40.0

13.3

Từ các số liệu trên ta thấy rõ rằng muối có tác dụng bảo vệ vi sinh vật ở môi
trường có nồng độ muối nhỏ hơn 2.5%, ở môi trường có nồng độ muối cao hơn, độ
chịu nhiệt của vi sinh vật giảm rõ rệt. Người ta nhận thấy ở môi trường có nồng độ

muối 1-2% độ bền nhiệt của Cl. Botulinium tăng, nhưng khi lượng muối lớn hơn 8%
thì thời gian tiêu diệt giảm. Có thể giả thiết rằng nồng độ muối không lớn có tác
dụng là tế bào vi sinh vật bị mất nước do thẩm thấu tương tự như hiện tượng xảy ra
trong dung dịch đường, do đường làm độ bền nhiệt của nó tăng lên. Ở môi trường
có nồng độ muối cao bắt đầu xuất hiện sự điện ly…
2.3.2 Ảnh hưởng của giống loài và số lượng vi sinh vật ban đầu trong hộp
Thời gian tiêu diệt chịu ảnh hưởng rất lớn của các loài vi sinh vật có thể phát
triển trong thực phẩm bởi vì độ bền nhiệt của các loài vi sinh vật không giống nhau,
các tế bào sinh dưỡng dễ bị tiêu diệt hơn nhiều so với nha bào. Một số các nhà khoa
học giải thích điều này là bởi vì nha bào virus chứa ít nước, do đó protide khó bị
đông đặc, mà quá trình protide đông đặc lại chính là nguyên nhân gây nên cái chế
của các tế bào virus khi đun nóng. Các công trình nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng
hàm lượng nước tổng quát (chung) trong tế bào sinh dưỡng và trong nha bào xấp xỉ
như nhau. Vì vậy khi nói hàm lượng nước trong nha bào ít là ta đang đề cập đến hàm
lượng nước tự do. Vấn đề là ở chỗ một phần lượng nước trong nha bào ở trạng thái
liên kết, do đó không thể tham gia vào sự làm đông đặc lại của các protein của tế
bào. Ngoài ra độ bền với nhiệt của các nha bào còn được giải thích do chúng có lớp

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

12


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

màng bọc không thấm nước rất chắc chắn, không cho nước từ bên ngoài thấm vào
trong nha bào. Đó là lý do tại sao thời gian tiêu diệt đối với phần lớn các vi khuẩn
không tạo nha bào, tức là các tế bào sinh dưỡng chỉ khoảng vài phút ở nhiệt độ 6080℃. Thời gian tiêu diệt dài nhất là của E.Coli – 15 phút ở 80℃.

Thời gian tiêu diệt của các vi sinh vật tạo nha bào (tức là nha bào của chúng)
dài hơn nhiều so với các vi sinh vật không tạo nha bào. Theo số liệu của Rogatrov
thời gian tiêu diệt đối với một số nha bào ở 100℃ như sau:
B. Subtilis

120 phút

B. Mesentericus

110 phút

Cl. Botulininum (loại B)

150 phút

Cl. Botulininum (loại A)

300 phút

Bigeloi và Esti nhận thấy một số vi sinh vật thuộc nhóm ưa nhiệt chịu được
nhiệt độ sôi trong nước ngô ép ở pH 6.1 trong thời gian 24h. Một số nhà nghiên cứu
khác thông báo thời gian tiêu diệt của một loại vi sinh vật ưa nhiệt thuộc nhóm gây
chua thực phẩm không tạo bọt khí ở pH 6.1 và nhiệt độ 120℃ là 11 phút; thời gian
tiêu diệt của một vi sinh vật khác cũng thuộc nhóm này ở 120℃ trong môi trường
đệm (pH 6.95) là 35 phút.
Số lượng vi sinh vật có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tiêu diệt. Ta có thể thấy
điều này qua kết quả thực nghiệm thu được trong bảng sau
Chủng loại

Số nha bào / cm2

Thời gian cần thiết
để tiêu diệt nha bào ở
115℃ (phút)

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

13


Đồ án CN II

26

4019

4112

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

46000

65

4300.0

35

400.00

28

40.000

22

5000.0

42

2550.0

26

278.00

21

58.000

10

35000

50

1000.0

28

100.00

18

13.000

10

Ta xét ví dụ đối với chủng loại 26, khi số vi sinh vật ban đầu giảm từ 46000
xuống còn 40 nha bào, nghĩa là giảm xuống gần 1000 lần, thời gian tiêu diệt được
rút ngắn gần 3 lần Có thể thấy rõ ràng trong một thể tích thực phẩm xác định càng
lớn thì thời gian cần thiết để tiêu diệt chúng cũng càng lớn. Điều này được giải thích
bởi quy luật động học tiêu diệt dần các tế bào vi sinh vật ở nhiệt độ cao. Nghiên cứu
sự diệt vong của vi khuẩn do tác dụng của nhiệt độ, các nhà nghiên cứu đã đi đến
kết luận: về phương diện hóa lý làm tế bào vi sinh vật bị tiêu diệt là phản ứng đơn

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

14


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

phân tử gây đông đặc protide của màng nguyên sinh, và do đó vận tốc tiêu diệt vi
sinh vật tuân theo quy luật toán học áp dụng cho phản ứng bậc 1.
Như vậy chế độ thanh trùng phụ thuộc vào mục tiêu của quá trình thanh trùng.
Ở đây bào tử yếm khí Clostrium botulinum là mục tiêu chính trong quá trình chế
biến nhiệt vì:

- Có thể sinh ra độc tố làm chết người dù ở liều lượng thấp.
- Có khả năng thành lập bào tử rất bền nhiệt.
- Clostrium botulinum có thể tìm thấy ở bất cứ đâu, hầu hết mọi nguyên liệu
đều nhiềm loại vsv này, nên chúng có mối quan hệ mật thiết đến an toàn
thực phẩm.
- Chọn nhiệt độ thanh trùng : acid là yếu tố quan trọng trong việc chọn nhiệt
độ thanh trùng.
- Nhóm sản phẩm đồ hộp không chua và ít chua có pH > 4,6
- Nhóm sản phẩm đồ hộp chua có pH < 4,6
Đối với các loại đồ hộp thuộc nhóm không chua hay ít chua, tức là có môi
trường pH > 4,5 (như đồ hộp thịt, cá, một số đồ hộp rau): vi sinh vật phát triển mạnh
trong môi trường này đều là các vi sinh vật chịu nhiệt. Trong đó loại nguy hiểm hơn
cả, có hại đến sức khỏe người sử dụng là những bào tử của loại vi khuẩn Clostridium
botulinum có khả năng phân giải protein, là loại vi sinh vật chịu nhiệt nguy hiểm
nhất, được các nước trên thế giới coi là đối tượng chủ yếu phải loại trừ, và tiêu diệt
nha bào của nó được coi là tiêu chuẩn thanh trùng tối thiểu. Mặc dù nó không phải
là đại diện ưa nóng nhất của nhóm vi sinh vật lên men thối. Trong đồ hộp thịt, cá, ta
còn có thể gặp các loại vi khuẩn yếm khí gây thối hỏng đồ hộp như Clostridium
sporogenes bền với nhiệt hơn cả Clostridium botulinum.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

15


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

Do đó đối với các loại đồ hộp có môi trường pH > 4,6 cần phải có nhiệt độ

thanh trùng cao mới tiêu diệt được các loại vi sinh vật ưa nhiệt gây hư hỏng đồ hộp.
Nhiệt độ đó vào khoảng 105oC - 121oC, được gọi là quá trình tiệt trùng.
Áp suất đối kháng
Thực phẩm đựng trong hộp bao gồm các thành phần: chất rắn, chất lỏng, chất
khí. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, các áp suất riêng phần và sự dãn nở của các cấu
tử đó tăng lên, làm cho áp suất chung trong bao bì đựng sản phẩm tăng lên. Áp suất
này (có thể tới 2 atm) có thể làm cho bao bì sắt tây bị biến dạng, bao bì thủy tinh bị
nứt, vở. Vì vậy ta cần tạo ra áp suất trong thiết bị thanh trùng (căn cứ vào tính chất
của bao bì, thành phần của sản phẩm đựng trong hộp và nhất là nhiệt độ thanh trùng)
bằng hay gần bằng áp suất dư đã tăng lên trong hộp, áp suất này gọi là áp suất đối
kháng, thường vào khoảng 0,4 - 1,4 atm.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

16


Đồ án CN II

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

17


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

Hình 1: Đồ thị thanh trùng
Cách thiết lập chế độ thanh trùng
Thiết lập chế độ thanh trùng cho một loại đồ hộp là xác định nhiệt độ và thời
gian thanh trùng cần thiết để vừa đảm bảo yêu cầu tiêu diệt vi sinh vật, vừa giữ
được giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan của đồ hộp.
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt
2.4.1 Ảnh hưởng tính chất vật lý của thực phẩm
Các đồ hộp khác nhau có tính chất lý học khác nhau: độ đặc, tỷ trọng, độ nhớt
đều khác nhau. Các tính chất này người ta kết hợp lại và gọi chúng bằng khái niệm
độ chắc.
Nhiều đồ hộp ở dạng lỏng, như các loại nước quả ép, sự truyền nhiệt khi thanh
trùng chủ yếu nhờ đối lưu. Sự đối lưu trong sản phẩm xảy ra khá mạnh nên các sản
phẩm dạng này được nâng nhiệt khá nhanh.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

18


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

Có nhiều sản phẩm đồ hộp ở dạng đặc, ví dụ kem, tương cà chua, nước quả
nghiền (nước xoài…), pate. Trong các sản phẩm này sự đối lưu xảy ra rất yếu, thậm
chí không có sự đối lưu. Việc truyền nhiệt trong các sản phẩm này chủ yếu là bằng
con đường truyền dẫn. Hệ số dẫn truyền nhiệt của thực phẩm nói chung không lớn
nên các sản phẩm này được nâng nhiệt khá chậm. Nhiều đồ hộp có thành phần không
đồng nhất, bao gồm cả thể rắn và lỏng, ví dụ quả và nước đường (đồ hộp quả nước
đường), rau, hạt và dung dịch muối (đồ hộp đậu hộp, đồ hộp rau muối…). Trong các

đồ hộp này, sự truyền nhiệt bằng cả hai cách: đối lưu và truyền dẫn, trong trường
hợp này, sự đối lưu xảy ra khá mạnh. Và nếu xét về cường độ hiệu quả nâng nhiệt
thì loại đồ hộp này chiếm vị trí trung gian giữa hai nhóm trước, tuy nhiên nó gần với
nhóm đầu hơn.
Ta có thể dễ dàng nhận thấy sự khác nhau về cường độ truyền nhiệt của các
loại thực phẩm trên đồ thị nâng nhiệt đồ hộp, được vẽ trong hệ trục tọa độ “nhiệt độ
- thời gian thanh trùng” – trục hoành biểu diễn thời gian thanh trùng (phút) tính từ
lúc ta bắt đầu mở cho hơi vào nồi thanh trùng và kết thúc khi thiết bị đã được làm
nguội hoàn toàn; trục tung biểu diễn nhiệt độ thanh trùng trong thiết bị vùng tâm hộp
ứng với mỗi khoảng thời gian. Ở đây nhiệt độ sản phẩm được đo ở điểm khó truyền
nhiệt vào nhất. Đối với thực phẩm đặc – điểm đó gần tâm hình học của hộp, còn đối
với sản phẩm lỏng – nó thấp hơn tâm hình học. Như vậy trên hình ta có đồ thị gia
nhiệt của thiết bị và đồ hộp thực phẩm. Đồ thị gia nhiệt của thiết bị có dạng là một
hình thang. Ban đầu, nhiệt độ thiết bị tăng dần đều đặn cho tới khi đạt được nhiệt độ
thanh trùng định trước (trong khoảng thời gian A). Sau đó ta giữ thiết bị ở nhiệt độ
này ổn định trong thời gian B – đây là thời gian thanh trùng thật sự theo đúng nghĩa
của nó. Sau đó người ta giảm nhiệt độ xuống đến điểm ban đầu, trong thời gian C –
kết thúc quá trình làm nguội

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

19


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

2.4.2 Ảnh hưởng của kích thước hình học bao bì đồ hộp.
- Các loại bao bì sử dụng để đóng hộp thực phẩm có nhiều hình dạng với kích

thước khác nhau, do vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hình học của
bao bì tới thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp cũng khác nhau. Nói chung nếu cùng
loại thực phẩm đóng hộp, hộp nào có kích thước lớn (xét về kích thước ba chiều) thì
thời gian truyền nhiệt lâu hơn, hộp nào nhỏ thì thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp
nhanh hơn.
2.4.3 Ảnh hưởng của tính chất vật lý và độ dày vật liệu làm vỏ hộp
Vỏ hộp chứa thực phẩm có nhiều vật liệu cũng như độ dày khác nhau, vì vậy
thời gian truyền nhiệt từ môi trường ngoài đến thực phẩm trong đồ hộp khác nhau.
Nhiệt trở của vỏ được tính bằng công thức β =

𝛿
𝜆

, trong đó δ là độ dày của vỏ hộp,

λ là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm vỏ. Rõ ràng vỏ hộp càng dày, độ dẫn nhiệt càng
nhỏ thì nhiệt trở càng lớn. Nhiệt trở chung được xác định từ công thức truyền nhiệt:
Q = F.K.∆t
Trong đó: F – bề mặt trao đổi nhiệt;
∆t – hiệu nhiệt độ trung bình;
K – hệ số truyền nhiệt. K được xác định như sau:

K=

1
1 δ 1
+ +
α₁ λ α₂

Trong đó: α1 , α2 - hệ số cấp nhiệt. α1 là hệ số cấp nhiệt từ hơi bão hòa hoặc

nước nóng đến bề nặt ngoài vỏ hộp, α2 là hệ số cấp nhiệt từ thành trong hộp đến sản
phẩm.
SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

20


Đồ án CN II

Đại lượng β𝑐

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

1

𝛿

1

= 𝛼₁ + 𝜆 + 𝛼₂

nếu chỉ xét riêng về số hạng

δ
λ

được gọi là nhiệt trở chung. Rõ ràng ta thấy

thì vật nào có hệ số dẫn nhiệt λ lớn hay nhỏ thì nhiệt

trở β𝑐 sẽ thay đổi theo. Cụ thể:
Nếu λ nhỏ → β𝑐 sẽ lớn và K sẽ nhỏ, dẫn đến lượng nhiệt truyền Q sẽ nhỏ.
Nếu λ lớn → β𝑐 sẽ nhỏ và K sẽ lớn, dẫn đến lượng nhiệt truyền Q sẽ lớn.
Điều này lý giải tại sao cùng một loại thực phẩm mà thanh trùng trong hộp kim
loại lại nhanh hơn trong hộp thủy tinh.
2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu, cuối và nhiệt độ thanh trùng.
- Nhiệt độ đầu của thực phẩm càng cao thì thời gian thanh trùng càng nhanh.
Đối với thực phẩm dạng lỏng, truyền nhiệt từ vỏ hộp vào sản phẩm chủ yếu là do
đối lưu nên sự chuyển động của chất lỏng ngang từ thời gian thanh trùng đầu đã tăng
lên, dẫn đến hệ số truyền nhiệt tăng và lượng nhiệt sản phẩm nhận được sẽ lớn. Kết
quả là thời gian thanh trùng được rút ngắn. Trường hợp này ứng dụng trong sản xuất
khi rót dịch quả, sữa đậu nành… vào vỏ hộp ở nhiệt độ 65 – 70℃ để bài khí và thanh
trùng sơ bộ. Đối với các thực phẩm rắn hay đặc thì sự truyền nhiệt chủ yếu là dẫn
nhiệt nên nhiệt độ ban đầu của thực phẩm có ảnh hưởng đến vận tốc truyền nhiệt của
thực phẩm. Đồ hộp lúc đem thanh trùng càng nguội thì thời gian truyền nhiệt càng
cần phải kéo dài hơn đồ hộp nóng.
- Khi nhiệt độ cuối của sản phẩm thanh trùng càng cao thì thời gian thanh trùng
càng dài, còn nhiệt độ sản phẩm thanh trùng cuối càng thấp thì thời gian thanh trùng
ngắn hơn.

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

21


Đồ án CN II

GVHD: PGS.TS Tôn Thất Minh

- Mỗi loại đồ hộp có một chế độ thanh trùng khác nhau. Nhiệt độ của chất tải

nhiệt khi thanh trùng (nước, hơi nước…) càng cao thì thời gian thanh trùng càng
giảm. Như vậy bằng cách nâng nhiệt độ vào ban đầu của quá trình thanh trùng, có
thể giảm đáng kể thời gian nâng nhiệt cho đồ hộp và nhờ đó rút ngắn chu kì thanh
trùng. Phương pháp này được ứng dụng để thanh trùng gọi là thanh trùng bậc thang.
Trong vài phút đầu của quá trình thanh trùng, người ta nâng nhiệt độ chất tải nhiệt
lên trên mức bình thường, ví dụ từ 112℃ lên 120℃ hay từ 120℃ lên 130℃. Sự chênh
lệch nhiệt độ lớn làm sản phẩm nhanh chóng được nâng nhiệt độ lên. Khi đạt nhiệt
độ thanh trùng cao tạm thời này (chẳng hạn 120℃), người ta duy trì trong vài phút
sau đó hạ xuống theo “bậc thang” đến nhiệt độ thanh trùng bình thường (ví dụ
112℃), duy trì giai đoạn thanh trùng thực sự ở nhiệt độ này và cuối cùng làm nguội
thiết bị. Như vậy, phương pháp thanh trùng theo chế độ bậc thang cho phép rút ngắn
chu kỳ thanh trùng so với việc thanh trùng ở nhiệt độ thấp như bình thường, cho dù
chỉ sử dụng nhiệt độ cao vào đầu quá trình và tác dụng tiệt trùng chủ yếu vẫn do chế
độ xử lý ở nhiệt độ thấp tạo nên. Công thức thanh trùng bậc thang:
A₁ − B₁ − C₁ − B₂ − C₂
T₁℃ − T₂℃
Trong đó:
A1 - thời gian nâng nhiệt tới mức độ cao tạm thời T1 ℃;
B1 - thời gian thanh trùng thực sự ở nhiệt độ cao T1 ℃;
C1 - thời gian hạ nhiệt độ theo bậc thang xuống tới mức bình thường T2 ℃;
B2 - thời gian thanh trùng thực sự ở nhiệt độ thấp T2 ℃;
C2 - thời gian làm nguội thiết bị;

SVTH: Nguyễn Tuấn Anh -20140187

22