TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC LẠNH 5 LÍT NƯỚC ÉP TRÁI CÂYMẺ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN MƠN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
HỆ THỐNG CƠ ĐẶC LẠNH
5 LÍT NƯỚC ÉP TRÁI CÂY/MẺ
Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. NGUYỄN TẤN DŨNG
Lớp: 17116CL1B
Sinh viên thực hiện:

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỢ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
---oOo---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

1. LÍT NƯỚC ÉP TRÁI CÂY/MẺ
2. Nhiệm vụ của đồ án: tính tốn và thiết kế hệ thống cơ đặc lạnh với năng suất 5 lít
nước ép trái cây/mẻ

3. Các số liệu ban đầu:
Năng suất 5 lít nước ép trái cây/mẻ
Các thông số cần thiết khác sinh viên tự chọn.
4. u cầu về phần thuyết minh và tính tốn:
Tìm hiểu về hế thống cô đặc lạnh (cấu tạo, nguyên lý hoạt động…).
Quy trình cơng nghệ sản xuất
Tính tốn kích thước của hệ thống cơ đặc lạnh
Tính cân bằng vật chất, lựa chọn động cơ, kiểm tra bền.
5. Yêu cầu về trình bày bản vẽ:
Bản vẽ quy trình cơng nghệ A3.
Bản vẽ thiết bị chính A1.


6. Yêu cầu khác: Thực viên và thông qua đồ án đúng tiến độ. Các tính tốn
phải có file Excel.
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2020.
8. Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2020.
TRƯỞNG BỢ MƠN

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giảng viên hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỢ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
---oOo---

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng

Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

Tên đồ án: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC LẠNH 5
LÍT NƯỚC ÉP TRÁI CÂY/MẺ
1. Nhận xét về nội dung các phần thuyết minh:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Nhận xét về các bản vẽ thiết kế:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
3. Nhận xét về quá trình thực hiện thiết kế của sinh viên (kỹ năng, thái độ):
................................................................................................................................
................................................................................................................................
4. Điểm số:

5. Kết luận (cho phép bảo vệ/không cho phép bảo vệ)
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giảng viên hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỢ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
---oOo---

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Giảng viên phản biện:
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

Tên đồ án: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC LẠNH 5
LÍT NƯỚC ÉP TRÁI CÂY/MẺ
1. Nhận xét về nội dung các phần thuyết minh:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Nhận xét về các bản vẽ thiết kế:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
3. Nhận xét về kỹ năng trình bày:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................


4. Điểm số:

TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2020

Giảng viên phản biện


MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG


DANH MỤC HÌNH


MỞ ĐẦU
Trong vài năm trở lại đây, trái cây Việt Nam đã có mặt ở nhiều nước trên thế
giới, tuy nhiên sản lượng trái cây xuất khẩu vẫn chưa xứng với tiềm năng. Theo Bộ
Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (NN&PTNT), hiện nay sản lượng trái cây thu
hoạch trên cả nước đạt hơn 7 triệu tấn và tăng nhanh so với 7 - 8 năm trước. Chuối
được đánh giá là loại quả có sản lượng thu hoạch lớn nhất, sau đó đến cam, qt, nhãn,
dứa, xồi, vải thiều, thanh long…Tuy nhiên, có tới 90% sản lượng trái cây vẫn phải
trông đợi vào thị trường tiêu thụ nội địa nên giá bán thấp, tỷ lệ trái cây xuất khẩu mới
chỉ chiếm 10% với 5 - 6% là trái cây tươi, nên giá trị kim ngạch xuất khẩu thu về
không nhiều.
Từ đó cho thấy mỗi năm số lượng trái cây thu hoạch trong nước là rất lớn. Hiểu
được những giá trị dinh dưỡng, lợi ích mà trái cây mang lại và nhằm giải quyết vấn đề
trên thì cần phải nghiên cứu, phát triển ra các sản phẩm mới làm từ trái cây để có thể
giải quyết được bài tốn tổn thất sau thu hoạch. Hiện nay trên thị trường đã có một số
sản phẩm làm từ trái cây như: nước ép trái cây, mứt trái cây, trái cây sấy… Trong các
sản phẩm làm từ nguyên liệu trái cây, có lẽ nước ép trái cây là sản phẩm được người
tiêu dùng ưa chuộng nhất bởi sự bổ dưỡng và khả năng giải khát của nó. Nhưng với
tiêu chí cải tiến sản phẩm, đa dạng hóa các phương thức chế biến từ trái cây, phù hợp
với thị hiếu người tiêu dùng, tạo ra sản phẩm có thể bảo quản trong thời gian dài, một
sản phẩm mới được nghiên cứu đó chính là “nước ép trái cây cô đặc lạnh”. Sản phẩm
này hiện nay vẫn chưa được mọi người biết đến nhiều, do đó việc nghiên cứu ra hệ
thống thiết bị để có thể sản xuất ra sản phẩm nước ép trái cây cô đặc lạnh là rất cần
thiết.

10




Đặt vấn đề
Trái cây Việt Nam hiện đã có mặt ở 60 quốc gia trên thế giới, mức tăng trưởng

bình quân là 15%/năm. Để có thể giữ được mức tăng trưởng này, toàn ngành đã đặt
mục tiêu xuất khẩu sản phẩm trái cây đa dạng, thay vì chỉ xuất khẩu trái cây tươi, thời
gian bảo quản ngắn như hiện nay. Qua các khảo sát về nhu cầu sử dụng sản phẩm của
người tiêu dùng thì mặt hàng được người tiêu dùng ưa chuộng nhất đó chính là nước
ép trái cây cơ đặc, do đó cần phải nghiên cứu kĩ về phương pháp này nhằm đáp ứng
được nhu cầu của người tiêu dùng và giúp nền kinh tế nước nhà ngày càng phát triển
trong lĩnh vực xuất khẩu các sản phẩm từ trái cây.
Như đã biết, kỹ thuật cô đặc đã ra đời từ rất lâu và được ứng dụng phổ biến
trong cơng nghệ hố chất cũng như trong cơng nghiệp sản xuất thực phẩm. Nhất là
trong thời buổi hiện nay, thời kỳ phát triển của nền công nghiệp hiện đại, cuộc sống
con người luôn bận rộn và tất bật, việc đảm bảo nhu cầu về bữa ăn hằng ngày luôn gặp
phải những vấn đề khó khăn do tốn khá nhiều thời gian và cơng sức. Sự có mặt của
ngành cơng nghiệp thực phẩm đang đóng một vai trị rất lớn trong việc sản xuất các
mặt hàng chế biến sẵn vừa đảm bảo rút ngắn thời gian nấu nướng vừa kéo dài thời gian
bảo quản mà vẫn đảm bảo các giá trị dinh dưỡng và an tồn thực phẩm.
Sự cơ đặc các thực phẩm dạng lỏng như nước ép trái cây, trà, cà phê, rượu... là
một trong những phương pháp bảo vệ tốt nhất những đặc tính vốn có của chúng, bảo
quản lâu, giảm chi phí bảo quản và vận chuyển. Sau khi phục hồi lượng nước mất đi
sau quá trình cô đặc, sản phẩm thực tế gần như ở dạng ban đầu.
Việc cơ đặc có thể được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau như:
phương pháp nhiệt (bốc hơi dung mơi) có hay khơng thu hồi dung mơi bay hơi hoặc
phương pháp lạnh (kết tinh dung môi dạng rắn) và thẩm thấu nghịch.

Mỗi phương pháp đều có những đặc trưng riêng trong việc giải quyết các bài
tốn cơng nghệ. Tuy vậy có thể nói, phương pháp cơ đặc lạnh là một giải pháp rất thích
hợp cho việc cơ đặc những dung dịch mà thành phần của chúng dễ bị biến đổi bởi tác
dụng của nhiệt độ. Hơn nữa, Việt Nam là quốc gia có thế mạnh về cây ăn quả, trong đó
có nhiều loại trái cây đặc sản nổi tiếng được thế giới biết đến như bưởi, thanh long, vú
sữa, xồi, sầu riêng, chơm chơm, nhãn, vải, dưa hấu... Do đó cần nghiên cứu để có thể
sản xuất được các loại nước ép trái cây bằng phương pháp cô đặc lạnh. Từ đó nhóm đã
11


tiến hành thực hiện đề tài “Tính tốn, thiết kế hệ thống cơ đặc lạnh 5 lít nước ép trái
cây/mẻ” cho mơn học “đồ án mơn học q trình và Thiết bị trong cơng nghệ thực
phẩm”.
 Mục tiêu đồ án

Tính tốn, thiết kế hệ thống cơ đặc lạnh với năng suất 5 lít nước ép trái cây/mẻ.
 Giới hạn nghiên cứu của đồ án

Đồ án chủ yếu tập trung vào nghiên cứu, tìm hiểu về q trình cơ đặc lạnh và
thiết kế hệ thống cô đặc lạnh nước ép trái cây.
 Ý nghĩa khoa học

Là cơ sở khoa học trong việc thực nghiệm khảo sát các tính chất về nhiệt- vật lý
của nguyên liệu cô đặc ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình thiết kế hệ thống cơ đặc lạnh nước ép trái cây. Đồng thời kiểm chứng lại
các cơ sở lý thuyết khoa học khi ứng dụng vào q trình tính tốn thiết kế hệ thống cơ
đặc lạnh.
Kết quả tính tốn, thiết kế hệ thống cô đặc lạnh sẽ làm cơ sở cho việc chọn lựa
thiết bị có năng suất phù hợp.
 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài tạo ra một hướng nghiên cứu mới cho việc sản xuất nước ép trái cây cơ
đặc lạnh, sản phẩm này có thể được tiêu thụ trong nước và xuất khẩu ra thị trường
nước ngoài. Từ đó hướng đến những nghiên cứu mới trong việc tạo ra hệ thống cơ đặc
lạnh có các thơng số kỹ thuật, năng suất thiết bị phù hợp với yêu cầu và qui mơ sản
xuất trong nước, tối ưu hóa hệ thống để có thể chuyển giao cơng nghệ ra nước ngoài.
Tạo ra sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu trái cây làm phong phú đa dạng các
mặt hàng có nguồn gốc thiên nhiên trên thị trường, đáp ứng được nhu cầu của người
tiêu dùng.

12


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở khoa học của quá trình cơ đặc lạnh nước ép trái cây
1.1.1. Định nghĩa cơ đặc lạnh
Cơ đặc lạnh là một q trình cơ đặc các sản phẩm lỏng bằng cách làm đông lạnh
hàm lượng nước và sau đó loại bỏ các tinh thể băng đã hình thành trong thực phẩm.
Mục đích của phương pháp cô đặc nhằm làm tăng nồng độ các chất hịa tan có trong
sản phẩm.
1.1.2. Cơ sở khoa học của q trình cơ đặc lạnh
Cơ đặc đơng lạnh dựa trên sự kết tinh phân đoạn của nước thành nước đá và sự
phân tách sau đó của các tinh thể nước đá khỏi chất lỏng đậm đặc. Q trình này bảo
tồn chất lượng của nước trái cây tươi. Các chất tạo hương vị dễ bay hơi trong thực
phẩm sẽ khơng có mặt trong nước tinh khiết của tinh thể nước đá, vì thế chúng khơng
bị mất đi mà được giữ lại trong thực phẩm. Một ưu điểm nữa là cô đặc đông lạnh
không làm hỏng các thành phần dễ vỡ như màu, vitamin và chất dinh dưỡng. Ở nhiệt
độ thấp, các q trình phân hủy hóa học và sinh hóa khơng đáng kể, đảm bảo chất
lượng cho sản phẩm. Thực phẩm và nước trái cây dạng lỏng sau khi sử dụng cô đặc
phương pháp đông lạnh thường ngon hơn nhiều so với cơ đặc phương pháp bay hơi.

Trong q trình kết tinh sơ cấp hệ 2 cấu tử (dung môi và nước khơng tạo dung
dịch rắn) thì nước tinh khiết được kết tinh ra, nên càng hạ nhiệt độ của hệ thì nồng độ
chất tan càng tăng dần. Sự cơ đặc lạnh dựa trên cơ sở thay đổi điều kiện cân bằng pha
khi làm lạnh các hệ đa cấu dị thể (không đồng nhất). Cơ chế sinh mầm tinh thể trên bề
mặt rắn được gọi là cơ chế sinh mầm dị thể. Nếu trong quá trình kết tinh nước mà
thành phần các cấu tử tan vẫn bảo tồn, cịn tính chất nhiệt động của dung dịch được
xác định bởi tương tác ảnh hưởng giữa chúng thì nhóm chất tan được xem là cấu tử
tương đương. Khi đó nồng độ chất tan trong dung dịch được xác định:
x= ; X= ; m=

(1.1)

13


Trong đó: x, X, m tương ứng là nồng độ khối lượng, nồng độ phần mol, nồng độ
mol của các cấu tử trong dung dịch.
MH20, M, NH20, N tương ứng là khối lượng và số mol của nước, các cấu tử không
tan trong dung dịch.
N* là số mol của các cấu tử tan (tính trên 1 kg H2O).

Hình 1.1. Giản đồ pha hệ 2 cấu tử không tạo dung dịch rắn
Tại điểm I trạng thái của hệ được xác định bởi nhiệt độ T 1 và nồng độ x1. Khi
làm lạnh đến nhiệt độ bắt đầu kết tinh T 2 thì dung dịch vẫn chưa biến đổi mà trở nên
bão hòa ở T2. Nếu tiếp tục giảm nhiệt độ dung dịch thì xảy ra quá trình kết tinh nước
làm nồng độ dung dịch tăng lên. Khi T 3hàm lượng nước đá và dung dịch còn lại (dịch cái) trong 1kg hỗn hợp được xác định từ
cân bằng vật chất sau:
x1 = M0.x0 + Mdx3

(1.2)

Với: M0, Md là khối lượng nước đá và dịch cái trong 1kg dung dịch ứng với T3
14


x0, x1, x3 tương ứng với nồng độ chất tan trong tinh thể nước đá, nồng độ
trong hỗn hợp đầu và dịch cái cịn lại.

Hình 1.2. Thay đổi nồng độ chất tan trong dung dịch và pha đá, trong quá trình cơ đặc
lạnh, nồng độ dung dịch sucrose 8%
Q trình cơ đặc điển hình của dung dịch saccharose 8% trong q trình cơ đặc
dần bằng hệ thống nước đá hình ống. Khi khối lượng nước đá tăng lên, nồng độ chất
tan trong pha dung dịch tăng lên trong khi nồng độ chất tan trong pha nước đá được
giữ ở mức thấp dưới 1% cho thấy hiệu quả của phương pháp hiện nay.
Q trình cơ đặc lạnh tăng dần, hằng số phân vùng hiệu dụng của chất tan K,
giữa nước đá và pha lỏng ở bề mặt phân cách được xác định như sau:
K = CS / CL

(1.3)

Trong đó: CS và CL là nồng độ chất tan trong pha nước đá và pha dung dịch
15


K có thể được xác định bằng thực nghiệm bằng cách sau. Khi thể tích và nồng
độ chất tan trong pha dung dịch lần lượt là V L và CL, giả sử một sự gia tăng thể tích
nhỏ (dVL) trong pha nước đá trong q trình cơ đặc đơng đặc. Sau đó, nồng độ chất tan
tăng trong pha dung dịch theo dCL và phương trình sau đây thu được từ sự cân bằng
khối lượng của chất tan bằng cách giả sử trộn hồn tồn trong pha dung dịch và khơng

trộn lẫn trong pha nước đá.
CLVL = -CSdVL + (CL+dCL) (VL+dVL)

(1.4)

Từ (1) và (2) ta được:
(dCL/CL) / (dVL/VL) = K – 1

(1.5)

Khi K được giả định là khơng đổi, phương trình này có thể là được tích hợp
thành:
(1 – K).log (VL/V0) = log (C0/CL)

(1.6)

Trong đó V0 và C0 lần lượt là thể tích và nồng độ chất tan lúc đầu trong pha
dung dịch. Giá trị của K thay đổi giữa 0 (nồng độ đơng hồn tồn) và 1 (khơng đơng
đặc)

16


Hình 1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước đá trước nồng độ đông đặc tăng dần của sucrose
8%
Dữ liệu thực nghiệm của hằng số phân vùng hữu hiệu K theo phương trình (4),
đối với nồng độ đơng đặc của dung dịch sucrose 8%, đường thẳng có hệ số tương quan
tốt (R>0.998) cho thấy sự phù hợp của phương trình (4) và K thu được qua hệ số góc
của đường thẳng. K phụ thuộc yếu vào tốc độ tăng tiến của mặt trước của nước đá
(hình 4), mặc dù tốc độ sau thay đổi khá trong phạm vi hẹp.

Hình 1.4. Ảnh hưởng của tốc độ tăng dần trước của mặt trước nước đá đến hằng số
phân vùng hiệu quả trong dung dịch surcrose
Ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy dựa trên phương trình (1.6) trên đồ thị đối
với nồng độ đơng đặc của dung dịch sucrose 8% đã được thấy (hình 1.5). Đồ thị tuyến
tính trở lại với hệ số tương quan tốt và hằng số phân vùng hiệu quả phụ thuộc vào tốc
độ lưu lượng dịng chảy (hình 1.6).

17


Hình 1.5. Ảnh hưởng của tốc độ lưu dịng đến nồng độ đơng đặc của dung dịch
sucrose 8%

Hình 1.6. Ảnh hưởng của tốc độ lưu lượng dòng chảy đến hằng số phân hiệu

18


Ảnh hưởng của điều kiện vận hành lên K đã được phân tích về mặt lý thuyết
bằng cách sử dụng mơ hình phân cực nồng độ như sau:
K = K0 / [K0 + (1-K0) (-u/k)]

(1.7)

Trong đó K0 là hằng số phân vùng nội tại ở mặt phân cách băng - lỏng, u là tốc
độ tiến của mặt băng, và k là hệ số truyền khối tại mặt phân cách.
Hệ số truyền khối cho hệ thống cấp đông thẳng đứng được sử dụng có liên quan
đến tốc độ khuấy, N, theo phương trình sau:
k = aNb

(1.8)

Trong đó a và b là các tham số được xác định bằng thực nghiệm. Mô hình phân
cực nồng độ thể hiện bởi phương trình (1.7) mô tả trực tiếp các tác động của việc ứng
trước tốc độ của mặt trước nước đá và sự truyền khối ở nước đá-chất lỏng lên hiệu suất
cô đặc ở nồng độ đông đặc. Kết quả thử nghiệm của hệ thống cấp đông thẳng đứng ở
các điều kiện vận hành khác nhau đã được giải thích. Trong trường hợp hiện tại của hệ
thống nước đá hình ống, K giảm, tạo ra độ tinh khiết của nước đá cao hơn, với việc
giảm tốc độ trước của mặt băng hoặc tăng tốc độ dịng lưu thơng. Những ảnh hưởng
này của các điều kiện vận hành lên hằng số phân vùng hiệu quả cũng phù hợp với dự
đốn lý thuyết của phương trình (1.7) về mặt chất lượng. Điều này cho thấy tốc độ tăng
trưởng của nước đá chậm hơn và tốc độ lưu thơng cao hơn sẽ thích hợp cho việc tăng
nồng độ đơng hiệu quả của hệ thống nước đá hình ống. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều
dữ liệu để so sánh định lượng kết quả thực nghiệm với dự đoán lý thuyết bằng phương
trình (5) do hệ số phân vùng nội tại, K0, và sự phụ thuộc của hệ số truyền khối vào tốc
độ dịng tuần hồn nên được xác định trước cho mục đích này.

19


Hình 1.7. Ảnh hưởng của nồng độ chất tan ban đầu đến q trình cơ đặc lạnh dần của
dung dịch sucrose 8%
Hình trên cho thấy ảnh hưởng của nồng độ chất tan ban đầu đối với K trong
nồng độ đông đặc dần dần của dung dịch sucrose. Mặc dù các điều kiện hoạt động
khác nhau nhiều trong trường hợp này, nhưng kết quả dường như cho thấy K phụ thuộc
vào nồng độ chất tan ban đầu. Điều này có vẻ mâu thuẫn với giả định cơ bản để thu
được phương trình (4) trong đó K được giả định là khơng đổi trong q trình cơ đặc
đơng đặc. Tuy nhiên, các mối tương quan tuyến tính tốt trong hình 1.3, 1.5 và 1.7 ủng
hộ giả định này. Trong thực tế, K có thể được giả định là xấp xỉ khơng đổi trong q

trình cơ đặc khi sự thay đổi nồng độ không quá lớn. Khi sự khác biệt về nồng độ q
lớn như trong hình 1.7, K dường như khơng đổi mà phụ thuộc vào nồng độ chất tan.
Hệ số phân vùng nội tại, K0, đối với chất điện ly phụ thuộc vào nồng độ chất tan ban
đầu. Khi K0 phụ thuộc vào nồng độ chất tan thì K cũng phụ thuộc vào nó. Trong q
trình đơng đặc của một dung dịch, chất tan tích tụ ở bề mặt phân cách băng - lỏng để
nồng độ của nó tăng lên ở đó, gây ra hiện tượng siêu lạnh theo cấu trúc. Do đó, nồng
20


độ chất tan ban đầu sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc mặt phân cách băng - lỏng thơng qua
q trình siêu lạnh, gây ra sự thay đổi K. Đây có thể là một cơ chế khác ảnh hưởng của
nồng độ chất tan lên K.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về hệ thống cô đặc nước ép trái cây
Nước ta có rất nhiều loại trái cây nhiệt đới chất lượng cao, hầu như năm nào
nông sản cũng phải "giải cứu", do công nghệ sau thu hoạch lạc hậu, thiếu thông tin thị
trường. Mỗi năm Việt Nam sản xuất 15 triệu tấn quả. Vì vậy, thiết bị cơ đặc sử dụng
phương pháp lạnh ngày càng được nhiều đối tác ưu tiên hàng đầu bởi lẽ chi phí vận
hành thấp và ln giữ được độ tươi cho sản phẩm hơn thiết bị cô đặc sử dụng phương
pháp nhiệt. Một số sản phẩm nước ép có mặt thị trường Việt Nam chưa phổ biến tới
người tiêu dùng như nước nho, nước cam, nước thanh long, nước dưa hấu cô đặc lạnh.
Thiết bị cô đặc lạnh còn chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi cho sản phẩm
nông nghiệp nhưng trong tương lai công nghệ này sẽ giúp tạo rất nhiều giá trị gia tăng
và đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ nông sản Việt Nam. Thiết bị cô đặc sẽ giúp tạo ra
các sản phẩm cơ đặc từ ngun liệu có giá thành thấp thành sản phẩm xuất khẩu có giá
thành cao trong nước, mở ra cơ hội cho ngành sản xuất, chế biến nông sản của Việt
Nam, đồng thời khắc phục khó khăn, nâng cao giá trị xuất khẩu quốc tế.
1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nước về hệ thống cô đặc nước ép trái cây
Thiết bị cô đặc lạnh được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều tại các nước Châu
Âu như Đức, Hàn Lan… Tập đoàn GEA Messo PT và tập đồn Sulzer, là một trong
những cơng ty hàng đầu về công nghệ chuyên nghiên cứu và phát triển thiết bị cô đặc

để sản xuất các sản phẩm cô đặc như nước ép trái cây khi thấy được tiềm năng to lớn
về nông sản. Thiết bị cô đặc sử dụng phương pháp lạnh ngày càng được nhiều đối tác
ưu tiên hàng đầu bởi lẽ chi phí vận hành thấp và luôn giữ được độ tươi cho sản phẩm
hơn thiết bị cô đặc sử dụng phương pháp nhiệt.

21


1.4. Nguyên liệu nước ép trái cây
Việt Nam là quốc gia có thế mạnh về cây ăn quả, trong đó có nhiều loại trái cây
đặc sản nổi tiếng được thế giới biết đến như bưởi, thanh long, vú sữa, xoài, sầu riêng,
chôm chôm, nhãn, vải, dưa hấu... Trái cây là một trong những loại thức ăn không
thể thiếu trong chế độ dinh dưỡng của mỗi người. Thế nhưng, mỗi loại trái cây
chứa thành phần dinh dưỡng khác nhau để đem lại lợi ích, giá trị khác nhau.
Nước ép trái cây là một dung dịch tự nhiên chứa các mô từ trái cây, được tạo ra
một cách máy móc bằng cách ép hoặc vắt hoặc giầm trái cây mà không dùng nhiệt độ
hay dung mơi. Ví dụ, nước ép nho là một dung dịch được chiết ra từ trái nho.
Có nhiều loại nước ép trái cây khác nhau để lựa chọn, nhưng đây là ba loại hàng
đầu, nói về mặt dinh dưỡng: nước ép cam, nước ép quả lựu, nước ép bưởi hồng.
Nghiên cứu cho thấy rằng nước cam cung cấp 349 miligam canxi cần thiết cho xương
chiếm tới 35% nhu cầu hàng ngày của bạn. Một ly nước ép cam cô đặc chứa 1.381 đơn
vị vitamin A quốc tế – 59% và 46% nhu cầu vitamin A hàng ngày cho phụ nữ và nam
giới.
Theo đánh giá của các chuyên gia dinh dưỡng, nước ép trái cây cô đặc rất tốt
cho sức khỏe và mỗi loại trái cây ép đều có những giá trị dinh dưỡng khác nhau. Tuy
nhiên hầu hết các trái cây đều chứa hàm lượng dinh dưỡng dồi dào đặc biệt là các loại
vitamin A, B, C, E… và chất xơ nhằm cung cấp dưỡng chất, thanh lọc cơ thể tốt cho hệ
tiêu hóa và ngăn ngừa một số bệnh như: ung thư, chống lão hoá da.
1.4.1. Thành phần dinh dưỡng của một số loại trái cây
Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng của một số loại trái cây

Thực
phẩm
(100g)
Cam
Lựu
Bưởi
Đu đủ
Chuối
Dưa hấu
Xoài
Thanh long
Ổi

Carb
(g)

Xơ
(g)

Protein
(g)

38
16.2
7.3
7.6
12.4
2.3
14.1
8.7

6.8

1.4
2.5
0.7
0.6
2.6
0.5
1.8
1.8
6.0

0.9
0.6
0.2
1.0
0.9
1.2
0.6
1.3
0.6

Calo
(Kcal)
38
70
30
36
56
16

62
40
38

22

Vitamin C
(mg)
40
6.0
95
54
6.0
7.0
30
10
62

Calcium
(mg)
34
13
23
40
12
8.0
10
11
10

Trái cây là nhóm thực phẩm khơng thể thiếu trong chế độ ăn dinh dưỡng một
ngày. Đây là nguồn thực phẩm cực kì phong phú và cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng
như chất xơ, canxi, các loại vitamin, khoáng chất. Với hàm lượng chất xơ cao, hầu hết
các loại trái cây đều mang lại lợi ích cho cơ thể.
Phân tích thành phần:
Chất xơ có trong trái cây là các polysaccharide khơng tiêu hóa được khi ăn, bao
gồm cellulose, pectin, linin. Cellulose có trong quả là 0,5-2,7%, có khi chiếm tới 6%.
Cellulose là loại polysaccharide do các mắt xích β-Glucose liên kết với nhau bằng liên
kết β-1,4-glycoxide mà thành. Pectin trong quả tạo dung dịch keo có độ nhớt cao khi
hồ tan trong nước, là chất khơng mùi vị, có khả năng tạo keo khi có mặt của acid và
đường. Khả năng tạo keo của pectin phụ thuộc vào nhóm (–OCH3), keo pectin dễ bị
kết tủa với kim loại tạo thành muối pectat.
Vitamin là những hợp chất hữu cơ có hàm lượng nhỏ trong cơ thể nhưng rất cần
thiết để phục vụ cho hoạt động sống. Hàm lượng vitamin trong trái cây nhiều hay ít
đều phụ thuộc vào loại quả, độ chín, …Có 2 nhóm vitamin là hồ tan trong nước như
vitamin C, B1, B6, B9, B12… và hoà tan trong dầu như vitamin A, E, D, K.
Vitamin C là chất dễ bị phá hủy bởi q trình oxy hóa, kém bền, nhạy với nhiệt
và ánh sáng. Vitamin C có vị chua, không mùi, tinh thể trắng, tan trong nước, bền
trong mơi trường trung tính và acid. Vitamin C có nhiều trong cam, chanh, quýt, bưởi.
Sau khi được hấp thụ tại ruột non, vitamin C được chuyển vào máu dưới dạng anion tự
do, được vận chuyển và dự trữ qua hồng cầu và bạch cầu. Nồng độ cao nhất là tại
tuyến yên, vỏ thượng thận và gan.
Vitamin A là nhóm các hợp chất hòa tan trong chất béo thuộc họ trans-retinol,
gồm 2 dạng là retinol và tiền vitamin A. Retinol là dạng hoạt động của vitamin A,
retinol được đồng hóa trực tiếp bởi cơ thể người. Tiền vitamin A được biết đến nhiều
dưới tên beta-caroten, chất này được chuyển hóa bởi ruột thành vitamin A để cơ thể có
thể tổng hợp.

23

Vitamin B6 tồn tại dưới dạng kết tinh, màu trắng, dễ tan trong nước. Vitamin B6
là dẫn xuất của pyridin, dạng hoạt tính trong cơ thể là pyridoxal-5-phosphat. Sau khi
được hấp thụ tại ruột non, vitamin B6 sẽ được chuyển đến gan. Tại đó, vitamin B6 sẽ
hình thành hai dạng chuyển hóa là pyridoxal hoặc pyridoxamin, và hình thành
coenzyme là pyridoxal-5-phosphat được tích trữ trong gan và cơ. Vitamin B9 (acid
folic) có dạng tinh thể hình kim, màu vàng, dễ phân hủy ngoài ánh sáng, nhạy cảm với
nhiệt, vitamin B9 là coenzyme trong tổng hợp acid nucleic. Dưới tác dụng của
protease, vitamin B9 sẽ được tiêu thụ trong ruột non. Vitamin B9 được tích trữ trong
gan, được bài tiết ra ngoài qua mật và nước tiểu. Vitamin B12 là vitamin tan trong
nước, dễ bị phân hủy trong điều kiện thường khi chế biến, vitamin B12 tuần hoàn trong
cơ thể dưới dạng liên kết với protein. Được tổng hợp chủ yếu từ vi sinh vật.
Lợi ích việc tiêu thụ trái cây:
Chất xơ có trong trái cây là các polysacharides khơng tiêu hóa được khi ăn, bao
gồm cellulose, pectin, linin. Nhờ những đặc tính làm giảm hấp thu chất béo, ức chế
men tiêu hóa, tạo cảm giác no lâu, chất xơ giúp điều chỉnh được cân nặng. Chất xơ cịn
có khả năng kết dính với cholesterol, khơng để cholesterol thấm vào máu, vì thế khơng
làm tăng lượng cholesterol trong máu do đó giúp giảm nguy cơ những bệnh về tim.
Nếu thiếu chất xơ, sẽ gây táo bón, gây giãn trực tràng, bệnh trĩ, dẫn đến nguy cơ ung
thư đại tràng cao.
Vitamin C có nhiều trong trái cây chống oxy hóa, nó tăng cường hệ miễn dịch,
kích thích sự bài tiết và giúp tăng cường dự trữ chất sắt, tham gia các quá trình tái sinh
tế bào, đảm nhiệm vai trị quan trọng trong cơ thể để sản xuất collagen – protein cần
thiết cho mạch máu, xương, răng. Collagen chịu trách nhiệm tạo ra các mô liên kết,
giúp vết thương, vết cắt hay xước da mau lành. Thiếu hụt collagen khiến các tế bào
trong mạch máu thiếu sự gắn kết, cho phép máu rị rỉ trong các mơ, cơ quan dễ dẫn đến
chảy máu nướu răng và xuất hiện đốm màu đỏ đặc trưng của bệnh Scorbut.
Ngồi vitamin C, trái cây cịn có vitamin nhóm B đóng vai trị quan trọng nhất
trong việc tăng cường khả năng trí tuệ. Đặc biệt vitamin B9 (acid folic) giúp tránh

được sự mệt mỏi của trí não, vitamin B1 giúp gia tăng sự tập trung, vitamin B12 giúp
24


phát triển hài hòa đồng bộ tri thức. Vitamin B6, B9 và B12 đóng vai trị then chốt trong
q trình tái sinh homocystein thành methionin để từ đó cơ thể sản sinh ra những
protein mới. Nếu cơ thể thiếu 3 loại vitamin này, q trình tái sinh sẽ khơng hiệu quả
và nồng độ homoscystein sẽ tăng cao gây nguy cơ mắc các bệnh tim và chứng đột quỵ.
Vitamin A là vitamin tan trong dầu, đóng vai trị thiết yếu trong việc duy trì thị
lực, tăng trưởng cơ thể, hệ thống miễn dịch và sự hình thành của các tế bào da. Vitamin
A đóng vai trị quan trọng trong hệ thống hàng rào miễn dịch của cơ thể bao các dịch
nhầy ở mắt, phổi, ruột giúp ngăn chặn sự xâm nhậm của vi khuẩn và các tác nhân lây
nhiễm khác. Nó điều chỉnh các yếu tố tăng trưởng tế bào da, thúc đẩy sự biệt hóa biểu
bì, ức chế hình thành androgen cũng như ức chế hoạt động của tuyến bã nhờn. Vitamin
A kéo dài q trình lão hóa, ngăn chặn một số bệnh ung thư do làm ngăn chặn sự phát
triển của các gốc tự do. Thiếu vitamin A sẽ dễ bị suy giảm thị lực, rụng tóc, làn da trở
nên bong tróc và dẫn tới cản trở sự bài tiết chất nhầy, ngồi ra cịn dẫn đến suy giảm
hấp thụ sắt và khả năng tổng hợp hồng cầu.
Các loại trái cây có múi đều giàu carotenoid, một loại chất chống oxy hóa mạnh
từ thực vật làm nên màu sắc của trái cây. Beta-carotene là một loại carotenoid phổ biến
nhất và được xem là tiền vitamin A, là một chất kích thích mạnh mẽ tế bào miễn dịch,
có thể bảo vệ cơ thể chống nhiễm khuẩn và ung thư. Beta-carotene cùng các chất
chống oxi hóa khác như vitamin C và E để giảm các nguy cơ nhiễm trùng, làm chậm
quá trình lão hóa và ngừa một số bệnh ung thư và giảm tác hại của ánh nắng mặt trời.
Lycopene có hiệu quả cao nhất trong việc ngăn ngừa và ức chế các loại bướu.
Lycopene cũng có vai trị quan trọng trong việc ngăn ngừa sự suy thoái tim mạch, ung
thư tiền liệt tuyến, bao tử và đường ruột vì nhờ tính chất sinh học hữu hiệu. Nó cũng
được tìm thấy trong cà chua, bưởi, dưa hấu, dâu tây… và có nhiều lợi ích về sức khỏe.
1.4.2. Biến đổi nguyên liệu và sản phẩm
Trong q trình cơ đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi

không ngừng.
Biến đổi tính chất vật lý:

25