Quá trình đun nóng- Công nghệ thực phẩm

QUÁ TRÌNH ĐUN NÓNG
I/ Bản chất quá trình đun nóng 1.1 Đun nóng là gì?
Đun nóng là một quá trình làm tăng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ
cuối cùng cho trước. Là quá trình truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt.
1.2 Sự chênh lệch nhiệt độ của quá trình đun nóng
Nhiệt độ ban đầu (tbđ) thuờng bằng nhiệt độ môi trường không khí chung
quanh. Nhiệt độ cuối cùng (tc) phụ thuộc vào mục đích của quá trình và tính
chất của vật liệu, thường được xác định từ trước. Chênh lệch giữa nhiệt độ
cuối cùng và nhiệt độ ban đầu luôn luôn là một đại lượng lớn hơn 0: t = tc –
tbđ > 0 không phụ thuộc vào phương pháp thực hiện.
II/ Các yếu tố ảnh hưởng
2.1/ Biến đổi vật lý ( nhiệt, trạng thái, thể tích)
- Biến đổi về nhiệt độ : đạt nhiệt độ căn bằng, quá trình truyền nhiệt vào
tâm phụ thuộc nhiều vào chiều dày của thực phẩm và hệ số truyền nhiệt của thực phẩm
- Biến đổ về thể tích : với nguyên liệu có cấu trúc xốp ví dụ như các loại
rau khi chần hoặc luộc. Với nguyên liệu có trạng thái rắn và đặc thì ngược
lại, thể tích của chúng có thể tăng lên khi đun nóng như các sản phẩm thịt
- Biến đổi về khối lượng : giảm đi do quá trình bay hơi 2.2/ Biến đổi hoá học Tăng nhiệt độ làm:
- Tăng độ hòa tan và độ nhớt của chất lỏng
- Tạo nên sự chuyển pha trong thực phẩm: lỏng sang hơi, rắn thăng hoa
- Làm tăng tốc độ của quá trình thủy phân: tạo nên các chất màu mùi mới xuất hiện
- Tăng nhiệt độ của thực phẩm kéo theo các phản ứng hóa học như :
phản ứng tạo màu caramen hóa do phản ứng mất nước của đường, phản
ứng melanoldin do đường khử và các axit amin, phản ứng tạo màu
quinonamin là phản ứng giữa octoquinon và axit amin
- Các phản ứng tạo màu diễn ra nhanh chóng khi tăng nhiệt độ do đó quá
trình gia nhiệt được tận dụng để tạo ra giá trị cảm quan mới cho thực phẩm
- Tốc độ tăng nhiệt cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxyhoa , phản
ứng tạo màu của các chất .tạo màu của các chất .
• Ví dụ: khi đung nóng khoai tây , càng đun nóng càng chậm bao nhiêu
thì khoai tây , tảo , lễ càng đen do các enzyme poliphenoloxydaza hoạt
động càng lâu , phản ủng càng nhiều
- Do sự tác động tương hỗ giữa chlorophyl với các acid chứa trong dung
dịch của tế bào của rau quả ,
- Thời gian đun nóng càng lâu thì chlorophyl chuyền thành pheophyun vàng nhiều .
- Các loại rau quả có hàm lượng acid càng cao thícàng dễ bị biến đổi
mạnh và nhanh khi đun nấu . 2.3/ Sinh hoá vi sinh
-Cấu trúc tế bào : bị phá vỡ , tế bào bị nén chặt lại . Cảm quan : Màu sắc của
thực phẩm thay đổi : quả trình chắn sẽ làm ổn định màu sắc , làm mất hoạt
tính enzyme . Mùi vị : làm mất mùi tự nhiên , tạo nên các chất thơm làm tăng
giá trị cảm quan như làm mất mùi tanh của cá , tạo nên mùi thơm của thịt ,
làm mất mùi ngái của đậu nành ,
III/ Phương pháp thực hiện: 3.1/ Trực tiếp:
Đun nóng trực tiếp bằng chất tải nhiệt( hơi nước) tiếp xúc trực tiếp với sản
phẩm. Tốc độ truyền nhiệt cao, nhiệt độ tăng lên nhanh chóng. Đưa thêm một
lượng nước ngưng tụ vào trong thực phẩm -> chỉ dùng được trong trường hợp
cho phép pha loãng thực phẩm cần đun nóng .
Hình 3.1 : thiết bị đun nóng bằng phun hơi trực tiếp
Đun nóng bằng hơi nước trực tiếp:
- Phương pháp dùng hơi nước sục thẳng vào trong lòng chất lỏng cần
đun nóng, hơi nước ngưng tụ trộn lẫn với chất lỏng, cách nhiệt cho chất lỏng.
+ Van một chiều (5) không cho chất lỏng đi ngược trở lại trong trường
hợp áp suất ống hơi thấp hơn áp suất khí quyển.
+ Mở van phụ (4) để tháo hết nước ngưng đang tích tụ trong ống dẫn hơi trước khi đun nóng.
- Thiết bị đun nóng loại sủi bọt dùng khi vừa đun nóng vừa khuấy
trộn chất lỏng. Quy trình hoạt động:
+ Hơi từ ống hơi vào, được đi qua những ống phun hình xoắn ốc
vòng tròn hoặc ống thẳng song song với những lỗ nhỏ đặt nằm dưới đáy bể chứa lỏng.
+ Hơi nước phun đều trong bể có tác dụng khuấy trộn.
 Hai thiết bị trên làm việc gây ra tiếng động ta nên dùng thiết bị đun
nóng không có tiếng động. Quy trình hoạt động:
+ Lắp thêm cái loa ở đầu ống dẫn hơi.
+ Hơi phun ra đầu ống dẫn hơi với vận tốc rất lớn áp suất tĩnh trong
loa giảm xuống, chất lỏng bên ngoài loa ập vào đây loa vừa pha trộn với
luồng hơi phun ra vừa làm tắt tiếng động.  Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp.  Nhược điểm:
- Phải đưa thêm một lượng nước ngưng tụ vào trong chất lỏng cần
đun nó ( pha loãng chất lỏng cần đun ).
- Do đó phương pháp này chỉ dùng trong các trường hợp cho phép
pha loãng chất lỏng và không có phản ứng xảy ra giữa chất lỏng và nước.
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
D.I+G2.C2.t2d= D.C2.t2c+G2.C2.t2c+Qtt.T Lượng hơi cần thiết:
D=[G2.C2(t2c-t2d)+T.Qtt]:[I-C2.t2c] 3.2/ Gián tiếp:
- Đun nóng gián tiếp: ( nồi đựng hai vỏ ): thực phẩm cần đun nóng được chứa
trong nồi, có thể lắp thêm cánh khuấy. Hơi nóng đi vào khoảng không gian
giữa hai lớp vỏ của nồi. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thường không lớn (
không quá 10 m2 ). Áp xuất hơi đốt không quá 10 atm. Hệ số truyền nhiệt 300 – 1800J/m2s độ C
- Có phương pháp đun nóng bằng hơi nước gián tiếp là phương pháp đun
nóng, giữa hơi và chất lỏng có một tường ngăn cách. Nhiệt từ hơi truyền qua
tường để cung cấp cho chất lỏng. Được thực hiện trong nhiều loại thiết bị có
cấu tạo khác nhau như: thiết bị có vỏ bọc ngoài, loại ống xoắn, loại ống trùm,
… Hơi nước sau khi cách nhiệt cho chất lỏng qua tường thì ngưng tụ lại
thành nước ngưng, chảy ra từ thiết bị theo đường ống riêng.
- Ngoài ra còn đun nóng bằng lò điện trở đốt nóng gián tiếp, lò điện cảm ứng,
đun nóng bằng chất tải nhiệt đặc biệt, dầu khoáng,…
IV/ Vấn đề thiết bị 4.1/ Phân loại:
4.1.1/ Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc gián đoạn:
Đây là loại thiết bị làm việc ơi áp suất thường. Thường dùng để đung nóng
nước, các loại dung dịch dùng để trần ( dùng dịch muối, dung dịch axit
nitric… ), các dung dịch để rót vào hộp (dung dịch đường, nước pha, …),
trong sản xuất bia… chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà, truyền nhiệt gián tiếp. Gồm hai loại:
- Thiết bị hở có hoặc không có cánh khuấy.
- Thiết bị kín có hoặc không có cánh khuấy.
Ưu điểm của thiết bị:
- Cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng.
- Sử dụng được cho nhiều loại sản phẩm. Ngược điểm:
- Áp suất hơi thấp, sự phân bố nhiệt không đều.
- Bề mặt truyền nhiệt không lớn, nên thời gian đun lâu. - Làm việc gián đoạn.
4.1.2/ Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc liên tục ( ở áp suất thường ):
Thường sử dụng để đun nóng các dung dịch có độ nhớt lớn. Đây là loại thiết
bị làm việc liên tục có năng suất lớn.
4.1.3/ Thiết bị đun nóng kiểu ống:
Mục đích để đun ngóng các loại nước quả và các loại rau quả đã nghiền nhỏ.
Thiết bị làm việc liên tục. Gồm hai loại:
- Thiết bị đun nóng kiểu ống trùm
Ưu điểm: cơ cấu gọn, chắc chắn, bề mặt truyền nhiệt lớn.
- Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống
Ưu điểm: hệ số truyền nhiệt lớn vì có thể tạo ra tốc độ lớn ơi cả hai chất tải
nhiệt, chế tạo đơn giản.
Nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao vì tốn nhiều kim loại, khó làm sạch
khoảng không giữa hai ống.
4.2/ Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
4.2.1/ Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc gián đoạn: a/ Cấu tạo:
- Sơ đồ nguyên tắt thiết bị đun nóng hai vỏ.
Hình 4.2.1 : Thiết bị đun nóng 2 vỏ không có cánh khuấy
- Cấu tạo bình ngưng tụ:
Thiết bị có vỏ bên trong tiếp xúc với thực phẩm nên được chế tạo
bằng thép không rỉ, hoặc thép có men chống ăn mòn, còn vỏ ngoài
được làm bằng thép hay gang, và thường được bọc ngoài một lớp cách nhiệt. b/ Nguyên tắc làm việc:
- Hơi nước theo van vào phòng hơi (1) truyền nhiệt cho sản phẩm qua
bề mặt trao đổi nhiệt (4), khí không ngưng được xử định kì theo van
(2), còn nước ngưng được tháo qua van xả nước ngưng hoặc qua bình ngưng (5).
- Bình ngưng tụ (5) làm việc như sau: Khi thân (3) tập trung được một
lượng nước ngưng nào đó thì phao (2) nối liền với van thoát (4)
được nâng lên theo hướng vào cốc (1) và các lỗ thoát mở ra để tháo
nước ngưng. Khi tháo được một phần nước ngưng ra ngoài thì phao
sẽ hạ xuống và đậy kín lỗ tháo nhưng không cho hơi thoát ra khỏi ống tháo.
- Để tăng cường khả năng truyền nhiệt và đun nóng đều, có thể sử
dụng thiết bị đun nóng hai vỏ có cánh khuấy, các dạng cánh khuấy
có cấu tạo khác nhau phụ thuộc vào lỗi sản phẩm cần đun nóng trong thiết bị.
4.2.2/ Thiết bị đun nóng hai vỏ làm việc liên tục ( ở áp suất thường ): a/ Cấu tạo:
Hình 4.2.2: Thiết bị đun nóng 2 vỏ làm việc liên tục b/ Nguyên tắc làm việc:
Thiết bị có cấu tạo dựng hình trụ nằm, gồm hai vỏ (1) và (2) hệ nắp (3) có thể
tháo mở được. Hơi được cấp vào qua van (9) vào khoảng không (6) và trụ
rỗng (4) để đun nóng, nước ngưng được tháo qua van tháo ngưng (10). Dung
dịch đi vào cửa nập (7) nhờ cánh xoắn (5) chuyển dần vào trong thiết bị, sau
khi đun nóng sản phẩm được tháo ra theo cửa (8).
4.2.3/ Thiết bị đung nóng kiểu ống:
4.2.3.1/ Thiết bị đun nóng kiểu ống trùm: a/ Cấu tạo: 1. Cửa sản phẩm vào. 2. Cửa sản phẩm ra. 3. Đường hơi vào. 4. Van xả nước ngưng. 5. Xả khí không ngưng. 6. Ống truyền nhiệt. 7. Khoảng không. 8. Lớp học cách nhiệt. 9. Chân đế. 10. Nắp thiết bị b/ Nguyên tắc làm việc:
- Sản phẩm vào cửa (1) được đi dích dắc trong các ống (6) và sau khi
đun nóng được ra cửa (2).
- Hơi được cấp vào theo đường ống (3) và phân bố vào khoảng không
(7) truyền nhiệt cho các ống (6), nước ngưng được xử theo van (4),
còn khí không ngưng xả định kì theo van (5).
- Thiết bị được bọc cách nhiệt (8), và tựa tên giá đỡ (9).
- Nắp thiết bị (10) có thể tháo lắp để vệ sinh ống khi cần.
Thường chiều dài ống L=2m, vận tốc sản phẩm = 0,2:0,3 m/s.
Cách chia ngăn trong thiết bị ống trùm: Khi cần tăng tốc độ của chất tải
nhiệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt, người ta chia thiết bị làm nhiều ngăn.
4.2.3.2/ Thiết bị đun nóng bằng ống bọc ống : a/ Cấu tạo:
Hình 4.2.3.2: Thiết bị đun nóng kiểu ống bọc ống 1. Cửa sản phẩm vào. 2. Cửa sản phẩm ra. 3. Ống truyền nhiệt. 4. Cửa hơi vào. 5. Khoảng không. 6. Xả nước ngưng. b/ Nguyên tắc làm việc:
- Đây là loại thiết bị làm việc liên tục, hơi và sản phẩm đi ngược
chiều. Sản phẩm được bơm vào cửa (1) đi trong ống truyền nhiệt
(3), sau khi đun nóng được ra ở cửa (2).
- Hơi được vào theo ống (4) và được phân bố vào khoảng không (5)
bọc quanh các ống truyền nhiệt (5). Nước ngưng được xả theo van xả nước ngưng (6).