Giáo trình Công nghệ chế biến thực phẩm đóng hộp

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ chế biến thực phẩm đóng hộp

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM ĐÓNG HỘP MÃ SỐ MÔN HỌC CB356 Biên soạn Thạc sĩ LÊ MỸ HỒNG NĂM 2005
2. PHẦN I NHỮNG QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM ĐÓNG HỘP
3. PHẦN II GIỚI THIỆU KỸ THUẬT CHẾ BIẾN MỘT SỐ THỰC PHẨM ĐÓNG HỘP
4. MỞ ĐẦU 1. Lịch sử phát triển - Năm 1804, một người Pháp tên là Nicolas Appert đã biết chế biến thực phẩm đựng trong bao bì thủy tinh sản xuất phục vụ trên tàu, du lịch. - 1809 báo chí đã viết về ông và tác phẩm “L’art de fixer les saisons” và đến năm 1810 đã được dịch qua nhiều thứ tiếng. - Năm 1810, một người Anh tên là Pertet Durand dùng hộp sắt đựng thực phẩm thay cho bao bì thủy tinh . - Đến năm 1825, việc sản xuất đồ hộp đã hình thành. Hộp sắt đã được sản xuất, nhưng còn bằng phương pháp thủ công . - Năm 1849, người ta đã chế tạo được máy dập nắp hộp. Trong suốt những thời gian này, người ta chỉ biết cho rằng nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm là do không khí, mà chưa có cơ sở khoa học xác định. - Đến năm 1860, nhờ phát minh của Louis Pasteur (người Pháp) về vi sinh vật và phương pháp thanh trùng, mới thật sự đặt được cơ sở khoa học cho ngành công nghiệp đồ hộp. Cũng từ đó ngành công nghiệp đồ hộp phát triển. - Năm 1861, biết dùng joint cao su làm vòng đệm trong nắp hộp. - Năm 1880, chế tạo được nồi thanh trùng đồ hộp. - Năm 1896, đã dùng bột cao su đặc biệt (Pasta) làm vòng đệm ở nắp hộp khi ghép kín hộp. Nền công nghiệp đồ hộp phát triển mạnh ở nhiều nước vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. Hiện nay trên thế giới đã có hơn 1000 mặt hàng đồ hộp khác nhau. Các nước sản xuất đồ hộp phát triển như: Mỹ, Pháp, Nhật, Ý, Hà Lan, Trung Quốc Ở nước ta từ thời thượng cổ, tổ tiên ta biết chế biến các loại bánh gói lá, các loại giò chả nấu chín và đã bảo quản được một thời gian ngắn. Những sản phẩm đó cũng gọi là đồ hộp . Đến năm 1954, ta được Liên Xô và các nước giúp đỡ xây dựng một số cơ sở chế biến đồ hộp tại miền Bắc. Năm 1957, nhà máy cá hộp Hạ Long, Hải Phòng được xây dựng xong. Năm 1958, tiến hành thí nghiệm và sản xuất thử. Đến năm 1959, bắt đầu sản xuất một số mặt hàng thịt cá, rau, quả hộp xuất khẩu và phục vụ chiến trường. Cũng cùng năm ấy xưởng chế biến chuối sấy được xây dựng xong tại Hà Nội. Năm 1960, nhà máy cá hộp Hạ Long đã sản xuất được với năng suất gần bằng với năng suất thiết kế. Năm 1961, phát triển nhiều mặt hàng rau , quả, thịt cá hộp. Còn ở miền Nam, mãi đến năm 1970 mới bắt đầu hình thành một số cơ sở sản xuất đồ hộp, tại thành phố Hồ Chí Minh. 1
5. Đến sau năm 1975, ngành công nghiệp đồ hộp ở miền Nam mới được chú trọng và phát triển, sản xuất được nhiều mặt hàng thực phẩm có giá trị. Cho đến nay, nước ta đã thí nghiệm nghiên cứu được hàng trăm mặt hàng và đã đưa vào sản xuất có hiệu quả, đạt chất lượng cao. Trong đó có các mặt hàng có giá trị trên thị trường quốc tế như: dứa, chuối, dưa chuột, nấm rơm đóng hộp Các vùng có nhà máy sản xuất đồ hộp thực phẩm: Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, Sơn Tây, Biên Hòa, Đồng Nai, Thành Phố Hồ Chí Minh, Kiên Giang, Cần Thơ, Tiền Giang 2. Ý nghĩa Ngành công nghiệp đồ hộp thực phẩm phát triển mạnh có ý nghĩa to lớn cải thiện được đời sống của nhân dân, giảm nhẹ việc nấu nướng hàng ngày. Giải quyết nhu cầu thực phẩm các vùng công nghiệp, các thành phố, địa phương thiếu thực phẩm, cho các đoàn du lịch, thám hiểm và cung cấp cho quốc phòng. Góp phần điều hòa nguồn thực phẩm trong cả nước. Tăng nguồn hàng xuất khẩu, trao đổi hàng hóa với nước ngoài. Hiện nay nhờ các ngành cơ khí, điện lực, chất dẻo, v.v phát triển mạnh, đã làm cho công nghiệp đồ hộp được cơ khí, tự động hóa ở nhiều dây chuyền sản xuất. Các ngành khoa học cơ bản như: hóa học, vi sinh vật học, công nghệ sinh học đang trên đà phát triển: Đã được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm nói chung và đồ hộp nói riêng, làm cho giá trị dinh dưỡng của thực phẩm được nâng cao và cất giữ được lâu hơn. 3. Giới thiệu và phân loại đồ hộp Hiện nay ở nước ta cũng như ở các nước khác đã sản xuất được rất nhiều sản phẩm đồ hộp khác nhau: từ rau, quả, thịt, cá, tôm, cua, sữa 3.1. Các loại đồ hộp chế biến từ rau - Đồ hộp rau tự nhiên: Loại đồ hộp này chế biến từ rau tươi, không qua các quá trình chế biến sơ bộ bằng nhiệt. Nên sản phẩm vẫn còn giữ được tính chất gần giống như nguyên liệu ban đầu. Trước khi sử dụng loại đồ hộp này thường phải chế biến hay nấu lại. - Đồ hộp rau nấu thành món: Rau được chế biến cùng với thịt, cá, dầu, đường, muối, cà chua cô đặc và gia vị khác, đem rán hay hấp. Loại đồ hộp này dùng để ăn ngay không cần nấu lại. - Đồ hộp rau ngâm giấm: Chế biến từ rau với giấm đường, muối, gia vị khác. Loại đồ hộp này dùng trực tiếp trong bữa ăn. - Đồ hộp rau muối chua: Là các loại rau cho lên men lactic, loại đồ hộp này cũng dùng để ăn ngay, không cần nấu lại . - Đồ hộp sauce cà chua: Chế biến từ cà chua, có thêm các nguyên liệu phụ như: đường, muối, giấm, dầu và các gia vị khác. - Đồ hộp cà chua cô đặc: Đây là bán chế phẩm. Dùng để nấu nướng và chế biến sauce của một số đồ hộp thịt, cá . - Đồ hộp nước rau: Các loại đồ hộp nước giải khát (có chứa nhiều chất dinh dưỡng). Được chế biến từ các loại rau, củ có thể làm nước uống được. 2
6. 3.2. Các loại đồ hộp chế biến từ quả - Đồ hộp quả nước đường: Loại đồ hộp này được chế biến từ các loại quả, qua các quá trình xử lý sơ bộ, rồi ngâm trong dung dịch nước đường, loại đồ hộp này còn giữ được tính chất đặc trưng của nguyên liệu. - Đồ hộp nước quả: Có 2 dạng: * Dạng nước quả không có thịt quả: Chế biến bằng cách ép để lấy dịch bào, lượng thịt quả có rất ít. * Dạng nước quả có thịt quả: Chế biến bằng cách chà lấy thịt quả, bao gồm dịch bào và phần mềm của quả. Đồ hộp nước quả dùng để uống trực tiếp hoặc lấy nước quả để chế biến mứt đông, sirô quả, rượu - Đồ hộp mứt quả: Chế biến từ quả, cô đặc với đường đến hàm lượng chất khô: 65 - 70% . Gồm nhiều dạng: * Mứt đông: Chế biến nước quả trong suốt, sản phẩm có trạng thái đông và trong suốt. * Mứt nhuyễn: Chế biến từ quả nghiền mịn, sản phẩm đặc, nhuyễn. * Mứt miếng đông: Chế biến từ miếng quả, sản phẩm là 1 khối đông có lẫn miếng quả. * Mứt rim: Chế biến từ nguyên quả nấu với đường, sản phẩm dạng nguyên quả, ở dạng sirô đặc . * Mứt khô: Chế biến từ nguyên quả hoặc cắt miếng sản phẩm dạng khô, đường ở dạng kết tinh. 3.3. Các loại đồ hộp chế biến từ thịt - Đồ hộp thịt tự nhiên: Loại đồ hộp này không thêm gia vị, ở dạng bán chế phẩm . - Đồ hộp thịt gia vị: Là loại đồ hộp chế biến từ thịt nạc, có thể có 1 ít mỡ. Thịt đem chế biến, lúc vào hộp là thịt tươi, thịt đã nấu hoặc rán với gia vị . - Đồ hộp thịt đậu: Chế biến từ thịt với các loại đậu và gia vị . - Đồ hộp chế biến từ thịt đã chế biến: như xúc xích, jampon, paté, lạp xưởng - Đồ hộp thịt gia cầm: Chế biến từ thịt gà, vịt, ngỗng với gia vị. - Đồ hộp thịt ướp, thịt hun khói: Thịt được muối NaNO3, NaNO2 và xông khói. 3.4. Các loại đồ hộp chế biến từ thủy sản - Đồ hộp thủy sản không gia vị * Đồ hộp cá thu không gia vị * Đồ hộp tôm không gia vị * Đồ hộp cua không gia vị 3
7. * Đồ hộp nhuyễn thể không gia vị - Đồ hộp thủy sản có gia vị : * Đồ hộp cá có gia vị * Đồ hộp mực có gia vị - Đồ hộp cá sauce (sốt) cà chua: Được chế biến từ các loại cá biển, hấp, sấy hoặc rán, cùng với sauce (sốt) cà chua. - Đồ hộp cá ngâm dầu: Được chế biến từ các loại cá đã qua các quá trình hun khói, sấy, hấp hoặc rán, ngâm trong dầu . * Đồ hộp cá ngâm dầu * Đồ hộp cá hun khói ngâm dầu * Đồ hộp lươn hun khói ngâm dầu 3.5. Các loại đồ hộp chế biến từ sữa - Đồ hộp sữa cô đặc có đường: Là sản phẩm sữa được bốc hơi nước ở trong những nồi cô chân không. Cô đặc sữa đã hòa đường ở nhiệt độ không cao lắm (khoảng 50OC), nên chất lượng sữa không thay đổi nhiều. - Đồ hộp sữa bột: Sữa sau khi cô đặc, được sấy khô. Có thể sấy theo 2 phương pháp: Sấy nóng và sấy lạnh. Sấy lạnh bảo đảm được phẩm chất của sữa hơn, nhưng tốn kém nhiều năng lượng và thời gian . - Đồ hộp sữa tươi: Sữa không qua giai đoạn chế biến lại, chỉ khử trùng, cho ra thành phẩm. Ngoài ra còn có những loại đồ hộp sữa lên men, cho ra sản phẩm có hương vị khác sữa: yaourt, sữa chua Nói chung, đồ hộp thực phẩm rất đa dạng, mỗi loại sản phẩm có cách chế biến khác nhau, dùng các thiết bị khác nhau. Nhưng phần lớn các loại đồ hộp đều được chế biến theo qui trình công nghệ cơ bản như sau: Nguyên liệu Lựa chọn, phân loại, rửa Chế biến sơ bộ bằng cơ học Chế biến sơ bộ bằng nhiệt Cho sản phẩm vào bao bì Bài khí - Ghép kín Thanh trùng - Làm nguội 4
8. Bảo ôn - Dán nhãn Thành phẩm 5
9. CHƯƠNG I QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU BẰNG CƠ HỌC I. CHỌN LỰA, PHÂN LOẠI 1. Khái quát - Chọn lựa: là loại bỏ các thành phần nguyên liệu không đủ qui cách để chế biến như bị sâu, bệnh thối hỏng, không đủ kích thước và hình dáng, màu sắc không thích hợp . Gia súc thì được kiểm tra vệ sinh và chọn những con béo khoẻ đem chế biến. Cá sử dụng cá còn tươi, không bị ươn thối. - Phân loại: nhằm phân chia nguyên liệu thành các phần có tính chất giống nhau, có cùng kích thước, hình dáng, màu sắc, trọng lượng để có chế độ xử lý thích hợp cho từng loại và giúp thành phẩm có phẩm chất được đồng đều . Lựa chọn được tiến hành ngay sau khi thu nhận, khi đưa vào nơi chế biến: Rửa, vận chuyển, cắt gọt, cho sản phẩm vào bao bì Việc phân loại, lựa chọn thường tiến hành bằng phương pháp thủ công. Nhưng với phương pháp thủ công sẽ tốn nhiều công sức, và do giờ giấc làm việc liên tục, hoạt động căng thẳng, nên công nhân chóng mệt mỏi, thường ảnh hưởng không tốt đến chất lượng phân loại. Do đó người ta có thể cơ khí hóa việc lựa chọn phân loại, dựa trên sự khác nhau về màu sắc, kích thước và khối lượng riêng của nguyên liệu. 2. Các nguyên tắc phân loại, lựa chọn - Đối với các nguyên liệu cần phân loại theo màu sắc Nhờ ứng dụng tính chất của tế bào quang điện hoạt động theo sự thay đổi của tia sáng. Tùy theo trạng thái bề mặt của nguyên liệu (màu sắc, độ nhẵn) mà ánh sáng phản chiếu có độ dài sóng khác nhau, từ đó có cường độ kích thích khác nhau lên tế bào quang điện . - Đối với nguyên liệu cần phân loại theo kích thước + Sử dụng máy phân cỡ kiểu rây lắc: Máy có nhiều tầng rây, có kích cỡ mắt lưới khác nhau, tầng trên cùng mắt lưới rộng nhất, tầng cuối cùng mắt lưới nhỏ nhất. Hệ thống rây chuyển động lắc nhờ bộ phận chấn động. Máy này dùng để phân loại nguyên liệu có kích thước nhỏ: Đậu phộng, mận + Máy phân cỡ kiểu dây cáp: Bộ phận phân loại là hệ thống dây cáp căng giữa hai trục quay, chuyển động theo chiều dọc của dây. Khe hơ ở giữa 2 dây cáp to dần. Quả đi giữa 2 dây cáp, sẽ rơi dần theo thứ tự từ nhỏ đến lớn. Máy này dùng để phân loại quả to như cam, bưởi, dưa leo, cà tím - Đối với nguyên liệu cần phân loại theo trọng lượng riêng (phân loại hạt khô) 5
10. Sử dụng máy phân loại thủy lực: Máy phân loại dựa theo độ nổi khác nhau trong chất lỏng do khối lượng riêng của nguyên liệu chênh lệch nhau. Máy phân loại thủy lực dùng để phân loại nguyên hạt: Đậu, lạc ( đậu phộng) v.v II. RỬA 1. Khái quát - Sau khi lựa chọn phân loại, nguyên liệu được đưa qua khâu rửa. Ở giai đoạn rưả này nhằm mục đích là loại trừ các tạp chất, bụi, đất cát bám xung quanh nguyên liệu, đồng thời làm giảm 1 lượng lớn vi sinh vật ở nguyên liệu. - Gia súc trước khi giết mổ cần tắm rủa cho chúng bằng nước ấm (trong phòng chuyên dùng) và không nên cho gia súc ăn uống từ 12 - 24 giờ tùy theo loại gia súc (việc đình chỉ ăn uống của gia súc trước khi giết mổ nhằm thải bớt chất tiêu hoá, đảm bảo được điều kiện vệ sinh của việc mổ xẻ. Yêu cầu nguyên liệu sau khi rửa: Phải sạch, không bị dập nát, ít bị tổn thất chất dinh dưỡng (khi rưả tránh để nguyên liệu tiếp xúc với nước lâu). 2. Tiêu chuẩn nước dùng trong công nghiệp thực phẩm Nước rửa cũng như nước dùng trong khi chế biến (như chần, pha chế) phải là nước sử dụng cho thực phẩm, đảm bảo các chỉ tiêu theo qui định. Nước phải trong, không màu, không mùi vị . Bảng 1.1. Tiêu chuẩn nước dùng trong công nghiệp thực phẩm 6
11. Tiêu chuẩn Chỉ tiêu Chỉ tiêu vật lý Không Mùi vị 100 ml Độ trong (ống Dienert) 5o Màu sắc (thang màu coban) 6,0 – 7,8 Chỉ tiêu hóa học 50 - 100 mg/l pH 50 mg/l CaO 0,3 mg/l MgO 0.2 mg/l Fe2O3 1,2 – 2,5 mg/l MnO 0.5 mg/l 3- BO4 0,1- 0,3 mg/l 2- SO4 không + NH4 không - NO2 0,1 mg/l - NO3 0,05 mg/l Pb 2,0 mg/l As 5,0 mg/l Cu 0,3 - 0,5 mg/l Zn F 50 Tổng số vi sinh vật hiếu khí không có Chỉ số Coli (Số Coli/1lít nước) Chuẩn số Coli (Số ml nước có 1 Coli) Vi sinh vật gây bệnh (Nguyễn Vân Tiếp và ctv. 2000) Nước có độ cứng cao sẽ làm cho nguyên liệu rau quả chắc hơn (như vải, nhãn, dưa chuột ) nhưng một số rau họ đậu (có nhiều tinh bột) dễ bị sượng. Nói chung độ cứng của nước rửa không quá 20 mg đương lượng/lít, để nấu không quá 15 mg đương lượng/lít. Khi dùng nước có nhiều hợp chất của sắt, màu sản phẩm dễ bị sẫm màu, do phản ứng giữa sắt với tanin. Nếu dùng nguồn nước ở sông, hồ thì phải qua hệ thống lọc trong và sát trùng. Lọc và làm trong nước bằng cách cho qua nhiều lớp sỏi, cát, than hoặc dùng phèn sát trùng. Có thể dùng clorin, hoặc các hợp chất chứa Cl2: Clorur vôi, Javel 3. Nguyên lý của quá trình rửa Quá trình rửa nhằm đảm bảo 2 giai đoạn: * Ngâm cho bở các cáu bẩn * và xối nước cho sạch hết bẩn. Thời gian rửa phụ thuộc vào giai đoạn đầu tức là phụ thuộc vào tính chất hóa lý của chất bẩn, sức bám chặt của nó vào nguyên liệu rửa và khả năng tác dụng của dung dịch rửa, có thể sử dụng máy như: - Máy rửa thùng quay 7
12. Thùng quay gây ra 1 tác dụng cơ học, chà sát lên mặt ngoài nguyên liệu rửa. Thùng quay thường có cấu tạo hình nón, nên việc vận chuyển nguyên liệu rửa qua máy liên tục. - Máy rửa sàng lắc Máy rửa sàng lắc làm việc theo phương pháp xối. Nguyên liệu trong quá trình rửa, do tác dụng chuyển động của sàng, bị cọ sát lên nhau, lên mặt sàng và được nước từ trên phun xuống xối sạch. Do sàng đặt nghiêng và tác dụng lắc 2 chiều của sàng làm cho nguyên liệu chuyển liên tục từ chỗ vào đến chỗ ra. Máy dùng để rửa các loại nguyên liệu như quả tròìn cứng hoặc các loại hạt, ngoài ra còn dùng làm nguội nguyên liệu sau khi xử lý nhiệt. - Máy rửa bằng thủy lực Dùng trong các nhà máy đồ hộp để rửa các loại hạt như đậu, ngô non đem vào đóng hộp vv Nó đồng thời vừa rửa,vừa tách riêng ra các tạp chất nặng lẫn vào nhau như sạn, cát, sắt vụn và các tạp chất nhẹ như vỏ, rác rưởi hoặc các hạt thối lép vv - Máy rửa bơi chèo Máy này là 1 thùng đựng nước, trong có gắn máy khuấy loại bơi chèo. Khi máy khuấy quay, nguyên liệu di chuyển cùng với vòi nước và được làm sạch. Sau đóï hệ thống hoa sen sẽ tráng sạch đất cát. Máy này có hiệu qủa rửa cao, dùng cho các loại quả cứng như cà rốt, khoai tây - Máy rửa bàn chải Bộ phận cọ rửa là các bàn chải gắn trên trục quay. Nguyên liệu được rửa lại bằng tia nước phun, loại máy này thường dùng để rửa các loại qủa có cấu tạo chắc, bề mặt xù xì. III. LÀM SẠCH NGUYÊN LIỆU 1. Khái quát Quá trình làm sạch nhằm loại bỏ các phần không ăn được hoặc có giá trị dinh dưỡng thấp của nguyên liệu như: Vỏ, hạt, lõi, vảy, đầu cá. Để nâng cao gía trị của sản phẩm, đồng thời có quá trình chế biến liên tục được thuận lợi như khả năng xay, nghiền được dễ hơn. Do hình dạng, cấu trúc của các nguyên liệu rất khác nhau và phức tạp nên các qúa trình làm sạch nguyên liệu thường tiến hành bằng phương pháp thủ công. Tuy nhiên có 1 số nguyên liệu được làm sạch bằng cơ khí. 2. Phương pháp làm sạch Có thể tiến hành làm sạch bằng 3 phương pháp: hoá học, nhiệt và cơ học 2.1. Phương pháp làm sạch vỏ quả bằng hóa chất Đối với một số quả có vỏ mỏng như khoai tây, carrot, mận, mận, ổi, múi cam quít, ta có thể dùng dung dịch kiềm để bóc vỏ. Chất kiềm sử dụng phổ biến là NaOH có độ tinh khiết từ 95% trở lên. Cũng có thể dùng Na2CO3, tuy có tác dụng kém hơn, nhưng rửa lại thì chóng sạch hơn NaOH. Thời gian ngâm rửa nguyên liệu phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch NaOH. Tác dụng bóc vỏ đạt được khi nào rửa xối, lúc đó vỏ nguyên liệu bong tróc ra dễ dàng. 8
13. Nồng độ NaOH thường sử dụng 1,5 – 2 %. Quả xanh, kích thước lớn, cần nồng độ cao hơn quả chín, kích thước nhỏ. Nhiệt độ dung dịch NaOH càng cao thì tác dụng bóc vỏ càng mạnh, nhưng không nên quá cao, sẽ làm chín mềm nguyên liệu. Thời gian ngâm kéo dài từ vài giây đến vài phút. Giữa nguyên liệu và dung dịch ngâm cũng cần có một tỉ lệ xác định. Bảng 1.2. Điều kiện thực hiện để bóc vỏ một số quả bằng NaOH Nồng độ Nhiệt độ Thời gian Tỉ lệ Loại quả dung dịch ngâm ngâm ngâm nguyên liệu - (%) (oC) (s) dung dịch ngâm Mận 10 70 – 80 150 – 240 1/10 – 1/15 Đào 1 – 2,5 - 30 – 60 - Ổi 4 70 – 80 300 1/5 – 1/10 Múi quít 1,2 75 – 80 5 - 8 1/20 – 1/30 (Nguyễn Vân Tiếp và ctv. 2000) Sau khi ngâm trong dung dịch NaOH, nguyên liệu được rửa lại trong nước luân lưu để loại vỏ và làm sạch NaOH bám vào nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi rửa phải đảm bảo sạch NaOH, thử lại bằng cách nhỏ vài giọt phenolphtalein không thấy xuất hiện màu hồng. 2.2. Phương pháp bóc vỏ bằng nhịêt Để bóc vỏ loại quả có múi, cà chua, người ta nhúng vào nước sôi. Nếu chần cam, quít trong nước 90 – 100oC trong 20 – 60 giây hay 80 – 90oC trong 60 – 90 giây thì tốc độ bóc vỏ, tách múi, tước xơ tăng gấp 4 lần so với không chần. 2.3. Phương pháp làm sạch nguyên liệu bằng cơ học Dùng máy làm sạch, tùy theo yêu cầu làm sạch mà sử dụng máy thích hợp - Làm sạch vỏ củ Dùng để làm sạch vỏ lụa: khoai tây, cà rốt Bản chất của quá trình làm sạch vỏ bằng máy là tạo nên sự va chạm và chà xát của nguyên liệu lên bề mặt nhám của thiết bị, làm cho lớp vỏ trên bề mặt của nguyên liệu bị tróc ra rồi dùng nước xối đi. - Đánh vảy cá Tương tự như các máy làm sạch vỏ củ, nguyên tắc làm việc của máy đánh vảy cá là tạo nên sự va chạm, chà xát lên bề mặt cá để vẩy tróc ra, rồi dùng vòi nước xối đi. 9
14. Hình 1.1. Máy tách vỏ củ - Tách hạt cà chua Là một hệ thống nhiều máy phối hợp, vừa tách vỏ, hạt cà chua, vừa chà mịn thành purée. Hệ thống máy gồm: Máy nghiền 2 trục quay, máy ly tâm hình nón, máy chà, máy nghiền 1 trục quay. IV. LÀM NHỎ NGUYÊN LIỆU Trong sản xuất đồ hộp người ta dùng tác dụng cơ học để làm thay đổi kích thước, hình dáng nguyên liệu thành dạng nhỏ và đông đều theo yêu cầu của từng loại sản phẩm. Quá trình này nếu thực hiện bằng tay sẽ tốn nhiều công sức, mức độ đồng đều kém. Vì vậy, người ta thường dùng máy để nâng cao năng suất và đảm bảo tính chất đồng đều của nguyên liệu sau khi làm nhỏ. Quá trình làm nhỏ phổ biến trong sản xuất đồ hộp thực phẩm: Cắt, xay, nghiền, đồng hóa. 1. Cắt nguyên liệu Tùy theo mục đích làm nhỏ và đặc tính nguyên liệu, người ta dùng các loại dao: Thẳng, dao đĩa hay dao cong. Về cấu tạo lưỡi dao, có 2 loại: Lưỡi dao phẳng để cắt nguyên liệu mềm, lưỡi răng cưa để cắt nguyên liệu cứng. 2. Xay, nghiền nguyên liệu + Để nghiền nhỏ nguyên liệu, người ta thường dùng nhiều nguyên tắc khác nhau như đập nhỏ, xé nhỏ, bẻ nhỏ Theo nguyên tắc này hay nguyên tắc khác là tùy theo từng loại nguyên liệu và tùy theo yêu cầu của từng quá trình kỹ thuật sản xuất. Trong sản xuất đồ hộp, tùy theo mức độ nghiền nhỏ của nguyên liệu mà chúng ta có thể chia ra: Nghiền nhỏ, nghiền mịn Nghiền nhỏ là nghiền đến kích thước tối thiểu 1,00 mm, thường gặp ở các máy nghiền rau quả, máy xay thịt. Nghiền đến kích thước 0,5 mm hoặc 0,01 mm, thường gặp khi qua máy chà, máy đồng hóa . + Các máy xay nghiền: * Máy nghiền 1 trục: Loại máy này dùng để nghiền nhỏ các loại rau quả tương đối cứng. Đặc điểm của máy là số vòng quay của trục nghiền rất lớn . * Máy nghiền 2 trục: Trong sản xuất, để nghiền các loại qủa mềm hơn như cà chua, dứa lực nghiền không lớn lắm, người ta thường dùng phổ biến loại máy nghiền 2 trục, có 2 kiểu: Máy nghiền dao cong và máy nghiền trục (máy nghiền trục đinh). 3. Đồng hóa Đồng hóa là làm tơi, mịn các thực phẩm lỏng (làm cho các phần tử của sản phẩm có kích thước rất nhỏ, giảm từ 265 µm đến vài chục micrometer) nhằm tăng độ mịn của sản phẩm, làm cho sản phẩm không bị phân lớp. Máy đồng hóa: nguyên tắc làm việc của máy là dùng áp lực cao, đẩy sản phẩm đi qua các khe hở rất nhỏ (áp suất của sản phẩm vào khoảng 150 kg/cm2 và khi ra khỏi khe nhỏ chỉ còn khoảng 2 - 3 kg/cm2) Khi thay đổi áp suất một cách đột ngột và tốc độ tăng lên nhiều, làm cho sản phẩm bị tơi nhỏ ra. 10
15. Kích thước của khe hở có thể điều chỉnh được từ 0,1 - 0,15 mm. Tốc độ chuyển động của sản phẩm qua khe hở: 150 - 200 m/s. Đường đi của sản phẩm Đường đi của sản phẩm Hình 1.2. Bộ phận đồng hóa 11
16. Hình 1.3. Thiết bị đồng hóa 12
17. V. PHÂN CHIA NGUYÊN LIỆU Quá trình phân chia nguyên liệu như chà, ép, lọc, lắng, ly tâm nhằm 2 mục đích - Loại bỏ phần nguyên liệu có gía trị dinh dưỡng thấp hoặc không ăn được gọi là bã, cặn. - Làm cho nguyên liệu đồng nhất về trạng thái và thành phần để chế biến được thuận lợi và nâng cao chất lượng thành phẩm. 1. Chà - Phương pháp chà dùng trong sản xuất cà chua cô đặc và nước qủa có thịt qủa, mứt qủa, nghĩa là dùng để phân chia nguyên liệu rau qủa có cấu tạo mềm thành 2 phần: phần lỏng qua rây để sản xuất sản phẩm chính, phần bã còn lại trên rây. - Rây được làm bằng thép không rỉ có đục lỗ nhỏ, với kích thước: 0,5; 0,75; 1; 1,5 mm. Để sản xuất nước quả đục, người ta thường dùng lỗ rây có ∅: 0,50 - 0,75 mm. Để sản xuất cà chua cô đặc, mứt chuối, dứa dùng lỗ rây có ∅: 1,0-1,5mm. - Năng suất máy chà được tính theo công thức : DL2 Q = 0,07 nϕ (kg/h) tgα D: Đường kính của rây (m) L: Chiều dài cánh đập (m) α: góc nghiêng của cánh chà so với trục quay n: Số vòng quay/phút ϕ: Tổng diện tích lỗ rây so với diện tích rây (23 - 45 %) 5. Trục quay 1. Vít xoắn tải nguyên liệu 6. Mặt rây 2. Phễu nhập liệu 7. Cửa tháo bã chà 3. Bơi chèo chuyển nguyên liệu 4. Cánh chà Hình 1.4. Cấu tạo của máy chà 13
18. 2. Ép - Trong sản xuất nước rau quả, ép là phương pháp chủ yếu để tách dịch bào ra khỏi nguyên liệu. Trong quá trình ép, hiệu suất ép là chỉ tiêu quan trọng nhất. Hiệu suất ép phụ thuộc vào các yếu tố : * Phẩm chất của nguyên liệu * Phương pháp sơ chế * Cấu tạo, chiều dày, độ chắc của khối nguyên liệu * Áp suất ép - Hiệu suất ép được tính theo công thức : B = a ( ϕ1 + ϕ2 ) k. b ( % ) a: Hệ số tính đến sự tổn thất nước ép do bã và thiết bị thấm ướt b: Hàm lượng dịch bào trong nguyên liệu . k: Hệ số đặc trưng cho sự bảo toàn ống mao dẫn . ϕ1: Mức độ biến tính chất nguyên sinh khi cơ chế (0 - 1,0) ϕ2: Mức độ phá vỡ màng chất nguyên sinh khi ép (0,1 - 0,2). Tổng số ( ϕ1+ ϕ2 ) ≤ 1 - Giới thiệu máy ép : * Máy ép giỏ trục vít : Hiệu suất ép chỉ đạt 40 - 50 % * Máy ép thủy lực : Hiệu suất ép trên máy này cao, đạt khoảng 55 - 60 % * Máy ép trục xoắn : Máy có hiệu suất ép cao, đạt khoảng 83 - 85 %. Có khi đạt tới 90 %. Nhưng máy này có nhược điểm là các phần tử lơ lửng lẩn trong nước ép lớn hơn trong các máy gián đoạn. Hình 1.5. Máy ép thủy lực 15
19. 3. Lọc Khi sản xuất nước quả thông thường, người ta dùng phương pháp lọc để tách các phần tử có kích thước tương đối lớn và cặn bã (lọc thô). Trong sản xuất nước quả trong suốt, người ta phải lọc để loại cả các hạt rất nhỏ của thịt quả (lọc trong). Lọc có thể tiến hành ở áp suất không đổi hay vận tốc không đổi. Đối với nước quả ép, thường chỉ lọc với áp suất không đổi và không nên lọc ở áp suất cao dễ làm cho các cặn bị ép lại dẫn đến tắt lỗ lọc. - Tốc độ lọc được xác định theo công thức: Π d4 P n V = (m3 / m2.s) 128 µ α h d: Đường kính ống mao dẫn trong lớp cặn (m). P: Chênh lệch áp suất ở 2 đầu ống mao dẫn (N/m 2). n: Số lỗ lọc của bản lọc, số lỗ lọc/1 m2 . µ: Độ nhớt động lực của nước quả (Ns/m2). h: Chiều cao của lớp cặn (m). α: Hệ số chỉ sự cong queo của ống mao dẫn. - Tốc độ lọc phụ thuộc vào : * Áp suất của nước quả. * Bề dày và cơ cấu của lớp cặn. * Nhiệt độ và độ nhớt của nước quả. - Vật liệu lọc thường dùng là vải lọc, giấy lọc, sợi amiant, betonit - Thiết bị lọc: thường dùng thiết bị lọc khung bản, còn gọi là máy lọc ép. 16
20. 4. Lắng Để làm trong nước quả, người ta còn dùng phương pháp lắng gạn. Lắng là quá trình rơi của các hạt huyền phù dưới tác dụng của trọng lực. Tốc độ lắng của các hạt rắn trong môi trường lỏng sẽ không đổi khi trọng lượng của hạt rắn cân bằng với sức cản của môi trường. Lúc ấy, vận tốc lắng là : 2 1 V = r 2 ()γ − γ g (m/s) 9 1 2 η r Bán kính hạt (m) 3 γ1, γ2 Khối lượng riêng của hạt và của nước quả (kg/m ) η Độ nhớt động lực của nước quả (Ns/m2 ) g Gia tốc trọng trường (9.81 m/s2) Trên thực tế chỉ dùng phương pháp lắng để tách các hạt lớn hơn 10-4 cm, vì tốc độ lắng của các hạt < 10-4 cm rất chậm. 5. Ly tâm Được dùng để phân tách huyền phù trong nước quả bằng các máy ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt huyền phù trong nước quả bị văng ra. Tốc độ tách các hạt ấy theo lực ly tâm, xác định theo công thức: 2 2 2 1 ⎛ 2πn ⎞ V = r ()γ1 − γ 2 ⎜ ⎟ R (m/s) 9 η ⎝ 60 ⎠ R: Bán kính roto của máy ly tâm (m) n: Số vòng quay của roto (vòng/phút) 6. Các phương pháp khác 6.1. Phương pháp hóa học Đất sét, bentonit có tính ƒ Trao đổi ion, ƒ Hấp phụ lớn ƒ Trung hòa điện Sử dụng 2 – 3 g/l 6.2. Phương pháp hóa keo Gelatin, agar-agar, cazein 6.3. Phương pháp nhiệt Đun nóng (75 – 80oC) và làm nguội nhanh (15 - 20oC) nhanh 17
21. 6.4 Phương pháp sinh học Sử dụng hổn hợp enzyme pectinase, protease, hemicellulase làm trong và tách dịch quả 3 – 6 g/l, giữ ở nhiệt độ 40 – 45oC. Trong thời gian 2 – 4 giờ 6.4.1. Giới thiệu chế phẩm pectinase thương mại (Pectinex Ultra SP-L) Pectinex Ultra SP-L là chế phẩm có nguồn gốc từ nấm mốc Aspergillus aculeatus - Chứa nhóm enzyme pectolytic, protease, cellulase - Dạng dung dịch - Có màu nâu và mùi nhẹ của sản phẩm lên men. - Hoạt động ở khoảng pH 4,5. 6.4.2. Nhóm enzyme pectolytic + Enzyme pectinesterase (PE) - Enzyme pectinesterase chỉ phân cắt các nhóm methoxyl đứng cạnh nhóm COOH tự do. - Bắt đầu từ nhóm COOH tự do, Kết quả là tạo thành acid pectic và methanol. Hình 1.6. Phản ứng được xúc tác bởi enzyme pectinesterase. (Ashraf F., 1993). + Enzyme polygalacturonase (PG) - Enzyme polygalacturonase phân cắt liên kết glucosid 1,4 trong mạch pectin. - Tạo ra acid galacturonic Hình 1.7. Hoạt động thủy phân của enzyme polygalacturonase (Ashraf, F., 1993) 19
22. CHƯƠNG II QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU BẰNG NHIỆT Trong quá trình chế biến đồ hộp thực phẩm, nhiều loại nguyên liệu cần được chế biến sơ bộ bằng nhiệt. Xử lý nhiệt có nhiều cách: chần (trụng), hấp, đun nóng, rán (chiên), cô đặc. Tùy theo loại sản phẩm mà chọn quá trình xử lý thích hợp hợp I. CHẦN, HẤP, ĐUN NÓNG NGUYÊN LIỆU 1. Khái quát - Trong quá trình chế biến đồ hộp, nhiều loại nguyên liệu trong chế biến sơ bộ bằng cơ học, cũng như trước khi cho vào bao bì được xử lý bằng nhiệt. Người ta nhúng nguyên liệu vào nước hay dung dịch, hay xử lý nguyên liệu bằng hơi nước, tùy theo tính chất nguyên liệu và yêu cầu chế biến, ở nhiệt độ 75 - 1000C, trong thời gian 3 - 15 phút. - Các yều tố ảnh hưởng đến thời gian chần, hấp, đun nóng: trong quá trình chần, hấp, đun nóng ngoài mục đích vô hoạt enzyme, còn phải đảm bảo chất lượng sản phẩm, nên thực phẩm phải được gia nhiệt nhanh. Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian phù hợp cho mỗi loại nguyên liệu có ý nghĩa rất quan trọng và thời gian gia nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố: • Loại nguyên liệu • Kích thước nguyên liệu • Nhiệt độ gia nhiệt • Phương thức gia nhiệt - Sau khi chần, hấp xong cần làm nguội nhanh. - Hấp thì tổn thất chất dinh dưỡng ít hơn chần, nhưng trong thực tế sản xuất, người ta thường chần vì thao tác thuận tiện, thiết bị đơn giản, truyền nhiệt tốt hơn khi hấp. 2. Mục đích Chần hấp nguyên liệu nhằm các mục đích: - Đình chỉ các quá trình sinh hóa xảy ra trong nguyên liệu, giữ màu sắc của nguyên liệu không hoặc ít bị biến đổi Đối với nguyên liệu thực vật, dưới tác dụng của enzyme peroxidase, polyphenoloxidase trong các nguyên liệu thường xảy ra quá trình oxy hóa các chất chát, tạo thành flobafen có màu đen. Chần, hấp, đun nóng làm cho hệ thống enzyme đó bị phá hủy nên nguyên liệu không bị thâm đen. Đối với nguyên liệu động vật, quá trình chần, hấp làm cho quá trình phân giải bị đình chỉ. Nước chần nguyên liệu có thể được sử dụng làm nước rót hộp 17
23. - Làm thay đổi trọng lượng và thể tích của nguyên liệu để các quá trình chế biến tiếp theo được thuận lợi Khi gia nhiệt, các nguyên liệu chứa nhiều tinh bột hút nước sẽ trương nở, như đậu khô sau khi chần sẽ tăng thể tích gần 2 lần và khối lượng tăng 1,85 lần, nên khi thanh trùng sẽ chóng chín, dung dịch rót vào không bị hút nhiều. Với nguyên liệu giàu protid, do bị đông tụ dưới tác dụng của nhiệt, sẽ làm giảm thể tích và trọng lượng. Sự thay đổi trọng lượng và thể tích của nguyên liệu sau khi gia nhiệt làm cho sản phẩm ổn định, đáp ứng các yêu cầu về tỉ lệ cái - nước và thành phần các cấu tử trong hộp. - Giảm tỉ lệ tổn thất nguyên liệu và nâng cao hiệu suất chế biến Đối với nguyên liệu thực vật, quá trình chần, hấp làm cho tinh bột bị hồ hóa, giúp nguyên liệu đàn hồi, khó gẫy vỡ khi xếp hộp. Mặt khác, khi chần protopectin thủy phân thành pectin hòa tan, làm cho việc bóc vỏ bỏ hạt nhanh và phế liệu ít. Làm tăng độ thẩm thấu của chất nguyên sinh, làm cho dịch bào thoát ra dễ dàng (khi ép nước quả) hoặc dung dịch nước rót dễ ngấm vào nguyên liệu (trong sản xuất quả nước đường, mứt miếng, rau ngâm giấm) Đối với nguyên liệu động vật, khi xử lý nhiệt thì colagen chuyển thành gelatin giúp cho quá trình tách thịt ra khỏi xương, da dễ dàng, do đó nâng cao hiệu suất chế biến. - Đuổi khí có trong gian bào của nguyên liệu Nhằm hạn chế tác dụng của Oxy xảy ra trong hộp, tránh phồng hộp, ăn mòn vỏ hộp sắt, oxy hóa vitamin Chần còn làm giảm các chất có mùi vị không thích hợp như vị đắng (măng, cà tím) các hợp chất lưu huỳnh (rau cải, cải bắp, gia cầm) - Làm cho rau quả có màu sáng hơn do phá hủy một số chất màu Khi chần trong dung dịch acid citric hoặc NaHSO3 những chất này sẽ phá hủy một số hợp chất màu, làm cho nguyên liệu có màu sáng hơn. - Làm giảm lượng vi sinh vật bám trên bề mặt của nguyên liệu Mặc dù xử lý ở nhiệt độ không cao lắm, với thời gian không dài, nhưng có thể tiêu diệt một số vi sinh vật kém chịu nhiệt bám trên bề mặt nguyên liệu. 3. Ảnh hưởng của quá trình chần, hấp đến chất lượng sản phẩm 3.1. Về dinh dưỡng Trong quá trình chần, hấp, chất lượng sản phẩm giảm không nhiều. Sự mất mát chất dinh dưỡng thường do hòa tan hơn là bị biến đổi. Các chất khoáng, vitamin cũng như một số các cấu tử hòa tan bị hoà tan trong nước chần. Lượng các cấu tử hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Môi trường chất tải nhiệt (nước, hơi nước hay không khí nóng): quá trình hấp sẽ tổn thất chất hoà tan ít hơn chần, tuy nhiên cấu tạo thiết bị phức tạp và chi phí tốn kém hơn. - Nhiệt độ, thời gian chần, hấp: nhiệt độ càng cao, thời gian càng dài, sẽ tổn thất dinh dưỡng càng nhiều. Bảng 2.1. Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) theo điều kiện chần, hấp khác nhau, % Điều kiện xử lý Trước khi xử lý Sau khi xử lý Tỉ lệ tổn thất 18
24. Nước ở nhiệt độ 90oC 10,9 6,9 36,7 Nước ở nhiệt độ 100oC 11,2 6,7 40,0 Hơi nước ở nhiệt đô 100oC 12,8 10,8 15,6 Hơi nước ở nhiệt độ 110oC 17,9 9,0 49,7 (GUERRANT, O’HARA. 1996) - Nồng độ chất tan có trong nước chần: nước chần chứa nhiều chất hữu cơ, chất tan sẽ ít hòa tan vào nước hơn (Nếu chần trong môi trường có chứa sẵn chất tan, thì chất tan trong nguyên liệu ít hòa tan vào nước chần hơn) Có thể chần trong dung dịch đường hoặc muối. - Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và nước chần: diện tích tiếp xúc càng lớn, tổn thất chất tan càng nhiều. Loại củ và hạt ít tổn thất chất tan hơn rau. 3.2. Về màu sắc - Màu chlorophyl Chlorophyl thường tồn tại ở 2 dạng: chlorophyl A và chlorophyl B. Trong đó chlorophyl A tương đối nhạy cảm với nhiệt hơn chlorophyl B. Chlorophyl biến đổi khi xử lý trong môi trường acid hoặc có oxy (chlorophyl có màu xanh biến đổi thành pheophytin có màu vàng xanh – vàng olive Chlorophyl A Nhiệt, acid Pheophytin A Chlorophyl B Pheophytin B Nhiệt, acid - Màu anthocyan Trong nguyên liệu, anthocyan thường tồn tại ở dạng phức hợp leucoanthocyan. Anthocyan là chất hòa tan trong nước. Do đó, không nên chần nguyên liệu chứa anthocyan trong môi trường có nhiều nước. Nhiệt Oxy hóa Leucoanthocyan Anthocyan Mất à - Màu caroten Caroten tương đối bền nhiệt, vì vậy ít bị biến đổi trong qua trình chần, hấp. Mặt khác, trong quá trình tồn trữ, nguyên liệu được chần, hấp thì hàm lượng caroten lại ổn định hơn nguyên liệu không chần. 3.3. Về mùi vị Các chất mùi thường hiện diện trong nguyên liệu là các hợp chất ester dễ bay hơi. Vì vậy, mùi vị giảm một ít sau khi chần, hấp. 19
25. 3.4. Về cấu trúc Một trong những mục đích của quá trình chần, hấp là làm mềm cấu trúc của rau quả, để tạo điều kiện dễ dàng khi cho vào bao bì hoặc tách vỏ, hạt ra khỏi thịt quả. Tuy nhiên, đối với một số sản phẩm thì quá trình chần, hấp, làm mềm cấu trúc không mong muốn. Mà một trong những nguyên nhân làm mềm cấu trúc là do protopectin biến thành pectin. Vì vây, để duy trì độ cứng của sản phẩm, ta có thể cho thêm CaCl2 vào nước chần, để tạo thành phức pectat calci. 4. Giới thiệu thiết bị chần, hấp Thiết bị chần, hấp được phân loại theo các nguyên tắc - Làm việc gián đoạn hay liên tục - Trong chân không, áp suất thường hay áp suất cao Thiết bị thường có một băng tải đặt trong thùng chứa nước hay phun hơi, hơi nước theo ống phun vào thùng hay phòng hấp, băng tải di chuyển với tốc độ sao cho khi qua thiết bị, nguyên liệu đã được chần đạt yêu cầu. Hình 2.1. Thiết bị hấp II. RÁN (CHIÊN) NGUYÊN LIỆU 1. Khái quát - Rán là cho nguyên liệu vào trong dầu ở nhiệt độ cao. Dầu dùng để rán nguyên liệu có thể là dầu lạc, dầu bông, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cọ, dầu olive Đối với thịt, có thể dùng mỡ động vật để rán. - Trong sản xuất đồ hộp, rán được dùng khi chế biến rau rán làm gia vị, chế biến các loại đồ hộp cá, thịt sauce (sốt) cà chua 2. Mục đích Rán nguyên liệu trong sản xuất đồ hộp nhằm các mục đích: - Tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. - Tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. 20
26. - Tiêu diệt hệ thống men và vi sinh vật. 3. Quá trình rán 3.1. Yêu cầu và tính chất của dầu mỡ dùng để rán Có thể dùng dầu hoặc mỡ, nên dùng dầu đã tinh chế. Dầu rán phải đạt các yêu cầu sau: - Mùi vị: không ôi, khét, có mùi đặc trưng. - Màu sắc: trong, sáng, không lắng cặn. - Lượng ẩm và các chất bay hơi không quá 0.3 %. - Chỉ số acid của dầu < 0.2. 3.2. Phương pháp rán *Giai đoạn rán: Phải tiến hành rán đúng chế độ: - Đối với rau, nhiệt độ rán : 120 - 1600C. - Đối với thịt cá, nhiệt độ rán: 140 - 1800C. Thời gian rán 5 - 20 phút, thay đổi tùy theo loại nguyên liệu, nhiệt độ lò rán và lượng nguyên liệu đưa vào rán. Nguyên liệu cho vào rán phải đồng đều và phải ngập hẳn trong dầu. Lớp nguyên liệu phải thấp hơn mặt thoáng của dầu từ 5 - 10 cm. Trong quá trình rán, phải kiểm tra chất lượng của dầu. Khi chỉ số acid của dầu lớn hơn 4 thì phải thay dầu, nhưng nếu chưa có mùi ôi khét, màu chưa tối thẫm thì cho phép tiếp tục rán, nhưng không cho phép chỉ số acid vượt quá 5. *Giai đoạn làm nguội: Nguyên liệu sau khi rán được làm nguội ngay đến nhiệt độ 35 - 400C, có thể làm nguội bằng các phương pháp sau: - Phương pháp đơn giản nhất là dùng quạt gió, không khí lưu thông làm nguội nguyên liệu. Với phương pháp này, dây chuyền sản xuất có thể bị gián đoạn và vi sinh vật trong không khí lại xâm nhập vào sản phẩm. - Làm nguội nguyên liệu rán trong thiết bị chân không, với áp suất từ 700 - 710mmHg. Nguyên liệu được làm nguội nhanh tới 35 - 400C chỉ trong vài phút. Với phương pháp này đảm bảo dây chuyền sản xuất liên tục, không sợ nhiễm vi sinh vật vào sản phẩm. - Ngoài ra còn làm nguội nguyên liệu bằng cách nhúng vào dầu nguội. Phương pháp này rút ngắn được thời gian rất nhiều, vì hệ số truyền nhiệt từ sản phẩm đến dầu lớn gấp 40 - 50 lần hệ số truyền nhiệt từ sản phẩm đến không khí. Phương pháp này có nhược điểm là hàm lượng chất béo trong nguyên liệu sau khi làm nguội cao, chỉ thích hợp cho sản phẩm cá ngâm dầu. 4. Độ rán Người ta xác định chất lượng rán và thời điểm ngừng rán bằng hình thức bên ngoài, mùi vị sản phẩm và bằng độ rán. Trong đánh giá độ rán, người ta đánh giá bằng 2 độ rán: Độ rán biểu kiến và độ rán thực tế. 21
27. - Độ rán biểu kiến: Chỉ tỉ lệ nguyên liệu giảm đi sau khi rán, so với nguyên liệu trước khi rán. Được xác định theo công thức: A − B X = 100 (%) A Với A : Trọng lượng nguyên liệu trước khi rán (kg). B : Trọng lượng nguyên liệu sau khi rán (kg). Độ rán biểu kiến được dùng để kiểm tra hay tính toán các chỉ tiêu, định mức kinh tế kỹ thuật và tính năng suất thiết bị. 22
28. - Độ rán thực tế: Chỉ lượng nước bay hơi trong nguyên liệu sau khi rán. Độ rán thực tế bằng tổng độ rán biểu kiến với lượng dầu đã thấm vào nguyên liệu. A − B B.m X 1 = 100 + (%) A A Với m : Tỉ lệ dầu hút vào sản phẩm (%) Độ rán thực tế chỉ được sử dụng trong các quá trình tính nhiệt. Độ rán biểu kiến luôn thấp hơn độ rán thực tế, vì trong khi rán một phần nước đã bốc hơi nhưng nguyên liệu lại hút một phần dầu rán vào. Độ rán biểu kiến luôn thấp hơn độ rán thức tế, vì trong khi rán thì một phần nước bốc hơi nhưng nguyên liệu lại hút một phần dầu rán vào. Lượng dầu thấm vào sản phẩm trung bình 7 – 13% Độ rán biểu kiến trung bình 30 – 53% Độ rán thực tế trung bình 41 – 64% 5. Những biến đổi trong quá trình rán 5.1. Biến đổi của nguyên liệu - Protid trong nguyên liệu bị biến tính. Rau chứa ít protid nên khi đông, protid chuyển thành dạng hạt rời, rồi phân hủy thành dạng bông. Sự biến đổi của protid bắt đầu ở nhiệt độ 30 – 35oC, và tốc độ tăng dần theo nhiệt độ, ở nhiệt độ 60 – 65oC thì protid đã bị biến tính. Các protid mất tính tan, các phân tử protid chứa S bị cắt đứt, giải phóng H2S. - Glucid bị biến đổi, đường và tinh bột ở lớp bề mặt bị caramel hóa. Protopectin bị thủy phân thành pectin hòa tan, làm rau rán trở nên mềm. - Chlorophyl chuyển thành pheophytin, caroten ít bị phân hủy, nhưng lại tan nhiều trong dầu nóng làm cho dầu có màu da cam. Các chất hữu cơ hòa tan và các vitamin hòa tan trong chất béo đều chuyển vào dầu. Vitamin B1, B2 tổn thất ít. Vitamin C bị phá hủy 7 – 18%. Các ester và các chất thơm bay hơi cũng bị tổn thất khi rán. - Nước thoát ra làm tăng nồng độ chất khô. 5.2. Biến đổi của dầu Trong quá trình rán, do tác dụng của nhiệt độ cao và thời gian dài, do tác dụng của nước thoát ra từ nguyên liệu và do dự hòa lẫn các chất glucid, protid, lipid, tạo thành nhũ tương, do tiếp xúc với không khí trên mặt thoáng và với mặt truyền nhiệt, nên dầu bị biến tính - Khi rán độ nhớt của dầu tăng do các chất dinh dưỡng trong nguyên liệu dịch chuyển vào dầu, dầu bị xẫm màu . - Ở nhiệt độ cao, dầu tiếp xúc với hơi nước và oxy nên bị thủy phân và oxy hóa thành acid béo, glyceril, rồi thành các chất peroxide, aldehide, cetone (có mùi ôi khét) và acrolein (là chất lỏng, độc, khi rán bốc thành khói xanh thoát ra trên mặt thoáng của dầu làm cay mắt) theo sơ đồ sau: 23
29. Chất béo (dầu, mỡ) Nhiệt, Glyceril + acid béo Nhiệt O hóa Acrolein Aldehide, cetone (Gây độc) (Ôi dầu) Hình 2.2. Biến đổi của dầu trong quá trình rán Hiện nay, biện pháp chủ yếu để chống hiện tượng hư hỏng dầu trong khi rán là duy trì dầu rán trong lò rán với thời gian ngắn nhất. Người ta còn chống oxy hóa dầu bằng cách cho chất chống oxy hóa vào dầu rán. Bảng 2.2. Chất chống oxy hóa cho phép sử dụng Liều lượng TÊN GỌI TÊN CHẤT CHỐNG OXY HÓA có thể chấp nhận (mg/kg thể trọng/ngày) E 300 Acid L-ascorbic E 301 L-ascorbat Na Không giới hạn L-ascorbat Ca E 302 Acid diacetyl 5,6-L-ascorbic E 303 Acid palmityl 6-L-ascorbic E 304 E 306 Chất chiết tự nhiên giàu tocopherol E 307 Alpha-tocopherol (tổng hợp) Không giới hạn E 308 Gamma-tocopherol (tổng hợp) E 309 Delta-tocopherol (tổng hợp) E 310 Propyl Gallate E 311 Octyl Gallate 0 – 0,5 E 312 Dodécyl Gallate E 320 Butylhydroxyanisole (BHA) 0 – 0,5 E 321 Butylhydroxytoluen (BHT) 0 – 0,5 (Tổ chức CEE - Communauté Économique Européenne - 1990) Cơ chế chống oxy hóa chất béo ROOO + AH ROOH + AO ROO + AH ROH + AO RO + AH RH + AO O O OH + AH H2O + A 24
30. 6. Giới thiệu thiết bị rán Thông thường thiết bị rán chỉ là 1 thùng chứa dầu, được đun nóng bằng đốt cháy nhiên liệu. Ngày nay, người ta đã thiết kế được thiết bị rán chân không, để hạn chế sự oxy hóa dầu, và ít gây biến đổi nguyên liệu rán. Hình 2.3. Thiết bị rán chân không III. CÔ ĐẶC 1. Khái quát Cô đặc là làm bốc hơi nước của sản phẩm bằng cách đun sôi. Quá trình cô đặc được sử dụng nhiều trong công nghiệp đồ hộp để sản xuất cà chua cô đặc, mứt, nước quả cô đặc, các loại soup khô, sữa đặc 2. Mục đích Cô đặc nhằm mục đích: - Tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm, làm tăng độ sinh năng lượng của thực phẩm. - Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩm thấu cao). - Giảm được khối lượng vận chuyển. 3. Các yếu tố kỹ thuật của quá trình cô đặc thực phẩm Quá trình cô đặc thực phẩm có 3 thông số cơ bản: nhiệt độ sôi, thời gian sản phẩm lưu lại trong thiết bị (thời gian cô đặc) và cường độ bốc hơi. 25
31. 3.1. Nhiệt độ sôi - Khi tiến hành một quá trình cô đặc thực phẩm người ta đun nóng khối sản phẩm tới nhiệt độ sôi. Nước trong sản phẩm bốc hơi cho đến khi nồng độ chất khô đã đến nồng độ yêu cầu thì ngừng quá trình cô đặc và cho sản phẩm ra khỏi thiết bị. - Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc áp suất hơi ở trên bề mặt, nồng độ chất khô và tính chất vật lý, hóa học của sản phẩm. Khi áp suất hơi trên bề mặt của sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ sôi của sản phẩm càng thấp. Vì vậy việc tạo độ chân không trong thiết bị cô đặc sẽ giảm được nhiệt độ sôi của sản phẩm. Hay nói cách khác là điều chỉnh nhiệt độ sôi bằng cách thay đổi độ chân không. Bảng 2.3. Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước Độ chân không (mmHg) Nhiệt độ sôi (0C) 0 100 126 95 234 90 326 85 405 80 430 75 526 70 572,5 65 610 60 642 55 667,6 50 690 44,5 (Nguyễn Vân Tiếp và ctv. 2000) Khi nồng độ chất khô trong sản phẩm càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao. Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng tăng dần. Bảng 2.4. Quan hệ giữa nồng độ chất khô và nhiệt độ sôi ở 760 mmHg Nồng độ chất khô (%) Nhiệt độ sôi ở 760 mmHg (0C) 55 102,4 60 103,5 65 104,5 70 105,5 75 107,5 (Nguyễn Vân Tiếp và ctv. 2000) 26
32. - Nhiệt độ sôi thấp thì tính chất của thực phẩm ít bị biến đổi như sinh tố ít bị tổn thất, màu sắc ít bị biến đổi, mùi thơm cũng ít bị bay hơi. Nhiệt độ sôi thấp còn làm giảm tốc độ ăn mòn và kéo dài thời gian bền của vật liệu làm thiết bị cô đặc. 3.2. Thời gian cô đặc - Là thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị cô đặc cho sự bốc hơi nước ra khỏi nguyên liệu để đạt đến độ khô yêu cầu. - Thời gian cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm việc của thiết bị và cường độ bốc hơi của sản phẩm. Các thiết bị cho nguyên liệu vào, sản phẩm ra liên tục và sản phẩm có cường độ bốc hơi lớn thì thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị càng ngắn. 3.3. Cường độ bốc hơi Cường độ bốc hơi của sản phẩm phụ thuộc cường độ trao đổi nhiệt giữa hơi nóng và sản phẩm bốc hơi. Cường độ trao đổi nhiệt được đặc trưng bằng hệ số truyền nhiệt của quá trình cô đặc. Hệ số truyền nhiệt càng lớn, cường độ bốc hơi càng cao. 4. Biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc + Biến đổi vật lý Thực phẩm cô đặc là một hệ của nhiều chất hòa tan như đường, acid, muối, còn chứa cả các chất không tan như tinh bột, cellulose ở trạng thái huyền phù. Khi cô đặc, dung môi bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lượng riêng tăng, nhưng hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lượng không khí còn lại trong gian bào và hòa tan trong sản phẩm cũng giảm. + Biến đổi hóa học - Các loại đường trong rau quả, do chịu tác dụng của nhiệt độ cao ở bề mặt truyền nhiệt của thiết bị cô đặc, nên bị caramel hóa. Hiện tượng caramel hóa tạo ra các sản phẩm có màu đen và vị đắng làm sản phẩm có chất lượng kém. Ở nhiệt độ 95oC, đường khử có thể bị caramel hóa. Ở nhiệt độ 160oC, quá trình caramel hóa xảy ra mạnh. Ở 160oC, saccharose loại 1 phân tử nước tạo ra glucosan và fructosan. Ở 185 – 190oC, glucosan kết hợp với fructosan tạo thành isosaccharosan. Tiếp tục, 2 phân tử isosaccharosan kết với nhau, loại 2 phân tử nước tạo thành caramelan. Caramelan lại kết hợp với isosaccharosan, loại 3 phân tử nước tạo thành caramelen. Khi nhiệt độ tăng cao trên 200oC tạo thành caramelin (mất tính hòa tan) Sơ đồ phản ứng caramel hóa như sau: 160oC, - C12H22O11 C6H10O5 + C6H10O5 185 – 27
33. C12H20O10 190o C > - C24H26O13 C36H50O25 C24H36O18 Hình 2.4. Quá trình carmel hóa của đường saccharose - Hiện tượng xẫm màu còn do phản ứng giữa protein (nhóm –NH2) và đường khử (nhóm –CHO) tạo các melanoidin. - Tinh bột sẽ bị hồ hóa. Pectin bị phân hủy nên giảm tính tạo đông trong nấu mứt - Các chất thơm và các chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ bốc theo hơi nước làm giảm hương vị của sản phẩm. - Hàm lượng vitamin trong sản phẩm giảm do tác dụng của nhiệt độ cao. Do đó để tránh tổn thất vitamin, ta dùng thiết bị cô đặc chân không. 28
34. 5. Giới thiệu thiết bị cô đặc Cô đặc có thể dùng loại thiết bị hở hoặc thiết bị cô chân không. + Thiết bị cô đặc hở (làm việc ở áp suất thường): thường dùng để nấu mứt + Thiết bị cô đặc chân không: thường dùng để cô đặc cà chua, nước quả Thiết bị cô chân không có loại 1 nồi hoặc nhiều nồi, nhưng loại nhiều nồi có ưu điểm hơn loại một nồi: - Tiết kiệm hơi vì dùng được hơi thứ và tổn thất ít hơi. - Chất lượng sản phẩm tốt vì cô đặc liên tục, nhiệt độ sôi thấp, thời gian cô nhanh. Hình 2.5. Thiết bị cô đặc chân không 29
35. CHƯƠNG III QUÁ TRÌNH CHO SẢN PHẨM VÀO BAO BÌ - BÀI KHÍ - GHÉP KÍN I. QUÁ TRÌNH CHO SẢN PHẨM VÀO BAO BÌ 1. Sơ lược bao bì đồ hộp 1.1. Loại bao bì Trong sản xuất đồ hộp thường sử dụng 2 nhóm bao bì : - Bao bì gián tiếp : để đựng các đồ hộp thành phẩm, tạo thành các kiện hàng, thường là những thùng gỗ kín hay nan thưa hay thùng carton. - Bao bì trực tiếp : tiếp xúc với thực phẩm, cùng với thực phẩm tạo thành một đơn vị sản phẩm hàng hóa hoàn chỉnh và thống nhất, thường được gọi là bao bì đồ hộp. Trong nhóm này, căn cứ theo vật liệu bao bì, lại chia làm các loại : bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì bằng chất trùng hợp, bao bì giấy nhiều lớp v.v * Bao bì kim loại có ưu điểm là nhẹ, truyền nhiệt tốt, có độ bền cơ học tốt, nhưng có độ bền hóa học kém, hay bị rỉ và bị ăn mòn. * Bao bì thủy tinh thì bền vững về mặt hóa học, hình thức đẹp, nhưng có nhược điểm cơ bản là nặng, dễ vỡ và truyền nhiệt kém. * Chất trùng hợp có loại chịu được tác dụng của nhiệt độ cao, có loại không chịu được tác dụng của nhiệt. Có ưu điểm là nhẹ, dễ gia công, rẻ tiền. * Bao bì giấy nhiều lớp, với 2 tính chất: chống thấm và chịu đựng (va chạm và sự tiếp xúc với thực phẩm) là loại bao bì màng ghép, gồm có các lớp sau ( dùng bao bì phức hợp ): o Lớp ngoài cùng là PE: chống ẩm o Lớp mực in (cellophane): dễ in o Lớp giấy: tăng cứng cho bao bì o Lớp PE: nối kết giữa lớp giấy và lớp nhôm ở trong cùng o Lớp nhôm: ngăn ẩm, giữ mùi, ngăn sáng. o Đối với loại đóng chai thì sử dụng HDPE Hiện nay, bao bì đồ hộp phổ biến nhất vẫn là bao bì kim loại, trong đó chủ yếu là sắt tây, hộp nhôm. Chất trùng hợp cũng được dùng nhiều làm bao bì thực phẩm. Theo xu thế chung của thế giới người ta đang thay dần một cách hợp lý bao bì thủy tinh bằng bao bì chất trùng hợp, gỗ bằng carton lượn sóng, giấy bồi cứng bằng chất trùng hợp dẻo, kim loại bằng chất trùng hợp cứng hoặc dẻo. 28
36. 1.2. Kiểu nắp bao bì thủy tinh - Kiểu PRESS-TWIST (Phương pháp xoắn ốc): Nắp và cổ bao bì có rãnh xoắn ốc. Ưu điểm : • Mở nắp dễ và tiện Nhược điểm • Hạn chế năng suất ghép, • Cấu trúc và sử dụng máy phức tạp, • Khó gia công • Tốn kim loại làm nắp • Bao bì phải làm cổ xoắn, khó gia công, không đảm bảo độ kín khi bảo quản - Kiểu TWIST-OFF : dùng cho bao bì miệng rộng, cổ ngắn, nắp sắt. Vòng đệm đặt ở đáy nắp. Khi đậy và tháo nắp chỉ cần xoay ¼ vòng nắp Ưu điểm : • Mở nắp dễ và tiện Nhược điểm • Hạn chế năng suất ghép, • Cấu trúc và sử dụng máy phức tạp, • Khó gia công • Tốn kim loại làm nắp • Bao bì phải làm cổ xoắn, khó gia công, không đảm bảo độ kín khi bảo quản - Kiểu EUROCAP : dùng cho bao bì miệng rộng. Vòng đệm đặt ở đáy nắp và vít chặt lấy miệng bao bì. Ưu điểm • Ít tốn kém kim loại làm nắp • Dễ mở nắp Nhược điểm • Hạn chế năng suất ghép, • Chế tạo nắp phức tạp, • Không đảm bảo độ kín khi bảo quản lâu dài - Kiểu PRY-OFF (ghép nén) : dùng cho cả loại miệng rộng và miệng hẹp. Nắp kim loại có đệm cao su đặt quanh thành, sẽ bị kéo căng và dính sát vào miệng chai khi trong chai có chân không. Ưu điểm • Năng suất ghép cao, ghép dễ • Máy ghép dùng cho nhiều cỡ bao bì • Nắp giữ nguyên vẹn và dễ mở • Đảm bảo độ kín • Bao bì ít bị vỡ và gia công dễ 29
37. Hình 3.1. Bao bì kim loại Hình 3.2. Bao bì thủy tinh 3.3. Kiểu nắp bao bì thủy tinh 30
38. 2. Yêu cầu bao bì đồ hộp Phải đáp ứng các yêu cầu : - Không gây độc cho thực phẩm, không làm cho thực phẩm biến đổi chất lượng, không gây mùi vị, màu sắc lạ cho thực phẩm. - Bền đối với tác dụng của thực phẩm. - Chịu được nhiệt độ và áp suất cao. - Truyền nhiệt tốt, chắc chắn, nhẹ. - Dễ gia công, rẻ tiền. - Hình thức hấp dẫn, thích hợp với sản phẩm. - Sử dụng vận chuyển, bảo quản tiện lợi. Bảng 3.1. Quy cách các loại lon phổ biến Số KÍCH CỠ TRÁNG VECNI PHẠM VI SỬ TT mm Trọng lượng Trong Ngoài DỤNG 1 153 x 178 108 oz Không Không Dứa, rau quả màu nhẹ 2 153 x 178 108 oz Vàng, 1 lớp Không Nấm, rau quả màu đậm, măng 3 153 x 178 108 oz Vàng, 2 lớp Không Rau quả ăn mòn cao 4 153 x 178 108 oz Xám, 1 lớp Không Cá, đạm 5 153 x 114 Xám, 2 lớp Clear 1 lớp Cá, đạm 6 99 x 119 30 oz Không Không Dứa, rau quả màu nhẹ Thực phẩm khô: sữa bột, café bột 7 99 x 119 30 oz Vàng, 1 lớp Không Nấm, rau quả màu đậm, măng 8 99 x 119 30 oz Xám, 2 lớp Không Cá, đạm 9 83 x 113 20 oz Không Không Dứa, rau quả màu nhẹ 10 83 x 113 20 oz Vàng, 1 lớp Không Nấm, rau quả màu đậm, măng Thực phẩm khô: đậu phộng chiên 11 74 x 113 15 oz không Không Dứa, rau quả màu nhẹ 12 74 x 113 15 oz Vàng, 1 lớp Không Nấm, rau quả màu đậm, măng 13 74 x 113 15 oz Không Cá, đạm 14 50 x 132 250 ml Vàng, 2 lớp Clear 1 lớp Nước yến, nước trái cây 52 x 132 15 57 x 91 250 ml Vàng, 2 lớp Clear 1 lớp Nước tăng lực, nước trái cây 65 x 91 62 x 91 16 52 x 89 150 g Vàng hay Clear 1 lớp Cá mòi, cá trích xam, 2 lớp (Công ty hộp sắt Tovecan) 31
39. 3. Chuẩn bị bao bì đựng sản phẩm Trước khi sử dụng, các loại bao bì phải kiểm tra lại phẩm chất và rửa sạch. - Bao bì kim loại đủ tiêu chuẩn được rửa sạch bằng nước lã, nước nóng, khi cần thiết có thể dùng dung dịch kiềm loãng hay nước xà phòng loãng, sođa, để làm sạch tạp chất bụi cát, dầu khoáng còn dính ở vỏ hộp khi gia công, để ráo hoặc sấy khô. - Các loại bao bì thủy tinh thường nhiễm bẩn và khó rửa sạch hơn bao bì kim loại, phải rửa kỹ bằng hóa chất. Các dung dịch kiềm (NaOH, KOH, Na2CO3) thường làm cho thủy tinh bị mờ vì tạo ra trên mặt thủy tinh các hợp chất Calci carbonat. Dung dịch hỗn hợp của NaOH 3 %, Na3PO4 1 % và Na2SiO3 không làm mờ thủy tinh. Để sát trùng chai lọ thủy tinh, dùng hóa chất có chứa Cl2 với lượng Cl2 hoạt động phải đạt 100 mg/l. Sau khi rửa hóa chất, sát trùng, rửa lại bằng nước nóng hay nước lã sạch, sấy khô hoặc để ráo. - Đối với nút chai có lớp đệm bằng chất dẻo không chịu được tác dụng của nhiệt độ cao và nước lâu. Sau khi rửa sạch bằng nước lã, ngâm vào dung dịch acid benzoic hay Natri benzoat có nồng độ 1 - 5 %. 4. Thành phần và trọng lượng tịnh của sản phẩm cho vào bao bì a. Thành phần Đa số các loại đồ hộp gồm có phần rắn chiếm từ 60 - 70 % và phần lỏng chiếm từ 30 - 40 %. Phần rắn bao gồm nhiều nguyên liệu chế biến khác nhau như rau, quả, thịt, cá cùng với gia vị. Phần lỏng như nước đường, nước muối, nước giấm, nước luộc, dầu, nước sốt (sauce). Có loại đô hộp chỉ là một khối đặc đồng nhất như nước quả, paté Tỉ lệ các thành phần nguyên liệu trong một loại đồ hộp có ý nghĩa rất quan trọng đến việc chế biến đồ hộp có chất lượng cao. Khi thành phần nước rót trong hộp dư nhiều sẽ làm giảm giá trị dinh dưỡng của đồ hộp vì hàm lượng chất khô thấp. Nhưng nếu không đủ thành phần nước rót thì giảm giá trị cảm quan, làm cho một phần sản phẩm bị khô, khó thanh trùng. Do đó phải đảm bảo đúng tỉ lệ phần rắn và phần lỏng trong hộp, tỉ lệ này còn gọi là tỉ lệ cái - nước, đây là chỉ tiêu phẩm chất quan trọng của đồ hộp. Khi đánh giá chỉ tiêu này, người ta xác định ở đồ hộp thành phẩm đã thanh trùng và để ổn định ít nhất 15 ngày. Vì trong thời gian thanh trùng và bảo quản, các thành phần chất khô trong sản phẩm sẽ khuếch tán, tiến tới ổn định ở phần rắn và lỏng. Nên tỉ lệ cái - nước khi bảo quản sẽ thay đổi. Thường tỉ lệ cái vào hộp phải cao hơn tỉ lệ cái quy định trong thành phẩm từ 10 - 30 %, tùy theo loại nguyên liệu. b. Trọng lượng tịnh Là tổng số trọng lượng sản phẩm chứa trong đồ hộp. Trong sản xuất ta phải đảm bảo trọng lượng tịnh của đồ hộp. Trọng lượng tịnh của từng cỡ hộp phụ thuộc vào từng loại mặt hàng, được phép sai số từ 1 - 3 %. 5. Cho sản phẩm vào bao bì Trong nhiều dây chuyền sản xuất đồ hộp, các sản phẩm cho vào bao bì đã được cơ khí hóa. Nhưng đa số các loại rau, quả, cá, thịt còn phải cho vào hộp bằng thủ công. 32
40. - Công nhân cho sản phẩm vào hộp phải thực hiện đầy đủ các quy định về vệ sinh và các yêu cầu của quy trình kỹ thuật đã quy định. - Công nhân làm việc ở nơi vào hộp phải có trang phục (quần, áo, mũ, khẩu trang, giày dép, găng tay ) gọn gàng, sạch sẽ để tránh tạp chất. - Phải rửa tay bằng thuốc sát trùng như nước có chứa Chlorin và phải không có bệnh truyền nhiễm. - Dụng cụ chế biến tùy theo mức độ bị nhiễm bẩn, phải làm vệ sinh nhiều lần trong 1 ca sản xuất hay mỗi ca 1 lần. - Cần phải xếp loại đồng đều về kích thước, màu sắc, hình dáng. Tóm lại, khi cho sản phẩm vào bao bì, phải đạt các yêu cầu sau : * Đảm bảo khối lượng tịnh và thành phần của hộp theo tỉ lệ quy định. * Có hình thức trình bày đẹp. * Đảm bảo hệ số truyền nhiệt. * Không lẫn các tạp chất. 1. Thùng chứa chất lỏng 2. Bơm chân không 3. Ống dẫn chất lỏng vào thùng 4. Phao 5. Mâm 6. Đường ray 7. Bánh xe 8. Piston 9. Soupap 10. Lò xo 11. Ống dẫn chất lỏng vào chai Hình 3.4. Cấu tạo hệ thống rót chất lỏng của máy rót chân không 33
41. II. BÀI KHÍ 1. Khái quát Trong các quá trình chế biến cơ học như nghiền, chà, lọc, ép v.v và vận chuyển các bán chế phẩm như bơm chuyển từ thùng chứa này sang thùng chứa khác, khi cho thực phẩm vào trong bao bì, đều làm cho một số không khí xâm nhập, hòa lẫn vào các sản phẩm đó. Trong các gian bào của thực phẩm lúc đóng hộp cũng còn tồn tại các chất khí như không khí, hơi nước, khí carbonic v.v Sản phẩm cho vào bao bì không hoàn toàn chiếm đầy cả dung tích của hộp mà còn lại một khoảng không gian trong hộp kín, chứa không khí và hơi nước. Trước khi ghép kín đồ hộp, cần đuổi bớt các chất khí tồn tại trong đồ hộp ấy đi. Quá trình này gọi là bài khí. 2. Mục đích Tiến hành bài khí trong sản xuất đồ hộp nhằm các mục đích sau đây : a. Giảm áp suất bên trong đồ hộp khi thanh trùng Nguyên nhân làm tăng áp suất bên trong đồ hộp khi thanh trùng, chủ yếu là do tồn tại lượng không khí trong đồ hộp đó sau khi ghép kín. Áp suất trong hộp khi thanh trùng bằng tổng áp suất riêng phần của không khí, áp suất riêng phần của hơi nước và áp suất do sản phẩm dãn nở. Khi áp suất tổng cộng ấy bằng 1,96 – 3,92.105 N/m2 (2 – 4at) có thể làm hỏng hộp. Bài khí sẽ làm giảm áp suất trong hộp, nên hộp khi thanh trùng không bị biến dạng hay hư hỏng hộp. b. Hạn chế sự oxy hóa các chất dinh dưỡng của thực phẩm Oxy của không khí còn lại trong đồ hộp làm cho các quá trình oxy hóa xảy ra trong đồ hộp làm cho các quá trình oxy hóa xảy ra trong đồ hộp mạnh, làm cho các sinh tố, nhất là sinh tố C bị tổn thất, các chất hữu cơ bị oxy hóa làm thay đổi hương vị màu sắc của thực phẩm trong đồ hộp đó. c. Hạn chế sự phát triển của các vi khuẩn hiếu khí còn tồn tại trong đồ hộp Sau khi thanh trùng đồ hộp, trong số các loại vi sinh vật còn sống, tồn tại các vi sinh vật hiếu khí và nha bào của nó. Nếu trong môi trường còn nhiều Oxy, các vi sinh vật đó có điều kiện phát triển, gây hư hỏng đồ hộp. Khi bài khí, các vi sinh vật hiếu khí không có điều kiện phát triển, nên dù còn sống cũng không gây hư hỏng đồ hộp. d. Hạn chế hiện tượng ăn mòn sắt tây Hộp sắt tây, nếu trong môi trường acid yếu, các lỗ nhỏ không phủ thiếc trên bề mặt, sẽ tạo ra những cặp pin li ti, mà hai điện cực là sắt và thiếc. Khi dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm, đẩy hydro thoát ra dung dịch đến bám vào cực âm, tạo thành một màng bảo vệ cực âm, hạn chế sự phân cực của pin và tiến tới làm ngừng quá trình ăn mòn. Nhưng nếu trong hộp còn oxy, oxy phản ứng ngay với hydro phá hủy màng bảo vệ, dòng điện tiếp tục chạy và diễn ra quá trình ăn mòn. Do đó, bài khí thì hiện tượng ăn mòn sẽ bị hạn chế 34
42. e. Tạo độ chân không trong đồ hộp khi đã làm nguội Đồ hộp thực phẩm cần phải có một độ chân không nhất định, để khi vận chuyển, bảo quản trong các điều kiện khí hậu khác nhau. Đồ hộp không có các biểu hiện phồng đáy, nắp, để người sử dụng có thể phân biệt được đồ hộp tốt hay xấu do các vi sinh vật tạo thành khí gây ra. Vì vậy độ chân không được coi là một chỉ số phẩm chất của đồ hộp. Độ chân không thường là 3,22 – 5,98.104 N/m2 (250 – 450 mmHg) trường hợp đặc biệt mới tới 8,65 – 9,05.104 N/m2 (650 – 680 mmHg) Ở Nhật Bản, áp suất trong hộp yêu cầu chỉ còn 1,06.104 N/m2 (hay 80 mmHg) 3. Phương pháp bài khí Trong sản xuất đồ hộp người ta dùng nhiều phương pháp bài khí khác nhau, nhưng chủ yếu là dùng phương pháp bài khí bằng nhiệt và dùng thiết bị chân không. a. Bài khí bằng nhiệt Phương pháp đơn giản và thuận lợi nhất để bài khí bằng nhiệt là cho sản phẩm vào bao bì khi còn nóng. Cho sản phẩm vào bao bì khi đã đun nóng tới khoảng 850C rồi ghép kín ngay. b. Bài khí bằng thiết bị chân không Người ta dùng bơm chân không để hút không khí ra khỏi hộp trong một phòng của máy ghép kín. Hiện nay biện pháp này được sử dụng phổ biến để tạo độ chân không có hiệu quả nhất trong đồ hộp. c. Phương pháp bài khí khác Ngoài các phương pháp trên, người ta còn tiến hành bài khí bằng phun hơi. Dùng hơi nước nóng phun vào khoảng không gian trong đồ hộp, trước khi ghép kín, hơi nước đẩy không khí ra ngoài. Sau khi ghép kín và làm nguội, hơi nước đó ngưng tụ và tạo độ chân không trong hộp. Phương pháp này chỉ áp dụng cho loại đồ hộp lỏng, còn các sản phẩm đặc thì sẽ làm xấu hình thức trên mặt của sản phẩm 4. Giới thiệu thiết bị bài khí Trong sản xuất nước quả, có thể dùng các thiết bị bài khí chân không : - Thiết bị bài khí ly tâm : Nước quả đưa vào phòng chân không có ngăn quay rồi theo rãnh vòng đi ra ngoài. - Thiết bị bài khí kiểu phun : nước quả được phun thành tia tạo thành các giọt rất nhỏ ở trong một thùng kín có hút chân không. - Thiết bị bài khí kiểu màng : dùng vòi phun mạnh nước quả vào thành một bình có bộ hút chân không để tạo thành màng chất lỏng rất mỏng trên thành bình. Các thiết bị này làm việc với độ chân không rất cao có thể tới 740 mmHg nên tác dụng bài khí rất mạnh. 35
43. III. GHÉP KÍN Trong quá trình chế biến đồ hộp, quá trình ghép kín nắp vào bao bì để ngăn cách hẳn sản phẩm thực phẩm với môi trường không khí và vi sinh vật ở bên ngoài, là một quá trình quan trọng, có ảnh hưởng tới thời gian bảo quản lâu dài các thực phẩm đó. Nắp hộp phải được ghép thật kín, chắc chắn. 1. Mối ghép Tiến hành ghép kín nắp vào bao bì sắt tây hay thủy tinh, hầu hết người ta dùng nắp bằng kim loại, chủ yếu là sắt tây. - Khi ghép kín hộp sắt người ta ghép kín bằng mối ghép kép, tức là chỗ mí hộp thì cả thân và nắp đều cuộn lại. - Khi ghép kín nắp bao bì thùy tinh bằng sắt, ghép kín bằng mối ghép đơn. Con lăn cuộn Con lăn ép Mối ghép Mối ghép đơn ké Hình 3.5. Cơ cấu ghép 36
44. Cho vào máy ghép Qua con lăn cuộn Qua con lăn ép Hình 3.6. Quá trình thực hiện mối ghép kép Hình 3.7. Mặt cắt ngang của hộp đã ghép kín 38
45. 2. Giới thiệu máy ghép nắp Hiện nay có rất nhiều loại máy ghép có cấu tạo khác nhau, tuy nhiên quá trình tạo ra mối ghép và nguyên tắc truyền động đều giống nhau. Có thể chia các máy ghép nắp làm 4 loại chính: - Máy ghép thủ công : Năng suất của máy là 6 - 10 hộp /phút, cao nhất không quá 20 hộp /phút. - Máy ghép bán tự động : Năng suất 20 - 25 hộp / phút. - Máy ghép tự động : Năng suất 120 hộp / phút. - Máy ghép tự động chân không. 1. Đông cơ điện 2. Bánh răng 3. Con lăn 4. Hộp 5. Mâm 6. Trục mâm 7. Cơ cấu đưa con lăn tiến sát vào máy 8. Bàn đạp Hình 3.8. Cấu tạo hế thống ghép nắp hộp kim loại (Bán tự động) 39
46. Hình 3.9. Máy ghép nắp bán tự động Hình 3.10. Máy ghép nắp tự động 40
47. 3. Thử độ kín của đồ hộp Đồ hộp sau khi ghép kín thường còn phải kiểm tra độ kín theo từng chu kỳ của thời gian sản xuất. Trong một ca sản xuất phải lấy mẫu 2 - 3 lần để kiểm tra độ kín. Có thể tiến hành thử độ kín của đồ hộp theo một trong các phương pháp sau : - Phương pháp ngâm trong nước nóng: Dùng để kiểm tra độ kín của đồ hộp sắt trong điều kiện phân xưởng: Rửa sạch hộp bằng nước nóng và xà phòng, để đứng thành một lớp trong chậu thủy tinh to có đựng nước nóng ở nhiệt độ không dưới 850C. Lượng nước nóng gấp khoảng 4 lần thể tích các hộp, mực nước phải ở trên mặt hộp từ 25 - 30 cm. Hộp để trong nước nóng từ 5 - 7 phút. Lúc đầu để đáy xuống, sau lật ngược, để nắp xuống dưới. Sau đó quan sát, nếu thấy bọt khí trong hộp thoát ra hàng loạt hoặc thoát ra đều đặn ở cùng một chỗ, thì hộp coi như bị hở. - Phương pháp hút chân không: Đặt đồ hộp đựng sản phẩm trong một bình hút chân không với độ chân không 50 mmHg. Do chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài hộp, làm cho nắp hộp phồng lên nếu hộp kín. Và nước trong sản phẩm có thể theo chỗ hở rỉ ra ngoài trong trường hợp mối ghép không kín. * Xử lý đồ hộp hở - Trường hợp phát hiện đuợc đồ hộp ghép không kín trước khi thanh trùng, cần phải điều chỉnh máy ghép kịp thời và có thể mở đồ hộp đó để chế biến lại hay chế biến thành các sản phẩm phụ. - Trường hợp phát hiện được đồ hộp ghép không kín sau khi thanh trùng, thì các đồ hộp đó đưa đi chế biến thành sản phẩm phụ. 41
48. CHƯƠNG IV CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG ĐỒ HỘP THỰC PHẨM Trong sản xuất đồ hộp thực phẩm, thanh trùng là một quá trình quan trọng, có tác dụng quyết định tới khả năng bảo quản và chất lượng của thực phẩm. Đây là biện pháp cất giữ thực phẩm theo nguyên lý tiêu diệt mầm móng gây hư hỏng thực phẩm (nguyên tắc đình chỉ sự sống) bằng nhiều phương pháp khác nhau: dùng dòng điện cao tần, tia ion hóa, siêu âm, lọc thanh trùng và tác dụng của nhiệt độ. I. CÁC HỆ VI SINH VẬT TRONG ĐỒ HỘP Các hệ vi sinh vật tồn tại trong đồ hộp nguy hiểm nhất là các loại vi khuẩn, sau đó mới đến nấm men và nấm mốc. 1. Vi khuẩn Các loại vi khuẩn phổ biến nhất thường thấy trong đồ hộp. a. Loại hiếu khí + Bacillus mesentericus : có nha bào, không độc, ở trong nước và trên bề mặt rau. Nha bào bị phá hủy ở 1100C trong 1 giờ. Loại này có trong tất cả các loại đồ hộp, phát triển nhanh ở nhiệt độ quanh 370C. + Bacillus subtilis : có nha bào không gây bệnh. Nha bào chịu 1000C trong 1 giờ, 1150C trong 6 phút. Loại này có trong đồ hộp cá, rau, thịt. Không gây mùi vị lạ, phát triển rất mạnh ở 25 - 350C. b. Loại kỵ khí + Clostridium sporogenes: cố định ở trạng thái tự nhiên của mọi môi trường. Nó phân hủy protid thành muối của NH3, rồi thải NH3,, sản sinh ra H2S, H2 và CO2. Nha bào của nó chịu đựng được trong nước sôi trên 1 giờ. Clostridium sporogenes có độc tố, song bị phá hủy nếu đun sôi lâu. Loại này có trong mọi đồ hộp, phát triển rất mạnh ở 27 - 580C. Nhiệt độ tối thích là 370C. + Clostridium putrificum: là loại vi khuẩn đường ruột, có nha bào, không gây bệnh. Các loại nguyên liệu thực vật đề kháng mạnh với Clostridium putrificum vì có phitonxit. Loại này có trong mọi đồ hộp, nhiệt độ tối thích là 370C. c. Loại vừa hiếu khí vừa kỵ khí + Bacillus thermophillus: có trong đất, phân gia súc, không gây bệnh, có nha bào. Tuy có rất ít trong đồ hộp nhưng khó loại trừ. Nhiệt độ tối thích là 60 - 70oC. 41
49. + Staphylococcus pyrogenes aureus : có trong bụi và nước, không có nha bào. Thỉnh thoảng gây bệnh vì sinh ra độc tố, dễ bị phá hủy ở 60 - 70oC. Phát triển nhanh ở nhiệt độ thường. d. Loại gây bệnh, gây ra ngộ độc do nội độc tố + Bacillus botulinus : còn có tên là Clostridium botulinum. Triệu chứng gây bại liệt rất đặc trưng : làm đục sự điều tiết của mắt, rồi làm liệt các cơ điều khiển bởi thần kinh sọ, sau đó toàn thân bị liệt. Người bị ngộ độc sau 4 - 8 ngày thì chết. Loại này chỉ bị nhiễm khi không tuân theo nguyên tắc vệ sinh và thanh trùng tối thiểu. Nha bào có khả năng đề kháng mạnh: ở 100oC là 330 phút, 115oC là 10 phút, 120oC là 4 phút. Độc tố bị phá hủy hoàn toàn khi đun nóng 80oC trong 30 phút. + Salmonella: thuộc nhóm vi khuẩn gây bệnh, hiếu khí, ưa ẩm, không có nha bào nhưng có độc tố. 2. Nấm men, nấm mốc + Nấm men: chủ yếu là Saccharomyces ellipsoides, hiện diện rộng khắp trong thiên nhiên. Nấm men thường thấy trong đồ hộp có chứa đường. Bào tử của nấm men không có khả năng chịu đựng được nhiệt độ cao, chúng có thể chết nhanh ở nhiệt độ 60oC. + Nấm mốc : ít thấy trong đồ hộp. Nói chung men, mốc dễ bị tiêu diệt ở nhiệt độ thấp và dễ loại trừ bằng cách thực hiện vệ sinh công nghiệp tốt. II. PHƯƠNG PHÁP THANH TRÙNG VẬT LÝ 1. Thanh trùng bằng tia ion hóa 1.1. Nguyên lý Tác dụng diệt trùng của các tia ion hóa là thay đổi cấu trúc của một số phân tử protein của tế bào vi sinh vật và làm ion hóa dung môi. Hiệu quả thanh trùng của tia ion hóa phụ thuộc vào thời gian xử lý, chiều dày của thực phẩm và lượng vi sinh vật nhiễm vào thực phẩm. 1.2. Các tia ion hóa Căn cứ vào tần số dao động điện từ, người ta chia tia sáng làm các loại : Bảng 4.1. Tần số dao động điện từ của các tia ion hóa Tần số dao động điện từ (Hz) Tia Tia hồng ngoại 1012 - 1014 Tia sáng trông thấy 1015 Tia tử ngoại 1016 - 1017 Tia X 1018 - 1020 Tia Rongel cứng, tia γ 1021 - 1022 (Nguyễn Vân Tiếp. 2000) 42
50. Các tia có tần số dao động cao thì có lực đâm xuyên cao. Tia X, tia γ là các tia ion hóa đều có tác dụng diệt trùng. Liều lượng sử dụng tùy thuộc vào bản chất từng loại vi sinh vật. Chiều dày tối đa của thực phẩm đem chiếu tia X và tia âm cực là 127mm (nếu chiếu cả 2 mặt). Tia hồng ngoại và tia tử ngoại là các tia bức xạ. Tác dụng của tia hồng ngoại là làm nóng sản phẩm để diệt vi sinh vật. Tia tử ngoại có tác dụng sát trùng là làm đông tụ protid và phá hủy hệ thống men của vi sinh vật. 2. Thanh trùng bằng sóng siêu âm Dưới tác dụng của siêu âm, môi trường lỏng truyền âm bị xô đẩy, bị ép và tạo chân không liên tiếp, sinh ra nhiều khoảng trống. Lúc đó, các chất hòa tan và hơi của chất lỏng lập tức dồn vào khoảng trống ấy, gây ra tác dụng cơ học làm chết vi sinh vật ở trong môi trường. Mặt khác trong quá trình ấy, một phần chất khí hòa tan bị ion hóa tạo ra nước oxy già (H2O2), Nitrogen oxy (NO) là những chất độc đối với vi sinh vật. Trong các loại vi sinh vật thì vi khuẩn dễ bị siêu âm tác dụng nhất. 3. Thanh trùng bằng dòng điện cao tần Thanh trùng bằng cách đặt sản phẩm trong điện trường của dòng điện xoay chiều (có tần số cao) Các phần tử tích điện trong sản phẩm (ion, điện tử) sẽ dao động do tác dụng của điện năng, chuyển điện năng được hấp thu thành nhiệt năng để làm chết vi sinh vật. Khả năng hấp thu điện năng tùy thuộc vào: • kích thước bao bì đựng thực phẩm, • điện áp • tần số của dòng điện. Tần số của dòng điện càng lớn hay bước sóng càng ngắn thì quá trình thanh trùng càng nhanh (Tần số thích hợp nhất là 3.108 - 3.107 Hz). Thời gian thanh trùng chỉ trong vài mươi giây đến vài phút. 4. Thanh trùng bằng sử dụng áp suất cao Áp lực 300 - 600MPa có khả năng vô họat các vi sinh vật không hình thành bào tử. Trong khi để vô họat các vi khuẩn sinh bào tử cần áp lực rất cao (1800MPa) Tuy nhiên, tại áp suất thấp 200 - 400MPa cũng làm giảm sự sản sinh bào tử. 5. Thanh trùng bằng xung điện từ Trường xung điện (áp dụng cho các lọai thực phẩm lỏng, thời gian xử lý từ vài micro tới mili giây) có thể tiêu diệt vi sinh vật vì tạo xốp màng tế bào. Lực điện trường đòi hỏi để vô họat vi sinh vật thay đổi từ 0,1 - 2,5 V/µm. 6. Lọc Thanh trùng Sản phẩm lỏng, như nước quả trong có thể loại trừ vi sinh vật bằng cách lọc. Bản lọc, thường là các màng sứ xốp, có những lỗ đủ nhỏ chỉ cho sản phẩm qua, còn giữ lại vi sinh vật. Sau khi lọc, sản phẩm được rót vào bao bì đã sát trùng, rồi ghép kín ngay. Quá trình này phải tiến hành trong điều kiện vệ sinh cao. Bằng phương pháp này, sản phẩm hoàn toàn giữ được tính chất tự nhiên. 43
51. III. THANH TRÙNG BẰNG TÁC DỤNG CỦA NHIỆT ĐỘ Thanh trùng bằng nhiệt độ cao của nước nóng và hơi nước nóng là phương pháp thanh trùng phổ biến nhất trong sản xuất đồ hộp. Khi nâng nhiệt độ của môi trường quá nhiệt độ tối thích của vi sinh vật thì hoạt động của vi sinh vật bị chậm lại. Ở nhiệt độ cao, protid của chất nguyên sinh của vi sinh vật bị đông tụ làm cho vi sinh vật bị chết. Quá trình đông tụ protid này không thuận nghịch, nên hoạt động của vi sinh vật không phục hồi sau khi hạ nhiệt. 1. Động học của quá trình tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt Từ thực nghiệm đã chỉ sự tiêu diệt vi sinh vật được thể hiện bởi phương trình: dN - = k .N n (1) dt T Trong đó : N : lượng vi sinh vật trong sản phẩm sau thời gian t (cfu/ml). kT: hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt T, tùy theo loại vi sinh vật và tính chất của đồ hộp mà trị số k thay đổi. t : Thời gian xử lý (phút) n : Bậc phản ứng Trong hầu hết trường hợp, bậc phản ứng bằng 1, tiến trình vô hoạt bậc nhất có thể viết như sau: dN - = kT .N (2) dt Hay dN = −k .dt (3) N T Với phương trình vi phân (3) có thể được lấy tích phân theo các điều kiện ở thời điểm ban đầu t = 0 thì N = No ở thời điểm t = t thì N = N N dN t ⇒ = − k .dt ∫ N ∫ T (4) N0 0 Khi thực hiện tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt độ không đổi, kT = hằng số (quá trình đẳng nhiệt) Phương trình (4) có thể viết như sau: N dN t = −k dt (5) ∫ N T ∫ N0 0 ⇒ ln (N) – ln (No) = - kT. t (6) 44
52. ⎛ N ⎞ ⎜ ⎟ Hoặc ln ⎜ ⎟ = −kT .t (7) ⎝ N 0 ⎠ Từ đó ta có được : -kt N = No e (8) Trong đó N : lượng vi sinh vật trong sản phẩm ở thời điểm t (cfu/ml) No: lượng vi sinh vật ban đầu (cfu/ml) kT : hệ số vận tốc tiêu diệt vi sinh vật ở nhiệt độ T t : Thời gian gia nhiệt (phút) Ở nhiệt độ tiêu diệt vi sinh vật không đổi, lượng vi sinh vật giảm theo hàm số mũ theo thời gian. Điều này có nghĩa tổng số vi sinh vật không thể giảm đến 0. Vì vậy, không thể đảm bảo tuyệt đối rằng tất cả vi sinh vật sẽ bị tiêu diệt bởi một quá trình nào đó. 45
53. Nếu vẽ đường biểu diễn về mức độ tiêu diệt vi sinh vật theo thời gian bởi phương trình (8) ta có đồ thị theo hình 4.1 Hình 4.1. Sự tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt theo thời gian Cũng có thể viết : N k lg = − t (9) N0 2,303 Nếu biểu diễn theo hàm logarite thập phân phương trình (9) đồ thị là một k đường thẳng, có hệ số góc - bi ể u th ị qua hình 4.2 2,303 Đường lý thuyết Đường thực nghiệm Hình 4.2. Thời gian tiêu diệt vi sinh vật theo mối quan hệ logarite 46
54. Với giá trị D là thời gian cần thiết tại một nhiệt độ xác định để tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban đầu. Được gọi là “thời gian tiêu diệt thập phân”. Theo hình 4.2 và phương trình (9), ta xây dựng được mối quan hệ giữa hệ số vận tốc k và thời gian D : 1 k - = − D 2,303 Phương trình (9) có thể viết : N 1 lg = − t (10) N0 D Vậy thời gian tiêu diệt vi sinh vật N 0 t = D lg (11) N 2. Tính toán ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt (Giá trị thanh trùng F) Để xác định mức độ tiêu diệt vi sinh vật, cần phải biết trị số D và z biểu thị cho loài vi sinh vật cần tiêu diệt. Như ta đã biết đường “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật trong quá trình xử lý nhiệt là một đường thẳng, ta vẽ đồ thị biểu diễn (hình 4.3) Thời gian tiệt trùng (Đường thực nghiệm) (Đường hiệu chỉnh) Hình 4.3. Biểu diễn “thời gian chết nhiệt” của vi sinh vật - F : thời gian cần thiết (tính bằng phút) để tiêu diệt vi sinh vật, tại một nhiệt độ nhất định. - z : khoảng nhiệt độ cần thiết cho đường “thời gian chết nhiệt” thực hiện một chu trình logarite (Đối với mỗi loại vi sinh vật và thực phẩm khác nhau, có giá trị D và z khác nhau) 47
55. Bảng 4.2. Sự kháng nhiệt của vi sinh vật trong quá trình xử lý nhiệt Nhóm vi khuẩn D (phút) z (OC) Sản phẩm không chua và ít chua (pH > 4,5) 2,0 - 5,0 (1) 8 - 12 - Vi khuẩn chịu nhiệt (bào tử) 0,1 - 1,5 (1) 8 - 10 - Vi khuẩn không chịu nhiệt (bào tử) Sản phẩm chua (pH 4,0 - 4,5) - Vi khuẩn chịu nhiệt (bào tử) 0,01 - 0,07 (1) 8 - 10 - Vi khuẩn không chịu nhiệt (bào tử) 0,1 - 0,5 (2) 7 - 10 Sản phẩm rất chua (pH < 4,0) Vi sinh vật không chịu nhiệt (vi khuẩn không 0,5 - 1,0 (3) 5 - 7 sinh bào tử, nấm men, nấm mốc) (Carla,1992) Ghi chú (1): xử lý ở 121,1OC (2): xử lý ở 100OC (3): xử lý ở 65OC Bảng 4.3. Sự vô hoạt vi sinh vật (bào tử) trong quá trình tiệt tùng LOÀI VI SINH VẬT z-value D121,1 (Type of microorganism) (oC) (min) MÔI TRƯỜNG (Medium) Bacillus stearothermophilus General 7,6-10,3 1,8-4,7 Bacillus subtilis 5230 General 7,4-13 0,3-0,76 Bacillus coagulans solution 8,2-9,0 0,2-2,5 Bacillus cereus General 9,7 0,0065 Bacillus megaterium General 8,8 0,04 Clostridium perfringens General 10,0 / Clostridium sporogenes General 8,0-12,0 0,48-1,4 Clostridium botulinum General 9,9 0,21 (Carla.1992) 48
56. Bảng 4.4. Sự vô hoạt vi sinh vật (Tế bào sinh dưỡng) trong quá trình thanh trùng LOÀI VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG z-value DT (Type of microorganism) (Medium) (oC) (min) Escherichia coli / 4,9 4,5 (56oC) Pseudomonas fluoresens / 7,5 3,2 (60oC) Streptococcus faecalis Fish 6,7 15,7 (60oC) Staphylococcus aureus Pea soup 4,6 10,4 (60oC) Salmonella senftenberg Pea soup 5,7 10,6 (60oC) Lactobacillus plantarum Tomato soup 12,5 11,0 (70oC) Listeria monocytogenes Carrots 6,7 0,27 (70oC) Closstridium botulinum Non-proteolytic type B Buffer pH 7,0 9,7 32,3 (82oC) Non-proteolytic type E Water 9,4 3,3 (80oC) Bacillus cereus Buffer pH 7,0 10,5 8,0 (100oC) Bacillus subtilis Buffer pH 6,8 9,8 0,57 (121oC) (Carla.1992) Bảng 4.5. Sự kháng nhiệt của các enzyme trong quá trình xử lý nhiệt Enzyme D (phút) z (OC) Peroxydase 232 (1) 28 Polygalacturonase 20 (1) 6,8 O-diphenoloxydase 0,82 (1) 5,5 Lipoxygenase 0,09 (1) 8,5 Catalase 0,02 (1) 8,3 Lipase 25 (2) 26 Protease 300 (2) 28 (Carla.1992) Ghi chú (1): xử lý ở 80OC (2): xử lý ở 120OC 49
57. Bảng 4.6. Giá trị Z đối với sự vô hoạt enzyme và các nhân tố chất lượng của một số thực phẩm ENZYME GÍA TRỊ Z (oC) Lipoxygenase (peas) 8,7 Lipoxygenase (soybean) 6,9 Polyphenoloxidase (mushroom) 6,5 Polyphenoloxidase (plum) 17,6 Chlorophyllase (spinach) 12,2 Peroxidase (potato) 35,0 NHÂN TỐ CHẤT LƯỢNG Thiamine (milk) 29,4 – 31,4 Thiamine (meat, vegetables) 25,0 – 31,3 Chất lượng chung (peas) 28,3 Chất lượng chung (green beans) 28,8 Chất lượng chung (bắp) 31,6 (Carla.1992) Bảng 4.7. Gía trị Z của các nhân tố thực phẩm (tổng quát) NHÂN TỐ GÍA TRỊ Z (oC) Bào tử vi khuẩn 7 –12 Tế bào sinh dưỡng 4 – 8 Vitamins 25 – 30 Proteins 15 – 37 Enzymes 5 – 50 Chất lượng cảm quan chung 25 – 45 Cấu trúc 17 – 47 Màu sắc 17 - 57 (Carla.1992) 50
58. Theo hình 4.3, ta có thể viết: lg t − lg F 1 = = độ dốc của đường thẳng 121 ,1 − T Z 121,1− T lgt − lg F = Z Hay có thể viết lại F T −121,1 lg = t Z T −121 ,1 ⇒ F = t.10 z Một cách tổng quát, gía trị F được biểu thị : T −Tref z z FTref = t.10 Tref : nhiệt độ “tham chiếu” tương ứng với quá trình xử lý nhiệt (ví dụ đối với quá trình tiệt trùng thì nhiệt độ đó là 121,1oC, đối với quá trình thanh trùng thì nhiệt độ đó là 100oC ) T : Nhiệt độ xử lý nhiệt (oC) z : tùy thuộc vào loại vi sinh vật cần tiêu diệt và tính chất của sản phẩm. Nói chung, người ta chọn loài sinh bào tử Clostridium botulinum là mục tiêu của quá trình thanh trùng và đại diện cho loài chịu nhiệt, có z = 10oC Trong trường hợp nhiệt độ thay đổi theo thời gian, người ta ghi nhận T(t), khi đó giá trị F được tính như sau : ∞ T(t)−Tref z z FTref = ∫10 .dt ο Nó có ý nghĩa là tính trên tổng thời gian ảnh hưởng tức thời, mà đã được biểu thị bởi gía trị 10 (T - Tref)/z được gọi là yếu tố Bigelow. Công thức Bigelow cho ta tính được sự phá hủy các bào tử bởi nhiệt trong trường hợp xử lý ở nhiệt độ không cố định. 3. Mục tiêu của quá trình tiệt trùng Bào tử yếm khí Clostridium botulinum là mục tiêu chính trong quá trình chế biến nhiệt vì : - Có thể sản sinh ra độc tố làm chết người dù ở liều lượng rất thấp. 51
59. - Có khả năng thành lập bào tử, rất bền nhiệt - Clostridium botulinum có thể tìm thấy bất cứ nơi đâu, vì vậy hầu hết nguyên liệu đều nhiễm vi sinh vật này, nên chúng quan hệ mật thiết tới lĩnh vực an toàn thực phẩm Chính vì những lý do trên, Clostridium botulinum được xem là nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm. Để tránh sự "bùng nổ" về ngộ độc, các nhà chế biến thực phẩm cần : - Giảm mật số bào tử Clostridium botulinum đến mức có thể chấp nhận được trong thực phẩm - Ngăn cản sự phát triển của Clostridium botulinum (bào tử) và quá trình sản sinh độc tố Trong thực tế rất khó vô hoạt bào tử Clostridium botulinum, vì vậy để tránh hư hỏng đòi hỏi phải xử lý ở nhiệt độ cao, đây là nguyên nhân dẫn đến việc giảm tính chất dinh dưỡng, cảm quan của các thực phẩm, không đáp ứng được đòi hỏi của người tiêu dùng. Chính vì thế, việc ngăn cản hư hỏng thực phẩm thường là hạn chế sự phát triển nhanh của bào tử Clostridium botulinum hơn là vô hoạt. Việc xử lý nhiệt thành công để phá hủy bào tử Clostridium botulinum là kết hợp với nhiều yếu tố (yếu tố bên trong và bên ngoài) như pH, nhiệt độ, oxy, độ hoạt động của nước, phụ gia bảo quản hoặc kết hợp với nhóm vi sinh vật cạnh tranh Bảng 4.8. Các nội và ngoại tác nhân góp phần ngăn chặn sự phát triển của clostridium botulinum Yếu tố bên trong - aw : 0,93 (theo FDA, aw 4,6) xử lý nhiệt ở mức độ tương đối có thể sử dụng với mục đích tiêu diệt bào tử Clostridium botulinum, nhưng phải kết hợp với quá trình bảo quản mát. Trong trường hợp này, quá trình tiệt trùng thường được áp dụng hơn. 52
60. 4. Xác định điểm kết thúc của quá trình tiệt trùng Tri số giá trị tiệt trùng F cần được xác định cho mỗi loại hư hỏng do vi sinh vật. Một trị số của quá trình này được tính toán dựa vào z = 10oC và nhiệt độ qui ước là o 121,1 C, được ký hiệu là F0. Nhiều năm trong thực tế đóng hộp cho phép kết luận đối 10 với quá trình tiệt trùng nhiệt ẩm, trị số F 121,1 (Clostridium botulinum) tức là F0 = 3 phút, tại tâm của sản phẩm đóng hộp sẽ cho kết quả an toàn theo quan điểm an toàn về mặt sức khỏe. Những bào tử của vi sinh vật chịu nhiệt có thể còn sống đối với quá trinh nhiệt được thiết lập để giết bào tử Clostridium botulinum và có thể gây hư hỏng cho sản phẩm, nhưng không sinh ra độc tố trong khi bảo quản thực phẩm. Vì vậy, việc thiết lập quá trình nhiệt tối thiểu là hướng đến việc tiêu diệt các bào tử của các giống Clostridium botulinum phân giải protein dựa vào những thông số z (khoảng nhiệt độ cần thiết để thực hiện 1 chu trình logarit tiêu diệt vi sinh vật) và nhiệt độ thực hiện quá trình tiêu diệt vi sinh vật. Điểm kết thúc của quá trình thanh trùng thường được xác định theo “Xác suất của một vi sinh vật còn sống sót” (PNSU: Probability of a Non-Sterile Unit) 10 Trị số thực nghiệm của F 121,1 đối với : 1. Sức khỏe cộng đồng Bào tử Clostridium botulinum 3 -9 N0 = 10 D121,1 = 0,2 phút PNSU = 10 F0 = 3 phút 2. Ngăn ngừa hư hỏng - Bào tử chịu nhiệt trung bình 4 -6 N0 = 10 D121,1= 0,5 phút PNSU = 10 F0 = 5 phút D121,1= 0,7 phút F0 = 7 phút - Bào tử chịu nhiệt Phân bố ở nhiệt độ 30oC 2 -6 N0 = 10 D121,1= 1,5 phút PNSU = 10 F0 = 12 phút D121,1= 2,5 phút F0 = 20 phút 5. 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. a. Chọn nhiệt độ thanh trùng Tất cả các loại thực phẩm đem đóng hộp đều là môi trường sống của các loại vi sinh vật. Mặc dù có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của vi sinh vật, trong đó độ acid ảnh hưởng rất lớn, nên độ acid là yếu tố quan trọng trong việc chọn nhiệt độ thanh trùng. Người ta chia sản phẩm đồ hộp thành 2 nhóm theo độ acid hoạt động của sản phẩm, để làm cơ sở cho việc chọn nhiệt độ thanh trùng : 53
61. - Nhóm sản phẩm đồ hộp không chua và ít chua có pH > 4,6 - Nhóm sản phẩm đồ hộp chua có 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. Ngoài ra ở các loại đồ hộp có độ acid hoạt động không cao lắm, cũng thường có các loại vi khuẩn bền với nhiệt như Clostridium thermosaccharolyticum thuộc nhóm yếm khí ưa nhiệt, có tác dụng phân hủy glucid. Và loại hiếu khí ưa nhiệt như loại Bacillus stearothermophillus, là loại vi sinh vật làm hỏng đồ hộp. 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. + Đối với các loại đồ hộp thuộc nhóm chua, tức là có môi trường pH < 4,6 (như đồ hộp quả, cà chua, rau muối chua): các vi khuẩn chịu nhiệt không những không phát triển được mà tính chịu nhiệt của chúng cũng giảm đi, nên nó dễ dàng bị tiêu diệt khi nâng cao nhiệt độ. Các loại nấm men, nấm mốc tuy có thể phát triển mạnh được trong môi trường acid, nhưng hầu hết là kém bền đối với nhiệt. Nên có thể thanh trùng các loại đồ hộp có độ acid cao ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt dộ thanh trùng các loại đồ hộp ít chua. Nhiệt độ đó thường ở nhiệt độ 100oC hoặc thấp hơn, khoảng 80oC. Khi xác định nhiệt độ thanh trùng, phải chú ý nhiệt độ đó phải là nhiệt độ của cả khối sản phẩm cần được thanh trùng, phải là nhiệt độ ở vị trí trung tâm của hộp (đối với đồ hộp sản phẩm đặc thì vị trí trung tâm là ở giữa hộp, đối với đồ hộp sản phẩm lỏng thì vị trí trung tâm nằm ở 2/3 của hộp). Trong thực tế, nhiệt độ ở vị trí này gần bằng nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng đối với đồ hộp lỏng, hoặc thấp hơn nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng 0,5 - 1,5oC đối với đồ hộp đặc. b. Chọn thời gian thanh trùng Ở một nhiệt độ thanh trùng nhất định, vi sinh vật trong đồ hộp thường không bị tiêu diệt ngay tức thời, mà cần phải có một thời gian nhất định gọi là thời gian thanh trùng hay thời gian tác dụng nhiệt, ký hiệu là t (phút). Trong quá trình thanh trùng, sản phẩm đựng trong đồ hộp, không được đun nóng tức thời tới nhiệt độ thanh trùng cần đạt được, mà nhiệt lượng phải truyền dần từ môi trường đun nóng, qua bao bì vào lớp sản phẩm bên ngoài, rồi vào tới khu vực trung tâm của đồ hộp. Quá trình này phải mất một thời gian, gọi là thời gian truyền nhiệt (ký hiệu là t1). Khi khu vực trung tâm của đồ hộp đạt tới nhiệt độ thanh trùng, thì giữ ở nhiệt độ đó trong một thời gian nhất định, gọi là thời tiêu diệt (ký hiệu là t2). Như vậy thời gian thanh trùng tổng quát của đồ hộp (hay thời gian đồ hộp chịu tác dụng nhiệt) bao gồm thời gian truyền nhiệt (t1) và thời gian tiêu diệt (t2) t = t1 + t2 (phút) 54
62. Nhưng trong thực tế, ngay trong thời gian truyền nhiệt, một số vi sinh vật có trong đồ hộp cũng bị tiêu diệt, do tác dụng của nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phát triển của vi sinh vật đó. Vì vậy thời gian thanh trùng thực tế nhỏ hơn tổng của thời gian truyền nhiệt và thời gian tiêu diệt. ttt < t1 + t2 Muốn xác định được chính xác thời gian thanh trùng t, cần phải khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới thời gian truyền nhiệt t1 và thời gian tiêu diệt t2 đối với đồ hộp cần thanh trùng. c. 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. Áp suất (Bar) Ghi chú Sản phẩm Thiết bị Hình 4.4. Sự thay đổi áp suất trong quá trình thanh trùng (không có áp suất đối kháng) Áp suất (Bar) Hình 4.5. Sự thay đổi áp suất trong quá trình thanh trùng (có áp suất đối kháng) 55
63. * Khi xác định được các thông số của một chế độ thanh trùng đồ hộp, ta ghi lại thành công thức thanh trùng tổng quát : A − B − C a o P T a: Thời gian đuổi không khí ra khỏi thiết bị thanh trùng (bằng hơi nước), tính bằng phút. Thời gian đuổi khí thường kéo dài : 5 - 10 phút Nếu thanh trùng trong thiệt bị hở (bằng nước) thì không có thời gian đuổi khí a. A: Thời gian nâng nhiệt độ, trong thiết bị thanh trùng đã chứa đồ hộp, từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ thanh trùng cần thiết (phút). B: Thời gian giữ nhiệt độ không đổi trong thiết bị thanh trùng (phút). C: Thời gian hạ nhiệt từ nhiệt độ thanh trùng tới nhiệt độ có thể lấy đồ hộp ra (phút). To: Nhiệt độ thanh trùng (oC) p: Áp suất đối kháng cần tạo ra trong thiết bị thanh trùng (atm) o T ( C) Thiết bị Sản phẩm t (phút) A B C Hình 4.6. Đồ thị thanh trùng tổng quát 56
64. 6. Các yếu tố ảnh hưởng đền thời gian thanh trùng a. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt trong quá trình thanh trùng + Tính chất vật lý của sản phẩm Các loại đồ hộp có tính chất vật lý khác nhau như độ nhớt và trọng lượng riêng. Do đó các loaüi đồ hộp có thời gian truyền nhiệt khác nhau. - Các loại đồ hộp sản phẩm lỏng (như nước quả) có độ nhớt thấp và tỉ trọng nhỏ, nên sự truyền nhiệt của các sản phẩm này xảy ra nhanh bằng các dòng đối lưu. Nhiệt độ ở giữa hộp đạt tới nhiệt độ thanh trùng chậm hơn ở thiết bị đạt tới nhiệt độ thanh trùng khoảng 13 - 15 phút. - Các loại đồ hộp sản phẩm đặc (như paté, thịt hầm) sự truyền nhiệt của các sản phẩm này bằng cách dẫn nhiệt. Vì hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm nhỏ nên sự đun nóng các sản phẩm này xảy ra chậm. Nhiệt độ thanh trùng ở giữa hộp đạt được chậm hơn nhiệt độ thanh trùng ở thiết bị khoảng 40 phút. - Các loại đồ hộp sản phẩm có phần ở thể đặc, có phần ở thể lỏng (như đồ hộp quả nưóc đường, cá ngâm dầu). Sự truyền nhiệt xảy ra theo hai cách : đối lưu và dẫn nhiệt. Nhiệt độ thanh trùng ở giữa hộp đạt được chậm hơn nhiệt độ thanh trùng ở thiết bị khoảng 28 phút. Ngoài ra các dung dịch có chứa nhiều đường, tinh bột, pectin, cellulose làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý nên ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt. Có thể kéo dài thời gian truyền nhiệt. + Tính chất của bao bì Các loại sản phẩm thực phẩm đựng trong các loại bao bì làm bằng vật liệu khác nhau, có độ dầy khác nhau, kích thước khác nhau. Nên thời gian truyền nhiệt trong chế độ thanh trùng khác nhau. - Ảnh hưởng tính chất vật lý của bao bì Khi truyền nhiệt từ môi trường đun nóng bên ngoài vào khu vực trung tâm của bao bì. Trước hết phải khắc phục nhiệt trở của thành bao bì, nhiệt trở này phụ thuộc vào độ dầy của bao bì (δ) và hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm bao bì (λ). Nhiệt trở đó biểu thị bằng tỉ số δ/λ. Nhiệt trở chung càng lớn thì thời gian truyền nhiệt càng kéo dài. Bảng 4.9. Tính chất vật lý của các loại bao bì Loại bao bì Chiều dày trung bình [δ] Độ dẫn nhiệt [λ] Nhiệt trở [δ/λ] (m) (w/m.oC) ( oC.m2/w) Sắt tây 0,24 – 0,26.10-3 46 - 52 4,6 - 7,8.10-5 Thủy tinh 2 - 6.10-3 0,6 - 0,9 200 - 1000.10-5 (Nguyễn Vân Tiếp. 2000) Nhưng trong quá trình thanh trùng, không thể nghiên cứu riêng rẽ ảnh hưởng nhiệt trở của bao bì, mà phải xét ảnh hưởng của cả khối sản phẩm : 57
65. y Trường hợp sản phẩm lỏng đựng trong bao bì sắt tây: sự truyền nhiệt từ môi trường đun nóng tới thành hộp sắt là sự truyền nhiệt chủ yếu bằng đối lưu. Thời gian truyền nhiệt đối với các sàn phẩm lỏng đựng trong bao bì sắt tây rất ngắn. y Trường hợp sản lỏng đựng trong bao bì thủy tinh: sự truyền nhiệt gồm đối lưu và dẫn nhiệt. Thời gian truyền nhiệt trong chế độ thanh trùng này lớn hơn thời gian truyền nhiệt của trường hợp trên. y Trường hợp sản phẩm đặc đựng trong bao bì sắt tây : sự truyền nhiệt ở bên trong hộp chủ yếu bằng dẫn nhiệt. Thời gian đun nóng trong trường hợp này sẽ kéo dài hơn 2 trường hợp trên. Và coi thời gian đó chủ yếu phụ thuộc vào tính chất và nhiệt trở của sản phẩm đặc. y Trường hợp sản phẩm đặc đựng trong bao bì thủy tinh : Sự truyền nhiệt chủ yếu cũng bằng dẫn nhiệt. Thời gian truyền nhiệt trong trường hợp này dài nhất và phụ thuộc vào tính chất của bao bì thủy tinh và sản phẩm, trong đó tính chất của sản phẩm giữ vai trò chủ yếu. Tóm lại trong cả 4 trường hợp: Tính dẫn nhiệt và độ dầy của bao bì chỉ có ảnh hưởng đáng kể đến thời gian truyền nhiệt trong chế độ thanh trùng khi có các dòng đối lưu mạnh. Trường hợp đồ hộp chứa sản phẩm đặc, nghĩa là sự truyền nhiệt chủ yếu bằng dẫn nhiệt thì các đặc điểm của bao bì ít có ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt. Mà chủ yếu là tính chất của sản phẩm, sản phẩm càng đặc, càng có hệ số dãn nhiệt nhỏ và bề dầy lớp sản phẩm từ ngoài vào lớp giữa hộp càng lớn, thì thời gian truyền nhiệt càng kéo dài. - Ảnh hưởng kích thước hình học của bao bì Các loại bao bì có những hình dạng và kích thước hình học rất phức tạp. Nên việc nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hình học của bao bì tới thời gian truyền nhiệt chưa được đầy đủ lắm. Loại bao bì có kích thước hình học đơn giản nhất là bao bì hình trụ. Dựa trên những kiến thức cơ bản của lý thuyết về truyền nhiệt, đã tính được thời gian truyền nhiệt của bao bì hình trụ theo công thức : 2 to = A (8,3HD + D ) Với 1 19 − lgδ − 00, 1 T − T A = ; δ = 2 1 973λ Tn − T1 H : chiều cao ngoài của hộp, (cm) D : đường kính ngoài của hộp, (cm) o T1 : nhiệt độ ban đầu của hộp, ( C) o T2 : nhiệt độ khi cuối ở giữa hộp, ( C) o Tn : nhiệt độ thanh trùng, ( C) λ : hệ số dẫn nhiệt chung của đồ hộp, (w/moC) to : thời gian đun nóng ở giữa hộp từ nhiệt độ T1 đến T2, (phút) Nếu thanh trùng cùng một sản phẩm đựng trong 2 bao bì có kích thước hình học khác nhau, thì ta có tỉ lệ đơn giản : 2 t01 8,3H1D1 + D1 = 2 t02 8,3H 2 D2 + D2 58
66. Công thức này cho ta tính được gần đúng thời gian truyền nhiệt một loại đồ hộp có kích thước khác khi đã biết thời gian truyền nhiệt của sản phẩm đó đựng trong bao bì xác định. Công thức truyền nhiệt không những cho biết thời gian truyền nhiệt mà còn có thể khảo sát ảnh hưởng của các loại đồ hộp đó. Cùng một thể tích, nếu hộp dẹt (H/D<1) tức là hộp có đưòng kính lớn sẽ truyền nhiệt nhanh hơn hộp cao. Vận tốc truyền nhiệt cực đại khi H/D ≈ 0,25 . + Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu của đồ hộp Thời gian truyền nhiệt của đồ hộp còn phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của đồ hộp trước khi thanh trùng và nhiệt độ của thiết bị thanh trùng. - Đối với sản phẩm lỏng, do sự truyền nhiệt chủ yếu bằng các dòng đối lưu, nên nhiệt độ ban đầu ít có ảnh hưởng đến thời gian truyền nhiệt. - Đối với sản phẩm đặc, thì sự truyền nhiệt chủ yếu bằng dẫn nhiệt, nên nhiệt độ ban đầu của sản phẩm có ảnh hưởng nhiều đến vận tốc truyền nhiệt của sản phẩm. Đồ hộp lúc thanh trùng càng nguội thì thời gian truyền nhiệt càng kéo dài. 2 Từ công thức to = A (8,3 HD + D ), với các giả thiết là nhiệt độ thanh trùng ở khoảng 110 - 120oC, nhiệt độ ở giữa hộp sau khi đun nóng thấp hơn nhiệt độ của thiết bị là 1oC, để lập ra công thức tính gần đúng thời gian truyền nhiệt đồ hộp như sau y Đối với đồ hộp loại nguội (có nhiệt độ ban đầu : 20 - 45oC) 0,072(8,3HD + D 2 ) t = 0 λ y Đối với đồ hộp loại nóng ( có nhiệt độ ban đầu : 45 - 90oC) 0,061(8,3HD + D 2 ) t0 = λ Theo 2 công thức này khi đun nóng đồ hộp nóng thì rút ngắn được 18% thời gian truyền nhiệt. Vậy đối với đồ hộp có nhiệt độ ban đầu càng nguội, thì vận tốc truyền nhiệt càng nhỏ, thời gian truyền nhiệt càng kéo dài. + Ảnh hưởng của trạng thái chuyển động của đồ hộp khi thanh trùng. Trong sản xuất đồ hộp phần lớn các thiết bị thanh trùng đều là loại không làm chuyển động hộp khi làm việc. Vì vậy thời gian truyền nhiệt đối với các loại đồ hộp tương đối dài. Khi tạo ra sự đối lưu nhân tạo bằng cách làm chuyển động hộp thì sự truyền nhiệt sẽ tăng lên. Giảm được thời gian truyền nhiệt trong chế độ thanh trùng. Muốn tạo ra sự đối lưu nhân tạo đó, người ta chế tạo các loại thiết bị thanh trùng có băng tải đồ hộp, thường là các thiết bị làm việc liên tục. Tùy theo cấu tạo của mỗi loại thiết bị mà đồ hộp có vận tốc chuyển động quay khác nhau hay phương pháp quay khác nhau. 59
67. b. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật trong quá trình thanh trùng + Ảnh hưởng của nhiệt độ thanh trùng Ở nhiệt độ 60OC thì các loại vi sinh vật đã có thể bắt đầu bị tiêu diệt. Nhưng nếu nhiệt độ thanh trùng thấp thì phải kéo dài thời gian tiêu diệt. Ngược lại, nhiệt độ thanh trùng càng cao thì thời gian tiêu diệt càng ngắn. Giữa thời gian tiêu diệt vi sinh vật và nhiệt độ thanh trùng có mối quan hệ logarite. Người ta đã xác định được mối liên hệ đó theo phương trình sau: T2 - T1 ’ Z t2 = t2 . 10 t2 : thời gian tiêu diệt vi sinh vật tương ứng với nhiệt độ T1 (phút) ’ t2 : thời gian tiêu diệt vi sinh vật tương ứng với nhiệt độ T2 (phút) z : hệ số nhiệt đô, tùy theo tính chất của mỗi loại vi sinh vật mà có trị số z khác nhau (loại tiêu biểu nhất, trong chế độ thanh trùng đồ hộp, phải loại trừ là Clostridium botulinum có trị số z = 10OC). + Ảnh hưởng thành phần hóa học của sản phẩm Vi sinh vật sống trong môi trường của sản phẩm thực phẩm khác nhau, thì nhiệt độ tiêu diệt các loại vi sinh vật đó không giống nhau. Vì vậy cần khảo sát các thành phần hóa học của môi trường thực phẩm đến khả năng tiêu diệt bằng nhiệt các vi sinh vật đó. • Ảnh hưởng của độ acid: chỉ số pH là yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến độ bền đối với nhiệt của vi sinh vật. Nếu môi trường có độ acid hoạt động càng cao (chỉ số pH nhỏ) thì ở nhiệt độ thanh trùng nhất định, thời gian tiêu diệt vi sinh vật càng ngắn. Tuy nhiên vẫn có những trường hợp cá biệt chỉ số pH hầu như không có ảnh hưởng đến thời gian tiêu diệt vi sinh vật. Bảng 4.10. Ảnh hưởng của pH đến sự kháng nhiệt của bào tử vi khuẩn clostridium sporogenes ở nhiệt độ 115oC pH Thời gian kháng nhiệt tối đa (phút) 5,0 9 5,7 12 6,0 15 6,6 21 7,0 25 7,5 20 8,2 15 (G. Guilmain. 1996) Các kết quả nghiên cứu cho thấy không những chỉ có độ acid hoạt động của môi trường có ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của vi sinh vật. Mà loại acid của môi trường cũng có ảnh hưởng đáng kể. • Ảnh hưởng của nồng độ đường và muối: đường và muối là những chất có khả năng tạo ra áp suất thẩm thấu cao nên ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật. 60
68. Dung dịch đường có tác dụng bảo vệ vi sinh vật làm cho chúng khó bị tiêu diệt hơn khi đun nóng. Nếu thành phần thực phẩm có nhiều đường thì thời gian tiêu diệt càng kéo dài. Nếu tăng nồng độ muối thì độ bền nhiệt của vi sinh vật càng giảm, chúng dễ bị tiêu diệt hơn. Nhưng nếu nồng độ đường hay muối quá cao thì do tác dụng của hiện tượng tiêu nguyên sinh, các vi sinh vật đó yếu đi nhiều và dễ bị tiêu diệt. • Ảnh hưởng của protid và lipid: trong các sản phẩm thực phẩm chứa nhiều protid, lipid thì thời gian tiêu diệt phải kéo dài. Vì các chất này làm cản trở sự truyền nhiệt để tiêu diệt các tế bào vi sinh vật. Hiện tượng này là do dung dịch keo (tế bào vi sinh vật) tiếp xúc với chất béo tạo thành màng. Tế bào vi sinh vật được màng này bảo vệ nên sự dịch chuyển nước từ môi trường xung quanh vào tế bào để làm đông tụ phần protid của tế bào ấy sẽ bị cản trở. Vì vậy trong môi trường càng nhiều chất béo, các vi sinh vật càng chịu được nhiệt độ cao, thời gian tiêu diệt càng kéo dài. • Ảnh hưởng của các thành phần hóa học khác: ngoài các thành phần trên, thì các phitonxit cũng có ảnh hưởng lớn đến chế độ thanh trùng. Thời gian thanh trùng đồ hộp có thể giảm xuống khi cho thêm một số rau hay gia vị có chứa nhiều phitonxit như: hành, tỏi có allycin, cà chua có tomatin, ớt có capcaicin, tiêu có piperin là các chất có tính chất kháng sinh. Do đó khi chế biến các loại đồ hộp thịt, cá ta cho thêm các gia vị này, không những làm tăng hương vị của sản phẩm mà còn giảm được mức độ nhiễm trùng trong đồ hộp trước khi thanh trùng. Và cũng giảm được thời gian thanh trùng cần thiết. + Ảnh hưởng của loại và số lượng vi sinh vật • Thời gian tiêu diệt của một chế độ thanh trùng phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm của các loại vi sinh vật có thể phát triển trong đồ hộp, vì khả năng chịu nhiệt của các loại vi sinh vật rất khác nhau. Trong cùng một môi trường có cùng độ acid hoạt động, các loại vi khuẩn không nha bào bị tiêu diệt nhanh hơn loại vi khuẩn có nha bào. Thời gian tiêu diệt của phần lớn các vi sinh vật không nha bào chỉ cần ở 60 - 80OC trong vài phút. Còn các loại vi sinh vật có nha bào phải đòi hỏi thời gian kéo dài hơn nhiều có thể hơn hàng giờ. • Thời gian tiêu diệt trong chế độ thanh trùng còn phụ thuộc vào số lượng vi sinh vật nhiễm vào đồ hộp. Lượng vi sinh vật nhiễm nhiều thì thời gian tiêu diệt dài, cho thấy qua công thức : N t = D lg 0 N 7. 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. 61
69. Các giai đoạn tiến hành trình tự như sau: - Phân tích thành phần hóa học của thực phẩm cần đóng hộp, chủ yếu là độ acid, hàm lượng đường, muối, chất béo, protid - Chọn nhiệt độ thanh trùng căn cứ vào độ acid (pH) + Đồ hộp có pH 4,6 thì nhiệt độ thanh trùng :105 - 121OC - Xác định tốc độ truyền nhiệt vào trung tâm hộp theo nhiệt độ thanh trùng đã chọn bằng nồi hấp thí nghiệm: dưới nồi hấp đặt một hộp sản phẩm, trên nắp hộp có đặt một nhiệt kế, bầu thủy ngân của nhiệt kế cắm đúng trung tâm hộp. Cho hơi vào nồi hấp và cứ sau một khoảng thời gian (thường khoảng 1 phút) đọc nhiệt độ ở cột nhiệt kế. Sau khi đo được nhiệt độ giữa hộp ở từng thời điểm người ta vẽ đồ thị truyền nhiệt. Từ đó xác định được thời gian truyền nhiệt. - Phân lập vi sinh vật để xác định loại vi sinh vật nguy hiểm nhất bao gồm loại gây bệnh, loại có độc tố, loại chịu nhiệt Tìm tốc độ tiêu diệt theo các số liệu đã có. Trên cơ sở đó vẽ đồ thị thời gian tiêu diệt. Thiết lập thời gian thanh trùng. - Kiểm tra chế độ thanh trùng theo phương pháp biểu đồ của Biegelow, hay theo phương pháp hiệu ứng của Ball - Flaumenbaum. - Từ các mẫu đồ hộp đã thanh trùng theo các chế độ khác nhau, người ta kiểm tra chất lượng đồ hộp về cảm quan và về vi sinh vật. Sau đó xét đến hiệu quả kinh tế của chế độ thanh trùng, mà chọn ra chế độ thanh trùng tốt nhất. 8. Giới thiệu thiết bị thanh trùng a. Thiết bị thanh trùng hở nắp Có cấu tạo đơn giản như nồi nấu, dùng môi trường truyền nhiệt là nước được đun sôi bằng hơi hoặc đun trực tiếp bằng nhiên liệu. Dùng để thanh trùng các loại đồ hộp có nhiệt độ thanh trùng không quá 100OC. b. Thiết bị thanh trùng có áp suất cao làm việc gián đoạn Dùng để thanh trùng các loại đồ hộp có nhiệt độ thanh trùng từ 100oC trở lên, có nắp đậy kín, còn gọi là nồi hấp thanh trùng. Có 2 loại nồi hấp: loại đặt thẳng đứng và loại đặt nằm ngang. + Thiết bị hấp thanh trùng loại thẳng đứng Có thân hình trụ, đáy và nắp hình chõm cầu, nắp có các chốt ghép chặt với thân thiết bị, dưới đáy có lắp ống phun hơi nóng để thanh trùng. Bên trong thiết bị có giá đỡ để đặt giỏ đựng đồ hộp, có loại chỉ có 1 giỏ, loại 2 giỏ, loại 3 giỏ. + Thiết bị hấp thanh trùng loại đặt nằm ngang Thân thiết bị đặt nằm ngang, bên trong không có giá đỡ giỏ mà có đường rây để cho xe đựng các giỏ đồ hộp đẩy vào. Loại này có khả năng làm việc cao, nhưng thao tác phức tạp, chu kỳ làm việc kéo dài, tốn hơi và nước nhiều. 62