Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Tải bản đầy đủ

II.
THUYẾT MINH QUY TRÌNH
1. Quá trình lọc
I.1.
Mục đích công nghệ
- Chuẩn bị: Lọc giúp phân riêng các thành phần không đồng nhất trong hỗn hợp

nước dừa. Cụ thể là loại bỏ tạp chất thô như xơ dừa, cơm dừa sót… ra khỏi
nước dừa già. Đồng thời, việc loại bỏ các tạp chất này giúp tăng hệ số truyền
-

nhiệt chuẩn bị cho công đoạn thanh trùng tiếp theo thực hiện một cách hiệu quả.
Hoàn thiện: việc loại bỏ các tạp chất còn góp phần gia tăng chất lượng cho sản

phẩm thạch dừa cuối cùng, nâng cao giá trị chất lượng của sản phẩm.
I.2.
Các biến đổi của nguyên liệu
- Biến đổi vật lí:
 Khối lượng các tạp chất rắn trong nước dừa giảm
 Tỉ trọng nước dừa giảm
 Độ trong của nước dừa tăng lên
- Hóa học: quá trình lọc không gây ra những biến đổi hóa học lớn trong nước
dừa. Tuy nhiên, chúng ta không nên thực hiện quá trình lọc ở nhiệt độ cao hay
tiếp xúc với không khí nhiều sẽ làm biến đổi các cấu tử trong nước dừa sinh ra
-

những chất mới không mong muốn.
Hóa lý: quá trình lọc sẽ phân riêng hai pha lỏng và rắn. Thông thường sẽ không

-

có sự chuyển pha trong quá trình lọc.
Sinh học: quá trình lọc không gây ra những biến đổi sinh học. Tuy nhiên, nếu
thời gian lọc kéo dài thì hệ vi sinh vật có sẵn trong huyền phù hoặc vi sinh vật
từ môi trường sản xuất bị nhiễm vào huyền phù sẽ phát triển. Do đó, quá trình

lọc cần tiến hành nhanh và trong điều kiện kín.
- Hóa sinh: quá trình lọc không xảy ra những biến đổi hóa sinh trong nguyên liệu.
I.3.
Thiết bị sản xuất
Để thực hiện quá trình lọc ta chọn thiết bi lọc ép dạng khung bản.
 Cấu tạo thiết bị
- Thiết bị có hai bộ phận chính là khung và bản với tiết diện hình vuông. Khung

có chức năng chứa bã lọc và là nơi để bơm huyền phù vào. Còn bản lọc có chức
-

năng tạo bề mặt lọc với các rãnh dẫn dịch lọc.
Vách ngăn có dạng tấm với tiết diện xấp xỉ tiết diện của bản và khung.
Ưu điểm thiết bị: vận hành đơn giản, chi phí đầu tư thấp.
Nhược điểm: tốn nhiều công sức trong việc tháo bã, vệ sinh và lắp ráp thiết bị
trước mỗi mẻ lọc.

39

Hình 13. Thiết bị lọc ép dạng khung bản
 Nguyên lý hoạt động

Thiết bị lọc ép dạng khung bản này làm việc gián đoạn. Việc nạp huyền phù vào
thiết bị và tháo dịch lọc ra khỏi thiết bị có thể thực hiện liên tục trong một khoảng thời
gian, tuy nhiên việc tháo bã lọc sẽ được thực hiện theo chu kì.
Trong quá trình lọc, việc ép chặt các khung bản là rất quan trọng để giữ cho áp suất
lọc được ổn định. Huyền phù được bơm vào thiết bị và được phân phối vào bên trong
các khung. Khi đó, pha rắn sẽ bị giữ lại trong khung bởi vách ngăn. Còn pha lỏng sẽ đi
qua vách ngăn và theo các rãnh trên bản để tập trung về đường tháo dịch lọc rồi chảy
ra ngoài thiết bị.
Khi các khung chứa đầy bã, chúng ta cần dừng quá trình lọc và tiến hành rửa bã.
I.4.
Thông số công nghệ
- Kích thước lỗ lọc trong vách ngăn: 0,1 mm.
- Áp suất lọc : 2 atm.
- Nhiệt độ lọc: tiến hành lọc ở nhiệt độ thường.

2. Phối trộn

Phối trộn là quá trình làm cho hai hay nhiều cấu tử phân bố đồng nhất trong
khối nguyên liệu.
II.1.

Mục đích công nghệ
40

 Chuẩn bị

Chuẩn bị cho quá trình cấy giống và lên men: bổ sung nguồn carbon, nitơ, photpho và
các yếu tố sinh trưởng hỗ trợ cho quá trình lên men của vi sinh vật đạt hiệu quả cao
nhất.
II.2.
Các biến đổi của nguyên liệu
- Vật lý: Tăng hàm lượng chất khô cho dịch lên men, độ nhớt và tỷ trọng của
-

dịch lên men cũng tăng.
Hóa học: tăng nồng độ và hàm lượng của các chất dinh dưỡng so với hỗn hợp

trước phối trộn.
- Sinh học: có thể nhiễm một số vi sinh vật không mong muốn vào hỗn hợp.
- Hóa lý và hóa sinh: không có biến đổi đáng kể.
II.3.
Thiết bị sản xuất
- Sử dụng thiết bị khuấy trộn có cánh khuấy mái chèo.
- Cấu tạo: Thiết bị bao gồm một thùng khuấy, bên trong có một cánh khuấy dạng
bản mỏng được gắn vào trục khuấy. Với thiết bị loại này, các phần tử chất lỏng
thường được chuyển động tròn quanh trục và chuyển động ly tâm là chính, còn
chuyển động theo phương thẳng đứng là rất ít. Thiết bị loại này luôn luôn cần
lắp thêm các thanh chặn trên thành thiết bị.

Hình 14. Thiết bị khuấy trộn dạng mái chèo
II.4.
Thông số công nghệ
- Thông số công nghệ quan trọng nhất trong quá trình phối trộn hai chất lỏng là

tốc độ cánh khuấy. Tốc độ cánh khuấy nếu quá thấp sẽ không thực hiện tốt quá

41

trình phối trộn nhưng nếu tốc độ khuấy quá lớn sẽ làm tăng lượng oxi hòa tan
-

trong sản phẩm, nên ta chọn tốc độ cánh khuấy là 50 rpm
Nhiệt độ phối trộn có thể được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ 30- 40 0C để
tăng khả năng trộn lẫn, hòa tan giữa các thành phần phối trộn.

II.5.
Cách tiến hành khuấy trộn
- Bước 1: Cho dịch lọc vào thiết bị phối trộn đến khoảng 85% thể tích bồn, bật

cánh khuấy.
- Bước 2: Bổ sung thêm chất dinh dưỡng gồm DAP, SA, saccharose.
 Thành phần môi trường sau phối trộn

Với bồn có thể tích 100 m3, ta có tỉ lệ thành phần môi trường như sau:
Bảng 35. Thành phần môi trường sau phối trộn
Thành phần
(NH4)2SO4 (kg)
(NH4)2HPO4 (kg)
Saccharose (kg)
Acid acetic 2% (m3)
Nước dừa già (m3)

Hàm lượng
640
160
1600
0,4
80

3. Thanh trùng

Thanh trùng là quá trình sử dụng nhiệt độ để tiêu diệt vi sinh vật. Hoạt động của
enzyme cũng bị đình chỉ sau quá trình thanh trùng. Quá trình thanh trùng gồm ba giai
đoạn: gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Nếu không làm nguội nhanh thì khoảng nhiệt
độ 40 - 45OC là khoảng nhiệt độ thích hợp cho những vi sinh vật chưa bị tiêu diệt sau
thanh trùng có điều kiện phục hồi. Do đó cần phải làm nguội nhanh hỗn hợp sau giai
đoạn giữ nhiệt xuống nhiệt độ < 400C.
Mục đích công nghệ

3.1.

 Chuẩn bị

Chuẩn bị cho quá trình lên men: Trong hỗn hợp nước dừa già có chứa nhiều vi sinh
vật không mong muốn. Tức là những vi sinh vật này cạnh tranh với vi sinh vật giống
trong quá trình lên men; do đó, cần phải loại bỏ các vi sinh vật không mong muốn này
để quá trình lên men đạt hiệu quả cao nhất, giúp thu được sản phẩm chất lượng tốt
nhất.
3.2.
-

Các biến đổi của nguyên liệu
Vật lí: tăng nhiệt độ, thể tích tăng do hỗn hợp lỏng nở ra, khối lượng giảm do
một số chất bay hơi.
42

-

Hóa học: các phản ứng có thể xảy ra như phản ứng Maillard.., các vitamin bị

-

phân hủy.
Sinh học và hóa sinh: Nhiệt độ cao làm cho quá trình trao đổi chất của vi sinh

-

vật ngừng lại, các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt, các enzyme bị vô hoạt.
Hóa lý: sự gia tăng và giảm nhiệt độ trong quá trình thanh trùng có thể gây ra

-

các biến đổi về pha như nước và một số chất dễ bay hơi sẽ chuyển sang pha khí.
Thiết bị sản xuất
Quá trình thanh trùng gồm ba giai đoạn: gia nhiệt, giữ nhiệt, làm nguội. Tuy

3.3.

nhiên, do quá trình thanh trùng hỗn hợp lỏng không đóng bao bì nên tiến hành
riêng rẽ trên ba thiết bị riêng biệt để đảm bảo quá trình thanh trùng được thực
-

hiện một cách hiệu quả nhất.
Môi trường sau khi được phối trộn, được bơm đưa qua thiết bị gia nhiệt dạng
bản mỏng để đạt đến nhiệt độ thanh trùng. Sau đó được đưa qua thiết bị giữ
nhiệt dạng ống xoắn. Sau khi giữ nhiệt được đưa qua thiết bị truyền nhiệt bản
mỏng để làm nguội về nhiệt độ thường.

43

Hình 15. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng

44

Hình 16. Thiết bị giữ nhiệt dạng ống xoắn

-

Thiết bị và thông số công nghệ
Thiết bị gia nhiệt bản mỏng thực hiện ở nhiệt độ 80-850C.
Thiết bị giữ nhiệt bằng ống xoắn: nhiệt độ thanh trùng 80-85 0C trong khoảng

-

thời gian 10 phút.
Làm nguội bằng thiết bị truyền nhiệt bản mỏng, sử dụng nước lạnh làm nguội,

3.4.

hạ nhiệt độ xuống 30-32oC.
4. Chỉnh pH
4.1.
Mục đích công nghệ
 Chuẩn bị
Chuẩn bị cho quá trình lên men: đưa môi trường nuôi cấy về pH thích hợp cho sự
sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật giống.

-

Các biến đổi của nguyên liệu
Hóa lý: sự thay đổi pH của môi trường nuôi cấy.
Vật lý, hóa học, sinh học và hóa sinh: không có sự biến đổi đáng kể.
Thiết bị sản xuất
Môi trường sau khi thanh trùng được bổ sung dung dịch Acid acetic 40% vào

-

để điều chỉnh đến pH thích hợp cho vi sinh vật giống.
Sử dụng thiết bị thân trụ, có cánh khuấy và trên thiết bị còn có gắn cảm biến pH

-

để kiểm soát pH của môi trường về giá trị mong muốn.
Việc gắn cảm biến pH trong thiết bị thì sẽ giúp quá trình chỉnh pH được chủ

-

động và còn giúp quá trình này kín, tránh sự nhiễm từ vi sinh vật bên ngoài.
pH sau khi điều chỉnh nằm trong khoảng 3,8-4,2.

4.2.
4.3.

Hình 17. Thiết bị chỉnh pH

45

4.4.
-

Thông số công nghệ
Quá trình chỉnh pH được thực hiện ở nhiệt độ thường.
Đồng thời, để quá trình hòa trộn acid acetic thuận lợi và kiểm soát nhanh chóng
pH trong thiết bị thì nên sử dụng cánh khuấy. Tốc độ cánh khuấy sử dụng để

hòa trộn là 50 rpm.
5. Quá trình nhân giống
5.1.
Mục đích công nghệ
 Khai thác
Thu sinh khối vi sinh vật phục vụ cho quá trình lên men với quy mô công nghiệp.
 Chuẩn bị

Để quá trình lên men tiếp theo được diễn ra tốt hơn.

-

Biến đổi của nguyên liệu
Sinh học: trong quá trình nhân giống, các tế bào vi sinh vật sẽ thực hiện quá

-

trình trao đổi chất và sinh sản tạo ra nhiều tế bào mới.
Hóa sinh: trong quá trình này xảy ra rất nhiều phản ứng hóa sinh có liên quan

5.2.

đến sự trao đổi chất của tế bào vi sinh vật:
+ Chuyển hóa đường saccharose thành glucose, phản ứng đồng phân hóa

-

đường fructose thành glucose.
+ Phân giải cơ chất tạo ra năng lượng cho hoạt động sống của vi sinh vật.
+ Tổng hợp các polymer sinh học của tế bào.
Hóa lý: xảy ra một số biến đổi về pha.
 Vi khuẩn Acetobacter xylinum là vi sinh vật hiếu khí bắt buộc nên việc
sục không khí vào canh trường sẽ làm tăng nồng độ oxy hòa tan trong
pha lỏng. Vi khuẩn sẽ sử dụng oxy và thải ra ngoài khí carbonic. Một
phẩn carbonic sẽ hòa tan vào pha lỏng và phần còn lại thoát ra khỏi canh

-

trường.
Vật lý: trong quá trình sinh trưởng, một phần năng lượng sẽ được vi khuẩn
Acetobacter xylinum thải ra bên ngoài dưới dạng nhiệt năng, do đó có thể làm
tăng nhiệt độ canh trường khi nhân giống ở quy mô lớn. Vì vậy, cần chú ý điều
chỉnh nhiệt độ của canh trường trong suốt quá trình nhân giống.

5.3.

Cách thức tiến hành nhân giống
 Sơ đồ nhân giống:
Giống vi sinh vật được bảo quản tại nhà máy

46

Cấy giống
10ml môi trường
Các giai đoạn nhân
giống phòng thí nghiệm

100ml môi trường

1L môi trường

10L môi trường

100L môi trường

1m3 môi trường
Các giai đoạn nhân
giống phân xưởng

10 m3 môi trường

100 m3 môi trường

47

Từ ống giống gốc chứa Acetobacter xylinum BHN2. Vì là ống giống được bảo
quản lạnh nên trước khi tiến hành phân lập ta sẽ hoạt hóa giống bằng cách nuôi nó
trong môi trường giàu dinh dưỡng sau đó mới tiến hành phân lập để tạo ra các tế bào
khuẩn lạc riêng rẽ.
Môi trường giàu dinh dưỡng dùng cho hoạt hóa có tỉ lệ thành phần như sau:
Bảng 36. Môi trường hoạt hóa vi khuẩn Acetobacter xylinum BHN2
Thành phần
Glucose (g)
(NH4)2SO4 (g)
(NH4)2HPO4 (g)
MgSO4.7H2O (g)
Acid acetic 2 %
Pepton (g)
Cao nấm men (g)

Hàm lượng
20
8
2
2
5 ml
5
5

Môi trường được tiệt trùng và để nguội đến 30 oC, sau đó cấy giống theo tỉ lệ
giống: môi trường là 1:10.
Tiến hành nhân giống gồm 2 bước :



o

Phòng thí nghiệm: từ 1 tế bào khuẩn lạc, ta tiến hành nhân giống:
10mL-100mL-1L-10L.

o

Công nghiệp: 100L-1m3-10m3-100m3.

Trong quá trình nhân giống, ta tiến hành lắc nhẹ và sục khí (lắc cho quy mô



phòng thí nghiệm và sục khí cho quy mô công nghiệp) để vi khuẩn có thể sinh trưởng
tốt do tiếp xúc tốt với oxy.
5.4.

Thiết bị sản xuất

Thiết bị nhân giống hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy dạng mái chèo, bộ phận
sục khí và vỏ áo để điều nhiệt. Ngoài ra, thiết bị còn có thể chứa các cảm biến nhiệt
độ, pH, oxy… để dễ dàng cho việc theo dõi và điều khiển quá trình nhân giống.

48

Hình 18. Bồn giữ giống
5.5.
-

Thông số công nghệ
Nhân giống ở nhiệt độ 30-350C và áp suất thường.
Có sục khí O2, đảm bảo nồng độ oxy bão hoà là 10% trong quá trình nhân giống
ở quy mô công nghiệp.

6. Lên men
6.1.
Mục đích công nghệ
- Khai thác: Quá trình lên men giúp thu nhận sản phẩm trao đổi chất bậc 1 là

cellulose của vi khuẩn Acetobacter xylinum, đây là mục đích chính trong quy
6.2.
-

trình lên men này để tạo ra sản phẩm thạch dừa.
Biến đổi của nguyên liệu trong quy trình chế biến
Sinh học: Xảy ra sự trao đổi chất và sinh trưởng của vi khuẩn Acetobacter
xylinum, có sự gia tăng số lượng tế bào vi khuẩn trong giai đoạn đầu và quá

-

trình trao đổi chất tạo ra sản phẩm ngoại bào của vi khuẩn.
Hóa lý:
 Dung dịch môi trường ban đầu có dạng huyền phù mịn, chuyển sang
dạng rời rạc, sau đó kết lại thành khối lớn hơn dạng gel chứa các tế bào
vi khuẩn trong đó. Bộ khung của gel là mạng lưới cellulose với thành
phần chủ yếu là nước (99%). Nó được hình thành ở mức tối đa chỉ 30
phút sau khi có sự tiếp xúc giữa vi khuẩn Acetobacter xylinum với
glucose và oxy.
 Trong quá trình lên men còn xảy ra các sự biến đổi về pha. Cụ thể, việc
sục không khí vào quá trình lên men sẽ làm cho một phần oxy không khí
49