Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Khử trùng bằng autoclave

Khử trùng bằng autoclave

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 41.Sơ đồ thiết bị Autoclave

Tuy nhiên nó mắc phải một bất lợi nghiêm trọng. Thời gian làm nóng và làm lạnh lâu, nhiệt độ bên

trong lon hoặc chai dẫn đến những thay đổi khơng mong muốn như hóa nâu và hương vị sữa khét [56]. Pha

trộn hoặc quay vòng các thùng chứa trong q trình xử lý nhiệt có thể hạn chế những thay đổi này bởi vì nó

tăng đáng kể việc truyền nhiệt và độ điều nhiệt [125]. Tuy nhiên, hoạt động kỹ thuật của nó là khó khăn bởi

vì việc gia nhiệt bằng hơi nước phải xảy ra dưới áp suất, ít nhất là khi khử trùng. Nhiệt độ 120°C tương ứng

với áp suất của thanh đo 1 bar.

Phương pháp gia nhiệt dễ dàng nhất là theo chu kì trong buồng hơi hoặc nồi hấp. Nhưng chi phí năng

lượng là rất cao (do nhiệt khơng thể tái tạo) và rất mất thời gian. Trong một số máy móc, các chai trải qua

một cuộc chuyển động lắc lư, nhờ đó việc truyền nhiệt được đẩy nhanh. Đối với lon, cái gọi là 'nồi nấu và

mát' với khóa khơng khí quay thường được sử dụng. Thiết bị khử trùng liên tục cho phép tái sinh nhiệt đáng

kể [65].

5.5.2. Gia nhiệt gián tiếp

Gia nhiệt gián tiếp là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các nhà máy sữa. Trong

phương pháp này, lớp phân cách đặt giữa sản phẩm và mơi trường làm nóng hoặc làm mát. Nhiệt sau đó

được chuyển từ mơi trường thơng qua đó truyền tới sản phẩm [43].



Hình 42.Cấu trúc bộ trao đổi nhiệt và đồ thị truyền nhiệt

Giả định rằng môi trường truyền nhiệt là nước nóng, chảy ở một bên của phân vùng, và sữa lạnh ở

mặt kia. Phân vùng này làm nóng ở phần gia nhiệt trung gian qua đó làm nóng sản phẩm. Tấm trao đổi nhiệt

còn gọi là tấm phân vùng.

Có một lớp ranh giới ở mỗi bên của phân vùng. Vận tốc của chất lỏng bị chậm lại do ma sát ở lớp

ranh giới tiếp xúc với lớp phân vùng. Vận tốc lớn dần từ ngồi vào trong lòng chất lỏng.

Tương tự, nhiệt độ của dòng nước nóng trao đổi nhiệt lớn nhất ở đầu vào, thấp nhất ở đầu ra sau khi

thực hiện trao đổi nhiệt, đối với dòng sữa thì ngược lại. Sự trao đổi nhiệt được thực hiện bằng cả dẫn truyền

và đối lưu.

 Thiết bị gia nhiệt gián tiếp

 Thiết bị gia nhiệt và làm nguội dạng bản mỏng. Nhà sản xuất: Tetra Pak



Hình 43.Tetra Plex C



Tiêu chuẩn về vật liệu

 Bản mỏng: Thép không rỉ AISI 316 được tơi sáng hồn tồn, titan hoặc SMO.

 Tấm đệm: Nitrile-FDA, Nitrile-FDA chịu nhiệt hay EPDM-FDA

 Khung: làm bằng thép khơng rỉ, những đai ốc có thể dịch chuyển được trên những con

bulông

 Lắp chặt được làm bằng đồng mạ crôm.

 Nhiệt kế

 Nối với bộ chuyển áp suất 51mm

 Tấm bảo vệ: bảo vệ bulông bằng thép không rỉ.

 Chỗ nối bằng titan hay SMO( khung và bản ép)

 Chân thiết bị có thể kéo dài

 Thêm cờ lê tiêu chuẩn hoặc cơng cụ síêt bằng khí nén.

 Trang bị các bộ phận, tấm đệm.



Hình 44.Tetra Plex CD

Thông số kỹ thuật

 Áp suất thiết kế: 10 bar

 Nhiệt độ thiết kế: 1500C

 Tuân theo PED, có thể có CE phụ thuộc vào điều kiện thiết kế.



Hình 45.Tetra Plex M

Chỗ nối: SMS hay DIN male parts. Đối với tetra Plex MS15 thường sử dụng mối ghép bích bằng DIN hay

AINSI.



Hình 46.Tetra Therm® Aseptic Flex 1





Ống gia nhiệt và làm nguội dạng ống lồng ống:



Hình 47.Ống gia nhiệt dạng ống lồng ống



Vật liệu: Ống và vỏ bằng thép chịu lực AISI 316(L) Nhiệt độ

thết kế 1600C( 3200F)

Quá trình vô trùng gián tiếp bằng phương pháp UHT trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống, ứng dụng

trong sữa,chocolate sữa, sữa đậu nành, trà và nước trái cây.

Thiết bị dùng cho sữa có cơng suất:

1200-4500l/h; 1500-5500l/h; 2000-7000l/h; 4000-13000l/h

Điều kiện tiệt trùng: 5-75 phút đồng hóa,137/4s trong 25oC. Năng suất

(4,500 l/h)

Hơi gia nhiệt,kg/h(6bar) 115 165 160 140 Bộ phận

làm mát, 3 bar, 20°C

During production - 6000 8000 1600

During pre-sterilisation 3000 3000 3000 3000

Nước rửa,3bar 7000 7000 7000 7000

Điện năng (kW (380/400V, AC 50 Hz) 13 13 13 20

Năng suất (5 500 l/h) 380/400 V, AC 50 Hz Gia nhiệt

bằng hơi kg/h(6bar) 160 215 180 170 Bộ phận làm mát,

l/h (3 bar, 20°C)

During production - 4500 11500 2500

During pre-sterilisation 4000 4000 4000 4000

Nước rửa, l/h (CIP rinse, 3 bar) 7 000 7 000 7 000 7 000

Điện năng: kW (380/400V, AC 50 Hz) 20 20 20 20

Thường có bề mặt trao đổi nhiệt nhỏ hơn so với các tấm trao đổi nhiệt trên cùng một đơn vị thể tích.

Theo đó sự khác biệt nhiệt độ giữa chất làm nóng và chất lỏng nhập vào nói chung là lớn.

Để hạn chế sự tắc nghẽn và tăng cường độ truyền nhiệt cần tốc độ dòng chảy cao, do đó đòi hỏi bơm

áp lực cao. Nhưng điều này khơng gây ra vẫn đề gì vì ống mạnh hơn tấm. Một số bộ trao đổi nhiệt ống thậm

chí khơng có miếng đệm kín nhưng có ống đồng tâm trương (xoắn ốc xoắn ốc). Ống trao đổi nhiệt có thể dễ

dàng áp dụng để đạt được nhiệt độ rất cao (ví dụ, 150°C). Theo đó, chúng là phù hợp để xử lý UHT gián tiếp

[101].

Giống như trao đổi nhiệt dạng tấm, trao đổi nhiệt dạng ống cũng gồm các phần: nhập liệu, gia nhiệt,

giữ nhiệt và làm lạnh.



Hình 48.Sơ đồ trao đổi nhiệt dạng ống

Trong các thiết bị trao đổi nhiệt hiện đại, sữa có thể ngược dòng với nước xuyên suốt bộ máy. Nước

được lưu giữ và được làm nóng gián tiếp bằng hơi nước ngay trước khi nó làm nóng sữa đến mức tối đa

nhiệt độ mong muốn. Trong những trường hợp như vậy, tốc độ dòng chảy ở hai bên ngăn cách bởi một bức

tường không cần phải giống nhau, ngụ ý rằng sự khác biệt về nhiệt độ không phải là không thay đổi. Thơng

thường, nhiệt tái sinh hồn tồn khoảng 90% [102].

Phương pháp làm việc này có lợi thế về kiểm sốt nhiệt độ nhanh chóng và thậm chí truyền nhiệt, tiết

kiệm năng lượng.

Trong tiệt trùng UHT xử lý nhiệt trực tiếp mà khơng có màng ngăn giữa chất lỏng được làm nóng và

chất làm nóng ( hơi nước). chất làm nóng sẽ được phun trực tiếp hoặc xung quanh chất cần làm nóng. Do đó

một sự nóng lên gần như tức thời để nhiệt độ mong muốn (ví dụ, từ 80°C đến 145°C trong 0,1 s), với điều

kiện là hơi nước có thể ngưng tụ ngay lập tức. Để điều này xảy ra thì hơi phân tán phải mịn và áp suất phản

ứng trong chất lỏng lớn. hơi nước ngưng tụ sẽ pha lỗng chất lỏng đang cần được làm nóng, ngay sau đó

lượng nước ngưng tụ sẽ được bay hơi và tách ra khỏi chất lỏng [104].

Hệ thống phun hơi nước gây ra sự phá vỡ các hạt cầu béo và sự đơng tụ của một số protein. Đồng

hóa (aseptic) ở áp suất cao có khả năng tái hòa tan các cục vón. Nếu khơng có sự đồng nhất, sản phẩm sẽ

tạo ra một cảm giác không làm sưng hoặc khơng trong miệng, và trầm tích có xu hướng hình thành khi bảo

quản [101].

Xử lý bằng UHT , việc tăng thời gian gia nhiệt lên đôi khi được sử dụng để làm giảm cái hoạt tính

của plasmin. Bằng cách này sự khác biệt giữa sữa tiệt trùng truyền thống và sữa tiệt trùng bằng UHT được

giảm bớt

Cái gọi là vacreator khá giống với một nóng UHT trực tiếp nhưng trong này thiết bị chất lỏng được

làm nóng đến nhiệt độ thanh trùng. Các chi tiết cần thiết là làm mát bay hơi trong chân



không, nhằm loại bỏ các hợp chất hương vị dễ bay hơi. Bộ máy như vậy đôi khi được sử dụng cho kem

thanh trùng cho các sản phẩm bơ. Nhược điểm bao gồm thiệt hại đáng đến các hạt cầu béo và sự tái tạo

nhiệt hạn chế. Trong phương pháp này sữa được phun vào dòng nước hơi [102].

5.5.3. So sánh giữa gia nhiệt trực tiếp và gia nhiệt gián tiếp





Gia nhiệt trực tiếp



Ưu điểm:

- Gia nhiệt và làm nguội nhanh, sản phẩm ít bị biến đổi, hư hỏng về mặt cảm quan trong

suốt quá trình gia nhiệt.

- Sản phẩm không bị hư hỏng do nhiệt độ cao trong quá trình gia nhiệt.

- Tiết kiệm năng lượng (ít tổn thất hơi).

Nhược điểm:

- Do gia nhiệt bằng một lượng lớn hơi nước nên cần phải cô đặc, hệ thống gia nhiệt trực

tiếp khó điều khiển hơn.

- Nước thêm vào (được ngưng tụ từ hơi nước gia nhiệt) làm tăng thể tích khoảng 1%

khi tăng thêm 10F so với nhiệt độ sản phẩm ban đầu khi đưa vào thiết bị gia nhiệt.

- Hơi gia nhiệt trực tiếp phải đảm bảo đạt độ vệ sinh sử dụng trong thực phẩm. Do đó cần

kiểm tra kĩ hơi gia nhiệt trước khi đưa vào gia nhiệt.





Gia nhiệt gián tiếp



Ưu điểm:

- Có thể điều khiển nhiệt độ của thực phẩm khi gia nhiệt.

- Có thể áp dụng cho các sản phẩm có độ nhớt cao mà không làm cháy sản phẩm.

- Tiết kiệm năng lượng (sử dụng các sản phẩm đã tiệt trùng xong để gia nhiệt cho các sản phẩm

chưa tiệt trùng và cũng để làm nguội sản phẩm sau tiệt trùng).

Nhược điểm:

- Sản phẩm có thể bị biến đổi chút ít

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh tiệt trùng

6.1.Hệ vi sinh trong thực phẩm

Mẫu thực phẩm trước khi thanh trùng hoặc tiệt trùng đều chứa một hệ vi sinh vật. Cần quan tâm đến

loài vi sinh bị nhiễm và mức độ của chúng trong thực phẩm [107].

Nếu các lồi vi sinh vật nhiễm thuộc nhóm ưa nhiệt thì chế độ thanh tiệt cùng càng phải nghiêm ngặt

[108].



Mật độ vi sinh vật trong mẫu ban đầu càng cao thì càng phải tăng nhiệt độ và thời gian xử lý để đảm

bảo sản phẩm có xác xuất tái nhiễm thấp [109].

Khả năng chịu nhiệt của một loài vi sinh vật thường được đánh giá dựa trên giá trị “thời gian phá

hủy thập phân” [110].

Thời gian tiêu diệt chịu ảnh hưởng rất lớn của các lồi vi sinh vật có thể phát triển trong thực phẩm

bởi vì độ bền nhiệt của các lồi vi sinh vật khơng giống nhau, các tế bào sinh dưỡng dễ bị tiêu diệt hơn

nhiều so với nha bào. Một số các nhà khoa học giải thích điều này là bởi vì nha bào virus chứa ít nước, do

đó protide khó bị đơng đặc, mà q trình protide đơng đặc lại chính là ngun nhân gây nên cái chế của các

tế bào virus khi đun nóng. Các cơng trình nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng hàm lượng nước tổng quát (chung)

trong tế bào sinh dưỡng và trong nha bào xấp xỉ như nhau. Vì vậy khi nói hàm lượng nước trong nha bào ít

là ta đang đề cập đến hàm lượng nước tự do [108-110]

Vấn đề là ở chỗ một phần lượng nước trong nha bào ở trạng thái liên kết, do đó khơng thể tham gia

vào sự làm đông đặc lại của các protein của tế bào. Ngoài ra độ bền với nhiệt của các nha bào còn được giải

thích do chúng có lớp màng bọc không thấm nước rất chắc chắn, không cho nước từ bên ngồi thấm vào

trong nha bào. Đó là lý do tại sao thời gian tiêu diệt đối với phần lớn các vi khuẩn không tạo nha bào, tức là

các tế bào sinh dưỡng chỉ khoảng vài phút ở nhiệt độ 60-80 oC. Thời gian tiêu diệt dài nhất là của E.Coli –

15 phút ở 80oC. Thời gian tiêu diệt của các vi sinh vật tạo nha bào (tức là nha bào của chúng) dài hơn nhiều

so với các vi sinh vật không tạo nha bào. Theo số liệu của Rogatrov thời gian tiêu diệt đối với một số nha

bào ở 100oC như sau [124]:

B. subtilis



120 phút



B. mesentericus



110 phút



Cl. botulinium (loại B)



150 phút



Cl. botulinium (loại A)



300 phút



Bigeloi và Esti nhận thấy một số vi sinh vật thuộc nhóm ưa nhiệt chịu được nhiệt độ sôi trong nước

ngô ép ở pH 6.1 trong thời gian 24h. Một số nhà nghiên cứu khác thông báo thời gian tiêu diệt của một loại

vi sinh vật ưa nhiệt thuộc nhóm gây chua thực phẩm khơng tạo bọt khí ở pH 6.1 và nhiệt độ 120oC là 11

phút; thời gian tiêu diệt của một vi sinh vật khác cũng thuộc nhóm này ở 120 oC trong môi trường đệm (pH

6.95) là 35 phút. Số lượng vi sinh vật có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tiêu diệt [112].



6.2. Trạng thái vật lý



6.2.1. Trạng thái vật lý của thực phẩm

-



Thực phẩm rắn: truyền nhiệt là do sự dẫn nhiệt [109].



-



Thực phẩm có cả phần lỏng và phần đặc thì truyền nhiệt xảy ra theo 2 cách: đối lưu và



dẫn nhiệt [108].

-



Thực phẩm lỏng có độ nhớt thấp và tỉ trọng nhỏ, hệ số truyền nhiệt cao hơn thực phẩm



rắn. Hàm lượng chất khô, độ nhớt … ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt [108].

-



Các loại sữa khác nhau có tính chất lý học khác nhau: độ đặc, tỷ trọng, độ nhớt đều khác



nhau. Các tính chất này người ta kết hợp lại và gọi chúng bằng khái niệm độ chắc [112].





Loại sữa ở dạng lỏng, như sữa tươi, sữa chua, sự truyền nhiệt khi thanh trùng chủ yếu nhờ



đối lưu. Sự đối lưu trong sản phẩm xảy ra khá mạnh nên các sản phẩm dạng này được nâng nhiệt

khá nhanh[116].





Có nhiều sản phẩm ở dạng đặc, ví dụ kem, sữa chua. Trong các sản phẩm này sự đối lưu



xảy ra rất yếu, thậm chí khơng có sự đối lưu. Việc truyền nhiệt trong các sản phẩm này chủ yếu là

bằng con đường truyền dẫn. Hệ số dẫn truyền nhiệt của thực phẩm nói chung khơng lớn nên các

sản phẩm này được nâng nhiệt khá chậm [110].





Sản phẩm có thành phần khơng đồng nhất, bao gồm cả thể rắn và lỏng, ví dụ sữa chua bổ



sung hạt lựu, dâu miếng. Trong các đồ hộp này, sự truyền nhiệt bằng cả hai cách: đối lưu và

truyền dẫn, trong trường hợp này, sự đối lưu xảy ra khá mạnh. Và nếu xét về cường độ hiệu quả

nâng nhiệt thì chúng chiếm vị trí trung gian giữa hai nhóm trước, tuy nhiên nó gần với nhóm đầu

hơn [106-110].

Ta có thể dễ dàng nhận thấy sự khác nhau về cường độ truyền nhiệt của các loại thực phẩm trên đồ

thị nâng nhiệt, được vẽ trong hệ trục tọa độ “nhiệt độ - thời gian thanh trùng” – trục hoành biểu diễn thời

gian thanh trùng (phút) tính từ lúc ta bắt đầu mở cho hơi vào nồi thanh trùng và kết thúc khi thiết bị đã được

làm nguội hoàn toàn; trục tung biểu diễn nhiệt độ thanh trùng trong thiết bị vùng tâm ứng với mỗi khoảng

thời gian. Ở đây nhiệt độ sản phẩm được đo ở điểm khó truyền nhiệt vào nhất. Đối với thực phẩm đặc –

điểm đó gần tâm hình học của hộp, còn đối với sản phẩm lỏng – nó thấp hơn tâm hình học. Như vậy trên

hình ta có đồ thị gia nhiệt của thiết bị và thực phẩm. Đồ thị gia nhiệt của thiết bị có dạng là một hình thang.

Ban đầu, nhiệt độ thiết bị tăng dần đều đặn cho tới khi đạt được nhiệt độ thanh trùng định trước (trong

khoảng thời gian A). Sau đó ta giữ thiết bị ở nhiệt độ này ổn định trong thời gian B – đây là thời gian thanh

trùng thật



sự theo đúng nghĩa của nó. Sau đó người ta giảm nhiệt độ xuống đến điểm ban đầu, trong thời gian C – kết

thúc quá trình làm nguội [131].



Hình 49.Đồ thị gia nhiệt của 2 dạng thực phẩm

Hình trên biểu diễn đồ thị gia nhiệt của 2 dạng thực phẩm: 1 – Thực

phẩm lỏng – truyền nhiệt bằng đối lưu

2 – Thực phẩm đặc – truyền nhiệt bằng truyền dẫn

Theo như đồ thị, ta thấy đường cong 1 thấp hơn đồ thị hình thang của thiết bị. Nhiệt độ cao nhất

trong hộp đạt được chậm hơn so với trong thiết bị và mức độ (nhiệt độ cao nhất trong sản phẩm) cũng nhỏ

hơn nhiệt độ thanh trùng một ít. Sự chậm trễ nhỏ này của đồ thị 1 so với đồ thị gia nhiệt thiết bị xảy ra cả

khi làm nguội. Đối với đồ thị 2 ta có thể thấy dễ dàng là nó khác xa với đồ thị gia nhiệt thiết bị [114].





Thứ nhất, tâm sản phẩm đạt được nhiệt độ cao nhất chậm hơn nhiều so với thời gian thiết



bị đạt tới nhiệt độ thanh trùng [114].





Thứ hai, nhiệt độ cao nhất của thực phẩm kém nhiệt độ thanh trùng vài độ, do đó trong



khoảng thời gian giới hạn của một chu kỳ gia nhiệt trong thiết bị, thực phẩm còn chưa kịp đun

nóng đạt tới nhiệt độ thanh trùng. Thời điểm bắt đầu quá trình làm nguội của thực phẩm cũng

chậm hơn so với lúc thiết bị bắt đầu được làm nguội. Các đồ thị trên chỉ có tính chất minh họa sơ

bộ, khơng có tính chất định lượng vì khơng có các thơng số cho phép ta so sánh cường độ nâng



nhiệt các thực phẩm với tính chất vật lý khác nhau, để có thể rút ra các con số kết luận cụ thể. Tuy nhiên

ta có thể đạt được điều này khi thực hiện một số các phép tốn học [115].

6.2.2. Tính chất vật lý của vật liệu và độ dày vật liệu

Trước khi nhiệt truyền vào được tới sản phẩm, nó phải vượt qua được nhiệt trở của vật

liệu σ, nhiệt trở σ này phụ thuộc độ dày vỏ hộp δ và độ dẫn nhiệt λ của nó: σ = δ

λ



Như vậy trở



nhiệt của bao bì càng lớn khi bao bì càng dày và độ dẫn nhiệt càng nhỏ. Tuy nhiên để trả lời câu hỏi trên,

thực tế cần chú ý đến yếu tố nào hơn: độ dày mỏng của bao bì hay độ dẫn nhiệt của bao bì  ta phải xem xét

tính chất của các loại bao bì thường sử dụng trong công nghệ chế biến các sản phẩm từ sữa [123].

Độ dày mỏng vỏ hộp thủy tinh ảnh hưởng lớn đến nhiệt trở của nó. Tuy nhiên, điều ta quan tâm ở

đây không phải là bản thân nhiệt trở của vỏ bao bì, ta chỉ chú ý đến nó trong chừng mực nhất định nó ảnh

hưởng ra sao đến thời gian truyền nhiệt vào bên trong thực phẩm. Ta chỉ có thể giải quyết được vấn đề ảnh

hưởng của nhiệt trở bao bì đến thời gian truyền nhiệt vào tâm khi so sánh nhiệt trở của một vỏ hộp xác định

đến nhiệt trở của thực phẩm xác định trong hộp [122].

Trong thực tế ta thường gặp hai trường hợp chủ yếu sau:





Khi thanh trùng thực phẩm lỏng, nhiệt được truyền chủ yếu nhờ sự đối lưu, do vậy nhiệt



trở của thực phẩm không lớn [114].





Khi thanh trùng thực phẩm đặc, nhiệt được truyền chủ yếu bằng phương pháp truyền dẫn,



và nhiệt trở của thực phẩm trong trường hợp này lớn đáng kể [114].

6.3.



Thành phần hóa học của thực phẩm



6.3.1. Lipid

Mơi trường càng có nhiều chất béo các vi sinh vật càng chịu được nhiệt độ cao trong thời gian tiêu

diệt kéo dài [120].

Các chất béo có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tiêu diệt, tuy nhiên khác với các acid và các

phitonxit, chất béo không những không làm giảm bớt chế độ thanh trùng, mà còn có tác dụng tăng sức chịu

nhiệt của vi sinh vật. Người ta giải thích tác dụng bảo vệ vi sinh vật của chất béo trên cơ sở các biến đổi hóa

lý xảy ra ở vùng biên của hai chất lỏng không đồng nhất: dung dịch protide ở dạng keo (tế bào vi sinh vật)

và chất béo. Ta biết rằng khi các chất keo háo nước (protide, xanponin, xà phòng…) gặp chất béo ở phần

tiếp giáp 2 pha lập tức có hiện tượng tạo màng xảy ra, ngăn cách các pha với nhau[115]. Nếu 1 giọt chất béo

rơi vào dung dịch protide, nó sẽ bị màng protide bao lại. Nếu 1 giọt dung dịch protide ở thể keo rơi vào chất

béo, nó cũng sẽ bị



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Khử trùng bằng autoclave

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×