Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Các biến đổi của nguyên liệu

Các biến đổi của nguyên liệu

Tải bản đầy đủ - 0trang

của nguyên liệu. Kết quả thực nghiệm cho thấy nếu như áp lực sử dụng tăng 40bar thì nhiệt độ nguyên liệu

sẽ tăng 1℃. Trong công nghiệp thực phẩm, giá trị áp lực sử dụng thường dao động trong khoảng 200300bar tương đương với khoảng tăng nhiệt độ nguyên liệu trong q trình đồng hóa là 5,0-7,5℃. Như vậy,

mức độ làm tăng nhiệt độ nguyên liệu là không lớn [1] [10].

Bên cạnh đó, còn làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha phân tán và pha liên tục trong hệ nhũ

tương hoặc huyền phù. Khi đó các giá trị như năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt trong hệ phân tán sẽ

thay đổi. Khi có sử dụng chất nhũ hóa chúng sẽ phân bố tại vị trí bề mặt tiếp xúc pha trong hệ phân tán, nhờ

đó mà độ bền pha của sản phẩm sẽ tăng [1] [10].

Hóa học, hóa sinh, sinh học: các biến đổi này xảy ra khơng đáng kể.

4.



Các yếu tố ảnh hưởng



4.1.



Kích thước các hạt béo và tỷ lệ phần trăm giữa hàm lượng pha phân tán và pha liên



tục

Nếu thể tích của chất béo (pha phân tán) chỉ chiếm một phần nhỏ thể tích tồn bộ hệ nhũ tương thì q

trình đồng hóa sẽ thực hiện dễ dàng và hệ nhũ tương có độ bền cao. Ngồi ra, các hạt béo có xu hướng kết

hợp lại với nhau tạo thành các hạt lớn hơn dẫn đến hiện tượng tách pha [10] [11].

4.2.



Thiết bị đồng hóa



Đặc biệt là thiết kế van đồng hóa: đối với cũng một áp suất p thì thời gian đồng hóa (t p) sẽ khác nhau

và khi đó 𝜀 = p√tp . Ngồi ra, còn phụ thuộc vào điều kiện đồng hóa (xem Hình 10) [10].



Hình 10.Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa lên kích thước hạt trung bình và hằng số sa lắng

đối với hai thiết bị đồng hóa (I và II). (From H. Mulder and P. Walstra, The Milk Fat

Globule, Pudoc, Wageningen, 1974.)



4.3.



Áp suất



Tăng áp suất trong một giới hạn nhất định sẽ xuất hiện hiện tượng chảy rối và xâm thực khí. Do đó

kích thước của các hạt pha phân tán giảm đáng kể và hệ phân tán thu được sẽ có độ ổn định cao. Tuy nhiên,

việc tăng áp lực đồng hóa sẽ làm tăng chi phí năng lượng của q trình và giá thành thiết bị sử dụng [1] [10]

[11].

4.4.



Sự chảy rối



Các dòng chảy trong khe của van đồng hóa hầu như đều xảy ra sự chảy rối. Hằng số Reynolds (2 h v

𝜀/ŋ, trong đó h là chiều rộng, v là tốc độ chảy trung bình) là 40000 trong máy đồng hóa lớn. Còn trong máy

nhỏ hơn thì Re nhỏ hơn nhưng vẫn đủ để tạo ra sự chảy rối. Một dòng chảy rối mạnh mẽ sẽ tạo ra các vi lốc

xoáy (eddies, whirls, vortices) ứng với mỗi kích cỡ khác nhau liên tục hình thành và biến mất. Theo lý

thuyết Kolmogorov, vận tốc gốc trung bình của các vi lốc xốy có thể tính được, nó phụ thuộc vào mật độ

electron và khoảng cách x. Theo phương trình Bernoulli, điều này sẽ dẫn đến biến đổi áp suất (xem Hình 8)

[10].

∆p(x) ≈ ,

Do những biến đổi này, giọt dầu có thể bị biến dạng và bị phá vỡ thành những giọt nhỏ hơn. Những

giọt chống lại được sự biến dạng là nhờ vào áp lực Laplace của nó (pLa = 4 𝜀/d), nhưng nếu chênh lệch áp

suất lớn hơn áp lực Laplace thì vẫn có thể xảy ra sự biến dạng. Theo lý thuyết, kích thước tối đa của giọt

dầu có thể có được trong dòng chảy rối được biểu thị bằng công thức sau:

dmax ≈



-0.4 0.6 -0.2



𝜀 𝜀



Trong sữa, sức căng bề mặt giữa dầu và plasma sẽ khoảng 15 hoặc 20 mN.m-1 tại thời điểm các giọt

dầu bị phá vỡ. Mật độ electron rất cao trong áp suất đồng hóa do năng lượng động học có sẵn sẽ bị tiêu hao

trong thời gian rất ngắn [10].

(Lưu ý: sự phá vỡ các giọt chất lỏng không phải do lực cắt mà là do lực quán tính. Mặt khác, lý thuyết được

áp dụng cho các trường hợp đơn giản. Đặc biệt là nếu Re không quá cao và các giọt dầu khơng q nhỏ thì

các lực được tạo ra do độ nhớt cũng đóng vai trò một phần và kết quả là đường kính các giọt chât lỏng cũng

phụ thuộc một phần vào độ nhớt của pha liên tục)

Trong quá trình đồng hóa, một số q trình diễn ra đồng thời, như Hình 11, các giọt dầu bị biến dạng

(dòng 1) và có thể bị phá vỡ (dòng 1). Do đó, tổng diện tích bề mặt tăng lên và chất hoạt động bề mặt được

bổ sung vào (protein trong sữa) hấp phụ vào bề mặt các giọt dầu (dòng 2). Các giọt mới hình thành sẽ

thường xuyên va chạm với nhau, có thể dẫn đến sự tái kết tụ nếu



bề mặt protein còn nhỏ (dòng 3). Nếu protein đã hấp phụ thì sự va chạm khơng còn tác dụng (dòng 4). Sự

phá vỡ và va chạm một vài lần, ví dụ như 50 lần khi đi qua van đồng hóa. Sự phá vỡ xảy ra theo các bước

vì một giọt dầu đã bị phá vỡ hiếm khi bị phân chia ra hơn các giọt nhỏ hơn. Do đó, sức căng bề mặt sẽ giảm

nhiều lần và tăng trở lại [10].

Tốc độ các quá trình xảy ra phụ thuộc vào các biến số, như năng lượng, nồng độ chất hoạt động bề

mặt, kích thước và khối lượng giọt dầu, thời điểm đặc trưng 𝜀. Ví dụ, 𝜀a (thời gian hấp phụ) lớn hơn 𝜀d

(thời gian phá vỡ giọt), các giọt này có thể có sức căng bề mặt thấp, do đó tạo ra sức căng bề mặt giữa hai

pha cao hơn trong quá trình biến dạng và phá vỡ dẫn đến sự phân chia ít hiệu quả hơn. Nếu 𝜀a lớn hơn 𝜀e

(thời gian trung bình giữa hai lần va chạm) thì khả năng tái kết tụ tăng lên. Cả hai điều kiện này sẽ làm cho

kích thước hạt trung bình tương đối lớn [10]

Lý thuyết Kolmogorov đưa ra phương trình cho các giá trị 𝜀, từ đó chúng ta có thể tính tốn cho sữa

và kem được đồng hóa ở 60 và 20 MPa, sau đây là thời gian gần đúng:

Milk (4% chất béo)



Cream (25% chất béo)



Thời gian hấp phụ ( 𝜀a , µs)



0.3



1



Thời gian va chạm (𝜀e, µs)



0.2



0.02



Thời gian biến dạng (𝜀d, µs)



0.5



0.5



Đối với sữa thì các thời gian này đều giống nhau, nhưng đối với kem thì khác. Hơn nữa, các thời gian

đề cập đều rất ngắn.



Hình 11.Các quá trình xảy ra khi đồng hóa một hệ nhũ tương dầu trong nước. Các giọt

được mô tả bằng các đường mỏng, chất hoạt động bề mặt (ví dụ protein) đường dày

4.5.



Nhiệt độ



Đồng hóa thường được thực hiện ở nhiệt độ từ 40 đến 75℃. Hiệu quả quá trình sẽ kém nếu nhiệt độ

quá thấp làm các hạt béo bị kết tinh. Trong suốt q trình sẽ có sự tăng nhẹ nhiệt độ do giảm độ nhớt của

dầu. Nếu nhiệt độ đồng hóa quá cao sẽ xảy ra một số phản ứng khơng mong muốn trong thực phẩm, ví dụ

như phản ứng oxy hóa chất béo, phản ứng phân hủy làm tổn thất một số cấu tử mẫn cảm với nhiệt... [1] [10]



Hình 12.Ảnh hưởng của các điều kiện đồng hóa đến tính chất sản phẩm (p: áp suất, m:

khối lượng sữa, c: cream, dvs: thể tích/đường kính trung bình hạt béo, Γ: khối lượng

protein trên bề mặt, Cl: cluster đồng hóa trong kem, q: tốc độ tạo kem, tC: thời gian cần

thiết để đơng kem.

4.6.



Đồng hóa hai cấp



Sữa đầu tiên được chuyển vào thiết bị đồng hóa thơng qua van thơng thường, do đó áp suất giảm, ví

dụ từ 20 đến 5 Mpa (áp suất tối thiểu bên trong van bằng khơng). Thơng qua van đống hóa thứ hai, áp suất

giảm xuống khoảng 1bar (0.1 MPa), tại van này không có sự đồng hóa đáng kể, do đó, giai đoạn hai ít ảnh

hưởng đến kích thước hạt cầu béo. Nói cách khác, đồng nhất một giai đoạn ở 20 MPa dẫn đến một kết quả

tương tự như trong hai giai đoạn ở 20 và 5 MPa. Kết quả không mong muốn khi áp suất ở giai đoạn thứ hai

giảm hơn 30% tổng số áp suất [10].



Hình 13.Ảnh hưởng của đồng hóa 2 cấp đến kích thước hạt cầu béo được quan sát dưới

kính hiển vi.

4.7.



Tỉ lệ chất béo và chất hoạt động bề mặt (thường là protein)



Khi protein đủ sẽ bao phủ bề mặt hạt cầu béo mới hình thành không cho hạt cầu béo kết hợp lại với

nhau và lắng xuống. Trong các sản phẩm nhiều béo, ít protein thì có khuyn hướng tách béo cao. Nếu protein

khơng có sẵn để bao phủ hạt cầu béo thì đường kính trung bình của các hạt cầu béo sẽ lớn hơn (xem Hình

14) [10].



Hình 14.Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa p (MPa) đến đường kính trung bình dvs (µm)

hạt cầu béo của sữa và kem. Hàm lượng chất béo được thể hiện phía dưới các đường cong

(trích từ P. Walstra and G. Hof, chưa xuất bản.)

4.8.



Chất hoạt động bề mặt



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Các biến đổi của nguyên liệu

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×