MỤC LỤC
1. MỞ ĐẦU.......................................................................................................2
1.1. Mục đích cô đặc...................................................................................2
1.2. Các dạng sản phẩm nước quả cô đặc.................................................2
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC.................................................................2
2.1. Phương pháp cô đặc bốc hơi...............................................................2
2.1.1. Giới thiệu chung.........................................................................2
2.1.2. Cơ sở khoa học............................................................................3
2.1.3. Các biến đổi của nguyên liệu....................................................3
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng.................................................................5
2.1.5. Các thiết bò..................................................................................6
2.2. Kết tinh.................................................................................................14
2.2.1. Giới thiệu chung.........................................................................14
2.2.2. Cơ sở khoa học............................................................................14
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng.................................................................15
2.2.4. Các thiết bò..................................................................................21
2.3 Cô đặc dùng màng membrane.............................................................21
2.3.1. Giới thiệu chung.........................................................................23
2.3.2. Cơ sở khoa học............................................................................24
2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng.................................................................26
2.3.4. Các thiết bò..................................................................................31


1. MỞ ĐẦU
1.1.

Mục đích cô đặc

1.2.

Các dạng sản phẩm nước quả cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dòch bằng
cách tách bớt một phần dung môi.
Sản phẩm cô đặc có ưu điểm:
 Khả năng bảo quản tăng lên 6 -7 lần trong điều kiện bảo quản bình thường.
 Không cần bảo quản trong điều kiện lạnh do sản phẩm có hàm lượng chất khô
cao.
 Sản phẩm dễ dàng đóng gói và lưu thông trên thò trường.
 Vận chuyển dễ dàng và chi phí vận chuyển thấp.
 Tiết kiệm diện tích kho bãi.
 Sản phẩm có giá trò dinh dưỡng cao.
Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm:
o Cô đặc sữa.
o Cô đặc rau quả.
o Làm tăng hàm lượng chất rắn của mứt (jams), mứt đông (jellies), làm ổn đònh
cấu trúc gel và tăng sự ổn đònh trong bảo quản bằng cách ngăn chặn những hư
hỏng do vi sinh vật.
o Cô đặc đường và muối trước khi đem tinh chế.
o Làm tăng hàm lượng chất khô của dung dòch loãng trước khi đem sấy (như sấy
khô trong sản xuất sữa bột). Điều này giúp làm giảm chi phí của quá trình sấy.

Nước quả cô đặc: được chế biến bằng cách cô đặc nước quả tự nhiên. Thành
phẩm có độ khô 40-60% .
Mứt đông: được chế biến từ nước quả thật trong suốt. Sau khi phối trộn với
đường, dòch quả được cô đến độ khô 65-75% .
Bán chế phẩm cà chua cô đặc: được chế biến bằng cách cô đặc pure quả cà chua
đến độ khô nhất đònh tùy vào yêu cầu sản phẩm.

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
2.1.


Phương pháp cô đặc bốc hơi

2.1.1.
Giới thiệu chung [1]
Sự cô đặc thực phẩm có thể thực hiện bằng phương pháp bốc hơi. Cô đặc bốc hơi
là phương pháp cổ điển nhất. Hiện nay nó được coi là phương pháp truyền thống,
kinh tế nhất, được sử dụng rộng rãi nhất để cô đặc nước quả.
Nhìn chung, năng lượng sử dụng trong các quá trình cô đặc bằng nhiệt thường cao
hơn khi ta so sánh với các kỹ thuật cô đặc khác. Tuy nhiên hàm lượng chất khô
trong mẫu qua thiết bò cô đặc nhiệt có thể đạt được giá trò cao mà các kỹ thuật cô


đặc khác không thể đạt được. Chính vì vậy mà kỹ thuật cô đặc bằng nhiệt vẫn
được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp thực phẩm: cô đặc nước trái cây, sữa
cà chua cô đặc, mứt, các loại súp khô…
2.1.2.
Cơ sở khoa học [5], [3]
Bản chất vật lý của quá trình cô đặc được giải thích theo thuyết động học phân
tử. Tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử chất lỏng nằm ở mặt thoáng ở một
thời điểm nào đó (vpt) lớn hơn vận tốc giới hạn nên các phân tử thoát khỏi bề mặt
trở thành trạng thái tự do (hơi). Để bay hơi được thì phân tử phải khắc phục lực liên
kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Không những chỉ có các phân tử trên
mặt thoáng mới bay hơi mà sự bay hơi chủ yếu là do sự tạo thành các bọt hơi trong
chất lỏng.
giai đoạn đầu, quá trình sôi trong chất lỏng có một số khí hoà tan, khi đun nóng
chúng thoát ra tạo nhiều bọt, từ bọt này chất lỏng sẽ bay hơi (các chất tạo bọt:
protit, axit hữu cơ và các muối của chúng). Tách không khí và lắng keo (protit)
trong khi đun sơ bộ sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.
Cùng với nước, các chất khí và cấu tử dễ bay hơi có trong nguyên liệu cũng bò mất

đi. Tốc độ bốc hơi bò ảnh hưởng bởi tốc độ truyền nhiệt trong nước qủa và tốc độ
truyền khối của các bọt hơi.
2.1.3.
Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình cô đặc
2.1.3.1.
Biến đổi tính chất vật lý:
Sự thay đổi một số hệ số vật lý: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ
số truyền nhiệt thì giảm còn khối lượng riêng dung dòch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do
nồng độ, nhiệt độ sôi thì tăng.
2.1.3.2.
Biến đổi tính chất hoá học:
Thay đổi pH môi trường: thường là giảm độ kiềm do các phản ứng phân hủy
amit (Ví dụ: asparagin) hoặc do phản ứng phân huỷ đường và các chất khác tạo
thành các axit.
Đóng cặn do:
♦ Trong dung dòch chứa một số muối vô cơ và hữu cơ ít hoà tan.
số muối canxi hoà tan rất chậm trong môi trường có nồng độ cao.
♦ Phân huỷ các muối của một số axit hữu cơ tạo thành kết tủa (như Oxalat Canxi)
♦ Phân hủy chất cô đặc làm tăng tổn thất.
♦ Tăng màu do phản ứng Maillard.
♦ Phân hủy một số vitamin.
♦ Phân huỷ pectin.
2.1.3.3.
Biến đổi sinh học:
Ức chế và tiêu diệt vi sinh vật (do nhiệt độ cao và nồng độ chất khô cao).


Nhược điểm của phương pháp cô đặc:
♦ Những biến đổi gây ra bởi nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất cảm quan của sản
phẩm, cụ thể là làm biến đổi màu, mùi, vò; đồng thời là mất các chất dinh dưỡng

quan trọng (như các vitamin tan trong nước).
♦ Nhiệt độ tăng làm độ nhớt tăng làm nước quả khó chảy trong hệ thống.
♦ Đối với các sản phẩm rắn – lỏng thì chất rắn có khuynh hướng bò cháy khét,
bám trên bề mặt thiết bò trao đổi nhiệt làm nghẽn đường ống.
♦ Trong quá trình cô đặc, có hiện tượng kết tủa, sủi bọt làm giảm hiệu suất thành
phẩm.
♦ Một số thành phần sẽ bò phân huỷ tạo thành những sản phẩm không mong
muốn nếu thời gian cô đặc dài.
♦ Nồng độ chất khô càng tăng thì điểm sôi càng cao.
♦ Tổn thất nhiệt do sự đun nóng kéo dài.
2.1.4.
Các yếu tố ảnh hưởng [5]
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt
a) Sự chênh lệch giữa hơi gia nhiệt và nhiệt độ sôi của nước quả
Theo lý thuyết sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi và nhiệt độ sôi của
nước quả càng cao thì tốc độ truyền nhiệt sẽ càng lớn. Có 2 phương pháp làm tăng
mức chênh lệch nhiệt độ trên.
Cách thứ nhất là tăng nhiệt độ và áp lực hơi gia nhiệt. Tuy nhiên, một số cấu
tử trong nước quả bò biến đổi do tác dụng của nhiệt độ cao.
Cách thứ hai là giảm nhiệt độ sôi của nước quả bằng phương pháp cô đặc trong
môi trường chân không.
Kỹ thuật này được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1913 với bằng phát minh của
E.C.Howard ở Anh Quốc và hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp chế biến thực phẩm. Người ta có thể giảm nhiệt độ sôi của các mẫu cần cô
đặc xuống 40oC.
Một điểm cần lưu ý trong quá trình cô đặc là nồng độ chất khô trong nước quả
sẽ tăng theo thời gian. Hiện tượng này sẽ làm tăng nhiệt độ sôi của nước quả.
Muốn giảm nhiệt độ sôi của nước quả ta phải tạo độ chân không sâu hơn.
b) Hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt
Trong quá trình bốc hơi, một số cấu tử trong dung dòch nước quả có thể bò bám

dính trên bề mặt truyền nhiệt của thiết bò. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, một số
protein bò biến tính; các hợp chất bò bám dính nói trên sẽ tương tác với nhau hoặc
bò phân giải. Kết qủa là chúng tạo nên một lớp cháy khét trên các bề mặt truyền
nhiệt, từ đó làm giảm hiệu suất của quá trình. Có một số giải pháp kỹ thuật thường
được sử dụng để hạn chế hiện tượng này. Ví dụ như trong thiết bò cô đặc dạng bản


mỏng người ta tăng tốc độ dòng chảy nguyên liệu trên các bề mặt truyền nhiệt làm
giảm hiện tượng bám cặn.
c) Hiện tượng màng biên
Lớp nước quả tiếp xúc trực tiếp với bề mặt truyền nhiệt – lớp màng biên –
trong thiết bò bốc hơi thường tạo ra một trở lực lớn cho quá trình truyền nhiệt. Độ
dày của lớp màng biên có thể giảm xuống bằng cách tạo ra các dòng đối lưu hoặc
sự chảy rối trong thiết bò.
d) Độ nhớt của nguyên liệu
Độ nhớt cao sẽ làm giảm chỉ số Reynolds và tốc độ tuần hoàn của nguyên liệu
trong thiết bò, do đó hệ số truyền nhiệt giảm. Đối với những nguyên liệu có độ
nhớt cao, người ta thường sử dụng thiết bò cô đặc dạng màng rơi để hạn chế nhược
điểm trên.
Trong quá trình cô đặc độ nhớt của nước quả cũng tăng dần theo thời gian.
B - Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của quá trình cô đặc
a) Hiện tượng tạo bọt
Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và do sự xuất hiện các bong bóng hơi, một số
cấu tử có khả năng tạo bọt (protein). Lớp bọt trên bề mặt sẽ làm giảm tốc độ thoát
hơi thứ ra khỏi sản phẩm.
b) Hiện tượng tổn thất chất khô do bò lôi cuốn bởi hơi thứ
Hơi thứ khi thoát ra khỏi thiết bò cô đặc có thể lôi cuốn theo một số cấu tử ở
trạng thái sương mù. Hiện tượng này xảy ra khi tác nhân gia nhiệt làm cho sự sôi
của dung dòch quá mãnh liệt. Thông thường, các thiết bò cô đặc có không gian hoặc
bộ phận tách sương mù nhằm hạn chế sự tổn thất chất khô do hơi thứ lôi cuốn theo.

Để làm bay hơi một kg nước ở 1000 c, người ta cần sử dụng năng lượng trung
bình là 2257kJ. Như vậy, sự tiêu tốn năng lượng trong quá trình cô đặc bằng nhiệt
là rất lớn. Để tiềt kiệm năng lượng cho quá trình, người ta có thể dùng nhiều kỹ
thuật khác nhau, đặc biệt là kỹ thuật cô đặc nhiều cấp.
Trong kỹ thuật này nhiều thiết bò cô đặc được kết nối liên tiếp nhau. Hơi thứ từ
thiết bò cô đặc đầu tiên sẽ được sử dụng làm các tác nhân gia nhiệt cho các thiết bò
tiếp theo. Tuy nhiên, do nhiệt độ của tác nhân gia nhiệt luôn phải cao hơn nhiệt độ
sôi của sữa nên giá trò áp lực chân không được duy trì trong mỗi thiết bò của hệ
thống phải giảm dần từ thiết bò đầu tiên đến thiết bò cuối cùng.


2.1.5.
Thiết bò
Nhìn chung, các thiết bò cô đặc rau quả thường dùng các dạng sau:

Dạng màng mỏng xuôi chiều (Falling film): Chất lỏng đi vào
trên đỉnh ống và chảy thành màng bên trong thành ống nhờ trọng lực. Thời gian
lưu ngắn từ 0,5−2 phút. Sử dụng cho các loại nước rau quả.

Dạng màng mỏng ngược chiều (Rising film) : Chất lỏng đi
vào đáy ống và đi trong ống nhờ độ chân không cao. Hơi và sản phẩm cô đặc được
tách ra ở đỉnh. Sử dụng cho các loại nước rau quả, cà chua.

Dạng tuần hoàn cưỡng bức (Forced circulating): Chất lỏng
được bơm vào với vận tốc cao (> 5 m/s). Tại thiết bò trao đổi nhiệt không có sự bốc
hơi, khi sản phẩm đến bộ phận tách, sự bốc hơi xảy ra rất nhanh. Giá thành cao
hơn thiết bò chảy màng.
Thời gian lưu dài hơn thiết bò dạng ống. Sử dụng khi sản phẩm yêu cầu có độ
nhớt cao, huyền phù: purée cà chua.


Dạng bản mỏng: thiết bò gồm các bản được ghép sát vào
nhau tạo nên những bề mặt truyền nhiệt. ng với mỗi bản mỏng, một bên là tác
nhân hơi còn một bên là nguyên liệu. Phần hơi sau quá trình gia nhiệt sẽ được
ngưng tụ rồi thoát ra ngoài. Hỗn hợp nước quả và hơi thứ thoát ra khỏi thiết bò sẽ đi
vào bộ phận tách hơi thứ.
Các thiết bò trên đều có lớp vỏ bọc cách nhiệt bên ngoài, có sự trao đổi nhiệt
giữa hơi và thực phẩm.
Do nguyên liệu thực phẩm nhạy cảm với nhiệt độ cần tạo áp lực chân không
trong thiết bò bốc hơi để giảm nhiệt độ sôi của sản phẩm. Nhiệt độ làm việc trong
các thiết bò cô đặc sản phẩm thực phẩm là từ 50-100 oC, nhưng có thể lên đến
130oC trong sản xuất đường.
Tùy thuộc tính chất của nguyên liệu rau quả đem cô đặc và yêu cầu của sản
phẩm, ta có thể dùng:

Hệ thống cô đặc 1 nồi: có thể hoạt động theo phương pháp liên tục
hay gián đoạn. Hệ liên tục thường dùng khi nguyên liệu có nồng độ và độ nhớt
tương đối thấp. Hệ gián đoạn dùng khi cần nâng cao nồng độ sản phẩm (dạng keo,
sệt, paste).
Trong hệ cô đặc 1 nồi, hơi thứ bốc lên được loại đi.

Hệ cô đặc nhiều nồi: sử dụng trong thực tế sản xuất khi cần cô đặc
dung dòch từ nồng độ khá loãng lên nồng độ khá đặc. Thông dụng là hệ xuôi chiều
và hệ ngược chiều.
•
Hệ nhiều nồi xuôi chiều: thích hợp để cô đặc dung dòch mà chất tan
dễ bò biến tính ở nhiệt độ cao. Vì trong hệ xuôi chiều, các nồi đầu có p và t cao
hơn các nồi sau nên sản phẩm được hình thành ở nồi thấp nhất.


•

Hệ nhiều nồi ngược chiều: thường không thích hợp để cô đặc rau
quả vì sản phẩm thu được có nhiệt độ cao hơn nguyên liệu đầu vào. Điều này
sẽ ảnh hưởng đến các cấu tử nhạy nhiệt trong dung dòch rau quả.
Trong hệ cô đặc nhiều nồi, hơi thứ bốc lên trong nồi cô đặc thứ nhất được dùng
làm tác nhân gia nhiệt trong nồi cô đặc tiếp theo, áp suất của nồi cô đặc trước lớn
hơn áp suất của nồi cô đặc sau.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc nhiều nồi:
Đầu tiên, dung dòch được đưa vào thiết bò gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt
độ sôi rồi đi vào thiết bò cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi. Dung dòch sau khi cô
đặc được bơm ra ở phía dưới thiết bò cô đặc đi vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ và
khí không ngưng đi ra phía trên của thiết bò cô đặc vào nồi cô đặc tiếp theo. Tại
nồi cô đặc cuối, hơi thứ và khí không ngưng được đưa vào thiết bò ngưng tụ
baromet, ngưng tụ thành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ
phận tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài.
Trong mỗi nồi cô đặc đều có bộ phận tách bọt để tách hỗn hợp lỏng-hơi.

MỘT SỐ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC RAU QUẢ TIÊU BIỂU:
Falling Film Evaporator from Unipektin

Thiết bò cô đặc nước ép táo 5 nồi kết hợp với thu hồi cấu tử hương.
Kiểu ASV5005 S/2. Năm 2001.


Niro Falling Film Evaporator
Cô đặc màng rơi

A:Nguyên liệu
1: Đầu phân phối
B: Hơi thứ
2: Các ống tạo màng rơi

C: Sản phẩm
3: Calandria, Lower part

D: Hơi nóng
4: Kênh dẫn hơi và sản phẩm
E: Nước ngưng
5: Bộ phận tách hơi và sản phẩm


Double-Effect Falling Film Evaporator
(CÔ ĐẶC MÀNG RƠI 2 NỒI)

Đặc điểm
- Làm việc liên tục
- Cô đặc chân không (nhiệt độ thấp)
- Tiết kiệm hơi nước
- Dễ vận hành, vệ sinh
- Tiết kiệm diện tích
- Tiết kiệm nước làm nguội


Thông số kỹ thuật
Kiểu

MecKeyME2-800

MecKey-ME21250

MecKey-ME22500


Năng suất

800kg /h

1250kg /h

2500kg /h

Lượng hơi tiêu thụ

390kg /h

620kg /h

1100kg /h

8t/h

12t/h

22t/h

Công suất động cơ

13.7kw

16.7kw

27.6kw


Trọng lượng thiết bò

4t/set

4.5t/set

6.2t/set

Lượng nước làm nguội

Kỹ thuật cô đặc đã trải qua những thay đổi mạnh mẽ kể từ những năm đầu của
thập niên 1940. Khơi mào là nước quả thuộc họ citrus được cô đặc trong những
thiết bò cô đặc bốc hơi xuôi chiều nhiệt độ thấp. Những thiết bò này nếu làm việc
dưới áp suất cao sẽ làm mất chất thơm. Khi kỹ thuật phát triển thì thiết bò cô đặc
bốc hơi nhiệt độ cao thời gian ngắn TASTE (Thermally Accelerated Short Time)
được ứng dụng. Thiết bò bốc hơi này sử dụng nhiều tầng hay nhiều nồi nâng cao
nhiệt độ của nước quả trong thời gian ngắn hơn. Nó cũng có những hệ thống để
phục hồi những chất cần thiết. Những chất này có thể được thêm lại vào nước quả
thành phẩm làm cho nó giống nước quả nguyên chất hơn là khi ta dùng thiết bò cô
đặc màng xuôi chiều.
Thiết bò cô đặc bốc hơi TASTE có nhiều ưu điểm trong quá trình sản xuất nước
quả họ citrus:
♦ Thời gian lưu của sản phẩm ngắn làm giảm tối thiểu phản ứng Caramel hoá,
chất mùi bò oxi hoá và sự thay đổi màu.
♦ Nước quả khi rời thiết bò cô đặc thì hầu như vô trùng.
♦ Chi phí ban đầu cho thiết bò thấp.
♦ Thiết bò thì dễ rửa hơn.
Tuy nhiên, TASTE cũng có nhiều nhược điểm:
♦ Ta khó có thể điều chỉnh được thiết bò bởi vì sản phẩm chỉ đi qua mỗi nồi một
lần, và những thay đổi trong quá trình cô đặc nguyên liệu được phản ánh trong

lúc lấy sản phẩm ra.
♦ Không thuận tiện trong trộn “addback” (những chất thêm vào lúc sau) với nước
quả vì nước quả cô đặc được đóng gói trong những thùng nhựa polyethylene và
bảo quản ở -18°C. Và khi nước quả cô đặc đi qua thiết bò sẽ khó khăn hơn vì
nồng độ tăng cao.


♦ Nhiệt độ cao sẽ mau làm bẩn các thiết bò trao đổi nhiệt dạng ống và bắt buộc
đòi hỏi phải có sự lau rửa thường xuyên.

Thermally Accelerated Short Time Evaporator (TASTE)

Thiết bò có thể tháo 40000 lbs/hr
nước, 7 giai đoạn, 5 cấp. Có hệ thống
thu hồi hương và thiết bò đồng nhất.
Có thể ứng dụng trong sản xuất nước
quả hay trong xử lý nước.


Ổi
Rửa
Phân loại
Làm lạnh
Rã đông
Nghiền
Xử lý bằng enzyme
Chiết
Trao đổi nhiệt
Làm lạnh


Cô đặc bốc hơi

Lọc

Rót

Rót

Làm lạnh

Nước ổi
trong
trong

Nước ổi cô
đặc


Quy trình sản xuất nước ổi trong và nước ổi cô đặc


2.2.

Phương pháp cô đặc kết tinh [3],[20]

2.2.1.
Giới thiệu chung
Trong những năm cuối thập niên 1970, một phương pháp mới được phát triển
nhằm phục vụ cho quá trình cô đặc nước quả thuộc họ citrus. Phương pháp cô đặc
kết tinh này có thể cho ra những sản phẩm nước quả cô đặc họ citrus với các thành

phần vi lượng không bò biến đổi.
Cô đặc bằng kết tinh có thể tiến hành một cách độc lập để thu được sản phẩm
dùng được ngay hay nó được xem là một giai đoạn phục vụ cho kỹ thuật sấy (sấy
thăng hoa hay sấy phun).
Những ứng dụng tiêu biểu của quá trình kết tinh:
♦ Cô đặc lạnh nước quả.
♦ Kết tinh nhiều loại đường khác nhau (như Lactose) từ dung dòch.
♦ Kết tinh lạnh thức uống bằng cách khử nước (chẳng hạn như trà sấy phun, hay
cà phê sấy lạnh).
♦ Tạo những tinh thể có cấu trúc tuỳ thuộc vào yêu cầu của thực phẩm.
2.2.2.
Cơ sở khoa học
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là tách tinh thể nước đá từ dung dòch.
Trong sản xuất nước quả cô đặc quá trình kết tinh gồm 2 bước:
♦ Tạo tinh thể đá từ nước.
♦ Tách tinh thể nước đá ra khỏi nước quả
Trong quá trình kết tinh thì nước tinh khiết được kết tinh ra, nên càng hạ nhiệt
độ của hệ thì nồng độ chất khô tăng dần. Sự cô đặc bằng kết tinh dựa trên cơ sở sự
thay đổi điều kiện cân bằng pha khi làm lạnh các hệ đa cấu tử dò thể (không đồng
nhất). Hệ này có chứa các phần tử vó mô của các chất không tan được có thể đóng
vai trò như chất khơi mào cho sự tăng trưởng tinh thể.
nhiệt độ thấp, các quá trình phân huỷ hoá học và sinh hoá yếu không đáng kể,
còn các cấu tử dễ bay hơi và cấu tử chất thơm được bảo toàn nguyên vẹn, bảo đảm
chất lượng cho sản phẩm. Nước sạch lấy từ kết tinh ra có thể sử dụng vào chu trình
sản xuất.
Nước quả thường được cô đặc ở nhiệt độ từ –10 đến -12° C.
Vì phương pháp này không sử dụng nhiệt nên nước quả cần phải được thanh
trùng trước khi kết tinh lạnh để vô hoạt enzyme và giảm lượng vi sinh vật.
Phương pháp này có nhiều lợi thế so với hai phương pháp còn lại:
♦ Nước quả được cô đặc mà không bò thất thoát nhiều về: màu, mùi, vò và các

chất dinh dưỡng.
♦ Có sự chênh lệch nhỏ giữa nhiệt độ môi trường kết tinh và nhiệt độ bảo quản.
♦ Có thể tận thu các chất tan bám trên tinh thể đá bằng cách rửa, sau đó đem tái
kết tinh nước rửa.


♦ Trong phương pháp này, các chất thơm sẽ không bò trùng ngưng (bò biến đổi)
như các phương pháp nhiệt.
Tuy nhiên, phương pháp trên cũng có các nhược điểm:
♦ Tốn nhiều năng lượng hơn so với phương pháp mới là phương pháp thẩm thấu
ngược.
♦ Nồng độ sản phẩm giới hạn trong khoảng 50-55% w/w vì nếu độ nhớt cao sẽ
làm chậm tốc độ tạo tinh thể và làm cản trở quá trình tạo tinh thể; cũng như
khó tách tinh thể đá ra khỏi dung dòch ban đầu.
2.2.3.
Các biến đổi của nguyên liệu nước quả

 Biến đổi về vật lí và hóa lí :
Độ ẩm: thay đổi nhiều hay ít tuỳ thuộc vào nhiệt độ và thời gian kết tinh lạnh.
Khối lượng nguyên liệu: thay đổi do lượng ẩm bò kết tinh.
Quá trình chuyển pha: nước chuyển từ pha lỏng sang pha rắn.
 Biến đổi về hóa học và sinh học:
Do kết tinh lạnh ở nhiệt độ rất thấp (dưới 0° C) nên các phản ứng hoá học, sinh
học bò ngừng lại.
 Biến đổi về sinh hóa , vi sinh :
Các enzyme xúc tác cho phản ứng sinh hoá bò ức chế.
Hoạt động của vi sinh vật bò ngừng trệ.
 Biến đổi về cảm quan :
Quá trình kết tinh lạnh ít ảnh hưởng đến chất màu và mùi, vò. Do đó, nó không làm
thay đổi đáng kể giá trò cảm quan của nguyên liệu nước quả.




2.2.3. Thiết bò

Quy trình cô đặc kết tinh lạnh nước quả Allione Industria Alimentare - Tarantasca


 Chú thích cho thiết bò trên: Hai quá trình cơ bản trong quy trình sản xuất là
tạo tinh thể và tách tinh thể, rút ngắn thời gian tiến hành và có thể đạt được
độ phục hồi cao hơn của thành phẩm. Từ cái nhìn của người kỹ sư, điều đó
có nghóa là phải điều khiển tốc độ phát triển của tinh thể và sự phân bố
kích thước của tinh thể. Những thử nghiệm hoạt động được tiến hành tại
một nhà máy có quy mô nhỏ bởi Niro tại Allione Ricera Agroalimentare.
 Phương pháp này rất tốn kém và thiết bò có kết cấu cơ học rất phức tạp.
Phương pháp này không chỉ ứng dụng cho riêng nước quả mà còn dùng cho
thực phẩm có mùi thơm mạnh, chẳng hạn như cà phê. Bởi vì phương pháp
này không dùng nhiệt độ, do đó tất cả các tinh dầu của vỏ có trong dòch quả
cũng sẽ được cô đặc trong lúc sản xuất. Tinh dầu cô đặc trong nước quả làm
mất màu và mùi nên cần phải được hạn chế. Vì thế, nước quả dùng trong
phương pháp kết tinh lạnh phải có nồng độ tinh dầu thấp.
 Đễ hỗ trợ thêm cho việc làm giảm nồng độ tinh dầu. Nước quả sau khi được
chiết lấy dầu có nhược điểm là nước quả khi được đun sẽ sản sinh mùi vò
không mong muốn và làm mất một số chất thơm, mà mục đích của phương
pháp kết tinh lạnh là giữ lại chúng. Thậm chí là việc sử dụng phương pháp
ly tâm để tách tinh dầu cũng sẽ làm mất một chất mùi và màu, ngay cả việc
chuyển từ chiết sang ly tâm cũng gây ra mất mát. Phương pháp được ưa
chuộng dùng kết tinh lạnh để sản xuất nước quả là sử dụng thiết bò chiết
nước quả FMC Premium. Thiết bò này làm giảm tối thiểu lượng tinh dầu
trong nước quả.



Nitro Crystallization and Separation. March. 1992. Current large – scale
commercial application of freeze concentration in the food industry. Publication
from the technical library of Niro Process Technology. The Netherlands.
Sơ đồ trên phải đi kèm với hệ thống tách.


S
T
T

Loại thiết bò

Các thông
số làm
việc

Điều
kiện sản
xuất

Nguồn sản xuất

1

Thiết bò làm lạnh đông
(3 thùng).

700 –

4000 l
-10 - 40°C

Thiết bò
lọc dùng
trong
công
nghiệp.

POS Pilot Plant
Corparation
Saskation, SK.

Máy trộn (khuấy) có bề
mặt nhẵn bóng.

2

3

Thiết bò lọc dạng tấm
(thích hợp cho những
dung môi dễ bốc cháy).
Thiết bò kết tinh dung
dòch có dạng huyền
phù.
Thiết bò kết tinh lạnh
khác.

4 – 350l


Pilot scale

Pilot scale

Dùng
trong
phân
xưởng.

Dept. Food Sci and
Nutrition Laval
University Sainte –
Foy, QC
Dept. of Agric.,
Food and Nutrition
Science, Unversity
of Alberta,
Edmonton, AB.
PARC, AAFC,
Summerland, BC

Ghi
chú

Có
nhiều
ứng
dụng
khác

nhau.


2.3.

Phương pháp cô đặc dùng membrane [5], [10], [8],14]

2.3.1.
Giới thiệu chung
Phân riêng bằng membrane cho phép chúng ta tách các cấu tử ra khỏi một hỗn
hợp ở mức độ phân tử hoặc ion. Hiện nay, quá trình phân riêng bằng membrane
bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, công nghệ hóa học, xử
lý môi trường...
Vào những năm cuối thập niên 1980, SeparaSystems, sự đầu tư hợp tác của cả
hai công ty FMC Corporation và DUPont, phát triển một kỹ thuật mới
FreshNoteTM. Phương pháp này sử dụng kết hợp siêu lọc và màng membrane siêu
lọc để cô đặc nước quả với nồng độ cao.
Ưu điểm của phương pháp này là:
♦ Tránh được sự biến đổi của những hợp chất nhạy cảm với nhiệt độ.
♦ Không sử dụng phụ gia hay hoá chất bảo quản, đồng thời trong quá trình sản
xuất không tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn vì thế tốt cho sức khoẻ.
♦ Về mặt thiết bò, khi lắp đặt không tốn nhiều không gian, chúng được thiết kế
đơn giản linh hoạt và dễ dàng áp dụng trên quy mô lớn.
♦ Xét về phương diện kinh tế thì kó thuật membrane cần chi phí đầu tư cao hơn
phương pháp bốc hơi, tuy nhiên chi phí vận hành chỉ khoảng một nửa và năng
lượng tiêu thụ giảm 90%. Hình dưới minh hoạ sự khác nhau về chi phí trong
trường hợp cô đặc nước quả theo phương pháp truyền thống và theo kó thuật
membrane

Cost comparison of conventional vs membrane filtration



Tuy nhiên, membranes cũng có những nhược điểm:
♦ Nếu so sánh thẩm thấu ngược với phương pháp bay hơi, thì nồng độ đầu ra là
thấp hơn vì không thể tiến hành cho đến khi tạo thành sản phẩm khô (ráo
nước), vì thế nếu cần cô đặc đến nồng độ cao, membrane được sử dụng như là
bước tiền cô đặc.
♦ Nhược điểm khác liên quan đến tính kinh tế của phương pháp này là tuổi thọ
thiết bò thấp và sự tắc nghẽn các lỗ lọc trong membrane. Khi bò tắc, các lỗ
membrane bít lại và do đó hiệu suất lọc giảm.
Phân loại membrane: dựa vào động lực khác nhau mà có thể phân loại
membrane thành những phương pháp sau:
♦ p suất là động lực của quá trình membrane: microfiltration (MF), ultrafiltration
(UF), nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO)
♦ Áp suất hơi riêng phần khác nhau là động lực quá trình: pervaporation (PV), gas
separation (GS), vapor permeation (VP)
♦ Nồng độ khác nhau là động lực quá trình: dialysis (D), diffusion dialysis or
Donnan dialysis (DD), membrane contactors (MC)
♦ Sự khác nhau về điện thế là động lực của quá trình: electrodialysis (ED),
membrane electrolysis (ME).
Trong công nghệ thực phẩm, pervapration được sử dụng để thu hồi hương và
electrodialysis để khử khoáng của nước whey. Tuy nhiên, quá trình membrane có
động lực là chênh lệch áp suất được sử dụng rộng rãi nhất. Sử dụng 4 membrane
có kích thước lỗ nhau và cung cấp áp suất, từ đó có thể thu nhận những phần tử
minh hoạ trong hình sau.


Classification of pressure driven membrane processes
Nguyên tắc làm việc của phương pháp nước quả nguyên liệu được tách làm hai
phần: huyết thanh lọc và phần thòt quả bằng cách sử dụng màng membrane siêu

lọc. Huyết thanh sau đó được qua màng membrane siêu lọc để được cô đặc đến
nồng độ cao (tuỳ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm mà có thể đạt tới nồng độ 60
Brix). Còn phần thòt quả được đem đi thanh trùng để vô hoạt enzyme và vi sinh
vật. Những thành phần màu và mùi nhạy cảm sẽ không bò phá huỷ bởi nhiệt bởi vì
chúng được chiết bằng màng membrane siêu lọc và được cô đặc bằng màng thẩm
thấu ngược mà không sử dụng nhiệt độ. Thật sự thì phương pháp được tiến hành
trong điều kiện lạnh. Vì phương pháp này tách enzyme và vi sinh vật từ nước quả
nguyên liệu và chỉ thanh trùng chúng mà không bao gồm chất màu mùi nên nước
quả không cần thanh trùng trước khi được đưa vào hệ thống FreshNote TM.
Về mặt cơ học, hệ thống cô đặc bằng màng membrane đơn giản hệ thống cô đặc
kết tinh lạnh. Chất lượng của sản phẩm bằng hoặc có thể tốt hơn phương pháp kết
tinh lạnh bởi vì toàn bộ dòch quả không cần phải thanh trùng. Hệ thống
FreshNoteTM thì gần như hoàn toàn tự động hóa và có thể can thiệp theo ý muốn.
2.3.2.
Cơ sở khoa học
Phương pháp phân riêng bằng membrane có một số điểm tương tự như phương
pháp lọc. Membrane đóng vai trò vật ngăn để phân riêng cấu tử. Do sự phân riêng
được thực hiện ở mức độ phân tử hoặc ion nên đối tượng của quá trình thường
không phải là hệ huyền phù mà là những dung dòch chứa các cấu tử hòa tan có


phân tử lượng khác nhau. Kết quả của quá trình phân riêng bằng membrane sẽ cho
ta 2 dòng sản phẩm:
♦ Dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate.
♦ Dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate.

2.3.3.
Các yếu tố ảnh hưởng:
Quá trình phân riêng được đánh giá là đạt hiệu quả cao khi dòng permeate được
dòch chuyển qua màng membrane vớtốc độ nhanh và độ phân riêng đạt giá trò cao.

Theo thời gian sử dụng, tốc độ dòng permeate sẽ giảm dần. Đó là do một số cấu
tử đã được hấp thụ trên bề mặt membrane hoặc tương tác với một số nhóm chức
trong thành phần hóa học của membrane, từ đó dẫn đến hiện tượng nghẹt các lỗ
mao dẫn và làm giảm khả năng phân riêng của toàn hệ thống.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình phân riêng bằng membrane bao
gồm: tính chất của màng membrane sử dụng, bản chất của nguyên liệu cần phân
riêng và các thông số kỹ thuật của quá trình như nhiệt độ, áp suất...
♦ Bản chất của membrane vật liệu membrane
Membrane có thể được sản xuất từ những vật liệu ưa nước (cellulose acetat,
ceramic...) hoặc kỵ nước (polypropylene, polytetrafluorethylene...). Thực tế cho
thấy, nếu ta sử dụng membrane từ nhóm vật liệu kỵ nước, chúng dễ tương tác với
các cấu tử kỵ nước trong nguyên liệu dòng vào. Kết quả là các mao dẫn dễ bò tắc
nghẽn, quá trình phân riêng chỉ diễn ra trong một khoảng thời gian ngắn.
♦ Cấu trúc bề mặt membrane
Đối với các membrane có bề mặt nhẵn đồng nhất, những ống mao dẫn của
chúng ít bò tắc nghẽn trong quá trình sử dụng. Ngược lại, nếu membrane có bề mặt
gồ ghề, lồi lõm, một số cấu tử trong nguyên liệu dễ bò hấp phụ lên bề mặt
membrane, từ đó làm giảm tốc độ dòng permeate và kéo dài thời gian quá trình
phân riêng.


Đường kính mao dẫnNếu ta chọn membrane với mao dẫn có đường kính lớn hơn
kích thước các cấu tử trong nguyên liệu dòng vào thì chúng dễ bò tắc nghẽn trong
quá trình sử dụng do một số cấu tử có thể chui được vào trong các mao dẫn và bò
kẹt lại ở đấy. Ngược lại, hiện tượng này sẽ không xảy ra nếu membrane sử dụng
với mao dẫn có đường kính nhỏ hơn kích thước các cấu tử.Như vậy, tuỳ thuộc vào
nguyên liệu, chúng ta phải chọn membrane với đường kính lỗ mao dẫn tối ưu. Khi
đó, quá trình phân riêng sẽ diễn ra nhanh và hạn chế được hiện tượng tắc nghẽn
membrane.
♦ Bản chất của nguyên liệu phân riêng

 Protein: gây tắc nghẽn mao dẫn membrane, do chúng có chứa một số nhóm
kỵ nước và một số nhóm tích điện, các nhóm chức này có thể tương tác hoặc kết
hợp tạo phức với một số nhóm chức của membrane. Hơn nữa với cấu hình không
gian phức tạp, trong một số trường hợp, các phân tử protein có thể chui vào mao
dẫn làm tắc nghẽn dòng permeate.
 Muối: Các muối trong nước quả cũng là nguyên nhân gây tắc nghẽn dòng
permeate. Chúng có thể kết tủa và bám trên thành ống mao dẫn do độ hoà tan
kém hoặc tạo liên kết với các gốc tích điện của vật liệu membrane.
 pH: nếu giá trò pH của nguyên liệu khảo sát gần bằng với giá trò pI của một
số cấu tử protein có trong nguyên liệu thì protein dễ bò đông tụ và sự tắc nghẽn
membrane trong quá trình phân riêng dễ xảy ra. Như vậy, ta nên chọn giá trò pH
cho mẫu cần phân riêng lệch xa điểm đẳng điện của các protein có trong mẫu.
♦ Các thông số kỹ thuật:
 Nhiệt độ: Khi ta tăng nhiệt độ của nguyên liệu, độ nhớt sẽ giảm, tốc độ
khuếch tán của các cấu tử qua mao dẫn membrane tăng, do đó tốc độ dòng
permeate sẽ tăng. Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá cao sẽ ảnh hưởng đến giá trò
dinh dưỡng cũng như cảm quan của nước quả.
 Tốc độ dòng vào và sự chảy rối: nếu bơm nguyên liệu hoạt động với tốc độ
cao và dòng bên trong thiết bò membrane có cánh khuấy để tạo nên sự chảy rối thì
hiện tượng tắc nghẽn membrane được hạn chế ở mức tối đa và tốc độ dòng
permeate được cải thiện đáng kể.
Nếu tốc độ dòng nguyên liệu vào thiết bò quá chậm, sự trượt của các cấu tử có
phân tử lượng lớn bò giới hạn. Khi đó, trên membrane thường xuất hiện hiện tượng
phân tầng với nhiều lớp cấu tử có kích thước khác nhau nằm chồng lên nhau, từ đó
làm giảm tốc độ dòng permeate.
 p lực qua màng: đây là động lực của quá trình phân riêng bằng membrane.
p lực qua màng (∆P) được tính theo công thức sau:
∆P = (PF − PP ) − (π F − π P )
Trong đó:
PF - áp lực từ phía dòng vào (áp lực bơm)

PP - áp lực từ phía permeate trong thiết bò membrane
πP - áp lực thẩm thấu trong dòng nguyên liệu vào