Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
MÔN: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN
TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT QUY TRÌNH
SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT CÓ GAS
GVHD: Th.s Như Xuân Thiện Chân
SVTH: Nhóm 5
Nguyễn Thị Trà My

1553010116

Nguyễn Thị Kim Ngân

1553010120

Nguyễn Thị Bảo Thu1553010190
Võ Nhật Cẩm Thy

1553010204


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

MỤC LỤC

2

Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

Danh mục hình


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

A.

4


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
A.

GIỚI THIỆU

Ngày nay cùng với tốc độ hóa đô thị và công nghiệp hóa của đất nước, nghành công
nghệ thực phẩm đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Đóng vai
trò chủ lực trong đó có lĩnh vực chế biến đồ uống.
Nước giải khát là loại thức uống đặc biệt đa dạng, có nguồn gốc từ loại nước
khoáng được tìm thấy trong các dòng suối tự nhiên. Các nhà khoa học cũng nhanh chóng
phát hiện ra CO2 trong các bọt nước khoáng thiên nhiên và nhanh chóng phát triển loại
nước này.
Loại nước khoáng không gas lần đầu tiên xuất hiện vào thế kỉ 17 với thành phần chỉ
là nước lọc, chanh và một ít mật ong. Đến năm 1767, loại nước giải khát có gas đầu tiên
được pha chế thành công, sử dụng rộng rãi ở các nước Châu Âu. Từ những năm 1880 đến
nay, thị trường nước giải khát từng bước phát triển, tràn ngập các loại nước uống giải

khát được sản xuất từ rất nhiều các nhãn hiệu nổi tiếng.
Nước ta nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới có ưu điểm là thị trường giải khát lớn.
Uống là một trong những nhu cầu cơ bản của con người. Mặt khác, với sức nóng của
những ngày hè oi bức như hiện nay thì nhu cầu giải khát là một vấn đề vô cùng thiết yếu
trong cuộc sống. Vì thế, nhu cầu giải khát cũng là một trong những mục tiêu cần phải đặt
trên hàng đầu. Các loại thức uống ngày nay rất đa dạng. Thế nhưng, các loại nước giải
khát có gas (CO2) sẽ giúp con người giải khát một cách triệt để khi ta uống. Do vậy, ngày
càng có nhiều sản phẩm ra đời đa dạng với nhiều tên gọi khác nhau nhưng có chung điểm
đều là nước giải khát có gas (CO2).

5


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
B. NỘI DUNG
I. Nguyên liệu [1] [4] [5]
Nước [1]
Nước được xem là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp sản xuất nước uống do
nước chiếm một tỉ lệ cao hơn rất nhiều các hợp chất hóa học khác trong sản phẩm. Các
nhà sản xuất thường sử dụng nguồn nước ngầm để sản xuất những thực phẩm thức uống
pha chế.
Chất lượng nước được đánh giá theo ba nhóm chỉ tiêu sau đây:
• Chỉ tiêu cảm quan: quan trọng nhất là độ đục, độ màu, mùi và vị.
• Chỉ tiêu hóa lý: bao gồm độ cứng, độ kiềm, tổng chất khô, độ oxy hóa, độ
dẫn điện, hàm lượng các cation và anion có trong nước. Để sản xuất thức
uống dạng pha chế, người ta sử dụng nước có độ cứng càng thấp càng tốt.
Thông thường độ cứng của nước sau khi qua xử lý không được vượt quá 1
mg đương lượng/lít.
• Chỉ tiêu vi sinh: gồm có các chỉ tiêu cơ bản như: tổng số vi khuẩn hiếu khí,
Coliform phân, Faecal streptococci và sulphite reducing clostridia.

Hiện nay có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý nước nguyên liệu:
• Phương pháp vật lý: lắng, lọc, phân riêng bằng membrane, điện thẩm tích,
xử lý nhiệt, xử lý chân không, xử lý bằng tia UV,…
• Phương pháp hóa học: dựa trên cơ sở khoa học của các phản ứng trao đổi,
phản ứng oxy hóa, xử lý bằng acid hoặc kiềm, xử lý bằng các chất ức chế vi
sinh vật,…
• Phương pháp hóa lý: kết lắng, trao đổi ion, hấp phụ,…
Tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước đầu vào mà mỗi nhà máy sẽ tự xây dựng quy
trình xử lý nước sao cho phù hợp. Nếu nguồn nước đầu và có chất lượng tốt, ít bị lẫn các
tạp chất vô cơ, hữu cơ và vi sinh vật thì quy trình xử lý nước sẽ đơn giản và ít tốn chi phí
xử lý.
Chất tạo vị ngọt
 Chất tạo vị ngọt truyền thống trong ngành công nghiệp thức uống là đường saccharose.
Saccharose được thu nhận từ mía hoặc củ cải đường. Thông thường, người ta sử dụng
đường saccharose dạng tinh thể và có độ tinh sạch cao. Đường saccharose tinh luyện có
6


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
hàm lượng saccharose không thấp hơn 99,8%, độ ẩm không quá 0,05%, hàm lượng tro và
độ màu phải thấp hơn 0,03% và 30o ICUMSA. [1]
Ngoài ra, các nhà sản xuất còn có thể sử dụng những loại đường khác như:
• Đường nghịch đảo: là hỗn hợp glucose và fructose với tỷ lệ mol là 1:1.
Đường nghịch đảo được sản xuất từ saccharose, sử dụng xúc tác là acid (acid
citric, tartaric, lactic hoặc phosphoric) hoặc chế phẩm enzyme invertase. [1]
• Syrup giàu fructose (high fructose syrup): có ba loại syrup thương phẩm với
hàm lượng fructose lần lượt là 42%, 55% và 90% so với tổng lượng chất khô
của syrup. Các thành phần còn lại trong syrup là glucose và một ít các loại
oligosaccharide khác. Syrup giàu fructose được sản xuất từ tinh bột. Người ta
sử dụng hai nhóm chế phẩm enzyme để xúc tác phản ứng chuyển hóa:

enzyme thủy phân tinh bột thành glucose (α-amylase và glucoamylase) và
enzyme chuyển hóa một phần glucose trong dịch thủy phân thành fructose
(glucoisomerase). [1]
 Chất tạo ngọt nhân tạo (phụ gia tạo ngọt): được chia làm hai nhóm chính. [5]
Chất tạo ngọt không sinh năng lượng: Sodium cyclamate, Saccharide, Aspartame,
Acesulfame kali,… được sử dụng chủ yếu cho người ăn kiêng, mắc bệnh tiểu đường.
Chất tạo ngọt sinh năng lượng: Sorbitol, Sucralose,…
 Cyclamate (E952): là chất tạo ngọt không sinh năng lượng, chất tạo ngọt phổ biến thường
được sử dụng dưới dạng sodium hoặc calcium cyclamate. Chúng là muối của Na hoặc Ca
của cyclohenxan sulfamic acid.
o Sodium cyclamate: màu trắng, không mùi, dạng bột tinh thể, có thể
tạo vị ngọt gấp 30 – 50 lần đường mía, tan nhiều trong nước.
o Calcium cyclamate: là chất bột màu trắng, không mùi, có vị ngọt
nhưng thấp hơn sodium cyclamate, tan nhiều trong nước.
 Saccharine (E954): có dạng tinh thể màu trắng, nhiệt độ nóng chảy khoảng từ 224-226 0C,
tan trong nước với tỷ lệ 1/250 (ít tan), ngọt hơn đường mía bình thường đến 300 lần và
không bị phân huỷ bởi nhiệt. Điểm yếu của saccharine là để lại vị đắng, nhất là mùi kim
loại khi dùng ở nồng độ cao. Vì vậy, saccharine thường kết hợp với cyclamate và
aspartame ở nồng độ thấp để hạn chế nhược điểm này. Thường ổn định trong môi trường
acid nhưng lại không có phản ứng thành phần thực phẩm nên nó thường được sử dụng
nhiều trong đồ uống và nước ngọt.
7


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
 Aspartame (E951): có thể kết tinh, bột màu trắng, không mùi, có độ ngọt cao gấp 200 lần
so với đường tự nhiên. Tuy nhiên, vị ngọt của aspartame thì hơi khác với vị ngọt của
đường kính, chậm hơn lúc đầu nhưng kéo dài lâu hơn. Nếu phối trộn aspartame với
acesulfame potassium (acesulfame K) thì tạo ra vị ngọt giống như đường và ngọt hơn
đường, nên aspartame thường được kết hợp với acesulfame. Gía thành tương đối rẻ so

với việc sử dụng đường nên aspartame được sử dụng như một chất phụ gia trong rất
nhiều loại thực phẩm, từ bánh kẹo, đồ uống, các sản phẩm “không đường”…
 Acesulfame kali (E950) là một chất thay thế đường không chứa calories, nó ngọt gấp 200
lần đường saccharose, hậu vị đắng thường được sử dụng chung với các chất làm ngọt
khác. Acesulfame kali có tính chịu nhiệt cao và hầu như không bị biến đổi tính chất hoá
học, vật lý trong thời gian dài nên rất thích hợp với các sản phẩm cần gia công ở nhiệt độ
cao.
 Sorbitol (E420): kết tinh dạng bột mịn, hoà tan trong nước, hút ẩm mạnh và giữ hương.
Sorbito có hương vị ngọt mát và có vị ngọt giống 60% so với đường mía. Mặt khác nó có
thể giữ được hương thơm và không bị bay hơi. Được sử dụng như một chất giữ ẩm và tạo
độ nhớt, tạo bóng, kiểm soát hiện tượng kết tinh đường mía. Không xảy ra phản ứng
caramen hoá nên có thể cải thiện cảm quan nước trái cây. Độ nhớt của syrup sorbitol hữu
ích trong việc làm chậm kết tinh. Thường được sử dụng cho người bị tiểu đường.
 Succralose (E955): Một loại đường disaccharide được tổng hợp từ saccharose. Có độ
ngọt xấp xỉ 600 lần so với đường saccharose và 3.3 lần so với aspartame, bền nhiệt do
vậy succralose được sử dụng trong thực phẩm lâu dài.
Chất tạo vị chua [5]
Các nhà sản xuất thường sử dụng acid hữu cơ để tạo vị chua cho sản phẩm. Phổ
biến nhất là acid citric, tartaric và malic.
Acid citric: Ở nhiệt độ phòng, axit citric là chất bột kết tinh màu trắng, có thể tồn tại
dưới dạng khan (không chứa nước) hay dưới dạng ngậm một phân tử nước. Dạng
monohydrat có thể chuyển hóa thành dạng khan khi nung nóng tới trên 740C. Acid citric
cũng hòa tan trong etanol khan tuyệt đối (76 phần acid citric trên mỗi 100 phần etanol) ở
150C. Khi bị nung nóng trên 1750C, nó bị phân hủy để giải phóng CO2 và nước. Acid
citric sử dụng như là chất tạo hương vị và chất bảo quản trong thực phẩm và đồ uống, đặc
biệt là các loại đồ uống nhẹ. Acid citric cũng dùng nhiều trong sản xuất rượu vang như là
8


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

chất thay thế hay bổ sung khi các loại quả chứa ít hay không có độ chua tự nhiên được sử
dụng. Nó chủ yếu được sử dụng cho các loại rượu vang giá thấp.
Acid tartaric (E334): Tinh thể bột trắng, hòa tan tốt trong nước: 133g/100ml (200C),
là sản phẩm sinh ra trong quá trình lên men tự nhiên rượu vang. Được thêm vào các loại
thực phẩm khác để cung cấp vị chua. Các muối của acid tartaric được gọi là tartrates, là
một phụ gia thực phẩm. Acid tartaric còn được sử dụng như một chất chống oxy hóa hay
chất nhũ hoá.
Acid malic (DL-)(E296): Là chất lỏng, tan nhiều trong nước, có mùi thơm của táo.
Nóng chảy ở 1000C, hỗn hợp raxemic nóng chảy ở 1280C. Tạo nên vị chua của táo trong
các sản phẩm thức uống.
Carbon dioxide [2]
Khí CO2 sẽ góp phần tạo nên mùi và vị đặc trưng cho sản phẩm nước ngọt có gas.
Khí CO2 có thể thu nhận và tinh sạch từ quá trình lên men bia và ethanol hoặc từ phản
ứng đốt cháy nhiên liệu. Hàm lượng CO2 trong bình chứa CO2 nguyên liệu không được
thấp hơn 99,8%; hàm lượng nước trong CO2 nguyên liệu không lớn hơn 0,1%.
Thu nhận CO2 từ quá trình lên men bia và rượu
Các nhà máy sản xuất bia và rượu thường có phân xưởng sản xuất CO2. Trong công
nghiệp bia và rượu, CO2 là một phụ phẩm của quá trình lên men ethanol từ đường.
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q
Trong quá trình lên men, một phần
đường sẽ được chuyển hóa thành sinh khối
nấm men và các sản phụ khác như rượu cao
phân tử, acid hữu cơ, ester, …. Ngoài ra
một phần khí CO2 được sinh ra có thể bị
thất thoát trong quá trình thu hồi. Vì thế,
trong thực tế người ta chỉ thu hồi được
trung bình 70% lượng khí CO 2 được sinh ra
từ phương trình
Hình 1: Thu nhận CO2 từ lên men


9


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
Khí CO2 được thu nhận từ quá trình lên men bia rượu sẽ bị lẫn các tạp chất dễ bay hơi
như aldehyt, rượu… Vì thế, ta cần phải xử lý tinh sạch CO2.
Thu nhận CO2 từ phản ứng đốt cháy nhiên liệu
Người ta thường dùng dầu DO làm nguyên liệu sản xuất CO2 theo phản ứng đốt cháy.
Dầu DO và không khí được đưa vào buồng đốt. Các nhà sản xuất thường dùng bugi
phát ra tia lửa điện để phản ứng xảy ra. Đây là phản ứng tỏa nhiệt. Sản phẩm chính sẽ là:
CO2 và nước. Tuy nhiên, hỗn hợp sau phản ứng đốt cháy, ngoài CO 2 và hơi nước, còn lẫn
rất nhiều tạp chất khác nhau.
Hỗn hợp khí từ buồng đốt sẽ được đưa qua tháp. Khi đó, một số tạp chất hòa tan được
trong nước sẽ được tách bỏ, đồng thời hỗn hợp khí sẽ được làm mát. Tiếp theo, hỗn hợp
sẽ được đưa vào tháp kế tiếp có chứa monoethanol amine (MEA). Tại đây, CO 2 sẽ được
hấp thụ bởi MEA, còn các khí tạp sẽ được thoát ra ngoài. Hỗn hợp MEA và CO 2 sẽ được
đưa tiếp vào tháp giải nhiệt rồi đi vào tháp hấp để thu hồi MEA. Riêng khí CO 2 sẽ đi vào
tháp làm mát để giảm nhiệt độ và đi tiếp vào tháp để tiếp tục tinh sạch. Trong tháp khí
CO2 được xử lí bằng KMnO4 nhằm tách bỏ các tạp chất khử. Rời tháp, khí CO2 sẽ được
đưa đi vào tháp có chứa Na2CO3: các hợp chất acid sẽ được loại bỏ. Sau đó, khí CO 2 sẽ
được đưa vào tháp để tách nước và đi vào thiết bị nén 3 cấp để tinh sạch CO 2 để đưa vào
sử dụng.
Tác dụng CO2
• CO2 góp phần tạo hương vị, mặc dù bản thân CO 2 không có vị, nhưng khi hòa tan
trong nước sẽ tạo ra một lượng nhỏ acid, điều này đủ tạo nên vị chua cho dung
dịch và kết hợp với vị chua của acid cùng hương liệu tạo nên vị đặc trưng cho sản
phẩm.
• Các bọt khí CO2 tự do cũng kích thích vòm miệng.
• Các bọt khí CO2 sủi lên trên bề mặt sản phẩm làm cho sản phẩm hấp dẫn hơn.
• CO2 giúp cho sự tiêu hóa tốt.

• Tác dụng như một chất bảo quản: CO2 ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.
Như chúng ta đều biết, những vi sinh trong tự nhiên nhiễm vào thực phẩm và thức
uống thường là vi sinh vật hiếu khí hoặc kị khí tùy nghi. Trong sản phẩm nước giải
10


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
khát có gas, khí CO2 sẽ tạo nên một môi trường kị khí, do đó sẽ ức chế sự phát
triển của vi sinh vật hiếu khí bắt buộc.
Khí CO2 có thể ức chế vi sinh vật theo nhiều cách
• CO2 làm thay đổi chức năng màng tế bào chất của vi sinh vật, do đó sẽ ảnh hưởng
đến khả năng vận chuyển chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài vào bên trong
tế bào và thải bỏ một số sản phẩm trao đổi chất từ bên trong tế bào ra môi trường
bên ngoài.
• CO2 cũng có thể ức chế hoạt tính của một số enzyme của tế bào vi sinh vật và làm
rối loạn quá trình trao đổi chất của tế bào.
• CO2 khi được hấp thụ vào bên trong tế bào sẽ làm thay đổi giá trị pH của tế bào
chất.
• CO2 làm biến đổi một số tính chất hóa lý của protein trong tế bào vi sinh vật và
gây rối loạn quá trình trao đổi chất ở tế bào.
Các phụ gia khác [1] [5]
Trong ngành công nghiệp sản xuất thức uống pha chế, người ta sử dụng các phụ gia
như chất màu, chất hương, chất ức chế vi sinh vật,… Chức năng của chúng là cải thiện
giá trị cảm quan và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. [1]
Chất tạo màu [5]
Vàng Tartrazine (E102): chất màu acid tổng hợp, dạng bột, màu vàng chanh, tan
trong nước.
Allura red AC (E129): tạo màu đỏ hấp dẫn cho thực phẩm.
Ponceau 4R (Red 7, E124): Dạng bột hoặc hạt màu đỏ.Tan tốt trong nước, tan ít
trong ethanol bị mất màu khi tiếp xúc với SO2, môi trường kiềm, acid ascorbic. Được sử

dụng để tạo ra một màu đỏ trong các sản phẩm như bánh kẹo, thạch, trái cây đóng hộp,
bánh ngọt, nước giải khát, đồ uống đóng hộp.
Carmine (E120): được sản xuất từ côn trùng có tên khoa học là Coccus cacti, là
phẩm màu tự nhiên thuộc nhóm chất màu Authraquinone, tan nhiều trong nước, có màu
đỏ cánh kiến, nhiệt độ nóng chảy 1860C. Được sử dụng trong sản xuất syrup, nước giải
khát pha chế không cồn và rượu mùi.
11


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
Màu caramen cho nước giải khát cola, xá xị: Có nguồn gốc tự nhiên, nguyên liệu
chính thường là đường dextrose từ si rô bắp. Chất lỏng, màu nâu đậm, có vị đắng. Gồm
4 nhóm:
•
•
•
•

E 150a (không có chất xúc tác)
E 150b (có chất xúc tác là sulphite)
E 150c (có chất xúc tác là ammonia)
E 150d (có cả 2 chất xúc tác trên)

Trong nước giải khát E150d được sử dụng nhiều nhất
Chất bảo quản [5]
Acid benzoic: Tinh khiết có ở dạng tinh thể hình kim hoặc tấm nhỏ, màu trắng
lụa óng ánh, dễ tan trong rượu và este và nước nóng, ít tan trong nước lạnh (ở nhiệt độ
phòng tan không quá 0,2%) tan vô hạn trong etanol. Nhiệt độ nóng chảy 121,7 0C, nhiệt
độ sôi 2490C. Acid benzoic là một acid tương đối mạnh (pH = 4,19) nên có tính kháng
khuẩn cao. Acid benzoic còn có khả năng tác dụng lên màng tế bào để hạn chế sự hấp

thu acid amine của tế bào vi sinh vật và các túi màng. Muối của acid benzoic thường
dùng là benzoat natri, benzoat kali và benzoat canxi. Acid benzoic là chất sát trùng
mạnh đối với nấm men và các nấm mốc, tác dụng yếu đối với các vi khuẩn. Hoạt tính
kháng khuẩn phụ thuộc rất nhiều vào pH, tác dụng bảo quản chỉ xảy ra ở môi trường
acid pH = 2.5 - 3.5, khi pH càng thấp hoạt tính kháng khuẩn càng cao. Khi pH = 2 –
2,5 cần hàm lượng acid benzoic 0,02 – 0,03%; pH = 3,5 - 4 cần 0,08% tiêu diệt mốc,
0,1 – 0,15% diệt nấm men, 0,15 – 0,2% diệt vi khuẩn lactic, pH trung tính đạt hiệu quả
giảm 300 lần so với pH = 3.
Chất chống oxy hóa [5]
Acid ascorbic (E300), tên khác Vitamin C: dùng trong thực phẩm ở dạng tinh thể
trắng. Rất dễ tan trong nước (300g/l), khó tan trong rượu, không tan trong các dung môi
hữu cơ. Nhiệt độ nóng chảy: 1940C (phân hủy). Tồn tại được ở 1000C trong môi trường
trung tính và acid. Bị oxi hóa bởi Oxi trong không khí và càng bị oxi hóa nhanh khi có sự
hiện diện của Fe và Cu. Acid ascobic chống oxi hóa bằng cách trung hòa các chất tự do
sinh ra trong thực phẩm. Acid ascorbic tác dụng O2 và bị oxy hóa thành acid
dehydroascobic. Ngoài ra acid ascorbic còn tác dụng làm giảm các ion kim loại tạo ra gốc
tự do.
12


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
Nước

Rót chai/lon và đóng nắp

II.

Quy trình sản xuất
Quy trình sản xuất nước ngọt có gas cũ
Nước


Nước

Saccharose

Nấu syrup
Than hoạt tính, bột trợ
lọc

Cặn

Lọc

Làm lạnh
Làm nguội

Pha chế syrup thành phẩm
Chai/lon
Rót chai/lon và đóng nắp

13

Bão hoà CO2

CO2


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
In ngày sản xuất lên bao bì
Sản phẩm


Quy trình sản suất nước ngọt có gas mới
Saccharose

Nước

Nấu syrup
Than hoạt tính, bột trợ
lọc

Acid hữu cơ
Cặnn

Lọc
Làm nguội

Phụ gia

Pha chế syrup thành phẩm
CO2

Chai/lon

Bão hoà CO2
Rót chai/lon và đóng nắp
In ngày sản xuất lên bao bì
Sản phẩm

14


Nước


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

III.

Giải thích quy trình công nghệ
1. Nấu syrup [1] [6]
Mục đích công nghệ

• Chế biến: quá trình nấu syrup sẽ làm thay đổi thành phần hóa học của syrup, làm
tăng hàm lượng chất khô, tăng độ ngọt và cải thiện độ trong.
• Bảo quản: Các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt, nhờ đó mà thời gian bảo
quản syrup sẽ tăng lên.
• Nghịch đảo đường: Xúc tác acid hoặc enzyme, tăng độ ngọt. Cải thiện vị ngọt
(đường nghịch đảo có vị ngọt cao), tăng nồng độ đường bên trong syrup nên tăng
hiệu suất thu hồi sản phẩm. Tránh sự kết tinh đường.
o Tăng độ ngọt cho syrup: theo Moll (1990) thì độ ngọt của saccharose là 1,0
độ ngọt của glucose và fructose lần lượt là 0,7 và 1,7. hỗn hợp glucose và
fructose với tỉ lệ mol 1:1 sẽ có độ ngọt là 1,3. Như vậy, với cùng nồng độ
đường như nhau thì syrup đường nghịch đảo sẽ có độ ngọt cao hơn syrup
saccharose.
o Tăng hàm lượng chất khô cho syrup: theo phương trình phản ứng (*) nếu
sự thủy phân xảy ra hoàn toàn thì 342g saccharose ban đầu sẽ cho ra 180g
glucose và 180g fructose tức là được 360g đường nghịch đảo, như vậy
lượng tổng chất khô trong syrup sẽ tăng xấp xỉ 1,053 lần. Điều này sẽ mang
lại hiệu quả kinh tế không nhỏ cho nhà sản xuất.
o Ổn định chất lượng syrup, ngăn ngừa hiện tượng tái kết tinh đường: nồng
độ đường cao trong syrup dễ dẫn đến hiện tượng tái kết tinh đường và làm

giảm độ đồng nhất của syrup. Thực tế cho thấy quá trình kết tinh đường
glucose và fructose khó thực hiện hơn so với saccharose. Do đó phản ứng
nghịch đảo saccharose sẽ tăng cường sự hòa tan của đường trong syrup
nồng độ cao và tránh hiện tượng tái kết tinh của đường.
o Tăng khả năng ức chế hệ vi sinh vật trong syrup: áp lực thẩm thấu của
syrup phụ thuộc vào nồng độ các chất hòa tan trong syrup và phân tử lượng
của chúng. Theo lý thuyết, nếu hai dung dịch có cùng thể tích và hàm lượng
15


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
chất tan thì dung dịch chứa chất hòa tan phân tử lượng nhỏ hơn sẽ có áp lực
thẩm thấu lớn hơn. Giá trị áp lực thẩm thấu càng cao thì sẽ càng ức chế quá
trình trao đổi chất và sinh trưởng của các tế bào vi sinh vật cơ trong dung
dịch. Quá trình nghịch đảo đường làm tăng hàm lượng các chất tan có trong
syrup đồng thời tạo các sản phẩm hexose có phân tử lượng nhỏ hơn nhiều
so với cơ chất saccharose ban đầu. Do đó áp lực thẩm thấu của syrup đường
nghịch đảo luôn cao hơn syrup saccharose có cùng nồng độ, nó góp phần
ức chế vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản dịch đường.
Các biến đổi của nguyên liệu
• Vật lý: Có sự thay đổi về tỷ trọng của syrup sau quá trình nấu.
• Hóa học: Xảy ra phản ứng nghịch đảo đường.
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
Cần lưu ý là hiệu suất thủy phân saccharose không thể đạt đến 100%. Sau quá trình
nấu, syrup sẽ chứa cả ba loại đường: glucose, fructose và saccharose chưa bị thủy phân.
Nếu nhiệt độ nấu syrup quá cao thì có thể xảy ra phản ứng phân hủy đường và tạo
nên một số sản phẩm mới làm cho syrup bị sậm màu.
• Hóa lý: Có sự hòa tan của những tinh thể saccharose vào nước, sự bay hơi của
nước, sự hấp phụ một số tạp chất (ví dụ chất màu trong syrup lên hạt than hoạt
tính).

• Sinh học và hóa sinh: Hệ vi sinh vật và enzyme bị lẫn trong nguyên liệu sẽ bị ức
chế hoặc tiêu diệt.

16


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

Thiết bị
Người ta thường sử dụng thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, xung
quanh thân ngoài có lớp vỏ áo để
chứa tác nhân gia nhiệt trong quá
trình nấu.
1- thân thiết bị, 2- lớp vỏ áo, 3motor, 4- Cánh khuấy, 5- cửa nạp
sacharose, 6- cửa tháo syrup
Thông số công nghệ
Phản ứng nghịch đảo đường
thường được thực hiện ở 70-800C,
nồng độ saccharose ban đầu trong
syrup là 63%, lượng acid citric sử
dụng là 750 g/100kg cơ chất, thời
gian nghịch đảo đường kéo dài không
quá 2 giờ. Còn giai đoạn tẩy màu syrup được thực hiện ở 700C trong thời gian khoảng 20Hình 2: Thiết bị nấu syrup

30 phút. Lượng than hoạt tính sử dụng
là 0,1-0.2%. Khi kết thúc quá trình

nấu syrup, người ta bổ sung bột trợ lọc (diatomite) vào thiết bị và khuấy đều để chuẩn bị
cho quá trình lọc.
Nấu syrup từ tinh bột [3] [7]

a. Hồ hóa
Hạt tinh bột không tan trong nước lạnh nhưng có xu hướng trương nở trong
nước phụ thuộc vào kiểu và thành phần cấu tạo trong hạt tinh bột. Tại nhiệt độ thường và
pH trong khoảng 4-10, hạt tinh bột tự nhiên không tan mà chỉ hấp thụ nước khoảng 30%
khối lượng của nó. Hỗn hợp thu được gọi là huyền phù tinh bột. Thật ra, nhiệt độ này,
một số phân tử nước đã chui được vào bên trong cấu trúc của hạt tinh bột nhưng với số
lượng không nhiều. Nước hấp thụ vào và làm hạt trương nở khoảng 5% thể tích.
Dưới nhiệt độ hồ hoá, xảy ra quá trình hút nước và trương nở thuận nghịch. Khi
được đun nóng, nhiệt năng cung cấp sẽ phá vỡ hàng loạt liên kết hydro ràng buộc các
phân tử nước, giúp các phân tử nước này trở nên linh động hơn, dễ dàng tấn công vào cấu
17


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
trúc micelle của hạt tinh bột, dẫn đến xảy ra quá trình hydrate hoá. Khi đó các phân tử
nước sẽ chuyển động nhanh hơn và có nhiều phân tử khuếch tán vào bên trong của hạt
tinh bột. Do đó hạt tinh bột sẽ nở đáng kể, tăng thể tích và kích thước. Dưới tác dụng của
nhiệt, một số phân tử amylose và amylopectin phân tử lượng nhỏ sẽ khuếch tán vào môi
trường xung quanh. Các phân tử tinh bột này sẽ bị hydrate hoá tạo thành các micelle nhỏ.
Các micelle này và các hạt tinh bột đã trương nở sẽ kết hợp lại với nhau bằng liên kết
hydro, hình thành các liên kết ba chiều mới, độ nhớt tăng lên.
Khi nhiệt độ tăng, đường kính hạt tăng đến khi lớp ngoài của hạt bị phá vỡ, lúc
này hỗn hợp đạt đỉnh nhớt. Sự gia tăng độ nhớt cuối của mẫu hồ hoá đã gia nhiệt được
cho là giải phóng các sợi (chủ yếu là amylose) và đoạn nhánh (sự biến dạng) của hạt tinh
bột trương nở. Do đó, hồ tinh bột là một dung dịch bao gồm các hạt đã trương nở lơ lửng
trong nước nóng, các phân tử amylose cũng bị phân tán trong này. Những tác động qua
lại trong dung dịch khi này liên quan đến liên kết hydro nội phân tử giữa các hạt tinh bột
với nhau và giữa các hạt tinh bột với nước (Tako và Hizukuri, 1999).
Qúa trình hồ hoá được định nghĩa là sự đứt gãy không thuận nghịch trong cấu
trúc các phân tử hạt tinh bột khi được gia nhiệt với lượng nước lấy dư (Sical và Preiss,

1998). Do đó xảy ra các hiện tượng là chủ yếu từ huyền phù sang dạng dịch keo, và từ
dạng dung dịch keo chuyển sang dạng gel (Gôm và cộng sự, 1998; Chatakanoda và cộng
sự, 2000) cũng như sự phá huỷ cấu trúc liên kết trong mạng (Hsu và cộng sự, 2000).
Trong quá trình hồ hoá, một số phân tử tinh bột bị hydrat hoá mạnh mẽ sẽ tách khỏi mạng
lưới micelle, khuếch tán vào môi trường nước gây nên hiện tượng hoà tan tinh bột và
nước nóng.
Mục đích công nghệ: chuẩn bị
Các biến đổi của nguyên liệu
• Vật lý: Độ nhớt tăng cực đại, hạt tinh bột trương nở tối đa, nhiệt độ dung
•

dịch tăng, nồng độ chất khô tăng.
Hoá học: Xảy ra sự hydrate hoá các nhóm hydroxy tự do và hình thành liên

•

kết hydro với nước.
Hoá lý: Hạt tinh bột tiếp tục hấp thụ nước, khi nhiệt độ càng tăng thì khả
năng hút nước càng tăng. Hệ chuyển từ dạng huyền phù sang dung dịch nhớt

•

đồng nhất. Tăng khả năng hoà tan.
Cảm quan: Màu sắc từ đục chuyển sang trong hơn.

Thiết bị

18



Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
Thiết bị Henze Cooker có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy được kết
nối với một motor có công suất lớn.
Thông số công nghệ
Nước, chế phẩm enzyme amylase,
Ca(OH)2 và tinh bột được cho vào
Henze Cooker và khuấy trộn. Tinh
bột được hòa trộn với nước lạnh tỉ
lệ

20-25% tinh bột, bổ sung thêm αamylase chịu nhiệt với một lượng
1500IU/kg khối lượng khô, 50-150
ppm Ca2+ nhằm ổn định hoạt tính
enzyme và tạo môi trường pH cho
hỗn hợp. Tăng nhiệt độ hỗn hợp lên

Hình 3: Thiết bị Henze Cooker

900C, pH 5.8-8.0 có kết hợp khuấy
đảo, thời gian dừng 20-30 giây.
b. Dịch hóa
Sau giai đoạn hồ hoá hạt tinh bột trương nở nhưng vẫn còn nguyên vẹn. Khi ta tiếp
tục gia nhiệt hỗn hợp, sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử tinh bột trong hỗn hợp
dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ làm cho liên kết giữa các phân tử tinh bột với nhau, giữa
tinh bột với nước trở nên lỏng lẻo. Kết quả là các phân tử amylose và amylopectin được
giải phóng từ dạng liên kết trong cấu trúc hạt tinh bột sang dạng “tự do”. Qúa trình này
được gọi là quá trình dịch hoá.
Mục đích công nghệ: chuẩn bị
Các biến đổi của nguyên liệu
• Vật lý: Độ nhớt giảm, khả năng truyền nhiệt tăng (do kích thước phân tử nhỏ

hơn), nồng độ chất khô tăng.
• Hóa học: Hạt tinh bột bị phá tung, phá vỡ các liên kết hydro giữa nước và
các sợi tinh bột, phản ứng Mailard giữa đường và acid amine tạo ra sản phẩm
có màu. Thuỷ phân tinh bột tạo những mạch dextrin có chiều dài mạch ngắn
hơn.
• Hoá lý: Sự bốc hơi nước, khả năng hoà tan tinh bột tăng.
19


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
• Hoá sinh: Enzyme α-amylase hoạt động cắt các mạch amylose và
amylopectin thành các dextrin mạch ngắn có khả năng hoà tan.
• Sinh học: Các vi sinh vật trong tinh bột sẽ bị ức chế ở nhiệt độ cao.
Thiết bị
Thông thường có ba thiết bị chính:
Một thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, bên ngoài có lớp vỏ áo để gia
nhiệt và giữ nhiệt. Thiết bị này hoạt động ở áp suất bình thường dùng để xử lý huyền phù
tinh bộ và chế phẩm α-amylase.
Một thiết bị hình trụ đứng đáy nón, bên trong có cánh khuấy. Thiết bị này hoạt động
ở áp suất cao và dùng để dịch hóa tinh bột ở áp suất cao.
Một thiết bị làm nguội dạng ống lồng ống.
Thông số công nghệ
Dịch hồ tiếp tục được gia nhiệt tới nhiệt độ khoảng 1050C, thời gian dừng 30 phút.
c. Đường hóa
Lúc này tinh bột trở nên “hoà tan” trong nước, độ nhớt của hỗn hợp giảm đi
đáng kể. Qúa trình này được thực hiện với sự có mặt của emzyme α-amylase và
β-amylase hình thành các phân tử có chiều dài mạch ngắn hơn. Enzyme có thể
có ở trong tinh bột hoặc được bổ sung vào. Tiếp theo enzyme glucose-amylase
được bổ sung vào để tiến hành thuỷ phân hoàn toàn các mạch ngắn để hình
thành đường glucose. Tuỳ theo loại sản phẩm mong muốn quá trình chuyển hoá

này có thể được xúc tác bởi một hay nhiều enzyme.
Mục đích công nghệ: chế biến
Các biến đổi của nguyên liệu
• Vật lý: Độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian thủy phân. Tăng
hàm lượng chất khô, khả năng chuyền nhiệt của dung dịch.
• Hoá học: Phản ứng thuỷ phân cắt dextrin mạch dài (sản phẩm sau quá trình
dịch hoá) thành sản phẩm chính là glucose, các đường đơn giản khác và
dextrin mạch ngắn,… Phản ứng Maillard tạo thành các chất sẫm màu dịch
thuỷ phân.
• Hoá lý: Tăng khả năng hoà tan
20


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
• Hóa sinh: Chế phẩm β-amylase, α- amylase, γ-amylase tạo đường matose sẽ
chuyển hóa các phân tử tinh bột đã được dịch hóa hoàn toàn thành glucose.
Thiết bị: thiết bị Mash tub
Thông số công nghệ
Dịch sau khi hồ hóa và dịch hóa sẽ thoát ra từ đáy của Henze Cooker, được bơm
vào Mash tub ở phía đỉnh. Sau đó dịch cần được làm nguội, bằng cách cho nước lạnh
100C vào vỏ áo, khi dịch đạt nhiệt độ 55-650C thì ta bổ sung chế phẩm β-amylase với
hàm lượng 2000IU/Kg. Lúc này điều chỉnh pH về
5,5 bằng lượng acid Phosphoric thích hợp. Giữ
nhiệt độ của thùng 55- 650C.
Hình 4: Thiết bị Mash tub

d. Tẩy màu
Mục đích công nghệ: tẩy màu.
Các biến đổi của nguyên liệu: biến đổi hóa ly –
chất màu và một số tạp chất trong dịch thủy phân

sẽ hấp phụ trong mao dẫn của các than hoạt tính.

Thông số công nghệ: Dịch nha sau khi đường hóa được đưa vào thùng có cánh
khuấy gia nhiệt tới 70-750C để làm giảm độ nhớt, sau đó bổ sung thêm than hoạt tính tỉ lệ
0,3-0,75% so với lượng chất khô. Thời gian khoảng 25-30 phút.

e. Lọc
Mục đích công nghệ: hoàn thiện

Hình 5: Thiết bị tẩy màu

Các biến đổi của nguyên liệu: Xảy ra sự
phân riêng 2 pha, pha phân tán bao gồm các hạt
than đã hấp phụ các chất màu và một số tạp
chất bị lẫn trong dung dịch thủy phân; pha liên
tục là dịch đường nha đã được tinh sạch.
Thiết bị
21


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
Thiết bị lọc khung bản với màng lọc vải có phủ một lớp bộ trợ lọc diatomite.

Hình 6: Thiết bị lọc khung bản
Thông số công nghệ: Dịch nha sau khi được bơm vào máy chất rắn được giữ lại trên
bề mặt vải của bàn. Dịch lọc qua lớp vải, xuống rãnh trên bề mặt của bàn và ra ngoài. Sau
khi buồng ép đầy, bã được thổi khí (không khí hoặc Nitơ) đẻ tách hết phần dư đến có thể,
sau đó bã được tháo ra ngoài. Thời gian 2-8h tùy hiệu suất lọc. Nhiệt độ 70-750C. Áp suất
0,3-1MPa.
f. Trao đổi ion

Mục đích công nghệ: Hoàn thiện.
Qúa trình trao đổi ion có thể tách được 95% chất khoáng, 70% các hợp chất có chứa
nitơ và 80% chất màu có trong syrup.
Các biến đổi của nguyên liệu: Các tạp chất tích điện trong dịch thủy phân sẽ thế chỗ
các ion trên những hạt nhựa trong thiết bị trao đổi ion. Sau khi đi qua cột cationit, pH
syrup sẽ giảm xuống rất thấp, pH = 2. Tuy nhiên khi syrup được đưa vào cột anionit, pH
của nó sẽ tăng lên 5 hoặc cao hơn.
Thiết bị: Trao đổi ion

22


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

Hình 7: Thiết bị trao đổi ion
Nguyên lý hoạt động: Dung dịch sẽ được cho đi qua cột trao đổi anion. Tại đây các
anion sẽ bị giữ lại trên cột.
Dung dịch tiếp tục đi qua cột trao đổi cation. Tại đây các cation sẽ bị giữ lại. Tiến
hành rửa giải để tách những ion. Sau quá trình trao đổi ion phải tiến hành tái sinh ion làm
việc trên cột, bằng cách ngâm cột vào những dung dịch thích hợp.
Thông số công nghệ
Trao đổi cation dùng các hạt nhựa polystyrene-divinylbenzen có gắn một số ion
dương, như H+, -SO3H, -COOH, -OH gọi là cationit. Trao đổi anion dùng các hạt nhựa
trên nhưng gắn vào đó một nhóm amim, gọi là anionit. Nhiệt độ 70-750C, thời gian từ 2025 phút.
g. Cô đặc chân không
Mục đích công nghệ
Tách bớt nước và làm tăng nồng độ chất khô của syrup.
Các biến đổi của nguyên liệu
23



Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas
• Vật lý: nồng độ chất khô của syrup tăng dần do đó tỉ trọng và độ nhớt của nó sẽ
gia tăng, thể tích giảm, nhiệt độ tăng.
• Hóa học: Nếu các acid amine hoặc peptide chưa được loại bỏ hoàn toàn trong quá
trình tinh sạch trước đó thì chúng sẽ cùng mantose tham gia phản ứng Maillard
làm cho syrup bị sậm màu.
• Hóa lý: xảy ra sự bay hơi nước, có thể bay hơi chất mùi.
Thiết bị
Sử dụng hệ thống cô đặc chân không nhiều cấp, thông thường từ 3 – 7 cấp.

Hình 8: Hệ thống cô đặc chân không

24


Khảo sát quy trình sản xuất nước ngọt có gas

Hình 9: Sơ đồ thiết bị cô đặc chân không
Thông số công nghệ
Nguyên liệu được nạp vào bằng bơm piston đến ngập bề mặt truyền nhiệt. Nhiệt độ
60-650C. Áp suất hơi đốt 1,25 atm, thời gian 2-3 giờ. Độ chân không của buồng bốc hơi
là 600-700mmHg. Sản phẩm có thể lấy ra gián đoạn hay liên tục.
h. Đồng phân hóa
Mục đích công nghệ: tạo sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu
• Hóa sinh: Dưới tác dụng của enzyme Glucseisomerase Glucose sẽ chuyển
thành Fructose.
Thiết bị
Giàn ống được làm bằng kim loại được đặt trong bể nước khoảng 600C.

Thông số công nghệ:
Cho glucose đi qua giàn ống bằng kim loại có sẵn chế phẩm enzyme
Glucseisomerase hệ thống được đặt trong bể nước khoảng 600C.
25