Các nguyên liệu chính để sản xuất bia

Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon và nước. Để tiết kiệm nguồn đại mạch hoặc để sản xuất một vài loại bia thích hợp với thị hiếu của người tiêu dùng, phù hợp với từng khu vực, từng địa phương khác nhau thì bên cạnh malt đại mạch, có thể dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mì, bột gạo, bột ngô, thậm chí có thể dùng cả bột đậu tương đã tách béo. Tuy nhiên cho đến nay, bia trên toàn thế giới được sản xuất theo công thức chung sau đây:

BIA = MALT ĐẠI MẠCH + HOUBLON + NƯỚC

Đây là ba nguyên liệu chính để sản xuất bia. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay nguyên liệu chính để sản xuất bia phải nhập từ nước ngoài, đó là malt đại mạch và hoa houblon, nhiều năm nay ở Việt Nam đã nghiên cứu trồng cây đại mạch và hoa houblon ở một số vùng phía Bắc, Lâm Đồng nhưng năng suất rất thấp, chất lượng cả malt đại mạch lẫn hoa houblon đều chưa đạt yêu cầu. Hiện nay, Viện nghiên cứu cây trồng nước ta đang nghiên cứu để cải thiện năng suất lẫn chất lượng, để dần dần có thể tiến tới thay thế hoặc hạn chế nhập khẩu malt đại mạch và hoa houblon.

1. Nguyên liệu nước trong sản xuất bia

Trong sản xuất bia nước là một nguyên liệu không thể thay thế được. Nước chiếm khoảng (77÷90)% trong bia thành phẩm, để sản xuất 1 lít bia cần phải tiêu tốn khoảng 25 lít nước. Trên dây chuyền công nghệ chính, nước dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, thậm chí nước còn là một chất tại lạnh trung gian có nhiều tính ưu việt cung cấp lạnh cho quá trình làm lạnh nhanh dịch lên men, cũng như các quá trình lên men,..., nước dùng làm sạch môi trường nhà máy công nghệ sản xuất bia, nước cung cấp cho nồi hơi, ngoài ra nước đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của sản phẩm, nước dùng để uống, vì thế nước trở thành thành phần chính của dây chuyền công nghệ sản xuất bia.

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia đòi hỏi phải đạt những chỉ tiêu chất lượng quan trọng như: độ cứng, độ pH, hàm lượng khoáng chất và chỉ tiêu về vi sinh,....

Độ cứng của nước là hàm lượng muối canxi (Ca2+) và magiê (Mg2+) hòa tan, trong đó chỉ số hóa học đặc trưng cho độ cứng của nước là tổng hàm lượng tính bằng miligam – đương lượng các ion Ca2+ và Mg2+ trong 1 lít nước. Nước chứa dưới 1,5 mg – đương lượng Ca2+ và Mg2+/ 1 lít được coi là nước rất mềm; từ (1,5÷3) mg – đương lượng Ca2+ và Mg2+/ 1 lít được coi là nước mềm; từ (3÷6) mg – đương lượng Ca2+ và Mg2+/ 1 lít được coi là nước có độ cứng trung bình; từ (6÷10) mg đương lượng Ca2+ và Mg2+/1 lít được coi là nước cứng; lớn hơn 10 mg đương lượng Ca2+ và Mg2+/1 lít được coi là nước rất cứng.

Nước dùng cho sản xuất bia tốt nhất là nước rất mềm hoặc ít ra là nước mềm, thích hợp nhất là nước có độ cứng tạm thời khoảng 0,7 mg - đương lượng Ca2+ và Mg2+/1 lít, độ cứng vĩnh cửu khoảng (0,4 ÷0,7) mg – đương lượng Ca2+ và Mg2+/ 1 lít.

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia luôn phải được kiểm tra trước khi đưa vào sử dụng, nếu nước không đạt chất lượng thì nó là nguyên nhân gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm, đôi khi nó làm cho sản phẩm bị hư hoặc chứa nhiều độc tố do các sản phẩm phụ sinh ra. Nhất là khi nước đã nhiễm một lượng vi sinh vật lớn, chính các vi sinh vật này tham gia trong quá trình lên men tạo ra những sản phẩm ngoài ý muốn.

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia phải đạt được những chỉ tiêu hóa lý và vi sinh như ở bảng 1 bên dưới.

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia trước khi đưa vào sử dụng phải qua thiết bị xử lý nước riêng của nhà máy và được tiệt trùng, đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng.

2. Malt đại mạch

Đại mạch là một loại ngũ cốc, được chia làm hai nhóm: đại mạch mùa đông (gieo hạt mùa đông, thu hoạch vào mùa hè) và đại mạch mùa xuân (gieo hạt mùa xuân, thu hoạch vào mùa thu). Chu kỳ sinh trưởng của đạt mạch thông thường từ 100 đến 120 ngày.

Hạt đại mạch được cấu tạo từ ba bộ phận chính: vỏ, nội nhũ và phôi. Thành phần hóa học của hạt đại mạch tính theo hàm lượng chất khô, theo bảng 2 bên dưới.

Bảng 2. Thành phần hóa học của hạt đại mạch

Trọng lượng trung bình của hạt đại mạch khoảng từ (40 ÷ 50) g/ 1000 hạt, kích thước hạt tương đối nhỏ, nó có hình dạng gần giống như hạt lúa.

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia, mált là sản phẩm được sản xuất từ hạt đại mạch, khi cho hạt đại mạch nẩy mầm trong những điều kiện nhân tạo sau đó loại bỏ mầm sấy khô sẽ thu được đại mạch, những hạt này sau đó được bảo quản.

Qua quá trình nẩy mầm một lượng lớn enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch nẩy mầm. Trong đó chủ yếu là enzyme amilaza, proteaza, và một số các enzyme khác, những enzyme này rất hữu ít bởi vì nó tham gia vào quá trình xúc tác sinh học trong quá trình sản xuất bia. Chất lượng malt được quyết định bởi các giống đại mạch, các loại malt đại mạch khác nhau sẽ cho chất lượng bia khác nhau. Malt được dùng trong sản xuất bia là loại malt được sản xuất từ các đại mạch hạt to, vỏ mỏng, hàm lượng protein thấp, độ hòa tan cao không gây khó khăn trong quá trình xử lý. Quá trình đường hóa cũng như lọc bã làm cho bia có độ trong cao, bảo quản được lâu. Các enzyme trong malt đại mạch là những nhân tố thực hiện việc chuyển hóa các chất trong thành phần hạt đại mạch (tinh bột “polyglucoza”, protein, celuloza,...) thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng được để tạo ra bia (các loại đường, các axit amine tự do, các vitamine, chất khoáng đa vi lượng,...).

Các phương pháp làm hạt nẩy mầm và làm khô hạt khác nhau sẽ cho ra các nguyên liệu làm bia khác nhau và sản phẩm bia có chất lượng khác nhau. Thành phần hóa học chính của malt khô tính theo % chất khô (CK) cho trong bảng 3.

Bảng 3. Thành phần hóa học của malt khô

Đối với công nghệ sản xuất bia, malt có tỷ lệ hàm lượng
Gluxit/protein = (70÷75)%CK / (10÷14)%CK là tỷ lệ cân đối thích hợp nhất cho công nghệ nấu bia, ứng với tỷ lệ này bia sản phẩm có màu sắc, mùi vị đặc trưng. Malt dùng để sản xuất bia phải đạt các thông số kỹ thuật (hóa lý và vi sinh) như ở bảng 4.

Bảng 4. Các thông số kỹ thuật của malt dùng sản xuất bia

Malt phải luôn được giữ trong kho khô ráo thoáng mát để phòng chuột, mối và các loại côn trùng phá hoại. Thường xuyên đảo trộn malt và thổi không khí khô vào kho, nhiệt độ bảo quản malt nhỏ hơn hoặc bằng 30°C để tránh sự hoạt động của men và vi sinh vật làm tiêu hao các chất dinh dưỡng trong malt, làm giảm chất lượng malt, đồng thời đảm bảo hoạt lực của các hệ men nhất là amilaza và proteaza.

3. Hoa houblon

Sau malt đại mạch và nước thì hoa houblon là nguyên liệu chính thứ ba cũng không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất bia, là nhân tố góp phần quan trọng tạo ra mùi vị đặc trưng của bia (mùi thêm thơm dễ chịu, có vị đắng chát nhẹ) tạo màu vàng cho bia, tạo bọt và giữ bền độ bọt. Ngoài ra hoa houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản cho bia (sát trùng, tăng tính ổn định cho các thành phần bia,...), làm trong bia tạo được kết tủa protein (albumine) khi chúng chưa được thủy phân hết.

Continue Reading

Lịch sử phát triển và Bản chất quá trình sản xuất bia

Lịch sử phát triển

Bia đã được phát hiện tử 8000 năm trước ở xứ Mesoptamia là một trong những nơi xuất hiện nền văn minh sớm nhất của nhân loại. Dân dụ mục tình cờ phát hiện khi lúa dại được ủ sẽ bị vi sinh vật tự nhiên tác động tạo ra một dung dịch uống được, cùng với thời gian dung dịch này đã trở thành một thứ thức uống rất được yêu thích.

Đến 7000 năm trước Công Nguyên con người ở xứ Babylon đã tìm ra cách làm bia từ lúa mạch (hạt đại mạch) và lúa mì, vài năm sau đó người Ai Cập cổ đại, Ba Tư, các nước lân cận ở vùng Trung Đông châu Á rồi tràn xuống các nước phía Nam cũng đã tìm ra cách làm bia với vị thơm ngon đặc trưng của các vùng hoàn toàn khác nhau. Lúc này bia đã trở thành một thức uống thông dụng rất ưa thích ở thời đó. Một điều đáng chú ý đặc biệt là con người ở thời đó biết cách sử dụng nhiều loại cây có đa dạng để tạo ra các loại hương bia có mùi vị hết sức độc đáo. Cũng chính họ là người phát hiện ra nghệ thuật sử dụng các loại vi nấm mà ngày nay gọi là nấm men để tạo ra các loại bia khác nhau. Tuy biết cách làm ra được bia để uống như vậy nhưng chưa thể hình thành nên một cơ sở khoa học nào cho cách làm đó và các bí quyết công nghệ sản xuất bia ở thời đó cũng không được ghi chép lại một cách đầy đủ, chính vì vậy, hiện nay các nhà công nghệ sản xuất bia trên thế giới kết hợp với các nhà khảo cổ học đang nghiên cứu và khám phá để tìm ra các bí quyết về công nghệ sản xuất bia ở thời đó, năm 2003 một nhà công nghệ sản xuất bia Nhật Bản đã tìm cách tái sản xuất lại bia Ai Cập cổ đại với mùi vị đặc biệt thơm ngon, giá thành rất cao.

Ở Trung Quốc công nghệ sản xuất bia được ghi nhận trong các tài liệu cổ có từ những năm 2300 trước Công Nguyên. Trong thời gian này các nước La Mã, Hy Lạp cũng sản xuất được bia, cái tên bia là: “beer" xuất phát từ chữ “bibere” có nghĩa là uống trong tiếng La Tinh.

Trải qua hàng ngàn năm sản xuất bia và uống bia, cha ông chúng ta không ai biết được nhân tố nào, cơ sở khoa học nào đã làm nên điều kỳ diệu là chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm. Mãi đến năm 1857, nhà khoa học người Pháp Luis Paster đã khám phá ra được bí mật này. Sau thời gian dài nghiên cứu, ông đã đi tới khẳng định: nấm men là vi sinh vật duy nhất mà hoạt động sống của chúng đã làm nên quá trình lên men bia. Nhưng Luis Paster và các học trò của ông vẫn chưa làm sáng tỏ được thực chất và hiện tượng, tuy nhiên ông đã xây dựng được nền tảng cơ sở khoa học ban đầu cho công nghệ này và sau nay ông đã đạt được giải thưởng Nobel về hóa – sinh vật học, nhờ các công trình nghiên cứu của ông mà ngành công nghệ vi sinh vật học ra đời.

Đến những năm cuối thế kỷ 19, một số nhà khoa học Đức và Nga mới chứng minh được rằng, nấm men tạo nên các enzyme và các enzyme này là những chất xúc tác sinh hóa đặc biệt để chuyển nguyên liệu thành sản phẩm, ngay cả trong trường hợp không có tế bào nấm men tồn tại trong môi trường vẫn có khả năng chuyển hóa đường thành rượu và CO2, đây là hai thành phần quan trọng nhất của bia. Từ đó cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất bia mới hình thành và ra đời, dựa trên cơ sở đó các nhà khoa học cũng phát hiện và giải thích được rằng, khi đun dung dịch đường hóa với hoa Huplông rồi thực hiện quá trình lên men thì sản phẩm bia làm ra có mùi vị thơm ngon đặc trưng mà không có loại cây cỏ nào thay thế được.

Từ năm 1867 đến 1875 công nghệ làm bia phát triển mạnh ở Cộng hòa Zech & Slovakia (Tiệp Khắc), Đức, Anh, Pháp, Thụy Điển, Italia, Nga, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha,... và đã có một số nhà máy sản xuất bia ra đời, sản xuất theo hình thức công nghiệp và ngày nay nó đã duy trì và phát triển trở thành nhiều hãng bia nổi tiếng trên thế giới như: Carsberg, Heineken, Larser,

Từ năm 1790 đến 1919, các thương gia người Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Anh, Pháp, Italia,... đã giao du tới châu Mỹ và họ đã đem công nghệ làm bia tới lục địa này. Chỉ trong vòng một thời gian ngắn công nghệ làm bia đã phát triển rực rỡ ở Mỹ. Mỹ trở thành quốc gia đứng đầu thế giới cả về chất lượng và số lượng sản phẩm bia.

Ngày 18 tháng 10 năm 1919, một đạo luật có tên là Volstead ra đời cấm sản xuất và tiêu thụ các thức uống có chứa alcohol, lúc đó ngành công nghiệp sản xuất bia chụng lại, số lượng bia giảm xuống. Mãi đến ngày 05/12/1933 bản sửa đổi luật Volstead ra đời cho phép các khu vực tự ban hành và quản lý sản xuất và tiêu thụ bia, lúc này công nghệ sản xuất bia mới phát triển mạnh mẽ trở lại.

Đến nay, bia đã sản xuất và được tiêu thụ khắp nơi trên thế giới và Mỹ vẫn là nước có tầm ảnh hưởng lớn nhất về thói quen uống bia và tiêu thụ bia trên toàn thế giới.

Sản xuất bia thực chất là một quá trình sinh hóa – vi sinh, trong đó sự thuần khiết của chủng giống nấm men có ý nghĩa quyết định. Nấm men thuần khiết là những thế hệ nấm men sinh ra từ một tế bào. Trong thực tiễn sản xuất, giữ cho nấm men thuần khiết là việc làm không dễ, vì trong không khí, trong nước, trên bề mặt bàn ghế, dụng cụ, thiết bị, ngay cả trên quần áo, tay chân chúng ta, đều luôn luôn có một lượng vi sinh vật tạp chủng khá lớn, chúng sẵn sàng xâm  nhập vào môi trường cấy, vào nước nha để gây hư hỏng. Do đó, việc thường xuyên quan tâm tạo điều kiện vô trùng là rất quan trọng đối với sản xuất.

Continue Reading

Tìm hiểu sâu về các phương pháp sản xuất đá khô (đá CO2)

Công nghệ sản xuất các sản phẩm CO2 rất đa dạng và phong phú, các công nghệ này thường tạo ra các sản phẩm như: khí CO2 tinh khiết, lỏng CO2, rắn CO2 (gọi là đá khô – đá CO2). Các sản phẩm này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, chẳng hạn như lỏng CO2 ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghệ hóa học, khí CO2 và lỏng CO2 còn ứng dụng trong phòng cháy chữa cháy, v.v, đá khô ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghệ chế biến thực phẩm như công nghệ chế biến lạnh, công nghệ bảo quản lạnh, Trong bài viết này hãy cùng tìm hiểu kỹ về công nghệ sản xuất đá khô hiện nay ở Việt nam nói riêng và trên thế giới nói chung. Đá khô thường được sản xuất theo các chu trình thoát nhiệt ở bên trong (biến đổi nội năng bằng cách biến đổi trạng thái) bằng các cách sau.

Cách 1: Cho CO2 lỏng bay hơi từ các bề mặt tự do và dẫn hơi đi, tạo một lớp ở bề mặt của nó, khi bay hơi chậm thì được khối đá chắc hơn, khi bay hơi nhanh thì tạo lớp tuyết CO2 xốp, sau đó ép thành từng bánh có khối lượng riêng khác nhau tuỳ thuộc vào lực ép.

Cách 2: Tiết lưu lỏng CO2 ở trạng thái bằng hoặc cao hơn điểm ba một ít để tạo thành tuyết, sau đó ép thành bánh.

Cách 3: Cho bay chậm CO2 lỏng ở trạng thái có áp suất cao hơn điểm ba, cho thăng hoa một phần CO2 rắn vừa mới tạo thành và dẫn hơi tạo thành xuống phía dưới qua các mao quản của khối xốp.

Nói chung, chu trình sản xuất đá khô không có gì khác chu trình làm việc của tác nhân lạnh trong đường ống (NH3, freon, v.v), nén khí CO2 đến áp suất cao (60÷70) at sau đó ngưng tụ, rồi quá lạnh CO2 lỏng. Tiết lưu CO2 lỏng một hay nhiều cấp để đến áp suất P0< Pk (áp suất ngưng tụ) thì thu được tuyết CO2 xốp, rồi đem ép thành bánh, thổi, vv. Điểm khác biệt so với chu trình tác nhân lạnh thường là ở chỗ nó không phải chu trình kín mà là chu trình hở. Khí CO2 luôn nạp vào một cách liên tục và đá khô thu nhận một cách liên tục.

Trong kỹ thuật sản xuất đá khô thông thường cần phải hóa lỏng khí CO2 sau đó mới thực hiện quá trình hóa rắn CO2 từ lỏng CO2. Khí CO2 được hóa lỏng nhờ các thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước hoặc bằng các môi chất lạnh sôi trong thiết bị bay hơi của tầng trên trong hệ thống máy lạnh ghép tầng (Cascade). Khi dùng nước làm mát cho thiết bị ngưng tụ, thì phải nén CO2 tới áp lực cao khoảng từ (60÷70) kg/cm² để có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ nước làm mát, vì CO2 có nhiệt độ tới hạn thấp (trạng thái điểm tới hạn có nhiệt độ tth = 31°C, áp suất tới han Pth= 73,5 bar). Như vậy, để có áp suất này, thì thường thực hiện trong hệ thống nén hơi ba cấp nên.

Nếu như khi nhiệt độ của nước làm mát cao (lớn hơn 24°C) thì không thể dùng nước làm mát được. Ở nhiệt độ CO2 cao hơn nhiệt độ tới hạn cũng như không thể hóa lỏng CO2 bằng cách nén trong hệ thống máy nén hơi ba cấp nén. Trong trường hợp này để hóa lỏng khí CO2 thì cần phải sử dụng hệ thống máy lạnh ghép tầng, trong đó thiết bị ngưng tụ CO2 ở tầng dưới cũng chính là thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh sử dụng môi chất lạnh NH3 hay freon ở tầng trên (bởi vì lúc này nhiệt độ ngưng tụ của CO2 nhỏ hơn nhiều so với nhiệt độ của CO2 cần ngưng tụ).

Hiện nay, muốn sản xuất đá khô thì phải chuyển đổi CO2 từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng, sau đó chuyển trạng thái lỏng CO2 thành đá khô (trạng thái rắn). Thông thường sử dụng hai phương pháp cơ bản sau.

Phương pháp 1: Tiết lưu CO2 lỏng đến áp suất điểm ba và nén liên tục tuyết CO2 thành từng khối đá khô, phương pháp này thực hiện trong chu trình áp suất cao ba cấp nén.

Phương pháp 2: Tiết lưu CO2 lỏng đến áp suất khí quyển và nén chặt thành khối băng trong quá trình đông cứng, phương pháp này thực hiện trong chu trình áp suất trung bình của hệ thống máy lạnh ghép tầng. 

Tùy theo điều kiện hay mục đích yêu cầu mà có thể sản xuất đá khô theo một trong hai phương pháp trên, tuy nhiên nếu sản xuất theo chu trình cao áp thì thiết bị phải đảm bảo độ an toàn cao. Nhất là đối với thiết bị ngưng tụ, bởi vì áp suất ở thiết bị ngưng tụ đạt tới từ

Sản xuất đá khô theo chu trình áp suất cao

1. Sơ đồ hệ thống thiết bị

2. Đồ thị chu trình nhiệt động của hệ thống

Chu trình nhiệt động của hệ thống lạnh sản xuất đá khô cao áp

3. Nguyên lý làm việc

Thực chất nguyên lý làm việc của hệ thống sản xuất đá khô ở chu trình cao áp hay áp suất trung bình hoàn toàn giống như hệ thống lạnh sử dụng môi chất lạnh (NH3, freon,...), nó chỉ khác là hệ thống sản xuất đá khô là hệ thống hở còn hệ thống lạnh là hệ thống kín.

Nguyên lý làm việc ở chu trình cao áp như sau: khí CO2 tinh sạch ở bồn chứa ở trạng thái 0 sẽ kết hợp với CO2 ở trạng thái 15 bão hòa khô (nằm trên đường x=1) tạo ra khí CO2 ở trạng thái 1 có nhiệt độ dao động khoảng 250°C, được MN-C1 hút về, nén đoạn nhiệt hay đa biến lên trạng thái 2 có áp suất Ptg2 = (7÷9)kg/cm², sau đó đưa về TBLM-SB1 để làm giảm nhiệt độ chuyển từ trạng thái 2 sang trạng thái 2, tại đây nó sẽ kết hợp với CO2 ở trạng thái 12 bão hòa khô ở BGT-2 tạo ra trạng thái 3 có nhiệt độ dao động khoảng 250°C trước khi MN-C2 hút về. MN-C2 hút khí CO2 về nén đoạn nhiệt hay đa biến lên trạng thái 4 có áp suất Ptg1 = (25÷30)kg/cm², sau đó đưa về TBLM-SB2 để làm giảm nhiệt độ chuyển từ trạng thái 4 sang trạng thái 4, tại đây nó sẽ kết hợp với CO2 ở trạng thái 9 bão hòa khô ở BTG-1 tạo ra trạng thái 5 trước khi MN-C3 hút về. MN-C3 hút khí CO2 về nén đoạn nhiệt hay đa biến lên trạng thái 6 có áp suất Pk = (60÷70)kg/cm² được đưa về TBTN, tại đây nó được nước làm mát thải nhiệt ra ngoài môi trường, thực hiện quá trình ngưng tụ đăng áp (Pk = const) 6-7 chuyển đổi pha từ pha hơi quá nhiệt sang pha lỏng, do cấu tạo TBNT lớn hơn một chút, vì vậy khi CO2 lỏng ra khỏi thiết bị ngưng tụ nó được quá lạnh ở trạng thái 7 có nhiệt độ dao động khoảng 250°C, lỏng CO2 ở trạng thái 7 được dẫn tới VTL-1 tại đây nó thực hiện quá trình tiết lưu đăng entalpi (h = const) 7-8 vào BTG-1 đồng thời làm giảm áp suất từ Pk xuống Ptg1 và làm giảm nhiệt độ. CO2 sau khi tiết lưu vào BTG-1 ở trạng thái 8 năm trong vùng hơi ẩm bão hòa với pha lông nhiều hơn pha hơi, pha hơi tách ra nằm ở phần trên BTG-1 chuyện về trạng thái 9 (hơi bão hòa khô x =1), hơi bão hòa này có nhiệt độ thấp và có nhiệm vụ làm mát hơi quá nhiệt sau khi ra khỏi TBLM-SB2, còn phá lỏng được tách ra ở phần dưới đáy BTG-1 chuyển về trạng thái 10 (bão hòa lỏng x = 0). CO2 lỏng ở trạng thái 10 được dẫn đến VTL-2, tại đây nó thực hiện quá trình tiết lưu đăng entalpi (h = const) 10-11 vào BTG-2 đồng thời làm giảm áp suất từ Ptg1 xuống Ptg2 kéo theo nhiệt độ giảm. CO2 sau khi tiết lưu vào BTG-2 ở trạng thái 11 nằm trong vùng hơi ấm bão hòa với pha lỏng nhiều hơn pha hơi, pha hơi tách ra nằm ở phần trên BTG-2 chuyển về trạng thái 12 (hơi bão hòa khô x =1), hơi bão hòa này có nhiệt độ thấp và có nhiệm vụ làm mát hơi quá nhiệt sau khi ra khỏi TBLM-SB1, còn pha lỏng được tách ra ở phần dưới đáy BTG-2 chuyển về trạng thái 13 (bão hòa lỏng x = 0). CO2 lỏng ở trạng thái 13 được dẫn tới VTL-3, tại đây nó thực hiện quá trình tiết lưu đăng entalpi (h= const) 13-14 vào buồng đá khô đồng thời làm giảm áp suất từ Ptg1 xuống P0 thấp hơn điểm ba (bằng áp suất khí quyển là tốt) kéo theo nhiệt độ giảm rất sâu, CO2 sau khi tiết lưu vào buồng đá khô ở trạng thái 14 năm trong vùng hơi ẩm bão hòa, thấp hơn trạng thái điểm ba và có nhiệt độ rất thấp nên lỏng và hơi CO2 sau VTL-3 được hóa đá tạo thành đã khô chuyển về trạng thái 16 nằm trong vùng rắn, phần hơi còn lại chưa được hóa đá chuyển về trạng thái 15 (hơi bão hòa khô x=1), hơi bão hòa này có nhiệt độ thấp và có nhiệm vụ làm mát hơi quá nhiệt CO2 chứa trong bồn. Sau đó thực hiện một chu trình mới tiếp theo.

Vì tiết lưu lần 3 xảy ra quá trình hóa đá lỏng và hơi CO2 nên cấu tạo VTL-3 sẽ khác so với tiết lưu thông thường. Cấu tạo VTL-3 và buồng đá khô như hình dưới.

Khoang hơi chính là không gian giữa hai vỏ (5) thông với đường hút vào của máy nén áp suất thấp (3). Khoang trong của VTL-3 và buồng đá khô (4) chứa lỏng CO2 ở áp lực (7÷9) bar vào từ BTG-2 (bình trung gian hai) qua van (1). Phần dưới của vách trong có các cửa (7), cửa của VTL-3 (van tiết lưu 3) thông hai vỏ với nhau. Trong quá trình nạp lòng qua van (1), các cửa van này đóng kín. Đường cân bằng hơi có van (2) để đảm bảo lòng không quá đẩy buồng đã khô. Sau khi nạp lỏng vào buồng thì đóng van (2) lại và mở cửa van tiết lưu (7) để tiết lưu lỏng đến áp suất khí quyền. Như vậy, có một lượng đá khô tạo thành và lượng còn lại sẽ hóa hơi trong khoang (5) được máy nén áp suất thấp hút về qua ống (3), đồng thời kết hợp với khí CO2 mới cấp vào để sản xuất nước đã khô.

Đá khô được tạo thành đầu tiên ở trong cửa van tiết lưu và sau đó ở trong khoang (4). Quá trình tiết lưu được tiếp tục qua khe hở giữa các tinh thể đá khô đã được tạo thành và quá trình tiếp diễn trong toàn bộ thể tích khoang trong. Khi đã hóa đả toàn bộ lỏng thì van (1) bắt đầu mở. Như vậy, dưới tác dụng của áp suất trong BTG-2, các tinh thể đã bị dồn nén lại thành một khối và long chứa đẩy vào khoang bị hụt thể tích do CO2 đông cứng lại.

Cuối quá trình làm đá, toàn bộ không gian trong chứa đầy đá khô và van (1) đóng kín lại, nhưng hơi vẫn tiếp tục được hút về máy nên nên áp suất trong buồng giảm.

Continue Reading

Nguồn nguyên liệu để sản xuất đá khô

Hiện nay nguồn nguyên liệu CO₂ rất đa dạng và phong phú như: nguồn khí thải trong các phản ứng sinh – hóa thực phẩm, nguồn khí thải do sản xuất công nghiệp... Đây là nguồn khí thải có khối lượng rất lớn. Hầu hết toàn bộ sản xuất công nghiệp sử dụng năng lượng và nguyên liệu hữu cơ để phục vụ cho sản xuất đều sản sinh ra khí CO₂.

1. Nguồn CO₂ của quá trình lên men rượu bia

Trong công nghệ sản xuất rượu, bia lượng phế liệu là CO₂ rất lớn. Quá trình sinh – hóa khi lên men rượu, bia từ gluxit (đường) đều thải ra khí CO₂.

Phương trình phản ứng sinh – hóa của quá trình lên men có thể viết như sau.

C6H12O6 -> 2 C₂H5OH + 2 CO₂ + Q

Theo phương trình phản ứng trên thì cứ 180kg gluxit đã đường hóa cho lên men rượu, bia nếu hiệu suất phản ứng đạt 100% thì thu được 92kg Etylic và 88kg CO₂, thực tế khi sản xuất thì hiệu suất phản ứng chi đạt từ (85 ÷ 90)%, tức là 180kg gluxít đã đường hóa cho lên men rượu, bia thì thu được từ (78,2 ÷82,8)kg Etylic và từ (74,8 ÷79,2)kg CO₂. Điều đó cho thấy cứ 1kg gluxit đã đường hóa khi lên men rượu, bia sẽ thu được từ (0,415÷0,44)kg CO₂, có nghĩa là lượng CO₂ thu được trong quá trình lên men của các nhà máy sản xuất bia, rượu là rất lớn. Thông thường quá trình lên men ở trong các nhà máy sản xuất rượu, bia được thực hiện trong các bồn kín có dung tích từ (180÷200)m, thời gian thực hiện quá trình lên men khoảng (40÷60)giờ, ở giai đoạn lên men sơ bộ thì lượng CO₂ thải ra từ từ, ở giai đoạn lên men chính thì lượng CO₂ thải rất nhiều, còn đối với thiết bị lên men liên tục thì lượng CO₂ thải ra với tốc độ đều đặn.

Ở giai đoạn đầu CO₂ thu được chứa rất nhiều hàm lượng không khí nên được xả ra ngoài, ở giai đoạn lên men chính thì áp suất (100÷150)mm cột nước, CO₂, khí được theo đường ống qua hệ thống hấp phụ các tạp chất như: dầu, aldehyt, axetic, glyxerin, các hợp chất vòng bay hơi vv. bằng than hoạt tính, silicagen và sau đó qua hệ thống làm sạch bằng hóa chất để oxy hóa các hợp chất và tách những sản phẩm oxy hóa ra. Có thể thu được lượng CO2 cực lớn trong công nghệ sản xuất cồn từ xellulose.

2. Nguồn CO₂ từ tổng hợp NH3

Trong công nghệ sản xuất phân bón như: NH4NO3, (NH4)₂SO4, (NH₂)CO và cũng như sản xuất môi chất lạnh NH3 thì nguồn CO₂ phế liệu thu được từ công nghệ này là rất lớn. Cứ 1 tấn NH3 tổng hợp thu được 2,5 tấn CO₂. Trong lò phản ứng có nhiệt độ cao, hỗn hợp khí CO, N₂, hơi nước (H₂O) đi qua có chất xúc tác. Ở giai đoạn đầu phản ứng xảy ra:

CO+ H₂O = H₂ + CO₂

Hỗn hợp khí tạo thành CO₂, CO, H₂, N₂, NH3, hơi nước đi qua tháp rửa có áp suất từ (16-28) at, CO₂ được tách ra khỏi hỗn hợp nitơ – hydro. Hỗn hợp khí còn lại đi qua tuabin nước giảm áp tới áp suất thường nên hỗn hợp khi được tách ra, trong đó có tới (85÷98)% thể tích là CO₂. Hỗn hợp còn chứa N₂, H₂, CO và khoảng (2÷4) g/m H₂S (chính hỗn hợp này làm cho đá có mùi hôi khó chịu). Hỗn hợp khí được tách tạp chất, H₂S được tách trong thiết bị hấp thụ, sau đó qua tháp có than hoạt tính và tập trung vào bình chứa CO₂, từ bình này khí CO₂ đi vào hệ thống lạnh ba cấp nén. Để tăng hiệu quả thu hồi CO₂, và giảm áp suất dãn nở, thiết bị ngưng tụ CO₂ được giải nhiệt bằng sự bay hơi NH3 của một hệ thống lạnh phụ trợ (hệ thống lạnh ghép tầng - Cascade). Những khi không ngưng trong thiết bị ngưng tụ CO₂ này sẽ được thải ra ngoài, còn CO₂ lỏng tiếp tục chuyển sang CO₂ rắn.

3. Nguồn CO₂ từ cacbonat thiên nhiên

Những muối cacbonat trong tự nhiên CaCO3, MgCO3, có rất nhiều ở núi đá vôi với hàm lượng rất lớn và chứa nhiều CO₂, đá vôi, Mramor, phấn ... là những hợp chất CaCO3 có chứa tới 44% CO₂, đá vôi mangan chứa tới 52% CO₂. Hiện nay trong công nghiệp thực hiện phản ứng phân hủy nhân tạo hợp chất CaCO3, thiên nhiên để thu nhận với CaO, ximăng, mangan, Phân hủy nhiệt những cacbonat trong lò nung sẽ thu nhận CO₂. Phương trình phản ứng xảy ra như sau.

CaCO3 => CaO + CO₂

MgCO3 -> MgO + CO₂

Khói từ các lò hầm với chứa 40% thể tích CO₂, là các nguồn nguyên liệu tương đối tốt cho công nghiệp sản xuất CO₂ và cũng là nguồn CO₂ cho công nghiệp sản xuất đá khô. Công nghệ lạnh CO₂ này cũng tương tự như ở CO₂ từ khỏi lò, nhưng ở đây do hàm lượng CO₂ nhiều hơn nên hệ thống thiết bị làm sạch gọn gàng hơn.

Continue Reading

Lịch sự phát triển và cơ sở khoa học công nghệ sản xuất đá khô

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ ĐÁ KHÔ

Công nghệ sản xuất nước đá khô có lịch sử phát triển bắt đầu những năm cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, nói chung còn rất trẻ.

Năm 1761 ÷ 1764 giáo sư Black trong những lần thí nghiệm nhiệt – lạnh đã tìm ra lý thuyết về nhiệt ẩn đông đặc của pha lỏng sang pha rắn và ẩn nhiệt bốc hơi từ pha rắn sang pha hơi. Dựa vào lý thuyết này con người biết làm lạnh bằng cách cho chất lỏng bay hơi hoặc cho chất rắn hóa hơi (gọi là thăng hoa), quá trình bay hơi là quá trình thu nhiệt và vật bị bay hơi sẽ bị mất nhiệt và trở nên lạnh đi (hay giảm nhiệt độ xuống).

Tiếp theo là một phát hiện quan trọng vào năm 1780 khi hai nhà khoa học Clouet và Monge lần đầu tiên hóa lỏng khí SO2. Từ năm 1781 Clouet bắt đầu nghiên cứu hiện tượng hóa lỏng chất khí một cách có hệ thống. Bắt đầu hình thành nên cơ sở lý thuyết khoa học hóa lỏng, hóa rắn của chất khí.

Vào những năm đầu thế kỷ thứ 19, ngành kỹ thuật phát triển một cách mạnh mẽ tạo tiền đề cho ngành công nghệ sản xuất đá khô phát triển sau này.

Năm 1823 Faraday bắt đầu công bố các công trình về hóa lỏng khí SO2, CO2, N2O, C2H2, NH3 và HCl..., Đến năm 1845 ông đã hóa lỏng được hầu hết các loại khí nhưng vẫn bó tay trước các loại khí N2, O2, CH4, CO, NO và H2. Người ta cho rằng các loại khí này không thể hóa lỏng được, chỉ luôn luôn ở thể khí nên gọi là khí “vĩnh cửu- permenant, lý do là vì Natleret nhà khoa học của Áo đã nén chúng tới một áp lực cực lớn, 3600 atm, mà vẫn không hóa lỏng được. Mãi tới năm 1869, Andrew, một nhà khoa học người Anh giải thích được điểm tới hạn của khí hóa lỏng và nhờ đó Cailletet (Pháp) hóa lỏng được khí O2 và N2. Năm 1877 Dewar (Anh) hóa lỏng được khí H2, năm 1898 Linde (Đức) hóa lỏng O2 và N2 và tách bằng chưng cất, tiếp theo đó K.Onnes (Hà Lan) hóa lỏng được Heli. Và công nghệ sản xuất đá khô bắt đầu từ đây, nói chung công nghệ sản xuất đá khô được phát hiện khi các nhà khoa học đi tìm cách để chưng cất dầu mỏ.

Năm 1926, Tập đoàn Nhiệt lạnh Danfoss đã thiết kế, chế tạo thành công hệ thống sản xuất nước đá khô và được trưng bày ở hội chợ thương mại ở Munich (Đức).

Năm 1929, Tập đoàn Carrier cũng đã thiết kế, chế tạo thành công hệ thống này và chuyển giao công nghệ cho nhiều nước trên thế giới. Cho đến nay nhiều nước trên thế giới, trong đó có cả Việt Nam, đã thiết kế chế tạo được hệ thống này.

II. CƠ SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐÁ KHÔ

Đá khô là tên gọi của CO2 (khí cacbonic) ở thể rắn, loại đá này thường được dùng trong công nghệ chế biến và bảo quản nguyên liệu, sản phẩm thực phẩm. Ngoài ra đá khô còn dùng trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác như: y học, công nghệ tế bào, công nghệ bảo quản gen, công nghệ enzyme, v.v.

1. Tính chất hóa – lý của khí cacbonic (CO2)

Giản đồ trạng thái pha của khí CO2 trên đồ thị P–t ở hình 1 có thể cho thấy rõ, khí cacbonic trong tự nhiên luôn có thể tồn tại ở trạng thái của ba pha khí – lỏng – rắn tuỳ theo từng điều kiện áp suất P và nhiệt độ khác nhau. Ở trên giản độ P-t chia ra làm ba miền, miền AOD CO2 luôn tồn tại ở thể khí, miền DOB CO2, luôn tồn tại ở thể lỏng, miền BOA CO2 luôn tồn tại ở thể rắn.

Hình 1. Giản đồ trạng thái pha P-t của CO2

Điểm O gọi là điểm ba, tại đó tồn tại đồng thời một lúc ba thể rắn lỏng – khí, đối với CO2 thì áp suất và nhiệt độ của điểm ba tương đối cao O (P = 5,36 bar = 5,28 atm = 5,47 kg/cm² = 5,47 at; t = -56,6°C), tại điểm này CO2 tồn tại ở ba thể rắn – lỏng – khí.

Điểm K gọi là điểm tới hạn, tại đó không còn phân biệt giữa pha lỏng và hơi (hơi quá nhiệt), đối với CO2 thì áp suất và nhiệt độ của điểm tới hạn tương đối thấp K (P = 73,5 bar; t=31°C).

Ở điều kiện áp suất khí quyển (nhỏ hơn áp suất điểm ba) và nhiệt độ bình thường thì CO2 luôn tồn tại ở thể khí, còn ở áp suất khí quyển thì tuỳ theo nhiệt độ mà nó có thể tồn tại ở trạng thái rắn hay trạng thái khí, ở điều kiện áp suất khí quyển CO2 rắn chỉ có thể chuyển trực tiếp sang trạng thái khí mà không qua giai đoạn hóa lỏng và đó chính là quá trình thăng hoa, vì vậy gọi CO2 là “băng khô” hay “đá khô”. Và CO2 từ trạng thái khí chuyển sang thể rắn, quá trình đó gọi là quá trình hóa đá.

Trên đồ thị cho ta thấy có thể sản xuất đá khô theo hai hướng cơ bản sau đây.

(1) – có thể chuyển CO2 ở trạng thái khí sang trạng thái lỏng, sau đó tiếp tục làm lạnh đưa CO2 từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn (gọi là làm lạnh ngưng tụ đông đặc), theo hướng này thì áp suất trong quá trình chuyển trạng thái có giá trị trên trạng thái điểm ba.

(2) – có thể chuyển CO2 ở trạng thái khí trực tiếp sang trạng thái rắn (gọi là hóa tuyết), theo hướng này thì áp suất và nhiệt độ của quá trình hóa tuyết phải có giá trị nằm dưới điểm ba. Như vậy điểm ba tạm gọi là điểm ngăn cách của hai hướng.

Ở áp suất khí quyển (khoảng 1 bar) đá khô thăng hoa ở nhiệt độ -78,9°C. Khi áp suất giảm thì nhiệt độ thăng hoa cũng giảm theo. Ẩn nhiệt thăng hoa theo nhiệt độ được biểu diễn theo phương trình sau.

Lt = L0 - 0,2409.T + 0,0014957.T² - 0,00000431.T³, kcal/kg

Với: L0 = 158,96 kcal/kg. (6.1)

Ở P=1 at thì Lt = 136,89 kcal/kg (trong điều kiện hỗn hợp khí cân bằng bên trên là 100% khí CO2).

CO2 là khí nặng hơn không khí. Ở điều kiện tiêu chuẩn (áp suất 760mmHg và nhiệt độ 0°C) khối lượng riêng của CO2 là khoảng 1,877kg/m, tức là nặng hơn không khí 1,529 lần. Khi hóa rắn, thể tích của lỏng CO2 giảm xuống khoảng 28% so với thể tích ban đầu, ngược lại với nước khi nước đóng băng thì thể tích lại tăng lên 9%, CO2 rắn trong suốt và có khối lượng riêng 1560kg/m, tuy nhiên trong điều kiện công nghiệp nó có màu trắng đục và xốp hơn do lẫn tạp chất nên khối lượng riêng của nó khoảng (1300-1500)kg/m³. Nói chung, CO2 rắn phụ thuộc vào phương pháp tinh sạch CO2 và phương pháp sản xuất đá CO2.

Nhiệt dung riêng của đá khô trong khoảng nhiệt độ (-57÷110)°C có thể xác định theo phương trình sau đây:

C = 1,676 - 0,00997.T - 0,0000524.T², kcal/(kg.K) và ở mật độ ρ=1400kg/m có C = 1,383 kJ/kg.K). (6.2)

CO2 không có hại đối với con người và động thực vật nhưng nó có khả năng gây ô nhiễm môi trường, ở nồng độ cao nó ảnh hưởng đến các lớp khí quyển bảo vệ trái đất. Nó là nguyên nhân chính làm tăng nhiệt độ của trái đất làm cho trái đất ấm lên, như vậy cần phải thu nhận CO2 và xử lý các khí thải công nghiệp, tận dụng các khí thải này theo các chiều hướng có lợi hơn.

Continue Reading

Tích lạnh (Dự trữ lạnh)

Tích lạnh hay dự trữ lạnh là một trong những khẩu rất cần thiết trong công nghệ chế biến thực phẩm nói chung (như xí nghiệp hay nhà máy chế biến sữa, xi nghiệp chế biến bia, v.v.) và chế biến thủy hải sản nói riêng. Tích lạnh là vì các mục đích sau đây:

• Trong công nghệ chế biến lạnh, vì một lí do nào đó về mạng lưới điện (như đại tu, sửa chữa, sự cố hư hỏng, ...) và thời gian tạm ngưng hoạt động về mạng lưới điện được báo trước từ (1÷2) ngày, để có lạnh phục vụ cho nhu cầu bảo quản nguyên liệu và chế biến thì cần phải sản xuất và tích lạnh trước khi mạng lưới điện ngưng hoạt động.

• Hiện này giá thành của điện năng sản xuất ở thời gian cao điểm về ban ngày cao hơn từ gấp (1,5÷2) lần so với ban đêm, vì vậy cần phải sản xuất lạnh ban đêm để phục vụ cho nhu cầu sản xuất ban ngày, làm như vậy giảm được rất nhiều chi phí sản xuất.

• Trong trường hợp, nếu hệ thống lạnh cần phải được đại tu và sửa chữa trong một thời gian ngắn, để có lạnh cung cấp cho quá trình bảo quản chế biến một cách liên tục không gián đoạn thì cần phải tích lạnh trước thời gian đại tu và sửa chữa.

• Hiện nay, các nước tiên tiến trên thế giới như Nga, Pháp, Mỹ, Đức và Nhật đã chế tạo thành công tủ lạnh chạy bằng năng lượng mặt trời, quá trình làm lạnh liên tục là do ban ngày sản xuất lạnh nhờ năng lượng mặt trời và tích lạnh để sử dụng cho các tổn thất chi phí lạnh của tủ lạnh vào ban đêm, bằng cách này tủ lạnh được làm lạnh liên tục kể cả khi không có năng lượng mặt trời (như ban đêm, những ngày mưa gió,...).

• Tích lạnh còn có một mục đích nữa là khi không có trạm lạnh hoặc chưa xây dựng trạm lạnh kịp thời, hoặc do quy mô sản xuất nhỏ thì việc xây dựng trạm lạnh tốn kém, do đó phương án tích lạnh là tối ưu nhất.

Continue Reading

Các phương pháp sản xuất nước đá

Do khoa học kỹ thuật lạnh ngày một phát triển đến mức hoàn thiện trong mọi lĩnh vực như: kỹ thuật điều hòa không khí, kỹ thuật lạnh đông thực phẩm rau quả, thủy hải sản, gia súc, gia cầm, kỹ thuật lạnh sản xuất nước đá, nên hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất nước đá, đi kèm theo nó là các thiết bị công nghệ làm nước đá cũng có phần khác nhau, chủ yếu là khác nhau về thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh (thiết bị bay hơi) và phương pháp làm lạnh (làm lạnh gián tiếp hay trực tiếp).

Nếu sử dụng phương pháp làm lạnh gián tiếp trong công nghệ sản xuất nước đá cây, đá bẹ, đá tảng,v.v thì phải dùng chất tải lạnh trung gian là nước muối natri clorua (NaCl) hoặc hỗn hợp nước muối NaCl và KCl, hay NaCl có pha trộn muối canxi clorua (CaCl2).

Nếu sử dụng phương pháp làm lạnh trực tiếp như trong công nghệ sản xuất nước đá vảy, đá viên, đá bột, nước đá ống tinh thiết, nước đá cục pha lê, v.v thì phải dùng môi chất lạnh trao đổi lạnh trực tiếp với nước cần làm đá.

Dù được làm lạnh thế nào đi chăng nữa thì vẫn có chung sơ đổ công nghệ thiết bị hệ thống, trong đó chỉ khác nhau về thiết bị bay hơi. Do nhiệt độ bay hơi của môi chất ở thiết bị bay hơi đòi hỏi không cao, nhiệt độ làm nước đông đặc có nhiệt độ âm không sâu, vì vậy tỷ số nén không cao, cho nên hệ thống lạnh dùng để sản xuất nước đá thường dùng là hệ thống lạnh một cấp nén.

1. Sơ đồ thiết bị chung trong công nghệ sản xuất nước đá

Sản xuất nước đá nhân tạo bằng cách lạnh đông nước ở nhiệt độ (-25÷ -8)°C, tuỳ theo phương pháp làm lạnh mà nhiệt độ của môi chất lạnh ở dàn bay hơi thay đổi trong khoảng từ (-30÷-12)"C.

Đối với phương pháp sản xuất nước đá cây, nước đá khối thường sử dụng hệ thống lạnh một cấp nén – môi chất lạnh là amôniắc (NH3), nếu hình dạng sản phẩm làm đông phức tạp, hơn nữa môi chất lạnh amôniắc có mùi hôi thối khó chịu, thì phải sử dụng phương pháp làm lạnh gián tiếp với chất tải lạnh trung gian là nước muối (NaCl + CaCl2 hoặc NaCl + MgCl2 hoặc cũng có thể CaCl2 + MgCl2), tuy nhiên không nhất thiết sử dụng môi chất lạnh amôniắc mà có thể sử dụng môi chất lạnh Freon vẫn tốt như R22, R502, v.v

Đối với phương pháp làm lạnh trực tiếp thì tuyệt đối không nên sử dụng hệ thống lạnh – môi chất lạnh amôniắc, bởi vì sự rò rỉ rất nhỏ cũng làm cho sản phẩm nước đá có mùi hôi khó chịu, cho nên khi hệ thống lạnh dùng để sản xuất nước đá vảy, nước đá ống, v.v nên sử dụng môi chất lạnh Freon là tốt nhất, nếu sử dụng amôniắc thì cần phải có điều kiện nghiêm ngặt là hệ thống phải kín tuyệt đối, nhất là dàn lạnh.

Ngoài ra, sơ đồ hệ thống trên sử dụng thiết bị ngưng tụ ống chùm làm mát bằng nước, cũng có thể thay thế thiết bị ngưng tụ trên bằng các thiết bị làm mát bằng không khí hoặc môi trường làm mát vừa nước vừa không khí, ví dụ như thiết bị ngưng tụ kiểu xối tưới không khí đối lưu tự nhiên hoặc không khí đối lưu cưỡng bức. Thiết bị ngưng tụ kiểu xối thường được lắp đặt ở ngoài trời.

Các phương pháp sản xuất nước đá dù khác nhau thế nào đi chăng nữa thì toàn bộ sơ đồ công nghệ thiết bị giống như hình bên dưới nhưng chi khác nhau vị trí (5) thiết bị bay hơi, ứng với mỗi phương pháp khác nhau sẽ có thiết bị bay hơi khác nhau. 

2. Phương pháp sản xuất nước đá khối

Phương pháp sản xuất nước đá khối có thể sản xuất nước đá đục, nước đá trong, v.v. tuỳ theo chất lượng của nguồn nước nguyên liệu. Phương pháp sản xuất nước đá khối hiện nay được sử dụng nhiều ở Việt Nam cũng như ở các nước trên thế giới, bởi vì phương pháp này không đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết bị đơn giản, sửa chữa vận hành cũng tương đối đơn giản.

Hệ thống thiết bị máy sản xuất nước đá khối cho sản phẩm ở dạng khối như: đá cây, đá bẹ, đá tảng,v.v. tuỳ theo hình dạng khuôn đá khác nhau. Khối lượng mỗi loại đá khối khác nhau: 3,5kg, 5kg, 12,5kg, 25kg, 50kg (phố biển nhất hiện nay ở Việt Nam), 70kg (ở Đức), 90kg, 100 ; 120kg (ở Mỹ).

Hình 2. Sơ đồ hệ thống thiết bị máy sản xuất nước đá khối

Hệ thống thiết bị sản xuất nước đá khối thông thường là hệ thống lạnh một cấp nén. Có máy nén lạnh một cấp, có thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và các thiết bị phụ cần thiết khác. Thiết bị ngưng tụ có thể làm mát bằng không khí, bằng nước, bằng không khí và nước, nhưng thông dụng nhất hiện nay là thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí và nước (trong đó không khí đối lưu cưỡng bức hoặc tự nhiên). Ở Việt Nam các hệ thống máy nước đá thường sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu xối tưới được lắp đặt ở ngoài trời gần nguồn nước (sông, suối, ao, hồ, v.v.) trong đó không khí đổi lưu tự nhiên. Còn thiết bị bay hơi thường sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm hoặc kiểu xương cá và làm lạnh gián tiếp trong đó chất tải lạnh trung gian thường dùng nhất là hỗn hợp nước muối (NaCl, CaCl2), dàn lạnh và nước muối được đặt chung một cái bể (gọi là bể làm đá hay bể đá). Bể đá thường cấu tạo 2 ngăn thông nhau và chứa nước muối, ngăn lớn chứa các khuôn chứa nước làm đá đặt ngập trong bể nước muối, ngăn nhỏ chứa thiết bị bay hơi và cánh khuấy làm lạnh và đối lưu nước muối để đưa lạnh từ dàn bay hơi đến khuôn nước làm đá, tại đây sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, nước làm đá có nhiệt độ từ (25÷30)°C cao sẽ trao đổi nhiệt với nước muối có nhiệt độ từ (-15÷ - 8)'C, nước muối sẽ nhận nhiệt từ nước làm đá trong khuôn làm tăng nhiệt độ, nước trong khuôn làm đá tỏa nhiệt làm giảm nhiệt độ, sự giảm này được thực hiện liên tục cho đến khi nước trong khuôn đá cân bằng nhiệt độ với nước muối bên ngoài là quá trình làm đá kết thúc. Để duy trì nhiệt độ nước muối của chất tải lạnh trung gian từ (-15 - 8)°C thì nhiệt nước đá nhận vào trong bản thân nó sẽ được đưa tới thiết bị bay hơi nhờ đối lưu cưỡng bức của cánh khuấy, tại đó nó sẽ tỏa nhiệt cho dàn lạnh, còn môi chất lạnh đi trong ống trao đổi nhiệt của dàn lạnh có nhiệt độ (-30 ÷ -12)°C sẽ nhận nhiệt thực hiện quá trình bay hơi đẳng áp trước khi máy nén hút về thực hiện một chu trình mới tiếp theo.

Cấu tạo bể sản xuất nước đá: gồm hai phần, một là cơ cấu bao che “các vách xung quanh và đáy bể”, hai là các thiết bị công nghệ sản xuất nước đá.

Continue Reading

Phân loại nước đá và Quy trình công nghệ sản xuất nước đá

Nước đá thực phẩm dùng để uống trực tiếp với các loại nước giải khát có gas và các loại nước giải khát không có gas, loại nước đá này có thể ướp trực tiếp các loại thực phẩm sau khi đã qua khâu chế biến, chính vì vậy loại đá này phải đạt các chỉ tiêu lý hóa, sinh hóa, v.v cao, khi sản xuất phải đảm bảo vệ sinh như thực phẩm.

Trong công nghệ sản xuất nước đá từ nước ngọt, đòi hỏi phải có những yêu cầu đặc biệt đối với nguyên liệu nước, cũng như đối với quy trình công nghệ và công nghệ thiết bị sản xuất.

Từ nước sử dụng cho con người hàng ngày được lấy ở mạng nước của các nhà máy lọc nước trung tâm của thành phố hoặc các tỉnh thành, loại nước này có thể sản xuất nước đá đục có khối lượng riêng từ (890÷900)kg/m

3

 và nước đá trong suốt có khối lượng riêng từ (910÷917)kg/m

3

 ở nhiệt độ (-25 ÷ -8)°C. Nước đá đục có màu trắng vì trong đó có ngậm các bọt không khí và các tạp chất cơ học, khi tan để lại chất lắng, nước đá trong suốt có màu trắng trong phớt xanh, khi tan không để lại chất lắng và bên trong nó các bọt không khí rất ít.

Theo tiêu chuẩn của Bộ Y tế đưa ra, thành phần cho phép của nước để sản xuất đá cây trong suốt ở nhiệt độ lạnh đông -10°C không vượt quá các giới hạn cho trong bảng sau.

Bảng 1. Các giới hạn cho phép của các chỉ tiêu để sản xuất nước đá

Khi độ pH > 7 có nghĩa trong nước tồn tại các loại muối Canxi, Magiê và đặc biệt là có Natri Cacbonat (Na2CO3), thì khi đông đá cây đá sẽ dòn, dễ gãy, trong trường hợp này nên làm đá đóng băng ở nhiệt độ (-10 ÷ -8)°C và làm tan ở nhiệt độ 20°C, ở điều kiện bình thường thì nên làm đá đóng băng ở nhiệt độ (-12 ÷ -10)°C và làm tan ở nhiệt độ 35°C. Như vậy cần giữ độ pH =7 để làm giảm tính dòn, làm tăng tính dẻo dai của đá.

Nếu nồng độ các muối và các chất tan khác trong nguồn nguyên liệu nước tăng lên quá giới hạn trên cho phép thì phải tăng nhiệt lạnh đông dẫn đến tăng chi phí.

Nếu nguồn nguyên liệu nước quá cứng thì phải làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion, kỹ thuật membrane, hoặc có thể cho nước vôi vào xử lý.

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 -> 2 CaCO3↓ + 2H2O

Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 -> CaCO3↓+ MgCO3↓+ 2H2O

Trong công nghệ sản xuất nước đá, dựa và đặc tính trong có thể phân loại nước đá ra thành các loại sau đây.

• Nước đá đục.
• Nước đá trong suốt.
• Nước đá pha lê.

Ngoài ra có thể phân loại nước đá thành những loại sau.

• Nước đá thực phẩm.
• Nước đá khử trùng.
• Nước đá từ nước biển.

1. Nước đá đục

Nước đá đục còn gọi là nước đá kỹ thuật, loại nước đá này không trong suốt là do trong nguyên liêu nước sản xuất nước đá có tạp chất, những chất này có thể là chất khí, lỏng và rắn.

Ở nhiệt độ 0°C và áp suất khí quyển 0,98 bar, nước có thể hòa tan một lượng chất khí tổng cộng là 29,2mg/l, có nghĩa nồng độ chất khí trong nước khoảng 0,03%. Khi nước đóng băng các chất khí tách ra tạo thành các bọt khí và bị ngậm ở giữa các tinh thể đá, mặt khác các chất rắn cơ học có trong nước khi nước đông đặc chúng bị tách ra và bị bao bọc bởi các tinh thể nước đá, vv, khi ánh sáng chiếu vào do hiện tượng phản xạ của các môi trường có chiết suất khác nhau nó sẽ tạo nên màu trắng đục. Đá đục có độ rắn chắc không cao, tính đàn hồi, tính dẻo dai kém, có tỷ trọng ρnd = (890 ÷ 900) kg/m

3

 nhỏ hơn đá trong suốt.

2. Nước đá trong suốt

Nước đã xử lý sạch các cặn bẩn và các tạp chất cơ học, khi hạ thấp nhiệt độ của nước xuống dưới điểm đóng băng thì lúc này các tinh thể đá hình thành trong suốt, mặt khác chúng ta cũng có thể thấy rằng quá trình nước đóng băng có hiện tượng tự làm sạch nước, bởi vì khi đóng băng quá trình tách cặn, các tạp chất và một số thành phần không đồng nhất sẽ xảy ra khỏi các tinh thể đá đang hình thành. Nếu những tạp chất này được lấy ngay ra khỏi bề mặt tinh thể thì có thể loại trừ được những tạp chất đó và không gây ra hiện tượng bị ngâm trong các tinh thể đá đang hình thành, khi đó nước đá sẽ trong suốt. Trong công nghệ sản xuất nước đá trong suốt, có thể sử dụng phương pháp xáo trộn nước đông lạnh thì không khí hòa tan trong nước có thể tách ra, muối và các tạp chất tập trung lại ở tâm khuôn đá và phải tách bỏ chúng ra, cách làm của phương pháp này là thổi khí nén có áp lực khoảng (0,17÷0,25) MPa vào giữa khuôn, khi nước gần đông rút ống thổi khí ra, cũng có thể thôi khí nén ở áp lực cao hơn (1,5÷2) Mpa, hoặc cũng có thể sử dụng que gỗ khuấy nhưng phải rút que ra kip thời trước khi nước đồng, hoặc sử dụng các phương pháp hóa lý để kết tủa, lắng cặn chúng, bằng cách cho Ca(OH)2, Na2CO3 hoặc Al2(SO)3.24H2O vào nước để kết tủa các chất cặn bẩn. Nhưng tốt nhất là nên tinh sạch nước trước khi đưa vào khuôn đông đá. Đá trong suốt có độ rắn chắc cao, có tỷ trọng ρnd = (915 ÷ 917) kg/m

3

, chính vì độ tinh khiết mà tỷ trọng lớn của nó hơn nước đá đục.

3. Nước đá pha lê

Nước đá pha lê (tinh thể) được sản xuất từ nước đá khử muối hoàn toàn và các tạp chất đã được tinh sạch một cách cẩn thận trước khi tạo đá. Trước đây nguyên liệu sản xuất nước đá pha lê là nước cất. Ngày nay nước đá pha lê được sản xuất từ nước khử muối và các tạp chất hoàn toàn trong suốt cho đến tâm. Khi tan, nước đá không để lại cặn bẩn vì toàn bộ khối đá là đồng nhất, chính vì vậy nước đá pha lê được ưa chuộng sử dụng khi cho nước đá tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. Nước đá pha lê có thể được sản xuất ngay ở các máy đá nhỏ với điều kiện tốc độ nước trên bề mặt đóng băng đủ lớn và nước được khử muối đạt yêu cầu, khối lượng riêng của nước đá pha lê vào khoảng (910-920)kg/m

3

.

Continue Reading

Lịch sử phát triển của công nghệ sản xuất nước đá

1. Lịch sử phát triển

Do ngành kỹ thuật lạnh phát triển mạnh mẽ, nhất là trong những thập kỷ cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20 nên lịch sử của công nghệ sản xuất nước đá cũng gắn liền với lịch sử phát triển của ngành kỹ thuật lạnh. Nước đá trong tự nhiên có từ lâu đời, từ khi trái đất mới hình thành và con người biết vận dụng nó để bảo quản thực phẩm, phục vụ một số lĩnh vực khác trong đời sống của mình.

Năm 1834, nhà khoa học người Anh I. Perkin đã chế tạo thành công máy sản xuất nước đá cây nhưng có năng suất thấp.

Năm 1899, nhà khoa học người Đức Geppert đã chế tạo thành công máy sản xuất nước đá, hệ thống lạnh có đầy đủ các thiết bị máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu, thiết bị bay hơi và một số các thiết bị phụ khác với năng suất tăng lên đáng kể.

Năm 1930, Tập đoàn nghiên cứu và phát triển kỹ thuật lạnh Carrier đã tìm ra hàng loạt môi chất lạnh như NH3 và các môi chất lạnh Freon.

Năm 1934, Tập đoàn Carrier đã chế tạo rất thành công hệ thống lạnh sản xuất nước đá với năng suất rất cao và công nghệ sản xuất nước đá đã bắt đầu phát triển hoàn thiện từ đây.

Cho đến nay, thiết bị công nghệ sản xuất nước đá rất đa dạng và phong phú, trong đó công nghệ sản xuất nước đá cây, công nghệ sản xuất nước đá vảy và công nghệ sản xuất nước đá tinh khiết đã đạt tới mức hoàn thiện.

2. Ý nghĩa kinh tế

Nước đá hiện nay có nhiều ý nghĩa trong nền kinh tế quốc dân vì nó phục vụ cho đời sống của con người, cho việc bảo quản thực phẩm và nguyên liệu thực phẩm v.v.

2.1. Ứng dụng của nước đá trong bảo quản thực phẩm

Như chúng ta đã biết, các nguyên liệu thủy hải sản chứa rất nhiều chủng loại vi sinh vật đồng thời bên trong bản thân của nó chứa rất nhiều hệ enzyme có hoạt tính sinh học rất mạnh, do đó, nguyên liệu thủy hải sản sau khi đánh bắt hoặc thu hoạch không đưa vào sản xuất, chế biến ngay thì nếu không có phương pháp bảo quản hợp lý sẽ rất dễ bị hư hỏng trong một thời gian ngắn (khoảng từ 30 phút đến 2 giờ).

Hiện nay, phương pháp bảo quản lạnh bằng nước đá, nước đá muối được ứng dụng rất phổ biến trong bảo quản các nguyên liệu thủy hải sản, bởi vì phương pháp này rất đơn giản, rẻ tiền và dễ sử dụng. Từ khi Bộ Y Tế khuyến cáo các công ty, doanh nghiệp chế biến thủy hải sản không nên bảo quản nguyên liệu bằng các loại hóa chất như các chất chống oxy hóa, chất kháng sinh, v.v thì phương pháp bảo quản lạnh bằng nước đá, nước đá muối được xem là tối ưu nhất.

Ngoài việc bảo quản nguyên liệu từ trạm thu mua trước khi đưa vào nhà máy sản xuất, nước đá còn có khả năng bảo quản thực phẩm đã được chế biến để kéo dài thời gian sử dụng của chúng, nếu bảo quản tốt và tuỳ theo từng loại sản phẩm thì thời gian sử dụng có thể kéo dài trong vài tháng.

Continue Reading

Cơ sở khoa học công nghệ sản xuất nước đá

1. Một số tính chất lý hóa của nước đá ở 0°C và áp suất 0,98 bar (pkq = 1 at)

Nước trong tự nhiên luôn tồn tại ở ba thể lỏng – rắn – hơi (khí), khi hạ nhiệt độ của nước xuống 0°C ở điều kiện áp suất khí quyển 0,98bar = 1at = 735,559 mmHg, nước bắt đầu chuyển sang trạng thái rắn. Trên hình 1 biểu thị đồ thị gián đồ P - t của nước, quá trình kết tinh của nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn theo đường F' - D' - E'

Khối lượng riêng (tỷ trọng) của nước lớn nhất là nằm trong khoảng nhiệt độ (0÷4)°C và đạt giá trị cực đại là ở 4°C (chính xác là 3,986°C).

Hình 1. Đồ thi giản đồ P-t của nước

Khi nước ở trạng rắn thì nhiệt độ nóng chảy của nước đá là 0°C (tnc=0°C) và đây cũng là nhiệt đông đặc khi nước ở trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái rắn.

Trong tự nhiên nước tồn tại ba đồng vị H2O16,H2O17 và H2O18, bình thường nước mà chúng ta sử dụng là loại nước H2O16 (còn gọi là nước nhẹ), còn hai đồng vị H2O17 và H2O18 chính là sản phẩm phụ của lò phản ứng hạt nhân trong các nhà máy điện nguyên tử (còn gọi là nước nặng thường ký hiệu HDO, D2O), hai đồng vị này cũng có phần quan trọng trong việc làm nguyên liệu tái tạo làm giàu phóng xạ Uranium để chế tạo bom nguyên tử.

Nhiệt dung riêng của nước ở điều kiện áp suất khí quyển không đổi là cpn = 4,186 kJ/(kg.K) ~ 4,19 kJ/(kg.K) = 1 kcal/(kg.K), khối lượng riêng của nước ρn= 1000kg/m

3

.

Khi nước chuyển sang trạng thái rắn thì nhiệt dung riêng của nước đá giảm gần một nửa so với nhiệt dung riêng của nước ở trạng thái lỏng. Nhiệt dung riêng của nước đá ở điều kiện áp suất khí quyển không cpnđ = 2,09 kJ/(kg.K) ~ 2,1 kJ/(kg.K) = 0.5 kcal/(kg.K), vì thể tích riêng của nước đá tăng lên khoảng 9% so với thể tích nước ở trạng thái lỏng cho nên khối lượng của nước đá giảm xuống khoảng 9%, khối lượng riêng của nước đá khoảng ρnd = 917kg/m. Tỷ trọng hay khối lượng của nước đá có quan hệ với nhiệt độ như sau:

ρnd = 917.(1 – 0,000155.t)

Để cân bằng hệ hai pha lỏng - rắn (nước – đá) của nước, có thể sử dụng phương trình Clapperol - Clausius như sau:

Trong đó:

L: ẩn nhiệt đóng băng của nước, kJ/kg;

νl, νd: thể tích riêng của pha lỏng và rắn, m/kg;

P: áp suất của môi trường pha lỏng - rắn, Pa;

T: nhiệt độ nóng chảy của nước, K.

Bởi vì νl< νd, nên δP/δT < 0, tức là khi tăng áp suất thì nhiệt độ nóng chảy giảm.

Nhiệt đóng băng (ẩn nhiệt đóng băng) của nước ở nhiệt độ 0°C và áp suất khí quyển là L = 335 KJ/kg = 79,8 kCal/kg. Lượng nhiệt này có ý nghĩa như sau, sau khi hạ nhiệt độ nước xuống 0°C ở áp suất khí quyển nếu muốn cho 1kg nước đóng băng hoàn toàn thì nhiệt lượng cần lấy đi của 1kg nước là 335kJm = 79,8kcal. Nhiệt đóng băng sẽ thay đổi theo nhiệt độ, khi nhiệt độ hạ xuống 1°C thì L sẽ tăng khoảng 2,12 kJ/kg.

Hệ số dẫn nhiệt của nước đá là λnd = 2,326  W/(m.K) = 2 Kcal/(m.h.K), hệ số dẫn nhiệt của nước đá có thể được tính toán theo công thức thực nghiệm như sau:

λnd = 2,326.(1 - 0,00156.t)     W/(m.K)

Tỷ nhiệt của nước đá ở 0°C là Cđ= 2,1 kJ/(kg.K) (chính xác là 2,09 kJ/(kg.K)), khi nhiệt độ giảm thì tỷ nhiệt của nước đá sẽ giảm theo. Qua thực nghiệm thì tỷ nhiệt của nước đá cũng được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

Cđ= 2,09 + 0,00779.t      kJ/(kg.K)

Continue Reading

Tan giá sản phẩm đông lạnh

1. Bản chất của quá trình tan giá

Bản chất của sự tan giá là phục hồi lại trạng thái của thực phẩm như trước khi cấp đông. Khả năng phục hồi trạng thái của thực phẩm phụ thuộc vào những biến đổi của nó trong quá trình chế biến làm đông bảo quản, đồng thời cũng phụ thuộc vào phương pháp tan giá. Trong quá trình tan giá có hai hiện tượng xảy ra, đó là hiện tượng nóng chảy của các tinh thể nước đá và hiện tượng hút nước của cấu trúc thực phẩm. 

Các tinh thể nước đá nóng chảy do thu nhiệt từ môi trường tan giá, vì vậy tốc độ làm tan giá phụ thuộc vào nhiệt độ, vận tốc chuyển động, bản chất của môi trường tan giá và vào kích thước hình dạng của thực phẩm. Trong đó nhiệt độ môi trường tan giá bị giới hạn bởi sự hoạt động trở lại của vi sinh vật, tốc độ nóng chảy của các tinh thể nước đá phải phù hợp với khả năng hút nước của thực phẩm trong quá trình làm đông và bảo quản, các biến đổi bị bẻ gãy cầu trúc tế bào thực phẩm làm biến tính các protein hòa tan dẫn đến làm giảm khả năng kết hợp với nước của các thành phần khác của thực phẩm. Nếu tăng tốc độ tan giá quá mức sẽ có một phần nước nóng chay từ các tỉnh thể nước đá thoát ra ngoài mang theo các chất dinh dưỡng hòa tan, làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. 

Trong quá trình cấp đông và bảo quản sản phẩm đông, các biến đổi tự nhiên của thực phẩm đang bị kìm hãm, sau khi tan giá những biến đổi này sẽ tiếp tục nhưng với cường độ lớn hơn so với thực phẩm khi chưa làm đông. Ngoài ra sự biến đổi hóa học của thực phẩm còn phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật sau khi tan giá, những biến đổi này sẽ dẫn đến cấu trúc của thực phẩm lỏng lẻo hơn, giảm khả năng đàn hồi, khả năng hút nước, khả năng giữ nước và làm số lượng vi sinh vật tăng.

Continue Reading

Bảo quản sản phẩm đông lạnh

1. Các điều kiện bảo quản sản phẩm đông lạnh

Bảo quản sản phẩm đông lạnh chính là giai đoạn cân bằng nhiệt xảy ra giữa các lớp bên trong và bên ngoài của thực phẩm, chính vì vậy nó phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ môi trường bảo quản. Bảo quản sản phẩm đông lạnh có mục đích làm giảm sự biến đổi của thực phẩm trong khi chờ đợi đưa đi sử dụng.

1.1. Nhiệt độ của sản phẩm

Nhiệt độ của sản phẩm trong quá trình bảo quản được tính theo nhiệt độ trung bình của thể tích thực phẩm, để tránh quá trình tính toán phức tạp cho các sản phẩm thực phẩm thì nhiệt độ này được tính theo công thức bên dưới. Nhiệt độ này cũng chính là nhiệt độ của môi trường bảo quản hoặc lớn hơn môi trường bảo quản từ (2-4)°C.

tf = (tfs + tfc)/2

Trong đó:

tf là nhiệt độ trung bình cuối cùng của quá trình cấp đông, °C; 

tfs là nhiệt độ bề mặt sản phẩm cuối quá trình cấp đông, °C;

tfc là nhiệt độ tâm sản phẩm cuối quá trình cấp đông, ºC.

Thông thường thì nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối cùng của quá trình cấp đông tf = -18°C và nhiệt độ môi trường bảo quản là -20°C, nhiệt độ tfs = 0,7.tc (tc là nhiệt độ môi trường làm đông), nếu tc = -35°C thì tf = 0,7.(-35) = -24,5 °C, nhiệt độ tfc = 2.tf - tfs = 2.(-18) - (24,5) = -11,5°C. Khi tính toán thiết kế hệ thống lạnh thì cần phải xác định nhiệt độ tf, tc từ đó mới xác định được nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ở dàn bay hơi để xây dựng chu trình nhiệt động. Nhiệt độ này phụ thuộc vào thành phần các chất của thực phẩm, với những chất dễ biến đổi thì nhiệt độ bảo quản sẽ giảm xuống để kiềm chế sự hoạt động của enzyme có trong chúng, về kinh tế nếu giảm nhiệt độ xuống 1°C thì chi phí sản xuất tăng từ (2 ÷ 3)%, như vậy nhiệt độ bảo quản càng cao càng có lợi nhưng giới hạn của nó là phải có khả năng tiêu diệt hoặc ngăn chặn hoạt động của vi sinh vật. Nếu như muốn kéo dài thời gian bảo quản thì nhiệt độ bảo quản phải thấp, tuỳ theo nhiệt độ bảo quản của sản phẩm ta cũng có thể xác định được nhiệt độ sau khi làm đông.

1.2. Nhiệt độ của môi trường không khí

Nhiệt độ trong kho bảo quản phải đảm bảo cân bằng với nhiệt độ bảo quản của sản phẩm, như vậy sẽ hạn chế đến mức thấp nhất sự trao đổi nhiệt và trao đổi hơi nước giữa sản phẩm và môi trường không khí. Nhiệt độ môi trường không khí phải đảm bảo ổn định bởi vì sự dao động nhiệt độ của không khí dẫn đến tới sự dao động nhiệt độ của sản phẩm, làm cho sản phẩm bị biến đổi chất lượng. Giới hạn của sự dao động nhiệt độ không khí đối với sản phẩm đông phụ thuộc vào bản chất của thực phẩm, nhưng nó có thể ở trong khoảng +1°C. Sau khi làm đông nhiệt độ của các lớp bên trong sản phẩm còn cao hơn nhiều so với nhiệt độ của các lớp bề mặt bởi vì nó chưa thể cân bằng kịp, vì vậy ở giai đoạn đầu của quá trình bảo quản cần phải giảm nhiệt độ của môi trường không khí xuống từ (3 ÷ 5)°C so với nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ ổn định của nó là khi trạng thái nhiệt độ của thực phẩm tương đối cân bằng, lúc này có thể nâng nhiệt độ của môi trường không khí lên bằng nhiệt độ bảo quản của sản phẩm.

1.3. Sự lưu thông của không khí

Không khí lưu thông có tác dụng làm cân bằng nhiệt độ, độ ẩm giữa các điểm khác nhau trong không gian kho lạnh làm hạn chế sự xâm nhập của những dòng nhiệt vào cấu trúc của thực phẩm, hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật, sự kết tủa của các mùi hôi. Tuy nhiên khi tăng vận tốc không khí sẽ làm tăng khả năng thăng hoa của nước đá, tăng mức hao phí trọng lượng của sản phẩm, vì vậy vận tốc lưu thông của không khí trong kho lạnh được xác định tuỳ theo loại sản phẩm và cấu trúc của kho. Những trường hợp sản phẩm bao gói, cách ẩm tốt không khí có thể lưu thông với tốc độ v = (2÷3) m/s, trường hợp sản phẩm không được bao gói, cách ẩm thì không khí chi đối lưu tự nhiên và các dàn lạnh phải che phủ những phần diện tích có khả năng trao đổi nhiệt lớn của tường và trần kho, như vậy mới ngăn chặn được những dòng nhiệt từ bên ngoài xâm nhập vào và giữ cho nhiệt độ và độ ẩm của kho ổn định.

Continue Reading

Mạ băng sản phẩm đông lạnh

Ý nghĩa

Sau khi cấp đông bề mặt sản phẩm gồ ghề làm mất giá trị cảm quan, vì vậy cần phải tạo một lớp nước bóng trong trên bề mặt sản phẩm, bằng cách nhúng sản phẩm sau khi cấp đông vào thùng nước có nhiệt độ thấp từ (0÷5)°C, nhúng nhanh sau đó lấy ra ngay và sản phẩm sau khi cấp đông có nhiệt bề mặt nhỏ hơn -30°C sẽ trao đổi nhiệt với lớp nước bám trên bề mặt sau khi nhúng, làm cho lớp nước này đóng băng và có độ bóng đẹp. Cách thức làm như vậy gọi là mạ băng.

Cấp đông IQF, mạ băng đến 10%

Cá tra fillet tạo hình sạch, cấp đông IQF, màu trắng, size 120-170g, mạ băng bảo vệ 2%.

Trên bề mặt sản phẩm đông lớp mạ băng có tác dụng hạn chế không khí tiếp xúc với cấu trúc bên trong và bề mặt sản phẩm, đồng thời làm tăng vẻ đẹp của sản phẩm nhờ làm mất đi những nhược điểm về hình thức bên ngoài của nó trong quá trình cấp đông. Tuy nhiên do sự trao đổi nhiệt giữa môi trường mạ băng với thực phẩm mà nhiệt độ thực phẩm tăng lên làm tăng hao phí lạnh và ảnh hưởng đến sự phân bố của các tinh thể nước đá và kích thước cua chúng bên trong cấu trúc thực phẩm.

Yêu cầu

Lớp mạ băng để bảo vệ cho thực phẩm phải liên kết chắc chắn với bề mặt thực phẩm, nước mạ băng phải đảm bảo vệ sinh và có nhiệt độ gần bằng 0°C là tốt nhất nhưng không thấp hơn 0°C.

Continue Reading