Bài giảng Công nghệ sản xuất đường, bánh, kẹo - Cao Việt Cường
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
MỤC LỤC
I. Tổng quan:.................................................................................................................................................2
1. Kẹo cứng:..............................................................................................................................................2
2. Qui trình sản xuất kẹo cứng:.................................................................................................................2
3. Thiết bị làm nguội:................................................................................................................................3
II. Ảnh hưởng của thành phần, cấu trúc vi mô và điều kiện của quá trình lên các tính chất lý nhiệt cũng
như các biểu hiện không ổn định của quá trình làm nguội kẹo cứng:..........................................................4
1. Giới thiệu:.............................................................................................................................................4
2. Kết quả và bàn luận: .............................................................................................................................5
của quá trình làm nguội........................................................................................................................5
2.2 Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô đến tính chất lý nhiệt và quá trình làm nguội kẹo.........................9
III. Tối ưu hóa quá trình làm nguội để kiểm soát chất lượng sản phẩm.....................................................13
References..................................................................................................................................................15
1
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
I. Tổng quan:
1. Kẹo cứng:
-
-
Để sản xuất kẹo, ta cần phải trộn những nguyên liệu cơ bản trước như đường, nước, syrup
từ bắp và các loại phụ gia như hương liệu, màu thực phẩm. Trong một số trường hợp, có
thể bỏ sung thêm acid để tạo những tính chất cảm quan đặc trưng. Tuy nhìn bề ngoài có
vẻ là đơn giản nhưng cấu trúc bên trong của nó khá là phức tạp.
Kẹo cứng là một ví dụ điển hình của sản phẩm ở trạng thái thủy tinh (glass state). Bề
ngoài thì sản phẩm ở dạng rắn, nhưng thực chất, chúng đang ở trạng thái lỏng chậm đông
(supercooled) không kết tinh. Kẹo cứng có thể được xếp vào dạng trạng thái lỏng với độ
nhớt rất cao. Do vậy mà ngăn cản được quá trình kết tinh xảy ra, mà kết tinh là hiện tượng
không mong muốn trong cả sản xuất lẫn bảo quản kẹo cứng.
2. Qui trình sản xuất kẹo cứng:
-
Hình 1 cho thấy quá trình sản xuất kẹo cứng. Trong quá trình, đường cát (granulated
sugar), glucose và nước được đun bằng hơi nước để đường tan ra rồi được chuyển đến nồi
chân không và đun sôi để loại gần hết nước. Do đó, syrup sẽ quánh lại ( candy dough).
Trước tiên, dịch đường sẽ được nấu trên 140OC ở áp suất khí quyển, sau đó mới được đưa
về áp suất chân không 700mmHg trong vài phút để bốc hơi nước. Gần cuối giai đoạn nấu
(nấu phụ_ cooking substage ), phụ gia như acid, hương liệu, màu thực phẩm sẽ được thêm
vào.
-
-
Kế đến là trộn syrup quánh ( candy dough). Một vòng khung làm bằng nước đá sẽ dùng
để trộn syrup đến khi nhiệt độ của khối syrup quánh đó đồng nhất.
Sau đó, syrup được đem đi đổ khuôn định hình. Kẹo cứng được định hình ở 85OC. Kẹo đã
được định hình sẽ đem đi làm nguội trong một thiết bị dạng hầm đến 28 – 40OC thì đưa đi
bao gói để đạt cấu trúc thủy tinh (glassy structure) và tránh các vấn đề liên quan đến độ
dính ( stickiness problems).
Trộn syrup
Định hình
Nấu syrup
Làm nguội
Bao gói
Hình 1: qui trình cơ bản sản xuất kẹo cứng
-
Những nghiên cứu của Slade và Levine đã chứng minh quá trình chuyển thành dạng thủy
tinh của kẹo có ảnh hưởng đến nhiều tính chất của nó. Những quá trình chủ chốt đòi hỏi ta
phải nắm rõ được trạng thái vô định hình và quá trình chuyển thành thủy tinh trong cấu
2
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
trúc của thực phẩm chỉ xảy ra khi sản phẩm có lượng nước thấp. Do đó, quá trình thủy
tinh hóa ( vitrification), là quá trình đông đặc cho đến trạng thái thủy tinh, có vai trò rất
quan trọng trong các nhà máy sản xuất kẹo, đặc biệt là kẹo cứng. Ví dụ trong kẹo cứng,
lượng nước chỉ chiếm từ 1.5 đến 5% (w/w). Do vậy mà nhiệt độ thủy tinh hóa ( glass
transition temperature, Tg) là một trong những biến số cực kì quan trọng trong việc thiết
kế và giám sát lượng nước trong sản xuất công nghiệp.
3. Thiết bị làm nguội:
-
Hình 2 minh họa một thiết bị làm nguội dạng hầm. Thiết bị có ống dẫn khí vào và ra. Ở
cửa vào, lưu lượng khí được điều chỉnh bởi một tấm chặn (deflector). Bên cạnh đó, thiết
bị được bố trí 3 băng tải có thể điều chỉnh tần số truyền động (frequency drive) để thay
đổi thời gian lưu (residence time) của kẹo.
-
Khi di chuyển trên băng tải, kẹo sẽ được tiếp xúc với không khí mát được thổi song song
với băng tải. Dựa trên chất lượng của sản phẩm thì nhiệt độ, tốc độ dòng khí làm nguội
cũng như là thời gian lưu của kẹo ở bên trong thiết bị sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu
suất làm nguội. Ví dụ nếu như tốc độ dòng khí lớn có thể sẽ dẫn đến hồ sơ nhiệt độ (
temperature profile) không đồng đều, sẽ làm cho sản phẩm dễ vỡ và hình dạng của kẹo bị
biến dạng. Ngược lại, nếu nhiệt độ của kẹo ở cuối giai đoạn làm nguội quá cao cùng với
việc thời gian lưu không chính xác ngoài chuyện làm thay đổi hình dạng kẹo còn có thể
làm các cục kẹo bị kết dính lại với nhau (aggregation). Do đó, chế độ có sẵn (operational
mode) của thiết bị sẽ quyết định đến chất lượng kẹo rất nhiều.
-
Hiển nhiên chất lượng kẹo sẽ tăng lên nếu ta giảm được sự khác biệt về nhiệt độ bề mặt
và nhiệt độ tại tâm của kẹo đến mức tối đa để đảm bảo nhiệt độ bao gói nằm trong khoảng
28 – 40OC. Nếu trên 40OC, kẹo sẽ bị dính (stickiness) và dễ bị biến dạng. Ngược lại nếu
nhiệt độ thấp hơn 40OC thì dẫn đến thời gian lưu sẽ vô hạn.
Hình 2: Thiết bị làm nguội dạng hầm
3
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
II. Ảnh hưởng của thành phần, cấu trúc vi mô và điều kiện của quá trình
lên các tính chất lý nhiệt cũng như các biểu hiện không ổn định của quá
trình làm nguội kẹo cứng:
1. Giới thiệu:
-
-
-
Trong nhiều ứng dụng công nghệ sản xuất thực phẩm, chất lượng sản phẩm cuối cùng phụ
thuộc nhiều vào sự đối lưu nhiệt không ổn định giữa dòng lỏng và rắn. Đặc biệt, nhiệt tức
thời của các quá trình sấy, làm nguội, và gia nhiệt thực phẩm phải được kiểm soát nghiêm
ngặt bởi nó có thể gây ra những vấn đề về chất lượng rất nghiêm trọng. Mặt khác, thành
phần có trong thực phẩm cũng cần phải được quan tâm trong quá trình thiết kế bởi nó sẽ
ảnh hưởng đến chế độ làm việc của quá trình. Ví dụ như trong quá trình dẫn nhiệt, lượng
nước trong nguyên liệu đóng vai trò rất quan trọng.
Quá trình hóa thủy tinh (glass transition) là một trong những tính chất hóa lý rất quan
trọng của các vật rắn vô định hình điển hình là kẹo cứng. Thủy tinh hóa là quá trình
chuyển đổi giữa rắn và lỏng của hợp chất vô định hình. Khi vật rắn vô định hình được làm
đông chậm (vitrify) ở dưới nhiệt độ hóa thủy tinh để chuyển thành dạng rắn, nó trở nên
dòn (brittle), trong suốt giống như là thủy tinh. Điều quan trọng của quá trình hóa thủy
tinh và kiểm soát chất lượng được ổn định là áp dụng được công nghệ tách nước và làm
lạnh đông.
Những vấn đề chính tác động đến chất lượng của kẹo cứng đều nằm trong quá trình làm
nguội: kẹo bị biến dạng do nhiệt độ quá cao ở đầu ra của thiết bị, kẹo dễ vỡ khi bao gói do
làm nguội quá nhanh (sharp cooling), hoặc kẹo bị dính lại với nhau do thời gian lưu
không đủ. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ, vận tốc gió làm nguội, khả năng dẫn nhiệt và kích
thước của kẹo lên hiệu quả của quá trình làm nguội đã được đề cập trong một số nghiên
cứu của Ozisik, 1994 bằng một chương trình mô phỏng cổ điển. Nhưng cho đến nay, chưa
có một nghiên cứu nào nói về sự ảnh hưởng của nhiệt độ tức thời ( transient temperature)
trong suốt quà trình làm nguội. Nhưng chính thông số này là rất cần thiết cho công tác tối
ưu hóa quá trình sản xuất sau này.
-
Một số nghiên cứu của Mazzobre và cộng sự đã ứng dụng công nghệ vi mô để phân biệt
các tinh thể đường ví dụ như lactose với các chất lạnh đông chậm ( supercooled material)
ví dụ như lactose vô định hình. Những nghiên cứu này nhằm để phân tích cấu trúc của
kẹo cứng và những ảnh hưởng của cấu trúc đó đến quá trình làm nguội. Cấu trúc vi mô
của kẹo đã giúp họ hiểu được khá rõ những hiện tượng trong suốt quá trình làm nguội và
đưa ra được mối tương quan giữa thành phần và các điều kiện quá trình mà chính mối
quan hệ đó có tính chất quyết định đến chất lượng sản phẩm cũng như những chế độ làm
việc của thiết bị.
-
Thành phần các chất có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình sản xuất kẹo cứng:
• Trong bất kì quá trình sản xuất nào, việc kiểm soát các thông số sẽ rất quan trọng
vì có ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Trong qui trình sản xuất
thực phẩm có sử dụng nhiệt (thermal food), đặc biệt là dùng dẫn nhiệt, lượng chất
4
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
khô và nước đóng vai trò hết sức quan trọng và được xem là hai thông số quan
trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.
• Như ta đã biết, với hàm lượng nước cao thì sẽ ít trở nhiệt (thermal resistance) hơn
là hàm lượng nước thấp. Do vậy mà trong công nghiệp, sản phẩm sẽ chứa nước
đến mức tối đa. Tuy nhiên, có một trở ngại đó là nếu lượng nước quá cao thì có
thể ảnh hưởng đến độ dính không chỉ trong quá trình làm nguội, mà còn trong bao
gói, và bảo quản. Không thể kết luật là lượng ẩm trong sản phẩm cao sẽ tốt hay
không tốt vì nó phụ thuộc rất nhiều vào loại sản phẩm cuối cùng. Bên cạnh đó,
tiêu chuẩn về lượng ẩm trong mỗi sản phẩm cũng được qui định khá chặt chẽ.
• Thêm vào đó thì sản phẩm cũng có thể chứa những bọt khí trong cấu trúc của kẹo.
Những bọt khí này cũng ảnh hưởng khá nhiều đến tính chất lý nhiệt (thermal
physical) cũng như là quá trình làm nguội kẹo cứng.
2. Kết quả và bàn luận:
2.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của thành phần và điều kiện thí nghiệm lên các biểu hiện
không ổn định của quá trình làm nguội.
-
Thành phần và các điều kiện thí nghiệm như thời gian lưu (
vận tốc khí làm nguội ( a ) và kích thước của kẹo (R) lên nhiệt độ tức thời (T ).
Bảng 1: Thông số lý – nhiệt của kẹo cứng
), nhiệt độ làm nguội (Ta),
kc (W/m.OC)
Cpc (J/kg.OC)
c (kg/m3)
Nước (w/w)
Đường (w/w)
0.015
0.05
0.983
0.948
0.276
0.297
1568.288
1536.007
1679.067
1768.214
-
Ánh hưởng của lượng nước trong kẹo lên nhiệt độ tức thời:
Hình 3a cho thấy sự khác nhau giữa nhiệt độ giữa tâm và bề mặt kẹo ở tại một thời điểm cho 2
loại kẹo ở bảng 2. Sở dĩ cần khảo sát sự khác biệt giữa nhiệt độ tại tâm và trên bề mặt là để tránh
hiện tượng kẹo bị dễ vỡ. Nên giảm sự khác biệt đến mức tối đa vì hai nhiệt độ này càng ít khác
nhau thì chứng tỏ quá trình làm nguội không quá nhanh, sẽ tránh được hiện tượng kẹo dễ vỡ.
5
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
Hình 3a: chênh lệch nhiệt độ giữa r = 0 và r = R theo thời gian tại các giá trị Ta và lượng nước
khác nhau.
Hình 3a cho thấy ở cùng một nhiệt độ làm nguội, sự khác biệt nhiệt độ giảm khi lượng nước tăng
lên do độ dẫn nhiệt của sản phẩm tăng lên (bảng 2). Sự chênh lệch nhiệt độ khá lớn lúc đầu quá
trình làm nguội rồi sau đó giảm chậm dần. Như vậy có thể kết luận rằng nguy cơ sản phẩm bị vỡ
ở thời gian đầu rất là cao.
Hình 3b: nhiệt độ khi r = 0 và r = R theo thời gian tại các giá trị Ta và lượng nước khác nhau.
Ở hình 3b là nhiệt độ tức thời tại tâm và bề mặt. Lượng nước ảnh hưởng khá nhiều đến nhiệt độ
bên trong của sản phẩm ( giảm 3OC khi lượng nước tăng thì 1.5% đến 5%). Có thể lý giải rằng
nhiệt trở ở bên trong sản phẩm giảm khi tăng lượng nước. Tuy nhiên, tại bề mặt sản phẩm, nhiệt
độ không bị ảnh hưởng quá nhiều. Rõ ràng, ở trên bề mặt, nhiệt độ chỉ dao động khoảng 0.27OC
6
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
khi lượng nước thay đổi. Nguyên nhân là do ở phía ngoài, phương thức truyền nhiệt chủ yếu là
đối lưu nhiệt chứ không phải là truyền nhiệt.
-
Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đến sự phân bố nhiệt tức thời trong sản phẩm.
Ở hình 3a và 3b cũng cho thấy độ chênh lệch nhiệt độ và nhiệt độ tức thời ở các nhiệt độ không
khí làm nguội khác nhau ( 15OC và 20OC). Ở hình 3a, chênh lệch nhiệt độ giảm khi tăng nhiệt độ
không khí lên trong cùng một hàm lượng nước bởi động lực (driving force) cho qúa trình truyền
nhiệt sẽ giảm rất mạnh. Ví dụ như trong 75 giây đầu, độ chênh lệch chỉ khoảng 2.1OC, sau đó sẽ
giảm xuống. Như vậy có thể kết luận nhiệt độ không khí ở 20OC sẽ tốt hơn cho chất lượng của
sản phẩm. Tuy nhiên ở hình 3b, nhiệt độ tại tâm và trên bề mặt của sản phẩm khi nhiệt không khí
ở 15OC thấp hơn nhiều so với 20OC. Thật ra, nếu thời gian lưu càng lâu thì sự khác nhau về nhiệt
độ giữa 15OC và 20OC mới thực sự rõ rệt. Tại hình 3b cũng cho thấy thời gian lưu tối thiểu dựa
theo nhiệt độ không khí và lượng nước trong sản phẩm, tại đó nhiệt độ ở cuối giai đoạn làm
nguội là tối đa có thể chấp nhận được mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Thời
gian lưu được xem là một thông số quan trọng bởi nó có liên quan sâu sắc đến sản lượng kẹo, chi
phí sản xuất và các chế độ vận hành của thiết bị. Điển hình là nếu thời gian lưu kéo dài thì sản
lượng kẹo sẽ giảm.
-
Ảnh hưởng của kích thước kẹo và vận tốc gió đến nhiệt độ tức thời.
Hình 4 cho thấy khi kích thước kẹo giảm, sự chênh lệch nhiệt độ ở tâm và bề mặt sẽ giảm. Thực
ra, độ chênh lệch trung bình của kẹo kích thước R =0.008m khoảng 7.8-8OC, thấp hơn kẹo có
R=0.01 m sau 80s.
Hình 4: Sự chênh lệch nhiệt độ và sơ đồ nhiệt độ tại r=0 và r=R theo thời gian và kích thước kẹo
ở lượng nước 1.5% w/w
7
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
Mặt khác, vận tốc gió sẽ ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt đối lưu, do vậy cũng sẽ ảnh hưởng đến
quá trình làm nguội (hình 5). Với vận tốc càng lớn sẽ làm tăng độ chênh lệch nhiệt độ tại tâm và
bề mặt sản phẩm, nhất là ở giai đoạn đầu quá trình làm nguội, như vậy sẽ tăng nguy cơ kẹo dễ bị
vỡ. Ngược lại, với cùng một vận tốc gió, nếu nhiệt độ gió càng cao lại làm cho độ chênh lệch
nhiệt độ giảm đi. Và sau khoảng 200 giây đầu thì độ chênh lệch giảm mạnh và không còn khác
biệt nhiều so với những trường hợp khác nhau nữa. Cũng trong hình 6, ta có thế thấy nhiệt độ bề
mặt và bên trong của kẹo thấp nhất khi vận tốc gió cao và nhiệt độ gió thấp.
Hình 5: Sự chênh lệch nhiệt độ và sơ đồ nhiệt độ tại r=0 và r=R theo thời gian và vận tốc gió ở
lượng nước 1.5% w/w
-
Chỉ số Biot:
Chỉ số Biot cho biết tỉ lệ giữa nhiệt trở bên ngoài và bên trong của sản phẩm. Nó là thông số khá
quan trọng để xác định nhiệt tức thời của vật liệu. Tất cả các chỉ số Biot của sản phẩm trong từng
trường hợp khác nhau ở thí nghiệm đều lớn hơn 1. Điều đó có nghĩa là ta không thể bỏ qua nhiệt
trở bên trong của sản phẩm trong quá trình truyền nhiệt vì nó thể hiện nhiệt tức thời không đồng
đều trong sản phẩm kẹo. Chỉ số Biot càng thấp có nghĩa là sự phân bố nhiệt độ đều hơn nên chất
lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, mà muốn được như vậy thì lượng nước phải nhiều, kẹo phải nhỏ, tốc
độ dòng khí chậm, và nhiệt độ dòng khí phải cao. Ngược lại, chỉ số Biot cao sẽ không cho nhiệt
độ đồng đều giữa nhiệt độ tức thời tại tâm và trên bề mặt.
8
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
2.2 Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô đến tính chất lý nhiệt và quá trình làm nguội kẹo.
Thủy tinh hóa:
-
Vẫn còn rất nhiều tranh cãi về khoảng nhiệt độ thủy tinh hóa. Tuy nhiên, hầu hết nhà khoa học
đều đồng ý rằng điểm giữa (midpoint) có ảnh hưởng đến quá trình thủy tinh hóa. Hình 6 biểu
diễn điểm giữa của quá trình thủy tinh hóa kẹo cứng ( Tg midpoint = 35.85±1.51 OC). Điểm giữa
chính là điểm mà tại đó sự thủy tinh hóa diễn ra.
Hình 6: Sơ đồ nhiệt độ của kẹo cứng được đo bằng phương pháp DSC.
Giá trị nhiệt độ thủy tinh của kẹo cứng (Tg) thường lớn hơn nhiệt độ phòng. Việc kiểm soát nhiệt
độ này sẽ giúp kiểm soát được chất lượng của kẹo trong giai đoạn làm nguội để kẹo đạt được cấu
trúc thủy tinh vô định hình.
Trong thủy tinh, nếu độ ẩm và nhiệt độ bảo quản tăng lên sẽ gây một số phản ứng bất lợi cho sản
phẩm. Những thay đổi chủ yếu là trên các carbohydrate vô định hình. Các carbohydrate này dễ bị
chảy ra ở nhiệt độ trên Tg, làm cho độ nhớt giảm mạnh, do vậy mà khả năng di chuyển của các
phân tử tăng lên, và đó là lý do cấu trúc của sản phẩm bị thay đổi trong thời gian bảo quản ( như
bị dính, biến dạng (cold flow), và kết tinh). Trong trường hợp nhiệt độ bảo quản thấp hơn Tg, sản
phẩm sẽ có độ nhớt cao hơn, như v sẽ hạn chế được quá trình khuếch tán của các chất, như là kết
tinh. Tuy nhiên, sự hút ẩm của sản phẩm trong thời gian bảo quản có thể làm giảm Tg, khi Tg thấp
hơn nhiệt độ bảo quản, trạng thái vô định hình trở nên ít nhớt hơn và hiển nhiên, quá trình kết
tinh sẽ bắt đầu. Thông thường, dể tránh bị kết tinh và ổn định tính chất vật lý, người ta thường bổ
sung đường nha (glucose syrup) và fructose vào trong sản phẩm. Như vậy, với nhiệt độ bảo quản
càng thấp ( dưới Tg) thì càng ngăn chặn những thay đổi không mong muốn hiệu quả.
Ở một khía cạnh khác, nhiệt độ thủy tinh hóa Tg là một thông số quan trọng trong quá trình làm
nguội để xác định nhiệt độ thích hợp ở cuối giai đoạn làm nguội. Tg phụ thuộc rất nhiều vào hàm
lượng nước trong sản phẩm, do nước bị giữ lại trong cấu trúc nên sẽ làm thay đổi các tính chất
hóa lý của sản phẩm. Có thể kết luận rằng khi hàm lượng nước tăng lên là lúc Tg sẽ giảm xuống.
9
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
-
Cấu trúc vi mô và mối quan hệ giữa các thông số chủ yếu.
Trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo nói chung, những tính chất của nguyên liệuđóng vai trò khá
quan trọng đến chất lượng sản phẩm, do vậy mà chúng cần được nghiên cứu nhiều hơn.
• Tính chất hút ẩm
Hình 7 đến 12 là cấu trúc vi mô của kẹo cứng được chụp SEM. Những hình này cho thấy rõ vật
liệu mang tính chất chậm đông và có cấu trúc giống thủy tinh.
Ở trạng thái không cân bằng, các chất vô định hình này không có trật tự xác định nên sẽ gây ra
khó khăn cho việc giải thích các tính chất của chúng.
Hình 7: Hình chụp mặt cắt ngang, độ phóng đại 20 lần, [E]: bề mặt kẹo, [C]: tâm kẹo.
Hình 8: Hình chụp mặt cắt ngang, độ phóng đại 60 lần, [E]: bề mặt kẹo, [B]:bọt khí, [OL]: các
lớp xếp chồng lên nhau
10
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
Hình 9: Hình chụp mặt cắt ngang, độ phóng đại 60 lần, [E]: bề mặt kẹo, [B]:bọt khí, [OL]: các
lớp xếp chồng lên nhau
Trong dung dịch quá bão hòa (supersaturated solution), các phân tử thường có xu hướng liên kết
với nhau. Khi đó, chúng sẽ tạo thành nhiều lớp khác nhau và xếp chồng lên nhau (hình 8, 9). Các
lớp này có thể xuất hiện trong quá trình ủ hay bảo quản kẹo. Tuy nhiên, các lớp này sẽ có khả
năng hút ẩm từ môi trường rất cao và có thể ảnh hưởng đến sản phẩm trong quá trình bảo quản.
Thông thường, lượng đường sucrose trong kẹo ít hơn 55%, nếu như độ ẩm tăng lên, lượng đường
này có thể bị hòa tan và làm kẹo chảy ra, gây hiện tượng dính nhớt (stickiness) trong quá trình
bảo quản. Quan sát bên ngoài, ta sẽ thấy kẹo sẽ xuất hiện một lớp film mỏng có độ nhớt thấp hơn
so với những cục kẹo thông thường.
• Ảnh hưởng của bọt khí trong sản phẩm lên quá trình làm nguội.
Trong suốt quá trình làm nguội, độ ẩm của kẹo sẽ không bị thay đổi. Và như đã biết, nếu xuất
hiện các bọt khí trong khối dịch kẹo sẽ làm cản trở sự truyền nhiệt do nhiệt dẫn của khí quá thấp.
Mà một điều quan trọng hơn cả là quá trình làm nguội kẹo thì ảnh hưởng nhiều nhất bởi nhiệt
dẫn. Do đó quá trình làm nguội sẽ không còn hiệu quả. Tuy nhiên, ta không thể loại bỏ hoàn toàn
bọt khí trong dịch kẹo được. Ở hình 8 và 9 có xuất hiện một vài bọt khí gần bề mặt sản phẩm. Sở
dĩ có các bọt khí này là do quá trình làm nguội chậm từ 140OC xuống 85OC sau khi trộn syrup.
11
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
Hình 10: chụp mặt cắt ngang, độ phóng đại 200 lần, [E]: bề mặt kẹo, [B]:bọt khí.
Hình 11: Hình chụp mặt cắt ngang, độ phóng đại 600 lần, [B]:bọt khí.
12
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
Hình 12: Hình chụp mặt cắt ngang, độ phóng đại 600 lần, [B]:bọt khí
Sự xuất hiện của bọt khí làm ảnh hưởng đến khả năng truyền nhiệt của sản phẩm đã được nghiên
cứu rất nhiều. Theo Choi và Okos thì bọt khí làm giảm khả năng dẫn nhiệt của sản phẩm xuống.
Cũng cùng nghiên cứu đó, họ đã chỉ ra rằng với lượng bọt khí trung bình trong tất cả các mẫu
nghiên cứu, sai số thực có giảm, nhưng giảm không đáng kể, chỉ trong khoảng cho phép là 5%
nên họ kết luận là có thể bỏ qua sự xuất hiện của bọt khí trong sản phẩm kẹo cứng.
III. Tối ưu hóa quá trình làm nguội để kiểm soát chất lượng sản phẩm.
Từ những nghiên cứu trên, có thể thấy nhiệt độ, vận tốc gió làm nguội, thời gian lưu của kẹo có
ảnh hưởng lớn đến chất lượng thành phẩm. Theo đó, thời gian hoạt động của nhà máy được chia
làm 3 phần vào 3 mùa: mùa đông, mùa hè, và khoảng thời gian trung gian. Như vậy sẽ có 3 chế
độ làm việc khác nhau và như vậy chi phí hoạt động của nhà máy cũng sẽ thay đổi ở 3 chế độ
khác nhau. Kích thước, thành phần của kẹo, tính chất của không khí, khả năng truyền nhiệt, và
chi phí vận hành là những thông số đầu vào cần cho việc tối ưu hóa. Tuy nhiên, khả năng truyền
nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, cửa khí vào ra của thiết bị và dung tích của tháp làm nguội là
được cố định.
-
Giả thiết:
• Kẹo có hình cầu đồng nhất và đẳng hướng
• Ở mô hình 1D quan tâm đến biến nhiệt độ theo thời gian ở nhiều phía
• Mô hình Choi và Okos dùng để tính toán các tính chất lý nhiệt như khối lượng
riêng, nhiệt dung riêng và nhiệt dẫn.
• Sự thay đổi các tính chất lý nhiệt với nhiệt độ được bỏ qua
• Kẹo không bị mất ẩm do độ ẩm thấp, sự mất ẩm không đáng kể.
• Sự thay đổi độ ẩm tương đối trong không khí nhỏ, không ảnh hưởng đến các tính
chất lý nhiệt nên có thể bỏ qua
13
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
• Hệ sô truyền nhiệt đối lưu là giá trị trung bình trong khoảng hệ số truyền nhiệt (
Becker và Fricke, 2004).
-
Thông số cố định của quá trình:
• Quạt đặt nằm ngang để tạo sự đối lưu không khí với tốc độ gió 1.2 – 3 m/s
• Có thể tái sử dụng 60% dòng khí
• Dung tích của băng tải bị giới hạn bởi thiết bị ở giai đoạn trước nên nó sẽ nằm
trong khoảng 0.3 – 0.9 kg/m
• Nhiệt độ làm nguội trong khoảng 10 – 34OC
-
Để xác định nhiệt độ tối ưu, ta cần phải quan tâm đến nhiệt độ cuối cùng để phù hợp với
giai đoạn bao gói phía sau. Cũng cần tránh làm cho chênh lệch nhiệt độ tại tâm và trên bề
mặt quá lớn làm cho kẹo dễ vỡ hoặc bị biến dạng.
Hình 13: Sự chênh lệch nhiệt độ và sơ đồ nhiệt độ tại r=0 và r=R theo thời gian và chiều dài băng
tải.
Hình 13 là một ví dụ điển hình về tối ưu hóa thời gian lưu. Có thể thấy thời gian lưu càng dài thì
sự chênh lệch nhiệt độ giữa tâm và trên bề mặt rất nhỏ, do vậy có thể tránh khỏi các hiện tượng
biến dạng hoặc bị vỡ để cải thiện chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào nhiều
biến số khác như là tốc độ gió.
14
Công Nghệ Sản xuất Đường – bánh – kẹo
Cao Việt Cường _ 61000355
References
1. M.Augustina Reinheimer, Sergio Mussati, Nicolas J. Scenna, 2010. Influence of product
composition and operating conditions on the unsteady behavior of hard cooling process. Journal
of Food Engineering 101, 409 – 416.
2. M.Augustina Reinheimer, Sergio Mussati, Nicolas J. Scenna, Gustavo A.Pérez, 2010.
Influence of the microstructure and composition on the thermal – physical properties of hard
candy and cooling process. Journal of Molecular Structure 980, 250 – 256.
3. M.Augustina Reinheimer, Sergio Mussati, Nicolas J. Scenna, 2013. Hard candy cooling:
Optimization of operating policies considering product quality. Journal of Food Engineering 118,
141 – 149.
15
15 trang
20020
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Công nghệ sản xuất đường, bánh, kẹo - Cao Việt Cường", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_cong_nghe_san_xuat_duong_banh_keo_cao_viet_cuong.docx
