Tách Béo Và Tiêu Chuẩn Hóa Sữa

Chia sẻ: Đỗ Thị Hoan | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

607
lượt xem 117
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lipit là những hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không hòa tan trong nước nhưng tan trong nhiều dung môi hữu cơ không phân cực. Lipit là những este phức tạp, gồm các loại: chất béo, sáp, steroit, photpholipit Phân loại lipid trong sữa. Lipid đơn giản: chiếm 95%, công thức phân tử chỉ gồm C, H, O, là ester của acid béo no và không no.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tách Béo Và Tiêu Chuẩn Hóa Sữa

Tách Béo Và Tiêu Chuẩn Hóa Sữa Trang 1
MỤC LỤC 1.1.1 Hàm lượng chất béo trong sữa .............................................................................. 3 1.1.1.1 Khái niệm.................................................................................................................. 3 1.1.1.2 Thành phần chất béo trong sữa ................................................................................ 3 Bảng 1.1.1.2 Thành phần chất béo có trong sữa bò ........................................................... 5 1.1.2 Cấu tạo và thành phần của các loại cầu béo ......................................................... 5 1.1.2.1 Công thức cấu tạo ..................................................................................................... 5 Các axit béo no thường gặp ................................................................ ................................ .... 5 CH3(-CH2-)7 CH=CH(-CH2-)7 COOH................................................................................... 5 CH3(-CH2-)4 CH=CH-CH2-CH=CH(-CH2 -)7COOH ............................................................ 6 Cấu tạo các hạt cầu béo .......................................................................................................... 6 Bảng 1.2 Thà nh phầ n hóa học của một số loại sữa ............................................................. 7 1.2.2 Các ph ươ ng pháp b ảo quản sữa .................................................................................. 9 2.1 Ly tâm tách béo ............................................................................................................ 10 2.1.1 Giới thiệu chung ................................ ................................ ................................ ...... 10 2.1.2 Vai trò của quá trình tách béo ............................................................................. 10 2.1.3 Cơ sở khoa học của quá trình ly tâm ..................................................................... 10 2 d (  p   l ) g ................................ .......................................................................... 11 Vg = 18 2 d (  ) p l r  2 ................................ ................................ ................................ ...... 11 Vc = 18 Hình 2.1.3 : ảnh hưởng của bán kính quay đến gia tốc ly tâm ....................................... 12 So sánh tốc độ lắng dưới tác dụng của lực trọng lực và lực ly tâm ........................................ 12 =1,42 10 3 kg/m.s ................................................................................................................. 12 2 d (   ) g = (3 × 10 -3 ) × (980 - 1028) × 9,81 p l Vg = ....................................................... 12 18 × 1,42 × 10 -3 18 2n 2  3,14  5.400   = 565,2 rad/s .............................................................................. 12 60 60 = - 1,08  10 3 m/s = -1080 m /s ................................ ................................ ........................ 12 2.1.4 Thiết bị ly tâm......................................................................................................... 12 Thiết bị làm việc theo phương pháp liên tục ......................................................................... 15 Hình 2.1.4.2.a : Nguyên lý làm việc của máy ly tâm lắng .................................................. 16 8000 đến 45000 vòng/phút ................................................................ ................................ .. 17 Hình 2.1.4.3.a Máy ly tâm siêu tốc loại ống ................................ ................................ ...... 18 Máy ly tâm siêu tốc loại ố ng................................ ................................................................. 18 2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly tâm ...................................................... 19 2.2 Chuẩn hóa sữa ......................................................................................................... 20 2.2.1 Mục đích của quá trình chuẩn hóa sữa .............................................................. 20 2.2.2 Phương pháp tính tỷ lệ phối trộn ....................................................................... 20 Giải : ta có M = 100 kg; A = 40%, B = 3% C = 3,5% .......................................................... 21 2.2.3 Thực hiện............................................................................................................. 21 Công thức pha trộn để có sản phẩm sữa đặc 8% chất béo ..................................................... 22 Thành phần của dịch trộn sau khi chuẩn hóa ........................................................................ 22 2.2.4 Thiết bị chuẩn hóa .............................................................................................. 23 Hình 2.2.4.1: Thiết bị phối trộn ................................ ................................ ........................ 23 Trang 2
GIỚI THIỆU CHUNG Chương 1 1 .1 Chất béo trong sữa 1 .1.1 Hàm lượng chất béo trong sữa 1.1.1.1 K hái niệm Lipit là những hợp chất hữu cơ có tron g tế b ào sống, không hòa tan trong nư ớc nhưng tan trong nhiều dung môi h ữu cơ không phân cực. Lipit là những este phức tạp, gồm các loại: chất béo, sáp, steroit, photpholipit Phân loại lipid trong sữa Lipid đơn giản: chiếm 95%, công thức phân tử chỉ gồm C, H, O, là ester của acid béo no và không no - Acid oleic không bão hoà. - Acid palmitic bão hoà . - Acid stearic bão hoà. Lipid phức tạp: chiếm 0,3-0,5%, ngoài C,H,O trong phân tử còn có P,N,S.... 1.1.1.2 Thành phần chất béo trong sữa Ch ất b éo là một tron g nhữn g thành p hần quan trọng nh ất của sữa. Hàm lượn g ch ất béo của sữ a tha y đổi tron g một phạm vi khá rộn g. Có loại sữ a ít b éo, khoản g 3 g tron g 100 ml sữa, có loại sữa nhiều ch ất b éo khoản g 5 -6 g tron g 100 ml sữ a. Đối với sữa bò hàm lư ợng béo kho ản g 3 .9%. Thông thường, chất béo chiếm khoảng 2,5 đến 6,0% thành phần sữa, tùy thuộc vào giống b òvà chế độ dinh d ưỡng. Mỡ sữa tồn tại dưới dạng hạt nhỏ lơ lửng trong nước sữa. Ch ất béo trong một số loại sữa Brown Hà Lan Cừu Jersey Zebu Ayrshire Swiss Bò Dê thuần(HF) Chất béo(%) 3 ,5 5,5 4,9 4,1 4 ,0 3 ,80 4,24 5 ,30 Trang 3
Trong sữa, các h ạt m ỡ sữa là các h ạt lớn nhất nhưng lại nhẹ nhất nên có xu hướng nổi lên bề mặt sữa khi sữa ở trạng thái tĩnh. Lớp trên cùng của sữa được tạo nên chủ yếu bằng mỡ sữa, gọi là lớp kem. Kem chính là nguyên liệu để chế biến bơ. Tầng dưới cùng là sữa không kem, bao gồm protein và các chất khác Mỡ sữa là một tiêu chu ẩn quan trọng đ ể đ ánh giá sữa tươi. Do đó, cần ph ải khuấy sữa tươi nguyên liệu định kỳ để ngăn các hạt mỡ sữa kết dính lại với nhau. Mỡ sữa rất giàu n ăng lượng cho nhu cầu d inh dưỡng của con n gười, chính vì thế hầu hết các nh à máy ch ế b iến sữa sẵn sàng trả giá cao hơn cho sữa có h àm lượng mỡ sữa cao Trong thành ph ần chất b éo của sữ a có tới 20 lo ại acid b éo khác nhau, tron g đó 2/3 là acid béo no và còn lại là acid béo chưa no. Tron g số nh ữn g acid b éo trong sữa có khá nhiều acid béo dễ hò a tan trong nước (ví d ụ acid caproic). Ch ất béo của sữa cũng dễ xảy ra nhữn g quá trình ph ân hủy làm thay đ ổi th ành p hần và tính chất nh ư quá trình thủy phân, qu á trình o x y hóa,… làm giảm dần chất lượng của sữa và nh iều khi làm hỏn g sữa. Ngoài chất béo thuộc nhóm lipit của sữa còn có photphatit và một số chất khác nhưn g hàm lượn g khôn g nhiều, p hotphatit có khoản g 0.5 -0.7 g tron g một lít sữa, trong đó chủ yếu là lexitin. Hàm lượng (% so Ghi chú Thành phần với tổng khối lượng chất béo) Lypid đơngiản 98,5 -Glyceride: triglyceride 95-96 Diglyceride 2-3 Monoglycerride 0,1 -Cholesteride 0,03 Ester của acid béo và cholesterol Ester của acid béo và -Ceride 0,02 rượu cao phân tử Lipid phức tạp 1,0 Trang 4
Các h ợp chất tan trong chất 0,5 béo - Cholesterol 0,3 - Acid béo tự do 0,1 - Hydrocarbon 0,1 - Vitamin A,D,K,E vết - Rượu vết Bảng 1.1.1.2 Thành phần chất béo có trong sữa bò Hàm lượng các acia béo không bão hòa trong sữa được xác định bởi chỉ số iod của ch ất béo. Ch ỉ số khúc xạ của sữa thay đổi phụ thuộc vào thành phần định tính và định lượng các acid béo có trong sữa. Đối vớ sữa bò chỉ số khúc xạ dao động từ 40  60. Nếu sữa chứa nhiều acid béo nóng chảy thì lipid sữa sẻ có “cấu trúc cứng”, còn sữa chứa nhiều acid béo nóng chảy ở nhiệt độ thấp th ì lipid se có ” cấu trúc mềm” hơn. 1 .1.2 Cấu tạo và thành phần của các loại cầu béo 1.1.2.1 Công thức cấu tạo Công thức cấu tạo của lipit đơn giản CH2 O C R1 O CH O C R2 O CH2 O C R3 O Các axit béo no thường gặp CH3(-CH2 -)14COOH (C15H31 COOH) : axit panmitic CH3(-CH2 -)16COOH (C17H35 COOH) : axit stearic Các axit béo không no thường gặp Axit oleic(C17H33COOH) CH3(-CH2 -)7CH=CH(-CH2-)7COOH Trang 5
Axit linoleic(C17H31 COOH) CH3(-CH2 -)4CH=CH-CH2-CH=CH(-CH2 -)7COOH Cấu tạo các hạt cầu béo - Ch ất b éo của sữa dưới dạn g nhữn g h ạt h ình cầu rất nhỏ, đường kính dao động từ 0,1  20  - T rong 1ml s ữa có khoảng 10  15 tỉ hạt cầu béo. Do đó ta có thể xem sữa là m ột hệ nhũ tương dầu trong nước. - Các h ạt cầu béo được bao bọc bởi một màng lipo -protein tích điện âm. Các màng này có vai trò làm b ền hệ nhũ tương trong sữa - Kích th ước của nhữn g h ạt chất béo phụ thuộc vào n h iều yếu tố như: loài giốn g, tùy từn g con vật, th ời gian khác nhau tron g thời kỳ tiết sữa … Các h ạt chất béo kích th ước lớn thì dễ tách ra kh ỏi sữa hơn là nhữn g hạt ch ất b éo có kích th ước nhỏ. Khi để sữa yên lặng một thời gian, các hạt ch ất béo của sữa sẽ nổi lên trên mặt thành một lớp ván g mỏn g gọi là ván g sữa. 1 .1.2.2 Thành phần - Các hạt cầu béo có th ành phần chủ yếu là glyceride, phospholipid và protein - Các phospholipid giữ vai trò “cầu nối trung gian” để liên kết giữa glyceride và protein. Phân tử lipid có hai đầu: đầu ưa béo (không phân cực) sẻ tương tác với các phân tử glyceride ở tâm cầu ; đầu ưa nước( phân cực) sẻ kết hợp với m àng protein bao xung quanh hạt cầu béo Nếu không đồng hóa sữa tươi trong thời gian bảo quản các hạt cầu béo có xu hướng kết hợp lại với nhau thành chùm nhờ một protein kém bền nhiệt là euglobulin. Do tỷ trọng các hạt cầu béo nhỏ hơn nước nên chúng nổi lên bề mặt sữa dưới tác dụng của lực đẩy Archimede và tạo nên váng sữa. Khi đó trong sữa sẽ tồn tại hai pha lỏng tách b iệt: pha trên cùng với thành phần chủ yếu là lipit; pha dưới với các thành phần có tỉ trọng lớn là nước và một số chất hoà tan trong sữa. 1 .2 Giới thiệu về sữa Sữ a là chất lỏn g sinh lý do các tuyến sữa tổn g h ợp được từ các hợp ch ất có tron g máu,đ ược tiết ra từ tuyến vú của độ n g vật và là nguồn thứ c ăn để nuôi sốn g độn g vật non. Sữ a có đ ầy đủ dinh dư ỡng cần thiết cho sự phát triển của cơ thể. Những chất n ày có khả năn g đồn g h óa cao vì vậy từ lâu con người đã b iết sử dụn g sữa như một loại thực phẩm rất bổ dư ỡng cho cơ thể nhất là đối với trẻ sơ sinh. Trang 6
Trong sữa có một số th ành p hần nh ư: lipit, gluxi t, protein, ch ất khoán g, vitamin, n goài ra còn có ch ất màu và nhiều chất khác. Tron g các chất trên trừ nước và nhữn g ch ất b ay hơi khi chế biến thì n hữn g chất còn lại gọi là chất khô của sữa. Hàm lượn g ch ất khô của sữ a khoản g 10 -20% tùy theo lo ại sữ a, ch ất khô của sữa càng nhiều th ì giá trị thự c phẩm càn g cao, n ếu khôn g kể đến lipit th ì chất khô tron g sữa gọi là chất khô khôn g béo Thành ph ần hóa học của các loại sữa khôn g giống nhau, chún g luôn thay đổi và phụ thuộc vào nh iều yếu tố n hư thời kỳ tiết sữ a, th ành phần th ứ c ăn, phươn g pháp vắt sữ a, đ iều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, lo ài, giốn g và nhiều yếu tố khác Bảng ph ân tích thành phần h óa họ c của sữa từ các lo ại độn g vật khác nhau và được dùng làm thực ph ẩm. Tổng ch ất Béo Protein Casein Lactose khô(%) (%) (%) (%) (%) Bò 12.60 3.80 3.35 2.78 4.75 Dê 13.18 4.24 3.70 2.80 4.51 Cừu 17.00 5.30 6.30 4.60 4.60 Bả ng 1.2 Thà nh phầ n hóa học của một số loại sữa 1 .2.1 Những biển đổi thành phần của sữa 1.2.1.1 Thay đổi khi bảo quản Chất béo và protein sữa bị thay đ ổi hóa h ọc trong quá trình b ảo quản. Nhữn g thay đổi này có 2 dạng: sự ôi hóa và sự phân giải lipit. Sản phẩm tạo n ên có mùi khó ch ịu và thường xảy ra đối với b ơ sữ a và bơ. Sự ô i h óa chất béo: xảy ra tại các n ối đôi của các acid b éo khô n g no tạo nên mùi kim lo ại, tron g đó lecithin l à chất dễ tấn công nhất. Trang 7
Sự ô i hóa p rotein: do sự ô i hóa amino acid d ưới tác d ụng của ánh sáng, gây ra mùi khó ch ịu. Chỉ một vài phút đ ể dưới ánh sáng cũng đủ gây ra ph ản ứng này, do đó sữa khôn g nên để trực tiếp dưới ánh sáng. Sự p hân giải lipit: là sự phân cắt chất béo th àn h glycerol và acid b éo, tạo mùi vị chua, mùi này gây ra b ởi sự hiện diện của các acid béo tự do thấp phân tử. Sự phân cắt này tạo ra d ưới tác d ụng của enzim lipaza. Tuy nh iên quá trình này khôn g xảy ra cho đến khi lớp m àng của hạt béo bị phá hủy và ch ất b éo b ị lộ ra. Trong côn g n ghệ sữa sự ph á hủy màn g rất d ễ xảy ra d ưới tác dụn g cơ học nh ư: bơm, khuấy, đánh sữ a… Để tránh xảy ra q uá trình n ày sữ a n ên được thanh trùng ở nhiệt độ cao để phân hủy enzim lipaza. 1.2.1.2 Ảnh hưởng của xử lý nhiệt lên các thành phần hóa học Chất béo: chất béo khôn g bị ảnh hưởng ở nhiệt độ dưới 1000 C. Sự kết tụ các h ạt béo xảy ra ở nhiệt độ cao. Sự phân tách ch ất b éo bị giảm nếu sữ a b ị gia nhiệt cao h ơn 750 C. Protein: Casein khôn g thấy b ị thay đổi ở nhiệt độ dư ới 1000 C, nhưng rất dễ thấy sự biến đổi của casein micelle khi nh iệt độ của sữa trên 650C. Protein dịch sữa b ị biến tính ở nhiệt độ trên 650 C và h ầu nh ư bị biến tính hoàn toàn ở nhiệt độ 900 C trong 60 phút. Vài protein có th ể khôi phục một ph ần tính chất của nó trong thời gian lưu trữ vài n gày ho ặc vài tuần sau khi b ị xử lý nhiệt. Sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ 750 C và lưu nhiệt ở đó trong một phút ho ặc ít h ơn sữa bắt đầu có mùi n ấu, đó là do sự giải phón g hợp chất chứ a sulphur từ -lactoglobulin và các p rotein chứ a sunphur khác. Enzi m: các enzim bị vô h oạt b ởi nhiệt. Nhiệt độ vô hoạt phụ thuộc kiểu enzim. Vita min: vitamin C rất n hạy với nhiệt độ, đ ặc biệt là khi có mặt của khôn g khí và kim loại. Thanh trùn g nhiệt độ cao tron g thời gian n gắn tron g thiết bị trao đổi nhiệt dạng đĩa hầu như khôn g làm mất vitamin C. Vitamin khác chịu ảnh hưởng hoặc khôn g bị ảnh hư ởng dư ới sự xử lý nhiệt vừa phải. Trang 8
Lactose: ở nhiệt độ cao trên 1000 C lactose ph ản ứn g với protein gây ra m àu nâu của sữa(công nghệ sản xuất sữa đặc có đường và sữa chua) 1.2.2 Các phương pháp bảo quản sữa Sữ a sau khi vắt, lượn g vi sinh vật thay đ ổi kh á nhiều. Bản thân sữ a còn chứa nhiều hệ en zim xúc tác cho các phản ứn g sinh hóa làm giảm giá trị của sữa. Để h ạn chế sữa b ị giảm chất l ượng, n gười ta tiến hành bảo quản sữa bằn g nhiều phương pháp khác nhau ở điều kiện thích hợp như là: - Phương pháp vật lý : làm lạnh, đun nón g. - Phương pháp hóa học: dùn g một số hóa ch ất đ ể tiêu diệt ho ặc ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. - Phương pháp sinh học: chủ yếu nhờ quá trình lên men lactic để ức chế sự phát triển của vi sinh vật khác Trang 9
TÁCH BÉO VÀ CHUẨN HÓA SỮA Chương 2 2.1 Ly tâm tách béo 2 .1.1 Giới thiệu chung Ly tâm (centrifugation) là một quá trình phần riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau trong một hỗn hợp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực ly tâm. Mẫu đem vào ly tâm thường có dạng nhũ tương hoặc huyền phù. Trong quá trình ly tâm lắng và lọc, nguyên liệu chuyển động quay cùng với rôto của máy. Lực ly tâm sẽ làm cho các cấu tử có khối lư ợng riêng khác nhau phân lớp theo hư ớng của gia tốc trư ờng lực. Th ành phần có khối lư ợng riêng lớn nh ất sẽ tập trung ở vùng xa tâm nh ất, còn ph ần có khối lượng riêng nhỏ nhất tập trung ở tâm của rôto. Tùy theo cấu tạo bề m ặt rôto mà quá trình ly tâm tiến hành theo nguyên tắc lọc ly tâm hay lắng ly tâm. Do đó cũng có hai lo ại m áy ly tâm: máy ly tâm lắng và máy l y tâm lọc. Quá trình lắng trong m áy ly tâm khác quá trình lắng trong trường trọng lực. Lắng trong trường trọng lực, vận tốc lắng coi như bằng nhau ở các vị trí khác nhau vì gia tốc trọng trường không phụ thuộc vào tọa độ rơi - h ạt lắng theo phương song song với nhau. Trong trường lực ly tâm vận tốc lắng và gia tốc ly tâm thay đ ổi phụ thuộc vào vận tốc gốc ω và bán kính quay r (a= ω2r), h ạt lắng theo phư ơng đường kính rôto. Các máy dùng để phân chia các hệ không đồng nhất trong trường ly tâm đư ợc gọi là máy l y tâm. 2 .1.2 Vai trò của quá trình tách béo - Tách chất béo ra khỏi sữa để hiệu chỉnh hàm lượng lupid trong sản phẩm. - Tách các vi sinh vật(VSV), đặ biệt là các bào tử vi khuẩn chịu nhiệt ra khỏi sữa. Khi đó, quá trình ly tâm đóng vai trò thanh trùng sữa. - Tách các ch ất rắn ra khỏi sữa, như tách các tinh chế lactose thu được sau quá trình kết tinh trong công nghệ sản xuất lactose tinh thể. Cơ sở khoa học của quá trình ly tâm 2 .1.3 Nguồn gốc : quá trình ly tâm có nguồn gốc từ quá trình lắng Dựa vào sự khác nhau của hạt rắn trong huyền phù dưới tác dụng của trọng lực được xác định bằng định luật Stock: Trang 10
2 d (   ) g p l Vg = 18 Trong đó: V g - tốc độ lắng của hạt trong pha lỏng dưới tác dụng của trọng lực(m/s) - đường kính hạt rắn(m) d  - khối lượng riêng của hạt rắn (kg/m 3 ) p  - khối lượng riêng của pha lỏng (kg/m 3) l - độ nhớt của pha lỏng (kg/m.s)  - gia tốc trọng trư ờng ( g=9,81m/s 2 ) g Quá trình tách béo b ằng ra khỏi sữa tươi được thực hiện bằng phương pháp lắng, nên các chất béo trong sữa còn được gọi là váng sữa. Dưới tác dụng của lực ly tâm quá trình ly tâm sẻ nhanh hơn rất nhiều. Tốc độ chuyển động của hạt dưới tác dụng của ly tâm đư ợc xác định theo công thức: 2 d (  ) p l r 2 Vc = 18 Trong đó: V c - tốc độ lắng của hạt trong pha lỏng dưới tác dụng của trọng lực(m/s) r - bán kính quay (m) - tốc độ vòng (rad/s)  2 .n 2 Tốc độ vòng được tính như sau:  = Với n là số vòng quay trong = 60 30 một phút Tố c độ vòng Bán kính qu y r Gia tốc ly o tâm của hạt a= r.  2 Trang 11
Hình 2.1.3 : ả nh hưởng của bán kính quay đến gia tốc ly tâm Gia tốc ly tâm a (m/s 2 ) không phải là một hằng số. Giá trị này phụ thuộc vào bán kính quay r: a = r.  2 So sánh tốc độ lắng dưới tác dụng của lực trọng lực và lực ly tâm Xét ví d ụ:  Giọt cầu béo trong sữa có d = 3 m . Nếu khối lượng riêng của chất béo = p  980 kg/m 3, khối lượng riêng của pha lỏng =1028 kg/m 3, độ nhớt của pha lỏng  l =1,42 10 3 kg/m.s Theo định luật Stok tốc độ chuyển động của giọt cầu béo trong sữa: 2 d (  ) (3 × 10 -3 ) × (980 - 1028) × 9,81 p l Vg = g= 18 × 1,42 × 10 -3 18 = - 1 ,66 × 10 9 m/s = -0,166 m /s Như vậy các giọt béo trong sữa chuyển đọng theo phương thẳng đứng, theo hướng nổi lên bề mặt sữa với tốc độ rất chậm là 0,166 m /s. Khi ta thay đổi vào lực ly tâm với bán kính quay là r = 0,2 m, số vòng quay là n = 5400 vòng/phút. Tốc độ độ chuyển động của các hạt cầu béo dưới tác dụng của lực ly tâm là: 2n 2  3,14  5.400 = 565,2 rad/s   60 60 2 d (  ) (3  10 6 ) 2  (980  1028) p l  0,2  (562,2) 2 r 2 = Vc = 18  1,42  10 3 18 = - 1,08  10 3 m /s = -1080 m /s Như vậy d ưới tác dụng của lực ly tâm, tốc độ chuyển động của các giọt béo trong sữa se nhanh hơn 1080/0,166  6.506 lần so với lắng dưới tác dụng của trọng lực. 2 .1.4 Thiết bị ly tâm Có nhiều loại thiết bị ly tâm để phân riêng nhũ tương Máy phân ly siêu tốc lo ại dĩa có nh iều loại: lo ại hở, loại kín, loại nửa kín, loại tháo bã bằng tay và b ằng ly tâm . Ðây là nhóm có nhiều máy nhất trong các lo ại máy ly tâm siêu tốc Máy l y tâm lắng làm trong hu yền phù. Máy l y tâm siêu tốc loại ống. Trang 12
Trong công ngh ệ chế biến sữa, quá trình ly tâm tách béo th ường sử dụng chủ yếu là thiết bị ly tâm dạng dĩa. Thiết bị này có nhiều ưu điểm h ơn so với các thiết bị ly tâm khác. 2.1.4.1 Thiết bị ly tâm dạng đĩa 2 .1.4 .1.a Cấu tạo Thiết bị gồm có thân máy, bên trong là thùng quay, được nối với một motor truyền động b ên ngoài thông qua trục dẫn. Các đĩa quay có đư ờng kính dao động từ 20 ÷102 cm và đư ợc xếp chồng lên nhau. Các lỗ trên đĩa ly tâm sẽ tạo n ên nh ững kênh dẫn theo phương thẳng đứng. Khoảng cách giữa hai đĩa ly tâm liên tiếp là 0.5 ÷ 1.3 mm 5 1 4 1 6 7 4 3 2 Trang 13
1 - Thân thiết bị 5 - Cửa vào cho nguyên liệu 6 - Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng thấp 2- Thùng quay 3 - Trục dẫn 7 - Cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng cao 4 - Dĩa quay 1 2 Dĩa ly tâm 1- 3 Cửa ra cho cream 2- Lỗ 3- Cữa vào cho nguyên liệu 4- 4 1 1- Cream 2 Sữa gầy 2- Dĩa ly tâm 3- 3 : Nguyên lý hoạt động của thiết bị ly tâm dạng đĩa Hình 2.1.4.1.a a) Thiết bị ly tâm tách chất béo ra khỏi đĩa b) Dĩa ly tâm c) Sơ đồ chuyển động của dòng cream và sữa gầy Trang 14
2.1.4.1.b Nguyên tắc hoạt động Sữa được gia nhiệt đến 55  650 C trước khi đưa vào thiết bị ly tâm tách béo Sữa ngu ên liệu đư ợc nạp vào máy ly tâm theo cửa vào (5), tiếp theo sữa sẻ theo hệ thống kênh d ẫn (6) để chảy vào khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa sẻ được phân thành hai phần: - Phần crem có khối lư ợng lương th ấp sẻ chuyển động hướng về phía trục của thùng quay - Phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẻ chuyển động về phía th ành thùng quay Sau cùng cả hai dòng cream và sữa gầy sẻ theo những kênh riêng để thoát ra ngoài. Hàm lượng chất béo trung bình trong sữa gầy là 0,05% Thiết bị làm việc theo phương pháp liên tục 2.1.4.1.c Ưu điểm, nhược điểm - Ưu điểm: - Mức độ phân ly cao. - Th ế tích thùng lớn. - Nhược điểm: - Cấu tạo phức tap. - Gia công khó khi cần chế tạo bằng vật liệu chống ăn mòn. Một số các thiết bị ly tâm khác sử dụng để phân riêng h ệ nhũ tương như là: máy ly tâm lắng, máy ly tâm siêu tốc loại ống. 2.1.4.2 Máy ly tâm lắng Trang 15
2 .1.4.2.a Cấu tạo Rôto của m áy ly tâm lắng có dạng h ình trụ, kín, thành của rôto không có đục lỗ - H ình 2 .1.4.2.a : Nguyên lý làm việc của máy ly tâm lắng Trang 16
H ình 2 .1.4.2.a Q uá trình lắng ly tâm: Lắ ng trong huy ền phù và phân riêng nhũ tương 2.1.4.2.b Nguyên tắc hoạt động Khi rôto quay dưới tác dụng của lực ly tâm, huyền phù hay nhũ tương được phân thành các lớp riêng biệt tù y theo kh ối lượng riêng của nó. Lớp khối lượng riêng lớn ở sát thành rôto, lớp có khối lượng riêng nhỏ ở phía trong. Ly tâm lắng gồm hai quá trình: quá trình lắng pha rắn tiến hành theo những quy luật của thủ y động lực học; quá trình nén bã tiến hành theo những qui luật cơ học. 2 .1.4.3 Máy ly tâm siêu tốc loạ i ống 2.1.4.3.a Cấu tạo Ðây là loại m áy có roto nhỏ và dài để phân riêng các huyền phù và nhũ tương. Ðường kính của roto vào kho ảng 200 mm, tỉ lệ giữa chiều dài roto với đường kính của nó khoảng 5-7. Ly tâm siêu tốc d ạn g ống làm việc với số vòng quay của rôto từ 8000 đ ến 45000 vòng/phút Nhũ tương đưa vào rôto dưới áp suất 0,25-0,3 at qua d ĩa phân phối và đi ra khoảng không gian giữa roto và các tấm ch ắn (được gắn dọc theo chiều dài của roto, gồm b a tấm cách nhau 120o ) Khi phân ly nhũ tương cho pha nặng và pha nh ẹ không trộn lẫn nhau thì dùng tấm tách sao cho bán kính lớp phân chia phải nằm trong vành khăn của tấm tách Trang 17
Các bộ phận của máy ly tâm siêu tốc loại ống 1. Động cơ 2. Đĩnh dẫn động 3. Phớt chắn 4. Cửa tháo chất lỏng 5. Cánh quạt 6. Tay hãm 7. Cửa tháo chất lỏng 8. Giá đỡ 9. Vỏ máy 10. Con lăm ép H ình 2.1.4.3.a Máy ly tâm siêu tốc loại ống 2.1.4.3.b Nguyên tắc hoạt động Khi m áy ho ạt động, hu yền phù qua vòi phun của ống nạp liệu vào phần d ưới củ a rôto và khi quay cùng rôto huyền phù sẽ chảy theo tư ờng củ a nó theo hướng dọc trục. Theo mức độ chuyển động dọc theo rôto, hu yền phù bị phân lớp tương xứng với tỷ trọ ng của các phần trong thành ph ần chất lỏng. Khi đó tiểu p hần rắn trong trạng thái lơ lửng b ị tách ra khỏ i ch ất lỏng, và b ị lắng trên tường rôto, còn chất lỏng qua lỗ trên ở đầu rôto được đư a vào n găn rót, và sau đó vào thùng chứ a. Nhờ không xảy ra b iến đổi đáng kể h ướng chu yển động củ a chất lỏng và những dòng xoáy rối, nên loại trừ được kh ả năng tái xâm nh ập của các tiểu ph ần vào hu yền phù. Khi kết thúc sự phân chia, m áy được dừng lại nh ờ bộ h ãm 6, tháo rôto cùng cặn, thiết lập sự an toàn và lặp lại chu kỳ ho ạt động 2.1.4.4 Ứng dụng của thiết bị trong công nghệ thực phẩm Máy ly tâm siêu tố c loại dĩa - Dùng đ ể phân li hu yền phù có hàm lượng pha rắn nhỏ - Phân ly nhũ tương khó phân ly. - Máy ly tâm siêu tốc loại d ĩa dùng để tách bơ trong sữa. - Tinh luyện dầu thực vật và lắng trong các chất béo. Máy l y tâm siêu tốc loại ống - Đây là loại m áy có roto nhỏ và dài để phân riêng các huyền phù và nhũ tương. - Để làm trong các huyền p hù có chứ a một lượng không đ án g kể các tạp chất rắn có độ phân tán cao. - Để tách các tạp chất rắn có độ phân tán cao và các nhũ tư ơng thường sử dụng Trang 18
m áy l y tâm siêu tố c - Khi làm trong hu yền phù có ch ứa pha rắn có độ phân tán cao hơn 1% th ì các m áy l y tâm siêu tốc được ho ạt động theo chu kỳ và tháo cặn bằng phương pháp thủ công. Khi tách nhũ tương thì các máy l y tâm siêu tố c h oạt động liên tục. Các m áy ly tâm đ ược ứng dụng rộng rãi để tách: - Các tiểu phần ổn định trong dung d ịch các chất ho ạt hoá sinh học. - Các dung dịch rượu kh ỏi ch ế ph ẩm h oạt hoá làm lắng etanol, axetol và các dung môi hữu cơ khác. - Tách sinh khối khỏi dung d ịch canh trường, để tách phứ c ho ạt hoá sinh họ c (khi kết tủa bằng muối) từ các dung dịch , cũng như để ph ân chia các hỗn hợp ch ất lỏng hay các huyền phù. Trong các thiết b ị công nghiệp việc phân chia bằng phương pháp ly tâm được ứng dụng đ ể tách các tiểu phần có kích th ước từ 25 mm đến 0,5 µm Trong công nghiệp vi sinh m áy l y tâm đứn g có kích thước nhỏ đ ược sử dụng rộ ng rãi do độ kín và tính an toàn cao. Lo ại n ày rất thu ận lợi cho nhiều quá trình tách và làm sạch một lượn g vừa phải các chất hoạt hoá sinh học. 2 .1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly tâm Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phân riêng và thời gian ly tâm Đường kính hạt phân tán : đường kính hạt phân tán càng lớn thì khả năng ly tâm càng nhanh Sự ch ênh lệch khối lượng riêng giữa pha liên tục và pha phân tán càng lớn thì vận tốc ly tâm càng nhanh, rú t ngắn thời gian ly tâm. Độ nhớt của pha liên tục càng nhỏ thì quá trình ly tâm càng nhanh . Bán kính quay và tốc độ vòng quay của thiết bị ly tâm càng lớn th ì tốc độ chuyển động của các hạt phân tán càng cao, như vậy sẻ rút ngắn được thời gian ly tâm hoặc nâng cao mức độ phân riêng của các cấu tử có khối lư ợng riêng khác nhau. Đối với một hệ nhũ tương ho ặc huyền phù xác định bán kính quay r và tốc độ vòng  quay của thiết bị ly tâm se ảnh hư ởng quyết định đến hiệu quả quá trình phân riêng. Nhiệt độ và độ nhớt hỗn hợp tỷ lệ nghịch với tốc độ chuyển động của các hạt phân tán, n ếu nhiệt độ hỗn hợp tăng và độ nhoặt giảm th ì hiệu quả của quá trình ly tâm sẻ cao hơn. Trong quá trình ly tâm nâng nhiệt độ của khối nguyên liệu lên đ ến 55 - 60 0 C Trang 19
2.2 Chuẩn hóa sữa 2 .2.1 Mục đích của quá trình chuẩn hóa sữa Hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa. Được thực hiện trên dây chuyền tự động bao gồm máy ly tâm, bộ phận phối trộn, các dụng cụ đo (lưu lượng kế, tỷ trọng kế …) bơm và thùng chứa. Sữa bột nguyên cream có hàm lư ợng chất béo 26 -33%, sữa bột gầy có hàm lượng ch ất béo 1%. 2 .2.2 Phương pháp tính tỷ lệ phối trộn - Phương pháp 1 Gọi M 1 (kg) là khối lượng cream với h àm lượng chất béo A%, M 2 (kg) là khối lượng riêng sữa với h àm lượng chất béo B%. Để thu được M (kg) sữa với hàm lượng ch ất béo C% (A>C>B), ta có: M (C  B) M1 = (1) A B M (A  C) M2= (2) AB M = M1 + M 2 (3) - Phương pháp 2 Theo quy tắc đường chéo C-B A(M 1) A-B C(M) A -C B(M 2 ) A-B Lấy (C – B ) trọng lượng hoặc thể tích dung dịch M1 trộn với (A-C) trọng lượng hoặc thể tích dung dịch M2 ta sẻ có hỗn hợp dung dịch M1 + M2 -Phương pháp 3 Phương pháp toán học M1 C  B  M2 AC Trang 20