Quá trình thanh trùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ
  

CHUYÊN ĐỀ THIẾT BỊ BẢO QUẢN

Tên chuyên đề:
TRÌNH BÀY VỀ QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG? BẢN CHẤT
CỦA QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG LÀ GÌ? NGUYÊN LÍ
CHUNG,
CẤU TẠO BỘ PHẬN LÀM VIỆC VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ
THANH TRÙNG MÀ BẠN BIẾT?

Giáo viên hướng dẫn : T.S. Đinh Vương Hùng
Sinh viên thực hiện : Trần Phúc
Lớp : CT 39A
HUẾ, 1/2008
2
Đặt vấn đề:
Trong những năm gần đây,thực hiện chính sách đổi mới của Đảng,
ngành nông nghiệp nước ta đã có những bước tiến quan trọng về nhiều mặt.
Ngành nông nghiệp đã có sự tăng trưởng khá nhanh về cả số lượng cũng
như chất lượng nông sản, trong đó có nhiều mặt hàng nông sản không
những đáp ứng được nhu cầu trong nước mà còn có khả năng xuất khẩu
như:gạo,cà phê,cao su, hạt tiêu,…
Cùng với sự phát triển của sản xuất nông nghiệp,việc bảo quản và
chế biến nông sản cần phải được quan tâm đặc biệt nhằm hạn chế quá trình
hao hụt về chất lượng sản phẩm trong bảo quản,nâng cao chất lượng sản
phẩm,tạo ra những sản phẩm mới có giá trị sử dụng cao trong chế biến sao
cho phù hợp điều kiện kinh tế của nước ta.
Trong thực tế,việc bảo quản và chế biến nông sản ở nước ta đang
gặp rất nhiều khó khăn như:cơ sở vật chất còn hạn chế,chậm đổi mới công
nghệ, trang thiết bị còn lạc hậu thiếu đồng bộ, đặc biệt là còn thiếu những
trang thiết bị có hiệu quả cao trong các quy trình công nghệ tiên tiến,…
Chính những hạn chế trên đã gây ra những thiệt hại một khối lượng sản
phẩm đáng kể và là nguyên nhân làm giảm chất lượng và tăng giá thành sản
phẩm.
Để có thể đảm bảo chất lượng cho sản phẩm nông sản trong quá
trình chế biến và bảo quản ,hạn chế đến mức thấp nhất sự hao hụt về giá trị
dinh dưỡng,người ta sử dụng các quy trình công nghệ cơ bản trong chế biến
nông sản như làm sạch,phân loại, ép,làm lạnh,…trong các quá trình chế
biến bảo quản nông sản thì thanh trùng là một quá trình quan trọng,có tác
dụng quyết định tới khả năng bảo quản và chất lượng sản phẩm.
1. Nội dung chuyên đề:
2.1 Thanh trùng:
2.1.1Mục đích,yêu cầu kĩ thuật,phân loại:
a)Mục đích:
Thanh trùng là quá trình tiêu diệt các loại vi khuẩn có hại trong sản
phẩm.
Trong dây chuyền công nghệ chế biến thực phẩm (CBTP), thanh
trùng là khâu quan trọng có tác dụng quyết định tới khả năng bảo quản và
chất lượng sản. Thanh trùng được áp dụng phổ biến trong các ngành công
nghiệp sản xuất đồ hộp rau quả, thịt cá ,sữa và công nghiệp sản xuất rượu
bia, nước giải khát …Việc thanh trùng được thực hiện trước hoặc sau khi
chế biến,có thể trực tiếp hoặc gián tiếp.
Hiện nay,có rất nhiều phương pháp thanh trùng: thanh trùng bằng phương
pháp nâng cao nhiệt độ, thanh trùng bằng thuốc sát trùng,bằng siêu âm,
bằng các tia ion hoá…trong đó phương pháp thanh trùng bằng cách nâng
cao nhiệt độ là có nhiều ưu điểm và được sủ dụng phổ biến hơn cả. Vì vậy,
dưới đâychỉ giới thiệu thiết thanh trùng bằng nhiệt.
3
b)Yêu cầu kĩ thuật:
Các máy thanh trùng bằng tác dụng của nhiệt độ phải đáp ứng các yêu
cầu kĩ thuật sau:
- Phải tiêu diệt được các loại vi khuẩn có hại trong sản phẩm, đảm bảo
lượng vi khuẩn còn sống sót thấp đến mức không thể phát triển để làm
hỏng sản phẩm trong thời hạn.
- Không được làm giảm giá trị sản phẩm bao gồm cả về giá trị dinh
dưỡng và giá trị cảm quan.
- Các bộ phận làm việc của máy khi tiếp xúc với sản phẩm không gây
hại cho sản phẩm và ngược lại không bị sản phẩm ăn mòn.
c)Phân loại:
- Theo cấu tạo: Thiết bị thanh trùng loại băng tải, loại trục quay, loại
thuỷ lực.
- Theo áp suất tạo ra trong thiết bị: thiết bị thanh trùng ở áp suất khí
quyển còn gọi là thiết bị thanh trùng hở nắp và thiết bị thanh trùng làm
việc ở áp suất cao hay thết bị thanh trùng có nắp.
- Theo cách làm việc: thiết thanh trùng làm việc liên tục, thiết thanh
trùng làm việc gián đoạn.
2.2 Các phương pháp thanh trùng:
Các thiết bị thanh trùng đều làm việc theo nguyên lí nâng cao nhiệt độ
để có thể tiêu diệt dược vi trùng .Căn cứ vào nhiệt độ thanh trùng sản phẩm
mà người ta có phương pháp:
a) Phương pháp Pastureisation: nguồn nhiệt được cung cấp là hơi
nước có nhiệt độ từ 75-100
0
C.Phương pháp này có thể tiêu diệt hầu hết các
vi sinh vật,nhưng các loại vi khuẩn chịu nhiệt( spore) thì vẫncòn sống sót.
b) Phương pháp Sterilisation: nguồn nhiệt được cung cấp bằng hơi
nước nóng ở nhiệt độ 110-130
0
C.Phương pháp này có thể tiêu diệt hầu hết
các vi sinh vật và phần lớn các spore chịu nhiệt.Như vậy mưc độ tiệt trùng
của phương pháp này cao hơn, độ an toàn vi sinh vật cao hơn.
c) Phương pháp Ultra High Temperature( phương pháp nhiệt độ siêu
cao kí hiệu UHT): nguồn nhiệt là hơi nước có nhiệt độ 140-160
0
C trong
thời gian ngắn,khoảng vài giây hoặc vài chục giây.
2.3 Nguyên lí làm việc và nguyên lí cấu tạo:
Về cấu tạo thiết bị thanh trùng gồm có hai bộ phận chình : bộ phận
gia nhiệt và bộ phận thanh trùng.
2.3.1 Bộ phận tạo nhiệt: Bộ phận tạo nhiệt có nhiệm vụ tạo ra nhiệt
độ cần thiết để tiêu diệt được các loại vi khuẩn khác nhau có trong sản
phẩm.Có hai loại thiết bị tạo nhiệt được dùng nhiều trong các máy thanh
trùng:
- Thiết bị tạo nhiệt bằng hơi nước nóng gồm có lò tạo hơi ,hệ thống
đường ống dẫn.Hệ thống này được nối với bộ phận thanh trùng nhờ van
áp suất ,có đồng hồ kiểm tra áp suất.Nhiệt độ thanh trùng phụ thuộc chủ
yếu vào áp suất hơi nước nóng do thiết bị tạo ra.Khi áp suất cao thì nhiệt
4
độ thanh trùng cao và ngược lại .Bằng cách thay đổi áp suất ta có thể
điều chỉnh nhiệt độ thanh trùng phù hợp với từng loại sản phẩm.
- Thiết bị tạo nhiệt bằng dòng điện cao tần gồm có bảng điều khiển
1, bộ chỉnh lưu 2 để biến dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều có
áp suất cao,máy tạo dao động thứ cấp 3 để biên dòng một chiều có điện
áp cao thành dòng xoay chiều có tần số cao.
Khi đặt sản phẩm trong điện trường của điện cực 5, các phần tử tích
điện trong sản phẩm (ion hay điện tử ) sẽ dao động do tác dụng của điện
năng ,chuyển điện năng được hấp thụ thành nhiệt năng để làm chết vi
khuẩn .Khả năng hấp thụ điện năng tuỳ thuộc vào loại sản phẩm ,kích
thước bao bì đựng sản phẩm , điện áp và tần số dòng điện .Tần số dòng
điện càng lớn, hay bước sóng càng ngắn thì quá trình thanh trùng càng
nhanh và ngược lại.
2.3.2 Bộ phận thanh trùng:
Bộ phận thanh trùng có nhiệm vụ chuyển nhiệt từ thiết bị tạo nhiệt
sang cho sản phẩm (h.2.1)Khi thanh trùng trực tiếp cho sản phẩm như
sữa,nước rau quả, bộ phận thanh trùng có thể là những bản kim loại
mỏng ,một mặt tiếp với hơi nước nóng ,một mặt tiếp xúc với sản cần thanh
trùng (h.2.1.a) hoặc có thể là các điện cực mà khoảng không gian giửa
chúng là điện trường của dòng điện cao tần(h.2.1.b).Khi thanh trùng gián
tiếp sản phẩm dạng đồ hộp,bộ phận thanh trùng có thể là nồi hơi trong đó
nước nóng được dẫn từ lò tạo hơi vào (h.2.1.c)hoặc có thể là buồng chứa
hơi trong đó trong đó hơi nước nóng được bốc hơi trực tiếp từ các cột nước
nóng(h.2.1.d)


Hình2.1 Thiết bị thanh trùng
a)Dạng bản mỏng
b)Dạng điện cực
c)Dạng nồi hơi
d)Dạng buồng hơi
5
2.4Cấu tạo và cách sử dụng một số thiết bị thanh trùng
a) Thiết bị thanh trùng bản mỏng Alfa - Laval
Thiết bị thanh trùng bản mỏng Alfa - Laval là loại thiết bị làm việc liên
tục ở áp suất hơi nước cao hơn áp suất khí quyển (hình 2.2). Đây là loại
thiết bị thanh trùng trực tiếp dùng để thanh trùng nước quả hoặc sữa trước
khi rót vào hộp.
Cấu tạo thiết bị (hình 2.2a) gồm có 4 ngăn: ngăn nâng nhiệt độ sơ bộ 3,
ngăn thanh trùng 5, ngăn duy trì 4 và ngăn làm nguội 2. Mỗi ngăn gồm
nhiều bản mỏng được xiết chặt lại nhờ đai ốc 11, các đòn ngang 1 và hai
khung ép ở hai đầu.
Các bản mỏng (hình 2.2b) thường làm bằng thép lá không rỉ dày 1mm có
thể lượn sóng hoặc phẳng. Mỗi bản mỏng đều có vách định hướng, có gờ cao
su và hai lỗ thủng. Khi xếp và ép các bản mỏng lại các lỗ tạo ra hai rãnh thông
kín và giữa các bản mỏng là các khoang kín, sao cho khoang chứa nước quả
xen kẽ với các khoang chứa chất tải nhiệt hoặc nước làm nguội.
Các khoang chứa nước quả thông với nhau bằng một rãnh thông, còn các
khoang mang chất tải nhiệt hay nước làm nguội được thông với nhau bằng
rãnh thông còn lại. Do nước quả chảy trong khoang kín bằng một lớp mỏng,
lại được truyền nhiệt từ hai mặt nên thời gian thanh trùng rất nhanh.
Trên sơ đồ làm việc của máy (hình 2.2c) có 3 dòng chất lỏng lưu thông:
dòng nước quả, dòng chất tải nhiệt (hơi nước nóng) và dòng nước làm
nguội (nước lạnh hay nước muối).
Nước quả mới vào buồng 1 được nâng sơ bộ nhiệt độ từ t
1
đến t
2
. Sau
đó, nước quả được đưa vào buồng thanh trùng 2 để tiếp tục nâng từ nhiệt
độ t
2
đến nhiệt độ thanh trùng t
3
và duy trì ở nhiệt độ này trong khoảng thời
gian thích hợp tùy theo từng loại nước quả. Nước quả tiếp tục đi vào buồng
3 để làm nguội sơ bộ bằng cách truyền nhiệt cho nước quả mới vào thiết bị.
Nước quả sẽ được làm nguội hẳn ở buồng làm lạnh 4. Như vậy ở ngăn 1 và
4 có hai dòng nước nóng và lạnh lưu thông và ta đã lợi dụng được nhiệt tỏa
ra khi làm nguội nước quả sau khi thanh trùng để làm nóng nước quả trước
khi đưa vào ngăn thanh trùng.
Đặc tính kỹ thuật của thiết bị thanh trùng Alfa - Laval.
Năng suất : 2000l/h (từ 15
o
C lên 92
o
C)
Dung tích ngăn duy trì : 56l
Thời gian duy trì : 100s
Kích thước máy : dài 1980mm; rộng 1610mm; cao 1555mm
6
Hình 2.2 Thiết bị thanh trùng bản mỏng Alfa-Laval
a) thiết bị thanh trùng; b) bản mỏng lượn sóng; c) sơ đồ làm việc
1- đòn ngang; 2- ngăn làm nguội; 3- ngăn nâng nhiệt
độ sơ bộ; 4- ngăn duy trì; 5- ngăn thanh trùng; 6-
khung ép; 7- chân máy; 8- khung của ngăn duy trì; 9-
tấm ngăn; 10- bản mỏng; 11- đai ốc.
b) Thiết bị thanh trùng kiểu trống OPD - 1M
Thiết bị thanh trùng kiểu trống OPD -1M là loại thiết bị thanh trùng trực
tiếp, làm việc liên tục trong điều kiện áp suất hơi nước lớn hơn áp suất khí
quyển (hình 23). Loại thiết bị này được sử dụng chủ yếu để thanh trùng sữa
trước khi đóng hộp hoặc để bảo quản tạm thời trong thời gian chờ chế biến.
Cấu tạo máy gồm một trống lõm 4 dạng paraboloit có chuyển động
quay, bên ngoài là áo bao trống 5. Giữa trống và áo trống có khe hở nhỏ
được nối thông với bình chứa sữa. Hơi nước nóng từ lò tạo hơi theo ống 24
được dẫn vào trong trống và bên ngoài áo bao trống.
Sữa được đổ vào bình chứa sữa và chảy vào khe hởi giữa trống và áo
bao trống 25. Khi trống quay sữa bị dồn ép, theo khe hở dâng lên phía trên.
Do tiếp xúc với hai bề mặt đốt nóng, sữa nhận nhiệt và nóng lên. Càng đi
lên trên, thời gian tiếp xúc với bề mặt đốt nóng càng lâu nên nhiệt độ sữa
tăng dần
Khi tới mép trên của áo bao trống thì nhiệt độ sữa đạt tới 85 ÷ 95
o
C, có
các cánh gạt 10 đẩy sữa thoát ra theo ống 23. Theo dõi nhiệt độ sữa bằng
nhiệt kế 16, nếu chưa đạt nhiệt độ cần thiết thì vặn khóa ba ngả ở đầu ống
thoát sữa 23 để sữa chảy theo ống quay trở lại phễu cấp sữa 17 và đưa vào
7
trong máy.
Để điều chỉnh nhiệt độ sữa ở cửa ra, người ta điều chỉnh áp suất hơi
nước đưa vào trong trống và bên ngoài áo bao trống bằng cách vặn van 19.
áp suất hơi được kiểm tra nhờ áp kế 22 và có van an toàn 18 để đảm bảo
cho áp suất hơi không vượt quá 0,3at. Nước đọng ở trong trống và bên
ngoài áo bao trống theo hai đường chảy tập trung vào bộ phận xả nước
đọng 12. Năng suất máy 1000l/h khi làm nóng sữa từ 5 ÷ 85
o
C, mức tiêu
thụ hơi nước riêng là 320lít/h.
Hình23. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy thanh trùng kiểu trống
1- đế máy; 2- động cơ điện; 3- trục đứng; 4- trống dồn ép sữa;
5- áo bao trống; 6- vỏ máy; 7- áo hơi nước; 8- buồng hơi nước;
9- ống dẫn nước đọng trong trống; 10- cánh gạt sữa; 11- các
vành đai ngăn nước đọng; 12- bộ phân xả nước đọng; 13- buồng
phao; 14- phao; 15- ống dẫn sữa; 16- nhiệt kế; 17- thùng đựng
sữa; 18- van an toàn; 19- van hơi nước; 20- nắp máy; 21- ống
dẫn nước đọng; 22- áp kế; 23- ống thoát sữa; 24- ống dẫn hơi
nước; 25- khe sữa chảy.
c) Thiết bị thanh trùng Laguilharre
Thiết bị thanh trùng Laguilharre (Pháp) là loại thiết bị thanh trùng liên
tục dùng để thanh trùng trực tiếp sản sảm lỏng trong điều kiện chân không
(hình 6.4).
Sữa được bơm 6 đẩy vào hệ thống đun nóng dạng ống 1 và được đun
nóng đến nhiệt độ khoảng 75
0
C. Tiếp theo sữa được đưa vào hệ thống tiệt
trùng ở áp suất thường 2 nhờ hệ thống ống dẫn 9 và bộ phận phun sữa 10. ở
8
đây sữa được thanh trùng bằng hơi quá nhiệt có nhiệt độ 140
0
C. Sau đó,
sữa tiếp tục được đưa vào hệ thống tiệt trùng chân không 3 nhờ hệ thống
ống dẫn 12 và bộ phận phun sữa 13. Hơi nước ở trong hệ thống tiệt trùng
chân không 3 được bơm chân không 8 hút đưa qua hệ thống đun nóng 1 để
gia nhiệt cho sữa ban đầu nhằm tiết kiệm nhiệt.
ở trong thiết bị tiệt trùng chân không 3, sữa được làm nguội trung gian
đến nhiệt độ 75
0
C, sau đó được bơm ly tâm 7 được đưa vào các giàn làm
lạnh 4 rồi đến 5. Sau khi ra khỏi hệ thống sữa có nhiệt độ từ 5-8
0
C. Năng
suất thiết bị này có thể đạt tới 10000 lít sữa/h.
Hình 6.4. Thiết bị tiệt trùng Laguilharre
1- hệ thống ống đun nóng; 2- hệ thống tiệt trùng ở áp suất
thường; 3- hệ thống tiệt trùng chân không; 4,5- hệ thống làm
lạnh; 6, 7- bơm sữa; 8- bơm chân không; 9,12- hệ thống ống
dẫn sữa; 10,13- bộ phận phun sữa; 11- ống dẫn hơi.
d) Thiết bị thanh trùng Carvallô
Thiết bị thanh trùng Carvallô được sử dụng để thanh trùng đồ hộp rau
quả, thịt cá, sữa, Đây là loại thiết bị làm việc liên tục ở áp suất cao hơn áp
suất khí quyển.
Về cấu tạo thiết bị có hai nhánh cột nước I và III cao 10 ÷ 20m chứa đầy
nước nóng, ngăn II chứa đầy hơi nước nóng, ngăn IV chứa nước lạnh, dây
chuyền xích có nhiệm vụ đưa hộp vào và ra khỏi thiết bị thanh trùng (hình
6.5). ở điều kiện bình thường, áp suất tuyệt đối của khí quyển 1kg/cm
2
(1at),
nhiệt độ sôi của nước là 100
o
C, khi áp suất tuyệt đối 2kg/cm
2
, nhiệt độ sôi
của nước là 120
o
C, khi áp suất tuyệt đối 3kg/cm
2
, nhiệt độ sôi của nước là
133
o
C. Khi độ cao cột nước ở hai nhánh I và III là 10m thì áp suất trong
ngăn II là 2at, nhiệt độ là 120
o
C.
9
Khi tăng độ cao cột nước sẽ làm giảm
thể tích và tăng áp suất trong ngăn 2,
nhờ đó sẽ làm tăng nhiệt độ. Vì vậy,
để điều chỉnh nhiệt độ thanh trùng
người ta điều chỉnh độ cao mức nước
ở hai nhánh I và III.
Băng tải xích vận chuyển đồ hộp
vào nhánh I, ở đây sản phẩm được
làm nóng dần và vào ngăn II để thanh
trùng, qua nhánh 3 được làm nguội
dần và đến ngăn IV sẽ làm nguội hẳn
và được đưa ra ngoài.
Việc điều chỉnh thời gian thanh
trùng được thực hiện bằng cách thay
đổi tốc độ của băng chuyền.
Nhiệt độ thanh trùng của thiết bị là
115 ÷126
o
C, năng suất 200 ÷ 300
hộp/ph.
H×nh2.5. ThiÕt bÞ thanh trïng
Carvallo
2.5Lý thuyết tính toán quá trình thanh trùng
a) Cơ sở lý thuyết của quá trình thanh trùng
Để tạo ra những thực phẩm an toàn về mặt vi sinh vật bằng nhiệt cần
nghiên cứu hai vấn đề:
- Bản chất và quá trình động học của quá trình tiêu diệt vi sinh vật bởi
nhiệt
- Bản chất và quá trình động học của quá trình làm nóng và làm mát
thực phẩm trong container kín.
Sự tiêu diệt vi sinh vật bởi xử lý nhiệt phụ thuộc vào 4 yếu tố:
- Dạng và số lượng vi sinh vật có mặt.
- Trạng thái sinh lý của vi sinh vật ( ở dạng thực vật hay spore,… )
- Đặc tính vật lý, hoá học của thực phẩm và vật liệu chứa đựng thực
phẩm.
-Thời gian xử lý nhiệt độ gây chết.
Điều đó có nghĩa là số lượng vi sinh vật càng lớn, tính chịu nhiệt của
chúng càng cao (loại vi sinh vật và trạng thái ) thì phải xử lý nhiệt nghiêm
khắc hơn. Các tác nhân lý hoá của thực phẩm đặc biệt là pH có ảnh hưởng
lớn đến việc tiêu diệt vi sinh vật bởi xử lý nhiệt. Những thực phẩm có pH ≤
4,5 việc tiêu diệt vi sinh vật bởi xử lý nhiệt dễ dàng hơn so với những thực
phẩm có pH > 5,5
Để tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật, việc xử lý nhiệt cần trải qua một
thời gian nhất định ở nhiệt độ gây chết. Mối tương quan giữa giữa só lượng
vi sinh vật sống sót và thời gian xử lý là tương tự nhau cho tất cả các vi
10
sinh vật. Về mặt toán học thì logarit của số vi sinh vật sống sót là hàm
tuyến tính ( nghịch ) với thời gian xử lý ở nhiệt độ gây chết vi sinh vật. Còn
độ dốc của đường thẳng này thay đổi tuỳ theo các loại vi sinh vật khác
nhau và sản phẩm khác nhau (hình 2.6).
Trong quá trình thanh trùng, nhiệt cần phải được thấm vào bên trong các
container chứa thực phẩm và sau đó được mất đi trong quá trình làm mát.
Điều đó phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Phương tiện cung cấp nhiệt.
- Sự hạ nhiệt độ sau thời gian cần thiết.
- Kích tước và hình dáng của container.
- Đặc tính vật lý của thực phẩm ( sự đối lưu và sự dẫn nhiệt )
- Sự khuấy động của thực phẩm trong container.
Trong thực tế, khi thanh trùng, không phải toàn bộ các spore đều bị tiêu
diệt. Sự vô trùng trong thương mại thường là:
- 1/10
1/2
can có thể bị hư hỏng bởi các vi sinh vật gây độc thực phẩm
vào cuối thời thời hạn sử dụng.
- 1/10
5
-10
6
can có thể bị thối hỏng bởi các vi sinh vật (gây thối hỏng sản
phẩm) vào cuối thời hạn sử dụng.
Hình 2.6. Lôgarit của số lượng
vi sinh vật còn sống sót trong
quá trình thanh trùng
Sự phối hơp giữa thời gian và nhiệt độ suốt trong quá trình thanh trùng
được biểu thị bằng giá trị F
0
. Ví dụ, một thực phẩm nào đó có F
0
(= F
121
10
)
=6 phút có nghĩa là để thanh trùng bằng nhiệt, thực phẩm đó cần được xử
lý trong thời gian 6 phút ở nhiệt độ 121
0
C. Giá trị F
0
thay đổi tuỳ theo loại
thực phẩm khác nhau (bảng 2.1).
11
Bảng 2.1. Giá trị F
0
của một số loại thực phẩm
Sản phẩm F
0
(phút) ở 121
0
C
Gà được gỡ xương
Thịt bò muối
Giăm bông
Xúp
Cá ướp muối
6 - 8
5
5
10 - 12
5 - 8
Tại một nhiệt độ nhất định, khi thời gian thanh trùng tăng lên thì số
lượng vi sinh vật sống sót giảm đi (so với số lượng ban đầu). Mối quan hệ
đó được biểu thị bằng giá trị D. Ví dụ, đối với một thực phẩm có D
121
10
=
1,2 phút, có nghĩa là sau 1,2 phút thanh trùng ở nhiệt độ 121
0
C, số lượng
spore được giảm đến 0,1 số lượng ban đầu, sau 2x1,2phút = 2,4 phút thanh
trùng ở nhiệt độ 121
o
C số lượng spore giảm đến 0,1x 0,1 = 0,01 số lượng
ban đầu (số lượng spore còn sống sót chỉ bằng 1/100 số lượng ban đầu).
Mối quan hệ giữa F và D được tính theo công thức sau :
F = D(logM
đ
- logM
c
)
M
đ
- Số lượng vi sinh vật ban đầu
M
c
- Số lượng vi sinh vật sau khi thanh trùng
Ví dụ: Một loại thực phẩm được thanh trùng ở nhiệt ở 121
0
C. Số lượng
spore ban đầu là 10
5
spore/1 can 1.000g. Số lượng spore sau khi thanh
trùng chỉ bằng 1 spore/10
6
can hay 10
-6
spore/ 1 can và D
121
10
= 1,2 phút.
Ta có : F
0
= 1,2[log10
5
- log10
-6
]
= 1,2[5-(-6)] = 1,2 x 11 = 13,2 phút
Nếu số lượng spore ban đầu là 10
4
spore/ 1 can 1.000g
Ta có : F
0
= 1,2[log10
4
- log10
-6
]
= 1,2 x [4-(-6)] = 1,2 x 10 = 12 phút.
Để tìm được giá trị D cho mỗi loại sản phẩm người ta dựa vào mối
tương quan giữa số vi sinh vật còn sống và thời gian xử lý (hình 6.7).
Hình 2.7. Mối tương quan giữa số tế
bào còn sống sau một khoảng thời gian
thanh trùng ở tại nhiệt độ nhất định và
sự lựa chọn giá trị D cho mỗi loại
sản phẩm.
12
Giá trị F được giảm đi mỗi khi nhiệt độ xử lý tăng lên trong một khoảng
nhất định. Khoảng nhiệt độ tăng thêm làm cho F giảm đi 10 lần được biểu
thị bằng giá trị Z. Chẳng hạn một sản phẩm nào đó để đảm bảo an toàn cần
phải thanh trùng ở nhiệt độ 121
0
C trong thời gian 13,2 phút, khi nhiệt độ xử
lý tăng thêm 10
0
C ( xử lý ở 131
0
C ) thì thời gian xử lý chỉ còn 0,1 x 13,2 =
1,32 phút. Khi nhiệt độ xử lý ở 141
0
C thì thời gian xử lý chỉ còn 0,01 x
13,2 = 0,132 phút ≈ 8 giây. ở đây ta có Z = 10
0
C. Giá trị D và Z thay đổi
tuỳ thuộc vào những sản phẩm, chủ yếu là loại vi sinh vật và độ pH của
môi trường mà vi sinh vật đó sinh sống.
Dựa vào giá trị Z và D người ta có thể lụa chọn phương pháp thanh
trùng thích hợp.
Thông thường, giá trị D và Z được chọn cho mỗi loại sản phẩm tuỳ
thuộc vào 2 yếu tố sau:
- Độ axit của sản phẩm, khi sản phẩm có độ pH thấp, nhiệt độ thanh
trùng và giá trị D thấp hơn so với những sản phẩm có độ pH cao.
- Sự thâm nhập của nhiệt độ vào trong giữa sản phẩm (qua thành vật
chứa như can, bao gói…). Nhiệt thâm nhập càng nhanh thời gian thanh
trùng càng ngắn. Điều đó phụ thuộc vào vật liệu vật chứa (kim loại dẫn
nhiệt nhanh hơn thuỷ tinh …), phụ thuộc vào thể tích (lớn, nhỏ), phụ thuộc
vào hình dáng (vật chứa có hình dẹp tức là chiều dày bé, sự thấm nhiệt
nhanh hơn) và phụ thuộc vào trạng thái (động hay tĩnh) của sản phẩm
(những sản phẩm được đảo trộn sự thấm nhiệt nhanh hơn sản phẩm ở trạng
thái tĩnh),…
b) Thời gian và nhiệt độ thanh trùng
Để đảm bảo tiêu diệt hết vi khuẩn nhưng không làm giảm chất lượng
sản phẩm, cần phải xác định trị số giới hạn của nhiệt độ và thời gian
thanh trùng.
Theo kết quả nghiên cứu lý thuyết thanh trùng sữa của G.A. Kúc thì
mối quan hệ giữa thời gian thanh trùng và nhiệt độ thanh trùng như sau:
lnτ = a - b(T
s
- 273) (2.1)
τ - thời gian thanh trùng , h
T
s
- nhiệt độ thanh trùng,
o
K
a, b - các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại sản phẩm. Đối
với sữa a = 36,84, b = 0,46.
τ - thời gian thanh trùng , h
T
s
- nhiệt độ thanh trùng,
o
K
a, b - các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại sản phẩm. Đối
với sữa a = 36,84, b = 0,46.
Thời gian thanh trùng và nhiệt độ thanh trùng phải nằm trong giới hạn
cho phép, nghĩa là:
τ
min
<τ <τ
max
T
smin
< T < T
smax
13
Thời gian và nhiệt độ thanh trùng cực tiểu τ
min
và t
smax
đảm bảo tiêu
diệt hoàn toàn vi khuẩn và chúng có mối liên hệ với nhau theo công
thức:
lnτ
min
=33,54-0,44(T
smax
- 273 ) (2.2)
Thời gian và nhiệt độ thanh trùng cực đại τ
max
và T
smax
đảm bảo
không làm biến đổi tính chất lý hoá của sữa và chúng có mối liên hệ với
nhau theo công thức:
lnτ
max
=40,76 – 0,53(T
smax
- 273) (2.3)
2.6 Lý thuyết tính toán một số thiết bị thanh trùng
2.6.1. Thiết bị thanh trùng sản phẩm không đóng gói
a) Tính toán nhiệt học
Đối với thiết bị thanh trùng trực tiếp dạng bản mỏng hay dạng trống
parabol dùng để thanh trùng sữa, nước quả thì chế độ nhiệt của quá trình
đốt nóng, diện tích bề mặt đốt nóng, năng suất máy được tính toán theo
phương trình vi phân của quá trình truyền nhiệt.
Q
s
C
s
dt
s
=k(t
h
– t
s
)dF (2.4)
Q
s

- lưu lượng sữa chảy trong máy, kg/h
C
s
- nhiệt dung riêng của sữa, kcal/kg.
o
C
k - hệ số truyền nhiệt, kcal/m
2
.

h.
o
C
t
h
- nhiệt độ của hơi nước,
o
C;
t
s
- nhiệt độ sữa ở thời điểm đang xét,
o
C;
dF - diện tích bề mặt đốt nóng ở thời điểm đang xét, m
2
Mối quan hệ giữa chế độ nhiệt của máy và diện tích bề mặt đốt nóng
được thể hiện trên đồ thị (hình 2.8).
Hình 2.8. Đồ thị sự phụ thuộc nhiệt độ sữa vào diện tích bề mặt đốt nóng
Phương trình vi phân (2.1) có thể viết dưới dạng:
dF
CQ
k
tt
dt
sssh
s
=
−
(2.5)
Tích phân 2 vế phương trình (2.5) trong giới hạn nhiệt độ sữa ban đầu
t
sđ
và cuối t
sc
ứng với diện tích bề mặt đốt nóng từ 0 ÷ F, ta có
14

Xem chi tiết: Quá trình thanh trùng