Đồng hóa trong công nghiệp thực phẩm là gì?

Đồng hóa trong công nghiệp thực phẩm là một quá trình kỹ thuật được sử dụng để làm cho sản phẩm thực phẩm có cấu trúc đồng nhất và ổn định hơn.

Quá trình này bao gồm việc cơ cấu lại các thành phần cơ bản của sản phẩm thực phẩm, chẳng hạn như hạt, phân tán dầu và nước, để tạo ra một sản phẩm có chất lượng và kết cấu tốt. Đồng hóa thường được thực hiện trong ngành công nghiệp thực phẩm để đạt được các mục tiêu sau:

Giảm kích thước hạt: Quá trình đồng hóa làm cho các hạt trong sản phẩm thực phẩm trở nên nhỏ hơn. Điều này giúp ngăn chặn sự phân tách của các thành phần và tạo ra một sản phẩm mịn màng hơn. Ví dụ, trong sữa, đồng hóa giúp làm nhỏ kích thước của các hạt mỡ, tạo ra sữa có cấu trúc đồng nhất.
Loại bỏ bọt khí: Đồng hóa cũng giúp loại bỏ bọt khí trong sản phẩm thực phẩm. Bọt khí có thể làm cho sản phẩm trở nên không đều hoặc có vị trí lớp bọt khí, và quá trình đồng hóa giúp làm mịn bề mặt của sản phẩm.
Tạo độ ổn định: Đồng hóa cải thiện độ ổn định của sản phẩm thực phẩm bằng cách ngăn chặn phân tách và kết cặn. Điều này đặc biệt quan trọng trong sản phẩm như kem, nơi cần đảm bảo rằng mỡ và nước không phân tách.
Cải thiện hấp thụ dinh dưỡng: Đồng hóa có thể làm cho các thành phần dinh dưỡng trong sản phẩm thực phẩm dễ dàng hấp thụ hơn trong cơ thể người tiêu dùng.
Tăng độ tiệt trùng: Quá trình đồng hóa có thể tiêu diệt vi khuẩn và vi sinh vật có hại, giúp tăng độ tiệt trùng của sản phẩm thực phẩm.
Cải thiện hương vị và vị trí sản phẩm: Đồng hóa có thể cải thiện hương vị và vị trí của sản phẩm thực phẩm, làm cho nó ngon hơn và hấp dẫn hơn đối với người tiêu dùng.

Đồng hóa trong công nghiệp thực phẩm là quá trình được thực hiện chủ yếu trên hệ nhũ tương hoặc huyền phù, làm giảm kích thước các loại hạt thuộc pha phân tán và phân bố đều chúng trong pha liên tục để hạn chế sự pha tách dưới tác động của trọng lực. Trong đó:

Hệ nhũ tương là hệ gồm hai chất lỏng không đồng nhất và không hòa tan được nhưng trộn lẫn với nhau. Khi đó một chất lỏng ở dạng hạt (hay còn gọi là pha không liên tục, pha phân tán, pha nội) tồn tại trong lòng một chất lỏng còn lại (hay còn gọi là pha liên tục, pha không phân tán hoặc pha ngoại). Một hệ nhũ tương cơ bản gồm 2 thành phần: nước và dầu, trong đó “nước” là chỉ chất lỏng phân cực và “dầu” là chất lỏng không phân cực:

+ Dầu trong nước: dầu ở dạng phân tán và nước ở dạng liên tục.

+ Nước trong dầu: nước ở dạng phân tán và dầu ở dạng liên tục.

Trong thực phẩm, nước và dầu không tồn tại ở dạng tinh khiết mà còn có lẫn nhiều chất, hợp chất tan và không tan khác. Ngoài ra còn có các hệ nhũ tương phức tạp khác

Hệ huyền phù (dạng lơ lửng) là một hệ gồm pha phân tán là các hạt rắn lơ lửng trong môi trường phân tán lỏng (hỗn hợp dị thể); các hạt rắn không tan hoặc khó tan vào môi trường phân tán. Nếu để yên hệ huyền phù thì các hạt rắn có kích thước không nhỏ lắm sẽ lắng xuống tạo thành lớp cặn (hay còn gọi là sa lắng) do tỉ trọng khác nhau giữa chất lỏng và chất rắn trong dung dịch. Hiện tượng sa lắng này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm.

Do đó cần phải thực hiện quá trình đồng hóa đối với 1 số loại sản phẩm nhằm phân bố đều các phân tử rắn lơ lửng trong dung dịch để tạo ra một khối đồng nhất.

Chúng ta có thể áp dụng cách đồng hóa tương tự nhau cho hai hệ huyền phù và nhũ tương.

Ngoài 2 hệ này thì chúng ta còn hay gặp các hệ khác như hệ bọt, các dạng hỗn hợp nhão, đặc quánh: trong các hệ này thì pha rắn có hàm lượng khá cao phân bố vào pha lỏng.

Các phương pháp đồng hóa trong ngành công nghiệp thực phẩm:

Có một số phương pháp khác nhau để đồng hóa sản phẩm thực phẩm trong công nghệ thực phẩm. Dưới đây là một số phương pháp đồng hóa phổ biến:

Đồng hóa áp lực cao (High-Pressure Homogenization): Đây là phương pháp phổ biến nhất & sử dụng áp lực cao để làm nhỏ kích thước hạt trong sản phẩm thực phẩm. Sản phẩm được đẩy qua một bộ lọc hoặc màng & sau đó thông qua một khu vực có áp lực cao. Quá trình này làm giảm kích thước hạt và làm mịn sản phẩm.
Đồng hóa cơ học (Mechanical Homogenization): Phương pháp này sử dụng thiết bị cơ học để tạo ra một áp lực & cơ cấu lại cấu trúc sản phẩm. Một ví dụ phổ biến của đồng hóa cơ học là sử dụng máy trộn hoặc máy xay để tạo ra sản phẩm mịn màng.
Đồng hóa nhiệt (Thermal Homogenization): Phương pháp này sử dụng nhiệt độ cao để kết hợp với áp lực để đồng hóa sản phẩm. Sản phẩm thực phẩm được đẩy qua một khu vực có nhiệt độ & áp lực cao, làm cho các hạt trở nên mịn màng.
Đồng hóa siêu âm (Ultrasonic Homogenization): Sử dụng sóng siêu âm để tạo áp lực & cơ cấu lại cấu trúc sản phẩm. Sóng siêu âm tạo ra các sóng âm trong sản phẩm, làm mịn hạt & loại bỏ bọt khí.
Đồng hóa lọc (Microfluidization): Phương pháp này sử dụng các bộ lọc và cánh quạt đặc biệt để cơ cấu lại sản phẩm thực phẩm và làm nhỏ kích thước hạt.Máy này thường sử dụng trong quá trình đồng hóa sữa & kem.
Đồng hóa điện (Electrostatic Homogenization): Sử dụng điện để tạo ra các lực electrostatic để cơ cấu lại cấu trúc sản phẩm thực phẩm. Phương pháp này ít phổ biến hơn các phương pháp khác.

Ví dụ: Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình đồng hóa được sử dụng rộng rãi là phương pháp đồng hóa bằng áp lực cao. Các hạt của pha phân tán sẽ bị phá vỡ và giảm kích thước khi ta bơm hệ nhũ tương qua một khe hẹp với tốc độ cao. Kích thước của khe hẹp có thể dao động trong khoảng 15 – 300µm và hệ nhũ tương được đẩy đến khe hẹp với tốc độ dòng 50 – 200m/s. Do tốc độ qua khe hẹp cao sẽ tạo ứng suất kéo lớn, hạt bị biến dạng và vỡ ra.

Mục tiêu chung của tất cả các phương pháp đồng hóa là làm cho sản phẩm thực phẩm có kết cấu đồng nhất và ổn định hơn, giúp cải thiện chất lượng và giữ cho sản phẩm bền trong quá trình sản xuất & lưu trữ. Phương pháp đồng hóa cụ thể được lựa chọn dựa trên loại sản phẩm thực phẩm và yêu cầu cụ thể của quy trình sản xuất.

Các loại máy dùng để thực hiện quá trình đồng hóa trong công nghiệp thực phẩm:

Máy đồng hóa áp lực cao (High-Pressure Homogenizer): Đây là thiết bị chuyên dụng cho việc đồng hóa sữa, kem & các sản phẩm thực phẩm khác. Máy này tạo ra áp lực cao để làm nhỏ kích thước hạt & làm mịn sản phẩm.
Máy xay thực phẩm (Food Grinder): Máy xay thực phẩm sử dụng cánh quạt để cơ cấu lại cấu trúc sản phẩm & làm nhỏ hạt thực phẩm. Đây là một phương pháp đồng hóa cơ học.
Máy trộn thực phẩm (Food Mixer): Máy trộn thực phẩm sử dụng cánh trộn để kết hợp các thành phần & tạo ra sản phẩm thực phẩm đồng nhất. Máy trộn thường được sử dụng cho việc đồng hóa trong sản xuất thực phẩm như bột mỳ, kem & nhiều sản phẩm khác.
Máy đồng hóa siêu âm (Ultrasonic Homogenizer): Máy này sử dụng sóng siêu âm để tạo áp lực & làm nhỏ kích thước hạt trong sản phẩm thực phẩm. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ & nhạy cảm với nhiệt độ.
Máy đồng hóa lọc (Microfluidizer): Máy này sử dụng các bộ lọc & cánh quạt đặt biệt để đồng hóa sản phẩm thực phẩm bằng cách tạo áp lực và sự cơ cấu lại cấu trúc của sản phẩm.
Máy đồng hóa điện (Electrostatic Homogenizer): Máy này sử dụng điện để tạo ra lực để cơ cấu lại cấu trúc sản phẩm thực phẩm.
Máy đồng hóa nhiệt (Thermal Homogenizer): Máy này kết hợp nhiệt độ cao với áp lực để đồng hóa sản phẩm. Nó thường được sử dụng trong sản xuất sữa chua & sản phẩm sữa khác.
Máy xay đá (Stone Mill): Máy xay đá truyền thống đã được sử dụng trong quá trình đồng hóa thực phẩm như làm sữa hạt & bột ngũ cốc. Nó sử dụng đá để nghiền & cơ cấu lại sản phẩm.
Máy đồng hóa tĩnh (Static Homogenizer): Máy đồng hóa tĩnh sử dụng cánh quạt tĩnh để tạo áp lực & đồng hóa sản phẩm. Đây thường là một phương pháp đồng hóa ít phổ biến hơn trong ngành thực phẩm.

Cấu tạo cơ bản của Máy đồng hóa áp lực cao

Cấu tạo:

Máy đồng hóa sữa áp lực cao có thiết kế cấu tạo gồm 3 piston dặt ngang & các bộ phận chính như:

Phần dẫn động: gồm motor chuyển động qua dây đai hình chữ V, puli & hộp giảm tốc.
Phần vỏ bọc: làm bằng gang đúc hoặc hợp kim, các bánh răng được bôi trơn bằng dầu.
Thiết bị đồng hóa được cài đặt ở mức áp suất đồng hóa sữa.
Bảng điều khiển: van an toàn, van solenoid được cài đặt qua bảng.
Khối bơm áp suất cao: gồm các khối thép không gỉ, bên trong đặt các piston.
Các van lắp dẫn làm từ thép, có gioăng làm kín để van đổi 2 chiều giúp làm tăng gấp 2 lần tuổi thọ.

Thiết kế cấu tạo và nguyên lý hoạt động hoàn toàn tự động mang lại hiệu năng tuyệt vời, được ứng dụng trong quy trình chế biến sữa chua, sữa tươi và nhiều loại thực phẩm khác.

Nguyên lý hoạt động

Máy đồng hóa sữa hoạt động trên nguyên tắc hoàn toàn tự động. Nguyên liệu được trộng đều trong bồn chứa và bắt đầu phân tách các phân tử có trong nguyên liệu tạo thành sữa. Việc phân nhỏ các phân tử này dựa trên nguyên lý dùng áp lực cao đẩy chúng qua các khe hở rất nhỏ.

Chênh lệch áp suất đầu vào và đầu ra lớn nên tạo điều kiện thay đổi áp suất một các đột ngột cộng với tốc độ tăng nhanh làm cho sản phẩm bị đánh tơi nhỏ ra nhanh chóng.

Một dạng sữa đồng nhất hình thành sau khi quá trình này kết thúc và có thể đem ra đóng bao bì thành phẩm.

Quá trình này còn được gọi là quá trình hợp n

hất phân tử, làm tơi và mịn phân tử trong một hàm lượng sản phẩm làm chúng nhỏ bé và hòa quyện vào nhau. Điều này giúp làm tăng độ mịn của sữa, tránh hiện tượng phân lớp, lắng cặn sau khi đã đóng chai.

Cấu tạo cơ bản của một Thiết bị đồng hóa sữa, vị trí piston trong thiết bị.

Vai trò của Piston trong cầu tạo Máy đồng hóa

Piston là một phần quan trọng trong máy đồng hóa và có vai trò quan trọng trong việc tạo ra sản phẩm thực phẩm có chất lượng và kết cấu tốt. Nó tạo ra áp lực cần thiết để đồng hóa sản phẩm và được điều khiển để đảm bảo quá trình diễn ra đúng cách. Dưới đây là một số cách piston ảnh hưởng đến máy đồng hóa:

Tạo áp lực: Piston tạo ra áp lực cần thiết để đẩy sản phẩm qua các bộ lọc hoặc màng trong máy đồng hóa. Áp lực này làm cho sản phẩm bị nén và cơ cấu lại cấu trúc của nó, làm mịn và làm nhỏ kích thước hạt.
Điều khiển quá trình đồng hóa: Piston được điều khiển để tạo áp lực và xác định tốc độ đồng hóa. Điều này cho phép điều chỉnh quá trình đồng hóa để đảm bảo sản phẩm đáp ứng các yêu cầu cụ thể về kết cấu và chất lượng.
Thiết kế cấu trúc: Cấu trúc của piston và xi lanh trong máy đồng hóa được thiết kế để chịu được áp lực cao và nhiệt độ. Điều này đặc b iệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu áp lực và nhiệt độ cao, như trong việc đồng hóa sữa.
Piston cần được bảo trì và kiểm tra định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả. Nếu piston bị hỏng hoặc mòn, nó cần phải được sửa chữa hoặc thay thế để duy trì chất lượng đồng hóa.
Điều khiển quá trình tiệt trùng: Trong một số ứng dụng, piston cũng có thể được sử dụng để áp lực & nhiệt độ cao để tiệt trùng sản phẩm thực phẩm, đặc biệt là sữa và sản phẩm sữa.