Trong Bài trước, chúng ta đã tìm hiểu về Lý thuyết quá trình Kết tinh và nấu đường, phần 2 này, chúng ta tiếp tục tìm hiểu về các giai đoạn tiếp theo trong quá trình. Các bạn hãy cùng theo dõi nhé!
3. Quá trình nấu đường gián đoạn
Cô đặc đầu
Là quá trình cô đặc dung dịch đến nồng độ cần thiết để chuẩn bị cho sự tạo thành tinh thể. Tuỳ theo phương pháp gây mầm mà ta khống chế dung dịch ở các nồng độ khác nhau. Trong giai đoạn này ta cô đặc ở độ chân không thấp (khoảng 600 – 620mmHg) để giảm nhiệt độ sôi dung dịch (với áp suất này nhiệt độ sôi của dung dịch khoảng 60 – 65°C) , và giảm sự phân huỷ đường.
Mật chè cần phải được phủ kín tại bề mặt truyền nhiệt (của nồi nấu) để tránh hiện tượng cháy đường.
Sự tạo mầm tinh thể
Đây là thời điểm quan trọng của quá trình nấu đường, tuỳ theo phương pháp tạo mầm mà ta khống chế thời điểm tạo mầm khác nhau. Thông thường ở thiết bị nấu không có dụng cụ xác định trực tiếp độ quá bão hoà và cũng không có số liệu về độ hoà tan của đường không tinh khiết. Vì vậy việc xác định độ quá bão hoà thông qua việc xác định các thông số: nồng độ nguyên liệu gốc (được xác định bằng chiết quang kế), độ dẫn điện, nhiệt độ… hoặc dựa vào kinh nghiệm công nhân vận hành. Sự tạo mầm có thể chia làm 3 phương pháp:
a. Tạo mầm tự nhiên:
Nấu dung dịch đường đến hệ số quá bão hoà α = 1,4 trở lên, lúc này các tinh thể đường tự xuất hiện.
Phương pháp này ít phổ biến vì: từ khi bắc đầu xuất hiện tinh thể cho đến khi đạt yêu cầu về số lượng tinh thể phải trải qua một thời gian nấu tương đối dài (thời gian này phụ thuộc vào độ tinh khiết và độ nhớt của nguyên liệu gốc). Khi dung dịch tự xuất hiện tinh thể thì độ quá bão hoà của dung dịch tương đối cao, và sau khi xuất hiện thì tinh thể lớn lên không ngừng, vì vậy so với các mầm tinh thể xuất hiện ở giai đoạn cuối cùng thì có sự chênh lệch kích thước. Ngoài ra, vì nhiệt độ cao làm cho nguyên liệu gốc tăng màu sắc, dễ xảy ra hiện tượng dính tinh thể…
b. Phương pháp kích thích
Nấu mật đến nồng độ quá bão hoà α = 1,2 – 1,3 sau đó thay đổi độ chân không đột ngột, hoặc cho một lượng mầm (bột đường) rất ít để kích thích sự xuất hiện tinh thể mới.
c. Phương pháp tinh chủng
Không chế nồng độ nguyên liệu gốc sao cho độ quá bão hoà α = 1,05 – 1,15, sau đó cho một lượng mầm thích hợp vào. Ở độ quá bão hoà này không hoà tan mầm tinh thể và cũng không kích thích sự xuất hiện thêm mầm tinh thể mới, cho nên lượng đường mầm cho vào sẽ hấp thu lượng đường dư từ dung dịch và lớn lên.
Nuôi tinh thể
Khi dịch đường non có đủ số lượng tinh thể theo yêu cầu, nhanh chóng dùng nước nấu để làm giảm độ bão hào xuống đến α = 1,1 (nhằm không cho dịch đường non xuất hiện tinh thể mới). Nguyên tắc chung là nước nấu cho vào phải có nhiệt độ trong nồi nấu từ 3 – 5°C (để giữ nhiệt độ sôi trong nồi, tăng khả năng truyền nhiệt và trộn đều với đường non trong nồi).
Trong giai đoạn nuôi tinh thể cần chú ý các vấn đề sau:
- Do tinh thể của dịch đường non vẫn còn nhỏ nên, diện tích kết tinh nhỏ, độ tinh khiết của mẫu dịch cao nên dễ sinh ra các tinh thể giả. Vì vậy ta cần chú ý khống chế nồng độ sao cho phù hợp với sự lớn lên của tinh thể.
- Các tinh thể nhỏ nhưng số lượng tinh thể nhiều nên dễ xãy ra hiện tượng dính tinh thể. Vì vậy phải khống chế tốt độ chân không, áp lực buồn đốt sao cho quá trình đối lưu tốt, đồng thời cũng phòng ngừa sự xuất hiện tinh thể giả.
Cô đặc cuối
Khi tinh thể đạt đến kích thước quy định, ngừng nạp liệu, cô đến nồng độ ra đường (tránh cô đặc nhanh vì có thể tạo thành tinh thể dại).
4. Trợ tinh và sự tạo thành mật cuối
Trợ tinh
Đường non lấy ra từ nồi nấu chứa một thành phần đường nhất định. Do đường non nấu giai đoạn cuối ở thể tích lớn, nồng độ mẫu dịch cao, độ nhớt lớn cho nên sự đối lưu trong nồi không tốt. Và nếu muốn hoàn thành quá trình kết tinh trong nồi nấu thì phải trải qua một thời gian dài mà hiệu quả lại không cao, mà còn tiêu tốn nhiều hơi đốt.
Vì vậy sau khi nấu đến một thể tích nào đó với nồng độ và thuần độ yêu cầu thì ta đưa đường non đến thiết bị trợ tinh để tiếp tực thực hiện quá trình kết tinh.
Trong thiết bị trợ tinh, ta khống chế nhiệt độ và nồng độ thích hợp làm cho tinh thể tiếp tục hấp thụ thành phần đường dư của mẫu dịch, giảm bớt thành phần đường trong mẫu dịch, làm tăng hiệu suất thu hồi.
Nguyên lý trợ tinh
Căn cứ vào độ tinh khiết của mẫu dịch, ta khống chế nồng độ và nhiệt độ đễ đưa mẫu dịch đến độ bão hòa thích hợp, đồng thời duy trì một khoảng thời gian đủ để thành phần đường trong nước cốt hấp thụ lên bề mặt tinh thể đường.
Khi nhiệt độ hạ thấp thì độ hòa tan của đường giảm làm cho độ quá bão hòa tăng, quá trình kết tinh tiếp tục, các tinh thể lớn lên.
Sự tạo thành mật cuối
Thành phần mật cuối phụ thuộc vào nguyên liệu, điều kiện công nghệ của nhà máy, thời vụ sản xuất…
| Thành phần | Tỷ lệ (%) |
| Các chất đường | |
| Saccharose | 30 – 40 |
| Glucose | 4 – 9 |
| Fructose | 5 – 12 |
| Các chất carbohydrate khác: Chất keo, tinh bột, pentosan, các đồng phân của hexitol, myoinositol, d – manitol, acid aronic | 2 – 5 |
| Tro (% so với trọng lượng tro) | |
| K2O | 30 – 50 |
| CaO | 7 – 15 |
| MgO | 2 – 14 |
| Na2O | 0.3 – 9 |
| Fe2O3 | 0.4 – 2.7 |
| Gốc acid | |
| Cl | 12 – 20 |
| SO3 | 7 – 27 |
| P2O5 | 0.5 – 2.5 |
| SiO2 | 1 – 7 |
| Hợp chất chứa nito | |
| Protein | 3 – 6 |
| Acid amin | 0.3 – 0.5 |
| Các Hợp chất không protein | 1.5 – 3.0 |
| Hợp chất không chứa nito | |
| Axitaconitic, xitric, malic, oxalic, glucolic, sucxinic,… | 0.5 – 1.5 |
| Xơ, sterin, phosphatit | 0.1 – 1.0 |
| Vitamin | Lượng nhỏ |
Trước đây người ta cho rằng sự tạo thành mật cuối là do đường ngừng kết tinh. Vì khi độ tinh khiết giảm, độ nhớt tăng lên, cản trở các phân tử đường di động và kết tinh trên bề mặt tinh thể.
Nhưng thực tế chứng minh độ nhớt không làm ngừng hẳn quá trình kết tinh mà chỉ làm cho quá trình kết tinh bị chậm lại.
Giải thích bằng thuyết hóa lý
Người ta đã cố gắng giải thích sự tạo thành mật cuối bằng cách nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chất hóa học và các chất không đường trong mật cuối đến độ hòa tan của mật tức là ảnh hưởng của chúng đến hệ số bão hòa.
Những chất không đường làm tăng độ hòa tan gọi là chất tạo mật cuối dương (muối natri, muối kali), những chất không đường làm giảm độ hòa tan gọi là chất tạo mật cuối âm (muối canxi).
Tuy nhiên các chất không đường làm tăng độ hòa tan của đường nhưng không làm ngừng quá trình kết tinh. Ngoài ra, khi có mặt các chất tạo mật cuối âm nhiều vẫn có mặt cuối.
Giải thích bằng luận thuyết hóa học
Người ta cho rằng chất tạo mật cuối là chất vô cơ của nguyên liệu (do tạo thành sacarat)
Mật khác người ta nhận thấy mật cuối nào có thành phần tro chứa nhiều canxi thì độ tinh khiết bao giờ cũng thấp. Và Dedek kết luận rằng canxi không mang theo đường mà chỉ có một phân tử kali, natri mang theo một phân tử đường.
Tuy nhiên, cách giải thích này cũng bị phá sản do thực tế chứng minh rằng sự tổn thất đường trong mật cuối vào cuối vụ sản xuất bao giờ cũng lớn hơn mặc dầu lượng kali và natri không thay đổi.
Giải thích bằng thuyết cơ lý hóa học
Phân tích ưu khuyết điểm của các học thuyết trên, Silin đề ra học thuyết tổng hợp tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng đường trong mật cuối và cho thấy:
- Độ nhớt gây khó khăn cho quá trình ly tâm;
- Ảnh hưởng của chất không đường đến độ hòa tan của đường (tức là ảnh hưởng của chúng đến hệ số bão hòa). Trong trường hợp α’ ≤ 1 tức là không có chất tạo mật cuối, hoặc các chất tạo mật cuối âm ta vẫn nhận được mật cuối. Như vậy theo học thuyết này tất cả những chất không đường (kể cả các chất không liên kết với đường) khi có mặt trong dung dịch sẽ làm tăng nồng độ chất khô, tăng độ nhớt, gây khó khăn cho quá trình kết tinh. Mặt dầu quá trình kết tinh vẫn xãy ra, tuy nhiên rất chậm không kinh tế và không ly tâm được.
Bằng cách giải thích này Silin và các cộng sự đã đưa ra những kết luận sau:
- Không nên cho rằng chỉ có một số chất tạo mật cuối, vì mỗi một chất không đường đều có tác dụng đến sự tạo thành mật cuối.
- Không chỉ có cation tạo mật cuối mà các anion cũng có khã năng tạo mật cuối.
- Đối với cation chất tạo mật cuối giảm dần theo thứ tự kali, natri, canxi
- Đối với anion chất tạo mật cuối giảm dần theo thứ tự OH–, CO32-, CH3COO–, Cl–, acid glutamic, tirozin, các sản phẩm phân hủy đường khử và NO3–.
FOODNK
