Định nghĩa
Bột ngọt, một loại phụ gia quen thuộc trong mỗi gia đình, thường được sử dụng để nêm nếm trong các bữa ăn và thực phẩm.
Mononatri glutamat (MSG), hay còn gọi là bột ngọt, là muối natri của axit glutamic, một axit amin thiết yếu tự nhiên Axit glutamic có mặt trong nhiều thực phẩm như thịt, cá, trứng, sữa và rau củ quả như cà chua, bí đỏ Hiện nay, bột ngọt được sản xuất từ nguyên liệu thiên nhiên như tinh bột khoai mì, mật mía đường và bắp thông qua phương pháp lên men vi sinh tự nhiên Cơ quan Quản lý Thuốc và Thực phẩm Hoa Kỳ đã công nhận MSG là an toàn (GRAS), trong khi Liên minh châu Âu phân loại nó là phụ gia thực phẩm.
Bột ngọt chứa glutamat, mang lại vị 'umami' (vị ngọt thịt) tương tự như glutamat có trong các loại thực phẩm tự nhiên khác Về mặt hóa học, glutamat trong bột ngọt và glutamat từ thực phẩm tự nhiên là giống nhau.
Bột ngọt được các nhà sản xuất thực phẩm sử dụng như một chất điều vị, giúp cân bằng và hòa trộn hương vị, mang lại sự hoàn thiện cho các món ăn.
Nguồn gốc và lịch sử phát triển
Năm 1908, Giáo sư Kikunae Ikeda đã chiết xuất axit glutamic từ tảo bẹ Laminaria japonica, kombu, và đặt tên cho vị của nó là "umami" Ông phát hiện ra rằng nước dùng Nhật Bản từ katsuobushi và kombu có một vị độc đáo, khác biệt với các vị cơ bản như ngọt, mặn, chua và đắng Để xác minh rằng glutamat ở trạng thái ion hóa tạo ra vị umami, Giáo sư Ikeda đã nghiên cứu các loại muối glutamat như canxi, kali và amoni.
Hình 2: Giáo sư Kikunae Ikeda
Tất cả các loại muối đều mang vị umami và một chút vị kim loại nhờ vào khoáng chất có trong chúng Trong số đó, muối natri glutamat nổi bật với khả năng hòa tan và kết tinh dễ dàng, tạo nên hương vị thơm ngon nhất Giáo sư Ikeda đã đặt tên cho sản phẩm này là monosodium glutamate và đăng ký bản quyền để sản xuất bột ngọt Năm 1909, anh em nhà Suzuki đã bắt đầu sản xuất bột ngọt trên quy mô thương mại với tên gọi AJI-NO-MOTO, có nghĩa là "tinh chất của vị" trong tiếng Nhật, đánh dấu sự ra đời đầu tiên của bột ngọt trên thế giới.
Các tính chất của bột ngọt
Tính chất lý hóa
Bột ngọt là loại bột màu trắng hoặc tinh thể kim óng ánh, không kết dính và có kích thước phụ thuộc vào điều kiện kết tinh Bột ngọt thuần có độ tinh khiết 99%, với tinh thể hình khối dài 1-2mm, dễ tan trong nước nhưng không tan trong cồn, mang vị mặn và ngọt kết hợp Trọng lượng phân tử của bột ngọt là 187, với nhiệt độ nóng chảy đạt 195 độ C.
Thuần độ bột ngọt là tỉ lệ % glutamat natri trong sản phẩm, hiện nay thường sản xuất loại 80-99%
Bột ngọt có vị rõ rệt nhất khi pH nằm trong khoảng 6-8 Muối MSG thường được sử dụng để tăng cường hương vị cho thực phẩm, với nồng độ dao động từ 0,2-0,5% Có ba loại MSG, bao gồm dạng L, D và LD-MSG, trong đó L-MSG tạo ra hương vị mạnh nhất.
Bột ngọt là một phụ gia thực phẩm nổi bật, giúp tăng cường hương vị và làm cho món ăn trở nên hấp dẫn hơn Với vị umami đặc trưng, bột ngọt kích thích vị giác, mang lại trải nghiệm ẩm thực thú vị cho người dùng.
Tính chất hóa học
Công thức hóa học : C 5 H 8 NNaO 4
H 2 O.NaOOC – CH – CH 2 – CH 2 – COOH
Công thức hoàn chỉnh : C 5 H 8 NNaO 4 H 2 O
Phản ứng mất nước
Nhiệt độ lớn hơn 80 độ C thì Natri glutamat sẽ bị mất nước
Nếu nhiệt độ lớn hơn 100 độ C Natri glutamat trong dung dịch nguyên chất bị mất nước và chuyển thành axit hydroglutamic
Phản ứng phân hủy ở nhiệt độ cao
C5H8NO4Na + O2 Na2CO3 +H2O + CO2 + NO2 Ở độ cao trên dưới 100 độ axit glutamic trong dung dịch ban đầu bị mất nước và chuyển thành axit hydrolutamic :
Quá trình đun nóng axit glutamic dẫn đến tổn thất nhanh chóng, với nghiên cứu cho thấy sau 8 giờ đun, axit glutamic có thể mất đến 50% Ở nhiệt độ trên 100 độ C, các phân tử axit hydroglutamic trùng hợp, tạo thành các hợp chất cao phân tử đặc quánh và có màu nâu sẫm Kết quả cho thấy, ở nhiệt độ 100 độ C, sau một giờ, lượng axit glutamic bị mất đến 10,2% và sau 8 giờ đã mất 46% Trong khi đó, ở nhiệt độ 70 độ C, axit glutamic trong dung dịch chỉ mất 1,5% sau một giờ và sau 8 giờ chỉ mất 7,2%.
Trong sản xuất, cần lưu ý rằng việc sử dụng nhiệt độ cao và kéo dài thời gian trong quá trình sấy và cô đặc có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm.
Nghiên cứu cho thấy sự tổn thất của axit glutamic qua các loại PH khác nhau :
Bảng 1: Ảnh hưởng của thời gian và PH Thời gian đun ( giờ) Sự tổn thất axit glutamic (%) ở các độ axit khác nhau
Kết quả nghiên cứu cho thấy pH có ảnh hưởng lớn đến sự phân hủy axit glutamic Cụ thể, ở pH 4,5, tổn thất axit glutamic đạt 8,75% sau 1 giờ và tăng lên 46,2% sau 8 giờ Ngược lại, trong môi trường trung tính với pH từ 6,5 đến 7,5, sự tổn thất này giảm đi đáng kể.
3.6 Tác động của các yếu tố khác
Trong quá trình chế biến, sự biến đổi của glutamic chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm tác động của các axit amin khác, sản phẩm phân hủy của đường, chất béo, cũng như các tia bức xạ chiếu sáng.
3.6.1 Tác dụng của axit vô cơ
HCl : C5H8NO4Na + HCl C5H8NO4 + NaCl
HC - NH2+ HNO2 N2 + HC – OH + H2O
Tác động của các yếu tố khác
Trong quá trình chế biến, sự biến đổi của glutamic chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm tác động của các axit amin khác, sản phẩm phân hủy từ đường, chất béo, cũng như các tia bức xạ chiếu sáng.
3.6.1 Tác dụng của axit vô cơ
HCl : C5H8NO4Na + HCl C5H8NO4 + NaCl
HC - NH2+ HNO2 N2 + HC – OH + H2O
Tác dụng với andehyl fomic ( HCHO):
C5H8NO4Na + HCHO H2O – HOOC - (CH2)2- CH – COONa
Bột ngọt có hai dạng đồng phân là D và L, trong đó đồng phân L mang lại hương vị dễ chịu và thơm ngon, trong khi đồng phân D lại có mùi vị khó chịu Do đó, trong quá trình sản xuất bột ngọt, cần hạn chế việc hình thành đồng phân D để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Tính chất sinh hóa
Glutamate là một axit amin quan trọng trong quá trình trao đổi chất của cơ thể Nó được tổng hợp tự nhiên để đáp ứng nhu cầu trao đổi nội sinh, đồng thời đóng vai trò là một trong những axit amin thay thế cần thiết.
Khi tiêu thụ glutamate, nồng độ glutamate trong máu tăng lên, dẫn đến việc tăng cường quá trình trao đổi chất của glutamate tại gan, từ đó giải phóng glucose, lactate và glutamate vào hệ tuần hoàn.
Tiêu chuẩn chọn lựa nguyên liệu
4.1 Nguyên liệu dùng cho phương pháp thủy phân:
Bảng 2 : Nguyên liệu giàu thành phần protit
Tên nguyên liệu Tỉ lệ protit % Tỉ lệ axit glutamic
Bột mì 12 - 15 30 - 36 Đậu xanh 23,2 21 Đậu hà lan 22,4 18,5
Chọn nguyên liệu cho quá trình thủy phân ngoài việc nguyên liệu đạt chất lượng tươi ngon chúng ta cần phải xét chúng đạt yêu cầu sau:
- Có thành phần protit cao
- Tỉ lệ axit glutamic trong nguyên liệu
- Không có chất độc gây hại với cơ thể người
Tách axit glutamic từ nguyên liệu thực vật là quy trình dễ dàng và tiết kiệm chi phí tại Việt Nam Các nguyên liệu như keo protit, bột mì và đậu xanh không chỉ mang lại hiệu suất thu hồi cao mà còn sản xuất ra thành phẩm thơm ngon và đạt chất lượng tốt.
4.2 Nguyên liệu cho quá trình lên men : a Tinh bột sắn :
Trong tinh bột sắn thường có những thành phần sau :
Bảng 3 : Thành phần trong tinh bột sắn
Thu nhận glucoza từ tinh bột sắn
Phương pháp thủy phân bằng axit trong công nghiệp thường sử dụng dung dịch đường glucose từ tinh bột thông qua axit hoặc enzyme Có hai loại axit phổ biến là HCl và H2SO4 Sử dụng HCl cho thời gian thủy phân ngắn nhưng không tách được gốc axit ra khỏi dung dịch Ngược lại, H2SO4 cho thời gian thủy phân dài hơn và có thể tách gốc SO4 2- ra khỏi dung dịch bằng cách sử dụng CaCO3 để trung hòa.
Phương pháp thủy phân bằng enzyme sử dụng hai loại enzyme chính là α-amylase và γ-amylase để phá vỡ liên kết α-glucosid của tinh bột, tạo ra các sản phẩm như dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, maltotrioza và cuối cùng là maltose Enzyme β-amylase có khả năng thủy phân liên kết α-1,4 và α-glucosid, bắt đầu từ đầu không khử trên mạch amiloza và amilopectin, với sản phẩm cuối cùng là glucose Trong ngành công nghiệp, α-amylase bền nhiệt thường được kết hợp với γ-amylase từ nấm mốc để thủy phân tinh bột thành glucose.
Rỉ mía, phần còn lại trong quá trình chế biến đường từ cây mía, chứa nhiều nguyên tố như Fe, Cu và giàu chất sinh trưởng Nó cũng chứa nhiều loại vi sinh vật có lợi, hỗ trợ hiệu quả cho quá trình sản xuất bột ngọt.
Rỉ đường mía chủ yếu chứa 62% đường, 10% chất phi đường và 20% nước Trong thành phần đường của rỉ đường, có từ 25-40% là đường khử (glucoza và fructoza) và 3-5% là đường không lên men được.
5 Các phương pháp sản xuất bột ngọt
Có 4 phương pháp chủ yếu :
- Phương pháp tổng hợp hóa học
- Phương pháp thủy phân protit
5.2 Phương pháp tổng hợp hóa học
Phương pháp này sử dụng phản ứng tổng hợp hóa học để sản xuất axit glutamic và các amino axit khác từ khí thải của ngành công nghiệp dầu hỏa và các lĩnh vực khác Tuy nhiên, phương pháp này chỉ khả thi ở những quốc gia có nền công nghiệp dầu hỏa phát triển và đòi hỏi kỹ thuật cao.
Trong quá trình sản xuất sẽ tạo hỗn hợp không quay cực D, L- axit glutamic và việc tách L – axit glutamic ra lại vô cùng khó khăn và tốn kém
Nên thường phương pháp này ít được sử dụng
Phương pháp thủy phân là kỹ thuật sử dụng hóa chất hoặc enzym để phân giải nguồn nguyên liệu protein thành hỗn hợp amino acid, từ đó tách axit glutamic để sản xuất bột ngọt Có nhiều phương pháp khác nhau để tách axit glutamic từ cùng một nguyên liệu, bao gồm các kỹ thuật hóa học như trao đổi ion, điểm đẳng điện, và sử dụng muối hydric của axit glutamic.
- Phương pháp trao đổi ion:
Phương pháp này dựa vào khả năng của cationit trong việc giữ lại anion, đặc biệt là anion glutamat Khi quá trình trao đổi đạt đến mức bão hòa, sẽ tiến hành quá trình nhả anion.
NaOH để thu axit glutamic và glutamic natri
Ưu điểm của quy trình sản xuất này là dễ dàng quản lý, phù hợp cho cả các cơ sở sản xuất lớn và nhỏ Nó cho phép tổ chức hiệu quả trong dây chuyền sản xuất kín, đồng thời đảm bảo vệ sinh an toàn.
Là quy trình tương đối hiện đại, có chu kỳ thô chế axit glutamic tương đối ngắn
Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn
Yêu cầu kỹ thuật sản xuất cao đảm bảo hiệu xuất thu hồi axit glutamic cao nếu hiệu suất thấp dẫn đến giá thành sẽ cao
Phương pháp muối hydric của axit glutamic là công nghệ hiện đại được áp dụng tại Việt Nam để sản xuất bột ngọt từ nguyên liệu protit thực vật, với HCl đóng vai trò là tác nhân xúc tác.
Các nguyên liệu chính thường được sử dụng bao gồm protit đậu và gluten bột mì Quá trình thủy phân tạo ra một hỗn hợp khoảng 20 amino axit, trong đó có alanin, lysin, glycin, serin, treonin, methionin, valin, loxin, izoleucin, axit aspartic, glutamic, arginin, cystein, phenylalanin, tyrosin, tryptophan, prolin và histidin.
Từ hỗn hợp các axit amin tách axit glutamic ra để sản xuất bột ngọt
Quá trình thủy phân phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng axit, nồng độ axit, thời gian, áp suất và nhiệt độ Nhiệt độ và áp suất hơi có ảnh hưởng lớn đến tốc độ thủy phân; khi nhiệt độ tăng từ 160-200 độ C, tốc độ thủy phân có thể tăng từ 2 đến 2,5 lần với mỗi 10 độ C tăng thêm, qua đó giảm thời gian thủy phân.
Để tối ưu hóa quá trình thủy phân, nhiệt độ lý tưởng nên được duy trì trong khoảng 120-160 độ C, vì nhiệt độ cao (180-190 độ C) có thể gây phân hủy các hợp chất hữu cơ và mất mát aminoaxit Nếu nhiệt độ quá thấp, thời gian thủy phân sẽ kéo dài, dẫn đến tăng chu kỳ sản xuất và giảm hiệu suất thiết bị Để tăng tốc độ thủy phân, việc sử dụng các axit có hoạt tính cao làm chất xúc tác là cần thiết, và tốc độ quá trình này phụ thuộc vào loại axit được sử dụng.
BẢNG 4 : Ảnh hưởng của axit đến hoạt tính
Axit HCl H2SO4 HNO3 HCOOH CH3COOH
Trong sản xuất, HCl thường được sử dụng làm chất xúc tác do tính xúc tác cao hơn nhiều so với các axit khác Lượng HCl dư thừa có thể được trung hòa bằng Na2CO3 hoặc NaOH, tạo thành NaCl an toàn cho cơ thể Tuy nhiên, HCl có tính ăn mòn thiết bị, dễ bay hơi và mùi hôi gây hại cho sức khỏe, vì vậy cần cẩn trọng và đảm bảo an toàn khi sử dụng Thời gian thủy phân cũng ảnh hưởng đến quá trình này, với thời gian được xác định để đạt được sự thủy phân triệt để thành amino axit, đồng thời giảm thiểu sự phân hủy thành NH3.
BẢNG 5 : Ảnh hưởng của thời gian, nồng độ axit đến hiệu suất thủy phân Nồng độ axit Thời gian thủy phân Hiệu suất thủy phân
Phương pháp sử dụng vi sinh vật để tổng hợp axit amin từ nguồn gluxit và đạm vô cơ đang trở nên phổ biến và có tiềm năng phát triển trên toàn cầu Các vi sinh vật này có khả năng sản xuất nhiều loại axit amin quan trọng, bao gồm axit glutamic, valin và alanin Một số vi sinh vật lên men tiêu biểu như Micrococcus glutamicus và Brevi bacterium.
Các vi sinh vật có đặc điểm chung :
- Hình dạng tế bào từ hình cầu đến hình que
- Không chuyển động, không có tiên mao
- Biotin là yếu tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển
Các phương pháp sản xuất bột ngọt 1 Phương pháp tổng hợp hóa học
Quy trình công nghệ sản xuất bột ngọt 1 Quy trình công nghệ 1
Quy trình công nghệ 2
Phối trộn Thủy phân Lọc Bã bỏ
Hút lọc lần 1 Kết tinh khô Tẩy rửa Hút lọc lần 2 Kết tinh sạch Trung hòa lần 1 Kết tinh lần 2 Phân ly Axit Glutamic Trung hòa lần 2
Na2S Khử sắt Ép lọc Tẩy màu Ép lọc
Cô đặc tinh chế Làm lạnh kết tinh
Ly tâm Sấy khô Pha trộn Nghiền Rây Đóng gói
3 Thuyết minh từng quy trình :
Bột và HCl hòa lần đều với nhau, nhằm chuẩn bị cho quá trình thủy phân đạt hiệu quả
Mục đích: khai thác và chuẩn bị
Sử dụng nhiệt độ cao và áp suất lớn trong môi trường axit để thủy phân tinh bột thành đường và tiến hành phản ứng thủy phân protein thành amino axit.
Nó tạo ra PH đẳng nhiệt để axit glutamic kết tinh và tách ra Đồng thời loại bỏ
1 số ion khác tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình kết tinh
Mục đích của quá trình này là cô đặc dung dịch để loại bỏ nước và HCl, nhằm đạt được trạng thái bão hòa Sau đó, nhiệt độ sẽ được hạ xuống để tạo ra trạng thái quá bão hòa, từ đó cho phép các hydroclo axit amin kết tinh tách ra.
Nhiệt độ cao làm tăng độ hòa tan, vì vậy cần điều chỉnh nồng độ axit glutamic phù hợp trong quá trình cô đặc Nồng độ quá thấp sẽ dẫn đến tăng độ hòa tan và giảm hiệu suất thu hồi, trong khi nồng độ quá cao sẽ làm tăng độ nhớt của dung dịch, ảnh hưởng đến quá trình tách axit glutamic.
Hỗ trợ cho quá trình kết tinh diễn ra tốt hơn
- Làm lạnh và Kết tinh :
Mục đích của quá trình này là cô đặc dung dịch đến nồng độ mong muốn, sau đó thực hiện làm lạnh và kết tinh để tách biệt các tinh thể hydroclorua axit glutamic cùng với các aminoaxit khác.
(phần quá bão hòa ) tạo ra các tinh thể trắng, tan trong nước dễ dàng sử dụng và bảo quản hơn
Lọc để tách các tinh thể hydroclorua, axit glutamic và 1 số amino axit kết tinh kết ra khỏi các chất hòa tan và tạp chất
Có rất nhiều phương pháp lọc hiện nay: lọc ly tâm, lọc ép, tùy vào thời gian lọc dài có thể dùng các loại hút lọc chân không
- Trung hòa 1: kết tinh tách ra được qua trung hòa (1) tạo PH thích hợp để hình thành axit glutamic kết tinh sạch
Dùng NaOH hoặc Na2CO3 để trung hòa các chất
HCl dư ở dạng tự do trong dung dịch : NaOH + HCl NaCl + H2O
NH4Cl : NaOH + NH4Cl NaCl + NH3 + H2O
Hydroclorua axit glutamic và các axit amin khác :
C5H9NO4 HCl + NaOH C5H9NO4 +NaCl + H2O Để quá trình diễn ra tốt nên trung hòa 2 lần
Lần 1 : trung hòa PH = 1,2 cho các aminaxit tan hết và tách khỏi các cặn
Lần 2: trung hòa PH = 2,9-3,2 tách axit glutamic ra khỏi các aminoaxit khác
Trong quá trình trung hòa lần 2 để khử tạp chất, NaOH hoặc Na2CO3 được sử dụng để trung hòa axit glutamic, tạo thành glutamat natri (bột ngọt) Để đảm bảo quá trình trung hòa diễn ra thuận lợi, nhiệt độ cần duy trì từ 70 đến 85 độ C nhằm hòa tan tinh thể axit glutamic và đạt pH từ 7 đến 7,2.
Khử sắt là quá trình cần thiết để loại bỏ hoàn toàn các hợp chất sắt có trong sản phẩm, giúp cải thiện màu sắc sản phẩm, tránh tình trạng màu nâu vàng không hấp dẫn Việc khử sắt cũng ngăn chặn sự oxy hóa và loại bỏ mùi tanh khó chịu, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.
Sau khi khử sắt, dung dịch vẫn chứa các hợp chất hữu cơ màu vàng và sắc tố hòa tan cùng với một số tạp chất không mong muốn Để thu được tinh thể trắng, cần loại bỏ những thành phần này bằng cách sử dụng than hoạt tính để hấp thụ màu sắc và mùi hôi còn lại.
Trong giai đoạn này, axit glutamic được cô đặc bảo ôn và tinh chế thành tinh thể glutamat natri (bột ngọt ướt) Quá trình cô đặc diễn ra dưới điều kiện chân không ở nhiệt độ 80 độ C, giúp đạt được trạng thái bão hòa tối ưu Thiết bị cô đặc chân không đảm bảo quá trình này diễn ra hiệu quả, với nồng độ glutamat natri bão hòa đạt 32,7 độ Be ở 80 độ C.
Các tinh thể glutamat natri sau khi kết tinh sẽ được ly tâm để loại bỏ nước và các tạp chất không kết tinh Sau đó, chúng sẽ được phun nước để rửa sạch những chất bám xung quanh tinh thể.
Sau khi hoàn tất quá trình kết tinh và ly tâm, cần tiến hành sấy để loại bỏ một phần nước còn lại trong sản phẩm Điều này giúp bảo quản sản phẩm lâu hơn, ngăn ngừa tình trạng chảy nước và sự tấn công của vi sinh vật Độ ẩm cuối cùng của bột ngọt thường đạt khoảng 0,1 - 1%.
Mục đích của quy trình này là bảo quản bột ngọt sau khi sấy, giữ nguyên dạng tinh thể không đồng nhất Để đạt được điều này, cần nghiền và rây bột ngọt bằng hệ nghiền bi, sau đó cho qua hệ thống rây với khoảng 93 lỗ trên 1cm² Kết thúc quá trình, chúng ta thu được tinh thể bột ngọt đồng đều với kích thước hạt khoảng 1mm.
Mục đích : bảo quản và hoàn thiện
Bột ngọt cần được bảo quản đúng cách để tránh hút ẩm và chảy nước khi để ở nhiệt độ thường Để bảo quản hiệu quả, hãy đóng gói bột ngọt cẩn thận, tránh tiếp xúc trực tiếp với không khí và hơi nước.
4 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của thiết bị sản xuất bột ngọt
Nắp hoạt động nhanh của thiết bị thủy phân được thiết kế đặc biệt để đảm bảo độ kín trong suốt quá trình hoạt động, cho phép đóng mở nhanh chóng Cấu trúc van đóng kín ở dưới giúp mở thiết bị nhanh chóng khi tháo cặn, đồng thời duy trì độ kín trong thời gian hoạt động Để giảm thiểu mất mát nhiệt, bề mặt thiết bị được phủ lớp vật liệu cách nhiệt Các ống bên trong thiết bị được bố trí hợp lý để nạp nước, axit và tháo sản phẩm thủy phân, được xác định thông qua các dòng chất lỏng.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị bắt đầu bằng việc nạp nguyên liệu qua cửa trên, kết hợp với nước và axit để thực hiện quá trình nén và thấm ướt Sau khi nạp liệu, cần đóng nắp và nạp hơi vào nắp dưới, duy trì áp suất gần 0,5 MPa trước khi tiến hành thổi khí Trong quá trình này, nguyên liệu được tăng nhiệt và giữ ở nhiệt độ gần 140 độ C để xảy ra thủy phân Sau đó, axit được nạp vào thiết bị và sản phẩm được tháo ra, đồng thời duy trì quá trình thủy phân ở chế độ cao bằng cách tăng nhiệt độ lên 190 độ C cho đến khi kết thúc Khi quá trình thủy phân hoàn tất, ngừng nạp axit và sử dụng nước để tháo cặn, sau đó vắt khô chất lỏng.
HÌNH 3 : Cấu tạo thiết bị thủy phân
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị kết tinh dựa trên việc làm nóng hiệu quả nguyên liệu chất lỏng bằng máy bơm, dẫn đến sự bốc hơi toàn bộ hơi Sau nhiều chu kỳ, nồng độ dung dịch sẽ vượt quá độ hòa tan ở nhiệt độ, khiến chất tan kết tinh Khi đó, dung dịch tinh thể được tiếp tục làm nóng, và quá trình bay hơi lặp lại cho đến khi hình thành một lượng lớn tinh thể, tạo ra huyền phù dày đặc của các tinh thể không thể lưu thông.
HÌNH 4: Thiết bị kết tinh và cấu tạo
4.3 Thiết bị trao đổi ion
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của thiết bị sản xuất bột ngọt
Nắp hoạt động nhanh được thiết kế đặc biệt, đảm bảo độ kín cho thiết bị trong suốt quá trình hoạt động, giúp mở và đóng nhanh chóng Cấu trúc van đóng kín ở dưới giúp thiết bị mở nhanh khi tháo cặn và duy trì độ kín trong thời gian hoạt động Để giảm thiểu mất mát nhiệt, bề mặt thiết bị thủy phân được phủ lớp vật liệu cách nhiệt Các ống bên trong thiết bị được bố trí hợp lý để nạp nước, axit và tháo sản phẩm thủy phân, được xác định bằng các dòng chất lỏng.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị bắt đầu bằng việc nạp nguyên liệu qua cửa trên, đồng thời bổ sung nước và axit để tiến hành quá trình nén và thấm ướt Sau khi nạp liệu, nắp thiết bị được đóng lại và hơi được nạp vào nắp dưới, tạo áp suất gần 0,5 MPa để thổi khí Trong quá trình này, nguyên liệu được gia nhiệt và duy trì ở nhiệt độ khoảng 140 độ C để xảy ra thủy phân trong một khoảng thời gian ngắn Tiếp theo, axit được nạp vào thiết bị và sản phẩm được tháo ra Để duy trì quá trình thủy phân ở chế độ cao, nhiệt độ trong thiết bị được tăng lên 190 độ C cho đến khi kết thúc Cuối cùng, khi quá trình thủy phân hoàn tất, nạp axit sẽ ngừng lại và nước được sử dụng để tháo cặn, vắt khô chất lỏng.
HÌNH 3 : Cấu tạo thiết bị thủy phân
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị kết tinh dựa trên việc làm nóng hiệu quả nguyên liệu chất lỏng bằng máy bơm, dẫn đến sự bay hơi hoàn toàn của hơi Sau nhiều chu kỳ, nồng độ dung dịch vượt quá độ hòa tan ở nhiệt độ, khiến chất tan bắt đầu kết tinh Trong quá trình này, dung dịch tinh thể tiếp tục được làm nóng, và quá trình bay hơi được lặp lại cho đến khi hình thành một lượng lớn tinh thể, tạo ra huyền phù dày đặc của các tinh thể không thể lưu thông.
HÌNH 4: Thiết bị kết tinh và cấu tạo
4.3 Thiết bị trao đổi ion
Nguyên lý hoạt động của quá trình này bắt đầu khi dịch sau khi được lọc ép được chuyển sang tháp trao đổi ion chứa các hạt resin, nhằm loại bỏ tạp chất còn lại và tăng nồng độ dung dịch Khi các hạt trao đổi ion hòa tan vào dung dịch, chúng sẽ nở ra và tăng thể tích, dẫn đến sự xuất hiện của quá trình solvate hóa Mức độ solvate hóa càng cao thì mức độ phân ly của các ion gắn trên ionit càng mạnh, đồng thời làm tăng độ phân cực của dung dịch.
Các phân tử dung môi và chất tan di chuyển vào cấu trúc vi xốp của hạt nhựa theo nguyên tắc thẩm thấu, với số lượng phụ thuộc vào kích thước và bản chất của các hạt ionit Điều này tạo ra áp lực thẩm thấu bên trong hạt nhựa Trong quá trình hoạt động, các ion trong mẫu lỏng thay thế ion trên pha rắn, và ngược lại, ion trên pha rắn di chuyển vào mẫu lỏng Sau một thời gian, hạt nhựa trao đổi ion sẽ bão hòa với ion trong dòng chảy, do đó cần tái sinh hoặc bổ sung ion để duy trì quá trình trao đổi Quá trình tái sinh diễn ra thông qua rửa ngược để làm sạch và bổ sung ion lên bề mặt hạt nhựa.
HÌNH 5 : Thiết bị trao đổi ion
HÌNH 6: Cấu tạo thiết bị trao đổi ion
Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc áp lực này là làm việc theo phương thức gián đoạn, cho phép nhập liệu liên tục Nước được lọc ra một cách liên tục, trong khi bã sẽ được tháo ra theo chu kỳ.
Khung và bản là hai thành phần chính của thiết bị, với khung giữ vai trò chứa bã lọc và các lỗ lọc Chúng thường được chế tạo theo hình vuông và cần đảm bảo sự kín khít khi ghép lại với nhau Các khung và bản được xếp liên tiếp trên giá đỡ để tối ưu hóa hiệu suất lọc.
Giữa khung và bản là vách ngăn lọc, được ép chặt nhờ cơ cấu đai vít xoắn với tay quay Lỗ dẫn huyền phù nhập liệu được nối liền, tạo thành ống dẫn để kết nối với hệ thống cấp liệu Nước lọc chảy ra qua hệ thống đường ống, trong khi bã được giữ lại trên bề mặt vách ngăn và chứa trong khung Khi khung đầy bã, quá trình lọc sẽ dừng lại để tiến hành rửa và tháo bã Trong suốt quá trình lọc, chất rắn trong huyền phù được giữ lại nhờ lớp vật liệu lọc.
HÌNH 8: Cấu tạo thiết bị lọc
4.5 Thiết bị cô đặc chân không
Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên việc chất lỏng chảy thành màng xuống bề mặt bốc hơi nhờ trọng lực Nhiệt được truyền qua quá trình này thông qua hơi nước Hỗn hợp chất lỏng và hơi nước sẽ được thoát ra từ dưới ống hoặc bản mỏng, sau đó đi vào thiết bị phân riêng lỏng hơi Tại đây, chất lỏng sẽ được bơm ra ngoài, trong khi hơi nước sẽ được chuyển trực tiếp vào thiết bị ngưng tụ.
Nhiệt độ dung dịch trong quá trình cô đặc không được vượt quá 65 độ C
Dung dịch thu được sau khi cô đặc có nồng độ chất khô khoảng 45-55%
HÌNH 9 : Thiết bị cô đặc
HÌNH 10: Cấu tạo thiết bị cô đặc
1 Buồng gia nhiệt sơ bộ nhờ hơi ngưng tụ
2 Buồng gia nhiệt đến nhiệt độ sôi
3 Buồng tách hơi thứ và dịch cô đặc
Nguyên lý hoạt động của quá trình ly tâm lắng và lọc là nguyên liệu sẽ quay theo roto của máy Lực ly tâm tạo ra sẽ phân tách các cấu tử dựa trên sự khác biệt về khối lượng riêng, theo hướng của gia tốc trường lực.
Khối lượng riêng lớn nhất của roto tập trung ở vùng xa tâm, trong khi khối lượng riêng nhỏ nhất nằm ở tâm của roto Mỗi máy ly tâm đều có đồ thị hoặc bảng thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quay và lực ly tâm cho từng loại roto tương ứng.
Quá trình ly tâm được thực hiện dựa trên cấu tạo bề mặt roto, dẫn đến hai nguyên tắc chính là lọc ly tâm và lắng ly tâm Do đó, máy ly tâm được phân loại thành hai loại: máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc.
HÌNH 11: Nguyên lí hoạt động máy ly tâm
HÌNH 12 : Thiết bị ly tâm
HÌNH 13: Cấu tạo thiết bị ly tâm
Những biến đổi trong quá trình ly tâm :
Sau quá trình ly tâm, hỗn hợp được tách biệt chủ yếu thông qua việc thay đổi trạng thái mà không có biến đổi hóa học, hóa lý hay hóa sinh đáng kể Tuy nhiên, chất lượng của sản phẩm được cải thiện rõ rệt.
- Tách được tạp chất hòa tan không phải dạng tinh thể, đặc biệt là các chất màu nên sản phẩm sạch hơn (trắng hơn)
- Tách tinh thể sản phẩm thực phẩm ra khỏi dung dịch tránh vi sinh vật có thể phát triển
- Có tổn thất do chui qua lưới ly tâm hoặc bị hòa tan khi rửa nước hoặc rửa hơi
Phương pháp thực hiện : Ly tâm lọc được dùng phổ biến trong sản xuất
Máy li tâm có thiết kế thùng quay với các lỗ được bọc bằng lưới hoặc vải, kích thước lỗ phù hợp với tính chất sản phẩm Dưới tác động của lực ly tâm, pha lỏng sẽ được tách ra qua các lỗ, trong khi pha rắn giữ lại trên thành máy Ưu điểm của máy li tâm này là khả năng tách chất lỏng khỏi hỗn hợp cơ học và phân li huyền phù trung bình cũng như thô, mặc dù yêu cầu thời gian li tâm kéo dài Máy có độ ổn định cao, đảm bảo hiệu quả trong quá trình vận hành.
Nhược điểm: Tháo bã bằng tay, ổ trục và bộ phận chuyển động dễ bị ăn mòn do không kín
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống bắt đầu bằng việc đưa nguyên liệu vào bồn lắng caustic, sau đó nguyên liệu được bơm tăng áp vào thùng thiết bị khử sắt cấp 1 và tiếp tục vào thùng khử sắt cấp 2, từ đó thu được thành phẩm.
Dùng Na2S để khử sắt :
FeCl2 + Na2S 2NaCl + FeS (kết tủa )
Sau khi khử sắt xong chờ khoảng từ 2 đến 4 tiếng cho kết tủa lắng xuống để dung dịch lọc hết FeS
HÌNH 14: Thiết bị khử sắt
