Giới thiệu chung
Trong thực tế, có nhiều phương pháp để làm bay hơi nước ra khỏi thực phẩm. Tuy nhiên, các phương pháp đều dựa trên những nguyên tắc sau:
- Làm bay hơi nước bằng cách gia nhiệt đến nhiệt độ sôi
- Làm đóng băng nước rồi tách chúng ra khỏi thực phẩm
- Tách nước bằng màng thẩm thấu ngược
Dựa theo các nguyên tắc trên, quá trình cô đặc thường được tiến hành theo các phương pháp:
- Cô đặc dưới áp suất khí quyển
- Cô đặc chân không
- Cô đặc bằng lạnh đông
- Cô đặc bằng thẩm thấu ngược
Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển
Phương pháp cô đặc dưới áp suất khí quyển dựa trên nguyên tắc làm bay hơi nước khi gia nhiệt. Quá trình cô đặc được thực hiện ở điều kiện áp suất khí quyển.
Nguyên liệu thực phẩm được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi. Khi đó, nước bay hơi và nồng độ chất khô của sản phẩm tăng dần theo thời gian cô đặc. Tốc độ bay hơi nước của dịch cô đặc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
- Diện tích tiếp xúc giữa thực phẩm và tác nhân gia nhiệt
- Sự chuyển động của thực phẩm trong thiết bị cô đặc
- Tính chất của thực phẩm
Nguyên lý của quá trình cô đặc theo nguyên tắc làm bay hơi nước
Thời gian cô đặc phụ thuộc vào tốc độ bay hơi. Tốc độ bay hơi càng cao thì thời gian cô đặc càng ngắn.
Trong điều kiện áp suất khí quyển, dịch quả có nhiệt độ sôi khoảng 100oC. Ở môi trường có nhiệt độ cao, chất lượng thực phẩm rất dễ bị biến đổi. Sản phẩm sau khi cô đặc thường bị sẫm màu, thay đổi mùi vị, tổn thất vitamin và các chất dinh dưỡng.
Phương pháp cô đặc chân không
Hiện nay, hầu hết các sản phẩm thực phẩm đều được cô đặc trong điều kiện chân không. Đây phương pháp khắc phục được nhược điểm của phương pháp cô đặc tại áp suất khí quyển.
Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào áp suất của môi trường. Khi áp suất hơi càng thấp thì nhiệt độ sôi càng giảm. Áp dụng nguyên lý này, áp suất môi trường được hạ thấp trong quá trình cô đặc. Thông thường, áp suất được giảm đến mức đủ để nhiệt độ sôi nằm trong khoảng 45 – 70oC tùy theo loại nguyên liệu và mục đích cô đặc.
Việc giảm nhiệt độ sôi giúp hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến chất lượng thực phẩm. Tuy nhiên, nhiệt độ 45 – 70oC là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các enzyme hoạt động. Vì vậy, nguyên liệu trước khi cô đặc cần được đun nóng đến 80 – 95oC trong thời gian ngắn. Quá trình này có mục đích vô hoạt enzyme, ngăn ngừa enzyme hoạt động làm giảm chất lượng sản phẩm.
Phương pháp cô đặc bằng lạnh đông
Cô đặc bằng lạnh đông là phương pháp cô đặc dựa trên sự phát triển của kỹ thuật lạnh. Trong phương pháp này, dịch quả được làm lạnh đông. Trong quá trình làm lạnh đông, các phân tử nước kết tinh và kích thước tinh thể đá lớn dần tạo thành khối băng. Hỗn hợp thu được gồm 2 pha: pha rắn là tinh thể đá và pha lỏng là dịch quả có nồng độ chất khô cao (dịch quả cô đặc).
Phương pháp cô đặc bằng lạnh đông
Nồng độ dịch quả cô đặc phụ thuộc vào mức độ đóng băng của nước. Nước đóng băng càng nhiều thì hàm lượng chất khô của sản phẩm cuối cùng càng cao. Ở điều kiện nhiệt độ càng thấp, quá trình lạnh đông diễn ra càng nhanh và tinh thể đá tạo thành càng nhiều.
Quá trình đóng băng không chỉ làm kết tinh nước mà còn làm đông tụ pectin, chất tạo nhớt… Nhờ đó, dịch quả sau khi cô đặc được trong hơn. Sản phẩm cô đặc lạnh đông có chất lượng rất cao do không chịu tác động xấu từ nhiệt độ.
Tuy nhiên, cô đặc bằng lạnh đông không thể nâng nồng độ chất khô lên cao như phương pháp làm bay hơi nước. Nguyên nhân là do khi nồng độ dịch càng cao thì nhiệt độ đóng băng càng thấp. Khi đó, lượng tinh thể đá tạo thành ngày càng ít và lượng dịch mất theo đá ngày càng tăng. Nồng độ chất khô cao nhất có thể thu được khi cô đặc lạnh đông vào khoảng 60 – 62%.
Ngoài ra, cô đặc bằng lạnh đông tiêu hao năng lượng rất lớn, yêu cầu trang thiết bị phức tạp. Vì vậy, sản phẩm cô đặc lạnh đông thường có giá thành cao. Đây là nguyên nhân hạn chế khả năng ứng dụng của phương pháp này.
Cô đặc bằng thẩm thấu ngược
Thẩm thấu
Thẩm thấu là hiện tượng xuất hiện khi ngăn cách các dung dịch có nồng độ khác nhau bởi một màng bán thấm. Màng bán thẩm là một màng đặc biệt, ngăn cản các chất hòa tan nhưng lại cho nước đi qua. Khi đó, dưới tác dụng của áp suất thẩm thấu, nước từ dung dịch có nồng độ thấp hơn sẽ thẩm thấu qua màng cho đến khi nồng độ hai dung dịch cân bằng nhau.
Thẩm thấu ngược
Cô đặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược là phương pháp làm ngược chiều của dòng thẩm thấu. Để làm được điều này, cần tác dụng lên dung dịch đặc hơn một áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu giữa hai dung dịch đó. Phương án này được thực hiện bằng cách tạo ra dòng chảy mạnh đối với dung dịch đặc bằng một bơm cao áp.
Thẩm thấu và thẩm thấu ngược
Khi đó, nước sẽ dịch chuyển từ dung dịch có nồng độ chất tan cao sang dung dịch có nồng độ chất tan thấp. Kết quả là nồng độ dung dịch đặc hơn tiếp tục được tăng cao.
Phương pháp cô đặc bằng thẩm thấu ngược không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, phương pháp này cũng làm tổn thất một số muối, acid phân tử nhỏ và không thể cô đặc đến nồng độ quá cao.
Theo Thực phẩm tốt nhất (Theo Foodnk)