Hiểu Biết Cơ Bản Về Quá Trình Đồng Hóa

Hiểu Biết Cơ Bản Về Quá Trình Đồng Hóa

Đồng hóa là gì?

Trong công nghiệp thực phẩm, quá trình đồng hóa được thực hiện trên hệ nhũ tương (emulsion) hoặc huyền phù (suspension). Đây là quá trình làm giảm kích thước các loại hạt thuộc pha phân tán và phân bố đều chúng trong pha liên tục để hạn chế sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực.

Quá trình đồng hóa thường được thực hiện chủ yếu ở hệ huyền phù và hệ nhũ tương.

Hệ nhũ tương

Nhũ tương là một hệ gồm hai chất lỏng không hòa tan nhưng được trộn lẫn với nhau. Khi đó một chất lỏng sẽ tồn tại dưới dạng hạt (gọi là pha không liên tục, pha phân tán hoặc pha nội) trong lòng của chất lỏng còn lại (được gọi là pha liên tục, pha không phân tán hoặc pha ngoại). Hệ nhũ tương đơn giản gồm có hai thành phần: nước và dầu. Thuật ngữ “nước” chỉ chất lỏng phân cực và thuật ngũ “dầu” chỉ chất lỏng không phân cực. Từ đó ta có hai dạng nhũ tương cơ bản:

  • Dầu trong nước (o/w): dầu ở dạng pha phân tán và nước ở dạng pha liên tục.
  • Nước trong dầu (w/o): nước ở dạng pha phân tán và dầu ở dạng pha liên tục.

Hai dạng nhũ tương: dầu trong nước (o/w) và nước trong dầu (w/o)

Cần chú ý là nước và dầu trong thực phẩm không tồn tại ở dạng tinh khiết mà còn chứa nhiều hợp chất tan và không tan khác. Ngoài ra, đôi khi chúng ta còn gặp những hệ nhũ tương rất phức tạp. Ví dụ như hệ nước trong dầu trong nước (w/o/w) bao gồm các hạt nước đường kính nhỏ được phân tán trong các hạt dầu có kích thước lớn hơn và những hạt dầu này lại được phân tán trong pha liên tục là nước…

Hệ huyền phù

Nếu để yên dịch huyền phù, chất rắn có kích thước thích hợp (dựa vào sự khác nhau về tỉ trọng của chất rắn và của chất lỏng trong dung dịch) sẽ lắng xuống đáy tạo thành một lớp cặn (sa lắng). Hiện tượng này sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượng một số sản phẩm.

Sa lắng trong dung dịch theo thời gian

Do đó, người ta cần thực hiện quá trình đồng hóa đối với một số loại sản phẩm chẳng hạn như dịch quả… nhằm phân tán đều các cấu tử rắn lơ lửng vào dung dịch tạo một khối sản phẩm đồng nhất.

Để đồng hóa được hệ huyền phù, người ta cũng thực hiện các quá trình tương tự như ở hệ nhũ tương.

Hệ bọt và các dạng hỗn hợp nhão – đặc quánh

Trong các hệ này pha rắn có hàm lượng khá cao phân bố vào pha lỏng. Ví dụ: bột nhão trong sản xuất bánh, phô mai,…

Bơ đậu phộng

Các phương pháp đồng hóa

Có thể phân thành 3 nhóm:

  • Đồng hóa bằng phương pháp khuấy trộn
  • Đồng hóa bằng phương pháp sử dụng áp lực cao
  • Đồng hóa bằng các phương pháp khác

Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình đồng hóa được sử dụng rộng rãi là phương pháp đồng hóa bằng áp lực cao. Trong phương pháp này, 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 lơn, hạt bị biến dạng và vỡ ra.

Cơ chế của phương pháp đồng hóa áp lực cao được giải thích theo những nguyên lý:

Nguyên lý chảy rối
Khi hệ nhũ tương được bơm với tốc độ cao đến khe hẹp, nhiều dòng chảy rối với các vi lốc xoáy sẽ xuất hiện. Khi đó tốc độ bơm càng lớn thì số dòng chảy rối sẽ xuất hiện càng nhiều và kích thước các vi lốc xoáy sẽ càng nhỏ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm cho các hạt này bị vỡ ra.

Nguyên lý xâm thực
Hệ nhũ tương được bơm đến khe hẹp với tốc độ cao sẽ làm xuất hiện các bong bóng hơi trong hệ. Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm vỡ hạt. Sự đồng hóa chỉ diễn ra khi hệ nhũ tương rời khỏi khe hẹp, do đó đối áp giữ một vai trò quan trọng và sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa. Ngoài ra do cấu tạo thiết bị, khi thoát khỏi khe hẹp, các hạt phân tán sẽ tiếp tục va đập vào bề mặt cứng. Hiện tượng này cũng góp phần làm vỡ và giảm kích thước của các hạt.

Những biến đổi nguyên vật liệu sau quá trình đồng hóa

Biến đổi vật lý
  • Đồng hóa làm giảm kích thước của các hạt phân tán trong hệ nhũ tương hoặc huyền phù, nhằm hạn chế hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quản sản phẩm. Kích thước của các hạt phân tán càng nhỏ thì khả năng bị tách pha của huyền phù hoặc nhũ tương càng khó xảy ra.
  • Số lượng hạt vật liệu rắn trong huyền phù tăng lên, hình dạng và độ lớn của các hạt vật liệu sẽ thay đổi làm ảnh hưởng đến tính chất dẻo cũng như độ nhớt của huyền phù.
  • Đối với hệ nhũ tương, sau khi đồng hóa các chất lỏng trong hệ thì độ nhớt của hệ sẽ lớn hơn độ nhớt của hệ ban đầu.
  • Kết quả đồng hóa chất lỏng làm cho sự tiếp xúc lẫn nhau giữa các cấu tử được tăng lên và các cấu tử này có thể xảy ra các phản ứng hóa học với nhau.
  • Việc sử dụng áp lực cao để thực hiện quá trình đồng hóa sẽ làm tăng nhiệt độ của nguyên liệu. Kết quả thực nghiệm cho thấy nếu như áp lực sử dụng tăng 40 bar thì nhiệt độ nguyên liệu sẽ tăng 1oC. Trong công nghiệp thực phẩm, giá trị áp lực sử dụng thường dao động trong khoảng 200 – 300 bar tương đương với khoảng tăng nhiệt độ nguyên liệu trong quá trình đồng hóa là 5 – 7.5oC. Như vậy, mức độ làm tăng nhiệt cho nguyên liệu là không lớn.

Biến đổi hóa lý
Đồng hóa làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha phân tán và liên tục trong hệ nhũ tương hoặc huyền phù. Khi đó các giá trị như năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt trong hệ phân tán sẽ thay đổi. Khi có sử dụng chất nhũ hóa, chúng sẽ phân bố tại vị trí bề mặt tiếp xúc pha trong hệ phân tán, nhờ đó mà độ bền pha phân tán của sản phẩm sẽ gia tăng.
Biến đổi hóa học, sinh học
Trong quá trình đồng hóa, các biến đổi này xảy ra không đáng kể.
Đồng hóa là một quá trình quan trọng trong công nghệ sản xuất thực phẩm, giúp cho sản phẩm hài hòa, đồng nhất, làm tăng giá trị cảm quan, tránh hiện tượng tách lớp trong một thời gian dài. Tùy theo từng sản phẩm cụ thể mà quá trình đồng hóa sẽ áp dụng các thông số cũng như lựa chọn các thiết bị đồng hóa khác nhau. Do đó, trong quá trình sản xuất, bạn nên tìm hiểu thật kĩ đặc tính sản phẩm cần sản xuất để thực hiện quá trình đồng hóa một cách tốt nhất nhé.

 

 

Share this post

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.