in

Tìm hiểu quy trình sản xuất nước cam ép

Nước ép trái cây là một trong những loại thức uống phổ biến nhất mang tính giải khát và cung cấp vitamin, năng lượng cho cơ thể. Vậy một chai nước ép trái cây được ra đời như thế nào? Sau đây hãy cùng Science Vietnam tìm hiểu về quy trình sản xuất nước ép trái cây, cụ thể với nước cam ép ở quy mô công nghiệp “farm-to-table” để có cái nhìn tổng quan hơn nhé!

Nguyên liệu – sơ đồ tổng quát về nhà máy

Đa phần các nhà máy chế biến cam nằm trong vùng lân cận của khu vực trồng cây ăn quả, để có thể được chế biến càng sớm càng tốt sau khi thu hoạch vì trái cây nhanh chóng giảm đi chất lượng ở nhiệt độ cao, đa phần ở khu vực trồng cây có múi. Mặt khác, các sản phẩm từ quả cam được cho phép sản xuất dưới dạng lưu trữ trong thời gian dài và vận chuyển trên một quãng đường dài.

Sơ đồ tổng quát các bước trong nhà máy sản xuất cam

Quy trình tổng quát

Tiếp nhận nguyên liệu

Rửa lần 1, tách cuống, phân loại lần 1

Sau khi tiếp nhận nguyên liệu từ xe tải, trái cây có thể trải qua quá trình rửa để loại bỏ bụi bẩn và dư lượng thuốc trừ sâu. Nhiều nhà chế biến đã ngừng rửa trái cây trước khi đưa vào thùng lưu trữ vì trái cây ướt trong thùng có thể làm cho việc vệ sinh ở hạ lưu trở nên khó khăn hơn. Trái cây sau đó chuyển sang qui trình tách cuống và phân loại.

Băng tải con lăn của các máy tách cuống và phân loại cho phép bất kỳ lá hoặc cành cây nào rơi vào lòng băng tải. Ở bước phân loại bằng cách kiểm tra thủ công để loại bỏ trái cây thối và hư hỏng rõ ràng. Trái cây bị loại bỏ có thể được đưa đến nhà máy thức ăn chăn nuôi.

Để giảm tổng lượng nước tiêu thụ trong các nhà máy chế biến cam như mong muốn. Nước sử dụng để rửa sơ bộ thường được đem ngưng tụ thu hồi từ quá trình bay hơi. Nước ngưng được làm lạnh và được xử lý bằng chất khử trùng để hạn chế lây nhiễm vi khuẩn, đặc biệt là Alicyclobacillus.

Lấy mẫu

Mẫu trái cây được lấy từ mỗi xe tải để phân tích. Các thông số chính cần phân tích là hiệu xuất nước ép thu được, °Brix, độ acid và màu sắc. Điều này cung cấp cho bộ xử lý dấu hiệu nhận biết độ chín của trái cây. Khi trái cây đi vào kho lưu trữ, mỗi tải có thể được gắn thẻ xác định. Sau đó có thể chọn trái cây phù hợp từ nhiều nguồn khác nhau để pha trộn trong quá trình ép sao cho đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn cuối cùng. Đo lượng nước chiết xuất được cũng có thể là cơ sở để thanh toán cho nhà cung cấp trái cây.

Bảo quản

Sau công đoạn phân loại lần 1, trái cây được lưu trữ trong các thùng được thiết kế đặc biệt với nhiều vách ngăn nghiêng bên trong. Điều này sẽ phân phối trái cây đều trong thùng để ngăn quá nhiều trọng lượng đè lên nó. Quy trình lưu trữ này mục đích để giảm độ acid và tăng tỷ lệ nước ép cuối cùng được áp dụng cẩn thận vì việc đưa trái cây vào thùng thường làm giảm năng suất chiết xuất cuối cùng so với chế biến trực tiếp.

Bên cạnh đó, việc quản lý bảo quản nguyên liệu kỹ lưỡng cũng giúp tránh được sự dao động lớn về tỷ lệ độ Brix/ acid của nước ép thô. Những chênh lệch như vậy là nguyên nhân chính của các lỗi liên quan đến hesperidin được hình thành trong quá trình vận hành thiết bị bay hơi và được tìm thấy trong sản phẩm cô đặc cuối cùng. Một quy trình tốt là giảm thiểu thời gian để trái cây trong các thùng lưu trữ, tốt nhất là dưới 24 giờ. Có thể được lưu trữ ở thời gian lâu hơn, tuy nhiên, thường không xảy ra.

Rửa lần 2

Trái cây được rửa kỹ ngay trước quá trình ép. Nước rửa có thể bao gồm một chất khử trùng nhẹ để giúp giảm vi khuẩn trên bề mặt trái cây. Sử dụng nước ngọt hoặc nước ngưng thu hồi từ thiết bị bay hơi được sử dụng để rửa lần cuối.

Phân loại lần 2

Trái cây sẽ đi qua một dãy băng tải phân loại để kiểm tra trực quan cuối cùng, để đảm bảo trái cây bị hư hỏng hoặc không phù hợp đã được loại bỏ.

Phân kích thước quả

Sau khi phân loại, quả sẽ đi qua bàn định cỡ, phân quả thành các luồng kích thước khác nhau theo đường kính của quả. Một bàn định cỡ thường được tạo thành từ một loạt các con lăn xoay khi trái cây đi qua. Khoảng cách giữa các con lăn được cài sẵn và tốc độ con lăn tăng dần khi trái cây di chuyển trên bàn. Trong bộ con lăn đầu tiên, quả nhỏ nhất rơi vào giữa khe băng tải mang đến bộ chiết phù hợp với phạm vi kích thước của quả.

Khi khoảng cách tăng lên, trái lớn hơn sẽ đi qua các con lăn và vào máy chiết đã được cài đặt sẵn phạm vi kích thước đã xác định. Theo cách này, tất cả các loại trái cây được lựa chọn phù hợp với các cài đặt riêng của máy chiết. Thông thường có 2 đến 3 cài đặt kích thước khác nhau cho một dòng chiết xuất.

Ép

Mục đích của quá trình ép là thu được càng nhiều nước càng tốt, đồng thời ngăn các phần xơ của quả, tinh dầu và các thành phần khác lẫn vào nước ép. Những yếu tố này có thể dẫn đến vị đắng hoặc các khuyết tật khác trong quá trình bảo quản nước ép sau đó.

Hiệu quả trích ly dịch quả xác định chất lượng và năng suất của sản phẩm. Do vậy, nó có tác động lớn đến tổng kinh tế của hoạt động ngành chế biến trái cây. Khi trái cây đã được rửa và phân loại (kiểm tra) lần 2, nó đã sẵn sàng cho quá trình ép. Để tối ưu hoá hiệu suất của máy ép, nguyên liệu thô phải được sắp theo kích thước vì mỗi máy chiết riêng lẻ đã được thiết lập cho một phạm vi kích thước nhất định.

Một máy ép đầy đủ chức năng là điều thiết yếu để sản xuất nước ép đạt chất lượng và năng suất cao. Nếu một quả quá to hay quá nhỏ, (tuỳ thuộc vào loại máy ép) nó sẽ vắt quá nhiều và làm rách vỏ và xơ quả dẫn đến nước ép có vị đắng. Ngược lại, nếu quả không được vắt kĩ sẽ làm giảm năng suất.

Các loại thiết bị ép

Có 2 loại máy ép phổ biến: loại vắt (squeezer) và loại khoan (reamer). Cả hai hệ thống ép này đều dành riêng cho trái cây có múi.

Hệ thống chiết xuất cung cấp sự phân tách tối ưu giữa các thành phần nước ép, tinh dầu, vỏ.

Loại máy ép kiểu vắt có thể hoạt động trên nhiều loại kích thước và hình dạng của quả, nhưng có thể lẫn hàm lượng tinh dầu cao hơn trong nước ép và tỉ lệ thịt quả bị hư hỏng nhiều hơn so với loại ép kiểu khoan. Cần phải điều chỉnh loại máy vắt tiêu chuẩn để giữ tinh dầu ở mức thấp nhất và cải thiện chất lượng thịt quả.

Hình 1: Cách vận hành máy ép squeezer
Hình 2: Hoạt động của máy ép reamer

Sau khi được lắp đặt trong nhà máy, các hệ thống chiết xuất không dễ dàng thay thế cho nhau do các nhu cầu khác nhau đối với các thiết bị xung quanh.

**Trong công đoạn ép này, sẽ có ba luồng đầu ra khác nhau:

  • Nhũ tương dầu, chứa phần tinh dầu, vỏ và nước, đi đến thu hồi dầu vỏ.
  • Vỏ ướt cùng với bã, mảnh vụn, hạt sẽ được đưa trực tiếp vào máy nghiền thức ăn chăn nuôi.
  • Phần nước ép chứa thịt quả đưa đến phần làm trong và sau đó sản xuất cô đặc hoặc không cô đặc (Non from concentrate – NFC). Thịt quả có khuynh hướng bán vào nơi sản xuất thịt quả. Phần còn lại đem đi rửa hoặc bán cho các nhà máy thức ăn chăn nuôi.

Lọc

Nước trái cây trong quá trình chiết xuất/ ép được lọc vì nó chứa quá nhiều xác thịt quả và lớp xơ trắng. Nước ép chứa thịt quả từ các máy chiết thường chứa khoảng 20-25% phần thịt nổi và chìm bên dưới. Lọc giúp sản phầm đầu ra loại bỏ phần thịt quả trong nước ép. Một bộ nghiền về cơ bản là một bộ lồng lọc hình trụ và bao gồm hai loại: loại trục vít và loại cánh đảo.

Cách hoạt động của máy nghiền ép trục vít
Cách hoạt động của máy nghiền ép cánh đảo

Hoạt động của máy ép kiểu trục vít

Cấu trúc bên trong của máy có một ốc vít bằng thép không gỉ chuyển bã qua thiết bị và ép bã vào ống trụ. Nước ép sẽ chảy qua tấm lưới bên dưới máy.

Do đó, bã sẽ “dồn cục” vào bên trong và được thải ra ở phần cuối của thiết bị. Khi bã được thải ra thông qua một lỗ mở nhỏ, áp suất ngược trong bộ nghiền sẽ giúp lấy thêm nước ép từ khối bã.

Hoạt động của máy ép kiểu cánh đảo

Cấu trúc bên trong máy kết hợp một bộ cánh đảo quay ở trục trung tâm trong ống trụ. Các cánh đảo đẩy bã vào tấm lồng dựa trên tác dụng lực ly tâm thay vì dùng áp lực để tách bã ra khỏi nước ép. Phương pháp xử lý bã này nhẹ nhàng hơn và tốc độ dòng chảy cao hơn so với nghiền trục vít.

Lọc ly tâm

Hàm lượng bã trong nước trái cây để lại máy nghiền lần 2 thường khoảng 12%. Bã này chủ yếu là thịt quả chìm. Nước trái cây cũng có thể chứa các mảnh hạt, sợi của lõi quả và các thành phần ở mật độ cao không mong muốn khác. Thiết bị ly tâm được sử dụng để loại bỏ các lỗi này khỏi nước ép. Máy lọc ly tâm cũng được sử dụng để giảm hàm lượng bã đến mức được chỉ định bởi thị trường cho thành phẩm nước ép cuối cùng.

Pha trộn

Sau khi lọc, nước ép thường đi qua một số mức độ pha trộn với nước ép từ các mẻ khác để cân bằng hương vị, màu sắc, độ acid và độ Brix trước khi chế biến thêm. Nếu được dùng để sản xuất NFC, nước ép ở phần lọc nên được làm lạnh đến 4 °C để giảm thiểu hoạt động vi sinh tiềm ẩn trước khi đưa vào bể trộn.

Bài khí

Không khí có xu hướng được trộn vào nước trái cây trong quá trình chiết và lọc nghiền. Một số không khí bị cuốn vào có thể thoát ra trong quá trình lưu trữ tạm, nhưng nước ép thanh trùng thường thẩm thấu với oxy hòa tan. Nó cũng chứa một lượng không khí ở khoảng không. Trong quá trình bảo quản sản phẩm, oxy hòa tan và bọt tự do trong nước ép có thể phá hủy một lượng vitamin C đáng kể bằng quá trình oxy hóa. Xử lý nhiệt không đủ cũng có thể dẫn đến còn bong bóng khí trong quá trình thanh trùng.

Do đó, việc bài khí là một phần của quy trình thanh trùng khi sản xuất NFC. Bài khí thường được thực hiện bằng cách cho sản phẩm qua buồng chân không. Bong bóng khí tự do nở ra trong chân không và có xu hướng thoát ra khá dễ dàng từ nước ép, mặc dù oxy hòa tan khó loại bỏ hơn.

Hiệu quả bài khí hoặc giảm oxy hòa tan phụ thuộc vào một số yếu tố hoạt động bao gồm áp dụng chân không và diện tích bề mặt của nước ép trong thiết bị bài khí.

Các chất dễ bay hơi mất trong quá trình khử khí được ngưng tụ và trở lại dòng nước ép. Ngoài ra, đôi khi chúng được lưu trữ riêng từ nước ép số lượng lớn.

Thanh trùng

Mục đích của thanh trùng là làm cho sản phẩm nước ép ổn định trong quá trình chế biến và bảo quản ở công đoạn tiếp theo. Đây là bước cần thiết để tiêu diệt các vi sinh vật có khả năng phát triển trong quá trình bảo quản và khử hoạt tính của enzyme để ngăn chặn hiện tượng phân lớp. Vì enzyme là protein xúc tác cho các phản ứng sinh học và cần thiết cho sự tăng trưởng của tất cả các vật chất sống.

Nước cam được tiệt trùng ít nhất hai lần trước khi đến tay người tiêu dùng (ngoại trừ một lượng nhỏ nước ép không cô đặc được rót trực tiếp vào bao bì sau lần thanh trùng đầu tiên). Quá trình thanh trùng đầu tiên xảy ra ngay sau công đoạn ép trước khi lưu trữ số lượng lớn và lần thanh trùng thứ hai xảy ra trước khi đóng gói.

Bước thanh trùng đầu tiên rất cần thiết để làm bất hoạt hoàn toàn enzyme pectin methyl esterase (PME), còn được gọi là pectin esterase (PE), nếu không sẽ làm tách lớp của nước ép và gel cô đặc trong quá trình lưu trữ. Các vi sinh vật mang tính thương mại cũng bị tiêu diệt ở quá trình này.

Quá trình thanh trùng thứ hai sẽ tiêu diệt bất kỳ vi sinh vật nào có thể bị nhiễm vào nước ép sau bước thanh trùng đầu tiên và tồn tại trong kho lưu trữ số lượng lớn, cũng như những vi khuẩn có thể đã nhiễm trong quá trình phục hồi từ nước cô đặc.

Điều kiện nhiệt độ thanh trùng

Trong nước cam, PME có khả năng chịu nhiệt cao hơn các vi sinh vật thường có trong nước cam. Điều này có nghĩa là việc xử lý nhiệt độ thời gian cần chuyên sâu hơn để làm bất hoạt enzyme hơn là tiêu diệt vi sinh vật.

Thanh trùng lần 1:

Sau khi chiết xuất, nước ép cần được tiệt trùng để làm bất hoạt PME càng sớm càng tốt. Nhiệt độ tiệt trùng trên 95-98 ° C trong 10-30 giây. Công đoạn này có thể được thực hiện như một bước riêng biệt hoặc bước đầu tiên trong thiết bị bay hơi.

Thanh trùng lần 2:

Được thực hiện trước công đoạn đóng gói, liên quan đến sản phẩm NFC sau khi lưu trữ số lượng lớn hoặc nước ép được tái tạo từ cô đặc. Mục đích ở công đoạn này là phá hủy vi sinh vật chứ không bất hoạt enzyme. Do vi sinh vật ít chịu nhiệt hơn enzyme, nên quá trình thanh trùng lần thứ hai có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn.

Sự kết hợp nhiệt độ thời gian cần thiết cho lần thanh trùng lần 2 sẽ phụ thuộc vào tổng số vi sinh vật trong nước ép có trong thiết bị thanh trùng. Lượng vi sinh vật này phụ thuộc vào số lượng vi sinh vật ban đầu trong phần cô đặc, thời gian trong tank trước khi thanh trùng và tiêu chuẩn vệ sinh khu vực.

Trong công nghiệp, nhiệt độ thanh trùng lần 2 trong khoảng 95 °C trong 15-30 giây với sản phẩm nước ép được tái tạo từ dạng cô đặc và thường để ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, các nghiên cứu được thực hiện bởi Tetra Pak đã chỉ ra rằng có thể hạ thấp nhiệt độ thanh trùng để tiết kiệm năng lượng.

Bảo quản

Có 3 cách chính để bảo quản nước ép NFC lâu dài:

  • Kho đông lạnh
  • Lưu trữ vô trùng trong các tank
  • Bảo quản vô trùng trong các túi dung lượng lớn

Bảo quản trong kho đông lạnh

Sau bước thanh trùng chính (lần 1), nước ép được lưu trữ với số lượng lớn trong điều kiện đông lạnh hoặc vô trùng. Sản xuất NFC liên quan đến khối lượng sản phẩm lớn. Với cùng một lượng nước ép cuối cùng, khối lượng NFC cao hơn năm đến sáu lần so với sản phẩm cô đặc đông lạnh.

Đông lạnh sẽ giảm thiểu hao hụt vitamin và thay đổi hương vị trong thời gian lưu trữ, nhưng chi phí năng lượng và kho đông lạnh để lưu trữ NFC là cao.

Việc đông lạnh NFC dẫn đến việc phải xử lý các vấn đề vì nó đông thành dạng rắn, khi nước cam đông lạnh rất nhớt nhưng vẫn có thể bơm được. Bảo NFC đông lạnh phù hợp hơn với thể tích NFC thấp. Các nhà sản xuất số lượng lớn bảo quản NFC vô trùng trong các tank rất lớn. Và các sản phẩm đông lạnh thường được giữ ở nhiệt độ -18 độ C hoặc thấp hơn.

Làm tan băng NFC để sẵn sàng đi vào khâu chế biến cuối cùng cũng gặp phải một số khó khăn về hậu cần và xử lý. Phải mất vài ngày hoặc vài tuần để tan băng ở nhiệt độ môi trường. Lớp nước ngoài bên ngoài có thể nhiễm vi sinh trong quá trình rã đông, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm. Hệ thống nghiền cho phép xử lý nhanh hơn nhưng đòi hỏi tiêu thụ năng lượng và đầu tư vốn cao hơn.

Bảo quản vô trùng trong các tank

Thay thế cho bảo quản trong kho lạnh, NFC có thể được trữ lạnh trong bồn vô trùng. Công nghệ này bao gồm các bồn chứa rất lớn với dung tích lên tới 6 triệu lít để lưu trữ nước ép vô trùng.

Các bồn sẽ được khử trùng trước khi đổ đầy bằng cách làm ngập chúng bằng chất khử trùng như Iodoform. Nhiệt độ bảo quản ưa thích của cách bồn này là -1oC ngay trên nhiệt độ đóng băng của nước ép và chúng được đặt trong nhà lạnh lớn.

Nước trái cây phải được khuấy trộn định kỳ để tránh tách cơm thịt chìm và duy trì tính đồng nhất ° Brix. Một tấm màng nitơ áp suất thường được duy trì trên bề mặt nước ép để giảm thiểu nguy cơ mất vitamin C thông qua quá trình oxy hóa.

Bảo quản vô trùng trong các túi dung lượng lớn

Thay thế cho bồn vô trùng, nước trái cây có thể được đổ đầy trong các thùng chứa trong túi vô trùng 1.000 lít (300 gallon). Các túi được đặt trong thùng thường làm từ gỗ, sau đó được bảo quản trong điều kiện lạnh. Sau khi bảo quản, sản phẩm được lấy ra bằng cách mở túi và bơm sản phẩm ra.

Bán thành phẩm

Sản phẩm nước ép dạng không cô đặc – sản phẩm chính

Mục đích của sản phẩm không cô đặc (NFC) là giảm thiểu xử lý nhiệt trong qui trình sản xuất nước cam. Tuy nhiên, việc xử lý nhiệt phải đủ để đảm bảo rằng sản phẩm ổn định về mặt vật lý và vi sinh. Vì trái cây được thu hoạch theo mùa và tiêu thụ nước ép quanh năm, sản phẩm phải đủ ổn định để được lưu trữ trong vài tháng cho đến một năm để có thể tiếp nối theo mùa.

Trong một số trường hợp, NFC được tiệt trùng và đóng gói cho thị trường bán lẻ trong mùa mà không cần lưu trữ số lượng lớn dài hạn. Trong trường hợp này, một số pha trộn có thể xảy ra trong bước lọc để giảm thiểu sự thay đổi hàng giờ về độ acid và ° Brix. Một số tép quả cũng có thể được thêm vào tùy thuộc vào nhu cầu thị trường.

Phổ biến hơn, nước trái cây được chế biến và trữ với số lượng lớn trong điều kiện vô trùng hoặc đông lạnh trong một vài tháng cho đến khi nó được xử lý lại và đóng gói. Đối với sản xuất NFC khối lượng lớn, như ở Florida và Brazil, trang trại chứa bể vô trùng là hình thức lưu trữ NFC phổ biến nhất.

Sản phẩm cô đặc

Trên toàn cầu, phần lớn nước cam được sản xuất dưới dạng cô đặc. Nước trái cây từ bước lọc sau đó làm bay hơi để loại bỏ phần lớn nước

Sau khi bay hơi, nước ép cô đặc 65 ° Brix và được làm lạnh đến -10 °C, sau đó được chuyển đến nơi lưu trữ. Pha trộn các lô sản xuất khác nhau và có thể bổ sung tinh dầu ở vỏ cũng là cách bảo quản. Thùng lưu trữ thường được duy trì ở -20 đến -25 °C, lưu trữ số lượng lớn trong các bồn lớn (200 lit) thường ở -10 °C. Ngay trước khi gửi từ nhà máy, rút nước ép cô đặc từ các bồn chứa lớn khác nhau để pha trộn nhằm đáp ứng các thông số kỹ thuật của sản phẩm. Chất cô đặc đôi khi được pha loãng với tép cam để giảm độ Brix. Vận chuyển nước ép cô đặc đông lạnh liên quan đến thùng, xe bồn hoặc tàu chở dầu số lượng lớn.

Thuật ngữ nước cam ép cô đặc đông lạnh (Frozen Concentrated Orange Juice – FCOJ) có thể gây hiểu nhầm vì cô đặc ở 65 °Brix không đông cứng ở -10 °C do hàm lượng đường cao. Nồng độ FCOJ phổ biến nhất là 65-66 °Brix, nhưng cũng có sẵn các chất cô đặc số lượng thấp hơn Brix. FCOJ 55-58 ° Brix thường được cung cấp cho các công ty sữa.

Tham khảo Tetrapak
Dịch và biên soạn bởi Science Vietnam và Dịch Giả
Vui lòng để lại nguồn và link bài viết khi sao chép

Written by Avril

What do you think?

Trả lời