Nghiên cứu điển hình về ứng dụng thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc
Trong quá trình sản xuất các loại gia vị thực phẩm có độ nhớt như tương cà, tương ớt và mayonnaise, việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình nhũ hóa ảnh hưởng trực tiếp đến kết cấu, độ ổn định và khả năng giữ lại chất dinh dưỡng của sản phẩm. Một nhà sản xuất tham gia vào quá trình chế biến thực phẩm có độ nhớt đã từng gặp phải những thách thức liên tục trong việc quản lý nhiệt độ trong giai đoạn nhũ hóa, điều này đã hạn chế hiệu quả sản xuất và tính nhất quán của sản phẩm. Việc giới thiệu thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc đã giải quyết hiệu quả những vấn đề này, hiện thực hóa việc nâng cấp toàn diện về tính đồng nhất của quá trình gia nhiệt, chất lượng nhũ hóa và hiệu quả hoạt động.
Bối cảnh: Những khó khăn liên quan đến nhiệt độ trong sản xuất nhũ hóa
Các sản phẩm cốt lõi của nhà sản xuất bao gồm tương cà có độ nhớt cao và tương ớt có hương vị. Trong quy trình sản xuất truyền thống, giai đoạn nhũ hóa dựa vào các thiết bị gia nhiệt bên ngoài kết hợp với thiết bị khuấy cố định, dẫn đến nhiều nút thắt kỹ thuật tập trung vào việc kiểm soát nhiệt độ.
Thứ nhất, sự phân bố nhiệt độ không đồng đều là một vấn đề quan trọng. Gia nhiệt bên ngoài (chẳng hạn như cuộn dây gia nhiệt điện hoặc ống dẫn hơi nước) gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ của vật liệu—nhiệt độ gần nguồn gia nhiệt đạt 70℃ trở lên, trong khi lớp bên trong của vật liệu vẫn ở mức 40℃ trở xuống. Sự không nhất quán này dẫn đến sự hòa tan không đều của các chất làm đặc và chất ổn định, dẫn đến hiện tượng phân tầng sản phẩm sau khi bảo quản và độ nhớt không nhất quán giữa các lô. Đối với tương cà, hiện tượng quá nhiệt cục bộ cũng gây ra hiện tượng sẫm màu của bột giấy, làm hỏng màu sắc tự nhiên và các thành phần dinh dưỡng.
Thứ hai, hiệu quả gia nhiệt thấp và tiêu thụ năng lượng cao. Gia nhiệt bên ngoài đòi hỏi thời gian gia nhiệt trước lâu (1,5 đến 2 giờ mỗi mẻ) để nâng toàn bộ mẻ vật liệu lên nhiệt độ nhũ hóa yêu cầu, kéo dài chu kỳ sản xuất. Hơn nữa, tổn thất nhiệt qua bề mặt thiết bị là đáng kể, với tỷ lệ sử dụng năng lượng dưới 60%, làm tăng chi phí vận hành.
Thứ ba, độ chính xác kiểm soát nhiệt độ không đủ. Hệ thống gia nhiệt truyền thống thiếu khả năng điều chỉnh theo thời gian thực, với sự dao động nhiệt độ vượt quá ±5℃. Đối với sản xuất mayonnaise, đòi hỏi việc kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt ở mức 25-30℃ để duy trì hoạt động của chất nhũ hóa, những dao động như vậy thường gây ra hiện tượng tách dầu-nước, làm giảm tỷ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuống khoảng 83%.
Ngoài ra, sự kết hợp giữa gia nhiệt bên ngoài và khuấy mở đã đưa một lượng lớn không khí vào vật liệu, tạo thành các bọt khí nhỏ ảnh hưởng đến độ mịn và thời hạn sử dụng của sản phẩm. Quy trình làm sạch cồng kềnh của thiết bị gia nhiệt và khuấy riêng biệt cũng kéo dài khoảng thời gian giữa các mẻ.
Giải pháp: Giới thiệu và ứng dụng thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc
Để giải quyết các vấn đề trên, nhà sản xuất đã chọn thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc với các thông số kỹ thuật tùy chỉnh, tích hợp các chức năng gia nhiệt có vỏ bọc, nhũ hóa cắt cao, khuấy hành tinh và vận hành kín. Thiết kế cốt lõi của thiết bị tập trung vào việc kiểm soát nhiệt độ đồng đều và nhũ hóa hiệu quả, phù hợp hoàn hảo với nhu cầu sản xuất các loại gia vị có độ nhớt.
Hệ thống gia nhiệt có vỏ bọc sử dụng cấu trúc bể hai lớp, với lớp xen kẽ được đổ đầy dầu truyền nhiệt làm môi trường gia nhiệt. So với gia nhiệt bằng hơi nước trực tiếp, dầu truyền nhiệt đảm bảo dẫn nhiệt từ từ và đồng đều, tránh quá nhiệt cục bộ. Thiết bị được trang bị mô-đun kiểm soát nhiệt độ thông minh, theo dõi nhiệt độ vật liệu theo thời gian thực thông qua các cảm biến tích hợp và tự động điều chỉnh công suất gia nhiệt, kiểm soát phạm vi dao động nhiệt độ trong khoảng ±1℃. Nhiệt độ gia nhiệt có thể được điều chỉnh liên tục trong khoảng 0-100℃, thích ứng với các yêu cầu quy trình sản phẩm khác nhau.
Về mặt nhũ hóa và trộn, thiết bị kết hợp sự đồng nhất cắt cao và khuấy hành tinh. Cấu trúc rôto-stato cắt cao (khoảng cách có thể điều chỉnh 0,2-0,3mm) tạo ra lực cắt mạnh để phá vỡ các hạt rắn và giọt dầu thành các kích thước micron, trong khi khuấy hành tinh 360° cạo thành đảm bảo không có cặn vật liệu trên thành bể và trộn đều vật liệu ở tất cả các lớp. Thân bể kín cũng tránh bẫy không khí trong quá trình khuấy, giảm sự hình thành bọt.
Trước khi chạy thử chính thức, nhà cung cấp thiết bị đã tiến hành bốn vòng thử nghiệm quy trình bằng cách sử dụng nguyên liệu thô thực tế của nhà sản xuất, tối ưu hóa các thông số chính như tốc độ gia nhiệt, tốc độ khuấy và thời gian nhũ hóa. Đối với tương cà, các thông số tối ưu được xác định là: tốc độ gia nhiệt 5℃/phút, nhiệt độ nhũ hóa 50℃, tốc độ khuấy hành tinh 45 vòng/phút và tốc độ cắt cao 6000 vòng/phút. Đối với mayonnaise, các thông số được điều chỉnh thành: tốc độ gia nhiệt 3℃/phút, nhiệt độ không đổi ở 28℃, tốc độ khuấy hành tinh 30 vòng/phút và tốc độ cắt cao 5500 vòng/phút. Dựa trên kết quả thử nghiệm này, thiết bị đã được lắp đặt và chạy thử tại chỗ, sau đó đưa vào sản xuất chính thức.
Kết quả: Cải thiện toàn diện hiệu suất sản xuất
Sau khi thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc được đưa vào vận hành, quy trình sản xuất của nhà sản xuất đã đạt được những cải tiến đáng kể trong việc kiểm soát nhiệt độ, chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và kiểm soát chi phí, với dữ liệu đo lường xác minh hiệu quả ứng dụng.
Về mặt kiểm soát nhiệt độ và chất lượng sản phẩm, hệ thống gia nhiệt có vỏ bọc đã hiện thực hóa sự phân bố nhiệt độ đồng đều của vật liệu, với sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và bên ngoài giảm xuống dưới 2℃. Đối với tương cà, điều này đã tránh được hiện tượng sẫm màu của bột giấy, giữ lại 95% hàm lượng lycopene tự nhiên và duy trì màu đỏ tươi. Sự hòa tan đồng đều của các chất làm đặc đã loại bỏ hiện tượng phân tầng sản phẩm—các thử nghiệm độ ổn định bảo quản cho thấy sản phẩm có thể được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong 12 tháng mà không có sự thay đổi độ nhớt hoặc kết tủa rõ rệt. Đối với mayonnaise, việc kiểm soát nhiệt độ chính xác ở mức 28±1℃ đảm bảo sự nhũ hóa dầu-nước ổn định và tỷ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn tăng từ 83% lên 97%.
Về mặt hiệu quả sản xuất, hệ thống gia nhiệt có vỏ bọc đã rút ngắn thời gian gia nhiệt trước cho mỗi mẻ từ 1,5-2 giờ xuống còn 30 phút, giảm 75%. Thiết kế tích hợp gia nhiệt, nhũ hóa và trộn đã loại bỏ nhu cầu chuyển vật liệu giữa các thiết bị riêng biệt, tiết kiệm 20 phút cho mỗi mẻ. Thời gian nhũ hóa cũng được rút ngắn từ 2,5 giờ xuống còn 50 phút và sản lượng hàng ngày tăng gấp 2,1 lần so với quy trình truyền thống. Cấu trúc kín và thiết kế cạo thành đã đơn giản hóa việc làm sạch sau sản xuất, giảm thời gian làm sạch 40% và rút ngắn khoảng thời gian giữa các mẻ.
Về mặt kiểm soát chi phí, quá trình truyền nhiệt hiệu quả của hệ thống có vỏ bọc đã cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng lên hơn 85%, giảm mức tiêu thụ năng lượng trên một đơn vị sản phẩm xuống 38%. Hiệu quả nhũ hóa ổn định đã tránh được sự mất mát vật liệu do dao động nhiệt độ, giảm lãng phí nguyên liệu thô khoảng 14%. Việc giảm thời gian sản xuất cũng làm giảm chi phí lao động và thiết kế mô-đun của thiết bị đã giảm thời gian và chi phí bảo trì.
Về mặt ổn định quy trình, hệ thống kiểm soát nhiệt độ thông minh và chức năng lưu trữ thông số đảm bảo các thông số vận hành nhất quán cho mỗi mẻ, với phạm vi dao động độ nhớt của sản phẩm được kiểm soát trong khoảng ±3%. Điều này đã giải quyết vấn đề chất lượng sản phẩm không nhất quán giữa các mẻ, cải thiện sự hài lòng của khách hàng.
Vận hành lâu dài và tóm tắt kinh nghiệm
Tính đến thời điểm thống kê hiện tại, thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc đã hoạt động ổn định liên tục trong hơn 9.000 giờ, với tỷ lệ hỏng hóc dưới 0,8%. Dầu truyền nhiệt trong vỏ bọc có tuổi thọ cao, chỉ cần thay thế sau mỗi 8.000 giờ và hệ thống gia nhiệt kín không dễ bị rò rỉ, đảm bảo vận hành an toàn.
Thực tế ứng dụng cho thấy rằng thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc, với khả năng gia nhiệt đồng đều, kiểm soát nhiệt độ chính xác và các chức năng nhũ hóa-trộn tích hợp, có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề liên quan đến nhiệt độ trong quá trình sản xuất các loại gia vị có độ nhớt. Bằng cách tối ưu hóa sự phân bố nhiệt độ và hiệu quả nhũ hóa, nó cải thiện chất lượng và độ ổn định của sản phẩm, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí.
Đối với các nhà sản xuất thực phẩm có độ nhớt, việc lựa chọn thiết bị nhũ hóa gia nhiệt có vỏ bọc nên kết hợp chặt chẽ với các đặc tính sản phẩm, độ nhớt và yêu cầu về nhiệt độ. Tốc độ gia nhiệt và độ chính xác kiểm soát nhiệt độ tùy chỉnh, cũng như các thử nghiệm tiền vận hành nghiêm ngặt, là chìa khóa để đảm bảo sự phù hợp giữa thiết bị và quy trình sản xuất. Hoạt động ổn định của thiết bị này không chỉ cung cấp sự đảm bảo đáng tin cậy về chất lượng sản phẩm mà còn đặt nền tảng vững chắc cho việc nâng cấp quy trình và mở rộng sản phẩm sau này.
