Mặc dù các sản phẩm protein có nguồn gốc thực vật ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm và nhận thức về tác động môi trường của các hệ thống chăn nuôi thâm canh ngày càng rõ rệt, mức tiêu thụ thịt trên toàn cầu vẫn tiếp tục gia tăng, đồng thời số lượng thú cưng cũng có xu hướng tăng. Cùng với đó, thị trường phụ phẩm từ chế biến thịt và nguyên liệu cho thức ăn thú cưng được dự báo sẽ phát triển mạnh. Trong bối cảnh này, việc duy trì chất lượng của thịt và phụ phẩm thông qua kiểm soát nhiệt độ và xử lý phù hợp đóng vai trò quan trọng nhằm tối đa hóa giá trị sản phẩm và giảm thiểu tổn thất trong quá trình sản xuất.
Thách thức kỹ thuật đối với thịt và phụ phẩm
Quá trình giết mổ và chế biến thịt, gia cầm luôn tạo ra nhiều loại phụ phẩm và vật liệu dư thừa. Trước đây, phần lớn các phụ phẩm này được chuyển thành các sản phẩm hàng hóa như bột thịt, bột xương và bột máu để sử dụng trong thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và sự gia tăng dân số, nhu cầu đối với các phụ phẩm có giá trị ngày càng cao, bao gồm thịt vụn gia cầm, xương, máu và huyết tương, chất béo, dầu, gelatin, thịt tách xương cơ học (MDM) và các thành phần protein ăn được khác.
Để tối đa hóa giá trị sử dụng của các nguyên liệu này, thiết bị chế biến cần đảm bảo tạo ra sản phẩm có chất lượng cao với chi phí thấp, giảm hao hụt nguyên liệu và tiêu thụ ít năng lượng. Yêu cầu này cũng áp dụng tương tự đối với các sản phẩm chính như dịch thịt nghiền và các dẫn xuất từ MDM. Trong thực tế sản xuất, thiết bị trao đổi nhiệt được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như gia nhiệt, làm lạnh, thanh trùng, tiệt trùng và cô đặc.
Tuy nhiên, nguyên liệu thịt có khả năng bám cáu cao, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, đồng thời có cấu trúc nhạy cảm nên cần được xử lý nhẹ nhàng để bảo toàn chất lượng. Do có độ nhớt cao, sản phẩm thịt có thể xuất hiện hiện tượng phân tầng nhiệt trong quá trình xử lý nhiệt. Khi sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, phần sản phẩm gần thành ống được làm lạnh hoặc gia nhiệt mạnh hơn trong khi phần ở trung tâm không được trộn đều, tạo nên sự chênh lệch nhiệt độ trong cùng một dòng sản phẩm. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng đóng băng cục bộ ở vùng sát thành ống khi làm lạnh trong khi phần trung tâm chưa đạt nhiệt độ yêu cầu, hoặc gia nhiệt không đồng đều đối với sản phẩm lạnh.
Thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt cạo (Scraped Surface Heat Exchangers – SSHE)
Để khắc phục hiện tượng phân tầng nhiệt, có thể sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng không gian vòng khuyên, trong đó môi chất tải nhiệt đi qua trung tâm và đồng thời bao quanh dòng sản phẩm. Tuy nhiên, thiết kế này không phù hợp với các sản phẩm có chứa hạt hoặc các mảnh rắn. Vì vậy, đối với các sản phẩm thịt có độ nhớt cao hoặc chứa các thành phần rắn, thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt cạo thường là lựa chọn tối ưu.
Thiết bị này cho phép xử lý sản phẩm một cách nhẹ nhàng, đồng thời tạo sự trộn đều liên tục nhằm ngăn ngừa hiện tượng phân tầng nhiệt và hạn chế bám cáu trên bề mặt truyền nhiệt. Ngoài ra, thiết bị còn có độ bền cơ học cao để đáp ứng điều kiện vận hành tải nặng. Các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt cạo quay được thiết kế với cấu hình dao cạo bên trong cải tiến và hộp số công suất lớn nhằm chịu được mô-men xoắn cao khi xử lý các sản phẩm có độ nhớt lớn, đặc biệt ở nhiệt độ thấp.
Dao cạo chuyển động với vận tốc cao giúp tăng hệ số truyền nhiệt, từ đó giảm diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, giảm áp suất vận hành, giảm kích thước thiết bị và giảm chi phí đầu tư. Bên cạnh đó, hệ thống thanh cạo và trục vít xoắn trong ống có thể đảo chiều để đẩy hết sản phẩm ra khỏi thiết bị mà không làm biến đổi cấu trúc, góp phần giảm tổn thất nguyên liệu trong quá trình vệ sinh tại chỗ (CIP) và khi chuyển đổi sản phẩm.
Thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt cạo chuyển động tịnh tiến
Trong một số trường hợp, thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt cạo chuyển động tịnh tiến sẽ là giải pháp phù hợp hơn, đặc biệt đối với các sản phẩm có độ nhớt cao và yêu cầu nghiêm ngặt về cấu trúc và độ đồng nhất. Thiết bị này cho phép truyền nhiệt hiệu quả ở áp suất thấp, từ đó hạn chế hiện tượng phá vỡ cấu trúc do lực cắt lớn có thể xảy ra khi vận hành ở áp suất và tốc độ cao.
Nhờ những ưu điểm này, thiết bị có thể được ứng dụng trong nhiều công đoạn khác nhau như làm lạnh nội tạng gia cầm và nguyên liệu thức ăn thú cưng, làm lạnh thịt tách xương cơ học (MDM), cũng như gia nhiệt hoặc làm lạnh máu động vật.
Nguồn: HRS Heat Exchangers.
