Đồ án kỹ thuật thực phẩm chủ đề quá trình và thiết bị sấy sữa bột công suất 500 kg sữa nguyên liệuh

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM CHỦ ĐỀ : Quá trình thiết bị sấy sữa bột công suất 500 kg sữa nguyên liệu/h Giảng viên hướng dẫn : Thân Thị Hương Lớp : K66CNTPC Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 9C Hà Nội – 2023 Danh sách sinh viên stt Họ tên Nhữ Mạc Minh Quang Lê Ngọc Anh Thư Trần Thị Ngọc Nguyễn Thị Oánh Trần Khánh Thương Nguyễn Thị Kiều Oanh Dương Thị Thanh Trúc Mã sinh viên 6661963 6651731 6655725 6653820 642831 6653618 6651104 Contents I, Tổng quan tài liệu 1.1 Tìm hiểu nguyên liệu sữa 1.1.1 Khái niệm sữa 1.1.2 Thành phần hoá học nguyên liệu 1.2 SỮA BỘT 1.2.1 Mục đích phạm vi sử dụng: 1.2.2 Những tính chất sữa bột 1.2.2 Yêu cầu mặt nguyên liệu: 1.2.3 Thành phần sữa bột 1.3 Quy trình sấy phun 1.3.1 Khái niệm sấy sấy phun 1.3.2 Tác nhân sấy 1.3.3 Thiết bị sấy phun 1.3.4 Ưu nhược điểm 1.3 Qúa trình tạo hạt 1.3.6 Một số biến đổi không mong muốn hạt sữa 1.3.7 yêu tố ảnh hưởng dến trình sấy phun II, Thuyết minh quy trình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bột sữa gầy 2.2 Thuyết minh quy trình 2.2.1Bước 1: chuẩn hóa sữa 2.2.2 Bước 2: Thanh trùng 2.2.3 Bước 3: Cô đặc 2.2.4 Bước 4: Đồng hóa 2.2.5 Bước 5: Sấy III, Tính tốn cân vật chất 3.1 Tỷ lệ hao phí qua công đoạn 3.2 Tính tốn cơng đoạn q trình sản xuất sữa bột 5 5 10 10 10 12 12 13 13 13 13 14 14 15 17 20 20 22 22 24 28 32 34 37 37 37 3.2.1 Qúa trình chuẩn hóa 37 3.2.2 Qúa trình trùng 38 3.2.3 Qúa trình cô đặc .39 3.2.4 Qúa trình đồng hóa 42 3.2.5 Qúa trình sấy 43 IV, Cân lượng 47 V, Tính tốn thiết bị .50 5.1 Tính tốn nhiệt lượng cần thiết .50 5.2 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình: 50 5.2.1, Giai đoạn nhiệt độ sấy không đổi: .50 5.2.2 Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần: 52 5.2.3 Độ chênh nhiệt độ trình: 52 5.2.4 Tốc độ tác nhân sấy: 53 5.2.5 Tính tốn tốc độ tác nhân sấy .53 5.2.6 Tính tốn tốc độ lơ lửng hạt sữa 53 5.2.7 Tính tốn hệ số trao đổi nhiệt thể tích .54 5.2.8 chiều cao hữu hiệu máy sấy 55 5.2.9 Thời gian sấy tính tốn vịi phun 55 VI, Tài liệu tham khảo 56 I, Tổng quan tài liệu 1.1 Tìm hiểu nguyên liệu sữa 1.1.1 Khái niệm sữa Sữa chất lỏng màu trắng đục tạo giống động vật có vú (bao gồm động vật đơn huyệt) Khả tạo sữa đặc điểm phân biệt lớp động vật có vú với lớp động vật khác Sữa tạo làm nguồn dinh dưỡng ban đầu cho sơ sinh trước chúng tiêu hóa loại thực phẩm khác Sữa loại chất giúp cải thiện dinh dưỡng đặc biệt nước phát triển Ấn Độ quốc gia sản xuất tiêu thụ sữa lớn giới, không xuất nhập sữa New Zealand, 28 quốc gia thuộc EU, Úc, Hoa Kỳ nhà xuất sữa sản phẩm từ sữa lớn giới Trung Quốc Nga nước nhập sữa sản phẩm từ sữa lớn Nguyên liệu để sản xuất sữa bột tươi nguyên cream (whole milk) sữa gầy (skim milk) Sữa tươi nguyên kem: sản phẩm chế biến từ sữa tươi không hiệu chỉnh hàm lượng chất béo, hàm lượng chất béo 3,2% Sữa gầy: sữa qua trình tách béo, hàm lượng chất béo cịn lại khơng q 1% [18] 1.1.2 Thành phần hoá học nguyên liệu Bảng 1.1 Thành phần số loại sữa [10] Sữa mẹ(người) Sữa ngựa Sữa bò Sữa trâu Sữa dê Sữa cừu Protei n % 1,2 Casein % 0,5 Whey protein % 0,7 2,2 3,5 4,0 3,6 5,8 1,3 2,8 3,5 2,7 4,9 0,9 0,7 0,5 0,9 0,9 Chất béo % Cacbohydrat % 3,8 7,0 0,2 1,7 3,7 7,5 4,1 7,9 6,2 4,8 4,8 4,7 4,5 0,5 0,7 0,7 0,8 0,8 Thành phần sữa nước, protein, lactoza, lipid muối Các tính chất hóa lý sữa tương tự nước Tuy nhiên, đặc tính bị thay đổi có mặt chất/ chất hịa tan pha nước thành phần keo nhũ tương Hàm lượng phân tử hòa tan sữa (đặc biệt lactoza muối) ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu (khoảng 700 kPa), hoạt độ nước (khoảng 0,993), Tro % điểm sôi (khoảng 100,15°C) điểm đóng băng (khoảng -0,552°C đến - 0,540°C) (Walstra cộng sự, 2006) Hàm lượng muối xác định cường độ ion sữa (khoảng 0,08 M) với hàm lượng protein, nguyên nhân tạo độ axit chuẩn độ (khoảng 0,14% -0,18% biểu thị axit lactic), độ pH (khoảng 6,6- 6,8 25°C) khả đệm Màu sắc sữa định, số yếu tố khác, tán xạ ánh sáng khả kiến giọt chất béo mixen casein Hàm lượng chất béo protein sữa ảnh hưởng đến độ nhớt (khoảng 2,1 mPa s, 20°C), số khúc xạ (khoảng 1,3440-1,3485, 20°C) sức căng bề mặt (khoảng 52 N m-1) (Walstra cộng sự, 2006) Hàm lượng chất béo có tác động lớn đến tỷ trọng (từ 1028 đến 1034 kg m23), độ dẫn nhiệt (khoảng 0,559 W m-1 K-1) nhiệt dung riêng (khoảng 3,93 kJ kg -1 K-1) sữa (Walstra et al., 2006) Thế oxy hóa khử sữa (khoảng +0,25 đến +0,35 V, 25°C pH 6,7) định nồng độ oxy hịa tan [4] 1.1.2.1, Nước Nước có sữa thực tương tác hóa học khác với cường độ khác Các cấu tử ưa nước tương tác mạnh thông qua tương tác lưỡng cực ion lưỡng cực ion với nước Một số nước có sữa có tính di động phân tử thấp; khơng bị đóng băng nhiệt độ -40°C gần bề mặt chất hịa tan thành phần khơng chứa nước Nước phân loại thành cấu trúc (tiến hành tương tác hóa học cường độ lớn tạo thành phần thiếu phân tử khác), lớp phụ lớp đơn (có mặt vị trí liên kết hợp chất ưa nước) đa lớp (chiếm vị trí liên kết khác xung quanh lớp đơn lớp) Một khía cạnh quan trọng nước sữa sữa ảnh hưởng ổn định hóa học, vật lý vi sinh vật Nước thực phẩm có liên quan chặt chẽ đến phản ứng Maillard, oxy hóa lipid, vitamin, ổn định sắc tố biến tính protein ví dụ phản ứng chịu ảnh hưởng hoạt động nước thực phẩm Nước giúp cân muối trạng thái vật lý lactoza (vơ định hình kết tinh) bị ảnh hưởng sẵn có nước hoạt độ nước mơi trường có khả ảnh hưởng đến phát triển vi sinh vật cách cho phép ức chế phát triển vi sinh vật 1.1.2.2, Protein hợp chất nitơ khác A, Protein *, Casein Casein protein sữa chiếm 78,3% tổng số protein sữa Casein kết tủa gần điểm đẳng điện chúng, Ph= 4.6 (Walstra cộng sự, 2006) Điều phân biệt chúng với whey protein tự nhiên, không kết tủa độ pH Casein không tự biểu dạng phân tử đơn lẻ mà cấu trúc siêu phân tử lớn, phức tạp giàu canxi photphat có đường kính từ 150 đến 300 nm, gọi mixen casein (Swaisgood, 2003; Muăller-Buschbaum et al., 2007) Cỏc mixen casein ny tng ứng với trình tự lắp ráp phân tử casein khác (các phần): œs1-, œs2-, β-, κ-casein Các mixen casein có khối lượng phân tử khoảng 105 kDa phân số casein tuân theo tỷ lệ: œs1:œs2:β:κ=4:1:4:1,3 cấu trúc Casein nhạy cảm với canxi theo thứ tự sau: œs β κ-casein Sự hình thành chất từ sữa phơ mai sữa chua dựa việc tạo mạng lưới protein mixen casein Cấu trúc micelle tạo thành từ 94% protein 6% muối (theo khối lượng) chất khơ Trung bình, sữa có 1015 mixen casein mililit cách khoảng 240 nm, chúng cấu trúc ngậm nước, giữ lại tới 3,3 g nước gam protein (Huppertz cộng sự, 2017) [4] *, whey protein Whey protein chiếm khoảng 20% w/w tổng hàm lượng protein sữa Chúng protein hình cầu có hành vi khác q trình chế biến sữa so với casein, ví dụ, khác với casein, whey protein nhạy cảm với nhiệt (Anema, 2009; Walstra et al., 2006) β-lactoglobulin đạm whey chiếm khoảng 50% đạm whey sữa Nó diện sữa chủ yếu dạng dime sở hữu nhóm thiol tự do, nhóm trở nên phản ứng mạnh sau đun nóng Điều lại dẫn đến hình thành khối kết tụ với với protein sữa khác β-lactoglobulin có xu hướng lấn át đặc tính whey q trình chế biến nồng độ cao dễ biến tính œ-lactalbumin đại diện cho hàm lượng đạm cao thứ hai váng sữa, chiếm khoảng 20% đạm whey Nó metallicoprotein liên kết với Ca2+ œ-lactalbumin thường không liên kết, ngoại trừ điều kiện đặc biệt nhạy cảm với xử lý nhiệt, đặc biệt khơng có protein khác Vì œ-lactalbumin tham gia vào trình tổng hợp đường sữa nên nồng độ hai thành phần có liên quan với œ-lactalbumin đóng vai trị thành phần khối lượng sản xuất sữa (O’Mahony Fox, 2013) Các protein nhỏ khác có whey bao gồm BSA, immunoglobulin, proteose peptone lactoferrin 1.1.2.3 Lactosse Lactose thành phần carbohydrate sữa nguồn lượng cho trẻ sơ sinh Lactose disacarit hình thành liên kết glycosid β1-4 phân tử galactose glucose Hàm lượng đường sữa sữa lồi khác thay đổi, sữa bị sữa người diện trung bình 4,8% 7,0% Lactose coi phân tử prebiotic, hỗ trợ phát triển vi khuẩn bifid tăng cường hấp thu canxi vitamin D Lactose không loại đường khác sucrose, glucose fructose Lactose có độ lần sucrose Đường sữa ảnh hưởng đến q trình sản xuất đặc tính sản phẩm sữa khác Sản xuất sản phẩm sữa lên men dựa trình lên men đường sữa Sản phẩm phụ q trình lên men axit lactic Các sản phẩm phụ thứ cấp bao gồm carbon dioxide, axit axetic, diacetyl acetaldehyde Q trình lên men Lactose biến sữa thành sữa mát lên men, phương pháp sử dụng để bảo quản sữa Độ hịa tan thấp lactoza có ảnh hưởng trực tiếp đến trình sản xuất sữa, sữa đặc, váng sữa sữa bột, nơi đạt đến mức bão hòa bão hòa lactoza dung dịch Sự kết tinh lactose ảnh hưởng lớn Trong công nghệ sản xuất sữa đặc, vi kết tinh (microcrystallization) trình kết tinh cưỡng bức/cảm ứng (forced/induced crystallization) sử dụng để thu tinh thể lactoza nhỏ 16 μm, bước m, bước việc kiểm soát kết cấu sản phẩm cuối Đối với dulce de leche, kích thước tinh thể kiểm soát cách tăng độ nhớt, điều đạt cách thêm chất làm đặc Kỹ thuật không ngăn chặn kết tinh làm giảm kích thước tinh thể làm cho vịm miệng khơng thể cảm nhận Việc sử dụng lactase (enzim) ngăn chặn kết tinh, kéo theo thay đổi cơng nghệ sản xuất hàm lượng lactoza cuối dung dịch nhiệt độ sản phẩm yếu tố định kết tinh sữa đặc váng sữa cô đặc sấy khô Hàm lượng lactoza cuối dung dịch phụ thuộc vào hàm lượng lactoza ban đầu lượng nước sản phẩm cuối Việc giảm nhiệt độ sản phẩm dẫn đến giảm độ hòa tan đường sữa, tạo điều kiện thuận lợi cho trình kết tinh Trong trình sản xuất sữa đặc, trình kết tinh cưỡng cảm ứng, cịn gọi q trình tạo mầm thứ cấp, thực Quá trình bao gồm ba bước: làm mát sản phẩm có kiểm sốt, bổ sung nhân kết tinh (bột lactoza) khuấy liên tục Q trình làm lạnh nhanh có kiểm sốt tăng cường động lực bước kết tinh tạo thuận lợi cho hình thành hạt nhân Việc bổ sung bột đường sữa (nhân) giúp thu số lượng lớn tinh thể nhỏ Các tinh thể nhỏ mong muốn chúng cản trở nhận thức cảm tính người tiêu dùng tinh thể có 1.1.2.4 Lipid Lipid loại hợp chất hữu khơng hịa tan nước, hịa tan dung mơi hữu cơ, có chuỗi hydrocarbon phân tử chúng có nhiều loại thực phẩm Lớp lipid bao gồm axit béo, triacylglycerol phospholipid Sữa bò chứa lipid nồng độ khoảng 2,8 g 100 mL-1 đến 6,0 g 100 mL2-1, với giá trị trung bình nằm khoảng từ 3,5 g 100 mL2-1 đến 4,0 g 100 mL2 -1 Lipid sữa tự biểu dạng hạt cực nhỏ với màng lipoprotein góp phần tạo nên ổn định nhũ tương dầu/nước Các phần lipid chiếm ưu sữa triacylglycerol, sữa chứa glycolipid, vitamin tan chất béo, chất định hương vị mùi thơm lactones, aldehyd ketone Axit béo chủ yếu liên kết với triacylglycerol phospholipid cấu thành 90% (theo khối lượng) lipid sữa Tuy nhiên, axit béo tự có sữa Hơn 400 loại axit béo xác định sữa phần nhỏ số có nồng độ 1% (theo khối lượng) Sữa đặc trưng nồng độ tương đối cao dư lượng axit béo chuỗi ngắn (C4:0 đến C10:0) Dư lượng axit butyric (C4:0) đặc trưng cho sữa động vật nhai lại Các axit palmitic, stearic myristic số axit béo bão hòa chiếm ưu Trong số monoenoid, dư lượng axit oleic nhiều Các axit béo monoenoic bao gồm chất chuyển hóa, chiếm trung bình 3,7% (theo khối lượng) chất béo sữa Polyen, đặc biệt linoleic œ-linolenic, xuất mức gần 3,0% (theo khối lượng) Lipit sữa chứa đồng phân axit linoleic liên hợp (CLA) khoảng 0,2% - 2,0% (theo khối lượng), chủ yếu C18:2 cis-9, trans-11 (axit rumenic) Thành phần lipid sữa khác thay đổi bị ảnh hưởng thức ăn, giống thời gian cho bú, sức khỏe tuổi động vật Cho ăn yếu tố chiếm ưu Để sản xuất sản phẩm sữa giúp tăng cường sức khỏe người giúp giảm nguy mắc bệnh tim mạch, người ta ngày quan tâm đến thay đổi thành phần chất lượng lipid sữa Để đạt mục tiêu này, mức độ axit oleic (C18:1 cis-9) axit vaccinic (C18:1 trans-11), tiền chất nội sinh CLA, tăng lên Sự gia tăng đòi hỏi phải giảm nồng độ axit béo chuỗi trung bình bão hịa, chẳng hạn axit lauric (C12:0), myristic (C14:0) axit palmitic (C16:0) Vi cấu trúc chất béo sữa thể dạng hạt cầu có kích thước 0,1 -20 μm, bước m (kích thước chủ yếu 3-5 μm, bước m) Các hạt cầu bao quanh màng ba lớp, tương ứng với 2%- 6% (theo khối lượng) lipid sữa Màng cầu chất béo không đối xứng thành phần lớp bên bên chúng khác Phosphatidylcholine, sphingomyelin glycolipids chiếm ưu bề mặt bên ngồi hạt cầu Lipid trung tính phosphatidylethanolamine phosphatidylserine tập trung lớp bên Các quy trình cơng nghiệp sử dụng để sản xuất sản phẩm từ sữa ảnh hưởng đến thành phần cấu trúc hạt chất béo Quá trình gia nhiệt khiến thành phần màng tương tác với whey protein bị biến tính, đặc biệt βlactoglobulin Việc khuấy dẫn đến kết tụ hạt cầu chất béo làm vật liệu màng Trong q trình đồng hóa, việc phá vỡ hạt cầu thu nhỏ chúng thành micromet làm tăng diện tích bề mặt chúng để khơng cịn vật liệu màng thích hợp để xử lý xung quanh hạt cầu hình thành Màng bắt đầu bao phủ hạt, trình phụ thuộc vào lắng đọng protein, chẳng hạn casein Trong trường hợp bơ phá vỡ cầu kem, chất béo dẫn đến chất liệu màng mà di chuyển đến buttermilk Lipid sữa dễ bị phân giải lipid Lipase sữa tự nhiên tác nhân chịu trách nhiệm cho phản ứng phân hủy Q trình thiu thủy phân sản phẩm sữa hoạt động lipase bền nhiệt vi khuẩn ưa lạnh tạo hoạt động lipase tự nhiên cịn sót lại Màng cầu chất béo cung cấp bảo vệ chống lại phân giải mỡ Tuy nhiên, số sữa biểu trình phân giải mỡ tự phát trình phân giải mỡ xảy mà không bị vỡ màng Ngược lại, trình phân giải lipid gây ra, kết tổn thương màng, chế sử dụng cho trình thủy phân lipid sữa 1.2 SỮA BỘT 1.2.1 Mục đích phạm vi sử dụng: Sữa bột có độ ổn định cao thời gian bảo quan lâu dài Được sử dụng sản xuất sữa pha lại, sản xuất bành mỳ để tăng độ nở độ tươi bánh, công nghệ sản xuất sữa socola… [10] 1.2.2 Những tính chất sữa bột A, Khả hoàn nguyên Khả bù nước hoàn nguyên nước đặc điểm chất lượng quan trọng bột sữa Q trình hồn ngun diễn ba giai đoạn: khả thấm ướt, khả phân tán khả hịa tan Tính thấm ướt khả hấp thụ nước định nghĩa xâm nhập chất lỏng vào hệ thống kết tụ xốp hoạt động mao dẫn khả chất kết tụ bị chất lỏng xâm nhập Đối với bột sữa, khả phân tán khả bột phân tán nước trộn nhẹ để 10