Thiết bị tiệt trùng sữa bằng phương pháp dạng UHT dạng bản mỏng

Thiết bị tiệt trùng sữa bằng phương pháp dạng UHT dạng bản mỏng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÁO CÁO MÔN THIẾT KẾ MÁY VÀ NHÀ MÁY THỰC PHẨM Đề tài: TÌM HIỂU THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG SỮA BẰNG PHƯƠNG PHÁP UHT DẠNG BẢN MỎNG GVHD: NGUYỄN THỊ HIỀN Nhóm thực hiện : HC07TP2 –Nhóm :01-B Tháng 03 năm 2010 Trang 2 MỤC LỤC I. Giới thiệu ……………………………………………………………. II. Cơ sở khoa học của quá trình tiệt trùng 2.1 Cơ sở khoa học: Nhiều loài vi sinh vật khác nhau được tìm thấy trong thực phẩm và nguyên liệu chế biến thực phẩm.Dựa vào khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh,hệ vi sinh vật trong thực phẩm có thể chia làm hai nhóm: +Nhóm vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh cho người:nếu thực phẩm bị nhiễm nhóm vi sinh vật này thì có thể gây ngộ độc cho người sử dụng.Đứng từ góc độ vệ sinh an toàn thực phẩm thì đây là nhóm vi sinh vật có hại và chúng ta cần phải áp dụng những giải pháp kĩ thuật trong quy trình sản xuất để chúng không bị nhiễm vào thực phẩm. Trang 3 +Nhóm vi sinh vật không có khả năng sinh tổng hợp độc tố:nhóm vi sinh vật này hoặc không có ảnh hưởng xấu hoặc có ảnh hưởng tốt đến sức khỏe người tiêu dung.Tuy nhiên,khi nhóm vi sinh vật này có mặt trong thực phẩm chúng sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất,từ đó gây ra những biến đổi về thành phần hóa học và giá trị cảm quan của thực phẩm. Kết quả là chất lượng thực phẩm nhanh chóng bị biến đổi theo thời gian bảo quản. Ngoài ra,chúng ta cũng cần lưu ý đến sự có mặt của các enzyme trong thực phẩm vì chúng sẽ gây ra những biến đổi hóa sinh và cảm quan, từ đó làm thay đổi các chỉ tiêu chất lượng của thực phẩm trong quá trình bảo quản. 2.2 Quá trình tiệt trùng: Tiệt trùng là quá trình tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật (ở dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử) và ức chế không thuận nghịch các enzyme trong thực phẩm.Sau quá trình tiệt trùng,sản phẩm sẽ trở thành vô trùng.Như vậy,quá trình tiệt trùng không những đảm bảo cho thực phẩm an toàn về mặt vệ sinh mà còn kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm,giúp ổn định các chỉ tiêu chất lượng của thực phẩm sau một thời gian dài sau sản xuất. Trong điều kiện sản xuất quy mô lớn,việc xử lý thực phẩm trở nên vô trùng là rất khó thực hiện.Do đó,các nhà sản xuất thực phẩm đã đưa ra khái niệm “thực phẩm vô trùng công nghiệp”( commercially sterile food).Những thực phẩm này chưa đạt mức độ vô trùng tuyệt đối nhưng không chứa vi sinh vật gây bệnh, còn những vi sinh vật không gây bệnh và không sinh tổng hợp độc toosthif có thể vẫn còn sống sót trong thực phẩm nhưng với số lượng rất hạn chế. “Thực phẩm vô trùng công nghiệp” có thể bảo quản tối thiểu trong thời gian 6 tháng trong những điều kiện xác định mà vẫn không bị thay đổi những chỉ tiêu chất lượng về dinh dưỡng và cảm quan,.  Phương pháp tiệt trùng bằng nhiệt: Các phương pháp tiệt trùng bằng nhiệt có thể chia làm hai nhóm:xử lý sảm phẩm trong bao bì và xử lý sản phẩm ngoài bao bì.Tùy theo tính chất và vốn đầu tư mà các nhà sản xuất cần lựa chọn phương pháp tiệt trùng phù hợp. 2.3 Phương pháp tiệt trùng UHT(ultra high-temperature) Sữa có thể được tiệt trùng để trở thành “thực phẩm vô trùng công nghiệp” với nhiệt độ vượt quá 100 0 C và đóng gói trong những bao bì kín.Sữa có thể được đóng gói trước hoặc sau khi tiệt trùng.Và UHT (ultra high-temperature) là phương pháp tiệt trùng trước khi ta đóng gói sản phẩm,sau đó sữa sẽ được rót vào trong bao bì đã được vô trùng trước trong điều kiện khí quyển vô trùng.Sữa được sản xuất theo cách này nhiệt độ có thể vượt quá 135 0 C,thời gian giử nhiệt được rut ngắn lại(2-5s) và dòng sản phẩm được hoạt động liên tục. Một số sản phẩm trong quy trình sản xuất có sử dụng phương pháp tiệt trùng UHT như: sản phẩm dạng lỏng từ sữa, nước trái cây,cream,sữa chua,rượu,salad dressing… Phương pháp tiệt trùng UHT gồm có hai phương pháp chính:phương pháp gia nhiệt trực tiếp và gia nhiệt gián tiếp. a) Hệ thống gia nhiệt trực tiếp: Sản phẩm sẽ được gia nhiệt bằng cách tiếp xúc trực tiếp với hơi nước vô trùng.Ưu điểm của phương pháp này là sản phẩm sẽ được đạt được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn.Và đối với một sản phẩm nhạy cảm Trang 4 như sữa thì điều này sẽ ít làm biến đổi chất lượng của sản phẩm.Có thể gia nhiệt trực tiếp bằng hai phương pháp: +Sử dụng vòi phun hơi nước để đưa hơi nước áp suất cao vào chất lỏng đã được gia nhiệt trước để nhiệt độ sản phẩm tăng lên một cách nhanh chóng.Sau giai đoạn giữ nhiệt,sản phẩm sẽ được làm lạnh nhanh trong chân không để loại bỏ nước tương đương với lượng hơi nước đã sử dụng.Với phương pháp này,sản phẩm được gia nhiệt và làm lạnh nhanh và loại được hơi nước.Tuy nhiên,phương pháp này chỉ phù hợp với một số sản phẩm.Vì phương pháp này tiêu hao năng lượng khá lớn,mặt khác sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với thiết bị ở nhiệt độ cao sẽ ảnh hưởng đến mùi vị của sản phẩm. +Dòng sản phẩm sẽ được bơm vào buồng chứa hơi nước áp suất cao bằng vòi.Điểm nổi bật của hệ thống này là lượng hơi nước lớn còn thể tích dòng sản phẩm nhỏ được phân bố trên một diện tích bề mặt lớn của sản phẩm.Nhiệt độ sản phẩm được kiểm soát chính xác thông qua áp suất.Bên cạnh đó,giai đoạn giữ nhiệt sẽ được thực hiện bằng việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặc dạng ống.Tiếp theo sản phẩm sẽ được làm lạnh nhanh trong buồng chân không.Ưu điểm của phương pháp này là sản phẩm được gia nhiệt và làm lạnh nhanh chóng,quá trình trao đổi nhiệt xảy ra đồng đều trong dòng sản phẩm,thích hợp cho cả sản phẩm có độ nhớt thấp và cao. b) Hệ thống gia nhiệt gián tiếp: Với phương pháp này,thiết bị gia nhiệt và sản phẩm không tiếp xúc trực tiếp với nhau,cách nhau bởi các thiết bị tiếp xúc bề mặt.Có nhiều kiểu trao đổi nhiệt được áp dụng:thiết bị dạng bản mỏng,dạng ống. Thiết bị dạng bản mỏng:tượng tự như khi ta sử dụng trong HTST,nhưng áp suất của quá trình được giới hạn bởi những tấm đệm.Vận tốc chất lỏng thấp có thể dẫn đến việc gia nhiệt không đồng đều.Phương pháp này giúp tiết kiệm được không gian tầng,dễ dàng kiểm tra và có khả năng tái sinh. Thiết bị dạng ống gồm có kiểu ống bọc,kiểu ống xoắn,kiểu ống lồng ống,nhiều ống.Tất cả những thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống không được bịt kín như thiết bị dạng bản mỏng.Nên nó có thể chịu được áp suất cao,do dó tốc độ dòng chảy sẽ cao hơn và nhiệt độ đạt được cao hơn.Nên trao đổi nhiệt diễn ra đồng đều hơn nhưng khó kiểm tra. c) Ưu nhược điểm của phương pháp tiệt trùng UHT: Ưu điểm: +Sản phẩm đạt chất lượng cao:tiêu diệt được vi sinh vật bằng cách gia nhiệt và làm lạnh nhanh giúp bảo vệ những chỉ tiêu chất lượng và cảm quan của thực phẩm. +Kéo dài thời gian bảo quản:tối thiểu là 6 tháng ở điều kiện thường Nhược điểm: +Thiết bị tiệt trùng:phức tạp và đòi hỏi nhà máy phải duy trì bầu khí quyển vô trùng giữa khâu chế biến và đóng gói sản phẩm.Phương pháp này đòi hỏi kĩ năng vận hành cao và quá trình tiệt trùng phải được duy trì cho đến khi sản phẩm được đóng gói trong bao bì vô trùng. +Đối với những sản phẩm dạng dạng rắn,kích thước các hạt lớn thì quá trình tiệt trùng sẽ diễn ra không đồng đều làm cho bề mặt sản phẩm sẽ được truyền nhiệt cao hơn so với những vùng khác của sản phẩm làm cho thực phẩm bị thay đổi chỉ tiêu chất lượng và cảm quan Trang 5 +Nhiệt độ tiệt trùng quá cao có thể làm cho lipit bị ôi hóa,protein bị biến tính gây đông tụ sữa làm giảm chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm. III. Quá trình tiệt trùng trong công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng: 3.1 Sơ đồ khối Sữa nguyên liệu Sữa nguyên liệu Chuẩn hóa Bài khí Trang 6 Đồng hóa Tiệt trùng UHT Bao bì giấy vô trùng Sữa tiệt trùng UHT Rót sản phẩm 3.2 Sơ đồ thiết bị Trang 7 IV. Thiết bị tiệt trùng UHT dạng bản mỏng (kiểu tấm) 4.1 Cấu tạo: Các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất, hóa dầu ,thực phẩm… Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ. Mỗi tấm bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Khi ghép các tấm bảng mỏng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành nên những hệ thống đường vào và ra cho mẫu khảo sát và chất tải nhiệt. Tùy thuộc vào đều kiện cụ thể, các nhà tổ chức sẽ bố trí hệ thống những đường dẫn thích hợp Trang 8 a) Những ưu điểm nổi bật: Đảm bảo được hệ số truyền nhiệt cao với hệ số kháng thủy lực thấp. Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp. Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ, kết hợp hài hòa hai yếu tố lắp đặt và bảo dưỡng. Việc chuẩn hóa các chi tiết cho phép áp dụng rộng rãi loại thiết bị này ở các áp suất và nhiệt độ khác nhau. b) Phân loại Theo hình dáng và vật liệu bề mặt trao đổi nhiệt, Theo mục đích sử dụng môi chất làm việc, Theo chiều chuyển động của môi chất. c) Kết cấu các thành phần cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm: i. Các tấm trao đổi nhiệt cơ bản Cấu tạo của tấm cho ta những chỉ tiêu kĩ thuật của thiết bị. Tùy theo hình dạng, kích thước, đặc điểm cấu tạo của tấm mà ta có cường độ trao đổi nhiệt khác nhau; độ tin cậy của thiết bị; chi phí sản xuất của thiết bị khác nhau, cho công suất khác nhau cũng như sơ đồ lắp ghép khác nhau. Trên cơ sở các tấm tiêu chuẩn, có thể tạo ra hạng loạt các thiết bị có công suất khác nhau. Vấn đề là ở chỗ để sản xuất ra các tấm chuẩn bằng phương pháp hàn dập, cần phải tạo ra các khuôn dập lớn và các loại thiết bị phụ trợ khác nhằm xử lý nhiệt và gia công đúng như thiết kế. Việc này đòi hỏi nhiều lao động tay nghề cao. Trang 9 ii. Những yêu cầu khi thiết kế: Tìm ra hình dạng có hiệu quả cao, các kích cỡ tấm trong các điều kiện đã cho. Thiết kế tấm cơ bản làm cơ sở để thiết kế một loạt các tấm dùng cho các công suất khác nhau. Tính toán và thiết kế loại thiết bị có các bề mặt trao đổi nhiệt khác nhau với số lượng các tấm cơ bản cho trước. Thiết kế khuôn dập các tấm cơ bản. Mở rộng hiệu quả sử dụng các tấm cơ bản bằng cách ghép nhiều thiết bị kiểu tấm từ các kim loại khác nhau. Tấm cơ bản là một chi tiết phức tạp, cùng một lúc phải thực hiện nhiều chức năng truyền nhiệt, cơ học, thủy khí, công nghệ. Trang 10 [...]... • • • Phương pháp gián tiếp Phương pháp trực tiếp Tiệt trùng trực tiếp: Quá trình tiệt trùng được tiến hành trực tiếp bằng hơi kết hợp với thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản. Theo sơ đồ này, sữa có nhiệt độ 40C từ thùng cân bằng 1 đi qua bơm 2 vào ngăn hoàn nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bảng 3 và được nâng nhiệt độ lên 80 0C Áp suất của sữa được nâng lên 4 bar bằng bơm 4 và đi qua injector... thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bảng 3 và được nâng nhiệt độ lên khoảng 750C do hấp thụ nhiệt của sữa tiệt trùng đi ra Từ đó sữa được đưa qua thiết bị đồng hóa với áp suất 180-250 bar Tiếp đó sữa được đưa qua ngăn tiệt trùng của thiết bị 3 và đạt 137 0C, giữ ở nhiệt độ này trong vài giây trong ống lưu nhiệt 6 Injector 5 dùng để điều chỉnh lượng nước nóng và nhiệt độ của nó Sữa được làm lạnh bằng cách... cơ bản của loại thiết bj này là khối đã được chuẩn hóa, chúng cũng được chế tạo từ các tấm đã dập sẵn hàn lai với nhau Muốn thiết bị làm việc lâu dài thì đòi hỏi môi chất cần phải tinh khiết để không để lại cáu bẩn v Thiết bị trao đổi nhiệt loại tấm hàn cứng Trang 15 4.2 Nguyên tắc hoạt động a) Quá trình tiệt trùng sữa bằng phương pháp UHT có thể thực hiện theo hai phương pháp: • • • Phương pháp. .. nhiệt độ của sữa lên khoảng 140 0C (với áp suất 4 bar sẽ ngăn không làm sữa bị sôi) và giữ nhiệt độ này vài giây ở ống lưu nhiệt 6 Quá trình làm lạnh nhanh xảy ra ở tháp 7, ở đó độ chân không được điều chỉnh bởi bơm 8 sao cho lượng hơi nước bốc đi cân bằng với lượng hơi nước đã dùng để tiệt trùng Sữa được đưa sang thiết bị đồng hóa vô trùng 10 bằng bơm ly tâm 9 Sau Trang 16 khi đồng hóa, sữa được làm... khung thiết bị, giúp cho việc sử dụng thiết bị được dễ dàng Thiết bị xử lý cụm tấm trong trường hợp hỏng doăng Không thể thỏa mãn cùng lúc các yêu cầu nói trên dể chế tạo ra một tấm cơ bản chuẩn Trang 13 ii Phân loại các tấm cơ bản: Tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối Tấm dạng băng tải Tấm băng lưới Tấm phẳng hay tấm tạo kênh e) Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm hiện đại i Các loại thiết bị trao đổi... trong thiết bị trao đổi nhiệt 3 và đưa đến máy rót vô trùng hoặc đến thùng tạm chứa trung gian 11 chờ rót Nước lạnh dùng cho ngưng tụ chuyển từ thùng cân bằng 1b, sau khi ra khỏi tháp bốc hơi 7 được dung như tác nhân gia nhiệt sau khi ra khỏi injector • Tiệt trùng gián tiếp: Sữa có nhiệt độ 40C được bơm từ thùng tạm chứa vào thùng cân bằng 1 và từ thùng này qua bơm 2 sẽ đưa vào ngăn hoàn nhiệt của thiết. .. Các dạng tấm cơ bản và phân loại i Đặc điểm của tấm cơ bản như sau: Cấu tạo tấm dập nổi, mặt cắt bề mặt trao đổi nhiệt Hình dáng các lỗ khoan ở góc, nơi đầu vào và đẩu ra của môi chất và các kết cấu nhằm làm giảm trở lực đầu ra và vào của môi chất Hệ thống doăng Hệ thống treo các tấm trên khung của thiết bị và cách định vị các tấm trong từng cụm, Cấu tạo của thiết bị phụ trợ nhằm làm cứng bệ khung thiết. .. lỏng tinh khiết, (hơi nước ngưng…) khi lưu động trong thiết bị trao đổi nhiệt không để lại cáu bẩn, do vây, không cần phải bảo dưỡng bề mặt bên trong tiếp xúc với các mối chất này Những trường hợp như vậy, ta nên dùng loại bán lắp ghép, nghĩa là khống cần tháo dỡ toàn bộ thiết bị ra để làm sạch mà chỉ cần tháo dỡ một phần iv Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm ghép khối: Dùng dể đốt nóng hay làm mát lưu... thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm cơ bản: Đặc điểm chủ yếu của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm là kết cấu, hình dáng, kênh dẫn, cho môi chất làm việc; kênh dẫn nằm giữa các tấm cạnh nhau, thường có hình dáng khe hẹp Trang 14 Trong các khe hẹp này, môi chất thường chuyển động dưới dạng màng mỏng, do đó, hệ số trao đổi nhiệt cao Hình dạng và mặt cắt các tấm rất đa dạng, nhiều khi khác xa tấm phẳng, (... độ của nó Sữa được làm lạnh bằng cách trao đổi nhiệt với nước và với sữa lạnh đi vào kết quả làm giảm nhiệt độ sữa tiệt trùng xuống 20 0C Cuối cùng sữa được đưa đến bồn chờ rót vô trùng b) Dòng chảy của lưu chất trong thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng: Trang 17 Trang 18 Trang 19 Trang 20 4.3 Một số thiết bị tiệt trùng UHT trên thị trường: Shanghai Changlong Industrial Equipment Co., . dụng phương pháp tiệt trùng UHT như: sản phẩm dạng lỏng từ sữa, nước trái cây,cream ,sữa chua,rượu,salad dressing… Phương pháp tiệt trùng UHT gồm có hai phương. chọn phương pháp tiệt trùng phù hợp. 2.3 Phương pháp tiệt trùng UHT( ultra high-temperature) Sữa có thể được tiệt trùng để trở thành “thực phẩm vô trùng