Bài báo cáo thiết kế phân xưởng sản xuất sữa tiệt trùng

Bài báo cáo thiết kế phân xưởng sản xuất sữa tiệt trùng

1 TỔNG QUAN

1.1 LỢI ÍCH CỦA SỮA

Ơû Việt Nam, nhiều năm qua Đảng và Nhà nước đã đặc biệt quan tâm tới yếu tốcon người trong chiến lược phát triển xã hội, coi con người vừa là chủ thể sáng tạo, vừalà mục tiêu phấn đấu cao nhất

Để xây dựng nguồn nhân lực đáp ứng được các yêu cầu của sự nghiệp côngnghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì việc nâng cao sức khỏe, trong đó yếu tố nền tảnglà cải thiện dinh dưỡng, là cần thiết và cấp bách Nghị quyết 37/CP ngày 20/6/1996 củaChính phủ về định hướng chiến lược công tác chăm sóc và bảo vệ sức khỏe nhân dânđã nêu ra các chỉ tiêu cơ bản về sức khỏe của nhân dân ta đến năm 2020 “Tỷ lệ trẻ emdưới 5 tuổi bị suy dinh dưỡng giảm còn 15% vào năm 2020 và chiều cao trung bình củathanh niên Việt Nam đạt 1,65m vào năm 2020”

Theo số liệu mới nhất của Bộ Y tế công bố tại Hội nghị đánh giá thực hiệnchiến lược Quốc gia Dinh dưỡng và định hướng kế hoạch đến năm 2010 tại Hà Nội vàongày 9/3/2007, tỉ lệ trẻ em suy dinh dưỡng ở Việt Nam hiện nay là 25,2% Theo chiếnlược Dinh dưỡng Quốc gia, Việt Nam phấn đấu đến năm 2010 sẽ giảm tỉ lệ suy dinhdưỡng ở trẻ xuống dưới 20% và những nghiên cứu của Viện Dinh dưỡng trong nhiềunăm qua đã chứng minh, chiều cao của người Việt Nam đang được cải thiện Trong giaiđoạn 1938 – 1985, chiều cao trung bình của người Việt Nam hầu như không thay đổi (nam cao 1,6m , nữ cao 1,5m), tuy nhiên hiện nay tầm vóc của người Việt Nam đã kháhơn, chiều cao trung bình của người trưởng thành nam hiện nay là 163,7cm Theochương trình nâng cao tầm vóc và thể trạng người Việt Nam, kết thúc giai đoạn I (đếnnăm 2010), chiều cao thân thể trung bình của nam thanh niên 18 tuổi sẽ đạt từ 165 –166cm, nữ đạt 154 – 155cm

Mặc dù các số liệu cho thấy chiều cao của người Việt Nam đã được cải thiệnhơn trước nhưng so với các nước trong khu vực thì thanh niên Việt Nam được xếp vàohàng “nhỏ con” Theo tài liệu của TS.BS Trần Thị Minh Hạnh: “Năm 1938, chiều caongười Nhật thấp hơn Việt Nam khoảng 2cm (1m58/1m60) Sau chiến tranh thế giới thứhai, Chính phủ Nhật đưa ra chương trình bữa ăn học đường nhằm cải thiện chiều cao

cho trẻ em Nhật Từ đó, tầm vóc trẻ em Nhật Bản đã phát triển một cách đáng kể trongvòng 30 năm (sau chiến tranh thế giới thứ hai tăng trên dưới 10cm) Trong khi đó, trẻ

em Việt Nam chỉ tăng khoảng 3 – 4cm trong vòng 25 năm sau chiến tranh ở Việt Nam.Tính đến năm 2000, chiều cao người Nhật Bản trong độ tuổi 20 – 40 cao hơn ngườiViệt Nam khoảng 10cm, cụ thể là 1,71m so với 1,63m (nam) và 1,58m so với 1,53m(nữ)”

Chiều cao của mỗi người ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố di truyền, nhưng một chếđộ ăn và vận động hợp lí cũng cải thiện đáng kể chiều cao Vitamin và khoáng chất cóvai trò hết sức quan trọng trong việc phát triển chiều cao Canci có nhiều trong sữa,cua, ốc, tôm, tép, đậu nành và các loại rau, trong đó, sữa là quan trọng nhất Cancitrong sữa dễ hấp thu do có vitamin D và phospho với tỉ lệ hợp lí Ngoài ra, sữa còncung cấp các vitamin, khoáng chất và nguồn đạm có giá trị sinh học cao, chứa nhiềuacid amin thiết yếu cho cơ thể

Theo các tài liệu y học thì những người ở độ tuổi 30 – 40 trở lên, đặc biệt là phụnữ sau tuổi mãn kinh hoặc nam giới ít vận động, ăn uống không hợp lí, nghiện rượu,thuốc lá… có khả năng giảm mật độ xương (loãng xương) rất lớn hậu quả là xương dễ

bị gãy dù chỉ bị va chạm nhẹ và rất khó liền Nguy cơ loãng xương cao ở phụ nữ là40% (trong đó 1/3 là số người sau tuổi mãn kinh) còn ở nam là 13% Để phòng ngừabệnh loãng xương cần phải cung cấp đầy đủ đạm, vitamin D, canci cho cơ thể Nhưngcanci thuộc loại khó đồng hóa, nếu muốn hấp thu cao thì phải phụ thuộc vào tỉ lệ tươngquan giữa các khoáng chất khác, như magie tăng thì lượng canci ra nước tiểu cũng tăng

vì thế lượng magie thích hợp trong khẩu phần là 1/2 – 1/3 lượng canci hoặc nếuphospho tăng thì lượng canci bài xuất ra nước tiểu tăng, vậy tỉ lệ Ca/P bằng 1 – 1,5 làthích hợp Trong thực tế rất ít loại thực phẩm nào đạt được yêu cầu này, ngoại trừ sữa.Sữa có hàm lượng Ca cao, tương quan thích hợp với Mg và P nên dễ đồng hóa hấp thu

Vậy, đối với trẻ em và thanh thiếu niên, sữa là nguồn cung cấp khoáng chất cho

cơ thể để phát triển chiều cao, đối với người lớn tuổi, sữa là một nguồn thực phẩm gópphần trong việc giảm nguy cơ loãng xương

1.2 NHU CẦU THỊ TRƯỜNG

Theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp Sữa Việt Nam vừa được Bộ Côngnghiệp phê duyệt, tổng vốn đầu tư cho phát triển ngành sữa đến năm 2010 là gần 2200

tỉ đồng Ngành sẽ xây dựng các nhà máy chế biến sữa gắn liền với các nguồn tập trungchăn nuôi bò sữa để có thể tự túc được 40% nhu cầu sữa vắt từ đàn bò trong nước vàonăm 2010 Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp Sữa Việt Nam đến năm 2010 vàđịnh hướng đến năm 2020 đề ra mục tiêu từng bước xây dựng và phát triển ngành sữađồng bộ từ sản xuất nguyên liệu đến chế biến sản phẩm cuối cùng, đáp ứng nhu cầutrong nước đạt mức bình quân 10kg/người/năm vào năm 2010 và 20kg/người/năm vàonăm 2020 Ngành phấn đấu tăng sản lượng sữa toàn ngành trung bình 5 – 6%/năm giaiđoạn 2006 – 2010, đồng thời xuất khẩu ra thị trường nước ngoài

Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, dân số Việt Nam tính đến năm 2005 là83.119.900 người Như vậy để đáp ứng nhu cầu 10kg sữa/người/năm vào năm 2010 thìngành sữa Việt Nam phải cung cấp 831.199 tấn sữa/năm Tuy nhiên hiện nay sản lượngsữa chỉ đáp ứng được khoảng 20% nhu cầu trong nước, điều này đồng nghĩa với việcmỗi năm Việt Nam phải nhập một lượng lớn các sản phẩm từ sữa của nước ngoài

Dân số nước ta ngày càng tăng, song song đó là đời sống người dân ngày mộtnâng cao, nhu cầu sử dụng sữa và các sản phẩm từ sữa ngày càng tăng, trở thành mộtnhu cầu thiết yếu của cuộc sống Bởi vậy, đây là một trăn trở lớn của ngành sữa ViệtNam và cũng là một hướng đi cho các doanh nghiệp

1.3 VỊ TRÍ ĐẶT NHÀ MÁY

Chọn địa điểm đặt nhà máy là một khâu rất quan trọng trong thiết kế, ảnhhưởng rất lớn đến hoạt động của nhà máy sau này Khi chọn địa điểm đặt nhà máy cầnphải quan tâm đến một số yếu tố như:

- Thuận lợi về giao thông

- Nguồn cung cấp nguyên liệu

- Nằm trong vùng quy hoạch của trung ương và địa phương

- Cơ sở hạ tầng tại nơi đó.

- Lực lượng lao động

- Nguồn cung cấp điện, nước, hệ thống thông tin liên lạc…

- Có đủ diện tích dự trữ để mở rộng nhà máy sau này

- Khí hậu, thời tiết thuận lợi

- Giá thuê đất…

Dựa vào các yếu tố trên, chọn vị trí đặt nhà máy tại Khu công nghiệp LongThành, xã An Phước, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai

Những thuận lợi khi đặt nhà máy tại đây:

 Diện tích khu công nghiệp: 510 ha, diện tích dùng cho thuê 352 ha, diệntích đã cho thuê 117,19 ha, đạt 33,29%

 Vị trí: nằm cách quốc lộ 51 khoảng 3 km về hướng Nam

 Kết cấu hạ tầng:

- Giao thông nội bộ và mương thoát nước hoàn chỉnh

- Cấp điện: trạm biến áp 63 MVA, điện lưới quốc gia

- Cấp nước: 15000m3/ngày

- Công trình xử lý nước thải: 5000m3/ngày

 Giá cho thuê đất lô: 0,05 USD/m2/năm

 Dịch vụ hạ tầng: 30 USD/m2/48 năm

 Địa hình: Đồng Nai có địa hình tương đối bằng phẳng, 92% có độ dốc < 15%,trong đó 82,09% có độ dốc < 8% Có ba loại địa hình chính:

- Địa hình đồng bằng (có độ cao trung bình từ 5 – 10m)

- Địa hình vùng đồi (có độ cao trung bình khoảng 45m)

- Địa hình vùng núi thấp (chiếm 2% diện tích đất tự nhiên, có độ cao trungbình khoảng 300m)

 Khí hậu: Đồng Nai có khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, có hai mùatương phản nhau (mùa khô và mùa mưa) Nhiệt độ quanh năm 25 – 26oC, thích hợp chotrồng trọt và chăn nuôi Địa hình và khí hậu có khả năng phát triển các trang trại chănnuôi bò sữa, chủ động nguồn cung cấp nguyên liệu cho nhà máy.

 Nguồn nguyên liệu: khả năng cung cấp nguyên liệu trong tỉnh và các tỉnhthành lân cận như thành phố Hồ Chí Minh, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu …

Bảng 1 Sản lượng sữa bò phân theo địa phương năm 2005

 Lực lượng lao động: lao động xã hội đang làm việc 1.124.678 người trongtổng dân số của tỉnh là 2.218.900 người (theo số liệu của Cục Thống kê Đồng Nai năm2005)

 Hệ thống giao thông rất thuận lợi với các quốc lộ 1, 51, 20 có nhiều tuyếnđường liên tỉnh, tuyến đường sắt Bắc-Nam và hệ thống các cảng ở Đồng Nai cùng vớicảng ở TP Hồ Chí Minh, Bà Rịa-Vũng Tàu và sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất… đápứng tốt nhu cầu lưu thông hàng hóa Hệ thống cảng tại Đồng Nai gồm có:

- Cảng Long Bình trên sông Đồng Nai

- Cảng Gò Dầu A trên sông Thị Vải

- Cảng Gò Dầu B trên sông Thị Vải

Tỉnh thành Sản lượng (tấn)

 Hệ thống thông tin liên lạc: được đầu tư mở rộng và hiện đại hóa.

- Dịch vụ thông tin di động, dịch vụ tin nhắn đa dạng và phủ khắp

- Internet, VN.Mail, VNN, truyền số liệu tốc độ cao ISDN … với hệ thốngtruyền dẫn cáp sợi quang đảm bảo chất lượng, nhanh chóng, chính xác

- Dịch vụ chuyển phát nhanh EMS, chuyển phát nhanh tận nơi: DHLFedex, Airborne, PCN, UPS, Vinacargo…

Hình 1 Tỉnh Đồng Nai

2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

2.1 NGUYÊN LIỆU CHÍNH: sữa bò tươi

2.1.1 Giới thiệu về sữa bò

Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồnthức ăn để nuôi sống động vật non

2.1.1.1 Một số tính chất vật lí của sữa bò

Sữa là một chất lỏng đục Độ đục của sữa là do chất béo, protein và một số chấtkhoáng trong sữa tạo nên Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng -caroten có trong chất béo của sữa Sữa bò thường có màu trắng đến vàng nhạt Sữa gầy(sữa đã được tách béo – skimmilk) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt Sữa bò cómùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ

Bảng 2 Một số chỉ tiêu vật lí quan trọng của sữa bò tươi

Sức căng bề mặt ở 20oC dynes/cm 50

2.1.1.2 Thành phần hóa học của sữa bò

Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein vàcác chất béo Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như cáchợp chất chứa nito phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí

Bảng 3 Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng) Động vật Protein

Bảng 4 Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)

Các thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung bình

Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8 – 10g/l Các muối trong sữa ởdạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein) Trong các nguyên tố khoáng cótrong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là canci, phospho và magie Các nguyên tố khácnhư Zn, Fe, I, Cu, Mo… cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người.

Bảng 5 Thành phần một số nguyên tố khoáng trong sữa

Nguyên tố Hàm lượng

Bạng 6 Haøm löôïng moôt soâ vitamin trong söõa boø

Vitamin Haøm löôïng Vitamin Haøm löôïng

2.1.2 Heô vi sinh vaôt trong söõa boø

2.1.2.1 Nguoăn goâc heô vi sinh vaôt trong söõa

Heô vi sinh vaôt trong söõa raât ña dáng, coù nhieău nguoăn goâc khaùc nhau nhö töø moôtsoẫ nguoăn sau ñađy:

- Baău vuù ñoông vaôt cho söõa

- Ngöôøi vaø thieât bò vaĩt söõa

- Thieât bò chöùa söõa

- Mođi tröôøng chuoăng trái nôi vaĩt söõa

2.1.2.2 Heô vi sinh vaôt trong söõa

Heô vi sinh vaôt vaø soâ löôïng cụa chuùng trong söõa luođn luođn thay ñoơi vaø phú thuoôcvaøo möùc ñoô nhieêm vi sinh vaôt trong quaù trình vaĩt söõa Caùc vi sinh vaôt coù theơ ñöôïc chialaøm hai nhoùm chính: procaryote vaø eucaryote

a Procaryote

 Vi khuẩn lactic: các vi khuẩn lactic có mặt trong sữa tươi sau khi vắt đượcxem là những vi sinh vật tạp nhiễm Chúng sẽ tạo ra những chuyển hóa ngoài ý muốncủa nhà sản xuất trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến (giảm pH, đông tụcasein, xuất hiện các hợp chất mới trong sữa như ethanol, acid acetic làm thay đổithành phần và giá trị cảm quan của sữa) Khi thanh trùng sữa ở 80oC, hầu hết các vikhuẩn lactic nhiễm trong sữa sẽ bị tiêu diệt

 Vi khuẩn Coliform: trong sữa, vi khuẩn Coliform sẽ chuyển hóa đường lactose

tạo acid lactic và các acid hữu cơ khác, khí CO2, H2 Chúng cũng làm phân giảiprotein trong sữa tươi tạo ra các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu Ơû nhiệt độ

75oC trong khoảng thời gian 20 giây, vi khuẩn Coliform sẽ bị tiêu diệt.

 Vi khuẩn sinh acid butyric ( giống Clostridium): vi khuẩn Clostridium chuyển

hóa đường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác như acid butyric, butanol, ethanol,aceton, khí CO2, H2 làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa

trong quá trình bảo quản Clostridium có khả năng sinh bào tử, trong quá trình thanh trùng không thể tiêu diệt được hoàn toàn các bào tử Clostridium chịu nhiệt Khi đó, ta

phải dùng các giải pháp kĩ thuật khác như vi lọc, ly tâm hoặc sử dụng chất kháng

khuẩn để loại bỏ hoặc ức chế Clostridium.

 Vi khuẩn propionic (giống Propionibacterium): vi khuẩn propionic chuyển

hóa đường thành acid propionic, acid acetic, khí CO2 làm hư hỏng chất lượng sữa.Hầu hết các vi khuẩn propionic bị tiêu diệt khi thanh trùng sữa ở 75oC trong thời gian

20 giây

 Vi khuẩn gây thối: đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp proteasengoại bào trong môi trường sữa Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein tạo racác sản phẩm polypeptide, peptide và acid amin Một số acid amin tiếp tục bị thủyphân tạo NH3, H2S làm cho sữa có mùi khó chịu Đáng chú ý hơn cả là loài

Pseudomonas fluorescens Các enzyme protease và lipase được sinh tổng hợp bởi loài

vi khuẩn này rất bền nhiệt Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải

protein (proteolysis) và lipid (lipolysis), nhanh chóng làm hư hỏng chất lượng sữa.

b Eucaryote

 Nấm men (yeast): một số nấm men có thể sử dụng đường lactose cho quá

trình trao đổi chất Chúng phát triển trong sữa và gây ra những biến đổi về thành phầnhóa học trong quá trình bảo quản sữa

 Nấm sợi (moulds): một số loài nấm sợi thường nhiễm vào sữa: Penicillium camembertii, P roquefortii, P casei, Geotrichum candidum, Rhizopus stolonifer

Hầu hết các loài nấm men và nấm sợi đều bị tiêu diệt trong quá trình thanhtrùng sữa ở 75oC trong thời gian từ 10 – 15 giây

2.2 NGUYÊN LIỆU PHỤ

2.2.1 Chất tạo ngọt

Sử dụng đường saccharose dưới dạng siro có hàm lượng chất khô 63% Một số chỉtiêu hóa lí của đường saccharose:

- Độ ẩm: không lớn hơn 0.05%

- Hàm lượng saccharose: không nhỏ hơn 99.8% chất khô

- Hàm lượng tro: không lớn hơn 0.03%

- Độ màu: không lớn hơn 30o ICUMSA

2.2.2 Hương liệu và màu

Sử dụng E 127 (màu đỏ Erythrosine) và E 129 (màu đỏ Allura red AC) với hàmlượng 0,05% khối lượng sữa tươi nguyên liệu

Hương dâu sử dụng hàng của Hãng WFF – Western flavors & Fragences Co.,Ltdbởi nhà phân phối Công ty Hải Hoàng

2.2.3 Chất ổn định và chất nhũ hóa

Sử dụng E 471 (mono và diglycerides của acid béo) với hàm lượng 0,1% khốilượng sữa tươi nguyên liệu (Theo TCVN 7028:2002, E 471 có liều lượng sử dụng tối đacho phép là 2000mg/kg nguyên liệu)

3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TIỆT TRÙNGKHÔNG ĐƯỜNG

Sữa nguyên liệu

Chất ổn định,chất nhũ hóa

Đồng hóa

3.2 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TIỆT TRÙNGHƯƠNG DÂU, CÓ ĐƯỜNG

Sữa nguyên liệu

Phối trộn

Sirosaccharose

Chất ổn định ,chất nhũ hóa

Bột màu,hương dâu

Sữa tiệt trùnghương dâu,có đường

3.3 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.3.1 Sữa nguyên liệu

Sữa nguyên liệu sau khi được thu mua và bảo quản lạnh tại nhà máy sẽ được đưavào sản xuất

3.3.2 Quá trình chuẩn hóa

Mục đích: hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa đến giá trị 3,5%.

Phương pháp thực hiện: sữa sẽ được gia nhiệt đến 65oC ở thiết bị trao đổi nhiệtdạng bảng mỏng, sau đó sẽ được bơm vào máy li tâm hoạt động theo phương pháp liêntục Hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một dòng là sữa gầy và một dòng làcream Hàm lượng béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ hoạtđộng của máy li tâm Sau đó, một phần cream sẽ được phối trộn lại với dòng sữa gầyđể đạt hàm lượng chất béo theo yêu cầu sản xuất Ơû đây, ta chọn giá trị đó là 3,5%.Phần cream dư sẽ đưa đi xử lí tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream

Các biến đổi chính:

 Vật lí: khối lượng riêng tăng, độ nhớt giảm, nhiệt độ tăng, …

Thiết bị: máy li tâm và hệ thống hiệu chỉnh hàm lượng chất béo hoàn toàn tự

động

3.3.3 Quá trình phối trộn

Mục đích: tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng và cảm quan cho sản phẩm.

 Hương dâu và chất tạo màu dâu: sử dụng với hàm lượng 0.05% khối lượngnguyên liệu, được cho vào dưới dạng dung dịch có nồng độ 80%

 Chất ổn định và chất nhũ hóa: sử dụng với hàm lượng 0,1% khối lượng nguyênliệu

 Chất tạo ngọt: đường saccharose được cho vào dưới dạng siro có hàm lượngchất khô là 63%

Các biến đổi chính:

 Vật lí: có sự thay đổi về tỉ trọng, nhiệt độ, thể tích

 Cảm quan: thay đổi về màu sắc

Thiết bị: bồn hình trụ đứng có cánh khuấy.

3.3.4 Quá trình bài khí

Mục đích: cải thiện mùi của sữa, tăng hệ số truyền nhiệt.

Phương pháp thực hiện: Một áp lực chân không thích hợp sẽ được tạo ra làm cho

các khí ở dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi nước cùng các hợp chất dễ bay hơithoát ra khỏi thiết bị Toàn bộ hỗn hợp này sẽ được đưa vào bộ phận ngưng tụ được đặttrên đỉnh thiết bị bài khí Nước và một số cấu tử sẽ chuyển sang dạng lỏng và chảyxuống đáy thiết bị, còn khí và các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút

ra ngoài

Thông số kĩ thuật: nhiệt độ sữa 65oC, áp lực chân không 580 mmHg

Các biến đổi chính:

 Vật lí: thể tích giảm

 Hóa lí: nước bay hơi

 Cảm quan: cải thiện mùi của sữa

Thiết bị: thiết bị hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh nón được quay lên phía

trên Dưới nắp thiết bị là bộ phận ngưng tụ được nối với bơm chân không

3.3.5 Quá trình đồng hóa

Mục đích: ổn định hệ nhũ tương, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng

lực, tăng hệ số truyền nhiệt chuẩn bị cho quá trình tiệt trùng, tránh hiện tượng có cặnlợn cợn khi bảo quản sản phẩm

Phương pháp thực hiện: đồng hóa toàn phần, 2 cấp.

Thông số kĩ thuật: nhiệt độ sữa trước khi đồng hóa 65oC, áp suất 250bar.

Các biến đổi chính:

 Vật lí: giảm kích thước các hạt của pha phân tán, nhiệt độ tăng, thể tích thayđổi

 Hóa lí: ổn định hệ nhũ tương

Thiết bị: thiết bị đồng hóa sử dụng áp lực cao.

3.3.6 Quá trình tiệt trùng UHT

Mục đích: vô hoạt toàn bộ hệ vi sinh vật và enzyme có trong sữa.

Phương pháp thực hiện: sữa sẽ được gia nhiệt lên 80oC trong thiết bị trao đổi nhiệtdạng bảng mỏng, sau đó được trộn với hơi để đạt đến 140oC Thời gian tiệt trùng chỉkéo dài vài giây, sau đó hỗn hợp sẽ được làm nguội và tách bớt một phần nước trongthiết bị chân không Rời thiết bị này, nhiệt độ sữa giảm còn 80oC Sữa sẽ tiếp tục đượclàm nguội trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng xuống 20oC rồi vào bồn trữ vôtrùng hoặc rót sản phẩm Từ bồn trữ vô trùng, sữa sẽ được bơm đưa qua thiết bị đónggói

Thông số kĩ thuật: nhiệt độ:140oC , thời gian: 4 giây

Các biến đổi chính:

 Hóa sinh: enzym và toàn bộ hệ vi sinh vật bị vô hoạt

 Hóa học: phản ứng Maillard, caramen

 Vật lý: nhiệt độ tăng

3.3.7 Quá trình bao gói

Sử dụng bao bì giấy bảy lớp, vô trùng

4 CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1 TÍNH CHO 100 KG SỮA TƯƠI NGUYÊN LIỆU

Giả sử quy trình công nghệ có các giá trị tổn thất như sau

Bảng 7 Tổn thất trong quá trình sản xuất

(%)

Trên đường ống từ bồn chứa sữa nguyên liệu đến hệ

thống thiết bị chuẩn hóa

Trên đường ống từ hệ thống thiết bị chuẩn hóa đến thiết

bị phối trộn

Trên đường ống từ thiết bị phối trộn đến thiết bị bài khí q3 0,2

Trên đường ống từ thiết bị bài khí đến thiết bị đồng hóa q4 0,2

Trên đường ống từ thiết bị đồng hóa đến hệ thống tiệt

trùng

Trên đường ống từ hệ thống tiệt trùng đến thiết bị đóng

gói

4.1.1 Sản phẩm sữa tiệt trùng hương dâu, có đường

 Thành phần sữa nguyên liệu:

 Hàm lượng chất khô: TS = 12,9% khối lượng

 Hàm lượng chất béo: F = 3,9% khối lượng

 Nồng độ dịch siro sử dụng: 63% khối lượng

 Thành phần sản phẩm:

 Hàm lượng chất béo: Fsp = 3,5% khối lượng

 Hàm lượng đường: Ssp = 5% khối lượng

 Hàm lượng chất nhũ hóa:E = 0,1% khối lượng

 Hàm lượng chất tạo màu, mùi: C = 0,05% khối lượng

4.1.1.1.Tổn thất trên đường ống từ bồn chứa sữa nguyên liệu đến hệ thống thiết bị

chuẩn hóa:

q1 = 0,1%*100 = 0,1 kgKhối lượng sữa vào thiết bị chuẩn hóa:

G1v = 100 – 0,1= 99,9 kgTổn thất trong quá trình chuẩn hóa:

p1 = 0,2%

Giả sử ta có sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau:

90,1 kg sữa gầy Phối trộn 98,8 kg sữa

Khối lượng sữa sau chuẩn hóa có hàm lượng chất béo 3,5%:

G1s =

100

9 ,

99 98,8*(100 – 0,2)/100 = 98,5038 kgKhối lượng cream thu được:

Gc =

100

9 ,

99 1,2*(100 – 0,2)/100 = 1,1964 kg

4.1.1.2.Tổn thất trên đường ống từ hệ thống thiết bị chuẩn hóa đến thiết bị phối trộn:

q2 = 0,1%*G1s = 98,5038 *0,1/100 = 0,0985 kgKhối lượng sữa vào thiết bị phối trộn:

G2v = G1s*(100 – 0,1)/100 = 98,5038 *(100 – 0,1)/100 = 98,4053 kgKhối lượng đường saccharose sử dụng:

5% G2v= 98,4053*5/100 = 4,9203 kgKhối lượng dịch siro có nồng độ 63%:

Gsiro =

% 63

9203 ,

4 = 7,8099 kgKhối lượng chất ổn định được sử dụng:

Gổn= 0,1% G2v= 98,4053*0,1/100 = 0,0984 kgKhối lượng màu và hương được sử dụng:

0,05% G2v = 98,4053*0,05/100 = 0,0492 kgKhối lượng dung dịch màu và hương được sử dụng:

Gmàu=

% 80

0492 ,

0 = 0,0615 kgTổng khối lượng nguyên liệu vào thiết bị phối trộn:

G2v’ = G2v + Gsiro+ Gổn + Gmàu

= 98,4053 + 7,8099 + 0,0984 + 0,0615 = 106,3751 kg

Tổn thất trong quá trình phối trộn:

p2 = 0,2% G2v’= 106,3751*0,2/100 = 0,2128 kgKhối lượng nguyên liệu sau phối trộn:

G2s = G2v’*(100 – 0,2)/100 = 106,3751*(100 – 0,2)/100 =106,1623 kg

4.1.1.3.Tổn thất trên đường ống từ thiết bị phối trộn đến thiết bị bài khí:

q3= 0,2% G2s = 106,1623 *0,2/100 = 0,2123 kgKhối lượng nguyên liệu vào thiết bị bài khí:

G3v = G2s*(100 – 0,2)/100

= 106,1623*(100 – 0,2)/100 = 105,9500 kgTổn thất trong quá trình bài khí:

p3= 1% G3v= 105,9500*1/100 = 1,0595 kgKhối lượng nguyên liệu sau quá trình bài khí:

G3s= G3v*(100 – 1)/100

= 105,9500*(100 – 1)/100 = 104,8905 kg

4.1.1.4.Tổn thất trên đường ống từ thiết bị bài khí đến thiết bị đồng hóa:

q4= 0,2% G3s= 104,8905*0,2/100 = 0,2098 kgKhối lượng nguyên liệu vào thiết bị đồng hóa:

G4v= G3s*(100 – 0,2)/100

= 104,8905*(100 – 0,2)/100 = 104,6807 kg

Tổn thất trong quá trình đồng hóa:

p4= 0,3% G4v= 104,6807*0,3/100 = 0,3140 kgKhối lượng nguyên liệu sau quá trình đồng hóa:

G4s= G4v*(100 – 0,3)/100 = 104,6807*(100 – 0,3)/100 = 104,3667 kg

4.1.1.5.Tổn thất trên đường ống từ thiết bị đồng hóa đến hệ thống tiệt trùng:

q5= 0,2% G4s= 104,3667*0,2/100 = 0,2087 kgKhối lượng nguyên liệu vào hệ thống tiệt trùng:

G5v = G4s*(100 – 0,2)/100

= 104,3667*(100 – 0,2)/100 = 104,1579 kgTổn thất trong quá trình tiệt trùng:

p5= 0,2% G5v= 104,1579*0,2/100 = 0,2083 kgKhối lượng nguyên liệu sau quá trình tiệt trùng:

G5s= G5v*(100 – 0,2)/100 =104,1579*(100 – 0,2)/100 = 103,9496 kg

4.1.1.6.Tổn thất trên đường ống từ hệ thống tiệt trùng đến thiết bị đóng gói:

q6= 0,5% G5s= 103,9496*0,5/100 = 0,5197 kgKhối lượng nguyên liệu vào thiết bị đóng gói:

G6v = G5s*(100 – 0,5)/100

= 103,9496*(100 – 0,5)/100 = 103,4299 kgTổn thất trong quá trình đóng gói:

p6= 2% G6v= 103,4299*2/100 = 2,0686 kg

Khối lượng nguyên liệu sau quá trình đóng gói:

G6s= G6v*(100 – 2)/100

= 103,4299 *(100 – 2)/100 = 101,3613 kg

4.1.2 Sản phẩm sữa tiệt trùng không đường

 Thành phần sữa nguyên liệu:

 Hàm lượng chất khô: TS = 12,9% khối lượng

 Hàm lượng chất béo: F = 3,9% khối lượng

 Thành phần sản phẩm:

 Hàm lượng chất béo: Fsp = 3,5% khối lượng

 Hàm lượng chất nhũ hóa:E = 0,1% khối lượng

4.1.2.1.Tổn thất trên đường ống từ bồn chứa sữa nguyên liệu đến hệ thống thiết bị

chuẩn hóa:

q1 = 0,1%*100 = 0,1 kgKhối lượng sữa vào thiết bị chuẩn hóa:

G1v = 100 – 0,1 = 99,9 kgTổn thất trong quá trình chuẩn hóa:

p1 = 0,2%

Giả sử ta có sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau:

90,1 kg sữa gầy Phối trộn 98,8 kg sữa

Khối lượng sữa sau chuẩn hóa có hàm lượng chất béo 3,5%:

G1s =

100

9 ,

99 98,8*(100 – 0,2)/100 = 98,5038 kgKhối lượng cream thu được:

Gc =

100

9 ,

99 1,2*(100 – 0,2)/100 = 1,1964 kg

4.1.2.2.Tổn thất trên đường ống từ hệ thống thiết bị chuẩn hóa đến thiết bị phối trộn:

q2 = 0,1%*G1s = 98,5038 *0,1/100 = 0,0985 kgKhối lượng sữa vào thiết bị phối trộn:

G2v = G1s*(100 – 0,1)/100 = 98,5038 *(100 – 0,1)/100 = 98,4053 kgKhối lượng chất ổn định được sử dụng:

Gổn= 0,1% G2v= 98,4053*0,1/100 = 0,0984 kgTổng khối lượng nguyên liệu vào thiết bị phối trộn:

G2v’ = G2v + Gổn

= 98,4053 + 0,0984 = 98,5037 kg

Tổn thất trong quá trình phối trộn:

p2 = 0,2% G2v’=98,5037*0,2/100 = 0,1970 kg

Khối lượng nguyên liệu sau phối trộn:

G2s = G2v’*(100 – 0,2)/100 = 98,5037*(100 – 0,2)/100 = 98,3067 kg

4.1.2.3.Tổn thất trên đường ống từ thiết bị phối trộn đến thiết bị bài khí:

q3= 0,2% G2s = 98,3067*0,2/100 = 0,1966 kgKhối lượng nguyên liệu vào thiết bị bài khí:

G3v = G2s*(100 – 0,2)/100

= 98,3067*(100 – 0,2)/100 = 98,1101 kgTổn thất trong quá trình bài khí:

p3= 1% G3v= 98,1101*1/100 = 0,9811 kgKhối lượng nguyên liệu sau quá trình bài khí:

G3s= G3v*(100 – 1)/100

= 98,1101 *(100 – 1)/100 = 97,1290 kg

4.1.2.4.Tổn thất trên đường ống từ thiết bị bài khí đến thiết bị đồng hóa:

q4= 0,2% G3s= 97,1290*0,2/100 = 0,1943 kgKhối lượng nguyên liệu vào thiết bị đồng hóa:

G4v= G3s*(100 – 0,2)/100

= 97,1290*(100 – 0,2)/100 = 96,9347 kgTổn thất trong quá trình đồng hóa:

p4= 0,3% G4v= 96,9347*0,3/100 = 0,2908 kgKhối lượng nguyên liệu sau quá trình đồng hóa:

G4s= G4v*(100 – 0,3)/100 = 96,9347*(100 – 0,3)/100 = 96,6439 kg

4.1.2.5.Tổn thất trên đường ống từ thiết bị đồng hóa đến hệ thống tiệt trùng:

q5= 0,2% G4s= 96,6439*0,2/100 = 0,1933 kgKhối lượng nguyên liệu vào hệ thống tiệt trùng:

G5v = G4s*(100 – 0,2)/100

= 96,6439*(100 – 0,2)/100 = 96,4506 kgTổn thất trong quá trình tiệt trùng:

p5= 0,2% G5v= 96,4506*0,2/100 = 0,1929 kgKhối lượng nguyên liệu sau quá trình tiệt trùng:

G5s= G5v*(100 – 0,2)/100

= 96,4506 *(100 – 0,2)/100 = 96,2577 kg

4.1.2.6.Tổn thất trên đường ống từ hệ thống tiệt trùng đến thiết bị đóng gói:

q6= 0,5% G5s= 96,2577*0,5/100 = 0,4813 kgKhối lượng nguyên liệu vào thiết bị đóng gói:

G6v = G5s*(100 – 0,5)/100 = 96,2577*(100 – 0,5)/100 = 95,7764 kgTổn thất trong quá trình đóng gói:

p6= 2% G6v= 95,7764*2/100 = 1,9155 kgKhối lượng nguyên liệu sau quá trình đóng gói:

G6s= G6v*(100 – 2)/100

= 95,7764*(100 – 2)/100 = 93,8609 kg

Bảng 8 Lượng nguyên liệu sử dụng cho 100kg sữa tươi nguyên liệu

Lượng nguyên liệu sử

4.2 TÍNH THEO NĂNG SUẤT CỦA PHÂN XƯỞNG TRONG MỘT MẺ SẢNXUẤT

- Chọn năng suất theo nguyên liệu: N= 45000 tấn/ năm

- Số ngày nghỉ vào chủ nhật: S= 52 ngày/năm

- Số ngày nghỉ lễ: L= 8 ngày/năm

- Số ngày nghỉ tổng vệ sinh thiết bị: C= 26 ngày/năm( hai tuần tổng vệ sinh mộtlần)

 Số ngày làm việc trong năm:

- Số ca trong một ngày: 2 ca/ngày

 Năng suất trong một ca:

N2 =

2

290 ,

161 = 80,645tấn/ca

= 80645 kg/ca

- Số mẻ trong một ca: 2 mẻ/ca

 Năng suất trong một mẻ:

N3 =

2

80645= 40323 kg/mẻ

 Lịch làm việc:

Ca1: sữa tiệt trùng không đường

Ca 2: sữa tiệt trùng hương dâu có đường

Bảng 9 Khối lượng nguyên liệu trong từng quá trình cho 100 kg sữa tươi nguyên

Bảng 10 Khối lượng nguyên liệu trong từng quá trình tính theo năng suất phân

xưởng trong mỗi mẻ sản xuất

Quá trình Sữa hương dâu có đường

5 CHỌN THIẾT BỊ

Tỉ trọng của sữa ở 15,5oC được xác định theo công thức:

W SNF F

100

5 ,

Trong đó:F – là hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng)

SNF – là hàm lượng chất khô không béo trong sữa (% khối lượng)

W – hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng)

5 , 9 93 , 0

5 , 3

100

5 , 15

5.1 SỮA NGUYÊN LIỆU

Khối lượng sữa nhập liệu trong một mẻ: 40323 kg

Thể tích sữa nhập liệu trong một mẻ:

V1=

034,1

40323 = 38997 lChọn thiết bị có năng suất vượt 20% năng suất thực tế Thể tích thiết bị cầnchọn:

V’1= 38997 x 1,2 = 46796 lChọn 2 bồn loại Tetra Alsafe LA có:

Thể tích: 30000l

Đường kính: 3600mm

Chiều cao: 5650mm

Khối lượng thiết bị: 6000kg

Thể tích chiếm chỗ: 98,5m3

Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI 304

Aùp suất làm việc cực đại:300kPa (3 bar)

5.2 QUÁ TRÌNH CHUẨN HÓA

Khối lượng sữa cần chuẩn hóa trong một mẻ: 40283kg

Thể tích sữa cần chuẩn hóa trong một mẻ:

V2 =

034,1

40283= 38958 lChọn thời gian chuẩn hóa là 30 phút, năng suất của thiết bị là:

- Năng suất dòng sữa gầy: 55000 l/h

- Năng suất tiêu chuẩn: 75000 l/h

- Công suất động cơ: 42 KW

5.3 QUÁ TRÌNH PHỐI TRỘN

Khối lượng sữa cần phối trộn trong một mẻ: 42894 kg

Thể tích sữa cần phối trộn trong một mẻ:

V3 =

034,1

41484 = 27656 l/h

Chọn thiết bị có năng suất vượt 20% năng suất thực tế Năng suất thiết bị cầnchọn:

N’3 = 27656 x 120% = 33187 l/h

Chọn thiết bị phối trộn Tetra Almix 10 in-line vacuum mixer của Tetra Pak,

năng suất phối trộn 40000 l/h

Hệ thống thiết bị gồm:

 Bồn phối trộn:

- Thể tích 2000 l, vận hành ở chế độ chân không để tránh tạo bọt, tránhhấp thụ khí vào sữa, trên đỉnh thiết bị có hai đường vào cho sữa vàphụ gia

- Aùp suất sữa vào thiết bị: 0,5 bar

- Aùp suất ra khỏi thiết bị: 2 bar

- Khối lượng thiết bị: 2500 kg

- Khối lượng cả bao bì vận chuyển: 3100 kg

- Kích thước thiết bị: D x R x C = 3737 x 1745 x 3898 mm

- Thể tích: 20,1 m3

- Điện áp sử dụng: điện xoay chiều tần số 50Hz, 380/400 V

- Công suất tiêu thụ: 61 KW.

- Nguyên liệu chế tạo: bộ phận tiếp xúc với sữa làm bằng AISI 316, cácbộ phận khác làm bằng AISI 304

 Ba bồn đệm, năng suất hồi lưu 70000 l/h

5.4 QUÁ TRÌNH BÀI KHÍ

Khối lượng sữa cần bài khí trong một mẻ: 42722 kg

Thể tích sữa cần bài khí trong một mẻ:

V4 =

034,1

41317 = 41317 l/h

Chọn thiết bị có năng suất vượt 20% năng suất thực tế Năng suất thiết bị cầnchọn:

N’4 = 41317 x 120% = 49580 l/hĐặt hàng nhà chế tạo, sản xuất thiết bị bài khí có năng suất 50000l/h, áp lựcchân không trong thiết bị khoảng 580 mmHg, nhiệt độ sữa khi vào thiết bị khoảng

65oC

5.5 QUÁ TRÌNH ĐỒNG HÓA

Khối lượng sữa cần đồng hóa trong một mẻ: 42210 kg

Thể tích sữa cần đồng hóa trong một mẻ:

V5 =

034,1

42210 = 40822 l

Chọn thời gian đồng hóa là 60 phút Mỗi mẻ sản xuất có hai lần đồng hóa Năngsuất của thiết bị:

60

* 2

- Thiết bị đồng hóa hai cấp, áp suất làm việc cấp một là 250bar

- Năng suất thiết bị: 27400 l/h

- Nước làm mát ( áp lực > 3 bar, nhiệt độ cao nhất 25oC ): 400 l/h

- Hơi tiệt trùng ( áp lực > 3 bar): 50kg/h

- Năng lượng tiêu thụ trên 1000l sản phẩm: 4,6 kWh

- Lượng nước tiêu thụ trên 1000l sản phẩm: 12 l/h

- Tiếng ồn: 82 dB

- Kích thước thiết bị: D x R x C = 2075 x 1950 x 2005 mm

- Kích thước không gian đặt thiết bị: D x R x C = 4500 x 4000 x 3000 mm

- Công suất động cơ: N = năng suất x áp lực/ 30600 =

30600

250

- Khối lượng thiết bị: 5100 kg

- Khối lượng động cơ: 1350 kg

- Khối lượng bao bì khi vận chuyển: 800 kg

- Thể tích khi vận chuyển 15,5 m3

5.6 QUÁ TRÌNH TIỆT TRÙNG

Khối lượng sữa cần tiệt trùng trong một mẻ: 42000 kg

Thể tích sữa cần tiệt trùng trong một mẻ:

V6 =

034,1

Chọn hệ thống Tetra Therm Aseptic VTIS 10 của Tetra Pak Hệ thống thiết

bị gồm các bộ phận chính:

- Thiết bị gia nhiệt dạng bảng mỏng

- Đầu phun hơi trực tiếp vào sữa

- Bộ phận giữ nhiệt

- Bồn chân không để bốc hơi nước

Các thông số kĩ thuật:

- Năng suất thiết bị: 26000l/h

- Nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ: 80oC

- Nhiệt độ tiệt trùng: 140oC, thời gian giữ nhiệt 4 giây

- Nhiệt độ sau khi qua bồn chân không: 80oC

- Nhiệt độ cuối của quá trình 20oC

- Lượng hơi nước sử dụng ( 6 bar ): 5484 kg/h

Lượng nước làm nguội ( 3 bar, 30oC ): 40619 l/h