thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua năng suất 10 triệu tấn/năm
MỤC LỤC Nhận xét của giảng viên i Danh mục bảng biểu ii Danh mục hình iii Mục luc 3 Lời nói đầu 4 Chương I: Tổng Quan 5 1.1. Lợi ích của sữa 5 1.1.1. Sữa bò 5 1.1.2. Chất ổn định 15 1.2. Sản phẩm 15 Chương II: Lập Luận Kinh Tế Kỹ Thuật 20 2.1. Nguyên tắc chọn 20 2.2. Địa điểm xây dựng nhà máy 20 Chương III: Quy Trình Công Nghệ 26 3.1. Quy trình công nghệ 26 3.2. Thuyết minh quy trình 27 Chương IV: Tính Cân Bằng Vật Chất 32 4.1. Bố trí lịch sản xuất 32 4.2. Tính cân bằng vật chất 33 Chương V: Tính Cân Bằng Năng Lượng 39 65.1. Tính hơi cho sản xuất 39 5.1.1. Lượng nhiệt dùng cho quá trình chuẩn hóa 39 5.1.2. Lượng nhiệt dùng cho quá trình xử lý nhiệt 39 5.2. Tính nước và hơi cho CIP 40 5.3. Chọn nồi hơi 44 Chương VI: Tính Chọn Thiết Bị 46 1 6.1. Thiết bị chính 46 6.1.1. Tank chứa sữa 46 6.1.2. Thiết bị chuẩn hóa 47 6.1.3. Thiết bị xử lý nhiệt 49 6.1.4. Thiết bị đồng hóa 49 6.1.5. Thiết bị cấy giống 50 6.1.6. Thiết bị phối trộn 51 6.1.7. Thiết bị rót 52 6.2. Thiết bị phụ 53 6.2.1. Bơm ly tâm 53 6.2.2. Bồn chứa trung gian 53 6.2.3. Bồn chứa chất ổn định 53 6.2.4. Cân định lượng 53 6.1.5. Thiết bị CIP 53 Chương VII: Tính Xây Dựng 54 Chương VII: Sự Cố Và Biện Pháp Khắc Phục 55 Chương XIX: An Toàn Lao Động Và Vệ Sinh Công Nghiệp56 Kết luận 60 Tài Liệu Tham Khảo 61 Phụ lục 62 2 LỜI MỞ ĐẦU Cuộc sống hiện đại ngày càng phát triển thì nhu cầu về chất lượng dinh dưỡng của con người cũng ngày càng cao. Ngoài các thực phẩm trong bữa ăn chính hằng ngày thì các thực phẩm chức năng cũng là một trong những nguồn cung cấp dưỡng chất quan trọng mà con người sử dụng. Khi nói đến một trong số các thực phẩm chức năng có những giá trị dinh dưỡng quý giá cho sức khỏe của người tiêu dùng ta phải kể đến đầu tiên đó là sữa chua. Sữa chua rất giàu dinh dưỡng, nó giúp giảm stress, tăng cường hệ miễn dịch, chống lão hóa, tăng cường tuổi thọ hay là thực phẩm làm đẹp không thể thiếu cho phái nữ …Sữa chua còn được biết đến nhiều nhất như là sản phẩm thực phẩm hiệu quả trong vai trò tăng cường hoạt động của hệ tiêu hóa. Để đáp ứng nhu cầu canxi cho cơ thể ngoài thông qua việc uống sữa (đặc biệt là người Việt Nam) ngày nay ta có rất nhiều lựa chọn và sữa chua là một trong những biện pháp hiệu quả. 3 Hiện nay, sữa chua đã và đang chiếm lĩnh thị trường tiêu thụ rộng lớn trên khắp thế giới, người tiêu dùng yêu thích sản phẩm này không chỉ vì giá trị dinh dưỡng mà còn các ưu điểm như giá thành rẻ, thông dụng, dễ tiêu dùng và đặc biệt là hương vị đặc trưng mà các vi sinh vật lên men lactic trên sữa mang lại cho sữa chua. Từ những lợi ích trên thì việc xây dựng một nhà máy sản xuất sữa chua là điều tất yếu. Có nhiều công nghệ đã và đang được sử dụng trong việc nâng cao chất lượng cũng như bảo quản sữa chua. Tuy nhiên trong giới hạn của đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày việc “thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua năng suất10 triệu tấn/năm”. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Lợi ích của sữa Hiện nay, khi đời sống ngày càng được nâng cao thì nhu cầu vật chất của con người càng tăng. Do đó, ngành công nghệ thực phẩm là ngành khoa học quan họng tronh nền kinh tế quốc dân. Nó đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho con người và góp phần giải quyết việc làm cho người lao động. Trong đó phải kể đến ngành công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa. Sữa là thực phẩm giàu dinh dưỡng và cân đối nhất, rất cần thiết trong khẩu phần ăn hàng ngày của con người, có tác dụng phục hồi sức khỏe mau chóng cho người lao động, dễ hấp thụ đối với người bệnh, trẻ em, người cao tuổi. Đặc biệt sản phẩm sữa chua rất giúp ích cho đường ruột. Do đó cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến sữa nói riêng cũng đã và đang phát triển. Trong những năm trở lại đây nhu cầu tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa của người dân rất cao, nhưng nguồn sữa trong nước không đáp ứng đủ nhu cầu, vì thế 4 chúng ta đã nhập nhiều loại sữa từ nước ngoài. Nước ta có vị trí địa lý thuận lợi, khí hậu nhiệt đới gió mùa. Đây là điều kiện rất tốt cho việc chăn nuôi bò sữa. về mặt thị trường, nước ta hiện nay đang tiêu thụ mạnh các sản phẩm từ sữa như: sữa tươi tiệt trùng, sữa chua uống và nhiều sản phẩm khác. Mặt khác nhà nước ta đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho sự phát triền ngành công nghiệp chế biến sữa Việt Nam. 1.2. Nguyên liệu 1.2.1. Sữa bò tươi Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của con cái thuộc động vật có vú; cung cấp nguồn dinh dưỡng đầy đủ, thiết yếu để nuôi con trong giai đoạn đầu đời, trước khi con non có thể tiêu hoá các loại thức ăn khác. Sữa trong giai đoạn đầu (4 - 7 ngày) của chu kỳ sữa (chu kỳ sữa là khoảng thời gian từ khi bắt đầu tiết sữa - sau khi đẻ, đến khi kết thúc tiết sữa - cạn sữa) được gọi là sữa non. Sữa non có thành phần khác rất nhiều so với sữa thường, nó rất giàu protein, chất béo no, canxi, vitamin để con non dễ dàng hấp thu trong điều kiện hệ tiêu hoá chưa phát triển; đặc biệt nó chứa kháng thể từ cơ thể mẹ truyền sang, giúp con non chống chịu lại bệnh tật trong giai đoạn đầu khi cơ chế miễn dịch chưa được hoàn thiện. Tuy nhiên, sữa non không được sử dụng trong chế biến thành sữa thành phẩm do cấu trúc protein yếu, dễ bị biến đổi do nhiệt (xử lí nhiệt là khâu đầu tiên trong chế biến tất cả các loại sản phẩm sữa). Con người đã biết cách chăn nuôi một số loài động vật để khai thác sữa, phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng thực phẩm của mình từ lúc còn rất sơ khai. Bò là loài động vật đầu tiên được sử dụng với mục đích khai thác sữa, sau hàng ngàn năm thuần hoá và lai tạo, đến nay nhiều giống bò chuyên dụng sản xuất sữa đã được tạo ra. Hiện tại, bò sữa là loài động vật sản xuất sữa phổ biết nhất, phần lớn sữa được sản xuất ra trên thế giới có nguồn gốc từ bò sữa. Ngoài ra có thể kể đến một số loài động vật sản xuất sữa cũng khá phổ biến như dê, cừu, trâu, tuy nhiên khả năng sản xuất sữa của các loài này nhỏ hơn rất nhiều so với bò sữa. 5 Ở nước ta, sữa là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghệ thực phẩm. Sữa bò tươi được sử dụng trong sản xuất sữa chua phải có chất lượng tốt. Các yêu cầu quan trọng cho nguyên liệu sữa tươi như sau: -Tổng số tế bào vi sinh vật trong sữa càng thấp càng tốt. -Không chứa thể thực khuẩn (bacteriophage). -Không chứa kháng sinh (penicillin, streptomycin,…) -Không chứa các enzyme. -Không chứa dư lượng hoá chất có nguồn gốc từ quá trình tẩy rửa và vệ sinh dụng cụ hoặc thiết bị đựng sữa. Hai chỉ tiêu quan trọng của sữa nguyên liệu là hàm lượng chất béo và hàm lượng chất khô không béo. Tính chất vật lý của sữa bò: - Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và môt số chất khoáng trong sữa tạo nên. - Sữa có màu trắng đến vàng nhạt, màu sắc phụ thuộc vào hàm lượng beta - carotene có trong chất béo của sữa. - Sữa có mùi đặc trưng, có vị ngọt nhẹ. - Có độ nhớt lớn hơn 2 lần so với nước. Sữa thường có đặc điểm và tính chất sau: o Mật độ quang ở 15 o C 1,030 – 1,034 o Tỷ nhiệt 0,93 o Điểm đông - 0,55 o C o pH 6,5 – 6,6 o Độ axit được tính bằng 16 - 18 độ Dornic - o D (decigam axit lactic/ lit sữa) o Chỉ số khúc xạ ở 20 o C 1,35 Thành phần hóa học của sữa bò tươi: Bảng 1.1.Thành phần hóa học của 1000ml sữa bò Thành phần Hàm lượng % Thành phần Hàm lượng % Nước 85 – 89 Các chất hoạt tính sinh học Số lượng nhỏ Chất khô 11 – 15% Vi lượng Số lượng nhỏ Chất béo 2,9 – 5,0 Enzyme Số lượng nhỏ Mỡ sữa 0,03 – 0,05 Vitamin 5,0 – 8,0 Photphate 2,5 – 4,0 Kháng sinh 6 Chất chữa nitơ 2,3 – 2,9 Hoocmon Casein 0,02 – 0,08 Chất màu Chất phinitơ 4,5 – 5,0 Chất khí Cacbonhydrate 0,01 – 0,1 Lactose Glucose Nước : Là thành phần chủ yếu của sữa, là dung môi hoà tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng hoá sinh. Phần lớn nước trong sữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng. Tổng hàm lượng chất khô: Tổng các chất khô được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa. Chất khô không béo là hiệu số giữa tống các chất khô và hàm lượng chất béo trong sữa. Giá trị hàm lượng chất khô không béo trong sữa bò thường là 11.9 %. Đường lactose: Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành. Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới 2 dạng - lactose và – lactose. Tỷ lệ hàm lượng giữa hai dạng này phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa. Chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên. Lactose là đường khử, độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với disaccharide và monosaccharide thường gặp, lactose có thể bị thủy phân bởi enzyme lactaza. Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến đổi thành caramen. Vì vậy khi khử trùng sữa, một phần lactose bị caramen hoá nên sữa sẽ có màu sậm hơn sữa chưa khử trùng. Ngoài lactose, trong sữa còn có galactose (20mg/l), glucose (hàm lượng trung bình 70mg/l), các hợp chất glucid chứa N (hàm lượng thấp hoặc dạng vết). Chất béo: 7 Chất béo trong sữa thường dạng hình cầu. Trong 1ml sữa có khoảng 10 – 15 tỷ hạt cầu béo. Thành phần chủ yếu của các hạt là glyceride, phospholipid và protein. Chất khoáng Lượng chất khoáng trong sữa không nhiều nhưng sự có mặt các chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong cân bằng các chất dinh dưỡng của sữa Vitamin Sữa có chứa nhiều loại vitamin với số lượng không lớn lắm, các vitamin thuộc 2 nhóm chính là: Nhóm tan trong chất béo gồm A, D, E Nhóm tan trong nước gồm B1, B2, C Hợp chất chứa nitơ • Casein Là những protein có tính acid vì trong phân tử của chúng có nhiều gốc acid glutamic và acid aspartic, là thành phần chủ yếu của protein sữa. Casein tồn tại dưới dạng micelle, mổi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (Ca, K, Mg, phosphate và citrate). Các micelle có hàm lượng – casein khá cao với đầu ưa nước luôn hướng ra ngoài, nếu lấy đi dầu ưa nước này hoặc giảm hàm lượng – casein thì cấu trúc micelle trở nên không ổn định, nếu có mặt cúa Ca 2+ trong sữa thì các micelle sẽ liên kết lại với nhau tạo nên hiện tượng đông tụ casein. 8 Chú thích: A – Tiểu micelle B – Đầu ưa nước của – casein C – Phosphate D – – casein E – Tương tác kỵ nước • Enzyme Enzyme là những chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein. Tính đến nay có hơn 60 enzyme khác nhau được tìm thấy trong sữa. Enzyme đầu tiên được tìm thấy trong sữa là lactoperoxydase. Sự có mặt của các enzyme trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó làm giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa. Tuy nhiên một số enzyme như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn, tham gia vào việc ổn định chất lượng trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. Hàm lượng VSV trong sữa càng cao thì thành phần enzyme có trong sữa đa dạng và hoạt tính càng cao. Hormone Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật. Trong sữa bò, ta có thể tìm thấy nhiều loại hormone. Chúng được chia là 3 nhóm là proteohormone, hormone peptide và hormone steoride, trong đó prolactine được nghiên cứu nhiều hơn cả. Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là 50µg/l, trong sữa non là 230µg/l. Hệ vi sinh vật trong sữa: Nguồn gốc hệ vi sinh vật trong sữa - Bầu vú động vật cho sữa: đây là nơi có nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử. Trong quá trình vắt sữa một số vi sinh vật có thể bị rơi vào bình chứa làm cho sữa bị nhiễm vi sinh vật. Vì vậy, ta cần vệ sinh bầu vú và các khu vực lân cận trên cơ thể động vật cho sữa để hạn chế số lượng vi sinh vật bị nhiễm vào sữa. 9 - Người và thiết bị vắt sữa: nếu vắt sữa bằng phương pháp thủ công, để hạn chế nhiễm vi sinh vật, người vắt sữa phải có sức khoẻ tốt, không mắc bệnh truyền nhiễm, vệ sinh cơ thể tốt, thao tác kỹ thuật đảm bảo vệ sinh. Nếu quá trình vắt sữa bằng máy, cần chú ý vệ sinh và vô trùng hệ thống dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng cụ chứa. - Thiết bị chứa sữa. - Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa: vi sinh vật tồn tại ở khắp mọi nơi nên dễ dàng lây nhiễm vào sữa. Do đó, cần phải đảm bảo vệ sinh môi trường nơi vắt sữa. Hệ vi sinh vật: Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng luôn thay đổi. Trong đó các vi sinh vật có thể chia làm 2 nhóm chính: prokaryote và eukaryote. • Prokaryote Nhóm vi sinh vật prokaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Đại diện quan trong cho nhóm prokaryote là vi khuẩn (bacteria). Các nhóm nhóm vi khuẩn thường gặp trong sữa là vi khuẩn lactic, coliforms, vi khuẩn sinh axit butyric, vi khuẩn sinh axit propionic và các vi khuẩn gây thối. - Vi khuẩn lactic: hình cầu hoặc hình gậy, gram (+), nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 25 - 47 O C. Để tồn tại trong môi trường sữa, chúng tổng hợp năng lượng ATP từ cơ chất lactose. - Vi khuẩn Coliforms: nhóm vi khuẩn gram (-), kị khí tuỳ tiện, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 30 - 44 O C. Trong sữa, Coliforms sẽ chuyển hoá đường lactose tạo axit lactic và các 10 Vi khuẩn xâm nhập vào bên trong bầu vú Vi khuẩn hiện diện xung quanh bầu vú động vật [...]... và mùi vị sữa chua 13 luôn được các nhà sản xuất thay đổi để phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng Sản phẩm có thể phân loại như sau: - Sữa chua truyền thống Sản phẩm có cấu trúc gel mịn Trong quy trình sản xuất, sữa nguyên liệu sau khi được xử lý, cấy giống rồi được rót vào bao bì Quá trình lên men được diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông - Sữa chua dạng khuấy Khối đông trong sản phẩm sau... nghỉ để tu sữa, bảo trì, bảo Số ngày Yaourt dạng gel dưỡng máy móc thiết bị Tháng Bảng 4.2 Biểu đồ bố trí sản sản xuất Ca/ngày Ca/tháng 1 17 2 2 3 24 48 25 2 2 4 26 2 52 5 25 2 50 6 15 2 30 7 27 2 54 8 26 2 52 9 27 2 54 10 25 2 50 11 26 2 52 12 27 2 54 1 năm 290 xuất 34 50 29 580 Nhà máy làm việc ca 8 h, 1h vệ sinh thiết bị 4.2 Cân bằng vật chất Dây chuyền sản xuất yaourt năng suất 10 triệu tấn/năm Chọn... 2.2, sản lưởng sữa cả nước sẽ tăng lên từ 55.600 tấn (năm 2000) lên 163.800 tấn (năm 2005) và 360.000 (năm 2 010) Nâng mức tiêu dùng sữa bình quân đầu người/năm từ 6,5kg năm 2000 lên 9kg năm 2005 và 12kg năm 2 010 Tăng tỷ trọng sữa sản xuất trong nước so với nhu cầu nguyên liệu trong các nhà máy sữa từ 10% lên 20% đến 40% năm 2 010, từ đó giảm dần sữa nguyên liệu phải nhập khẩu từ nước ngoài Sản lượng sữa. .. được phá huỷ một phần do sự khuấy trộn cơ học Sữa được lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là làm lạnh rồi rót vào bao bì - Sữa chua uống Khối đông xuất hiện sau quá trình lên men bị phá huỷ hoàn toàn bằng phương pháp khuấy trộn hoặc đồng hoá, làm giảm độ nhớt, tạo ra sản phẩm sạng lỏng 1.2.2 Lợi ích của sữa chua Trong 100 g sữa chua chứa khoảng: - 100 Kcal (bằng khoảng ½ chén cơm hay 2 trái chuối... của nhà sản xuất Bảng 1.4.Các chỉ tiêu vi sinh vật của sữa chua Tên chỉ tiêu Mức cho phép 1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẩn lạc trong 1g sản phẩm 2 Nhóm coliform, số vi khuẩn trong 1g sản 16 104 10 phẩm 3 Staphylococcus aureus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 4 E.Coli, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0 0 5 Salmonella, số vi khuẩn trong 25g sản phẩm 6 Nấm men và nấm mốc, số khuẩn lạc trong 1g sản phẩm... là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử là galactoronic và rượu metylic Trọng lượng phân tử từ 20000 - 200000 đvC Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 % đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1 - 3,4 sản phẩm sẽ tạo đông 1.2 Sản phẩm 1.2.1 Phân loại Sữa chua là một sản phẩm rất phổ biến ở nước ta và trên thế giới Trên thị trường hiện nay, sản phẩm này rất... giá cả nguyên liệu, phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất của nhà máy trong tháng và các tháng sắp tới Bảng 4.1.Sơ đồ bố trí lịch sản xuất của nhà máy Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lịch sản xuất - Tháng 1 nhà máy nghĩ tết nguyên đán 11 ngày Tháng 6 nhà máy nghỉ bảo dưỡng máy móc nửa tháng nên lượng sữa tươi nguyên liệu sẽ đươc nhập ít hơn - Công nhân trong phân xưởng được nghĩ ngày chủ nhật và các dịp lễ... khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa Protease sẽ tiếp xúc quá trình thuỷ phân protein tạo ra các sản phẩm như polypeptide, peptide và axit amin Một số axit amin tiếp tục phân huỷ tạo NH3, H2S…làm sữa có mùi khó chịu Vài giống vi khuẩn gây thối có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào, enzyme này xúc tác quá trình thuỷ phân các chất béo trong sữa và tạo nhiều sản phẩm... lành mạnh trong sữa chua giúp gửi tín hiệu đến tế bào miễn dịch trong cơ thể nhằm chống lại các vi khuẩn gây hại 1.2.3 Chỉ tiêu chất lượng của sữa chua 15 Bảng 1.2 Chỉ tiêu cảm quan Tên chỉ tiêu Yêu cầu 1 Màu sắc Màu trắng sữa 2 Mùi vị Đặc trưng cho từng loại sản phẩm 3 Trạng thái Mịn, đặc sệt a Chỉ tiêu chất lượng chủ yếu Protein: được phân cắt thành các acid amin Lipid: được thủy phân thành các acid... trình sản xuất ra sữa chua chủ yếu dùng phương pháp lên men lactic Lên men lactic là quá trình hóa sinh đặc trưng của sữa dưới tác động của vi khuẩn lactic lên men đường lactoza có trong sữa để tạo thành axit lactic Để tiến trình lên men nhanh và ổn định, người ta cho thêm loại vi khuẩn Leuconostoc hoặc nấm mốc Lên men Lactic đồng hình Sự lên men tạo sản phẩm chính là axit lactic chiếm 90 - 98% tổng sản . quản sữa chua. Tuy nhiên trong giới hạn của đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày việc thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua năng suất1 0 triệu tấn/năm”. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Lợi ích của sữa Hiện. giống bò chuyên dụng sản xuất sữa đã được tạo ra. Hiện tại, bò sữa là loài động vật sản xuất sữa phổ biết nhất, phần lớn sữa được sản xuất ra trên thế giới có nguồn gốc từ bò sữa. Ngoài ra có thể. khác. Sữa trong giai đoạn đầu (4 - 7 ngày) của chu kỳ sữa (chu kỳ sữa là khoảng thời gian từ khi bắt đầu tiết sữa - sau khi đẻ, đến khi kết thúc tiết sữa - cạn sữa) được gọi là sữa non. Sữa non