đề tài công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng thanh trùng

MỞ ĐẦU Sữa là thức ăn tự nhiên có giá trị dinh dưỡng hoàn hảo được vắt từ vú động vật. Sữa chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho người như protein, glucid, lipid, vitamin, các muối khoáng. Những hợp chất này rất cần thiết cho khẩu phần thức ăn hằng ngày của con người. Do đó, các sản phẩm từ sữa có một ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng của con người nhất là đối với trẻ em, người già, người bệnh và được sử dụng rộng rãi không chỉ ở trong nước mà còn trên toàn thế giởi. Từ sữa, người ta có thể sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác nhau như sữa bột, sữa cô đặc, sữa lên men, phô mát, bơ, kem,… Cũng chính vì giá trị dinh dưỡng cao mà sữa tươi rất khó bảo quản. Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế biến sữa ngày càng phát triển, cho ra đời nhiều phương pháp chế biến và bảo quản sữa tươi. Trong đó, phổ biến nhất là công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng. Sữa thanh trùng (pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từ sữa tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất. Hiện nay sản phẩm sữa thanh trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín. Sản phẩm phải bảo quản ở nhiệt độ thấp (5÷7℃). Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanh trùng có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 8÷10 ngày. Sữa tiệt trùng (sterilization milk) cũng là một trong những sản phẩm chế biến từ sữa tươi như sữa thanh trùng, nhưng công nghệ phức tạp hơn vì cần phải nắm bắt, xử lý được thời gian, nhiệt độ và dạng tiệt trùng. Nguyên liệu được sử dụng cho sữa tươi tiệt trùng phải có chất lượng rất tốt. Sữa tươi tiệt trùng được bảo quản ở nhiệt độ phòng. Thời gian bảo quản sản phẩm có thể kéo dài từ 3 đến 6 tháng. Nhằm mục đích đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng, các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường sản phẩm sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng có bổ sung thêm hương trái cây (hương dâu, cam, thơm, …) hương vanile, hương chocolate, … Từ đó, ta có thể gọi tên sản phẩm theo tên hương liệu bổ sung. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ NGUYÊN LIỆU TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM SỮA TƯƠI THANH TRÙNG Sữa thanh trùng (pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từ sữa tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất. Hiện nay sản phẩm sữa thanh trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín. Sản phẩm phải bảo quản ở nhiệt độ thấp (5÷7℃). Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanh trùng có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 8÷10 ngày. Hiện nay, để ổn định chất lượng sản phẩm, các nhà sản xuất thường thực hiện quá trình chuẩn hóa (standardisation) – hiệu chỉnh hàm lượng chất béo – cho các sản phẩm sữa thanh trùng. Tùy theo quy định của mỗi quốc gia mà các cơ sở sản xuất sẽ chọn giá trị thích hợp để chuẩn hóa. Ví dụ như ở Pháp, hàm lượng chất béo trong sữa thanh trùng không được nhỏ hơn 3.5%. Để phân loại sữa thanh trùng người ta thường dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm: Sữa nguyên cream (whole milk) là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi, không hiệu chỉnh hàm lượng chất béo. Thông thường, lượng lipid trong sữa dao động trong khoảng 3.0÷3.7%. Sữa gầy (skimmilk) là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã tánh bớt một phần chất béo. Hàm lượng lipid trong sữa gầy thường dao động quanh giá trị 1.5%. Tuy nhiên, một số sản phẩm thương mại có hàm lượng chất béo chỉ có 0.5%, thậm chí 0.1%. Ngoài sữa tươi, người ta còn sản xuất sữa thanh trùng từ sữa hoàn nguyên (reconstituted milk) hoặc sữa tái chế (recombined milk). Sữa hoàn nguyên là sản phẩm sữa thu được khi ta hòa tan sữa bột nguyên cream hoặc sữa bột gầy vào nước. Thành phần hóa học của sản phẩm thì tương tự như sữa nguyên cream hoặc sữa gầy. Sữa tái chế được thu nhận bằng cách hòa tan sữa bột gầy vào nước ở nhiệt độ 4050℃, sau đó bổ sung chất béo có nguồn gốc từ sữa (thường sử dụng chất béo khan từ sữa – Anhydrows Milk Fat AMF), rồi tiến hành khuấy trộn hỗn hợp và đồng hóa bằng phương pháp sử dụng áp suất cao. Sản phẩm này có thành phần hóa học tương tự như sữa nguyên cream ngoại trừ hàm lượng phospholipid trong màng bao xung quanh các hạt cầu béo bị giảm đi.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

*****

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

SVTH: Vũ Huỳnh Trâm Anh

Trương Nguyễn Bảo Trân Nguyễn Thị Thảo Nguyên Trần Thị Nguyệt Nhung Nguyễn Thị Ngọc Nhung

TP HCM Tháng 06/2016

MỤC LỤC

Mục lục………1

Danh sách bảng………4

Danh sách hình………4

MỞ ĐẦU……….6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ NGUYÊN LIỆU 7

1.1 TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM 7

1.1.1 SỮA TƯƠI THANH TRÙNG 7

1.1.2 SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG 8

1.2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 10

1.2.1 Sữa bò 10

1.2.2 PHỤ GIA 12

1.2.2.1 Chất ổn định 12

1.2.2.2 Chất tạo nhũ 12

1.2.2.3 Chất chống oxy hóa 12

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI THANH TRÙNG VÀ TIỆT TRÙNG 13

2.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI THANH TRÙNG 13

2.1.1 Chuẩn hóa 14

a) Mục đích 14

b) Thiết bị ly tâm 15

2.1.2 Bài khí 17

a) Mục đích 17

b) Thiết bị bài khí 18

2.1.3 Đồng hóa 18

a) Mục đích 18

b) Cách thực hiện quá trình đồng hóa một phần 18

c) Thiết bị đồng hóa 19

2.1.4 Thanh trùng sữa 22

a) Mục đích 22

b) Thiết bị thanh trùng dùng nhiệt 23

2.1.5 Rót sản phẩm và bao gói 26

a) Mục đích 26

b) Máy chiết rót hộp giấy vô trùng tetrapak-jimei VN 26

c) Quy trình đóng gói vô trùng 28

2.1.6 Bảo quản sản phẩm 30

SỬ DỤNG KỸ THUẬT LY TÂM VÀ KỸ THUẬT MEMBRANE TÁCH VI SINH VẬT TRONG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA THANH TRÙNG 32 a) Mục đích 32

b) Thiết bị ly tâm tách vi sinh vật kết hợp trong thanh trùng 32

c) Thiết bị membrane tách VSV 34

2.2 CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SỮA TƯƠI THANH TRÙNG 35

2.3.1 Tiệt trùng sữa trong bao bì 36

2.3.1.1 Phương pháp gián đoạn 36

2.3.1.2 Phương pháp liên tục 37

2.3.1.3 Các biến đổi quan trọng diễn ra trong quá trình tiệt trùng 39

2.3.2 Tiệt trùng sữa ngoài bao bì 40

2.3.2.2 Tiệt trùng sữa ngoài bao bì: phương pháp sử dụng nhiệt độ siêu cao UHT ( Ultra high temperature) và gia nhiệt trực tiếp 43

2.4 CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

CÂU HỎI CHO CÁC NHÓM 45

MỞ ĐẦU

Sữa là thức ăn tự nhiên có giá trị dinh dưỡng hoàn hảo được vắt từ vú động vật.Sữa chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho người như protein, glucid, lipid,vitamin, các muối khoáng Những hợp chất này rất cần thiết cho khẩu phần thức ănhằng ngày của con người Do đó, các sản phẩm từ sữa có một ý nghĩa quan trọng đốivới dinh dưỡng của con người nhất là đối với trẻ em, người già, người bệnh và được sửdụng rộng rãi không chỉ ở trong nước mà còn trên toàn thế giởi Từ sữa, người ta cóthể sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác nhau như sữa bột, sữa cô đặc, sữa lên men,phô mát, bơ, kem,…

Cũng chính vì giá trị dinh dưỡng cao mà sữa tươi rất khó bảo quản Ngày nay,cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế biến sữa ngày càngphát triển, cho ra đời nhiều phương pháp chế biến và bảo quản sữa tươi Trong đó, phổbiến nhất là công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng

Sữa thanh trùng (pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từ sữatươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất Hiện nay sản phẩm sữa thanhtrùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín Sản phẩmphải bảo quản ở nhiệt độ thấp (5÷7℃) Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanhtrùng có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 8÷10 ngày

Sữa tiệt trùng (sterilization milk) cũng là một trong những sản phẩm chế biến từsữa tươi như sữa thanh trùng, nhưng công nghệ phức tạp hơn vì cần phải nắm bắt, xử

lý được thời gian, nhiệt độ và dạng tiệt trùng Nguyên liệu được sử dụng cho sữa tươitiệt trùng phải có chất lượng rất tốt Sữa tươi tiệt trùng được bảo quản ở nhiệt độphòng Thời gian bảo quản sản phẩm có thể kéo dài từ 3 đến 6 tháng.

Nhằm mục đích đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêudùng, các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường sản phẩm sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng

có bổ sung thêm hương trái cây (hương dâu, cam, thơm, …) hương vanile, hươngchocolate, … Từ đó, ta có thể gọi tên sản phẩm theo tên hương liệu bổ sung

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ NGUYÊN LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM

1.1.1 SỮA TƯƠI THANH TRÙNG

Sữa thanh trùng (pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từsữa tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất Hiện nay sản phẩm sữa thanhtrùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín Sản phẩmphải bảo quản ở nhiệt độ thấp (5÷7℃) Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanhtrùng có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 8÷10 ngày

Hiện nay, để ổn định chất lượng sản phẩm, các nhà sản xuất thường thực hiệnquá trình chuẩn hóa (standardisation) – hiệu chỉnh hàm lượng chất béo – cho các sản

phẩm sữa thanh trùng Tùy theo quy định của mỗi quốc gia mà các cơ sở sản xuất sẽchọn giá trị thích hợp để chuẩn hóa Ví dụ như ở Pháp, hàm lượng chất béo trong sữathanh trùng không được nhỏ hơn 3.5%.

Để phân loại sữa thanh trùng người ta thường dựa vào hàm lượng chất béotrong sản phẩm:

 Sữa nguyên cream (whole milk) là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi, khônghiệu chỉnh hàm lượng chất béo Thông thường, lượng lipid trong sữa dao độngtrong khoảng 3.0÷3.7%

 Sữa gầy (skimmilk) là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã tánh bớt một phầnchất béo Hàm lượng lipid trong sữa gầy thường dao động quanh giá trị 1.5% Tuynhiên, một số sản phẩm thương mại có hàm lượng chất béo chỉ có 0.5%, thậm chí0.1%

Ngoài sữa tươi, người ta còn sản xuất sữa thanh trùng từ sữa hoàn nguyên(reconstituted milk) hoặc sữa tái chế (recombined milk)

 Sữa hoàn nguyên là sản phẩm sữa thu được khi ta hòa tan sữa bột nguyên creamhoặc sữa bột gầy vào nước Thành phần hóa học của sản phẩm thì tương tự nhưsữa nguyên cream hoặc sữa gầy

 Sữa tái chế được thu nhận bằng cách hòa tan sữa bột gầy vào nước ở nhiệt độ

40-50℃, sau đó bổ sung chất béo có nguồn gốc từ sữa (thường sử dụng "chất béokhan từ sữa" – Anhydrows Milk Fat AMF), rồi tiến hành khuấy trộn hỗn hợp vàđồng hóa bằng phương pháp sử dụng áp suất cao Sản phẩm này có thành phầnhóa học tương tự như sữa nguyên cream ngoại trừ hàm lượng phospholipid trongmàng bao xung quanh các hạt cầu béo bị giảm đi

1.1.2 SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG

Quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng tương tự như quy trình sản xuấtsữa thanh trùng Điều khác nhau quan trọng là sản phẩm sữa tiệt trùng phải được xử lý

ở nhiệt độ cao (trên 100oC), nhờ đó toàn bộ hệ vi sinh vật và enzyme có trong sữa bị

vô hoạt Sữa tiệt trùng được bảo quản ở nhiệt độ phòng Thời gian bảo quản sản phẩm

có thể kéo dài 3-6 tháng

Ưu điểm lớn của sản phẩm sữa tiệt trùng so với sữa thanh trùng là các nhà sảnxuất có thể tiết kiệm được chi phí cho việc bảo quản và vận chuyển sản phẩm trongđiều kiện nhiệt độ bình thường Ngoài ra, các nhà sản xuất có thể chào bán sản phẩm ởtại các thị trường ở xa nhà máy Họ không bị áp lực tìm ngay nguồn tiêu thụ sản phẩmcho mỗi lô sản xuất

Nguyên liệu sử dụng cho mỗi lô sản xuất sữa tiệt trùng phải có chất lượng rấttốt Ngoài yêu cầu cơ bản về chỉ tiêu vi sinh, hóa lý và cảm quan, người ta quan tâmđến thành phần serum-protein kém bền nhiệt Một số phân tử serum-albumin dễ bịđông tụ khi ta xử lý sữa ở nhiệt độ cao Do đó, để sản xuất sữa tiệt trùng,hàm lượngserum-protein không vượt quá 0,4g/l Tại nhà máy người ta sử dụng ethanol để đánhgiá định tính xen sữa có chứa những protein kém bền nhiệt hay không Trộn dung dịchethanol và sữa theo tỉ lệ 1:1 (thể tích) Nếu thấy hiện tượng đông tụ chứng tỏ trong sữa

có protein kém bền nhiệt Nếu nồng độ ethanol sử dụng trong thí nghiệm càng cao màkhông thấy xuất hiện đông tụ thì sữa sẽ càng ít chứa protein kém bền nhiệt Thôngthường, nếu sữa tươi không cho kết tủa với dung dịch ethanol 75% (v/v) thì có thể sửdụng sản xuất sữa tiệt trùng

Ngoài ra, các nhà sản xuất cần chú ý đến hệ vi sinh vật trong sữa tươi, đặcbiệt là các vi khuẩn có khả năng sinh bào tử và enzyme bền nhiệt Chúng sẽ ảnh hưởngđến chế độ tiệt trùng và mức độ vô trùng công nghiệp sản phẩm

1.2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Nguyên liệu để sản xuất sữa thanh trùng và tiệt trùng là sữa tươi nguyên cream(whole milk) hoặc sữa gầy (skimmed milk) Để sản phẩm có chất lượng tốt và ổn định,sữa nguyên liệu phải đáp ứng các yêu cầu về chỉ tiêu hóa lý, cảm quan và vi sinh.Tùy quy trình chế biến được áp dụng tại nhà máy, mỗi cơ sở sản xuất sẽ tự thiếtlập các yêu cầu chỉ tiêu thích hợp.

1.2.1 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 Nắm được điều này ngành công nghiệp chế biếnsữa đã sản xuất ra nhiều loại sản phẩm dựa vào ba nguồn nguyên liệu chính: sữa bò,sữa dê, sữa cừu Ở nước ta, sữa bò là nguyên liệu chủ yếu được sử dụng

Sữa là một chất lỏng đục Độ đục của sữa là do các chất béo, protein, một sốkhoáng tạo nên Màu sắc của sữa chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng β-caroten tạo nên.Sữa bò thường có màu sắc từ trắng đến vàng nhạt Sữa gầy thường trong hơn và ngảmàu xanh nhạt Sữa bò có mùi đặc trưng và vị ngọt nhẹ

Sữa là hỗn hợp bao gồm các thành phần chính: nước, lactose, protein, một sốchất béo Ngoài ra, sữa còn chứa một số chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợpchất chứa nitơ phi protein, vitamin, chất màu và khí Hàm lượng các chất trong sữa cóthể giao động trong một khoảng rộng

Bảng 1 Thành phần hóa học của sữa bò (% khối lượng)

Protein tổng Casein Chất béo Carbohydrate Khoáng

Bảng 2 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò

Vitamin Hàm lượng Vitamin Hàm lượng

(mg/l) Vitamin

Hàm lượng (μ

g/l)

B12CBiotineAcid folic

4.320302.8

Ngoài sữa, các nguyên liệu cần để sản xuất sữa thanh trùng và tiệt trùng:

1.2.2 PHỤ GIA

Trong sản xuất sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng, người ta có thể sử dụng một sốphụ gia sau:

1.2.2.1 Chất ổn định

 Muối citratenatri, citratekali

 Muối chloride của kali, canxi

 Di-, tri-, polyphosphate hay orthophosphate của natri, kali hay canxi …

1.2.2.2 Chất tạo nhũ

 Lecithine (hay phospholipids nguồn gốc tự nhiên)

 Mono- và diglycerides của acid béo

1.2.2.3 Chất chống oxy hóa

 Acid L-ascorbic, ascorbatenatri, ascorbyl palmitate

 Butylate hydroxyanisole

 Gallat propyl, gallat lauryl …

Ngoài ra để tăng giá trị dinh dưỡng và đa dạng hóa các sản phẩm sữa tươi thanhtrùng và tiệt trùng, các nhà sản xuất còn bổ sung thêm các chất vi dinh dưỡng nhưvitamin, khoáng, các acid béo cần thiết, các acid amin và chất xơ (fructose-oligosaccharide-FOS) trong quá trình chế biến

CHƯƠNG II

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI THANH

TRÙNG VÀ TIỆT TRÙNG

2.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI THANH TRÙNG

Tùy thuộc vào chất lượng sữa nguyên liệu và yêu cầu về hàm lượng chất béotrong sản phẩm mà quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng có thể thay đổi

Hình 1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng

2.1.1 Chuẩn hóa

a) Mục đích

Mục đích của quá trình chuẩn hóa là hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa.Quá trình chuẩn hóa nhằm hiệu chỉnh hàm lượng chất béo có trong sữa nguyênliệu Tùy vào chỉ tiêu chất béo trong sản phẩm để hiệu chỉnh hàm lượng chất béo thích

Sữa nguyên liệuBao bì vô trùng

hợp cho nguyên liệu và được thực hiện trên dây chuyền tự động bao gồm máy ly tâm,

bộ phận phối trộn, các dụng cụ đo (lưu lượng kế, tỷ trọng kế, …), bơm và thùng chứa

Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ bổ sung thêm creamvào Lượng chất béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ35÷40% Phương pháp tính tỷ lệ phối trộn như sau:

Gọi M1 (kg) là khối lượng cream với hàm lượng chất béo A%; M2 (kg) là khốilượng sữa với hàm lượng chất béo B% Để thu được M (kg) sữa với hàm lượng chấtbéo C% (A>C<B), ta có:

M1 = M x (C–B) / (A–B) (1) M2 = M x (A−C) / (A−B) (2)

trong đó: M = M1 + M2 (3)

Ví dụ: Cream có hàm lượng chất béo 40%, sữa nguyên liệu có hàm lượng chấtbéo 3% Cần phối trộn cream và sữa nguyên liệu theo tỷ lệ bao nhiêu để có được100kg sữa với hàm lượng chất béo 3,5%?

Ta có: M = 100kg; A = 40%; B = 3%; C = 3,5%

Thay các giá trị trên vào công thức (1) và (2), ta được:

M1 = M x (C–B) / (A–B) = 100 x (3,5−3) / (40−3) = 1,35kg

M2 = M x (A−C) / (A−B) = 100 x (40−3,5) / (40 – 3) = 98,65kg

Vậy ta cần bổ sung 1,35kg cream 40% chất béo vào 98,65kg sữa 3% chất béo

Ngoài ra, ta có thể sử dụng phương pháp đường chéo hình vuông của PearsonR.A (1904) để xác định tỷ lệ cream và sữa có lượng béo thấp cần phối trộn

Ngược lại, nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo cao, ta có thể bổ sungsữa gầy hoặc sử dụng quá trình ly tâm để tách bớt chất béo ra khỏi sữa Ở các dâychuyền sản xuất hiện đại, quá trình tách và hiệu chỉnh lượng chất béo trong sữa đượcthực hiện hoàn toàn tự động

Đầu tiên, sữa giàu béo sẽ được bơm vào máy ly tâm hoạt động theo phươngpháp liên tục Có hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một dòng là sữa gầy và một

dòng là cream Hàm lượng béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ

hoạt động của máy ly tâm Tiếp theo, một phần cream sẽ được phối trộn trở lại với

dòng sữa gầy để hàm lượng chất béo trong hỗn hợp đạt đúng giá trị yêu cầu của sản

phẩm thanh trùng Phần cream dư sẽ đưa đi xử lý tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream

Ví dụ: Giả sử ta có 100kg sữa với hàm lượng chất béo 4% Ta cần hiệu chỉnh

hàm lượng chất béo xuống còn 3% Sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau:

 Tách béo ra khỏi sữa để hiệu chỉnh hàm lượng lipid trong sản phẩm

 Tách các vi sinh vật, đặc biệt là các bào tử vi khuẩn chịu nhiệt ra khỏi sữa

 Tách các chất rắn ra khỏi sữa

Quá trình ly tâm có nguồn gốc từ quá trình lắng Lắng là một phương pháp phân

riêng dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của các cấu tử trong hỗn hợp

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân chia và thời gian ly tâm:

 Đường kính hạt phân tán

 Sự chênh lệch khối lượng riêng giữa pha liên tục và pha phân tán

Xử lý tiếp

để tạo sản phẩm sữa thanh trùng

97,3kg sữa3% chất béoPhối trộn

90,1kg sữa gầy0,05% chất béo

7,2kg sữa gầy0,05% chất béo

Ly tâm100kg sữa

4% chất béo

Xử lý tiếp

để sản xuất sản phẩm cream 40% béo

2,7kg cream40% chất béo9,9kg cream

40% chất béo

 Độ nhớt của pha liên tục.

 Bán kính quay

 Tốc độ vòng của thiết bị ly tâm

Đối với hệ nhũ tương hoặc huyền phù, việc xác định bán kính quay và tốc độvòng của thiết bị ly tâm quyết định đến hiệu quả quá trình phân riêng

Thiết bị ly tâm gồm 2 loại:

 Thiết bị ly tâm tách béo

Sữa tươi đưa vào ly tâm sẽ thu được hai dòng sản phẩm: cream (giàu chất béo) cókhối lượng riêng nhỏ và sữa gầy (chứa ít chất béo) có khối lượng riêng lớn

Để tách chất béo ra khỏi sữa người ta thường sử dụng thiết bị ly tâm dạng đĩa:

Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục Đầu tiên, sữa nguyên liệu đượcnạp vào máy ly tâm theo cửa ở trên thiết bị, tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn đểchảy vào các khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm Dưới tác dụng của lực lytâm, sữa được phân chia thành hai phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽchuyển động về phía trục của thùng quay, còn phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽchuyển động về phía thành thùng quay Sau cùng, cả hai dòng sản phẩm sẽ theo nhữngkênh riêng để thoát ra ngoài.

Trước khi đưa vào thiết bị tách béo, sữa tươi thường được gia nhiệt lên đến 55÷

b) Thiết bị bài khí

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 một bơm chân không Người tathiết kế hệ thống đường ống vào và ra cho tác nhân lạnh trong bộ phận ngưng tụxuyên qua nắp thiết bị Cửa vào cho sữa có tiết diện khá rộng được bố trí trên thânthiết bị Sữa được bơm vào theo phương pháp tiếp tuyến với thiết bị hình trụ quacửa (2) Các khí phân tán và một phần hơi thoát ra khỏi sữa sẽ làm tăng tốc độdòng chuyển động của sữa theo các vòng xoáy đi xuống phía đáy thiết bị Sữa đượcthoát ra ngoài qua cửa (3)

Hình 3 Thiết bị bài khí

Một số thiết bị bài khí có bộ phận ngưng tụ nằm bên ngoài thiết bị Chúngthường được sử dụng trong công nghệ sản xuất sữa chua yaourt Khi đó, người tathực hiện quá trình bài khí kết hợp với quá trình cô đặc sơ bộ sữa nguyên liệu Do

đó, ta không cần sử dụng bơm chân không trong trường hợp này

2.1.3 Đồng hóa

a) Mục đích

Quá trình đồng hóa có thể thực hiện trên toàn bộ thể tích sữa nguyên liệu (đồng hóatoàn phần) hoặc chỉ thực hiện trên một phần thể tích khối sữa ấy (đồng hóa một phần).Trường hợp này cho phép các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí năng lượng, cũng như cóthể sử dụng thiết bị đồng hóa công suất nhỏ cho một dây chuyền sản xuất sữa thanhtrùng với năng suất lớn

b) Cách thực hiện quá trình đồng hóa một phần

Sữa tươi với hàm lượng chất béo cao được đưa vào máy ly tâm để tạo ra hai dòngsản phẩm: Cream (thường chứa 40% chất béo) và sữa gầy Phần thể tích cream cần sửdụng để phối trộn trở lại với dòng sữa gầy sẽ được đưa tiếp vào thiết bị đồng hóa Trênđường vào thiết bị, người ta sẽ bổ sung một lượng sữa gầy vào cream sao cho hàmlượng chất béo trong hỗn hợp khí vào máy đồng hóa không lớn hơn 10% Thực tế chothấy quá trình đồng hóa chỉ đạt hiệu quả cao khi hàm lượng chất béo trong hỗn hợp

không vượt quá ngưỡng trên Phần sữa giàu béo sau khi qua đồng hóa sẽ được phốitrộn với toàn bộ phần sữa gầy còn lại và hỗn hợp được đưa đi xử lý tiếp theo quy trìnhsản xuất sữa thanh trùng.

Yêu cầu kỹ thuật: Nhiệt độ sữa khi vài máy đồng hóa nằm trong khoảng55÷700C, áp lực đồng hóa: 100÷250bar

Thiết bị đồng hoá 1 cấp Thiết bị đồng hoá 2 cấp

Thiết bị đơn giản Thiết bị phức tạpChất lượng sản phẩm kém hơn Chất lượng sản phẩm tốt hơn

Không tiết kiệm năng lượng bằng đồng

hoá 2 cấp

Tiết kiệm năng lượng hơn do một lần

cung cấp năng lượngPhạm vi ứng dụng: hàm lượng béo thấp,

độ nhớt thấp

Phạm vi ứng dụng rộng hơn: hàm lượngbéo cao hơn, độ nhớt cao, hàm lượng chất

khô cao

Hình 4 Thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao

1 Motor chính 6 Hộp piston

2 Bộ truyền đai 7 Bơm

3 Đồng hồ đo áp suất 8 Van

4 Trục quay 9 Bộ phận đồng hóa

5 Piston 10 Hệ thống tạo áp suất thủy lực

Hình 5 Các bộ phận chính trong thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao

Gồm hai bộ phận chính bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp.

Bơm cao áp được vận hành bởi động cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và

bộ truyền động (2) để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển độngtịnh tiến của piston Các piston (5) chuyển động trong xi lanh ở áp suất cao Bên trongthiết bị còn có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục đích làm mát cho piston trong suốtquá trình làm việc

Mẫu nguyên liệu sẽ được đưa vào thiết bị đồng hóa bởi một bơm piston Bơm sẽtăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3 bar lên đến 100÷250 bar hoặc cao hơn tại đầu và củakhe hẹp (5), người ta sẽ tạo ra một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnhkhoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bột phận sinh lực (1) và bộ phận tạo khe hẹp(3) Đối áp này được duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu Khi đó áp suất đồnghóa sẽ cân bằng với áp suất đầu tác động lên piston thủy lực

Vòng đập (2) được gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) sao cho mặt trong của vòngđập vuông góc với lối thoát ra của hệ nhũ tương khi rời khe hẹp Như vậy, một số hạtcủa pha phân tán sẽ tiếp tục va vào vòng đập (2) bị vỡ ra và giảm kích thước Quá trìnhđồng hóa chỉ xảy ra trong 15 giây

Trong công nghiệp, máy đồng hóa có thể thiết kế dưới dạng một cấp hoặc haicấp

Thiết bị đồng hóa một cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy,một khe hẹp và một hệ thống thủy lực tạo đối áp Trong công nghiệp chế biến sữa thiết

bị này được sử dụng khi sản phẩm có hàm lượng chất béo thấp hoặc hệ nhũ tương sauđồng hóa có độ nhớt cao

Thiết bị đồng hóa hai cấp bao gồm một bơm piton để đưa nguyên liệu vào máy,hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực Thiết bị đồng hóa hai cấp được sử dụng phổ biếntrong công nghiệp chế biến sữa đặc biệt đối với nhóm sản phẩm có hàm lượng chấtbéo cao và các sản phẩm yêu cầu có độ nhớt thấp

2.1.4 Thanh trùng sữa

a) Mục đích

Tùy thuộc vào hàm lượng vi sinh vật có trong nguyên liệu ban đầu mà chế độ thanhtrùng sản phẩm có thể thay đổi khác nhau.

Đối với sản phẩm sữa, người ta thường sử dụng chế độ “nhiệt độ cao – thời gianngắn” (hight temperature – short time) Trong điều kiện sữa nguyên liệu đạt các quyđịnh chung về chỉ tiêu vi sinh, quá trình thanh trùng thực hiện ở 72÷750C trong 15÷20giây

Mục đích của quá trình thanh trùng là tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh có trongsữa, tiêu diệt hoặc ức chế nhóm vi sinh vật hoại sinh lẫn các enzyme nhằm kéo dài thờigian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ 5÷70C

Walstra và cộng sự (1999) cho rằng nếu thanh trùng sữa tươi ở 850C trong thờigian 15 giây thì tổng số vi khuẩn trong sản phẩm sẽ thấp hơn khi so sánh với trườnghợp thanh trùng sữa ở 720C trong 15 giây, tuy nhiên thời gian bảo quản sữa đã quathanh trùng ở 850C lại ngắn hơn Các tác giả lý giải là do nhiệt độ cao đã làm vô hoạtmột số thành phần có khả năng ức chế vi sinh vật trong sữa như immunoglobulin vàlactoperoxydase Immunoglobulin là những kháng thể được tìm thấy trong sữa Cònenzyme lactoperoxydase giữ vai trò xúc tác phản ứng oxy hóa thiocyanate (CNS−) bởi

H2O2 Sản phẩm được tạo ra từ phản ứng này có thể ức chế một số loại vi khuẩn

Với chế độ thanh trùng ở 72−750C trong 15−20 giây, các biến đổi hóa học có thể diễn

ra trong quá trình thanh trùng là không đáng kể Kết quả là sữa thanh trùng vẫn giữđược màu sắc, hương vị tương tự như sữa tươi sau khi vắt Hiện nay, quá trình thanhtrùng sữa thường được thực hiện trên thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp dạng bảng mỏng.b) Thiết bị thanh trùng dùng nhiệt

Sữa có thể được gia nhiệt trực tiếp hay gián tiếp để đạt nhiệt độ 80-85℃ vàđược giữ nhiệt trong vài giây

 Thiết bị sử dụng trong phương pháp gia nhiệt gián tiếp

 Trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng (plate heat exchangers)

 Trao đổi nhiệt dạng ống (tubular heat exchangers)

 Trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phẩn khuấy trộn cơ học (scraped-heatexchangers)

 Thiết bị gia nhiệt trực tiếp

 Thiết bị phối trộn dạng ống với đầu phun hơi

 Thiết bị phối trộn dạng hình trụ đứng.

1.Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng

Quá trình thanh trùng sữa được sử dụng trên thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảngmỏng

Hình 6 Thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng: bộ phận chính của thiết bị là những tấmbảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ Mỗi tấmbảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp các bề mặt để tạo

sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt

Khi ghép các bảng mỏng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành hệthống đường vào và ra của sữa và tác nhân gia nhiệt Sữa lần lượt đi qua các vùng gianhiệt, giữ nhiệt và làm nguội Có thể bố trí để sữa đi ra ở vùng làm nguội trao đổi nhiệtvới sữa đi vào ở vùng gia nhiệt

Hình 7 Hình dáng khác nhau của vách trong thiết bị trong đổi nhiệt bảng mỏng.

2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

Hình 8 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

Có hai dạng:

 Thiết bị gồm những ống hình trụ lồng vào nhau trong đó sữa và tác nhân gia nhiệt

đi trong các ống xen kẻ nhau

 Thiết bị gồm một ống lớn và chùm ống nhỏ bên trong, sữa đi trong những ống nhỏ

và tác nhân gia nhiệt đi ngoài ống lớn

Tác nhân gia nhiệt và sữa có thể đi cùng chiều hay ngược chiều nhau

3 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học

Hình 9 Thiết bị dạng ống có cánh khuấy

Thiết bị gồm hai ống hình trụ đồng trục có đường kính khác nhau đặt lồng vàonhau Trục là roto có gắn cánh khuấy và một số thanh chắn theo phương thẳng đứng