Quy trình sản xuất sữa cô đặc không đường

Sữa tươi hoặc sữa tái chế được sử dụng trong sản xuất sữa cô đặc phải đạtcác chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh tương tự như các sản phẩm khác.. Sữa tươi được sử dụng trong sản xuất sữ

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH SÁCH HÌNH 3

DANH SÁCH BẢNG 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU SỮA VÀ SỮA CÔ ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG 6

1.1 Sơ lược về sữa 6

1.2 Sơ lược về sữa cô đặc 6

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG 8

2.1 Quy trình sản xuất sữa đặc không đường 8

2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất sữa cô đặc không đường 9

2.2.1 Sữa nguyên liệu 9

2.2.2 Chuẩn hóa 11

2.2.3 Xử lý nhiệt 11

2.2.4 Cô đặc 12

2.2.5 Đồng hóa 13

2.2.6 Làm nguội và bổ sung phụ gia 13

2.2.7 Chiết rót và bao gói 13

2.2.8 Tiệt trùng 13

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG 16

3.1 Thiết bị chuẩn hóa 16

3.2 Thiết bị đồng hóa 17

3.3 Thiết bị bài khí 19

3.4 Thiết bị cô đặc 20

3.5 Thiết bị tiệt trùng (UHT) 23

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử đường Saccarose 7

Hình 2.1 Quy trình sản xuất sữa đặc không đường 8

Hình 3.1 Thiết bị ly tâm dạng đĩa 13

Hình 3.2 Thiết bị đồng hóa 14

Hình 3.3 Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa đến kích thước hạt béo 15

Hình 3.4 Hình dạng các hạt béo sau quá trình đồng hóa 1 cấp (a) và 2 cấp (b) 16

Hình 3.5 Thiết bị bài khí 17

Hình 3.6 Hệ thống cô đặc bốc hơi tuần hoàn 18

Hình 3.7 Sơ đồ hoạt động hệ thống thiết bị bốc hơi dạng bảng mỏng 19

Hình 3.8 Thiết bị tiệt trùng UHT 20

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi nguyên liệu 9

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu – hóa của sữa tươi nguyên liệu 9

Bảng 2.3 Hàm lượng kim loại nặng trong sữa tươi nguyên liệu 9

Bảng 2.4 Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong sữa tươi nguyên liệu 10

Bảng 2.5 Dư lượng thuốc thú y trong sữa tươi nguyên liệu 10

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu vi sinh vật trong sữa tươi nguyên liệu 11

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU SỮA VÀ SỮA CÔ ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG

1.1 Sơ lược về sữa

Sữa là một chất lỏng màu trắng đục được tiết ra từ tuyến vú của con cái củađộng vật có vú Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, đườnglactose, protein và các chất béo Các thành phần khác với hàm lượng ít hơn như cácvitamin, chất khoáng, enzyme, các chất màu và khí Sữa chính là nguồn dinh dưỡngban đầu để nuôi sống các động vật non trước khi chúng có thể ăn các loại thựcphẩm khác Sữa được tiết ra ban đầu gọi là sữa non có chứa các kháng thể từ mẹ đểcung cấp cho con non, do đó sữa non giúp con non giảm nguy cơ bị nhiễm một sốbệnh

Ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất ba nguồnsữa chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu Ở Việt Nam, sữa bò là nguồn nguyên liệuchủ yếu Do đó, sữa được nhắc đến tài liệu này chính là sữa bò

1.2 Sơ lược về sữa cô đặc

Sữa cô đặc – sữa đặc (condensed milk): là nhóm sản phẩm được chế biến và

có hàm lượng chất khô cao (26 – 74,5%) Sữa đặc có 2 loại: sữa đặc không có bổsung thêm đường (sữa không ngọt) và sữa đặc có bổ sung thêm đường( sữa đặc cóđường hay sữa ngọt)

Nguyên liệu chính để sản xuất sữa cô đặc bao gồm: sữa tươi nguyên chất(whole milk), hoặc sữa gầy (skimmilk) hoặc sữa tái chế (recombined milk), đườngsaccharose, đường lactose và một số phụ gia

Sữa tươi hoặc sữa tái chế được sử dụng trong sản xuất sữa cô đặc phải đạtcác chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh tương tự như các sản phẩm khác Do quátrình cô đặc sữa được thực hiện như trong điều kiện chân không ở khoảng 65 – 67

oC nên các tế bào vi sinh chịu nhiệt không bị tiêu diệt Vì vậy, sữa nguyên liệu phải

có hàm lượng tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt và các bào vi khuẩn trong nguyên liệucàng thấp càng tốt Ngoài ra, cũng cần quan tâm đến sự ổn định của các protein sữavới các tác nhân chịu nhiệt càng thấp càng tốt vì nhiệt độ khi cô đặc có thể làm choprotein sữa bị biến tính Đối với nguyên liệu là sữa gầy thì cần sử dụng chất béokhan từ sữa (AFM – Anhydrous milk fat) để bổ sung vào Chất béo khan này có thểđược sản xuất từ cream hoặc bơ với hàm lượng chất béo khoảng 99,8% Một số sảnphẩm từ sữa cô đặc có đường có thể được bổ sung thêm dầu thực vật (dầu cọ) đểtăng hàm lượng chất béo

Đường saccharose (C12H22O11): là disaccharide do hai phân tử glucose vàfructose liên kết với nhau:

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử đường Sacchaose

(Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thảo, 2018)

Các phụ gia:

+ Muối sodium phosphate (Na3PO4) hoặc trisodium phosphate hoặc sodium citrate:làm cân bằng các cation và anion trong sữa, tránh hiện tượng kết tủa protein khi tiệttrùng

+ Các chất ổn định như lectithin, caragreenan, để ổn định cấu trúc, tránh hiệntượng tách béo, tách muối trong quá trình bảo quản

+ Các vitamin tan trong chất béo (A,D) và vitamin tan trong nước (nhóm B): tănggiá trị dinh dưỡng của sữa đặc

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG

2.1 Quy trình sản xuất sữa đặc không đường

Quy trình sản xuất sữa đặc không đường được trình bày ở hình 2.1

Sữa nguyên liệu

Chuẩn hóa

Xử lý nhiệt

Cô đặc

Đồng hóa

Phụ gia Làm nguội và bổ sung phụ gia

Chiết rót và bao gói Bao bì

Tiệt trùng

Hình 2.1 Quy trình sản xuất sữa đặc không đường

(Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thảo, 2018)

2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất sữa cô đặc không đường

2.2.1 Sữa nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất sữa cô đặc không đường là sữa tươi nguyênchất Sữa tươi được sử dụng trong sản xuất sữa cô đặc phải đạt các chỉ tiêu cảmquan, hóa lý và vi sinh tương tự như các sản phẩm khác Do quá trình cô đặc sữađược thực hiện trong điều kiện chân không ở khoảng 65 – 67oC nên các tế bào visinh chịu nhiệt không bị tiêu diệt Vì vậy, sữa nguyên liệu phải có hàm lượng tế bàosinh dưỡng chịu nhiệt và các tế bào vi khuẩn trong nguyên liệu càng thấp càng tốt.Ngoài ra, cũng cần quan tâm đến sự ổn định của các protein sữa với các tác nhânchịu nhiệt càng thấp càng tốt vì nhiệt độ khi cô đặc có thể làm cho protein sữa biếntính

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi nguyên liệu

1.Màu sắc Màu đặc trưng của sản phẩm

2.Mùi,vị Mùi, vị đặc trưng của sản phẩm,không có mùi,vị lạ

3.Trạng thái Dịch thể đồng nhất

(Nguồn:Vanbanphapluat.co)

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu – hóa của sữa tươi nguyên liệu

1.Hàm lượng chất khô, % không nhỏ hơn 11,5

2.Hàm lượng chất béo, % không nhỏ hơn 3,2

3.tỷ trọng của sữa ở 200C,g/ml, không nhỏ hơn 1,026

4.Độ axit chuẩn độ, tính theo axit lactic 0,13 hoặc 0,16

6.Tạp chất lạ nhìn thấy bằng mắt thường Không được có

(Nguồn:Vanbanphapluat.co)

Bảng 2.3 Hàm lượng kim loại nặng trong sữa tươi nguyên liệu

Bảng 2.4 Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong sữa tươi nguyên liệu

(Nguồn:Vanbanphapluat.co)

Bảng 2.5 Dư lượng thuốc thú y trong sữa tươi nguyên liệu

(Nguồn:Vanbanphapluat.co)

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu vi sinh vật trong sữa tươi nguyên liệu

n: số mẫu được kiểm tra

c: số mẫu tối đa cho phép giá trị nằm giữa

m và M

m: mức quy định;

M:Giá trị lớn nhất mà không mẫu nào được

vượt quá

Trong 5 năm mẫu kiểm tra chỉ cho phép tối

đa 2 mẫu có số CFU nằm trong khoảng

Trong quá trình chuẩn hóa, các chỉ tiêu vật lý của sữa sẽ thay đổi theo tỷtrọng, hệ số truyền nhiệt,…

2.2.3 Xử lý nhiệt

Tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và vi sinh vật ngoại sinh có trong sữanguyên liệu, đảm bảo an toàn vi sinh cho người, đồng thời kéo dài thời gian bảoquản sản phẩm sữa cô đặc không đường Ngoài ra, quá trình xử lý nhiệt còn ức chếcác enzime trong sữa tươi, đặc biệt là Lipase Nếu không vô hoạt enzyme lipase,enzyme này hoạt động sẽ làm thay đổi nhanh chóng thành phần hóa học và giá trịcảm quan của sữa đặc không ngọt Quá trình này còn giúp ổn định thành phầnprotein có trong sữa Nhiệt độ xử lý sữa từ 100 – 120 oC, thời gian 1 – 3 phút Khi

đó, các protein kém bền nhiệt (protein của huyết thanh sữa - các protein kém bềnnhiệt (protein của huyết thanh sữa – whey protwhey protein) sẽ bị biến tính, các

muối canxi bị kết tủa Sự biến tính này làm cho thành phần protein trong sữa thànhphẩm được ổn định Sau quá trình xử lý nhiệt, sữa được làm nguội về 70 oC rồi đưavào thiết bị cô đặc.

Hóa học: Nhiệt độ tăng sẽ làm cho các phản ứng hóa học xảy ra dễ dàng hơn.Tùy theo giá trị nhiệt độ và thời gian xử lí mà các phản ứng hóa học sẽ xảy ra vớinhững mức độ khác nhau Quan trọng nhất là phản ứng Mallard giữa nhóm khử củađường lactose và peptide có trong sữa nguyên liệu

Vật lý: Tỉ trọng và độ nhớt của sữa sẽ thay đổi trong quá trình xử lí nhiệt

2.2.4 Cô đặc

Mục đích của quá trình này là tách bớt nước ra khỏi sữa dưới tác dụng củanhiệt độ cao Quá trình cô đặc thường được thực hiện trong điều kiện chân không đểkhông nâng nhiệt quá cao, hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng trong sữa Nhiệt độ côđặc không vượt quá 70 oC Thiết bị cô đặc thường được sử dụng là loại nhiều nồi vàsữa sẽ chảy theo màng mỏng Sữa đi qua các ống được đun nóng bằng hơi và sôi ở

50 – 60 oC Nước bốc hơi và độ khô của sữa tăng lên Cô đặc sữa nguyên kết thúckhi tỷ trọng đạt 1,077 – 1,09 tương ứng với hàm lượng chất khô 37 – 38% Còn côđặc sữa gầy kết thúc thì tỷ trọng đạt 1,09 – 1,1 tương ứng với hàm lượng chất khô

37 – 38%

Các biến đổi:

Khi sử dụng phương pháp nhiệt để cô đặc sữa, các biến đổi của nguyên liệucũng tương tự như trong quá trình xử lí nhiệt Mức độ biến đổi sẽ phụ thuộc vào giátrị nhiệt độ và thời gian cô đặc sữa ( nếu nhiệt độ càng cao thì sản phẩm càng bị sậmmàu).

Vật lý: Kích thước các hạt cầu béo sẽ giảm đi

Hóa lý: Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha phân tán và pha liên tục của hệnhũ tương sẽ tăng lên, xảy ra sự phân bố lại các hạt thuộc pha phân tán trong phaliên tục

2.2.6 Làm nguội và bổ sung phụ gia

Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình rót sản phẩm Sau khi làmnguội, bổ sung thêm một số phụ gia như chất ổn định protein,… Để hạn chế hiệntượng kết tủa, nên bổ sung muối potassium với tỉ lệ 2g/kg

Sữa làm nguội đến 14 oC và bổ sung thêm các chất phụ gia như disodiumphosphat hoặc trisodium phosphat, các vitamin,

2.2.7 Chiết rót và bao gói

Thường được chứa đựng trong bao bì kim loại Yêu cầu chung là bao bì bao

bì phải được vệ sinh và vô trùng cẩn thận trước khi gót sản phẩm để hạn chế tánnhiễm vi sinh vật và bụi từ không khí lẫn vào sữa Đối với bao bì kim loại, sử dụngphương pháp nhiệt để tiệt trùng bao bì Ngoài ra, quy trình rót, đóng nắp và thiết bị

sử dụng phải hoạt động trong điều kiện vô trùng

2.2.8 Tiệt trùng

Giúp tiêu diệt vi sinh vật, vô hoạt enzyme, có trong sản phẩm Chế độ tiệttrùng sữa đặc không ngọt thường là 110 – 120 oC trong 15 – 20 phút Trong quá

trình tiệt trùng, các hộp sữa luôn luôn chuyển động Nhờ vậy, khi protein trong sữa

bị kết tủa đều bị hòa tan trong sữa Do tác động của nhiệt độ cao và thời gian dàinên trong sữa sẽ xảy ra trong phản ứng Mailard làm cho sữa có màu vàng nhạt Cóthể sử dụng thiết bị tiệt trùng UHT để tiệt trùng sữa đặc Sau khi làm nguội, sữađược bổ sung thêm chất ổn định (natri limonat hoặc natri phosphat) và tiệt trùng ở

140 oC trong 4 giây, làm nguội, chiết gót vào bao bì tetra pak trong điều kiện vôtrùng và bảo quản

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT

SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG 3.1 Thiết bị chuẩn hóa

Ly tâm (centrifugation) là một quá trình phân riêng các cấu tử có khối lượngriêng khác nhau trong một hỗn hợp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực lytâm

Trong công nghiệp chế biến sữa, quá trình ly tâm được thực hiện với mụcđích chủ yếu là tách chất béo ra khỏi sữa để hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trongsản phẩm Phần lớn chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng những hạt hình cầu vàđược phân tán trong pha liên tục (pha nước) Tuy nhiên, vẫn có khoảng 0,025% chấtbéo trong sữa không tồn tại dưới dạng các hạt cầu (Walstra và cộng sự, 1999) Phầnchất béo này không thể thu hồi được trong dòng cream và sẽ lẫn vào sữa gầy Bêncạnh đó, những hạt cầu béo có kích thước nhỏ hơn 0,7µm cũng rất khó thu hồi đượctrong quá trình ly tâm tách béo Do đó, hàm lượng chất béo trong sữa gầy không thể

về giá trị 0%

Sữa tươi đưa vào thiết bị ly tâm sẽ thu được 2 dòng sản phẩm là cream (chứanhiều chất béo) có khối lượng riêng nhỏ và sữa gầy (chứa ít chất béo) có khối lượngriêng lớn hơn.Thiết bị ly tâm thường sử dụng là thiết bị ly tâm dạng đĩa (Hình3.1).Trước khi đưa vào thiết bị ly tâm, sữa tươi được gia nhiệt đến khoảng 55 – 65oC

Hình 3.1 Thiết bị ly tâm dạng đĩa

(Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thảo, 2018)

Sữa được đưa vào qua ống trục giữa, chảy theo các rãnh và khe của các đĩarồi phân bố thành lớp mỏng giữa các đĩa Các đĩa quay có đường kính từ 20 – 102

cm và được xếp chồng lên nhau Các lỗ trên đĩa ly tâm sẽ tạo nên những kênh dẫntheo phương thẳng đứng Khoảng cách giữa hai đĩa liên tiếp khoảng 0,15 – 1,3 mm.Khi thùng quay quay, sữa trong thùng quay chuyển động Dưới tác dụng của lực lytâm thì sữa được phân chia thành 2 phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽchuyển động về phía trục của thùng quay nhờ gia tốc hướng tâm, phần sữa gầy cókhối lượng riêng cao sẽ chuyển động về phía thùng quay Dòng cream và dòng sữagầy sẽ di chuyển theo những kênh riêng và đi ra ngoài Hàm lượng chất béo trongsữa gầy trung bình khoảng 0,04 – 0,05 % Các tạp chất cơ học trong sữa (nếu có) cókhối lượng riêng cao sẽ bắn vào phía thành thùng quay và tập hợp vào khoảngkhông gian để chứa tạp chất

3.2 Thiết bị đồng hóa

Thiết bị đồng hóa được trình bày ở hình 3.2

Hình 3.2 Thiết bị đồng hóa

(Nguồn: www.cacthietbicuaquatrinhchebiensuadac)

Quá trình đồng hóa có thể thực hiện bằng phương pháp khuấy trộn, phươngpháp sử dụng áp lực cao và một số phương pháp khác (sóng siêu âm, dùng dòngchảy xoáy tâm…) Trong công nghiệp chế biến sữa, quá trình đồng hóa được sửdụng nhiều nhất là đồng hóa bằng áp lực cao Quá trình đồng hóa bằng phươngpháp khuấy trộn là phương pháp đơn giản nhất Trong quá trình hoạt động, các hạtcủa pha phân tán va đập vào cánh khuấy và giảm kích thước do đó hiệu quả khôngcao Trong công nghệ chế biến sữa, phương pháp này đươc sử dụng để đồng hóa sơ

bô ̣trước khi chuyển sang giai đoạn đồng hóa bằng phương pháp sử dung áp lực cao.Đối với phương pháp sử dụng áp lực cao, hê ̣ nhũ tương được bơm qua một khe hẹpvới tốc đô ̣cao làm cho các hạt của pha phân tán sẽ bi ̣phá vỡ và giảm kích thước.Kích thước của khe hẹp có thể dao động từ 15 – 300 µm và tốc độ của nhũ tươngđến khe hẹp 50 – 200 m/s Kích thước của cầu mỡ sau đồng hóa sẽ phu ̣thuộc nhiềuvào áp suất đồng hóa Áp suất càng cao thì kích thước của cầu béo càng nhỏ (Hình3.2) Nhiệt đô ̣của sữa khi đồng hóa trong khoảng 55 – 75 oC và áp suất khoảng 100– 250 bar

Hình 3.3 Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa đến kích thước hạt béo

(Nguồn: Bylund G., 1995)

Trong công nghiệp, máy đồng hóa áp lực cao được thiết kế dưới dạng mộtcấp hoặc hai cấp Thiết bi ̣đồng hóa 1 cấp thì có 1 khe hẹp, còn thiết bi ̣đồng hóa 2cấp thì có 2 khe hẹp Thiết bi ̣đồng hóa một cấp đươc sử dụng khi sản phẩm sữa cóhàm lượng chất béo thấp hoặc hê ̣nhũ tương sau đồng hóa cần có độ nhớt cao Trongcông nghiệp chế biến sữa, thiết bi ̣đồng hóa 2 cấp được sử dụng phổ biến hơn, đăcbiêṭ là các sản phẩm có tổng hàm lượng chất béo cao hoặc tổng làm lượng chất khôcao và các sản phẩm yêu cầu đô ̣ nhớt thấp Sau khi qua khe hẹp thứ nhất, các hạtphân tán bi ̣vỡ và giảm kích thước Tuy nhiên, chúng có thể bi ̣ kết dính với

nhau và tạo thành chùm Khi chúng tiếp tục qua khe hẹp thứ 2 thì các hạt của phaphân tán đươc tách ra thành từng hạt riêng lẻ, chống lại hiện tượng tách pha, bảo vê ̣nhũ tương sau đồng hóa Hình dạng các hạt béo sữa sau quá trình đồng hóa một cấp

và hai cấp đươc thể hiện ở hình 3.3

(a)Hình 3.4 Hình dạng các hạt béo sau quá trình đồng hóa một cấp (a) và hai cấp (b)

(Nguồn: Bylund G., 1995)

3.3 Thiết bị bài khí

Trong chế biến sữa, quá trình bài khí được thực hiện nhằm mục đích chủ yếu

là tách các khí phân tán và hòa tan ra khỏi sữa tươi nguyên liệu do trong sữa vừa vắt

có hàm lượng CO2 khá cao (3,5 – 4,9 %), một ít N2 (1 %) và O2 (0,1 %) Các chấtkhí ở dạng phân tán sẽ làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, giảm hiệu suất tách béo,giảm mức độ chính xác trong quá trình chuẩn hóa và định lượng sữa,… Vì vậy, cácchất khí này cần được loại bỏ

Trước hết, sữa sẽ được nâng nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vào thiết

bị bài khí Thiết bị bài khí sẽ được nối với hệ thống tạo áp suất chân không Áp suấtchân không phải được điều chỉnh thích hợp sao cho nhiệt độ của sữa giảm đikhoảng 7 – 8 oC Khi đó, các khí ở dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi nướccùng các hợp chất dễ bay hơi khác thoát ra khỏi thiết bị Toàn bộ hỗn hợp này sẽđược đưa vào bộ phận ngưng tụ được đặt trên thiết bị bài khí Ở đó, nước và các cấu

tử sẽ được chuyển sang dạng lỏng rồi tự chảy xuống phía đáy thiết bị, còn khí vàcác cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút ra ngoài (Hình 3.5)

14

(b)

Tác nhân lạnh vào

Kết nối với bơm

chân không

Sữa vào