Thiết kế nhà máy chế biến sữa từ sữa bột gầy gồm 2 dây chuyền sản xuất sữa tiệt trùng không đường và sữa chua uống hương chanh năng suất 11800 lít ca

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN SỮA TỪ SỮA BỘT GẦY NĂNG SUẤT 29,6 T

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN SỮA

TỪ SỮA BỘT GẦY NĂNG SUẤT 29,6 TRIỆU LÍT SỮA HOÀN NGUYÊN/NĂM GỒM HAI DÂY

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế nhà máy chế biến sữa chua uống hương chanh và sữa tiệt trùng không đường từ bột sữa gầy

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Khánh Huyền Số thẻ sinh viên:107140130

Nội dung tóm tắt:

- Lập luận Kinh tế – Kỹ thuật

- Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

- Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ

- Tính cân bằng vật chất

- Tính và chọn thiết bị

- Tính hơi – nước – nhiên liệu

- Tính tổ chức và xây dựng

- Kiểm tra sản phẩm và sản xuất

- An toàn lao động và vệ sinh sản xuất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Khánh Huyền Số thẻ sinh viên:107140130

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế nhà máy chế biến sữa từ sữa bột gầy gồm 2 dây chuyền sản xuất:

Sữa tiệt trùng không đường

Sữa chua uống hương chanh năng suất 11800 lít/ca

2 Đề tài thuộc diện: Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Năng suất của nhà máy: 29.600.000 lít nguyên liệu sữa hoàn nguyên trên một năm Sữa bột gầy có hàm lượng chất khô bằng 98%; 0,5% chất béo

Nhà máy hoạt động với 2 dây chuyền sản xuất:

Sữa tiệt trùng không đường: Hàm lượng chất khô: 12,5%

Sữa chua uống hương chanh: Năng suất: 11800 (lít/ca)

Hàm lượng chất khô: 17%

Hàm lượng đường saccharose: 5%

Hàm lượng chất béo: 3%

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Lập luận Kinh tế – Kỹ thuật

Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Chương 3: Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Chương 4: Tính cân bằng vật chất

Chương 5: Tính và chọn thiết bị

Chương 6: Tính hơi – nước – nhiên liệu

Chương 7: Tính tổ chức và xây dựng

Chương 8: Kiểm tra sản phẩm và sản xuất

Chương 9: An toàn lao động và vệ sinh sản xuất

5 Các bản vẽ, đồ thị:

Bản vẽ dây chuyển sản xuất: A0: 841 x 1189 (mm)

Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính: A0: 841 x 1189 (mm)

Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính: A0: 841 x 1189 (mm)

Bản vẽ đường ống – hơi nước: A0: 841 x 1189 (mm)

Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy: A0: 841 x 1189 (mm)

6 Họ tên người hướng dẫn: Mạc Thị Hà Thanh

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 14/02/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 28/05/2019

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô giảng viên khoa Hóa –

ngành Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng đã tạo

điều kiện cho em được học tập, nghiên cứu trong một môi trường khoa học và chủ động

Những kiến thức tại trường mà các thầy cô trao cho em sẽ là hành trang quý báu giúp

em vào đời vững vàng

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành cảm

ơn cô Mạc Thị Hà Thanh đã trực tiếp giúp đỡ, chỉ bảo tận tình cho em rất nhiều Những

điều cô chỉ dạy giúp em có thêm nhiều kiến thức lý thuyết chuyên sâu cũng như kiến

thức thực tế trong việc thiết kế, vận hành sản xuất nhà máy sữa

Bên cạnh đó em cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn trong nhóm đồ án do cô Mạc Thị

Hà Thanh hướng dẫn đã giúp đỡ, chia sẻ kiến thức trong quá trình thực hiện đồ án tốt

nghiệp

Cuối cùng, con xin cảm ơn cha mẹ đã tài trợ kinh tế và tinh thần cho con trong

suốt thời gian được ngồi trên ghế nhà trường

Do còn nhiều hạn chế về kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức thực tế nên bài

làm của em không tránh khỏi những thiếu sót Mong quý thầy cô và bạn đọc góp ý, xây

dựng để đề tài này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 05 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Khánh Huyền

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đồ án được hoàn thành đúng theo quy định về liêm chính học

thuật của trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Những nội dung trong đồ án được trình

bày đúng với nguồn trích dẫn rõ ràng và chính xác Nếu có sai phạm em xin chịu hoàn

toàn trách nhiệm trước nhà trường

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Khánh Huyền

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

Lời cảm ơn i

Cam đoan ii

Mục lục iii

Danh sách hình, bảng vẽ viii

Lời mở đầu 1

Chương 1: Lập luận kinh tế - kỹ thuật 2

1.1 Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy sữa 2

1.2 Vị trí đặt nhà máy 2

1.3 Giao thông vận tải 2

1.4 Nguồn cung cấp điện, nước, hơi 3

1.4.1 Nước 3

1.4.2 Nguồn cung cấp điện 3

1.4.3 Nguồn cung cấp hơi 3

1.5 Vùng nguyên liệu 3

1.6 Nguồn nhân lực 3

1.7 Thị trường tiêu thụ 4

1.8 Sự hợp tác hóa 4

1.9 Thiết bị trong nhà máy 4

1.10 Kết luận 4

Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm 5

2.1 Giới thiệu về nguyên liệu 5

2.1.1 Tổng quan về sữa tươi 5

2.1.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa chua uống hương chanh và sữa tiệt trùng không đường từ bột sữa gầy 11

2.2 Tổng quan về sản phẩm 17

2.2.1 Sữa chua uống hương chanh 17

2.2.2 Sữa tiệt trùng không đường 18

2.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sữa và các sản phẩm của sữa 19

2.3.1 Trên thế giới 19

2.3.2 Tại Việt Nam 19

Chương 3: Thuyết minh quy trình công nghệ 21

3.1 Quy trình công nghệ 21

3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 22

3.2.1 Nhập liệu 3.2.2 Thuyết minh công đoạn chung cho hai dây chuyền sản xuất 22

3.2.3 Thuyết minh các công đoạn của dây chuyền sản xuất sữa tiệt trùng không đường 24

3.2.4 Thuyết minh các công đoạn của dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh 25

Chương 4: Tính cân bằng vật chất 30

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy 30

4.1.1 Năng suất của nhà máy, số liệu ban đầu 30

4.1.2 Phân tích kế hoạch sản xuất 31

4.2 Tính cân bằng vật chất 32

4.2.1 Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh 32

4.2.2 Tính cân bằng vật chất cho các công đoạn chung của cả 2 dây chuyền 35

4.2.3 Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa tiệt trùng không đường 37

4.3 Tính toán bao bì 37

4.3.1 Sữa tiệt trùng không đường 37

4.3.2 Sữa chua uống hương dâu 38

4.4 Bảng tổng kết 39

Chương 5: Tính và chọn thiết bị 42

5.1 Các thiết bị dùng trong dây chuyền sản xuất 42

5.2 Cách chọn thiết bị 43

5.3 Tính toán thiết bị 43

5.4 Chọn và tính toán thiết bị cho dây chuyền sản xuất chung 43

5.4.1 Phễu nhập liệu, phễu định lượng và silo chứa liệu 43

5.4.2 Hệ thống phối trộn tuần hoàn 46

5.4.3 Ống lọc 50

5.4.4 Thiết bị gia nhiệt sơ bộ 51

5.4.5 Thiết bị bài khí 51

5.4.6 Thiết bị đồng hóa 52

5.5 Tính toán thiết bị cho dây chuyền sản xuất sữa tiệt trùng không đường 53 5.5.1 Thiết bị tiệt trùng UHT và làm nguội 53

5.5.2 Bồn chờ rót vô trùng 54

5.5.3 Máy chiết rót vô trùng 55

5.5.4 Thiết bị đóng thùng 56

5.6 Tính toán thiết bị cho dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh 57

5.6.1 Thiết bị thanh trùng và làm nguội 57

5.6.2 Thùng hoạt hóa giống 58

5.6.3 Thiết bị lên men 59

5.6.4 Silo chứa đường tinh thể và vít tải định lượng đường 59

5.6.5 Nồi nấu siro đường 61

5.6.6 Phối trộn 63

5.6.7 Đồng hóa 64

5.6.8 Tiệt trùng UHT và làm nguội 64

5.6.9 Chờ rót 65

5.6.10 Rót sản phẩm 66

5.6.11 Thiết bị xếp hộp 67

5.6.12 Thiết bị làm lạnh nước dùng cho làm nguội sữa sau tiệt trùng 67

5.6.16 Lưu lượng kế 69

5.6.14 Bơm ly tâm 70

5.6.15 Cyclone 70

5.6.16 Quạt thổi 71

5.6.17 Bơm áp lực cao 71

5.6.18 Băng tải vận chuyển 71

Chương 6: Tính nhiệt, hơi, nước 74

6.1 Tính nhiệt 74

6.1.1 Thiết bị gia nhiệt nước dùng cho phối trộn 74

6.1.2 Thiết bị gia nhiệt trước khi bài khí 75

6.1.3 Thiết bị tiệt trùng sữa tiệt trùng không đường 77

6.1.4 Thiết bị thanh trùng và làm nguội 78

6.1.5 Thiết bị lên men 80

6.1.6 Nồi nấu siro đường 83

6.1.7 Thiết bị tiệt trùng sữa chua uống hương chanh 85

6.2 Tính hơi và nhiên liệu 87

6.2.1 Tính tổng lượng hơi sử dụng 87

6.2.2 Tính nhiên liệu 89

6.3 Tính nước 89

6.3.1 Cấp nước 89

6.3.2 Thoát nước 94

Chương 7: Tính tổ chức – tính xây dựng 95

7.1 Tính tổ chức 95

7.1.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy 95

7.1.2 Chế độ làm việc 95

7.1.3 Tính nhân lực 96

7.2 Tính xây dựng 97

7.2.1 Kho nguyên vật liệu 98

7.2.2 Phân xưởng sản xuất chính 100

7.2.3 Lò hơi 101

7.2.4 Phân xưởng cơ khí 101

7.2.5 Khu xử lí nước thải 101

7.2.6 Khu cung cấp nước và xử lý nước 102

7.2.7 Kho thành phẩm 102

7.2.8 Bãi nhập và xuất hàng 103

7.2.9 Khu hành chính 103

7.2.10 Nhà ăn 103

7.2.11 Nhà để xe 104

7.2.12 Gara ô tô 104

7.2.13 Trạm biến áp 104

7.2.14 Nhà đặt máy phát điện dự phòng 104

7.2.15 Nhà sinh hoạt vệ sinh 105

7.2.16 Phòng bảo vệ 106

7.2.17 Khu xử lý 106

7.2.18 Phân xưởng lạnh 106

7.2.19 Kho chứa hóa chất 106

7.2.20 Khu đất mở rộng 106

7.2.21 Phòng chứa dụng cụ cứu hỏa 107

7.2.22 Kho chứa nhiên liệu 107

7.2.23 Đường giao thông trong nhà máy 107

Chương 8: Kiểm tra sản xuất và sản phẩm 110

8.1 Mục đích 110

8.2 Kiểm tra nguyên liệu 111

8.3 Kiểm tra các công đoạn trong quá trình sản xuất 111

8.4 Kiểm tra thành phẩm 113

Chương 9: An toàn lao động và vệ sinh 114

9.1 An toàn lao động 114

9.1.1 Những nguyên nhân gây ra tai nạn 114

9.1.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động 114

9.1.3 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 115

9.2 Vệ sinh nhà máy 116

9.2.1 Cấp và thoát nước 116

9.2.2 Nhà cửa và thiết bị 116

9.2.3 Không khí và ánh sáng 116

9.2.4 Vệ sinh sản xuất 116

9.2.5 Vệ sinh cá nhân 116

9.2.6 Xử lý nước thải 117

KẾT LUẬN 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

DANH SÁCH HÌNH, BẢNG VẼ

Hình 2.1 Cấu trúc micelle của casein 8

Hình 2.2 Sữa tiệt trùng không đường 18

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 21

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống phối trộn tuần hoàn 22

Hình 4.1 Sơ đồ Phối trộn 33

Hình 4.2 Sơ đồ Lên men 34

Hình 5.1 Hệ thống phễu nạp 44

Hình 5.2 Silo chứa bột sữa gầy theo 2 tuần 44

Hình 5.3 Phễu cân định lượng bột sữa gầy 45

Hình 5.4 Silo chứa bột sữa gầy theo ngày 45

Hình 5.5 Thiết bị gia nhiệt nước phối trộn 46

Hình 5.6 Thùng chứa nước 47

Hình 5.7 Thiết bị phối trộn chân không 48

Hình 5.8 Thùng tuần hoàn 49

Hình 5.9 Thùng chứa dịch sữa sau hoàn nguyên 49

Hình 5.10 Ống lọc thủy tĩnh GEA KA 70-76 50

Hình 5.11 Thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản 51

Hình 5.12 Thiết bị bài khí 51

Hình 5.13 Máy đồng hóa áp lực 52

Hình 5.14 Thùng chứa dịch sữa sau đồng hóa 53

Hình 5.15 Thiết bị tiệt trùng UHT 53

Hình 5.16 Bồn vô trùng 54

Hình 5.17 Máy chiết rót vô trùng Tetra pak JMB-8000 55

Hình 5.18 Máy đóng thùng 56

Hình 5.19 Thiết bị thanh trùng và làm nguội BS – 2 57

Hình 5.20 Thùng hoạt hóa men giống 58

Hình 5.21 Thiết bị lên men 59

Hình 5.22 Silo chứa đường 60

Hình 5.23 Vít tải định lượng 60

Hình 5.24 Nồi nấu 2 vỏ 61

Hình 5.25 Thùng chứa siro đường 62

Hình 5.26 Thiết bị phối trộn 63

Hình 5.27 Máy đồng hóa áp lực cao 64

Hình 5.28 Thiết bị tiệt trùng UHT dạng ống 64

Hình 5.29 Bồn chờ rót vô trùng 65

Hình 5.30 Máy rót vô trùng 66

Hình 5.31 Máy đóng thùng 67

Hình 5.32 Thiết bị làm lạnh nước 68

Hình 5.33 thùng chứa nước lạnh 68

Hình 5.34 Máy bơm ly tâm 70

Hình 5.35 Cyclone 70

Hình 5.36 Quạt thổi 71

Hình 6.1 Thiết bị Nồi hơi đốt dầu hộp khối ướt, model LD1.5/10W 88

Hình 7.1 Sơ đồ tổ chức 95

Hình 8.1 Quy trình kiểm tra sản xuất và sản phẩm tại nhà máy 110

Bảng 2.1 Thành phần chính của sữa (được tính xấp xỉ) 5

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi 5

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu hóa lý của sữa tươi 6

Bảng 2.4 Hàm lượng các loại vitamin trong sữa bò 9

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu về cảm quan của bột sữa gầy 12

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu về lý – hóa của bột sữa gầy 12

Bảng 2.7 Hàm lượng kim loại nặng trong bột sữa gầy 12

Bảng 2.8 Chỉ tiêu vi sinh vật trong bột sữa gầy 13

Bảng 2.9 Tiêu chuẩn nước sản xuất theo quyết định 1329/2002/QĐ-BYT 14

Bảng 2.10 Các chỉ tiêu về cảm quan của đường RE 15

Bảng 2.11 Các chỉ tiêu về lý – hóa của đường RE 15

Bảng 2.12 Hàm lượng kim loại nặng trong đường RE 16

Bảng 4.1 Hao hụt và tổn thất giả thiết qua các công đoạn 30

Bảng 4.2 Bảng nhập nguyên liệu của nhà máy 31

Bảng 4.3 Kế hoạch sản xuất của nhà máy 31

Bảng 4.4 Bảng tổng kết cân bằng vật chất 39

Bảng 4.5 Bảng tổng kết nguyên liệu chính phụ 39

Bảng 4.6 Bảng tổng kết nguyên liệu trước khi vào thiết bị 40

Bảng 5.1 Bảng các thiết bị dùng trong nhà máy 42

Bảng 5.2 Các thông số của phễu định lượng 45

Bảng 5.3 Các thông số của thiết bị gia nhiệt nước 46

Bảng 5.4 Các thông số của thiết bị phối trộn chân không 47

Bảng 5.5 Các thông số của thiết bị lọc 50

Bảng 5.6 Các thông số của thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản 51

Bảng 5.7 Các thông số của thiết bị bài khí 51

Bảng 5.8 Các thông số của thiết bị đồng hóa 52

Bảng 5.9 Các thông số của thiết bị tiệt trùng UHT 54

Bảng 5.10 Các thông số của bồn chờ rót vô trùng 54

Bảng 5.11 Các thông số của máy chiết rót vô trùng Tetra pak JMB 55

Bảng 5.12 Các thông số của máy đóng thùng carton tự động 56

Bảng 5.13 Các thông số của thiết bị thanh trùng và làm nguội BS – 2 57

Bảng 5.14 Các thông số của thùng hoạt hóa men giống 58

Bảng 5.15 Các thông số của thiết bị lên men 59

Bảng 5.16 Các thông số của nồi hai vỏ 61

Bảng 5.17 Các thông số của thiết bị phối trộn 63

Bảng 5.18 Các thông số của thiết bị đồng hóa 64

Bảng 5.19 Các thông số của thiết bị tiệt trùng UHT dạng ống 65

Bảng 5.20 Các thông số của bồn vô trùng 65

Bảng 5.21 Các thông số của máy chiết rót vô trùng 66

Bảng 5.22 Các thông số của máy đóng thùng carton tự động 67

Bảng 5.23 Các thông số của thiết bị làm lạnh nước 68

Bảng 5.24 Thông số kỹ thuật của lưu lượng kế 70

Bảng 5.25 Các thông số của bơm ly tâm 70

Bảng 5.26 Các thông số của cyclone 70

Bảng 5.27 Các thông số của quạt thổi 71

Bảng 5.28 Thông số kỹ thuật của bơm áp lực cao 71

Bảng 5.29 Bảng tổng kết các thiết bị dùng trong nhà máy 72

Bảng 6.1 Lượng hơi cần sử dụng cho các thiết bị 87

Bảng 6.2 Bảng thông số nồi cấp hơi 88

Bảng 7.1.Bảng tổng kết nhân lực làm việc trực tiếp 96

Bảng 7.2 Bảng tổng kết các công trình xây dựng trong toàn nhà máy 108

Bảng 1.1 Bảng kiểm tra nguyên liệu 111

Bảng 8.2 Bảng kiểm tra các công đoạn sản xuất 111

Bảng 8.3 Bảng kiểm tra thành phẩm 113

LỜI MỞ ĐẦU

Sữa và các sản phẩm từ sữa là một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng Trong sữa chứa nhiều protein, lipit, gluxit, vitamin và khoáng chất Những hợp chất này rất cần thiết cho đời sống hằng ngày của con người

Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội, các nhu cầu về đời sống con người ngày càng được chú ý và phát triển Trong đó nhu cầu dinh dưỡng chiếm một vị trí quan trọng Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều mặt hàng sữa phục vụ cho nhiều đối tượng, nhiều độ tuổi khác nhau, vì vậy việc tạo ra mặt hàng sữa thu hút khách hàng này là một thử thách lớn Để thu hút khách hàng thì các doanh nghiệp phải không ngừng cải tiến sản phẩm, tạo ra sản phẩm có mẫu mã đẹp, đảm bảo chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm

Về mặt công nghệ thì công nghệ chế biến sữa là tương đối đa dạng và phức tạp Đối với mỗi một sản phẩm đều có một dây chuyền chế biến riêng Do vậy, việc đầu tư dây chuyền thiết bị cho công nghệ chế biến sữa đòi hỏi phải hiện đại nên đầu tư kinh phí lớn Tuy nhiên, từ nhu cầu thực tế của cuộc sống cũng như nền kinh tế nước nhà, nhà nước ta đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho sự phát triển ngành công nghệ chế biến sữa Việt Nam

Trong các sản phẩm từ sữa thì sữa chua uống và sữa tiệt trùng là hai sản phẩm chế biến từ sữa rất phổ biến trên toàn thế giới Nhận thấy được xu hướng đó nên tôi đã chọn

đề tài: “ Thiết kế nhà máy chế biến sữa gồm 2 dây chuyền sản xuất:

- Sữa chua uống hương chanh

- Sữa tiệt trùng không đường ”

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhờ áp dụng các kiến thức học ở giảng đường và

sự tìm hiểu công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa hiện nay, tôi đã thiết kế một nhà máy sữa đồng bộ và được điều khiển hoàn toàn tự động Tuy nhiên do kiến thức của bản thân còn hạn chế và những khó khăn trong việc tiếp cận công nghệ mới, đồ án sẽ không tránh khỏi những sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý để bản thiết kế hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ − KỸ THUẬT

1.1 Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy sữa

Hiện nay, nhu cầu sử dụng sữa và các sản phẩm từ sữa ở Việt Nam và trên thế giới tương đối lớn, không ngừng gia tăng cả về số lượng lẫn chất lượng mà còn đòi hỏi đầy đủ về an toàn vệ sinh thực phẩm Bởi vì sữa là một thực phẩm giàu dinh dưỡng, việc

sử dụng sữa hoặc các sản phẩm từ sữa mỗi ngày sẽ giúp sự phát triển toàn diện cả về thể lực, trí lực, tăng cường sức đề kháng và hệ miễn dịch cho trẻ em và người dân Việt Nam, đảm bảo sự cân bằng dinh dưỡng trong cơ thể Vì vậy, việc xây dựng nhà máy chế biến sữa hiện đại sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu của người tiêu dùng trong nước đồng thời hướng đến xuất khẩu Khi nhà máy đi vào hoạt động không những góp phần giải quyết công ăn việc làm mà còn tăng thu nhập cho người lao động, mang lại nguồn lợi nhuận to lớn cho nhà đầu tư

1.2 Vị trí đặt nhà máy

Việc lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy sữa có ảnh hưởng rất lớn đến sự tồn tại của nhà máy vì vậy khi xây dựng nhà máy sữa cần phải đảm bảo những yêu cầu về:

- Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm

- Giao thông vận tải thuận lợi

- Cung cấp điện và nhiên liệu dễ dàng

- Cấp thoát nước thuận lợi

- Nguồn nhân lực dồi dào

- Thuận lợi cho việc liên hiệp hóa

Từ những luận điểm trên, sau quá trình nghiên cứu, em chọn địa điểm để đặt nhà máy tại khu công nghiệp Hòa Khánh mở rộng, thành phố Đà Nẵng có các đặc điểm sau:

- Tên KCN: Hòa Khánh mở rộng – Đà Nẵng

- Chủ đầu tư: Công ty Cổ phần Đầu tư Sài Gòn – Đà Nẵng

- Địa chỉ: Quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng

- Điều kiện khí hậu: [5] Nhiệt độ trung bình 25,9oC Độ ẩm trung bình 83,4% Lượng mưa trung bình hàng năm: 2504,57 mm; lượng mưa cao nhất vào các tháng 10, 11 Hướng gió chủ yếu là Đông Nam

- Tổng diện tích: 394 ha trong đó có 303,93 ha đất công nghiệp có thể cho thuê, phần còn lại dành cho các công trình công cộng, trồng cây xanh và xây dựng các dịch vụ phục cho công trình [6]

- Diện tích có thể cho thuê: 80 ha [6]

1.3 Giao thông vận tải

Khu công nghiệp Hòa Khánh được thành lập theo Quyết định số 3698/QĐ-UB ngày 12/12/1996 của Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Nam - Đà Nẵng (cũ), thuộc phường Hòa Khánh - quận Liên Chiểu, với tổng diện tích ban đầu là 423,5 ha, nay là

394 ha Nằm cạnh quốc lộ 1A là đầu mối giao thông quan trọng của đất nước, cách sân bay quốc tế Đà Nẵng 10 km, cách cảng biển Tiên Sa 20 km, cảng Sông Hàn 13 km, cảng biển Liên Chiểu 5 km Đây là những điều kiện rất thuận lợi để nhập, chuyên chở nguyên liệu, sản phẩm… và liên kết được với các thị trường tiêu thụ lớn trong nước và nước ngoài [7]

1.4 Nguồn cung cấp điện, nước, hơi

1.4.1 Nước

Nhà máy chế biến sữa cần một lượng nước lớn Nhà máy sử dụng nguồn nước chính của địa phương đã qua xử lý, nguồn nước còn được lấy từ các giếng khoan, được

xử lí để đạt yêu cầu của nước thuỷ cục

Nước thải của nhà máy sau khi được xử lý sẽ được thoát ra ngoài theo hệ thống thoát nước chung của khu công nghiệp, còn nước ngưng có thể được tái sử dụng lại cho

mẻ sau Tuyệt đối không để nước thải ứ đọng gây ô nhiễm mỗi trường làm ảnh hưởng đến sản xuất của nhà máy

1.4.2 Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng mạng lưới điện cùng với mạng lưới điện của khu công nghiệp với điện áp 220/380V Để đề phòng các sự cố: mất điện, hư hỏng máy móc dẫn đến chập điện , nhà máy sử dụng thêm máy phát điện dự phòng

1.4.3 Nguồn cung cấp hơi

Trong nhà máy hơi nước được dùng vào nhiều mục đích khác nhau như thanh trùng, tiệt trùng, máy rót, Hơi nước phải là hơi bão hoà và được cung cấp bởi lò hơi Nguyên liệu dùng cho lò hơi có thể là dầu DO, hoặc FO tùy vào mục đích sử dụng

1.6 Nguồn nhân lực

Đà Nẵng là một trong 5 thành phố trực thuộc trung ương của cả nước, là một thành phố lớn của miền Trung, đang trên đà phát triển mạnh với 6 Khu Công Nghiệp thu hút

nhiều lao động cần việc làm từ các tỉnh thành khác đổ về Cộng với việc có nhiều trường Đại học, Cao đẳng uy tín đào tạo hàng nghìn kỹ sư, cử nhân hằng năm Vì vậy, nguồn nhân lực cho nhà máy là dồi dào và chất lượng

1.7 Thị trường tiêu thụ

Thị trường tiêu thụ chủ yếu của nhà máy là thành phố Đà Nẵng (tính đến năm

2013, dân số Đà Nẵng là 1.215.000 người, đến đầu năm 2019 là 1.231.000 người), các tỉnh lân cận như Quảng Nam, Thừa Thiên Huế với hơn 2,6 triệu dân và khu vực miền Trung [8] Bên cạnh đó cũng hướng tới thị trường miền Nam, nơi có nhu cầu tiêu thụ sữa và phô mai rất lớn

1.8 Sự hợp tác hóa

Khu công nghiệp Hòa Khánh vốn là khu tập trung đa dạng các ngành nghề, đây là

cơ hội để nhà máy liên hợp hóa với các nhà máy khác trong cùng khu công nghiệp như: công ty nhựa, công ty bao bì, nhà máy khí nén, nhà máy xử lí nước thải… để cùng chung phát triển cơ sở hạ tầng, điện, nước… nhằm giảm thiểu chi phí vốn đầu tư

Ngoài ra nhà máy còn liên kết với các dự án nuôi bò của nông dân vùng lân cận để dần dần hình thành nguồn nguyên liệu chính cho nhà máy, thay thế dần nguồn nguyên liệu sữa bột của nước ngoài

1.9 Thiết bị trong nhà máy

Thiết bị trong nhà máy được đặt hàng sản xuất từ các công ty cơ khí Một số thiết

bị công nghệ cao nhập từ nước ngoài về nhằm tối ưu hoá quy tình sản xuất

1.10 Kết luận

Từ những tìm hiểu và phân tích trên, ta thấy việc xây dựng nhà máy sữa tại khu công nghiệp Hòa Khánh - Đà Nẵng là hoàn toàn hợp lí

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

2.1 Giới thiệu về nguyên liệu

2.1.1 Tổng quan về sữa tươi

Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất từ ba nguồn nguyên liệu chính: sữa bò, sữa dê và sữa cừu nhưng ở nước ta và nhiều quốc gia khác nguồn nguyên liệu chính vẫn là sữa bò

Sữa là sản phẩm giàu chất dinh dưỡng, chứa các chất cơ bản như: nước, latose, protein, lipid, muối khoáng, vitamin, enzyme, các nguyên tố vi lượng, các acid amin không thay thế, cùng các chất màu và khí Hàm lượng các chất khô trong sữa có thể dao động trong khoảng rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng nuôi, tình trạng sinh lý, điều kiện chăn nuôi… [1]

Các thành phần chính của sữa tươi được cho trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần chính của sữa (được tính xấp xỉ) [1]

Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi được cho trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi [1]

Chỉ tiêu cảm quan

Tạp chất nhìn bằng mắt thường Không có

❖ Chỉ tiêu hóa lý

Các chỉ tiêu hóa lý của sữa tươi được cho trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu hóa lý của sữa tươi [1]

- Tổng độ vi khuẩn Lactic, Coliform, vi khuẩn sinh acid butyric, vi khuẩn sinh acid

propionic, vi khuẩn sinh độc tố và các vi khuẩn gây thối

- Nấm men: Như Saccharomyces cerevisiae, Torulopsis lactis condense…

- Nấm sợi: Như Penicillium camembertii, Penicillium caseifulvum,…

- Độc tố vi nấm aflatoxin M1: 0,5 µg/kg

Ngoài yêu cầu cơ bản về những chỉ tiêu trên, người ta thường quan tâm đến thành phần serum – protein trong sữa tươi Hàm lượng của chúng dao động 0,1 – 0,4 g/l, đây

là protein kém bền nhiệt Một số phân tử dễ bị đông tụ khi xử lý ở nhiệt độ cao Do đó

để sản xuất sữa tươi tiệt trùng yêu cầu sữa nguyên liệu có hàm lượng serum – protein không được vượt quá 0,4 g/l [1]

2.1.1.2 Cấu trúc hóa lý của sữa tươi

Về phương diện hóa lý người ta coi sữa tươi như là một thể keo gồm các cầu béo (đường kính từ 0,1 - 20 µm, làm cho sữa có tính chất của một hệ nhũ tương) và các micelle protein (đường kính gần 0,1 µm trong pha phân tán là nước)

2.1.1.3 Thành phần hóa học của sữa tươi

Sữa bao gồm 2 thành phần chính là nước và chất khô

❖ Nước

Nước tự do: Chiếm 96-97% tổng lượng nước Nước tự do ở dạng các hạt có kích

thước khác nhau, phân phối đồng đều trong sản phẩm và có thể tách ra được trong quá trình cô đặc, sấy vì không có liên kết hóa học với chất khô hoặc có thể bốc hơi trong quá

trình bảo quản phô mai hoặc cũng có thể ngưng tụ trên bề mặt [1]

Nước liên kết: Chiếm tỉ lệ nhỏ khoảng 3 – 4%, hàm lượng nước liên kết phụ thuộc

vào các thành phần có trong hệ keo như: protein, các phosphate, polysaccharide Nước liên kết thường được gắn với các nhóm như: –NH2, –COOH, –OH, –CO–NH–, [1]

❖ Chất khô

Bao gồm tất cả các thành phần của sữa, trừ nước: chất béo, protein, enzyme, carbonhydrate, muối khoáng, các loại vitamin, acid amin,

Chất béo sữa

Chất béo trong sữa được coi là thành phần quan trọng về mặt dinh dưỡng, chất béo

có độ sinh năng lượng cao có chứa các vitamin hòa tan (A, D, E, K) Ðối với các sản phẩm sữa lên men chất béo ảnh hưởng tới mùi vị trạng thái của sản phẩm

Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu đường kính 0,1 – 20 µm , các hạt cầu béo được bao bọc bởi một lớp màng lipo – protein tích điện âm, các màng này có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa Nếu không đồng hóa sữa tươi, trong thời gian bảo quản các hạt cầu béo có xu hướng kết hợp lại thành chùm nhờ một protein kém bền nhiệt là agglutinin, do tỉ trọng cầu béo nhỏ hơn nước nên nó sẽ nổi lên tạo thành váng sữa, tạo ra sự tách pha, bên trên là lipid, bên dưới là các chất có tỉ trọng cao như nước, carbonhydrate, protein…

Chất béo sữa gồm 2 loại: Chất béo đơn giản và chất béo phức tạp

- Chất béo đơn giản: Có hàm lượng 35-45 g/l gồm acid béo no và không no như: acid butyric, acid caproic, acid palmitic, acid stearic, acid oleic, acid linoleic…

- Chất béo phức tạp: Thường chứa một ít P, N, S trong phân tử, các chất béo phức tạp này có tên gọi chung là phosphoaminolipid đại diện là lecithin và cephalin

Protein

Protein trong sữa là một chất đạm hoàn thiện nhất, vì nó chứa hầu hết các loại acid amin đặc biệt là acid amin không thay thế Thành phần khối lượng theo chất khô của các acid amin như sau: [1]

Phenylamine: 5,0% Valine: 7,2% Serine: 6,3%

Tyrosine: 6,3% Isoleucine: 6,1% Leucine: 9,2%

Tryptophan: 1,7% Histidin: 3,1% Arginine: 4,1%

Threonine: 4,9% Lysine: 8,2% Acid aspartic: 7,1% Acid glutamic: 22,4% Cystine & Cysteine: 0,34%

Thành phần của các protein có trong sữa:

➢ Casein toàn phần (80% lượng protein tổng): 26 - 29 g/l [1]

Trong các thành phần trên thì casein là protein chủ yếu nhất ở trong sữa, casein là

một Phosphoprotein, chúng tồn tại dưới dạng micelle, mỗi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các protein và khoáng (Ca, Mg, P, NO3-) Mỗi micelle do khoảng 400-500 tiểu micelle (submicelle) hợp thành, tiểu micelle có dạng hình cầu, đường kính dao động từ 10-15 nm bao gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau [1]

Người ta có thể kết tủa casein dưới dạng hạt micelle lớn nhờ quá trình acid hoá sữa đến pH đẳng điện của casein Ðiều quan tâm trong công nghệ chế biến sữa về thành phần casein là sự không đồng nhất của các thành phần casein, vì trong casein có -casein chiếm 60% casein toàn phần, β-casein 30% và -casein 4 - 8% [1]

A: submicelle B: chuỗi bề mặt C: phosphat calci D: ᴋ-casein E: nhóm phosphat

Hình 2.1 Cấu trúc micelle của casein [1]

C12 H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

(lactose) (glucose) (galactose)

Đường lactose ít hòa tan hơn đường saccharose ở cùng nhiệt độ và ít ngọt hơn Độ hòa tan của đường lactose tỷ lệ thuận theo nhiệt độ và nó bị thủy phân rất chậm theo nhiệt độ (bền dưới 1000C) Sự có mặt của đường lactose góp phần biến màu của sữa trong công nghệ nếu quá trình chế biến ở nhiệt độ cao

Đường lactose dễ bị lên men dưới tác dụng của vi sinh vật để tạo ra các sản phẩm khác nhau Quan trọng nhất là tạo thành acid lactic trong sản xuất sữa lên men

C12H22O11.H2O → 4CH3CHOH-COOH

Acid lactic này dưới tác dụng của một số vi khuẩn đặc biệt tạo thành acid propionic hay acid butyric

3CH3-CHOH-COOH → 2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + H2O (Acid lactic) (Acid propionic)

2CH3-CHOH-COOH → CH3-(CH2)2-COOH + 2CO2 + 2H2

(Acid lactic) (Acid butyric)

Ngoài lactose, trong sữa bò còn có glucose (70 mg/l), galactose (20 mg/l) và các hợp chất glucide chứa Nitơ như N-acetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine, acid N-acetyl neuramin…tuy nhiên hàm lượng rất nhỏ

Các loại khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong sữa 8 - 10 g/l, chiếm khoảng 0,72% w/w Các muối trong sữa ở dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein) Hàm lượng chủ yếu trong sữa là Calci, Magie, Phospho,…tham gia vào cấu trúc của micelle và tồn tại dưới muối hòa tan Các nguyên tố khoáng khác như Natri, Kali, Clo,…đóng vai trò chất điện

ly, cùng với lactose góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa trong bầu vú động vật với áp lực máu [1]

Ngoài ra còn các nguyên tố vi lượng khác như Al, Zn, Fe, Cu, Mo…cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người

Vitamin

Hàm lượng các loại vitamin trong sữa bò được cho trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Hàm lượng các loại vitamin trong sữa bò [1]

Vitamin tan trong chất béo Vitamin tan trong nước

Vitamin Hàm lượng Vitamin Hàm lượng Vitamin Hàm lượng

- Nhóm enzyme thủy phân: lysozyme, phosphatase, galactase, protease, lipase, amylase Trong đó, vai trò của các enzyme lipase có tính quyết định đến quá trình chế biến và bảo quản sữa Lipase có tác dụng thủy phân liên kết este trong triglyceride tạo thành các acid béo tự do

- Nhóm enzyme oxy hóa: reductase, lactoperoxidase, catalase Các enzyme này có vai trò quan trọng trong quá trình làm biến tính sữa

Acid hữu cơ

Trong sữa chứa nhiều acid hữu cơ như: acid citric, lactic, acetic, Trong đó, acid citric là acid cực kỳ quan trọng góp phần vào việc tăng mùi thơm cho sữa nhờ sự tạo thành acetoin, diacetyl và 2,3- butylen glycol [1]

2.1.1.4 Vi sinh vật trong sữa

Vi khuẩn, nấm men, nấm sợi là các loại vi sinh vật có trong sữa

❖ Vi khuẩn

Số lượng vi khuẩn trong sữa bò tươi sau khi vắt có thể dao động từ vài nghìn đến vài triệu khuẩn lạc (CFU) trong 1 ml sữa tươi Sữa được đánh giá có chất lượng vệ sinh khá tốt khi tổng số vi khuẩn ≤ 105 CFU [1]

➢ Vi khuẩn coliform

Phổ biến trong đường ruột hệ tiêu hóa và phân của động vật, gram (–), kỵ khí tùy

tiện, topt= 30 - 440C Chúng chuyển hóa lactose thành các acid hữu cơ và khí CO2, H2,…, cũng có thể phân giải protein tạo các chất khí làm sữa có mùi khó chịu Một số sinh độc

tố Bị tiêu diệt ở 750C trong 20 giây

➢ Vi khuẩn propionic (Propionibacterium

Trong dạ cỏ và đường ruột của động vật nhai lại và trong đất, có hình cầu, gram (+), topt= 300C Loại vi khuẩn này chuyển hóa lactose thành acid propionic, acid acetic,

CO2, làm hư hỏng sữa Tuy nhiên trong một số loại phô mai, người ta sử dụng canh

trường Propionibacterium thuần khiết để tạo ra cấu trúc lỗ hổng và hương vị đặc trưng

➢ Vi khuẩn gây thối

Loại vi khuẩn này có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong sữa, các enzyme này sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein tạo ra các polypeptide, peptide và acid amin, một số acid amin sẽ tiếp tục phân hủy thành H2S, NH3…gây thối sữa Tương

tự, một số loại cũng sinh lipase, thủy phân chất béo gây mùi ôi

Các chi thường gặp là: Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus,

Và nhiều loại vi khuẩn khác

❖ Nấm men, nấm sợi

➢ Nấm men

Cơ thể đơn bào, hình cầu hoặc oval, được tìm thấy trong đất, nước, thực vật, Một

số loài thường gặp trong sữa: Saccharomyces cerevisiae, Debaromyces hanseii

Nhiều nấm men thuộc loại kỵ khí tùy tiện, chúng sử dụng lactose cho quá trình trao đổi chất, phát triển trong sữa gây một số biến đổi thành phần hóa học trong quá trình bảo quản sữa Con người chưa phát hiện loại nấm men nào nhiễm vào sữa sinh độc

tố gây bệnh cho người

➢ Nấm sợi (nấm mốc)

Có dạng sợi, phân nhánh, xuất hiện phổ biến trong tự nhiên, ở bất kỳ nơi đâu, nhất

là những nơi ẩm ướt Chúng là loài hiếu khí bắt buộc, topt= 20 - 300C

Một số nấm sợi trong công nghệ chế biến sữa: Penicillium camemberti, P.casei, Geotrichum candidum,…

2.1.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa chua uống hương chanh và sữa tiệt trùng

không đường từ bột sữa gầy

2.1.2.1 Bột sữa gầy

❖ Khái niệm

Bột sữa gầy là sản phẩm được sản xuất từ sữa gầy (sữa tươi đã tách một phần chất béo) bằng phương phấp sấy để loại gần như hoàn toàn nước

Độ ẩm: 1,5%, hàm lượng lipid dao động quanh giá trị 1% [9]

Bột sữa gầy thường được các nhà sản xuất sử dụng vì có thời gian bảo quản rất lâu, có thể lên đến 3 năm (so với bột sữa nguyên kem có thời gian bảo quản trung bình chỉ 6 tháng) [10] Ngoài ra, sử dụng phối hợp bột sữa gầy và chất béo khan từ sữa (AMF)

sẽ dễ điều chỉnh hàm lượng chất khô, chất béo trong sữa

❖ Yêu cầu nguyên liệu bột sữa gầy: Theo tiêu chuẩn TCVN 7404:2004

➢ Yêu cầu về cảm quan

Các chỉ tiêu về cảm quan của bột sữa gầy được cho trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu về cảm quan của bột sữa gầy [9]

1 Màu sắc Màu tự nhiên, từ màu trắng sữa đến màu kem nhạt

2 Mùi, vị Mùi thơm, ngọt dịu, không có mùi vị lạ

3 Trạng thái Dạng bột, đồng nhất, không bị vón cục, không có tạp chất

➢ Yêu cầu về lý – hóa

Các chỉ tiêu về lý – hóa của bột sữa gầy được cho trong bảng 2.6 và bảng 2.7

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu về lý – hóa của bột sữa gầy [9]

3 Hàm lượng protein, tính theo hàm lượng chất khô không

4 Độ axit chuẩn độ, tính theo axit lactic, không lớn hơn 18

công bố Bảng 2.7 Hàm lượng kim loại nặng trong bột sữa gầy [9]

➢ Yêu cầu về vi sinh:

Các chỉ tiêu vi sinh vật trong bột sữa gầy được cho trong bảng 2.8

Bảng 2.8 Chỉ tiêu vi sinh vật trong bột sữa gầy [9]

1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí trong 1 g sản phẩm 104

5 Số Staphylococcus aureus trong 1 g sản phẩm 0

6 Tổng số bào tử nấm men, nấm mốc trong 1 g sản phẩm 10

❖ Sự biến đổi sinh hóa

➢ Biến đổi sinh hóa khi lên men sữa

- Quá trình lên men lactic diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn Đầu tiên, đường lactose được vi khuẩn lactic đưa vào trong tế bào nhờ cơ chế vận chuyển đặc trưng của màng tế bào chất Đường lactose chuyển hoá thành glucose và galactose Sau đó, glucose

và galactose tiếp tục chuyển thành axit piruvic rồi chuyển thành axit lactic Lúc đó, sữa

bị axit hoá và bị đông tụ

- Cazein chứa trong sữa dưới dạng canxi cazeinat Axit lactic tác dụng với canxi cazeinat tạo ra axit azeinic và canxi lactat Axit cazeinic tự do không hoà tan do đó tạo thành cục đông

- Các quá trình lên men phụ tạo axit bay hơi, rượu, khí CO2, vi khuẩn sinh hương tạo diaxetyl, axetoin,…

- Nấm men gây lên men rượu trong sữa chua là nấm men sữa chỉ phân giải được đường lactose nên chỉ phát triển tốt trong sữa

- Một số vi khuẩn lên men sữa còn gây ra quá trình lên men phụ khác là quá trình pepton hoá sữa do enzyme protease thuỷ phân protein thành pepton là dạng đơn giản dễ tiêu hoá hơn

Trong quá trình lên men lactic ngoài sản phẩm acid lactic, ethanol, CO2 trong dịch lên men còn xuất hiện cả trăm hợp chất hóa học mới khác với hàm lượng rất thấp Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men lactic, đặc biệt là diacetyl và acetaldehyde

➢ Biến đổi sinh hóa khi tiệt trùng

Quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt các VSV có hại bằng nhiệt Theo lý thuyết, nếu nhiệt độ càng cao và thời gian xử lý càng dài thì số VSV còn sống sót càng thấp và tính

an toàn của thực phẩm càng cao Tuy nhiên nhiệt độ xử lý quá dài sẽ làm giảm đi giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan

2.1.2.2 AMF

❖ Vai trò

o Cung cấp hàm lượng chất béo cho sữa

o Sinh năng lượng chứa các vitamin hòa tan trong chất béo

o Là thành phần quan trọng quyết định mùi vị, trạng thái của sản phẩm

❖ Các chỉ tiêu đối với chất béo khan [11]

➢ Chỉ tiêu cảm quan

o Màu sắc : màu vàng bơ, không xỉn màu, không màu lạ

o Mùi : thơm đặc trưng của cream, không chua, không mùi lạ

Nước được sử dụng trong sản xuất để hoàn nguyên sữa bột phải tuân theo quy định

về vệ sinh, độ cứng phải đạt yêu cầu Nước trước khi đưa vào sản xuất phải được xử lý

để loại bỏ các tạp chất hữu cơ, khử độ cứng, khử trùng

Tiêu chuẩn của nước sản xuất được cho trong bảng 2.9

Bảng 2.9 Tiêu chuẩn nước sản xuất theo quyết định 1329/2002/QĐ-BYT [12]

2 6,5 ÷ 8,5

300

1000

0,01

2 0,5

TCU NTU

mg/l mg/l

mg/l mg/l mg/l

3 0,001

200 0,003 0,2

250 1,5

2.1.2.4 Đường RE

➢ Yêu cầu về cảm quan

Các chỉ tiêu về cảm quan của đường RE được cho trong bảng 2.10

Bảng 2.10 Các chỉ tiêu về cảm quan của đường RE [13]

1 Ngoại hình Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối đồng đều, tơi khô

➢ Yêu cầu về lý – hóa

Các chỉ tiêu lý – hóa và hàm lượng lim loại nặng của đường RE được cho trong bảng 2.11 và bảng 2.12

Bảng 2.11 Các chỉ tiêu về lý – hóa của đường RE [13]

2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m), không lớn

3 Tro dẫn điện, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03

4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105℃ trong 3 h, % khối

Bảng 2.12 Hàm lượng kim loại nặng trong đường RE [13]

S thermophilus: phát triển tốt ở nhiệt độ 40 - 42℃ Đây cũng là vi khuẩn lactic lên men điển hình có khả năng chịu nhiệt đến 65℃ trong 30 phút pH tối thích của S thermophilus là 6 – 6,5

Trong sản xuất sữa chua, việc cấy hỗn hợp 2 loại vi khuẩn này cho kết quả tốt hơn

là chỉ sử dụng riêng từng loại L bulgaricus làm dễ dàng hơn cho sự phát triển của

S thermophilus L bulgaricus có chứa enzyme phân giải protein nên có khả năng phân

tách được một số amino acid từ casein Các amino acid này, quan trọng nhất là valine,

có vai trò như các chất kích thích hoạt động S thermophilus

Men giống được đóng thành túi, trong bao bì 3 lớp

Bảo quản ở nhiệt độ < -18℃, sử dụng tối đa 24 tháng, còn ở 5℃ thì sử dụng tối

đa trong 6 tuần

o Làm bền hệ nhũ tương tạo cấu trúc đồng nhất nhằm: làm giảm sức căng bề mặt để

đạt được sự phân tán tốt hơn của pha phân tán và giữ ổn định trạng thái

o Tránh tách pha tách lớp, tạo màng chất béo trên bề mặt: hình thành trên màng bảo

vệ bao bọc xung quanh các hạt của pha phân tán làm cho chúng không thể tách lớp

với nhau

o Không kết bông, lắng cặn, tạo gel

❖ Đặc điểm

o Chất ổn định là những chất béo có cực tính gồm 2 phần: phần cực sẽ thu hút pha

nước (liên kết với nước), không có cực sẽ thu hút pha béo

o Hầu hết những chất ồn định là những este một phần của rượu của phần bậc cao

như glycerol và acid béo

o Có dạng bột, dễ hòa tan

❖ Các chỉ tiêu đối với chất ổn định

o Chỉ tiêu cảm quan:

- Trạng thái: dạng bột mịn, không vón cục, không chứa tạp chất

- Màu sắc: trắng ngà, không xỉn màu, không mùi lạ

- Xử lý: cho chất ổn định vào bồn khuấy tan với nước rồi đưa vào phối trộn

2.2 Tổng quan về sản phẩm

2.2.1 Sữa chua uống hương chanh

Sữa chua uống hay còn gọi là yaourt uống (drinking type) hay yaourt dạng lỏng: Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau lên men bị phá hủy hoàn toàn tạo nên sản phẩm dạng lỏng Trong quá trình lên men người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hoá để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt của

sản phẩm

Sữa chua uống là sản phẩm sữa lên men tương đối phổ biến ở Việt Nam, sữa chua uống có hàm lượng chất béo thấp, có tính giải khát tốt, chủng loại phong phú Sữa chua uống là loại sản phẩm rất giàu chất dinh dưỡng và có tác dụng phòng bệnh Để đa dạng

về chủng loại có thể bổ sung thêm hương liệu trái cây vào sữa, đây là một sản phẩm được ưa chuộng hiện nay

Hiện nay, có 3 phương án sản xuất sữa chua uống: [1]

➢ Phương án 1: Lên men –> Phối trộn –> Đồng hóa –> Làm lạnh –> Rót sản phẩm –> Bảo quản lạnh

➢ Phương án 2: Lên men –> Phối trộn –> Thanh trùng –> Đồng hóa –> Rót sản phẩm –> Bảo quản lạnh

➢ Phương án 3: Lên men –> Phối trộn –> Đồng hóa –> Tiệt trùng UHT –> Rót sản phẩm –> Bảo quản nhiệt độ phòng

Với 3 phương án sản xuất như trên, phương án 3 là tối ưu nhất do việc sử dụng quá trình tiệt trùng UHT sẽ giúp tiêu diệt hoàn toàn VSV có hại, tăng thời gian bảo quản sản phẩm và việc bảo quản cũng tiện lợi, vận chuyển sẽ dễ dàng hơn Phương án 1 thì do không trải qua quá trình nhiệt, vì vậy mà thời gian bảo quản ngắn hạn và việc bảo quản cũng khó khăn, do cần phải bảo quản lạnh trong suốt quá trình lưu thông và phân phối Phương án 2 thì tuy có quá trình thanh trùng đã giải quyết 1 phần vấn đề về thời hạn bảo quản, tuy nhiên thì cách thức bảo quản vẫn phải dùng nhiệt độ lạnh, quá trình thanh trùng thì thời gian bảo quản ngắn hơn, khoảng 10 ngày

Với những phân tích trên, phương án 3 được chọn để thiết kế nhà máy sản xuất sữa chua uống

2.2.2 Sữa tiệt trùng không đường

Hình 2.2 Sữa tiệt trùng không đường

Phương pháp tiệt khuẩn cực nhanh hay còn gọi là tiệt trùng tức là diệt khuẩn cực nhanh bằng cách cho sữa chảy thành màng mỏng ở nhiệt độ cực cao (135 - 150°C) trong một khoảng thời gian cực ngắn 3-15 giây, rồi làm lạnh ngay xuống ở 20°C Công nghệ tiệt trùng còn được gọi là tiến trình xử lý nhiệt cho thực phẩm dạng lỏng như sữa ở nhiệt

độ cực cao trong thời gian cực ngắn

So với sữa thanh trùng, sữa tiệt trùng có lợi điểm là không cần sử dụng đến tủ lạnh

để tồn trữ sản phẩm Thêm vào đó, sữa tiệt trùng còn có thể tồn trữ được trong thời gian

từ 6 tháng đến 1 năm ở nhiệt độ bình thường mà không cần chất bảo quản

Đó là do tính năng của quy trình chế biến và đóng gói của công nghệ tiệt trùng, theo một hệ thống vô trùng khép kín Quá trình làm nóng và lạnh sản phẩm cực nhanh

sẽ giúp tiêu diệt hay làm tê liệt khả năng hoạt động của các loại vi sinh vật gây bệnh, giúp thành phần hoá học của sữa ít biến đổi hơn quá trình chế biến thanh trùng truyền thống Lượng vi chất mất đi ít hơn nên các sản phẩm sữa tiệt trùng vẫn giữ được giá trị truyền thống

2.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sữa và các sản phẩm của sữa

2.3.1 Trên thế giới

Đầu năm 2014, nhu cầu suy giảm tại Trung Quốc (nước nhập khẩu sữa lớn nhất thế giới và là đối tác lớn nhất của New Zealand) khiến giá sữa lao dốc và khiến hàng loạt các trang trại chăn nuôi tại New Zealand lâm vào tình cảnh khó khăn, nợ nần hoặc phá sản Những người nông dân buộc phải cắt giảm lượng bò sữa chăn nuôi do giá sữa xuống thấp trong thời gian quá dài Không riêng gì New Zealand, ngành sữa toàn cầu trải rộng từ Châu Á Thái Bình Dương cho đến Châu Âu hay Bắc Mỹ cũng đang chịu tình cảnh tương tự khi thiệt hại hàng triệu USD và hàng loạt tranh cãi chính trị nổ ra vì ngành này Nhập khẩu sữa của Trung Quốc năm 2014-2015 đã giảm 1/5 [14]

Một “bong bóng” ngành sữa đã kích cung bởi Trung Quốc, cùng với đó là giai đoạn thịnh vượng sữa của các nước xuất siêu sữa như Mỹ, EU và New Zealand chỉ tồn tại ổn định trong 3 năm (2009-2012), đến nay họ phải tiến hành cải tổ, tái đầu tư, tái cơ cấu ngành nghề để phù hợp Tình hình ngành sữa chưa có dấu hiệu cải thiện trong năm 2017.[14]

Tháng 3/2015, giá sữa nguyên liệu trên thị trường thế giới tăng Cụ thể, sữa bột tách kem tại châu Mỹ, tăng 2,2% lên 2.364 USD/tấn và sữa bột 1,25% bơ tại châu Đại Dương đạt mức 2.900 USD/tấn, tăng 11,54% so với tháng 2/2015 [14]

2.3.2 Tại Việt Nam

Trong những năm trở lại đây, sữa là một trong những ngành đạt tốc độ tăng trưởng nhanh nhất trong ngành thực phẩm ở Việt Nam, với mức tăng trưởng doanh thu trung bình trong giai đoạn 2005-2009 đạt 18%/năm (EMI 2009) Với một đất nước đang phát triển, có tốc độ đô thị hóa và tăng dân số cao như ở Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ sữa sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới [15]

Hiện nay, ngành sữa Việt Nam cũng đang từng bước phát triển bền vững, theo hướng hiện đại, đồng bộ từ sản xuất nguyên liệu đến thành phẩm, có khả năng cạnh tranh để chủ động hội nhập với khu vực và thế giới, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của xã hội [15]

Theo số liệu thống kê sơ bộ từ TCHQ Việt Nam, tháng 2/2015, cả nước đã nhập khẩu 56,6 triệu USD sữa và sản phẩm, giảm 34,4% so với tháng 1/2015, tính chung từ đầu năm cho đến hết tháng 2/2015 đã nhập khẩu 143,1 triệu USD, giảm 13,7% so với cùng kỳ năm 2014 [15]

Theo Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp chế biến sữa Việt Nam đến năm

2020, tầm nhìn đến năm 2025 đã được Bộ Công Thương phê duyệt ngày 28-6-2010: năm 2015 Việt Nam sản xuất 1,9 tỷ lít sữa tươi, mức tiêu thụ đạt trung bình 21lít/người/năm, kim ngạch xuất khẩu đạt 90-100 triệu USD Đến năm 2020 sản xuất

2,6 tỷ lít, mức tiêu thụ 27 lít/ người/ năm, kim ngạch xuất khẩu đạt 120-130 triệu USD

và đến năm 2025 sản xuất 3,4 tỷ lít, mức tiêu thụ 34 lít/người/năm, kim ngạch xuất khẩu đạt 150-200 triệu USD [15]

CHƯƠNG 3: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Quy trình công nghệ

60  700C Phối trộn tuần hoàn

Gia nhiệt sơ bộ (65750C)

Bài khí Đồng hóa (100  250 bar)

Lên men (42450C) Hoạt hóa

chanh Đường

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

3.2.2 Thuyết minh công đoạn chung cho hai dây chuyền sản xuất

3.2.2.1 Phối trộn tuần hoàn

❖ Mục đích

Hòa tan và trộn đều các nguyên liệu bột sữa gầy, chất béo khan, chất ổn định cùng với nước để tạo thành dịch sữa đồng nhất Sữa bột từ dạng rắn chuyển sang dạng lỏng giống như sữa tươi ban đầu

Điều chỉnh hàm lượng chất béo của dung dịch sữa đạt yêu cầu công nghệ Nguyên liệu sản xuất chính của đề tài này là bột sữa gầy nên tiêu chuẩn hóa thực chất là bổ sung thêm chất béo để hiệu chỉnh được hàm lượng chất béo theo yêu cầu sản phẩm

❖ Cách tiến hành

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống phối trộn tuần hoàn [16]

Bồn phối trộn chân không được duy trì ở áp suất làm việc chân không nhờ bơm chân không Bột sữa gầy, AMF, chất ổn định và nước được hút vào bồn và trộn đều Sau

đó được bơm chuyển qua bồn tuần hoàn, tiếp tục trộn đều dịch sữa Ở nhiệt độ 6070℃, bột sữa tan hoàn toàn trong nước, được dịch sữa hoàn nguyên

❖ Thông số kỹ thuật

Nhiệt độ phối trộn: 60  70℃

Thời gian phối trộn: 20 phút

Áp suất làm việc: Áp suất chân không

3.2.2.3 Gia nhiệt sơ bộ

Vì quá trình tiệt trùng UHT sử dụng nhiệt độ cực cao cho phép diệt gần như toàn

bộ vi khuẩn có hại có trong thành phần sữa, đồng thời với thời gian cực ngắn công nghệ này giúp giữ nguyên các dưỡng chất thiết yếu, vitamin và mùi vị cho sản phẩm

❖ Thông số kỹ thuật:

Nhiệt độ tiệt trùng: 137 ÷ 140℃

Thời gian tiệt trùng: 4 giây

Nhiệt độ dịch sữa sau tiệt trùng 20  25℃

3.2.3.2 Bồn vô trùng

❖ Mục đích

Phòng khi có sự cố ở thiết bị rót thì sữa được chứa trong bồn vô trùng với nhiệt độ được duy trì ở 5℃ nhờ tác nhân lạnh là glycol

Để chứa tạm dịch sữa và đảm bảo vô trùng trước khi rót

Bảo quản sữa

Định lượng sữa cho một đơn vị sản phẩm, tạo kiểu dáng thích hợp cho người tiêu dùng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển và phân phối sản phẩm

Cách li sản phẩm với môi trường bên ngoài nhằm kéo dài thời gian bảo quản

❖ Cách tiến hành

Quá trình rót được thực hiện trên máy rót và bao gói tự động Tetrapak

Dùng loại hộp 180ml Hộp giấy có cấu tạo đặc biệt từ 6 lớp nguyên liệu, kết hợp tính năng của các thành phần giấy, nhôm và nhựa, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi các tác động từ môi trường

Giấy cuộn được tiệt trùng bằng dung dịch H2O2, loại H2O2 bằng dòng không khí nóng ở nhiệt độ 180℃, và được sấy khô trong phòng kín vô trùng, sau đó được đem dập khuôn và chuyển đến bồn rót Sữa được rót vào bao bì, sau đó ghép mí đầu, cắt rời và xếp góc (mí hộp được tiệt trùng bằng tia hồng ngoại) Máy rót và bao gói được đặt trong phòng kín

Sữa sau rót được bảo quản trong kho thành phẩm ở nhiệt độ thường của môi trường

Nhiệt độ thích hợp cho quá trình hoạt hóa là 40 – 45 ℃

Quá trình hoạt hóa kết thúc khi độ chua canh trường đạt 85 – 90 oD

3.2.4.3 Lên men

❖ Mục đích

Chuyển hóa một phần đường có sẵn trong sữa thành axit lactic tạo độ chua cho sản phẩm, làm giảm pH tạo điều kiện thích hợp cho protein sữa đông tụ Ngoài ra còn tạo ra các chất thơm như diaxetyl, axit axetic, propionic, aldehyt, alcol, etse,… tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm sữa chua

❖ Cách tiến hành

Để đơn giản và giảm chi phí đầu tư cho xưởng vi sinh, nhà máy sử dụng giống vi

sinh vật ở dạng men khô gồm hai chủng vi khuẩn có tên là Lactobacillus Bulgaricus và

Streptococus Thermophilus, kết hợp theo tỷ lệ 1:1 để tạo hương thơm tốt nhất Men khô

đem đi hoạt hóa để tăng hoạt tính sinh học, trước khi hoạt hóa giống môi trường cần được thanh trùng ở 90oC trong 20 phút rồi làm nguội xuống 42 - 450C Giống sau khi hoạt hóa nếu chưa dùng ngay trong 6 giờ thì cần giữ lạnh ở 50C để hạn chế sự tăng độ chua làm ức chế hoạt tính lên men của giống [1]

Quá trình lên men được thực hiện trong thiết bị 2 vỏ, đáy hình côn, làm bằng thép không gỉ, có áo ấm điều khiển nhiệt độ, bộ lọc không khí ngăn chặn các hạt bụi lớn hơn 0,3 μm Thiết bị lên men được trang bị thiết bị đo nhiệt độ và độ pH tự động, cánh khuấy hoạt động để phân bố đều các tế bào vi khuẩn trong dịch sữa