Nguyên liệu phụ

2.1.2.1. Chất nhũ hóa.

Là nguyên liệu có hoạt tính tạo liên kết các nguyên liệu thành một khối thống nhất làm giảm tỷ lệ đá trong kem thành phẩm. Ngoài ra sự đồng nhất này sẽ giữ được hàm lượng khí nhiều hơn trong khối kem trong quá trình làm xốp lạnh nên kem sản xuất ra sẽ có độ xốp hơn, có vai trò tăng khả năng liên kết giữa các hạt cầu béo, điều này quyết định đến khả năng giữ nước của kem. Trong sản xuất kem có thể sử dụng chất nhũ hoá thông

dụng như lòng đỏ trứng nhưng giá thành thường khá cao, ngoài ra có các loại chất nhũ hoá rẻ tiền hơn như mono hay diglyceride, các ester của sobitol hay của các phân tử đường…

2.1.2.2. Chất ổn định.

Các chất ổn định tạo ra mạng lưới không gian để hạn chế sự chuyển động tự do của các phân tử nước, nhờ đó trong quá trình lạnh đông hỗn hợp nguyên liệu để sản xuất kem, các tinh thể đá xuất hiện sẽ có kích thước nhỏ, kem trở nên đồng nhất.

Chất ổn định dùng cho sản xuất kem thường có bản chất protein như gelatin, casein, albumin, globuline… hay cacbohydrat như agar, gum arabic, CMC (carboxy methyl cellulose),…

2.1.2.3. Chất tạo hương.

Chúng ta có thể cho ra bất kì loại kem chuyên biệt nào bằng cách sử dụng các hương liệu tổng hợp hoặc bằng các trái cây cho thêm vào quá trình sản xuất kem. Hương liệu nên cho vào giai đoạn cuối của quá trình tránh tổn thất vì nhiệt độ. Hương liệu cùng với sự tạo hình kem tạo ra sự đa dạng cho sản phẩm kem. Các loại nguyên liệu thường sử dụng như: vanilla, mùi cam, sầu riêng, dâu, chocolate,…Chúng được trích ly từ thực vật hoặc sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hoá học. Ngoài ra, trong sản xuất kem, người ta có thể bổ sung thịt quá cắt nhỏ, các loại hạt( hồ đào, hạnh nhân, điều, đậu phộng,…), bột cacao, dịch chocolate,…Những nguyên liệu trên ngoài mục đích tạo hương còn giúp tăng giá trị dinh dưỡng của kem thành phẩm.

2.1.2.4. Chất màu.

Màu sắc tạo sự lôi cuốn hấp dẫn cho kem từ cái nhìn đầu tiên. Các nhóm sản phẩm cần tạo màu là các sản phẩm kem có hương vị trái cây. Kem có hương vị trái cây nào thì cần có màu của loại trái cây đó, ví dụ như kem nho thì cần màu nâu đỏ, kem sầu riêng thì cần màu vàng…Nhóm chất màu tự nhiên có độ bền màu kém hơn so với chất màu tổng hợp trong điều kiện sản xuất công nghiệp. Việc sử dụng chất màu phải tuân theo quy định sử dụng phụ gia ở mỗi nước.

 Nước và không khí: nước có tác dụng tạo tinh thể đá, tạo độ cứng cần thiết và tạo cảm giác mát lạnh khi sử dụng sản phẩm. Không khí giúp cho sản phẩm có độ mềm xốp.

 Acid: việc bổ sung acid hữu cơ như acid citric, tartric…ngoài việc tạo độ chua thích hợp cho kem, còn có tác dụng ức chế sự phát triển của một số vi sinh vật có trong sản phẩm.

 Tinh bột: Trong công thức kem của nhiều nước trên thế giới thì họ không sử dụng tinh bột, nhưng hầu như tất cả các nhà sản xuất kem của Việt Nam đều sử dụng tinh bột từ 3-5%. Chúng ta có thể sử dụng tinh bột bình thường hoặc các loại tinh bột biến tính để gia tăng độ kết dính của khối kem.

 Các loại hạt: Không có gì thích bằng ăn một miếng kem lại giòn giòn và bùi thơm. Vì thế cho nên người ta thường bỏ thêm hạt vào nhưng ly kem để tăng thêm hương vị. Các loại hạt hay được dùng là hazelnuts (hạt dẻ), pecan, walnut (óc chó) và pistaschio (hạt dẻ cười), peanut (lạc).

Hạt cho vào kem là hạt đã chín. Có thể mua hạt rang sẵn hoặc tự làm chín hạt bằng cách nướng trong lò nướng hoặc rang bằng chảo trên bếp.

 Trái cây tươi: Trái cây tươi thường được sử dụng làm các loại sorbet (kem gầy), các loại đồ tráng miệng lạnh từ trái cây khác hoặc dùng làm một số loại kem có trứng hoặc không trứng. Trái cây có thể được xay nhỏ, cắt miếng tùy theo từng công thức. Các loại trái cây dùng làm kem là các loại có thịt quả mềm và có mùi thơm đặc trưng như: các loại berry (dâu), dứa, xoài, sầu riêng, dưa hấu, đào, lê, chanh leo.

 Phụ gia chống vi sinh vật: thường sử dụng natri benzoat (E211), tuy nhiên nhiều nước cấm sử dụng phụ gia này.

Bảng: Thành phần,nguyên liệu chính dùng trong công nghệ sản xuất kem Thành phần Nguyên liệu Tỉ lệ theo

chất khô.%

Sữa và các sản phẩm từ sữa

-Sữa bột gầy -Butter milk bột

10-11.5 Tăng giá trị dinh dưỡng,cải thiện cấu trúc kem

Chất béo -Cream,dầu bơ,bơ -Dầu thực vật

2-15 Tăng giá trị dinh dưỡng Đường -Glucoza,fructoza,

lactoza -Sorbitol

10-18 Tăng hàm lượng chất khô,tạo vị ngọt

Chất tạo nhũ -Este glyxerin -Este Sorbitol -Monoglyxerit -Lòng đỏ trứng

0.3-0.5 Tạo nhũ,tăng độ bền của nhũ

Chất ổn định Gelatin,casein, alginat,aga gum, caraghenan

0.2-0.4 Liên kết với các phân tử nước,tạo cấu trúc tốt

Hương Các loại hương tự nhiên và tổng hợp vani,cacao, sôcôla

Tạo hương thơm,tăng giá trị cảm quan

2.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ

Nguyên liệu chính:

Sữa, cream, bột sữa gầy, syrup đường Chuẩn bị Phối trộn Ủ chín Thanh trùng Đồng hóa Chuẩn bị

Nguyên liệu phụ: chất tạo nhũ, chất ổn định màu, mùi,… Xếp thùng

Bao gói Đổ khuôn Lạnh đông sơ bộ Lạnh đông trung gian Đặt que vào khuôn kem

Lạnh đông kết thúc Tạo màng bao chocolate

Tháo khuôn Bao bì Thùng Kem que

2.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ2.2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu: 2.2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu:

Các nguyên liệu sẽ được định lượng theo đúng công thức phối trộn cho mỗi loại kem sản xuất. Nguyên liệu khô như bột sữa nguyên, bột sữa gầy, chất ổn định… sẽ được

đem cân. Ngược lại, nguyên liệu dạng lỏng như sữa tươi, một số chất màu, chất tạo nhũ… có thể đem cân hoặc đo thể tích để xác định hàm lựơng sử dụng. Riêng các chất béo như cream, bơ phải được gia nhiệt lên 35-500C để dễ phối trộn và dễ bơm chúng trong các thiết bị đường ống dẫn nguyên liệu của phân xưởng sản xuất.

2.2.2.2. Phối trộn:

 Mục đích: trộn các nguyên liệu thành hỗn hợp đồng nhất

 Thiết bị: bồn trộn, bồn chứa, thiết bị truyền nhiệt bản mỏng

 Tiến hành: sữa tươi được bơm qua thiết bị gia nhiệt vào bồn trộn. Khi nhiệt độ đạt 450C thì cho chất ổn định và nhũ hoá vào, khi đã tan thì cho tiếp sữa bột vào trộn. Khi nhiệt độ tăng đến 600C thì cho đường RE, cream vào. Sữa được bơm tuần hoàn trong khi trộn. Sau khi trộn hết nguyên liệu, tiếp tục bơm tuần hoàn 20 phút rồi bơm hết sữa về bồn chứa.

Có thể kết hợp lọc và bài khí sau phối trộn nhằm mục đích tăng hiệu quá truyền nhiệt, hỗ trợ quá trình đồng hoá và thanh trùng.

2.2.2.3. Đồng hoá:

 Mục đích: Làm giảm kích thước các hạt cầu béo và phân đều chúng trong hỗn hợp, chuẩn bị cho quá trình thanh trùng.

 Thiết bị: Thiết bị đồng hoá 2 cấp.

 Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị trộn vào thiết bị gia nhiệt bản mỏng để gia nhiệt sơ bộ, nhiệt độ vào là 600C, nhiệt độ ra là 700C. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào thiết bị đồng hoá với áp lực đồng hoá giai đoạn đầu là 200 bar, áp lực giai đoạn sau là 40 bar.

2.2.2.4. Thanh trùng:

 Mục đích: nhằm tiêu diệt hoặc ức chế hệ VSV và enzyme trong nguyên liệu.

 Thiết bị: Thiết bị thanh trùng bản mỏng.

 Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị đồng hoá được quay trở về thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội. Nhiệt độ thanh trùng là 850C, thời gian lưu nhiệt là 40 giây.

Sau thanh trùng dịch kem được làm nguội đến khoảng 2-4oC và đưa sang thùng ủ chin. Trong thực tế sản xuất hai quá trình thanh trùng và đồng hoá thường được tiến hành xen kẽ. Đầu tiên hỗn hợp nguyên liệu được dẫn vào thiết bị trao đổi nhiệt để hiệu chỉnh nhiệt độ, sau đó được dẫn vào thiết bị đồng hoá, rồi lại được quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội.

 Mục đích : chuẩn bị cho quá trình lạnh đông tiếp theo, để kem thu được sau quá trình lạnh đông có cấu trúc mịn và đồng nhất nhờ các biến đổi quan trọng:

− Các chất ổn định protein sẽ được hydrate hoá hoàn toàn.

− Một phần chất béo sẽ kết tinh.

− Một số phân tử protein sẽ hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc giữa các hạt béo và pha liên tục trong hỗn hợp.

 Thiết bị: Thiết bị ủ chín có hình trụ đứng, được chế tạo bằng thép không rỉ, bên ngoài là lớp vỏ áo để làm lạnh và một lớp cách nhiệt để hạn chế sự tổn thất năng luợng trong quá trình sử dụng. Bên trong thiết bị có cánh khuấy và hoạt động liên tục với tốc độ chậm trong suốt giai đoạn ủ chín.

 Thực hiện: Hỗn hợp nguyên liệu được làm lạnh về 2-40C, đưa vào thiết bị ủ chín và ủ ở nhiệt độ 2-40C, thời gian ủ là 5 giờ.

2.2.2.6. Lạnh đông sơ bộ:

 Mục đích:

Thổi 1 lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thể tích của chúng. Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp tạo các tinh thể đá với kích thước thật nhỏ và đồng nhất, đồng thời phân bố đều các tinh thể đá này trong hỗn hợp.

 Thiết bị: Phần chính của thiết bị lạnh đông là 2 ống hình trụ nằm ngang, một lớn, một nhỏ, đồng trục và được đặt lồng vào nhau. Mặt ngoài thân ống trụ lớn là một lớp vỏ áo chứa tác nhân lạnh và lớp cách nhiệt. Tại vị trí trục hình trụ là trục khuấy với các thanh khuấy có gắn dao cạo. Chúng có chức năng cạo sạch phần hỗn hợp nguyên liệu bị đóng dính trên bề mặt trong của ống hình trụ lớn. Thân ống hình trụ nhỏ được đục lỗ có chức năng giúp cho hỗn hợp nguyên liệu bị đạt được trạng thái xốp và đồng nhất

 Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu sau quá trình ủ chín có nhiệt độ 0-40C được bơm vào thiết bị lạnh đông. Tại cửa vào, hỗn hợp sẽ được phối trộn với không khí vô trùng sao cho thể tích hỗn hợp nguyên liệu tăng 100% (overrun = 100%, không khí này được xử lí qua hệ thống lọc nhằm loại bỏ các tạp chất như bụi, VSV…).

Quá trình lạnh đông sơ bộ diễn ra rất nhanh. Hỗn hợp nguyên liệu sau khi được phối trộn với không khí sẽ đi vào khoảng không gian trống giữa 2 thân trụ. Nhiệt độ hỗn hợp được hiệu chỉnh về (-20C) – (-70C) nhờ tác nhân lạnh trong vỏ áo thiết bị. Cánh khuấy

sẽ chuyển động liên tục nhờ một motor đặt ở ngoài. Các dao gắn trên thanh khuấy sẽ cạo liên tục phần nguyên liệu đóng dính trong thiết bị.

2.2.2.7. Kem que:

Đổ khuôn: lúc này dịch kem còn khá lỏng sau quá trình lạnh đông sơ bộ sẽ được rót trực tiếp vào khuôn đã định sẵn hình dạng của khối kem que.

Lạnh đông trung gian: để tăng độ cứng của khối kem, mục đích của quá trình này là tạo được độ cứng cần thiết cho khối kem để dễ dàng cố định thân que.

Đặt que: đưa thân que vào khối kem để thuận tiện cho việc sử dụng sản phẩm dễ dàng, que đặt vào phải cứng, thường có dạng dẹt hay tròn, thông thường trong sản xuất công nghiệp người ta sử dụng que dẹt.

Lạnh đông kết thúc: đưa khối kem về nhiệt độ lạnh để tăng độ cứng cho khối kem để thuận tiện cho việc tách khuôn.

Tháo khuôn: tách khuôn ra khỏi thân kem, lúc này hình dạng của kem đã hoàn chỉnh và cấu trúc ổn định.

Tạo màng bao chocolate: kem sau tách khuôn được đưa đi phủ lóp chocolate bên ngoài nhằm mục đích tạo hương vị cho sản phẩm, đồng thời làm tăng thêm giá trị cảm quan.

Bao gói: bao bì phải đặc trưng cho loại kem cần bao gói, hình dạng phải đẹp và thu hút.

Bảo quản: sau khi bao gói sản phẩm được đem bảo quản ở nhiệt độ lạnh đông, tuỳ loại kem có thời gian bảo quản khác nhau. Bảo quản ở -25oC có thể giữ được 9 tháng.

Chương 3: Tính cân bằng Vật chất

3.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1.1. Thành phần nguyên liệu và sản phẩm

3.1.1.1. Chọn thành phần nguyên liệu

 Sữa tươi:

Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 8.7% Hàm lượng chất béo F = 3,5%

Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 97% Hàm lượng chất béo F = 1%.

Hàm lượng ẩm = 2%

 Cream :

Hàm lượng chất béo F = 30%.

Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 6,3%

 Đường RE:

Hàm lượng saccharose = 99,8%

 Chất nhũ hóa E471: Độ ẩm 3%

Tỷ lệ sử dụng 0,3% khối lượng kem thành phẩm

 Chất ổn định E407, E410, E412: Độ ẩm 3%

Tỷ lệ sử dụng 0,4% khối lượng kem thành phẩm

 Bột màu :

Tỷ lệ sử dụng 0,1g/kg kem thành phẩm

 Hương liệu:

Tỷ lệ sử dụng 3ml/kg kem (3g/kg)

3.1.1.2. Chọn thành phần sản phẩm

Chọn thành phần của sản phẩm (cũng là thành phần của hỗn hợp nguyên liệu) gồm : 12% béo, 11% MSNF, 15% đường, 0.4% chất ổn định, 0.3% chất nhũ hoá.

Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu Thành phần Tỷ lệ % Đường 15% Chất ổn định 0.4% Chất nhủ hóa 0.3% Cream 34.6% Sữa tươi 44.6% Bột sữa gầy 5.1%

3.1.1.3. Ước lượng tổn thất qua từng công đoạn

Bảng 3.2: Ước lượng tổn thất trong sản xuất kem

Quá trình Tổn thất (% so với lượng nguyên liệu trước mỗi quá

trình)

Quá trình phối trộn (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 1.5 Quá trình đồng hoá (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 0.5 Quá trình thanh trùng (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 0.5 Quá trình ủ chín (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 0.5 Quá trình lạnh đông sơ bộ 1.0 Quá trình rót hộp/đổ khuôn 1.5

Bảng 3.3: Tiêu hao các nguyên liệu khác :

Quá trình Nguyên liệu phụ Đơn vị đo Số lượng Gắn que Que kem % số que 102 Gắn bao bì cho kem que Bao bì plastic % số bao bì plastic 104

3.1.2 Tính toán cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu

Hỗn hợp nguyên liệu gồm : 12% béo, 11% MSNF, 15% đường, 0.4% chất ổn định, 0.3% chất nhũ hoá. Tỉ trọng của hỗn hợp nguyên liệu d = 1.0953 (kg/l hỗn hợp)

 Tính lượng nguyên liệu cần dùng:

− Lượng đường: 15% * 100 = 15 (kg).

− Chất ổn định: 0.4% * 100 = 0.4 (kg).

− Chất nhũ hoá: 0.3% * 100 = 0.3 (kg).

− Lượng cream: x (kg).

− Lượng sữa tươi: y (kg).

− Lượng bột sữa gầy: z (kg).

 Phương trình khối lượng của hỗn hợp: x + y + z = 100 – (15 + 0.4 + 0.3) (1).

 Cân bằng lượng MSNF (từ 3 nguồn : sữa tươi, bột sữa gầy, cream). 6.3%x + 8.7%y + 97%z =11% * 100 (2).

 Cân bằng lượng béo (từ 3 nguồn : sữa tươi, cream, bột sữa gầy) : 30%x + 3.5%y + 1%z = 12% * 100 (3).

 Từ 3pt trên ta có: x = 34.63 kg, y = 44.58 kg, z = 5.09 kg. Tính lượng khí cần cho phối trộn 100kg hỗn hợp nguyên liệu:

Giả sử thể tích hỗn hợp nguyên liệu sau khi phối trộn với không khí tăng thêm 100% so với hỗn hợp trước khi nạp khí : Vkk = 100% Vhh đầu

 Tính lượng kem tạo ra từ 100kg hỗn hợp nguyên liệu:

− Lượng hỗn hợp sau quá trình phối trộn: 100*(100 – 1.5)/100 = 98.5(kg).

− Lượng hỗn hợp sau quá trình đồng hoá: 98.5*(100 – 0.5)/100 = 97.5 (kg).

− Lượng hỗn hợp sau quá trình thanh trùng: 97.5 *(100– 0.5)/100 = 97 (kg).

− Thể tích hỗn hợp sau khi phối trộn với không khí(dhh = 1.0953kg/l, Vkk = 100%Vhh đầu ):

200% * 96.5/1.0953 = 176.2 (l).

Thể tích hỗn hợp sau quá trình lạnh đông sơ bộ: 176.2 * (1 – 0.01) = 174.4 (l). Thể tích hỗn hợp sau quá trình rót hộp/đổ khuôn: 174.4 * (1- 0.015) = 171.8 (l).

Bảng 3.4: Tiêu hao các thành phần nguyên liệu trong 100kg hỗn hợp nguyên liệu:

Nguyên liệu Khối lượng trong 100kg hỗn hợp nguyên liệu(kg) Sữa tươi 44.6 Bột sữa gầy 5 Cream 34.6 Đường 15 Chất ổn định 0.4 Chất nhũ hoá 0.3 Màu 0.01 Hương liệu 0.3

3.1.3 Tính lượng hỗn hợp nguyên liệu qua từng công đoạn của quy trình sản xuất

Chọn năng suất của phân xưởng là 5450 lít kem/ngày (hay 3000 kg nguyên liệu/ngày). Khối lượng hỗn hợp nguyên liệu cần dùng: