1.4.1. Yêu cầu của việc thiết kế mặt bằng tổng thể
Đảm bảo đường đi của dây chuyền công nghệ là ngắn nhất.
Đảm bảo sự hợp tác trong việc sử dụng nguyên liệu giữa các phân xưởng.
Có mối liên hệ chặt chẽ giữa các phân xưởng sản xuất với nhau.
Đảm bảo phù hợp với địa hình, địa chất ở khu vực nhà máy.
Đảm bảo khoảng cách giữa các công trình theo tiêu chuẩn để đáp ứng các yêu cầu về thông gió, chiếu sáng, phòng hoả và vệ sinh công nghiệp.
Chương 2: Quy trình công nghệ
2.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU2.1.1. Nguyên liệu chính. 2.1.1. Nguyên liệu chính.
2.1.1.1. Sữa.
Một số tính chất vật lý của sữa:
Sữa là chất lỏng màu trắng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β- carotene có trong chất béo của sữa, thường có màu trắng đến vàng nhạt. Sữa bò có mùi vị rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ.
− Tỷ trọng : 1,028 – 1,036 g/cm3
− Điểm đông đặc : -0,54 ÷ -0,590C
− Sức căng bề mặt ở 200C : 50 dyne/cm
− Độ dẫn điện : 0,004 – 0,005 1/ohn.cm
− Nhiệt dung riêng : 0,933 – 0,954 cal/g.0C
− pH : 6,5 – 6,7
− Độ chua : 15 – 18 0D
Thành phần hoá học của sữa bò tươi:
Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein, và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamine, hormone, các chất màu và khí. Thành phần các chất có thể dao động như sau: (% khối lượng)
+ Nước : 85,5 – 89,5% + Tổng hàm lượng chất khô : 10,5 – 14,5%. Trong đó: −Lactose : 3,6 – 5,5% −Protein : 2,9 – 5% −Chất béo : 2,5 – 6% −Chất khoáng : 0,6 – 0,9%
Tạo nên giá trị dinh dưỡng và hương vị cho kem. Sữa dùng cho sản xuất kem có thể là sữa tươi, sữa bột nguyên kem, sữa bột gầy, chất béo từ sữa như cream, bơ, chất béo
khan,…Yêu cầu quan trọng đối với sữa làm kem là phải có hàm lượng chất béo cao, lượng chất béo trong sữa là yếu tố giúp tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm.
2.1.1.2. Bột sữa gầy.
Là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã ly tâm tách béo và qua các quá trình cô đặc, sấy phun. Sữa bột 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 sữa bột nguyên kem có thời gian bảo quản trung bình chỉ 6 tháng).
Thành phần hoá học của sữa bột gầy: (% khối lượng)
+ Nước : 4,3% + Protein : 35,0% + Chất béo : 1,0% + Lactose : 51,9% + Chất khoáng : 7,8% 2.1.1.3. Cream.
Cream là sản phẩm thu được khi ly tâm sữa tươi. Lượng béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ 35 – 40%. Đây là loại nguyên liệu có hàm lượng béo cao, cần hạn chế đến mức tối thiểu sự thuỷ phân và sự oxi hoá chất béo trong quá trình bảo quản. Vì vậy, trong sản xuất, cream thường được bảo quản thiết bị kín bằng thép không rỉ, dưới lớp khí trơ (N2), tránh sự tiếp xúc giữa cream với ánh sáng mặt trời, đồng…
2.1.1.4. Đường.
Là các cacbohydrat có độ ngọt và tính chất hoá học khác nhau. Hàm lượng được sử dụng thường từ 15% - 25% tuỳ theo đặc điểm của từng loại kem và yêu cầu người tiêu dùng. Đường giúp tạo vị ngọt, hiệu chỉnh hàm lượng chất khô, tăng giá trị dinh dưỡng và góp phần tạo cấu trúc sản phẩm. Ngoài đường lactose có sẵn trong sữa, thường sử dụng đường saccharose, đường ngịch chuyển và syrup giàu fructose.
Hiện nay ở Mỹ và một số nước châu Âu, người ta còn sử dụng các chất tạo ngọt nghèo năng lượng trong sản xuất kem để phục vụ cho nhóm người tiêu dùng bị bệnh tiểu
đường và bệnh béo phì. Một số chất tạo ngọt được sử dụng phổ biến trong sản xuất kem là sorbitol, aspartame, polydextrose…
Được dùng để hiệu chỉnh hàm lượng chất khô và vị ngọt cho sản phẩm. Trong công nghiệp thực phẩm thường dùng loại đường RE có hàm lượng saccharose tối thiểu 99,8%; hàm lượng tro tối đa 0,03%; độ ẩm 0,05%.
- Tính chất vật lý:
+ Có dạng tinh thể đơn, trong suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy khoảng 186 – 1880C + Là chất dễ tan trong nước, độ hoà tan tăng theo nhiệt độ
- Tính chất hoá học:
+ Bị thuỷ phân do tác dụng của acid hoặc xúc tác của enzyme invertase, tạo sản phẩm thuỷ phân là đường glucose và fructose
+ Khi đun nóng ở nhiệt độ cao 160 – 1800C thì xảy ra phản ứng caramel hoá tạo hợp chất màu vàng nâu.
Ngày nay, trong sản xuất kem, nhóm nguyên liệu đường trở nên đa dạng hơn với đường nghịch đảo, glucose và siro glucose-fructose.
2.1.1.5. Chất béo.
Chất béo là thành phần chủ yếu tham gia vào cấu trúc kem, có thể sử dụng dầu thực vật như: dầu đậu nành, dầu cải, dầu dừa, dầu hướng dương kết hợp với chất béo của sữa để sàn xuất kem. Chất béo cũng góp phần quan trọng tạo nên hương vị của sản phẩm. Hàm lượng dầu thực vật có thể chiếm 6 – 10% khối lượng kem thành phẩm.
2.1.2. Nguyên liệu phụ.2.1.2.1. Chất nhũ hóa. 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