3.1.3.Thuyết minh quy trình

C. CHƯƠNG 3.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA CÔ ĐẶC 1 3.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA CÔ ĐẶC CÓ

c) 3.1.3.Thuyết minh quy trình

(1) Nguyên liệu

Các nguyên liệu đầu vào trước khi phối trộn chuẩn hóa phải đạt yêu cầu như đã nêu ở mục 2.3.

Sử dụng sữa bột gầy với những ưu điểm sau:

- Chủ động trong sản xuất.

- Bổ sung nguyên liệu do sữa tươi còn hạn chế( 15%).

- Giảm giá thành.

(2) Chuẩn hóa

 Mục dích : điều chỉnh thành phần: sữa bột gầy, dầu bơ, dầu cọ, đường tinh luyện,vitamin theo yêu cầu phù hợp với thành phần khô, béo, đường cho từng sản phẩm sữa đặc.

 Các biến đổi chính:

• Hóa lý: có hiện tượng vón cục do chưa được trộn tuần hoàn. • Hóa học: không có sự biến đổi.

(3) Trộn tuần hoàn

 Mục đích: phân tán, hòa tan đồng đều các thành phần, nguyên liệu.

 Các biến đổi chính:

• Hóa lý: khi tăng nhiệt độ trộn (60OC), độ nhớt và hiện tượng vón cục của dịch trộn giảm giúp cho tốc độ chuyển động và phân tán của các thành phần nguyên liệu nhanh và dễ dàng hơn. Nhờ vậy mà các thành phần hòa tan đồng đều.

• Hóa học: không đáng kể.

 Các yếu tố ảnh hưởng: vật lý: nhiệt độ dịch trộn giới hạn 60OC, nhiệt độ cao trong một thời gian dài sẽ đấy nhanh quá trình phản ứng caramen hóa ảnh hưởng đến chất lượng sữa.

 Phương pháp thực hiện: các nguyên liệu được trộn hoàn toàn trong bồn trộn bằng cánh khuấy.

(4) Lọc

 Mục đích: loại bỏ những cặn bã hay tạp chất trong nguyên liệu.

Phương pháp thực hiện: lọc cơ học, dịch sau trộn được bơm qua bộ phận lọc dạng ống, kích thước lỗ lọc < 300µm. Sau khi loại bỏ tạp chất, dịch trộn được đưa qua bồn cân bằng để ổn định dòng trước khi qua vỉ trao đổi nhiệt. Trong quá trình này, chỉ có cặn được tách ra không có sự biến đổi nào trong sữa.

Dịch sau khi trộn được bơm qua bộ phận lọc dạng ống, kích thước lỗ lọc < 300µm. Sau khi loại bỏ tạp chất, dịch trộn đượ đưa qua bồn cân bằng có ổn định dòng trước khi qua vỉ trao đổi nhiệt. Trong qua trình này, chỉ có cặn được tách ra, không có sự biến đổi nào của sữa.

(5) Đồng hóa

 Mục đích: đồng hóa là quá trình xử lý cơ học, dùng lực tác dụng lên hạt béo. Tác dụng việc đồng hóa lên cấu trúc hóa học và vật lý của sữa có rất nhiều ưu điểm là: phân tán đồng đều béo trong sữa, làm bền hệ nhũ tương, huyền phù. Màu sắc trắng hơn, kích thích cảm quan và sử dụng

 Các biến đổi:

Vật lý: có sự giải phóng năng lượng dưới dạng năng (do các cầu béo phá vỡ) làm tăng nhiệt độ của khối sữa.

Hóa lý: kích thước hạt béo giảm, các hạt béo phân phối đồng đều trong khối sữa làm cho trạng thái hệ nhũ tương trong sữa bền hơn.

Kích thước hạt béo càng lớn thì tốc độ kết hợp của nó càng cao dẫn đến sự tích tụ và tách lớp chất béo theo thời gian.

 Các yếu tố ảnh hưởng:

Hàm lượng béo cao, sự tụ béo nhiều, trạng thái vật lý và sự liên kết của béo càng lớn hơn thì kích cỡ các hạt cầu càng lớn. Nhiệt độ đồng hóa 70OC, nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm và đồng hóa dễ dàng hơn.

Chất béo hóa rắn ở 30-45OC. Nếu nhiệt độ đồng hóa thấp hơn, đồng hóa sẽ không hiệu quả và không phân tán hoàn toàn được các hạt cầu béo. Quá trình đồng hóa xảy ra hiệu quả nhất khi các chất béo tồn tại ở pha lỏng và liên kết bình thường với sữa.

Áp suất (100-110bar), áp suất cao, các hạt cầu béo tạo ra nhỏ và sự phân tán của các phân tử lipit sẽ tăng lên cùng với sự tăng nhiệt độ đồng hóa.

Bản chất của quá trình: sữa là hệ nhũ tương dầu trong nước với hạt béo phân tán trong pha liên tục. Chất béo có khuynh hướng kết hợp thành những hạt béo có kích thước khá phân tán ttrong sữa, kích thước hạt béo càng lớn thì tốc độ kết hợp của nó càng dẫn đến sự tích tụ và tách lớp chất béo theo thời gian. Đồng hóa là qua trình xử lý cơ học, dùng lực tác dụng lên các hạt béo, bẻ gãy chúng thành các hạt béo có kích thước nhỏ hơn mà khuấy trộn không thể thực hiện được, thực tế sau khi qua đồng hóa kích thước hạt béo giảm xuống 10 lần, tăng số

lượng cầu béo lên khoảng 1000 lần. Ở kích thước nhỏ tốc độ kết hợp của những hạt béo giảm rất lớn do đó sản phẩm được đồng hóa rất ổn định theo thời gian.

 Phương pháp thực hiện: áp suất cao.

(6) Thanh trùng

 Mục đích: tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh cho con người và tăng thời gian bảo quản. Cải thiện tính ổn định của protein, tạo cấu trúc cho sản phẩm.

Đối với sữa đặc có đường chế độ xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng theo tối với việc kiểm soát độ nhớt của thành phẩm theo thời gian lưu trữ, sự tạo gel có thể xảy ra nếu nhiệt độ thanh trùng quá cao. Nhiệt độ thanh trùng quá cao trong thời gian ngắn sẽ thu được sản phẩm có độ nhớt thấp. Đối với sản phẩm của nhà máy thì nhiệt độ thanh trùng được sử dụng tùy theo từng loại sản phẩm. Thiết bị thanh trùng được dùng là thiết bị trao đổi nhiệt với dịch sữa là nước nóng.

 Các biến đổi chính:

Vật lý: nhiệt độ sữa tăng thì tăng thể tích sữa, độ nhớt giảm

Hóa lý: chất béo hoàn toàn bị nóng chảy và xuất hiện màng cream đồng thời gây kết dính ở bề mặt tiểu cầu béo.

Hóa học : xảy ra phản ứng melanoidin làm sữa sẫm màu, tuy nhiên nước trong sữa khá lớn nên khó quan sát được. Phản ứng thủy phân các vitamin xảy ra trong điều kiện có khí oxy hay có mặt kim loại: đồng, sắt…

Sinh học: các VSV bị phá hủy hoàn toàn, ức chế hoạt độngcác bào tử. Hóa sinh: vô hoạt hoàn toàn enzyme trong sữa.

Cảm quan; sự thay đổi về màu, mùi, vị, trạng thái…

 Các yếu tố ảnh hưởng: (Phương pháp thanh trùng)

+ Ở nhiệt độ thấp: không làm thay đổi đặc tính sữa những các VSV ưa nhiệt có thể phát triển ở nhiệt độ này, do đó có thể làm tăng số lượng .

+ Ở nhiệt độ cao phương pháp tiệt trùng UHT: tiết kiệm thời gian, năng lượng và không gian, tiêu diệt các vsv và bào tử. tuy nhiên, chi phí thiết bị cao, phản ứng caramen xảy ra lầm cho sản phẩm vô vị, nhạt nhẽo, không bắt mắt.

 Phương pháp thực hiện: thanh trùng ở 900C trong 10 phút nếu muốn sản phẩm có độ nhớt cao và 1160C trong 30s nếu muốn sản phẩm có độ nhớt thấp.

(7) Cô đặc- làm nguội

 Mục đích: bổ sung lượng syrup phối trộn với dịch sữa sau đó gia nhiệt cho nước bay hơi để tăng nồng độ chất khô của sữa từ nồng độ chất khô của dịch trong dịch ban đầu lên giá trị yêu cầu của sản phẩm sữa đặc. Loại bỏ khí hòa tan trong dịch sữa nhờ quá trình bốc hơi trong điều kiện chân không.

 Các biến đổi chính:

Hóa lý: có sự chuyển pha của nước từ lỏng sang hơi, làm cho nồng độ của sữa tăng nhanh kèm theo là tăng khối lượng riêng, tỷ trọng, nhiệt độ sôi và đặc biệt là độ nhớt. giảm thể tích của khối sữa ban đầu.

Sinh học: quá trình cô đặc làm giảm lượng nước trong nguyên liệu, đồng thời làm lượng chất khô tăng dần đến tăng áp suất thẩm thấu, do đó ngăn chặn sự phát triển của VSV.

Hóa sinh: xảy ra phản ứng Mail Caramel do sự ngưng tụ các acid amin có nhiều trong sữa và các cao phân tử làm cho sữa có màu vàng kem.

 Các yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt độ cô đặc: sữa thường được cô đặc ở nhiệt độ 65 – 700C, nếu nhiệt độ cao hơn sẽ gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng và cảm quan sản phẩm.

Thời gian: cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. thời gian cô đặc càng dài thì thuẩn lợi cho việc nhiễm khuẩn và xảy ra các phản ứng hóa học. Do đó cần hạn chế thời gian cô đặc, sử dụng thiệt bị thích hợp.

 Phương pháp thực hiện: cô đặc sữa ở nhiệt độ thấp, áp suất chân không, có thể cô đặc ở 50 – 600C nếu dùng nồi cô chân không một nồi hoặc nếu dùng nồi cô chân không hai nồi thì ở nồi 1 là 70 – 750C và ở nồi thứ 2 là 50 – 600C. Trong thiết bị cô chân không 1 nồi, sữa được cô đặc tới độ khô 35-40% rồi cho syrup vào. Đối với thiết bị cô chân không 2 nồi thì việc trộn đường vào sữa có thể làm theo nhiều cách: pha ½ lượng syrup vào sữa rồi cô, khi gần kết thúc thì cho lượng syrup còn lại vào, hoặc cho hết syrup vào sữa rồi mới cô.

 Chuẩn bị syrup: lượng đường kính cho vào sữa tính bằng:

Gđ: lượng đường cần cho vào, kg Gs: lượng sữa nấu 1 mẻ, kg

Ms, Mtp: hàm lượng chất béo của sữa và của thành phẩm Đtp: hàm lượng đường trong thành phẩm, %

ks, kđ: hệ số hao hụt của sữa và của đường; ks = 0.9945, kđ = 1.0277

Để xác định điểm kết thúc, người ta dùng chiết quang kế để xác định nồng độ chất khô hoặc xác định bằng cách đo tỉ trọng.

(8) Kết tinh

Mục đích: tạo điều kiện cho lactose trong kết tinh một cách triệt để hoàn thiện sản phẩm, giúp cho sữa sau cô đặc có một trạng thái đặc mịn.

Các biến đổi chính: quá trình làm nguội kết tinh chỉ ảnh hưởng lên nhiệt độ dung dịch và sự chuyển pha của đường từ dạng hòa tan thành tinh thể. Hạt tinh thể lactose thật nhỏ được hình thành.

Các yếu tố ảnh hưởng: thời gian và nhiệt độ làm lạnh; nếu quá trình làm lạnh diễn ra chậm thì một vài tinh thể bắt đầu được hình thành ở nhiệt độ 40-50OC, sau đó các tinh thể lớn dần lên theo sự tăng dần quá trình làm lạnh. Cuối cùng làm cho sữa có dạng hạt sạn. hiện tượng kết tinh đường xảy ra trong quá trình làm lạnh.

Nếu quá trình làm lạnh đột ngột ở 30-32OC: tốc độ kết tinh là cực đại, những tinh thể lactose tạo thành thật nhỏ và không thể phát hiện khi cảm quan.

Phương pháp thực hiện: làm lạnh nhanh hỗn hợp kết hợp với cánh khuấy công suất lớn.

Chỉ tiêu: đường kính tinh thể đường lớn nhất cho phép vào khoảng 10µm, sữa đặc có đường có trạng thái đặc mịn, những tinh thể đường này vẫn phân tán trong sữa có nhiệt độ thường mà ta không thể cảm nhận được khi cảm quan.

(9) Chuẩn hóa

Khi các tính chất hóa lý của sữa đặc như độ nhớt, hàm lượng chất khô, chất béo…, đạt yêu cầu mới cho vào hộp.Trong trường hợp chất khô, chất béo cao hơn yêu cầu thì phải định chuẩn lại bằng nước. Nước định chuẩn là nước được thanh trung ở 95OC/ 30 phút. Sau đó được làm nguội về 40OC mới bơm vào bồn kết tinh. Cánh khuấy tiếp tục hoạt động để trộn lẫn nước vào sữa.

Thời gian lưu sữa trong bồn kết tinh không quá 2 giờ, nếu trên 2 giờ thì QA phải lấy mẫu kiểm tra lại.

Sữa sau khi kết tinh được kiểm tra thì được bơm vận chuyển đến máy rót và đóng hộp, trong suốt quá trình rót và đóng hộp phải hạn chế tối đa việc sữa tiếp xúc trược tiếp với không khí chưa được thanh trùng nếu không sữa sẽ bị nhiễm khuẩn và sẽ ảnh hưởng đến thời gian lưu trữ của sữa sau khi đóng hộp. Hộp sữa và nắp sữa phải tiệt trùng trước khi đóng hộp.

Nhiệt độ đầu rót: 125-190OC.

Sau khi rót, lon được nạp khí Nitơ, ghép nắp, in

code, dán nhãn. Sản phẩm được sắp xếp vào thùng

carton 40lon/thùng. Sau đó được lưu kho và chờ xuất hàng.

Thời hạn sử dụng: 12 tháng trong hộp thiết, 9 tháng ở hộp túi, bảo quản ở nhiệt độ thường.

d) 3.1.4.Thiết bị, máy móc

• Thiết bị gia nhiệt sơ bộ

Hình 3: Thiết bị

gia nhiệt

Nguyên lý làm việc:

Các tấm truyền nhiệt được dập rãnh hình xương cá góc bù hay góc nhọn, đặt xen giữa 2 tấm là gioăng đệm kín tạo thành các ngăn trao đổi nhiệt, mà ở đó, các lưu chất bên nóng và lạnh sẽ được bố trí đan xen nhau suốt chiều dài của dãy tấm, hai lưu chất trao đổi nhiệt cho nhau, nhưng không lẫn vào nhau. Dãy tấm được định vị bằng các tấm khung với các bulông siết chặt có áp lực làm việc từ PN6 – PN 25, tương ứng với áp lực kiểm định từ 7.8 – 32.5 barg.

Các đường ống dẫn lưu chất nóng/lạnh vào/ra thường được bố trí tập trung ở tấm khung trước, do đó nó được đặt tên là tấm khung cố định, có bulông cấy xuống nền.Tấm khung sau là tấm di động cho phép việc tháo lắp vệ sinh dãy tấm được dễ dàng.

• Thiết bị phối trộn

• Năng suất : 12 000 l/h • Công suất tiêu thụ: 21kW • Công suất bơm: 3kW

• Điện áp; 220-440 V, tần số 50-60 Hz • Kích thước: 1600x1200x1720 (mm)

Hình 4 : Thiết bị phối trộn

Cấu tạo

Bồn trộn chân không thể tích 3000 lít, động cơ được đặt dưới đáy bồn có van an toàn, van đổi hướng dòng chảy va vỏ bọc ngoài kết nối CIP.

Ba bồn trung gian , mỗi bồn có thể tích 6000 lít, gắn hệ thống đường ống nối giữa các bồn với nhau và với bồn trộn chân không qua một bơm để tuần hoàn hổn hợp phối trộn.

Phểu nạp bột sữa gầy

Bảng điều khiển với các nút nhấn, công tắc chính và tắt khẩn cấp, khởi động động cơ, van điện tử, báo động.

• Thiết bị lọc

Hình 5 : Thiết bị lọc

• Năng suất thiết bị: 3000l/h • Đường kính ống ngoài: 25 cm • Đường kính ống lọc: 15 cm • Đường kính lưới lọc Φ= 76 μm • Chiều dài thiết bị: 0.6m

• Thiết bị đồng hóa

• Năng suất : 2000 l/h

• Áp suất làm việc 200 bar(áp lực cao). Thông thường 100-110 bar • Công suất động cơ: 15kW

• Số lượng piston: 3 cái • Đường kính piston: 28mm

Hình 6 : Thiết bị đồng hóa

• Hệ thống thanh trùng

• Năng suất lựa chọn: 3000 l/h

• Khe hở giữa dòng chảy: từ 2.4-7.5 mm

 Thiết bị: vỉ trao đổi nhiệt PHE (plate heat exchange).

Cấu tạo thiết bị thanh trùng gồm có nhiều lõi thép không rỉ (inox) được xếp thành một hế thống truyền nhiệt. Hệ thống này bo gồm nhiều khu xử lý nhiệt khác nhau: gia nhiệt, làm nguội. Môi chất nóng là nước nóng vaf môi chất lạnh là nước lạnh. Những đĩa trong hệ thống

được cấu tạo đặc biệt ( có dạng nếp gấp hay gợn sóng), nên quá trình truyền nhiệt được tối ưu hóa. Các chất lỏng đi vào và đi ra qua những lỗ trên một góc của đĩa.

Trong thực tế sản xuất, để tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa quá trình sản xuất, các nhà kỹ thuật thiết kế riêng một hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt: gia nhiệt, giữ nhiệt, làm nguội cùng hệ thống điều khiển nhiệt tự động bằng các cảm ứng biến nhiệt và các van nhiệt chuyên dùng.

Trong hệ thống này có thiết bị giữ nhiệt, có tác dụng giữ dòng sữa trong khoảng thời gian xác định là 5 phút ở độ thanh trùng. Nó được cấu tạo gồm các ống được sắp xếp theo hình xoắn ốc hay zig-zag, bên ngoài được bao phủ bởi một lớp áo cách nhiệt. Chiều dà của đường ống này và tốc độ chaye của dòng sữa trong ống được tính toán sao cho thời gian lưu của sữa trong thiết bị bằng với khoảng thời gian yêu cầu của quá trình thanh trùng.

 Nguyên lý hoạt động: vỉ gồm 4 ngăn là ngăn nước- hơi, ngăn nước nóng-sữa, ngăn sữa-sữa, ngăn sữa-nước lạnh.

Dịch sữa ra khỏi máy đồng hóa đi vào ngăn thanh trùng trao đổi nhiệt với nước nóng để tăng nhiệt độ theo yêu cầu công nghệ. Ra khỏi ngăn thanh trùng dịch sữa đi vào ống lưu nhiệt, quay lại ngăn trao đổi nhiệt với dòng sữa vào, tiếp tục qua ngăn làm nguội trao đổi