3.1.4.Thiết bị, máy móc

C. CHƯƠNG 3.QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA CÔ ĐẶ

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 bulơng 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

Hình 4 : Thiết bị phối trộn

Cấu tạo

Bồn trộn chân khơng thể tích 3000 lít, động cơ được đặt dưới đáy bồn có van an tồn, van đổi hướng dịng chảy va vỏ bọc ngồi 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 khơng qua một bơm để tuần hồn hổn hợp phối trộn.

Phểu nạp bột sữa gầy

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

Tiểu luận: Công nghệ chế biến sữa & các sản phẩm từ sữa GVHD: ThS. Lê Văn Nhất Hồi

Thiết bị lọc

Hình 5 : Thiết bị lọc

 Năng suất thiết bị: 3000l/h

 Đường kính ống ngồi: 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

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 khơng 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 mơi chất lạnh là nước lạnh. Những đĩa trong hệ thống được cấu tạo đặc biệt ( có dạng nếp gấp hay gợn sóng), nên q 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 q 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 dịng 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 dịng sữa trong ống được tính tốn 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 nhiệt với nước lạnh, nhiệt độ giảm xuống 45-50OC và ra khỏi vỉ thanh trùng.

Sữa được tuần hoàn qua vỉ, trao đổi nhiệt với hơi nước ở áp suất 3 bar. Áp suất của dịch khi đi vào vỉ thanh trùn là 2-2,5 bar.

Sữa được vào bồn bufer nhằm ổn định lưu lượng sữa trước khi vào thiết bị cô đặc. Bồn buffer là bồn vơ trùng, phải đảm bảo kín để sữa khơng bị nhiễm VSV.

Tiểu luận: Cơng nghệ chế biến sữa & các sản phẩm từ sữa GVHD: ThS. Lê Văn Nhất Hồi

Hình 7 : Thiết bị thanh trùng sữa bằng thiết bị vỉ trao đổi nhiệt

Bồn chứa mầm lactose

Cyclon hình trụ, đáy cơn và có khả năng chứa được 60.000 kg. Vật liệu chế tạo là thép không gỉ.

Thiết bị cô đặc –làm nguội

 Năng suất nhập liệu: 5000 lít/h

 Nồng độ dung dịch vào tháp 35% và nồng độ ra là 73%

 Nhiệt độ: 600C

 Áp suất cô đặc:0.25 bar

 Áp suất hơi đốt : 3.5 at

Nguyên tắc hoạt động: dịch sữa chảy theo dạng màng xoắn ốc từ trên xuống, thiết bị gồm ba tầng với áp suất và nhiệt độ bốc hơi của dịch sữa khác nhau:

 Tầng 1: thực hiện q trình bốc hơi nước điều kiện chân khơng làm giảm nhiệt độ của sữa. Áp suất chân không được tạo bởi bơm chân không 44OC.

 Tầng 2: tiếp tục thực hiện quá trình bốc hơi, 33OC.

 Tầng 3: bốc hơi nước, làm nguội sữa về 24-28OC, thực hiện quá trình cấu mầm lactose có kích thước cực nhỏ (vài µm) với tỷ lệ < 0,002%. Áp suất chân không không ở tầng 2 và 3 được tạo ra nhờ bơm chân không sự hỗ trợ của các ejecter.Hơi nén áp suất cao trong các ejecter có tác dụng lơi cuốn hơi nước từ tầng 2, 3 vào tháp ngưng tụ.

Tháp ngưng tụ nước: phần hơi, khí hịa tan được qua đường ống trên đỉnh tháp cơ đặc đi vào tháp ngưng tụ. tại đây, hơi nước được ngưng tụ bơm ra ngồi.

Thơng số cơ đặc:

 Nhiệt độ:

 Tầng 1: 44OC

 Tầng 2: 33OC

 Tầng 3 : 24-28OC

 Áp suất chân không. Tỷ lệ mầm lactose: < 0.002%

Thiết bị kết tinh

 Dung tích : 6000 lít

 Lượng hơi nước 1250C(2.7 bar) để tiệt trùng bồn trong: 75 kg

 Nhiệt độ nước làm lạnh ở 300 kPa: 150C

 Kích thước thiết bị: chiều cao 4200mm, đường kính 1800mm.

 Thiết bị kết tinh: bồn chứa vơ trùng có áo cánh nhiệt và khuấy, thể tích 20000l

Nguyên tắc hoạt động: sữa đặc từ nồi cấy lactose được bơm hết vào nồi kết tinh ở nhiệt độ 24-28OC. Khi sữa lên 1/3 bơng thì mở cánh khuấy đến khi mực sữa đến 1/2 bồn thì cắt cánh khuấy để tránh sự tạo bọt. Sau cấp đầy sữa vào bồn kết tinh thì thì tiếp tục làm lạnh xuống 15-18OC càng nhanh càng tốt và bật cánh khuấy liên tục trong 1 giờ cho đều và triệt để.

Độ nhớt của sữa đặc có đường cao do động cơ khuấy trong bồn đủ kết tinh phải đủ mạnh để khuấy đều sữa.

Tiểu luận: Công nghệ chế biến sữa & các sản phẩm từ sữa GVHD: ThS. Lê Văn Nhất Hồi

 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 khơng thể cảm nhận được khi cảm quan.

Hình 8 : Thùng kết tinh Máy rót và ghép mí  Năng suất : 1440 hộp/h  Kích thước: 1200 x 1100 x 2200 (mm)  Khối lượng: 650kg Thiết bị khác: - Bồn chứa sữa và làm lạnh - Nồi nấu syrup saccharose - Bồn chứa sữa sau cô đặc - Bồn chứa mầm lactose - Cyclon chứa sữa bột gầy - Bồn chứa sữa chờ rót - Bơm vận chuyển sữa tươi

2. 3.2.SỰ KHÁC NHAU VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN GIỮA 2 SẢN PHẨM SỮA CƠ ĐẶC KHƠNG ĐƯỜNG VÀ CĨ ĐƯỜNG

Q trình sản xuất sữa đặc khơng đường bao gồm các q trình chuẩn hóa, xử lí bằng nhiệt và cơ đặc thông qua việc làm bay hơi nước ở áp suất thấp trong khoảng nhiệt độ từ 60- 65oC.

Sữa được cô đặc sau đó được đổ vào bình và đóng kín. Các bình này sẽ được tiệt trùng trong 10 phút tại phịng tiệt trùng.

Sau đó, các bình được làm mát và dán nhãn, đóng thùng.

Các bước thực hiện gần giống với quy trình sản xuất sữa đặc có đường, nhưng khơng có bổ sung thành phần đường vào sản phẩm. Quá trình chủ yếu là bốc hơi nước trong sữa nhằm cô đặc sản phẩm để bảo quản được lâu hơn. Thời hạn sử dụng thấp hơn so với sữa đặc có đường. Do hiện nay việc sản xuất hay sự xuất hiện sản phẩm sữa đặc khơng đường khơng cịn phổ biến như trước nên ta chỉ đi sâu vào tìm hiểu quy trình sản xuất của sữa đặc có đường là chính.

Về ngun lý, quy trình sản xuất sữa cơ đặc khơng đường gần giống với quy trình sản xuất sữa cơ đặc có đường, chỉ khác một số điểm sau:

Cụ thể như sau:

 Trong q trình cơ đặc, lượng nước bốc hơi khoảng 45%, do đó sữa cơ đặc khơng đường sau khi đóng gói phải tiến hành tiệt trùng theo chế độ nhiệt gần giống như các qui trình sản xuất nước rau quả.

 Sữa sau khi tiêu chuẩn hóa được thanh trùng ở nhiệt độ cao trong vài giây. Mục đích của cơng đoạn này không chi tiêu diệt được phần lớn lượng vi sinh vật và enzym diastaza có ban đầu trong sữa mà cịn có tác dụng tránh hiện tượng sữa bị đặc thành khối khơng đều trong hộp khi tiến hành q trình tiệt trùng sản phẩm. Nhiệt độ thanh trùng ban đầu thường sử dụng khoảng 105-110°C, trọng một số trường hợp có thể xừ lý nhiệt ở nhiệt độ cao từ 120-130°C trong 30s. Giải pháp công nghệ nêu trên chưa được lý giải một cách toàn diện song những kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy: việc sử dụng nhiệt có vai trị quan trọng trong việc giữ sự cân bằng lý-hóa giữa thành phần muối khống và protein sữa vốn là

Tiểu luận: Công nghệ chế biến sữa & các sản phẩm từ sữa GVHD: ThS. Lê Văn Nhất Hoài những thành phần quan trọng quyết định trang thái cân bằng của dịch sữa. Vai trò đặc biệt quan trọng này do các muối xitrat, phosphat của canxi và magie không bị kết tủa sau cô đặc sữa nên trạng thái của dịch sữa ổn định. Mặt khác, phương pháp xử lý nhiệt ban đầu này cho phép ổn định được thể tương vốn có của chất béo trong dịch sữa một cách dễ dàng.

 Sau khi xử lý nhiệt ban đầu với các thông số kỹ thuật cơ bản nêu trên, sữa sẽ được cơ đặc ở chế độ cơng nghệ thích hợp cho đến khi khối lượng riêng của dịch sữa đạt 1.15g/cm3. Tiến hành đồng hóa để ngăn ngừa chất béo tách khỏi dịch sữa cũng như thành phần protein bị đơng tụ trong q trình tàng trữ làm ảnh hưởng đến độ nhớt và cấu trúc của sữa. Mặt khác, đồng hóa cịn đóng vai trò tăng cường khả năng hấp thụ của sữa trong cơ thể.

 Sau đồng hóa tiến hành làm lạnh nhanh trong thiết bị kín để tránh nhiễm vi sinh vật và tăng q trình oxy hóa. Nhiệt độ khối sữa sau làm lạnh đạt 7-8°C. Tuy làm lạnh nhanh sữa, song không xảy ra hiện tượng kết tinh đường lactoza bởi hàm lượng nước trong sữa còn cao. Trong trường hợp sữa ngun liệu có chất lượng khơng cao, để tránh rủi ro sữa bị đơng tụ cục bộ trong q trình tiệt trùng, người ta thường bổ sung một tượng nhỏ muối (natri xitrat hoặc natri phosphat) vào trong sữa. Các muối này có vai trị là chất ổn định, có tác dụng làm thay đổi cân bằng muối khoáng đồng thời chúng cũng được coi là dung dịch đệm lý tưỏng cho mục đích nêu trên.

 Sữa cơ đặc khơng đường được rót tự động vào bao bì có dạng hình trụ với trọng lượng tịnh 410g hoặc 170g, gắn nắp kín nhờ mối ghép cuộn và kiểm tra thường xuyên chất lượng mối ghép bằng cách nhúng chìm hộp trong nước nóng có nhiệt độ 80°C. Độ kín sẽ được kiểm tra bằng sự thốt khí liên tục cùng một vị trí trên vành nắp (hoặc đáy), các hộp này được loại trừ và có biện pháp xử lý thích hợp.

 Q trình tiệt trùng hộp chứa sữa đặc không đường được thực hiện trong các thiết bị tiệt trùng dùng hơi nước ứng với nhiệt độ 115°C trong 15 – 20 phút hoặc tiệt trùng ở 1400C trong 4s theo phương pháp tiệt trùng UHT, làm lạnh đến 20°C trong 15 phút trong các bể chứa nước lạnh luân lưu hoặc ngay trong thiết bị tiệt trùng.

 Để sản xuất một két sữa cơ đặc khơng đường (48 hộp có trọng lượng tịnh 19.680 kg) cần thiết sử dụng từ 43 đến 46 lít sữa tươi. Sản phẩm sữa hộp được bảo quản tốt nhất ở nhiệt độ khoảng 15°C.

D. CHƯƠNG 4.MỘT SỐ HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP KHI BẢO QUẢN SỮAVÀ CÁCH KHẮC PHỤC VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

Sản phẩm có độ nhớt thấp dưới 2.5 Pa.s thì sẽ dẫn đến hiện tượng phân lớp: phần trên là chất béo, dưới đáy hộp là đường lactose. Biện pháp khắc phục là nhất thiết phải đồng hóa sữa trước khi cơ đặc với áp suất 100 bar.

Sữa có màu vàng hoặc xám nâu: hiện tượng này thường xảy ra khi bảo quản sữa trên 300C và là kết quả của phản ứng melanoidin. Đường dùng trong cơng nghiệp sữa cơ đặc có đường nấu đúng tiêu chuẩn thì sẽ khơng tham gia phản ứng melanoidin bởi vì nó khơng có nhóm hydroxyl hemiaxetal nên khơng cịn tính chất khử. Khi saccharose bị nghịch đảo thì các nhóm hydroxyl của các đường đơn mới tạo ra sẽ kết hợp với NH2 tự do của protein và xảy ra phản ứng melanoidin. Do đó, lượng đường khử trong sản phẩm càng ít càng tốt, không được quá 0.6%.

Mức độ nghịch đảo đường saccharose phụ thuộc vào chất lượng của đường và cách chuẩn bị syrup. Nếu chuẩn bị syrup 75% từ saccharose chứa lượng đường khử khác nhau thì sau khi nấu lượng này đã tăng gấp 2 lần, sau 15 phút tăng 3 lần, sau 30 phút tăng 4 đến 9 lần. Mức độ tăng lượng đường khử phụ thuộc vào hàm lượng ban đầu của chúng. Khi sữa cơ đặc bị sẫm màu thì độ chua và hàm lượng aldehyt đều tăng. Sản phẩm chứa 0.5% – 0.6% đường nghịch đảo thì có sự biến đổi. Khi sữa chứa 0.8% - 1.2% đường nghịch đảo thì độ chua của sữa tăng 2 lần, aldehyt tăng 2 – 3.5 lần, khi đó màu của sữa trở thành nâu.

Để ngăn chặn và hạn chế phản ứng melanoidin người ta phải đuổi glucose và oxy ra khỏi sản phẩm. Nếu bổ sung vào sản phẩm glucooxydase hoặc acid ascorbic thì các biểu hiện của phản ứng melanoidin hầu như khơng xảy ra trong thời gian 8 tháng bảo quản.

Như vậy, tốt nhất là dung đường chứa không quá 0.02% đường khử và chỉ pha syrup với nông độ 60% và cho thẳng vào nồi cô. Khi làm lạnh, song song với việc cho lactose (mầm kết tinh) người ta cho thêm 0.02% acid ascorbic.

Trong sữa cơ đặc có chứa một lượng vi khuẩn, trong đó một số loại có khả năng phân giải P làm giảm chất lượng của sản phẩm (các loại microcockin mốc nâu). Người ta đã giải

Tiểu luận: Công nghệ chế biến sữa & các sản phẩm từ sữa GVHD: ThS. Lê Văn Nhất Hoài quyết vấn đề này bằng cách cho thêm acid sorbic và glucooxydase với nồng độ 0.3% acid sorbic đủ để tiêu diệt các cầu khuẩn và đối với mốc màu chỉ cần nồng độ 0.02% là đủ.

Khi sản xuất mặt hàng này, cần chú ý các biện pháp nâng cao độ bền của sữa với nhiệt: sữa nguyên liệu khi đến nhà máy tốt nhất được thanh trùng rồi mới bảo quản ở 6 – 80C để chế biến tiếp. Với cách làm này có thể để sữa 1 – 2 ngày mà chất lượng vẫn tốt.

IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO