CHƯƠNG 4: MÁY MÓC THIẾT BỊ
4.3. Thiết bị lọc membrane
Phương pháp phân riêng bằng membrane cho ta hai dòng sản phẩm: Dòng sản phẩn qua membrane được gọi là permeate
Dịng sản phẩm khơng qua membrane được gọi là retentate
Vật liệu chế tạo
Màng chế tạo có thể là đồng nhất, nhiều thành phần khác nhau hợp thành, màng lọc được chế tạo từ các vật liệu có nguồn gốc vơ cơ như gốm nung chảy, các hợp chất cacbon,
[TL CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA] GVHD : ThS LÊ VĂN NHẤT HOÀI silic, zicron hoặc từ nguồn gố hữu cơ như cao su, vải amiăng, axetat xenlulose, polyethylene, polypropylene. Bề dày màng từ 0.05 mm- 2mm. Các lỗ nhỏ trên màng được chế tạo bằng cách chiếu tia phóng xạ, lazer, các phản ứng hóa học…
Hầu hết màng lọc MF, UF, RO và NF được làm từ vật liệu polymer hữu cơ. Thường vật liệu chế tạo màng MF và UF giống nhau, tuy nhiên quá trình sản xuất ở các điều kiện khác nhau tạo nên lỗ rỗng khác nhau.
Màng cịn có thể chế tạo từ vật liệu vơ cơ như gốm và kim loại. Màng gốm là loại màng lọc có lỗ rỗng, chịu nhiệt và trơ với hóa chất và thường dùng cho màng lọc MF.
Trong công nghiệp chế biến sữa, thường sử dụng bốn quá trình: vi lọc ( Micro- Filtration MF ), siêu lọc ( Ultra Fitration UF ), lọc nano ( Nano Filtration NF) và thẩm thấu ngược ( Reverse Osmosis –RO).
Để tách vi sinh vật ra khỏi sữa, người ta sử dụng q trình vi lọc. Kích thước membrane được chọn là 0.2μm. Quá trình vi lọc chỉ thực hiện được trên dịng sữa gầy vì chất béo trong sữa dễ hấp thụ lên membrane, dẫn đến hiện tượng tắc nghẽn màng lọc. Dòng sữa gầy sau khi qua thiết bị ly tâm tách béo sẽ được đưa qua thiết bị vi lọc membrane để tách vi sinh vật. Sản phẩm không qua membrane ( retentate) sẽ được tiệt trùng riêng với phần cream.
Màng vi lọc
Các màng lọc loại này có các lỗ rỗng 0.1-1 μm, hoạt động dưới áp suất thơng thường từ 10-100 psi; nó có thể loại bỏ các phần tử lơ lửng, huyền phù, chất keo, men, phân tử protein có trong sữa hay ngũ cốc, vi khuẩn hoặc chất rắn hịa tan có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng; nó khơng làm thay đổi thành phần dung dịch ( nước ) lọc, chỉ có các phần tử nêu trên được lọc đi. Có 2 loại vi lọc
Lọc chặn: trong đó nước ( sữa) bị cưỡng bức chuyển qua màng lọc, các phần tử bị giữ lại tích tụ dưới dạng một bánh lọc; chiều dày của nó tăng dần theo thời gian lọc, cịn tính xốp giảm dần làm giảm lưu lượng thành phẩm, hiện tượng này gọi là sự bịt kín màng lọc, đại lượng đặc trưng cho sự bịt kín là chỉ số bịt kín FI. Lọc chặn trong vi lọc được ứng dụng trong màng lọc được ứng dụng trong màng lọc phẳng trong phịng thí nghiệm dùng để đo chất huyền phù (MES), chỉ số bịt kín (FI)… đối với lọc chặn trong vi lọc, ống lọc
bọc bên ngoài màng lọc phẳng được bỏ đi khi àng lọc bị bịt kín lỗ, nó rất khó thực hiện bằng rửa ngược để tái sử dụng lại màng lọc.
Lọc trượt: quá trình lọc được thực hiện sao cho mặt tiếp xúc được quét bằng một phần lưu lượng đưa vào để hạn chế việc tích tụ các bã lọc phát sinh trong quá trình lọc và dễ dàng đưa chúng ra ngoài hệ thống, tránh được hiện tượng bịt kín lỗ rỗng của màng lọc trướ khi đến chu kì rửa lọc. Quấ trình lọc dạng này có thể thay cho giai đoạn keo tụ, kết bông và tách loại được 2 pha rắn- lỏng. Công nghệ này được áp dụng phổ biến để lọc tinh các sản phẩm khác nhau trong công nghệ xử lý nước cấp, nước thải, nước uống đóng chai, cơng nghệ dược và xử lý vi sinh.
Ưu điểm của phương pháp kết hợp membrane với tiệt trùng sữa.
Chỉ có phần cream và dịng sữa giàu vi sinh vật được tiệt trùng ở nhiệt độ cao nên ít thay đổi chất lượng sữa.
Q trình ít tiêu tốn năng lượng
Nhược điểm
Nhược điểm lớn nhất của phương pháp phân riêng bằng membrane là dễ xảy ra hiện tượng tắc nghẽn màng lọc. Vì vậy phải chọn vật liệu membrane thích hợp để quá trình phân riêng đạt hiệu quả cao.
Một số thiết bị membrane được sử dụng trong công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng
[TL CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA] GVHD : ThS LÊ VĂN NHẤT HỒI
Hình 4.5 : Thiết bị dạng cuộn xoắn Hình 4.6: Thiết bị dạng tấm bản 4.4. Thiết bị ly tâm
Cấu tạo: Để tách béo ra khỏi sữa, người ta dùng thiết bị ly tâm dạng đĩa. Thiết bị
gồm thân máy, bên trong là thùng quay được nối với motor truyền động. Các đĩa quay hình nón cụt, có đường kính dao động từ 20- 102cm và được xếp chồng lên nhau. Khoảng cách giữa các đĩa ly tâm liên tiếp từ 0.5-1.3mm.
Hình 4.7 : Cấu tạo thiết bị ly tâm Nguyên lý hoạt động:
Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục. Đầu tiên sữa nguyên liệu được nạp vào máy ly tâm theo của vào ( ở đỉnh hoặc đáy thiết bị ), tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn vào các khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa được phân chia thành 2 phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ chuyển động hướng về phía trục của thùng quay, phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ chuyển
động về phía thành thùng quay. Cả hai dịng sản phẩm sẽ theo những kênh riêng thốt ra ngồi.
4.5. Bồn trữ lạnhCấu tạo: Cấu tạo:
Thiết bị có hai lớp vỏ, bên trong có hai cánh khuấy đặt lệch tâm để phối trộn và đảm bảo sự đồng nhất dịch sữa. Nhiệt độ dịch sữa được giữ lạnh trong suốt quá trình lưu trữ. Bồn trữ lạnh được làm lạnh bằng dòng nước lạnh bằng dịng nước lạnh trước khi cho dịch sữa vào.
Hình 4.8 : Bồn trữ lạnh 4.6. Thiết bị đồng hóa
Dịng sản phẩm sữa sau khi được nâng nhiệt độ lên đến 70- 750C ta đưa vào thiết bị đồng hóa bởi 1 pittơng của bơm cao áp. Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương lên đến 200 bar tại đầu khe hẹp. Lúc này tốc độ chuyển động của nhũ tương sẽ tăng lên và q trình đồng hóa xảy ra. Sau khi đi qua khe hẹp thứ nhất các hạt phân tán trong bị phá vỡ và giảm kích thước. Tuy nhiên chúng có thể được kết dính với nhau và tạo thành chùm hạt, việc thực hiện giai đoạn đồng hóa tiếp theo nhằm làm các chùm hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ, chống lại hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quan hệ nhũ tương sau này. Sau khi kết thúc q trình đồng hóa dịng sản phẩm được đưa ra ngồi cũng nhờ bơm cao và hệ thống đối áp.
[TL CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA] GVHD : ThS LÊ VĂN NHẤT HỒI Hình 4.9 : Thiết bị đồng hóa 1- Motor chính 2- Bộ truyền đai 3- Đồng hồ đo áp suất 4- Trục quay 5- Pittông 6- Hộp pittơng 7- Bơm 8- Van 9- Bộ phận đồng hóa
Hình 4.10: Cấu tạo bộ phận đồng hóa
1- Bộ phận sinh lực thuộc hệ thống tạo đối áp 2- Vòng đập
3- Bộ phận tạo khe hẹp
4- Hệ thống thủy lực tạo đối áp 5- Khe hẹp
Máy đồng hóa gồm hai bộ phận chính bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp. Áp suất đồng hóa khoảng 200 bar đồng hóa sữa ở nhiệt độ 60- 850C.
Nguyên lý hoạt động: sữa sau khi được nâng nhiệt độ lên đến 70-750C sẽ đưa vào q trình đồng hóa. Thiết bị đồng hóa sử dụng áp cao gồm hai bộ phận chính: Bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp.
Bơm pittông cao áp được vận hành bởi động cơ điện thông qua một cực quay và hệ thống truyền động tịnh tiến của pittông. Các pittông chuyển động trong xilanh ở áp cao. Đầu tiên, mẫu nguyên liệu sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương lên đến 200 bar tại đầu vào của khe hẹp. Lúc này tốc độ chuyển động của nhũ tương sẽ tăng lên và q trình đồng hóa sẽ diễn ra. Sau khi qua khe hẹp thứ nhất các hạt phân tán trong bị phá vỡ và giảm kích thước. Tuy nhiên chúng có thể được kết dính với nhau và tạo thành chùm hạt, việc thực hiện giai đoạn đồng hóa tiếp theo nhằm làm các chùm hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ, chống lại hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quản hệ nhũ
[TL CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA] GVHD : ThS LÊ VĂN NHẤT HOÀI
4.7. Thiết bị trao đổi nhiệt ( Tiệt trùng UHT) Cấu tạo: Cấu tạo:
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỉ gồm nhiều tấm bản mỏng hình chữ nhật ghép lại với nhau có độ dày rất mỏng và được làm bằng thép khơng rỉ. Mỗi tấm bản có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt.
Hình 4.11 : Hệ thống UHT
Ngun tắc hoạt động: q trình truyền nhiệt có thể thực hiện theo 2 phương pháp Tiệt trùng trực tiếp:
Quá trình tiệt trùng được tiến hành trực tiếp bằng hơi kết hợp với thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản. Theo sơ đồ này, sữa có nhiệt độ 40C từ thùng cân bằng 1 đi qua bơm 2 vào ngăn hoàn nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bảng 3 và được nâng nhiệt lên 800C. Áp suất của sữa được nâng lên 4 bar bằng bơm 4 và đi qua injector 5. Hơi nóng nâng nhiệt độ của sữa lên khoảng 1400C ( với áp suất 4 bar sẽ ngăn không làm sữa bị sôi và giữ nhiệt độ này vài giây ở ống lưu nhiệt 6. Quá trình làm lạnh nhanh xảy ra ở tháp 7,
ở đó chân khơng được điều chỉnh bởi bơm 8 sao cho lượng hơi nước bốc đi cân bằng với lượng hơi nước đã dùng để tiệt trùng.
4.8. Thiết bị trao đổi nhiệt (Thanh trùng dạng bản mỏng)
Hình 4.12 : Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
Nguyên lý hoạt động: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm kim loại song song ghép chặt
với nhau tạo thành 5 khu vực trao đổi nhiệt riêng biệt.
Hai vỉ liên tiếp ngăn cách nhau bằng một tấm kim loại gọi là tấm nối. Ngồi cùng thiết bị có 2 tấm kim loại dày hơn, to hơn tấm nối, gồm tấm khung được hàn chặt, bắt ốc vào bộ khung và tấm chịu áp. Các tấm truyền nhiệt gián tiếp qua tấm kim loại mỏng giữa 2 dòng lưu chất chuyển động ngược chiều theo 2 cơ chế:
[TL CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA] GVHD : ThS LÊ VĂN NHẤT HOÀI Các tấm kim loại trao đổi nhiệt có 4 lỗ trịn ở 4 góc tạo đường dẫn cho lưu chất chạy qua
4.9. Thiết bị làm lạnh
Hình 4.12 : Thiết bị làm lạnh
Cơng dụng: Sữa sau khi được thanh trùng xong được làm lạnh ở nhiệt độ 4oC nhờ thiết bị làm lạnh. Sau đó được chuyển sang bồn thành phẩm chờ rót.
4.10. Thiết bị rót và đóng gói
Để bảo quản sản phẩm trong thời gian dài sản phẩm cần được bao gói vơ trùng và đảm bảo thể tích phù hợp với người tiêu dùng. Vì vậy, thiết bị rót và đóng gói có vị trí quan trọng trong sản xuất.
Ngun tắc hoạt động: cuộn giấy bao bì được di chuyển lên phía trên từ sau máy qua hệ thống các con lăn. Đầu phun mối hàn SA hàn stip lên mép của giấy vật liệu bao gói. Strip có hai chức năng làm chặt mối ghép dọc LS và ngăn sản phẩm không tiếp tục di chuyển lên bồn peroxide. Tại đây trên bề mặt tiếp xúc thực phẩm của vật liệu bao gói được tráng một lớp peroxide mỏng và loại bỏ lượng peroxide dư bằng con lăn ép peroxide.
Trong khi di chuyển xuống, vật liệu bao gói được hàn dọc tại đầu phun mối hàn LS để tạo thành một ống giấy kín, peroxide trên bờ mặt tiếp xúc sẽ được sấy khô bằng nhiệt.
Lúc này, ống giấy đã được tiệt trùng và sản phẩm được phép rót vào. Sản phẩmđược cung cấp bởi ống rót, đầu rót của ống rót dưới mực sản phẩm để giảm nguy cơ tạo bọt. Ống giấy sau khi rót sản phẩm được hệ thống ngàm định dạng thành hộp và phát xung hàn để tạo thành một hộp thành phẩm. Hệ thống ngàm gồm hạ cặp ngàm ép và hàn liên tục kéo vật liệu bao gói chạy qua liên tục trong thiết bị rót.
4.11. Bao bì sữa
4.11.1. Các lớp bao bì
Để bao gói sữa tiệt trùng và thanh trùng, bao bì phải được cấu tạo tối thiểu 6 lớp vật liệu như sau (tính từ ngồi vào trong) :
– Polyethylene: có tác dụng chống thấm nước. fgf –hh –Giấy: để in các thông tin của sản phẩm lên bao bì. –Carton: tạo độ cứng cho bao bì.
–Polyethylene: để kết nối phần carton với giấy.
–Giấy nhơm: có tác dụng ngăn ngừa ánh sáng từ mơi trường bên ngoài tác động đến sản phẩm, ngăn ngừa sự khuếch tán của nước và các cấu tử khác.
–Polyethylene: giúp cho việc hàn kín bao bì dễ dàng bằng phương pháp ép nhiệt. Ngoài trừ lớp carton, các lớp cịn lại có độ dày rất mỏng, xấp xỉ 20 µm. Riêng lớp giấy nhơm có độ dày mỏng hơn nữa. Điểm khác nhau giữa bao bì giấy dành cho sữa tiệt trùng và bao bì giấy dành cho sữa thanh trùng là ép sát bên trong lớp giấy có đến hai lớp polyethylene mỏng được ngăn cách nhau bởi một lớp nhôm. Cấu trúc này giúp ngăn cản triệt để ánh sáng và oxy khơng khí từ mơi trường bên ngồi có thể xâm nhập vào bên trong hộp. Chính vì thế mà sản phẩm có thể bảo quản ở nhiệt độ phịng trong thời gian dài.
4.11.2. Đặc tính của các lớp vật liệu của bao bì:
– Polyethylene (PE): Polyethylene được sản xuất từ sự trùng hợp khí ethylene ( C2H4) tạo thành mạch polymer ( - CH2 – CH2 -)n.
Được phân thanh 3 nhóm chính:
LDPE- low density polyethylene : 0.91- 0.925g/cm3
[TL CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA] GVHD : ThS LÊ VĂN NHẤT HOÀI
HDPE- high density polyethylene : 0.941- 0.965g/cm3
LLDPE-linear low density polyethylene : 0.92g/cm3
Hai loại PE thường dùng trong bao bì nhiều lớp: LDPE và HDPE. Bảng đặc điểm:
LDPE : Trong nhưng có ánh hơi mờ, độ bóng bề mặt khá cao. Bị kéo dãn và dễ đứt dưới tác dụng của lực. Tính chịu nhiệt: Tnc = 93oC Tmin = -57oC Thàn = 120 – 150oC.Khả năng chống lại các tác nhân: Chống thấm nước tốt, Chống thấm các khí O2, CO2, N2 và hơi nước ké, Chống thấm dầu mỡ kém. Bền đối với acid, kiềm và muối vô cơ. Bị hư hỏng trong dung môi hữu cơ. Khi bị chiếu xạ thì trở nên vàng, trong suốt, giịn. Khả năng in ấn trên bao bì: kém. Ứng dụng: Dùng làm bao bì cho thủy sản lạnh đơng, Dùng làm lớp trong cùng bao bì nhiều lớp vì dễ dàng hàn dán nhiệt, Túi đựng vật phẩm các loại một cách tạm thời.
HDPE : Trong mờ, kém mềm dẻo hơn LDPE, tính cũng vững cao. Có tính chất cơ lý cao. Tnc = 121oC Tnc = -46oC Tnc = 140=150oC. Chống thấm nước tốt, Chống thấm các khí O2, CO2, N2 và hơi nước tốt.. Chống thấm dầu mỡ cao hơn. Bền đối với acid, kiềm và muối vô cơ. Bị hư hỏng trong dung mơi hữu cơ. Khi bị chiếu xạ thì trở nên vàng, trong suốt, giịn. Có thể dùng làm bao bì cho sản phẩm lạnh đơng. Làm lớp ngồi của bao bì dạng túi ghép nhiều lớp, hoặc tạo hình các loại ly, chén. Lọ bình chứa các loại vật phẩm cần thanh trùng.
Giấy nhôm: Một đặc điểm quan trọng của nhôm là chống được tia cực tím do đó nhơm được dùng ở dạng lá nhơm ghép với các vật liệu khác như plastic để bao gói thực phẩm, chống thốt hương, chống tia cực tím. Nhơm được sử dụng làm bao bì thực phẩm có độ tinh khiết từ 99-99,8%. ở dạng lá, nhơm có thể có độ dày như sau: 7,9,12,15,18 µm.
4.11.3. Bao bì tetrabrik:
Bao bì tetrabrik được đóng thực phẩm theo phương pháp tetrapak là loại bao bì màng ghép rất nhẹ nhằm mục đích vơ trùng, đảm bảo chất lượng tươi ban đầu cho nguyên cho sản phẩm giàu dinh dưỡng, vitamin từ nguồn ngun liệu. Bao bì nhẹ,có tính bảo vệ