Hình 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng
Chiết rót Bảo quản Thành phẩm Chai HDPE Màng co Nắp, màng siêu Xử lý nhiệt In hạn sử dụng Gia nhiệt Phối trộn Đồng hóa Thanh trùng Nguyên liệu Đƣờng, phụ gia Làm lạnh
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 25 SVTH: Nhóm sinh viên
3.2. Thuyết minh quy trình sản xuất 3.2.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu là yếu tố đầu tiên quan trọng ảnh hƣởng tới chất lƣợng sản phẩm. Chất lƣợng của sữa tƣơi nguyên liệu chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố nhƣ thức ăn, chu kỳ vắt sữa, giống, tình trạng sức khỏe, quá trình bảo quản và vận chuyển,… Do đó, để đảm bảo chất lƣợng sữa bò tƣơi nguyên liệu sau khi thu mua từ các hộ gia đình chăn nuôi thì đƣợc lọc, kiểm tra chất lƣợng, làm lạnh và bảo quản ở nhiệt độ 2 – 4º
C trong bồn chứa nguyên liệu.
Hình 3.2. Bồn chứa nguyên liệu
Nguyên lý hoạt động:
Sữa đƣợc đƣa vào bồn chứa nguyên liệu, đƣợc trộn đều trong máy bởi cánh khuấy. Nƣớc muối sẽ đƣợc dẫn từ hệ thống làm lạnh hai cấp vào lớp vỏ bên ngoài để làm lạnh cho sữa.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 26 SVTH: Nhóm sinh viên
Bảng 3.1. Các chỉ tiêu chất lƣợng đối với sữa tƣơi nguyên liệu
Tên chỉ tiêu Yêu cầu
Màu sắc Màu trắng ngà đặc trƣng của sữa
Mùi vị Không đắng, không mặn, có mùi thơm đặc trƣng, vị ngọt.
Trạng thái Dịch thể đồng nhất, không có tạp chất lạ có thể nhìn thấy đƣợc.
pH 6,6
Tỷ trọng 1,026 – 1,033
Hàm lƣợng chất béo ≥ 3,2 g/100ml sữa tƣơi
Hàm lƣợng chất khô ≥ 11,5 %
Độ nhớt 1,8 cP
Tổng số vi sinh vật hiếu
khí trong 1 ml sữa < 5.10
5
3.2.2. Quá trình gia nhiệt
Mục đích: chuẩn bị
Gia nhiệt là quá trình nâng nhiệt độ của sữa nguyên liệu làm giảm độ nhớt của sữa giúp cho các quá trình phối trộn đƣợc dễ dàng hơn.
Các biến đổi của nguyên liệu:
+ Vật lý: nhiệt độ tăng, tỷ trọng giảm, độ nhớt giảm. + Sinh học: một số vi sinh vật bị tiêu diệt.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 27 SVTH: Nhóm sinh viên Thông số công nghệ:
Nhiệt độ của sữa nguyên liệu ban đầu: 4o C Nhiệt độ sữa sau gia nhiệt: 60o
C Áp suất hơi nƣớc: 2at
Vận tốc hơi nƣớc: 40m/s
Tốc độ quay của cánh khuấy: 15 vòng/ phút
Kích thƣớc ống hình trụ trong: Dtr= 600mm, dày = 9mm, h = 2000mm Kích thƣớc ống hình trụ ngoài: Dtr= 750mm, dày = 9mm, h = 2000mm Thiết bị: thiết bị gia nhiệt dạng ống lồng ống.
Cấu tạo: Bồn gia nhiệt gồm hai ống hình trụ đồng trục đƣợc bịt kín hai đầu, có đƣờng kính khác nhau và đƣợc đặt lồng vào nhau, chế tạo hoàn toàn bằng thép không rỉ có trang bị hệ thống cấp hơi để gia nhiệt, có nhiệt kế để đo nhiệt độ và đồng hồ để đo áp suất trong bồn.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 28 SVTH: Nhóm sinh viên
Hình 3.4. Mặt cắt thiết bị gia nhiệt
Nguyên lý hoạt động:
Sữa đƣợc bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía trên đỉnh thiết bị và đƣợc tháo ra khỏi thiết bị từ phía đáy, còn tác nhân nhiệt sẽ đi vào khoảng trống giữa hai lớp vỏ áo. Khi trục đỡ xoay các thanh khuấy hoạt động sẽ giúp đảo trộn đều sản phẩm trong quá trình gia nhiệt. Nguyên liệu sữa trong bồn chuyển động lên tuần hoàn nhờ hệ thống cánh khuấy nên nhiệt đƣợc phân bố đều. Khi nhiệt độ của sữa trong bồn gia nhiệt từ 40°C - 50°C thì sữa đƣợc bơm qua thiết bị phối trộn.
3.2.3. Quá trình phối chế
Mục đích: hòa tan phụ gia vào sữa để tạo ra sản phẩm đồng nhất, làm tăng giá trị cảm quan, hƣơng vị cho sản phẩm.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 29 SVTH: Nhóm sinh viên Các yếu tố ảnh hƣởng
Nhiê ̣t đô ̣
Nhiệt độ phối trộn càng cao thì độ nhớt của dịch huyền phù sữa và đƣờng giảm nên các cấu tử càng dễ phân bố đồng đều vào nhau. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao có thể gây nên các biến đổi nhƣ: phản ứng carame, phản ứng maillard làm mất màu của sữa.
Loại thiết bị và cánh khuấy thực hiện quá trình phối trộn
Tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu phối trộn mà chọn thiết bị và cánh khuấy phù hợp. Đối với nguyên liệu là sữa thì ngƣời ta thƣờng sử dụng thiết bị phối trộn có cánh khuấy mái chèo.
Các biến đổi trong quá trình phối trộn
Vật lý: sự tƣơng tác giữa các cấu tử tạo thành dung dịch đồng nhất. Hóa học : quá trình phối trộn không gây ra những biến đổi hóa học đáng kể nhƣng nếu phối trộn ở nhiệt độ quá cao sẽ xảy ra phản ứng caramel hoặc maillard làm mất màu đặc trƣng của sữa.
Sinh ho ̣c: các biến đổi sinh học không đáng kể. Tuy nhiên nếu thời gian phối trộn kéo dài thì hệ vi sinh vật có sẵn trong bản thân nguyên liệu sẽ phát triển hoặc hệ vi sinh vật bên ngoài có thể xâm nhập vào.
Thông số công nghệ Nhiệt độ phối trộn : 50o
C Thời gian phối trộn : 10 phút Thiết bị
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 30 SVTH: Nhóm sinh viên
Hình 3.5. Thiết bị phối trộn
Bồn phối trộn có dạng hình trụ đứng, có nắp đậy, đáy hình nón, đƣợc làm bằng inox và bên trong có cánh khuấy (hình 3.6)
Nguyên lý hoạt động:
Sữa đƣợc bơm qua bồn phối trộn theo ống dẫn từ phía trên và đƣợc trộn đều trong máy bởi bộ phận cánh khuấy. phụ gia đƣợc bổ sung trực tiếp vào sữa với tỉ lệ nhất định, khi cánh khuấy quay sẽ trộn đều phụ gia và sữa.
3.2.4. Qúa trình đồng hóa
Mục đích:
Chuẩn bị: làm giảm kích thƣớc của các hạt cầu béo và phân bố đều trong hệ nhũ tƣơng giúp quá trình thanh trùng diễn ra tốt hơn.
Bảo quản: hạn chế đƣợc hiện tƣợng tách pha, tăng độ đồng nhất của sữa và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 31 SVTH: Nhóm sinh viên Hoàn thiện: đồng hóa làm phân bố đều các hạt thuộc pha phân tán trong pha lien tục của nhũ tƣơng và huyền phù. Do đó, độ đồng nhất của sản phẩm sẽ gia tăng, đồng thởi cải thiện một số chỉ tiêu cảm quan nhƣ trạng thái, vị…
Biến đổi của nguyên liệu:
+ Vật lý: kích thƣớc của các hạt cầu béo trong sữa sẽ giảm đi, nhiệt độ của sữa sẽ tăng nhẹ do tác động của áp suất .
Hóa lý: diện tích bề mặt giữa hai pha dầu và nƣớc trong hệ nhũ tƣơng sẽ gia tăng, từ đó sẽ tăng sức căng bề mặt của các hạt cầu béo trong hệ huyền phù sữa
Yếu tố ảnh hƣởng:
Kích thƣớc các hạt cầu béo và hàm lƣợng chất béo:
Các hạt cầu béo có kích thƣớc càng nhỏ thì độ ổn định của sữa càng cao. Ngoài ra hàm lƣợng chất béo trong sữa càng nhỏ thì thì quá trình đồng hóa càng dễ dàng và sữa càng có độ đồng nhất cao.
Nhiệt độ:
Khi tăng nhiệt độ, các phân tử sẽ chuyển động nhanh hơn nên độ nhớt, sức căng bề mặt và năng lƣợng bề mặt đều giảm, do đó việc phá vỡ các hạt cầu béo sẽ dễ dàng hơn. Nhƣng nếu nhiệt độ đồng hóa quá cao có thể làm xảy ra một số phản ứng nhƣ phản ứng oxy hóa chất béo, phản ứng phân hủy làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng sản phẩm.
Áp suất:
Khi sử dụng phƣơng pháp đồng hóa áp lực cao, nếu tăng giá trị áp suất trong một giới hạn nhất định thì càng làm giảm đáng kể kích thƣớc của các hạt cầu mỡ. Tuy nhiên việc tăng áp lực đồng hóa sẽ làm tăng chi phí năng lƣợng của quá trình và giá thành thiết bị sử dụng.
Thông số công nghệ:
Nhiệt độ của sữa đầu vào: 60º C
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 32 SVTH: Nhóm sinh viên Nhiệt độ của sữa đầu ra: 65º
C Áp suất: 200 bar
Thời gian đồng hoá: 15 s
Thiết bị: sử dụng thiết bị đồng hóa sữa bằng áp lực cao, một cấp.
Cấu tạo: thiết bị có dạng hình hộp đứng, gồm một bơm piston để đƣa nguyên liệu vào máy, một khe hẹp và một hệ thống thủy lực.
Hình 3.6. Máy đồng hóa
Hình 3.7. Các bộ phận chính trong thiết bị đồng hóa sử dụng áp lực cao
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 33 SVTH: Nhóm sinh viên
Nguyên lý hoạt động:
Hệ phân tán sẽ đƣợc piston đƣa vào thiết bị đồng hóa và tăng áp lên rất cao 200 250 bar tại đầu của khe hẹp (5). Ngƣời ta sẽ tạo nên một đối áp lên hệ phân tán bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp đƣợc tạo ra bởi bộ phận sinh lực (1) và bộ phận tạo khe hẹp (3). Đối áp này đƣợc duy trì bởi một thủy lực sử dụng dầu. khi đó, áp suất đồng hóa sẽ cân bằng với áp suất tác động lên piston thủy lực.
Bộ phận tạo khe hẹp (3) đƣợc thiết kế và chế tạo một góc nghiêng 50 trên bề mặt để gia tốc hệ phân tán theo hƣớng vào khe hẹp đồng thời tránh sự ăn mòn các chi tiết máy. Vòng đập (2) đƣợc gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) sao cho mặt trong của vòng đập vuông góc với dòng chảy của hệ phân tán khi rời khe hẹp. Nhờ đó mà các hạt phân tán va vào vòng đập và bị giảm kích thƣớc.
3.2.5. Thanh trùng
Mục đích: làm vô hoạt bất thuận nghịch các enzyme và ức chế hệ vi sinh vật có trong sữa nhằm kéo dài thời gian bảo quản.
Biến đổi của nguyên liệu:
Vật lý: nhiệt độ của sữa tăng, độ nhớt giảm, đồng thời giảm thể tích. Hóa học: do nhiệt độ tăng nên sẽ thúc đẩy một số phản ứng hóa học trong sữa nhƣ phản ứng maillard giữa đƣờng khử và các acid amin tạo ra nhóm
1.Bộ phận sinh lực thuộc hệ thống đối áp 2.Vòng đập
3.Bộ phận tạo khe hẹp
4.Hệ thống thủy lực tạo đối áp 5.Khe hẹp
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 34 SVTH: Nhóm sinh viên sản phẩm melanoidine, phản ứng phân hủy vitamin đặc biệt là vitamin C, phản ứng oxy hóa chất béo, phản ứng thủy phân. Tuy nhiên do thời gian thanh trùng rất ngắn nên các biến đổi đó là không đáng kể.
Sinh học: nhiệt độ cao sẽ làm cho quá trình trao đổi chất của các tế bào sinh vật ngừng lại, các vi sinh vật trong sữa sẽ bị tiêu diệt hoặc ức chế.
Hóa sinh: nhiệt độ cao sẽ làm biến tính các enzyme có mặt trong sữa, do đó chúng sẽ bị vô hoạt.
Thông số công nghệ:
Thời gian thanh trùng: 15 s
Nhiệt độ nguyên liệu đầu vào: 650 C Nhiệt độ nguyên liệu đầu ra: 850
C
Kích thƣớc ống xoắn ruột gà: Dtr=20mm, dày = 9mm, 71 vòng xoắn Thiết bị: sử dụng thiết bị thanh trùng dạng ống xoắn ruột gà.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 35 SVTH: Nhóm sinh viên
Hình 3.9. Mặt cắt thiết bị thanh trùng
Cấu tạo:
Thiết bị có ống xoắn ruột gà đƣợc đặt ở khoảng giữa hai ống trụ đứng của thiết bị gia nhiệt, đƣợc làm bằng thép không rỉ.
Nguyên lý hoạt động:
Sữa sau khi đồng hóa đƣợc bơm vào bên trong ống xoắn ruột gà từ phía đáy thiết bị và đƣợc tháo ra khỏi thiết bị từ phía trên đỉnh. Hơi đốt gia nhiệt sẽ đi vào khoảng trống giữa hai ống hình trụ cấp nhiệt cho sữa bên trong ống xoắn ruột gà. Khi nhiệt độ của sữa trong bồn đạt độ nóng cần thiết cho quá trình thanh trùng (85oC) sẽ đƣợc chuyển qua thiết bị làm lạnh.
3.2.6. Làm lạnh
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 36 SVTH: Nhóm sinh viên Làm giảm nhiệt độ của sản phẩm xuống đến giá trị từ 2 – 40C nhằm làm giảm cƣờng độ của các biến đổi về hóa học, hóa và sinh học để kéo dài thời hạn sử dụng của sữa.
Thông số công nghệ: Nhiệt độ đầu vào: 850
C Nhiệt độ đầu ra: 40
C Môi chất lạnh: R22
Chất tải lạnh: nƣớc muối.
Hình 3.10. Thiết bị làm lạnh
Thiết bị:
Cấu tạo: gồm bình trung gian, hệ thống trao đổi nhiệt, quạt làm mát, tháp tản nhiệt.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 37 SVTH: Nhóm sinh viên
Nguyên lý hoạt động:
Sữa sau khi thanh trùng đƣợc dẫn theo các ống tới thiết bị trao đổi nhiệt. Ở đây nƣớc muối sau khi đƣợc làm lạnh nhờ môi chất R22 sẽ tiếp xúc gián tiếp với ống dẫn sữa. Sữa đƣợc làm lạnh và dẫn tới giai đoạn chiết rót. Còn nƣớc muối sau khi tiếp xúc với sữa sẽ tăng nhiệt độ nên đƣợc dẫn qua tháp tản nhiệt nhờ hệ thống quạt sau đó đƣợc tiếp tục sử dụng, hệ thống lạnh 2 cấp có tháp tản nhiệt.
Hình 3.11. Hệ thống làm lạnh
3.2.7. Qúa trình chiết rót
Mục đích: hoàn thiện
Chiết rót sản phẩm vào bao bì theo thể tích hay khối lƣợng xác định để dễ dàng kiểm soát số lƣợng, vận chuyển và phân phối. Đồng thời ngăn chặn đƣợc
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 38 SVTH: Nhóm sinh viên sự xâm nhập của vi sinh vật hay sự nhiễm bẩn từ môi trƣờng bên ngoài vào sản phẩm nhằm tăng thời gian bảo quản.
Các biến đổi nguyên liệu:
Quá trình rót sản phẩm vào bao bì không làm xảy ra các biến đổi do đƣợc thực hiện trong điều kiện vô trùng.
Phƣơng pháp thực hiện: đƣợc thực hiện trong điều kiện vô trùng.
Yêu cầu: bao bì chứa đựng phải làm bằng nguyên liệu không gây ảnh hƣởng tới sản phẩm.
Sau khi chiết rót bao bì phải đƣợc đóng nắp ghép mí kín để phân cách môi trƣờng trong và ngoài sản phẩm sao cho vi sinh vật từ ngoài môi trƣờng không xâm nhập vào đƣợc, đảm bảo sản phẩm không bị hƣ hỏng.
Thông số công nghệ: Dung tích chiết: 100 - 500ml Sản lƣợng chiết: 2400 - 8000chai/h Độ sai số: ±1% Áp lực chiết: 0,8Mpa.x Thiết bị : Hình 3.12. Thiết bị chiết rót
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 39 SVTH: Nhóm sinh viên
Nguyên lý hoạt động:
Chai nhựa sau quá trình kiểm tra sẽ đƣợc đặt lên băng tải đƣa đến máy rót chai. Thiết bị dựa trên nguyên lý hoạt động 1 pittông. Chai nhựa đƣợc cố định bằng những thanh kim loại, để các vòi chiết hạ xuống vào các miệng chai. Khi miệng chai tiếp xúc với cơ cấu rót định mức sẽ tạo áp lực đẩy làm mở van và dòng sữa sẽ tự động chảy xuống các chai. Sản phẩm đƣợc rót định lƣợng nhờ hệ thống điều chỉnh khoảng giữa của pittông (khoảng cách này chính là thể tích của chai cần đóng). Quá trình chiết rót kết thúc khi toàn bộ lƣợng sữa trong pittông chảy xuống chai và sau đó hệ thống bơm tự động sẽ tiếp tục hút sữa vào các pittông. Lƣợng chiết rót lớn hay nhỏ phụ thuộc hành trình của pittông. Tấm bản điều khiển bên phải máy cho phép điều khiển hành trình pittông để thay đổi lƣợng chiết rót. Sau quá trình rót định lƣợng sản phẩm đƣợc đƣa qua thiết bị đóng nắp và hoàn thiện sản phẩm.
3.2.8. Bảo quản sản phẩm
Sản phẩm sữa sau thanh trùng đƣợc bảo quản ở nhiệt độ lạnh 0 – 40 C nhằm ức chế vi sinh vật và giảm tốc độ các phản ứng để tăng thời gian bảo quản. Thời gian sử dụng của sữa thanh trùng thƣờng là 10 – 12 ngày.
GVHD: Nguyễn Ngọc Hiểu 40 SVTH: Nhóm sinh viên
3.2.9. Tiêu chuẩn cho sữa thành phẩm 3.2.9.1. Cảm quan 3.2.9.1. Cảm quan
Bảng 3.2. Chỉ tiêu cảm quan
STT Chỉ tiêu Yêu cầu
1 Màu sắc Màu đặc trƣng của sản phẩm
2 Mùi, vị Mùi, vị đặc trƣng của sản phẩm, không có mùi, vị lạ 3 Trạng thái Dịch thể đồng nhất
3.2.9.2. Hóa lý
Bảng 3.3. Chỉ tiêu hóa lý
3.2.9.3. Vi sinh
Bảng 3.4. Chỉ tiêu vi sinh
Tên chỉ tiêu Mức tối đa (cfu/ml)
1. Tổng số vi sinh vật hiếu khí 30.000
2. Coliforms, số vi khuẩn trong 1 ml sản phẩm 10 3. E.Coli, số vi khuẩn trong 1 ml sản phẩm 0 4. Salmonella, số vi khuẩn trong 25 ml sản phẩm 0