Quy trình và thiết bị sản xuất kem

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man 3 Chat béo: Chất béo là thành phan chủ yếu tham gia vào cấu trúc của kem, có thể sử dụng dầu thực vật như dầu nành, dầu cải

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

MUC LUC

LTONG QUAT VỀ KEM -. -~ -~ -~-= -=-=-====z=====z===cz=z==mzcz==m=meme= 2

“> Gidi thiéu chung - 2 s*' Nguyên liéu -02-2 2 - 2

2 Phối trOn -2 - naan enna eee een 6

2 Thiét bi tao hinh, lam cttng - 16

3 Thiét bi tao vé 40 chocolate - 28

IV.SAN PHAM -ensonensnssnesssnenesnenessonenesnenecsnenennensnssnenssnssnesnenenceneneon

V.TÀI LIỆU THAM KHẢO

I TONG QUAN VE KEM

GIGI THIEU CHUNG

Ngày nay, kem là một sản phẩm được tiêu thụ rộng rãi ở mọi quốc gia, và thu hút người tiêu dùng ở mọi lứa tuổi khác nhau, nhưng ít người biết rằng kem có một lịch sử khá lâu đời Kem ăn xuất hiện ở thế kỷ thứ 4 trước công nguyên, ở các quốc gia như La

Mã, Trung Hoa phục vụ cho vua chúa bằng cách lấy đá lạnh trên các đỉnh núi cao về trộn với các loại trái cây hoặc sữa tạo thành món “kem”

Theo truyền thuyết thì Marco Polo đã mang bí quyết chế biến kem từ Trung Quốc

về Mỹ, sau này người Mỹ đã biến việc sản xuất kem thành một nên công nghệ chế

biến phát triển mạnh mẽ Năm 1946, bà Nancy Johnson người New York đã phát minh

ra một loại tủ lạnh chuyên dùng để chứa kem, máy làm kem ngày nay được mang tên

“Johnson Patent Ice-Cream Freezer”

Năm 1962, công nghệ làm kem thương mại lần dầu tiên được cấp bằng sáng chế Cùng với thời gian, ngành sản xuất kem phát triển mạnh mẽ cho ra đời nhiều dòng sản phẩm: kem hộp, kem ly, kem chocolate, kem trái cây, kem vani, kem corneto kem trổ thành món ăn tráng miệng ưa thích của cả trẻ em lẫn người lớn

Theo thống kê của Hiệp hội kem ăn thế giới, loại kem phổ biến nhất là kem vani- 29%, kế đến là kem chocolate-8.9%, kem hạt đẻ và kem đâu-5.3%, kem tổng hợp- 4.2%, kem bọc chocolate-3.9%, kem vanola kiểu Pháp-3.8%

Theo số liệu của Hiệp hội các nhà sẳn xuất sữa và các sắn phẩm từ sữa, Mỹ là quốc gia sản xuất kem ăn lớn nhất thế giơi với 61.3 triệu hectolit/năm, kế đến là Trung Quốc 23.6 triệu hectolit/năm Tuy nhiên, New Zealand lại là nước tiêu thụ kem mạnh

mẽ nhất thế giới với 26.3 triệu hecioli/năm, kế đến là Mỹ 22.5 triệu hecfoli/năm Trung bình, một người New Zealand sử đụng 26.3 lit kem/năm, trong khi đó mức tiêu thụ kem của người Trung Quốc là 1.8lit/năm Mức tiêu thụ kem trung bình của người Việt Nam là 0.3 li/năm

4 NGUYÊN LIỆU TRONG SẲN XUẤT KEM

1) Sữa và các sản phẩm từ sữa:

Tạo nên giá trị dinh đưỡng và hương vị cho kem Sữa dùng cho sản xuất kem có thể

là sữa tươi, sữa bột nguyên cream, sữa bột gầy, chất béo từ sữa như cream, bơ, hay chất

béo khan Yêu cầu quan trọng dối với sữa làm kem là phải có hàm lượng chất béo cao, lượng chất béo trong sữa là yếu tố giúp tạo nên cấu trúc đặc trưng của sản phẩm

2) Đường:

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 đụng dường saccharose, đường nghịch dao va syrup giau fructose

G Mỹ và Châu Âu còn sử đụng chất ngọt nghèo giá trị đỉnh dưỡng như sorbiiol, aspartam, polydextrose để sản xuất kem phục vụ cho người bị tiểu đường hay béo phì

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

3) Chat béo:

Chất béo là thành phan chủ yếu tham gia vào cấu trúc của kem, có thể sử dụng dầu thực vật như dầu nành, dầu cải, dầu dừa hay dầu hướng dương kết hợp với chất béo của sữa để sản xuất kem Hàm lượng đầu thực vật có thể chiếm 6-10% khối lượng kem

thành phẩm

4) Chất nhũ hóa:

Chất nhũ hóa có vai trò tăng khả năng liên kết giữa các hạt cầu béo, diều này quyết

dịnh lớn dến khả năng giữ nước của kem Trong sản xuất kem có thể sử dụng chất nhũ hóa thông dụng như lòng đỏ trứng nhưng giá thành thường khá cao, ngòai ra có các loại chất nhũ hóa khác rẻ tiền hơn như mono hay diglyceride, các ester của sorbitol hay của các phân tử đường

5) 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 tỉnh thể đá xuất hiện sẽ có kích thước nhỏ, kem trở nên đông nhất

Chất ổn định dùng cho sản xuất kem thường có bản chất protein như gelatin,

casein, albumin, globuline hay carbohydrate như agar-agar, gum arabic, CMC (carboxymethylcellulose)

6) Chất tạo hương:

Hương liệu cùng với sự tạo hình kem tạo ra sự đa dạng cho sản phẩm kem Các loại hương liệu thường sử dụng như vanilla, mùi cam, mùi sầu riêng, dâu, chocolate, mùi cà phê Chúng được trích ly từ thực vật hoặc được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học Ngoài ra, trong sắn xuất kem, người ta cũng có thể bổ sung thịt quả cắt nhỏ, các loại hạt (hỗ đào, hạnh nhân, phỉ, hạch, hồ trăn, đậu phộng, diéu ), bột cacao,

dịch chocolate Những nguyên liệu trên ngoài mục đích tạo hương còn giúp tăng giá trị đỉnh đưỡng cho kem thành phẩm

7) 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 ấy, ví dụ như kem nho cần có màu nâu đỏ, kem sầu riêng có màu vàng Nhóm chất màu tự nhiên có dộ bền màu kém hơn so với chất màu tổng hợp trong diễu kiện sản xuất công nghiệp Việc sử dụng chất màu tuân theo quy

định sử đụng phụ gia ở mỗi quốc gia

8) Nguyên liệu khác:

" Nước và không khí: Nước có tác dụng tạo tinh thể dá, tạo dộ cứng cần thiết và tạo cảm giác mát lạnh khi sử dụng sản phẩm Không khí giúp cho sản phẩm có độ mềm, xốp

IL QUY

Lớp HC04TP

Acid: việc bổ sung acid hữu cơ như acid citric, acid 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

Phụ gia chống vỉ sinh vật: thường sử dụng natri benzoat, tuy nhiên nhiều nước trên thế giới không cho phép sử dụng phụ gia này

Tinh bột: trong công thức kem của nhiều nước trên thế giới thường không

sử dụng, nhưng các nhà sản xuất kem của Việt Nam thường sử dung tinh

bột bình thường hay tỉnh bột biến tính nhằm mục đích gia tăng độ kết dính của khối kem

TRÌNH CÔNG NGHỆ

Trang 4

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

Sữa, cream, bột sữa

gây, syrup đường

Đặ que vào Kin kem

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

1) Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu được định lượng theo đúng công thức phối trộn cho mỗi loại kem sẵn xuất Nguyên liệu khô được đem cân, nguyên liệu dạng lỏng có thể cân hay đo thể tích

Có thể kết hợp lọc và bài khí sau phối trộn nhằm mục đích tăng hiệu quả truyền nhiệt, hỗ trợ quá trình đồng hóa và thanh trùng

Powder tunnel Gary Ingexients ind

-_—- ~-=

Simpte hopper device for incorporating dry ingredients into recirculating liquids

scatter tne aly er Soke

tou wh chopped ano

motor

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

Hình 1: Hệ thống bổn phối trộn của Tetra Pak

3) Đông hóa

Trong sản xuất kem, hỗn hợp nguyên liệu thường có chứa hàm lượng chất béo cao,

do vậy phải sử dụng quá trình đồng hóa nhằm làm giảm kích thước các hạt béo và phân

Hình 2: Tác nhân áp suất ảnh hưởng đến các hạt cầu béo trong hệ nhũ tương

A) Mẫu tham khảo, 141-35 kg/cm”;

B) Không đồng hoá; C) 281-35 kg/em 2 ; D) 35 kg/cm 2 x800

bổng hóa áp suất cao Đồng hóa áp suất thấp

Giúp ổn định bọt khí

và tạo sự trơn bóng bể mặt kem

Sự phân bố pha phân

tán trở nên đông đều, cấu trúc ổn định

Giảm độ nhớt Tránh hiện tượng kết tinh da

Cần chất tạo nhũ nhiều hơn

Không tác động đến sự tan chảy nhưng làm mat mat | lượng nhỏ chất béo

'Tiêu tốn năng lượng nhiều

Ap suat cao tiv 4000-30000

psi, tùy lượng béo trong khối trộn

Đặc biệt đối với khối ít béo (pha phân tán ít muốn tạo

sự đồng nhất hơn nữa thì bắt

buộc phải sử dụng phương

pháp này

Ung dung cho déng san

phẩm cao cấp, đòi hỏi chất lượng cẩm quan sâu sắc

Cao, đòi hỏi độ kết cấu

Bể mặt kem không ổn định

Sự phân bố không đồng

đều

Yêu cầu chất tạo nhũ không cao

Làm chậm sy tan chay kem

Tiết kiệm 1 phần năng

lượng

Áp suất thấp từ 500-2500

psi

Đối với khối có hàm lượng

chất khô cao và nhiều béo, sản phẩm không đòi hỏi độ

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

4) Thanh tring

Hỗn hợp nguyên liệu cần được thanh trùng để tiêu diệt hoặc ức chế hệ vi sinh vật

va enzyme, chế độ thanh trùng thường được chọn là 83-85°C trong 15 giây, hoặc thanh trùng ở 63°C trong 30 phút

Trong thực tế sản xuất 2 quá trình thanh trùng và đồng hóa thường được tiến hành xen kẽ Đầu tiên hỗn hợp nguyên liệu được dẫn vào thiết bị trao dổi nhiệt để hiệu chỉnh nhiệt độ, sau đó được đẫn vào thiết bị đồng hóa, rồi lại được quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội

5) Ú chín

Nguyên liệu sau khi thanh trùng và đông hóa được làm lạnh về 2-4°C, sau dé dem

đi ủ chín Mục đích của quá trình này là làm cho hỗn hợp nguyên liệu đạt được một số tính chất hóa lý cần thiết, chuẩn bị cho quá trình lạnh đông tiếp theo: các chất protein

sẽ được hydrate hóa hoàn toàn, một phần chất béo kết tinh, một số phân tử protein sẽ hấp phụ lên bể mặt tiếp xúc pha giữa các hạt cầu béo và pha liên tục Kết quả làm cho kem thu được sau quá trình lạnh dông sẽ có cấu trúc mịn và đồng nhất

Quá trình ủ chín được thực hiện trong thiết bị vỏ áo trong 4-24 giờ, ở nhiệt độ 2- 4°C Lớp vỏ áo bên ngoài có tác dụng làm lạnh và cách nhiệt, hạn chế sự tốn thất năng lượng, bên trong thiết bị có cánh khuấy hoạt động liên tục, khuấy chậm và dều dặn

Hình 3: Thiết bị ủ chín

6) Lạnh đông sơ bộ

Quá trình này có hai mục đích quan trọng:

Thổi một lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thể tích của chúng

Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp để tạo các tính thể đá với kích thước thật

nhỏ và đồng nhất, đồng thời phân bố đều các tinh thé đá này trong hỗn hợp

Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm mà lượng không khí thổi vào hỗn hợp là khác nhau Thông thường, thể tích hỗn hợp sau khi nạp không khí tăng từ 80-100% Các bọt khí thật mịn xuất hiện trong kem sẽ tạo nên cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm Không khí được sử đụng trong sản xuất kem cần được xử lý bởi hệ thống lọc nhằm loại các tạp chất như bụi và vi sinh vật nhằm đảm bảo chất lượng của kem thành phẩm

Trong giai đoạn lạnh đông sơ bộ có khoảng 30-70% lượng nước kết tỉnh, tuỳ theo

phương pháp tạo hình kem mà người ta sẽ hiệu chỉnh tỷ lệ nước kết tinh ở giai đoạn này cho phù hợp

Sau quá trình lạnh đông sơ bộ ta thu được kem bán thành phẩm với cấu trúc rất mềm và xốp Tiếp theo tuỳ theo từng quá trình tạo hình sẽ thực hiện theo các phương pháp khác nhau, sẽ được trình bày chí tiết ở phần giới thiệu thiết bị sẵn xuất

WW GIỚI THIỆU THIẾT BỊSẢN XUẤT

1) Thiết bị làm lạnh

Lạnh đông là hạ nhiệt độ của sản phẩm xuống dưới nhiệt độ kết tinh của nước trong sản phẩm đó Có 3 phương pháp làm lạnh đông chính là:

+ Lạnh đông bằng thiết bị hoạt động theo chu trình lạnh

+ Lạnh đông bằng cách tiếp xúc với chất tải lạnh bằng kim loại

+ Lạnh đông bằng cách nhúng trong khí nén lổng

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

Trong công nghệ làm kem thì thiết bị hoạt động theo chu trình lạnh được sử dụng

phổ biến, Thiết bị này hoạt động theo chu trình lạnh gồm 4 giai đoạn:

+Giai đoạn 1: Tác nhân lạnh được máy nén khí nén dưới áp suất cao để hóa lỏng

+Giai đoạn 2: Tác nhân lạnh lỏng được cho qua thiết bị ngưng tụ để toả ẩn nhiệt (ngưng tụ) ra môi trường bên ngoài (dàn nóng)

+Giai đoạn 3: Tác nhân lạnh lỏng sau khi đi qua thiết bị ngưng tụ được cho vào van tiết lưu Khi đi qua van tiết lưu, tác nhân lạnh lỏng bị giảm áp suất đột ngột, bốc hơi

+Giai đoạn 4: Tác nhân lạnh bốc hơi trong thiết bị bốc hơi Vì quá trình này thu nhiệt nên môi trường xung quanh thiết bị bốc hơi bị mất nhiệt lượng, giảm nhiệt

độ xuống

Trong phương pháp lạnh đông bằng thiết bị hoạt động theo chu trình lạnh ta có 2

phương pháp lạnh đông kem thường được sử dụng là:

% Lạnh đông gián đoạn: lạnh đông từng lượng hỗn hợp phối trộn tại một thời điểm, liên tục tháo hỗn hợp kem ra Thiết bị lạnh đông gián đoạn thì ít phức tạp hơn so với thiết bị lạnh đông liên tục Trong mỗi mẻ thực hiện quá trình lạnh đông thì

sản phẩm được đo lường, bổ sung màu, mùi và lạnh đông riêng biệt từng phân Kiểu

lạnh đông này được chọn sử dụng khi sẩn xuất kem ở quy mô nhỏ hoặc thử nghiệm sản xuất sản phẩm trong phòng thí nghiệm Lạnh đông gián đoạn thì ít tốn kém chỉ phí lắp đặt hơn lạnh đông liên tục và nó cho phép tạo ra những sản phẩm kem có mùi đặc biệt

với thể tích nhỏ, quá trình đóng gói được thực hiện thủ công Lạnh đông gián đoạn thông thường được thực hiện trong thiết bị hình trụ nằm ngang có sức chứa nguyên liệu

từ 15-40 lit Nhiệt độ của môi chất làm lạnh thường được hạ xuống -23°C+z-29°C để hình thành những tỉnh thể đá nhỏ, tuy nhiên các tỉnh thể đá tạo ra trong sản phẩm khi

thực hiện quá trình lạnh đông gián đoạn vẫn lớn hơn so với phương pháp lạnh đông liên

Hinh 4: Thiét bi lanh đông sơ bộ hoạt động gián đoạn

* Lạnh đông liên tục là phương pháp được phát triển gần đây, phương pháp

này có thể đạt được năng suất lên đến 150-30001⁄h Phương pháp này được áp dung cho sản xuất quy mô lớn Phương thức vận hành: hỗn hợp kem được bơm liên tục vào thiết bị lạnh đông hình tru, khí sẽ được cung cấp bởi máy nén Nhiệt độ trung bình của kem khi lạnh đông liên tục là khoảng -5°C khi nhiệt độ tác nhân lạnh của dàn bay hơi ống xoắn -30°C, tại nhiệt độ này thì 40% tổng lượng nước trong kem bị đóng băng

Thiết bị lạnh đông liên tục Hoyer của tập đoàn Tetra Pak có dung tích hoạt động là 101⁄h-40001/h

% Thiết bị lạnh đông Hoyer KF

1) Thiết bị Hoyer KF được cung cấp cho những nha may san xuất kem trên quy

mô lớn, được tự động hóa và sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng cao Thiết bị Hoyer

KE thì hoàn toàn khác các thiết bị lạnh đông khác ở các yếu tố cơ bản như: toàn bộ thiết bị được làm bằng thép không rỉ, có gương quan sát để biết được quá trình lạnh

đông kết thúc, thép không rỉ chịu được sự va chạm và có thể dừng quá trình lạnh đông

XC-model là một thiết bị lạnh đông hoạt động được điểu khiển hoàn toàn tự

động Ưu điểm của thiết bị này là: dễ dàng vận hành thiết bị, có màn hình vi tính thể

hiện đề thị và các thông tin như: nhiệt độ và lưu lượng phối trộn, nhiệt độ của kem, lưu

lượng không khí, độ nhớt của kem

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

2) Thiết bị lạnh đông Hoyer Figus (gồm các model từ 200-600): là thiết bị hình trụ được làm lạnh theo chiều dọc, bể mặt được mạ Cr Một bom piston dùng để đo lượng hỗn hợp kem và lượng khí vào

The Continuous

ice Cream

`“ Freezer

Vỏ thép Lớp cách nhiệt

Lúp tài lạnh Khe thoat cho kem

Đao cạo

Que khuấy

Hình 6: Cấu trúc barrel freezer của máy lạnh đông sơ bộ Đây là một ống dài có nhiều lớp Trong đó có lớp cách nhiệt, lớp tải lạnh và phần lõi chứa hỗn hợp nguyên liệu Trong phần lõi này có cánh khuấy Ở đâu ra cầu ống còn có thêm dao cạo và các khe để đẩy kem ra ngoài Thiết bị này làm việc ở chế

độ liên tục, thời gian để nguyên liệu chảy suốt đường ống khoảng 15-20 phút Ống có thể đóng băng khoảng 50-70% nước trong nguyên liệu Hỗn hợp nguyên liệu khi đi vào ống vừa được lạnh đông, vừa được khuấy trộn kĩ Điều này làm cho các tỉnh thể đá rất

nhỏ, tạo nên độ xốp cho sản phẩm Mặt khác, do nước trong sản phẩm chưa đóng băng

hết nên nguyên liệu ra khỏi thiết bị vẫn còn độ sệt, độ mềm nhất định Vì vậy, thiết bị này còn được gọi là thiết bị lạnh đông sơ bộ Nguyên liệu ra khỏi thiết bị ở đạng paste,

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

sau đó nguyên liệu được phối trộn với mứt, trái cây miếng, đậu phộng, hạnh nhân và chuyển qua giai đoạn tạo hình

- =I

Hinh 9: san pham dang paste sau qua trình lạnh đông sơ bộ 2) Thiết bị làm cứng, tạo hình

Quy trình và thiết bị sản xuất kem GVHD: Thay Lé Van Viét Man

s* Quá trình làm cứng:

Quá trình làm cứng tạo độ vững chắc cho cấu trúc kem và tạo hình cho sản phẩm Sản phẩm kem sau khi ra khỏi thiết bị lạnh đông sơ bộ có thể được chia thành hai nhóm:

" Nhóm không cần làm cứng tạo hình: bao gồm kem hộp, kem tươi, cung cấp cho các máy bán kem lưu động, kem cung cấp cho nhà hang, nha san xuất thức ăn để bổ sung vào sản phẩm của mình Với nhóm sản phẩm này, kem sau khi làm lạnh đông sơ bộ được rót trực tiếp vào hộp, bình chứa để trong kho lạnh hay vận chuyển trực tiếp đến nơi sử đụng

" Nhóm cần làm cứng tạo hình: nhóm này gồm kem cây, các loại kem có hình dáng, kem sau khi được làm lạnh đông sơ bộ sẽ được đưa vào máy làm cứng tạo hình

Làm cứng thực chất là quá trình kết tinh hoàn toàn nước trong sản phẩm, quá trình này phải được thực hiện nhanh, tạo ra các tinh thé đá rất nhỏ; điều này làm cho kem có cấu trúc cứng chắc nhưng vẫn có độ xốp khi sử dụng

Nguyên liệu sau khi được làm lạnh đông sơ bộ được đưa qua hệ thống làm cứng

Hệ thống này có bản chất như một máy lạnh, nhiệt độ giàn lạnh có thể đạt đến -80°C, thời gian lưu của nguyên liệu không quá 2 phút, Môi chất lạnh thường sử dụng là NH¿, Nitơ lỏng hay đá khô CO;¿

Hình : Nguyên lý hoạt động của cơ cấu làm cứng

Nguyên liệu được vận chuyển trong các đường ống, môi chất lạnh hay không khí lạnh được phun trực tiếp vào khoảng không gian giữa các ống Cơ cấu tạo hình thường được tích hợp cùng với cơ cấu làm cứng thành một hệ thiết bị Có thể tạo hình rồi làm cứng hoặc ngược lại