Tổng kết về sản phẩm sữa bột

Tổng kết về sản phẩm sữa bột

1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về sản phẩm:

Sữa là loại thực phẩm rất phổ biến trên thế giới Sữa được tiêu thụ mạnhnhất ở các nước Âu Mỹ Sở dĩ sữa được ưa chuộng rộng rãi như vậy vì ngoàiviệc cung cấp năng lượng cho con người, sữa còn cung cấp nhiều chất dinhdưỡng thiết yếu như nước, đạm, đường, béo, vitamin, khoáng chất Protein sữalà loại protein hoàn hảo nên có giá trị dinh dưỡng cao

Từ sữa tươi, bằng nhiều kỹ thuật chế biến như lên men, cô đặc, sấy, lạnhđông… ta có thể sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau: sữa chua, sữa đặc, sữabột, kem, bơ, phômai… Với giá trị dinh dưỡng cao, sự đa dạng chủng loại sảnphẩm, sữa ngày càng đóng vai trò thiết yếu trong cuộc sống Ngành côngnghiệp chế biến sữa ngày càng phát triển mạnh

Ngày nay, sữa bột đã trở thành một sản phẩm quen thuộc với người tiêudùng.Trên thị trường Việt Nam hiện nay có hai nhóm sản phẩm chính: sữa bộtnguyên (whole milk powder) và sữa bột gầy (skimmilk powder) Hàm lượngchất béo của chúng tương ứng là 26 – 33% và 1% Với độ ẩm 2,5 – 5%, thờigian bảo quản sữa bột nguyên trung bình là 6 tháng, còn thời gian bảo quản sữabột gầy có thể lên đến 3 năm Đây là một ưu điểm lớn của sữa bột so với sữatươi Ngoài ra, các nhà sản xuất tiết kiệm được một phần lớn chi phí cho việcvận chuyển sữa bột do sản phẩm có khối lượng giảm đi nhiều lần khi ta so sánhvới nguyên liệu sữa tươi ban đầu

Sữa bột không những được sử dụng tại gia đình để pha chế thức uống mà cònlà nguyên liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác như:

- Trong sản xuất sữa tái chế (recombined milk) và các sản phẩm chếbiến từ sữa như sữa lên men, sữa cô đặc, kem, một số sản phẩm dinhdưỡng cho trẻ em để thay thế sữa mẹ

- Trong công nghiệp sản xuất bánh nướng

- Trong công nghệ sản xuất kẹo chocolate…

Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn thiết kế phân xưởng chế biến sữa bột với năngsuất

1.2 Chọn địa điểm xây dựng phân xưởng

Phân xưởng được chọn xây dựng tại khu công nghiệp Long Thành, tỉnh ĐồngNai Ơû đây có trang trại nuôi bò sữa An Phước Ngoài ra còn có các vùng nuôibò sữa khác ở Đồng Nai, Bình Dương và thành phố Hồ Chí Minh

-Vị trí: nằm trên quốc lộ 51, xã An Phước, huyện Long Thành, tỉnh ĐồngNai

- Diện tích khu công nghiệp: 510 ha, trong đó:

+ Đất công nghiệp: 272,3 ha

+ Khu điều hành: 20,11 ha

+ Diện tích cây xanh và công viên: 13,5 ha

+ Dịch vụ công nghiệp (cấp nước, điện, xử lý nước thải): 94,7 ha

+ Đất giao thông: 79,93 ha

+ Đất cách ly đường điện: 14,19 ha

- Có điều kiện thuận lợi để xây dựng nhà máy sữa như:

 Gần vùng nguyên liệu

 Có vị trí thuận lợi:

+ Cách trung tâm thành phố Hồ Chí Minh 44km, khi đường caotốc thành phố Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây hoàn thành thìkhoảng cách này chỉ còn 23km

+ Cách trung tâm thành phố Biên Hòa 20km+ Cách cảng Gò Dầu 23km

+ Cách cảng Sài Gòn 48km+ Cách cảng Phú Mỹ 25km+ Cách cảng Vũng Tàu 63km+ Cách sân bay Tân Sơn Nhất 32km+ Cách sân bay Long Thành 11km

- Thổ nhưỡng:

+ Độ cao trung bình so với mặt biển: 28m

+ Cường độ chịu tải của đất: 1,5 – 2,5 kg/cm2

- Khí hậu:

+ Nhiệt độ trung bình năm: 25 – 260C

+ Độ ẩm trung bình năm: 78 – 84%

+ Lượng mưa trung bình năm: 1800 – 1900mm

- Nguồn điện: lưới điện quốc gia từ nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ, thuỷ điện

Đa Mi – Hàm Thuận và trạm biến áp Long Bình 220/110 kV đảm bảo cung cấpđiện ổn định cho các nhà máy trong khu công nghiệp Long Thành Thông qua 2trạm biến thế 63MVA, điện hạ thế 22kV được kéo đến tường rào từng nhà máy

- Nguồn nước: lấy từ nhà máy nước Thiện Tân, năng suất 30000m3/ngày

- Xử lý nước thải: khu công nghiệp có nhà máy xử lý nước thải năng suất

12000 m3/ngày

Hệ thống đường ống thu gom nước thải được thiết kế riêng rẽ với hệ thốngthoát nước mưa và được kéo đến sát tường rào các nhà máy, đảm bảo thu gomtoàn bộ nước thải trong khu công nghiệp để dẫn về nhà máy xử lý nước thải

- Đường giao thông nội khu: trải bêtông nhựa tải trọng H30, đường chínhrộng 19m và 15m, có vỉa hè rộng rãi cho người đi bộ, có đèn chiếu sáng, câyxanh, thảm cỏ

- Đường ống thoát nước mưa đường kính 800 – 1000mm, xây dựng 2 bêntrục đường giao thông nội khu

- Phương tiện thông tin liên lạc: đáp ứng đầy đủ nhu cầu liên lạc trong nướcvà quốc tế: tổng đài điện tử tự động, đường truyền internet tốc độ cao, các dịchvụ bưu điện khác

- Các dịch vụ hỗ trợ cho doanh nghiệp: tài chính, ngân hàng, thương mại;thủ tục hành chính thuận tiện, nhanh chóng, dịch vụ “một cửa”

- Các tiện ích khác: xây dựng khu nhà ở cho 40000 công nhân, có chỗ ở chochuyên gia, có chợ, siêu thị, công viên cây xanh, công viên nước

- Lực lượng lao động: dồi dào

2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Sơ đồ khái quát quy trình công nghệ sản xuất sữa bột nguyên cream.

Bao bì

Chuẩn hóaSữa nguyên liệu

kali poly

phosphate,lecithi

n

2.1 Chuẩn hóa:

Quá trình tiêu chuẩn hoá là một quá trình chuẩn bị nhằm mục đích điềuchỉnh hàm lượng chất khô đồng thời ổn định thành phần chất béo có trong sữaban đầu theo yêu cầu

Quá trình tiêu chuẩn hoá không có biến đổi nào quan trọng, chủ yếu làcác biến đổi về vật lý như độ nhớt thay đổi, tỉ trọng…

2.2 Thanh trùng:

Thanh trùng nhằm mục đích tiêu diệt hoặc ức chế đến mức tối đa hoạtđộng của hệ vi sinh vật thông thường, hệ vi sinh vật gây bệnh có trong sữabằng cách sử dụng hợp lý nhiệt với điều kiện chỉ tác động ít nhất đến cấu trúcvật lý của sữa, đến sự cân bằng hóa học cũng như thành phần các enzym vàvitamin trong sữa Thanh trùng ở giai đoạn này còn nhằm mục đích chuẩn bịcho quá trình cô đặc sau đó nhờ quá trình bốc hơi nước được bắt đầu nhanh hơn

Một số biến đổi của sữa trong quá trình:

1 Biến đổi vật lý: chất béo trong sữa sẽ chảy lỏng hoàn toàn làm thay đổi

thể tích và độ nhớt của sữa, nhiệt độ sữa tăng lên

2 Biến đổi hóa học: xảy ra các phản ứng hóa học không có lợi: phản ứng

phân hủy các acid amin, phản ứng tạo màu không có lợi cho sản phẩm(phảnứng Maillard)

3 Biến đổi hóa lý và hóa sinh: một số protein hòa tan bị biến tính và

hình thành các hợp chất phức tạp với casein Nhiệt độ cao sẽ làm vô hoạt cácEnzym trong sữa

1 Biến đổi sinh học: phá hủy được các cấu trúc của các vi khuẩn gây

bệnh, làm cho sữa sau thanh trùng đáp ứng các tiêu chuẩn cho phép về vi sinh

2 2.3 Cô đặc:

3 Cô đặc là quá trình nâng cao nồng độ chất khô hoà tan trong dung dịch

bằng phương pháp bay hơi nước để tách một phần dung môi ở dạng hơi Côđặc là một quá trình hoá lý

4 Cô đặc sữa tươi là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình sấy tiếp theo nhằmmục đích giảm chi phí năng lượng vì sữa tươi có hàm lượng chất khô 10 – 15%nhưng sau quá trình cô đặc hàm lượng chất khô đạt được 40 – 50% Đồng thờinó làm giảm độ hoạt động của nước và hạn chế quá trình biến đổi các chấttrong sữa tạo điều kiện duy trì được chất lượng của sản phẩm trong một thờigian cũng như tăng độ bền vi sinh

Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình cô đặc :

Trong quá trình cô đặc, những tính chất cơ bản của nguyên liệu sẽ khôngngừng biến đổi :

a) Sự biến đổi về tính chất vật lý và hóa lý :

Khi nồng độ chất tan tăng dần, tính chất của dung dịch thay đổi tuỳ thuộcvào thời gian cô đặc như tăng độ nhớt, tăng khối lượng riêng và tăng nhiệt độsôi của dung dịch đồng thời giảm nhiệt dung của nguyên liệu Ngoài ra còn cóthể xảy ra quá trình keo tụ protein làm thay đổi sâu sắc về cấu trúc của sữahoặc phá hủy đường lactoza tạo ra một số sản phẩm làm sẫm màu sữa

b) Sự biến đổi về hoá học :

Khi cô đặc ở nhiệt độ cao , các vitamin có thể bị phân huỷ hoặc xảy racác phản ứng Melanoidin làm biến đổi màu sắc của sản phẩm

c) Sự biến đổi về sinh học :

Quá trình cô đặc làm giảm lượng nước trong nguyên liệu nên có thể hạnchế khả năng hoạt động của vi sinh vật hoặc tiêu diệt cả vi sinh vật nếu cô đặc

ở nhiệt độ cao

2.5 Sấy:

Sấy là quá trình nhằm làm mất nước của sữa Độ ẩm yêu cầu của sữa bộtsau khi sấy là 2.5 – 5% Trong điều kiện độ ẩm này thì không thể có sự pháttriển của các loài vi sinh vật Do đó, trong công nghệ sản xuất sữa bột, sấy vừađóng vai trò chế biến vừa đóng vai trò bảo quản

Những biến đổi có thể xảy ra trong quá trình sấy:

Ngoài việc làm giảm khối lượng và thể tích của sữa trong quá trìnhsấy còn có thể xảy ra các biến đổi khác :

+ Sữa bị tổn thất các chất dinh dưỡng và các cấu tử hương

+ Ở nhiệt độ cao có thể xảy ra phản ứng caramel hóa đường lactose,phản ứng Maillard … tạo mùi và màu bất lợi cho sản phẩm

2.6 Rây: sữa bột sau khi sấy sẽ được đưa vào thiết bị rây để xử lý trước khi

bao gói

2.7 Bao gói:

Sữa bột sau rây sẽ được thiết bị đóng gói.Ta sử dụng bao bì kim loại để đựngsản phẩm Yêu cầu chung về bao bì là phải hạn chế được sự tiếp xúc với ánhsáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến sữa bột

3 Cân bằng vật chất

3.1 Chọn thành phần nguyên liệu và sản phẩm

3.1.1 Chọn thành phần nguyên liệu:

A Sữa tươi:

- Hàm lượng chất khô TS = 11,5%

- Hàm lượng chất béo F = 3,5%

B Muối kali polyphosphate

- Độ ẩm W = 3%

- Tỷ lệ sử dụng 0,1% khối lượng sữa bột thành phẩm

C Lecithine

- Độ ẩm W = 3%

- Tỷ lệ sử dụng 0,1% khối lượng sữa bột thành phẩm

3.1.2 Chọn thành phần sản phẩm:

Sữa bột nguyên cream

- Hàm lượng chất khô TS = 96% ( độ ẩm W = 4%)

- Hàm lượng chất béo F = 30%

3.2 Ước lượng tổn thất qua từng công đoạn (tính theo % khối lượng)

- Tổn thất trong quá trình ly tâm:

3.3 Tính cân bằng vật chất:

Tính cân bằng vật chất cho 1000kg sữa thành phẩm

Gtp = 1000kg

Lượng chất khô Gk = 1000 x 96% =960(kg)

Lượng chất khô trong sữa trước khi đóng gói:

Lượng chất khô trong sữa sau khi cô đặc:

Mcreamdư = 4,4035:40% = 11(kg)

Lượng nguyên liệu vào phối trộn:

Lượng bán thành phẩm sau cô đặc :

Bảng 3.1: Tổng lượng nguyên liệu tiêu hao cho 1 ngày

Sữa bột nguyên kem

20000kg

Bảng 3.2: Khối lượng nguyên liệu và bán thành phẩm đi vào các thiết bị

trong quy trình sản xuất sữa bột nguyên kem.

Thiết bị Lượng nguyên liệu, bán thành phẩm

Lịch làm việc của phân xưởng:

-Năng suất 20000kg/ngày, mỗi ngày sản xuất 2 ca, mỗi ca 4 mẻ, mỗi mẻ2500kg

-Mỗi tháng làm việc trung bình 25 ngày

-Mỗi năm làm việc trung bình 300 ngày

4.1 Thiết bị gia nhiệt:

Thể tích sữa cần gia nhiệt là: 171059 : 8 = 21382,75 (l)

Tổng thời gian bơm sữa qua thiết bị gia nhiệt là 30 phút

 Năng suất thiết bị gia nhiệt = 21382,375*60

30 = 42764,75 (l/h)

- Chọn thiết bị truyền nhiệt bản mỏng Tetra Plex C10 của TetraPak

- Các thông số kỹ thuật:

+ Năng suất tối đa: 65000 l/h+ Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316+ Kích thước thiết bị: dài 1500mm, rộng 830mm, cao 2160mm+ Đường kính ống: 76mm

+ Kích thước tấm truyền nhiệt: dài 1500mm, rộng 500mm+ Bề mặt truyền nhiệt mỗi tấm: 0,62 m2

+ Bề dày mỗi tấm: 0,5 – 0,7 mm+ Công suất bơm: 2 kW

4.2 Thiết bị chuẩn hóa:

Tổng thời gian chuẩn hóa là 30 phút

Năng suất thiết bị chuẩn hóa là 171058*60

8*30 = 42764, 5 (l/h)

- Chọn thiết bị Tetra Alfast Plus của TetraPak

- Các thông số kỹ thuật:

+ Năng suất :5000 - 75000 l/h+ Kích thước thiết bị: dài 1425mm, rộng 1000mm, cao 2600mm+ Công suất:0,5 kW

+ Khối lượng thiết bị 200 kg

+ Khối lượng có bao bì vận chuyển: 430 kg

+ Thể tích : 3,3 m3

4.3 Thiết bị phối trộn:

Thời gian trộn 1 mẻ là 30 phút

Năng suất trộn là :170626*60

8*30 = 42656,5 (l/h) Chọn thiết bị phối trộn là bồn hình tru đứngï có cánh khuấy Bồn trộnthể tích 1000 l (thể tích làm việc là 600 – 800 l) vận hành ở chế độchân không để tránh tạo bọt, hấp thụ khí vào sữa

4.4 Thiết bị thanh trùng:

Thể tích sữa cần thanh trùng là: 170302 : 8 = 21287,75 (l)

Thời gian bơm sữa qua thiết bị thanh trùng là 30 phút

 Năng suất thiết bị gia nhiệt = 21287,75*60

30 = 42575,5 (l/h)

- Chọn thiết bị thanh trùng Tetra Therm Lacta 10 của TetraPak

- Các thông số kỹ thuật:

+ Năng suất thiết bị: 5000 – 45000 l/h+ Nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ:700C

+ Lượng hơi nước cần dùng (3 bar): 110 kg/h+ Công suất điện: 25 kW

+ Điện áp: 380 hoặc 400 VAC, tần số 50 Hz+ Các đường ống dẫn sữa được làm bằng thép không rỉ AISI316

4.5 Thiết bị cô đặc:

- Lượng sữa vào thiết bị cô đặc trong 1 mẻ = 170046 / 8 = 21255,75 lit

- Lượng sữa rời thiết bị cô đặc trong 1 mẻ = 33574,5 / 8 = 4196,81 lit Thời gian cô đặc 1 mẻ là 1h30

 Năng suất sữa vào thiết bị cô đặc = 21255,75*60

90 = 14170 l/h

-Đặt hàng thiết bị cô đặc Flash Cooler của APV

- Các thông số :

+ Năng suất thiết bị: 15000 l/h+ Nồng độ sữa vào tháp cô đặc: 11,5%

+ Nồng độ sữa rời tháp cô đặc: 50%

4.6 Thiết bị đồng hóa:

Thời gian đồng hóa là 30 phút

Năng suất đồng hóa là 33557,5*60

8*30 = 8389,375 (l/h) Đối với sản xuất sữa bột, chọn áp lực đồng hoá cấp 1 là 200 bar,cấp 2 là 50bar

- Chọn thiết bị đồng hoá Tetra Alex 25 của TetraPak vận hành ở áp

lực 200 bar với năng suất tối đa10000 l/h

- Các thông số kỹ thuật:

+ Công suất động cơ N = năng suất*áp lực đồng hoá/30600 =

- Thông số khi vận chuyển thiết bị:

+ Khối lượng thiết bị 1695 kg, khối lượng động cơ 2285 kg + Khối lượng bao bì vận chuyển: 500kg

+ Thể tích : 9,2 m3

4.7 Thiết bị sấy phun:

Thời gian sấy phun là 1,5h

Năng suất sấy phun là:40233 26822

1,5  (kg/h)

Đặt hàng thiết bị sấy phun FILTERMAT.

Thông số :

+Độâ ẩm nguyên liệu vào 50%

+Độ ẩm thành phẩm 4%

+Năng suất: 30000 kg/h

4.8 Bồn trung gian

- Chọn bồn chứa Tetra Alsafe SV của TetraPak

- Các thông số kỹ thuật:

+ Dung tích bồn: 7000 lit

+ Lượng hơi nước 1250C (2,7 bar) để tiệt trùng bồn trong 30 phút: 200 kg+ Lượng nước làm nguội bồn sau tiệt trùng qua lớp vỏ áo: 2000 lit

+ Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316

+ Kích thước thiết bị: chiều cao 5000mm, đường kính 2200mm

4.9 Bồn chứa sữa tươi

- Lượng sữa tươi cần dùng trong một ngày: 176191,5 kg (171059,71 lit)

- Thời gian bảo quản sữa tươi tối đa là 1 ngày

- Chọn 3 bồn chứa, thể tích mỗi bồn 60000 lit

+ Kích thước mỗi bồn: đường kính 3020mm, cao 6300mm

+ Mỗi bồn có motor khuấy, công suất 7,5 kW

+ Bồn làm bằng thép không rỉ

+Có lớp vỏ áo cho nước lạnh để giữ nhiệt độ sữa tươi khi bảo quản 4 –

50C

4.10 Thiết bị rây:

- Chọn thời gian rây là 30 phút

- Năng suất thiết bị rây = 2500 / 0,5 = 5000 kg/h

- Đặt hàng thiết bị rây với năng suất 6000 kg/h

4.11 Thiết bị đóng hộp

- Khối lượng mỗi mẻ sản xuất là 2500 kg

Chọn thời gian rót mỗi mẻ là 1h

 Năng suất thiết bị rót = 2500 / 1 =2500 kg/h

- Chọn loại bao bì cho sữa bột nguyên kem là lon thép tráng thiếc, lượng sữa bột trong mỗi lon là 400g

 Năng suất thiết bị rót = 2500 / 0,4 = 6250 lon/h = 105 lon/phút

- Đặt hàng thiết bị rót với năng suất 120 lon/phút

4.12 Thiết bị CIP

- Chọn thiết bị Tetra Alcip 100 của TetraPak

- Thông số kỹ thuật :

+ Bơm trung tâm: năng suất 45000 l/h, công suất 11kW, điện áp 400V+ Bơm định lượng: công suất 0,55 kW; điện áp 400V

+ Tủ điều khiển: 0,5 kW; điện áp 220V

+ Lượng nước tiêu thụ (3 bar): 45000 l/h

+ Lượng hơi tiêu thụ (3 bar): tối đa 1550 kg/h

- Kích thước thiết bị: dài 2m, rộng 4m, cao 3m

5 Tính năng lượng:

5.1 Tính hơi và chọn nồi hơi:

5.1.1 Gia nhiệt trước khi vào thiết bị li tâm:

- Khối lượng sữa tươi cần đun nóng trong 1 ngày: m1 = 176191,5kg

- Nhiệt dung riêng của sữa tươi: c1 = 3,95 kJ/kgK

- Nhiệt độ ban đầu của sữa tươi: t11 = 40C

- Nhiệt độ sau khi gia nhiệt: t12 = 600C

- Nhiệt lượng cần cung cấp: Q1 = m1.c1.(t12 – t11) = 38.973.559,8 kJ/ ngày

- Lượng hơi 3 bar cần cung cấp: H1 = 1,05 Q1 / (0,9r1) = 21237,34 kg/ ngàyTrong đó:

1,05: tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài 5%

0,9: lượng hơi ngưng 90%

r1 = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất 3 bar

5.1.2 Thanh trùng:

- Khối lượng sữa cần thanh trùng trong 1 ngày: m2 = 175411 kg

- Nhiệt dung riêng của sữa : c2 = 3,95kJ/kgK

- Sau khi trao đổi nhiệt với sữa đã thanh trùng, sữa được nâng nhiệt độ lên khoảng: t21 = 800C

- Nhiệt độ thanh trùng sữa : t22 = 900C

- Nhiệt lượng cần cung cấp: Q2 = m2.c2.(t22 – t21) = 6.928.734,5 kJ/ ngày

- Lượng hơi 3 bar cần cung cấp: H2 = 1,05 Q2 / (0,9r2) =3775,58 kg/ ngàyTrong đó:

1,05: tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài 5%

- Nhiệt dung riêng của sữa: c2 = 3,95kJ/kgK

- Nhiệt lượng cần cung cấp: Q3 = m3.c3(70 – 60) = 6.918.346 kJ/ ngày

- Lượng hơi 3 bar cần cung cấp: H2 = 1,05 Q3 / (0,9r3) =3769,92 kg/ ngàyTrong đó:

1,05: tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài 5%

0,9: lượng hơi ngưng 90%

r3 = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất 3 bar

5.1.4 Tính nước và hơi cho CIP:

Lưu lượng cho 1 lần CIP là 7000 l/h hay 7000kg/h

- Tráng rửa với nước ấm ở 500C trong 3 phút

t2 = 500C : nhiệt độ nước sau khi gia nhiệt

r = 2141 kJ/kg : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước 3 bar0,9 : lượng hơi ngưng tụ 90%

 Lượng hới 3 bar: H1 = 350*04,,918**2141(50 30) = 15,185 kg

- Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH 1% ở 750C trong 10 phút: