công nghệ sản xuất bơ

công nghệ sản xuất bơ

MỤC LỤC

Mục lục

I/ TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BƠ 3

1) Nguyên liệu 3

1.1 Cream 3

1.2 Vi sinh vật 4

1.3 Các phụ gia 4

2) Quy trình công nghệ sản xuất bơ 5

2.1 Quy trình công nghệ sản xuất bơ lên men 5

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bơ không lên men 11

3) Bơ thành phẩm 12

3.1 Các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 12

3.2 Bảo quản 12

II/ THIẾT BỊ TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BƠ 13

1) Các thiết bị thanh trùng 13

1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng 13

1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống 16

1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học 19

1.4 So sánh giữa các nhóm thiết bị 22

2) Các thiết bị lên men 23

2.1 Cấu tạo chung 23

2.2 Nguyên lý hoạt động 23

2.3 Giới thiệu một số thiết bị 23

3) Các thiết bị tạo hạt bơ (churning) 24

3.1 Thiết bị hoạt động gián đoạn 24

3.2 Thiết bị hoạt động liên tục 26

4) Các thiết bị bao gói 30

1) Định nghĩa 34

2)Phân loại 34

3) So sánh 35

3.1 Sản phẩm trong nước và ngoài nước 35

3.2 Phương pháp chế biến: 35

3.3 Hàm lượng muới (%) trong sản phẩm 35

3.4 Hàm lượng chất béo 36

3.5 Trạng thái cấu trúc 36

3.6 Thành phần đặc biệt bở sung thêm 36

3.7 Tính năng sử dụng 37

3.8 Cách xử lý nguyên liệu cream 37

3.9 Sản phẩm mang tính văn hoá truyền thớng 37

3.10 Sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng- huy chương 37

3.11 Nguờn gớc 38

4) Sản phẩm: 38

4.1 Sản phẩm của các nước Châu Âu 38

4.2 Sản phẩm của nước Pháp 41

4.3 Nước Ai-len 43

4.4 Ucrina 49

4.5 Mỹ 51

4.6 Nước Anh 53

4.7 Nước Ấn Độ 54

4.8 Bơ ở Nga 55

4.9 Butter in Japan 55

5.Hướng phát triển sản phẩm 55

5.1 Làm đa dạng hĩa sản phẩm bằng cách tạo ra hình dạng bơ khác nhau, hoặc bở sung những gia vị tao hương vị thơm ngon 55

5.2 Sử dụng quy trình sản xuất bơ liên tục 57

5.3 Tạo ra dòng sản phẩm ít béo 57

5.4 Điều chỉnh thức ăn cho bò để tao ra dòng sản phẩm bơ phết 59

5.5 Những hướng phát triển sản phẩm tạo ra dòng sản phẩm đặc trưng phù hợp với yêu cầu chuyên biệt của việc sản xuất những loại sản phẩm khác 59

Tài liệu tham khảo

I/ TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BƠ :

1) Nguyên liệu:

1.1 Cream:

Nguyên liệu chính trong sản xuất bơ là cream Các nhà máy sản xuất bơ có thể thunhận cream từ nguyên liệu sữa tươi bằng phương pháp ly tâm hoặc thu mua cream từ nhữngnhà máy chế biến sữa khác

1.1.1 Các chỉ tiêu chất lượng của cream:

 Để đánh giá chất lượng cream, người ta dựa vào ba nhóm chỉ tiêu: cảm quan, hóa lý,

vi sinh

 Chỉ tiêu cảm quan: hai chỉ tiêu quan trọng nhất là:

 Mùi

 Vị

=> Không được có mùi vị lạ, đặc biệt là mùi ôi do chất béo bị oxy hóa

 Chỉ tiêu hóa lý:

 Hàm lượng chất béo: thường dao động trong khoảng 35 – 40%, min 12%

 Chỉ số iod:

- Nếu chỉ số iod quá cao (lớn hơn 42), bơ thành phẩm sẽ có cấu trúc rất mềm

- Nếu chỉ số iod quá thấp (nhỏ hơn 28), bơ sẽ trở nên cứng và khó phết lên bánhkhi sử dụng

=> Dựa vào giá trị chỉ số iod của nguyên liệu, nhà sản xuất sẽ thay đổi các thôngsố công nghệ thích hợp để chất lượng bơ thành phẩm luôn ổn định và đạt yêu cầu

 Dư lượng kháng sinh, các chất tẩy rửa công nghiệp: không được chứa các chất này

=> Do những chất này sẽ ức chế hoạt động của các vi khuẩn lactic và kéo dài thờigian lên men Hơn nữa, hàm lượng các sản phẩm trao đổi chất do vi khuẩn giống tạo

ra sẽ không cân đối và ảnh hưởng không tốt đến hương vị sản phẩm

 Chỉ tiêu vi sinh: hàm lượng vi sinh vật (VSV) trong cream càng thấp càng tốt.

 Nhóm vi khuẩn ưa lạnh: người ta thường chú ý đến nhóm vi khuẩn này vì chúng cókhả năng sinh tổng hợp enzym lipase chịu nhiệt Trong quá trình thanh trùngcream, hầu hết các VSV bị tiệu diệt Tuy nhiên, lipase từ vi khuẩn ưa lạnh có thểgiữ được hoạt tính ở nhiệt độ 100C (Luquet, 1986) Enzym này xúc tác quá trìnhthủy phân chất béo, làm thay đổi thành phần chất béo trong nguyên liệu

=> Giải pháp: tiến hành thanh trùng ngay sữa tươi khi mới nhập về nhà máy rồi

bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp ( 2 – 4C) trước khi đem vào chế biến Chế độ thanhtrùng là 63 – 65C trong 15 giây Khi đó nhóm VSV ưa lạnh – nguồn sinh tổng hợp

– 4C Trong thời gian tối đa 24 giờ tiếp theo, ta phải thực hiện quá trình thnah trùngsữa.

1.1.2 Xử lý cream có độ chua cao:

 Trong trường hợp nhà máy mua cream nguyên liệu có chất lượng không tốt, độ chuacao (15 – 20D) thì cần tiến hành xử lý cream trước khi đưa vào sản xuất bơ

 Các phương pháp:

 Rửa cream bằng nước sạch với tỉ lệ cream/nước là 1/2 (v/v), sau đó tiến hành lytâm để tách nước

 Trung hòa để làm giảm độ chua của nguyên liệu cream, hóa chất thường dùng làCaO, Ca(OH)2

1.2 Vi sinh vật:

Trong sản xuất bơ lên men, người ta sử dụng vi khuẩn lactic dạng LD Thường gặp

nhất là Streptococcus diacetylactis và Leuconostos citrovorum Trong quá trình lên men, ngoài

acid lactic, chúng sinh tổng hợp các hợp chất dễ bay hơi như aldehyde acetic, diacetyl,acetoin… Các hợp chất này sẽ tạo cho sản phẩm bơ hương vị đặc trưng

1.3 Các phụ gia:

 Chất màu:

Màu sắc của bơ do các hợp chất carotenoides quyết định Thông thường, vào mùađông hàm lượng các hợp chất trên trong sữa thấp hơn mùa hè nên bơ thành phẩm có màunhạt hơn

Người ta cho phép sử dụng một số chất màu thực phẩm trong sản xuất bơ Ví dụ như ởPháp, các chất màu có nguồn gốc thiên nhiên sau đây được phép sử dụng:

 Muối NaCl: yêu cầu độ tinh sạch không thấp hơn 99,7%.

 Chất chống oxy hóa: phổ biến nhất làgallat propyle, gallate octyl, gallate dodecyl,

butyl hydroxy anisol (BHA) hoặc butyl hydroxy toluen (BHT) Hàm lượng sử dụngthường không quá 0,01%

 Các gia vị khác:

Để đa dạng hóa các sản phẩm bơ trên thị trường, nhà sản xuất có thể sử dụng một sốgia vị khác

Việc lựa chọn gia vị phụ thuộc vào thị hiếu người tiêu dùng và quy định của mỗi nước

Ví dụ như ở Pháp, người ta cho phép sử dụng những gia vị như tiêu, tỏi, mùi tây, củ đinh

2) Quy trình công nghệ sản xuất bơ:

2.1 Quy trình công nghệ sản xuất bơ lên men:

2.1.1 Thanh trùng:

 Mục đích: tiêu diệt hệ VSV và ức chế hoạt tính các enzym trong cream.

 Phương pháp thực hiện:

 Nhiệt độ thanh trùng thường sử dụng là 90 – 95C trong thời gian tối đa 15 – 20giây Nếu cream có chất lượng tốt, người ta thường gia nhiệt nhanh nguyên liệuđến 95C rồi làm nguội ngay

Nếu tăng nhiệt độ và thời gian thanh trùng thì hiệu quả của quá trình sẽ tăng.Tuy nhiên, cream sẽ có mùi nấu và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bơ thành phẩm

 Trường hợp cream có mùi lạ:

- Sử dụng phương pháp bài khí trong điều kiện chân không để tách các cấu tử dễbay hơi ra khỏi cream Quá trình bài khí sẽ được kết hợp thực hiện cùng vớiquá trình thanh trùng cream

 Cuối cùng, cream được đưa trở lại hệ thống trao đổi nhiệt bản mỏng để gianhiệt tiếp lên đên 95C rồi làm nguội

Ở châu Âu, vào mùa hè sữa tươi thường có mùi hành do nhóm cây họ hànhmọc phổ biến trên các đồng cỏ Khi đó quá trình bài khí cream trong sản xuất bơ làcần thiết

Hình 1: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bơ lên men

Muối

Bơ lên men

Vi khuẩn

lactic

Nhân giống

Sữa bơ(buttermilk)

2.1.2 Cấy giống vi sinh vật:

Các nhà máy sản xuất bơ có thể sử dụng sinh khối vi khuẩn lactic dưới dạng sấy thănghoa do các hãng chuyên sản xuất giống VSV cung cấp Nếu không, họ có thể tự nhân giốngđể phục vụ sản xuất

 Thời gian nhân giống cho mỗi cấp: 7 – 10 giờ

- Canh trường VSV thu được có độ chua 18 – 20SH, số tế bào vi khuẩn có thểlên đến 109 tế bào/ml Những sản phẩm trao đổi chất quan trọng nhất của vikhuẩn trong canh trường là acid lactic, diacetyl và acid acetic Chúng sẽ ảnhhưởng đến hương vị của bơ thành phẩm

 Tỉ lệ giống cấy: phụ thuộc chỉ số iod của nguyên liệu và nhiệt độ lên men, tỉ lệ

giống cấy thường khoảng 1 – 7% (v/v)

2.1.3 Lên men và xử lý nhiệt lạnh:

Quá trình lên men và xử lý nhiệt – lạnh sẽ diễn ra song song

2.1.3.1 Lên men:

 Mục đích: Sử sụng vi khuẩn lactic để sinh tổng hợp acid lactic và các sản phẩm trao

đổi chất tạo độ chua và hương vị đặc trưng cho cream

 Điều khiển quá trình lên men:

 Tốc độ acid hóa cream và chế độ xử lý nhiệt sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc bơ thànhphẩm

 Yêu cầu kỹ thuật: Sau quá trình lên men

- Độ chua phần không béo trong cream cần đạt quanh giá trị 36SH

- Hàm lượng diacetyl trong cream khoảng 1,0 – 1,5ppm

 Thiết bị: thiết bị hình trụ có cánh khuấy và bộ phận hiệu chỉnh nhiệt độ.

2.1.3.2 Xử lý nhiệt lạnh:

 Mục đích: kết tinh một lượng chất béo có trong cream.

 Nguyên tắc thực hiện: Do cream chứa hỗn hợp các chất béo có điểm nóng chảy khác

nhau nên nhiệt độ kết tinh của chúng cũng khác nhau Tốc độ kết tinh và độ tinh khiếtcủa các tinh thể sẽ phụ thuộc vào chế độ xử lý nhiệt Thông thường, người ta dựa vào

Bảng 1: Chế độ xử lý nhiệt lạnh và lượng giống cấy cho quá trình lên men cream tương

ứng với các chỉ số iod khác nhau của nguyên liệu

Lượng chất béo lỏng

(% TF) Lượng chất béo rắn(% TF) Cấu trúc bơ thành phẩm

65 – 78 22 - 35 Bơ có độ cứng vừa phải, dễ phết lên bánh

 Phương pháp thực hiện:

 Các hiện tượng:

- Làm nguội chậm: Trong quá trình thanh trùng cream ở 90 – 95C, tất cả các hạt

cầu béo đều ở trạng thái lỏng Khi làm nguội cream xuống 40C, một số phântử chất béo bắt đầu kết tinh Nếu ta làm nguội cream xuống nhiệt độ thấp hơnvới tốc độ chậm, quá trình kết tinh sẽ kéo dài nhưng các tinh thể béo sẽ lầnlượt xuất hiện với độ tinh khiết cao Tuy nhiên do thời gian dài nên hàm lượngcác sản phẩm tạo vị chua và hương cho bơ được sinh tổng hợp bởi vi khuẩnlactic trong cream sẽ không đạt được tỷ lệ cân đối như mong muốn Trong thựctế sản xuất , ta cần phải rút ngắn thời gian kết tinh chất béo bằng phương pháplàm nguội nhanh

- Làm nguội nhanh: Khi làm nguội nhanh, quá trình kết tinh chất béo trong

cream sẽ diễn ra nhanh Tuy nhiên, trong trườn hợp này, một số tinh thể chấtbéo thu được không đạt độ tinh khiết cao và được gọi là “tinh thể hỗn hợp”

trong các tinh thể triglycerid có điểm nóng chảy cao Khi đó tỷ lệ giữa khối

lượng chất béo ở thể lỏng so với tổng khối lượng chất béo (TF) trong cream sẽ

giảm và bơ thành phẩm có cấu trúc cứng, khó phết lên bánh khi sử dụng

=> Giải pháp kỹ thuật:

Để khắc phục hiện tượng trên, sau khi giảm nhiệt độ cream để kết tinh một phầnchất béo, người ta nâng dần nhiệt độ lên để các triglycerid có điểm nóng chảy thấp sẽhóa lỏng và tách ra khỏi các “tinh thể hỗn hợp” Cuối cùng, tiến hàn hạ nhiệt độcream nhưng không quá thấp như ở lần hạ nhiệt độ đầu tiên để tái kết tinh chất béo.Khi đó một số triglycerid sẽ tiếp tục kết tinh, tuy nhiên độ tinh khiết của các tinh thểtrong cream sẽ tăng, số “tinh thể hỗn hợp” giảm Ta có thể đạt được tỷ lệ phần trăm

giữa lượng chất béo lỏng so với tổng khối lượng chất béo trong cream (TF) như mong

muốn

Sau cùng, người ta hạ nhiệt độ hỗn hợp xuống 5 – 6C và giữ trong khoảng 2 giờ Theo Luquet (1985), giải pháp kỹ thuật này sẽ làm giảm độ tổn thất chất béo theosữa bơ ở giai đoạn tạo hạt bơ tiếp theo

Bảng 3: Thành phần các acid béo trong sữa

Acid béo % tổng lượng acid béo Điểm nóng chảy C Số phân tử H O Trạng thái

 Xử lý các hạt bơ riêng lẻ để tạo thành một khối kết dính.

 Bổ sung muối và phân bố đều trong toàn bộ khối bơ

 Hiệu chỉnh độ ẩm và phân bố đều các hạt nước nhỏ li ti trong toàn khối sản phẩm

 Xử lý chân không để làm giảm lượng khí có trong khối bơ

 Các biến đổi xảy ra trong quá trình tạo hạt bơ:

Chất béo trong hỗn hợp cream được nạp vào thiết bị sẽ tồn tại dưới hai dạng: tinh thểvà dịch lỏng

 Sự tạo bọt: Khi thiết bị thực hiện chuyển động xoay sẽ khuấy đảo mạnh hỗn hợpcream bên trong và làm xuất hiện các bọt khí Các hạt cầu béo sẽ phân bố tạptrung tại bề mặt tiếp xúc pha giữa bọt khí (pha phân tán) và pha lỏng (pha liên tục)trong hỗn hợp

 Sự phá vỡ membrane và giải phóng chất béo: Nếu sự khuấy đảo vẫn tiếp tục, cácbọt khí sẽ trở nên nhỏ hơn, bọt dày hơn, membrane bao xung quanh một số hạt cầubéo bị vỡ và giải phóng ra các phân tử chất béo lỏng bên trong Các phân tử béonày sẽ tạo nên một màng mỏng bề mặt các bọt khí và các hạt cầu béo còn lại

 Sự vỡ bọt: Bọt khí càng dày thì thì số phân tử chất béo được giải phóng ra từ cáchạt cầu béo do hiện tượng membrane bị phá vỡ sẽ càng lớn Theo thời gian, bọt trởnên kém bền và nổ vỡ

 Sự hình thành hạt bơ: Các hạt cầu béo và tinh thể béo nhờ những phân tử béo ởdạng lỏng tự do sẽ liên kết lại với nhau thành khối và hình thành nên các hạt bơ.Lúc đầu, kích thước các hạt bơ rất nhỏ và ta không thể nhìn thấy được bằng mắtthường nhưng sau đó chúng lớn dần

 Thiết bị: Hiện nay, quá trình bao gói sản phẩm được thực hiện trên hệ thống thiết bị

làm việc tự động

 Sản phẩm: Bơ thường được tạo hình dạng khối chữ nhật với khối lượng 250g hoặc

500g

 Bao bì: Loại bao bì thích hợp nhất là giấy nhôm hoặc hộp plastic do chúng ngăn cản

được ánh sáng, ẩm và hạn chế tối đa sự tổn thất các cấu tử hương có trong bơ Sảnphẩm bơ bao gói trong giấy nhôm hoặc hộp plastic tiếp tục được xếp vào những thùngcarton rồi đem bảo quản trong kho lạnh

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bơ không lên men:

Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bơ không lên men tương tự như đối với sản phẩm

bơ lên men nhưng đơn giản hơn Ta bỏ qua hai giai đoạn cấy giống và lên men Như vậynguyên liệu cream sau khi qua thanh trùng sẽ được đem đi xử lý nhiệt lạnh để tạo một số tinhthể chất béo và để đạt được tỷ lệ thích hợp giữa lượng chất béo dạng pha lỏng và lượng chấtbéo dạng tinh thể Sau đó, hỗn hợp được đưa vào hệ thống thiết bị hoạt động liên tục để tạohạt bơ và xử lý bơ thành phẩm

Hình 2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bơ không lên men

Cream

Thanh trùng

Xử lý nhiệt lạnh

Tạo hạt bơ (churning)

và xử lý

Bao góiBao bì

Muối

Bơ không lên men

Sữa bơ(buttermilk)

3) Bơ thành phẩm:

3.1 Các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm:

 Chỉ tiêu cảm quan:

 Màu sắc: phải đồng đều trong cả khối bơ, từ vàng nhạt đến vàng hơi sậm tùy sảnphẩm

 Mùi: mùi thơm đặc trưng (mùi hạnh nhân do quá trình thanh trùng, mùi của cáchợp chất hữu cơ sinh ra trong quá trình lên men: acid acetic, acid lactic, diacetyl),không lẫn mùi lạ

 Vị: vị ngậy đặc trung của chất béo, vị mặn vừa phải; bơ lên men phải có vị chuanhẹ của acid lactic

 Cấu trúc: đánh giá qua độ cứng, độ dẻo, bề mặt khô ráo, bóng mịn, … bằng cáchphết bơ lên bánh rồi quan sát

 Chỉ tiêu hóa lý:

Tùy theo quy định của mỗi nước và mỗi cơ sở sản xuất mà các chỉ tiêu hóa lý có thểdao động trong những khỏang khác nhau

 Hàm lượng chất béo: Fmin = 80 -82%

 Độ ẩm: Wmax = 18%

 Hàm lượng muối

 Độ chua

 Hàm lượng vitamin A, D

 Các chỉ tiêu khác: hàm lượng protein, …

 Chỉ tiêu vi sinh:

 Tổng số vi khuẩn hiếu khí

 Nấm men, nấm sợi

 VSV gây bệnh (salmonella , Listeria): không có

3.2 Bảo quản:

 Điều kiện bảo quản:

 Nhiệt độ: 5C

 Thời gian: vài tháng

=> Theo Vierling (1999), người ta có thể sử dụng nhiệt độ thấp hơn –15C để kéo dàihơn nữa thời gian bảo quản bơ

 Các biến đổi trong quá trình bảo quản:

Quan trọng nhất là sự oxy hóa chất béo tạo nên các hợp chất peroxyde gây mùi khóchịu và làm giảm giá trị dinh dưỡng của bơ Một số peroxyd gây độc cho người sử dụng

=> Để hạn chế các biến đổi này, ta phải luôn bảo quản bơ trong bao bì kín ở nhiệt độthấp

II/ THIẾT BỊ TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BƠ:

1) Các thiết bị thanh trùng (thiết bị làm việc liên tục):

1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng (plate heat exchangers):

1.1.1 Cấu tạo chung:

Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng vàđược làm bằng thép không gỉ được ghép lại với nhau Mỗi tấm bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn gócvà hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyềnnhiệt

Hình 3 : Một số hình dạng bảng mỏng

1.1.2 Nguyên lý hoạt động:

Khi ghép các tấm bản mỏng lại với nhau, trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành nênnhững hệ thống đường ống vào và ra cho mẫu khảo sát và chất tải nhiệt chuyển động xen kẽnhau Mẫu khảo sát và chất tải nhiệt có thể chuyển động cùng chiều hay ngược chiều Tùythuộc vào điều kiện cụ thể, các nhà sản xuất sẽ bố trí hệ thống những đường dẫn thích hợp

Hình 4 : Nguyên tắc chảy của

mẫu khảo sát và chất tải nhiệt

Hình 5 : Ví dụ về sơ đồ dòng chảy của sữa và chất tải nhiệt ( 4 x 2/ 2 )

1.1.3 Giới thiệu một số thiết bị:

Hãng Invensys APV

Gasketed plate heat exchanger - Paraflow

Hãng API schmidt – bretten

SIGMA SIGMAFIT Series Universal Plates

chất tải nhiệt sữa

Lưu lượng : 2000 m3/hKhoảng cách giữa các bảng mỏng : 2.5 – 4 mm

Bề mặt truyền nhiệt : trên 3800 m2

Khoảng cách giữa các bảng mỏng : 2.5 – 4 mmAùp suất : 0– 25 Bar

Nhiệt độ: -35 - +2500C

SIGMA X Series High Performance Plates

Tranter

Bề mặt truyền nhiệt : 0.05 – 0.2 m2/bảng mỏngBề dày của bảng mỏng : 0.8 mm

Khoảng cách giữa các bảng mỏng : 28 – 46 mmAùp suất : 0.4 – 2 MPa

Nhiệt độ: 120 – 2500C

Lưư lượng : 250 m3/hKhoảng cách giữa các bảng mỏng : 4.5 – 5.5 mm

Lưu lượng : 10 - 4600 m3/hAùp suất làm việc : 10 – 25 barKhỏang nhiệt độ : -200C - +1800C

Jiangnan Cooler Factory of Quanzhou

Một số hãng sản xuất khác :

Waukesha Cherry-Burrell

Shanghai Ruipai Machinery Co., Ltd

Nanjing Gaojie Light Industrial Equipment Co., Ltd

Qingdao Yuhe Happiness Boiler Co., Ltd

1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống (tubular heat exchanger):

1.2.1 Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động:

1.2.1.1 Thiết bị với cấu hình một hoặc nhiều kênh (mono/multichannels):

 Cấu tạo:

Bề mặt truyền nhiệt là thân các ống trụ có cùng trục nhưng kích thước đường kínhkhác nhau Tại mỗi đầu ống trụ (1) có bộ phận (2) liên kết các ống lại với nhau và bốtrí dòng vào/dòng ra cho thực phẩm/chất tải nhiệt Toàn bộ hệ thống được lắp ráp chặtchẽ với nhau nhờ chốt trục (3)

1 - phần đầu ống

2 - các vòng ống

3 - chốt trục

Aùp suất : 1.6 MPaNhiệt độ: 1800C

Hình 6 : Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống với cấu tạo nhiều kênh

 Nguyên lý hoạt động:

Trong quá trình làm việc, thực phẩm và chất tải nhiệt chuyển động ngược chiều,xen kẽ nhau trong những kênh được tạo ra bởi khoảng không gian giữa các ống trụcùng trục trong thiết bị Kênh ngoài cùng luôn chứa chất tải nhiệt Thông thường cácống trụ được thiết kế với bề mặt gồ ghề để tạo ra các dòng chảy rối, nhờ đó hiệu quảcủa quá trình truyền nhiệt sẽ được cải thiện

1.2.1.2 Thiết bị với cấu hình một hoặc nhiều ống (mono/multitubes):

 Đây là cấu hình cổ điển của thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

- Thiết bị gồm hai ống hình trụ cùng trục nhưng có đường kính khác nhau vàđược đặt lồng vào nhau

- Mẫu thực phẩm sẽ di chuyển theo ống bên trong còn chất tải nhiệt sẽ dichuyển theo ống bên ngoài

 Trường hợp thứ hai:

- Thiết bị gồm một chùm ống hình trụ song song có cùng đường kính được đặtbên trong một ống hình trụ lớn Mẫu thực phẩm sẽ di chuyển trong các ốnghình trụ nhỏ, còn chất tải nhiệt sẽ di chuyển trong khoảng không gian giữa thântrong ống hình trụ lớn và thân ngoài ống hình trụ nhỏ Người ta nối các đoạnống trụ lớn trong hệ thống lại với nhau nhờ các vòng nối đôi (2)

- Để tạo nên các dòng chảy rối và tăng cường hiệu quả của sự truyền nhiệt, cácống trụ nhỏ có thể được thiết kế với cấu hình dạng xoắn

Hình 7 : Thiết bị trao đổi nhiệt với cấu hình nhiều ống

1.2.2 Giới thiệu một số thiết bị:

1 – ống chứa sản sản phẩm bên trong

2 – vòng nối ống

Hãng Invensys APV

Tubular heat exchangers for single or multi-purpose product processing

Một số hãng sản xuất khác :

Bowman

Bloksma

1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học

(scraped – surface heat exchangers):

1.3.1 Cấu tạo chung:

 Nhìn chung thiết bị này có cấu hình gần giống với thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

 Gồm hai ống hình trụ có kích thước đường kính khác nhau và được lồng đồng trụcvào nhau Bề mặt hai thân trụ bằng phẳng

 Tại vị trí trục chung là rotor có gắn các thanh khuấy có thể tháo lắp được

Thông thường, người ta sử dụng rotor có đường kính từ 50,8 – 127mm Việc lựachọn đường kính rotor phụ thuộc vào kích thước các hạt phân tán trong thực phẩm.Nếu hạt có kích thước lớn, người ta sử dụng rotor có đường kính nhỏ và ngược lại

 Trên hệ thống rotor và thanh khuấy có gắn một số thanh chắn theo phương thẳngđứng

 Trục gắn các thanh khuấy được nối với một motor đặt phía trên hai ống trụ

Hình 8 : Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có bộ phận khuấy trộn cơ học

1.3.2.Nguyên lý hoạt động:

 Thực phẩm sẽ được bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía đáy thiết bị và đượctháo ra khỏi thiết bị từ phía trên đỉnh

 Ngược lại, chất tải nhiệt sẽ được nạp vào từ phía trên đỉnh theo khoảng không gianđược tạo ra giữa hai thân trụ và được tháo ra ngoài từ phía gần đáy

 Trong quá trình làm việc, các cánh khuấy và thanh chắn sẽ quay giúp cho sựtruyền nhiệt được diễn ra nhanh và tốt hơn, đồng thời giúp phối trộn các mẫu thựcphẩm có độ nhớt cao (trong trường hợp này là cream) hoặc các huyền phù có kíchthước hạt phân tán lớn

1.3.3 Giới thiệu một số thiết bị:

1 – ống hình trụ bên trong

2 – rotor

3 – thanh chắn

Invensys APV raped sce heat exchanger - VT+

Scraped surface heat exchanger - VT+

Scraped surface heat exchanger - HDRT and HEXRT

Scraped Surface Heat Exchanger - HT 680

Nhiệt độ làm việc : trên 1500C

Năng suất : trên 3 – 5 tấn/h Bề mặt truyền nhiệt:

+ Ống trụ 422: 0,19 m2

+ Ống trụ 460: 0,44 m2

+ Ống trụ 660: 0,68 m2

+ Ống trụ 680: 0,87 m2

Nhiệt độ làm việc : trên 1500C

Năng suất : trên 3 – 5 tấn/h Bề mặt truyền nhiệt:

+ Ống trụ 648: 0.55 m2

+ Ống trụ 672: 0.87 m2

Nhiệt độ làm việc : trên 1500C

Năng suất : trên 3 – 5 tấn/h Bề mặt truyền nhiệt: 0.87 m2

Waukesha Cherry-Burrell

1.4 So sánh giữa các nhóm thiết bị:

 Hiệu quả truyền nhiệt:

 Dạng bảng mỏng: Tuy dịch kem có độ nhớt cao, khả năng truyền nhiệt kém, nhưng

do chảy thành từng lớp mỏng xen kẽ với chất tải nhiệt nên nhiệt lượng tổn thấtkhông nhiều, nhiệt độ được phân phối đều trong toàn dịch cream giúp nâng caohiệu quả truyền nhiệt

 Dạng ống: Dạng thiết bị này thích hợp để thanh trùng hoặc tiệt trùng thực phẩmdạng huyền phù nên cũng có thể sử dụng để thanh trùng dịch cream có nồng độchất khô cao và độ nhớt cao Tuy nhiên do khả năng truyền nhiệt của cream kémcũng như cấu tạo đặc trưng của thiết bị nên sự truyền nhiệt trong thiết bị dạng ốngkém hiệu quả hơn dạng bảng mỏng

 Dạng ống có khuấy trộn: Do thiết bị có các cánh khuấy và thanh chắn nên sẽ giúpcho quá trình truyền nhiệt diễn ra nhanh và đồng đều hơn Dạng thiết bị này thíchhợp để gia nhiệt và làm nguội những thực phẩm dạng lỏng có độ nhớt cao, thựcphẩm dạng huyền phù với các hạt phân tán kích thước lớn hoặc để thực hiện quátrình kết tinh, nên cũng có thể sử dụng để thanh trùng dịch cream có nồng độ chấtkhô cao và độ nhớt cao Tuy nhiên do khả năng truyền nhiệt của cream kém cũng

Bề mặt truyền nhiệt: 11 m2

xúc với bề mặt ống trụ trong) nên sự truyền nhiệt trong dạng thiết bị này kém hơndạng bản mỏng.

 Chi phí năng lượng:

 Dạng ống có khuấy trộn: tốn nhiều năng lượng nhất do phải thực hiện hai quá trìnhgia nhiệt và khuấy trộn dịch cream

 Dạng bảng mỏng và dạng ống: chỉ gia nhiệt chứ không khuấy trộn dịch cream nên

ít tốn năng lượng hơn

=> Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng giúp quá trình thanh trùng cream đạthiệu quả cao hơn hai dạng thiết bị còn lại về mặt kinh tế cũng như chất lượng bán thànhphẩm

2) Các thiết bị lên men:

2.1 Cấu tạo chung:

 Do cream là môi trường lỏng nên ta sử dụng thiết bị lên men bề sâu có cấu tạo nhưsau:

 Vật liệu: thép không gỉ

 Phần trên nắp thiết bị có các cửa với nhiều chức năng khác nhau: cửa thông cánhkhuấy nối với motor, cửa nạp giống, cửa nạp chất diều chỉnh pH, …

 Cửa nạp môi trường và tháo canh trường ra khỏi thiết bị thường được bố trí ở phầnđáy

 Ngoài ra thiết bị còn có cửa quan sát, van lấy mẫu, …

2.2 Nguyên lý hoạt động:

 Thiết bị hoạt động liên tục với các công đoạn như sau:

 Chuẩn bị thiết bị lên men

 Nạp môi trường vô trùng vào thiết bị

 Cấy giống và lên men

 Bổ sung cơ chất và tháo sản phẩm liên tục

2.3 Giới thiệu một số thiết bị:

Wenzhou Lihong Light Industry Mechanical Co., Ltd.

Dung tích : 500 – 8000 L

3) Các thiết bị tạo hạt bơ (churning):

3.1 Thiết bị hoạt động gián đoạn:

3.1.1 Cấu tạo chung:

 Thiết bị tạo hạt bơ hay còn gọi là thiết bị khuấy đảo cream hoặc thiết bị đánh creamcó cấu tạo như sau:

 Vật liệu: thép không gỉ

 Nhiều hình dạng khác nhau: hình trụ đứng – đáy côn, hình trụ ngang, hình lậpphương, hình chóp, …

 Bên trong có các tấm chắn và thanh đánh cream

 Thiết bị có thể thực hiện chuyển động xoay nhờ một motor và bộ phận truyềnđộng Tốc độ quay của thiết bị có thể hiệu chỉnh được

 Thông số kỹ thuật:

- Thể tích: V = 8000 – 12000 lít, thể tích làm việc tối đa khoảng 40 – 50%V

- Tốc độ xoay: v = 25 – 35 vòng/phút

3.1.2 Nguyên lý hoạt động:

 Tạo hạt bơ:

Chất béo trong hỗn hợp cream được nạp vào thiết bị sẽ tồn tại dưới hai dạng: tinh thểvà dịch lỏng Trong trường hợp có sử dụng chất màu, chúng được bổ sung vào hỗn hợp creamtrong thiết bị trước khi quá trình khuấy đảo bắt đầu

 Khi thiết bị chuyển động xoay sẽ khuấy đảo mạnh hỗn hợp cream bên trong đểthực hiện quá trình tạo hạt bơ

 Khi quá trình tạo hạt bơ kết thúc, hỗn hợp thu được trong thiết bị gồm hai phần:

các hạt bơ (butter grains) và sữa bơ (butter milk)

Trong sữa bơ có chứa một lượng chất béo Giá trị này càng nhỏ chứng tỏ độ tổnthất chất béo trong quá trình tạo hạt bơ sẽ càng thấp Ở các nước châu Âu, vàomùa hè hàm lượng chất béo trong sữa bơ thường cao hơn khi ta so sánh với cácmùa khác trong năm

 Xử lý hạt bơ:

 Rửa: Sau khi tách sữa bơ ra khỏi thiết bị, người ta thường dùng nước vô trùng đểrửa các hạt bơ nhằm loại bỏ các hợp chất hòa tan trong sữa bơ còn bám trên bềmặt các hạt bơ

 Tách nước vàbổ sung muối

 Trộn và nén ép:

- Các hạt bơ sẽ được nén ép để tạo thành một khối đồng nhất

Ở giai đoạn này, nước sẽ được phân bố dưới dạng những hạt rất mịn trongtoàn bộ khối bơ mà ta không thể nhìn thấy được chúng bằng mắt thường Mộthệ nhũ tương mới “nước/dầu” được hình thành

- Các nhà sản xuất sẽ kiểm tra và hiệu chỉnh độ ẩm cho khối bơ

 Bài khí:

- Nhằm làm giảm lượng khí tự do có trong khối bơ (nếu cần)

Trong các sản phẩm bơ được sản xuất bằng phương pháp thủ công, thôngthường lượng khí chiếm 5 – 7%(v/v) Hàm lượng khí trong bơ càng thấp thì cấutrúc bơ sẽ càng cứng

- Để tách khí, người ta thực hiện khuấy đảo khối bơ trong điều kiện chân không.Khi đó, lượng khí có thể giảm xuống 1% so với thể tích bơ thành phẩm

3.1.3 Giới thiệu một số thiết bị:

Invensys APV

Traditional butter churns - URC and UOH

Khuấy đảo hỗn hợp cream chứa

38 – 40% lipid

Năng suất : 3,00 – 3,200 l/h

Cung cấp thiết bị khuấy đảo cream với các hình dạng khác nhau như hình trụ đứng đáycôn, hình trụ ngang, hình lập phương, hình chóp Dung tích từ 200 – 10,000 l với thể tích làmviệc tối đa khoảng 40 – 50%.

3.2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

 Thiết bị được cấu tạo với bốn vùng chính:

 Vùng tạo hạt bơ:

 Là một bộ phận hình trụ ngang có các thanh đập thực hiện chuyển động xoay

 Quá trình tạo hạt bơ diễn ra trong thời gian rất ngắn chỉ vài giây

 Ta cần chọn tốc độ quay thích hợp cho các thanh đập để kích thước các hạt bơ, độẩm của bơ và lượng chất béo trong sữa bơ đạt yêu cầu

 Vùng tách hạt bơ và sữa bơ:

Vùng này có dạng hình trụ nằm ngang , có thể xoay quanh trục của nó và dược chiathành hai khu vực:

 Khu vực 1: có bố trí các tấm ngăn để thực hiện tiếp các quá trình xử lý cơ học hỗnhợp hạt bơ và sữa bơ

- Phần sữa bơ chảy qua rây theo hệ thống máng bên dưới được đưa đến cửa thoátđể tháo ra ngoài

 Vùng tạo khối bơ:

 Gồm hai khu vực I và II tương ứng với hai ống hình trụ đặt nghiêng, hai khu vựcnày đặt cách nhau bởi buồng chân không (4)

Bên trong mỗi ống trụ có hệ thống trục vis và tấm lưới Mỗi ống trụ có mộtmotor tương ứng để làm quay trục vis

 Tại vùng này, trục vis xoay sẽ nén các hạt bơ lại thành khối và đẩy khối bơchuyển động theo chiều dài thân trục

 Trong trường hợp cần bổ sung thêm muối, người ta sử dụng hỗn hợp muối và nước(nồng độ 40 – 60%) cho vào khu vực I của vùng tạo khối bơ (3)

Việc hiệu chỉnh độ ẩm cho sản phẩm cũng sẽ được thực hiện tại khu vực nàytheo phương pháp tự động nhờ đầu dò độ ẩm

 Vùng xử lý chân không:

 Buồng chân không (4) được thiết kế để làm giảm lượng khí trong bơ thành phẩm

 Khối bơ rời khu vực I của vùng (3) được nén qua hai tấm bảng đục lỗ để làm tăngtổng diện tích bề mặt của toàn bộ khối bơ Dưới áp lực chân không, quá trình táchkhí trong khối bơ diễn ra nhanh và hiệu quả

 Với phương pháp này, lượng khí trong sản phẩm không quá 0,5%(v/v)

Sau cùng, bơ rời khỏi khu vực II của vùng (3) qua đầu phun Bơm (5) sẽ vận chuyển

Hình 9: Thiết bị tạo hạt bơ và xử lý sàn phẩm liên tục của hãng Invensys APV

3.2.1.2 Thông số kỹ thuật:

 Năng suất hoạt động: 500 – 12000 kg/giờ

 Tốc độ thanh đập: 0 – 1400 vòng/phút và có thể điều chỉnh được

 Cân bằng vật chất: Theo hãng Invensys APV (2002), để sản xuất 1kg bơ (lượngchất béo 80%, độ ẩm 16%), người ta cần trung bình 20kg sữa 4,2% chất béo hoặc2,2kg cream 38% chất béo

3.2.2 Giới thiệu một số thiết bị khác:

Invensys APV

Continuous butter making machine - HCT

3.2.3 So sánh giữa hai nhóm thiết bị hoạt động gián đoạn và liên tục:

 Diện tích nhà xưởng:

 Gián đoạn: Thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, ít chiếm diện tích nhà xưởng hơn

 Liên tục: Hệ thống thiết bị gồm các khu vực thực hiện các nhiệm vụ khác nhaunên chiếm nhiều diện tích nhà xưởng hơn

 Năng suất hoạt động:

 Gián đoạn: nhỏ hơn do thể tích hoạt động chỉ bằng 40 – 50% thể tíchthiết bị

 Tính cơ giới hóa – tự động hóa và chi phí vận hành:

 Chất lượng sản phẩm:

 Gián đoạn: Do thiết bị không kín và làm việc gián đoạn nênđộ đồng đều và ổn định của sản phẩm thấp hơn, dễ nhiễm VSV hơn, chất lượngsản phẩm kém hơn

 Liên tục: Do hệ thống thiết bị kín, làm việc liên tục nên độđồng đều và ổn định của sản phẩm cao hơn, các chỉ tiêu chất lượng cảm quan, hóalý và vi sinh đảm bảo hơn, khó nhiễm VSV hơn, chất lượng sản phẩm cao hơn

4) Các thiết bị bao gói:

Thông số kỹ thuật

Thiết bị bao gói bơ (hộp plastic)

Thông số kỹ thuật