Do đó, việc sử dụng công nghệ hiện đại trong việc duy trì các giá trị cảm quan và dinh dưỡng, cũng như bảo quản sữa tốt hơn là một trong những vấn đề cấp thiết và quan trọng trong chế bi
Trang 1DANH MỤC BẢNG
1.LỜI MỞ ĐẦU 2
2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT 3
Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lí quan trọng của sữa bò tươi 3
Bảng 2.2 Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng) 4
Bảng 2.3 Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) 4
Bảng 2.4 Thành phần một số nguyên tố khoáng trong sữa 4
Bảng 2.5 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò 5
Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng 7
Bảng 4.1 Tổn thất trong quá trình sản xuất 8
Bảng 4.2 Khối lượng nguyên liệu cho từng quá trình 11
Bảng 10.1 Chỉ tiêu cảm quan của sữa 24
Bảng 10.2 Chỉ tiêu hóa lý của sữa 24
Bảng 10.3 Chỉ tiêu vi sinh của sữa tươi thanh trùng 25
PHỤ LỤC 28
DANH MỤC HÌNH 1.LỜI MỞ ĐẦU 2
2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT 3
Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lí quan trọng của sữa bò tươi 3
Bảng 2.2 Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng) 4
Bảng 2.3 Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) 4
Bảng 2.4 Thành phần một số nguyên tố khoáng trong sữa 4
Bảng 2.5 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò 5
Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng 7
1
Trang 2Bảng 4.1 Tổn thất trong quá trình sản xuất 8
Bảng 4.2 Khối lượng nguyên liệu cho từng quá trình 11
Bảng 10.1 Chỉ tiêu cảm quan của sữa 24
Bảng 10.2 Chỉ tiêu hóa lý của sữa 24
Bảng 10.3 Chỉ tiêu vi sinh của sữa tươi thanh trùng 25
PHỤ LỤC 28
1.LỜI MỞ ĐẦU
Cuộc sống hiện đại ngày càng phát triển thì nhu cầu về chất lượng dinh dưỡng của con người cũng ngày càng cao Ngoài các thực phẩm trong bữa ăn chính hằng ngày thì các thức uống cũng là một trong những nguồn cung cấp dưỡng chất quan trọng mà con người sử dụng Trong các thức uống đó, sữa là loại thức uống có nguồn gốc tự nhiên, chứa đầy đủ các dưỡng chất thiết yếu cần thiết cho con người Tuy nhiên, chất lượng sữa dễ bị thay đổi vì các
vi sinh vật dễ dàng tấn công để sử dụng và biến đổi nguồn dinh dưỡng dồi dào trong sữa Do
đó, việc sử dụng công nghệ hiện đại trong việc duy trì các giá trị cảm quan và dinh dưỡng, cũng như bảo quản sữa tốt hơn là một trong những vấn đề cấp thiết và quan trọng trong chế biến và sản xuất các sản phẩm từ sữa
Có nhiều công nghệ đã và đang được sử dụng trong việc nâng cao chất lượng cũng như bảo quản sữa Tuy nhiên trong giới hạn của đồ án chuyên ngành này, chúng tôi xin trình bày việc tính toán và thiết kế phân xưởng thanh trùng sữa bằng nhiệt Đây là một trong những phương pháp thanh trùng phổ biến được sử dụng hiện nay trong các nhà máy sữa vì hiệu quả cao và có giá trị kinh tế của nó
Trang 3Trong đồ án này, do được xử lí trong điều kiện nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên sản phẩm sữa thanh trùng có giá trị dinh dưỡng và cảm quan gần như với sữa tươi
Sau khi tính toán và thiết kế, kết quả thu được các thông số chính như sau:
- Chiều rộng phân xưởng: 36 m
- Chiều dài phân xưởng: 44m
- Chiều cao phân xưởng: 10m
- Năng suất làm việc : 30.000 kg/mẻ
- Nhiệt độ thanh trùng: 80oC
Trong quá trình tính toán thiết kế và tham khảo tài liệu không tránh khỏi những sai sót, mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và hội đồng
2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
2.1 Giới thiệu về sữa bò
Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức
ăn để nuôi sống động vật non
2.1.1 Một số tính chất vật lí của sữa bò
Sữa là một chất lỏng đục Độ đục của sữa là do chất béo, protein và một số chất
khoáng trong sữa tạo nên Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β -caroten có
trong chất béo của sữa Sữa bò thường có màu trắng đến vàng nhạt Sữa gầy (sữa đã được tách béo – skimmilk) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt Sữa bò có mùi rất đặc trưng
và vị ngọt nhẹ
Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lí quan trọng của sữa bò tươi
Trang 4Độ dẫn điện 1/ohm.cm 0,004 – 0,005Nhiệt dung riêng cal/g o C 0,933 – 0,954
2.1.2 Thành phần hóa học của sữa bò
Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein và các chất béo Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nito phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí
Bảng 2.2 Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng)
Bảng 2.3 Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)
Các thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung bình
Cu, Mo… cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người
Bảng 2.4 Thành phần một số nguyên tố khoáng trong sữa
Trang 5đi 17% Nhiệt độ cao hơn 100oC làm phá hủy một phần hoặc hầu hết các loại vitamin Khi
để lọt không khí, có tác dụng của ánh sáng, bao bì hoặc thiết bị bẩn đều làm giảm lượng vitamin các loại Vitamin C bị phá hủy hoàn toàn trong điều kiện trên
Bảng 2.5 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò
2.2 Hệ vi sinh vật trong sữa bò
2.2.1 Nguồn gốc hệ vi sinh vật trong sữa
Hệ vi sinh vật trong sữa rất đa dạng, có nhiều nguồn gốc khác nhau như từ một
số nguồn sau đây:
Bầu vú động vật cho sữa
Người và thiết bị vắt sữa
Thiết bị chứa sữa
Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa
2.2.2 Hệ vi sinh vật trong sữa
Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng trong sữa luôn luôn thay đổi và phụ thuộc vào mức độ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vắt sữa Các vi sinh vật có thể được chia làm hai nhóm chính: procaryote và eucaryote
a Procaryote
• Vi khuẩn lactic: các vi khuẩn lactic có mặt trong sữa tươi sau khi vắt được xem là những vi sinh vật tạp nhiễm Chúng sẽ tạo ra những chuyển hóa ngoài ý muốn của nhà sản xuất trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến (giảm pH, đông tụ casein, xuất hiện các hợp chất mới trong sữa như ethanol, acid acetic làm thay đổi thành phần và giá trị cảm quan của sữa) Khi thanh trùng sữa ở 80oC, hầu hết các vi khuẩn lactic nhiễm trong sữa sẽ bị tiêu diệt
5
Trang 6• Vi khuẩn Coliform: trong sữa, vi khuẩn Coliform sẽ chuyển hóa đường lactose tạo
acid lactic và các acid hữu cơ khác, khí CO2, H2 Chúng cũng làm phân giải protein trong sữa tươi tạo ra các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu Ơ nhiệt độ 75oC
trong khoảng thời gian 20 giây, vi khuẩn Coliform sẽ bị tiêu diệt
• Vi khuẩn sinh acid butyric ( giống Clostridium): vi khuẩn Clostridium chuyển hóa
đường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác như acid butyric, butanol, ethanol, aceton, khí CO2, H2 làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa
trong quá trình bảo quản Clostridium có khả năng sinh bào tử, trong quá trình thanh trùng không thể tiêu diệt được hoàn toàn các bào tử Clostridium chịu nhiệt
Khi đó, ta phải dùng các giải pháp kĩ thuật khác như vi lọc, ly tâm hoặc sử dụng chất
kháng khuẩn để loại bỏ hoặc ức chế Clostridium.
• Vi khuẩn propionic (giống Propionibacterium): vi khuẩn propionic chuyển hóa
đường thành acid propionic, acid acetic, khí CO2 làm hư hỏng chất lượng sữa Hầu
hết các vi khuẩn propionic bị tiêu diệt khi thanh trùng sữa ở 75oC trong thời gian 20 giây
• Vi khuẩn gây thối: đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein tạo ra các sản phẩm polypeptide, peptide và acid amin Một số acid amin tiếp tục bị thủy phân tạo
NH3, H2S làm cho sữa có mùi khó chịu Đáng chú ý hơn cả là loài Pseudomonas fluorescens Các enzyme protease và lipase được sinh tổng hợp bởi loài vi khuẩn
này rất bền nhiệt Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein
(proteolysis) và lipid (lipolysis), nhanh chóng làm hư hỏng chất lượng sữa.
b Eucaryote
• Nấm men: một số nấm men có thể sử dụng đường lactose cho quá trình trao đổi chất Chúng phát triển trong sữa và gây ra những biến đổi về thành phần hóa học trong quá trình bảo quản sữa
• Nấm sợi: một số loài nấm sợi thường nhiễm vào sữa: Penicillium camembertii, P roquefortii, P casei, Geotrichum candidum, Rhizopus stolonifer
Hầu hết các loài nấm men và nấm sợi đều bị tiêu diệt trong quá trình thanh trùng sữa ở
75oC trong thời gian từ 10 – 15 giây
3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.1 Quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng
Trang 7Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng
3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
3.2.1 Sữa nguyên liệu
Sữa nguyên liệu sau khi được thu mua và bảo quản lạnh tại nhà máy sẽ được đưa vào sản xuất
3.2.2 Quá trình chuẩn hóa
Mục đích: hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa đến giá trị 3,5%
Phương pháp thực hiện: sữa sẽ được gia nhiệt đến 65oC ở thiết bị trao đổi nhiệt
dạng bản mỏng, sau đó sẽ được bơm vào máy li tâm hoạt động theo phương pháp liên tục Hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một dòng là sữa gầy và một dòng
là cream Hàm lượng béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ hoạt động của máy li tâm Sau đó, một phần cream sẽ được phối trộn lại với dòng sữa gầy
trùng
Trang 8để đạt hàm lượng chất béo theo yêu cầu sản xuất Ơ đây, ta chọn giá trị đó là 3,5% Phần cream dư sẽ đưa đi xử lí tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream.
Các biến đổi chính:
• Vật lí: khối lượng riêng tăng, độ nhớt giảm, nhiệt độ tăng, …
Thiết bị: máy li tâm và hệ thống hiệu chỉnh hàm lượng chất béo hoàn toàn tự
động
3.2.3 Quá trình bài khí
Mục đích: cải thiện mùi của sữa, tăng hệ số truyền nhiệt.
Phương pháp thực hiện: Một áp lực chân không thích hợp sẽ được tạo ra làm
cho
các khí ở dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi nước cùng các hợp chất dễ bay hơi thoát ra khỏi thiết bị Toàn bộ hỗn hợp này sẽ được đưa vào bộ phận ngưng tụ được đặt
trên đỉnh thiết bị bài khí Nước và một số cấu tử sẽ chuyển sang dạng lỏng và chảy xuống đáy thiết bị, còn khí và các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút ra ngoài
Thông số kĩ thuật: nhiệt độ sữa 65oC, áp lực chân không 580 mmHg
Các biến đổi chính:
• Vật lí: thể tích giảm
• Hóa lí: nước bay hơi
• Cảm quan: cải thiện mùi của sữa
Thiết bị: thiết bị hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh nón được quay lên phía
trên Dưới nắp thiết bị là bộ phận ngưng tụ được nối với bơm chân không
4.1 Tính cho 100 kg sữa tươi nguyên liệu
Giả sử quy trình công nghệ có các giá trị tổn thất như sau:
Bảng 4.1 Tổn thất trong quá trình sản xuất
thất
Trên đường ống từ thiết bị chứa sữa nguyên liệu đến thiết bị chuẩn hóa, %
khối lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống
0.1
Trang 9Quá trình chuẩn hóa, % khối lượng so với lượng sữa trước chuẩn hóa 0.2
Trên đường ống từ thiết bị phối trộn đến thiết bị bài khí, % khối lượng so
Quá trình bài khí, % khối lượng so với lượng sữa trước bài khí, % khối
lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống
0.9
Trên đường ống từ thiết bị bài khí đến thiết bị đồng hóa, % khối lượng so
lượng sữa trước khi vào đường ống
0.1Quá trình đồng hóa, , % khối lượng so với lượng sữa trước đồng hóa 0.2Trên đường ống từ thiết bị đồng hóa đến thiết bị thanh trùng, % khối
lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống
0.1Quá trình thanh trùng, , % khối lượng so với lượng sữa trước thanh trùng 0.2Trên đường ống từ thiết bị thanh trùng đến thiết bị đóng gói, % khối lượng
so lượng sữa trước khi vào đường ống
0.1Quá trình đóng hộp, % khối lượng so với lượng sữa trước đóng hộp 0.5
Thành phần sữa nguyên liệu :
Tổn thất trong quá trình chuẩn hóa: q1= 0.5%
Ta có sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau:
9
Ly tâm
8.7 kg cream39% chất béo
100 kg sữa
3.9% chất béo
Phối trộn90.1 kg sữa gầy
0.05% chất béo
98.8 kg sữa3.5% chất béo
9.9 kg cream39% chất béo
1.2 kg cream39% chất béo
Trang 114.2 Tính theo năng suất của phân xưởng trong một mẻ sản xuất
Chọn năng suất theo nguyên liệu: N = 30000 kg/ mẻ
Khối lượng nguyên liệu cho từng quá từng được tính theo bảng 4.2
Bảng 4.2 Khối lượng nguyên liệu cho từng quá trình
Quá trình Tính cho 100 kg sữa nguyên liệu Tính theo năng suất trong một mẻ sản
11
Trang 12F (fat): hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng)
SNF (solid non fat): hàm lượng các chất khô không béo trong sữa (% khối lượng)
W (water): hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng)
87.40.93 1.608
o C
5.1 Quá trình nhập liệu
Khối lượng sữa nhập liệu trong một mẻ: 30000 kg
Thể tích sữa nhập liệu trong một mẻ:
Trang 1329041.62( )1.033
5.2 Quá trình chuẩn hóa
Khối lượng nguyên liệu cần chuẩn hóa: 29970 kg
Thể tích sữa cần chuẩn hóa trong một mẻ:
29970
2901.58( )1.033
• Năng suất dòng sữa gầy: 56000 l/h
• Năng suất tiêu chuẩn: 70000 l/h
• Công suất: 42 kW
5.3 Quá trình bài khí
Khối lượng nguyên liệu vào thiết bị bào khí là: 26596.03 kg
Thể tích sữa cần bài khí trong một mẻ:
13
Trang 1425746.40( )1.033
Chọn thời gian bài khí là 30 phút
Năng suất của thiết bị là:
25746.40 60
51492.8( / )30
Khối lượng sữa vào quá trình đồng hóa: 26330.30 kg
Thể tích nguyên liệu được đồng hóa:
26330.30
25489.16( )1.033
m
d
Chọn thời gian đồng hóa là 30 phút
Năng suất lý thuyết của thiết bị:
25489.16 60
30587( / )50
Trang 15• Kích thước thiết bị: D x R x C = 2075 x 1950 x 2050 (mm)
• Diện tích chiếm chỗ của thiết bị: 4500 x 4000 x 3000 (mm)
• Công suất động cơ :
A = năng suất (l/h) x áp lực (bar)/30600 = 255.72 (kW)
m
d
Chọn thời gian thanh trùng là 20 phút
Năng suất lý thuyết của thiết bị:
25412.75 60
76238.2( / )20
• Năng suất thiết bị: 91500 l/h
• Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt mỗi đĩa: 0.62 m2
• Bề dày mỗi đĩa: 0.5 mm
• Kích thước mỗi đĩa: 1500x500 mm
5.6 Quá trình đóng gói
Khối lượng sữa cần đóng gói trong một mẻ: 26172.67 kg
Thể tích sữa cần đóng gói trong một mẻ:
26172.67
25336.56( )1.033
Trang 16Năng suất của thiết bị:
25336.56 60
25336.56( / )60
Hệ thống CIP có hai chế độ khác nhau:
• Chế độ 1: với thiết bị tiếp xúc trực tiếp với sữa có gia nhiệt như: thiết bị thanh trùng, thiết bị gia nhiệt, thiết bị bài khí…Ta có chế độ chạy CIP như sau:
Rửa với nước ấm 10 phút
Chạy dung dịch kiềm (0.5-1.5%) trong 30 phút ở 75oC
Rửa lại bằng nước ấm trong 5 phút
Chạy dung dịch acid nitric (0.5-1.0%) trong 20 phút ở 70oC
Rửa lại bằng nước lạnh
Làm mát từ từ bằng nước lạnh trong 8 phút
• Chế độ 2: với thiết bị tiếp xúc với sữa không có gia nhiệt như: bồn chứa, đường ống, thiết bị phối trộn, thiết bị đóng gói…Chế độ chạy CIP như sau:
Rửa bằng nước ấm trong 3 phút
Tuần hoàn dung dịch kiềm (0.5-1.5%) trong 10 phút ở 75oC
Rửa bằng nước ấm trong 3 phút
Tiệt trùng bằng nước nóng 90-95oC trong 5 phút
Làm nguội từ từ bằng nước lạnh trong 10 phút
6.2 Tính nước cho quá trình vệ sinh
Lượng nước ấm dùng để vệ sinh thiết bị trong chế độ 1 bằng 15% thể tích bồn chứa nguyên liệu
Trang 17Nhiệt dung riêng của sữa: Csữa=3.95kJ/kg độ
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: r =2221kJ/kg (ở t=115oC, P=1.724 kg/cm3)
Khối lượng riêng của hơi: ρhơi= 0.9635 kg/m3
Nhiệt dung riêng của nước: Cnước= 4.18 kJ/kg.độ
Khối lượng riêng của nước: ρnước= 1 kg/l
Hiệu suất truyền nhiệt trong thiết bị gia nhiệt bản mỏng là: 90%
Nhiệt dung riêng của dung dịch kiềm: Ckiềm = 3.82 kJ/kg.độ
Khối lượng riêng của dung dịch kiềm: ρkiềm = 1.1 kg/l
Nhiệt dung riêng của dung dịch acid: Cacid = 2.9 kJ/kg.độ
Khối lượng riêng của dung dịch acid: ρacid = 1.287 kg/l
7.1 Quá trình chuẩn hóa
Khối lượng sữa cần gia nhiệt trong một mẻ: 29970 kg
Nhiệt độ ban đầu của sữa: 4oC
Nhiệt độ của sữa sau khi gia nhiệt: 65oC
Lượng nhiệt cần để gia nhiệt lượng sữa này:
29970 3.95 (65 4) 7221271.5
ch sua sua
17
Trang 187.2 Quá trình bài khí
Khối lượng sữa cần bài khí trong một mẻ: 26596.03 kg
Giả sử nhiệt độ sữa khi vào gia nhiệt cho bài khí là 55oC
Nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt là 65oC
Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho lượng sữa này:
Quá trình thanh trùng được chia làm 3 giai đoạn:
• Giai đoạn 1: gia nhiệt sữa lên 85oC
• Giai đoạn 2: trong ống giữ nhiệt khoảng 12 giây
• Giai đoạn 3: làm lạnh về 4oC
Khối lượng sữa cần thanh trùng trong một mẻ: 26251.37 (kg)
Giả sử nhiệt độ sữa trước khi vào thiết bị thanh trùng là 55oC
Nhiệt độ sữa sau giai đoạn 1 là 85oC
Lượng nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt cho lượng sữa này:
Lượng nhiệt này dùng để gia nhiệt cho sữa ở các quá trình bài khí
Lượng nhiệt cần phải cung cấp:
Q = Qch+Qtt = 8271814.6 +3110787.3 = 10332058.8 (kg)
Lượng hơi cần phải cung cấp:
10332058.8
4652( )2221
