Quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng

ĐỈc biƯt sự biến dạng cđa màng sẽ tăngcường sự hoạt động trực tiếp cđa một số loài vi sinh vật hoỈc là sự tăng lêncđa chỉ số axit hoỈc còn làm thay đỉi các tính chất vật lý một cách sâu

CHươNG I QUY TRìNH, CôNG NGHƯ SảN XUấT SữA THANH

TRẽNG

1.1 ĐỈC đIĨM, THΜNH PHầN VΜ CấU TRĨC CĐA SữA TươI

1.1.1 Tính chất vật lý cđa sữa tươi

Sữa là một chất lỏng màu trắng đơc có độ nhớt lớn hơn hai lần so vớinước, có vị đường nhĐ và có mùi không rõ nét Sữa thường có những đỈcđiĨm và tính chất sau:

Bảng 1.1 ĐỈc điĨm và tính chất cđa sữa

1.1.2 Thành phần hoá học và tính chất lý hoá cđa sữa tươi

VỊ tính chất hoá lý người ta coi sữa như một thĨ keo gồm các cầu béo(đường kính 3-5 m) và các mixen protein (đường kính gần 0,1 m trong pha phân tán là nước)

Nước là thành phần lớn và quan trọng nhất chiếm tỷ 9/10 cđa thành phầnsữa, còn lại là tỉng hỵp các chất khô (chiếm 25-130g/lít sữa)

Chất béo cđa sữa (váng sữa) tách ra đưỵc tính trong thành phần tỉng hàmlưỵng chất khô có trong một lít sữa) Vì vậy lưỵng chất béo trung bình xấp xỉbằng 90 g/lít.

Một số các thành phần khác có trong sữa với hàm lưỵng thay đỉi và đẽdàng định lưỵng đưỵc Tuy nhiên một số các thành phần khác chỉ hiƯn diƯndưới dạng vết Nên rất khó xác định (thường dùng các loại sắc ký đĨ địnhlưỵng bằng vết trên cột)

Các chất khó định lưỵng có thĨ kĨ đến: Các chất béo,đường lactoza, cácchất chứa Nitơ, các loại muối khoáng Các chất tiếp theo là các loại enzym,các sắc tố và các Vitamin

ĐỈc tính chđ yếu cđa thành phần sữa là tính hoà tan cân đối cđa nó ĐiỊunày vỊ giá trị đưỵc coi như một yếu tố vô giá, đỈc biƯt là đối với trỴ em Phầnlớn các thành phần quan trọng tham gia vào cấu trĩc cđa các cơ quan trong cơthĨ người và động vật đã đưỵc chứng minh

Bảng 1.2 Thành phần hóa học trung bình cuẩ một lít sữa bò

I-Thành phần tạo hình hoặc cung cấp năng lượng

a) ĐỈc tính hoá - lý cđa chất béo

Chỉ sè gam iot là số gam IOT kết hỵp với 100g chất béo

Chỉ số xà phòng hóa là số gam mg KOH cần thiết đĨ xà phòng hoá chấtbéo.Chỉ sè axit bay hơi không hòa tan và hoà tan đưỵc biĨu diƠn bằng số mldung dịch NaOH 0,1N cần thiết đĨ trung hoà các axit béo không hoà tan hoỈchoà tan đưỵc trong 15g chất béo ở điỊu kiƯn nhất định

b) Cấu trĩc sđa chất béo có trong sữa

Chất béo có trong sữa tồn tại dưới dạng huyỊn phù cđa các hạt nhỏ hìnhcầu (tiĨu cầu) hoỈc hình ô van với đường kính từ 2 10 m tuỳ thuộc vào giống bò sản sinh ra sữa

Các tiĨu cầu đưỵc vây quanh bởi một màng Protit gồm hai phần: Phần cóthĨ hoà tan đưỵc và phần không thĨ hoà tan đưỵc trong nước

Các phần này rất khác nhau trong từng loại sữa Màng tiĨu cầu béo cònchứa nhiỊu chất khác với hàm lưỵng nhỏ, trong đó chđ yếu là sắt, đồng,enzym nhất là enzym Photphattaza có trong pơhần không hoà tan đưỵc.

Sự phân bố các loại glyxerit trong lòng tiĨu cầu mang đỈc điĨm sau: Phầntrung tâm tiĨu cầu chứa glyxerit có điĨm nóng chảy thấp, giàu axit oleic vàluôn ở dạng lỏng trong điỊu kiƯn môi trường Trong khi đó phần ngoại vi nơitiếp xĩc với màng chứa các glyxerrit với chỉ số IOF rất thấp (5-6) nhưng cóđiĨm nóng chảy cao có thĨ đông đỈc lại ở nhiƯt độ môi trường

Sự toàn diƯn vỊ cấu trĩc cđa tiĨu cầu là điỊu kiƯn quyết định cho sù ỉnđịnh cđa chất béoa có trong sữa ĐỈc biƯt sự biến dạng cđa màng sẽ tăngcường sự hoạt động trực tiếp cđa một số loài vi sinh vật hoỈc là sự tăng lêncđa chỉ số axit hoỈc còn làm thay đỉi các tính chất vật lý một cách sâu sắc gây

ra cuộc tiến lại gần rồi kết dính các tiĨu cầu với nhau dẫn đến quá trình táchchất béo làm mất đi tính đồng nhất cđa sữa

2 Các chất béo chứa nitơ cđa sữa

Protein cđa sữa cịng do các axit amin trùng ngưng với nhau tạo nên Vìthế, khi protein chia tác dơng cđa enzym proteinaza sẽ tạo thành đầu tiên làcác peptit và cuối cùng là các axit amin

Các axit amin chđ yếu có trong sữa: Glyxerin 2,7% tính theo sản phẩmkhô)/lít sữa, alamin 3,0%, valin 7,27%, lơxin 9,2%, izolơxin 6,1%, prolin11,3%, phelylamin 5,0%,cystin cytein 0,34%, methionin 2,8%, tryprophan1,7%, arginin 4,1%, serin 6,3%, histidin 3.1%, hysin 8,2%, axit aspartic 7,1%,axit glutamin 22,4%, treonin 4,9%, tyrosin 6,3%

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Thành phần quan trọng nhất cđa các chất chứa nitơ là các cazein hoỈc cóthĨ nói cazein là thành tỗ quan trọng nhất cđa protit có trong sữa Cazein dướikính hiĨn vi điƯn tư là các hạt hình cầu có đường kính thay đỉi từ 40-200 m.Bằng phương pháp ly tâm cao tốc, các hạt này tập trung lại và lắng xuống vớidạng keo có màu trắng, đưỵc tách bƯt với chất lỏng màu lơc nhạt và đơc gồmsữa ĐiỊu đáng quan tâm trong công nghƯ chế biến sữa là sự không đồng nhấtcđa lazein.

3 Đường lactoza

Đường lactoza trrong sữa có hàm lưỵng trrung bình 50g/lit và tồn tạidưới dạng - và - lactoza, khi thủ phân lactoza cho ra một phân tư đường glucoza và một phân tư đường galactoza

Trong sữa, dùng lactoza luôn ở trạng thái hoà tan Những đỈc điĨm vỊkhả năng hoà tan và kết tinh cđa nó rất quan trọng cho phép áp dơng trongcông nghiƯp chế biến sữa đỈc có đường

Khả năng kết tinh cđa đường lactoza: Khi người ta làm lạnh dung dịchbão hoà đường lactoza Sự kết tinh không xảy ra rức thì mà đầu tiên dungdịch ở trạng thái quá bão hoà rồi tiếp đến là sự kết tinh theo quá trình đảongưỵc so với quá trình thao tác Trước tiên -lactoza kết tinh và đồng thời

- lactoza chuyĨn hoá thành -lactoza kết tinh xung quanh nó và vì vậy toàn

Cơ chế cđa sự kết tinh đường lactoza có Ých lớn trong công nghiƯp chếbiến sữa đỈc có đường Đường lactoza cđa sữa rất nhạy cảm bởi nhiƯt Giữa110-1300C xảy ra dạng mất nước cđa tinh thĨ đường Trên 1500C người tanhận đưỵc màu vàng và ở 1700C màu nâu đậm hình thành bởi quá trìnhCaramen hoá đường lactoza, cịng còn phải kĨ đến phản ứng cđa đường vớinhững chất chứa nitơ kéo theo sự xuất hiƯn các thành phần có màu nâu đưỵcgọi là melanvidin.

4 Các muối khoáng

- Các muối khoáng này thường bao gồm muối clorua (2,01g/l), photphat(3,32g/l), xtrat (3,21g/l), natribicacbonat (0,25g/l), natri Sunphat (0,18g/l),muối canxi protein (0,16%)

- Các kim loại nỈng có trong sữa: Fe 1 1,5mg; Cu 0,2 0,5mg; Zn 

2 3mg; Mn 0,05mg.

ViƯc xác định thành phần muối có trong sữa rất quan trọng Bằng conđường phân tích hoá học, người ta xác định đưỵc các anion và cation nhưngngười ta không xác định đưỵc các liên kết tồn tại giữa chĩng với nhau MỈtkhác, trong sữa các chất khoáng tồn tại dưói dạng cân bằng, hoà tan và thĨ keo(colloidal) Sự cân bằng dƠ bị phá vỡ hoỈc có thĨ bị biến đỉi dưới ảnh hưởngcđa nhiỊu yếu tố khác nhau: NhiƯt độ, độ pH

Sự cân bằng giữa hai dạng muối canxi (Ca2+ cđa các muối hoà tan đưỵcphân ly và Ca ở dạng phức cđa các thĨ keo) là điỊu kiƯn đỈc biƯt cho sù ỉnđịnh cđa sữa Sự tăng lên cđa Ca2+ làm tăng khả năng mất ỉn định cđa sữa khiđun nóng hoỈc khi sư dơng các men dịch vị Vì vậy đĨ hạn chế hiƯn tưỵngtrên thường người ta cho thêm vào trong sữa các loại muối phức (photphathoỈc xitrat) cho phép giữ đưỵc sự ỉn định cđa sữa trong quá trình đun nóng,

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

đỈc biƯt đối với một số loại sữa đưỵc chế biến ở nhiƯt độ cao (sữa tiƯt trùng,sữa cô đỈc).

5 Axit xitric

Trong sữa chứa nhiỊu loại axit hữu cơ khác nhau nhưng quan trọng nhất

là axit xitric, là một triaxit hữu cơ, nó đóng vai trò quan trọng trong viƯc tăngcường mùi thơm cđa các sản phẩm bơ nhờ sự tạo thành axetoin, diaxetyl và2,3-butylen-glylcol

Các chất xĩc tác sinh học tìm thấy trong sữa với lưỵng rất nhỏ nên khôngthĨ đóng vai trò cung trong viƯc cung cấp thức ăn cịng như không có vai tròtrong viƯc tạo hình hoỈc cung cấp năng lưỵng Thế nhưng, sự có mỈt cđachĩng cho phép thực hiƯn một số phản ứng hoá học dưới vai trò xĩc tác cịngnhư sự thĩc đẩy cđa các phản ứng này trong viƯc kiĨm tra trạng thái cđa sữa.Các chất xĩc tác sinh học bao gồm chđ yếu là các Vitamin và các enzym

vitamin không phải đã đưỵc chứng minh đầy đđ HiĨu biết cđa chĩng ta vỊ vấn

đỊ này càng phong phĩ một cách nhanh chóng

Sữa là một trong số những thức ăn chứa nhiỊu loại vitamin nhất songhàm lưỵng cđa chĩng không nhiỊu

Thông thường người ta xếp vitamin thành hai nhóm tuỳ theo khả năng hoàtan trong sữa hoỈc trong chất béo Các vitamin A,D,E đỊu là các vitamin tanđưỵc trong chất béo (liposuluble) và phần đông tìm thấy trong các loại Crem,còn vitamin B,C hoà tan đưỵc trong nước (hydroluble) tồn tại trong sữa đãđưỵc tách mỡ

*) Các loại vitamin tan trong chất béo:

- VitaminA: Khoảng 1500uI/I=0,3 g retinol axerophtol VitaminA cònđưỵc gọi là retirol có tác dơng chống lão hoá và giữ gìn tuỉi thanh xuân Bêncạnh đó còn tồn tại nhiỊu vitamin dạng chất béo màu vàng Vitamin có khảnăng chịu nhưng rất nhạy cảm với chất oxy hoá

- VitaminD: Khoảng 20uI/I=0,25 g canxipherol hay vitaminD 2 có vai tròtrong viƯc tham gia cấu trĩc xương

- VitaminE: 1-2mg/l dưới tên gọi tocopherol Dầu cđa mầm lĩa mì là nguồnchứa vitaminE chđ yếu, còn trong sữa rất Ýt, vitamin này có tác dơng chốnglão hoá và không bỊn nhiƯt, thường mất đi trong quá trình tiƯt trùng

*) Các loại vitamin tan trong nước:

- VitaminB1: 400-1000mg/l, thiếu loại vitamin này gây nguy hiĨm cho cácbƯnh vỊ thần kinh , vitaminB1 còn đưỵc gọi là anerin hoỈc thiamin Vitamintham gia vào cấu tạo cđa co-carboxylaza phức hƯ diataza chính là nhữngenzym góp phần chuyĨn hoá đường trong cơ thĨ

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

- VitaminB2: 800-3000mg/l, vitamin này tham gia trong nhóm hoạt độngchuyĨn hoá đường trong cơ thĨ.

- VitaminPP: 1-2mg/l, nã tham gia vào tỉ chức cơ quan như B1,B2 và thamgia vào quá trình chuyĨn hoá đường phức tạp, nó đóng vai trò như chất chuyĨntải hydro trong quá trình oxy hoá trong tế bào Sữa bò nghèo thành phầnniacin, vitamin này khá ỉn định và Ýt thay đỉi trong sữa

- Axit pantothenic: 2-5mg/l, đó là thành phần chđ yếu cđa axetylcholin,cholin và cđa các axit amin khác VitaminPP tham dự vào quá trình tỉng hỵpcác axit béo và chuyĨn hoá gluxit Trong sữa chứa một lưỵng rất quan trọngaxit pantothenic và vitamin này rất ỉn định

- VitaminB6: 0,3-1,5mg/l, vitamin này tồn tại trong sữa dưới dạng piridoxal

Nó đóng vai trò trong quá trình chuyĨn hoá protit, lipit và nó tham gia vào quátrình tạo huyết

- VitaminB12: 1- 8mg/l, vitamin này tham gia vào quá trình tỉng hỵpmethionin và quan trọng hơn là trong viƯc tỉng hỵp protein Sự thiếu hơt B12

gây nên chứng thiếu máu ác tính Cobalamin có thĨ tỉng hỵp đưỵc nhờ vi sinhvật dạng cỏ VitaminB12 nhạy cảm với nhiƯt và trong quá trình đun nóngkhông bị phá hủ trong điỊu kiƯn thiếu oxy, sù tiƯt trùng có thĨ phá hủ gần90% vitamin trong khi đó nếu đun nóng theo kiĨu thanh trùng thì chỉ phá hủ10% Sữa là nguồn quan trọng vỊ vitaminB12

- Axit folic: 0,25-6mg/l, vai trò chính cđa vitamin này là tham gia vào sựhình thành axit nucleic Cịng như nucleprotein, nó rất quan trọng trong quátrình tạo huyết Sữa là nguồn nghèo axit folic

- VitaminH: 15-100mg/l, có tên gọi là biotin Hoạt động sinh lý cđa nãtrong cơ thĨ con người còn chưa xác định Có thĨ giả thiết rằng có một mốiquan hƯ trực tiếp giữa hàm lưỵng biotin với hàm lưỵng chất béo cđa sữa

Vitamin này rất ỉn định, hàm trung bình cđa nã trong sữa cho phép coi nhưnguồn vỊ vitaminH

- Các vitamin khác thuộc nhóm B: Các vitamin này hiƯn diƯn trong sữadưới dạng aminobenzoic đưỵc coi là yếu tố tăng trưởng cho phàan lớn cácloài sinh vật, Inotirol, axit orotic mới đưỵc chiết tách từ sữa và có vai tròchính trong viƯc tỉng hỵp các axit nucleic

- VitaminC: 10-20mg/l, có tên gọi axit ascorbic Vai trò sinh lý cđa nó chưahoàn toàn sáng tỏ VitaminC tham gia vào quá trình sinh hoá oxy hoá-khư.Hầu hết các loại trái cây nhất là các loại cam quýt hàm lưỵng vitamin này lớn.Sữa nghèo vitaminC Các sư lý nhiƯt và oxy hoá góp phần làm nghèo thêm

b) Các enzym

Sữa có chứa nhiỊu loại enzym nhưng viƯc nghiên cứu chĩng còn khókhăn bởi lẽ viƯc chiết tách các enzym tự nhiên có trong sữa hoỈc enzym cómỈt trong chất lỏng không phải dƠ dàng, tuy biết rằng các enzym đó có lỵiÝch lớn trong công nghiƯp Chĩng ta nghiên cứu các loại enzym cđa sữa theo

sự sắp xếp chung cho hai loại: enym thủ phân và enzym oxy hoá sinh học

*) Các loại enzym thủ phân:

Chĩng thủ phân các loại axit khác nhau, trong sữa các enzym đỈc trưngthuộc loại này: Lipaza, phosphotaza, kiỊm galactoza và amyaza

- Lipaza: Thủ phân cac glyxerit với sự có mỈt cđa axit béo tự do và cđaglyxerol Lipaza không bỊn, nhiƯt độ xấp xỉ 700C trong thời gian vài giây cóthĨ làm mất hoạt tính

- Phosphotaza: Thủ phân các loai este phosphat như glyxerolphosphat,phenylphosphat chĩng bị phá hủ bởi sự đốt nóng khoảng nhiƯt độ 720Ctrong thời gian 15-20 phĩt hoỈc ở 630C trong 30 phĩt

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Lỵi Ých chđ yếu cđa enzym phosphotaza kiỊm tính đưỵc sư dơng nhưmột yếu tố đĨ kiĨm tra sù thanh trùng cđa sữa và Crem.

- Galactoza hoỈc protaza: Các enzym này có thĨ phân hủ protit đến sảnphẩm pepton và axit amin Chĩng bị kiỊm chế trong môi trường axit, ngoài rachĩng còn bị kiỊm chế hoạt động ở nhiƯt độ môi trường thấp và bị phá huyưbởi sự đốt nóng khoảng 750C trong 10 phĩt

- Amylaza: enym này thủ phân tinh bột thành các dextrin Vai trò cđaamylazacos trong sữa chưa đưỵc giả thích rõ Cấu trĩc cđa enzym này hoàn bịphá vỡ khi chịu sự đốt nóng khoảng 65 u trúc của enzym này hoàn bị phá vỡkhi chịu sự đốt nóng khoảng 650C trong 30phĩt

*) Các enzym oxy hoá học:

Loại enzym này bao gồm tất cả các loại enzym tham gia vào quá trìnhoxy hoá sinh học Trong số các enzym này cần phải kĨ đến: Reductaza

Reductaza: trong thực tế sự hiƯn diƯn cđa loại enzym này dẫn đến sựmất màu nhanh chóng cđa hỵp chất xanh metylen đưỵc cho vào trong sữa tươi(do hình thành hỵp chất Lenco-derive không màu) ở nhiƯt độ 700C trong 30phĩt hoỈc 800C trong 10 phĩt, Loại enzym này đưỵc phá hủ hoàn toàn.Reductaza sinh ra do vi sinh vât

Ý nghĩa thực tế cđa enzym này rất đáng kĨ: Sự làm mất màu xanh cđametylen do liên quan giữa tốc độ làm mất màu xanh cđa metylen cho vàotrong sữa với lưỵng vi sinh vật có trong sản phẩm

Lactoperoxydaza: enzym phân hủ nước oxy già tạo thành oxy hoạt động

và có thĨ liên kết với các chất chứa oxy Sự ngừng hoạt động cđa các enzymnày xảy ra ở 820C trong 20 phĩt hoỈc 750C trong 19 phĩt

Catalaza: Phân hủ nước oxy già, giải phóng ra oxy ở dạng tự do dướidạng phần tư không hoạt động Là loại enzym khá bỊn nhiƯt do đó cần phảiđun nóng sữa đến 700C trong 30 phĩt đĨ phá hủ nã.

7 Vi sinh vật có trong sữavà vai trò cđa nã

HƯ sinh vật tìm thấy trong sữa bao gồm nấm mốc, nấm men và vikhuẩn

a) Nấm mốc

Loài nấm mốc nhận đưỵc trong sữa chđ yếu là loàiMucor và Rhzopusvới số lưỵng lớn Một số loại Mucor hoỈc Rhzopus đỈc biƯt gây biến độngđến quá trình chế tạo phomat dạng nhão

Tất cả các loài nấm mốc này đỊu hô hấp mạnh và phát triĨn trên bỊ mỈtmôi trường nuôi cấy Chĩng thích hỵp trên các môi trường axit và trong sữatạo ra axit lactic Phần đông các nấm mốc tiết ra enzym lipaza có khả năngthủ phân chất béo và enzym proteaza có vai trò thủ phân các chất chứa nitơ

b) Nấm men

Phần đông các loài này chuyĨn đường thành rưỵu và sinh sản theo kiĨunảy chồi Các loài nấm men Chinin có trong sữa bao gồm: Sacharomyces,Mycorderma và Torula

Thông thường trong sữa vi khuẩn lactic có đỈc tính chđ yếu sau:

- Hô hấp khí hay yếm khí tuỳ tiƯn

- Không sản sinh ra enzym calataza vì vậy chĩng không phân hủ nước oxygià

- Không sản sinh ra các hỵp chất nitrat

- Ýt hoỈc không tiết ra enzym proteaza trong sữa, nhưng đôi khi trongphomat các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong viƯc phá hủ thành phầnCazein

- Lên men các loại đường ở các điỊu kiƯn khác nhau

Đối với sữa các loài vi khuẩn tham gia vào các quá trình biến đỉi cácthành phần sữa như sau:

Loài strettococcus Thermophilus: Tác nhân cđa sự hình thành axit là quátrình chín cđa phomat

Nhóm vi khuẩn lactic: Là vi khuẩn sữa chung nhất strettococcus lactic vàS.Cremorit đỊu là tác nhân cđa sự đông tơ tự nhiên một vài chđng loại cđaloài này sản sinh ra các chất kháng sinh Ví dơ: Lactobacillus, Staphylococus,đỈc biƯt Micobaterium Tuberculosis là tác nhân gây bƯnh lao, Strettococcusdiatil lactic là loài sản sinh ra hỵp chất axetoin, từ axit xitric có trong sữa VìđỈc tính này chĩng đưỵc ứng dơng trong sản xuất bơ như một “chất men”,axetoin tạo nên hương vị đỈc biƯt cđa bơ

Lactobacillus: là các loài vi khuẩn có khả năng axit hó sữa chậm hơn làcác loài strettococcus lactic, nhưng chĩng sinh ra sản phẩm cuối cùng mang

tính axit với liỊu lưỵng cao tuỳ thuộc vào số lưỵng cđa chĩng có trong môitrường.

Vi sinh vật gây bƯnh: Tồn tại trong sữa do quá trình nhiƠm từ ngườihoỈc động vật ĐỈc trưng Samonella Typhi, Samonella Pazatyphi… các loàinày phần đông trong thực tế không gây ra sự biến đỉi đáng kĨ cđa sữa vàkhông thĨ xác định bởi con đường phân tích hƯ sinh vật có trong sữa

1.1.3 Biến chất và các dạng biến chất cđa sữa

1 Biến chất do bỉ sung vào sữa các chất từ bên ngoài

Các chất này có mỈt trong sữa từ các nguồn khác nhau, đỈc biƯt thôngqua động vật Vai trò nỉi bật tham gia vào quá trình biến đỉi chất là các loạithuốc sư dơng cịng như cách thức bỉ sung vào trong thức ăn cho động vật lấysữa, chĩng gây ra những ảnh hưởng xấu ngay cả khi với liỊu lưỵng nhỏ ĐĨhạn chế nhứng hiƯn tưỵng đó thì phải sư dơng các chất đó cho vào thức ăntrước 5 giờ trước khi vắt sữa

2 Biến chất do thay đỉi các cấu tư bình thường cđa sữa

Nguồn gốc cđa sù thay đỉi này có thĨ là vi sinh vật, enzym hoỈc biếnđỉi hoá lý

Biến chất do vi sinh vật

Sự biến chất do vi sinh vật chđ yếu do các enzym có trong vi khuẩnlactic làm giảm độ axit cđa sưã bởi quá trình chuyĨn hoá đường lactoza thànhaxit lactic Các vi khuẩn lactic chđ yếu tham gia vào quá trình này làstrettococcus Lactic là loài phát triĨn mạnh ở nhiƯt độ bình thường Khi độ

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

axit đạt 35-40 D Cazein bị đông tơ và khi độ axit đạt 60-70 D thì xảy ra hiƯntưỵng “trở chua” cịng ở nhiƯt độ môi trường

Một sè vi khuẩn khác cịng thuộc loài vi khuẩn lactic ggây nên các biếnchất cho sữa như: Làm giảm độ axit cđa sữa, làm đông tơ sữa xảy ra ngay ở

độ axit không cao, phân giả protein, phân hủ chất béo bởi Lypaza, làm thayđỉi màu sắc cđa sữa, làm tăng độ nhớt cđa sữa và làm xuất hiƯn các vị khácnhau

4 Biến chất do các yếu tố lý hóa

Quan trọng nhất cđa sự biến chất này là vị cđa sữa bị oxy hoá Thôngthường người ta nhóm thành các vị sau: Vị kim loại, vị dầu, vị mỡ, vị gây, vịcactôn

Vị oxy hoá chia thành hai nhóm đỈc trưng:

Nhóm 1: Gồm các vị dầu vị mỡ và vị kim loại Chĩng đỊu là sản phẩm

Nhóm 2: Gồm các vị giấy và vị cactôn có liên quan đến các chất bay hơinhưng chưa đưỵc biết rõ và thường sinh ra trong quá trình chế biến.

Các vị thuộc nhóm 1 và 2 thường xuất hiƯn trong quá trình chế biến từnguồn sữa tự nhiên cao hơn từ sữa đã đưỵc tách bơ Người ta cho rằng sự xuấthiƯn cđa methional đóng vai trò quan trọng trong các vị trên

Axit ascorbic (vitaminC), caroten (vitaminA), tocopherol (vitaminE) cótác dơng ức chế hoỈc đình chỉ quá trình xuất hiƯn các vị oxy hoá cđa sữa Cácloại sữa thu hoạch vào mùa đông có hàm lưỵng vitamin giảm nên thường làmtăng vị oxy hoá cuả sữa Đối với các loại sữa đầu hàm lưỵng caroten thì Ýt bịoxy hoá hơn

Một số các yếu tố vật lý và hoá học khác như: ánh sáng, sự có mỈt cđacác muối kim loại nỈng như muối sắt, muối kẽm và nhất là loại muối đồng làkim loại hoạt động mạnh nhất là các nguyên nhân gây ra quá trình oxy hoá tạo

vị bất bình thường cho sữa

5 Biến chất do pha sữa

Sù pha sữa bao gồm các quá trình chđ yếu sau: Cho thêm nước vào sữa,

sự tách bơ, sự thêm các chất bảo quản và sự pha trộn sữa

*) Pha thêm nước vào sữa:

Sữa đưỵc pha 5% có nghĩa là trong 100 thĨ tích thì có 5 thĨ tích nước.ViƯc cho thêm nước vào sữa đương nhiên làm giảm thành pơhần chất khôcđa sữa Sự cân bằng chất khô trong sữa bình thường đưỵc xác định theocông thức:

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Trong đó:

L- Đường Lactoza (g/l sữa không tách béo)

C- Muối clorua (g/l sữa không tách béo)

1g muối clorua bằng 11,9g đường Lactoza

L và C là hai thành phần chính hoà tan trong pha láng cđa sữa và là điỊukiƯn chính tạo ra áp suất thấm lọc cđa chất lọc

Trong trường hỵp sữa không tách bơ, sự tích tơ muối clorua và đườnglactoza cho phép tính đưỵc thĨ tích cđa chất béo:

Loại sữa không pha nước luôn luôn có C.M.S 70

Chỉ sè C.M.S rất quan trọng đĨ đánh giá chất lưỵng sữa tươi bởi nếu mộttrong hai cấu tư chính trong quá trình chế biến (phần tư đường lactoza chẳnghạn) trên đường thoái biến thì ngưỵc lại, các phần tư lọc (chẳng hạn clorua) sẽtăng lên đồng thời đĨ thiết lập hƯ cân bằng vỊ áp suất thâms lọc cđa sữa

ĐĨ thiết lập tỷ lƯ pha nước vào sữa, ta sư dơng quan hƯ sau:

- Quan hƯ với CMS

- Tỷ lƯ nước pha(%)

- Quan hƯ với chất khô đã tách béo (ESD)

*) Cho thêm các chất bảo quản hoá học:

Trước hết viƯc cho thêm các chất bảo quản vào sữa là cấm Tuy nhiêntrong những trường hỵp cần thiết nhằm giữ đưỵc tuỉi thọ cđa sữa, người ta cóthĨ bỉ sung một số chất không độc cho phép và không gây sự biến chất chosữa.

1.2 BảO QUảN , THU NHậN, LÄC VΜ TIêU CHUẩN HOá SữA TươI

Các công đoạn nên ra trong phần này nhằm đảm bảo cho sữa sau khi thunhận đưỵc từ con vật phải đưỵc bảo quản và tiến hành một số công đoạn thíchhỵp, nhằm làm cho sữa không bị biến chất do vi sinh vật

1.2.1 Bảo quản sơ bộ sữa tươi tại nơi vắt sữa

Sữa sau khi vắt hầu như không đưỵc sư dơng ngay tức thì hoỈc đem chếbiến ngay, mà phải lưu lại thời gian sau khi vắt và vận chuyĨn sữa khỏi nôngtrại Do đó trong giai đoạn này nhất định sữa phải đưỵc bảo quản trong nhữngđiỊu kiƯn nhất định nhằm ỉn định chất lưỵng ban đầu cđa sữa

Sau khi sữa đưỵc lấy từ con vật, sữa có nhiƯt độ khoảng 35-370C vàchứa một lưỵng vi sinh vật (ngay cả vắt sữa trong những điỊu kiƯn vƯ sinhtốt nhất)

Với nhiƯt độ trên cđa khối sữa tươi, vi sinh vật phát triĨn nhanh chóng

và làm thay đỉi độ axit cđa sữa Vì vậy, đĨ đình chỉ hay hạn chế tác dơng cđachĩng cần tiến hành làm lạnh nhanh sữa

1 Lọc sữa sau khi vắt

Quá trình lọc sữa là một công đoạn rất cần thiết và đôi khi cịng đưỵcxem là một phương pháp kiĨm tra sữa Nếu sữa đưỵc đem bán trực tiếp cho

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

người tiêu dùng thì viƯc lọc sữa là không thĨ thiếu đưỵc Ngưỵc lại, nếu sữađưỵc đem chế biến ở nhà máy cần phải xem xét lỵi Ých cđa viƯc lọc sữa ởgiai đoạn này, bởi vì viƯc lọc sữa tiến hành ngay cả trong điỊu kiƯn vƯ sinhnghiêm ngỈt thì cịng không thĨ loại hết đưỵc lưỵng vi sinh vật đã có mỈt trongkhối sữa mà là điỊu kiƯn đĨ phát triĨn sinh vật.

2 Làm lạnh sữa

Tiến hành làm lạnh sữa là công đoạn khôpng thĨ thiếu đưỵc trong khâu

xư lý đã đưỵc giải thích Vấn đỊ làm lạnh ở đây là xác định nhiƯt độ làm lạnh

và các dơng cơ sư dơng cho quá trình làm lạnh

Thực tế cho thấy ở các nông trường người ta không bảo quản sữa trongnhiỊu ngày mà chỉ trong một vài giờ sau khi vắt sữa Sau đó sữa đưỵc chuyĨnđến người tiêu dùng hay nhà máy chế biến NhiƯt độ cđa sữa nhất thiết phải

hạ xuống khoảng 100C đĨ đảm bảo tính tự nhiên cđa sữa tươi ở đây chĩng tacần chĩ ý là viƯc làm lạnh đưỵc tiến hành trong cgốc lát, phải tiến hành trongđiỊu kiƯn tốt nhất

Nguồn chất làm lạnh ở đây là:

- Nước mát

- Nước đá

Chất tải lạnh trong quá trình bay hơi tức là làm lạnh bằng cơ khí

3 Chứa sữa và vận chuyĨn sữa

Chĩng ta cần hiĨu rằng nơi chế biến sữa không chỉ giải quyết viƯc xư lý

và chế biến sữa mà còn là một xí nghiƯp tỉ chức phương thức vận chuyĨn sữa

Như đã biết, bảo quản sữa sau khi vắt là rất quan trọng, nhằm ỉn định chấtlưỵng sữa, vận chuyĨn sữa hỵp lý cịng góp phần không nhỏ vào chính chấtlưỵng sữa cuối cùng Do điỊu kiƯn địa lý giữa nhà máy chế biến và nơi vắtnên đòi hỏi nhà máy phải đảm bảo viƯc vận chuyĨn sữa hàng ngày, bởi nhấtthiết sữa phải đưỵc giữ ở trạng thái tươi nên thời gian lưu lại ở nông trại rấtngắn.

*) Cách tiếp nận sữa khi vận chuyĨn vỊ nhà máy:

Vì dơng cơ chứa sữa có thĨ khác nhau nên cách tiếp nhận sữa đưa vàonhà máy cịng khác nhau

- Nếu nơi có nguồn sữa có Ýt dơng cơ chứa sữa thì sữa có thĨ đưỵc đưa đếncho người thu gom sữa trong các bĨ chứa cđa nơi vắt sữa

- Nếu nơi chứa sữa có nhiỊu dơng cơ chứa sữa thì nhà máy có thĨ đĨ cácbình chứa sữa không tại nông trại và vận chuyĨn các thùng chứa sữa đã đầy

- Trong trường hỵp nhà máy mua sữa theo trọng lưỵng hì viƯc kiêm trachất lưỵng sữa ngay tại nơi thu nhận sữa vỊ chỉ tiêu hàm lưỵng chất béo cótrong sữa là chđ yếu

- Cuối cùng, người thu gom sữa cđa nhà máy chế biến sữa cịng chính làngười thu mua phomat ViƯc thu mua này không cần phải tiến hành hàngngày bởi mất nhiỊu thời gian song phải yêu cầu thực hiƯn phương thức bấquản nghiêm ngỈt

1.2.2 Thu nhận sữa và lọc sữa trước khi đưa vào nhà máy

Khi sữa đưỵc thu nhận vỊ nhà máy phải qua xư lý có tính công nghiƯp,

có nghĩa là phải đưỵc kiĨm tra chất lưỵng bằng cách lấy mẫu đĨ thực hiƯnviƯc kiĨm tra chất lưỵng tiến hành khâu phân loại chất lưỵng sữ ban đầu

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Sau khi sữa đưỵc chuyĨn sang bình khác thì phải luôn thực hiƯn quátrình lọc nhằm loại các tạp chất lơ lưng trong dịch sữa Quá trình lọc này làbắt buộc đối với mọi nhà máy sữa.

Trước khi dem sữa vào chế biến viƯc đầu tiên là tiến hành lọc sữa đĨloại bỏ tạp chất còn lại trong khối sữa công đoạn lọc sữa này còn có thĨ gọi làcông đoạn làm sạch và đưỵc tiến hành theo hai giai đoạn:

*) Giai đoạn 1: Tiến hành lọc các tạp chất có kích thước lớn nhờ lưới lọc

bằng kim loại, đưỵc tiến hành trong quá trình sang dơng cơ chứa

*) Giai đoạn 2: Tiếp tơc lọc sữa bằng vải hoỈc thiết bị ly tâm.

1.2.3 Tiêu chuẩn hoá sữa trước khi đem chế biến

Sau quá trình lọc sữa phảu đưỵc tiêu chuẩn hoá Quá trình tiêu chuẩn hoánhằm đồng nhất hoá các thành phần khô với chất béo

Tiêu chuẩn hoá có nghĩa là bỉ sung phần mỡ sữa hoỈc sữa đã tách bơ vào

lô sữa chuẩn bị chế biến, nhằm ỉn định thành phần chất béo có trong sữa banđầu

1.3 Kĩ THUậT CHế BIếN SữA

1.3.1 Các phương pháp bảo quản sữa

Các phương pháp bảo quản sữa chđ yếu đưỵc đỊ cập đến là: Các phươngpháp vật lý, còn các phương hoá học phần lớn bị cấm, các phương pháp sinhhọc đôi khi ssưỵc sư dơng và thay đỉi phơ thuộc vào yêu cầu cđa sữa

các phương pháp vật lý gồm:

- Phương pháp làm lạnh: Lạnh đông và làm lạnh

- Phương pháp đun nóng

- Phương pháp đun óng và làm khô từng phần: Sữa cô đỈc tiƯt trùng

- Phương pháp đun nóng và làm khô từng phần và thêm đường: Sữa đỈc cóđường

- Phương pháp đun nóng và làm khô dạng bột: Sữa bột

Phương pháp hoá học đưỵc sư dơng trong công nghiƯp có liên quan đếnvấn đỊ bảo quản sữa bởi khí oxy

Phương pháp sinh học có nguồn gốc từ viƯc chế biến các loại sữâ lênmen trong đó sữa chua là đại diƯn

1.3.2 Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiƯt độ thấp

Cho đến ngày nay, các phương pháp bảo quản sữa ở nhiƯt độ thấp chưađưỵc sư dơng rộng rãi Bởi vì vấn đỊ bảo quản sữa ở trạng thái lạnh đỈt ra cácvấn đỊ và kinh tế rất lớn mà hiƯn nay còn nhiỊu khó khăn chưa giải quyếtđưỵc, nhưng tương lai lại có tính khả thi tốt

ĐĨ ngăn chỈn sự phát triĨn cđa vi sinh vật, người ta cần phải làm lạnhđông ậ nhiƯt độ dưới điĨm đóng băng, phần lớn các vi sinh vật bị ức chế hoạtđộng Tuy nhiên khi nhiƯt độ cđa khối sữa trở lại bình thường thì chĩng lạihoạt động trở lại đĨ tái thiết lập sự sống cđa chĩng

Nếu quá trình làm lạnh tiến hành ở nhiƯt độ trêm điĨm đóng băng sẽkhông làm thay đỉi cả vỊ thành phần lẫn cấu trĩc cđa sữa

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Do vậy, cần phải thận trọng phòng ngừa các hiƯn tưỵng có thĨ xảy ra khilàm lạnh sữa và nhất thiết phải đồng nhất hoá nghiêm ngỈt trước khi đemđóng bao bì.

1.3.3 Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiƯt độ cao

Phương pháp sư dơng nhiƯt độ cao đưỵc sư dơng phỉ biến trên toàn thếgiới Tác động cđa nhiƯt độ cao có tác dơng đỈc trưng hơn là tác động cđanhiƯt độ thấp Tác động cđa nhiƯt độ cao cho phép tiêu diƯt các loại vi sinhvật và chđ động điỊu khiĨn đưỵc sự phát triĨn cđa chĩng khi cần thiết ViƯc sư

lý sữa ở nhiƯt độ cao không chỉ đơn thuần là phương pháp bảo quản Khôngphương pháp làm lạnh nào làm cải thiƯn đưỵc chất lưỵng ban đầu cđa sảnphẩm, còn phương pháp đun nóng có thĨ làm tăng chất lưỵng ban đầu trongmột số trường hỵp

Lý thuyết sư lý ở nhiƯt độ cao sữa tuy còn chưa đưỵc giải thích rõnhưng có ưu viƯt rõ nét bởi nhiƯt độ cao có khả năng tiêu diƯt tất cả vi sinhvật kéo dài thời gian bảo quản NhiƯt độ thường sư dơng là trên 1000C

Còn đối với sản phẩm chỉ cần bảo quản trong thời gian ngắn thì sư dơngnhiƯt độ thấp hơn 1000C, nhưng phảo đảm bảo loại trừ tất cả các loại vi sinhvật có khả năng gây bƯnh

Trong trường hỵp đun nóng ở nhiƯt độ trên 1000C, là phương pháp tiƯttrùng ta nhận đưỵc sữa tiƯt trùng

Trong trường hỵp đun nóng ở nhiƯt độ nhỏ hơn1000C, là phương phápthanh trùng ta nhận đưỵc sữa thanh trùng

NhiƯt độ sư dơng và thời gian đun nóng có ảnh hưởng sâu ắc đến cấutrĩc cđa sữa thông qua viƯc biến đỉi thành phần chính chiếm tỷ lƯ cao trongsữa.

2 ĐiỊu kiƯn thanh trùng sữa

Đầu tiên phải xác định nhiƯt độ đun nóng có nghĩa xác định nhiƯt vàthời gian kéo dài cần thiết

Chĩng ta biết rằng khả năng phá vỡ cấu trĩc cđa các loại trực khuẩn chịunhiƯt xảy ra ở 630C kéo dài trong 6 phĩt hoỈc 710C trong 6-8 giây tuy nhiêntrong thực tế đĨ đảm bảo phá vỡ hoàn toàn cấu trĩc cđa chĩng, người ta thựchiƯn các chế độ nhiƯt độ tương ứng với thời gian như sau: 630C trong 30phĩt hoỈc 720C trong 15-20 giây

*) NhiƯt độ làm lạnh:

HƯ vi sinh vật có trong sữa rất đa dạng và với số lưỵng tăng lên nếu chế

độ bảo quản không hỵp lý, vi khuản lactic ưa Èm có thĨ phát triĨn bình thường

ở nhiƯt độ 30-600C Vậy không giữ sữa thanh trùng ở nhiƯt độ này, đĨ tránhhình thành nhanh axit lactic

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

MỈt khác một vài loài vi sinh vật chịu nhiƯt có thĨ tăng số lưỵng ở nhiƯt

độ môi trường, do đó đĨ tiêu diƯt các loài này cần phải hạ nhiƯt độ rất nhanhxuống 3-40C

Tuy nhiên, sữa đưỵc thanh trùng không hoàn toàn ỉn định bởi các bào tưcòn tồn tại vẫn phát triĨn ở nhiƯt độ thấp Thế nhưng, sự phát triĨn ở các bào

tư trong điỊu kiƯn nhiƯt độ thấp có tốc độ chậm nên sữa sau thanh trùng nếuđưỵc bảo quản trong điỊu kiƯn thích hỵp thì vãn có thĨ ỉn định chất lưỵngtrong thời gian ngắn

*) Các điỊu kiƯn đun nóng và làm lạnh.

Muốn làm thay đỉi Ýt nhất thành phần và cấu trĩc cđa sữa, cần xác địnhcác chế độ tối ưu khi đun nóng hoỈc làm lạnh

ĐiỊu quan trọng đầu tiên là tất cả các thành phần có trong sữa có khảnăng cịu đưỵc nhiƯt độ thanh trùng thích hỵp Nếu nhiƯt độ thanh trùngkhông phù hỵp thì sẽ dẫn đến những thay đỉi đáng kĨ

3 Các phương pháp thanh trùng sữa

Có hai phương pháp thanh trùng chính: Thanh trùng ở nhiƯt đọ thấp vàthanh trùng ở nhiƯt độ cao

a) Thanh trùng sữa ở nhiƯt độ thấp

Phương pháp này đưỵc tiÕn hành khi đun nóng sữa ở 630C trong 30 phĩt

Đó là phương pháp chậm và gián đoạn nhưng có ưu điĨm là không làm thayđỉi các đỈc tính cđa sữa Tuy nhiên, các vi sinh vật ưa nhiƯt có thĨ phát triĨnđưỵc ở nhiƯt độ 630C, do đó là nguyên nhân làm tăng số lưỵng vi sinh vật sauquá trình thanh trùng

b) Thanh trùng sữa ở nhiƯt độ cao

Phương pháp này đưỵc tiến hành khi đun nóng sữa ở 75-85 C trong 15giây Phương pháp này nhanh, liên tơc và Ýt làm thay đỉi các đỈc tính cđa sữa,nhưng các thiết bị hiƯn đại sẽ làm giảm đáng kĨ nhiƯt độ này Thanh trùng ởnhiƯt đọ cao đưỵc áp dơng trên toàn thế giới.

Qua các phân tích trên có thĨ đưa ra quy trình công nghƯ sản xuất sữatươi thanh trùng như sau:

Ly t©m tiªu chuÈn ho¸

S÷a thanh trïng

Sữa tươi nguyên liƯu khi đến nhà máy thì đưỵc các nhân viên cđa nhàmáy kiĨm tr chất lưỵng trước khi đem đi làm lạnh và bảo quản tỷ lƯ thànhphẩm trong sữa tươi nguyên liƯu là: bột sữa 6,5%, đường 3,5%, bơ 3,5%,nước 86,5%.

Làm lạnh là công đoạn sau khi sữa đã đưỵc kiĨm tra chất lưỵng, mơcđích cđa viƯc làm lạnh nhằm hạn chế sự phát triĨn cđa vi sinh vật và các hoạtđộng cđa các enzym đĨ giữ nguyên chất lưỵng cđa sữa sau đó đưỵc bảo quảntrong các bồn chứa có cách nhiƯt cho tới khi chế biến

Gia nhiƯt: Khi làm lạnh ở nhiƯt độ thấp mỡ sữa có thĨ bị đông lại, độnhớt cđa sữa giảm do đó hiƯu suất cđa quá trình ly tâm sau này bị giảm Vìthế ta cần phải gia nhiƯt cho sữa nhằm làm tăng độ nhớt cđa sữa, đĨ tănghiƯu suất cđa quá trình ly tâm làm sạch và ly tâm tiêu chuẩn hoá sau này

Ly tâm làm sạch: Quá trình này với mơc đích loại bỏ các tạp chất cơ họccòn trong sữa nguyên liƯu đĨ cho sữa thành phẩm có độ tinh khiêts cao

Tiêu chuẩn hoá: Mơc đích đĨ đưa hàm lưỵng chất béo đến tiêu chuẩn cđasản phẩm, với mhà máy sữa Hà Nội dùng phương pháp hoà thêm sữa bột gầy

và một số nguyên liƯu khác mà không dùng biƯn pháp tách bơ

Thanh trùng: Nhằm tiêu diƯt toàn bộ hƯ vi sinh vật thông thường và hƯ

vi sinh vật gây bƯnh, và tác độmg Ýt nhất đến cấu trĩc vật lý cđa sữa, đến sựcân bằng hoá học cịng như đến cấu tư sinh học, hƯ enzym và viamin bằngcách sư dơng hỵp lý nhiƯt độ đĨ đạt điỊu kiƯn vƯ sinh và chất lưỵng hương

vị, dinh dưỡng Có thĨ thanh trùng ở các nhiƯt độ sau: Đun nóng sữa đến

600C trong 30 phĩt, 72-750C trong 15-20 phĩt hoỈc đun nóng lớn hơn 800Ctrong thời gian tức thời

Làm nguội: sữa sau khi thanh trùng đưỵc làm nguội xuống nhiƯt độthích hỵp đĨ rót hộp và bảo quản

Chương ii tính năng suất lạnh

2.1 XáC địNH KHẩI LưỴNG RIêNG VΜ NHIƯT DUNG RIêNG CĐA SữA

2.1.1 Xác định khối lưỵng riêng cđa dịch sữa

Theo công nghƯ sản suất sữa thanh trùng tại nhà máy sữa Hà Nội thìhàm lưỵng định mức cho nguyên liƯu (ứng với 200 lít sữa) như sau:

Bột sữa

[kg]

Đường[kg]

Bơ[kg]

Ổn định[kg]

Nước[kg]

/[200

m kg l

kg V

G

=

=

=ρ

2.1.2 Xác định nhiƯt dung riêng cđa dịch sữa

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Sữa đưỵc vận chuyĨn từ nơi vắt sữa đến nhà máy sữa đĨ sản xuất MỈc dùtại nơi vắt, sữa đã đưỵc làm lạnh nhưng do quá trình vận chuyĨn và cân đokiĨm tra chất lưỵng tại nhà máy nên nhiƯt độ cđa sữa sẽ lên khoảng 120C Vìvậy sau công viƯc cân đo kiĨm tra, sữa đưỵc làm lạnh và bảo quản ở 4 6 0C(với dây chuyỊn này ta bảo quản ở 50C) trước khi đem vào sản xuất Tronggiai đoạn làm lạnh này ta xác định đưỵc nhiƯt dung riêng trung bình ứng vớinhiƯt độ trung bình t tb1:

=

+

=ỉng với nhiƯt độ này ta xác định đưỵc C 1= 3,43[kJ/kg], [17]

Trong dây truyỊn sản xuất còn một quá trình làm lạnh nữa là: làm lạnhsữa từ nhiƯt độ thanh trùng 850C xuống nhiƯt độ rót hộp và bảo quản ở 250C.trong giai đoạn này ta xác định đưỵc nhiƯt dung riêng ứng với nhiƯt độ trungbình t tb2:

C tb

ỉng với nhiƯt độ này ta xác định đưỵc C 2= 3,96[kJ/kg], [17]

2.2 GIÍI THIƯU THIếT Bị VΜ CHÄN THIếT Bị CHO DâY CHUYỊN

2.2.1 HƯ thống các bồn chứa sữa

Đối với dây chuyỊn sản xuất sữa thì hƯ thống các bồn chứa có nhiƯm

vơ rất quan trọng, ngoài nhiƯm vơ chứa sữa nó còn có tác dơng đĨ đưa nhiƯt

độ cđa sữa đạt nhiƯt độ mà công nghƯ yêu cầu, đó là các bồn có cách nhiƯt,

Với lưỵng sữa 80000 lít, ta có thĨ chọn bồn theo các phương án sau:

• Phương án 1: Dùng bồn có dung tích 20m3 (4 cái)

• Phương án 2: Dùng bồn có dung tích 16m3 (5 cái)

• Phương án 3: Dùng bồn có dung tích 10m3 (8 cái)

Theo 3 phương án trên thì ta chọn phương án 2 với bồn có dung tích16m3, vì bồn có kích thước vừa phải và lắp đỈt dƠ dàng Tuy nhiên ta khôngphải lắp đđ 5 bồn mà chỉ cần 3 bồn với lưỵng sữa 16.3 = 48m3 là đđ lưỵng sữa

đĨ sản xuất 1 ca, khi bồn nào đưỵc nấu hết thì lại tiếp nhận sữa vận chuyĨn vỊ.Với viƯc lắp đỈt 3 bồn sẽ tiết kiƯm đưỵc chi phí cho dây chuyỊn và giảmđưỵc mất mát nhiƯt

Các kích thước và vật liƯu chế tạo bồn:

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Toàn bộ bồn (gồm: thân trơ, nắp bồn, đáy bồn) đưỵc chế tạo bằng thépkhông rỉ AISI 316, với chiỊu dày S = 3mm.

• Thân trơ: đường kính = 3000mm, chiỊu cao H = 2400mm.

• Đáy trên (nắp) là chóp đỊu có độ côn 1500

• Bảo ôn: bảo ôn toàn bộ phân thân trơ và đáy, vật liƯu bảo ôn làPolystirol với chiỊu dày = 100mm.

• Bồn gồm một áo nước lạnh với chiỊu rộng l = 1800mm, đưỵc bố trí ởthân trơ

• Bộ phận gá đỡ: gồm 4 chân bằng Inox = 150x5mm.

• Các bộ phận khác: ở phần phía dưới thân bồn có lắp đầu đo nhiƯt độPt100, cưa tăng 600mm, quả cầu phun nước làm vƯ sinh, hai béhiĨn thị mức cao thấp cđa sữa trong bồn, một ống lấy sữa ra từ đáy vàhai ống nạp sữa từ nắp bồn

2 Bồn tiêu chuẩn hoá

Dùng đĨ tiêu chuẩn hoá hỗn hỵp gồm nhiỊu thành phần trong nguyênliƯu

• Số lưỵng bồn: hai cái, dung tích hữu Ých 10m3/cái

• Vật liƯu chế tạo: toàn bộ thân bồn, đáy bồn, nắp bồn đưỵc chế tạobằng thép AISI 316, với chiỊu dày S=3mm

• Kích thước: Thân trơ =2600mm, chiỊu cao phần trơ H=1900mm.Phần đáy và nắp đỊu có độ côn 1500

• Bảo ôn: Bảo ôn toàn bộ phần thân và đáy bồn, vật liƯu bảo ôn là bọtxốp Polyurethane, chiỊu dày bảo ôn =70mm, phía ngoài lớp cáchnhiƯt bọc tôn Inox dày 2mm

• HƯ thống khuấy: Motor khuấy công suất 4kW, hƯ thống trơc khuấy

• Số lưỵng bồn: Một cái, dung tích hữu Ých 10m3/bồn

• Kích thước: Thân trơ có đường kính =2600mm, chiỊu cao phần trơH=1900mm Đáy bồn và nắp bồn đỊu có độ côn là 1500

• Bảo ôn: Bảo ôn toàn bộ phần thân và đáy bồn bằng vật liƯuPolystirol với chiỊu dày cách nhiƯt =100mm.

• Các bộ phận khác cịng đưỵc trang bị giống như các bồn đã giớithiƯu

• HƯ thống làm lạnh cđa bồn gồm một áo lạnh đưỵc bố trí ở phần thântrơ bồn với chiỊu rộng L =1300mm

4 Bồn chờ rót

Dùng đĨ chứa dịch sữa (chính là thành phẩm) sau khi làm lạnh từ nhiƯt

độ thanh trùng xuống nhiƯt độ rót hộp và bảo quản

• Vật liƯu chế tạo: toàn bộ thân bồn, đáy bồn, nắp bồn đưỵc chế tạobằng thép AISI với chiỊu dày S =3mm

• Số lưỵng bồn: Hai cái, dung tích hữu Ých 6m3/bồn

• Kích thước: Đường kính thân trơ  =2300mm, chiỊu cao H

=1500mm Phần đáy bồn và nắp bồn có độ côn 1500

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

• Bảo ôn: Bảo ôn toàn bộ phần thân và đáy bồn, vật liƯu bảo ôn làPolyurethane với chiỊu cách nhiƯt là =100mm, phía ngoài lớp cáchnhiƯt đưỵc bọc lớp Inox có chiỊu dày 2mm.

• HƯ thống khuấy: Motor khuấy công suất 2kW, có bộ phận giảm tốc

và cánh khuấy chỉ còn một chế độ tốc độ (72 vòng/phĩt)

• HƯ thống gá đỡ và các bộ phận khác đưỵc trang bị giống như các bồn

đã đưỵc giới thiƯu ở trên (chỉ khác một điỊu: ở hƯ thống bồn này chỉ

có một ống nạp sản phẩm)

2.2.2 HƯ thống đồng hoá thanh trùng

Dây chuyỊn này dùng thiết bị thanh trùng cđa hãng APV - Đan Mạch

Ký hiƯu cđa thiết bị thanh trùng N35-RKS, với các thông số kỹ thuậtsau:

• NhiƯt độ làm viƯc: 0 120 0 C

• áp suất làm viƯc: 2,3at

• BỊ mỈt trao đỉi nhiƯt: 362 tấm

• Khoảng cách giữa các tấm: 1,5mm

• Kích thước: HxDxL =1700x1000x1370mm

2.2.3 Thiết bị đồng hoá

Chọn thiết bị cđa hãng APV- Đan Mạch, với các thông số sau:

• Năng suất: 5000 lít/giờ

• áp suất làm viƯc: P=125bar

• áp suất làm viƯc lớn nhất: P max =200bar

• Tốc độ quay động cơ: 750 vòng/phĩt

•

2.2.4 Thiết bị rót hộp

Chọn thiết bị Bencopack cđa Italy với năng suất 20000 hộp/giờ (một hộp

có dung tích 250ml)

2.3 TíNH TOáN NăNG SUấT LạNH CHO DâY CHUYỊN

ĐĨ tính toán lưỵng lạnh ta coi dịch sữa chiếm toàn bộ thĨ tích hữu Ýchcđa các bồn trong quá trình sản xuất và các chế độ nhiƯt độ đưỵc tính theocông nghƯ chế biến sữa thanh trùng cđa nhà máy sữa Hà Nội

ĐĨ dây chuyỊn không bị quá tải ta chọn chế độ khắc nghiƯt nhất (Mùahè)

NhiƯt độ mùa hè tại Hà Nội:

t t

tb

0 max

2

6 , 41 8 , 32

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

đưỵc tiến hành trong các bồn 16m có vỏ cách nhiƯt, có áo lạnh, dùng nướclạnh 10C đĨ làm lạnh.

Các thông số nhiƯt độ vào ra cđa nước và sữa như sau:

- NhiƯt độ sữa lĩc vào bồn làm lạnh: tS1=120C

- NhiƯt độ sữa sau khi làm lạnh: tS2=50C

- NhiƯt độ nước khi vào áo lạnh: tn1=30C

- NhiƯt độ nước khi ra khỏi áo lạnh: tn2=60C

NhiƯt độ trung bình áo lạnh:

C t

t

tb

0 2

2

6 3

m=V =80.1025=82000[kg]

Cp- NhiƯt dung riêng cđa dịch sữa, trong giai đoạn này:

Cp=Cp1=3,43[kJ/kgK]

] [ 10 1968 )

5 12 (

43 , 3

NhiƯt lưỵng do nước nhận vào Qn=mn.Cpn.(tn2-tn1) đĩng bằng nhiƯt dodịch sữa thải ra trong quá trình trao đỉi nhiƯt Do đó lưỵng nước cần cung cấplà:

] [ 10 157 ) 3 6 (

18 , 4

10 1968 )

.(

3 3

1 2

t t C

Q m

n n pn

.24

)337.(

10.157)

- NhiƯt độ nước lạnh vào áo lạnh, tn1=30C

- NhiƯt độ nước khi ra khỏi áo lạnh, tn2=60C

NhiƯt độ trung bình cđa áo lạnh là:

C t

t

tb

0 2

2

63

a) Xác định diƯn tích vách cách nhiƯt

- DiƯn tích phần trơ không có áo lạnh là:

] 5,65[m 1,8)

2,4 3,14.3,2.(

L) (H π.d

2 , 3 4 , 0 14 , 3 2

b) Xác định hƯ sè truyỊn nhiƯt k

Đường kính bồn là tương đối lớn, do đó ta coi sù truyỊn nhiƯt qua váchbồn là sự truyỊn nhiƯt qua vách phẳng

Do vậy hƯ sè truyỊn nhiƯt k đưỵc xác định theo công thức sau:

2 1

1 1

1

α λ

δ

=

i i

(3.7-i- ChiỊu các lớp vật liƯu cđa vách truyỊn nhiƯt

i- HƯ số dẫn nhiƯt cđa các lớp vật liƯu

Với vỏ ngoài là Inox có nhỏ và rất lớn nên ta bá qua trong tính toán, mà ở đây ta chỉ quan tâm tới lớp cách nhiƯt Polystirol với chiỊu dày

1 , 0 3 , 23 1

K m W

] [ 428 389 389 1 , 0

100

10

2 2

Trường ĐHBK HN Nhiệt Lạnh - K43

Trong quá trình làm lạnh này ta dùng 3 bồn nên nhiƯt tỉn thất tỉng cộnglà:

2.3.2 Tính lưỵng lạnh cho quá trình làm lạnh sau thanh trùng

1 Tính nhiƯt do dịch sữa toả ra và lưỵng nước cần thiết cho quá trình này

Sữa sau khi thanh trùng đĨ khư trùng có nhiƯt độ 850C và vì vậy ta cần

hạ nhiƯt độ xuống 250C đĨ đảm bảo hương vị, chất lưỵng cđa sữa và đónghộp

Các thông số công nghƯ cđa sữa và nước như sau:

- NhiƯt độ sữa lĩc đem làm lạnh: ts1=850C

- NhiƯt độ sữa sau khi làm lạnh: ts2=250C

- NhiƯt độ nước vào áo lạnh: tn1=30C

- NhiƯt độ nước ra khỏi áo lạnh: tn2=520C

Lưỵng sữa dùng trong mét mỴ sản xuất 4h là:

m= V =4.5.1025=20500[kg]

a) Lưỵng nhiƯt do dịch sữa toả ra

Q1=m.Cp2(ts1-ts2)(2.6) (2.6)Trong đó:

m- Khối lưỵng dịch sữa trong mét mỴ, m=20500kg

Cp2- NhiƯt dung riêng cđa sữa trong giai đoạn này, Cp2=3,96kJ/kgKVậy:

Q1=20500.3,96.(85-25)= 48703.103[kJ]

b) Xác định lưỵng nước cần cho quá trình làm lạnh

NhiƯt lưỵng do nước nhận vào đĩng bằng nhiƯt thải ra từ dịch sữa, do

đó ta có cân bằng sau:

Qn=mn.Cpn.(tn2-tn1)=Q1 (2.7)Suy ra:

][23780)

352.(

18,4

10.48703)

.(

3

1 2

t t C

Q m

n n pn

4

) 3 37 (

18 , 4 23780 )

Các thông số nhiƯt độ đĨ tính toán như sau:

- NhiƯt độ nước vào áo lạnh: tn1=30C

- NhiƯt độ nước ra khỏi áo lạnh: tn2=520C

- NhiƯt độ sữa sau khi làm lạnh: ts2=250C

NhiƯt độ trung bình nước trong áo lạnh là:

C t

t

t tb n n n

0 2

2

52 3