Xây dựng quy trình công nghệ, nguyên lý làm việc và kết cấu của các máy, thiết bị trong dây chuyền chế biến sữa đậu nành đóng chai

Xây dựng quy trình công nghệ, nguyên lý làm việc và kết cấu của các máy, thiết bị trong dây chuyền chế biến sữa đậu nành đóng chai

MỤC LỤC

I Giới thiệu hạt đậu nành 2

II Quy trình sản xuất chung 2

III MÁY THIẾT BỊ 3

1 Máy sàng 3

2 Thiết bị gia nhiệt 5

3 Thiết bị tách vỏ kiểu cao su rulo 6

4 Máy nghiền 7

5 Máy ly tâm 9

6 Thiết bị lọc 11

7 Phối trộn 12

8 Bài khí 12

9 Đồng hóa 14

10 UHT 17

11 Máy rửa chai 18

12 Máy chiết chai 20

IV KẾT LUẬN………26

V TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ sản xuất nước giải khát phát triển rất nhanh Trên thịtrường có nhiều dòng sản phẩm nước giải khát từ trái cây, thảo mộc, trà… Và sữa đậu nành làsản phẩm nước giải khát rất phổ biến với nhiều chủng loại đa dạng từ đóng chai, đóng lon đếnđóng hộp Sữa đậu nành là sản phẩm quen thuộc với người dân Việt Nam , đậu nành có tỷ lệchất đạm rất cao, có nhiều vitamin, khoáng chất, chất xơ, isoflavones… Protein của đậu nànhkhông những có giá trị sinh học gần như protein động vật, mà lại dễ tiêu hơn, nhiều axit béochưa bảo hòa có lợi cho sức khỏe Mà giá thành thấp hơn những loại sữa có nguồn gốc từ độngvật

Nhằm nắm bắt được quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành nhóm chúng em chọn đề tàibáo cáo: Xây dựng quy trình công nghệ, nguyên lý làm việc và kết cấu của các máy, thiết bị

trong dây chuyền chế biến sữa đậu nành đóng chai

I GIỚI THIỆU VỀ SỮA ĐẬU NÀNH

Hạt đậu nành chứa 8% nước, 5% chất vô cơ, 15- 25% glucose, 15-20% chất béo, 35- 45%chất protein với đủ các loại amino acid cần thiết; các loại sinh tố khoáng chất So với thịt độngvật, đậu nành có nhiều chất dinh dưỡng trong 100 gr đậu nành có: 411 calo, 34 gr protein, 18 grbéo,165mg calcium, 11mg sắt; trong khi đó thịt bò loại ngon chỉ có 165 calo, 21gr protein, 9grbéo, 10mg calcium, 2.7mg sắt Protein này rất tốt để thay thế cho protein động vật vì có ít mỡ

và cholesterol Nhưng quan trọng hơn cả là trong đậu nành có một hóa chất tương tự như kíchthích tố nữ estrogen mà nhiều công trình khoa học chứng minh là rất tốt trong việc trị và ngừamột số bệnh Ðó là chất isoflavones Isoflavones cũng tác dụng như một chất chống oxy hóa,giảm cholesterol, giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch Sữa đậu nành chống nguy cơ loãng xương

ở phụ nữ, có khả năng ngăn ngừa ung thu vú

Chai Phụ gia, hương liệu

III MÁY THIẾT BỊ

1 Máy sàng

- Loại bỏ các tạp chất bám trên bề mặt của vỏ đậu nành như đá, đất, bụi, hạt cỏ, kim loại.

Làm cho hạt sạch hơn, sáng hơn, tăng giá trị cảm quan, đồng thời cũng tăng chất lượng sảnphẩm

1.1 Kết cấu

Hình 1 Máy làm sạch cĩ quạt hút tác động đơn kiểu kín

Máy sàng gồm cĩ 5 bộ phận chính: 1 Bộ phận cấp liệu, 2 Quạt hút tạp chất, 3 Sàng phẳng, 4

Bộ phận truyền động, 5 Khung máy

Tạp chất nhẹ

Tạp chất lớn

Sàng số

- Phần tĩnh tại (I) được cố định trong một khung bằng gỗ hoặc thép và có lắp một quạt hút.

Quạt hút hút các tạp chất nhẹ như: rác, cát nhuyễn…

-Phần dao động (II) treo trên khung và hoạt động nhờ một cơ cấu lệch tâm lắp trên trục chuyểnđộng Phần dao động gồm có: nam châm vĩnh cửu (để hút các tạp chất bằng kim loại), 3 loạisàng với các kích cỡ khác nhau (loại bỏ các tạp chất lớn nhỏ khác nhau) Sàng được làm bằngtấm kim loại mỏng có khoan lỗ tròn, dài, xiên,… nhưng phổ biến nhất vẫn là khoang lỗ tròn.Nếu có n lưới sàng thì sẽ có n + 1 sản phẩm theo kích thước khác nhau

- Sàng được lắp nghiêng một góc α (góc α là góc xác định độ tự chảy của hạt).

- Ở thiết bị này, sàng chuyển động theo kiểu chuyển động lắc Sàng được nối với động cơ

là biên tay quay (chuyển động lên xuống) Chính chuyển động này làm các hạt vừa chuyểnđộng chảy vừa nảy lên khỏi mặt sàng rơi qua lỗ sàng giúp hạt được phân loại tốt hơn, loại đượcnhiều tạp chất hơn

- Có thể dùng sàng tĩnh hoặc sàng rung Nếu sử dụng sàn rung sẽ giúp nâng cao được

năng suất làm việc của máy đặc biệt là khi có trục lệch tâm thì trọng tâm bị dịch chuyển khi đólực ly tâm lớn nhất Trong một chu trình xảy ra ba giai đoạn: đầu tiên khi lực ly tâm hướng lêntrên thì sẽ có xu hướng kéo lò xo đi lên, tiếp theo khi lực ly tâm hướng xuống dưới thì nó sẽ kéo

lò xo xuống, cuối cùng là nén lò xo xuống Do đó, nó làm cho hạt đậu nành dễ di chuyển theochiều rung của sàng Trong trường hợp này người ta thường sử dụng bánh đà lệch tâm

- Trong thiết kế máy tùy theo điều kiện mặt bằng của từng nhà sản xuất mà có thể bố trí

nhiều sàng có chiều dài ngắn để tiết kiệm không gian hoặc thiết kế một sàng dài trên đó có phânđoạn kích thước lỗ sàng từ nhỏ tới lớn để đảm bảo yêu cầu của hạt đậu nành đầu ra

1.2 Nguyên lý hoạt động

- Đậu nành được phân loại thành những phần có kích thước khác nhau dựa trên nguyên tắc phân

loại theo tỷ trọng và theo kích thước

Ở phần tĩnh hạt được phân loại dựa trên nguyên tắc phân loại theo tỷ trọng Khi đó, những tạpchất nhẹ có tỷ trọng thấp được hút ra ngoài còn đậu nành có tỷ trọng cao hơn sẽ rơi xuống lướisàng

Ở phần dao động hạt được phân loại dựa trên nguyên tắc phân loại theo kích thước Tùy theokích thước lỗ sàng mà ta có thể phân loại được hạt đậu nành có kích thước mong muốn

1.3 Quá trình hoạt động

- Đậu nành được cung cấp vào máy qua 1 cửa ở trên cao (cửa cấp liệu) Theo nguyên tắc tỷtrọng hạt sẽ hút được các tạp chất nhẹ có trong đậu nành như bụi, rác, … lưu lượng dòng khíđược điều chỉnh bằng van Tạp chất nhẹ sẽ rơi vào một thùng đáy hình côn của buồng hút vàđược tự động thải ra ngoài qua cửa tạp chất nhẹ Cửa này có gắn 1 van không khí kép (dùng choviệc xả tự động)

- Hạt đậu rơi xuống sàng số 1 có khoan lỗ lớn để tách các tạp chất lớn và nặng đi ra cửa tạpchất lớn, rồi được đổ vào sàng số 2,tại đây các tạp chất lớn được tiếp tục thu hồi và đi ra cửa tạpchất lớn (phần này chủ yếu là những hạt đậu nành bị hỏng trương lên to hơn kích thước thôngthường

- Trước khi hạt đậu nành rơi xuống sàng số 2 thì nam châm ngắn dưới tấm dẫn của sàng số

1 để hút các tạp chất bằng kim loại Sau đó các hạt đậu và các tạp chất còn lại rơi xuống sàng số2

- Đậu nành sau khi di chuyển qua sàng thứ 3 sẽ loại được các tạp chất như cát, sỏi, hạt vỡ,hạt lép nên ta thu được hạt đậu nành có kích thước mong muốn

- Sản phẩm trên sàng là hạt đậu nành đã được làm sạch sơ đi ra ngoài theo cửa hạt chính.Quạt sẽ thổi không khí và bụi bẩn vào một xiclon để phân ly bụi Điều này làm cho toàn bộkhâu làm sạch trên thực tế không gây nhiễm bẩn môi trường

2 Thiết bị gia nhiệt

Gia nhiệt cho đậu nành để làm giản bớt hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose)

-> tăng khả năng tiêu hóa, làm đậu nành “ dậy mùi”, giảm mùi hăng để góp phần tăng giá trịcảm quan của sản phẩm, đgiảm vi sinh vật bám trên vỏ đậu

2.1 Kết cấu

Hình 2 Thiết bị gia nhiệt băng tải

Thiết bị gia nhiệt băng tải gồm:

- Hệ thống 3 băng tải vận chuyển nguyên liệu chuyển động ngược chiều nhau, dài 20 – 30

m/băng tải, rộng 1 – 3 m Nếu sử dụng một băng tải thì chưa đủ để thoát ẩm nên dùng nhiềubăng tải để khả năng thoát ẩm cao hơn

- Phểu cấp liệu.

- Buồng gia nhiệt.

- Quạt vận chuyển không khí nóng vào thiết bị.

- Bộ phận lọc không khí.

- Bộ phận gia nhiệt không khí.

Tùy theo điều kiện mà có thể sử dụng một hoặc nhiều băng tải Quan trọng phải tính toán chophù hợp giữa thời gian sấy và chiều dài băng tải sao cho đạt được độ ẩm cần thiết của đậu nành

2.2 Nguyên lý hoạt động

- Do chênh lệch áp suất và nhiệt độ kéo hơi nước trong vật liệu đi ra đồng thời làm liên

kết giữa lớp vỏ kém bền do các mối liên kết hóa học bị suy giảm, xảy ra quá trình thoát ẩm từbên trong hạt ra môi trường ngoài, độ ẩm của đậu nành 12 – 13%, một số protein biến tính Hạtđậu nành sau khi được gia nhiệt phải để nguội với mục đích làm cho vỏ đậu nành giòn và quátrình tách vỏ được dễ dàng hơn

2.3 Quá trình hoạt động

- Đậu nành sau khi làm sạch được vận chuyển theo hệ thống gàu tải vào cửa nhập liệu củathiết bị gia nhiệt Trong thiết bị gia nhiệt, đậu nành được vận chuyển bằng hệ thống ba băng tảichuyển động ngược chiều nhau, khi đi hết băng tải này nguyên liệu rơi xuống băng tải khác đếnkhi ra khỏi thiết bị.

Khơng khí qua bộ phận lọc được gia nhiệt (95oC) trước khi vào thiết bị Dịng khơng khíđược phân phối đều nhờ quạt đảm bảo cho quá trình gia nhiệt diễn ra đồng đều Khơng khí saukhi trao đổi nhiệt với nguyên liệu sẽ thốt ra ngồi theo ống dẫn khí Vận tốc băng tải được điềuchỉnh thích hợp đảm bảo nguyên liệu được gia nhiệt đủ thời gian trước khi ra khỏi thiết bị

3 Thiết bị tách vỏ kiểu rulo cao su

Thành phần vỏ đậu nành chủ yếu là celullose, giá trị dinh dưỡng khơng cao, cĩ mùi hăng nêntrước khi đưa vào quá trình nghiền ướt cần tách vỏ ra và để tăng hiệu suất lọc sau này

3.1.Kết cấu

Hình 3 Thiết bị tách vỏ kiểu rulơ cao su

Hai bộ phận làm việc chính của máy bao gồm: 1 Cặp rulo (bằng gang) cĩ vỏ cao su, 2 Quạt đểhút vỏ

vỏ

- Bộ phận điều khiển khoảng cách giữa hai trục cán

Một ru lô quay cùng với trục, không đổi vị trí (tạm gọi là trục cố định) Ru lô thứ 2 cùngquay trên trục có thể thay đổi vị trí (trục di động) để thay đổi khoảng cách giữa hai ru lô Hai ru

lô nhận truyền động từ động cơ qua hệ thống truyền động đai hoặc bánh răng Hai ru lô quayngược chiều với vận tốc khác nhau Kích thước ru lô càng lớn, năng suất bóc vỏ càng cao

3.2 Nguyên lý hoạt động

- Khi hạt đậu nành rơi vào giữa hai ru lô (khe hở giữa hai ru lô nhỏ hơn kích thước hạt đậunành), dưới áp lực, cao su kéo hạt đậu nành đi theo Do chênh lệch vận tốc giữa hai ru lô và lớpcao su làm tăng lực ma sát nên vỏ hạt bị bóc ra (nhưng lực không đủ để tách hoàn toàn vỏ hạtđậu nành) Dưới tác dụng của dòng không khí, vỏ được quạt hút ra ngoài, hạt đậu nành sau khitách vỏ rơi xuống và được thu hồi

Do tính chất đàn hồi của cao su nên khi ru lô được bọc cao su thì lúc đậu nành qua khe hẹp

sẽ không bị vỡ nếu kích thước khe hẹp có nhỏ hơn kích thước hạt đậu nành (nhỏ hơn trong giớihạn tương đối)

- Do bộ phận phân phối không chính xác, bề mặt làm việc của hai ru lô bị mài mòn khôngđều, cần hồi phục bề mặt làm việc bằng cách lấy bớt lượng cao su thừa

4 Máy nghiền

Để đạt được đặc trưng cho sản phẩm là huyền phù trắng đục thì hiện nay chỉ dùng phương phápnghiền ướt ( để tăng hiệu suất nghiền và tăng tỷ lệ thu hồi thì ta ngâm qua nước nóng trước khinghiền) Huyền phù sau khi nghiền các phân tử có kích thước khoảng 20µm

Máy nghiền kiểu đĩa 1 đĩa quay

4.1 Kết cấu

Hình 4 Máy nghiền kiểu đĩa 1 đĩa quay

1.Nhận vật liệu tới tâm đĩa; 2 Vỏ; 3 Đĩa cố định; 4 Đĩa quay; 5 Khỏang trống để chứabột nghiền; 6 Khớp nối trục quay của đĩa, 7 Với trục động cơ 8; 9 Cơ cấu để điều chỉnh

khỏang cách giữa các đĩa; 10 Đầu ra của bột nghiền

Hai trục đồng tâm nếu lệch tâm nó sẽ chuyển sang chuyển động cắt khi đó nó sẽ khôngđảm bảo được yêu cầu chà sát nguyên liệu thành dạng huyền phù

Muốn huyền phù có kích thước càng nhỏ thì bề mặt đĩa càng nhẵn

4.2.Nguyên lý làm việc

Máy nghiền 1 đĩa hoạt động theo nguyên tắc chà sát Vật liệu nằm ở giữa hai đĩa và trongquá trình di chuyển của đĩa thì nó bị tách ra nhờ bề mặt tiếp xúc của đĩa và vật liệu, chuyểnđộng này là chuyển động trượt

4.3 Quá trình hoạt động

Vật liệu được đưa qua ống nối 1 và theo ống cố định trung tâm qua cửa trung tâm của đĩa

cố định 3 và đĩa quay 4 Đĩa 4 được truyền động quay từ động cơ qua khớp nối 6, trục nối 7cùng với động cơ 8 Khe hở giữa hai đĩa được điều chỉnh bởi cơ cấu 9, cho phép dịch chuyểnđĩa cố định theo trục nằm ngang trong phạm vi yêu cầu

Đậu nành sau khi ngâm được đưa vào cùng với nước qua phễu cấp liệu, sau đó đi vàokhoảng không giữa hai đĩa, tại đây hạt đậu nành được nghiền nhỏ, huyền phù sau khi nghiềnthoát ra khỏi máy nghiền qua ống 10

Máy nghiền kiểu đĩa 2 đĩa quay

Hình 5 Máy nghiền kiểu đĩa 2 đĩa quay

1.Đĩa, 2 Vỏ, 3 Cửa nhập vật liệu, 4 Bề mặt nghiền gợn trên bề mặt đĩa, 5 Đầu ra bột

5 Máy ly tâm trục vít nằm ngang

Sử dụng máy ly tâm lắng liên tục tháo bã bằng vít xoắn để tách bã đậu những phần từ cókích thước nhỏ và trung bình Hỗn hợp sau khi nghiền được vận chuyển tới thiết bị ly tâm đểtách một cách nhanh chóng bã đậu nhờ lực ly tâm và hệ thống vít tải nằm trong thiết bị

Rôto trong có dạng hình trụ mà mặt ngoài của nó có gắn vít tải (chiều xoắn của cánh vít vàchiều quay của trục vít sẽ ảnh hưởng đến chiều di chuyển của vật liệu, bước vít và kích thướcrôto trong sẽ ảnh hưởng đến khả năng tách bã) Ở khoảng giữa của rôto trong có đục lỗ để dịchđậu nành thoát ra (lỗ được đục ở khoảng giữa để tăng hiệu quả của quá trình ly tâm).

Rôto trong và rôto ngoài quay cùng chiều nhưng rôto trong quay chậm hơn rôto ngoài 1,5-2 %(khoảng 20-100 vòng/phút) nhờ hộp giảm tốc vi sai

Van stack: có tác dụng ổn định dòng chảy (tạo dòng chảy tầng) trước khi dịch đậu nành ra khỏimáy ly tâm

5.2 Nguyên lý hoạt động

Khi rôto quay dưới tác dụng của lực ly tâm, huyền phù hay nhũ tương được phân thành cáclớp riêng biệt tùy theo khối lượng riêng của nó Lớp khối lượng riêng lớn ở sát thành rôto, lớp

có khối lượng riêng nhỏ ở phía trong

Chuyển động hạt đậu nành (dạng huyền phù) là chuyển động quay và chuyển động trượttheo bề mặt cánh Do đậu nành và nước có tỷ trọng, kích thước khác nhau nên xảy ra hiệntượng phân tầng: nước nhẹ hơn sẽ ở phía trong còn đậu nành nặng hơn sẽ ở phía ngoài và sẽ có

xu hướng chuyển động theo hai chiều ngược nhau Lợi dụng điều này người ta có thể tách bãhoặc dịch đậu nành ra khỏi thiết bị theo hướng mình mong muốn

Ly tâm lắng gồm hai quá trình:

- Quá trình lắng pha rắn tiến hành theo những quy luật của thủy động lực học;

- Quá trình nén bã tiến hành theo những quy luật cơ học

5.3 Quá trình hoạt động

Dịch đậu nành được đưa vào lòng của rôto trong đến khoảng giữa của rôto trong thì dịchđược thoát ra khoảng không giữa rôto trong và ngoài nhờ một số lỗ trên bề mặt của rôto trong.Dưới tác dụng của chuyển động quay của vít tải nên xuất hiện lực ly tâm, do đó dịch đượcphân ra làm hai tầng Quá trình lắng xảy ra trong khoảng không gian giữa hai rôto, bã bám vàomặt trong của rôto ngoài và được vít tải đẩy về phía cửa tháo bã Nước trong đi về phía ngượclại, chảy qua van stack rồi đi ra ngoài Trong phần rôto không bị ngập nước, bã vừa được đưa rakhỏi rôto vừa được làm khô

6 Lọc

Sau khi ly tâm này vẫn chưa loại bỏ được hoàn toàn cặn nhỏ còn sót lại Do đó, để sữa đậu nànhkhông bị lẫn phần cặn, tránh tách lớp trong khi đóng chai và để tăng giá trị cảm quan khi sửdụng nên phải dùng thiết bị lọc để loại bỏ cặn Ngoài ra, trong quá trình lọc tinh còn có thể loại

bỏ được một số vi sinh vật không có lợi Giúp cho quá trình truyền nhiệt tốt hơn trong các giaiđoạn sau

- Quá trình lọc tinh dựa trên nguyên lý: dung dịch đi qua túi lọc dưới áp suất dư so với ápsuất bên dưới màng lọc Áp suất này được tạo ra do áp suất thủy tĩnh của lớp chất lỏng trênmàng lọc hoặc do bơm làm thay đổi trạng thái dung dịch từ huyền phù sang keo

- Bộ phận lọc là túi vải lọc với kích thước lỗ là 10 µm nằm bên trong thùng lọc Sữa từ bên ngoài chảy vào trong thiết bị qua túi lọc rồi theo ống bên dưới thoát ra ngoài Túi lọc được giữ căng nhờ lưới sắt nằm giữa thiết bị và túi lọc

7 Phối trộn

- Nhằm thu được sản phẩm sữa đậu nành có hương vị, màu sắc thích hợp và độ đặc cầnthiết ta trộn sữa với các thành phần khác như nước, đường,chất làm đặc, chất ổn định, chấtchống oxy hoá … đồng thời còn đạt được hiệu quả kinh tế

- Sản phẩm phải có hương thơm rõ rệt của nguyên liệu, vị ngọt thích hợp Sản phẩmthường có nồng độ 0,3-0,4 Be, và có pH từ 6 – 6.5

7.1 Kết cấu