Thiết kế nhà máy chế biến sữa hiện đại từ sữa tươi, năng suất 28 triệu lít sản phẩm/năm gồm 2 dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh sữa tươi tiệt trùng tách béo

Thiết kế nhà máy chế biến sữa hiện đại từ sữa tươi, năng suất 28 triệu lít sản phẩm/năm gồm 2 dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh sữa tươi tiệt trùng tách béo

MỞ ĐẦU

Hiện nay, khi đời sống ngày càng được nâng cao thì nhu cầu vật chất của conngười càng tăng Do đó, ngành công nghệ thực phẩm là ngành khoa học quan trọngtrong nền kinh tế quốc dân Nó đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho con người và gópphần giải quyết việc làm cho người lao động Trong đó phải kể đến ngành côngnghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa

Sữa là thực phẩm giàu dinh dưỡng và cân đối nhất, rất cần thiết trong khẩuphần ăn hàng ngày của con người, có tác dụng phục hồi sức khỏe mau chóng chongười lao động, dễ hấp thụ đối với người bệnh, trẻ em, người cao tuổi Đặc biệt sảnphẩm sữa chua rất giúp ích cho đường ruột Vì vậy cùng với sự phát triển của ngànhcông nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến sữa nói riêng cũng đã và đang pháttriển

Trong những năm trở lại đây nhu cầu tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa củangười dân rất cao, nhưng nguồn sữa trong nước không đáp ứng đủ nhu cầu, vì thếchúng ta đã nhập nhiều loại sữa từ nước ngoài

Nước ta có vị trí địa lý thuận lợi, khí hậu nhiệt đới gió mùa Đây là điều kiệnrất tốt cho việc chăn nuôi bò sữa Về mặt thị trường, nước ta hiện nay đang tiêu thụmạnh các sản phẩm từ sữa như: sữa tươi tiệt trùng, sữa chua uống và nhiều sảnphẩm khác Mặt khác nhà nước ta đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho sự phát triễnngành công nghiệp chế biến sữa Việt Nam

Trước sự phát triễn của ngành sữa cùng với sự yêu thích của bản thân từ nhữngđiều đã được học, em chọn đề tài:

Thiết kế nhà máy chế biến sữa hiện đại từ sữa tươi, năng suất 28 triệu lít sản phẩm/năm gồm 2 dây chuyền sản xuất:

- Sữa chua uống hương chanh

- Sữa tươi tiệt trùng tách béo

PHẦN I LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT

1.1 Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy sữa

Sữa là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, trong khi đó nhu cầu sử dụnghàng ngày của con người cũng tương đối lớn, không những gia tăng cả về số lượngchất lượng mà còn đòi hỏi an toàn vệ sinh thực phẩm Việc xây dựng nhà máy chếbiến sữa sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu của người tiêu dùng trong nước, giảiquyết việc làm cho người lao động đồng thời hướng đến xuất khẩu

Nhà máy sữa được xây dựng đảm bảo các yêu cầu sau:

 Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu, thị trường tiêu thụ sảnphẩm

 Giao thông vận tải thuận lợi

 Việc cung cấp điện và nhiên liệu dễ dàng

 Cấp thoát nước thuận lợi

 Nguồn nhân lực dồi dào

1.3 Đặc điểm tự nhiên

Khí hậu thành phố Đà Nẵng có thể chia làm hai mùa, mùa nắng từ thánggiêng đến tháng 8, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12 Nhiệt độ trung bình khoảng

28 oC, độ ẩm tương đối trung bình 82%, hướng gió chủ yếu là Đông Nam

1.4 Giao thông vận tải

Giao thông vận tải của nhà máy khá thuận lợi, thuộc loại bậc nhất miềnTrung Nhà máy nằm gần đường quốc lộ 1A và cảng Tiên Sa Đây là điều kiện rất

dễ để vận chuyển nguyên liệu, nhiên liệu, sản phẩm, máy móc thiết bị,

1.5 Cấp thoát nước

Nhà máy sử dụng nước từ nhà máy nước của khu công nghiệp Ngoài ranguồn nước còn được lấy từ các giếng khoang và được xử lý đạt yêu cầu của nướcthủy cục Nước thải của nhà máy sau khi được xử lý sẽ được thải ra ngoài

1.6 Nguồn nguyên liệu: Nhà máy liên kết với các dự án nuôi bò sữa của nông dân

vùng lân cận để hình thành nguồn nguyên liệu chính cho nhà máy sau này

1.7 Năng lượng, nhiên liệu

Nhà máy sử dụng mạng lưới điện cùng với mạng lưới điện của khu côngnghiệp với điện áp 220/380V Để đề phòng mất điện, nhà máy sử dụng thêm máyphát điện dự phòng Nhiên liệu chủ yếu là dầu FO dùng đốt nóng lò hơi riêng củanhà máy, dầu bôi trơn, xăng…nhiên liệu được nhập từ các nơi và được chứa trongkho dự trữ nhiên liệu để đảm bảo cho hoạt động sản xuất của nhà máy

1.8 Nguồn nhân lực

Thành phố Đà Nẵng là một thành phố đông dân cư, tập trung nhiều trườngđại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp Đây là nguồn nhân lực dồi dào.Ngoài ra nhà máy còn thu hút thêm các cán bộ lành nghề có nhiều kinh nghiệm

1.9 Sự hợp tác hóa

Nhà máy hợp tác với các nhà máy khác nằm trong khu công nghiệp như công

ty nhựa, công ty bao bì, nhà máy xử lý nước, để cùng chung phát triển cơ sở hạtầng, điện, nước nhằm giảm thiểu chi phí vốn đầu tư

1.9 Thị trường tiêu thụ:

Với sự thu hút ngày càng nhiều lao động ngoại tỉnh đến thành phố, Đà Nẵngđang trở thành một thị trường tiêu thụ sản phẩm hấp dẫn với nhiều nhà sản xuất.Ngoài ra, Đà Nẵng còn là một trung tâm du lịch của miền Trung, nơi đây thu hútmột lượng lớn khách du lịch đến với hành trình di sản miền Trung

Kết luận: Qua thăm dò và nghiên cứu các đặc điểm tự nhiên cũng như cơ sở hạ

tầng, nguồn nhân lực… ta thấy việc xây dựng nhà máy sữa tại khu công nghiệp HòaKhánh là phù hợp, góp phần phát triển kinh tế Đà Nẵng nói riêng và khu vực miềnTrung nói chung

PHẦN II NGUYÊN LIỆU

2.1 Giới thiệu nguyên liệu sữa tươi

Sữa là một sản phẩm tiết của vú thú cái sau khi sinh con, mạnh khỏe, khônglàm việc quá sức, có được từ một hoặc nhiều lần vắt sữa và không chịu bất kỳ xử lýnào làm thay đổi thành phần Sữa tươi được coi là sản phẩm giàu chất dinh dưỡngbởi nó là thực phẩm cân đối về thành phần các chất như protein, lipit, muối khoáng,

nó chứa tất cả các axit amin và rất nhiều loại vitamin khác nhau

2.1.1 Tính chất vật lý của sữa tươi [V, 5]

Sữa tươi có màu trắng đục, có độ nhớt lớn hơn hai lần so với nước, có vịđường nhẹ và có mùi ít rõ nét Sữa thường có những tính chất sau:

2.1.2.2 Thành phần hóa học của sữa tươi

Sữa bao gồm hai thành phần chính là chất khô và nước

 Nước: Nước tồn tại trong sữa ở hai dạng nước tự do và nước liên kết trong đónước tự do chiếm 96 ÷ 97% tổng lượng nước

+ Nước tự do phân bố tương đối đồng đều trong sản phẩm và có thể bốc hơi trongquá trình cô đặc, sấy Đây là cơ sở để sản xuất ra các loại sản phẩm từ sữa khácnhau như sữa cô đặc, sữa bột, phomat

+ Nước liên kết chiếm tỉ lệ nhỏ khoảng 3 ÷ 4%, hàm lượng nước liên kết phụ thuộcvào các thành phần có trong hệ keo như: protein, các phosphatic, polysacarit Nước

liên kết thường được gắn với các nhóm như: -NH2, -COOH, -OH, =NH, =CO.

 Chất khô: chất khô của sữa bao gồm toàn bộ các thành phần còn lại của sữa trừnước

Chất khô của sữa bao gồm: chất béo, protein, đường, muối khoáng, các loại vitamin,axit, enzym

2.1.2.2.1 Chất béo

Chất béo trong sữa được coi là thành phần quan trọng về mặt dinh dưỡng,chất béo có độ sinh năng lượng cao có chứa các vitamin hòa tan (A,D,E) Ðối vớicác sản phẩm sữa lên men chất béo ảnh hưởng tới mùi vị trạng thái của sản phẩm

 Phân loại

Chất béo trong sữa gồm hai 2 loại: đơn giản và phức tạp

+ Chất béo đơn giản: Có hàm lượng 35 ÷ 45 g/l gồm axit béo no và không

no như: axit oleic, axit palmitic, axit stearic

+ Chất béo phức tạp: Thường chứa một ít P, N, S trong phân tử, các chất béophức tạp này có tên gọi chung là phosphoaminolipit đại diện là lexitin và xephalin

 Đặc tính hóa lý của chất béo [V, 7]

có bản chất Phospholipit, có thành phần chủ yếu là lexitin và xephalin Đây là

những chất béo phức tạp có hàm lượng 0,3 - 0,5g/l.

Ngoài ra, màng tế bào còn chứa nhiều chất khác với hàm lượng nhỏ chủ yếu

là Cu, Fe, enzym Enzym chủ yếu là phosphataza mang tính kiềm tập trung trongphần protit và enzym reductaza có trong phần không hòa tan được

Trong quá trình bảo quản, luôn xảy ra sự phân chia các glyxerit trong lòngcác tiểu cầu mang đặc tính chung như sau: Phần trung tâm của hạt tiểu cầu chứa cácglyxerit có điểm nóng chảy thấp, giàu hàm lượng axit oleic và luôn ở trạng thái lỏngtrong điều kiện nhiệt độ môi trường Trong khi đó, phần ngoại vi nơi tiếp xúc vớimàng chứa các glyxerit có chỉ số iot thấp (5 - 6) nhưng lại có điểm nóng chảy rấtcao và đông đặc lại ở nhiệt độ môi trường Vì lẽ đó, xu thế chung của các hạt chấtbéo có trong sữa sẽ liên kết lại với nhau để tạo thành hạt hình cầu có kích thước lớnhơn Đó là nguyên nhân gây nên trạng thái mất ổn định của chất béo có trong sữa và

đó là nguyên nhân gây nên sự phân lớp chất béo và các thành phần trong sữa

2.1.2.2.2 Protein

Protein trong sữa là một chất đạm hoàn thiện nhất, vì nó chứa hầu hết cácloại axit amin đặc biệt là axit amin không thay thế

Protein Polypeptit peptit axit amin

Alanin : 3,0% Prolin :11,3% Phenylamin : 5,0%

Valin : 7,2% Cystin và cystein : 0,34% Methionin : 2,8%

Lơxin : 9,2% Serin : 6,3% Treonin : 4,9%

Izolơxin : 6,1% Tryptophan : 1,7% Arginin : 4,1%

Histidin : 3,1% lysin : 8,2% Axit aspartic : 7,1%

Axit glutamic : 22,4% Tyrosin : 6,3% [V, 10]

Trong cấu trúc thành phần protein sữa rất đa dạng, trong một lít sữa bao gồm cácchất sau: [V, 10]

 Cazein toàn phần chứa : 26 - 29 g

  - lactoglobulin : 2,5 - 4 g

  - lactalbumin : 0,8 - 1,5g

 Imunoglobulin : 0,5 - 0,8g

Ðiều quan tâm trong công nghệ chế biến sữa về thành phần cazein là sựkhông đồng nhất của các thành phần cazein, vì trong cazein có , ,  - cazein -cazein chiếm 60% cazein toàn phần, -cazein chiếm 30% cazein toàn phần,  -cazein chiếm 4 - 8% cazein toàn phần.

2.1.2.2.3 Đường lactoza

Là thành phần chủ yếu của đường chứa trong sữa, với hàm lượng khoảng50g/l, tồn tại chủ yếu 2 dạng  và  Lactoza khi bị thủy phân tạo ra các phần tửđường glucoza và một phần tử đường galactoza

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Lactoza Glucoza Galactoza

Trong sữa đường lactoza luôn ở trạng thái hòa tan, khả năng hòa tan và kếttinh của lactoza cho ta những ứng dụng quan trọng trong chế biến sữa Hai đường

, - lactoza luôn tồn tại cân bằng trong chất lỏng theo một tỷ lệ nhất định và cânbằng này được thay đổi bởi nhiệt độ

Đường lactoza ít hòa tan hơn đường sacaroza ở cùng nhiệt độ và ít ngọt hơn

Độ hòa tan của đường lactoza tỷ lệ thuận theo nhiệt độ và nó bị thủy phân rất chậmtheo nhiệt độ Sự có mặt của đường lactoza góp phần biến màu của sữa trong côngnghệ nếu quá trình chế biến ở nhiệt độ cao

Đường lactoza dễ bị lên men dưới tác dụng của vi sinh vật để tạo ra các sảnphẩm khác nhau Quan trọng nhất là tạo thành axit lactic trong sản xuất sữa lênmen

C12H22O11.H2O 4CH3CHOH-COOH

lactoza Axit lactic

Axit lactic này dưới tác dụng của một số vi khuẩn đặc biệt tạo thành axit propionichay axit butyric.

3CH3 - CHOH-COOH 2CH3-CH2-COOH + CO2 + H2O + CH3-COOH Axit propionic

2CH3-CHOH-COOH CH3-(CH2)2-COOH + 2CO2 + 2H2

Axit butyric

2.1.2.2.4 Các loại muối khoáng

Hàm lượng của nó trong sữa khoảng: 8 - 10 (g/l)

Các muối khoáng trong sữa chủ yếu gồm: Muối clorua, phosphat, xitrat, natrisunfat, natri bicarbonnat Các muối khoáng trong sữa tồn tại dưới 2 dạng cân bằng:dạng hòa tan và dạng keo Tuy nhiên, dạng cân bằng này có thể phá vỡ dưới các yếu

tố công nghệ: pH, nhiệt độ

Sự tồn tại cân bằng của muối canxi ở dạng hòa tan và dạng phức của các thểkeo là có ý nghĩa lớn hơn cả vì nó quyết định đến sự ổn định của sữa Sự tăng lênhàm lượng Ca2+ sẽ làm tăng khả năng bất ổn định, đặc biệt trong quá trình đun nóng

và quá trình lên men Để tránh hiện tượng này thông thường người ta cho thêm vàosữa những dạng phức tạp đó là các muối phức (phosphat hoặc xitrat) với liều lượngthích hợp

Muối canxi có ý nghĩa lớn đối với con người, đặc biệt là trẻ em Muối canxi

có ý nghĩa quan trọng trong chế biến các sản phẩm sữa Khi sữa có hàm lượng canxithấp, sữa sẽ không bị đông tụ hoặc đông tụ rất chậm Ngược lại, nếu sữa có hàmlượng canxi cao thì sẽ bị đông tụ bởi renin nhanh hơn nhưng quện sữa (gel đông tụ)lại không mịn Trong sữa canxi nằm trong các hợp chất canxi cazeinat, canxiphosphat, canxi limonat

2.1.2.2.5 Axit hữu cơ

Trong sữa chứa nhiều axit hữu cơ như: axit xitric, lactic, axetic Trong đó,axit xitric là axit cực kỳ quan trọng góp phần vào việc tăng mùi thơm cho sữa nhờ

sự tạo thành axetoin, diaxetyl và 2,3- butylen glycol

2.1.2.2.6 Các chất xúc tác sinh học

a Vitamin

Sữa được coi là thức ăn tiêu biểu nhất về số lượng vitamin tuy với hàmlượng không lớn lắm Hàm lượng vitamin trong sữa cũng chia thành 2 nhóm theokhả năng hòa tan của chúng trong nước hay chất béo

 Nhóm vitamin hòa tan trong chất béo: Vitamin A, D, E, chủ yếu nằmtrong thành phần của mỡ sữa

 Nhóm vitamin hòa tan trong nước: B, C, PP

b Các enzym

Các enzym tồn tại trong sữa có ý nghĩa lớn trong công nghệ chế biến sữa vàcác sản phẩm từ sữa cũng như bảo quản sữa, các enzym trong sữa được chia làm hainhóm chính

 Nhóm enzym thủy phân: gồm lipaza, phosphataza, galactaza,proteaza, amylaza Trong đó, vai trò của các enzym lipaza có tínhquyết định đến quá trình chế biến và bảo quản sữa Lipaza có tác dụngthủy phân liên kết este trong triglyxerit tạo thành các axit béo tự

 Nhóm enzym oxy hóa: gồm reductaza, lactoperoxydaza, catalaza Cácenzym này có vai trò quan trọng trong quá trình làm biến tính sữa

2.1.2.2.7 Vi sinh vật trong sữa

Gồm : Vi khuẩn, nấm men, nấm mốc

 Nấm men: Có dạng hình cầu, elip, trụ, kích thước lớn nhất từ 2 9m Một số nấm men có thể sử dụng đường lactoza cho quá trìnhtrao đổi chất Chúng phát triển trong sữa và gây ra những biến đổi vềthành phần hóa học trong quá trình bảo quản sữa

 Nấm mốc: Chủ yếu là Mucor và Rhizopus Các loại nấm mốc này gây

nên những biến động xấu đến quá trình sản xuất phomat dạng nhão

Ngoài ra còn có: Penicilium, Aspergillus.

 Vi khuẩn: là các tế bào đồng nhất Các vi khuẩn trong sữa: Coccus, Bacterium quan trọng là vi khuẩn lactic rất phổ biến trong tự nhiên.

Người ta sử dụng các loài vi khuẩn lactic để thực hiện một số chuyểnhóa cần thiết trong công nghệ lên men các sản phẩm từ sữa nhưyaourt, kefir, phô mai, bơ.

Hai loại vi khuẩn điển hình trong công nghệ chế biến sữa là:

 Streptococcus thermophillus: Được coi là tác nhân của sự hình thành axit

và quá trình chín của phomat

 Streptococcus cremoris và Streptococcus lactic: Là tác nhân của sự đông

tụ tự nhiên

2.1.2.2.8 Nước

Nước là thành phần lớn nhất và quan trọng của sữa tươi, chiếm 90% thànhphần trong sữa Nước trong sữa gồm nước tự do, nước liên kết, nước kết tinh vànước trương Ngoài nước kết tinh ra thì tất cả những loại nước khác đều có giá trịtrong công nghiệp chế biến sữa

2.2 Yêu cầu về sữa tươi

Chất lượng nguyên liệu có tính quyết định chất lượng sản phẩm, sữa tươi càng tốtthì sản phẩm có chất lượng càng cao Vì vậy, khi lấy sữa tươi để sản xuất phải bảođảm đạt yêu cầu về chất lượng Sữa tươi lấy từ các trạm thu mua phải là:

+ Sữa được lấy từ những con bò khỏe mạnh

+ Sữa có mùi tự nhiên, không có vị lạ, không chứa chất kháng sinh,chất tẩy rửa

 Chỉ tiêu hóa lý:

+ Hàm lượng đường sacaroza tính bằng % chất khô: không nhỏ hơn 99,8% + Độ ẩm: không lớn hơn 0,05%

+ Hàm lượng đường khử tính bằng % khối lượng : không lớn hơn 0,03%

+ Hàm lượng tro tính bằng % khối lượng: không lớn hơn 0,03%

+ Dư lượng SO2 (ppm): không lớn hơn 7

+ Độ màu (ICUMSA): không lớn hơn 30

2.3.2 Chất ổn định (phụ gia)

Chất ổn định bổ sung vào nhằm tạo trạng thái bền vững, tăng giá trị cảm quan chosản phẩm

Chất phụ gia đưa vào sản phẩm phải đạt các yêu cầu sau:

- Không mang tính chất dinh dưỡng

- Không độc hại đối với sức khỏe con người

- Phải tuân theo những quy định của tổ chức lương thực thế giới (FAO), tiêu chuẩnViệt Nam

Trong công nghệ sản xuất sữa chua uống, sử dụng chất ổn định có kí hiệu

5846, hàm lượng từ 0,1% - 0,5% có thành phần chủ yếu là pectin, gelatin, tinh bộtngô biến tính

2.3.3 Men

Được sử dụng để lên men tạo thành sản phẩm sữa chua uống Tên vi khuẩn

sử dụng ở đây là Lactobacillus bulgaricus (L.bulgaricus) thuộc loài vi khuẩn lactic

lên men điển hình, phát triển tốt ở nhiệt độ 45 -500C, trong môt trường có độ axit

cao và Streptococcus thermophilus (S thermophilus) phát triển tốt ở nhiệt độ 50 0C,

trong môt trường có độ axit thấp hơn L.bulgaricus.

3.1 SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG TÁCH BÉO VÀ SỮA CHUA UỐNG HƯƠNG CHANH

GVHD:ThS Nguyễn Thị Lan

PHẦN III CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN

CÔNG NGHỆ

Sữa tươiLọc, kiểm traĐịnh lượngBài khí

Ly tâm(55 – 60 0C)Chuẩn hóaSữa đặc

Đồng hóa

200 – 250 bar

Xử lý nhiệt(90 – 95 0C)

Tiệt trùng, làm nguội(137-140 0C)

Phối trộn

Lên men(42- 43 0C, 5h)

Chờ rótRót hộpThành phẩm sữa Bao bì sạch

Chờ rótRót hộpThành phẩm sữa Tiệt trùng, làm nguội(137-140 0C)

3.2 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.2.1 Thuyết minh các công đoạn chung cho hai dây chuyền sản xuất

3.2.1.1 Nguyên liệu

Sữa tươi là nguyên liệu chính dùng để sản xuất các sản phấm sữa của nhà máy.Chất lượng của sữa tươi có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm Sữa càng tốtcream

thì chất lượng sản phẩm càng cao, sữa có chất lượng kém thì chất lượng sản phẩm kém,đôi khi nguyên liệu không thể đưa vào chế biến được.

Ngoài ra còn có các nguyên liệu phụ như: sữa đặc không đường, chất ổn định,đường cát trắng, hương chanh, men khô

3.2.1.2 Lọc, kiểm tra

Việc kiểm tra nguyên liệu sữa được thực hiện khi mua sữa tại các trang trại nuôi

bò sữa Yêu cầu chỉ tiêu nguyên liệu phải đạt những chi tiêu đã nêu trên

 Mục đích: loại bỏ hoàn toàn tạp chất vô cơ và hữu cơ còn lẫn trong sữa đểđảm bảo sữa sạch đưa vào sản xuất

 Tiến hành: Tiến hành lọc thực hiện qua 2 giai đoạn:

+ Lọc giai đoạn 1 (lọc thô): mục đích loại bỏ tạp chất có kích thước lớn nhờ lướilọc bằng kim loại

+ Lọc giai đoạn 2 (lọc sạch): sử dụng thiết bị lọc dạng bát úp, cửa mở thoát tựđộng cặn lúc đang hoạt động nhằm loại hoàn hoàn tạp chất có trong sữa Thiết bịlọc đơn giản nhưng đem lại hiệu quả cao gồm phểu bằng kim loại không rỉ, phầnđáy có dạng hình trụ Quá trình tháo cặn được thực hiện nhờ việc hạ thấp đáy diđộng trong thiết bị, nhờ đó có thể khai thông các lỗ thoát bùn

Kết thúc quá trình lọc sữa được kiểm tra để chuẩn bị cho quá trình sản xuất tiếptheo

3.2.1.3 Định lượng

 Mục đích: xác định trọng lượng nguyên liệu đưa vào cho mỗi mẻ sản xuất

 Tiến hành: Quá trình được tiến hành trên loại GHJ – 15 (Nhật Bản) với năngsuất 6000lít/h Sau khi cân, nguyên liệu được đưa vào thùng chứa chuẩn bịcho công đoạn tiếp theo

3.2.1.4 Nâng nhiệt, bài khí

* Nâng nhiệt sơ bộ

 Mục đích: tiêu diệt một phần vi sinh vật, đưa sữa đến nhiệt độ của thiết bị bàikhí

 Tiến hành: Quá trình được tiến hành trong thiết bị dạng tấm Bộ phận chínhcủa thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật được làm bằng thép không rỉ,ghép với nhau tạo thành hệ thống đường vào và ra cho sữa Nhiệt độ của sữanguyên liệu được nâng lên 600C.

* Bài khí:

 Mục đích: tách các khí phân tán và hòa tan ra khỏi sữa nguyên liệu

 Tiến hành: Thiết bị sử dụng là DART – 10, có dạng hình trụ đứng, trên đỉnhhình nón cụt có lắp bộ phận ngưng tụ Thiết bị làm việc liên tục gắn với bơmhút chân không Nhiệt độ làm việc trong thiết bị là 60 – 650C, độ chânkhông: 556mmHg Sữa từ thiết bị bài khí vào thùng chứa để bơm qua xử lýnhiệt

3.2.1.5 Xử lý nhiệt

 Mục đích:

+ Tiêu diệt enzym và VSV

+ Làm biến tính sơ bộ các protein sữa để trong quá trình lên men lactic, khốiđông được hình thành với cấu trúc ổn định

Sử dụng chế độ nhiệt cần tránh tạo màu cho sản phẩm và để sản phẩm đạt độ nhớtnhất định

 Tiến hành: nhiệt độ sữa cần được tăng lên đến 90 – 950C Quá trình đượctiến hành trong thiết bị giống như thiết bị nâng nhiệt sơ bộ

3.2.2 Thuyết minh các công đoạn của dây chuyền sản xuất sữa tươi tiệt trùng tách béo

bố thành lớp mỏng Nhiệt độ tiến hành ly tâm từ 55 – 65 0C Dưới tác dụng của

lực ly tâm, các cầu mỡ nhẹ hơn sẽ tập trung vào trục quay Sữa gầy nặng hơnnên có xu hướng tiến về phía ngoại vi Sữa nguyên liệu liên tục được đưa vàogây áp lực đẩy sữa gầy và mỡ sữa lên phía trên ra ngoài qua hai đường khácnhau.

3.2.2.2 Chuẩn hóa

 Mục đích: điều chỉnh hàm lượng chất khô của dịch sữa đạt yêu cầu côngnghệ Sau quá trình ly tâm, hàm lượng chất khô trong sữa giảm nên phải bổsung sữa đặc và cream

 Tiến hành: Quá trình chuẩn hóa được thực hiện trong thùng làm bằng thépkhông rỉ có thân hình trụ đáy cầu

3.2.2.3 Đồng hoá

 Mục đích: Các hạt chất béo có trong sữa dễ dàng liên kết nhau tạo thành cáchạt cầu béo có kích thước lớn hơn và nổi lên trên bề mặt, tạo thành màng gâynên sự phân lớp Đây là một trong những nguyên nhân chính làm mất ổnđịnh trạng thái của sữa trong quá trình bảo quản Vì vậy đồng hóa nhằm làmgiảm kích thước của các cầu mỡ, làm chúng phân bố đều hơn, giúp sữa đồngnhất, giảm được quá trình oxi hóa trong sữa

 Tiến hành: Sữa sau tiêu chuẩn hóa được bơm qua máy đồng hóa nhờ bơm lytâm Quá trình được thực hiện trong thiết bị đồng hóa bằng phương pháp sửdụng áp lực cao loại Tetra Alex 2 Áp suất cần đạt được trong công đoạn này

là 200 - 250bar, nhiệt độ 55 – 800C Các cầu mỡ trong thiết bị đồng hóa đượcphân chia là kết quả của sự thay đổi đột ngột tốc độ của sữa qua các khe van.Trong khe van, sữa có tốc độ chuyển động lớn v = 200 – 300m/s Khi cáccầu mỡ chuyển động từ vùng có vận tốc nhỏ vào vùng có tốc độ lớn thì nó sẽ

bị kéo căng và từng phần của nó bị đứt khỏi cầu mỡ

3.2.2.4 Tiệt trùng và làm nguội (UHT)

 Mục đích:

+ Tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật chịu nhiệt và bào tử của nó

+ Kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm, đảm bảo an toàn tuyệt đối về mặt visinh cho sản phẩm.

+ Toàn bộ quá trình tiệt trùng và làm nguội được điều khiển bằng chương trình

đã lập trình sẵn.

3.2.2.5 Bồn chờ rót

 Mục đích: chứa dịch sữa và đảm bảo vô trùng trước khi rót

 Tiến hành: Dịch sữa sau khi qua hệ tiệt trùng và làm nguội thì sẽ vào bồnchờ rót vô trùng Bồn là một thiết bị kín có cánh khuấy, thân hình trụ đáycầu, được làm bằng thép không rỉ Toàn bộ hoạt động của bồn dược điềukhiển bằng một máy tính đã lập trình sẵn

3.2.2.6 Máy rót sữa tươi Tetrapak

+ Thể tích mỗi hộp sữa sau khi rót là 200ml, là loại hộp giấy có hình dángđược yêu chuộng nhất trên thị trường hiện nay Quá trình rót được thực hiện trênmáy rót và bao gói tự động Tetrapak.

+ Trước khi máy làm việc nhất thiết phải vệ sinh bằng xút, axit rồi tuần hoànbằng nước sạch lần cuối Ngoài ra cần phải kiểm tra nồng độ H2O2, ngằm cắt phải,

bộ in ngày tháng lên bao bì xem có đạt yêu cầu

+ Cấu tạo của lớp giấy bao bì sản phẩm gồm 7 lớp theo thứ tự như sau:

PE - mực in - giấy carton - Lamination PE – nhôm - PE1 - PE2

+ Nguyên tắc hoạt động chính của máy rót như sau:

Khi máy chuyển sang chế độ sản xuất thì bao bì giấy từ cuộn bao bì được cáccon lăn dẫn qua bộ in hạn sử dụng rồi đưa bộ hàn strip một bên mép của bao bì Kếtiếp bao bì được dẫn qua bể chứa dịch H2O2 35% để được sát khuẩn 2 bề mặt Sau

đó nó được dẫn qua bộ định hình ống và được hàn bên trong để tạo thành ống giấy.Sữa được rót vào bao bì nhờ 1 phao rót đặc biệt Hai ngàm trái và phải hoạt độngliên tục vừa hàn ngang vừa cắt tạo thành những hộp sữa rơi xuống bộ phận ghép míhộp giấy để tạo thành những hộp chữ nhật Toàn bộ các thao tác trên được tự độngbằng chương trình đã lập trình sẵn

+ Trong tất cả các máy móc thiết bị chính trong nhà máy sữa thì máy rótthường xuyên gặp sự cố nhất vì vậy công nhân vận hành cần theo sát các hoạt độngcủa máy Khi gần hết cuộn bao bì hoặc cuộn strip thì phải bổ sung Thường xuyênlấy mẫu để kiểm tra các mối hàn của bao bì sau mỗi 30 phút, sau khi khởi độngmáy, sau khi nối cuộn bao bì và sau khi nối strip

+ Các phương pháp kiểm tra độ bền của các mối hàn ngang và hàn dọc của bao

bì hộp giấy thường là: thử mực, thử điện, kéo sợi strip

+ Sữa sau rót được bảo quản trong kho thành phẩm ở nhiệt độ thường của môi

trường

3.2.3 Thuyết minh các công đoạn của dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh

3.2.3.1 Phối trộn

Sữa được đem đi phối trộn cùng với hương chanh, chất ổn định, đườngsacaroza 70% với hàm lượng như đã tính Thiết bị là thùng dạng hình trụ đứng, đáycầu, được làm bằng thép không rỉ Bên trong thiết bị có động cơ giúp cho khuấytrộn được đều hơn.

3.2.3.2 Lên men

Đây là công đoạn chính, quan trọng trong công nghệ sản xuất sữa chua

 Bản chất: Bản chất của quá trình lên men chính là quá trình chuyển hóađường trong sữa thành axit lactic và một số sản phẩm khác Chủng vi sinhvật dùng để sản xuất sữa chua gồm hai loại: [V, 97]

+ Lactobacillus bulgaricus: là loại vi khuẩn điển hình phát triển tốt tại nhiệt độ

t = 45 - 500C, nó tạo ra được 2,7% lượng axit lactic từ đường

+ Streptococcus thermophilus: phát triển tốt tại nhiệt độ t = 500C, sinh sản tốt ởnhiệt độ t = 37 - 400C, pH thấp Trong sản xuất ta dùng hỗn hợp cả hai loại trên trongmôi trường có độ pH = 4 - 4,5 , t = 40 – 420C

 Tiến hành: Thiết bị dạng hình trụ đứng, đáy hình chỏm cầu, được làm bằngthép không rỉ và có cánh khuấy Trong suốt quá trình, nhiệt độ luôn đượckhống chế trong khoảng 42 – 430C Thời gian tiến hành lên men là 5h Giai

đoạn lên men kết thúc khi độ chua của sữa đạt 85 – 90oD Chú ý phải thườngxuyên kiểm tra nhiệt độ, pH

3.2.3.3 Đồng hóa

Giống như thuyết minh phần 3.2.2.3

Sữa sau đồng hóa được dẫn qua thùng tạm chứa

3.2.3.4 Tiệt trùng và làm nguội (UHT)

Sau khi lên men thì các quá trình sinh hóa quan trọng trong sản xuất sữachua coi như đã hoàn thiện Sữa cần được tiệt trùng ở nhiệt độ cao trong thời gianngắn để tiêu diệt vi sinh vật, bào tử kéo dài thời gian bảo quản mà cấu trúc vàhương thơm của sữa ít bị thay đổi Sau khi tiệt trùng ở nhiệt độ cao thì cần làmnguội nhanh để tránh biến tính sữa và chuẩn bị cho công đoạn rót Sữa được đưa

vào thiết bị và nâng nhiệt đến 137 – 1400C trong 2 – 3s Sau đó được làm lạnhnhanh đến nhiệt độ môi trường và đưa đi chờ rót

4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy

4.1.1 Biểu đồ thu nhập nguyên liệu

Bảng 4.1 Thời vụ nguyên liệu:

4.1.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy

Nhà máy có hai dây chuyền công nghệ sản xuất từ nguyên liệu ban đầu là sữa tươi:

- Dây chuyền sản xuất sữa tươi tiệt trùng tách 1/2 béo với năng suất 18 triệu lít sảnphẩm/năm

- Dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh với năng suất 10 triệu lít sảnphẩm/năm

 Công nhân trong phân xưởng được nghỉ ngày chủ nhật và các dịp lễ, Tết.Mỗi ngày có thể làm việc 1; 2 hoặc 3 ca tùy thuộc vào nguyên liệu, thời tiết,đặc biệt là nhu cầu thị trường tiêu thụ

 Khí hậu của Việt Nam có 2 mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa Vào mùa khônhu cầu tiêu dùng sữa tăng vọt, sức mua lớn nên để đáp ứng nhu cầu củangười tiêu dùng và tăng doanh thu thì nhà máy làm việc hết công suất, tức 3ca/ngày, các tháng còn lại có thể làm việc 1 - 2 ca/ngày

 Tháng 11 được chọn làm tháng để tu sửa, bảo trì, bảo dưỡng máy móc thiếtbị.

Bảng 4.3 Biểu đồ kế hoạch sản xuất của nhà máy:

223333332202

50388178757881815052054

223333332202

50388178757881815052054

4.2 Tính cân bằng vật chất

Tính cân bằng vật chất cho nhà máy sữa hiện đại năng suất 28 triệu lít sảnphẩm/năm với nguyên liệu sữa tươi có tổng chất khô 12% trong đó có 3,6% chấtbéo, gồm hai dây chuyền công nghệ sản xuất:

- Dây chuyền sản xuất sữa tươi tiệt trùng tách 1/2 béo với năng suất 18 triệu lít sảnphẩm/năm

- Dây chuyền sản xuất sữa chua uống hương chanh với năng suất 10 triệu lít sảnphẩm/năm

4.2.1 Sữa tươi tiệt trùng tách béo:

Các số liệu ban đầu:

- Nguyên liệu: sữa tươi có tổng chất khô 12% trong đó có 3,6% béo

- Sữa tươi tiệt trùng có năng suất: 18 triệu lít sản phẩm/năm, chất khô: 11,7% trong

d

(g/cm3) (4.1) [II, 13]

Trong đó: F: hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng)

SNF: hàm lượng chất khô không béo trong sữa (% khối lượng)

W: hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng)

Đối với sữa tươi tiệt trùng thì:

 

037 , 1 11,7 - 100 608

, 1

8 , 1 7 , 11 93 ,

0

8 , 1

* Tính cân bằng vật chất cho giai đoạn chuẩn hóa:

Do ly tâm tách béo nên độ khô trong sữa bị giảm Để chuẩn hóa, ta sử dụng phươngpháp của Pearson [1904]

Hình 4.1 Mô hình tiêu chuẩn hóa chất béo

Giả sử sau công đoạn ly tâm tách béo độ khô còn lại trong sữa là 10% Để sữa thànhphẩm có độ khô 11,7% trong đó có 1,8% béo ta phải bổ sung thêm sữa và chất béo

x y

x+y

Hình 4.2 Sơ đồ chuẩn hóa

Gọi x là lượng sữa trước khi chuẩn hóa có độ khô là 10%; tấn/ca

y là lượng cream và sữa đặc cần bổ sung có độ khô là 40%; tấn/ca

x + y là lượng sữa sau khi chuẩn hóa kể cả hao hụt có độ khô 11,7%; tấn/ca

Gọi X: lượng sữa tươi đem ly tâm tách béo có độ khô là 12%; tấn/ca

Y: Lượng cream bị tách ra do ly tâm có 40 % chất béo; (tấn/ca)

Z: lượng sữa sau khi ly tâm (trước khi chuẩn hóa) có độ khô là 10%; (tấn/ca)

- Lượng sữa trước khi ly tâm:

X =  100 2100





Z Y

- Tính lượng cream cần để chuẩn hóa:

Tổng béo còn lại của sữa sau khi ly tâm tách béo:

Ly tâm

0,763 (tấn/ca)

- Tính lượng sữa đặc cần để chuẩn hóa:

Theo kết quả trang 30: lượng cream và sữa đặc cần bổ sung là y = 1,565 (tấn/ca).

Lượng sữa đặc gầy 40% cần bổ sung là:

,

1

10 528

,

25 581,485 (lít/ca)Chọn hộp có dung tích 200 ml

Lượng hộp giấy phải dùng:

 2

,

0

485 , 25581

127 908 (hộp/ca)Chọn hao hụt hộp là 3%, do đó số hộp thực tế là:





 3 100

100 127908

131 864 (hộp/ca)

4.2.2 Sữa chua uống hương chanh

Các số liệu ban đầu:

- Nguyên liệu: sữa tươi có tổng chất khô 12% trong đó có 3,6% béo

- Sữa chua uống có năng suất: 10 triệu lít sản phẩm/năm, tổng chất khô: 17% trong

đó sacaroza 5%

Bảng 4.6: Tiêu hao nguyên liệu cho từng công đoạn tính bằng % so với công đoạn trước đó:

STT Tên công đoạn Tiêu hao

* Theo bảng 4.6 ta tính lượng dịch sữa qua từng công đoạn:

- Năng suất của dây chuyền tính theo lít/ca:

718

000000

10

= 13 927,577 (lít/ca)Dùng công thức (4.1), ta tính được tỉ trọng của sữa chua uống:

 

050 , 1 17 - 100 608

, 1

6 , 3 17 93 ,

0

6 , 3

- Lượng dịch sữa trước khi bị tiêu hao do lên men (bao gồm sữa lên men và lượngmen bổ sung):

15,380

2 100

100

 = 15,694 (tấn/ca)+ Lượng men dùng để lên men chiếm 3 – 5% so với lượng sữa lên men (số liệuNMS Vinamilk), chọn 4%:

15,694 

100

40,628 (tấn/ca)+ Môi trường dùng để hoạt hóa men giống là môi trường sữa tươi có tổng chất khô

là 12% của nhà máy đã qua các công đoạn: lọc và kiểm tra, định lượng, bài khí, xử

lý nhiệt

Lượng môi trường này cũng xấp xỉ bằng lượng men dùng để lên men (sau khi hoạt

hóa) là 0,628 (tấn/ca)

+ Lượng men giống chiếm 7% so với lượng men dùng để lên men [II, 225], cho nên

lượng men giống cần là:

100



 (tấn/ca)+ Lượng hương chanh cho vào trước khi đồng hóa chiếm 0,001% lượng sữa trướckhi phối trộn:

15,218 

100

001 , 0



 (tấn/ca) = 1,522 (kg/ca)

* Tính lượng dịch đường 70% cần bổ sung để sản phẩm có độ khô là 17%:

- Gọi x là lượng dịch sữa đem phối trộn có hàm lượng chất khô 12%; (tấn/ca)

- Gọi y là lượng dịch đường 70% cần bổ sung; (tấn/ca)

- Gọi z là tổng khối lượng của dịch sữa và dịch đường sau phối trộn có hàmlượng chất khô là 17% (z = 15,218 tấn/ca)

- Gọi A,B,C lần lượt là hàm lượng chất khô của x,y,z (A=12,B=70,C=17)

0,918  0 , 916

100

8 , 99

 (tấn/ca)Lượng đường dùng để sản xuất bị tiêu hao 5% cho nên lượng đường cần dùng là:

0,916  

 5 100

,

1

10 922

,

14 211,429 (lít/ca)Chọn hộp có dung tích 200 ml

Lượng hộp giấy phải dùng:

 2

,

0

429 , 14211

71 058 (hộp/ca)

Chọn hao hụt hộp là 3%, do đó số hộp thực tế là:





 3 100

100 71058

73 256 (hộp/ca)

4.2.3 Tính cân bằng vật chất cho hai dây chuyền sản xuất

Theo kết quả trang 29; 32; 33:

Lượng sữa trước khi ly tâm của dây chuyền sữa tươi tiệt trùng là:

100

45,043 (tấn/ca)

Bảng 4.7: Tổng kết cho tính cân bằng vật chất:

STT Công đoạn

Tiêu hao (%)

Lượng sữa (tấn/ca)

Dịch đường 70%

(tấn/ca)

Sữa đặc không đường (tấn/ca)

Béo (tấn/ca)

5.1 Chọn và tính các thiết bị cho dây chuyền chung

Trong quá trình sản xuất, một ngày có thể làm việc 1; 2 hoặc 3 ca Để đảm bảo quá trình sản xuất, ta chọn ngày làm việc có năng suất cao nhất để tính và chọn thiết bị

- Số thiết bị được tính theo công thức:

1 Tank chứa sữa tươi

2 Thiết bị lọc, kiểm tra

3 Thùng chứa sữa sau khi lọc

4 Cân định lượng

5 Thùng chứa sữa tươi sau khi cân

6 Thiết bị nâng nhiệt

7 Thiết bị bài khí

8 Thùng chứa sữa sau khi nâng nhiệt, bài khí

9 Thiết bị xử lý nhiệt

10 Thùng chứa sữa sau khi xử lý nhiệt

5.1.1 Tank chứa sữa tươi [X, 30]

Làm bằng thép không rỉ, có hệ thống cánh khuấy, có áo lạnh:

+ Ký hiệu thiết bị: JPEG-150

+ Thể tích làm việc: 6000 l

+ Công suất cánh khuấy: 0,8 kW

+ Tốc độ khuấy: 150 vòng/phút

+ Nhiệt độ sữa ra: 40C

+ Thời gian làm lạnh: 2 giờ

+ Khối lượng thiết bị: 1200 kg

- Theo công thức (4.1) tính được tỉ trọng ban đầu của sữa: d = 1,030 (g/cm ).

- Theo số liệu [Bảng 4.7], lượng sữa tươi ban đầu

là: 45,041 (tấn/ca)

- Lượng sữa tươi cần cho một ca sản xuất là

030 ,

1

1000 043

,

= 43 731,068 (lít/ca)

- Mỗi ca làm việc 7 giờ, còn một giờ để nghỉ giữa ca, vệ sinh và bàn giao

Sữa vào bồn làm lạnh trong 2h, do đó sẽ có 7/2 mẻ sữa cho một ca

- Vậy số lượng thùng cần dùng để chứa sữa nguyên liệu:

2 / 7 6000

068 , 43731

 = 2,082

Chọn 3 thùng chứa sữa

5.1.2 Thiết bị lọc, kiểm tra

Chọn thiết bị lọc dạng bát úp, cửa mở thoát tự động cặn lúc đang hoạt động [V, 53]+ Năng suất : 2 700 lít/h

+ Kích thước (mm) : D = 800, H = 1200

- Lượng sữa tại công đoạn lọc, kiểm tra là 45,043 (tấn/ca) [Bảng 4.7] đổi ra lít/h:

7 030

,

1

1000 043

= 2,314

GVHD:ThS Nguyễn Thị Lan

5.1.3 Thùng chứa sau khi lọc

Thùng được làm bằng thép không gỉ, thân hình trụ đáy cầu

* Tính kích thước thùng:

Gọi: D là đường kính của thân hình trụ

Ht là chiều cao của thân hình trụ

h là chiều cao của thân hình chỏm cầu

, 3 4

.D2 Ht x D2 x D

2 2

2 3 3

, 0 3 , 0 6

3 6

D D

D r

D D