Thiết kế nhà máy sản xuất sữa đậu nành năng suất 100 triệu lít sản phẩm năm

Sữa đậu nành là nguồn cung cấp protein quan trọng với đầy đủ các loạiacid amin cần thiết cho cơ thể người đồng thời có chứa nhiều thành phần khácnhư: chất xơ, acid béo không no, một lượn

MỞ ĐẦU

Trong xã hội của thời đại mới, con người không mong muốn gì hơn làđược sử dụng những sản phẩm ngon và bổ dưỡng Chỉ có thực phẩm mới có thểđáp ứng những nguồn dinh dưỡng thiết yếu nhất cho con người Hiện nay, vớicông nghệ chế biến thực phẩm hiện đại, từ những nguồn nguyên liệu đơn giản,

có sẵn đã nâng lên thành những sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao Trong đó,sữa đậu nành là một sản phẩm được sản xuất từ những hạt đậu nành – một loạingũ cốc được sử dụng phổ biến trên thế giới

Sữa đậu nành là nguồn cung cấp protein quan trọng với đầy đủ các loạiacid amin cần thiết cho cơ thể người đồng thời có chứa nhiều thành phần khácnhư: chất xơ, acid béo không no, một lượng nhỏ đường, vitamin,…rất có lợi chongười bị tim mạch, có tác dụng chống ung thư, loãng xương và tiểu đường,…

Với điều kiện thiên nhiên ưu đãi, cây đậu nành được trồng rất nhiều ởnước ta Trong khi nguồn lao động dồi dào, nguồn nguyên liệu sẵn có thì việcđưa đậu nành thành sản phẩm có giá trị kinh tế cao và đem lại dưỡng chất cầnthiết cho người Việt là rất cần thiết

Đứng trước những lợi ích của sản phẩm sữa đậu nành và nhu cầu ngàycàng cao của con người thì việc sản xuất ra sản phẩm sữa giữ được những chấtdinh dưỡng quan trọng của hạt đậu nành là rất quan trọng Vì vậy, với kiến thức

đã được học và tìm hiểu tôi chọn đề tài tốt nghiệp là: “ Thiết kế nhà máy sản xuất sữa đậu nành năng suất 100 triệu lít sản phẩm/ năm”

PHẦN 1 LUẬN CHỨNG VỀ KINH TẾ - KỸ THUẬT

1.1 Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy sữa 

Dinh dưỡng là nhu cầu rất cần thiết cho quá trình sinh trưởng, phát triển

và vận động của con người Đã từ lâu, con người chế biến và sử dụng nhiềunguồn thực phẩm khác nhau để cung cấp dinh dưỡng cho cơ thể Trong các loạithực phẩm, sữa đem lại nguồn dinh dưỡng tuyệt hảo hơn cả

Hiện nay, đối với các nước phát triển trên thế giới, dinh dưỡng toàn diệnrất được chú trọng vì họ nhận thức được không thể ăn uống hằng ngày vớinhững loại thức ăn khác nhau có thể đem lại cho cơ thể đầy đủ dinh dưỡng [13]

Vì vậy, công nghệ chế biến thực phẩm trên thế giới rất phát triển, đặc biệt làcông nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa

Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp sản xuất và chếbiến sữa từ động vật như bò, dê, cừu… thì ngành sản xuất sữa đi từ nguyên liệuthực vật như đậu nành, ngô, mè đen… đang được chú trọng với nhiều thươnghiệu nổi tiếng như Vitasoy ở Hong Kong, Vitabean ở Singapore, Tribico, TânHiệp Phát và Vinasoy ở Việt Nam

Ở Hoa Kỳ, sữa đậu nành đầu tiên được sản xuất vào những năm 1920 bởi

Dr John Harvey Kellogg, cha đẻ của việc cải cách ăn sáng bằng sữa đậu nành.Ngày nay, nó còn phổ biến hơn khi người dân có sự hiểu biết về dinh dưỡng vàquan tâm đến sức khỏe nhiều hơn Vì vậy, ở Hoa Kỳ, sữa đậu nành đang được

cổ vũ mạnh mẽ để thay thế sữa bò, vì nó có giá trị dinh dưỡng tương đương vàđược xem là sạch sẽ hơn, ít bị dị ứng hơn Trên cơ sở dinh dưỡng, sữa đậu nành

có giá trị tương đương với sữa bò lại dễ dùng và bổ khỏe, có thể uống nóng,lạnh, đặc biệt là giá rẻ hơn nên nó đang trở thành một phần dinh dưỡng củachúng ta hàng ngày [15]

Ở Việt Nam, sữa đậu nành đóng chai, đóng hộp đã xuất hiện, nhưngchiếm thị phần vẫn chưa cao trong khi các nhà máy lại đặt chủ yếu tại các thànhphố lớn nên việc phân phối thị trường là khó khăn và tốn nhiều chi phí vậnchuyển

Chính vì vậy, thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất và chế biến sữa đậunành công nghệ tiên tiến với công suất lớn là việc làm cấp thiết hiện nay

Địa điểm này bảo đảm được các yêu cầu sau:

- Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu, gần các khu công nghiệpkhác như: Hòa Phú, Buôn Hồ, Ea Dar, Tân An 1, Tân An 2 Từ đó tranh thủđược cơ sở hạ tầng, năng lượng giúp giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm

- Giao thông vận tải thuận lợi: giáp với Khánh Hòa – tỉnh có cảng hàngkhông và cảng đường thủy lớn Có quốc lộ 26 đi từ Khánh Hòa lên nên cũngthuận lợi cho việc vận chuyển xuất khẩu sản phẩm cũng như nhập khẩu cácnguyên liệu theo tuyến đường bộ và đường biển Đặc biệt, tỉnh cũng đã có sânbay cho cả khu vực Tây Nguyên, thuân lợi hơn cho vận chuyển đường hàngkhông

- Cung cấp điện và nhiên liệu dễ dàng vì vùng Tây Nguyên có nhiều nhàmáy thủy điện lớn như: Ialy, Buôn Kuốp, Buôn Tua Srah, Sê Rê Pốc, với cáccông suất khác nhau

- Nguồn nhân lực dồi dào

Ngoài ra tại đây, tỉnh Đắk Lắk hỗ trợ cho các doanh nghiệp thực hiện dự

án từ khâu làm đường giao thông, tường rào đến hỗ trợ xây dựng đường điện hạthế và tùy theo từng khu vực, từng vùng, tổng vốn đầu tư của dự án để có mức

hỗ trợ khác nhau, thấp nhất là 30% và cao nhất là 60% tổng mức đầu tư nhưngkhông quá 6 tỉ đồng cho mỗi dự án [17]

Về giá thuê đất, giao đất, các dự án ở địa bàn thành phố Buôn Ma Thuộtđược áp dụng mức giá thuê đất bằng 0,5% [17]

Điều quan trọng là tại khu vực này vẫn chưa có nhà máy sữa đậu nànhnào nên Tây Nguyên là một thị trường tiêu thụ đầy tiềm năng

Từ những lợi thế trên, việc chọn địa điểm đặt nhà máy tại Cụm côngnghiệp - tiểu thủ công nghiệp TP Buôn Ma Thuột – tỉnh Đăk Lăk là một lựachọn khả thi

1.3 Giao thông vận tải

Do hàng ngày nhà máy cần phải vận chuyển một lượng lớn nguyên vậtliệu, nhiên liệu, máy móc thiết bị, đảm bảo sự hoạt động liên tục của nhà máy

và tiêu thụ sản phẩm trên thị trường Vì vậy, vấn đề giao thông vận tải cần đượcchú trọng

Buôn Ma Thuột là thành phố đang phát triển của tỉnh Đắk Lắk, tỉnh đã

có đề án xây dựng đường giao thông cho các doanh nghiệp Các tuyến đườnglớn đi qua đây như: quốc lộ 26, quốc lộ 14, tỉnh lộ 8 Hơn nữa, có cảng hàngkhông riêng lại giáp với tỉnh Khánh Hòa với các cảng đường thủy lớn để nhậpnguyên, nhiên vật liệu

Theo trục đường bộ, Buôn Ma Thuột cách Hà Nội 1410 km và cáchThành phố Hồ Chí Minh 350 km

Tại khu công nghiệp, các tuyến đường lưu thông đã được quy hoạch vàxây dựng có hệ thống là điều kiện rất thuận lợi để thực hiện việc vận chuyểntrong khu công nghiệp

1.4 Đặc điểm thiên nhiên [27]

Tỉnh Đắk Lắk nằm trên địa bàn Tây Nguyên, trong khoảng toạ độ địa lý

từ 107o28’57” - 108o59’37” độ kinh Đông và từ 12o9’45” - 13o25’06” độ vĩ Bắc

Đắk Lắk là một tỉnh nằm ở trung tâm Tây Nguyên, phía Bắc giáp Gia Lai,phía Nam giáp Lâm Đồng, phía Tây Nam giáp Đăk Nông, phía Đông giáp PhúYên và Khánh Hòa, phía Tây giáp với Đăk Nông và Vương quốc Campuchiavới đường biên giới dài 70 km

Đắk Lắk có diện tích tự nhiên 13085 km², chiếm 3,9% diện tích tự nhiên cảnước Việt Nam Tổng diện tích: 1312537 ha với đất chưa sử dụng: 136362,01 ha

Do đặc điểm vị trí địa lý, địa hình nên khí hậu ở Đăk Lăk vừa chịu sự chiphối của khí hậu nhiệt đới gió mùa, vừa mang tính chất của khí hậu cao nguyênmát dịu Song chịu ảnh hưởng mạnh nhất chủ yếu vẫn là khí hậu Tây TrườngSơn

Thời tiết chia 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, chịu ảnhhưởng của gió mùa Tây Nam; mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, trongmùa này độ ẩm giảm, gió Đông Bắc thổi mạnh.

Lượng mưa trung bình hàng năm đạt khoảng 1600 – 1800 mm

Độ ẩm không khí trung bình năm khoảng 82%

Tổng số giờ nắng bình quân hàng năm khá cao, khoảng 2139 giờ

Chế độ gió: có 2 hướng gió chính theo 2 mùa, mùa mưa gió Tây Namthịnh hành thường thổi nhẹ khoảng cấp 2, cấp 3 Mùa khô gió Đông Bắc thịnhhành thường thổi mạnh cấp 3, cấp 4 có lúc gió mạnh lên cấp 6, cấp 7 Mùa khôgió tốc độ lớn thường gây khô hạn

1.5 Nguồn cung cấp điện - hơi - nước

- Điện: nhà máy sử dụng mạng lưới điện cùng với mạng lưới điện của khucông nghiệp có điện áp 220V/380V Để đề phòng mất điện nhà máy sử dụngthêm máy phát điện dự phòng

- Hơi: lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng được lấy từ lò hơi riêngcủa nhà máy Nhiên liệu sử dụng cho lò hơi là dầu DO, FO được mua từ các trạmxăng dầu địa phương Nhà máy có kho dự trữ nguyên liệu để đảm bảo cho sảnxuất

- Nước: đối với nhà máy sữa nguồn nước rất quan trọng, nó cũng chính lànguyên liệu tạo ra sản phẩm

Nhà máy sử dụng nước từ nhà máy nước của khu công nghiệp - là nguồnnước lấy từ hệ thống cung cấp nước sạch của thành phố Nước thải của nhà máysau khi được xử lý sẽ theo đường ống vào hệ thống thoát nước chung của khu côngnghiệp

1.6 Nguồn nguyên liệu

Nguyên liệu chính của nhà máy là đậu nành hạt Nhà máy sẽ liên kết với tỉnh

và các tỉnh lân cận như Gia Lai, Đăk Nông, Lâm Đồng, Phú Yên, Khánh Hòa, đểhình thành nguồn nguyên liệu chính sau này Trong trường hợp nguồn nguyên liệu

bị thiếu hụt do mất mùa việc trồng và chăm sóc còn nhiều hạn chế thì nhà máy sẽthu mua tại một số tỉnh khác hoặc nhập khẩu lượng nguyên liệu từ nước ngoài Ưuđiểm của việc nhập khẩu từ nước ngoài đặc biệt là Hoa Kỳ, Canada thì mặc dù giáthành khá cao nhưng lại hầu như không tốn chí phí làm sạch và phân loại

1.7 Nguồn nhân lực

Đắk Lắk với nguồn nhân lực dồi dào cả về lao động phổ thông và trí óc với

số lượng ở độ tuổi lao động rất đông đảo Việc xây dựng nhà máy không nhữnggiải quyết việc làm cho lao động địa phương mà thu hút nhiều cán bộ, kỹ sư từ cáctrường đại học chủ yếu thuộc khu vực miền trung Tây Nguyên và nhiều tỉnh khácnhư thành phố Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Kiên Giang,

Tây Nguyên là thị trường tiềm năng cả về vùng đất chưa khai thác sử dụngvới lượng nhân công lao động rất lớn Và đây cũng là một thị trường tiềm năng đốivới nhiều nhà sản xuất trong lĩnh vực thực phẩm khác Bên cạnh đó giao thôngngày càng được nâng cấp và mở rộng nên thuận tiện cho nhà máy cung ứng sảnphẩm sang các thị trường các tỉnh lân cận với các tỉnh Nam Trung Bộ

1.9 Sự hợp tác hoá

Do nhà máy nằm trong cụm công nghiệp với nhiều ngành nghề khác nhaunên có thể liên hợp hoá cùng chung phát triển cơ sơ hạ tầng, điện, nước, giaothông, nhằm giảm chi phí đầu tư, rút ngắn thời gian hoàn vốn, hạ giá thành sảnphẩm

PHẦN 2 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1 Đậu nành

2.1.1 Khái quát [27]

Tên khoa học: Glycine mac (L.) Merrill (1997)

Tên tiếng Anh: soya bean, soyabeans

Tên tiếng Việt: đậu nành (miền Nam), đậu tương (miền Bắc)

Bộ: Phaseolecae

Họ: Leguminosea

Họ phụ: Papilionoidae Chi: Glycine willd

Về hình dạng: có nhiều hình dạng khác nhau: tròn, bầu dục, tròn dài, tròndẹt, chùy dài

Về màu sắc: vàng xanh, xám, đen và các màu trung gian Nhưng nóichung phần lớn là màu vàng, loại đậu nành có màu vàng là loại tốt nên thườngđược ưa chuộng

Hạt đậu nành thường có ba bộ phận: vỏ, tử diệp, phôi [1]

Vỏ hạt chiếm khoảng 8% trọng lượng hạt

Phôi chiếm khoảng 2% trọng lượng hạt

Tử diệp chiếm khoảng 90% trọng lượng hạt

Tùy theo kích thước của hạt thường chia làm ba loại: to, trung bình và nhỏ

2.1.2 Nguồn gốc và tình hình phân bố

Đậu nành (còn gọi là đậu tương) là loại ngũ cốc giàu chất dinh dưỡng nhưprotein, lipid, glucid, vitamin và muối khoáng, có đặc tính sinh học cao do chứahầu hết các acid amin không thay thế và có thể hỗ trợ khi thiếu thức ăn động vật

vì thế đậu nành là nguồn thực phẩm quan trọng

Quê hương của đậu nành là Đông Nam Châu Á, tuy nhiên 45% diện tíchtrồng đậu nành và 55% sản lượng đậu nành của thế giới nằm ở Mỹ Năm 2000,

Mỹ sản xuất hơn 75 triệu tấn đậu nành và xuất khẩu hơn một phần ba qua cácnước châu Âu Ngoài ra, các nước sản xuất đậu nành lớn khác là Braxin,Arhentina, Trung Quốc và Ấn Độ [27]

Tại Việt Nam, đậu nành được trồng nhiều ở miền núi, vùng trung du phíaBắc (Cao Bằng, Sơn La, Bắc Giang), chiếm hơn 40% diện tích đậu nành cảnước ngoài ra, còn trồng nhiều ở các tỉnh Hà Tây, Đồng Nai, Đăklăk và ĐồngTháp

Đậu nành cung cấp một nguồn protein rất quan trọng trong khẩu phầncủa nhiều quốc gia ở Châu Á, là loại thực phẩm và là sản phẩm công nghiệpcực kỳ có giá trị Ngày nay, đậu nành đã trở thành một trong những cây trồngchủ yếu trên thế giới

2.1.3 Thành phần hóa học của hạt đậu nành [1]

Ở các phần khác nhau của hạt đậu nành thì thành phần hóa học là khônggiống nhau (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Thành phần hoá học trung bình ở các phần của hạt đậu nành

Thành phần

hạt

Tỷ lệ (%)

Thành phần chất khô Đạm

(%)

Dầu (%)

Tro (%)

C acbonhydrat (%)

2.1.3.1 Protein đậu nành

Trong thành phần hóa học của đậu nành, thành phần protein chiếm một tỉ

lượng rất lớn Protein đậu nành được tạo bởi các acid amin, trong đó có đủ cácloại acid amin không thay thế (ngoại trừ hàm lượng Methionin thấp), còn các axitamin khác có số lượng khá cao tương đương lượng axit amin có trong thịt và một

số thực phẩm quan trọng (bảng 2.2) Hàm lượng protein tổng dao động trong hạtđậu nành từ 29,6 - 50,5%; trung bình 36 - 40% Các nhóm protein đơn giản (%

so với tổng số protein): anbumin (6 8%), globulin (25 34%), glutelin (13 4%), prolamin chiếm lượng nhỏ không đáng kể Có thể nói protein đậu nành gầngiống protein của trứng

-Bảng 2.2 Thành phần các acid amin không thay thế trong đậu nành và một số

thực phẩm quan trọng (g/100g protein) [1].

Loại acid

amin

Đậu nành Trứng

Thịt

Giá trị được

đề nghị bởi FAO - OMS

Ngoài ra, protein đậu nành còn chứa 2 thành phần không mong muốn là:

- Trypsin-Inhibitors ức chế enzyme trypsin tiêu hóa protein của động vật,

do đó cần phải loại bỏ trong quá trình chế biến

- Hemgglutinin là protein có khả năng kết hợp với hemoglobin nên làmgiảm hoạt tính của hemoglobin

2.1.3.2 Chất béo đậu nành

Hàm lượng lipid trong đậu nành dao động từ 13,5 - 24 %, trung bìnhchiếm 18% trọng lượng chất khô Trong nhóm lipid của đậu nành có 2 thànhphần được xem là quan trọng chiếm khoảng 20% trọng lượng chất khô trong hạt.Lipid có nhiều ở nhân hạt đậu nành.Trong nhóm lipid của đậu nành có hai thành

phần chính là glyceride và lecithin

Glyceride đậu nành: chứa nhiều acid béo không no, khoảng 50-60 % acidlinoleic nên dầu đậu nành được xem là dầu thực phẩm có giá trị sinh học cao.Tuy nhiên, cũng vì chứa nhiều acid béo không no nên dầu đậu nành rất dễ oxyhoá dẫn đến hư hỏng trong quá trình bảo quản

Lecithine đậu nành: chiếm 3% trọng lượng hạt, là một loại phosphatidphức tạp, được sử dụng nhiều làm chất nhũ tương, chất chống oxy hoá trong chếbiến thực phẩm: magarine, bánh kẹo, chocolate,…

Ngoài ra còn có khoảng 0,5% acid béo tự do và một lượng nhỏ carotenoid

2.1.3.3 Các thành phần khác của đậu nành:

* Vitamin: Hạt đậu nành chứa nhiều loại vitamin cần thiết cho sự pháttriển cơ thể, nhưng hàm lượng vitamin trong đậu nành rất thấp và dễ bị mấttrong quá trình chế biến.Trong đậu nành chứa nhiều vitamin khác nhau(bảng 2.3), trừ vitamin C và vitamin D

Bảng 2.3: Thành phần vitamin trong hạt đậu nành [1].

- Đường tan (10%): saccharose 5%, stachyose 4%, raffinose 1%

- Chất xơ không tan (20%): hỗn hợp polysaccharide và dẫn xuất của chúng,chủ yếu là cellulose, hemicellulose và các hợp chất của acid pectic

Bảng 2.4 Thành phần glucid trong hạt đậu nành [1].

Bảng 2.5 : Thành phần khoáng trong hạt đậu nành [1].

Nguyên tố Hàm lượng Đơn vị

- Lipase: thủy phân glycerit tạo thành glycerin và acid béo

- Phospholipase: thủy phân este của acid acetic

- Lipoxygenase: xúc tác phản ứng chuyển H2 trong acid béo

- Amylase: là enzym thủy phân tinh bột, gồm 2 loại: enzym α-amylase và

β-amylase, chiếm một tỷ lệ khá lớn trong hạt đậu nành.

* Tro: Trong đậu nành, tro chiếm hàm lượng khoảng 4,6% và có nhiềuthành phần khác nhau (bảng 2.6)

Bảng 2.6 Thành phần tro trong hạt đậu nành [1].

Cũng là sữa, vậy sữa đậu nành so với sữa mẹ và sữa bò có sự tương đồng

và khác nhau về thành phần dinh dưỡng như thế nào Bảng 2.7 so sánh thànhphần dinh dưỡng của ba loại sữa này

Bảng 2.7 Bảng so sánh thành phần dinh dưỡng giữa sữa đậu nành, sữa

bò và sữa mẹ trong 100 ml sữa [15].

Thành Phần Sữa Ðậu Nành Sữa Bò Sữa Mẹ

Vitamin B-2 0,02 0,15 0,03

2.1.4 Yêu cầu nguyên liệu đậu nành

Hạt đậu nành đạt yêu cầu được thu mua, đóng gói bao 40-50 kg và vậnchuyển về nhà máy bằng phương tiện vận chuyển Khi nhập kho hạt đậu nànhđược kiểm tra một số chỉ tiêu:

Bảng 2.8 Bảng chỉ tiêu của đậu nành nguyên liệu [6].

hương tương đối đều, bám ít bụi đấtHoá lý:

2.2 Một số nguyên liệu cần thiết khác [6].

2.2.1 Nước

Nước là một nguyên liệu cơ bản không thể thiếu trong sản xuất sữa đậunành và hầu hết trong các loại nước giải khát khác Nước chiếm 70-80% trongsữa đậu nành thành phẩm Thành phần, các tính chất lý hóa, vi sinh của nước sẽ

có ảnh hưởng trực tiếp đến kỹ thuật sản xuất và chất lượng của sản phẩm Do

đĩ, nước dùng trong sản xuất nước giải khát nĩi chung và sữa đậu nành nĩiriêng cĩ yêu cầu khá nghiêm ngặt.

Bảng 2.9 Bảng tiêu chuẩn chất lượng nước sau khi xử lý.

đa cho phép Chỉ

tiêu

Cảm

quan

Vi sinh

Tổng số VSVhiếu khí

Trong sữa đậu nành, lượng đường chiếm khoảng 3-10%, có thể sử dụng

từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng thông dụng nhất là đường saccharose kết tinh,gồm có: đường tinh luyện (RE), đường cát trắng (RS) trong đó đường cát trắngchia làm 3 hạng: thượng hạng, hạng 1, hạng 2,…

Chỉ tiêu của đường:

Bảng 2.10 Tiêu chuẩn TCVN 1695-87 của đường [10].

Chỉ Tiêu

Đường tinh luyện

Đường cát trắng Thượng

- Hầu hết các chất ổn định là những este một phần của rượu bậc cao nhưglycerol và acid béo

- Có dạng bột, dễ hòa tan

b Nhiệm vụ

- Chống lại sự thay đổi tính chất vật lý của sữa

- Làm ổn định dung dịch

- Làm bền hệ nhũ tương, tạo cấu trúc đồng nhất nhằm:

• Làm giảm sức căng trên bề mặt để đạt được sự phân tán tốt hơn củapha phân tán và giữ ổn định trạng thái

• Tránh tách pha, tách lớp, tạo màng chất béo trên bề mặt: Hìnhthành nên màng bảo vệ bao bọc xung quanh các hạt của pha phân tán làm chochúng không thể kết hợp lại với nhau

• Không kết bông, lắng cặn, tạo gel

c Tiêu chuẩn chất lượng

- Chỉ tiêu cảm quan:

• Trạng thái: Dạng bột mịn, không vón cục, không chứa tạp chất

• Màu sắc : trắng ngà đặc trưng, không xỉn màu, không mùi lạ

• Mùi : mùi đặc trưng, không hôi, không mốc

Hòa trộn (to = 40-50oC)

Lọc 1

Phụ gia Hương

Khử enzym (to = 120oC, t = 80s)

Làm sạch, phân loại Hạt đậu nành

Trích ly

Bã

Trữ lạnh (4-8oC)

Lọc 2

Đồng hóa (2 cấp 200/50 bar, 75o C)

Gia nhiệt (to = 75oC)

Tiệt trùng UHT (to = 137-140oC, t = 4-6s)

PHẦN 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Hộp giấy Thổi bụi

Phun H2O2

Khí nĩng

Làm sạch Rĩt hộp

Dán ống hút

Vào thùng

Lưu kho

Thành phẩm

3.1 Chọn dây chuyền cơng nghệ sản xuất sữa đậu nành tiệt trùng

3.2 Thuyết minh dây chuyền

3.2.1 Nguyên liệu đậu nành

Đậu nành là nguyên liệu chính dùng để sản xuất Chất lượng của sản phẩmphụ thuộc rất lớn vào nguyên liệu Đậu nành cĩ chất lượng càng tốt thì sản phẩm

cĩ chất lượng càng càng cao và ngược lại Vì vậy, trong sản xuất, đậunành phải được lựa chọn đúng tiêu chuẩn chất lượng

Nguyên liệu chế biến là hạt đậu nành (Glycine max(L) Merrill) cĩ thànhphần hố học :

Bảng 3.1 Thành phần hĩa học của đậu nành [1].

- Được cung cấp bởi những nhà cung cấp có uy tín.

- Đáp ứng các yêu cầu thành phần dinh dưỡng

- Đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm

Cần tuân thủ theo bảng tiêu chuẩn của đậu nành nguyên liệu bảng 2.8(trang 12)

Đậu nành đạt yêu cầu được tiến hành lưu trữ tại kho để chờ đưa vào sảnxuất Hạt đậu nành đưa vào sản xuất theo nguyên tắc vào trước chế biến trước vàtrước khi đem vào sản xuất, hạt đậu nành phải được kiểm tra một số chỉ tiêu hoá

lý, hoá sinh, vi sinh vật và được cân theo số lượng yêu cầu

3.2.2 Làm sạch và phân loại hạt đậu nành

3.2.2.1 Mục đích

+ Loại bỏ tạp chất lẫn trong và bám trên bề mặt hạt đậu như: Đất, đá, cát,sạn, gỗ, bụi, kim loại, hạt cỏ, các hạt hư hỏng không có ý nghĩa trong chế biến

+ Loại bỏ được một số vi sinh vật bám trên bề mặt vỏ hạt đậu

+ Làm đồng đều kích thước khối hạt đậu nành

+ Tăng chất lượng sản phẩm

3.2.2.2 Tiến hành

Quá trình phân loại, làm sạch gồm các công đoạn sau:

+ Tách các tạp chất nhẹ như vỏ, rác hạt vỡ bằng quạt thổi và xiclon

+ Tách kim loại nhiễm từ bằng nam châm

+ Tách đá, sạn bằng sàng tách theo bề mặt

+ Lựa chọn, phân loại hạt bằng sàng cỡ hạt

Hạt đậu nành sau khi được làm sạch, phân loại được gàu tải 2 vận chuyểnlên bunke chứa đậu sạch

3.2.3 Nghiền đậu nành

3.2.3.1 Mục đích

Nhằm phá vỡ cấu trúc tế bào của hạt đậu tạo điều kiện tốt cho các chấthoà tan vào nước tạo thành dung dịch sệt trước khi đi vào quá trình trích ly.

Mục đích cho NaHCO3 1,2 - 1,4% vào làm cho dịch nghiền có pH= 8 - 8,3

là pH mà ở đó protein của đậu nành hòa tan vào nước tốt nhất Dùng nước côngnghệ 70oC khi nghiền để tăng hiệu quả trích ly

Dịch sệt sau khi nghiền được bơm vào thiết bị ly tâm lắng để tách dịch sữa

ra khỏi dịch sệt, tạo thành dịch sữa đậu nành và đồng nhất Để dịch đậu nành khiuống không cảm thấy quá loãng thì lượng bã còn lại cho phép là nhỏ hơn 0, 5%.Hàm lượng chất khô của dịch sữa đậu nành là 9% Hiệu suất trích ly protein là 6575%

Dịch sữa đậu thu được có pH = 7,0 - 7,2, Bx = 11 - 12% [6]

Dịch sau khi li tâm được chứa vào thùng chứa để đi khử hoạt tính enzyme

Trong công đoạn này cũng đồng thời tiến hành khử các mùi không tốt củađậu nành cũng như loại bớt không khí ra khỏi sản phẩm

Để dịch đậu nành không còn có mùi không tốt, phục vụ cho quá trình phachế sản phẩm có các hương vị khác nhau Sau khi khử hoạt tính enzym, dịch sữađược bơm vào thiết bị hút chân không có độ chân không 0,5 - 0,6 bar tương ứngnhiệt độ sôi 75oC, nhờ đó dịch sữa được đun sôi và các chất khí được tách racùng với hơi nước, hơn nữa làm mất bớt mùi ngái của hạt đậu nành

3.2.6 Làm lạnh

3.2.6.1 Mục đích

Dịch sữa được làm lạnh để hạn chế sự phát triển của enzyme oxy hóa đặcbiệt là enzyme oxy hóa chất béo, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây hưhỏng

Dùng dung dịch HCl 0,4 - 0,8% để trung hòa

Sử dụng thùng trung hòa có cánh khuấy, tránh hiện tượng axit hóa cục bộ, gâybiến tính kết tủa protein

Quá trình hòa trộn còn là quá trình tiêu chuẩn hóa dịch sữa đậu nành theo

tỷ lệ thành phần protein

3.2.8.2 Phương pháp

Sử dụng thiết bị phối trộn có cánh khuấy, thực hiện khuấy trộn một cáchtuần hoàn theo trình tự: sữa đậu, syro đường saccharose 70%, chất ổn định,hương Sau khi phối trộn kiểm tra dịch sữa nếu hàm lượng chất khô cao hơn quyđịnh thì tính toán và cho thêm nước vào

Đường sử dụng phải tuân thủ theo tiêu chuẩn nguyên liệu, trước khi đưavào nấu syro phải kiểm tra, tỷ lệ đưa syro đường saccharose 70% vào là tùythuộc vào sản phẩm theo quy định của từng nhà máy

3.2.9 Lọc

3.2.9.1 Mục đích

Sau khi trích ly và phối trộn còn lẫn các các tạp chất và các cấu tử không hòatan, tiến hành lọc để sản phẩm được đồng nhất về trạng thái, nâng cao chất lượngsản phẩm

Quá trình lọc lần 2 sau khi trữ lạnh để tách các chất kết tụ trong quá trình trữgiúp cho quá trình gia nhiệt và đồng hóa đồng đều, hiệu quả cao

3.2.9.2 Phương pháp

Dịch sữa đậu nành được bơm vào thiết bị lọc dạng ống có lưới lọc Quátrình lọc loại bỏ được các tạp chất và các cấu tử không hòa thu được dịch lọcsạch

3.2.10 Trữ lạnh

Dịch sữa sau khi lọc được đưa đi làm lạnh bằng thiết bị dạng tấm đến t0 = 4

-80C để đưa vào Buffer tank để tạm trữ, việc hạ nhiệt độ nhằm ức chế hoạt động củacác loại vi sinh vật trong quá trình tồn trữ Sau đó từ thùng tạm trữ tiếp tục đi gianhiệt Quá trình trữ lạnh không quá 12 giờ, trước khi đưa đi gia nhiệt phải kiểm tra visinh vật

Trong Buffer tank, cánh khuấy luôn hoạt động giúp ngăn ngừa việc táchbéo và kết tủa protein Tuy nhiên, nếu khuấy với tốc độ quá cao sẽ làm vỡ cáchạt béo, làm cho enzyme lipase dễ dàng phân huỷ chất béo, lúc đó khả năng táchbéo càng cao

3.2.11 Gia nhiệt

3.2.12.2 Phương pháp

Quá trình được thực hiện trong thiết bị đồng hóa sử dụng áp lực cao Thiết

bị hoạt động với 3 pittông chuyển động lệch pha nhau 1/3 chu kỳ Sữa được néntrong xilanh với áp suất đạt được khoảng 200 - 250 bar, nhiệt độ 750C Ở áp suấtnày các cầu mỡ trong sữa được chia nhỏ và phân tán đều trong dung dịch Đó làkết quả của sự thay đổi đột ngột tốc độ dòng sữa qua các khe van Trong khevan, do có cấu tạo giảm dần và trước khe van có mặt phẳng đối diện chỉ chừarãnh thoát sữa rất hẹp nên khi dòng sữa qua đó sẽ va đập vào bề mặt làm tăngvận tốc chuyển động của dòng sữa Vận tốc dòng sữa lúc này có thể đạt tới 200 -

300 m/s Kết quả là các phần tử trong sữa sẽ bị kéo căng và từng phần của nó bịđứt khỏi cầu mỡ phân tán đồng đều trong dịch sữa Sau đó sữa được đưa quađồng hóa cấp hai và tiếp tục được phá vỡ để đạt độ đồng đều theo yêu cầu

Nếu dịch sữa ra khỏi máy đồng hóa chưa đồng nhất thì người ta điềuchỉnh khe hở của sữa đi từ xilanh ra ngoài nhỏ hơn áp lực trong xilanh tạo điềukiện cho dòng sữa ra khỏi xilanh ở chế độ chảy xoáy làm phá vỡ các hạt chấtbéo hòa đều trong dịch sữa, tạo độ nhớt ổn định cho dịch sữa Quá trình làm việccủa máy đồng hóa phải dùng nước làm nguội thường xuyên cho pittông và áplực đồng hóa luôn lớn hơn 20 bar, nhiệt độ sữa trong quá trình đồng hóa khoảng

70 - 75oC

3.2.13 Tiệt trùng, làm nguội

3.2.13.1 Mục đích

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

+ Vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong sữa

+ Kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm, đảm bảo an toàn tuyệt đối vềmặt vi sinh cho sản phẩm

+ Làm nguội nhằm tránh những biến tính tiếp theo của sữa ở nhiệt độ cao,tiếp tục tiêu diệt vi sinh vật do làm lạnh nhanh gây sốc nhiệt

3.2.13.2 Phương pháp

Tiệt trùng ở nhiệt độ siêu cao UHT sử dụng hơi tiếp xúc gián tiếp với sữathông qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống tuýp (ống lồng ống, sữa đi bên trongnhững ống nhỏ, còn hơi đi ngoài) [12]

Sữa có nhiệt độ 4oC từ thùng cân bằng 1 đi qua bơm 2 vào ngăn traođổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ lên 95oC (trong vùng 3a

và 3c) Tiếp đó sữa được giữ ổn định vài giây trong ống 4a trước khi đi vào

vùng gia nhiệt cuối 3d Trong vùng gia nhiệt cuối 3d nhiệt độ của dịch sữađược nâng lên 137 - 140oC nhờ hơi nước được phun bổ sung qua vòi phun 5.Sữa được duy trì ở nhiệt độ này trong vài giây sau đó được làm nguộixuống bằng nước đạt khoảng 75 - 80oC rồi vào thiết bị đồng hoá Sau khiđồng hoá sữa được làm lạnh xuống nhiệt độ khoảng 20oC tại vùng trao đổinhiệt 3f (thường ở các nhà máy sữa sẽ sử dụng sữa đầu vào có nhiệt độ 4oC

để làm nguội, đồng thời nâng nhiệt cho sữa đầu vào để tận dụng năng lượng,sau đó sữa được chuyển đến máy rót hay vào bồn chứa vô trùng

3.2.15 Rót hộp

3.2.15.1 Mục đích

- Giữ nguyên được các chất dinh dưỡng và làm cho sản phẩm ít bị thay

đổi về mặt sinh lý và sinh hóa

- Cách ly sản phẩm với môi trường bên ngoài nhằm kéo dài hạn sử dụng của sản

Nguyên tắc của quá trình rót vô trùng là sản phẩm đã được tiệt trùng, bao

bì phải được tiệt trùng, rót trong môi trường vô trùng, hàn kín bao bì và sảnphẩm vô trùng

3.2.15.3 Tiến hành

Sau khi tiệt trùng, sữa được bơm từ thùng chờ rót đến máy rót và được rótvào bao bì giấy đã tiệt trùng.

Thể tích mỗi hộp sữa sau khi rót là 200 ml Quá trình rót được thực hiệntrên máy rót loại Combiloc bao gói hoàn toàn tự động

Trước khi máy làm việc nhất thiết phải vệ sinh bằng xút, axit rồi tuầnhoàn bằng nước sạch lần cuối Ngoài ra cần phải kiểm tra nồng độ H2O2, bộ inngày tháng lên bao bì xem có đạt yêu cầu

Bao bì trước khi rót phải được tiệt trùng bằng hơi H2O2 và thổi sạch bụitrước khi rót sữa

Quá trình rót được tiến hành trong thiết bị kín hoàn toàn

Sau khi sữa được rót vào hộp thì tiếp tục qua máy dán ống hút Tại đây, hộpđược phun keo trên bề mặt rồi dán ống hút vào Quá trình này cũng diễn ra hoàntoàn tự động và được điều khiển bằng bảng điều khiển Sau khi dán ống hút ta thuđược hộp sữa hoàn chỉnh tiếp tục chuyển qua bộ phận màng co để tạo lốc (thường

là 6 hộp/lốc) rồi cho vào các thùng carton và đem bảo quản

3.2.16 Các công đoạn cuối cùng

Sau khi hoàn tất các công đoạn trên, sữa hoàn thiện được đem vào khobảo quản, sau 7 ngày mới đưa sữa ra thị trường

PHẦN 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy

Theo các số liệu ban đầu: Thiết kế nhà máy sữa đậu nành tiệt trùng năngsuất 100 triệu lít sản phẩm/năm

4.1.1.Biểu đồ nhập nguyên liệu

Trong một năm hạt đậu nành được nhập về nhà máy theo biểu đồ sau:

Bảng 4.1: Biểu đồ nhập nguyên liệu

4.1.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy

Nhà máy hoạt động với dây chuyền sản xuất sữa đậu nành tiệt trùng năngsuất 100 triệu lít sản phẩm/năm Trong sản xuất, nhà máy hoạt động liên tục chỉnghỉ hoạt động vào các ngày lễ lớn của quốc gia và kỳ nghỉ tết âm lịch

Đối với tất cả các loại máy móc thiết bị, nhà xưởng,… sau một thờigian sản xuất đều phải được vệ sinh, tu sửa Mặt khác, nhà máy đặt tại khuvực Tây Nguyên, tháng 10 hay xảy ra mưa bão dễ ảnh hưởng đến sản xuất,lượng nguyên liệu đầu vào và để tập trung cho sản xuất phục vụ Tết NguyênĐán Vì vậy, chọn tháng 10 là khoảng thời gian tu sửa định kỳ máy móc.Khoảng thời gian tu sửa là 1 tháng tức 31 ngày

Các ngày nghỉ trong năm là: 01/01, 30/04, 01/05, 10/03 âm lịch, 02/09, 4ngày tết Nguyên Đán Do đó tổng thời gian nghỉ trong năm là 40 ngày

Bảng 4.2: Biểu đồ kế hoạch sản xuất của nhà máy

Theo các số liệu ban đầu:

Năng suất : 100 000 000 lít sản phẩm/năm

Nguyên liệu: hạt đậu nành

Yêu cầu nồng độ chất khô trong sản phẩm : 14,5% trong đó 8,43% đường.Giả thiết hao hụt qua các khâu như bảng sau:

Bảng 4.4 Bảng tiêu hao qua từng công đoạn [6].

Tổng 200g 100%

Ở 15,5oC tỉ trọng của sản phẩm sữa được tính theo công thức:

g/cm3 (4.1) [8]

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 tiệt trùng có đường thì:

S: Lượng nguyên liệu cuối cùng trong một đơn vị thành phẩm (kg)

X: tổng nguyên liệu hao phí qua từng công đoạn tính bằng phần trămnguyên liệu ban đầu

Theo giả thiết về tiêu hao ta tính lượng dịch sữa qua các công đoạn như sau:

Lượng dịch sữa trước khi vào hộp: M 1

= 104657,248 lít/ca Lượng sữa trước khi vào bồn trữ vô trùng: M 2

lít/ca





Lượng dịch sữa đậu nành trước khi lọc chính là lượng dich sữa sau khiphối trộn và bằng: M9 = 109711,708 lít/ca

- Gọi x là lượng dịch sữa đem đi phối trộn với hàm lượng chất khô là11,26%, đơn vị lít/ca.

- Gọi y là lượng sirô đường saccharose cần bổ sung chọn hàm lượngchất khô là 70%, đơn vị lít/ca

- Gọi z là lượng dịch sữa sau khi phối trộn nhưng chưa bổ sung hươngliệu và phụ gia có tổng hàm lượng chất khô 14,5%, đơn vị lít/ca

- Chọn lượng phụ gia bổ sung là:

Lượng nước trong syro là:

Vậy, lượng đậu nành nguyên liệu dùng cho một ca là:

Lượng nước nóng 70 o C có trong dịch nghiền là:

Giả thiết hao hụt nước để nghiền là 25% Ta tính được:

Stt Công đoạn Năng suất

kg/ca

Năng suất lít/ca

1 Nguyên liệu ban đầu 19620,000

Lượng Đường Sacaroza (tấn)

Số hộp (hộp)

Lượng NaHCO 3 1,2 - 1,4% (tấn)

PHẦN 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

Trong quá trình tính toán và chọn thiết bị để đạt năng suất sản xuất tối đa là

100 triệu lít sản phẩm trên năm ta chọn làm việc liên tục 3 ca trong 1 ngày và kéo dàitrong 1 năm đúng như biểu đồ kế hoạch sản xuất của nhà máy

Ngày làm 3 ca, mỗi ca làm 7,5 tiếng, xem 30 phút giao ca là thời gian vệsinh thiết bị và xử lý sự cố trong quá trình sản xuất Vì trong quá trình sản xuất,việc vệ sinh thiết bị (CIP) là không có thời gian cố định trong 1 ngày, 1 tuần hay

1 tháng mà phụ thuộc vào tình hình sản xuất của nhà máy

Đậu nành nguyên liệu có lẫn tạp chất do vậy chọn chế độ làm việc của cácthiết bị ở khâu làm sạch và phân loại ở chế độ làm việc gián đoạn

5.1 Bunke

Chọn bunke có dạng hình trụ, đáy hình nón có góc nghiêng = 45o, đượcchế tạo bằng thép không gỉ, chọn hệ số chứa đầy 0,8 và chứa đủ nguyên liệu đểsản xuất trong 1 ca

m : khối lượng nguyên liệu cần xử lý

 : khối lượng riêng của nguyên liệu