ĐỒ ÁN BÁO CÁO THIET KE THIET BI SAY PHUN

Luận văn báo cáo nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy phun trong ngành hóa

LỜI NÓI ĐẦU

Sữa là thức ăn tự nhiên có giá trị dinh dưỡng hoàn hảo được vắt từ vú động vật.Sữa chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho người như protein, gluxit, lipit,vitamin, các muối khoáng Những hợp chất này rất cần thiết cho khẩu phần thức ănhằng ngày của con người Do đó các sản phẩm từ sữa có một ý nghĩa quan trọng đốivới dinh dưỡng của con người nhất là đối trẻ em, người già và người bệnh Từ sữa,người ta có thể sản xuất ra nhiều loại thực phẩm khác nhau như sữa bột, sữa cô đặt,sữa lên men, pho mai, bơ, kem…Trong đó, sữa bột thời gian bảo quản rất dài, các nhàsản xuất tiết kiệm được một phần lớn cho chi phí vận chuyển sữa do sản phẩm có khốilượng giảm đi nhiều lần khi ta so sánh với nguyên liệu sữa tươi ban đầu Việc chế biến

và sản xuất sữa bột có nhiều ý nghĩa quan trọng, trong đó ưu điểm lớn nhất là tăngđược thời gian bảo quản sữa và giảm chi phí vận chuyển do vậy nó có ý nghĩa quantrọng đối với nền kinh tế Có nhiều phương pháp để sản xuất sữa bột mỗi phương phápsản xuất sẽ cho ra một loại sản phẩm có chất lượng khác nhau, phổ biến nhất hiện nay

là phương pháp sấy phun và phương pháp sấy màng mỏng

Sữa bột đã xuất hiện từ lâu đời trên thế giới từ thế kỉ 13-14 người Mông Cổ đãsấy sữa dưới ánh nắng mặt trời. Năm1902 Just Hatmaker đã phát minh ra thiết bị sấytrục để sản xuất sữa bột Thị trường Việt Nam hiện nay có hai nhóm sản phẩm là sữabột nguyên kem và sữa bột gầy thời gian bảo quản sữa bột nguyên kem là 6 tháng, sữabột gầy lên đến 3 năm

Sữa bột không những được sử dụng tại gia đình để pha chế mà còn là nguyên liệuquan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như trong sản xuất sữa tái chế vàcác sản phẩm chế biến từ sữa như: sữa lên men, sữa cô đặc, kem…trong công nghiệpsản xuất bánh nướng, công nghiệp sản xuất kẹo, chocolate, sôcôla, xúc xích

Ở trong đồ án này nhóm em sẽ đề cập đến một số vấn đề sau: nguyên liệu sữa,quá trình công nghệ sấy phun sữa bột, thiết bị chính trong công đoạn sấy sữa bột

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nguyên liệu

Nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất sữa bột là sữa đặc được cô đặc từ sữatươi Sữa tươi mới vắt có nhiều thành phần dinh dưỡng có giá trị cao và cân đối nhưđạm, chất béo gluxít , các chất khoáng và các nguyên tố vi lượng đáp ứng được nhucầu dinh dưỡng của con người Ngoài nguyên liệu chính là sữa tươi còn có các nguyênliệu phụ khác như: đường, vitamin, các chất ổn định… Sữa là chất lỏng sinh lý do cáctuyến sữa tổng hợp được từ các hợp chất có trong máu, được tiết ra từ tuyến vú củađộng vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non Sữa có đầy đủ dinh dưỡngcần thiết cho sự phát triển của cơ thể Những chất này có khả năng đồng hóa cao vìvậy từ lâu con người đã biết sử dụng sữa như một loại thực phẩm rất bổ dưỡng cho cơthể nhất là đối với trẻ sơ sinh

Trong sữa có một số thành phần như: lipid, glucid, protein, chất khoáng, vitamin,ngoài ra còn có chất màu và nhiều chất khác Trong các chất trên trừ nước và nhữngchất bay hơi khi chế biến thì những chất còn lại gọi là chất khô của sữa Hàm lượngchất khô của sữa khoảng 10 – 20 % tùy theo loại sữa, chất khô của sữa càng nhiều thìgiá trị thực phẩm càng cao, nếu không kể đến lipit thì chất khô trong sữa gọi là chấtkhô không béo

Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi vàphụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắtsữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống và nhiều yếu tốkhác

Bảng phân tích thành phần hóa học của sữa từ các loại động vật khác nhau vàđược dùng làm thực phẩm

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của một số loại sữa

Tổng chất khô (%) Béo (%) Protein (%) Casein (%) Lactose (%)

Độ axit từ 0,14 – 0,18% axit lactic

Độ nhớt của sữa: 2 cP tại 200C

Khối lượng riêng

Là thông số quyết định trạng thái của các thành phần có trong sữa , khối lượngriêng của sữa tươi có giá trị từ 1028 – 1035 kg / m3 Giá trị này thay đổi và phụ thuộcvào loài giống gia súc, chu kỳ tiết sữa và nhiệt độ của môi trường

Độ chua của sữa

Độ chua của sữa là do có sự hiện diện của ion H+ Ở 20 o C độ pH của sữa có giátrị khoảng 6,5 – 6,7 và cũng phụ thuộc vào loài và chu kỳ tiết sữa

Độ nhớt của sữa

Phụ thuộc vào nhiệt độ và trạng thái phân tán của các chất có tong sữa Thôngthường độ nhớt của sữa có giá trị khoảng 20 cp ở 20o C

Áp suất thẩm thấu của sữa

Áp suất thẩm thấu của sữa (Ptt) được tạo bởi những chất có khả năng phân táncao như đường lactose, muối Thông thường áp suất thẩm thấu của sữa có giá trị vàokhoảng 6,6 atm ở 0oC

Nhiệt độ đông đặc

Sữa có nhiệt độ đông đặc từ -0,53 tới – 0,57 oC tùy theo loại sữa Nhiệt độ đôngđặc trung bình là -0,54 oC, thấp hơn nhiệt độ đông đặc của nước là do trong sữa có một

số chất hòa tan như đường lactose, các khoáng …

Ngoài nguyên liệu chính là sữa tươi còn có một số nguyên liệu phụ trong quátrình sản xuất sữa bột như: đường, vitamin, chất ổn định…nhằm mục đích tạo độ đặccho sản phẩm sữa, tạo độ ngọt, và màu vàng đặc trưng cho sữa Đường maltosedextrilcòn có tác dụng làm cho sản phẩm sữa bột bền nhiệt, không bị biến tính khi sấy và sảnphẩm sữa bột không bị vón cục

1.1.1.2 Thành phần hóa học

1.1.1.2.1 Nước

Nước là thành phần chiếm chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng, làdung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh hóa.Hàm lượng nước trong sữa chiếm khoảng 87% trong một lít sữa Phần lớn lượng nước

ở trong sữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng, người ta làm bốc hơi nước ở sữa tươi

để chế biến thành sữa đặc, sữa bánh hoặc sữa bột là những sản phẩm dễ vận chuyển và

dễ bảo quản hơn sữa tươi

1.1.1.2.2 Lipid

Chất béo là một trong những thành phần quan trọng nhất của sữa Hàm lượngchất béo của sữa thay đổi trong một phạm vi khá rộng Có loại sữa ít béo, khoảng 3gtrong 100 ml sữa, có loại sữa nhiều chất béo khoảng 5 – 6 g trong 100 ml sữa Đối vớisữa bò hàm lượng béo khoảng 3,9%

Chất béo của sữa tồn tại dưới dạng những hạt hình cầu rất nhỏ Kích thước củanhững hạt chất béo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loài, giống, tùy từng con vật, thờigian khác nhau trong thời kỳ tiết sữa… Các hạt chất béo kích thước lớn thì dễ tách rakhỏi sữa hơn là những hạt chất béo có kích thước nhỏ Khi để sữa yên lặng một thờigian, các hạt chất béo của sữa sẽ nổi lên trên mặt tạo thành một lớp váng mỏng gọi làváng sữa

Trong thành phần chất béo của sữa có tới 20 loại axit béo khác nhau, trong đó 2/3

là axit béo no và còn lại là axit béo chưa no Trong số những axit béo trong sữa có khánhiều axit béo dễ hòa tan trong nước (ví dụ axit caproic) Chất béo của sữa cũng dễxảy ra những quá trình phân hủy làm thay đổi thành phần và tính chất của sữa như quátrình thủy phân, quá trình oxy hóa,… làm giảm dần chất lượng của sữa và nhiều khilàm hỏng sữa

Ngoài chất béo thuộc nhóm lipid, sữa còn có photphatid và một số chất khácnhưng hàm lượng không nhiều, photphatid có khoảng 0,5 – 0,7g trong một lít sữa,trong đó chủ yếu là lecithine

Các loại acid béo có trong sữa được ghi nhận trong bảng sau :

Butyric

Caporic

Caprylic

3,0 - 4,61,3 – 2,20,8 – 2,5

Lỏng ở nhiệt độphòng

Các protein của sữa là những protein hoàn thiện Trong thành phần protein củasữa có đến 19 loại acid amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các acid amin không thaythế được như: valin, lơxin, izolơxin, metionin, treonin, phenylalanin, triptophan vàlyzin

Trong sữa có 3 loại protein chủ yếu: casein chiếm khoảng 80%, lactoalbuminchiếm 12% và lactoglobulin chiếm 6% trong toàn bộ lượng protein có trong sữa và cònmột vài loại protein khác nhưng hàm lượng không đáng kể

Peot0n asein là nhóm protein chủ yếu trong protein của sữa Nó bao gồm nhiềuloại casein khác nhau γ – casein, β – casein, κ – casein, α – casein.

α – casein là thể phức hợp phosphoryl gồm có αs1, αs2, αs3, αs4, αs5, αs6 – casein α –casein là thành phần chủ yếu có trong sữa bò nhưng lại là thứ yếu trong sữa người α –casein là một glycoprotein và nó hiện diện khắp nơi trong thể mixen casein Chính vìvậy mà mixen ở trạng thái ổn định

α – casein và β – casein không tan trong sữa tươi Các protein này chứa nhómphotphat (photpho chiếm khoảng 0,8% trong toàn casein) và nhóm photphat này kếthợp với ion Ca2+ Sự trung hòa một phần lớn các điện tích âm ngăn ngừa α – casein và

β – casein kết khối và kết tủa

Hai phân tử casein có thể tồn tại một cách ổn định trong sữa là do có sự hiện diệncủa γ – casein Casein không tồn tại tự do trong sữa nhưng tồn tại dưới dạng các hạtmixen có kích thước từ 0,003 – 0,3 μm Trung bình mỗi hạt chứa hàng ngàn phân tử α– casein và β – casein Hiệu quả bảo vệ của γ – casein có thể là do nó góp phần giatăng điện tích âm của hạt mà không kết hợp với ion Ca2+

Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nước và 30% chất khô Trong thành phần chấtkhô casein chiếm khoảng 93% và muối (chủ yếu là canxi photphat) chiếm khoảng 7%

Lactoglobulin còn gọi là globulin của sữa Hàm lượng lactoglobulin trong sữa

khoảng 0,1% theo khối lượng và chiếm tỉ lệ 3% so với lượng protein chung Globulinsữa có nhiều trong sữa non, thuộc loại protein đơn giản và là protein hoàn thiện Trongsữa, globulin tồn tại dưới dạng keo và có độ phân tán kém hơn so với albumin sữa

khoảng 18.000 lần.

Globulin có 3 dạng đồng phân: β – lactoglobulin, epglobulin và pseudogglobulin.Chúng khác nhau về khả năng hòa tan nước và tính kháng trùng β – lactoglobulinkhông tan trong nước, hòa tan tốt trong dung dịch muối loãng Epglobulin tan trongnước khi có mặt muối Pseudoglobulin hòa tan trong nước nguyên chất

Lactoalbumin còn gọi là albumin của sữa Hàm lượng lactoalbumin trong sữa

không nhiều khoảng 0,5 – 1,0% tùy từng loại sữa Trong sữa non có nhiềulactoalbumin hơn sữa thường

Khác với casein, lactoalbumin ở trong sữa dưới dạng hòa tan Dưới tác dụng củanhiệt độ cao lactoalbumin bị đông tụ Trong môi trường axit, khi tăng nhiệt độ thì mức

độ đông tụ nhanh và mau Các enzyme làm đông tụ casein không có khả năng làm

đông tụ lactoalbumin Sau khi đông tụ, lactoalbumin mất khả năng hòa tan lại trongnước, nó chỉ có thể hòa tan lại trong một vài loại dung môi.

1.1.1.2.4 Glucid

Glucid có ở trong sữa chủ yếu là lactose

Hàm lượng lactose trong sữa khoảng 4,5 – 5,1% tùy theo từng loại sữa Đối vớisữa bò hàm lượng này khoảng 4,9%

Lactose ở trong sữa dưới dạng hòa tan

Lactose khó bị thủy phân hơn các loại đường khác Lactose bị thủy phân sẽ chomột phân tử glucose và một phân tử galactose

C 12 H 22 O 11 C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến thành caramen Vì vậy khi khử trùng sữa, mộtphần lactose bị caramen hóa nên màu của sữa sau khi đã khử trùng thường sẫm hơnlúc chưa khử trùng, đồng thời lactose còn có thể kết hợp với các nhóm amin củaprotein sữa (casein) để tạo thành hợp chất melanoidin có màu sẫm

Dưới tác dụng của vi khuẩn lactic, lactose bị lên men thành acid lactic gọi là quátrình lên men lactic Dưới tác dụng của vi khuẩn propionic, acid lactic có thể chuyểnhóa thành acid propionic, acid acetic và khí cacbonic Phản ứng này là cơ sở của quátrình chế biến một số loại phômai

Sự lên men lactic được ứng dụng rộng rãi vào việc sản xuất ra các sản phẩm chếbiến của sữa như sữa chua, phômai…

Trong sữa bò có rất nhiều loại vitamin tan trong chất béo (vitamin A, D, E, K…),vitamin tan trong nước (vitamin B1, B2, B12, C, PP…)

Vitamin A có nhiều trong sữa, nhất là trong sữa non và có nhiều trong các sản

phẩm chế biến từ sữa nhất là trong bơ Hàm lượng vitamin A trong sữa khoảng 0,2 – 2mg/l sữa Hàm lượng vitamin A trong sữa nhiều hay ít thường phụ thuộc vào hàmlượng carotene có trong thức ăn của gia súc

Vitamin D trong sữa khoảng 0,002 mg/l sữa Vitamin D không bị biến đổi trong

quá trình khử trùng sữa

Vitamin B1 trong sữa khoảng 0,4 mg/l sữa Trong quá trình khử trùng và bảo

quản, hàm lượng vitamin B1 giảm dần, có thể giảm tới 15 – 20% hoặc hơn nữa

Vitamin B2 trong sữa khoảng 1,7 mg/l sữa Hàm lượng vitamin B2 có nhiều,

nhất là trong sữa non, những ngày vắt sữa tiếp theo thì hàm lượng vitamin B2 giảmdần

Vitamin B12 trong sữa khoảng 0,1 – 0,3 mg/l sữa.

Vitamin PP trong sữa khoảng 1,5 mg/l sữa Thức ăn của bò không ảnh hưởng

đến hàm lượng của vitamin PP trong sữa Vitamin PP được tổng hợp ngay trong cơ thểcon bò

Vitamin C hàm lượng vitamin C trong sữa thay đổi trong một giới hạn rất rộng,

khoảng 5 – 20 mg/l sữa Trong sữa non có nhiều vitamin C, nhưng càng về cuối thời

kỳ tiết sữa lượng vitamin C trong sữa giảm dần Trong quá trình khử trùng, lượngvitamin C trong sữa giảm, đặc biệt là khử trùng có không khí thì hàm lượng vitamin Cgiảm nhiều

1.1.1.2.7 Enzyme

Enzyme là các protein có khả năng kích hoạt các phản ứng hóa học, ảnh hưởngđến giai đoạn và tốc độ của phản ứng Enzyme xúc tác phản ứng nhưng không bị biếnđổi về lượng được gọi là xúc tác sinh học

Hai yếu tố ảnh hưởng mạnh đến tính chất của enzyme là nhiệt dộ và pH Nhiệt độthích hợp của enzyme là 25 – 500C, nhiệt độ thấp làm ngừng hoạt động của enzyme,nhiệt độ cao làm phân hủy enzyme

Trong sữa có nhiều loại enzyme khác nhau, chúng ảnh hưởng tới chất lượng củasữa và các sản phẩm chế biến từ sữa

Enzyme lipaza có tác dụng xúc tác quá trình thủy phân chất béo của sữa, tạo

thành glyxerin, acid béo và một số sản phẩm khác Những chất này làm cho sữa cómùi vị lạ và làm giảm chất lượng của sữa Nhiều vi sinh vật có khả năng sản xuấtenzyme lipaza, đặc biệt là vi khuẩn bacillus sản xuất ra enzyme lecithinase tấn côngvào hợp chất lecithine, một loại photpholipid chứa trong màng hạt béo

Lecithine là hợp chất của glycerol hai acid béo, acid photphoric và choline,enzyme lecithinase hydrate hóa hợp chất này thành diglycerid và phosphoryl choline.Lớp màng chất béo do đó bị phá hủy, các hạt béo kết tụ lại tách thành lớp kem trên bềmặt dịch sữa

Enzyme photphataza có trong sữa tươi, nó có tác dụng xúc tác quá trình thủy

phân photpho glycerin của sữa, tạo thành glycerin, acid béo, acid photphatrit và một sốsản phẩm khác Sự hiện diện của enzyme phosphataza trong sữa được xác định bằngcách thêm vào sữa ester của acid photphoric và chất chỉ thị màu có màu sắc thay đổikhi tác dụng với rượu được giải phóng Phosphataza bị phân hủy bởi nhiệt độ caotrong thời gian ngắn

Enzyme peroxidaza có tác dụng xúc tác quá trình oxi hóa chất béo của sữa, làm

cho chất lượng của sữa giảm dần Trong sữa tươi mới vắt, chưa khử trùng đã có mặtcủa enzyme peroxidaza

Enzyme peroxidaza bị phá hủy ở nhiệt độ 800C trong vài giây Vì vậy, người tadựa trên sự có mặt của enzyme này ở trong sữa để xác định xem sữa đã qua khử trùnghay chưa Nếu đã qua khử trùng, sữa không còn hoạt tính enzyme peroxidaza.

Enzyme lactaza: đường lactose thuộc nhóm hydratcacbon, là nguồn năng lượng

lớn trong chế độ ăn Nó phân hủy thành những hợp chất có năng lượng cao, có thểtham gia vào các phản ứng sinh học, hydratcacbon là nguyên liệu tổng hợp nên cáchợp chất hóa học quan trọng trong cơ thể Lactose bị tấn công bởi vi khuẩn lên menlactic, vi khuẩn này sản sinh ra enzyme phân hủy lactose gọi là lactaza thành glucose

và galactose Galactose chuyển thành các acid khác nhau trong đó có acid lactic rấtquan trọng Khi sữa bị chua tức là đã có sự lên men lactose thành acid lactic

Nếu sữa bị xử lý nhiệt độ cao và lưu ở nhiệt độ đó, nó trở nên có màu nâu và có

vị caramen, quá trình này gọi là caramen hóa và là kết quả của phản ứng giữa lactose

và protein gọi là phản ứng maillard

1.1.1.2.8 Lactose

Sữa bò chứa khoảng 4,6% đường lactose, là loại đường chỉ tìm thấy trong thànhphần của sữa Nó thuộc nhóm chất hydratcacbon, là disaccharid chứa haimonosaccharid là galactose và glucose Đường lactose tan trong nước dưới dạng phân

tử trong dung dịch Lactose ít ngọt hơn 30 lần so với đường mía

1.1.1.2.10 Các chất miễn dịch

Trong sữa có nhiều chất miễn dịch khác nhau Các chất miễn dịch có tác dụngbảo vệ sữa khỏi sự hư hỏng Hàm lượng các chất miễn dịch không nhiều nhưng nóđóng vai trò quan trọng đối với cơ thể Chất miễn dịch rất dễ bị phá hủy bởi nhiệt độ(65 – 700C) Ngoài ra sữa còn chứa một lượng bạch cầu

1.1.2 Giới thiệu về sản phẩm

Sữa là loại thực phẩm phổ biến trên thế giới, được tiêu thụ mạnh nhất ở các nước

Âu Mỹ Sở dĩ sữa được ưa chuộng rộng rãi như vậy vì ngoài việc cung cấp năng lượngcho con người, sữa còn cung cấp nhiều chất dinh dưỡng thiết yếu như nước, đạm,đường, béo, vitamin, khoáng chất Protein từ sữa là loại protein hoàn hảo nên có giá trịdinh dưỡng cao

Ngành sữa Việt Nam trong những năm qua luôn duy trì được tốc độ tăng trưởngnhanh và tỷ suất lợi nhuận cao

Trong một phân tích mới đây, Công ty cổ phần Chứng khoán Bảo Việt (BVSC)

đã đưa ra những đánh giá khái quát về thị trường sữa Việt Nam Theo đó, ngành sữa làmột trong những ngành có tính ổn định cao, ít bị tác động bởi chu kỳ kinh tế ViệtNam đang là quốc gia có tốc độ tăng trưởng ngành sữa khá cao trong khu vực Giaiđoạn 1996 – 2006, mức tăng trưởng bình quân mỗi năm của ngành đạt 15,2%, chỉ thấphơn so với tốc độ tăng trưởng 16,1%/năm của Trung Quốc

Thị trường sữa trong nước có thể tiếp tục duy trì được tốc độ tăng trưởng caotrong những năm tới, do mức tiêu thụ sữa bình quân đầu người của Việt Nam hiện tạivẫn đang ở mức thấp

Bên cạnh đó, tiềm năng của thị trường sữa vẫn còn rất lớn khi mà tiêu dùng sảnphẩm sữa của Việt Nam vẫn còn rất thấp Mức tiêu dùng sữa bình quân của Việt Namchỉ đạt khoảng 11,2 kg/năm, thấp hơn khá nhiều so với các nước châu Á khác

Thị trường sữa có các sản phẩm chính gồm sữa tươi, sữa đặc, sữa bột và sữa dinhdưỡng Trong đó sữa bột chiếm tới gần một nửa tổng giá trị tiêu thụ, sữa tươi đứng thứ

2 với khoảng 23% thị phần, các sản phẩm chế biến từ sữa như bơ, pho mát chỉ chiếm

tỷ trọng nhỏ khoảng 13%

Sữa bột hiện đang là sản phẩm phân khúc cạnh tranh khốc liệt nhất giữa các sảnphẩm trong nước và nhập khẩu Trên thị trường sữa bột ở Việt Nam, các loại sữa nhậpkhẩu chiếm khoảng 65% thị phần, Vinamilk và Dutch Lady hiện đang chiếm giữ thịphần lần lượt là 16% và 20%

Trên thị trường Việt Nam hiện nay có 2 nhóm sản phẩm sữa bột chính: sữa bộtnguyên cream (whole milk power) và sữa bột gầy (skimmilk power) Hàm lượng chấtbéo trong chúng tương ứng là 26 – 33% và 1% Với độ ẩm dưới 5%, thời gian bảoquản sữa bột nguyên kem trung bình là 6 tháng, còn thời gian bảo quản sữa bột gầy

trung bình là 3 năm, đây là một ưu điểm lớn của sữa bột so với sữa tươi Ngoài ra cácnhà sản xuất còn tiết kiệm được một phần lớn chi phí cho việc vận chuyển sữa bột, dosản phẩm có khối lượng giảm đi nhiều lần khi ta so sánh với nguyên liệu sữa tươi banđầu.

Sữa bột không những được sử dụng tại các hộ gia đình để pha chế thức uống màcòn là nguyên liệu quan trọng trong nhiều nghành công nghiệp khác như:

 Trong sản xuất sữa tái chế (recombined milk) và các sản phẩm chế biến từ sữanhư sữa lên men, sữa cô đặc, kem, một số sản phẩm dinh dưỡng cho trẻ em để thay thếsữa mẹ

 Trong công nghiệp sản xuất bánh nướng

 Trong công nghệ sản xuất kẹo chocolate

1.1.3 Nguồn nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất sữa bột là sữa tươi nguyên kem hoặcsữa gầy Do chất lượng nguyên liệu có tính quyết định đến chất lượng sản phẩm nênsữa nguyên liệu càng tốt thì sản phẩm có chất lượng càng cao Vì vậy, khi lấy sữa bòtươi để sản xuất phải bảo đảm đạt yêu cầu về chất lượng Sữa bò tươi lấy từ các trạmthu 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

 Sữa có thành phần tự nhiên

 Sữa phải tươi và được làm lạnh ngay đến nhiệt độ 8 – 100C sau khi vắt

 Kho và thiết bị phải sạch sẽ và phải bảo quản đúng ở nhiệt độ yêu cầu

Các chỉ tiêu của sữa

* Chỉ tiêu cảm quan:

Màu sắc: màu đặc trưng của sữa tươi từ trắng đục đến nhạt

Mùi vị: mùi vị thơm ngon đặc trưng của sữa tươi, không được có mùi vị lạ

Trạng thái: đồng nhất, không phân lớp

* Chỉ tiêu hóa lý:

Tổng lượng chất khô tính bằng % không nhỏ hơn 11,5% khối lượng

Hàm lượng chất béo không nhỏ hơn 2,8%

Tổng trọng lượng đo bằng Lactometer không nhỏ hơn 1,029

Hàm lượng axit (tính theo axit lactic) không nhỏ hơn 0,2%.

* Chỉ tiêu vi sinh vật của sữa tươi theo đúng quy định:

Tổng số tạp trùng không được quá 50000 vi khuẩn lạc trong 1 ml sữa

Coliform nhỏ hơn 20 khuẩn lạc/1 ml sữa

Không được có vi trùng gây bệnh

Ngoài ra, người ta còn có sử dụng 1 số phụ gia trong sản xuất sữa bột như:

 Muối photphat của kali, natri hoặc canxi, mục đích để ổn định cấu trúc hạtsữa, chống oxi hóa và cải thiện độ hòa tan của sản phẩm Hàm lượng của muốiphotphat phụ thuộc vào lượng chất béo có trong sữa nguyên liệu ban đầu

 Chất tạo nhũ: lecithine

 Chất chống oxy hóa: gallat propyl, gallat lauryl…

1.1.4 Những biến đổi của sữa trong quá trình bảo quản

Sữa là chất lỏng có giá trị dinh dưỡng cao, thành phần dinh dưỡng trong sữatươi rất cân đối , dễ hấp thụ nên sữa tươi là môi trường rất thích hợp cho sự phát triểncủa vi sinh vật Mặt khác trong sữa lại có chứa nhiều enzime do vậy mà sau khi vắt ởsữa xẩy ra nhiều quá trình biến đổi làm giảm chất lượng của sữa mà ta cần chú ý đểhạn chế.bao gồm các quá trình chủ yếu sau đây:

*

Phản ứng lên men đường:

Thông thưởng các vi sinh vật phân hủy đường tạo thành các rượu và các aldehydlàm giảm chất lượng của sữa

* Phản ứng phân hủy chất béo

Chất béo trong sữa bị phân hủy có thể là do enxime lipase của vi sinh vật hoặc cóthể là do quá trình oxy hóa Các sản phẩm của quá trình oxy hóa chất béo là CO2 ,

H2O, aldehyd, cetone, peroxide và các hydroproxide làm sữa ccó mùi khó chịu

* Phản ứng phân hủy protein

Hiện tượng sữa tươi bị thối rữa là donhiều loại vi sinh vật có trong sữa pháttriển và phân hủy protein của sữa Những vi khuẩn gây thối rữa đã tiết các enzimeprotease ,enzime này tác động làm phân hủy protein Sản phẩm cuối ccùng của quátrình phân hủy này là cac acid béo ngắn mạch , NH3 , CO2 , H2S … làm sữa có mùi ôithối khó chịu và độc đối với cơ thể

1.2 Tổng quan về kỹ thuật

1.2.1 Khái niệm

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằngcách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Aåm thường là hơi nước,vật liệu bao gồm cả vật rắn, bùn, chất lỏng … Sấy đượcdùng khi:

- Tăng độ bền của vật liệu

- Tăng khả năng bảo quản

- Giảm công chuyên chở

- Tăng giá trị cảm quan của vật liệu

Quá trình tách ẩm là quá trình khuếch tán hơi nướctừ bề mặt vật liệu vào tác nhân sấy mà động lực quátrình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần giữa bềmặt vật liệu và tác nhân

Quá trình sấy diễn tiến theo ba giai đoạn:

- Giai đoạn đốt nóng vật liệu

- Giai đoạn sấy đẳng tốc

- Giai đoạn sấy giảm tốc

Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt người ta chia thiết

bị sấy ra làm ba loại:

- Sấy đối lưu

- Sấy tiếp xúc

- Sấy bức xạ

Sấy ở đây là quá trình làm mất nước của sữa Sữa tươi ban đầu được lọc gạn vàtiêu chuẩn hĩa bằng cách đun nĩng ở 93 – 100 oC trong thời gian khoảng 25 phút nếunhiệt độ là 115 -128oC thì chỉ đun từ 1 – 6 phút sau đĩ được cơ đặc đạt độ ẩm là 45 -

55 % Sữa thường được cơ đặc ở nhiệt độ thấp bằng quá trình bốc hơi chân khơng đểtránh biến tính của sữa do nhiệt độ cao Để quá trình sấy xảy ra tốt, các hạt sữa khơng

bị keo lại người ta thêm vào một loại phụ gia là đường Mantodextrin Loại đường nàyngồi việc giúp cho quá trình tạo bột khi phun được tốt hơn nĩ cịn giúp sữa chịu đượcnhiệt dộ cao hơn tránh được sự biến tính của sữa khi nhiệt độ cao Sữa được sấy chođến khi đạt độ ẩm là 2,5 – 5 % Trong điều kiện độ ẩm này thì các lồi vi sinh vật

không thể tồn tại và phát triển được , trừ một số bào tử Do vậy trong công nghệ sảnxuất sữa bột sấy vừa đóng vai trò chế biến vừa đóng vai trò bảo quản,tùy theo yêu cầusản phẩm và chế độ công nghệ mà người ta có thể sử dụng các loại phương pháp vàthiết bị sấy sau.

1.2.2 Phương pháp sấy thăng hoa

Gồm nhiều giai đoạn:

• Làm lạnh đông mẫu để xuất hiện tinh thể đá

• Tạo môi trường chân không

• Nâng dần nhiệt độ để nước từ trạng thái rắn chuyển trực tiếp sang trạng thái

hơi + Ưu điểm: chất dinh dưỡng và mùi vị của sản phẩm ít tổn thất.

+ Nhược điểm: chi phí năng lượng và thiết bị cho quá trình sấy thăng hoa lớn

1.2.3 Phương pháp sấy Just – Hatmaker có thiết bị dạng hình trụ tiêu biểu

Trong phương pháp này sữa được sấy bằng cách tiếp xúc trực tiếp bề mặt truyềnnhiệt (hai trục được gia nhiệt bằng hơi nước) Thiết bị sử dụng trong phương pháp nàytương đối đơn giản nhưng gặp khó khăn trong khi vận hành Nếu quá trình xử lí nhiệtkhông tốt không thích hợp sẽ kéo theo ssự thay đổi đáng kể tính chất hóa lí của sữa, tạomàu do phản ứng caramel , protein bị biến tính, độ hòa tan của sữa giảm Vì vậy màthiết bị này cũng không được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sản suất sữa trừ một sốloại sữa dùng trong công nghiệp không yêu cầu độ hòa tan cao

+ Ưu điểm: sấy liên tục với bề mặt bốc hơi tương đối lớn (đến 70 kg/m2.h), hiệuquả kinh tế cao do mất mát nhiệt ít

+ Nhược điểm: độ ẩm của sản phẩm tương đối cao, khá năng quá nhiệt của sảnphẩm trong khi sấy có thể xảy ra

1.2.4 Phương pháp sấy phun

Trong phương pháp này nguyên liệu được phân tán vào trong thiết bị sấy dướidạng các hạt sương và được làm khô bằng dòng khí có nhiệt độ cao.Quá trình sấy diễnrất mãnh liệt trong lòng thể tích các giọt lỏng Sản phẩm của sấy phun dưới dạng bộtmịn

+ Ưu điểm: nhanh chóng trong quá trình sấy, nhiệt độ của vật liệu sấy thấp(không vượt quá nhiệt độ ẩm bốc hơi và thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của tác nhânsấy), sản phẩm nhận được ở dạng bột nhỏ không cần nghiền lại và có độ hòa tan lớn.+ Nhược điểm: kích thước phòng sấy tương đối lớn, sự phức tạp của cơ cấu phun,

hệ thống thu hồi bụi và tháo dỡ sản phẩm.

Những biến đổi của sữa trong quá trình sấy phun

Khi được phân tán vào trong thiết bị sấy dưới dang giọt, dưới tác dụng của dòngkhí có nhiệt độ cao các giọt sữa se giảm đường kính, khối lượng và thể tích Trongđiều kiện sấy lí tưởng khối lượng sẽ bị giảm khoảng 50% , thể tích giảm 40% , cònđường kính giảm khoảng 70% so với giọt lỏng ban đầu từ vòi phun Ngoài những biếnđổi trên thì trong quá trìng sấy sữa còn có một số biến đổi bất lợi khác như sau:

- Protein bị biến tính gây ra mùi khó chịu, giảm độ hòa tan của sữa làm giảm giátrị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

- Trong điều kiện sấy ở nhiệt độ cao , có thể xẩy ra phản ứng caramel hóa đườnglactose có trong thành phần của sữa, phản ứng Maillardd… tạo mùi và màu không tốt ,bất lợi cho sản phẩm

- Sự oxy hóa của các lipite có trong sữa( do sự có mặt của emzim lizase có trongsữa trong trường hợp xử lí không triệt để).Vì vậy đối với nguyên liệu sữa tươi dung dễsản xuất sữa bột nguyên kem thì thường phải chú ý nâng cao nhiệt độ khi thanh trùng

so với nguyên liệu dể làm sữa bột không béo để đảm bảo vô hoạt hoàn toàn enzimlizase

 Dựa vào ưu – nhược điểm của 3 phương pháp trên thì chúng tôi quyết định chọnphương pháp sấy phun

1.3 Quy trình sấy phun

Sữa được phun thành những hạy bụi nhỏ và được làm khô trong phòng sấy Sữatươi ban đầu được cô đặc đạt độ khô từ 45 – 55 % trong điều kiện chân không sau đóđược đưa vào thiết bị sấy phun Khi thiết bị làm việc không khí qua bộ phận lọc (9)được thổi vào bộ phận đốt nóng (4), tại đây không khí được đốt nóng tới180 o C vàthổi vào buồng sấy (6) Sữa đặc được bơm cao áp bơm từ bồn chứa tới vòi phun vàđược phun vào trong tháp dưới dạng những hạt bụi nhỏ Trong phòng sấy các hạt bụisữa được sấy khô ngay lập tức thành bột sữa rơi xuống dưới Không khí trong thápsấy được quạt hút ra ngoài qua xyclon (8) để thu lại những hạt sản phẩm nhỏ bị lôicuốn theo dòng khí , nó được trộn với sản phẩm từ trong tháp sấy nhờ ống vận chuyểnkhí động (5) qua xyclon (8) và được lấy ra ngoài liên tục

Ở phương pháp này mặc dù nhiệt độ của không khí khá cao (180o C ) nhiệt độcủa những hạt sữa chỉ mới 70 – 80 o C , và khô ngay thành bột trong một khoảng thờigian rất ngắn do vậy mà thành phần và tính chất của sữa hầu như không đổi , độ hòatan của sữa bột rất cao Sữa bột được sản xuất theo phương pháp này gọi là sữa bộthòa tan.

CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ

NĂNG LƯỢNG

2.1 Các thông số ban đầu

Năng suất theo sản phẩm sấy : G2 = 100 kg/h

Độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy: W1 = 50 %

Độ ẩm của vật liệu sau khi sấy : W2 = 3%

Nhiệt độ không khí = nhiệt độ môi trường: t0 = 30 0 C

Nhiệt độ đầu vào: t1 = 180 0 C

Nhiệt độ đầu ra: t2 = 90 0 C

G 1 : Năng suất nhập liệu, kg/h

G k : Lượng không khí tiêu hao, kg kk/h

100

2

1 1

W G

W G

3100

*100

Lượng không khí cần cho quá trình sấy

- Chọn không khí vào calorifer có nhiệt độ to = 30 oC, o = 0.77 Không khí vào thiết

bị sấy có nhiệt độ là t1 = 180oC, ra khỏi thiết bị sấy có nhiệt độ là t2= 90oC

02,04241

*77,0101000

77,0

*4241

*622,0

ohbh o P P

P d





(kg ẩm/kg kk khô) (5.3/138 - Giáo trình Quá trình thiết bị trong công nghệ Hóa học tập 1).

Ho = to + (2500+ 2*to)*do =30 + (2500 + 2*30)* 0,02 = 81,2 (kj/kg kk khô)Không khí vào calorifer được đốt nóng đến t1 = 180oC

d1 = do = 0,02 ( kg ẩm/kg kk khô)

H1 = t1 + ( 2500 + 2*t1)* d1= 180 +(2500 +2*180)*0,02 =237,2 (kj/kg kk khô)Quá trình sấy theo lý thuyết do vậy Enthanpi của không khí ra khỏi thiết bị sấy

H2 = H1 do vậy: Độ chứa hơi:

064,090

*22500

902,237

*2

2 2 2

(kg ẩm/kg kk khô)

t oC

Lượng không khí tiêu hao riêng:

73,2202,0064,0

11

(VII.20/102 – Sổ tay Quá trình thiết bị trong công nghệ Hóa chất tập 2).

Lượng không khí tiêu hao trong quá trình sấy

Gk= l*Ga =22,73* 94=2136,6 ( kgkk khô/h)

(VII.21/102 – Sổ tay Quá trình thiết bị trong công nghệ Hóa chất tập 2).

Thể tích không khí vào và ra khỏi thiết bị sấy

1 1



k G

2 2



k G

2407,4( / )

2

8,20752739

2

3 2

V

Lưu lượng không khí thực chuyển động trong tháp sấy bao gồm lượng không khí khô

và lượng hơi ẩm bốc hơi từ vật liệu sấy :

Vt = V + Ga/h = 2407,4 + 94 / 1,296 = 2480 ( m3/h)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

3.1 Tính thiết bị chính

3.1.1 Các thông số ban đầu

- Chọn vòi phun tạo sương lọai cơ khí có đường kính lỗ phun là dc = 10-3m , gócphân tán tia  = 50o

- Giả thiết vận tốc chuyển động của không khí trong tháp là  = 0,32 (m/s), l làkhối lượng riêng của dịch sữa đưa vào sấy, l = 1232 ( kg/m3)

*2

50cos

*2

10)

2cos11(

*2cos

c l

d

G d

*30

*10

*14,3

194

*4

thay vào ta có:

25*10 ( )

2288

*11,0

10

*38,

34 , 0

10

*25

*32,0

*5,0

)(

*

2 1

C C r K

Rp: bán kính tán phun, m

: vận tốc dòng khí chuyển động trong thiêt bị, m/s

r: ẩn nhiệt hóa hơi của ẩm, kj/kg ; r = 2150 kj/kg

C1, C2: nhiệt dung riêng của vật liệu sấy ở nhiệt độ T1 T2, kj/kg độ

Chiều cao hữu hiệu của tháp sấy được xác định theo công thức:

1

253 0 3

max

))(

*

*(

*Re

*10

*37,1

u

T

T T

r d

Tư: nhiệt độ bầu ướt

Tư = 54 o C (tra từ giản đồ không khí ẩm )

*10

*4,3

10

*85,34

*10

*2150(

*165,3

*10

*37,

2

6 3

253 , 0 3

Kiểm tra lại vận tốc của không khí đi trong tháp so với lựa chọn ban đầu

Tiết diện của tháp sấy:

)(01,24

6,1

*14,34

*3600

2480

s m F

%100

*32

,

0

32,0334

,

0





< 5% ; vậy lựa chọn ban đầu là hợp lý

Xác định thời gian sấy

h

T s