THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT SỮA CÔ ĐẶC Söõa boø laø nguoàn thöïc phaåm giaøu giaù trò dinh döôõng, thaønh phaàn töông töï nhö söõa meï, trong söõa coù chöùa glucid, protein, lipid, moät soá khoaùng chaát vaø vitamin raát caàn thieát ñoái vôùi nhu caàu trong böõa aên cuûa con ngöôøi. Ngaøy nay, saûn phaåm cheá bieán töø söõa boø raát ña daïng ñaùp öùng nhu caàu thò hieáu ngöôøi tieâu duøng, coâng nghieäp cheá bieán söõa laø moät lónh vöïc quan troïng cuûa ngaønh coâng ngheä thöïc phaåm khi chaát löôïng cuoäc soáng ngöôøi daân ngaøy caøng naâng cao. Tuy nhieân ñeå ñöùng vöõng vaø phaùt trieån maïnh treân thò tröôøng thì saûn phaåm ngoaøi chaát löôïng cao coøn phaûi tieän ích, phuø hôïp nhu caàu, thò hieáu vaø tuùi tieàn cuûa ngöôøi tieâu duøng. Vì vaäy, trong caùc saûn phaåm cheá bieán töø söõa nhö: söõa thanh truøng, söõa tieät truøng, söõa boät, söõa coâ ñaëc, söõa leân men,…thì söõa coâ ñaëc laø nhoùm saûn phaåm tieän ích nhaát. Söõa coâ ñaëc laø nhoùm saûn phaåm ñöôïc cheá bieán töø söõa vaø coù haøm löôïng chaát khoâ cao (2674.5%), hieän nay söõa coâ ñaëc ñöôïc chia laøm hai nhoùm: Söõa ñaëc khoâng ngoït : Söõa coâ ñaëc khoâng coù boå sung saccharose trong quaù trình cheá bieán. Söõa ñaëc coù ñöôøng: Söõa coâ ñaëc coù boå sung saccharose trong quaù trình cheá bieán. Söõa ñaëc coù ñöôøng ñöôïc saûn xuaát laàn ñaàu tieân treân theá giôùi taïi Newyork (Myõ) vaøo naêm 1858 bôûi G.Borden, noù coù raát nhieàu öu ñieåm khi ta so saùnh vôùi söõa töôi: Thôøi gian baûo quaûn saûn phaåm keùo daøi, saûn phaåm coù theå baûo quaûn ôû nhieät ñoä phoøng. Phuïc vuï cho ñoái töôïng ngöôøi tieâu duøng ôû xa nôi thu hoaïch vaø cheá bieán söõa. Tieát kieäm chi phí cho vieäc vaän chuyeån vaø kho chöùa saûn phaåm. Söõa coâ ñaëc coøn laø nguoàn nguyeân lieäu cho moät soá ngaønh coâng nghieäp thöïc phaåm nhö : baùnh buiscuit,….
Trang 1MỞ ĐẦU
Sữa bò là nguồn thực phẩm giàu giá trị dinh dưỡng, thành phần tương tự như sữa mẹ, trong sữa có chứa glucid, protein, lipid, một số khoáng chất và vitamin rất cần thiết đối với nhu cầu trong bữa ăn của con người Ngày nay, sản phẩm chế biến từ sữa bò rất đa dạng đáp ứng nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng, công nghiệp chế biến sữa là một lĩnh vực quan trọng của ngành công nghệ thực phẩm khi chất lượng cuộc sống người dân ngày càng nâng cao Tuy nhiên để đứng vững và phát triển mạnh trên thị trường thì sản phẩm ngoài chất lượng cao còn phải tiện ích, phù hợp nhu cầu, thị hiếu và túi tiền của người tiêu dùng Vì vậy, trong các sản phẩm chế biến từ sữa như: sữa thanh trùng, sữa tiệt trùng, sữa bột, sữa cô đặc, sữa lên men,…thì sữa cô đặc là nhóm sản phẩm tiện ích nhất
Sữa cô đặc là nhóm sản phẩm được chế biến từ sữa và có hàm lượng chất khô cao (26-74.5%), hiện nay sữa cô đặc được chia làm hai nhóm:
Sữa đặc không ngọt : Sữa cô đặc không có bổ sung saccharose trong quá trình chế biến
Sữa đặc có đường: Sữa cô đặc có bổ sung saccharose trong quá trình chế biến Sữa đặc có đường được sản xuất lần đầu tiên trên thế giới tại Newyork (Mỹ) vào năm 1858 bởi G.Borden, nó có rất nhiều ưu điểm khi ta so sánh với sữa tươi:
Thời gian bảo quản sản phẩm kéo dài, sản phẩm có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng
Phục vụ cho đối tượng người tiêu dùng ở xa nơi thu hoạch và chế biến sữa
Tiết kiệm chi phí cho việc vận chuyển và kho chứa sản phẩm
Sữa cô đặc còn là nguồn nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp thực phẩm như : bánh buiscuit,…
Đối với những nước đang phát triển như Việt Nam thì sản phẩm sữa đặc có đường rất gần gũi và có sức tiêu thụ rất lớn, chính vì vậy mà chúng tôi đã chọn đồ án
“ Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa đặc có đường và không có đường năng suất 30.000 hộp/ ngày đối với mỗi loại”
Trang 2Chương 1: TỔNG QUAN
1.1/ Sản phẩm sữa cô đặc [7], [10]
Sản phẩm sữa cô đặc được đánh giá thông qua các chỉ tiêu sau:
1.1.1/ Các chỉ tiêu cảm quan
- Màu sắc: có màu kem nhạt và màu kem đồng nhất trong toàn bộ lượng sữa
- Trạng thái: sau khi khuấy đều,toàn bộ lượng sữa có trạng thái đồng nhất, hơi sệt (dễ chảy),không vón cục.cho phép có hạt nhỏ trên lưỡi và cặn không đáng kể
- Mùivị : có vị ngọt đặc trưng của sữa đặc có đường và không có mùi vị lạ như chua, hôi, khét,mặn, đắng,
1.1.2/ Các chỉ tiêu hóa lý
- Hàm lượng chất béo: không nhỏ hơn 8% khối lượng
- Hàm lượng chất khô (trừ đường): không nhỏ hơn 28%
+ Sữa cô đặc có đường: 73%
+ Sữa cô đặc không đường: 28%
- Hàm lượng đường: 42 - 47%
- Hàm lượng nước: 25 - 27%
- Độ acid không lớn hơn 50 ml NaOH 0,1N dùng trung hoà 100g sản phẩm
- Hàm lượng kim loại nặng : As < 0,5mg/kg, Pb < 0,5mg/kg, Cd < 1mg/kg, Hg
< 0,05 mg/kg
- Hàm lượng chất ổn định: < 0,3%
- Chỉ số không hòa tan: < 1 ml/100 ml
- Độ nhớt: > 1,300 hay 1,500 cp lúc vô hộp
> 1,600 hay 1,800 cp một ngày sau khi vô hộp
Trang 31.1.3/ Chỉ tiêu vi sinh
- Các vi sinh vật gây bệnh cho người có trong sữa : Mycobacterium tuberculosis bovirus gây bệnh lao, vi khuẩn Brucella gây nhiều bệnh nguy hiểm, vi khuẩn Samonella typhi truyền bệnh thương hàn, vi khuẩn Vibrico cholerae, E.coli, Shigella shiga gây bệnh đường ruột
- Chỉ tiêu:
+ Tổng số vi khuẩn : < 10.000 cfu/g
+ Coliform : < 10 cfu/g
+ Các vi khuẩn gây bệnh khác : không có
1.2/ Bảo quản sữa đặc
Qua thời gian bảo quản , dự trữ , chất lương của sữa có thể bị thay đổi như: hộp sữa bị phồng, trạng thái của sữa đặc hơn, màu sắc sẫm hơn ,mùi vị kém thơm ngon, Có nhiều nguyên nhân làm giảm chất lượng sữa ,trong đó chủ yếu là do hoạt động của vi sinh vật và do ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm trong thời gian bảo quản
Vì vậy cần co chế độ bảo quản sữa hợp lí
Để giữ được chất lượng của sữa trong thời gian bảo quản, ta cần khống chế độ ẩm, nhiệt độ và thời gian lưu trữ sản phẩm Nên bảo quản sữa ở nhiệt độ từ 0-100C, tốt nhất là từ 4-50C, độ ẩm không khí dưới 85%, tốt nhất là ở 75%, thời gian lưu trữ không quá 12 tháng Biện pháp tốt nhất là lưu trữ trong kho có máy lạnh hoặc nơi khô ráo, thoáng mát, sạch sẽ Không bảo quản ở kho có mái tôn, nóng bức, mưa nắng làm ảnh hưởng đến hộp sữa
1.3/ Chọn địa điểm xây dựng nhà máy
Địa điểm chúng tôi chọn đặt nhà máy là khu chế xuất Linh Trung, Quận Thủ Đức- Thành phố Hồ Chí Minh vì nơi này hội đủ các điều kiện thuận lợi phục vụ cho sản xuất:
Diện tích khu chế xuất: 60 ha, đất công nghiệp cho thuê: 42 ha
Cách trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh: 16km, sân bay: 20km, cảng: 11km 1.3.1/ Nguồn nguyên liệu
- Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm tiêu thụ lượng sữa tươi rất lớn từ khắp nơi trên cả nước, không những vậy mà Thành phố Hồ Chí Minh và Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai, Long An còn có đàn bò sữa với số lượng khoảng 16.000 con, năm 2005 là 100.000 con
- Thành phố Hồ Chí Minh có vị trí gần các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long- các tỉnh này trong những thời gian gần đây cũng đã tập trung chú ý đầu tư phát triển rất mạnh đàn bò sữa, cụ thể:
Trang 4Long An đầu tư 52 tỷ phấn đấu đến năm 2010 là 10.000 con
Cần Thơ đầu tư 140 tỷ năm 2005 là 2.000-2.500 con
Đồng Tháp đầu tư 95 tỷ, năm 2005 là 5.000 con
Do đó đặt nhà máy ở Thành phố Hồ Chí Minh sẽ không lo thiếu nguồn nguyên liệu phục vụ cho sản xuất
1.3.2/ Nguồn điện, nước, giao thông
- Thành phố Hồ Chí Minh rất được chính phủ quan tâm đầu tư, xây dựng mạng lưới giao thông hiện đại, thuận lợi cho việc nhập nguyên liệu, luân chuyển và phân phối sản phẩm đi khắp nơi trong cả nước và nước ngoài : sân bay quốc tế, cảng, mạng lưới giao thông đường bộ chằng chịt
- Bên cạnh đó nguồn điện, nước sạch phục vụ cho sản xuất luôn được cung cấp đầy đủ bởi hệ thống điện và nước sạch của Thành phố
Từ những yếu tố trên ta thấy Thành phố Hồ Chí Minh là địa điểm lý tưởng đặt nhà máy sản xuất sữa
Trang 5Chương 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT SỮA CÔ ĐẶC
2.1/ Sữa bò tươi [7], [10]
Sữa là chất lỏng màu trắng đục Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-carotene có trong chất béo của sữa, thường có màu trắng đến vàng nhạt Sữa bò có mùi vị rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ
Một số tính chất vật lý của sữa:
+ Điểm đông đặc : -0,54 ÷ -0,590C
+ Sức căng bề mặt ở 200C : 50 dyne/cm
+ Độ dẫn điện : 0,004 – 0,005 1/ohn.cm
+ Nhiệt dung riêng : 0,933 – 0,954 cal/g.0C
2.2/ Sữa bột gầy [7], [10]
Là loại sữa lấy từ sữa tươi đã ly tâm tách béo và qua các quá trình cô đặc, sấy phun
Sữa bột gầy thường được các nhà sản xuất sử dụng vì có thời gian bảo quản rất lâu có thể lên đến 3 năm (so với sữa bột nguyên kem có thời gian bảo quản trung bình chỉ 6 tháng) Ngoài ra, sử dụng phối hợp sữa bột gầy và AMF sẽ dễ điều chỉnh hàm lượng chất khô, béo trong sữa
Trang 6Thành phần hoá học của sữa bột gầy: (% khối lượng)
2.3/ Chất béo khan AMF
Là sản phẩm được chế biến từ cream (thu được khi ly tâm sữa tươi thành sữa gầy và cream) hoặc bơ, không có sử dụng phụ gia ( như các chất để trung hoà acid béo tự do) Hàm lượng chất béo sữa trong AMF tối thiểu là 99,8%
AMF thường được đóng trong thùng phuy 200 lít có nạp khí nitơ để tránh oxy hoá chất béo AMF là chất lỏng ở nhiệt độ trên 360C và đóng rắn ở nhiệt độ dưới
Tính chất vật lý:
+ Có dạng tinh thể đơn, trong suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy khoảng
186 – 1880C
+ Là chất dễ tan trong nước, độ hoà tan tăng theo nhiệt độ
- Tính chất hoá học:
+ Bị thuỷ phân do tác dụng của acid hoặc xúc tác của enzyme invertase, tạo sản phẩm thuỷ phân là đường glucose và fructose
+ Khi đun nóng ở nhiệt độ cao 160 – 1800C thì xảy ra phản ứng caramel hoá tạo hợp chất màu vàng nâu
Trang 7Chính vì vậy, lactose không được dùng để tạo ngọt cho sản phẩm Người ta chỉ dùng lactose để bổ sung vào sữa đặc có đường nhằm làm mầm kết tinh cho lactose có trong sữa đặc có đường (do hàm lượng chất khô trong sữa đặc có đường rất cao, đặc biệt là saccharose, làm giảm độ tan của lactose, lactose quá bão hoà và bị kết tinh) 2.6/ Nước công nghệ[3]
Nước chiếm tỷ lệ lớn trong sản phẩm Nước được cung cấp bởi hệ thống cấp nước của khu công nghiệp
Chỉ tiêu chất lượng nước cho chế biến sữa:
+ Không màu, không mùi, không vị
+ Hàm lượng chất khô : < 500 mg/l
+ Hàm lượng Ca và Mg : < 100 mg/l
2.7/ Các chất ổn định và nhũ hoá
Đóng vai trò ổn định tính chất cấu trúc cho sản phẩm: nhũ hoá chất béo và tránh hiện tượng tách béo
Dùng chất tạo nhũ lecithin đậu nành cho sữa đặc có đường
+ Tổng hàm lượng chất khô : 99,8%
+ Tỉ lệ sử dụng : 0,3%
Trang 8Chương 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA CÔ
ĐẶC
Chuẩn hoá và hiệu chỉnh hàm lượng chất khô Sữa nguyên liệu
Xử lý nhiệt
Cô đặc
Làm nguội, bổ sung phụ gia Đồng hoá
Đóng gói Tiệt trùng UHT
Sữa đặc không ngọt
Phụ gia
Bao bì
Làm nguội và kết tinh
Rót sản phẩm
Sữa đặc ngọt
Cô đặc
Syrup Saccharose
Bao bì Đồng hoá
Trang 93.1/ Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất sữa cô đặc có đường [7], [10], [11], [12]
3.1.1/ Chuẩn hoá và hiệu chỉnh hàm lượng chất khô
a/ Mục đích: hiệu chỉnh hàm lượng chất béo và chất khô không béo trong sữa nguyên liệu
b/ Nguyên tắc thực hiện:
Chỉnh béo
Sữa nguyên liệu có hàm lượng béo thấp: bổ sung cream hoặc chất béo khan AMF
Chỉnh nồng độ chất khô: bổ sung sữa gầy
c/ Yêu cầu :
+ Tỉ lệ F/SNF = 8%/20%
+ Nhiệt độ dòng sữa trước khi vào thiết bị ly tâm và bồn trộn : 55-650C
+ Thời gian trộn : 45 phút
d/ Thiết bị : Sử dụng thiết bị phối trộn điều khiển tự động
+ Sản phẩm sữa đặc có đường có độ nhớt cao : 820C trong 10 phút
c/ Thiết bị : sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
+ Áp lực đồng hoá: 150-250 bar
+ Kích thước hạt cầu béo sau đồng hoá < 1µm
c/ Thiết bị : đồng hoá áp lực cao, hai cấp
Trang 10+ Nhiệt độ cô đặc : 65-700C
+ Áp suất : 0,25bar
+ Áp suất hơi đốt : 3,5at
+ Thời điểm dừng quá trình cô đặc: xác định hàm lượng chất khô thông qua tỷ trọng dịch cô đặc, tỷ trọng cần đạt: 1,3
c/ Thiết bị : dùng thiết bị cô đặc chân không dạng màng rơi
3.1.6/ Làm nguội và kết tinh
a/ Mục đích :
+ Làm nguội chuẩn bị cho quá trình kết tinh
+ Điều khiển quá trình kết tinh sao cho những tinh thể lactose thu được phải thật mịn và đồng nhất để người tiêu dùng không cảm nhận được trạng thái hạt của các tinh thể lactose khi sử dụng
b/ Yêu cầu :
+ Nhiệt độ : 28-300C
+ Thời gian thực hiện : 1 giờ
+ Kích thước tinh thể lactose tối đa : < 10 µm
+ Sau đó làm nguội về 15-180C
Chuẩn bị mầm tinh thể :
- Bột lactose được nghiền mịn
c/ Thiết bị : thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng được dùng để làm nguội
Bồn trộn có cánh khuấy và vỏ áo gia nhiệt thực hiện quá trình kết tinh
3.1.7/ Rót sản phẩm
a/ Mục đích : Bảo quản sữa thành phẩm và phân phối dễ dàng đến nơi tiêu thụ
Trang 11b/ Yêu cầu :
+ Bao bì kim loại được tiệt trùng
+ Khối lượng tịnh của mỗi hộp sữa 397g
+ Rót trong điều kiện đảm bảo vô trùng
c/ Thiết bị : Máy rót tự động kết hợp với đóng nắp, dán nhãn hoàn thiện sản phẩm 3.2/ Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất sữa cô đặc không đường[7], [10], [11], [12]
Các quá trình tương tự như sản xuất sữa cô đặc có đường, quá trình cô đặc không bổ sung đường saccharose, không có quá trình kết tinh lactose và khác ở các quá trình sau:
3.2.1/ Chuẩn hoá và hiệu chỉnh hàm lượng chất khô
Tỉ lệ : F/SNF = 8%/18% ( 1/2,25)
3.2.2/ Làm nguội và bổ sung phụ gia
a/ Mục đích : làm nguội, bổ sung disodium phosphate hoặc trisodum phosphate tránh hiện tượng kết tủa protein trong sữa trong quá trình tiệt trùng
b/ Yêu cầu :
+ Nhiệt độ sữa : 140C
+ Tốc độ cánh khuấy: thích hợp để đảo trộn hỗn hợp đồng nhất
c/ Thiết bị: bồn trộn có cánh khuấy
3.2.3/ Tiệt trùng
a/ Mục đích: tiêu diệt vi sinh vật và enzyme có trong sản phẩm
b/ Yêu cầu : nhiệt độ 1400C trong thời gian 3 giây
c/ Thiết bị : thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng
Trang 12Chương 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
4.1/ Sữa cô đặc có đường từ sữa tươi
Bảng 4.1: Thành phần các chất có mặt trong sữa tươi và sản phẩm SCĐCĐ [7]
Các thành phần chính Sữa tươi Sữa cô đặc có
đường
Thành phần hoá học bột sữa gầy
- Hàm ẩm : 4,3%
- Hàm lượng béo: 1%
- Tổng hàm lượng chất khô: 95,7%
Thành phần hoá học AMF
- Hàm lượng béo : 99,8%
Thành phần hoá học lecithin đậu nành
- Tổng hàm lượng chất khô : 99%
- Hàm ẩm : 1%
Thành phần hoá học của mầm lactose
- Tổng hàm lượng chất khô : 99,8%
- Hàm ẩm : 0,2%
Thành phần hoá học dd syrup saccharose
- Hàm lượng chất khô : 63%
Trang 13Gọi:
Mst : Khối lượng sữa tươi cần sản xuất trong một ngày (kg/ ngày)
Msg : Khối lượng bột gầy cần bổ sung (kg/ ngày)
Md : Khối lượng dung dịch saccharose 63% cần bổ sung(kg/ ngày)
Mb : Khối lượng AMF cần bổ sung (kg/ ngày)
Mlactose : Khối lượng mầm lactose bổ sung trong quá trình kết tinh (kg/ ngày)
Mlecithin : khối lượng lecithin đậu nành dùng nhũ hoá (kg/ ngày)
Cân bằng vật chất cho 100kg sữa đặc có đường thành phẩm
4.1.1/ Quá trình rót, kết tinh
Mscd = Msau cấy mầm *( 1-f1)*(1- f2 )
f1 : tổn thất trong quá trình đưa sữa từ bồn kết tinh đến thiết bị rót 0,01%
f2 : tổn thất trong thiết bị rót 0,5%
Vậy Msau cấy mầm = 100/ (( 1-f1)*(1- f2 )) = 100,51 kg
Msau cấy mầm = (Mtrước cấy mầm + Mmầm ) * (1-f3 )
f3 : tổn thất trong quá trình kết tinh 0,04%
Mmầm = 0,2% Msau cấy mầm = 0,2%*100,51 = 0,201 kg
Mtrước cấy mầm = 100,349 kg 4.1.2/ Quá trình trộn syrup, cô đặc
Mtrước cấy mầm = Msau cô đặc * ( 1-f4 )
f4 : tổn thất từ thiết bị cô đặc đến thiết bị kết tinh 0,01%
Msau cô đặc = 100,359 kg
Chọn nồng độ hỗn hợp trước khi vào thiết bị cô đặc là 35%
Trang 14Chọn nồng độ hỗn hợp sau khi vào thiết bị cô đặc là 73%
Msau cô đặc = Mtrước cô đặc * ( 1- f5 )* 35/73
f5 : tổn thất trong quá trình cô đặc 0,1%
Mtrước cô đặc = 209,53 kg
Mtrước cô đặc = (Mhỗn hợp + Md ) * ( 1- f6 )
f6 : tổn thất trong quá trình trộn với đường 0,01%
Md = 45%* Msau cấy mầm = 45,23 kg
Mhỗn hợp = 164,32 kg
4.1.3/ Quá trình gia nhiệt, trộn, đồng hoá
f7 :tổn thất trong quá trình đồng hoá 0,15%
f8 : tổn thất trong quá trình xử lý nhiệt 0,1%
f9 :tổn thất trong quá trình trộn 0,15%
f10 : tổn thất trên các đường ống 0,1%
Mhỗn hợp = Mnguyên liệu *( 1-f7 )* ( 1-f8 )* ( 1-f9 )* ( 1-f10 )
Mnguyên liệu = 165,14 kg
Sau khi qua thiết bị ly tâm, sữa gầy 1% béo sẽ được phối trộn lại với một phần cream 40% béo để hiệu chỉnh hàm lượng béo về < 3,9%, chọn hàm lượng béo sau hiệu chỉnh là 3%
Trang 15Mặt khác ta có :
Mnguyên liệu = Mbột sữa gầy + M + Mlecithin
Mlecithin = 0,3Msau cấy mầm = 0.3%*100,51 = 0,302 kg Vậy Mbột sữa gầy + M = 164,84 kg
Cân bằng hàm lượng béo :
1% Mbột sữa gầy + 3%M = 8% Msau cấy mầm
1% Mbột sữa gầy + 3%M = 8,044 kg
Ta có hệ phương trình:
Mbột sữa gầy + M = 164,84 kg 1% Mbột sữa gầy + 3%M = 8,044 kg Giải hệ Mbột sữa gầy = -154,94 kg
M = 319,78 kg
Điều này chứng tỏ với hàm lượng béo trung bình 3.9% ban đầu của sữa tươi ta chọn để sản xuất sữa cô đặc 8% béo thì ta phải bổ sung thêm cream hoặc AMF để nâng cao hàm lượng béo lên > 3.9% chứ không qua thiết bị ly tâm tách béo Ở đây chúng tôi chọn phương án bổ sung AMF để hiệu chỉnh hàm lượng béo
Cân bằng hàm lượng béo :
1% Mbột sữa gầy + 3,9% Mst + 99,8% Mb = 8% Msau cấy mầm
1% Mbột sữa gầy + 3,9% Mst + 99,8% Mb = 8,04 kg Cân bằng hàm lượng chất khô không béo :
94.7% Mbột sữa gầy + 9%Mst = 20% Msau cấy mầm
94.7% Mbột sữa gầy + 9%Mst = 20,1 kg
Ta có hệ phương trình
Mbột sữa gầy + Mst + Mb = 164,84 kg 94,7% Mbột sữa gầy + 9%Mst = 20,1 kg 1% Mbột sữa gầy + 3,9% Mst + 99,8% Mb = 8,04 kg Giải hệ ta được : Mbột sữa gầy = 6,34 kg
Mst = 156,63 kg
Mb = 1,87 kg
Trang 16Vậy lượng nguyên liệu cần để sản xuất ra 30.000 hộp/ngày với 397g/hộp Tổng lượng sữa đặc thành phẩm : G = 30.000*397*10-3 = 11910 kg
Mbột sữa gầy = 755 kg
Bảng 4.2: Thành phần các chất có mặt trong sữa tươi và sản phẩm SCĐKĐ [7]
Các thành phần chính Sữa tươi Sữa cô đặc không
đường
Thành phần hoá học bột sữa gầy
- Hàm ẩm : 4,3%
- Hàm lượng béo: 1%
- Tổng hàm lượng chất khô: 95,7%
Thành phần hoá học AMF
- Hàm lượng béo :99,8%
Thành phần hoá học lecithin đậu nành
- Tổng hàm lượng chất khô : 99%
- Hàm ẩm : 1%
Thành phần hoá học của mầm lactose
Trang 17- Tổng hàm lượng chất khô : 99,8%
- Hàm ẩm : 0,2%
Gọi:
Gst : Khối lượng sữa tươi cần sản xuất trong một ngày (kg/ ngày)
Gsg : Khối lượng bột gầy cần bổ sung (kg/ ngày)
Gb : Khối lượng AMF cần bổ sung (kg/ ngày)
Glecithin : khối lượng lecithin đậu nành dùng nhũ hoá (kg/ ngày)
Cân bằng vật chất cho 100kg sữa đặc không đường thành phẩm
4.2.1/ Quá trình làm nguội, tiệt trùng, rót
f1 : tổn thất trong quá trình đưa sữa từ thiết bị tiệt trùng đến thiết bị rót 0,01%
f2 : tổn thất trong thiết bị tiệt trùng 0,1%
f3 : tổn thất trong quá trình đưa sữa từ bồn làm nguội đến thiết bị tiệt trùng 0,01%
f4 : tổn thất trong quá trình rót 0,5%
Gsau làm nguôi = 100/ (( 1-f1)*(1- f2 )* ( 1- f3)* ( 1- f4 )) =100,62 kg
Gsau làm nguội = (Gtrước làm nguội + Gphụ gia ) * (1-f5 )
f5 : tổn thất trong quá trình trộn phụ gia 0,15%
Gphụ gia = 0,1%Gsau làm nguội = 0,101 kg
G trước làm nguội = 100,67 kg 4.2.2/ Quá trình đồng hoá, cô đặc
f6 : tổn thất trong quá trình đồng hoá 0,15%
f7 : tổn thất trên đường ống 0,1%
G trước làm nguội = Gsau cô đặc * (1-f6 )* (1-f7 )
Gsau cô đặc = 100,92 kg
Trang 18Chọn nồng độ hỗn hợp trước khi vào thiết bị cô đặc là 15%
Chọn nồng độ hỗn hợp sau khi vào thiết bị cô đặc là 26%
Gsau cô đặc = Gtrước cô đặc * ( 1- f8 )* 15/26
f8 : tổn thất trong quá trình cô đặc 0,1%
Gtrước cô đặc = 175,103 kg 4.2.3/ Quá trình xử lý nhiệt, trộn, thanh trùng
Gtrước cô đặc = Ghỗn hợp * ( 1- f9 )* ( 1-f10 )
f9 : tổn thất trong quá trình xử lý nhiệt 0,1%
f10 : tổn thất trong quá trình trộn 0,15%
Gbột sữâ gầy + Gst + Gb + Glecithin = Ghỗn hợp = 175,54 kg
Gbột sữa gầy + Gst + Gb = 175,24 kg
Ở đây chúng tôi chọn phương án bổ sung AMF để hiệu chỉnh hàm lượng béo Cân bằng hàm lượng béo :
1% Gbột sữa gầy + 3,9% Gst + 99,8% Gb = 8% Gsau làm nguội
1% Gbột sữa gầy + 3,9% Gst + 99,8% Gb = 8,05 kg Cân bằng hàm lượng chất khô không béo :
94,7% Gbột sữa gầy + 9%Gst = 18% Gsau làm nguội
94,7% Gbột sữa gầy + 9%Gst = 18,11 kg
Ta có hệ phương trình
Gbột sữa gầy + Gst + Gb = 175,24 kg 94,7% Gbột sữa gầy + 9%Gst = 18,11 kg 1% Gbột sữa gầy + 3,9% Gst + 99,8%Gb = 8,05 kg Giải hệ ta được : Gbột sữa gầy = 2,87 kg
Gst = 171 kg
Trang 19Gb = 1,35 kg
Vậy lượng nguyên liệu cần để sản xuất ra 30.000 hộp/ngày với 397g/hộp
Tổng lượng sữa đặc thành phẩm : G = 30.000*397*10-3 = 11.910 kg
Gbột sữa gầy = 342 kg
Gst = 20.366 kg
Gb = 161 kg
Glecithin = 36 kg
Trang 20
Chương 5: CHỌN THIẾT BỊ
5.1/ Lịch làm việc của phân xưởng
- Sữa đặc có đường : ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 2 mẻ
- Sữa đặc không đường : ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 2 mẻ
- Mỗi tháng làm việc 26 ngày
- Mỗi năm làm việc 310 ngày
5.2/ Chọn thiết bị chính
Bảng 5.1: Lượng nguyên liệu dùng cho sản xuất trong một ngày
Nguyên liệu Sữa cô đặc có đường Sữa cô đặc không đường
Trang 21Bảng 5.2: Lượng nguyên liệu vào mỗi quá trình sản xuất trong một mẻ
Quá trình Sữa cô đặc có đường Sữa cô đặc không đường
Làm nguội, bổ sung phụ
5.2.1/ Thiết bị phối trộn
- Sữa đặc có đường được sản xuất mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 2 mẻ, mỗi mẻ 2 lần trộn
- Sữa cô đặc không đường cũng có lịch làm việc tương tự
- Khối lượng sữa bột mỗi lần trộn sữa đặc có đường là :
755/( 2*2*2) = 94,375 kg
- Mỗi lần đổ bột cần 10 phút bơm sữa tươi vào bồn trộn, 5 phút đổ bột và 15 phút bơm tuần hoàn
⇒ Năng suất đổ bột 94,375 / 5 = 18,875 kg/phút
Năng suất đổ bột của sữa đặc không đường :
342 / ( 2*2*2*5) =8,545 kg/phút Dựa vào thông số kỹ thuật TB được cung cấp bởi Tetra Park chúng tôi chọn thiết
bị phối trộn Tetra Almix 10 của TetraPak:
• Năng suất đổ bột < 50 kg/phút
• Năng suất trộn 12.000 l/h
TB gồm có:
+ Bồn trộn chính thể tích 200 l, với động cơ được đặt phía dưới đáy của bồn trộn, có van an toàn, van đổi hướng, nắp đậy, vỏ bọc ngoài kết nối CIP
Trang 22+ 3 bồn chứa sữa , mỗi bồn dung tích 12.000 l, dùng để chứa sữa trong khi trộn và bơm tuần hoàn giữa bồn trộn và bồn chứa
+ Bơm hút sữa vào bồn trộn: năng suất 25.000 l/h, công suất 2,2 kW
+ Bơm tháo sữa khỏi bồn trộn: năng suất 25.000 l/h, công suất 2,2 kW, cho hỗn hợp có nồng độ chất khô : 20-40%
Các thông số kỹ thuật:
+ Đường kính ống vào : 51mm
+ Đường kính ống rời bồn trộn : 63,5 mm
+ Aùp suất sữa vào bồn trộn : 0,5 bar
+ Aùp suất sữa rời bồn trộn : 1,5 bar
+ Công suất motor khuấy : 18,5 kW
+ Điện áp : 220 – 440 VAC, tần số 50 – 60 Hz
+ Vật liệu chế tạo:
Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm làm bằng thép không rỉ AISI316
Các bộ phận khác làm bằng thép không rỉ AISI 304
+ Kích thước thiết bị:
Dài 1.250mm
Rộng 910mm
Cao 1065mm
Đường kính bồn trộn chính 600mm
Thông số khi vận chuyển thiết bị:
+ Khối lượng thiết bị: 300kg
+ Khối lượng tổng (có bao bì vận chuyển) : 375kg
+ Thể tích: 2,8 m3
Xem phụ lục 2, hình 2.1, 2, 3, 4
5.2.2/ Thiết bị gia nhiệt
Sữa cô đặc có đường
- Khối lượng sữa tươi cần bơm vào mỗi lần trộn là :
18.655/( 2*2*2 ) = 2.332kg
- Thể tích sữa mỗi lần trộn :
2.332 / 1,03 = 2.264 lit
Trang 23( tỷ trọng sữa tươi là 1,03 kg/l)
- Chọn chế độ gia nhiệt : 55-650C , thời gian gia nhiệt trong 15 giây, tổng thời gian gia nhiệt 10 phút
⇒ Năng suất thiết bị gia nhiệt 2.264/10*60 = 13.584 l/h
Sữa cô đặc không đường
- Khối lượng sữa tươi cần bơm vào mỗi lần trộn la:
20.366/( 2*2*2 ) = 2.546 kg
- Thể tích sữa mỗi lần trộn : 2546/ 1,03 = 2.472 lit
( tỷ trọng sữa tươi là 1,03 kg/l)
- Chế độ gia nhiệt 55-65 0 C, thời gian gia nhiệt 15 giây, tổng thời gian gia nhiệt là
15 phút
⇒ Năng suất thiết bị gia nhiệt 2.472/15*60 = 11.409 l/h
- Chọn thiết bị gia nhiệt có năng suất lớn hơn 10-20%
- Chọn thiết bị truyền nhiệt bản mỏng Tetra Plex CD6 của TetraPak
Các thông số kỹ thuật:
+ Năng suất tối đa:
Gia nhiệt/ làm nguội : 15.000l/h
+ Vật liệu chế tạo bản mỏng : thép không rỉ AISI316
+Vật liệu chế tạo khung bản mỏng là thép đặc không rỉ (solid stainless steel) + Áp suất cơ học / nhiệt độ : 10 bar/ 1500C
+ Kích thước tấm truyền nhiệt: dài 1.000mm, rộng 250mm
+ Bề mặt truyền nhiệt mỗi tấm: 0,18 m2
+ Bề dày của tất cả bản mỏng : 2 x 0,4mm
Xem phụ lục 2, hình 2.5, 6
Trang 245.2.3/ Thiết bị thanh trùng
Sữa cô đặc có đường
- Thể tích sữa cần thanh trùng trong một mẻ
4.906/1,03 = 4.763 lit
- Chọn chế độ thanh trùng ở 820 C, với thời gian gia nhiệt 4 phút, thời gian lưu nhiệt
2 phút, thời gian làm nguội 4 phút Vậy tổng thời gian xử lý nhiệt là 10 phút
- Tổng thời gian thanh trùng là 30 phút
- Năng suất thiết bị : 4.763/30*60 = 9.526 l/h
Sữa cô đặc không đường
- Một cách gần đúng ta xem tỉ trọng của hỗn hợp 1,03 kg/l ( tương đương với tỉ trọng của sữa tươi )
- Thể tích sữa cần thanh trùng trong một mẻ
5.213/1,03 = 5.061 lit
- Chọn chế độ thanh trùng ở 100-1200 C, với thời gian gia nhiệt 4 phút, thời gian lưu nhiệt 2 phút, thời gian làm nguội 4 phút Vậy tổng thời gian xử lý nhiệt là 10 phút
- Tổng thời gian thanh trùng 40 phút
- Năng suất thiết bị : 5.061/40*60 = 7.592 l/h
- Chọn thiết bị có năng suất lớn hơn 10-20%
- Chọn thiết bị Tetra Plex MS6 của hãng Tetra pak
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị :
Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng, làm bằng thép không rỉ Mỗi tấm bảng sẽ có 4 lỗ tại 4 góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt
Các tấm bảng mỏng sẽ được ghép lại với nhau trên bộ khung của thiết bị, hình thành nên những hệ thống đường vào và ra cho nguyên liệu và chất tải nhiệt
Chất tải nhiệt và sữa chuyển động ngược chiều nhau trong thiết bị
Các thông số kỹ thuật:
+ Năng suất tối đa:
Thanh trùng : 12.000 l/h
+ Vật liệu chế tạo bản mỏng : thép không rỉ AISI316, titanium hoặc SMO +Vật liệu chế tạo khung bản mỏng là thép đặc không rỉ (solid stainless steel) + Áp suất làm việc :
Trang 25+ Kích thước tấm truyền nhiệt: dài 750mm, rộng 250mm
+ Bề mặt truyền nhiệt mỗi tấm: 0,14 m2
+ Bề dày của tất cả bản mỏng : 0,5/0,6mm
Xem phụ lục 2, hình 2.5, 6
5.2.4/ Thiết bị đồng hoá
- Thể tích nguyên liệu vào thiết bị đồng hoá trong mỗi mẻ sản xuất :
4.898 /1.03 = 4.755 lit
- Chọn thời gian đồng hoá : 15 giây
- Chế độ áp suất :
• Aùp lực đồng hoá cấp thứ nhất : 200bar (P1)
• Áp lực đồng hoá cấp thứ hai : 40 bar (P2)
- Nhiệt độ dòng sữa : 650C
- Tổng thời gian đồng hoá cho một mẻ : 16 phút
- Vậy năng suất của thiết bị : 4.762/16*60 = 17.858 l/h
- Chọn thiết bị có năng suất lớn hơn 10-20%
- Chọn thiết bị đồng hoá Tetra Alex 30 của Tetra pak : áp lực đồng hoá 200bar, năng suất tối đa :18.100 l/h
Thông số kỹ thuật của thiết bị:
+ Công suất động cơ N = năng suất*áp lực đồng hoá/30.600 kW
N = 18.100*200/30.600 = 118 kW
+ Nước làm mát (áp lực > 300kPa, nhiệt độ 250C, độ cứng < 100dH): 700 l/h + Lượng hơi nước tiệt trùng thiết bị (áp lực > 300kPa): 25 kg/h
+ Kích thước thiết bị : dài 2.670mm, rộng 1.700mm, cao 1.250mm
+ Kích thước không gian đặt thiết bị: dài 4.300mm, rộng 3.300mm, cao 1.700mm