Đề tài: Sản xuất sữa tươi tiệt trùng UHT

Tổng quan về thành phần hóa học và tính chất của sữa. Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng. Đánh giá chất lượng sản phẩm. Một số thiết bị trong quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI CƯƠNG

TRÙNG UHT

Lớp 09DSH2

Vũ Thị Ngọc Xuân Đào Thị Kim Lượn Đặng Phước Lộc

Đỗ Thị Nhung Nguyễn Thị Thúy Hằng Nguyễn Thị Tuyến

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Thành phần hóa học của sữa 4

1.1.1 Nước 4

1.1.1.1 Nước tự do 4

1.1.1.2 Nước liên kết 4

1.1.2 Chất khô 4

1.1.2.1 Chất béo sữa 4

1.1.2.2 Protein 5

1.1.2.3 Glucid 5

1.1.2.4 Chất khoáng 5

1.1.2.5 Vitamin 5

1.1.2.6 Enzyme 5

1.2 Tính chất đặc trưng 5

1.2.1 Tính chất hóa học 5

1.2.1.1 Độ acid chung 6

1.2.1.2 Độ acid hoạt động 6

1.2.1.3 Tính chất oxi hóa khử của sữa 6

1.2.1.4 Tính chất keo của sữa 6

1.2.2 Tính chất hóa lý 6

1.2.2.1 Tỷ trọng 6

1.2.2.2 Độ nhớt 6

1.2.2.3 Áp suất thẩm thấu và nhiệt độ đóng băng 7

1.2.2.4 Sức căng bề mặt 7

1.2.2.5 Độ dẫn điện 7

1.2.2.6 Nhiệt dung 7

1.2.2.7 Độ dẫn nhiệt 7

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG 8

2.1 Sơ đồ quy trình 8

2.2 Thuyết minh quy trình 9

2.2.1 Nguyên liệu 9

2.2.2 Làm sạch 9

2.2.3 Chuẩn hóa 10

2.2.4 Bài khí 10

2.2.5 Đồng hóa 10

2.2.6 Tiệt trùng 11

2.2.6.1 Phương pháp gia nhiệt gián tiếp 11

2.2.6.2 Phương pháp gia nhiệt trực tiếp 11

2.2.7 Rót sản phẩm 11

2.2.8 Thành phẩm 12

CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 13

3.1 Chất lượng sữa nguyên liệu 13

3.1.1 Độ axit chung 13

3.1.2 Chỉ số độ tươi 13

3.1.3 Chỉ tiêu vi sinh vật 14

3.1.4 Tạp chất cơ học 14

3.1.5 Tỷ trọng 14

3.1.6 Xác định hàm lượng chất béo .14

3.1.7 Xác định chất khô của sữa 15

3.2 Một số quy định kỹ thuật sữa tươi tiệt trùng 15

3.3 Một số vấn đề thường gặp ở sữa tươi nguyên liệu 17

3.4 Các thiết bị liên quan 17

3.4.1 Thiết bị thu nhận sữa 17

3.4.2 Thiết bị chuẩn hóa 18

3.4.3 Thiết bị đồng hóa 18

3.4.4 Thiết bị tiệt trùng UHT 19

3.4.4.1 Gia nhiệt gián tiếp 19

3.4.4.2 Gia nhiệt trực tiếp 21

3.4.5 Thiết bị rót sản phẩm 21

KẾT LUẬN 23

Tài liệu tham khảo 23

LỜI MỞ ĐẦU

Sữa là một thực phẩm giàu dinh dưỡng, rất cần thiết cho sức khỏe của conngười, là thực phẩm tốt nhất cho cơ thể con người Sữa là một chất lỏng màu trăng đụcchảy từ tuyến vú của người mẹ hoặc một số động vật giống cái để nuôi con Tương tựnhư thịt động vật, cá và trứng, sữa có nguồn đạm rất phong phú với đầy đủ các aminoacid cơ bản mà cơ thể cần Đặc biệt sữa là nguồn cung cấp canxi, giúp duy trì các hoạtđộng cơ bản của cơ thể, phòng ngừa nguy cơ loãng xương, giảm cao huyết áp và ngănngừa ung thư đại tràng

Sữa là loại thức uống được tiêu thụ mạnh nhất và sử dụng rộng rãi trên thế giới.Cũng chính vì giá trị dinh dưỡng cao mà sữa tươi rất khó bảo quản

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chếbiến sữa ngày càng phát triển, cho ra đời nhiều phương pháp bảo quản và chế biến sữa.Trong đó phổ biến nhất là bảo quản sữa bằng phương pháp tiệt trùng, chúng vừa có ýnghĩa lớn trong bảo quản thực phẩm mà còn đáp ứng nhu cầu thị trường sữa hiện nay

Trong bài báo cáo này, chúng tôi sẽ trình bày những nội dung sau:

- Tổng quan về thành phần hóa học và tính chất của sữa

- Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng

- Đánh giá chất lượng sản phẩm

- Một số thiết bị trong quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Thành phần hóa học của sữa

Hàm lượng các thành phần cơ bản của sữa phụ thuộc vào sự khác biệt về giống,điều kiện chăn nuôi và môi trường Sữa ở các động vật khác nhau thì khác nhau Ởnước ta, đa phần được tiêu thụ nhiều nhất là sữa bò

Bảng 1: thành phần hóa học của sữa

1.1.1.1 Nước tự do:

- Nước tự do chiếm 96% - 97% tổng lượng nước trong sữa

- Nước tự do có thể bị bốc hơi trong quá trình bảo quản pho mát hoặc bị ngưngtụ

1.1.1.2 Nước liên kết

- Chiếm 3% - 4% tổng lượng nước Hàm lượng nước liên kết phụ thuộc vào cácthành phần trong hệ keo: protein, polysaccaride

- Hàm lượng nước nước trong các sản phẩm sữa rất khác nhau

- Nước liên kết đóng băng ở nhiệt độ dưới 0oC, không hòa tan muối và đường

- Trong sữa, có 18 loại acid béo.Trung bình một lít sữa có khoảng 40g lipid,trong đó lipid đơn giản chiếm 35 – 40g, lipid phức tạp từ 0,3 – 0,5g.

- Chất béo tồn tại trong sữa dưới dạng hình cầu nhỏ Màu trắng vàng, được bảobọc bởi lớp màng cấu tạo từ protein và các phosphotit Lớp màng có vai trò bảo vệ,ngăn cản các chất béo kết hợp với nhau và giữ cho các chất béo không bị phân hủy bởicác enzyme có trong sữa

1.1.2.2 Protein

Potein sữa là các hợp chất hữu cơ phức tạp, gồm 3 loại chính: casein, glabolin,lactoalbumin được hiện diện ở dạng keo phức tán trong sữa Có 2 dạng protein chủ yếutrong sữa:

- Phức chất casein: là cấu trúc toàn bộ thành phần các casein,calciumphostphate và các muối khác Hầu hết các protein casein tồn tại dưới dạng hạtkeo, do sự kết hợp với các thành phần khác, gọi là micel casein

- Protein nước sữa (whey): là phần dịch còn lại khi chất béo và casein bị kết tủa.Protein whey quan trọng là albumin, globulin, globulin miễn dịch và globulin khángthể

1.1.2.3 Glucid

- Glucid của sữa chủ yếu là đường lactose hay gọi là đường sữa, mỗi lít sữachứa khoảng 50g lactose Độ ngọt của lactose kém saccarose 30 lần, khả năng chịunhiệt cũng kém hơn

- Lactose là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho các vi khuẩn lên men, đặc biệt là

vi khuẩn lactic Đường lactose có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất các sản phẩm lênmen từ sữa

1.1.2.4 Chất khoáng

Các muối khoáng hiện diện trong sữa hầu hết ở dưới dạng dễ đồng hóa, chiếmkhoảng 0,8% trong sữa Có khoảng 40 loại khoáng trong sữa, chủ yếu là các muốicanxi, natri, photpho và magie

1.1.2.5 Vitamin:

Sữa chứa rất nhiều vitamin, nhưng hàm lượng các vitamin không cao

1.1.2.6 Enzyme

Trong sữa có nhiều enzyme hiện diện:

- Lipase: phân giải glyceride và giải phóng các acid béo làm cho sữa và các sảnphẩm từ sữa bị trở mùi xấu

- Protease: tham gia vào quá trình thủy phân và phân hủy protein làm cho sữa

- Độ acid chung của sữa thường được biểu thị bằng độ Thorner (oT) Độ acidchung cho biết thể tích NaOH 0,1N đã dùng để trung hòa acid tự do có trong 100mlsữa

- Độ acid chung phụ thuộc vào các thành phần trong sữa như muối acid củaacid phosphoric và limonic, các protein và CO2 hòa tan trong sữa

1.2.1.2 Độ acid hoạt động:

Độ acid hoạt động biểu thị tính hoạt động của ion H+, gọi là pH pH của sữakhoảng 6,5 – 6,8

1.2.1.3 Tính chất oxi hóa khử của sữa:

Sữa chứa nhiều chất dễ bị oxi hóa và dễ khử

1.2.1.4 Tính chất keo của sữa:

Sữa là dung dịch keo có 3 pha tồn tại đồng thời:

- Dung dịch thực: Thành phần gồm nước và các chất hòa tan như lactose, muối khoáng và vitamin hòa tan trong nước Các muối vô cơ và hữu cơ ở dạng phân tử ion hòa tan trong sữa mang tính chất là những dung dịch đệm nhờ đó mà sữa tươi luôn có

pH từ 6,5 - 6,8 Trong khi các muối kém hòa tan: calciumphosphate, tribasic tồn tại ở dạng keo

- Dung dịch huyền phù: Chủ yếu là protein và các chất liên kết khác nhưlipoprotein Do kích thước phân tử protein lớn tạo thành dung dịch keo Trên bề mặtcác phân tử protein thường có chứa các nhóm háo nước, nên rất dễ dàng hút nước Khicác nhóm này phân li sẽ tạo thành các điện tích (+) và (-) với số lượng xác định Haiyếu tố háo nước và có điện tích thường quyết định sự bền vững của protein ở dạngkeo

- Dung dịch nhũ tương: Chủ yếu là chất béo ở dưới dạng các cầu mỡ, nhũ tươngchất béo của sữa khá bền vững khi đun sữa ở nhiệt độ cao hoặc làm lạnh sữa đến nhiệt

độ thấp, tác động cơ học của bơm, cánh khuấy vẫn không làm phá vỡ được màng bao cầu mỡ Vỏ này chỉ có thể bị phá hủy khi có tác dụng cơ học đặc biệt với áp suất (như đồng hóa) hoặc do ảnh hưởng của hóa chất

1.2.2 Tính chất hóa lý

1.2.2.1 Tỷ trọng :

Tỷ trọng của sữa cũng như của chất lỏng khác là tỷ số giữa khối lượng sữa ở

20°C và khối lượng nước ở 4 0 C có cùng thể tích (d20/4)

Phụ thuộc vào các thành phần của sữa, tỷ trọng dao động trong khoảng 1,026 - 1,032 g/m3 (trung bình là 1,029) Một số thành phần làm tăng tỷ trọng như protein, gluxit, chất khoáng (tỷ trọng > 1) Còn hàm lượng chất béo lại làm giảm tỷ trọng của sữa Do đó, nếu sữa có nhiều chất béo thì tỷ trọng sẽ thấp

1.2.2.2 Độ nhớt:

Độ nhớt của sữa thường được xác định theo tỷ số so với độ nhớt của nước vàgọi là độ nhớt tương đối

Độ nhớt phụ thuộc vào thành phần hóa học của sữa, trước hết là protein còn cácmuối lactoza không ảnh hưởng tới độ nhớt Hàm lượng chất béo càng cao thì độ nhớtcàng cao.

Độ nhớt phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ

1.2.2.3 Áp suất thẩm thấu và nhiệt độ đóng băng:

- Đối với sữa, áp suất thẩm thấu tương đối ổn định và trung bình 6,6 atm ở 0°C

Áp suất thẩm thấu phụ thuộc nhiều vào hàm lượng lactoza và muối phân bố ở dạngphân tử và ion Cấc chất protein ít có ảnh hưởng, còn chát béo hầu như không ảnh

hưởng tới áp suất thẩm thấu.

- Nhiệt độ đóng băng của sữa là -0,555 0 C Có thể dao động từ -0,540C đến

-0,59 0 C Nhiệt độ này tương đối ổn định nên có thể dùng để xác định độ thật của sữa.

1.2.2.4 Sức căng bề mặt

- Sức căng bề mặt của sữa không ổn định Nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố màtrước hết là thành phần hóa học, nhiệt độ và thời gian bảo quản Sức căng bề mặt ởranh giới giữa không khí và plasma có ý nghĩa lớn đối với quá trình chế biến sữa

- Sự tạo thành bọt trong quá trình sấy, cô đặc sữa, sự tạo thành bơ và hàng loạtcông đoạn khác nữa đều có môi liên quan với sức căng bề mặt của sữa

1.2.2.5 Độ dẫn điện

Sữa có khả năng dẫn điện do chúng có các ion tự do, các phân tử mang điệntích và các phân tử trung hòa Tất cả các thành phần này đều ảnh hưởng tới độ dẫnđiện của sữa với những mức độ khác nhau

Lactoza không đóng góp tích cực vào độ dẫn điện bởi phân tử của nó khôngphân li thành ion và không có điện tích Casein và các protein khác có điện nhưng dokích thước lớn, các phân tử chuyển động chậm, làm tăng ma sát bên trong của dungdịch và do đó làm giảm độ dẫn điện Các cầu mỡ cũng làm giảm độ dẫn điện

1.2.2.6 Nhiệt dung

Khi hàm lượng chất béo tăng, nhiệt dung của sữa phải giảm vì nhiệt dung củachất béo thấp hơn nhiệt dung của nước

Tuy nhiên, trong khoảng 100C – 20 0 C thì nhiệt dung tăng khi hàm lượng chất

béo tăng Điều dó có thể giải thích như sau : trong khoảng nhiệt độ này, một phần mỡsữa ở dạng rắn nên một phần nhiệt phải chi phí cho việc chuyển trạng thái từ rắn sanglỏng, ở nhiệt độ cao hơn, khí toàn bộ mỡ sữa ở trạng thái lỏng, nhiệt dung sẽ giảm khihàm lượng chất béo tàng

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TIỆT TRÙNG

2.1 Sơ đồ quy trình

2.1.1 Tiệt trùng UHT (gián tiếp):

Hình 2.1 Sơ đồ phương pháp gia nhiệt gián tiếp2.1.2 Tiệt trùng UHT (trực tiếp):

Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp gia nhiệt trực tiếp.

2.2 Thuyết minh quy trình

2.2.1 Nguyên liệu: Sữa bò tươi

Yêu cầu :

- Được lấy từ những con bò khoẻ mạnh, không chứa vi khuẩn gây bệnh

- Sữa có mùi vị tự nhiên, không có mùi lạ, không có chất kháng sinh

- Sữa phải có thành phần tự nhiên, phải tươi và được làm lạnh xuống 4 - 6oC

- Sữa mang đến điểm thu mua phải được lấy mẫu để kiểm tra chỉ tiêu cảm quan(mùi vị và độ sạch), chỉ tiêu vi sinh, chỉ tiêu hoá lý (hàm lượng chất béo, hàm lượngprotein, nhiệt độ đóng băng, độ axit chung, độ tỷ trọng, tổng chất)

2.2.2 Làm sạch

Mục đích : để loại bỏ tạp chất trong khối sữa

Trước khi lọc, sữa được được đun nóng đến 350C – 450C, nhằm làm giảm độnhớt của sữa, sau đó mới chuyển qua máy làm sạch

Công đoạn lọc sữa còn có thể gọi là công đoạn làm sạch sữa và được tiến hànhqua 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Tiến hành lọc các tạp chất lớn qua lưới lọc bằng kim loại, đượctiến hành trong quá trình sang dụng cụ chứa

- Giai đoạn 2: Tiếp tục lọc bằng vải lọc hoặc máy quay ly tâm

 Lọc bằng vải

 Lọc bằng máy li tâm: là phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện nay.Khi máy làm việc, trong thùng quay xuất hiện một lực ly tâm lớn, trọng lượng riêngcủa các tạp chất lớn hơn trọng lượng riêng của sữa, do đó các tạp chất cơ học nặng hơn

sẽ bị bắn vào thùng quay và theo đường ống dẫn ra ngoài

2.2.3 Chuẩn hóa

Mục đích: Hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa

Thực hiện: Quá trình được thực hiện trên các thiết bị tự động gồm thiết bị lytâm và bộ phận phối trộn:

- Nếu hàm lượng chất béo trong sữa nguyên liệu thấp, ta có thể bổ sung thêmcream

- Nếu hàm lượng chất béo trong sữa nguyên liệu cao, ta có thể bổ sung sữa gầyhoặc dùng quá trình ly tâm để tách bớt chất béo

2.2.4 Bài khí

Mục đích: Khí trong sữa làm thể tích sữa không chính xác Gây giảm hiệu quảtruyền nhiệt và giảm độ chính xác trong tiêu chuẩn hóa sữa

Có nhiều phương pháp bài khí:

- Bài khí bằng nhiệt: phương pháp thuận lợi và đơn giản nhất là cho sản phẩmvào bao bì khi còn nóng

- Bài khí bằng thiết bị chân không: dùng bơm chân không để hút không khítrong một phòng của máy khép kín Đây là phương pháp phổ biến

- Bài khí bằng phun hơi: dùng hơi nước nóng phun vào khoảng không giantrong bao bì trước khi khép kín, hơi nước sẽ giúp đẩy không khí ra ngoài

2.2.5 Đồng hóa

Mục đích: làm giảm kích thước của các cầu mỡ, giúp chúng phân bố đều trong sữa từ đó ổn định được hệ nhũ tương giúp cho sữa được đồng nhất, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực

Cơ sở khoa học của quá trình đồng hóa hệ nhũ tương bao gồm các phương phápphá vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân bố đều chúng trong pha liên tục Việc làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt giữ hai pha và sức căng bề mặt sẽ làm cho hệ nhũ tương ổn định hơn tránh được hiện tượng tách pha

Các phương pháp đồng hóa : - Đồng hóa bằng phương pháp khuấy trộn

- Đồng hóa bằng phương pháp áp lực cao

Sữa sau khi đồng hóa có thể tăng độ nhớt lên chút ít nhưng làm giảm được đáng

kể quá trình oxi hóa, thay đổi thành phần tính chất, nâng cao mức độ phân tán của mỡ sữa, phân bố lại giữa pha chất béo và plasma sữa, làm giảm sự nổi lên của các cầu mỡ (do tốc độ nổi của các cầu mỡ tỷ lệ thuận với bình phương bán kính cầu mỡ) Từ đó làm tăng và cải thiện chất lượng, màu sắc, trạng thái, cấu trúc của sữa và các sản phẩmsữa…

2.2.6 Tiệt trùng

Mục đích: tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh vật (bao gồm toàn bộ các vi sinh vật gây bệnh và không gây bệnh) và vô hoạt không thuận nghịch các enzym có trong thực phẩm

2.2.6.1 Phương pháp gia nhiệt gián tiếp

Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng hoặc ống lồng

Khi đó sữa có nhiệt độ 40C được bơm từ thùng tạm chứa vào thùng cân bằng và

từ thùng này qua bơm sẽ đưa vào ngăn hoàn nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt và đượcnâng nhiệt độ lên 750C do hấp thụ nhiệt của sữa tiệt trùng đi ra Từ đó sữa được quathiết bị đồng hoá với áp suất 180 - 250 bar Tiếp đó sữa được đưa qua ngăn tiệt trùngcủa thiết bị và đạt 1370C, giữ ở nhiệt độ này vài giây trong ống lưu nhiệt dùng để điềuchỉnh lượng nước nóng và nhiệt độ của nó Sữa được làm lạnh bằng cách trao đổi nhiệtvới nước và với sữa lạnh đi vào Kết quả làm giảm nhiệt độ sữa tiệt trùng xuống 200C.Cuối cùng sữa được đưa đến bồn chờ rót vô trùng

2.2.6.2 Phương pháp gia nhiệt trực tiếp

- Sữa sau quá trình chuẩn hóa, sữa có nhiệt độ 40C từ thùng cân bằng đi quabơm vào ngăn hoàn nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dạng khung bản và được nângnhiệt độ lên 800C Áp suất của sữa được nâng lên 4 bar bằng bơm và đi qua vòi phun.Hơi nóng nâng nhiệt độ của sữa lên khoảng 1400C (với áp suất 4 bar sẽ ngăn khônglàm cho sữa bị sôi) và giữ ở nhiệt độ này vài giây ở ống lưu nhịêt Quá trình làm lạnhnhanh xảy ra ở tháp, ở đó độ chân không được điều chỉnh bởi bơm sao cho lượng hơinước bốc đi cân bằng với lượng hơi đã dùng để tiệt trùng Sữa được đưa sang thiết bịđồng hoá vô trùng bằng bơm li tâm Sau khi đồng hoá, sữa được làm lạnh đến 200Ctrong thiết bị trao đổi nhiệt và đưa đến máy rót vô trùng hoặc đến thùng tạm chứatrung gian chờ rót

- Nước lạnh dùng cho ngưng tụ chuyển từ thùng cân bằng, sau khi ra khỏi thápbốc hơi được dùng như tác nhân gia nhiệt sau khi ra khỏi vòi phun

2.2.7 Rót sản phẩm