i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN SỮA TỪ NGUYÊN LIỆU SỮA TƯƠI GỒM HAI DÂY CHUYỀN: - SỮA TIỆT TRÙNG CÓ ĐƯỜNG Sinh viên thực hiện: BÙI THỊ
LẬP LUẬN KINH TẾ - KINH TẾ
Vị trí đặt nhà máy
Việc lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy sữa có ảnh hưởng rất lớn đến sự tồn tại của nhà máy, vì vậy khi xây dựng nhà máy cần đảm bảo những yêu cầu sau:
- Vị trí nhà máy gần nguồn nguyên liệu và thị trường tiêu thụ
- Giao thông vận tải thuận lợi
- Cung cấp điện và nhiên liệu dễ dàng
- Cấp thoát nước thuận lợi
- Nguồn nhân lực dồi dào
Dựa vào điều kiện địa lý thuận lợi về khả năng cung cấp nguyên liệu, thuận tiện về giao thông, thị trường tiêu thụ sản phẩm, nguồn nhân lực, lựa chọn địa điểm nhà máy đặt tại khu công nghiệp Biên Hòa 2, phường An Bình, thành phố Biên Hòa, Đồng Nai Nằm trong khu vực tứ giác kinh tế trọng điểm phía Nam (Tp.Hồ Chí Minh, Bình Dương, Bà Rịa-Vũng Tàu, Đồng Nai) [1].
Đặc điểm thiên nhiên
- Khí hậu: Khí hậu Đồng Nai là khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo
- Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm là 32℃
- Tháng nóng nhất trong năm là tháng Ba, thông thường tháng Giêng là các tháng lạnh nhất trong Biên Hòa, với nhiệt độ trung bình 31℃
Bảng 1.1 Bảng nhiệt độ trung bình hàng tháng [2]
Cũng như các yếu tố khác, độ ẩm biến đổi rõ rệt theo mùa Độ ẩm trung bình mùa khô thấp hơn mùa mưa từ 10 – 12% Độ ẩm tương đối của không khí trung bình năm từ 80 – 82% Độ ẩm trung bình mùa khô từ 74 – 77%, độ ẩm trung bình mùa mưa từ 86 – 87%
Gió và hướng gió: hướng gió thịnh hành trong năm ở Biên Hòa là hướng Tây - Nam, tần suất (12,6 – 13%) Tốc độ gió trung bình ngày thông thường 1,5 – 3m/s(5 –
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 3
10km/h) Hàng ngày gió thể hiện khá rõ tính chất của gió đất – biển, mạnh hơn vào khoảng từ 10 – 19 giờ và ban đêm phần lớn lặng gió [2].
Nguồn cung cấp nguyên liệu
Để nhà máy sản xuất ổn định, thì nguyên liệu phải ổn định, với nguyên liệu chính là sữa tươi cung cấp bởi các trang trại bò sữa ở Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh lận cận phía Nam Được chở bằng các xe chở sữa chuyên dụng.
Nguồn cấp điện
Điện được lấy từ nguồn dây cao thế 35 kv của khu công nghiệp, qua trạm biến áp của nhà máy chuyển về 220/380 V Để đảm bảo ổn định cần có máy phát dự phòng.
Cung cấp nước
Nước trong nhà máy thực phẩm rất quan trọng Nước được cấp bởi thủy cục.Tùy vào mục đích sử dụng mà có biện pháp xử lí riêng Các chỉ số về VSV phải được tuân theo yêu cầu sản xuất
Ngoài ra, để đảm bảo cho quá trình sản xuất không bị dán đoạn khi nguồn nước thủy cục gặp sự cố, nhà máy có hệ thống giếng khoang và xử lý nước riêng.
Cung cấp hơi nước
Hơi nước được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, thông thường áp suất hơi là 3at, một số trường hợp lên đến 6at Lò sử dụng dầu FO làm nhiên liệu đốt.
Cung cấp nhiên liệu
Dùng dầu FO được cung cấp từ công ty xăng dầu petrolimex Dùng dầu FO giảm bụi, ô nhiễm môi trường hơn dùng than.
Thoát nước
Việc thoát nước là rất cần thiết, nước thải nhà máy chứa nhiều chất hữu cơ, cần xử lí trước khi thải ra môi trường bên ngoài Dùng phương pháp vi sinh để xử lý, xung quanh nhà máy có hệ thống cống rãnh.
Giao thông vận tải
Trong khu công nghiệp có mạng lưới giao thông thuận tiện cho việc đi lại, vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm Từ khu công nghiệp để phân phối sản phẩm cũng như nguyên liệu dễ dàng do vị trí nhà máy đặt trong khu công nghiệp Biên Hòa II nằm bên cạnh quốc lộ 1A đây là tuyến đường quan trọng đi qua 4 thành phố lớn: Hà Nội, Đà Nẵng, TP HCM, Cần Thơ, nối dài từ Lạng Sơn đến Cà Mau Thuận lợi cho việc
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 4 tiếp nhận nguồn nguyên liệu sữa từ khu vực phía Nam, đồng thời phân phối hàng hóa đến các tỉnh thành trong cả nước.
Sự hợp tác hóa
Trong khu công nghiệp sẵn có nhiều nhà máy với nhiều nhà máy khác nhau, Đồng Nai là vùng có kinh tế đang phát triển, cách thành phố Hồ Chí Minh – một trong ba thành phố lớn của cả nước không xa, nên việc hợp tác hóa với các cơ quan xí nghiệp khác về mặt cung cấp thông tin, thiết bị, nguyên vật liệu, nhân lực, bán sản phẩm là thuận lợi Đặc biệt, đối với ngành công nghiệp chế biến sữa: nhà máy cần có sự hợp tác lâu bền với các trang trại bò sữa trong khu vực để đảm bảo nguồn nguyên liệu và dễ dàng trong việc kiểm soát chất lượng.
Nguồn cung cấp nguồn nhân lực
Đây là khu vực có nhiều khu công nghiệp, môi trường làm việc năng động, thu hút nhiều nguồn nhân lực ở mọi trình độ khác nhau Bên cạnh đó, nhà máy sẽ tuyển dụng đội ngũ cán bộ, kỹ sư,… trên mọi miền đất nước để quản lý, giám sát hoạt động và vận hành của nhà máy.
Thị trường tiêu thụ
Sữa là sản phẩm thực phẩm được ưa chuộng cho mọi lứa tuổi, cùng với khu vực phía Nam được xem là thị trường tiêu thụ tiềm năng, tập trung đông đúc dân cư có mức sống khá ổn định Ngoài ra, còn hình thành mạng lưới phân phối sản phẩm trên toàn quốc, xây dựng thương hiệu để vươn xa tầm quốc tế.
Kết luận
Với những điều kiện thuận lợi về vị trí, đặc điểm tự nhiên, vùng nguyên liệu, hợp tác hóa, nguồn cung cấp nhiên liệu – nước, thoát nước, giao thông vận tải, nguồn nhân công, thị trường tiêu thị như trên thì việc xây dựng nhà máy chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa ở Tp Biên Hòa, Đồng Nai là phù hợp và có tính thuyết phục cao Nhà máy được xây dựng không chỉ giải quyết vấn đề công ăn việc làm, phục vụ nhu cầu người dân, còn thúc đẩy phát triển chăn nuôi nông nghiệp mô hình cao Từ đó góp phần phát triển nền kinh tế của Đồng Nai nói riêng và của cả nước nói chung
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 5
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
Tổng quan về nguyên liệu
2.1.1.1 Giới thiệu về nguyên liệu sữa tươi
Sữa bò tươi là nguyên liệu chính để sản xuất hai sản phẩm: sữa tươi tiệt trùng có đường và phô mai ủ chín Camembert
Sữa bò tươi thường có màu trắng đến màu vàng nhạt, có hương vị rất đặc trưng và ngọt nhẹ
Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt Sữa có mùi đặc trưng và vị ngọt nhẹ Sữa có độ nhớt lớn hơn hai lần so với nước, có hương vị nhẹ và có mùi ít rõ nét
Một số chỉ tiêu vật lý được thể hiện ở bảng 2.1
Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa [3] Đại lượng Đơn vị đo Giá trị pH - 6,5 ÷ 6,7 Độ chua °D 15 ÷ 18
Tỷ trọng g/cm³ 1,028 ÷ 1,036 Điểm đông đặc °C -0,54 ÷ -0,59
Sức căng bề mặt ở 20°C dynes/cm 50 Độ dẫn điện 1/ohm.cm 0,004 ÷ 0,005
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 6
2.1.1.3 Thành phần và tính chất hóa học của sữa tươi
Trong sữa vẫn có các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein và các chất béo Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nito phi protein, các vitamin, hormone, các chất màu và khí Thành phần và hàm lượng của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, độ tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống và nhiều yếu tố khác Bảng 2.2 biểu diễn các thành phần chính có trong sữa bò
Bảng 2.2 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) [3]
Thành phần Khoảng biến thiên Giá trị trung bình
Nước tự do chiếm 96 – 97% tổng lượng nước Nước liên kết chiếm một tỷ lệ nhỏ, khoảng 3 – 4% Hàm lượng nước liên kết phụ thuộc vào các thành phần nằm trong hệ keo: protein, các phosphatit, polysacarit
Là thành phần chủ yếu của đường chứa trong sữa với hàm lượng khoảng 50g/l, tồn tại chủ yếu 2 dạng (ngậm một nước) và β luôn ở trạng thái cân bằng theo tỉ lệ nhất định trong điều kiện nhiệt độ nhất định Sữa động vật là nguồn cung cấp lactose tự nhiên duy nhất Lactose khi bị thủy phân tạo ra các phân tử glucose và một phân tử galactose [3]
Nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất của sữa là protein Hàm lượng protein của các loại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm trong khoảng 2,9 ÷ 5% Riêng đối với sữa bò hàm lượng protein khoảng 3,3 ÷ 3,5%
Các protein của sữa là những protein hoàn thiện Trong thành phần protein của sữa có đến 19 loại acid amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các acid amin không thay
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 7
B - đầu ưa nước của κ-casein
D - κ-casein thế được: valine, leucine, isoleucine, methyonine, treonine, phenylalanine, triptophan và lysine
Trong sữa có 3 loại protein chủ yếu: casein có khoảng 75 ÷ 85%, lactalbumin chiếm khoảng 6%, lactoglobulin chiếm khoảng 12% trong toàn bộ lượng protein có trong sữa và còn một vài loại protein khác nhưng hàm lượng không đáng kể [3]
Casein không tồn tại tự do trong sữa nhưng tồn tại dưới dạng các hạt micelle có kích thước từ 0,2 m ÷ 0,4 m Mỗi micelle do khoảng 400 ÷ 500 tiểu micelle tạo thành Tiểu micelle có dạng hình cầu, đường kính dao động 10 ÷ 15 nm, liên kết với nhau nhờ hàm lượng Ca 2+ có trong sữa [3]
Chất béo của sữa được coi là thành phần quan trọng Về mặt dinh dưỡng, chất béo có độ sinh năng lượng cao, có chứa các vitamin hòa tan trong chất béo Đối với các sản phẩm sữa lên men thì chất béo ảnh hưởng đến trạng thái và mùi vị của sản phẩm Chất béo của sữa có hai loại:
Chất béo đơn giản (glycerit và sterit): có hàm lượng 35 - 45g/l gồm acid béo no và không no (acid oleic, acid palmitic, acid stearic)
Chất béo phức tạp: thường có chứa một ít P, N, S trong phân tử Tên gọi chung là phosphoaminolipit, đại diện là lexitin và xephalin
Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8 ÷ 10 g/l [3] Các muối trong sữa tồn tại ở dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein)
Trong số các nguyên tố khoáng trong sữa, canxi, phospho và magie chiếm hàm lượng cao nhất Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại dưới dạng các muối hòa tan
Các nguyên tố khoáng khác như kali, natri, clo… đóng vai trò chất điện ly (electrolyte) Cùng với lactose, chúng góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa
Hình 2.2 Cấu trúc micelle của casein
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 8 trong bầu vú động vật với áp lực máu Khi con vật bị viêm vú, hoặc cuối chu kỳ tiết sữa, hàm lượng NaCl tăng vọt làm sữa có vị mặn
Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zn, Fe, I, Cu, Mo… Chúng cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người Một số nguyên tố độc hại như Pb, As… đôi khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò
Vitamin trong sữa được chia thành 2 nhóm:
- Vitamin tan trong nước: B1, B2, B3, B5, B6, B12, C, PP…Trong đó hàm lượng vitamin nhóm B thường ổn định, do chúng được tổng hợp chủ yếu nhờ các vi khuẩn trong ngăn thứ nhất dạ dày động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh
- Vitamin tan trong chất béo: A, D, E… chịu ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết
Các enzym có bản chất là các protein có khả năng kích hoạt các phản ứng hóa học và ảnh hưởng đến giai đoạn và tốc độ của phản ứng Enzyme xúc tác phản ứng mà không bị biến đổi về lượng nên được gọi là xúc tác sinh học Hai yếu tố ảnh hưởng mạnh đến tính chất của enzyme là nhiệt độ và pH Nhiệt độ thích hợp của enzyme là
Tổng quan về sản phẩm
2.2.1 Sữa tiệt trùng có đường
Sữa tiệt trùng là sản phẩm sữa được qua xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao (trên 100 0 C) nhờ đó toàn bộ hệ vi sinh vật và enzyme có trong sữa bị vô hoạt Sữa tiệt trùng được bảo quản ở nhiệt độ phòng, thời gian bảo quản có thể kéo dài từ 3 đến 6 tháng Để sản xuất sữa tiệt trùng có đường thường đi qua các công đoạn chuẩn hoá, bài khí, đồng hoá, tiệt trùng và chiết rót Trong đó quá trình tiệt trùng sản phẩm có thể thực hiện trong hoặc ngoài bao bì [3]
Sản phẩm sữa tiệt trùng mang đến nhiều lợi ích như cung cấp các dưỡng chất thiết yếu, bổ sung Vitamin A&D giúp hỗ trợ hệ xương và tăng cường thị lực
Sữa được xử lý bằng công nghệ tiệt trùng UHT hiện đại, hoàn toàn không sử dụng chất bảo quản
2.2.1.1 Yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng
Chỉ tiêu chất lượng của sữa tươi tiệt trùng theo TCVN 7028 : 2009
Bảng 2.9 Chỉ tiêu cảm quan và hóa lý [12]
1 Màu sắc Màu đặc trưng của sản phẩm
2 Mùi, vị Mùi, vị đặc trưng của sản phẩm, không có mùi lạ, vị lạ
3 Trạng thái Dịch thể đồng nhất
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 18
1 Hàm lượng chất khô (% khối lượng) >,5
2 Hàm lượng chất béo (% khối lượng) >=3,2
3 Tỷ trọng của sữa ở 20 o C, g/ml >=1,027
Bảng 2.10 Chỉ tiêu vi sinh
Chỉ tiêu Mức cho phép
1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẩn lạc trong 1 ml sản phẩm 10
2 Coliforms, số vi khuẩn trong 1 ml sản phẩm 0
3 E.Coli, số vi khuẩn trong 1 ml sản phẩm 0
4 Salmonella, số vi khuẩn trong 25 ml sản phẩm 0
5 Staphylococcus aureus, số vi khuẩn trong 1 ml sản phẩm 0
6 Clostridium perfringens, số vi khuẩn trong 1 ml sản phẩm 0
Phô mai là sản phẩm giàu dinh dưỡng được chế biến từ sữa Hiện nay có hàng trăm loại phô mai khác nhau về cấu trúc, mùi vị, màu sắc, các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh Để sản xuất phô mai ủ chín thường đi qua các công đoạn quan trọng như: Xử lý nhiệt, chuẩn hoá, lên men, đông tụ, ướp muối, ủ chín, bao gói [3]
Có nhiều phương pháp phân loại phô mai Trong đó có phân loại phô mai theo phương pháp ủ chín
Bảng 2.11 Phân loại phô mai theo quá trình ủ chín [3]
Loại sản phẩm Đặc điểm
- Phô mai có qua giai đoạn ủ chín
Không qua giai đoạn ủ chín
Hệ vi sinh vật tham gia và quá trình ủ chín
- Vi khuẩn và nấm mốc Các biến đổi trong giai đoạn ủ chín diễn ra chủ yếu
- Trên bề mặt và bề sâu khối phô mai
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 19
Phô mai Camembert là phô mai ủ chín thuộc loại mềm Đây là một trong những loại phô mai nổi tiếng trên thế giới Camembert được mệnh danh là vua phô mai của Pháp Người Pháp không chỉ ưa chuộng món này mà ngay cả người nước ngoài khi đã thưởng thức rồi thì không sao quên được Quê hương của loại phô mai nổi tiếng này là một làng nhỏ mang tên Maubert, từ thế kỷ thứ 16 làng tên là Campo Mauberti sau đổi tên là Camembert, thuộc tỉnh Normandie Tây Bắc Pháp Đặc điểm nổi bật của loại phô mai này là bào tử nấm mốc sẽ được phun lên bề mặt khối đông (sau khi sữa đông tụ) và phát triển thành khuẩn lạc trên bề mặt sản phẩm Phô mai được sử dụng để chế biến nhiều loại món ăn ở phương Tây Đây là loại thực phẩm giàu dinh dưỡng: đạm, béo, vitamin, cũng như mùi vị đặc trưng nên rất được ưa chuộng
2.2.2.2 Yêu cầu chỉ tiêu chất lượng
Các chỉ tiêu về chất lượng phô mai Cammembert thểi hện ở bảng 2
Bảng 2.12 Chỉ tiêu về chất lượng của phô mai
Chỉ tiêu Trạng thái, giới hạn cho phép
Cảm quan Màu Có lớp mốc trắng phủ trên bề mặt
Mùi Mùi đặc trưng của sản phẩm
Lý - hóa Lượng chất béo không nhỏ hơn 40% khối lượng tổng chất khô pH 5,5 - 6
Vi sinh Tổng số vi sinh vật hiếu khí số khuẩn lạc trong 1ml sản phẩm cho phép 10 2
Coliform, E.coli số khuẩn lạc trong 1ml sản phẩm: không Salmonella, số khuẩn lạc trong 25ml sản phẩm: không
Hàm lượng kim loại năng
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thúy Giáo viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Hà Thanh 20
Cadimi