Thiết kế hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua với công xuất 10.000 Kg/ngày

g thực thực phẩm khoảng từ 5000 năm trước đây. Nhưng kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu kể từ khi giáo sư Blach tìm ra nhiệt ẩn hoá hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 – 1764, con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở nhiệt độ thấp. Thế kỷ 19 là thời kỳ phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật lạnh. Làm lạnh để bảo quản thực phẩm là một trong những ứng dụng quan trọng và thiết thực của kỹ thuật lạnh. Để bảo quản lâu dài sản phẩm sản xuất ra thì không có cách nào khác là hạ nhiệt độ sản phẩm xuống thấp và duy trì nhiệt độ bảo quản trong khoảng thời gian cho phép. Đồ án thiết kế tốt nghiệp của em được giao là “Thiết kế hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua với công xuất 10.000 (Kg/ngày)“. Theo truyền thuyết thì vào thế kỷ thứ 8, sữa chua được bắt nguồn từ vùng núi Elbrus và là đặc sản kỳ diệu của dãy núi Caucasus, và sau đó thì đã nhanh chóng lan rộng ra các vùng Tây âu và Trung âu . Sữa chua có nhiều loại như ymer, yoghurt, kefir,... các sản phẩm này được thu nhận nhờ quá trình lên men một phần đường lactoza trong sữa thành axit lactic. Sữa chua có giá trị dinh dưỡng cao và có hương vị thơm ngon nên được nhiều người ưa thích. Ngoài ra sữa chua còn có tác dụng : Giảm lượng cholesterol trong máu. Tăng khả năng hấp thụ thức ăn. Tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể. Giảm nguy cơ ung thư dạ dày. Để thực hiện nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp này cần phải biết quy trình công nghệ sản xuất sữa chua, lập sơ đồ công nghệ, xác lập các thông số vào và ra của các quá trình chính và phụ, trên cơ sở đó tiến hành tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng chất để xác định các dòng nhiệt tìm ra được năng xuất lạnh của từng công đoạn và cuối cùng là của toàn hệ thống. Các thông số này quyết định việc chọn sơ đồ hệ thống lạnh và bố trí thiết bị cụ thể. Chính vì vậy mà em sẽ lần lượt đi giới thiệu từng phần một. Chương I Giới thiệu công nghệ sản xuất sữa chua 1.1. Giới thiệu chung Sữa là loại thực phẩm chứa các chất dinh dưỡng đầy đủ và cân đối nhất. Là loại thức ăn có tính bổ dưỡng cao, ngày nay đã trở thành một chất dinh dưỡng không thể thiếu được trrong mọi gia đình. Mức độ tiêu thụ sữa rất lớn và không ngừng gia tăng, nhất là nhu cầu sử dụng trong gia đình, trường học, bệnh viện,... Phục vụ cho nhu cầu của mọi lứa tuổi. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế trong nước người dân Việt Nam trở nên quan tâm hơn đến vấn đề sức khoẻ thông qua việc chi phí nhiều hơn cho khẩu phần dinh dưỡng hằng ngày. Với nhịp độ hoạt động nhanh của cuộc sống công nghiệp, mọi người cần được bổ sung nguồn dinh dưỡng cao để thích ứng với những biến đổi của công việc. Sữa và các sản phẩm từ sữa đem lại cho người tiêu dùng, sự sảng khoái, ngon miệng và đặc biệt giúp cho cơ thể phát triển chiều cao tăng cường sức khoẻ. Đối với trẻ sữa là thành phần quan trọng tạo sự vững trắc cho giai đoạn phát triển thể lực và trí tuệ. Chính vì vậy, sử dụng sản phẩm sữa là việc rất cần thiết cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Canxi trong sữa là nguồn canxi dễ hấp thụ và thường chiếm khoảng 60% lượng canxi cơ thể hấp thụ được. Nếu bị thiếu canxi sẽ có nhiều nguy cơ bị giảm khối loãng xương (giảm muối khoáng trong xương) và thậm chí còn bị loãng xương. Trong các loại sản phẩm được sản xuất từ sữa, thì sữa lên men đã được ưa chuộng từ lâu, đặc biệt đối với dân vùng Trung Đông. ở các nước Tây Âu sản phẩm sữa được tiêu thụ khá phổ biến, từ đầu thế kỷ XX, là thời kỳ có các công trình nghiên cứu của Metchnikoffveef nguyên nhân gây ra sự già nua của con người. Theo tác giả, sự lão hoá sớm là do các sản phẩm gây thối rữa tồn tại lâu trong đường ruột. Việc sử dụng các sản phẩm sữa lên men làm thay đổi pH của môi trường bên trong đường ruột, có tác dụng cản trở hoạt động của các vi khuẩn gây thối rữa. Lý thuyết này được minh chứng có sức thuyết phục cao nhờ vào việc sử dụng các sản phẩm sữa lên men được bán trên thị trường. Công nghệ sản xuất các sản phẩm sữa lên men ngày một thêm đa dạng, phong phú với nhiều tên gọi và cách trang trí bao bì khác nhau có tác dụng quyết định đến việc lựa chọn loại sản phẩm ở người tiêu dùng. Tuy nhiên trong các sản phẩm sữa lên men, Sữa chua vẫn chiếm vị thế hàng đầu bởi chất lượng và sở thích cùng với tính giải khát của sản phẩm. Sau đây em xin trình bày về phần công nghệ sản xuất sữa chua và phần tính toán thiết kế hệ thống lạnh phục vụ cho dây chuyền sản xuất sữa chua. 1.2 Tổng quan về Công nghệ sản xuất sữa chua Sữa lên men là kết quả của quá trình hoạt động của vi sinh vật làm thay đổi các thành phần bình thường có trong sữa mà đặc trưng là quá trình biến đổi đường lactoza thành axit lactic và trong một số loại sữa đặc biệt còn có cả sự tạo thành etanol. Thành phần protit có trong sữa bị pepton hoá nên có khả năng làm tăng tiêu hoá. Đôi khi lượng CO2 giữ lại trong khối sữa cao tạo nên bọt cho khối sữa. Trong quá trình sản xuất sữa chua phải sử dụng hệ vi sinh vật và hóa sinh : Trong công nghệ chế biến sữa chua người ta thường sử dụng hỗn hợp hai chủng Lactobacillus bulgaricus và Steptococcus thermophilus do khả năng tạo axit lactic và tạo các chất thơm của chúng mà sữa chua có hương vị đặc biệt. L.bulgaricus kích thích sự phát triển của S .thermophilus bằng cách giải phóng một số axit amin như histidin, leuein, lysin, eystin, valin,... trong khi đó S.thermophilus tạo ra axit focmic tạo điều kiện cho sự phát triển của L.bulgaricus. Bảng đặc tính của vi khuẩn L.bulgaricus và S.thermophiluss. L.bulgaricus S.thermophiluss. Hình thái tế bào. Kiểu khuẩn lạc trên môi trường LAB Vùng nhiệt độ phát triển. Sự phát triển trong môi trường sữa. Khả năng sinh axit trong sữa bò (%). Khả năng phát triển trong môi trường nước thịt – muối mật lactoza. Tế bào nhỏ, hình cầu, xếp thành chuỗi. Tròn, trơn, nhẵn. 20 – 500C Tốt. Số lượng tế bào giảm trước khi đông tụ. 0,8 – 1% 0 Tế bào hình que Tròn, nhám. 23 – 530C Tốt. Tạo nhiều axit và số lượng tế bào giảm nhanh chóng khi môi trường chứa nhiều axit. 1,5 – 2% 0 L. bulgaricus: Là vi khuẩn lên men điển hình, phát triển tốt ở nhiệt độ (42 á 45)0C trong môi trường có độ axit cao. Loài này có thể tạo ra trong khối sữa đến 2,7% axit lactic từ đường lactoza. S. thermophilus: Phát triển tốt ở nhiệt độ 450C và sinh sản tốt ở nhiệt độ (37 á 40)0C. Đây cũng là vi khuẩn lactic chịu nhiệt lên men điển hình, có thể chịu được nhiệt độ đun nóng đến 650C trong 30 ph nhưng chỉ phát triển được trong môi trường có độ axit thấp (pH = 4 á 4,5 ). Trong sản xuất sữa chua, việc cấy hỗn hợp hai loài vi khuẩn này cho kết quả sinh ra axit lactic tốt hơn là chỉ sử dụng riêng từng loài. L. bulgaricus làm dễ dàng cho sự phát triển của S. thermophilus. Lactobacilluscos chứa enzym phân giải protein nên có khả năng phân tách được một số axit amin từ cazein. Các axit amin này có vai trò như là các chất kích thích hoạt động cho loài Streptoccocuss. Trong số các axit amin tách được thì axit amin lavin đóng vai trò quan trọng nhất. Trong sản xuất sữa chua bằng phương pháp sử dụng hai loài trên cho thấy : ở giai đoạn đầu của quá trình sản suất, pH của sữa thích hợp cho loài Streptococcus hoạt động chiếm ưu thế và đảm bảo cho quá trình lên men lactic được bắt đầu. Hoạt độ của các enzym phân huỷ cazein của Lactobacillus kích thích sự phát triển của Streptococcus và đôi khi cũng làm cho độ axit tăng lên. yếu tố pH của sữa thay đổi làm cho Streptococcus khó phát triển, Lactobacillus thay thế chỗ. Mặt khác, sự vón cục của sữa cũng xảy ra khi độ axit đạt đến 70 – 750D. Sự hình thành chất thơm trong các sản phẩm sữa chua trước đây người ta cho rằng chỉ có vai trò của Steptococus. Nhưng các tác giả Petervaf Lolkema mới đây cũng đã nhấn mạnh đến vai trò của lactobacillus trong việc tạo nên hương thơm cho sản phẩm, trong đó thành phần axetaldehyl được coi là thành phần quan trọng góp phần tạo nên hương thơm đặc trưng của sữa chua. Sữa chua có thể được sản xuất từ các nguồn sữa khác nhau như: sữa tươi tự nhiên sữa tách mỡ (một phần hay hoàn toàn), sữa bột gầy dễ hoà tan với sữa tươi. Trong trường hợp sản suất từ sữa có hàm lượng chất béo cao cần chú trọng đến quá trình đồng hoá để ngăn cản quá trình chất béo nổi lên trên bề mặt khi sử dụng vi sinh vật thích hợp để thực hiện quá trình lên men. Đối với nguồn sữa giàu chất khô, tiến hành thanh trùng ở nhiệt độ 84á850C trong vài giây hoặc có thể tiệt trùng. Sau đó, sữa được làm lạnh đến 450C và cấy hai loại vi khuẩn nêu ở trên vào khối sữa cần lên men nhờ quá trình nuôi thuần chủng trước trên các môi trường phù hợp. Liều lượng vi khuẩn sử dụng từ 3 á 5%. Sau khi phối trộn tiến hành phân phối nhanh vào dụng cụ, đậy nắp và tiến hành lên men ở nhiệt độ 450C trong thiết bị ủ trong thời gian từ 2 á 3h. Lúc này độ axit không thuận lợi cho cả hai loài vi khuẩn cùng phát triển. Sau công đoạn ủ ấm, sữa chua cần được tiến hành làm lạnh nhanh đến 4 á 50C và dừng ngay quá trình hình thành axit lactic (nếu không sẽ xảy ra quá trình co rút các thành phần bị đông tụ và sự phân chia huyết thanh). Quá trình lên men cũng có thể được tiến hành trong các nồi cách thuỷ nhờ sự tuần hoàn của các dòng nước nóng và lạnh có tác dụng trao đổi nhiệt nhanh hơn trong thiết bị ủ ấm nhưng thao tác nặng nhọc và rườm rà hơn. Quá trình lên men được thực hiện ủ ấm hoặc nồi cách thuỷ, khi tăng hay giảm đều không ảnh hưởng đến Streptococcus, chúng vẫn phát triển tốt và sinh sản ra chất thơm cho sản phẩm. Còn đối với Lactobacillus lại có tác dụng giảm độ axit nhanh. Để sản phẩm sữa chua có độ chua nhẹ và thơm, có thể sử dụng tế bào của vi khuẩn Streptococcus ở giai đoạn trẻ và khi môi trường lên men có độ axit thấp. Ngược lại, muốn có sữa chua có độ axit cao thì cần sử dụng tế bào của Streptococcus già hơn hoặc sử dụng Lactobacilus, vốn là loài phát triển tốt ở môi trường có độ axit thấp. Để sữa chua có hương thơm khác nhau người ta sử dụng nhờ tinh dầu của các loại quả : chuối, tranh, dâu, mơ,... Các loại hương thơm tổng hợp. Các chất thơm tự nhiên thu được là sản phẩm của quá trình chưng cất nên sẽ mất màu tự nhiên. Để khắc phục người ta bổ sung các chất màu có nguồn gốc tự nhiên tương ứng với màu của quả cho hương và được bổ sung vào cùng thời điểm cấy vi khuẩn. Trong sản xuất sữa chua còn có khâu kỹ nghệ rất quan trọng, đó là sử dụng phụ gia và chất ổn định nhằm tạo trạng thái bền vững cho sữa chua khi lưu hành trên thị trường cũng như tạo dạng gel bền vững cho sản phẩm (không tách pha ). Chất ổn định (palsgaard) là một nhóm chất phụ gia đưa vào thực phẩm phải đạt các yêu cầu sau : Không mang tính chất dinh dưỡng. Không độc hại đối với sức khoẻ con người. Được làm từ nguyên liệu đã được lựa chọn cẩn thận. Chế phẩm này hoàn toàn tuân theo các tiêu chuẩn về tính đồng nhất và độ tinh khiết theo tiêu chuẩn của hội đồng chung Châu âu, Mỹ, Cộng Hoà Liên Bang Đức, Tổ chức lương thực thế giới (FAO) vv... Thành phần chính của chất ổn định gồm : Polysacarit (CMC – Na, carlagenan,alginat, vv...) là những chất có vai trò làm đặc (tạo gel) làm cho sản phẩm ở dạng rắn nhưng vẫn mềm, phù hợp với sở thích người tiêu dùng. Monodiglyxerit E471 có tác dụng làm bền hệ nhũ tương là chất hoạt động bề mặt có vai trò ngăn cản sự tập hợp của các cấu tử cùng pha nên có khả năng đồng nhất sản phẩm. ở Việt Nam, trong công nghệ sản suất sữa chua đặc sử dụng chất ổn dịnh có mã hiệu 5846 có thành phần chủ yếu là pectin, gelatin, tinh bột biến tính... nhằm tạo cấu trúc ổn định cho sữa chua nhờ khả năng cắt và oxy hoá mạch polysacarit thành những mạch ngắn nên làm tăng khả năng keo hoá góp phần làm bền trạng thái gel của sản phẩm. 1.3. Thiết lập dây chuyền công nghệ sản xuất sữa chua Nước gia nhiệt (400C) Trộn nguyên liệu (400C) Đồng hoá lần 1 (t=600C, p=150bar) Thanh trùng lần 1 (t=750C, p=75bar,t=5 ph) Làm lạnh (t= 4-50C) ủ tàng trữ lạnh (4-5)0C, t= 6-12 h) Đồng hoá lần 2 (t=600C, p=200bar) Thanh trùng lần 2 (t=920C, p=95bar,t=5 ph) Làm mát (t = 420C) Lên men (t = 40-450C,t=5 ph,pH=4,5 ) Rót (t= 20 - 250C) Bảo quản lạnh (t= 2 - 40C) 1.4.Các thiết bị trong dây chuyền sản xuất sữa chua Các thiết bị và máy cung cấp cho dây chuyền phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây : Hệ thống phải đảm bảo đầy đủ các công nghệ sản xuất sữa theo tiêu chuẩn quốc tế. Bố trí lắp đặt hợp lý theo công nghệ sản xuất sữa : các thiết bị được lắp đặt theo dây chuyền liên tục, đảm bảo mỹ quan, các công đoạn đảm bảo không cắt nhau, chiếm không gian ít. Bảo vệ môi trường tốt, không gây độc hại đối với sức khoẻ của con người. Hệ thống đảm bảo đúng kỹ thuật, đúng quy phạm về an toàn lao động. Một số máy và thiết bị được nhập từ các nước EU và Nhật. Các thiết bị trong dây chuyền chế biến hoạt động ổn định, độ tin cậy cao. Hệ thống được thiết kế và lắp đặt sao cho chi phí vận hành là thấp nhất, nhưng hiệu quả cao nhất. Quá trình lắp ráp thiết bị không ảnh hưởng đến sản xuất. Toàn bộ các phần vật liệu đều được làm từ inox Dựa vào quy trình công nghệ và năng suất làm việc yêu cầu của đề tài thiết kế em tiến hành chọn một số thiết bị phục vụ cho quá trình sản xuất như sau: 1.4.1.Bồn phối trộn. - Bồn dạng hai vỏ, được chế tạo bằng inox. Riêng vỏ trong của bồn bằng thép không rỉ. Bảo ôn bằng polyurethane dày 50 mm - Bồn có một motor và một cánh khuấy đặt trên đỉnh bồn, có một cửa vừa một người có thể chui qua dạng tròn, hai công tắc báo mức cao thấp của sản phẩm trong bồn, một lỗ cắm đồng hồ đo nhiệt thang đo từ 00C - 1500C và một ống lấy sản phẩm ra từ đáy và 2 ống nạp sản phẩm từ nắp bồn. - Bồn làm việc ở chế độ không áp suất. - Số lượng bồn: 1 cái 1.4.2. Bồn ủ lạnh - Bồn hai vỏ có bảo ôn và áo nước lạnh (nhiệt độ từ 1 - 50C), được chế tạo bằng inox. Riêng vỏ trong của bồn bằng thép không rỉ, bọc bảo ôn bằng polyurethane. Bồn có một cánh khuấy đặt trên đỉnh bồn khuấy với tốc độ chậm, hai công tắc báo mức cao thấp của sản phẩm trong bồn, một lỗ cắm đồng hồ đo nhiệt độ thang đo từ 0 - 1500C và một ống lấy sản phẩm ra và nạp sản phẩm từ đáy. 1.4.3. Bồn ủ lên men - Bồn 2 vỏ có bảo ôn, được chế tạo bằng inox. Riêng vỏ trong của bồn bằng thép không rỉ, bảo ôn bằng polyurethane, 1 lỗ cắm đồng hồ đo nhiệt thang đo 0 - 1500C và một ống lấy sản phẩm ra và nạp sản phẩm vào từ đáy. - Bồn làm viếc ở chế độ không áp suất. - Số lượng bồn: 2 cái 1.4.4. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm - thiết bị gia nhiệt Nhiệm vụ: Đun nóng nước để dùng trong sản xuất sữa chua. Tác nhân gia nhiệt: Hơi nước nóng tuần hoàn Bộ trao đổi nhiệt được được thiết kế với: - Vòng đệm kín chung quanh tấm trao đổi nhiệt bằng cao su thực phẩm itir, loại gài lên tấm không sử dụng keo dán. - Tấm bằng thép không rỉ. - Bộ truyền tín hiệu nhiệt độ. - Bộ điều khiển nhiệt độ. 1.4.5. Thiết bị thanh trùng Thiết bị thanh trùng dùng để thanh trùng sữa chua. 1.4.6. Bồn cân bằng Dùng để điều khiển và cân bằng lưu lượng. 1.4.7. Bơm ly tâm Dùng để chuyển sữa từ thiết bị này sang thiết bị kia. 1.4.8. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm Được sử dụng để thanh trùng và làm nguội sản phẩm đã trộn Chương trình nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt: nhiệt độ đồng hoá từ 60 - 750C trong 15 - 20 giây sau đó chuyển sang thiết bị làm lạnh nhanh đến nhiệt độ sữa trong quá trình ủ là 40C. Sau quá trình ủ hoàn nguyên sữa lại được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt lên đến 90 - 950C là mhiệt độ đồng hoá và thanh trùng lần 2 trong vòng 5 phút, sau đó lại hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ lên men từ 42 - 450C. 1.4.9. Bộ lưu nhiệt Dùng để lưu giữ sản phẩm trong quá chế độ thanh trùng ở thời gian nhất định. Thời gian lưu nhiệt trong khoảng từ 15 - 300 giây. 1.4.10 - Hệ thống tuần hoàn nước Dùng để điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn nước nóng. Bao gồm: - Trao đổi nhiệt dạng tấm. - ống tiết lưu, lỗ không khí, van an toàn, đông hồ đo áp suất. - Bơm nước nóng. - Van điều chỉnh hơi. - Bộ chỉ thị nhiệt độ. - Van chặn hơi - Cảm biến nhiệt độ - Bộ chỉ thị áp suất 1.4. 11. Bảng điều khiển Dùng để giám sát quá trình thanh trùng. Bao gồm: - Tủ điều khiển bằng thép không rỉ. - Các nút đóng mở - Bộ kiểm soát nhiệt độ - Van đảo dòng - Van điện từ - Công tắc khởi động động cơ 1.5- Hướng dẫn vận hành. 1.5.1- Chuẩn bị dịch sữa làm men giống - Kiểm tra vệ sinh bồn trộn, máy trộn. Kiểm tra bồn men giống phải vệ sinh sạch sẽ. - Đấu đường ống của hệ thống trộn để chuẩn bị trộn và thanh trùng đồng hoá. - Đặt nhiệt độ nước cấp vào bồn trộn bằng lượng men định làm trừ đi 100 lit nước cấp vào bồn trộn. - Chuẩn bị lượng bột sữa bằng 10% lượng men định làm. tiến hành trộn bồn sữa. - Thanh trùng đồng hoá dịch sữa. Đặt: + nhiệt độ đồng hoá lần 1 là 650C + nhiệt độ thanh trùng lần 1 là 750C + áp suất đồng hoá là 150 bar - Tiến hành đấu đường ống của hệ thống thanh trùng vào bồn men giống. - Thanh trùng - đồng hoá và đưa vào bồn men giống, thêm nước cho đủ lượng men định làm. - Sau khi thanh trùng - đồng hoá xong. Bật khuấy bồn men giống, mở hơi để nâng nhiệt độ sữa trong bồn lên 900C và giữ ở nhiệt độ này trong vòng 30 phút. - Mở nước thường làm nguội dịch sữa xuống 42 - 400C. 1.5.2. Cấy men - Tỷ lệ cấy men là 5% men. - Tiệt trùng dụng cụ và gói túi men bằng ngọn lửa đèn cồn, hoặc có thể ngâm vào dung dịch proxitane 2%. - Cắt góc túi men, đổ men khô vào bồn men giống khuấy tiếp 15 - 20 phút cho tan men. 1.5.3. Trộn nguyên liệu a) Chuẩn bị - Kiểm tra số lượng chất lượng nguyên liệu. Chuẩn bị nguyên liệu theo từng mẻ trộn đựơc tính theo công thức chế biến. - Kiểm tra máy trộn, bồn trộn đã vệ sinh sạch. Đấu đường ống của hệ thống để trộn và chuẩn bị đưa sang hệ thống thanh trùng - đồng hoá. - Chỉ đổ nguyên liệu khi công nhân nấu báo đổ. b) Tiến hành trộn - Đặt nhiệt độ nước cấp hay nhiệt độ nước sôi cấp vào bồn trộn = 650C - Đặt lượng nước hoặc sữa tươi theo công thức của từng mẻ. Trong quá trình trộn cần phải lưu ý: - Khi trộn nhiệt độ phải ổn định, điều chỉnh van chặn sao cho mức nước trong máy trộn thấp, tạo dòng xoáy, đổ ổn định thật chậm, tránh vón cục. - Khi trộn bột sữa, đường, bơ, điều chỉnh mức nước trong máy bằng khoảng 1/2 lượng nước có trong máy để tránh tạo bọt. - Đường ống bơm bơ phải được tháo, lắp trước khi trộn tránh rơi dụng cụ vào gây nguy hiểm cho máy. - Kết thúc mỗi mẻ trộn phải tắt bơm và máy trộn, khoá ngay van từ đáy bồn trộn đến bơm vào. Tắt bơm hồi về trộn, tắt máy trộn. - Kết thúc mẻ trộn cuối trước khi tắt bơm hồi về bồn dùng vòi nước nóng rửa sạch bột sữa ở bên trong máy trộn đồng thời dùng nước đó thu hồi hết sữa ở trong đường ống trộn sau đó mới tắt bơm hồi và máy trộn. 1.6. Quy trình công nghệ 1.6.1 - Yêu cầu về kỹ thuật Các yêu cầu cần phải tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật đã được chấp nhận. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho sản xuất sữa chua đóng hộp làm từ các nguyên liệu như : sữa bột, đường, men giống,... Sau đây là các yêu cầu cụ thể: 1. Nguyên liệu: Nguyên liệu dùng để sản xuất sữa chua phải theo đúng yêu cầu quy định trong tiêu chuẩn nguyên liệu. Trong trường hợp chưa có tiêu chuẩn phải tuân theo đúng yêu cầu trong văn bản đã được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt. Đối với sữa: Ta có thể sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau như : sữa tươi (như sữa trâu, bò) và sữa bột gầy để sản xuất. ở đây ta sử dụng sữa bột gầy nên chỉ xét chỉ tiêu của sữa bột gầy mà thôi. Sữa bột gầy được nhập từ nước ngoài và được sản suất bằng phương pháp đông khô, đạt những tiêu chuẩn sau: Sữa có độ hoà tan cao : 98 – 99% Màu sắc đồng đều : vàng kem nhạt Mùi vị đặc trưng, không có mùi lạ như chua, khét, mốc,... Trạng thái mịn đồng nhất, không vón cục. Độ ẩm : Ê 5% Hàm lượng axit : Ê 0,15%. Độ pH : 6,5 – 6,65. Chất đạm không biến hình : 4,0 – 7,0mg/g. Kim loại nặng : - Chì (Pb) Không được có - Đồng (Cu) Ê 8mg/g. Tổng số vi trùng Ê 26.000 khuẩn lạc /1g bột sữa. Vi trùng coliorm không được có. Phải có khả năng lên men. Đối với đường: Ta nên dùng đường loại 1 theo tiêu chuẩn sau: Đường loại 1 với độ tinh khiết 99%. Độ ẩm Ê 0,1% Hàm lượng đường khử : 0,085%. Hàm lượng tro : Ê 0,05%. Đối với nước: Trong trường hợp dùng nước để pha chế nguyên liệu thì nước phải đảm bảo các tiêu chuẩn sau: Chỉ số coly : 1 – 2 con/l. Hàm lượng Fe, Mg, Mn Ê 0,5mg/l. Độ cứng Ê 180H. Không có vi khuẩn gây bệnh đường ruột. Các chất phụ gia: Các chất phụ gia như hương vị, màu sắc, hương liệu, ... phải là loại dùng trong thực phẩm, đã được kiểm duyệt và cho phép sử dụng. Men giống: Ta sử dụng men nhập ngoại. Yêu cầu men giống phải thuần khiết, không có mùi vị lạ, lổn nhổn hoặc có bọt khí. 2 - Sữa chua thành phẩm. Sữa chua phải được sản suất theo đúng quy trình công nghệ, hợp vệ sinh và phải đạt được những chỉ tiêu sau: Về cảm quan : Màu trắng ngà, mùi đặc trưng của sữa chua, không có mùi vị lạ. Trạng thái đông tụ tốt, mịn, đồng nhất, không có gợn. Về lý hoá: Hàm lượng chất khô ³ 20%. Hàm lượng đường saccaroza ³ 12,2%. Hàm lượng chất béo ³ 2%. Hàm lượng sữa khô không béo ³ 5,5%. Hàm lượng axit: Ê 20 mg/kg. Tạp chất không tan Ê 20 mg/kg. Về số lượng vi sinh vật: Không được có vi trùng gây bệnh và các hiện tượng hư hỏng chứng tỏ có vi sinh vật hoạt động. Thời gian bảo quản sữa chua là 15 – 20 ngày ở nhiệt độ là từ 4 - 100C. * Tiêu chuẩn đối với sữa chua thành phẩm Màu sắc đặc trưng của sữa. Mùi vị đặc trưng của sữa chua, không có mùi vị nào khác. Trạng thái đông tụ, mịn, cứng, nhũ thanh không được quá 3%. Tạp chất không quá 20ppm. Hàm lượng chất khô 18 – 20%. Độ axit 0,72 – 0,86%. Hàm lượng đường 7%. Hàm lượng chất béo 3,2%. Nấm men, Nấm mốc Ê 10 khuẩn lạc / 1g sản phẩm. Coliorm Ê 3 khuẩn lạc / 1g sản phẩm. Không được có các loại vi trùng gây bệnh. 1.6.2 - Thuyết minh công nghệ : Để sản suất được tốt ta nên lập kế hoạch sản suất với thành phần xác định và chính xác. Với sữa chua sản xuất từ sữa bột ta có công thức phối trộn với các thành phần như sau: Nguyên liệu Thành phần (%) Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Bơ Nước 10,0 0,7 12,0 2,5 74,8 Từ các thành phần trên ta dễ dàng tính được khối lượng nguyên liệu cần dùng cho một mẻ nấu . Sau đây là các bước công nghệ: 1. Nguyên liệu : Sữa bột gầy được cân theo mẻ để sản xuất, bơ được hâm nóng ở nhiệt độ 600C. đường, chất ổn định được cân theo công thức. 2. Pha trộn: Nguyên liệu sau khi đã chuẩn bị xong, ta định lượng nước vào nồi trộn. Nồi trộn là nồi hai vỏ, đun nóng đến 400C, sau đó bơm tuần hoàn qua máy trộn. Trong quá trình trộn, cánh khuấy trong nồi quay liên tục. Ta trộn theo thứ tự sữa trước rồi đến đường, chất ổn định và cuối cùng là bơ. Trong quá trình trộn ta luôn luôn giữ nhiệt độ trong nồi ổn định. 3. Nâng nhiệt và đồng hoá lần 1: Hỗn hợp sau khi trộn được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản ở khoảng 50 – 600C rồi bơm qua thiết bị đồng hoá ở áp suất 150 kg/cm2 để làm đồng đều hỗn hợp và phá vỡ cầu mỡ. 4. Thanh trùng lần 1 và ủ hoàn nguyên : Hỗn hợp sau khi đồng hoá được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản và giữ ở nhiệt độ 750C rồi qua thiết bị giữ nhiệt trong 4 phút, sau đó hỗn hợp được làm nguội và làm lạnh xuống 4 – 50C cũng bằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản, sau đó chúng được bơm qua bồn ủ ở 4 – 50C trong 12 tiếng nhằm hoàn nguyên sữa. 5. Thanh trùng lần hai, đồng hoá lần hai, làm nguội : Sau quá trình hoàn nguyên, hỗn hợp được bơm từ bồn ủ qua bồn trung gian rồi qua thiết bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ lên đến 90 – 950C rồi sang bồn giữ nhiệt trong thời gian 4 phút. Tiếp theo đó hỗn hợp được làm nguội xuống 50 – 600C rồi lại đi qua thiết bị đồng hoá ở áp suất 200 kg/cm2, được làm lạnh xuống 420C rồi được bơm vào bể men. 6. Lên men và làm lạnh lần hai: Men dùng trong quá trình này là một loại men nhập ngoại, đây là men được tổng hợp từ hai chủng steptococus thermephilus và lactobacilus Bungaricus và được làm khô bằng phương pháp sấy phun. Loại men này hoạt động tốt ở 40 – 450C. ở nhiệt độ này steptococus thermephilus làm đông tụ sữa sau 12 – 14 tiếng. Giới hạn axit đạt tới 1 – 11%. Chủng Bungaricus làm đông tụ trong khoảng 12 tiếng, độ axit đạt tới 2,7 – 3,1%. Men sấy khô là một hình thức bảo quản giống để cung cấp cho sản xuất. Khi sấy khô, các vi khuẩn không hoạt động, do đó không thể sử dụng ngay cho sản xuất. Thường để sản xuất ta phải cấy truyền một số lần để tăng hoạt tính và tốc độ sinh trưởng của giống ban đầu. Qua mỗi lần cấy truyền với số lượng tăng dần lên. Thường sau 3 – 4 lần cấy hoạt tính có đặc tính khá mạnh, men có khả năng làm đông tụ sữa sau 2 - 3 tiếng. Các đặc tính của bột giống ( men sấy khô ). Hàm ẩn < 5%. Số lượng tế bào khoảng 400 – 500 triệu tế bào / gam bột sữa. Hoạt tính lên men: 1 gam bột làm đông 1 lit sữa / 10 tiếng. Thời gian bảo quản 6 tháng ở 4 – 100C. Quy trình sử dụng bột giống để sản xuất sữa chua: Chế độ kỹ thuật và các điều kiện của quy trình sản xuất. + Giống cấp 1 : Nhiệt độ thanh trùng : 90 – 950C Thời gian : 40 – 45’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống 40 – 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,65 – 0,7 Thời gian nuôi : 8 – 10h + Giống cấp 2: Nhiệt độ thanh trùng : 90 – 950C Thời gian :30 - 40’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống : 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,7 – 0,75 Thời gian nuôi : 4 - 6h + Giống cấp 3 : Nhiệt độ thanh trùng : 90 – 950C Thời gian : 20 - 30’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống : 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,7 – 0,8 Thời gian nuôi : 3 - 4h + Sản xuất : Nhiệt độ thanh trùng : 85 - 900C Thời gian : 20 – 30’ Nhiệt độ làm nguội và cấy giống : 450C Nhiệt độ phòng ấm 42 – 450C Nhiệt độ phòng bảo quản 4 – 60C Độ axit (% theo axit lactic ) : 0,7 – 0,8 Thời gian nuôi : 3 - 4h ở giống này thời gian lên men giảm rõ rệt nhưng giống bị vón cục không sử dụng làm giống cho sản phẩm được. Sơ đồ sử dụng bột giống để sản xuất sữa chua : Giống cấp 2 Giống cấp 2 Giống cấp 3 Giống cấp 3 Giống cấp 1 7 - Rót hộp : Khi rót hộp ta có thể cho cánh khuấy quay chậm trong bồn rót ta rót sữa chua vào hộp 120 ml. Nếu sữa chua có nhân thì ta chuẩn bị sẵn nhân và đổ vào bồn chứa riêng ở máy rót hộp để máy tự động bơm vào cùng hỗn hợp sữa chua. Nhân sữa chua thường là mứt quả như mơ, dâu, trái cây tổng hợp,... và được bơm vào với tỉ lệ 14% so với sữa chua thành phẩm. Toàn bộ quá trình rót hộp, ghép nhân và đánh dấu ngày giờ hết hạn được tiến hành tự động khép kín trong nhà máy từ đầu đến cuối để đảm bảo vô trùng,lo. 8.Chuyển vào kho lạnh Sữa chua thành phẩm được chuyển vào kho lạnh bảo quản ở nhiệt độ từ 4 - 50C trong vòng ít nhất là 24h trước khi đem đi tiêu thụ. Mục đích bảo quản trong thời gian 24h là để cho quá trình lên men của sữa chua được tiếp tục và tăng thêm hương vị đặc trưng của sữa chua. Quá trình này còn gọi là qúa trình làm chín sinh học. Trong suốt quá trình này sữa chua sẽ tạo ra chất thơm, chất kháng sinh và vitamin nhóm B. Chương ii Tính cân bằng chất và cân bằng nhiệt từng công đoạn 2.1 - Tính toán cân bằng chất dây chuyền sản xuất sữa chua Nhà máy sản xuất 300 (ngày/năm) vì trừ các ngày nghỉ, chủ nhật, lễ tết,. Mỗi ngày nhà máy chỉ sản xuất 2 ca. Chương trình sản xuất của nhà máy là 10.000(kg sữa chua/ ngày ). Tính khối lượng nguyên liệu cần dùng để sản xuất là: + Ta có thể pha chế nguyên liệu theo công thức : Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định Đường Nước 2,5 10,0 0,7 12,0 74,8 Trong quá trình sản xuất sữa chua từ nguyên liệu đến thành phẩm thì hao hụt trong quá trình này là 2%. Do vậy, tổng khối lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất là: (10.000 . 2%) + 10.000 = 10.200 (Kg/ngày) + Số lượng men cho vào sản xuất trong một ca là: mmen = 5100.5% = 255(Kg/ca). + Lượng nguyên liệu đầu đưa vào sản xuất trong một ca là: mnguyên liệu = 5100 – 255 = 4845(Kg/ca) Trong đó: Lượng sữa gầy là: 4845.10% = 484,5 (Kg/ca) Lượng đường là: 4845.12% = 581,4 (Kg/ca) Lượng chất ổn định là: 4845.0,7% = 33,915 (Kg/ca) Lượng bơ là: 4845.25% = 121,125 (Kg/ca) Lượng nước là: 4845.74,8% = 3624,06 (Kg/ca) Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một ca là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 484,5 581,4 33,915 121,125 3624,06 Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một ngày là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 969 1162,8 67,83 242,25 7248,12 Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một năm là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 290700 348840 20349 72675 2174436 + Tỷ trọng của sữa chua được tính theo công thức. C = 1,21.F + 0,25.a + 0.66 Trong đó: F: Phần trăm chất béo .(F = 2,5%) a: Độ tỉ trọng a = 88,46 vậy C = 1,21.25% + 0,25.88,64 + 0,66 = 22,85% Vậy tỉ trọng của sữa chua là: 1,08846 + Số hộp sữa chua cần sử dụng để đóng trong một ca là : (ta sử dụng hộp 120 mg) 5000 : (1,08846.0,12) = 38281 (hộp/ca) Vậy lượng hộp nhà máy cần dùng trong một ngày là (tính cả 3% hao phí bảo quản và đóng gói ): 38281 ´ 2 = 76562 (hộp/ngày) Vậy lượng hộp nhà máy cần dùng trong một năm là (tính cả 3% hao phí bảo quản và đóng gói ): (76562 + 76562 ´ 3% ) ´ 300 = 23037505.8 + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một ca là: (1 thùng chứa 48 hộp) 38281 : 48 = 797,52 (thùng/ca) + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một ngày là: (1 thùng chứa 48 hộp) 797,52 ´ 2 = 1559,041(thùng/ngày) + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một năm là: (1 thùng chứa 48 hộp) 1559,041 ´ 300 = 478512,5 (thùng/năm) 2.2 - Tính cân bằng nhiệt . 2.2.1 - Tính năng suất lạnh phục vụ cho dây chuyền sản suất sữa chua . Tổng năng xuất lạnh cần cấp cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất sữa chua là: Q01 = (kw) Trong đó: Q1 : Năng suất lạnh để làm lạnh sữa từ nhiệt độ thanh trùng lần 1 đến nhiệt độ ủ hoàn nguyên. Q2 : Năng suất lạnh để làm nguội sữa chua sau quá trình hoàn nguyên đến nhiệt độ lên men. Q3 : Năng suất lạnh ở công đoạn sau lên men đến nhiệt độ rót hộp. Q4 : Năng suất lạnh của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (nhiệt độ của kho lạnh). 1. Năng suất lạnh Q1 để làm lạnh sữa từ nhiệt độ thanh trùng lần ._.