Công nghệ sản xuất sữa bột

MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 3 I. Nguyên liệu chính 3 II. Phụ gia 3 PHẦN 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT 5 A.Quy trình sản công nghệ sản xuất sữa bột nguyên cream 5 I. Quy trình sản xuất 5 II. Thuyết minh quy trình 6 B. Quy trình sản xuất sữa bột gầy 7 C. Sản xuất sữa bột tan nhanh 7 D. Giới thiệu quy trình theo thiết bị 8 PHẦN 3: MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT 9 I. THIẾT BỊ LY TÂM DÙNG TRONG QUÁ TRÌNH CHUẨN HÓA 9 1. Phân loại theo nhiệt độ làm việc 10 1.1. Thiết bị ly tâm lạnh 10 1.2. Thiết bị ly tâm ấm 11 2. Cách phân loại khác 11 2.1.Thiết bị ly tâm loại nửa hở 11 2.2. Thiết bị ly tâm kín 12 3. Giới thiệu một số thiết bị sử dụng hiện nay 13 II. THIẾT BỊ THANH TRÙNG 14 1. Thiết bị thanh trùng dùng nhiệt 14 1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng 15 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống 16 1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học 17 2. Thiết bị ly tâm tách VSV kết hợp trong thanh trùng 18 2.1. Phân loại 18 2.2. Một số thiết bị ly tâm 19 3. Thiết bị membrane tách vi sinh vật 20 III. THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 22 1. Thiết bị cô đặc bốc hơi 22 1.1 Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng hình trụ 22 1.2. Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng bảng mỏng 24 1.3. Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức 24 1.4. Hệ thống bốc hơi nhiều cấp 25 1.5. Một số thiết bị 25 2. Thiết bị cô đặc membrane 27 3. So sánh 2 nhóm thiết bị 28 IV. THIẾT BỊ ĐỒNG HÓA 29 1. Một số thiết bị đồng hóa áp lực cao 29 2. So sánh giữa các nhóm thiết bị 31 V. THIẾT BỊ SẤY 31 1. Thiết bị sấy trục 32 2. Thiết bị sấy phun 34 3.Sự kết tụ ứng dụng trong công nghệ sản xuất sữa tan nhanh 40 VII. THIẾT BỊ BAO GÓI 42 VII. THIẾT BỊ CHỨA VÀ VẬN CHUYỂN 46 PHẦN 4: SẢN PHẨM SỮA BỘT 48 I. Sữa bột được sản xuất trong nuớc 48 1. Sữa gầy 48 1.1.Sữa dành cho trẻ em 50 1.2 Sữa dành cho phụ nữ mang thai 51 1.3 Sữa dành cho người cao tuổi 51 2. Sữa nguyên kem 52 II. Sữa bột được sản xuất ở nước ngoài 52 1. Sữa nguyên liệu 52 2. Sữa thành phẩm 53 2.1 Sữa bột gầy 53 2.2 Sữa bột nguyên kem 54 PHẦN 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM 57 PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I. Nguyên liệu chính Nguyên liệu để sản xuất sữa bột là sữa tươi nguyên cream (whole milk) hoặc sữa gầy (skimmilk). Để sản phẩm có chất lượng tốt và ổn định, sữa nguyên liệu phải đáp ứng các yêu cầu về chỉ tiêu hóa lý, cảm quan và vi sinh. Tùy quy trình chế biến áp dụng tại nhà máy, mỗi cơ sở sản xuất sẽ tự thiết lập các yêu cầu chỉ tiêu thích hợp. Bảng 1.1 Thành phần hóa học của sữa bò (% khối lượng) Protein tổng  Casein  Chất béo  Carbohydrate  Khoáng   3,4  2,8  3,9  4,8  0,8   Bảng 1.2 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò Vitamin  Hàm lượng  Vitamin  Hàm lượng (mg/l)  Vitamin  Hàm lượng (μg/l)   A D E K  0,2 ÷ 2,0 mg/l 0,375 ÷ 0,5 μg/l 0,75 ÷ 1,0 mg/l 80 μg/l  B1 B2 B3 B5 B6  0,44 1,75 0,94 3,46 0,5  B12 C Biotine Acid folic  4,3 20 30 2,8   II. Phụ gia Trong sản xuất sữa bột người ta có thể sử dụng một số phụ gia sau: 1.Chất ổn định - Muối citratenatri, citratekali. - Muối chloride của kali, calci. - Di-, tri-, polyphosphate hay orthophosphate của natri, kali hay calci… 2.Chất tạo nhũ - Lecithine (hay phospholipids nguồn gốc tự nhiên). - Mono- và diglycerides của acid béo. 3.Chất chống oxy hóa - Acid L-ascorbic, ascorbatenatri, ascorbyl palmitate. - Butylate hydroxyanisole (BHA). - Gallat propyl, gallat lauryl… Ngoài ra để tăng giá trị dinh dưỡng và đa dạng hóa các sản phẩm sữa bột, các nhà sản xuất còn bổ sung thêm các chất vi dinh dưỡng như vitamin, khoáng, các acid béo cần thiết, các acid amin và chất xơ (fructose-oligosaccharide- FOS) trong quá trình chế biến. PHẦN 2 [1] QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT A.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT NGUYÊN CREAM I. QUY TRÌNH SẢN XUẤT Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa bột nguyên cream II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Chuẩn hóa Quá trình này có mục đích hiệu chỉnh hàm lượng chất béo có trong nguyên liệu. Tùy vào chỉ tiêu chất béo trong sản phẩm để hiệu chỉnh hàm lượng béo thích hợp cho nguyên liệu và được thực hiện trên dây chuyền tự động. Sữa nguyên liệu được bơm vào máy ly tâm hoạt động theo nguyên tắc liên tục. Có hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị là dòng sữa gầy và dòng cream. Một phần cream sẽ được phối trộn trở lại với dòng sữa gầy để hàm lượng chất béo trong hỗn hợp đạt giá trị yêu cầu. Thanh trùng Quá trình thanh trùng nhằm làm giảm số VSV trong sữa xuống dưới mức thấp nhất, đồng thời vô hoạt các enzyme, đặc biệt là nhóm enzyme bền nhiệt lipase. Thông thường sữa được thanh trùng ở 80 – 85oC trong vài giây. Để đảm bảo tiêu diệt VSV và hạn chế các biến đổi về chất lượng sữa do nhiệt độ, hiện nay một số nhà máy sử dụng kết hợp phương pháp ly tâm hoặc vi lọc để tách bớt VSV trước khi xử lý nhiệt. Cô đặc Mục đích quá trình cô đặc là tách bớt một lượng nước ra khỏi sữa để tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình sấy sữa tiếp theo. Để hạ nhiệt độ cô đặc, người ta thường sử dụng phương pháp cô đặc chân không. Nhiệt độ sữa trong quá trình cô đặc không vượt quá 76oC. Trong sản xuất hiện nay, người ta thường dùng thiết bị cô đặc nhiều cấp dạng màng rơi. Ngoài ra, theo phương pháp mới, người ta có thể cô đặc sữa bằng membrane. Đồng hóa Sau quá trình cô đặc, hàm lượng chất béo trong sữa khá cao. Một số nhà sản xuất thực hiện quá trình đồng hóa để làm giảm kích thước hạt béo và phân bố đều trong sữa. Để quá trình đông hóa hiệu quả, người ta thường sử thiết bị đồng hóa hai cấp. Sấy Quá trình sấy tách nước trong sữa dưới tác dụng của nhiệt độ để hàm ẩm trong sản phẩm cuối cùng không quá 5% và thu được sản phẩm dạng bột. Người ta có thể sử dụng các thiết bị sấy như: thiết bị sấy thăng hoa (freeze dryer), thiết bị sấy trục (drum/roller dryer) hoặc thiết bị sấy phun (spray dryer). Xử lý Sữa bột sau khi sấy phun sẽ được đưa qua hệ thống rây rồi vào thiết bị đóng gói. Sữa bột nguyên cream có hàm lượng béo khá cao nên khó hòa tan trong nước. Vì vậy trong giai đoạn xử lý sữa, người ta có thể thực hiện quá trình lecithine hóa để khắc phục nhược điểm đó. Bao gói Thông thường, sản phẩm được đựng trong bao bì giấy hoặc bao bì kim loại. Yêu cầu chung của bao bì là phải hạn chế sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến sản phẩm. B. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT GẦY Hình 2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy tương tự như quy trình sản xuất sữa bột nguyên cream. Do hàm lượng chất béo trong sản phẩm thấp nên người ta thường bỏ qua giai đoạn đồng hóa sữa sau khi cô đặc. C. SẢN XUẤT SỮA BỘT TAN NHANH (Instant milk powder) Quy trình sản xuất sữa bột tan nhanh tương tự như quy trình sản xuất sữa bột nguyên kem hay sữa bột gầy. Điểm khác biệt ở đây là sau quá trình sấy phun các hạt sữa được làm ẩm trở lại để quá trình kết dính giữa chúng tạo ra những khối hạt mới diễn ra dễ dàng hơn. Tiếp theo, các khối hạt ssẽ được sấy tách ẩm và làm nguội. Các hạt sữa bột thông thường có kích thước từ 30 - 80μm. Riêng hạt sữa bột tan nhanh sẽ có kích thước lớn hơn từ 150 - 200 μm. D. GIỚI THIỆU QUY TRÌNH THEO THIẾT BỊ
Hình 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất sữa bột theo thiết bị PHẦN 3 MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA BỘT I. THIẾT BỊ LY TÂM DÙNG TRONG QUÁ TRÌNH CHUẨN HÓA
1- tỷ trọng kế; 2- lưu lượng kế ; 3- van điều khiển; 4- hộp điều khiển; 5- van ổn định áp suất; 6- van khóa; 7- van kiểm tra Hình 3.1 Sơ đồ chuẩn hóa sữa Dòng sữa nguyên liệu sau khi qua thiết bị ly tâm cho ra hai dòng sản phẩm: một dòng là sữa gầy và dòng kia là cream. Để sản xuất sữa bột người ta phối trộn sữa gầy và cream với một tỉ lệ thích hợp ở bộ phận phối trộn (được điều khiển tự động). Thiết bị ly tâm tách béo

Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị ly tâm dạng dĩa Để tách béo ra khỏi sữa, người ta dùng thiết bị ly tâm dạng dĩa (H.3.2). Thiết bị gồm thân máy, bên trong là thùng quay được nối với motor truyền động. Các đĩa quay hình nón cụt, có đường kính dao động từ 20 – 102cm và được xếp chồng lên nhau. Khoảng cách giữa các đĩa ly tâm liên tiếp từ 0,5 – 1,3mm. Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục. Đầu tiên, sữa nguyên liệu được nạp vào máy ly tâm theo cửa vào (ở đỉnh hoặc đáy thiết bị), tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn vào các khoảng không gian hẹp giữa các dĩa ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa được phân chia thành hai phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ chuyển động hướng về phía trục của thùng quay; phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ chuyển động về phía thành thùng quay. Cả hai dòng sản phẩm sẽ theo những kênh riêng để thoát ra ngoài. 1. Phân loại theo nhiệt độ làm việc Nhìn chung có hai phương pháp ly tâm tách béo từ sữa nguyên liệu: thực hiện quá trình ly tâm ở nhiệt độ lạnh hay ở nhiệt độ ấm. Sữa sau khi tiếp nhận sẽ được bảo quản ở 4oC, người ta có thể đưa trực tiếp sữa ở nhiệt độ này vào thiết bị ly tâm trong quá trình chuẩn hóa sữa – phương pháp ly tâm lạnh; theo cách khác, sữa được gia nhiệt đến 50 – 60oC trước khi đưa vào ly tâm – phương pháp ly tâm ấm. 1.1. Thiết bị ly tâm lạnh Nhiệt độ trong thiết bị: 4- 5oC. Hàm lượng béo trong sữa gầy. Hàm lượng béo tối đa trong cream (ở 4oC) thường là 45%.
1-Bồn chứa sữa nguyên liệu; 2, 16-bơm; 3-bồn cân bằng; 4-bơm nhập liệu (vào thiết bị ly tâm); 5-cảm biến lưu lượng; 6-van tự động; 7, 12-áp kế; 8-ống rửa thiết bị; 9-thiết bị ly tâm lạnh; 10, 14-van điều khiển; 11-dòng sữa gầy; 15-bồn chứa cream Hình 3.3 Sơ đồ ly tâm tách béo ở nhiệt độ thấp Ưu điểm: Quá trình ly tâm được thực hiện ở nhiệt độ thấp nên hạn chế ảnh hưởng xấu đến giá trị cảm quan và dinh dưỡng của sữa. Không tốn chi phí thiết bị và chi phí năng lượng cho quá trình gia nhiệt. Nhược điểm: Độ nhớt của nguyên liệu cao nên tốn nhiều năng lượng để vận hành thiết bị ly tâm. Chất béo trong nguyên liệu đóng rắn ở nhiệt độ thấp nên hiệu suất tách dòng sữa gầy không cao. 1.2. Thiết bị ly tâm ấm Thường được sử dụng trong quá trình ly tâm ở nhiệt độ cao nằm trong dây chuyền thanh trùng sữa. Quá trình chuẩn hóa áp dụng cho cả cream và sữa gầy. Nhiệt độ trong thiết bị: 50 – 60oC. Hàm lượng béo trong cream dao động trong khoảng rộng từ 20 – 70%.
4 1-bồn chứa sữa nguyên liệu; 2–bơm; 3-bồn cân bằng; 5-thiết bị đo lưu lượng; 4-thiết bị truyền nhiệt bảng mỏng; 7- thiết bị ly tâm Hình 3.4 Sơ đồ ly tâm tách béo ở nhiệt độ cao Ưu điểm: Độ nhớt của dung dịch không cao. Điều chỉnh hàm lượng béo trong cream dao động trong khoảng rộng. Chất béo ở trạng thái lỏng nên quá trình ly tâm đạt hiệu quả cao. Nhược điểm: Tốn chi phí năng lượng và thiết bị truyền nhiêt. Có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sữa. 2 Cách phân loại khác 2.1. Thiết bị ly tâm loại nửa hở (semi-open separator)
1-bộ phận phân phối; 2- đĩa ly tâm; 3-kênh dẫn cream; 4- kênh dẫn sữa gầy Hình 3.5 Thiết bị ly tâm tách béo loại nửa hở Trong quá trình vận hành, có khoảng không gian trống trong thiết bị. Sữa được đưa vào thân máy ở cửa vào (thường nằm ở đỉnh), xuyên qua ống trục stator. Khi sữa vào phần sườn của bộ phận phân phối (1), sẽ được tăng tốc nhờ tốc độ quay của rotor của thùng quay trước khi tiếp tục đi vào kênh dẫn giữa các dĩa. Lực ly tâm đẩy sữa ra xa tạo thành một bề mặt hình trụ. Nó liên thông với không khí ở áp suất khí quyển, nghĩa là áp suất của sữa tại bề mặt là áp suất khí quyển. Áp suất này tăng dần theo chiều tăng khoảng cách so với trục của thiết bị. 2.2. Thiết bị ly tâm kín (hermetic separator)
1-bơm sản phẩm ra; 2- nắp thiết bị; 3-kênh phân phối; 4-dĩa quay;5-bộ phận nối thân và nắp; 6-bộ phận phân dòng; 7-bề mặt thùng quay; 8-thân máy; 9-trục dẫn nguyên liệu vào Hình 3.6 Thiết bị ly tâm tách béo kín Khi vận hành, toàn bộ thiết bị chứa đầy sữa. Sữa được đưa vào thiết bị thông qua trục dẫn ở thân máy và đạt cùng vận tốc với thùng quay. Sau đó xuyên qua kênh dẫn của chồng dĩa và phân phối vào khe hở giữa các dĩa. Thùng quay luôn chứa đầy sữa trong quá trình vận hành do đó không có không khí ở vùng tâm. Áp lực sinh ra nhờ bơm nguyên liệu ở đầu vào đủ để đưa dòng sữa chảy xuyên qua máy ly tâm đến bơm cream và sữa gầy tại cửa ra. Đường kính của đầu đẩy bơm được thiết kế để đạt được áp suất cần thiết tại đầu ra. 3 Giới thiệu một số thiết bị sử dụng hiện nay Thiết bị ly tâm của hãng Westfalia
Hình 3.7 Thiết bị ly tâm MSA 170 Hình 3.8 Thiết bị ly tâm MSB 130 Mã số: MSB 130 Năng suất: 33000 hrlbs/

Hình 3.9 Thiết bị ly tâm MSD 300 Hình 3.10 Thiết bị ly tâm MSG 85 Thiết bị ly tâm hãng Tetrapak Năng suất: 5000 - 75000 l/h Công suất: 0,5KW Thể tích: 3,3 m3 Hình 3.11 Thiết bị Tetra Alfast Thiết bị ly tâm ấm của hãng Alfa Laval Năng suất: 35000 – 50000 l/h Công suất: 25kW Hình 3.12 Thiết bị ly tâm Alfa Laval HMRPX 718 HGV II. THIẾT BỊ THANH TRÙNG Phương pháp thực hiện quá trình thanh trùng có thể dùng nhiệt; kết hợp ly tâm hay lọc membrane để tách VSV và xử lý nhiệt. 1. Thiết bị thanh trùng dùng nhiệt Sữa có thể được gia nhiệt trực tiếp hay gián tiếp để đạt nhiệt độ 80 – 85oC và được giữ nhiệt trong vài giây. Thiết bị sử dụng trong phương pháp gia nhiệt gián tiếp có ba loại phổ biến: Trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng (plate heat exchangers). Trao đổi nhiệt dạng ống (tubular heat exchangers). Trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học (scraped – heat exchangers) Thiết bị gia nhiệt trực tiếp: Thiết bị phối trộn dạng ống với đầu phun hơi. Thiết bị phối trộn dạng hình trụ đứng. 1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng

Hình 3.13 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật, rất mỏng và được làm bằng thép không gỉ. Mỗi tấm bảng có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Khi ghép các tấm bảng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành hệ thống đường vào và ra của sữa và tác nhân gia nhiệt. Sữa lần lượt đi qua các vùng gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Có thể bố trí để sữa đi ra ở vùng làm nguội trao đổi nhiệt với sữa đi vào ở vùng gia nhiệt.

Hình 3.15 Thiết bị truyền nhiệt dạng Hình 3.14 Thiết bị truyền nhiệt dạng bảng mỏng Tetra Plex CD bảng mỏng của hãngPolaris

Hình 3.16 Thiết bị truyền nhiệt dạng Hình 3.16 Thiết bị truyền nhiệt dạng bảng mỏng của hãng UKAS bảng mỏng của hãng APV Nhiệt độ tối đa: 200oC Áp suất: 10 – 25 bar 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống
 Hình 3.17 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống Có hai dạng: Thiết bị gồm những ống hình trụ lồng vào nhau trong đó sữa và tác nhân gia nhiệt đi trong các ống xen kẽ nhau. Thiết bị gồm một ống lớn và chùm ống nhỏ bên trong, sữa đi trong những ống nhỏ và tác nhân gia nhiệt đi ngoài ống lớn. Tác nhân gia nhiệt và sữa có thể đi cùng chiều hay ngược chiều nhau.

Hình 3.18 Thiết bị trao đổi nhiệt Hình 3.19 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng chùm ống của hãng APV của hãng Statco 1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học
 Hình 3.20 Thiết bị dạng ống có cánh khuấy Thiết bị gồm hai ống hình trụ đồng trục có đường kính khác nhau đặt lồng vào nhau. Trục là roto có gắn cánh khuấy và một số thanh chắn theo phương thẳng đứng. Sữa được bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía đáy thiết bị và được tháo ra ở đỉnh. Ngược lại, tác nhân gia nhiệt được nạp vào từ đỉnh theo khoảng không gian giữa hai thân trụ và tháo ra phía gần đáy.
Hình 3.22 Thiết bị gia nhiệt dạng ống có khuấy trộn của hãng APV Nhiệt độ tối đa: 150oC Áp suất tối đa: 30 bar Bảng 3.1 So sánh ưu, nhược điểm các loại thiết bị trao đổi nhiệt  Thiết bị dạng bảng mỏng  Thiết bị dạng ống  Thiết bị dạng ống có khuấy trộn   Ưu điểm  Hiệu quả truyền nhiệt cao.  Thanh trùng sữa có hàm lượng béo cao hơn so với thiết bị dạng bảng mỏng.  Áp dụng cho mẫu có độ nhớt cao. Thích hợp thanh trùng hay tiệt trùng riêng dòng cream và dòng sữa có hàm lượng vi sinh vật cao (khi kết hợp ly tâm hay lọc tách VSV).   Nhược điểm  Không hiệu quả khi thanh trùng sữa có hàm lượng béo cao.  Hiệu quả truyền nhiệt thấp hơn so với thhiết bị dạng bảng mỏng  Tốn năng lượng để thực hiện khuấy trộn.   2. Thiết bị ly tâm tách VSV kết hợp trong thanh trùng Để giảm thời gian và nhiệt độ thanh trùng sữa tránh tổn thất giá trị dinh dưỡng và vẫn đảm bảo hiệu quả thanh trùng, người ta sử dụng thiết bị ly tâm tách VSV trước khi xử lý nhiệt. Người ta sử dụng thiết bị ly tâm dạng dĩa, hoạt động theo phương pháp liên tục. Nguyên tắc hoạt động về cơ bản giống với thiết bị ly tâm tách béo. 2.1. Phân loại Có hai dạng thiết bị ly tâm chính để tách VSV Thiết bị có hai dòng thoát sản phẩm: Sữa nguyên liệu được nặp vào thiết bị ở phía đáy. Thông qua thiết bị ly tâm sẽ có hai dòng sữa ra khỏi thiết bị. Dòng sữa ít VSV có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ thoát ra ở đỉnh thiết bị, dòng sữa giàu VSV chiếm 3% thể tích sữa nguyên liệu có khối lượng riêng lớn sẽ thoát ra ở của hông thiết bị. Dòng sữa giàu VSV sẽ được tiệt trùng riêng, và dòng sữa ít VSV chỉ cần thanh trùng trong thời gian ngắn.
Hình 3.23 Thiết bị ly tâm tách vi sinh vật với hai dòng thoát sản phẩm Thiết bị có một dòng thoát sản phẩm: dòng sữa đã tách VSV sẽ thoát ra ở đỉnh thiết bị, các tế bào sinh dưỡng và bào tử VSV dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ bám trên thân thùng quay và được tháo bỏ định kỳ. Phần sữa chứa VSV trong thiết bị chiếm 0,15% thể tích sữa nguyên liệu. Nhiệt độ tối ưu để tách VSV ra khỏi sữa là 55 – 60oC. Phương pháp này có thể tách phần lớn các tế bào sinh dưỡng và bào tử của nhóm vi khuẩn chịu nhiệt như Clostridium nhờ vậy giảm nhiệt độ thanh trùng sữa. 2.2. Một số thiết bị ly tâm Thiết bị ly tâm tách VSV của hãng Tetra pak Westfalia Năng suất tối đa: 50000 l/h. Nhiệt độ ly tâm: 50 – 60oC
Hình 3.24 Thiết bị ly tâm HyVOL CSE 500 Thiết bị ly tâm hãng Tetra pak Bảng 3.2 Giới thiệu thông số một số thiết bị ly tâm  Lưu lượng (l/h)  Công suất động cơ (kW)    Thông thường  Max    BB 610 HGD BM 714 HGV BB 714 HGV BM 618 HGV BB 618 HGV BB 818 HGV BB 918 HGV  5000 15000 15000 25000 25000 35000 40000  10000 15000 25000 25000 45000 45000 50000  18,5 22 22 25 25 37 42  
Hình 3.25 Thiết bị ly tâm Tetra Centri 3. Thiết bị membrane tách vi sinh vật Phương pháp phân riêng bằng membrane cho phép chúng ta tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp ở mức độ phân tử hoặc ion. Đối tượng của quá trình thường là dung dịch chứa các cấu tử hòa tan có phân tử lượng khác nhau. Động lực của quá trình phân riêng là áp suất. Kết quả của quá trình phân riêng bằng membrane cho ta hai dòng sản phẩm: + Dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate. + Dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate. Trong công nghiệp chế biến sữa, thường sử dụng bốn quá trình: vi lọc(Micro-Filtration - MF), siêu lọc (Ultra-Filtration – UF), lọc nano (Nano-Filtration – NF) và thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis – RO). Để tách VSV ra khỏi sữa, người ta sử dụng quá trình vi lọc. Kích thước membrane được chọn là 0,2μm. Quá trình vi lọc chỉ thực hiện được trên dòng sữa gầy vì chất béo trong sữa dễ bị hấp thụ lên membrane, dẫn đến hiện tượng tắt nghẽn màng lọc. Dòng sữa gầy sau khi qua thiết bị ly tâm tách béo sẽ được đưa qua thiết bị vi lọc membrane để tách VSV. Sản phẩm không qua membrane (retentate) sẽ được tiệt trùng riêng với phần cream. Một số thiết bị lọc membrane tách vi sinh vật Hình 3.26 Thiết bị lọc membrane OBRAT Vật liệu membrane: ceramic Thiết bị lọc membrane của hãng ALPMA + Vật liệu membrane: ceramic. + Kích thước lỗ lọc: 1,4 μm.
Hình 3.27 Thiết bị lọc membrane của hãng Alpma Ưu điểm của phương pháp kết hợp membrane trong thanh trùng: Chỉ có phần cream và dòng sữa giàu vi sinh vật được tiệt trùng ở nhiệt độ cao nên ít làm thay đổi chất lượng sữa. Quá trình ít tiêu tốn năng lượng. Nhược điểm Nhược điểm lớn của phương pháp phân riêng bằng membrane là dễ xảy ra hiện tượng tắt nghẽn màng lọc. Vì vậy phải chọn vật liệu membrane thích hợp để quá trình phân riêng đạt hiệu quả cao. III. THIẾT BỊ CÔ ĐẶC Quá trình cô đặc sẽ tách bớt một lượng nước ra khỏi sữa để tiết kiệm chi phí cho quá trình sấy sữa tiếp theo. Trong quá trình cô đặc bằng nhiệt người ta sử dụng hơi để gia nhiệt sữa và nâng nhiệt độ của sữa lên tới điểm sôi. Khi đó nước từ trạng thái lỏng sẽ chuyển qua trạng thái hơi và thoát ra môi trường xung quanh. Cùng với nước, các chất khí và các cấu tử dễ bay hơi có trong sữa cũng sẽ bị mất đi. Tốc độ bốc hơi sẽ bị ảnh hưởng bởi tốc đô truyền nhiệt trong sữa và tốc độ truyền khối của các bọt hơi. Cùng với kỹ thuật membrane, cô đặc nhiệt là một kỹ thuật truyền thống thường được sử dụng cho mục đích trên. Nhìn chung, năng lượng sử dụng trong quá trình cô đặc bằng nhiệt thường cao hơn khi ta so sánh với các kỹ thuật cô đặc. Tuy nhiên, hàm lượng chất khô trong mẫu qua cô đặc nhiệt có thể đạt được giá trị rất cao mà các kỹ thuật khác không thể đạt được. Chính vì vậy mà kỹ thuật cô đặc bằng nhiệt vẫn được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa và các công nghiệp thực phẩm khác (sản xuất đường saccharose, nước trái cây cô đặc,…) Người ta chủ yếu sử dụng phương pháp cô đặc chân không. Nhiệt độ của sữa trong quá trình cô đặc không vượt quá 76oc. Các thiết bị cô đặc bốc hơi trong thực phẩm rất đa dạng. Trong công nghiệp chế biến sữa, người ta sử dụng hai nhóm thiết bị: bốc hơi tuần hoàn và bốc hơi màng rơi. Nhóm thiết bị cô đặc tuần hoàn sử dụng trong trường hợp cần bay hơi một lượng nhỏ nước trong sữa. Sữa sau quá trình cô đặc, chuẩn bị cho quá trình sấy phun có nồng độ chất khô khoảng 45-55%. Do đó thiết bị được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là nhóm bốc hơi màng rơi. 1. Thiết bị cô đặc bốc hơi Dựa vào cấu tạo, nhóm thiết bị này được chia thành Hệ thống một cấp: Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng hình trụ: Màng chảy xuôi Màng chảy ngược Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng bảng mỏng Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức Hệ thống bốc hơi nhiều cấp 1.1 Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng hình trụ (thin film evaporator) 1.1.1 Màng chảy xuôi Hình 3.28 Thiết bị cô đặc màng chảy xuôi Nguyên lý Dung dịch sữa cần cô đặc, sau khi được gia nhiệt sơ bộ, đi vào phía trên của thiết bị cô đặc từ phía trên và sẽ chảy xuống tạo một lớp màng mỏng bao lấy bề mặt truyền nhiệt. Bề mặt truyền nhiệt là thân các ống hình trụ đứng được đặt trong thiết bị bốc hơi. Tác nhân gia nhiệt đi phía ngoài các ống truyền nhiệt gia nhiệt cho dung dịch tuần hoàn phía trong ống. Sản phẩm đạt nồng độ yêu cầu được lấy ra ở đáy thiết bị một phần. Phần lớn sữa được đi qua buồng bốc hơi thứ, hơi nước bốc lên dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet. Hệ thống gắn kèm bơm chân không duy trì áp suất chân không trong thiết bị. 1.1.2 Màng chảy ngược Nguyên lý hoạt động như thiết bị trên, tuy nhiên sữa nguyên liệu được nhâp ở đáy. Buồng bốc ở ngoài buồng đốt. Sau khi trao đổi nhiệt với hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt, sữa chảy qua buồng bốc. Tại đây hơi thứ bốc lên đi qua thiết bị ngưng tụ. Sữa sau cô đặc được lấy ra ở đáy buồng bốc. Hình 3.29 Thiết bị cô đặc màng chảy ngược 1.2. Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng bảng mỏng Hình 3.30 Thiết bị cô đặc bốc hơi bảng mỏng Nguyên lý hoạt động tương tự như các thiết bị trên nhưng bề mặt trao đổi nhiệt là các tấm bảng mỏng. Ứng với mỗi tấm bảng, một bên là tác nhân gia nhiệt, còn một bên là sữa nguyên liệu. Phần hơi sau quá trình gia nhiệt sẽ được ngưng tụ và thoát ra ngoài. Hỗn hợp sữa cô đặc và hơi thứ thoát ra khỏi thiết bị sẽ đi vào bộ phân tách hơi thứ. Tương tự như các thiết bị trên hơi thứ trước khi ra khỏi hệ thống sẽ đi qua bộ phận ngưng tụ braromet để đảm bảo áp suất chân không cho hệ thống. 1.3. Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức Nguyên lý Giống như thiết bị cô đặc bốc hơi dạng hình trụ nhưng ở đây người ta bố trí bơm để tăng tốc độ tuần hoàn của sữa trong thiết bị. Giảm hiện tượng bám cặn trong thiết bị, cải thiện hệ số truyền nhiệt. Hình 3.31 Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức 1.4. Hệ thống bốc hơi nhiều cấp Hình 3.32 Hệ thống cô đặc 2 cấp Trong thực tế người ta thường ghép nhiều thiết bị lại với nhau thường từ 3-7 cấp. Hệ thống cho phép sản phẩm đầu ra đạt nồng độ chất khô cao, tiết kiệm năng lượng. Sản phẩm ra khỏi nồi 1 được đưa vào nồi sau, hơi thứ bốc lên của nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau. 1.5. Một số thiết bị Thiết bị cô đặc bốc hơi màng mỏng hình trụ Thiết bị của hãng Kontro Co.Artisan Serial Number: 80586 C Giá thành: 32,500.00 $ Diện tích 30 square feet Áp suất hơi tối đa 150 PSI Động cơ 15 HP Hình 3.33 Thiết bị cô đặc hãng Kontro Co.Artisan Thiết bị của hãng WIEGAND Stock number: C310640 Vật liệu thép không gỉ 304 Buồng đốt: đường kính 30’’, chiều cao 8’ Đường kính ống truyền nhiệt: 1-1/4’’ Thiết bị gia nhiệt sơ bộ thẳng đứng, đường kính 14’’, chiều cao 15’ Buồng bốc: đường kính 4’’, chiều cao 4’ Hình 3.34 Thiết bị cô đặc của hãng WIEGAND Thiết bị của hãng Buflovak Stock number: C312900 Vật liệu thép không gỉ 316 Nhiệt độ tối đa 400of trong ống, 650of trong vỏ Hình 3.35 Thiết bị cô đặc của hãng Buflovak Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng bảng mỏng Thiết bị của hãng Alfa laval: Stock number: A733182 Loại ACE 362 X Sản xuất năm 1992 Có 159 cassettes, 318 plates Hình 3.36 Thiết bị cô đặc bảng mỏng Hệ thống bốc hơi nhiều cấp Thiết bị của hãng Blaw Knox Cấu tạo: 3 nồi dạng màng chảy ngược ống dài Vật liệu thép không gỉ Sức chứa 10,000 pounds trong 1 giờ 2. Thiết bị cô đặc membrane Nguyên tắc Membrane là một bề mặt mỏng chỉ cho một số cấu tử khuếch tán qua nó trong quá trình phân ly. Những cấu tử có kích thước phân tử nhỏ hơn đường kính lỗ màng sẽ chui qua. Dòng nguyên liệu đầu vào được tách làm hai dòng retentate và permeate. Trong quá trình cô đặc ta cần tách sữa ra khỏi sữa nguyên liệu, nên màng được chọn sử dụng ở đây là màng thẩm thấu ngược. Thiết bị cô đặc membrane của hãng APV Thiết bị cô đặc membrane của hãng ALPMA Năng suất : 20000 l/h Diện tích bề mặt: 1600 m2 3. So sánh 2 nhóm thiết bị Bảng 3.3 So sánh hai nhốm thiết bị Thiết bị cô đặc bốc hơi  Thiết bị cô đặc membrane   Chất lượng sản phẩm kém hơn. Dể tổn thất vitamin và các chất dễ bay hơi  Chất lượng sản phẩm tốt hơn. Do quá trình xảy ra ở nhiệt độ thường.   Năng lượng tốn kém hơn  Ít tiêu tốn năng lượng hơn   Phạm vi ứng dụng rộng rãi hơn, áp dụng trong cả hai quy trình sản xuất sữa bột nguyên kem và sữa bột gầy  Thường áp dụng trong sản xuất sữa bột gầy. Do hàm lượng béo trong sữa ảnh hưởng xấu đến quá trình phân ly, hấp phụ lên màng membrane, làm giảm tốc độ dòng permate   Nồng độ sản phẩm sau cô đặc có thể đạt rất cao  Nồng độ chất khô không cao bằng   IV. THIẾT BỊ ĐỒNG HÓA Do hàm lượng béo trong sữa sau quá trình cô đặc khá cao, một số nhà sản xuất thực hiện quá trình đồng hóa để làm giảm kích thước hạt béo và phân bố đều trong sữa. Sử dụng thiết bị đồng hóa 2 cấp, áp lực đồng hóa cho mỗi cấp lần lựơt là 200 bar và 50 bar. 1. Một số thiết bị đồng hóa áp lực cao Thiết bị có nguồn gốc China Nhà phân phối: Suzhou City Chenyu Packing Machinery Co., Ltd Thiết bị đồng hóa này có phạm vi ứng dụng rộng rãi. Dùng trong sản xuất các sản phẩm như sữa, thức uống.. Có 2 loại 1 hoặc 2 cấp . Hình 3.37 Thiết bị đồng hóa Thiết bị của hãng Niro * Nanovalve® Thiết bị đồng hóa 2 cấp. Áp suất cấp thứ nhất có thể đạt tới 1500 bar. Hình 3.38 Thiết bị đồng hóa Nanovale * Homogenizer Thông số : Áp suất max: 1500bar/21750 psi Tốc độ dòng chảy: 30 l/h Độ nhớt mẫu có thể lên tới 7,500cp Nhiệt độ làm việc có thể lên tới 90oc/194of. Có 2 loại 1 hoăc 2 cấp Hình 3.39 Thiết bị đồng hóa Thiết bị của hãng Tetra Pak Tetra Alex S15: phạm vi ứng dụng cho các nhóm sản phẩm từ sữa như sữa thanh trùng, sữa tiệt trùng UHT, yaourt, cream, sữa cô đặc…và nhóm các sản phẩm đồ uống như nước cam ép, puree, sản phẩm từ cà chua… Thông số Pressure, bar (psi)Max, Capacity, l/h (gph) 400 (5 800) 1 130 (300) 315 (4 600) 1 500 (395) 250 (3 600) 1 900 (500) 200 (2 900) 2 500 (650) 160 (2 300) 3 200 (840) Hình 3.40 Thiết bị đồng hóa hãng Tetrapak 2. So sánh giữa các nhóm thiết bị Bảng 3.4 So sánh các nhóm thiết bị Thiết bị đồng hóa 1 cấp  Thiết bị đồng hóa 2 cấp   Thiết bị : đơn giản  Thiết bị phức tạp   Chất lượng sản phẩm kém hơn  Chất lượng sản phẩm tốt hơn   Không tiết kiệm năng lượng bằng đồng hóa 2 cấp  Tiết kiệm năng lượng hơn do một lần cung cấp năng lượng   Phạm vi ứng dụng: mẫu có hàm lượng béo thấp, độ nhớt thấp  Phạm vi ứng dụng rộng hơn: hàm lượng béo cao hơn, độ nhớt cao, hàm lượng chất khô cao   V. THIẾT BỊ SẤY Để làm giảm hàm ẩm trong sữa và thu được sữa bột, người ta thường tiến hành sấy sữa bằng phương pháp sấy thăng hoa, sấy trục và sấy phun. Tuy nhiên phương pháp sấy thăng hoa do chi phí năng lượng lớn, vốn đầu tư cao, năng suất thấp nên đến nay vẫn chưa được ứng dụng trong sản xuất thực tế. Vì vậy trong bài báo cáo sẽ không đề cập đến thiết bị này. 1. Thiết bị sấy trục Hãng sản xuất: GMF-Gouda.
Hình3.41 Hoạt động của thiết bị sấy trục Nguyên tắc hoạt động: Đây là thiết bị truyền nhiệt gián tiếp. Hơi nước sau khi được gia nhiệt đến nhiệt độ khoảng 150-2000C sẽ được đưa vào bên trong trục sấy, tại đây nó sẽ truyền nhiệt cho toàn bộ bề mặt trục sau đó một phần hơi sẽ bị ngưng tụ và được tháo liên tục ra khỏi trục. Tùy theo cấu tạo của thiết bị mà nguyên liệu sẽ được nạp liên tục dưới dạng một màng mỏng ở phía trên hay dưới trục sấy. Khi trục quay, nhiệt từ hơi nước bên trong sẽ truyền cho trục rồi truyền cho lớp nguyên liệu bên ngoài trục. Nước trong nguyên liệu sẽ bay hơi và tách ra ở phía trên thiết bị. Nguyên liệu sẽ được tách ra khỏi trục bằng dao cạo rồi rơi xuống buồng bên dưới, trục vít vận chuyển sữa ra cửa thoát sản phẩm. Sau đó sữa lại tiếp tục được đưa qua máy nghiền, rây để hoàn thiện cấu trúc sản phẩm. Cấu tạo Thiết bị gồm một hay hai trục sấy. Trục sấy có đường kính khoảng 0,6 – 3,0m; chiều dài từ 1-6m, được làm bằng thép đúc đặc biệt đảm bảo bề mặt đồng đều, có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao. Ngoài ra còn có bộ phận nạp liệu để đưa nguyên liệu vào và dao cạo để tháo sản phẩm ra. Bộ phận nạp liệu có thể bố trí ở phía trên, phiá dưới hay phía trước trục sấy.


Nạp liệu phía trên Nạp liệu phía dưới Nạp liệu phía trước Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất sữa bột thì do nguyên liệu có độ nhớt không cao vì thế nên thiết bị sấy hai trục thường được ứng dụng hơn so với một trục. Sữa sẽ được nạp vào ở giữa hai trục. Khi thiết bị hoạt động, hai trục sấy sẽ quay ngược chiều nhau. Tốc độ quay của trục sấy thường từ 6-24 vòng/phút, thời gian tiếp xúc giữa sữa nguyên liệu và trục sấy khoảng 2-30 giây. Độ dày của màng sữa hình thành trên trục sấy có thể hiệu chỉnh được qua khoảng cách giữa hai tâm trục.
Hình 3.42 Thiết bị sấy trục Ưu điểm Tốc độ sấy nhanh; nhiệt được truyền đồng đều trên toàn bộ bề mặt trục; tác nhân gia nhiệt và sữa không tiếp xúc trực tiếp nên yêu cầu vệ sinh của tác nhân sấy không cần nghiêm ngặt. Nhược điểm Nguyên liệu sữa tiếp xúc với bề mặt truyền nhiệt có nhiệt độ cao nên dễ gây biến tính protein, tổn thất vitamin làm giảm giá trị dinh dưỡng và cảm quan sản phẩm; quá trình nạp liệu không đồng đều nên chất lượng sữa bột thành phẩm không đồng nhất; có sự tiếp xúc giữa sữa và không khí trong quá trình sấy nên có thể dẫn đến sự oxi hóa chất béo. Tuy nhiên để cải thiện giá trị dinh dưỡng của sữa bột, hạn chế sự tổn thất vitamin, sự biến tính protein cũng như sự oxi hóa chất béo người ta có thể kết hợp sấy trục với môi trường chân không. Áp lực chân không trong thiết bị thưòng dao động trong khoảng 685-735mm Hg.
Hình 3.43 Thiết bị sấy kết hợp chân không 2. Thiết bị sấy phun Thiết bị này hiện đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất sữa bột, hoạt động theo nguyên tắc phun vật liệu lỏng thành những hạt nhỏ li ti trong buồng sấy. Thời gian tiếp xúc giữa sữa và không khí nóng rất ngắn nên nhiệt độ sữa không tăng quá cao, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn. Hãng sản xuất: Niro Inc, 9165 Rumsey Road, Columbia, MD 21045. Email: info@niroinc.com Cấu tạo: Thiết bị sấy phun thường gồm những bộ phận sau: Caloriphe dùng để gia nhiệt và hệ thống vận chuyển không khí sau khi gia nhiệt: tác nhân gia nhiệt dùng trong caloriphe thường là hơi nước. Quạt ly tâm được dùng để vận chuyển toàn bộ tác nhân sấy qua hệ thống. Người ta có thể bố trí một quạt hay hai quạt, ở đầu và cuối hệ thống có gắn bộ phận chắn gió để điều khiển vận tốc khí. Thiết bị phun sương: phun nguyên liệu sữa thành các hạt nhỏ. Có ba dạng đầu phun: - Đầu phun áp lực (pressure nozzle): chất lỏng được đẩy bằng bơm áp suất có thể lên tới 200 at. Để phun đều người ta cấu tạo những vòi phun có đường kính nhỏ hơn 0.5 mm với lưu lượng lớn nhất là 100l/h. - Đầu phun khí động (two-fluid nozzle): dùng vòi phun trong đó chất lỏng được đẩy bằng khí nén với áp suất từ 2.5-3.5 at.
- Đầu phun ly tâm (centrifugal atomiser): cho chất lỏng rơi vào một đĩa có đường kính từ 2in (5.08 cm) đến 30in (76.2 cm) quay nhanh với tốc độ từ 50000-4000 vòng/phút, dưới tác dụng của lực quán tính ly tâm do đĩa quay, chất lỏng bị văng ra thành những hạt sương.


Trục thiết bị Đầu phun ly tâm Trong ba phương pháp trên thì ly tâm là phương pháp được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp sản xuất sữa bột. Buồng sấy: là nơi trộn tác nhân sấy với vật liệu sấy. Tác nhân sấy có thể đi cùng chiều, ngược chiều hay hỗn hợp so với vật liệu sấy.
Ngược chiều Hỗn hợp Cùng chiều Bộ phận thu hồi sản phẩm: trong thiết bị sấy phun, phần lớn nguyên liệu sẽ rơi xuống dưới đáy thiết bị sau đó được vận chuyển đi, một phần nhỏ sẽ bị cuốn theo không khí ra khỏi thiết bị sấy. Vì vậy người ta luôn bố trí cyclon để thu hồi lượng sản phẩm bị cuốn theo không khí. Trong sản xuất công nghiệp, người ta có thể bố trí thiết bị sấy phun một giai đoạn, hai giai đoạn hoặc ba giai đoạn: Thiết bị sấy phun một giai đoạn Quá trình tách ẩm từ nguyên liệu sữa ban đầu cho tới hàm ẩm cuối cùng đều được thực hiện trong buồng sấy của thiết bị.
Hình 3.44 Thiết bị sấy phun một giai đoạn. Không khí được quạt thổi qua bộ phận lọc rồi vào caloriphe để gia nhiệt đến 150-250oC, sau đó sẽ được phân phối đều vào trong buồng sấy. Sữa nguyên liệu cũng được phun sương vào buồng sâý trộn với tác nhân sấy làm bốc hơi nước. Do diện tích bề mặt tiếp xúc tăng nên ẩm sẽ được bốc hơi nhanh và liên tục, từ đó tạo ra gradient ẩm làm dịch chuyển ẩm bên trong mao quản hay lỗ xốp ra bề mặt ngoài rồi bay hơi. Sữa bột thành phẩm có nhiệt độ khoảng 70-80oC bởi vì nhiệt thu được từ tác nhân sấy được dùng để làm bay hơi liên tục lượng ẩm có trong nguyên liệu. Sự giảm lượng nước trong các hạt sẽ làm giảm khối lượng sữa bột xuống khoảng 50%, thể tích sữa bột xuống 40% và đường kính giảm xuống 75% so với kích thước các hạt khi rời khỏi thiết bị phun sương. Trong suốt quá trình, sữa bột sẽ được tháo ra liên tục ở đáy buồng sấy và được vận chuyển bằng khí động đến các bộ phận đóng gói. Sau khi được làm nguội, hỗn hợp không khí và sữa bột sẽ được đưa vào bộ phận 7 để tách khí ra khỏi sản phẩm chuẩn bị đóng gói. Những hạt có kích thước nhỏ, nhẹ bị cuốn theo tác nhân sấy sẽ được thu hồi ở cyclone 6,7. Sau khi thu hồi các hạt sẽ được trộn với dòng sữa bột đang trên đường vận chuyển đến bộ phận đóng gói. Thiết bị sấy hai giai đoạn Hoạt động cũng tương tự như thiết bị sấy một giai đoạn nhưng hệ thống vận chuyển khí động được thay thế bằng hệ thống sấy tầng sôi. Trong thiết bị sấy một giai đoạn, ở giai đoạn cuối khi lượng ẩm trong nguyên liệu còn thấp thì việc tách ẩm rất khó khăn đòi hỏi nhiệt độ tác nhân sấy ở đầu ra phải rất cao, điều này có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sữa bột thành phẩm. Hệ thống thiết bị sấy hai giai đoạn giúp khắc phục nhược điểm trên. Sữa bột sau khi ra khỏi thiết bị sấy phun sẽ có hàm ẩm cao hơn hàm ẩm yêu cầu là 2-3%. Sau đó thiết bị sấy tầng sôi sẽ tiếp tục tách phần ẩm còn lại và làm nguội sản phẩm. Từ đó sẽ hạn chế sự ảnh hưởng của nhiệt độ cao làm biến đổi chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả truyền nhiệt, giảm chi phí vận hành.
Hình 3.45 Thiết bị sấy hai giai đoạn Thiết bị sấy sữa ba giai đoạn: cũng tương tự như thiết bị sấy hai giai đoạn nhưng trong thiết bị này thì giai đoạn thứ hai được tiến hành ở phía dưới thiết bị sấy phun còn giai đoạn thứ ba là làm nguội và tách toàn bộ lượng ẩm được tiến hành phía ngoài thiết bị sấy phun. Có hai dạng: Thiết bị sấy phun kết hợp với tầng sôi
Hình 3.46 Thiết bị sấy ba giai đoạn kết hợp với thiết bị sấy tầng sôi Thiết bị sấy phun kết hợp với băng tải Filtermal: dạng này được ứng dụng phổ biến trong sản xuất.
Hình 3.47 Thiết bị sấy Filtermat Thiết bị gồm một buồng sấy chính (3) và ba buồng sấy phụ (8, 9, 10): buồng sấy (8) để kết dính các hạt tạo thành những khối hạt mới, buồng sấy (9) để tách ẩm, buồng sấy (10) để làm nguội. Nguyên liệu đưa vào buồng sấy (3) qua cơ cấu phun sương (2) trộn với tác nhân sấy có nhiệt độ khoảng 280oC. Sự tách ẩm chủ yếu xảy ra trong giai đoạn các hạt nguyên liệu rời thiết bị phun sương rơi xuống băng tải phía dưới buồng sấy. Hàm ẩm của nguyên liệu sau giai đoạn này còn 8-10 % sẽ tiếp tục được vận chuyển trên băng tải với tốc độ khoảng 1m/ph đi qua các buồng sấy phụ. Tại các buồng sấy phụ, không khí nóng được gia nhiệt đến nhiệt độ 130oC sẽ được thổi qua lớp bột đang nằm trên băng tải để tách toàn bộ lượng ẩm còn lại rồi thoát ra ngoài ở phía dưới đáy buồng. Nhiệt độ khí thoát khoảng 74-76oC. Cuối cùng toàn bộ sản phẩm sẽ được đưa vào buồng làm nguội. Người ta sử dụng tác nhân làm nguội là không khí đã qua tách ẩm và có nhiệt độ 15-20oC. Một khối lượng nhỏ sữa bột có kích thước bé sẽ bị cuốn theo dòng tác nhân sấy hay làm nguội qua bộ phận cyclone để thu hồi. Phần sữa bột sau khi thu hồi sẽ được tuần hoàn trở lại vào trong buồng sấy chính hay buồng sấy phụ để chúng kết dính với nhau tạo thành những khối hạt mới. Sau đó toàn bộ sản phẩm thu được từ bộ phận tháo liệu (11) sẽ được đi qua hệ thống sàng rồi bao gói. Bảng 3.5 So sánh giữa ba hệ thống sấy phun Đại lượng  Đơn vị  Một giai đoạn  Hai giai đoạn  Ba giai đoạn   Ẩm bay hơi  kg/h  2000  2000  2000   Lượng sản phẩm  kg/h  1980  1980  1980   Hàm lượng chất khô  %  48  48  48   Nhiệt độ không khí đầu vào thiết bị sấy phun  0C  210  230  240   Nhiệt độ không khí đầu ra thiết bị sấy phun  0C  100  85  78   Hàm ẩm của nguyên liệu ra khỏi thiết bị sấy phun  %  3.5  6.5  9.0   Nhiệt làm nóng  Mjoule/h  8811  7453  7114   Điện tiêu thụ  kW  167  151  164   Nhiệt làm nguội  Mjoule/h  205  90  63   Chí phí đầu tư  Bảng Anh  666.700  766.700  833.400   Ưu nhược điểm của hệ thống sấy phun + Ưu điểm Thời gian sấy nhanh; sản phẩm thu được dưới dạng bột mịn mà không cần nghiền. Nhờ sấy nhanh nên nhiệt độ của vật liệu không vượt quá nhiệt độ cho phép của nó mặc dù nhiệt độ của tác nhân sấy rất cao. Điều này rất thích hợp cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ. + Nhược điểm Kích thước phòng sấy lớn, vận tốc của tác nhân sấy nhỏ do đó cường độ sấy (lượng ẩm bay hơi trong một 1m3 thiết bị trong một đơn vị thời gian) nhỏ (khoảng 2-25kg/m3h); tiêu tốn năng lượng lớn; cấu tạo phức tạp đặc biệt là cơ cấu phun sương và thu hồi bột trong khí thải. 3. Sự kết tụ (agglomeration) ứng dụng trong công nghệ sản xuất sữa tan nhanh: Các hạt sữa thu được sau quá trình sấy phun sẽ được tiến hành làm ẩm trở lại để tạo điều kiện kết dính các hạt lại với nhau tạo thành những khối hạt mới. Tiếp theo các khối hạt này sẽ được sấy tách ẩm và làm nguội. Có thể chia ra làm hai dạng kết tụ: * Kết tụ hạt (droplet agglomeration): các hạt sữa sau quá trình sấy phun sẽ được làm ẩm trở lại bằng các giọt chất lỏng được phun sương thông qua đầu phun áp lực hay ly tâm. Sự kết tụ này diễn ra do sự va chạm giữa các hạt đã được làm ẩm vì thế nên chúng có bề mặt dính tạo điều kiện cho các hạt kết lại với nhau. * Kết tụ bề mặt (surface agglomeration): các hạt sữa sau quá trình sấy phun sẽ được làm ẩm trở lại bằng không khí có độ ẩm cao hay hơi nước do sự ngưng tụ các tác nhân ấy trên bề mặt hạt, làm cho các hạt trở nên dính kết lại với nhau. Tuy nhiên trong thực tế, người ta thường kết hợp cả hai quá trình này và tích hợp nó vào trong thiết bị sấy để làm tăng hiệu quả của quá trình kết tụ, giảm chi phí đầu tư và diện tích nhà xưởng. Các hạt sữa bột có kích thước nhỏ sẽ được hoàn lưu trở lại buồng sấy chính thông qua cơ cấu nhập liệu đặc biệt giúp cho các hạt đó tiếp xúc với dung dịch sữa từ đó nó sẽ bị ẩm trở lại và kết dính lại với nhau. Ngoài ra đối với các hệ thống sấy từ hai giai đoạn trở lên thì quá trình kết tụ có thể được tiến hành ở các buồng sấy phụ nằm ngoài buồng sấy chính.
Hình 3.48 Thiết bị sấy tầng sôi có kết hợp keo tụ Thiết bị được chia làm ba vùng (giống với thiết bị Filtermat) trong đó vùng đầu tiên sẽ được phun hơi nước hay không khí có độ ẩm 100% để làm ẩm các hạt tạo điều kiện kết tụ. Sau đó các hạt sẽ được chuyển qua vùng thứ hai là vùng tách ẩm và vùng cuối cùng là vùng làm nguội. Một số đầu phun được dùng để kết hợp với quá trình kết tụ có chức năng vừa phun sương vừa hồi lưu các hạt bột có kích thước nhỏ để làm ẩm trở lại và kết dính.

Hình Các đầu phun hồi lưu sản phẩm. * Hãng sản xuất: Niro Inc. * Quá trình kết tụ sữa bột đang được ứng dụng trong nhà máy Neslté:
Hình 3.49 Quy trình kết tụ sữa bột. Dung dịch sữa có nồng độ 10% được làm lạnh xuống 60C trong thùng chứa 1. Sữa trong thùng sẽ được vận chuyển bằng bơm 2 và được phun vào trong buồng sấy bằng đầu phun áp lực 3 có áp suất khoảng 20 bar để tạo thành tia nước có vận tốc lên tới 8 m/s. Sữa bột sau khi sấy phun sẽ được đưa lại vào trong buồng sấy thông qua cơ cấu nhập liệu vít tải hay sàng rung 4 tiếp xúc với dung dịch sữa được phun vào buồng làm cho các hạt sữa bị ẩm trở lại khoảng 10-15% và kết dính với nhau. Sữa bột thu được sau đó sẽ được đem đi sấy trở lại ở nhiệt độ 900C để đưa về hàm ẩm 3%, sau đó được đem đi đóng gói. Ngoài ra ta còn có thể kết hợp phun sữa hoàn lưu cùng lúc với sữa nguyên liệu qua cùng một đầu phun như quy trình sau:
Hình 3.50 Quy trình kết tụ Sữa hoàn lưu cùng với sữa nguyên liệu sẽ được nhập vào bộ phận nạp liệu qua hai đường khác nhau. Khi cơ cấu phun sương quay, nguyên liệu sữa lỏng ban đầu sẽ được tạo thành các hạt có độ ẩm cao còn các hạt sữa hoàn lưu dưới tác dụng của lực ly tâm cũng sẽ phân bố đều và tiếp xúc với các hạt sữa đó từ đó làm tăng hàm ẩm, làm bề mặt sản phẩm dính kết lại với nhau. Sau đó sữa thu được sẽ được sấy tiếp trong thiết bị sấy tầng sôi rồi qua bộ phận tháo liệu đến sàng rung. Sàng rung sẽ chia sản phẩm làm hai phân đoạn: phần sản phẩm nằm trên mặt sàng sẽ được qua bộ phận đóng gói thành sản phẩm; phần lọt qua lỗ sàng sẽ được vận chuyển vào bồn chứa cùng với các hạt sữa thu được từ cyclone để từ đó hoàn lưu trở lại vào trong thiết bị sấy phun. Các hạt sữa bột thông thường có kích thước từ 30-80m. Còn các hạt sữa sau quá trình kết tụ sẽ có kích thước lớn hơn 150-200m. VII. THIẾT BỊ BAO GÓI Sữa bột sau quá trình sấy phun sẽ được đưa qua hệ thống rây rồi vào hệ thống đóng gói. Thông thường người ta sử dụng bao bì kim loại hay bao bì giấy để đựng sản phẩm. Yêu cầu chung là sản phẩm tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh. Người ta thường đóng gói ở trong điều kiện chân không hoặc thổi hỗn hợp 90% nitơ và 10% hidro vào bao bì trước khi ghép mí để kéo dài thời gian bảo quản của nguyên liệu. * Hãng sản xuất: Niro Inc, 9165 Rumsey Road, Columbia, MD 21045. Email: info@niroinc.com (Colby™ Powder Systems và Avapac™ Packing Systems) * Nguyên tắc vận hành: thiết bị đóng gói sẽ hoạt động theo nguyên tắc “bottom-up” được minh họa như sau: Giai đoạn 1: băng tải sẽ vận chuyển bao bì đến vị trí nhập liệu, thiết bị sẽ nâng bao bì lên sát vào cơ cấu nhập liệu. Giai đoạn 2: thiết bị từ từ nhập nguyên liệu vào đầy bao bì Giai đoạn 3: khi bao bì vừa được nhập đầy sản phẩm thì sẽ rời khỏi thiết bị theo băng chuyền vận chuyển đến nơi khác để xuất xưởng. Ngoài ra trong thiết bị còn có thể có một số đường ống dẫn khí để bơm hỗn hợp khí N2 và H2 vào trong bao bì trong lúc đóng gói để làm tăng thời gian bảo quản của thiết bị.
Hình 7.1: nguyên lý vận hành * Ưu điểm của hệ thống: hạn chế tối đa lượng không khí xâm nhập vào trong bao bì sản phẩm; tăng độ chính xác khi bao gói; giảm lượng bột bay vào trong không khí trong quá trình bao gói từ đó giúp cải thiện điều kiện làm việc tốt hơn. * Thiết bị trong hệ thống bao gói: - Bao bì theo hệ thống băng chuyền sẽ được vận chuyển đến thiết bị bao gói. @ Thiết bị bao gói theo dây chuyền thẳng (inline bag filler)
Hình7.2 : thiết bị bao gói theo dây chuyền. - Thông số kỹ thuật: Năng suất (bao gói/h): có 4 model 300, 450, 600, 800 ứng với năng suất 120, 180, 240, 320 bao/giờ, mỗi bao có khối lượng 55 lbs. Độ chính xác (oz): model 300, 450 là ±2.1; model 600, 800 là ±0.9 Khí nitơ: 8 ft3/1000 lbs. Khí CO2: 8 ft3/1000 lbs. @ Thiết bị bao gói xoay tròn (rotary bag filler) Hình 7.3 : thiết bị bao gói có xoay tròn. - Sau khi đã được bao gói, bao bì sẽ được vận chuyển đến máy ghép mí.
Hình 7.4 : máy ghép mí (heat sealer) - Ngoài ra trong dây chuyền bao gói còn có thêm một số thiết bị bổ trợ khác như Máy kiểm tra khối lượng (check weigher) Máy phát hiện kim loại (metal detector) Máy đẩy (bag reject unit) thường được nối với máy kiểm tra khối lượng và máy phát hiện kim loại, khi phát hiện bao bì nào không đúng quy cách thì máy sẽ có cơ cấu đẩy ra khỏi dây chuyền. Máy chuyển hướng (bag re-direction): chuyển hướng vận chuyển bao bì trong dây chuyền.

Hình 7.5: check weigher. Hình 7.6: metal detector.
Hình 7.7: bag reject unit Hình 7.7: bag re-direction - Sau khi ra khỏi hệ thống bao gói, các bao sản phẩm sẽ được các cánh tay robot xếp vào pallet để vận chuyển đến nơi phân phối.


Hình 7.8 : các cánh tay robot. Ngoài ra để phục vụ cho việc bao gói trong các hộp kim loại ta có một số thiết bị sau: