Quy trình sản xuất sữa chua công suất 5 tấn/ngày - Nguyên liệu - lựa chọn thiệt bị - tính toán cân bằng vật chất

NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU I. Giới thiệu về sữa chua 5 1/ Nguồn gốc sữa chua 5 2/ Phân loại sữa chua 5 3/ Một số lợi ích của sữa chua 6 4/ Chỉ tiêu chất lượng của sữa chua 8 II. Nội dung 10 1/ Tổng quan về nguyên liệu 10 a. Nguyên liệu chính 10 b. Nguyên liệu phụ 21 2/ Quy trình sản xuất sữa chua 22 a. Sơ đồ 23 b. Thuyết minh quy trình 24 Nhâp nguyên liệu 24 Phối trộn 24 Lọc 25 Bồn cân bằng 25 Xử lý nhiệt 25 Đồng hóa 1 25 Thanh trùng 1 25 Làm lạnh 1 26 Ageing 26 Đồng hóa 2 27 Thanh trùng 2 27 Làm nguội 27 Lên men 27 Làm lạnh 2 29 Bồn rót 29 Đóng gói, dán nhãn, vô thùng 30 III. Tính toán cân bằng vật chất 30 IV. Lựa chọn thiết bị sản xuất 35 V. Lời kết 46 VI. Tài liệu tham khảo 47 LỜI NÓI ĐẦU Khi nói đến một trong số các thực phẩm chức năng có những giá trị dinh dưỡng quý giá cho sức khỏe của người tiêu dùng ta phải kể đến đầu tiên đó là sữa chua. Sữa chua rất giàu dinh dưỡng, nó giúp giảm stress, tăng cường hệ miễn dịch, chống lão hóa, tăng cường tuổi thọ hay là thực phẩm làm đẹp không thể thiếu cho phái nữ …Sữa chua còn được biết đến nhiều nhất như là sản phẩm thực phẩm hiệu quả trong vai trò tăng cường hoạt động của hệ tiêu hóa. Để đáp ứng nhu cầu canxi cho cơ thể ngoài thông qua việc uống sữa (đặc biệt là người Việt Nam) ngày nay ta có rất nhiều lựa chọn và sữa chua là một trong những biện pháp hiệu quả. Hiện nay, sữa chua đã và đang chiếm lĩnh thị trường tiêu thụ rộng lớn trên khắp thế giới, người tiêu dùng yêu thích sản phẩm này không chỉ vì giá trị dinh dưỡng mà còn các ưu điểm như giá thành rẻ, thông dụng, dễ tiêu dùng và đặc biệt là hương vị đặc trưng mà các vi sinh vật lên men lactic trên sữa mang lại cho sữa chua. Với những lợi ích về dinh dưỡng cũng như giá trị kinh tế to lớn mà sữa chua đem lại, không gì ngạc nhiên khi sữa chua trở thành một trong những đề tài nghiên cứu đáng quan tâm. Vì vậy nhóm quyết định chọn sữa chua làm đề tài cho đồ án 2. I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SỮA CHUA Sữa là nguồn dinh dưỡng vô cùng to lớn, chứa hàm lượng dinh dưỡng quý báo cần thiết cho cơ thể như các axit amin không thay thế, axit béo không no, protein, cacbonhydrate, khoáng chất và vitamin v.v… Sữa chua (hay yaourt, yogurt) là sữa bò tươi hoặc sữa hoàn nguyên được cho lên men với các chủng vi khuẩn có lợi cho đường ruột (ví dụ: Lactobacillus bulgaricus, Streptocoocus thermophilus) giúp chuyển đường sữa thành axit lactic tạo ra độ chua của một loại thực phẩm hấp dẫn, đây là một sản phẩm rất thông dụng và phổ biến, cung cấp không những hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết mà còn mang đến những lợi ích về y học cho nhân loại. 1/ Nguồn gốc sữa chua: Sữa chua được những người du mục vùng Mount Elbus (Nga) phát hiện cách đây hàng ngàn năm. Ngày xưa, người ta nuôi dê và cừu rồi lấy sữa của chúng dự trữ trong các bầu chứa nước, đến thời tiết ấm áp, sữa được dữ trữ trở nên vón cục. Và điều này đã khởi đầu cho kỷ nguyên của thực phẩm sữa chua. 2/ Phân loại sữa chua: Sữa chua là một sản phẩm rất phổ biến ở nước ta và trên thế giới. Trên thị trường hiện nay, sản phẩm này rất đa dạng về chủng loại. Cấu trúc và mùi vị sữa chua luôn được các nhà sản xuất thay đổi để phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng. Sản phẩm có thể phân loại như sau: - Sữa chua truyền thống Sản phẩm có cấu trúc gel mịn. Trong quy trình sản xuất, sữa nguyên liệu sau khi được xử lý, cấy giống rồi được rót vào bao bì. Quá trình lên men được diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông. - Sữa chua dạng khuấy Khối đông trong sản phẩm sau quá trình lên men được phá huỷ một phần do sự khuấy trộn cơ học. Sữa được lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là làm lạnh rồi rót vào bao bì. - Sữa chua uống Khối đông xuất hiện sau quá trình lên men bị phá huỷ hoàn toàn bằng phương pháp khuấy trộn hoặc đồng hoá, làm giảm độ nhớt, tạo ra sản phẩm sạng lỏng. 3/ Một số lợi ích của sữa chua: Trong 100g sữa chua chứa khoảng: - 100Kcal (bằng khoảng ½ chén cơm hay 2 trái chuối xanh) - Chất đường (15,4g) - Chất đạm (3,1g) - Chất béo (3g) - Canxi và một số loại vitamin + Có nhiều vi khuẩn có ích, tốt cho đường ruột Mỗi hộp sữa chua đều có các men vi sinh có ích sống trong đường tiêu hóa. Điều này giúp hạn chế các vi sinh vật gây hại có thể gây nhiễm trùng đường ruột, vì vậy tích cực ăn nhiều sữa chua để nhận được nhiều men vi sinh có ích giúp điều chỉnh tiêu hóa hoặc tăng cường hệ thống miễn dịch. + Giảm kích thước vòng eo: Ăn sữa chua đều đặn hàng ngày có thể giảm kích thước vòng eo. Được biết những người ăn nhiều sữa chua khi kết hợp cùng chế độ cắt giảm số lượng calo giúp giảm 22% kích cỡ vòng eo so với những người ăn kiêng đã bỏ qua các bữa ăn nhẹ với sữa chua. + Chứa nhiều các vitamin Ăn sữa chua giúp cung cấp một nguồn quan trọng của kali, riboflavin, phốt pho, iốt, kẽm và vitamin B5. Sữa chua cũng chứa B12 giúp duy trì các tế bào máu đỏ và giữ cho hệ thống thần kinh hoạt động tốt. Những vitamin B12 này được tìm thấy chủ yếu ở các sản phẩm động vật, chẳng hạn như thịt gà và cá vì thế nó cung cấp nhiều dưỡng chất. Các vitamin D có trong sữa chua không phải là tự nhiên, nhưng nó giúp tăng cường hấp thu canxi cho cơ thể. + Khôi phục sức khỏe nhanh hơn Với tỷ lệ đạm và carbohydrates cao, sữa chua còn giàu protein cao nên nó được coi là một bữa ăn nhẹ rất tốt cho cơ thể những lúc mệt mỏi hoặc ăn sau khi luyện tập thể dục thể thao. Ngoài ra, các protein trong sữa chua cũng có thể giúp tăng lượng nước hấp thụ ruột, cải thiện tình trạng ẩm hóa cho làn da. + Ngăn ngừa bệnh cao huyết áp Việc tiêu thụ muối mỗi ngày bằng cách này hay cách khác theo thời gian đều có thể dẫn đến tăng huyết áp, suy thận và bệnh tim. Nhưng chỉ cần tiêu thụ sữa chua thì các kali trong sữa chua có thể giúp xóa sạch một số natri dư thừa của cơ thể. + Chữa cảm lạnh Ăn từ 2-3 hộp sữa chua mỗi ngày có thể khiến cơ thể mạnh mẽ hơn và chống lại nhiều bệnh tật, nhiễm trùng. Những nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn lành mạnh trong sữa chua giúp gửi tín hiệu đến tế bào miễn dịch trong cơ thể nhằm chống lại các vi khuẩn gây hại. 4/ Chỉ tiêu chất lượng của sữa chua Chỉ tiêu cảm quan Tên chỉ tiêu Yêu cầu Màu sắc Màu trắng sữa Mùi vị Đặc trưng cho từng loại sản phẩm Trạng thái Mịn, đặc sệt Chỉ tiêu chất lượng chủ yếu Protein: được phân cắt thành các acid amin Lipid: được thủy phân thành các acid béo và glyceryl Glucid Chỉ tiêu chỉ điểm vi sinh Giàu protein Giàu vitamin Cholesterol: không Chỉ tiêu vệ sinh về hóa lý, vi sinh vật, kim loại nặng Bảng 1-Các chỉ tiêu về hóa lý Tên chỉ tiêu Mức cho phép Hàm lượng chất khô không chứa chất béo, % khối lượng, không nhỏ hơn 8.2 Hàm lượng chất béo, % khối lượng >0.5 Độ acid 75-140 Đường saccharose 15 Gelatin Theo qui định của nhà sản xuất Bảng 2-Các chỉ tiêu vi sinh vật của sữa chua Tên chỉ tiêu Mức cho phép Tổng số vi sinh vật hiếu khí, số khuẩn lạc trong 1g sản phẩm 104 Nhóm coliform, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 10 Staphylococcus aureus, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0 E.Coli, số vi khuẩn trong 1g sản phẩm 0 Salmonella, số vi khuẩn trong 25g sản phẩm 0 Nấm men và nấm mốc, số khuẩn lạc trong 1g sản phẩm 10 Độc tố vi nấm: Aflatoxin M1: không lớn hơn 0.5µg/l Bảng 3-Hàm lượng kim loại nặng của sữa chua Tên chỉ tiêu Mức tối đa Asen, mg/l 0.5 Chì, mg/l 0.5 Cadimi, mg/l 1.0 Thủy ngân, mg/l 0.05 II. NỘI DUNG 1/ TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU a. Nguyên liệu chính * Sữa bò tươi: Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của con cái thuộc động vật có vú; cung cấp nguồn dinh dưỡng đầy đủ, thiết yếu để nuôi con trong giai đoạn đầu đời, trước khi con non có thể tiêu hoá các loại thức ăn khác. Sữa trong giai đoạn đầu (4 - 7 ngày) của chu kỳ sữa (chu kỳ sữa là khoảng thời gian từ khi bắt đầu tiết sữa - sau khi đẻ, đến khi kết thúc tiết sữa - cạn sữa) được gọi là sữa non. Sữa non có thành phần khác rất nhiều so với sữa thường, nó rất giàu protein, chất béo no, canxi, vitamin để con non dễ dàng hấp thu trong điều kiện hệ tiêu hoá chưa phát triển; đặc biệt nó chứa kháng thể từ cơ thể mẹ truyền sang, giúp con non chống chịu lại bệnh tật trong giai đoạn đầu khi cơ chế miễn dịch chưa được hoàn thiện. Tuy nhiên, sữa non không được sử dụng trong chế biến thành sữa thành phẩm do cấu trúc protein yếu, dễ bị biến đổi do nhiệt (xử lí nhiệt là khâu đầu tiên trong chế biến tất cả các loại sản phẩm sữa). Con người đã biết cách chăn nuôi một số loài động vật để khai thác sữa, phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng thực phẩm của mình từ lúc còn rất sơ khai. Bò là loài động vật đầu tiên được sử dụng với mục đích khai thác sữa, sau hàng ngàn năm thuần hoá và lai tạo, đến nay nhiều giống bò chuyên dụng sản xuất sữa đã được tạo ra. Hiện tại, bò sữa là loài động vật sản xuất sữa phổ biết nhất, phần lớn sữa được sản xuất ra trên thế giới có nguồn gốc từ bò sữa. Ngoài ra có thể kể đến một số loài động vật sản xuất sữa cũng khá phổ biến như dê, cừu, trâu, tuy nhiên khả năng sản xuất sữa của các loài này nhỏ hơn rất nhiều so với bò sữa. Ở nước ta, sữa là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghệ thực phẩm. Sữa bò tươi được sử dụng trong sản xuất sữa chua phải có chất lượng tốt. Các yêu cầu quan trọng cho nguyên liệu sữa tươi như sau: Tổng số tế bào vi sinh vật trong sữa càng thấp càng tốt. Không chứa thể thực khuẩn (bacteriophage). Không chứa kháng sinh (penicillin, streptomycin,…) Không chứa các enzyme. Không chứa dư lượng hoá chất có nguồn gốc từ quá trình tẩy rửa và vệ sinh dụng cụ hoặc thiết bị đựng sữa. Hai chỉ tiêu quan trọng của sữa nguyên liệu là hàm lượng chất béo và hàm lượng chất khô không béo. Tính chất vật lý của sữa bò: Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và môt số chất khoáng trong sữa tạo nên. Sữa có màu trắng đến vàng nhạt, màu sắc phụ thuộc vào hàm lượng beta - carotene có trong chất béo của sữa. Sữa có mùi đặc trưng, có vị ngọt nhẹ. Có độ nhớt lớn hơn 2 lần so với nước. Sữa thường có đặc điểm và tính chất sau: Mật độ quang ở 15oC 1,030 – 1,034 Tỷ nhiệt 0,93 Điểm đông - 0,55oC pH 6,5 – 6,6 Độ axit được tính bằng 16 - 18 độ Dornic - oD (decigam axit lactic/ lit sữa) Chỉ số khúc xạ ở 20oC 1,35 Thành phần hóa học của sữa bò tươi: Thành phần hóa học của 1000ml sữa bò Thành phần Hàm lượng % Thành phần Hàm lượng % Nước 85 – 89 Các chất hoạt tính sinh học Số lượng nhỏ Chất khô 11 – 15% Vi lượng Số lượng nhỏ Chất béo 2,9 – 5,0 Enzyme Số lượng nhỏ Mỡ sữa 0,03 – 0,05 Vitamin 5,0 – 8,0 Photphate 2,5 – 4,0 Kháng sinh Chất chữa nitơ 2,3 – 2,9 Hoocmon Casein 0,02 – 0,08 Chất màu Chất phinitơ 4,5 – 5,0 Chất khí Cacbonhydrate 0,01 – 0,1 Lactose Glucose Nước : Là thành phần chủ yếu của sữa, là dung môi hoà tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng hoá sinh. Phần lớn nước trong sữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng. Tổng hàm lượng chất khô: Tổng các chất khô được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa. Chất khô không béo là hiệu số giữa tống các chất khô và hàm lượng chất béo trong sữa. Giá trị hàm lượng chất khô không béo trong sữa bò thường là 9, 1 %. Đường lactose: Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành. Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới 2 dạng α - lactose và β – lactose. Tỷ lệ hàm lượng giữa hai dạng này phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa. Chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên. Lactose là đường khử, độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với disaccharide và monosaccharide thường gặp, lactose có thể bị thủy phân bởi enzyme lactaza. Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến đổi thành caramen. Vì vậy khi khử trùng sữa, một phần lactose bị caramen hoá nên sữa sẽ có màu sậm hơn sữa chưa khử trùng. Ngoài lactose, trong sữa còn có galactose (20mg/l), glucose (hàm lượng trung bình 70mg/l), các hợp chất glucid chứa N (hàm lượng thấp hoặc dạng vết). Chất béo: Chất béo trong sữa thường dạng hình cầu. Trong 1ml sữa có khoảng 10 – 15 tỷ hạt cầu béo. Thành phần chủ yếu của các hạt là glyceride, phospholipid và protein. Chất khoáng Lượng chất khoáng trong sữa không nhiều nhưng sự có mặt các chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong cân bằng các chất dinh dưỡng của sữa Vitamin Sữa có chứa nhiều loại vitamin với số lượng không lớn lắm, các vitamin thuộc 2 nhóm chính là: Nhóm tan trong chất béo gồm A, D, E Nhóm tan trong nước gồm B1, B2, C Hợp chất chứa nitơ Casein Là những protein có tính acid vì trong phân tử của chúng có nhiều gốc acid glutamic và acid aspartic, là thành phần chủ yếu của protein sữa. Casein tồn tại dưới dạng micelle, mổi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (Ca, K, Mg, phosphate và citrate). Chú thích: A – Tiểu micelle B – Đầu ưa nước của ĸ – casein C – Phosphate D – ĸ – casein E – Tương tác kỵ nước Các micelle có hàm lượng ĸ – casein khá cao với đầu ưa nước luôn hướng ra ngoài, nếu lấy đi dầu ưa nước này hoặc giảm hàm lượng ĸ – casein thì cấu trúc micelle trở nên không ổn định, nếu có mặt cúa Ca2+ trong sữa thì các micelle sẽ liên kết lại với nhau tạo nên hiện tượng đông tụ casein. Enzyme Enzyme là những chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein. Tính đến nay có hơn 60 enzyme khác nhau được tìm thấy trong sữa. Enzyme đầu tiên được tìm thấy trong sữa là lactoperoxydase. Sự có mặt của các enzyme trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó làm giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa. Tuy nhiên một số enzyme như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn, tham gia vào việc ổn định chất lượng trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. Hàm lượng VSV trong sữa càng cao thì thành phần enzyme có trong sữa đa dạng và hoạt tính càng cao. Hormone Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật. Trong sữa bò, ta có thể tìm thấy nhiều loại hormone. Chúng được chia là 3 nhóm là proteohormone, hormone peptide và hormone steoride, trong đó prolactine được nghiên cứu nhiều hơn cả. Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là 50µg/l, trong sữa non là 230µg/l. Hệ vi sinh vật trong sữa: Nguồn gốc hệ vi sinh vật trong sữa - Bầu vú động vật cho sữa: đây là nơi có nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử. Trong quá trình vắt sữa một số vi sinh vật có thể bị rơi vào bình chứa làm cho sữa bị nhiễm vi sinh vật. Vì vậy, ta cần vệ sinh bầu vú và các khu vực lân cận trên cơ thể động vật cho sữa để hạn chế số lượng vi sinh vật bị nhiễm vào sữa. Vi khuẩn xâm nhập vào bên trong bầu vú Vi khuẩn hiện diện xung quanh bầu vú động vật - Người và thiết bị vắt sữa: nếu vắt sữa bằng phương pháp thủ công, để hạn chế nhiễm vi sinh vật, người vắt sữa phải có sức khoẻ tốt, không mắc bệnh truyền nhiễm, vệ sinh cơ thể tốt, thao tác kỹ thuật đảm bảo vệ sinh. Nếu quá trình vắt sữa bằng máy, cần chú ý vệ sinh và vô trùng hệ thống dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng cụ chứa. - Thiết bị chứa sữa. - Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa: vi sinh vật tồn tại ở khắp mọi nơi nên dễ dàng lây nhiễm vào sữa. Do đó, cần phải đảm bảo vệ sinh môi trường nơi vắt sữa. Hệ vi sinh vật: Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng luôn thay đổi. Trong đó các vi sinh vật có thể chia làm 2 nhóm chính: prokaryote và eukaryote. Prokaryote Nhóm vi sinh vật prokaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Đại diện quan trong cho nhóm prokaryote là vi khuẩn (bacteria). Các nhóm nhóm vi khuẩn thường gặp trong sữa là vi khuẩn lactic, coliforms, vi khuẩn sinh axit butyric, vi khuẩn sinh axit propionic và các vi khuẩn gây thối. Vi khuẩn lactic: hình cầu hoặc hình gậy, gram (+), nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 25 - 47OC. Để tồn tại trong môi trường sữa, chúng tổng hợp năng lượng ATP từ cơ chất lactose. Vi khuẩn Coliforms: nhóm vi khuẩn gram (-), kị khí tuỳ tiện, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 30 - 44OC. Trong sữa, Coliforms sẽ chuyển hoá đường lactose tạo axit lactic và các acid hữu cơ khác, khí CO2… Chúng cũng phân giải protein trong sữa tạo ra các sản phẩm khí làm sữa có mùi khó chịu, Coliforms bi tiêu diệt ở 75OC sau 20 giây. Vi khuẩn sinh acid butyric (giống Clostridium): vi khuẩn gram (+), kị khí bắt buộc. Chuyển hoá đường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác nhau như axit butyric, butanol, ethanol, aceton, khí CO2, H2… Làm thay đổi thành phần hoá học và cảm quan của sữa. Các bào tử Clostridium khá bền với nhiệt độ. Trong quá trình thanh trùng sữa không thể tiêu diệt được hoàn toàn các bào tử Clotridium chịu nhiệt. Cho nên phải dùng các giải pháp kỹ thuật khác như vi lọc, ly tâm hoặc sử dụng chất kháng khuẩn. Vi khuẩn Propionic (giống Propionibacterium): có trong dạ cỏ và đường ruột của nhóm động vật nhai lại, gram (+), kị khí không bắt buộc, chuyển hoá acid propionic, acid acetic, khí CO2… làm hư hỏng chất lượng sữa, bị tiêu diệt ở 75OC sau 20 giây. Vi khuẩn gây thối: đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ tiếp xúc quá trình thuỷ phân protein tạo ra các sản phẩm như polypeptide, peptide và axit amin. Một số axit amin tiếp tục phân huỷ tạo NH3, H2S…làm sữa có mùi khó chịu. Vài giống vi khuẩn gây thối có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào, enzyme này xúc tác quá trình thuỷ phân các chất béo trong sữa và tạo nhiều sản phẩm có mùi ôi. Một số giống thường gặp là: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus…Dạng hình cầu hoặc gậy, hiếu khí lẫn kỵ khí. Pseudomonas fluorescens Trong đó cần chú ý đến loài Pseudomonas fluorescens, vì enzyme protease và lipase được tổng hợp bởi loài này thường rất bền với nhiệt, chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein và lipid, nhanh chóng làm hư hỏng chất lượng sữa. Eukaryote Nhóm vi sinh vật eukaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Hai đại diện của nhóm eukaryote thường được tìm thấy trong sữa là nấm men và nấm sợi. Nấm men: cơ thể đơn bào, hình cầu, oval hoặc trứng…Một số loài thường gặp Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus…thuộc nhóm kỵ khí tuỳ tiện. Chúng sử dụng đường lactose cho quá trình trao đổi chất. Thường được sử dụng trong sản xuất sữa chua truyền thống. Saccharomyces cerevisiae Nấm sợi: hình sợi, phân nhánh. Hầu hết các nấm sợi thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 200C đến 300C. Một số loài nấm sợi thường nhiễm vào sữa là: Penicillium camembertii, P. roquefortii, P. casei, Rhizopus stolonifer… Rhizopus stolonifer Penicillium camembertii Hầu hết các loại nấm men và nấm sợi đều bị tiêu diệt trong quá trình thanh trùng sữa ở 750C trong 10 – 15 giây. + Men cái: Quá trình sản xuất ra sữa chua chủ yếu dùng phương pháp lên men lactic. Lên men lactic là quá trình hóa sinh đặc trưng của sữa dưới tác động của vi khuẩn lactic lên men đường lactoza có trong sữa để tạo thành axit lactic. Để tiến trình lên men nhanh và ổn định, người ta cho thêm loại vi khuẩn Leuconostoc hoặc nấm mốc. Lên men Lactic đồng hình Sự lên men tạo sản phẩm chính là axit lactic chiếm 90 - 98% tổng sản phẩm lên men, sản phẩm phụ là etanol, axit axetic, CO2, axetoin… Lên men Lactic dị hình Còn gọi là lên men lactic không điển hình, sản phẩm cuối cùng ngoài axit lactic còn nhiều sản phẩm phụ: axit acetic, rượu ethylic, CO2, dextran… Men cái dùng trong sản xuất sữa chua thường là hỗn hợp trộn của hai loại vi sinh vật Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus. Lactobacillus bulgaricus (L. bulgaricus): Là vi khuẩn lên men điển hình, phát triển tốt ở nhiệt độ 45 - 500C trong môi trường có độ axit cao. Loài này có thể tạo ra trong khối sữa đến 2,7% axit lactic từ đường lactose. Streptococcus thermophilus(S. thermophilus) Phát triển tốt ở nhiệt độ 500C và sinh sản tốt ở nhiệt độ 37 - 400C. Đây cũng là vi khuẩn lactic chịu nhiệt lên men điển hình, có thể chịu được nhiệt độ đun nóng đến 650C trong 30 phút nhưng chỉ phát triển được trong môi trường axit thấp hơn L. bulgaricus. Mặc dù chúng có thể phát triển độc lập nhưng khi nuôi cấy chung, tốc độ sản sinh ra axit của chúng cao hơn nhiều so với khi nuôi riêng. Streptococcus thermophilus phát triển nhanh và tạo ra cả axit lần khí CO2. CO2 và formate tạo ra kích thích cho L. bulgaricus phát triển. Mặt khác, hoạt động thủy phân protein của L. bulgaricus tạo ra peptide và axit amin cần cho sự phát triển của Streptococcus thermophilus. Những vi sinh vật này chịu trách nhiệm trong việc hình thành hương vị và cấu trúc của sữa chua. Khối lượng sữa chua đông tụ trong quá trình lên men do pH giảm xuống. S. thermophilus chịu trách nhiệm đối với việc giảm pH lúc đầu khoảng 5.0 L. bulgaricus làm giảm pH xuống thấp hơn nữa (khoảng 4.0) Những sản phẩm sau quá trình lên men tạo được hương vị của sữa chua: Axit lactic Acetaldehyde Axit acetic Diacetyl b. Nguyên liệu phụ + Chất tạo ngọt Để tăng vị ngọt cho yaourt, người ta thường bổ sung đường (glucose,saccharose…) vào sữa trong quá trình chế biến. Đường có thể bổ sung trực tiếp hoặc dưới dang pureé trái cây. Đối với những sản phẩm dành cho người ăn kiêng, các nhà sản xuất sử dụng chất tạo ngọt (sweetener), thông dụng nhất là aspartame. + Chất ổn định Chất ổn định được sử dụng nhằm tạo trạng thái bền vững cho sữa chua, như tạo độ gel bền vững làm cho sữa không bị tách lớp trong quá trình bảo quản. Chất bảo quản được sử dụng cần đạt một số yêu cầu sau: + Không độc hại đối với sức khoẻ con người. + Chế phẩm này phải hoàn toàn tuân theo những quy định của tổ có thẩm quyền. Các chất ổn định được sử dụng phổ biến trong sản xuất sữa chua là pectin, gelatin thực phẩm, chất ổn định E142, chất ổn định E471 (di- hoặc mono- glyceride của acid béo) Pectin là một polysaccharide tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. Dưới tác dụng của axit, enzyme protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin. Pectin là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử là galactoronic và rượu metylic. Trọng lượng phân tử từ 20000 - 200000 đvC. Hàm lượng pectin 1% trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 % đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1 - 3,4 sản phẩm sẽ tạo đông. 2/ QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA CHUA a. Sơ đồ quy trình Nhập nguyên liệu: Sữa bò tươi, bột sữa gầy, bột sữa 25% béo, nước gia nhiệt Phối trộn Bồn cân bằng Xử lý nhiệt Đồng hóa 1 Làm lạnh 1 Ageing Lọc Thanh trùng 1 Thanh trùng 2 Đồng hóa 2 Làm nguội Bồn rót Đóng gói, dán nhãn Vô thùng Sữa chua Lên men Làm lạnh 2 Men cái b. Thuyết minh quy trình Nhập nguyên liệu Tại mỗi cơ sở sản xuất đều có bộ phận thu nhận sữa nguyên liệu và kiểm tra chất lượng sữa được đưa đến nhà máy theo những giờ nhất định. Thường là buổi sáng và chiều. Cần phải kiểm tra và thanh trùng các thiết bị chứa sữa nguyên liệu trước khi nhập liệu sữa tươi. Khi nhập sữa, khuấy sữa thật đều, đo nhiệt độ, lấy mẫu kiểm tra các chỉ tiêu hoá lý, chỉ tiêu cảm quan, chỉ tiêu vệ sinh. Phối trộn Sữa bò tươi, bột sữa gầy, bột sữa 25% béo, nước gia nhiệt được đưa đi phối trộn để tạo thành thể đồng nhất. Hàm lượng bột sữa gầy và sữa bột tách béo sử dụng thường không cao hơn 3% so với khối lượng sữa tươi. Yêu cầu là phải dễ phân tán vào nước, hoà tan hoàn toàn không để lại các hạt thô, không có những hạt bị cháy xém để lại màu nâu cho sản phẩm. Các chất ổn định được đưa vào để tạo trạng thái bền vững cho sữa, tạo dạng gel bền vững, sản phẩm không bị tách lớp trong quá trình bảo quản. Có thể tiến hành theo các bước như sau: sữa tươi (2 – 30C) → trộn hoàn toàn → gia nhiệt (5 – 10 phút) → sữa 500C → bột sữa gầy, bột sữa 25% béo → trộn đường, chất ổn định (15 phút). Lọc Nhằm loại bỏ tạp chất trong quá trình vắt và vận chuyển, ngoài ra loại các cục sữa bị vón cục lại trong quá trình hoàn nguyên bột sữa. Có thể sử dụng phương pháp lọc cơ học. Dịch sau trộn được bơm qua bộ phận lọc dạng ống, sau đó là chuyển đến bồn cân bằng. Bồn cân bằng Đảm bảo mực hỗn hợp ở mức cố định giúp quá trình sản xuất được liên tục, giảm dao động của dòng sản phẩm và tránh bọt khí lẫn vào sản phẩm. Xử lý nhiệt Quá trình xử lý nhiệt thường được thực hiện trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng hoặc ống lồng. Chế độ xử lý là 90-95OC trong 3-5 phút nhằm tiêu diệt hoặc ức chế đến mức tối đa. Ngoài ra, quá trình này còn làm biến tính sơ bộ các protein sữa. Nhờ đó, trong qúa trình lên men lactic, khối đông được hình thành với cấu trúc ổn định, hạn chế sự thoát huyết thanh ra khỏi cấu trúc gel khi bảo quản sữa chua. Đồng hoá 1 Nhằm ngăn chặn sự phân ly của kem trong quá trình ủ, lên me, giảm đường kính trung bình của hạt béo vào trong micelle casein, tránh hiện tượng tách pha của chất béo. Thanh trùng 1 Mục đích: tiêu diệt các vi sinh vật không cần thiết hiện diện trong sữa, làm cho sữa có môi trường dinh dưỡng tinh khiết thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật yêu cầu. Dịch sữa được thanh trùng ở 62OC trong 30 phút. Quá trình nâng nhiệt độ của sữa lên 62OC được thực hiện trong ngăn thứ nhất của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm nhờ trao đổi nhiệt với nước nóng. Nhiệt độ thanh trung được điều khiển theo giá trị đã cài đặt nhờ bộ kiểm soát nhiệt độ tự động. Khi thành trùng Pasteur các β - lactose globulin bị biến tính. Tuy nhiên việc thanh trùng cũng kéo theo phản ứng Maillard, gây màu nâu và làm ảnh hưởng đến cảm quản của sữa. Làm lạnh 1 Dịch sữa sau thanh trùng 1 được làm lạnh xuống 4 - 8OC trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm qua 3 giai đoạn. Giai đoạn 1: sữa sau thanh trùng được dẫn vào ngăn thứ 2 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm. Tại đây sữa dược làm nguội nhờ trao đổi nhiệt với dịch sữa chuẩn bị đi vào đồng hóa 1. Giai đoạn 2: sữa tiếp tục được làm nguội bằng nước thường ở ngăn thứ 3 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm. Giai đoạn 3: sữa ra khỏi ngăn thứ 3 sẽ đi vào ngăn thứ 4 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để làm lạnh dịch sữa xuống 4 - 8OC Ageing Dịch sữa được giữ ở 4 - 8OC trong 5 - 20 giờ để ổn định chất lượng dịch sữa, làm cho các chất khoáng đạt đến trạng thái cân bằng ổn định. Bồn ageing là loại bồn 2 vỏ có bảo ôn, sử dụng nước lạnh 1 - 3OC. Đồng hoá 2 Giúp ổn định thành phần, hỗn hợp đồng nhất, tạo môi trường và điều kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo. Phương pháp thực hiện tương tự như đồng hoá 1. Thanh trùng 2 Dịch sữa chua khi ra khỏi thiết bị đồng hóa 2 sẽ đi vào ngăn thứ 1 của thiết bị trao đổi nhiệt để trao đổi nhiệt với nước nóng và nâng nhiệt độ sữa tới 95OC. nhiệt độ thanh trùng được điều khiển theo giá trị để cài đặt nhờ bộ kiểm soát nhiệt độ tự động. Nếu nhiệt độ thanh trùng không đạt dịch sữa sẽ được tuần hoàn về bồn cân bằng cho đến khi nào nhiệt độ thanh trùng đạt. Sữa 95OC sẽ được dẫn vào ống lưu nhiệt độ trong thời gian 5 - 10 phút. Làm nguội Dịch sữa sau thanh trùng được làm nguội xuống 45OC qua hai giai đoạn rồi đưa vào bồn ủ. Giai đoạn 1: sữa sau thanh trùng được dẫn vào ngăn thứ 2 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm. Tại đây sữa được làm nguội nhờ trao đổi nhiệt với dịch sữa chuẩn bị đi vào quá trình đồng hóa 2. Giai đoạn 2: sữa tiếp tục được làm nguội bằng nước thường ở ngăn thứ 3 và nước lạnh ở ngăn thứ 4 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để đạt nhiệt độ 45OC Lên men Để chuẩn bị giống vi khuẩn đưa vào giai đoạn lên men, ta phải tiến hành nhân giống từ giống chuẩn lỏng hoặc khô từ phòng thí nghiệm. Trước hết người ta cấy giống chuẩn vào sữa đã thanh trùng rồi nuôi ở nhiệt độ thích hợp. Giống chuẩn sẽ phát triển làm sữa đông tụ lại. Nhờ vậy ta được giống cấp I. Tùy thuộc vào quy mô sản xuất nhỏ hay lớn mà có thể chỉ dung giống cấp I hoặc từ giống cấp I mà nhân giống cấp II, cấp III để sản xuất. Phương pháp nhân giống cấp II hoặc cấp III cũng tương tự như phương pháp nhân giống cấp I. Độ axit của giống chuẩn bị từ Streptococcus thường khoảng 90 - 100OT là vừa, từ Lactobacillus thì hơi chua thêm một ít: 100 - 110OT. Tỉ lệ cấy giống vào thùng lên men là 5%. Men cái được bơm từ bồn men sang bồn ủ với tỉ lệ 3 - 5% và được khuấy đều. Nhiệt độ của dịch sữa trong bồn ủ lúc này là 43 - 44OC. Sau khi khuấy đều, tắt cánh khuấy, quá trình lên men xảy ra. Sau khoảng 3 - 5 giờ, pH của dịch sữa sẽ giảm xuống 4,7 – 4,8 thì ngưng ủ. Các chuẩn vi sinh vật sản sinh ra axit lactic đồng thời các axit bay hơi, khí CO2, dầu thơm, diaxetyl. Tạo cho sản phẩm có mùi đặc trưng. Chuẩn bị và cấy chuẩn vi sinh vật: Quá trình hoạt hoá được thực hiện trong thiết bị vô trùng có dạng hình trụ, nhiệt độ hoạt hoá được duy trì ở 430C. Quá trình được kết thúc khi độ chua của canh trường đạt 85 – 900C. Giống vi khuẩn lactic sau khi hoạt hoá, được cấy bồn chứa sữa nguyên liệu với tỷ lệ tối thiểu là 0,5% và tối đa là 7%. Sau quá trình nhân giống hoặc hoạt hoá giống, nếu chưa sử dụng ngay ta cần làm lạnh để hạn chế sự gia tăng độ chua của canh trường, từ đó có thể dẫn đến ức chế khả năng lên men của vi khuẩn lactic. Nếu giống được sử dụng trong 6 giờ tiếp theo, ta chỉ cần làm lạnh đến 10 – 120C; nếu thời gian bảo quản giống dài hơn 6 giờ, nhiệt độ canh trường nên được duy trỳ ở 50C. Hoạt hoá giống: Nhằm rút ngắn thời gian lên men và tiết kiệm lượng chế phẩm vi khuẩn cần dùng. Hàm lượng chất khô trong môi trường hoạt hoá dao động từ 9 – 12%. Trước khi hoạt hoá giống, môi trường cần được thanh trùng ở 90 – 950C trong thời gian 30 – 45 phút. Lên men: Lên men lactic là quá trình chính trong sản xuất sữa chua. Axit lactic được tạo thành trong quá trình lên men theo theo phương trình sau: Phương trình chung: C12H22O11 + H2O → 4C3H6O3 Lactoza Acid lactic NH2 – R(COO)2Ca + 2CH3CHOHCOOH → NH2 – R(COOH)2 + (CH3CHOHCOO)2Ca Cazeinat canxi axit lactic axit ceiseic canxi lactate (quện sữa) Axit lactic tác dụng với phức canxi photphate – casein làm tách canxi ra khỏi phức và chuyển nó thành dạng không hoà tan, sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng đông tụ. Tuỳ theo loại sữa chua mà thời gian có thể lên đến 3, 4 hoặc 12h. Làm lạnh 2 Mở cánh khuấy 2-3 phút sau khi ngưng ủ, làm lạnh sữa xuống 15-20OC trong vài giờ. Trong thời gian này, xảy ra sự thay đổi lý hoá quện sữa. Quá trình lên men lactic yếu dần và kết thúc khi quện sữa đạt 100C. Trên đường sữa đưa đi làm lạnh có sử dụng một van tiết lưu với áp suất điều chỉnh khoảng 1,5 – 2,5 bar để làm mịn sữa chua (các protid trương nở, giảm lượng ẩm tự do). Sữa chua sau khi làm lạnh được đưa vào bồn trữ để chuẩn bị đóng hộp. Bồn rót Sau khi làm lạnh sữa được chuyển qua bồn rót để chuẩn bị đóng gói Đóng gói, dán nhãn, vô thùng Đối với sữa chua trắng: sữa từ bồn trữ được đưa đến máy rót để đóng hộp. Cuộn nhựa được tiệt trùng ở 115OC sau đó đem dập khuôn và chuyển đến bồn rót. Sữa chua được rót và dán nhãn (nhãn được tiệt trùng bằng tia hồng ngoại). Bảo quản trong kho lạnh ở nhiệt độ 0 - 5OC trước khi xuất xưởng. III. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT Giả sử, ta tính toán với các thông số như sau: _ Khối lượng một hộp sữa chua là: 100gram/hộp _ Năng suất nhà máy: 5 tấn/ ngày _ Tổng số lượng thành phẩm là 50000 hộp/ngày Tính toán cân bằng vật chất cho năng suất 5000 kg thành phẩm /ngày * Tiêu chuẩn thành phẩm: 1) Chất khô không mỡ: 8.5% 2) Chất béo: 2.5% 3) Bột whey: 0.95% 4) Đường ssccharose: 7.5% 5) Chất ổn định: 0.35% 6) men: 0.03% NHU CẦU NGUYÊN LIỆU TRONG 5000kg THÀNH PHẨM: 1) Chất khô không mỡ: 8.5100 x 5000 = 425 kg/ngày 2) Chất béo: 2.5100 x 5000 = 125 kg/ngày 3) Đường saccharose: 7.5100 x 5000 = 375 kg/ngày 4) Chất ổn định: 0.33100 x 5000 = 16.58 kg/ngày 5) Men: 0.03100 x 5000 = 1.5 kg/ngày LƯỢNG NGUYÊN LIỆU CẦN CUNG CẤP TÍNH THEO THÀNH PHẨM (ĐÃ TÍNH TIÊU HAO) 1) Giả sử khối lượng sữa tươi được sử dụng là 4000kg/ngày. Khối lượng béo trong sữa tươi (giả sử trong thành phần sữa tươi có chứa 2% béo) 4000 x 2100 = 80 kg/ngày 2) Bột sữa gầy : độ ẩm 3.5% Hàm lượng béo 1% Độ hòa tan 99% 425 x 100(100-3.5)=440.41 kg/ngày Vì độ hòa tan của bột sữa gầy là 99% => Khối lượng bột sữa gầy nguyên liệu cần là: 440.41 x 10099=444.86 kg/ngày 3) Chất béo a/ Chất béo trong bột sữa gầy cung cấp: 440.41 x 1% = 4.40 kg/ngày b/ Chất béo do sữa cung cấp: 80 kg/ngày c/ Chất béo cần lấy từ bột sữa có 25% béo: 125 – 4.40 – 80 = 40.6 kg/ngày 4) Khối lượng bột sữa có 25% béo cần cung cấp: 40.6 x 10025 = 162.4 kg/ngày 5) Đường saccharose Giả sử ta sử dụng đường có độ tinh khiết 99.7% 375 x 10099.7 = 376.13 kg/ngày BẢNG TỔNG KẾT NGUYÊN LIỆU CẦN DÙNG THEO THÀNH PHẨM Nguyên liệu Nhu cầu (kg/ngày) Sữa tươi 4000 Bột sữa gầy 444.86 Bột sữa có 25% béo 162.4 Đường saccharose 376.13 Chất ổn định 16.58 Men 0.03 BẢNG TỶ LỆ HAO HỤT (THAM KHẢO) CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT Quá trình Tỷ lệ hao hụt (%) Phối trộn 0,3 Lọc 0,2 Gia nhiệt 0,1 Đồng hóa 1 0,025 Thanh trùng 1 0,025 Làm lạnh 1 0 Ageing 0 Đồng hóa 2 0,025 Thanh trùng 2 0,025 Làm nguội 0 Lên men 0 Làm lạnh 2 0 Chiết 0,2 Nhu cầu nguyên liệu cần cung cấp trước khi tính đến tiêu hao Khối lượng nguyên liệu trước khi tổn thất = khối lượng nguyên liệu sau tổn thất x 100(100-giá trị tổn thất) Dựa vào công thức trên, ta có bảng tổng kết các giá trị khối lượng nguyên liệu trước khi tính tổn thất như sau: CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Tổng nguyên liệu đầu vào = nguyên liệu đầu ra + nguyên liệu tổn thất => Lượng nguyên liệu tổn thất = tổng nguyên liệu đầu vào – nguyên liệu đầu ra 5045.249 – 5000 = 45.249 kg/ngày BẢNG TIÊU HAO NGUYÊN LIỆU (theo, ngày, tháng, năm) Đơn vị Ngày Tháng (26 ngày) Năm (300 ngày) Nguyên liệu Kg 5045.249 131176.47 1513574.7 Sản phẩm Kg 5000 130000 1500000 Lượng tổn thất kg 45.249 1176.47 13574.7 IV. LỰA CHỌN THIẾT BỊ SẢN XUẤT 1/ Thiết bị phối trộn Thông số kĩ thuật Năng suất 1000 lít/h Sử dụng khuấy bên hông 960 vòng /phút Đồng hồ nhiệt độ hiển thị số, phạm vi hiển thị nhiệt độ từ 0-100OC Bốn chân gien có thể điều chỉnh nhiệt độ 2/ Thiết bị lọc Năng suất 1000 lít/giờ 3/ Bồn cân bằng Dung tích 400 lít 4/ Thiết bị đồng hóa Thông số kĩ thuật: Năng suất 1000 lít/h Đồng hóa 2 cấp Cấp 1 : P1 = (230-250) bar Cấp 2 : P2 = (40-45) bar Áp suất đồng hóa là 2,1 bar 5/ Thiết bị trao đổi nhiệt Thông số kĩ thuật: Năng suất 1000 lít/h Nhiệt độ thanh trùng : 85±5OC 6/ Bồn ổn nhiệt Thông số kĩ thuật: Dung tích 5500 lít Độ bóng trong ruột thùng là 300 mesh, bên ngoài sử dụng chất liệu bóng mờ 2B Đồng hồ nhiệt độ hiển thị số,phạm vi hiển thị nhiệt độ từ 0OC - 100OC Bốn chân gien có thể điều chỉnh nhiệt độ 7/ Thiệt bị lên men Thông số kỹ thuật: Dung tích 5500 lít Tốc độ khuấy 2000 vòng/ phút Đồng hồ nhiệt độ hiển thị số,phạm vi hiển thị nhiệt độ từ 0-100OC Bộ chân gien có thể diều chỉnh nhiệt độ 8/ Máy rót combiblock Thông số kĩ thuật: Công suất 12000 hộp/h Nhiệt độ hàn 100 – 1200C Nồng độ peroxide : 23% - 25% Nhiệt độ rót 20 - 300C Miêu tả thiết bị 1/ Thiết bị đồng hóa Thiết bị đồng hóa sử dụng áp lực cao gồm 2 bộ phận chính: bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp. Bơm piston cao áp được vận hành bởi động cơ điện thông qua trục quay và bộ truyền động để chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Các piston chuyển động trong xilanh ở áp suất cao. Chúng được chế tạo từ những vật liệu có độ bền cơ học cao. Bên trong thiết bị còn có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục đích làm mát cho piston trong suốt quá trình làm việc. Đầu tiên mẫu nguyên liệu được đưa vào thiết bị đồng hóa bởi piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3 bar lên đến 100 – 250 bar hoặc cao hơn tại đầu vào của khe hẹp. Người ta sẽ tạo một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong các thiết bị giữa bộ phận sinh lực và bộ phận tạo khe hẹp. Đối áp này được duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu. Khi đó, áp suất đồng hóa sẽ cân bằng với áp suất dầu tác dụng lên piston thủy lực. Thông thường người ta chọn khe hẹp có chiều rộng khoảng 100 lần lớn hơn đường kính hạt của pha phân tán. Đi ngang qua khe hẹp, tốc độ chuyển động của hệ nhũ tương chỉ có thể tăng đến 100 – 400 m/s và quá trình đồng hóa chỉ diễn ra trong khoảng 10 – 15 giây. Trong suốt thời gian này, toàn bộ năng lượng áp suất được cung cấp từ bơm piston sẽ được chuyển thành áp suất để đẩy hệ nhũ tương đi tiếp sau khi rời khe hẹp. Một phần khác được thoát ra dưới dạng nhiêt năng. Theo tính toán chỉ 1% năng lượng sử dụng phục vụ cho mục đích đồng hóa: phá vỡ các hạt của pha phân tán. Trong công nghiệp, máy đồng hóa có thể được thiết kế cấp bậc hạ cấp. Thiết bị đống hóa 1 cấp ba gồm 1 bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, một khe hẹp và một hệ thống thủy lực tạo đối áp. Trong công nghiệp chế biến sữa, thiết bị đống hóa một cấp được sử dụng khi sản phẩm có hàm lượng chất béo thấp hoặc hệ nhũ tương sau đồng hóa có độ nhớt cao. Thiết bị đồng hóa 2 cấp bao gồm 1 piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo đối áp. Tuy nhiên người ta thường dùng chung một bể dầu cho hai hệ thống thủy lực trên. Sau khi qua khe hẹp thứ nhất, các hạt pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước. Tuy nhiên chúng có thể bị kết dính với nhau tạo thành chum hạt. Việc thực hiện giai đoạn đồng hóa tiếp theo nhằm duy trì đối áp ổn định cho giai đoạn đồng hóa cấp 1, đồng thời tạo điều kiện cho các chum hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ, chống lại hiện tượng tách pha trong quá trình bảo vệ hệ nhũ tương sau này. Tiến trình đống hóa hai cấp rất phổ biển trong công nghiệp chế biến sữa, đặc biệt đối với nhóm sản phẩm có hàm lượng chất béo cao hoặc tổng hàm lượng chất khô cao và các sản phẩm yêu cầu có độ nhớt thấp. 2/ Thiết bị trao đổi nhiệt Đây là loại thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, được ứng dụng rộng rãi để thanh trùng hay gia nhiệt/ làm lạnh các loại chất lỏng trong công nghệ sữa, thức uống, thực phẩm dạng lỏng hay nhớt. * nguyên lý hoạt động Thiết bị trao đổi nhiệt nhiều tấm kim loại gợn song ghép chặt với nhau tạo thành 5 khu vực trao đổi nhiệt riêng biệt. Hai vỉ liên tiếp ngăn cách nhau bằng một tấm kim loại dày gọi là tấm nối. Ngoài cùng thiết bị có 2 tấm kim loại dày hơn, to hơn tấm nối, gồm, thứ nhất là tấm khung được hàn chặt và bắt ốc vào bộ khung, thứ hai là tấm chịu áp. Người ta bố trí các thanh kim loại ở 2 bên thiết bị, có đai ốc ép chặt tấm khung và tấm chịu áp để giữ cho các tấm trao đổi nhiệt ép kín lại với nhau. Các tấm truyền nhiệt được bố trí sao cho phân phối các dòng chảy vào giữa các khe song song ngược nhau. Quá trình xảy ra trong thiết bị là truyền nhiệt gián tiếp qua tấm kim loại mỏng giữa 2 dòng lưu chất chuyển động ngược chiều theo 2 cơ chế: Truyền nhiệt đối lưu trong lòng mỗi dòng lưu chất Truyền nhiệt do dẫn nhiệt qua tấm kim loại Các tấm được chế tạo dạng lượn sóng để tạo dòng chảy rối, làm tăng hiệu quả truyền nhiệt * Chi tiết các thiết bị Tấm trao đổi nhiệt là chi tiết quan trọng nhất trong thiết bị, đóng vai trò quyết định khả năng và hiệu quả truyền nhiệt của dòng chảy. Tấm trao đổi nhiệt được làm bằng thép không rỉ, vật liệu thường sử dụng là thép không rỉ AISI 316 có pha titan hay SMO. Tấm này không chỉ cứng, chắc và tránh được ăn mòn mà còn có khả năng truyền nhiệt tốt từ môi trường ấm hơn qua bề mặt kim loại đến môi trường kia. Các tấm kim loại trao đổi nhiệt có 4 lỗ tròn ở 4 gốc tạo đường dẫn cho lưu chất chạy qua. Phần còn lại được gia công lượn sóng để: Viền ngoài tấm trao đổi nhiệt có các rãnh để ghép vòng đệm cao su vào, khi ép chặt hai tấm (một tấm có miếng đệm và một tấm không có miếng đệm) thì đệm này vừa có tác dụng bịt kín vừa có tác dụng bịt kín vừa có tác dụng định hướng dòng chảy vào những kênh xen kẽ nhau. Tăng khả năng chảy rối khi dòng chảy chuyển động qua các gờ và khe, nhất là các gờ hình chữ V đặt ngược chiều nhau (nếu để dạng tấm phẳng thì dòng lưu chất dễ chảy màng), làm tăng khả năng truyền nhiệt. Giúp tăng cường (nhất là kết cấu hình chữ V), nâng cao độ bền của tấm kim loại dưới áp suất cao của dòng chảy. Tăng diện tích bề mặt tiếp xúc để tăng hiệu quả truyền nhiệt Giảm hiệu ứng thành Tuy nhiên có nhược điểm là khó loại bỏ cặn bẩn Có nhiều hình dạng của tấm trao đổi nhiệt đã được sử dụng: gờ ngang, gờ hình chữ V với góc nghiêng 600 C, 300C… Tấm trao đổi nhiệt được chia thành 2 loại: Tấm A: có các rãnh hình chữ V đặt xuôi Tấm B: có các rãnh hình chữ V đặt ngược Do cấu tạo của 2 tấm A và B là hoàn toàn giống nhau nên khi đảo ngược tấm A ta sẽ được tấm B và ngược lại. Khi lắp ghép, người ta ghép tấm A và tấm B xen kẽ. Số lượng tấm trong khu vực trao đổi nhiệt quyết định bởi diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết, tốc độ dòng chảy, tính chất vật lý của lưu chất, độ giảm áp và chế độ nhiệt độ của quy trình công nghệ. 3/ Thiết bị lên men * Nguyên tắc hoạt động Quá trình lên men luôn được kiểm soát chặt chẽ bằng cách theo dõi liên tục trong quá trình lên men thông qua 2 thông số quan trọng là nhiệt độ và độ chua. Chất tải nhiệt thường dùng là hơi nước bão hòa. Bên trong thùng có cánh khuấy, ngoài ra còn có các thiết bị theo dõi và điều khiển nhiệt độ nhằm đảm bảo nhiệt độ trong quá trình lên men luôn ổn định ở mức 430C Hai yêu cầu quan trọng của thùng lên men trong công nghệ sản xuất sữa chua là: thùng phải kín, đảm bảo lên men trong điều kiện yếm khí. Đồng thời phải có hệ thống điều khiển nhiệt độ thích hợp để giữ nhiệt độ lên men là 430C * Chi tiết các thiết bị Đối với môi trường, người ta sử dụng thiết bị lên men có dạng hình trụ đứng, được chế tạo từ vật liệu thép không rỉ. Bên trong có hệ thống cánh khuấy và các đầu dò nhiệt độ, pH… để có thể theo dõi trực tiếp các thông số công nghệ trong quá trình lên men. Trong sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, do không cần cung cấp oxy cho giống vsv khi lên men các thiết bị không có hệ thống sục khí. Motor cho cánh khuấy thường được đặt phía trên nắp thiết bị. Còn cửa nạp và tháo môi trường được bố trí phía đáy. Ngoài ra, thiết bị còn có của quan sát, van lấy mẫu… V. LỜI KẾT Sữa chua là một trong số những loại thực phẩm bổ dưỡng và mang lại giá trị dinh dưỡng vô cùng quý giá cho con người. Cho nên việc nghiên cứu và sản xuất loại thực phẩm này trên quy mô công nghiệp là một bước phát triển tốt, phù hợp với nhu cầu phát triển của nền công nghiệp thực phẩm và đồng thời cũng đáp ứng được nhu cầu ăn uống bổ dưỡng của người tiêu dùng. Sau quá trình nghiên cứu đồ án này, nhóm có đưa ra một số kết luận về sản phẩm như sau: - Sản phẩm mang đến cảm giác ngon miệng, dễ tiêu thụ và sử dụng - Giá thành sản phẩm tương đối phù hợp, nguồn nguyên liệu dễ tìm VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguồn tiếng việt 1) Lê Thị Liên Thanh và Lê Văn Hoàng Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm sữa. NXB khoa học và kỹ thuật 2) Nguyễn Đức Lượng Công nghệ vi sinh vật (tập 1) cơ sở vi sinh vật công nghiệp. NXB đại học quốc gia HCM 3) Nguyễn Đức Lượng Công nghệ vi sinh (tập 2) thực phẩm lên men truyền thống. NXB đại học quốc gia HCM 4) Nguyễn Đức Lượng Công nghệ vi sinh (tập 3) thực phẩm lên men truyền thống. NXB đại học quốc gia HCM 5) Lê Văn Việt Mẫn Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống (tập 1) công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa. NXB đại học quốc gia HCM 6) Lư Nhật Phong Vi sinh vật và sức khoẻ. NXB Tổng hợp thành phố HCM 7) PGS. TS. Lê Thanh Mai (chủ biên), PGS. TS. Nguyễn Thị Hiền, PSG. TS. Phạm Thu Thủy, TS. Ng Thanh Hằng, Ths. Lê Thị Lan Chi Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men. NXB khoa học kỹ thuật 8) Bùi Ái Công nghệ lên men ứng dụng cho các sản phẩm truyền thống. NXB đại học quốc gia HCM 9) Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm. Khoa hoá học thực phẩm và công nghệ sinh học. Trường Đại Hoc Bách Khoa Hà Nội Nguồn tiếng anh 1) Martin R. Adams and Maurice O. Moss Food Microbiology Third Edition Nguồn internet 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Hình ảnh lấy từ