GIỚI THIỆU CHUNG
Sữa là thực phẩm giàu dinh dưỡng, chứa hầu hết các dưỡng chất thiết yếu cho sức khỏe con người Với khả năng hấp thụ cao, sữa cung cấp đầy đủ chất béo, đường lactoza, vitamin, khoáng chất và enzym, cùng với các axit amin không thay thế Những thành phần này không chỉ giúp tăng cường miễn dịch mà còn hỗ trợ hồi phục sức khỏe Nghiên cứu cho thấy, những nơi tiêu thụ nhiều sữa thường có tình trạng sức khỏe cải thiện rõ rệt.
Thành phần hóa học của sữa bò tươi gồm có:
Nước chiếm khoảng 87% trong sữa và đóng vai trò quan trọng như dung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, đồng thời là môi trường cho các phản ứng sinh hóa Khi đun nóng, phần lớn nước trong sữa có thể thoát ra, dẫn đến việc bốc hơi nước từ sữa tươi để chế biến thành các sản phẩm dễ vận chuyển và bảo quản hơn như sữa đặc, sữa bánh và sữa bột.
Chất béo là thành phần quan trọng trong sữa, với hàm lượng thay đổi từ 3g đến 6g trong 100ml, trong đó sữa bò chứa khoảng 3.9% chất béo Chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng hạt hình cầu nhỏ, kích thước phụ thuộc vào giống loài, từng con vật và thời gian tiết sữa Hạt chất béo lớn dễ tách ra hơn hạt nhỏ, và khi sữa để yên, chúng sẽ nổi lên tạo thành váng sữa Trong sữa có khoảng 20 loại acid béo, chủ yếu là acid béo no, với một số acid béo dễ hòa tan trong nước Chất béo trong sữa dễ bị phân hủy qua quá trình thủy phân và oxy hóa, ảnh hưởng đến chất lượng sữa Ngoài chất béo, sữa còn chứa photphatit với hàm lượng khoảng 0.5-0.7g trong mỗi lít, chủ yếu là lecithin.
Protein là nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất trong sữa, với hàm lượng thường dao động từ 3.0-4.6%, trong đó sữa bò chứa khoảng 3.3-3.5% protein Các protein trong sữa được coi là hoàn thiện, bao gồm 19 loại axit amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các axit amin không thay thế như valin, lơxin, izolơxin, metionin, treonin, phenylalanin, triptophan và lyzin Sữa chủ yếu chứa ba loại protein: casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin 12% và lactoglobulin 6%, cùng với một số loại protein khác nhưng với hàm lượng không đáng kể.
Gluxit chính yếu có trong sữa là lactose, với hàm lượng khoảng 4.5-5.1% tùy thuộc vào loại sữa, trong đó sữa bò chứa khoảng 4.9% lactose Lactose tồn tại dưới dạng hòa tan trong sữa và khó bị thủy phân hơn các loại đường khác Khi lactose được thủy phân, nó sẽ tạo ra một phân tử glucose và một phân tử galactose.
Khi sữa được khử trùng ở nhiệt độ cao, lactose chuyển hóa thành caramen, dẫn đến màu sắc sữa sau khi khử trùng thường sẫm hơn so với lúc chưa khử trùng Ngoài ra, lactose còn kết hợp với các nhóm amin của protein casein, tạo thành hợp chất melanoidin có màu sắc tối hơn.
II Công nghệ tiệt trùng UHT
Sữa tươi tiệt trùng là loại sữa được xử lý ở nhiệt độ cao nhằm tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và enzyme, với thời hạn bảo quản từ 3 đến 6 tháng Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng chia thành hai nhánh chính: quy trình sản xuất trong bao bì (thủy tinh hoặc nhựa) và quy trình sản xuất ngoài bao bì UHT (bao bì giấy vô trùng) Tại Việt Nam, quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng ngoài bao bì UHT chiếm ưu thế, với các sản phẩm nổi bật như sữa tươi tiệt trùng Vinamilk và TH true milk.
Công nghệ chế biến tiệt trùng UHT sử dụng phương pháp gia nhiệt sản phẩm ở nhiệt độ 136-140°C trong thời gian ngắn từ 4 đến 6 giây, sau đó làm nguội nhanh về 25°C Quy trình này giúp tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn, nấm men, và nấm mốc, đồng thời bảo toàn tối đa chất dinh dưỡng và hương vị tự nhiên của nguyên liệu.
Sữa thành phẩm được đóng gói trong bao bì giấy tiệt trùng 6 lớp trong môi trường hoàn toàn tiệt trùng, giúp ngăn ngừa 100% ánh sáng và vi khuẩn có hại xâm nhập, nguyên nhân chính gây hư hỏng thực phẩm Quy trình xử lý nhiệt tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn, kết hợp với quy trình đóng gói hoàn hảo, đảm bảo sản phẩm tiệt trùng an toàn tuyệt đối và có hạn sử dụng lên đến 6 tháng mà không cần sử dụng chất bảo quản hay trữ lạnh.
Trong bối cảnh lo ngại về vệ sinh an toàn thực phẩm, sản phẩm chế biến bằng công nghệ tiệt trùng UHT, đặc biệt là sữa, trở thành lựa chọn thông minh và an toàn cho người tiêu dùng.
Công nghệ tiệt trùng UHT được coi là một trong những phát minh quan trọng nhất trong ngành chế biến thực phẩm thế kỷ 20 Hàng năm, hàng trăm tỷ lít sữa tiệt trùng UHT được tiêu thụ toàn cầu, mang lại nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho hàng tỷ người.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng UHT
- Năng suất nhà máy là 150 tấn sữa tiệt trùng/ngày.
3 ca/ ngày; 1 ca = 8 giờ (thực tế chỉ làm 7h, 1h cho công nhân nghỉ).
Thực tế, một ngày nhà máy sản xuất 21 giờ.
Một tháng nghỉ 4 ngày chủ nhật.
Tháng 7, nhà máy nghỉ 15 ngày để bảo dưỡng máy móc; nghỉ 2 ngày chủ nhật của 2 tuần cuối tháng.
Nhà máy nghỉ Tết Nguyên đán 4 ngày (vào tháng 2 dương lịch).
Bảng thể hiện kế hoạch sản xuất của nhà máy trong 1 năm
TÍNH SẢN XUẤT
- Năng suất nhà máy là 150 tấn sữa tiệt trùng/ngày.
3 ca/ ngày; 1 ca = 8 giờ (thực tế chỉ làm 7h, 1h cho công nhân nghỉ).
Thực tế, một ngày nhà máy sản xuất 21 giờ.
Một tháng nghỉ 4 ngày chủ nhật.
Tháng 7, nhà máy nghỉ 15 ngày để bảo dưỡng máy móc; nghỉ 2 ngày chủ nhật của 2 tuần cuối tháng.
Nhà máy nghỉ Tết Nguyên đán 4 ngày (vào tháng 2 dương lịch).
Bảng thể hiện kế hoạch sản xuất của nhà máy trong 1 năm
Tháng Số ngày sản xuất trong tháng
Số ca sản xuất trong tháng
Năng suất trong tháng (tấn)
II Tính cân bằng vật chất
Thành phần Hàm lượng trong sữa
Khối lượng riêng của sữa (có đường),
Khối lượng riêng của sữa (không đường)
2 Tính cân bằng vật chất của dây chuyền sản xuất sữa trong một ngày
Mỗi ngày, sản xuất sữa tươi tiệt trùng đạt 150 tấn, tương đương 150.000 kg Khi chuyển đổi sang thể tích, ta có V = m/ρ = 150.000/1,04 = 4230,77 lít Số liệu này rất quan trọng để tính toán cân bằng vật chất trong từng giai đoạn của quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng.
UHT, ta áp dụng công thức: Gv= Gr×100
Trong đó: - Gv làlượng sữa trước khi vào mỗi công đoạn.
- Gr là lượng sữa sau mỗi công đoạn.
- gh là lượng sữa tiêu hao ở mỗi công đoạn.
Trong quy trình sản xuất, lượng sữa ở mỗi công đoạn đều bằng với lượng sữa vào công đoạn tiếp theo Để xác định lượng nguyên liệu ban đầu, chúng ta cần thực hiện cân bằng vật chất từ công đoạn cuối trở về công đoạn đầu.
2.1 Lượng sữa trước khi chiết rót
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn chiết rót là 1%.Lượng sữa sau khi chiết rót chính là lượng sữa thành phẩm để đạt năng suất 150 tấn/ngày.
Ta có: G r (chiết rót) = V sữa thành phẩm = 144230,77 (l)
100−1 5687,65(l) 2.2 Lượng sữa trước khi tiệt trùng
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn tiệt trùng là 0,2%.Lượng sữa sau khi tiệt trùng bằng lượng sữa trước khi chiết rót.
Ta có: G r (tiệt trùng) = G v (chiết rót) = 145687,65 (l )
2.3 Lượng sữa trước khi đồng hóa lần 2
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn đồng hóa là 0,1%.Lượng sữa sau khi đồng hóa bằng lượng sữa trước khi tiệt trùng.
Ta có: G r (đồng hóa) = G v (tiệt trùng) = 145979,61 (l )
2.4 Lượng sữa trước khi lọc
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn lọc là 0,1% Lượng sữa sau khi lọc bằng lượng sữa trước khi đồng hóa
Ta có: G r (lọc) = G v (đồng hóa) = 146125,74 (l )
2.5 Lượng dịch sữa trước khi phối trộn
Lượng sữa sau khi phối trộn (chưa tính hao hụt) bằng lượng sữa trước khi lọc
Để tính số lượng các thành phần bổ sung vào sữa trong công đoạn phối trộn, ta có công thức G r (phối trộn) = G v (lọc) = 146272,01 (l) Khi chuyển đổi lượng sữa sau khi phối trộn sang đơn vị khối lượng, ta tính như sau: mr (phối trộn) = G r (phối trộn) × ρ 1 = 146272,01 × 1,04 = 152122,89 (kg).
Tính lượng đường saccharose cần thêm vào sữa trong công đoạn phối trộn
Hàm lượng đường saccharose trong sữa là 4%, với độ tinh khiết đạt 99,7% Để tính toán lượng đường cần cho công đoạn phối trộn (chưa tính hao hụt), ta sử dụng công thức: mđường = m(r) × 4.
- Lượng đường hao hụt trong công đoạn phối trộn là 0,5% Ta có lượng đường cần thêm vào thực tế là: mđường (thực tế)= m đ ng ườ × 100
Tính lượng chất ổn định thêm vào (hao hụt không đáng kể)
Hàm lượng chất ổn định trong sữa là 0,7%: m ch t ấ ổ n đ nh ị =m r( ph i ố tr n ộ ) × 0,7
Tính khối lượng dịch sữa trước khi phối trộn là: m ¿ v ( ph i ố tr n ộ ) =m r ( ph i ố tr n ộ ) −m đ ng ườ −m ch t ấ ổ n đ nh ị ¿152122,89−6103,23−1064,864954,8 (kg) Đổi sang thể tích: G ¿ v ( ph i ố tr n ộ ) = m ¿ v( ph i ố tr n ộ ) ρ 2 4954,8
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn phối trộn là 0,1% Vậy lượng dịch sữa trước khi phối trộn thực tế là:
2.6 Lượng sữa trước khi lưu trữ, gia nhiệt
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn này là 0,1% Lượng sữa sau khi lưu trữ và gia nhiệt bằng lượng sữa trước khi phối trộn
Ta có: G r (lưu trữ, gia nhiệt) = G v (phối trộn) = 140873,69 (l )
G v (lưu trữ, gia nhiệt) = G r ( l u ư trữ ,gia nhi t ệ ) ×100
2.7 Lượng sữa trước khi thanh trùng
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn thanh trùng là 0,1% Lượng sữa sau khi thanh trùng bằng lượng sữa trước khi lưu trữ và gia nhiệt
Ta có: G r (thanh trùng) = G v (lưu trữ, gia nhiệt) = 141014,7(l)
2.8 Lượng sữa trước khi đồng hóa lần 1
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn thanh trùng là 0,1% Lượng sữa sau khi đồng hóa lần 1 bằng lượng sữa trước khi thanh trùng
Ta có: G r (đồng hóa lần 1) = G v (thanh trùng) = 141155,86 (l )
G v (đồng hóa lần 1) = G r ( đ ng ồ hóal n ầ 1 ) ×100
2.9 Lượng sữa trước khi bài khí, gia nhiệt
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn bài khí, gia nhiệt là 0,2% Lượng sữa sau khi bài khí, gia nhiệt bằng lượng sữa trước khi đồng hóa lần 1
Ta có: G r (bài khí, gia nhiệt) = G v (đồng hóa lần 1) = 141297,16 (l )
G v (bài khí, gia nhiệt) = G r ( bài khí , gianhi t ệ ) × 100
2.10 Lượng sữa trước khi ly tâm tách béo và chuẩn hóa hàm lượng béo
Sữa gầy chứa 0,05% chất béo, trong khi cream có hàm lượng lên tới 40% Sữa bò thường có khoảng 3,9% chất béo Khi sữa gầy và sữa chưa tách béo được hòa trộn, chúng tạo ra sữa với hàm lượng chất béo là 3,2%.
Sau khi ly tâm, sữa sẽ được tách béo và chuẩn hóa hàm lượng béo dựa trên lượng sữa ban đầu trước khi bài khí và gia nhiệt, bao gồm cả sữa gầy và sữa chưa tách béo.
- Ta có : G r (ly tâm, chuẩn hóa) = G v (bài khí, gia nhiệt) = 141580,32 (l )
- Đổi sang khối lượng : m r(ly tâm, chu n ẩ hóa)=G r(ly tâm, chu n ẩ hóa) × ρ 2 1580,32×1,035827,73(kg)
Tính lượng sữa trước khi ly tâm tách béo
- Ta gọi : M : lượng sữa trước khi ly tâm tách béo (gồm cả lượng sữa cần ly tâm và lượng sữa không cần ly tâm tách béo) (kg)
X: lượng sữa tươi cần phải ly tâm tách béo(kg).
Y: lượng sữa tươi không ly tâm tách béo (kg).
Z: lượng sữa gầy thu được sau khi ly tâm tách béo (kg).
T: lượng cream thu được sau khi tách béo (kg).
- Sơ đồ ly tâm tách béo:
- Phương trình cân bằng vật chất :
- Theo công thức đường chéo Peason:
Với lượng sữa tươi cần ly tâm tách béo (là hỗn hợp của sữa gầy và cream)
Với lượng sữa tươi cần chuẩn hóa hàm lượng chất béo (là hỗn hợp của sữa gầy và sữa tươi chưa tách béo)
Giải hệ phương trình sau:
- Lượng sữa tươi không ly tâm tách béo là: Y = 119313,6 (kg).
- Lượng cream thu được sau khi ly tâm là: T (26,67 (kg).
- Lượng sữa gầy thu được sau khi ly tâm là: Z = 26514,13 (kg)
- Lượng sữa cần ly tâm
- Đổi sang thể tích là: X (l) ¿ X ρ (kg )
- Lượng sữa tươi trước khi ly tâm và chuẩn hóa chất béo 3,2% là:
- Đổi sang thể tích là: G ¿ v ( lytâm ,chu n ẩ hóa )=M ρ 2 8654,4
Lượng sữa hao hụt trong quá trình ly tâm và chuẩn hóa chất béo được xác định là 0,1% Do đó, để tính lượng sữa trước khi tiến hành ly tâm tách béo và chuẩn hóa, cần phải xem xét hao hụt này.
Gv (ly tâm, chuẩn hóa) = G ¿ v ( ly tâm, chu n ẩ hóa ) × 100
2.11 Lượng sữa trước khi làm lạnh
Lượng sữa hao hụt trong quá trình làm lạnh là 0,1% Sau khi làm lạnh, lượng sữa đạt được tương đương với lượng sữa trước khi thực hiện ly tâm tách béo và chuẩn hóa hàm lượng chất béo.
Ta có: G r (làm lạnh) = G v (ly tâm, chuẩn hóa) = 144469,13 (l )
2.12 Lượng sữa trước khi lọc tách khí
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn lọc tách khí là 0,2%.Lượng sữa sau khilọc tách khí bằng lượng sữa trước khi làm lạnh.
Ta có: G r (lọc tách khí) = G v (làm lạnh) 4613,74(l)
3 Tính số lượng hộp sữa và số lượng thùng carton cần dùng trong công đoạn bao gói
3.1 Tính số hộp sữa cần dùng trong một ngày
- Dung tích một hộp sữa là 180 ml
- Lượng sữa sản xuất trong một ngày:144230,77(l) = 144230770 ml
- Vậy số hộp cần dùng ¿ 144230770 180 = 801282,1(hộp)
- Trong quá trình chiết rót, lượng hộp sữa hao hụt là 1%
Vậy số hộp thực tế cần dùng ¿ 801282,1 100−1 ×100 9375,86 ≈ 809376 hộp
3.2 Tính số thùng carton cần dùng trong một ngày
- Một thùng có 48 hộp sữa
- Một ngày sản xuất ra 809376 hộp sữa
- Vậy số thùng carton cần dùng ¿ 809376 48 862 (thùng).
Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa tươi tiệt trùng
Nguyên vật liệu và bán thành phẩm qua các công đoạn
3 Ly tâm và chuẩn hóa 0,1 144469,13 (l) 6879,48
Lượng sữa trước phối trộn 0 140873,69 (l) 6708,27 Lượng đường (thực tế) 0,5 6133,9 (kg)
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
1 Bồn chứa sữa nguyên liệu
- Bồn tạm chứa có dạng hình trụ đứng
- Công suất thiết bị: 5 KW/h.
Gọi D là đường kính của thân hình trụ.
Hlà chiều cao của thân hình trụ.
Gọi Vtb là thể tích của thùng hoàn nguyên.
Chọn bồn có thể tích 10.000 (l)= 10 m 3
Ta tính được kích thước của bồn:
- Lượng dịch sữa cần chứa sau làm lạnh là: 6879,48 l/h.
- Chọn hệ số chứa đầy là 0,85 nh79,48 10.000×0,85=0,81
