Luận văn Tìm hiểu quy trình sản xuất và các thiết bị chính trong quy trình sản xuất sữa tiệt trùng tại nhà máy sữa Cần Thơ

vị ñắng, không phá hủy hoàn toàn ở chế ñộ HTST. Catalase H2O2 → H2O + O2 Chỉ thị sữa từ ñộng vật viêm nhiễm. Chất tiền oxy hóa. Lactoperoxydase H2O2 + AH → H2O + A Chỉ thị thanh trùng. Chỉ thị sữa từ ñộng vật viêm nhiễm. Phosphatase Thủy phân liên kết ester với gốc phosphate. Phá hủy hoàn toàn bởi quá trình thanh trùng HTST. HTST: High Temperature Short Time (chế ñộ 72 – 76oC, 15 – 40 giây). Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật chế biến sữa & các sản phẩm sữa (Dương Thị Phượng Liên, 2006) - Lactoperoxydase: Enzyme này do tuyến vú tiết ra nên nó luôn tồn tại trong sữa. Tuy vậy, lactoperoxydase cũng có thể do Leucocyte tổng hợp thành. Lactoperoxydase xúc tác phản ứng chuyển hóa hydrogen peroxide (H2O2) thành các chất oxy hóa khác. Nó có pH tối thích 6,8 và hàm lượng trung bình trong sữa nguyên liệu khoảng 30 mg/l. Lactoperoxydase bị vô hoạt ở 80oC trong vài giây. - Lipase: Enzyme này xúc tác phản ứng thủy phân triglyceride thành các acid béo tự do và glycerol. Quá trình phân giải tiếp các acid béo này làm cho sữa có mùi ôi. Lipase có pH tối thích 8,9 và còn hoạt tính ở 4 – 5oC. Tuy nhiên, lipase sẽ bị vô hoạt ở chế ñộ HTST. - Catalase: ðược tìm thấy trong protein màng bao xung quanh các cầu béo. Enzyme này xúc tác phản ứng phân hủy H2O2 thành nước và oxy. Catalase có pH tối thích ở khoảng pH trung tính. Catalase bị vô hoạt ở 75oC trong 1 phút hoặc ở 65 – 68oC trong 30 phút. Sữa từ các ñộng vật khỏe mạnh chứa rất ít catalase, còn ñộng vật bị bệnh thì hoạt tính catalase rất cao, nên catalase còn ñược xem là chất chỉ thị sữa từ ñộng vật bị viêm nhiễm. - Protease: Có hai loại protease là protease acid và protease kiềm ñược tiết ra từ tuyến vú. Chúng thường ở dạng liên kết với casein và cũng kết tủa ở pH = 4,6. Các enzyme protease xúc tác phản ứng thủy phân protein tạo thành proteose-peptone, Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 19 peptide và các acid amin tự do. pH tối thích của protease kiềm khoảng 7,5 – 8,0; còn của protease acid là 4,0. Protease bị vô hoạt hoàn toàn ở 80oC sau 10 phút. - Phosphatase: Các phosphatase tìm thấy trong sữa chủ yếu thuộc nhóm phosphomonoesterase. Chúng xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin. Có hai dạng phosphatase trong sữa là phosphatase acid và phosphatase kiềm có pH tối thích tương ứng là 4,7 và 9,6. Thường trong sữa chỉ tồn tại dạng phosphatase kiềm và phosphatase sẽ bị phá hủy hoàn toàn bởi chế ñộ HTST. - Lysozyme: Là một glucosaminidase (còn ñược gọi là muramidase) cũng là một trong số các enzyme bền nhiệt. Nó xúc tác phản ứng thủy phân mucopolysaccharide có trong màng tế bào vi khuẩn, từ ñó gây phân hủy tế bào nên enzyme này ñóng vai trò như một chất kháng khuẩn. Lysozyme trong sữa bò hoạt ñộng ở pH tối thích là 7,9 và có hàm lượng trung bình 130µg/l, thấp hơn trong sữa người khoảng 3000 lần (400mg/l). 3.2.6 Vitamin Sữa chứa hầu hết các vitamin trong tự nhiên bao gồm các vitamin hòa tan trong nước (các vitamin nhóm B,) và các vitamin hòa tan trong chất béo (A, D, K, E). Vitamin hiện diện trong sữa với hàm lượng tương ñối thấp, ñặc biệt là vitamin D. Với chế ñộ gia nhiệt trong quá trình chế biến thì các loại vitamin hoà tan trong chất béo A, D và cùng các vitamin hoà tan trong nước B2, B3, B5, H tương ñối bền. Còn các vitamin C, B1, B6, B12, acid folic ñều bị ảnh hưởng bởi chế ñộ gia nhiệt ở những mức ñộ khác nhau. Vì vậy ñể thành phần các vitamin cân ñối và hoàn hảo hơn, người ta thường bổ sung thêm một số loại vitamin cần thiết trong quá trình chế biến các sản phẩm từ sữa. Bảng 6 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 ÷ 0,500 µg/l 0,75 ÷ 1,00 mg/l 80 µg/l B1 B2 B3 B5 B6 0,44 1,75 0,94 3,46 0,5 B12 C Biotin Acid folic 4,3 20 30 2,8 Nguồn: Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa (Lê Văn Việt Mẫn, 2004) Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 20 3.2.7 Khoáng Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao ñộng trong khoảng từ 8 – 10 g/l và tồn tại trong sữa dưới dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein). Trong sữa chứa gần 25 nguyên tố ña lượng và 10 nguyên tố vi lượng. Nó bao gồm các nguyên tố Ca, Mg, K, Fe, Cu, Co, Ni, I, Cl, P, S, Al, Pb, Sn, Ag, As,Trong ñó chiếm hàm lượng cao nhất là Ca, P và Mg. Một phần do chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại dưới dạng muối hòa tan trong sữa. Các nguyên tố khác như K, Na,... ñóng vai trò là chất ñiện ly. Các nguyên tố vi lượng ñóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành sữa cũng như chất lượng các sản phẩm. Việc sử dụng các nguyên tố vi lượng trong khẩu phần ăn của bò có khả năng làm tăng hàm lượng của chúng trong sữa. Một số nguyên tố ñộc hại như Pb, As,.. ñôi khi cũng ñược tìm thấy trong sữa bò ở dạng vết. Bảng 7 Thành phần một số nguyên tố vi lượng trong sữa bò Nguyên tố Hàm lượng(mg/l) Nguyên tố Hàm lượng(mg/l) Zn Si Al Fe Cu I Mn 2 – 5 1,5 – 7,0 0,5 – 1,0 0,2 – 0,5 0,02 – 0,15 0,015 – 0,05 0,03 – 0,05 Mo F Se Cr Co Pb As 0,05 – 0,08 0,1 – 0,2 0,01 – 0,05 0,01 – 0,02 0,0005 – 0,001 0,04 – 0,08 0,03 – 0,05 Nguồn: Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa (Lê Văn Việt Mẫn, 2004) 3.2.8 Các hợp chất khác Trong sữa bò, ngoài những thành phần nêu trên, còn có chứa các chất khí, chủ yếu là CO2, O2 và N2 với hàm lượng tổng cộng từ 5 – 6% thể tích sữa. Chúng tồn tại ở 2 dạng chủ yếu là dạng hòa tan và dạng liên kết. Ngoài ra, người ta còn phát hiện trong sữa tồn tại một số hợp chất có thể gây ñộc cho người như các kim loại nặng, nitrate, các ñộc tố vi sinh vật,... ở dạng vết. 3.3 Hệ vi sinh vật trong sữa Hệ vi sinh vật trong sữa có rất nhiều nhóm gồm có vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Trong ñó vi khuẩn chiếm phần lớn, có tới vài chục loài. Nguồn gốc của các vi sinh vật trên xuất phát từ: bầu vú ñộng vật cho sữa, người và thiết bị vắt sữa, thiết bị chứa, môi trường chuồng trại nơi vắt sữa. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 21 3.3.1 Vi khuẩn Sữa ñược ñánh giá có chất lượng vệ sinh khá tốt khi tổng số vi khuẩn trong 1ml sữa không lớn hơn 100.000 khuẩn lạc. Các vi khuẩn thường gặp trong sữa là vi khuẩn lactic, Coliform, vi khuẩn sinh acid butyric, vi khuẩn sinh acid propionic và các vi khuẩn gây thối. - Vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn quan trọng nhất trong công nghiệp chế biến sữa. Nhóm này chuyển hóa ñường lactose có trong sữa thành acid lactic. Ngoài ra, chúng còn tạo thành một số sản phẩm phụ (các acid bay hơi, este, diacetyl,...) có tác dụng nâng cao chất lượng sản phẩm, ñặc biệt là hương vị. Dựa vào các chất ñược hình thành, người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm: Nhóm vi khuẩn lactic ñồng hình và nhóm vi khuẩn lactic dị hình. Khi thanh trùng sữa ở 80oC, hầu hết các vi khuẩn lactic nhiễm trong sữa sẽ bị tiêu diệt.  Streptococcus lactic: Lên men ñồng hình hiếu khí, nhiệt ñộ tối ưu cho sự phát triển của chúng là 30 – 35oC. ðặc tính sinh hóa quan trọng của chúng là lên men glucose, galactose, lactose, dextrin nhưng không lên men saccharose.  Streptococcus cremoris: Lên men dị hình, phát triển tốt ở 20 – 25oC. Chúng làm cho sữa ñông tụ và bị nhớt. Tuy nhiên, Streptococcus cremoris thường làm cho sản phẩm có mùi dễ chịu và có ñộ chua thấp hơn nên ứng dụng nhiều trong công nghệ chế biến bơ. -Các vi khuẩn sinh hương: thuộc nhóm này có các liên cầu khuẩn có khả năng tạo thành một lượng ñáng kể những acid dễ bay hơi (acid acetic, acid propionic,...) và các chất thơm (diacetyl, ester,...) trong sữa hoặc sản phẩm từ sữa. Nhiệt ñộ tối ưu cho sự phát triển của chúng là 30 – 35oC. ða số các vi khuẩn này sinh ra enzyme citritase nên có khả năng lên men acid citric. Có ba loại vi khuẩn sinh hương ñiển hình là: Streptococcus citrovorus, Streptococcus paracitrovorus và Streptococcus diacetylactic. ðáng kể là Streptococcus diacetylactic tạo thành diacetyl làm cho sữa có mùi dễ chịu. Nhóm vi khuẩn sinh hương này thường ñược sử dụng phối hợp với Streptococcus lactic và Streptococcus cremoris trong chế biến sữa chua, phomát và bơ. - Vi khuẩn gây ñắng: ðặc trưng là Streptococcus liquefacien có tính chất giống Streptococcus lactic. Chúng thực hiện quá trình pepton hóa làm cho sản phẩm có vị ñắng. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 22 - Vi khuẩn propionic Vi khuẩn này ñóng vai trò quan trọng trong quá trình chế biến phomat. Các acid acetic, propionic ñược hình thành trong quá trình lên men làm cho phomat có mùi vị thơm ngon hơn. Ngoài ra, một số chủng của nhóm này còn có khả năng sinh ra vitamin B12, phát triển tốt ở 30 – 35oC. - Vi khuẩn gây thối Nhóm vi khuẩn này chia làm hai loại  Loại hiếu khí: Bacterium fluorescen, Proteus vulgaris, Bacillus subtilis.  Loại yếm khí: Bacterium putrificus, Bacterium botulinus,... Nhóm này không lên men ñường sữa. Chúng có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein, giải phóng pepton, các acid tự do và amoniac. Pepton làm cho sữa có vị ñắng, amoniac làm cho sữa có phản ứng kiềm. Vài giống vi khuẩn gây thối có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào. Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân các chất béo trong sữa và làm cho sữa có mùi ôi. ðáng chú ý hơn cả trong nhóm này là Pseudomonas fluorescens. Các protease và lipase ñược sinh tổng hợp từ loài này rất bền nhiệt. Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein (proteolysis) và lipid (lipolysis), làm hư hỏng sữa một cách nhanh chóng. -Vi sinh vật gây bệnh: tồn tại trong sữa do quá trình nhiễm từ người hoặc ñộng vật. ðiển hình là Samonella typhi: Samonella paratyphi; Shigella dysenterial Các loài này phần ñông trong thực tế không gây ra sự thay ñổi ñáng kể của sữa và không thể xác ñịnh bởi con ñường phân tích hệ sinh vật có trong sữa ñược. 3.3.2 Nấm men Trong sữa và các sản phẩm từ sữa thường gặp các giống nấm men sinh bào tử và không sinh bào tử. Chúng lên men ñường lactose thành carbon dioxide và rượu. ðây là phản ứng sinh hóa quan trọng trong quá trình hình thành một số sản phẩm sữa chua. Thường thì nấm men không phân hủy lactose ñược, nhưng vi khuẩn lactic trong sữa chuyển hóa lactose thành glucose và galactose, sau ñó nấm men sẽ lên men các ñường ñơn này tạo thành các sản phẩm cần thiết cho các sản phẩm sữa lên men. Một số nấm men thuộc họ Mycoderma có khả năng tạo thành enzyme phân hủy protein và lipid tạo nên vị ñắng trong các sản phẩm sữa. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 23 3.3.3 Nấm mốc Nấm mốc có khả năng phân giải protein và lipid nên thường gây vị ñắng trong các sản phẩm sữa. Nấm mốc thường phát triển tiếp theo nấm men, vì thế chỉ thấy trong sữa hư hỏng hoặc phomai mềm. Tất cả nấm mốc thường hiếu khí, thích nghi với môi trường acid và ñặc biệt là môi trường ñã bị vi khuẩn lactic acid hóa. Chúng không phát triển trong sữa tươi mà phát triển trong sữa chua và làm kiềm hóa sữa. Trong sữa thường thấy một số loại nấm mốc sau: - Endomyces lactic: Tạo màng trắng trên bề mặt phomai, bơ, cũng có thể mọc sâu trong sản phẩm ở lớp gần bề mặt. - Mucor, Aspergillus, Penicillium, Clad-Osprium: Thường tạo nên những vệt màu khác nhau trên bề mặt bơ, phomai và gây mùi ôi cho sản phẩm. - Odium lactic: Tạo nên trên bề mặt váng chua một lớp trắng, và thường gây mùi ôi trong sữa. 3.4 Giới thiệu quá trình ñồng hóa 3.4.1 Giới thiệu chung về quá trình ñồng hoá Quá trình ñồng hóa sữa ñược thực hiện nhằm ngăn chận hay làm chậm sự tách lớp béo sữa và ñồng nhất dịch sữa bằng cách giảm ñường kính của giọt béo. Do sự khác nhau về tỷ trọng giữa hạt béo và plasma nên hạt béo có khuynh hướng nổi lên. Sự tách lớp của béo sữa theo ñịnh luật Stoke: ( ) µ ρρ υ 9 2 2 gd fp − = υ: vận tốc tách kem (m/s). d: ñường kính hạt béo (m). µ: ñộ nhớt của sữa (Pa.s). ρp, ρf: khối lương riêng của plasma và của chất béo (kg/m 3). Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình ñồng hoá (homogenisation) ñược sử dụng với mục ñích ổn ñịnh hệ nhũ tương (emulsion), chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực còn gọi là quá trình nhũ hoá (emolsification). Nếu theo nghĩa rộng, quá trình ñồng hoá còn ñược sử dụng với mục ñích ổn ñịnh hệ huyền phù (suspension). Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 24 Nhũ tương là một hệ gồm hai chất lỏng không hoà tan nhưng ñược trộn lẫn với nhau. Khi ñó, một chất lỏng sẽ tồn tại dưới dạng hạt (ñược gọi là pha không liên tục, pha phân tán hoặc pha nội) trong lòng của chất lỏng còn lại (ñược gọi là pha liên tục, pha không phân tán hoặc pha ngoại). Trong công nghiệp thực phẩm, các hệ nhũ tương thường gặp gồm hai chất lỏng ñại diện: nước và dầu. Từ hai chất lỏng này sẽ tạo ra nhiều hệ nhũ tương, hai dạng nhũ tương cơ bản là nhũ tương nước trong dầu (water in oil) – nước ở dạng pha phân tán và dầu ở dạng pha liên tục, nhũ tương dầu trong nước (oil in water) – dầu ở dạng pha phân tán và nước ở dạng pha liên tục. Trong công nghiệp chế biến sữa, hệ nhũ tương ở dạng dầu trong nước, ñôi khi hệ nhũ tương còn chứa các bọt khí và một số chất rắn phân tán khác. Tại vị trí bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lỏng dầu và nước sẽ tồn tại một năng lượng tự do. Năng lượng này xuất hiện do sự mất cân bằng giữa các lực hút phân tử giữa hai chất lỏng (sức căng bề mặt). Nó sẽ làm bề mặt tiếp xúc giữa hai pha trong hệ nhũ tương có xu hướng co rút lại sao cho diện tích tiếp xúc giữa hai pha là nhỏ nhất. Trong hệ nhũ tương, các hạt thuộc pha phân tán luôn có xu hướng kết hợp lại với nhau ñể tạo thành hạt lớn hơn nhằm mục ñích giảm diện tích tiếp xúc bề mặt giữa hai pha. 3.4.2 Cơ sở khoa học của quá trình ñồng hoá Kỹ thuật ñồng hóa hệ nhũ tương bao gồm các phương pháp phá vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân bố ñều chúng trong pha liên tục. Việc làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha và sức căng bề mặt sẽ làm cho hệ nhũ tương ổn ñịnh hơn và tránh ñược hiện tượng tách pha. Trong thực tế sản xuất, người ta thường sử dụng các chất nhũ hoá trong quá trình ñồng hoá. Khi các hạt phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước, chất tạo nhũ sẽ hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, tạo nên một màng bảo vệ quanh các hạt phân tán tránh sự kết hợp trở lại của các hạt pha phân tán, giúp hệ nhũ tương bền hơn. Các phương pháp ñồng hoá:
ðồng hóa bằng phương pháp khuấy trộn.
ðồng hóa bằng phương pháp sử dụng áp lực cao.
ðồng hóa bằng các phương pháp khác. Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình ñồng hoá ñược sử dụng rộng rãi là phương pháp ñồng hoá bằng áp lực cao. Trong phương pháp này, các hạt của pha phân tán Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 25 sẽ bị phá vỡ và giảm kích thước khi ta bơm hệ nhũ tương qua một khe hẹp với tốc ñộ cao. Kích thước của khe hẹp có thể dao ñộng trong khoảng 15 – 300µm và hệ nhũ tương ñược ñẩy ñến khe hẹp với tốc ñộ dòng 50 – 200m/s. Do tốc ñộ qua khe hẹp cao sẽ tạo ứng suất kéo lớn, hạt bị biến dạng và vỡ ra. Cơ chế của phương pháp ñồng hóa áp lực cao ñược giải thích theo những nguyên lý sau: Nguyên lý chảy rối: Khi hệ nhũ tương ñược bơm với tốc ñộ cao ñến khe hẹp, nhiều dòng chảy rối với các vi lốc xoáy sẽ xuất hiện. Khi ñó tốc ñộ bơm càng lớn thì số dòng chảy rối sẽ xuất hiện càng nhiều và kích thước các vi lốc xoáy sẽ càng nhỏ. Chúng sẽ va ñập vào các hạt của pha phân tán và làm cho các hạt này bị vỡ ra. Nguyên lý xâm thực khí: Hệ nhũ tương ñược bơm ñến khe hẹp với tốc ñộ cao sẽ làm xuất hiện các bong bóng hơi trong hệ. Chúng sẽ va ñập vào các hạt của pha phân tán và làm vỡ hạt. Sự ñồng hóa chỉ diễn ra khi hệ nhũ tương rời khỏi khe hẹp, do ñó ñối áp giữ một vai trò quan trọng và sẽ ảnh hưởng ñến hiệu quả ñồng hóa. Ngoài ra, do cấu tạo thiết bị, khi thoát khỏi khe hẹp, các hạt phân tán sẽ tiếp tục va ñập vào bề mặt cứng. Hiện tượng này cũng góp phần làm vỡ và giảm kích thước của các hạt. 3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả ñồng hóa Tỷ lệ phần trăm giữa thể tích pha phân tán và tổng thể tích hệ nhũ tương: Nếu thể tích của pha phân tán chỉ chiếm một phần nhỏ so với thể tích của toàn hệ nhũ tương thì quá trình ñồng hoá sẽ ñược thực hiện dễ dàng và hệ nhũ tương có ñộ bền cao. Bên cạnh ñó, các hạt của pha phân tán có xu hướng dễ kết hợp lại với nhau tạo thành các hạt lớn hơn dẫn ñến hiện tượng tách pha. Nhiệt ñộ: Nhiệt ñộ thấp một số chất béo chuyển sang trạng thái rắn làm giảm hiệu quả ñồng hóa. Ngược lại, nhiệt ñộ cao giúp giảm ñộ nhớt và tăng khả năng chảy rối của sữa nên tăng hiệu suất ñồng hóa. Nếu nhiệt ñộ tăng quá cao các phản ứng hóa học không cần thiết có thể xảy ra và có thể ảnh hưởng ñến chất lượng của hệ nhũ tương. Trong công nghiệp chế biến sữa, nhiệt ñộ ñồng hóa thường dao ñộng từ 55 – 80oC. Áp suất: Áp suất ñồng hoá càng lớn, hiện tượng chảy rối và hiện tượng xâm thực khí sẽ càng dễ xuất hiện, kết quả là các hạt pha phân tán ñược tạo thành có kích thước nhỏ và hệ nhũ tương sẽ có ñộ bền cao. Trong công nghệ chế biến sữa, áp suất ñồng hóa dao ñộng từ 100 – 250bar. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 26 Loại thiết bị ñồng hóa: ñồng hóa một hay hai giai ñoạn, cách vận hành thiết bị. Chất nhũ hóa: thường sử dụng trong công nghệ chế biến sữa là lecithin, glycerin ester, sorbitol ester,...Sau quá trình ñồng hóa các hạt béo có khuynh hướng kết hợp lại với nhau nên các chất nhũ hóa sẽ góp phần không cho các hạt béo tiếp xúc nhau gây hiện tượng tách béo trong sữa. Tỷ lệ chất béo và chất hoạt ñộng: Chất hoạt ñộng chủ yếu là protein, khi protein ñủ sẽ bao phủ bề mặt béo mới hình thành không cho các hạt béo kết hợp với nhau và lắng xuống. Trong các sản phẩm nhiều béo, ít protein thì có khuynh hướng tách béo cao. 3.5 Quá trình thanh trùng và tiệt trùng 3.5.1 Giới thiệu chung Thực phẩm nói chung, ñặc biệt sữa là loại thực phẩm chứa nhiều chất dinh dưỡng nên dễ bị nhiễm vi sinh vật. Vi sinh vật có mặt khắp mọi nơi trong không khí, nước, ñất,...Trong thực phẩm, vi sinh vật tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử. Hệ vi sinh vật thực phẩm có thể chia thành hai nhóm cơ bản sau: Thứ nhất, nhóm vi sinh vật có khả năng gây bệnh cho người và sinh tổng hợp ñộc tố bao gồm các loài vi khuẩn Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum,...một số loài thuộc giống Salmonella, Coliform, Vibrio, Bacillus,... và một số nấm mốc như Aspergilus flavus, Penicillium aurantiogriseum,.... Thứ hai, nhóm vi sinh vật không có khả năng sinh ñộc tố: phổ biến nhất là một số giống vi khuẩn (vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic,...), các giống nấm men và nấm sợi. Chúng sử dụng những chất dinh dưỡng trong thực phẩm ñể thực hiện quá trình trao ñổi chất, từ ñó làm thay ñổi thành phần hóa học, giá trị cảm quan của thực phẩm và làm cho thực phẩm nhanh chóng bị hư hỏng. ðể thực phẩm ñược ñảm bảo an toàn vệ sinh và có thể bảo quản ñược trong thời gian dài, người ta sử dụng nhiệt ñộ cao ñể tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật. Các phương pháp sử dụng nhiệt ñộ cao như quá trình thanh trùng, quá trình tiệt trùng. Mục ñích của quá trình thanh trùng (pasteurisation) chủ yếu là tiêu diệt hệ vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm và ức chế quá trình sinh tổng hợp ñộc tố của chúng. Tuy nhiên, trong thực phẩm thanh trùng có thể còn chứa một số tế bào hoặc bào tử của nhóm vi sinh vật ưu nhiệt và các enzyme bền nhiệt. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 27 Mục ñích của quá trình tiệt trùng (sterilisation) là tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh vật (bao gồm các vi sinh vật gây bệnh và không gây bệnh) và vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong thực phẩm. Quá trình tiệt trùng trong sản xuất không thể ñạt ñược một cách tuyệt ñối, nên người ta ñưa ra một khái niệm mới: “tiệt trùng thương mại”. Thực phẩm không chứa các vi sinh vật gây bệnh, các enzyme hầu hết ñã bị tiêu diệt, không có sự hiện diện của chất ñộc, các vi sinh vật không gây bệnh có thể còn sống sót trong thực phẩm nhưng với số lượng rất thấp và hoạt tính trao ñổi chất của chúng bị ức chế mạnh mẽ sau quá trình xử lý nhiệt ñộ cao. 3.5.2 Cơ sở khoa học của quá trình thanh trùng và tiệt trùng Xét quá trình thanh trùng hoặc tiệt trùng một mẫu thực phẩm với khối lượng và thành phần hóa học ñã biết ở nhiệt ñộ To. Gọi No là số tế bào vi sinh vật có trong mẫu trước khi xử lý nhiệt. N là số tế bào vi sinh vật còn sống sót trong mẫu sau thời gian xử lý nhiệt t. Ta có: N=No.e -kt với k là hằng số phá hủy. Biến ñổi biểu thức trên ta ñược: D ttk N N o −=−= 303,2 . lg ; với k D 303,2 = là thời gian cần thiết tại một nhiệt ñộ xác ñịnh ñể tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban ñầu. ðược gọi là “thời gian tiêu diệt thập phân”. Trong thực tế sản xuất, ñể rút ngắn thời gian xử lý nhiệt nhưng vẫn ñảm bảo mức an toàn vệ sinh cho thực phẩm, các nhà công nghệ cần ñặt ra các chỉ tiêu vi sinh nghiêm ngặt cho nguyên liệu ñầu vào trong suốt quá trình công nghệ ñể khống chế giá trị No. Quá trình thanh trùng hoặc tiệt trùng thực phẩm thường bao gồm ba giai ñoạn: + Gia nhiệt tăng nhiệt ñộ thực phẩm từ giá trị ban ñầu lên ñến giá trị nhiệt ñộ thanh trùng hoặc tiệt trùng. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 28 + Giữ thực phẩm ở giá trị nhiệt ñộ cần thanh trùng hoặc tiệt trùng trong một khoảng thời gian xác ñịnh. + Làm nguội thực phẩm về giá trị nhiệt ñộ thích hợp ñể bao gói hoặc bảo quản sản phẩm. 3.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả quá trình thanh trùng và tiệt trùng Hệ vi sinh vật trong thực phẩm: Nếu hàm lượng vi sinh vật trong mẫu càng nhiều, ñể ñạt ñược mức ñộ tiệt trùng thương mại chế ñộ xử lý nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt ñộ cao hơn và thời gian dài hơn. Vì vậy, việc hạn chế số lượng vi sinh vật ban ñầu trong mẫu trước khi thanh trùng hoặc tiệt trùng là rất cần thiết thông qua việc tuân thủ chặt chẽ các quy ñịnh trong sản xuất và vệ sinh công nghiệp. Thành phần hóa học của thực phẩm: Do pH ảnh hưởng ñến hoạt ñộ của enzyme nên giá trị pH ñóng vai trò kích thích hoặc kìm hãm sự sinh trưởng, thậm chí tiêu diệt một số vi sinh vật có trong thực phẩm. Các hợp chất hóa học trong thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt khác nhau nên ảnh hưởng ñến thời gian và nhiệt ñộ xử lý. Các tính chất vật lý của thực phẩm: Quá trình truyền nhiệt phụ thuộc vào trạng thái vật lý (lỏng, rắn,...) của mẫu. ðối với những thực phẩm lỏng, trong quá trình xử lý nhiệt sẽ xuất hiện các dòng ñối lưu trong mẫu, từ ñó quá trình truyền nhiệt sẽ nhanh và ñạt hiệu quả cao hơn. Một số chỉ tiêu vật lý khác như hàm lượng chất khô, ñộ nhớt của thực phẩm cũng ảnh hưởng ít nhiều ñến hệ số truyền nhiệt và hiệu quả của quá trình thanh trùng và tiệt trùng. Phương pháp và thiết bị thanh trùng, tiệt trùng: Các thiết bị truyền nhiệt sao cho xuất hiện các dòng chảy rối (khi gia nhiệt sản phẩm bằng phương pháp gián tiếp) cũng nhằm mục ñích giúp cho quá trình truyền nhiệt diễn ra nhanh và hiệu quả hơn. Chế ñộ thanh trùng hoặc tiệt trùng: Dựa vào ñiều kiện cụ thể, mỗi nhà máy sản xuất sẽ tự ñề xuất các chế ñộ xử lý nhiệt thích hợp ñể phục vụ cho những mục ñích công nghệ khác nhau. Nếu sử dụng phương pháp tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature), nhiệt ñộ xử lý khoảng 110 – 150oC và lưu nhiệt trong thời gian vài giây. Ở nhiệt ñộ cao và kết hợp với thời gian lưu nhiệt ngắn sẽ không làm thay ñổi tính chất của sữa. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 29 CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA TIỆT TRÙNG 4.1 Giới thiệu quy trình sản xuất sữa tiệt trùng VINAMILK 4.1.1 Quy trình sản xuất Nguyên liệu Phối trộn ðồng hóa 1 Thanh trùng Làm lạnh Bộ lọc Trữ lạnh Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 30 Làm nguội Bồn tiệt trùng Rót, ñóng hộp Xếp thùng, bảo quản Phân phối Tiệt trùng Chuẩn hóa ðồng hóa 2 Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 31 4.1.2 Giải thích quy trình Nguyên liệu ñược phối trộn và hòa tan bằng nước nóng có nhiệt ñộ 40 – 65oC ở bồn trộn. Công ñoạn này sẽ giúp các chất bơ, bột sữa hoặc chất ổn ñịnh ñược hòa tan thành dịch sữa ñạt yêu cầu về tính chất hoá lý. Dịch sữa ñược ñưa qua bộ lọc, tại ñây các cặn bẩn trong quá trình chế biến từ nguyên liệu thô sẽ bị giữ lại và loại bỏ. Bộ lọc ñược kiểm tra trước và sau quá trình sản xuất. Dịch sữa sau khi trộn và qua bộ lọc ñược ñưa qua thiết bị trao ñổi nhiệt ñể gia nhiệt dịch sữa lên nhiệt ñộ 60 – 70oC và ñưa ñi ñồng hóa với áp suất 150 – 250bar. Sau ñồng hóa dịch sữa ñược thanh trùng ở nhiệt ñộ 70 – 90oC trong 15 – 300 giây, sau ñó ñược làm lạnh xuống 4 – 10oC. ðiều này không những có tác dụng tạo ra một dịch sữa ñồng nhất mà còn tiêu diệt và ức chế sự sinh trưởng của một số vi sinh vật có trong sữa. Dịch sữa sau khi làm lạnh ñược ñưa qua bồn trữ lạnh (pastmilk) có cánh khuấy và giữ ở nhiệt ñộ 4 – 10oC. Tại ñây sữa ñược chuẩn hóa và kiển tra bằng cách lấy mẫu ñưa về phòng hóa nghiệm cho bộ phận QA tiến hành kiểm tra chỉ tiêu hoá lý. Bộ phận QA cấp phiếu ñạt cho bán thành phẩm thanh trùng ở bồn pastmilk. Dịch sữa ñược lưu trữ ở nhiệt ñộ 4 – 10oC và ñược khuấy liên tục trong suốt quá trình lưu trữ chờ sản xuất tại bồn pastmilk. Sữa ñược bơm ñến hệ thống tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature) nhờ bơm ly tâm. Trước khi tiến hành tiệt trùng, bán thành phẩm ñược nhân viên QA thử ñộ cồn; nhân viên vận hành, nhân viên QA và trưởng ca ñánh giá cảm quan bán thành phẩm ñể ñánh giá lần cuối trước khi cho tiệt trùng dịch sữa bán thành phẩm. Khi qua hệ thống tiệt trùng UHT, sữa ñược chứa trong bồn cân bằng trước khi ñược bơm ñi gia nhiệt. Từ bồn cân bằng sữa ñược bơm ñến ngăn gia nhiệt sơ bộ và ñược nâng nhiệt lên 60 – 70oC bằng cách trao ñổi nhiệt với dòng sữa ñã tiệt trùng, sau ñó ñến bộ phận tách khí và tiếp tục ñến máy ñồng hóa ñể ñồng nhất kích thước các hạt cầu béo. Sau quá trình ñồng hóa, sữa ñược bơm ñến các ngăn trao ñổi nhiệt và ñược gia nhiệt ñến nhiệt ñộ 110 – 150oC (nhiệt ñộ tiệt trùng), lưu nhiệt trong 4 – 15 giây. Sữa sau tiệt trùng ñược bơm ñến ngăn tái sinh nhiệt trao ñổi nhiệt với dòng sữa lạnh ban ñầu, rồi ñược làm lạnh xuống 15 – 25oC thông qua trao ñổi nhiệt với nước lạnh sau ñó ñược ñưa ñến bồn trữ tiệt trùng. Sữa sau khi tiệt trùng và làm nguội sẽ chứa trong bồn tiệt trùng (AAT – Alsafe) ở nhiệt ñộ 15 – 25oC hoặc trực tiếp vào máy rót sản phẩm. Bồn Alsafe sẽ lưu trữ sản phẩm tiệt trùng giúp cho thiết bị UHT hoạt ñộng liên tục không gián ñoạn. Ngoài ra Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 32 nó còn mang ý nghĩa chủ ñộng trong quá trình sản xuất khi cần thiết UHT vẫn ñủ thời gian thực hiện bảo trì và sữa chữa nhỏ trong khi máy rót vẫn hoạt ñộng. Sản phẩm ñược ñóng gói bởi máy ñóng gói thực phẩm dạng lỏng trong môi trường vô trùng và ñược ñưa lên băng tải, bốc lên pallet, lưu kho trước khi vận chuyển phân phối. Thời gian lưu kho 5 ngày ñảm bảo thành phẩm ñạt chất lượng tốt khi ñến tay người tiêu dùng. 4.1.3 Hệ thống tiệt trùng UHT (hệ thống Taflex) Thiết bị tiệt trùng UHT là thiết bị ñược thiết kế ñể tiệt trùng những sản phẩm thực phẩm dạng lỏng. Trong quá trình xử lý, sản phẩm ñược gia nhiệt nhanh chóng lên 110 – 150oC, và làm lạnh nhanh xuống nhiệt ñộ rót (15 – 25oC). Trên nguyên tắc, có hai phương pháp: phương pháp gia nhiệt trực tiếp và phương pháp gia nhiệt gián tiếp. Cả hai phương pháp này ñều có ưu và nhược ñiểm. Tiệt trùng bằng phương pháp trực tiếp thì phức tạp về mặt kỹ thuật hơn. Ưu ñiểm chính của gia nhiệt trực tiếp là giảm sự ñóng vẩy (sự hình thành cặn trên bề mặt thiết bị trao ñổi nhiệt), chất cặn này sẽ giới hạn thời gian sản xuất của thiết bị. Sự tạo chất cặn do: khả năng ổn ñịnh của protein, hàm lượng khí trong sản phẩm, khoảng thay ñổi nhiệt ñộ, những ñặc tính bề mặt của thiết bị, sự khác biệt nhiệt ñộ giữa sản phẩm và tác nhân gia nhiệt. Hệ thống gia nhiệt gián tiếp cho khả năng tái sử dụng năng lượng. Thiết bị tách khí ñược dùng cùng với thiết bị tiệt trùng gián tiếp. Quá trình tách khí thường ñược tiến hành trước và sau quá trình ñồng hóa, bằng cách qua buồng chân không. Mặc dù quá trình loại khí bằng cách này không hiệu quả bằng bốc hơi hay làm lạnh, nhưng oxy hòa tan cũng giảm xuống thỏa mãn trên quan ñiểm dinh dưỡng. Một lượng nhỏ oxy trong sữa tiệt trùng ñược coi là cần thiết vì mùi hương do ñun nấu ñược hình thành trong quá trình gia nhiệt (nhóm H2S) sẽ bị oxy hóa nhanh hơn va biến mất với tốc ñộ nhanh hơn. Trên nguyên tắc không thể nói phương pháp gia nhiệt trực tiếp hay gián tiếp ñược sử dụng nhiều vì nó phụ thuộc vào từng hoàn cảnh cụ thể. Tại nhà máy sữa Cần Thơ hệ thống tiệt trùng UHT sử dụng phương pháp tiệt trùng gián tiếp. Hệ thống Taflex hoạt ñộng tự ñộng và có bốn trạng thái: tiệt trùng thiết bị, sản xuất, AIC và CIP. Hệ thống này mặt an toàn ñược xem xét ñầu tiên, chương trình không cho phép hoạt ñộng khi nhiệt ñộ cài ñặt không ñạt hay vận hành sai các bước ñã cài ñặt trên hệ thống. - Tiệt trùng thiết bị Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 33 Hệ thống sau khi vệ sinh sạch sẽ và trước khi sản xuất phải tiệt trùng thiết bị. Quá trình này tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật còn sót lại sau khi vệ sinh trong hệ thống. Quá trình tiệt trùng thiết bị hoàn chỉnh bao gồm: Gia nhiệt - Tiệt trùng - Làm nguội - Ổn ñịnh. Trong quá trình tiệt trùng nếu nhiệt ñộ tại ñiểm kiểm soát trong hệ thống nhỏ hơn giá trị cài ñặt, hệ thống tự ñộng trở về bước gia nhiệt và quá trình tiệt trùng ñược thực hiện lại từ ñầu. ðảm bảo hệ thống luôn an toàn trước khi sản xuất. - Sản xuất Sau tiệt trùng và làm nguội hệ thống sẵn sàng cho sản xuất. Sản phẩm cấp vào hệ thống - gia nhiệt sơ bộ - tách khí - ñồng hóa - tiệt trùng - làm nguội - máy rót/tồn trữ bồn vô trùng. Trong quá trình sản xuất nếu nhiệt ñộ tiệt trùng sản phẩm tại ñiểm kiểm soát nhỏ hơn giá trị cài ñặt, hệ thống tự ñộng dừng sản xuất và xả lượng sản phẩm không ñược tiệt trùng ra ngoài ñảm bảo không có sản phẩm chưa tiệt trùng vào máy rót hoặc bồn tiệt trùng. - AIC (Aseptic intermediate cleaning) Nếu thời gian sản xuất lâu, lớp cặn trên bề mặt trao ñổi nhiệt ngày càng nhiều làm giảm hiệu quả trao ñổi nhiệt, do vậy AIC là công cụ hữu ích giúp kéo dài thời gian sản xuất. AIC là chương trình vệ sinh hệ thống bằng dung dịch xút (NaOH) và acid (HNO3), ñảm bảo hệ thống ñựơc làm sạch mà vẫn giữ ở chế ñộ tiệt trùng. AIC gồm: ñịnh lượng dung dịch vệ sinh - tuần hoàn dung dịch vệ sinh - xả nước làm sạch. Kết thúc quá trình AIC hệ thống chuyển sang bước nước tiệt trùng và sẵn sàng sản xuất. - CIP (Cleaning in place) CIP là chương trình vệ sinh toàn hệ thống sau khi kết thúc sản xuất. Chương trình CIP cho hệ thống UHT bao gồm các bước sau: xả nước sơ bộ - ñịnh lượng dung dịch xút - tuần hoàn dung dịch xút - xả nước trung gian - ñịnh lượng dung dịch acid - tuần hoàn dung dịch acid - xả nước cuối làm sạch. Kết thúc quá trình CIP hệ thống trở về bước 0 (dừng máy) và sẵn sàng tiệt trùng. Một số thiết bị chính trong hệ thống: Bồn cân bằng: Có nhiệm vụ duy trì lưu lượng dòng sữa ổn ñịnh cấp cho bơm sản phẩm. Mặt khác, bồn cân bằng còn có nhiệm vụ tách một phần bọt khí trong sữa giúp hệ thống làm việc ổn ñịnh hơn. Bên cạnh ñó, còn có tác dụng ổn ñịnh áp suất của dòng chảy trong hệ thống như nguồn cấp ổn ñịnh. Máy ñồng hóa: Sử dụng máy ñồng hóa hai cấp. Áp suất tại khe hẹp ở tầng hai chỉ mang ý nghĩa như áp suất “sau” của tầng một tránh giảm áp suất mãnh liệt, áp suất Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 34 tại khe hẹp tầng hai có nhiệm vụ tách các cụm béo hình thành sau khi ra khỏi tầng một. Thiết bị trao ñổi nhiệt: Quá trình trao ñổi nhiệt trong hệ thống tiệt trùng UHT sử dụng hai loại thiết bị là thiết bị trao ñổi nhiệt dạng vỉ và thiết bị trao ñổi nhiệt dạng ống lồng ống. Tùy theo mục ñích và hiệu quả của từng thiết bị mà các thiết bị này sử dụng vào vị trí thích hợp trong quy trình tiệt trùng. Bồn tiệt trùng – Tetra Alsafe – Aseptic Alsafe Tank Dùng ñể trữ sản phẩm ñã tiệt trùng ñể cung cấp cho máy rót hoạt ñộng. Ngoài ra nó còn mang ý nghĩa chủ ñộng trong quá trình sản xuất cũng như việc tiết kiệm thời gian trong suốt một quá trình sản xuất. Bồn alsafe trữ sữa ở chế ñộ tiệt trùng không bị tái nhiễm vi sinh vật, chủ ñộng trong sản xuất. 4.1.4 Các thiết bị chính trong quy trình sản xuất sữa tiệt trùng - Bơm ly tâm Nguyên lý: nhờ lực ly tâm tạo ra trong chất lỏng khi cánh guồng quay mà chất lỏng ñược hút vào và ñẩy ra khỏi bơm. Nguyên tắc: bơm ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm. Chất lỏng ñược hút và ñẩy cũng như nhận thêm năng lượng (làm tăng áp suất) là nhờ tác dụng của lực ly tâm khi cánh guồng quay. Khi hoạt ñộng, bơm ly tâm cần ñược mồi ñầy nước trong bánh guồng. Khi bánh guồng quay, dưới tác dụng của lực ly tâm chất lỏng trong bánh guồng sẽ chuyển ñộng theo hướng dòng từ tâm bánh guồng ra mép bánh guồng và ñi theo vỏ bơm ra ngoài. Khi chất lỏng trong bánh guồng chuyển ñộng ra ngoài, dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ tạo ra áp suất chân không tại tâm bánh guồng; do có sự chênh lệch áp suất ở bên ngoài và tâm bánh guồng chất lỏng sẽ theo ống hút chuyển ñộng vào bánh guồng, tạo thành dòng chất lỏng chuyển ñộng liên tục trong bơm. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 35 Cấu tạo: 1. ðường ra 2. Phốt chặn 3. ðường vào 4. Cánh bơm 5. Vỏ bơm 6. Tấm che sau lưng 7. Trục motor 8. Motor 9. Tấm che bơm Hình 7 Bơm ly tâm Bơm ly tâm sử dụng trong nhà máy có nhiệm vụ: bơm nguyên liệu, bán thành phẩm, nước, bơm dung dịch vệ sinh. Ưu ñiểm: + Tạo ñược lưu lượng ñều ñặn ñáp ứng yêu cầu kỹ thuật của ngành sản xuất. + Số vòng quay lớn, có thể truyền ñộng trực tiếp từ ñộng cơ ñiện. + Có cấu tạo ñơn giản, gọn, chiếm ít diện tích xây dựng và không cần kết cấu nền móng quá vững chắc. Do ñó, giá thành chế tạo và lắp ñặt, vận hành thấp. + Có thể dùng ñể bơm chất lỏng bẩn, vì khe hở giữa cánh guồng và thân bơm tương ñối lớn, không có van - bộ phận dễ hư hỏng và tắc do bẩn gây ra. + Có năng suất lớn và áp suất tương ñối nhỏ nên phù hợp với yêu cầu của phần lớn các quá trình hóa học và thực phẩm. Nhược ñiểm: + Hiệu suất thấp hơn bơm pittông 10 – 15%. + Khả năng tự hút kém, nên trước khi bơm phải mồi ñầy chất lỏng cho bơm và ống hút khi bơm ñặt cao hơn bể chứa. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 36 + Nếu tăng áp suất thì năng suất giảm mạnh so với thiết kế, khi ñó hiệu suất giảm theo. - Bồn trữ lạnh (bồn pastmilk) Thiết bị có hai lớp vỏ, bên trong có hai cánh khuấy ñặt lệch tâm ñể phối trộn và ñảm bảo sự ñồng nhất dịch sữa. Nhiệt ñộ dịch sữa ñược giữ lạnh trong suốt quá trình lưu trữ. Bồn pastmilk ñược làm lạnh bằng dòng nước lạnh trước khi cho dịch sữa vào. Cấu tạo: 1 Thân bồn (hai vỏ) 2, 4 Ống dẫn nước lạnh vào và ra 3 Valve 5 Ống dẫn sữa 6 Cánh khuấy 7 Motor cánh khuấy 8 Ống CIP 9 Quả cầu CIP 10 Nắp ñậy Hình 8 Bồn Pastmilk 6 3 Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 37 - Máy ñồng hóa Máy ñồng hóa làm nhiệm vụ ñồng nhất sản phẩm. Máy làm việc như một máy nén tạo áp suất cao, máy gồm hệ thống ñộng cơ truyền ñộng tới piston: hút – nén – ñẩy qua những khe hẹp tạo nên dòng chảy cố ñịnh ứng với tốc ñộ của ñộng cơ. Thiết bị ñồng hóa sử dụng áp lực cao gồm hai bộ phận chính: bơm cao áp và hệ thống tạo ñối áp. Cấu tạo: 1. Motor truyền ñộng chính 2. Bộ truyền ñai 3. Hộp số 4. Bộ tách khí 5. Hệ thống ñiều chỉnh áp suất thủy lực 6. Cơ cấu ñồng hóa cấp 2 7. Cơ cấu ñồng hóa cấp 1 8. Khối bơm bằng inox 9. Piston 10. Trục khuỷu Hình 9 Máy ñồng hóa Bơm piston cao áp ñược vận hành bởi ñộng cơ ñiện thông qua một trục quay và bộ truyền ñộng ñể chuyển ñộng quay của ñộng cơ thành chuyển ñộng tịnh tiến của piston. Các piston chuyển ñộng trong xylanh ở áp suất cao. Chúng ñược chế tạo từ những vật liệu có ñộ bền cơ học cao. Bên trong thiết bị còn có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục ñích làm mát cho piston trong suốt quá trình làm việc. ðầu tiên, mẫu nguyên liệu sẽ ñược ñưa vào thiết bị ñồng hóa bởi một bơm piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3bar lên ñến 150 – 250bar hoặc cao hơn tại Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 38 ñầu vào của khe hẹp. Người ta sẽ tạo ra một ñối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bộ phận sinh lực và bộ phận tạo khe hẹp. ðối áp này ñược duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu. Khi ñó, áp suất ñồng hóa sẽ cân bằng với áp suất dầu tác ñộng lên piston thủy lực. Vòng ñập ñược gắn với bộ phận tạo khe hẹp sao cho mặt trong của vòng ñập vuông góc với lối thoát ra của hệ nhũ tương khi rồi khe hẹp. Như vậy, một số hạt của pha phân tán sẽ tiếp tục va vào vòng ñập bị vỡ ra và giảm kích thước. Bộ phận tạo khe hẹp ñược chế tạo với góc nghiêng trung bình 5o trên bề mặt ñể gia tốc hệ nhũ tương theo hướng vào khe hẹp và tránh sự ăn mòn các chi tiết có liên quan. Thông thường, người ta chọn khe hẹp có chiều rộng khoảng 100 lần lớn hơn ñường kính hạt của pha phân tán. ði ngang qua khe hẹp, tốc ñộ chuyển ñộng của hệ nhũ tương có thể ñược tăng lên ñến 100 – 400m/s và quá trình ñồng hóa chỉ diễn ra trong khoảng 10 – 15 giây. Trong suốt thời gian này, toàn bộ năng lượng áp suất ñược cung cấp từ bơm piston sẽ ñược chuyển hóa thành ñộng năng. Một phần năng lượng này sẽ ñược chuyển thành áp suất ñể ñẩy hệ nhũ tương ñi tiếp sau khi rời khe hẹp. Một phần khác ñược thoát ra dưới dạng nhiệt năng. Theo tính toán, chỉ có 1% năng lượng ñược sử dụng phục vụ cho mục ñích ñồng hóa: phá vỡ các hạt của pha phân tán. Hình 10 Các bộ phận chính trong thiết bị ñồng hóa sử dụng áp lực cao Thiết bị ñồng hóa một cấp bao gồm một bơm piston ñể ñưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo ñối áp. Trong công nghệ chế biến sữa, thiết bị ñồng hóa một cấp ñược sử dụng khi sản phẩm có hàm lượng chất béo thấp hoặc hệ nhũ tương sau ñồng hóa cần có ñộ nhớt cao. Thiết bị ñồng hóa hai cấp bao gồm một bơm piston ñể ñưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo ñối áp. Tuy nhiên, người ta thường sử dụng chung một bể dầu cho hai hệ thống thủy lực trên. Trong trường hợp này, áp lực ñồng hóa sẽ ñược xác ñịnh bởi hai giá trị: Áp lực P1 của hệ nhũ tương trước khi vào khe hẹp thứ nhất. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 39 Áp lực P2 trước khi vào khe hẹp thứ hai. Thực nghiệm cho thấy hiệu quả ñồng hóa cao nhất khi tỷ lệ 2,0 1 2 = P P . Sau khi ñi 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 và tạo thành chùm hạt. Việc thực hiện giai ñoạn ñồng hóa tiếp theo nhằm duy trì ñối áp ổn ñịnh cho giai ñoạn ñồng hóa cấp một, ñồng thời tạo ñiều kiện cho các chùm hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ, chống lại hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quản hệ nhũ tương sau này. Thiết bị ñồng hóa hai cấp rất phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa, ñặc biệt ñối với nhóm sản phẩm có hàm lượng chất béo cao hoặc tổng hàm lượng chất khô cao và các sản phẩm yêu cầu có ñộ nhớt thấp. - Thiết bị trao ñổi nhiệt: Trong quy trình sản xuất chủ yếu sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp, hai thiết bị ñược dùng là thiết bị trao ñổi nhiệt dạng vỉ và thiết bị trao ñổi nhiệt dạng ống lồng ống. Hai thiết bị này tuy khác nhau về cấu tạo nhưng ñều dựa trên nguyên tắc trao ñổi nhiệt với chất tải nhiệt hay trao ñổi nhiệt giữa hai dòng lưu chất. Thiết bị trao ñổi nhiệt dạng vỉ gồm nhiều tấm bản mỏng hình chữ nhật ghép lại với nhau có ñộ dày rất mỏng và ñược làm bằng thép không rỉ. Mỗi tấm bản có bốn lỗ tại bốn gốc và hệ thống các ñường rãnh trên khắp bề mặt ñể tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. 1- Bộ khung 2- Ống truyền nhiệt 3- Ống dẫn chất tải nhiệt Hình 11 Thiết bị trao ñổi nhiệt dạng vỉ Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 40 Thiết bị trao ñổi nhiệt dạng ống lồng ống gồm chùm ống hình trụ song song có cùng ñường kính ñược ñặt bên trong một ống hình trụ lớn. Sữa sẽ di chuyển trong các ống hình trụ nhỏ, còn chất tải nhiệt sẽ di chuyển trong khoảng không gian giữa thân trong ống hình trụ lớn và thân ngoài các ống hình trụ nhỏ. ðể tạo nên các dòng chảy rối và tăng cường hiệu quả truyền nhiệt, các ống trụ nhỏ ñược thiết kế với cấu hình dạng xoắn. Các ñoạn ống trụ lớn trong hệ thống ñược nối lại với nhau nhờ các vòng nối ñôi. 1- Ống sản phẩm 2- ðầu nối chữ U Hình 12 Một phần của thiết bị trao ñổi nhiệt dạng ống lồng ống - Valve: Việc vận chuyển chất lỏng từ nơi này sang nơi khác thông qua hệ thống ống. Trên hệ thống ống có lắp các van ñiều khiển. Theo mục ñích sử dụng mà người ta thiết kế các kiểu van khác nhau. Hình 13 Valve - Thiết bị rót và ñóng gói: ðể bảo quản sản phẩm trong một thời gian dài, sản phẩm cần ñược bao gói vô trùng và ñảm bảo thể tích phù hợp với người tiêu dùng. Vì vậy, thiết bị rót và ñóng gói có vị trí quan trọng trong sản xuất. Cấu tạo: Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 41 1- Cuộn giấy bao bì 2- Photocell báo hết giấy 3,4- Con lăn dẫn giấy 5- Con lăn gấp giấy ở bộ in ngày tháng 7- ðầu phun mối hàn SA 8- Cuộn strip LS 9- Con lăn ép mối hàn SA 11- Bồn peroxide 12- Con lăn ép peroxide 13- Con lăn cấp giấy trên 14- Võng ñỡ ống giấy trên 15- Võng ñỡ ống giấy dưới 16- Ống rót 17- Vòng ñịnh dạng trên 18- ðầu phun mối hàn LS 19- Vòng ñịnh dạng dưới 20- Hệ thống ngàm 21- Hộp giấy ñã hàn 22- Mối nối giấy của nhà sản xuất Hình 14 Máy rót và ñóng gói vô trùng Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 42 Nguyên tắc hoạt ñộng : Cuộn giấy bao bì (1) ñược di chuyển lên phía trên từ sau máy qua hệ thống các con lăn (3), (4), (5). ðầu phun mối hàn SA (7) hàn strip lên mép của giấy vật liệu bao gói. Strip có hai chức năng làm chặt mối ghép dọc (LS) và ngăn sản phẩm không tiếp xúc với mép lớp vật liệu giấy của vật liệu bao gói. Giấy bao bì sau khi hàn strip tiếp tục di chuyển lên bồn peroxide (11). Tại ñây trên bờ mặt tiếp xúc thực phẩm của vật liệu bao gói ñược tráng một lớp peroxide mỏng và loại bỏ lượng peroxide dư bằng con lăn ép peroxide (12). Trong khi di chuyển xuống, vật liệu bao gói ñược hàn dọc tại ñầu phun mối hàn LS (18) ñể tạo thành một ống giấy kín, peroxide trên bờ mặt giấy tiếp xúc thực phẩm sẽ ñược sấy khô bằng nhiệt. Lúc này, ống giấy ñã ñược tiệt trùng và sản phẩm ñược phép rót vào. Sản phẩm ñược cung cấp bởi ống rót, ñầu rót của ống rót dưới mực sản phẩm ñể giảm nguy cơ tạo bọt. Ống giấy sau khi rót sản phẩm ñược hệ thống ngàm (20) ñịnh dạng thành hộp và phát xung hàn ñể hàn ngang ñáy hộp. Cuối cùng dao cắt cắt ñứt hộp ñã hàn dể tạo thành một hộp thành phẩm (21). Hệ thống ngàm gồm hai cặp ngàm ép và hàn liên tục kéo vật liệu bao gói chạy liên tục trong thiết bị rót. 4.2 Quá trình vệ sinh Dung dịch vệ sinh: Dung dịch ñược sử dụng là xút ăn da (NaOH - caustic soda) và acid HNO3. Tại nhà máy sữa Cần Thơ ñang dùng loại xút ăn da thể rắn ở dạng miếng mỏng ñựng trong bao bì. Dung dịch NaOH sẽ tẩy rửa những chất bẩn hữu cơ như chất béo, protein,... còn dung dịch HNO3 sẽ tẩy rửa các chất bẩn vô cơ. Vì vậy, hai dung dịch này ñảm bảo ñiều kiện vệ sinh tốt nhất cho thiết bị trong quá trình sản xuất. Tuỳ theo loại thiết bị cần vệ sinh mà thời gian, nhiệt ñộ và nồng ñộ hóa chất sử dụng khác nhau. Nhiệt ñộ dung dịch vệ sinh thường: dung dịch kiềm là 80 – 85oC và dung dịch acid là 70 – 75oC. Hệ thống tiệt trùng UHT, quá trình vệ sinh ñược thực hiện riêng biệt và chỉ sử dụng cho hệ thống này. Do tiệt trùng ở nhiệt ñộ cao và hệ thống phức tạp nên thời gian vệ sinh hệ thống dài. Dung dịch trước khi vào hệ thống có nồng ñộ rất cao. Khi chạy vệ sinh, bộ ñiều khiển tự ñộng bơm dung dịch vệ sinh vào bồn cân bằng, một lượng nước sẽ ñược bơm vào ñể pha loãng dung dịch. Quá trình tuần hoàn dung dịch thực hiện trong thời gian ñã cài ñặt sẵn. Kết thúc quá trình vệ sinh, dung dịch vệ sinh ñược xả ra ngoài, nhân viên vận hành sẽ thu mẫu và ñưa lên phòng hóa nghiệm kiểm tra nồng ñộ. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 43 Nồng ñộ dung dịch vệ sinh: Dung dịch NaOH: 1,5 – 2,5%. Dung dịch HNO3: 1 – 2%. Các bước trong quá trình vệ sinh Xả nước rửa sơ bộ: Nước sẽ ñược bơm ly tâm ở hệ thống ñưa vào thiết bị ñể xả các cấu tử bẩn, dung dịch sữa còn lại sau quá trình chế biến. Bước này còn gọi là rửa sơ bộ. ðịnh lượng dung dịch kiềm:Dung dịch kiềm sẽ rửa trôi các cấu tử bẩn khó rửa bằng nước, ñặc biệt là các chất bẩn hữu cơ. Dung dịch kiềm ñược bơm từ hệ thống bồn chứa vào bồn cân bằng. Tuần hoàn dung dịch kiềm: Sau khi ñịnh lượng xong, dung dịch kiềm ñược gia nhiệt ñến nhiệt ñộ cài ñặt. Dung dịch kiềm sẽ ñược bơm ñi tuần hoàn trong thời gian ñã cài ñặt. Xả nước: Tương tự như bước một nhưng với mục ñích rửa sạch dung dịch kiềm còn trong thiết bị. Xả nước rửa sơ bộ ðịnh lượng dd kiềm Tuần hoàn dd kiềm Xả nước Tuần hoàn dd acid Xả nước làm sạch ðịnh lượng dd acid Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 44 ðịnh lượng dung dịch acid: Dung dịch acid sẽ rửa trôi hết các cấu tử bẩn mà dung dịch kiềm không thể tẩy rửa, ñặc biệt là các chất bẩn vô cơ. Sau khi xả hết nước, dung dịch acid sẽ ñược bơm từ bồn chứa vào bồn cân bằng. Tuần hoàn dung dịch acid: Tương tự như tuần hoàn kiềm, dung dịch acid ñược gia nhiệt ñến nhiệt ñộ cài ñặt và sẽ ñược chạy tuần hoàn trong hệ thống trong khoảng thời gian ñã cài ñặt. Xả nước làm sạch: ðây là bước cuối cùng của quá trình vệ sinh thiết bị, bước này có chức năng làm sạch dư lượng acid còn trong thiết bị, ñồng thời làm sạch thiết bị một lần nữa. 4.3 Một số hiện tượng trong quá trình chế biến và bảo quản sữa tiệt trùng
Hiện tượng ñông tụ
Hiện tượng tách lớp chất béo
Phồng bao bì khi bảo quản
Hiện tượng lắng Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 45 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN Quy trình sản xuất sữa tiệt trùng tại nhà máy sữa Cần Thơ dựa trên quy trình sản xuất và thiết bị hiện ñại. Sản phẩm có chất lượng tốt luôn ñảm bảo tiêu chuẩn của hệ thống quản lý chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm RVA của Hà Lan, ñạt tiêu chuẩn ISO 9001 – 2000 và hệ thống xử lý nước thải ñạt chất lượng tốt không gây ô nhiễm môi trường. Chất lượng sữa thành phẩm có tính chất tương ñối giống với sữa tươi nguyên liệu và ñảm bảo giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan. ða dạng về mùi vị giúp người tiêu dùng có nhiều sự lựa chọn. Quá trình vệ sinh luôn ñược thực hiện ñúng và ñảm bảo. ðây là một quá trình không kém phần quan trọng trong quá trình sản xuất, ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm. Nhà máy sữa Cần Thơ có hệ thống cơ cấu tổ chức tiên tiến. Quy trình sản xuất, thiết bị máy móc hiện ñại, ñội ngũ công nhân viên hoàn thiện ñã tạo ra những sản phẩm hoàn hảo ñạt chất lượng quốc tế. Hình 15 Một số sản phẩm chế biến từ sữa của Vinamilk Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Thị Phượng Liên (2006), Bài giảng Kỹ thuật chế biến sữa và các sản phẩm sữa. Lâm Xuân Thanh (2003), Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm sữa, NXB Khoa học kỹ thuật. Lê Văn Việt Mẫn (2004), Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa, NXB ðại học Quốc gia, Tp. Hồ Chí Minh. Lương ðức Phẩm (2002), Vi sinh vật học và an toàn vệ sinh thực phẩm, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.