Tài liệu Quy trình sản xuất sữa cô đặc không đường

MỤC LỤC MỤC LỤC.................................................................................................................2 DANH SÁCH HÌNH.................................................................................................3 DANH SÁCH BẢNG................................................................................................4 LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................5 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU SỮA VÀ SỮA CÔ ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG................6 1.1 Sơ lược về sữa.................................................................................................6 1.2 Sơ lược về sữa cô đặc......................................................................................6 CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG.................8 2.1 Quy trình sản xuất sữa đặc không đường.........................................................8 2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất sữa cô đặc không đường................................9 2.2.1 Sữa nguyên liệu........................................................................................9 2.2.2 Chuẩn hóa...............................................................................................11 2.2.3 Xử lý nhiệt..............................................................................................11 2.2.4 Cô đặc.....................................................................................................12 2.2.5 Đồng hóa................................................................................................13 2.2.6 Làm nguội và bổ sung phụ gia................................................................13 2.2.7 Chiết rót và bao gói.................................................................................13 2.2.8 Tiệt trùng................................................................................................13 CHƯƠNG 3. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG..........................................................................................16 3.1 Thiết bị chuẩn hóa.........................................................................................16 3.2 Thiết bị đồng hóa...........................................................................................17 3.3 Thiết bị bài khí...............................................................................................19 3.4 Thiết bị cô đặc...............................................................................................20 3.5 Thiết bị tiệt trùng (UHT)...............................................................................23 i DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo phân tử đường Saccarose...............................................................7 Hình 2.1 Quy trình sản xuất sữa đặc không đường....................................................8 Hình 3.1 Thiết bị ly tâm dạng đĩa............................................................................13 Hình 3.2 Thiết bị đồng hóa......................................................................................14 Hình 3.3 Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa đến kích thước hạt béo.........................15 Hình 3.4 Hình dạng các hạt béo sau quá trình đồng hóa 1 cấp (a) và 2 cấp (b).......16 Hình 3.5 Thiết bị bài khí..........................................................................................17 Hình 3.6 Hệ thống cô đặc bốc hơi tuần hoàn...........................................................18 Hình 3.7 Sơ đồ hoạt động hệ thống thiết bị bốc hơi dạng bảng mỏng.....................19 Hình 3.8 Thiết bị tiệt trùng UHT.............................................................................20 ii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi nguyên liệu.........................................9 Bảng 2.2 Các chỉ tiêu – hóa của sữa tươi nguyên liệu...............................................9 Bảng 2.3 Hàm lượng kim loại nặng trong sữa tươi nguyên liệu................................9 Bảng 2.4 Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong sữa tươi nguyên liệu.....................10 Bảng 2.5 Dư lượng thuốc thú y trong sữa tươi nguyên liệu.....................................10 Bảng 2.6 Các chỉ tiêu vi sinh vật trong sữa tươi nguyên liệu...................................11 iii CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU SỮA VÀ SỮA CÔ ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG 1.1 Sơ lược về sữa Sữa là một chất lỏng màu trắng đục được tiết ra từ tuyến vú của con cái của động vật có vú. Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, đường lactose, protein và các chất béo. Các thành phần khác với hàm lượng ít hơn như các vitamin, chất khoáng, enzyme, các chất màu và khí. Sữa chính là nguồn dinh dưỡng ban đầu để nuôi sống các động vật non trước khi chúng có thể ăn các loại thực phẩm khác. Sữa được tiết ra ban đầu gọi là sữa non có chứa các kháng thể từ mẹ để cung cấp cho con non, do đó sữa non giúp con non giảm nguy cơ bị nhiễm một số bệnh. Ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất ba nguồn sữa chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu. Ở Việt Nam, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu. Do đó, sữa được nhắc đến tài liệu này chính là sữa bò. 1.2 Sơ lược về sữa cô đặc Sữa cô đặc – sữa đặc (condensed milk): là nhóm sản phẩm được chế biến và có hàm lượng chất khô cao (26 – 74,5%). Sữa đặc có 2 loại: sữa đặc không có bổ sung thêm đường (sữa không ngọt) và sữa đặc có bổ sung thêm đường( sữa đặc có đường hay sữa ngọt). Nguyên liệu chính để sản xuất sữa cô đặc bao gồm: sữa tươi nguyên chất (whole milk), hoặc sữa gầy (skimmilk) hoặc sữa tái chế (recombined milk), đường saccharose, đường lactose và một số phụ gia. Sữa tươi hoặc sữa tái chế được sử dụng trong sản xuất sữa cô đặc phải đạt các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh tương tự như các sản phẩm khác. Do quá trình cô đặc sữa được thực hiện như trong điều kiện chân không ở khoảng 65 – 67 o C nên các tế bào vi sinh chịu nhiệt không bị tiêu diệt. Vì vậy, sữa nguyên liệu phải có hàm lượng tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt và các bào vi khuẩn trong nguyên liệu càng thấp càng tốt. Ngoài ra, cũng cần quan tâm đến sự ổn định của các protein sữa với các tác nhân chịu nhiệt càng thấp càng tốt vì nhiệt độ khi cô đặc có thể làm cho protein sữa bị biến tính. Đối với nguyên liệu là sữa gầy thì cần sử dụng chất béo khan từ sữa (AFM – Anhydrous milk fat) để bổ sung vào. Chất béo khan này có thể được sản xuất từ cream hoặc bơ với hàm lượng chất béo khoảng 99,8%. Một số sản phẩm từ sữa cô đặc có đường có thể được bổ sung thêm dầu thực vật (dầu cọ) để tăng hàm lượng chất béo. 1 Đường saccharose (C12H22O11): là disaccharide do hai phân tử glucose và fructose liên kết với nhau: Hình 1.1. Cấu tạo phân tử đường Sacchaose (Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thảo, 2018) Các phụ gia: + Muối sodium phosphate (Na3PO4) hoặc trisodium phosphate hoặc sodium citrate: làm cân bằng các cation và anion trong sữa, tránh hiện tượng kết tủa protein khi tiệt trùng. + Các chất ổn định như lectithin, caragreenan,... để ổn định cấu trúc, tránh hiện tượng tách béo, tách muối trong quá trình bảo quản. + Các vitamin tan trong chất béo (A,D) và vitamin tan trong nước (nhóm B): tăng giá trị dinh dưỡng của sữa đặc. 2 CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG 2.1 Quy trình sản xuất sữa đặc không đường Quy trình sản xuất sữa đặc không đường được trình bày ở hình 2.1. Sữa nguyên liệu Chuẩn hóa Xử lý nhiệt Cô đặc Đồng hóa Phụ gia Làm nguội và bổ sung phụ gia Chiết rót và bao gói Bao bì Tiệt trùng Sữa đặc không ngọt Hình 2.1. Quy trình sản xuất sữa đặc không đường (Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thảo, 2018) 3 2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất sữa cô đặc không đường 2.2.1 Sữa nguyên liệu Nguyên liệu chính để sản xuất sữa cô đặc không đường là sữa tươi nguyên chất. Sữa tươi được sử dụng trong sản xuất sữa cô đặc phải đạt các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh tương tự như các sản phẩm khác. Do quá trình cô đặc sữa được thực hiện trong điều kiện chân không ở khoảng 65 – 67 oC nên các tế bào vi sinh chịu nhiệt không bị tiêu diệt. Vì vậy, sữa nguyên liệu phải có hàm lượng tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt và các tế bào vi khuẩn trong nguyên liệu càng thấp càng tốt. Ngoài ra, cũng cần quan tâm đến sự ổn định của các protein sữa với các tác nhân chịu nhiệt càng thấp càng tốt vì nhiệt độ khi cô đặc có thể làm cho protein sữa biến tính. Bảng 2.1. Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi nguyên liệu Chỉ tiêu Yêu cầu 1.Màu sắc Màu đặc trưng của sản phẩm 2.Mùi,vị Mùi, vị đặc trưng của sản phẩm,không có mùi,vị lạ 3.Trạng thái Dịch thể đồng nhất (Nguồn:Vanbanphapluat.co) Bảng 2.2. Các chỉ tiêu – hóa của sữa tươi nguyên liệu Tên chỉ tiêu Mức 1.Hàm lượng chất khô, % không nhỏ hơn 11,5 2.Hàm lượng chất béo, % không nhỏ hơn 3,2 3.tỷ trọng của sữa ở 200C,g/ml, không nhỏ hơn 1,026 4.Độ axit chuẩn độ, tính theo axit lactic 0,13 hoặc 0,16 5.Điểm đóng băng,0C -0,51 đến -0,58 6.Tạp chất lạ nhìn thấy bằng mắt thường Không được có (Nguồn:Vanbanphapluat.co) Bảng 2.3. Hàm lượng kim loại nặng trong sữa tươi nguyên liệu Tên chỉ tiêu 1. Hàm lượng Asen (As) Mức tối đa (mg/l) 0,5 2. Hàm lượng chì (Pb) 0,05 3.Hàm lượng thủy ngân (Hg) 0,05 4. Hàm lượng cadimi (Cd) 1,0 4 (Nguồn:Vanbanphapluat.co) Bảng 2.4. Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong sữa tươi nguyên liệu Tên chất DDT Lindan Chlorpyrifos Chlorpyrifos – methyl Diazimon Mức tối đa (mg/kg) 1000 200 10 10 20 (Nguồn:Vanbanphapluat.co) Bảng 2.5. Dư lượng thuốc thú y trong sữa tươi nguyên liệu Tên chất Mức tối đa (mg/kg) Chloraphenicol 0 Coumaphos 0 Penicillin 4 Amipicillin 4 Amoxicillin 4 Oxacillin 30 Cloxacillin 30 Dicloxacillin 30 Cephalexine 100 Ceftiofur 100 Gentamicin 100 Tetracylin 100 Oxytetracyllin 100 Chlortetracyllin 100 Sulfonamin 100 (Nguồn:Vanbanphapluat.co) 5 Bảng 2.6. Các chỉ tiêu vi sinh vật trong sữa tươi nguyên liệu Tên chỉ tiêu Mức 1.Tổng số vi sinh vật hiếu khí trong 1ml sản 105 phẩm 2. Số lượng tế bào xoma trong 1ml sản 4.105 phẩm 3. Số Staphylococcus aureus trong 1g sản N phẩm 5 Trong đó: n: số mẫu được kiểm tra c: số mẫu tối đa cho phép giá trị nằm giữa m và M m: mức quy định; M:Giá trị lớn nhất mà không mẫu nào được vượt quá Trong 5 năm mẫu kiểm tra chỉ cho phép tối đa 2 mẫu có số CFU nằm trong khoảng 5.10-2 đến 2.103 C M M 2 500 2000 (Nguồn:Vanbanphapluat.co) 2.2.2 Chuẩn hóa Chuẩn hóa là quá trình hiệu chỉnh hàm lượng chất béo và chất khô không béo trong sữa nguyên liệu. Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ, sản phẩm sữa cô đặc không ngọt có hàm lượng chất béo khoảng 8% và hàm lượng chất khô không béo khoảng 18%. Quá trình này có thể thực hiện trên hệ thống thiết bị ly tâm và phối trộn điều khiển tự động. Trong quá trình chuẩn hóa, các chỉ tiêu vật lý của sữa sẽ thay đổi theo tỷ trọng, hệ số truyền nhiệt,… 2.2.3 Xử lý nhiệt Tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và vi sinh vật ngoại sinh có trong sữa nguyên liệu, đảm bảo an toàn vi sinh cho người, đồng thời kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm sữa cô đặc không đường. Ngoài ra, quá trình xử lý nhiệt còn ức chế các enzime trong sữa tươi, đặc biệt là Lipase. Nếu không vô hoạt enzyme lipase, enzyme này hoạt động sẽ làm thay đổi nhanh chóng thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa đặc không ngọt. Quá trình này còn giúp ổn định thành phần protein có trong sữa. Nhiệt độ xử lý sữa từ 100 – 120 oC, thời gian 1 – 3 phút. Khi đó, các protein kém bền nhiệt (protein của huyết thanh sữa - các protein kém bền nhiệt (protein của huyết thanh sữa – whey protwhey protein) sẽ bị biến tính, các 6 muối canxi bị kết tủa. Sự biến tính này làm cho thành phần protein trong sữa thành phẩm được ổn định. Sau quá trình xử lý nhiệt, sữa được làm nguội về 70 oC rồi đưa vào thiết bị cô đặc. Các biến đổi: Sinh học và hóa sinh: Các vi sinh vật và enzyme trong sữa nguyên liệu bị ức chế. Hóa lý: Trong quá trình xử lí nhiệt, các phân tử protein kém bền nhiệt, đặc biệt là nhóm protein của huyết thanh sữa (whey protein) sẽ bị biến tính, các muối canxi kết tủa. Sự biến tính này có lợi cho chất lượng thành phẩm do nó làm ổn định thành phần protein trong sữa. Tùy theo nhiệt độ xử lí (nhiệt độ và thời gian) mà mức độ biến tính của các phân tử protein sẽ khác nhau. Hóa học: Nhiệt độ tăng sẽ làm cho các phản ứng hóa học xảy ra dễ dàng hơn. Tùy theo giá trị nhiệt độ và thời gian xử lí mà các phản ứng hóa học sẽ xảy ra với những mức độ khác nhau. Quan trọng nhất là phản ứng Mallard giữa nhóm khử của đường lactose và peptide có trong sữa nguyên liệu. Vật lý: Tỉ trọng và độ nhớt của sữa sẽ thay đổi trong quá trình xử lí nhiệt. 2.2.4 Cô đặc Mục đích của quá trình này là tách bớt nước ra khỏi sữa dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Quá trình cô đặc thường được thực hiện trong điều kiện chân không để không nâng nhiệt quá cao, hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng trong sữa. Nhiệt độ cô đặc không vượt quá 70 oC. Thiết bị cô đặc thường được sử dụng là loại nhiều nồi và sữa sẽ chảy theo màng mỏng. Sữa đi qua các ống được đun nóng bằng hơi và sôi ở 50 – 60 oC. Nước bốc hơi và độ khô của sữa tăng lên. Cô đặc sữa nguyên kết thúc khi tỷ trọng đạt 1,077 – 1,09 tương ứng với hàm lượng chất khô 37 – 38%. Còn cô đặc sữa gầy kết thúc thì tỷ trọng đạt 1,09 – 1,1 tương ứng với hàm lượng chất khô 37 – 38%. Các biến đổi: 7 Khi sử dụng phương pháp nhiệt để cô đặc sữa, các biến đổi của nguyên liệu cũng tương tự như trong quá trình xử lí nhiệt. Mức độ biến đổi sẽ phụ thuộc vào giá trị nhiệt độ và thời gian cô đặc sữa ( nếu nhiệt độ càng cao thì sản phẩm càng bị sậm màu). 2.2.5 Đồng hóa Làm giảm kích thước và phân bố lại các hạt béo trong sữa. Thiết bị đồng hóa thường sử dụng là thiết bị đồng hóa 2 cấp. Áp suất đồng hóa thường sử dụng 150 – 250 bar. Kích thước hạt béo sau đồng hóa không lơn hơn 1 μm. Các biến đổi: Vật lý: Kích thước các hạt cầu béo sẽ giảm đi. Hóa lý: Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha phân tán và pha liên tục của hệ nhũ tương sẽ tăng lên, xảy ra sự phân bố lại các hạt thuộc pha phân tán trong pha liên tục. 2.2.6 Làm nguội và bổ sung phụ gia Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình rót sản phẩm. Sau khi làm nguội, bổ sung thêm một số phụ gia như chất ổn định protein,… Để hạn chế hiện tượng kết tủa, nên bổ sung muối potassium với tỉ lệ 2g/kg. Sữa làm nguội đến 14 oC và bổ sung thêm các chất phụ gia như disodium phosphat hoặc trisodium phosphat, các vitamin,... 2.2.7 Chiết rót và bao gói Thường được chứa đựng trong bao bì kim loại. Yêu cầu chung là bao bì bao bì phải được vệ sinh và vô trùng cẩn thận trước khi gót sản phẩm để hạn chế tán nhiễm vi sinh vật và bụi từ không khí lẫn vào sữa. Đối với bao bì kim loại, sử dụng phương pháp nhiệt để tiệt trùng bao bì. Ngoài ra, quy trình rót, đóng nắp và thiết bị sử dụng phải hoạt động trong điều kiện vô trùng. 2.2.8 Tiệt trùng Giúp tiêu diệt vi sinh vật, vô hoạt enzyme,... có trong sản phẩm. Chế độ tiệt trùng sữa đặc không ngọt thường là 110 – 120 oC trong 15 – 20 phút. Trong quá 8 trình tiệt trùng, các hộp sữa luôn luôn chuyển động. Nhờ vậy, khi protein trong sữa bị kết tủa đều bị hòa tan trong sữa. Do tác động của nhiệt độ cao và thời gian dài nên trong sữa sẽ xảy ra trong phản ứng Mailard làm cho sữa có màu vàng nhạt. Có thể sử dụng thiết bị tiệt trùng UHT để tiệt trùng sữa đặc. Sau khi làm nguội, sữa được bổ sung thêm chất ổn định (natri limonat hoặc natri phosphat) và tiệt trùng ở 140 oC trong 4 giây, làm nguội, chiết gót vào bao bì tetra pak trong điều kiện vô trùng và bảo quản. 9 10 CHƯƠNG 3. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA ĐẶC KHÔNG ĐƯỜNG 3.1 Thiết bị chuẩn hóa Ly tâm (centrifugation) là một quá trình phân riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau trong một hỗn hợp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực ly tâm. Trong công nghiệp chế biến sữa, quá trình ly tâm được thực hiện với mục đích chủ yếu là tách chất béo ra khỏi sữa để hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sản phẩm. Phần lớn chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng những hạt hình cầu và được phân tán trong pha liên tục (pha nước). Tuy nhiên, vẫn có khoảng 0,025% chất béo trong sữa không tồn tại dưới dạng các hạt cầu (Walstra và cộng sự, 1999). Phần chất béo này không thể thu hồi được trong dòng cream và sẽ lẫn vào sữa gầy. Bên cạnh đó, những hạt cầu béo có kích thước nhỏ hơn 0,7µm cũng rất khó thu hồi được trong quá trình ly tâm tách béo. Do đó, hàm lượng chất béo trong sữa gầy không thể về giá trị 0%. Sữa tươi đưa vào thiết bị ly tâm sẽ thu được 2 dòng sản phẩm là cream (chứa nhiều chất béo) có khối lượng riêng nhỏ và sữa gầy (chứa ít chất béo) có khối lượng riêng lớn hơn.Thiết bị ly tâm thường sử dụng là thiết bị ly tâm dạng đĩa (Hình 3.1).Trước khi đưa vào thiết bị ly tâm, sữa tươi được gia nhiệt đến khoảng 55 – 65 oC. Hình 3.1 Thiết bị ly tâm dạng đĩa 11 (Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thảo, 2018) Sữa được đưa vào qua ống trục giữa, chảy theo các rãnh và khe của các đĩa rồi phân bố thành lớp mỏng giữa các đĩa. Các đĩa quay có đường kính từ 20 – 102 cm và được xếp chồng lên nhau. Các lỗ trên đĩa ly tâm sẽ tạo nên những kênh dẫn theo phương thẳng đứng. Khoảng cách giữa hai đĩa liên tiếp khoảng 0,15 – 1,3 mm. Khi thùng quay quay, sữa trong thùng quay chuyển động. Dưới tác dụng của lực ly tâm thì sữa được phân chia thành 2 phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ chuyển động về phía trục của thùng quay nhờ gia tốc hướng tâm, phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ chuyển động về phía thùng quay. Dòng cream và dòng sữa gầy sẽ di chuyển theo những kênh riêng và đi ra ngoài. Hàm lượng chất béo trong sữa gầy trung bình khoảng 0,04 – 0,05 %. Các tạp chất cơ học trong sữa (nếu có) có khối lượng riêng cao sẽ bắn vào phía thành thùng quay và tập hợp vào khoảng không gian để chứa tạp chất. 3.2 Thiết bị đồng hóa Thiết bị đồng hóa được trình bày ở hình 3.2. 12 Hình 3.2. Thiết bị đồng hóa (Nguồn: www.cacthietbicuaquatrinhchebiensuadac) Quá trình đồng hóa có thể thực hiện bằng phương pháp khuấy trộn, phương pháp sử dụng áp lực cao và một số phương pháp khác (sóng siêu âm, dùng dòng chảy xoáy tâm…). Trong công nghiệp chế biến sữa, quá trình đồng hóa được sử dụng nhiều nhất là đồng hóa bằng áp lực cao. Quá trình đồng hóa bằng phương pháp khuấy trộn là phương pháp đơn giản nhất. Trong quá trình hoạt động, các hạt của pha phân tán va đập vào cánh khuấy và giảm kích thước do đó hiệu quả không cao. Trong công nghệ chế biến sữa, phương pháp này đươc sử dụng để đồng hóa sơ bô ̣trước khi chuyển sang giai đoạn đồng hóa bằng phương pháp sử dung áp lực cao. Đối với phương pháp sử dụng áp lực cao, hê ̣ nhũ tương được bơm qua một khe hẹp với tốc đô ̣cao làm cho các hạt của pha phân tán sẽ bi ̣phá vỡ và giảm kích thước. Kích thước của khe hẹp có thể dao động từ 15 – 300 µm và tốc độ của nhũ tương đến khe hẹp 50 – 200 m/s. Kích thước của cầu mỡ sau đồng hóa sẽ phu ̣thuộc nhiều vào áp suất đồng hóa. Áp suất càng cao thì kích thước của cầu béo càng nhỏ (Hình 3.2). Nhiệt đô ̣của sữa khi đồng hóa trong khoảng 55 – 75 oC và áp suất khoảng 100 – 250 bar. Hình 3.3. Ảnh hưởng của áp suất đồng hóa đến kích thước hạt béo (Nguồn: Bylund ., 1995) Trong công nghiệp, máy đồng hóa áp lực cao được thiết kế dưới dạng một cấp hoặc hai cấp. Thiết bi ̣đồng hóa 1 cấp thì có 1 khe hẹp, còn thiết bi ̣đồng hóa 2 cấp thì có 2 khe hẹp. Thiết bi ̣đồng hóa một cấp đươc sử dụng khi sản phẩm sữa có hàm lượng chất béo thấp hoặc hê ̣nhũ tương sau đồng hóa cần có độ nhớt cao. Trong công nghiệp chế biến sữa, thiết bi ̣đồng hóa 2 cấp được sử dụng phổ biến hơn, đăc biêt ̣là các sản phẩm có tổng hàm lượng chất béo cao hoặc tổng làm lượng chất khô cao và các sản phẩm yêu cầu đô ̣ nhớt thấp. Sau khi qua khe hẹp thứ nhất, 13 các hạt phân tán bi ̣vỡ và giảm kích thước. Tuy nhiên, chúng có thể bi ̣ kết dính với nhau và tạo thành chùm. Khi chúng tiếp tục qua khe hẹp thứ 2 thì các hạt của pha phân tán đươc tách ra thành từng hạt riêng le, chống lại hiện tượng tách pha, bảo vê ̣nhũ tương sau đồng hóa. Hình dạng các hạt béo sữa sau quá trình đồng hóa một cấp và hai cấp đươc thể hiện ở hình 3.3. (b) (a) Hình 3.4. Hình dạng các hạt béo sau quá trình đồng hóa một cấp (a) và hai cấp (b) (Nguồn: Bylund ., 1995) 3.3 Thiết bị bài khí Trong chế biến sữa, quá trình bài khí được thực hiện nhằm mục đích chủ yếu là tách các khí phân tán và hòa tan ra khỏi sữa tươi nguyên liệu do trong sữa vừa vắt có hàm lượng CO2 khá cao (3,5 – 4,9 %), một ít N2 (1 %) và O2 (0,1 %). Các chất khí ở dạng phân tán sẽ làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, giảm hiệu suất tách béo, giảm mức độ chính xác trong quá trình chuẩn hóa và định lượng sữa,… Vì vậy, các chất khí này cần được loại bỏ. Trước hết, sữa sẽ được nâng nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vào thiết bị bài khí. Thiết bị bài khí sẽ được nối với hệ thống tạo áp suất chân không. Áp suất chân không phải được điều chỉnh thích hợp sao cho nhiệt độ của sữa giảm đi khoảng 7 – 8 oC. Khi đó, các khí ở dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi nước cùng các hợp chất dễ bay hơi khác thoát ra khỏi thiết bị. Toàn bộ hỗn hợp này sẽ được đưa vào bộ phận ngưng tụ được đặt trên thiết bị bài khí. Ở đó, nước và các cấu tử sẽ được chuyển sang dạng lỏng rồi tự chảy xuống phía đáy thiết bị, còn khí và các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút ra ngoài (Hình 3.5). 14 Tác nhân lạnh vào 1 – Bộ phậṇ ngưng tụ Kết nối với bơm chân không 2 – Sữa vào 3 – Sữa ra Sữa vào Sữa ra Hình 3.5. Thiết bị bài khí (Nguồn: Bylund ., 1995) 3.4 Thiết bị cô đặc Cô đặc bằng nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt độ cao làm bay hơi một phần hơi nước nhằm làm tăng nồng độ chất khô trong mẫu. Các sản phẩm từ sữa như sữa bột, sữa cô đặc, sữa lên men,… đều có công đoạn cô đặc để đạt được nồng độ chất khô cần thiết. Trong quá trình cô đặc, hơi được sử dụng làm tác nhân truyền nhiệt để nâng nhiệt độ của sữa đến nhiệt độ sôi. Khi đó, nước từ trạng thái lỏng sẽ chuyển sang trạng thái hơi và thoát ra ngoài. Cùng với nước, các chất khí và cấu tử dễ bay hơi có trong sữa cũng sẽ bị mất đi. Khi chênh lệch nhiệt độ giữa hơi và nhiệt độ sôi của sữa càng cao thì tốc độ truyền nhiệt càng lớn. Vì vậy, cần phải tăng nhiệt độ hơi hoặc giảm nhiệt độ sôi của sữa. Có thể giảm nhiệt độ sôi của sữa bằng phương pháp cô đặc trong môi trường chân không. Còn nếu tăng nhiệt độ hơi và áp lực hơi gia nhiệt thì một số cấu tử trong sữa sẽ bị biến đổi làm giảm chất lượng sữa. Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ bay hơi của nước tinh khiết là 100 oC. Khi tạo ra môi trường có độ chân không càng sâu thì nhiệt độ bay hơi của nước sẽ càng giảm xuống. Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô trong sữa sẽ tăng dần theo thời gian làm nhiệt độ sôi của sữa cũng tăng. Khi đó, để giảm nhiệt độ sôi của sữa thì cần tạo ra độ chân không sâu hơn. Trong quá trình cô đặc, sự tiêu tốn năng lượng là rất lớn. Để tiết kiệm năng lượng thì kỹ thuật cô đặc nhiều cấp đã được áp dụng. Khi đó, nhiều thiết bị cô đặc 15 được nối tiếp nhau. Hơi thứ của thiết bị cô đặc trước sẽ được làm tác nhân truyền nhiệt của thiết bị sau. Tuy nhiên, do nhiệt độ sôi của tác nhân gia nhiệt luôn phải cao hơn nhiệt độ sôi của sữa nên giá trị áp lực chân không được duy trì trong mỗi thiết bị của hệ thống cô đặc phải giảm dần từ thiết bị đầu tiên đến thiết bị cuối cùng. Thiết bị cô đặc bốc hơi tuần hoàn thường được sử dụng trong trường hợp cần làm bay hơi một lượng nhỏ nước trong sữa. Sữa tươi có hàm lượng chất khô từ 10,5 – 11%. Trong sản xuất sữa chua, hàm lượng chất khô trong sữa trước khi lên men từ 13 – 16%. Khi đó, do yêu cầu mức độ cô đặc không cao nên thiết bị bốc hơi cô đặc tuần hoàn được sử dụng trong trường hợp này (Hình 3.6). Sữa nguyên liệu Hơi thứ Tác nhân lạnh Tác nhân gia nhiệt Chú thích: 1. Sữa nguyên liê ̣u 2, 7. Bơm 3. Gia nhiê ̣t sơ bô ̣ sữa/ ngưng tụ hơi thứ 4. Gia nhiê ̣t đến nhiê ̣t đô ̣ sôi 5. Làm nguô ̣i/ ngưng tụ hơi thứ 6, 8. Buồng chân không Hình 3.6. Hệ thống cô đặc bốc hơi tuần hoàn (Nguồn: Bylund ., 1995) Sữa từ bồn (1) được bơm (2) đưa vào ngăn (3) và (4) trong thiết bị gia nhiệt dạng bảng mỏng. Tại ngăn (3) và (4) sữa được gia nhiệt đến nhiệt độ khoảng 90 oC rồi đi vào buồng chân không (6). Buồng chân không (6) có cấu tạo tương tự như 16 thiết bị bài khí. Khi vào buồng chân không nhiệt độ của sữa giảm xuống, một phần nước sẽ bị bốc hơi và thoát ra ngoài để đi vào ngăn ngưng tụ (3) và (5) của thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng. Không khí và các cấu tử không ngưng tụ trong hơi thứ sẽ được thải bỏ ra ngoài nhờ bơm chân không (8). Sữa sau cô đặc sẽ được thoát ra ngoài theo ống tháo sản phẩm dưới đáy thiết bị. Một phần sản phẩm được bơm hồi lưu trở lại ngăn gia nhiệt (4) để hiệu chỉnh nhiệt độ rồi đi vào buồng chân không (6). Lượng sản phẩm cần hồi lưu phụ thuộc vào mức độ cô đặc sữa cần đạt. Thiết bị cô đặc bố hơi dạng bảng mỏng (Hình 3.12) có cấu tạo tương tự như thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng. Thiết bị gồm những tấm bảng mỏng được ghép sát và nhau tạo nên những bề mặt truyền nhiệt. Dòng sữa nguyên liệu được đưa vào ở phía trên của thiết bị đến đầu phun (1) và chảy thành màng vào trong khoảng giữa của các bảng mỏng. Tác nhân gia nhiệt truyền nhiệt gián tiếp qua bảng mỏng, nhiệt độ của sữa tăng lên làm cho nước bốc hơi. Hỗn hợp được đi vào buồng tách hơi thứ và sản phẩm (2). Hơi thứ được bốc hơi ra ngoài ở phía trên, còn sản phẩm sau cô đặc được đi ra ở phía đáy của thiết bị. Sữa nguyên liệu Hơi thứ Tác nhân lạnh Tác nhân gia nhiệt Chú thích: 1. Đầu phun 2. buồng tách hơi thứ và sản phẩm Hình 3.7. Sơ đồ hoạt đô ̣ng hê ̣ thống thiết bị bốc hơi dạng bảng mỏng (Nguồn: Bylund ., 1995) 17