Thiết kế phân xưởng sản xuất Sữa Chua Yaourt

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT SỮA CHUA – YAOURT

Sữa là sản phẩm cung cấp gần như đầy đủ chất dinh dưỡng cho con người. Vì vậy nó là nguồn thực phẩm rất quan trọng và không thể thiếu đối với con người. Đặc biệt sản phẩm yaourt rất có lợi cho hệ tiêu hóat.Do đó cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến sữa nói riêng cũng đã và đang phát triển.

Trong những năm trở lại đây nhu cầu tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa của người dân rất cao, nhưng nguồn sữa trong nước không đáp ứng đủ nhu cầu, vì thế chúng ta đã nhập nhiều loại sữa từ nước ngoài.

Nước ta có vị trí địa lý thuận lợi, khí hậu nhiệt đới gió mùa. Đây là điều kiện rất tốt cho việc chăn nuôi bò sữa. Về mặt thị trường, nước ta hiện nay đang tiêu thụ mạnh các sản phẩm từ sữa như: sữa tươi tiệt trùng, yaourt uống và nhiều sản phẩm khác. Mặt khác nhà nước ta đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho sự phát triễn ngành công nghiệp chế biến sữa Việt  Nam.

Có nhiều công nghệ đã và đang được sử dụng trong việc nâng cao chất lượng cũng như  bảo quản sữa. Tuy nhiên trong giới hạn của đồ án chuyên ngành này, tôi xin trình bày việc tính toán và thiết kế phân xưởng sản xuất yaourt dạng lỏng năng suất với năng suất 8 triệu lít/năm và dạng gel 7 triệu tấn/năm.

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

1. Sữa tươi 

Sữa là một sản phẩm tiết của vú thú cái sau khi sinh con, mạnh khỏe, không làm việc quá sức, có được từ một hoặc nhiều lần vắt sữa và không chịu bất kỳ xử lý nào làm thay đổi thành phần. Sữa tươi được coi là sản phẩm giàu chất dinh dưỡng bởi nó là thực phẩm cân đối về thành phần các chất như protein, lipit, muối khoáng, nó chứa tất cả các acid amin và rất nhiều loại vitamin khác nhau.

2. Đường :

Để tăng vị ngọt cho yaourt, người ta bổ sung đường (glucose, saccharose…) vào sữa trong qua trình chế biến. Đường có thể được bổ sung trực tiếp hoặc dưới dạng puree trái cây đối với những sản phẩm dành cho người ăn kiên, các nhà sản xuất sử dụng chất tạo ngọt, thông dụng nhất là aspartame.

3. Chất ổn định (Phụ gia) 

Chất ổn định bổ sung vào nhằm tạo trạng thái bền vững, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm.

Chất phụ gia đưa vào sản phẩm phải đạt các yêu cầu sau:

– Không mang tính chất dinh dưỡng.

– Không độc hại đối với sức khỏe con người.

– Phải tuân theo những quy định của tổ chức lương thực thế giới (FAO), tiêu chuẩn Việt Nam.

Trong công nghệ sản xuất sữa chua uống, sử dụng chất ổn định có kí hiệu 5846, hàm lượng từ 0,1% – 0,5% có thành phần chủ yếu là pectin, gelatin, tinh bột ngô biến tính.

4. Vi sinh vật

Các giống vi sinh vật trong sản xuất yaourt

CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI SỮA CHUA :

Yaourt được những người du mục vùng Mount Elbus phát hiện từ xưa. Ngày nay, Yaourt được tiêu thụ mạnh tại các nước vùng địa trung hải, trung tâm châu Âu và châu Á.

Trên thị trường hiện nay sản phẩm yaourt rất đa dạng về chủng loại. Cấu trúc và mùi vị yaourt luôn được các nhà sản xuất hay đổi để phù hợp với thị hiếu và thói quen sử dụng của khách hàng tại các nước khác nhau. Ở các nước Tây Âu, sữa chua được sử dụng khá phổ biến từ đầu thế kỷ XX. Trạng thái, mùi vị của sữa chua yaourt có khác nhau ở mỗi vùng, đặc biệt độ đặc hoặc loãng phụ thuộc vào thị hiếu của mỗi nước.

Sản phẩm yaourt có thể được phân loại như sau:

– Yaourt truyền thống (Set type): Sản phẩm có cấu trúc gel mịn. Trong quy trình sản xuất yaourt truyền thống, sữa nguyên liệu sau khi được xử lí, cấy giống rồi được rót vào bao bì. Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đong và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm.

-Yaourt dạng khuấy (Stirred type) : khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá huỷ một phần do sự khuấy trộn cơ học. Trong quy trình sản xuất yaourt dạng khuấy, sữa nguyên liệu được xử lí và cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì. Yaourt dạng khuấy sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như yaourt truyền thống.

  -Yaourt uống (drinking type) hay yaourt dạng lỏng: Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá huỷ hoàn toàn.Sản phẩm có dạng lỏng, khi sử dụng, người tiêu dùng không cần dùng muỗng. Điểm khác biệt là sau quá trình lên men, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hoá để phá huỷ cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm.

-Yaourt lạnh đông (frozen type): sản phẩm có dạng tương tự như kem (ice-cream) quá trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo hỗn hợp sau lên men sẽ đươc đem đi xử lí và  lanh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm (hardening) rồi bao gói .

-Yaourt cô đặc (concentrated yaourt): Quy trình sản xuất bao gồm các giai đoạn quan trọng như : Lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và đóng gói sản phẩm. Trong quá trình cô đặc, người ta sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm. Yaourt cô đặc còn có tên gọi là strained yaourt hay labneh.

 Ngày nay, để đa dạng hoá hơn nữa sản phẩm yaourt trên thị trường, người ta có thể bổ sung thêm hương liệu, chất màu thực phẩm hoặc puree trái cây vào sản phẩm.

 Mặt khác phân loại yaourt dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm. Lượng chất béo trong yaourt có thể dao động từ 0 – 10%, thông thường là từ 0.5 – 3.5 %. Theo tổ chức y tế thế giới WHO và tổ chức nông lương FAO, sản phẩm yaourt có thể chia thành 3 nhóm sau:

Yaourt béo(Fat yaourt): Hàm lượng chất béo sản phẩm không thấp hơn 3%

-Yaourt “ Bán gầy”(partially skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng 0.5 – 3%

–Yaourt gầy (Skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo không lớn hơn 0.5%

Sau quá trình lên men, yaourt có chứa sinh khối vi khuẩn lactic và một số enzyme ngoại bào do chúng tiết ra. Do đó, sản phẩm phải được bảo quản ở nhiệt độ thấp(2 – 40ºC) để hạn chế những biến đổi bất lợi có thể làm thay đổi mùi, vị và các chỉ tiêu chất lượng khác của yaourt. Các vi khuẩn lactic có trong yaourt rất có lợi cho quá trình tiêu hoá thức ăn ở cơ thể người. Ngoài các giá trị dinh dưỡng thông thường, một số nhà khoa học đã cho rằng sữa lên men yaourt còn có chức năng làm chậm quá trình lão hoá và kéo dài tuổi thọ cho người sử dụng.

Để kéo dài thời gian bảo quản và giảm chi phí trong việc vận chuyển, bảo quản sản phẩm, người ta có thể sử dụng quá trình thanh trùng hoặc tiệt trùng UHT  trong quy trình công nghệ sản xuẩt một số dạng yaourt. Khi đó, nhóm vi khuẩn lactic và các vi sinh vật bị nhiểm vào sản phẩm sẽ bị tiêu diệt hoặc ức chế. Yaourt uống – dạng lỏng – qua xử lí tiệt trùng UHT có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, một số quốc gia hiện nay không cho phép sử dụng nhiệt độ cao để tiêu diệt hoặc ức chế nhóm vi khuẩn lactic trong sản phẩm nhằm giữ lại những nét truyền thống cho sản phẩm yaourt và những lợi ích do nhóm vi khuẩn lactic mang đến cho người sử dụng.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA CHUA :

Chuẩn hóa:

-Mục đích : hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa đến giá trị 3,5%.

-Phương pháp thực hiện: sữa sẽ được gia nhiệt đén 65ºC ở thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng, sau đó sẽ được bơm vào máy ly tâm hoạt động theo phương pháp liên tục. Hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một dòng là sữa gầy và một dòng là cream.Hàm lượng béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ hoạt động  của máy ly tâm.Sau đó, một phần cream sẽ được phối trộn lại với sữa gầy để đạt hàm lượng chất béo theo yêu cầu sản xuất là 3,5%.

Phần cream dư sẽ đưa đi xử lý tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream.

-Các biến đổi chính:

+Vật lý: khối lượng riêng tăng, độ nhớt giảm, nhiệt độ tăng,…

-Thiết bị: máy ly tâm và hệ thống hiệu chỉnh hàm lượng chất béo hoàn toàn tự động.

-Thông số kĩ thuât:

+Nhiệt độ dòng sữa trước khi vào thiết bị ly tâm là 55-65ºC.

+Thời gian ly tâm: 30 phút

Xử lý nhiệt

-Mục đích:

+ Tiêu diệt enzym và VSV.

+ Bài khí: tách các khí phân tán và hòa tan ra khỏi sữa nguyên liệu.

+ Ổn định thành phần protein có trong sữa và làm biến tính sơ bộ các protein sữa đặc biệt là các whey protein, cải thiện thành phần cấu trúc gel đông.

Sử dụng chế độ nhiệt cần tránh tạo màu cho sản phẩm và để sản phẩm đạt độ nhớt nhất định.

-Tiến hành: nhiệt độ sữa cần được tăng lên đến 90 – 95ºC thời gian là 3 phút.

– Các biến đổi chính:

+Vật lý: nhiệt độ tăng.

+Hóa sinh và hóa lý: enzyme bị vô hoạt, một số protein hòa tan bị biến tính và hình thành các hợp chất phức tạp với casein.

• +Hóa học: xảy ra các phản ứng hóa học không có lợi: phản ứng phân hủy acid amin, phản ứng tạo màu và mùi caramen và Maillard.

+Sinh học: ức chế hệ vi sinh vật có trong sữa đáp ứng các yêu cầu cho phép về vi sinh.

Đồng hóa

-Mục đích: Các hạt chất béo có trong sữa dễ dàng liên kết nhau tạo thành các hạt cầu béo có kích thước lớn hơn và nổi lên trên bề mặt, tạo thành màng gây nên sự phân lớp. Đây là một trong những nguyên nhân chính làm mất ổn định trạng thái của sữa trong quá trình bảo quản. Vì vậy đồng hóa nhằm làm giảm kích thước của các cầu béo tránh hiện tượng tách pha của chất béo trong quá trình lên men, làm chúng phân bố đều hơn, tăng sự đồng nhất cho sản phẩm yaourt. Quá trình  đồng hóa sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc micelle của sữa và cải thiện cấu trúc gel của yaourt thành phẩm.

-Tiến hành: ở áp lực 200-250 bar, nhiệt độ từ 65-70ºC.

-Các biến đổi chính:

+Vật lý: giảm kích thước của pha phân tán, nhiệt độ tăng, thể tích thay đổi.

+Hóa lý: ổn định hệ nhũ tương.

+Thiết bị đồng hóa 2 cấp.

Lên men

• Cấy giống:

-Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men.

-Tiến hành: giống được thực hiện trong quá trình lên men là 2 loại Lactobacillus bulgaricus và Streptococus thermophilus dưới dạng chế phẩm vi khuẩn lactic.Tiến hành hoạt hóa giống, sau đó cấy vào bồn lên men có chứa sữa .Có thể dùng cánh khuấy để phân bố đều tế bào vi khuẩn lactic vào môi trường sữa.

• Lên men:

-Mục đích: chế biến.

Đây là công đoạn chính, quan trọng trong công nghệ sản xuất yaourt. Tạo hương vị đặc trưng cho yaourt.

-Bản chất: Bản chất của quá trình lên men chính là quá trình chuyển hóa đường trong sữa thành axit lactic và một số sản phẩm khác. Chủng vi sinh vật đùng để sản xuất sữa chua gồm  hai loại :

+ Lactobacillus bulgaricus: là loại vi khuẩn điển hình phát triển tốt tại nhiệt độ          t =  45 – 50ºC, nó tạo ra được 2,7% lượng axit lactic từ đường .

+ Streptococus thermophilus: phát triển mạnh tại nhiệt độ t = 50ºC, sinh sản tại nhiệt độ t = 37 – 40ºC, pH thấp . Trong sản xuất ta dùng hỗn hợp cả hai loại trên trong môi trường có độ pH =  4 – 4,5 , t =  40 – 42ºC.

-Tiến hành: Thiết bị dạng hình trụ đứng, đáy hình chỏm cầu, được làm bằng thép không rỉ và có cánh khuấy. Trong suốt quá trình, nhiệt độ luôn được khống chế trong khoảng 42 – 43^0ºC. Thời gian tiến hành lên men là 2-3h. Giai đoạn lên men kết thúc khi độ chua của sữa đạt 70 – 80ºD. Chú ý phải thường xuyên kiểm tra nhiệt độ, pH.

..