Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay ngành thực phẩm nói chung và chế biến sữa nói riêng đang phát triển
mạnh ở nước ta, đặc biệt là vào thời điểm nước ta vừa gia nhập WTO. Hiện tại, ở
nước ta cũng có vài nhà máy sữa, tuy có nhưng với số lượng ít nên chưa đáp ứng
nhu cầu tiêu dùng trong cả nước, bởi thế mà nước ta vẫn phải nhập khẩu sản phẩm từ
nước ngoài về, đồng thời chất lượng sản phẩm ở trong nước còn thấp. Ngoài giá trị
dinh dưỡng cao, trong sữa còn có rất nhiều chất cần thiết cho cơ thể như là các axit
amin không thay thế, muối khoáng,… Người ta đã biết dùng sữa vào nhiều mục đích
khác nhau như để chữa các bệnh về đường ruột, giải độc,...Theo dự đoán của các
chuyên gia, khoảng 3 năm nữa thị trường sữa chua sẽ phát triển như sữa tươi hiện
giờ. Còn theo thông tin được công bố tại hội thảo "Ứng dụng công nghệ cao và
phát triển bền vững sữa tươi sạch tại Việt Nam" thì thị trường sữa chua (sữa chua
ăn và sữa chua uống) đạt xấp xỉ 245 nghìn tấn, tương đương 10,5 nghìn tỷ đồng
năm 2013. Trong tương lai không xa, đến năm 2017 con số này ước tính sẽ tăng
lên 500 nghìn tấn, tương đương hơn 25 nghìn tỷ đồng.
Từ thực tế trên, trong những năm gần đây nhà nước đã tổ chức khai thác tiềm
năng và phát triển đàn bò sữa theo hình thức quốc doanh kết hợp với quy mô nhỏ
trong các hộ nông dân dựa trên các điều kiện ở địa phương, các giống bò nhập từ
nước ngoài và tiến hành xây dựng các nhà máy chế biến sữa chua uống mới.
Là một sinh viên công nghệ sinh học, tôi chọn đề tài: Thiết kế phân xưởng
sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn nguyên liệu sữa tươi /
năm .
Các số liệu
- Sữa tươi có tổng chất khô 13,5% trong đó 3,5% chất béo .
- Sản phẩm sữa chua uống ít béo có 5% đường.

1
SVTH: NGUYỄN VĂN A

Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm

4
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
A. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU.
1.1 Sữa tươi [01].
Sữa là loại thực phẩm rất giàu chất dinh dưỡng, trong sữa có đầy đủ các chất
cần thiết cho cho việc tạo thành các tổ chức cơ thể, cơ thể có khả năng hấp thụ sữa
rất cao. Trong sữa có đầy đủ các chất dinh dưỡng như: chất béo, đường lactoza, các
vitamin, chất khoáng, các enzym, …
Ngoài ra trong sữa còn có đầy đủ các acid amin không thay thế. Đây là các
acid amin rất cần thiết cho cơ thể. Có thể nói không một loại thực phẩm nào có đầy
đủ các thành phần và số lượng các chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể như sữa.
1.1.1 Tính chất vật lí của sữa tươi [01, tr. 12].
Sữa là một chất lỏng màu trắng đục, có độ nhớt lớn hơn hai lần so với nước,
hơi ngọt.
Sữa thường có những đặc điểm và tính chất sau:
-

Nhiệt dung riêng: 0,933- 0,954 ( cal/g.ºC)
Tỷ trọng riêng: 1,028- 1,036 (g/cm3)

35-45g

- Đường lactoza

47-52g

-Chất chứa nitơ

33-36g

II.Các chất xúc tác sinh học (không định lượng hay ở trạng thái vết) Các sắc
tố - enzym – vitamin
III.Các loại khí hòa tan Khí
cacbonic, oxy, nitơ
(4 - 5% thể tích của sữa ra khỏi vú).

1.1.3 Các chất chứa Nito trong sữa tươi [01].
Protein trong sữa là chất đạm hoàn thiện bởi vì nó chứa hầu hết các acid
amin đặc biệt là các acid amin không thay thế. Các acid amin chủ yếu có mặt trong
sữa tính theo % chất khô như sau:
Bảng 1.2: Các chất chứa nito trong sữa tươi.
Alanin

3%

Prolin

11,3%

Phenylamin


6,3%

Treonin

4,9%

Izoloxin

6,1%

Tryptophan

1,7%

Arginin

4,1%

Histidin

3,1%

Lysin

8,2%

Acidasparti
c


Trong các thành phần trên, cazein được coi là thành phần quan trọng nhất của
sữa.Về mặt cấu trúc, cazein là các hạt cầu có đường kính thay đổi từ 40 ÷200 m
và bằng phương pháp ly tâm người ta có thể tập hợp tất cả các hạt này ở thể lắng
như keo có màu trắng hoặc kết tủa cazein dưới dạng hạt mixen lớn nhờ quá trình
axit hoá sữa đến pH đẳng điện (pH = 4,6).
Ðiều quan tâm trong công nghệ chế biến sữa về thành phần cazein là sự
không đồng nhất của các thành phần cazein, vì trong cazein có , ,  cazein. cazein chiếm 60% cazein toàn phần, -cazein chiếm 30% cazein toàn phần, cazein chiếm 4-10% cazein toàn phần. Khi nhiệt độ vượt quá 75-80 ºC có sự biến
tính của canxi phosphocazeinat bởi vì một phần muối canxi hoà tan chuyển thành
canxi riphosphat hông hoà tan ảnh hưởng đến cân bằng giữa các mixen

7
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm
phosphocazein và các muối khoáng hoà tan.
1.1.4 Đường Lactoza trong sữa tươi [01].
Đường lactoza trong sữa có hàm lượng trung bình 50 g/l và tồn tại dưới hai
dạng α, β-lactoza. Khi thủy phân lactoza cho ra một phân tử đường glucoza và một
phân tử đường galactoza theo phương trình tổng quát:
C12H22O11 + H2O

C6H12O6 + C6H12O6

Lactoza là gluxit thuộc nhóm diholozit.
Trong sữa, đường lactoza luôn ở trạng thái hòa tan. Những đặc điểm về khả
năng hòa tan và kết tinh của nó rất quan trọng cho phép áp dụng trong công nghiệp

quan trọng nhất là sự tạo thành acid lactic gây nên bởi phần lớn các vi khuẩn:
C12H22O11. H2O

4CH3-CHOH-COOH

Nhìn chung, phản ứng này có liên quan đến việc sản sinh các sản phẩm phụ với
số lượng khác nhau tuỳ thuộc vào chủng loại vi khuẩn chính của sự biến đổi và điều
kiện biến động. Trong số các chất nhận được, một vài chất đóng vai trò trong việc
hình thành các chất thơm của các sản phẩm sữa như: axetylmetylcarbinol và
diaxetyl.
1.1.5 Các muối khoáng trong sữa tươi.
Do trong sữa có mặt có các cation K +, Na+, Mg2+, Ca2+... và các anion của các
acid phosphoric, limonic, clohydric nên trong sữa có nhiều loại muối khác nhau.
Nhưng chủ yếu là các muối clorua, phosphat, xitrat, bicacbonat.
Trong tất cả muối trên, muối canxi có ý nghĩa rất lớn đối với con người đặc
biệt là trẻ em. Hai nguyên tố Ca và P trong sữa có tỉ lệ rất hài hoà Ca/P = 1/1,3 ở
dạng cơ thể dễ hấp thụ.
Sự cân bằng giữa hai dạng muối Canxi (Ca 2+ của các muối hoà tan được phân
ly và Ca ở dạng phức của các thể keo) là điều kiện đặc biệt cho sự ổn định của sữa.
Sự tăng lên của Ca2+ làm tăng khả năng bất ổn định của sữa khi đun nóng hoặc dưới
tác dụng của các men dịch vị. Muối canxi có ý nghĩa lớn đối với con người, đặc biệt
là trẻ em. Muối canxi có ý nghĩa quan trọng trong chế biến các sản phẩm sữa. Khi
sữa có hàm lượng canxi thấp, sữa sẽ không bị đông tụ hoặc đông tụ rất chậm.
Ngược lại, nếu sữa có hàm lượng canxi cao thì sẽ bị đông tụ bởi renin nhanh hơn

9
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


31÷36ºC

+Nhiệt độ đông đặc:

25÷30ºC

+Chỉ số iod:

25÷45

+Chỉ số xà phòng hoá:

218÷235
10

SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm
+Chỉ số acid bay hơi không hoà tan:

1,5÷3

+Chỉ số khúc xạ:

1,453÷1,462


glyxerit đều trở thành dạng lỏng. Chất béo hoàn toàn bị nóng chảy và xuất hiện
màng cream đồng thời gây ra sự kết dính ở bề mặt của các cầu béo. Do vậy, có thể
nói màng có tính chất bảo vệ chất béo khỏi những biến đổi.
1.1.6 Các chất xúc tác hóa học trong sữa tươi .
1.1.6.1 Vitamin.
Sữa được coi là thực phẩm cân đối nhất về số lượng vitamin tuy với hàm
12
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm
lượng không lớn lắm. Hàm lượng vitamin trong sữa cũng chia thành 2 nhóm theo
khả năng hoà tan của chúng trong nước hay chất béo:
+Nhóm vitamin hoà tan trong chất béo: Vitamin A, D, E, chủ yếu nằm trong
thành phần của mỡ sữa.
+Nhóm vitamin hoà tan trong nước: B, C, PP.
1.1.6.2 Các enzyme.
Các enzym tồn tại trong sữa có ý nghĩa lớn trong công nghệ chế biến sữa và
các sản phẩm sữa cũng như bảo quản sữa, các enzym trong sữa được chia làm hai
nhóm chính:
+Nhóm enzym thuỷ phân: gồm lipaza, photphataza, galactaza, proteaza,
amylaza. Trong đó, vai trò của các enzym lipaza có tính quyết định đến quá trình
chế biến và bảo quản sữa. Lipaza có tác dụng thuỷ phân chất béo tạo thành acid
béo và glyxerin có pH = 9,4.
+Nhóm enzym oxy hoá: gồm reductaza, lactoperoxydaza catalaza. Các
enzym này có vai trò quan trọng trong quá trình làm biến tính sữa.
1.1.6.3 Các vi sinh vật [03].


Ít hoặc không tiết ra enzym proteaza trong sữa nhưng đôi khi trong
phomat các vi khuẩn lactic đóng vai trò quan trọng trong việc phá hủy
thành phần casein.

•
•

Lên men các loại đường ở các điều kiện khác nhau.
Các loại vi khuẩn điển hình trong công nghệ chế biến sữa là:

Streptococcus thermophillus được coi là tác nhân của sự hình thành axit và quá
trình chín của pho mát.
Nhóm vi khuẩn Lactic là vi khuẩn sữa chung nhất bao gồm Streptococcus
cremoris và Streptococcus lactic là tác nhân của sự đông tụ tự nhiên một vài loài
của chúng sản sinh ra các kháng sinh. Clostridium tác nhân của sự phồng lên của
phomat.
Loài Leuconostoc oenos đều là các loài lên men không điển hình, lên men
các loại đường tạo ra một ít acid lactic hoặc axetoin từ diaxetyl là các hợp chất tạo
nên hương thơm tự nhiên của bơ.
•

Vi sinh vật gây bệnh:

Tồn tại trong sữa do quá trình nhiễm từ người hoặc động vật, đặc trưng là
Samonella typhi, Samonella paratyphi, Shigella dysenterial, . . .Tác động đến hệ vi
sinh vật thông thường
+ Ở 60ºC và giữ nhiệt độ này trong vài phút làm cho phần lớn hệ vi sinh vật
bị tiêu diệt. Ngoại trừ, một số loài vi khuẩn (cầu khuẩn, liên cầu khuẩn và các trực
14

hình
Mùi, vị
Màu sắc

Yêu cầu
Hạng A
Hạng B
Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối đồng đều, tơi, khô, không vón
cục
Tinh thể đường hoặc dung dịch đường trong nước có vị ngọt, không có mùi
vị lạ.
Tinh thể màu trắng. Khi pha vào Tinh thể màu trắng ngà đến trắng.
15

SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm

nước cất cho dung dịch trong.

Khi pha vào nước cất cho dung dịch
tương đối trong

1.2.2 Các chỉ tiêu lý – hóa .
Phải phù hợp với yêu cầu quy định trong bảng 2.
Bảng 1.4 - Các chỉ tiêu lý – hóa

0,1
0,07
200

Mức tối đa
20 mg/kg
70 mg/kg

7. Các chất nhiễm bẩn
 Tạp chất không tan trong nước mg/kg:
•
•

Hạng A, không lớn hơn
60
Hạng B, không lớn hơn
90
 Asen (As), không lớn hơn 1 mg/kg
 Đồng (Cu), không lớn hơn 2 mg/kg
 Chì (Pb), không lớn hơn 0,5 mg/kg

1.3 Chất phụ gia.
Chất phụ gia bổ sung nhằm tạo trạng thái bền vững và tăng giá trị cảm quan
cho sản phẩm.
Chất phụ gia được đưa vào sản phẩm phải đạt các yêu cầu sau:
-

Không mang tính dinh dưỡng.
Không độc hại đối với cơ thể con người.


Leuconostoc
Stretococcus
Pediococcus
Acetobacter

L.mesenteroides
L.mesenteroides ssp dextranicum
L. mesenteroides ssp cremoris
S.thermophilus
P.pentosaceus
P.acidilactis
A.aceti

L.delbrueckii
L.delbrueckii ssp lactis
L.delbrueckii ssp bulgaricus
L.helveticus
L.acidophilus
L.casei
L.kefir

Nấm men

17
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn

(Lactose)

4CH3CHOH-COOH
(Acid lactic)

Acid lactic này dưới tác dụng của một số vi khuẩn đặc biệt tạo thành acid
propionic hay acid butyric.
3CH3-CHOH-COOH →

2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + H2O

(Acid lactic)

(Acid propionic)

2CH3-CHOH-COOH →

CH3-(CH2)2-COOH + 2CO2 + 2H2

(Acid lactic)

(Acid butyric)

Trong đó quá trình lên men butyric, propionic là quá trình biến đổi không có
lợi cho sữa, ngoài 2 loại trên, một lượng nhỏ các acid acetic, acid caprolic, ethanol,
và các chất khí được tạo thành... là nguyên nhân gây nên mùi vị khó chịu trong các

18
SVTH: NGUYỄN VĂN A


Thanh trùng 90-95 C
Làm nguội 42- 45ºC
Hoạt hóa giống
Lên men 42- 45°C
3- 5h

Nhân giống các cấp

Phối trộn
Đồng hóa 55-80°C
200- 250 bar

Tiệt trùng 137- 140°C
Làm nguội 25°C
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:

Rót sản phẩm
Bảo quản sản phẩm

20


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm
Sơ đồ 2.1 : dây chuyền công nghệ sản xuất
2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ.
2.2.1 Nguyên liệu sữa tươi [01].
Sữa tươi là nguyên liệu chính dùng để sản xuất các sản phẩm sữa của nhà máy.

+ Tổng lượng chất khô tính bằng % không nhỏ hơn 11,5% khối lượng.
+ Hàm lưọng chất béo không nhỏ hơn 2,8%.
+ Tổng trọng lượng đo bằng Lactometer không nhỏ hơn 1,029.
+ Hàm lượng acid (tính theo acid lactic) không nhỏ hơn 0,2%.
•

Chỉ tiêu vi sinh vật của sữa tươi theo đúng qui định:

+ Tổng số tạp trùng không được quá 50 000 vi khuẩn lạc trong 1ml sữa.
21
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm
+ Coliform nhỏ hơn 20 khuẩn lạc /1 ml sữa.
+ Không được có vi trùng gây bệnh.
2.2.2 Kiểm tra, lọc [01].
Kiểm tra: Sữa tươi lấy từ các trạm thu mua phải được kiểm tra kĩ, trước khi đưa
vào sản xuất phải kiểm tra độ chua, độ nhiễm khuẩn, tỷ trọng, hàm lượng chất khô,
hàm lượng protein và nhiệt độ của sữa, đồng thời phải khuấy đều sữa để tránh nổi
mỡ.
Trong trường hợp thấy nhiệt độ và độ chua của sữa tăng phải làm sạch và xử lí ngay.
Sữa sau khi nhập về phải đưa vào chế biến ngay, nếu chưa được sản xuất phải được
bảo quản ở nhiệt độ 8÷ 10ºC và không được để quá 3 tiếng.
Lọc: nhằm loại bỏ hoàn toàn tạp chất vô cơ và hữu cơ còn lẫn trong sữa để
đảm bảo sữa sạch đưa vào sản xuất.
Quá trình lọc bao gồm 2 giai đoạn:

nhớt tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ly tâm.
Tiến hành: Quá trình gia nhiệt được tiến trong thiết bị gia nhiệt dạng tấm
OTTA-5. Sữa sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt có nhiệt độ 60 ÷ 68oC.
2.2.5 Bài khí [01, tr.115]
Mục đích: Trong sữa tồn tại nhiều các khí phân tán và hòa tan gây mùi hôi cho
sữa, có ích cho sự phát triển của các vi khuẩn,… vì vậy cần tách các khí trong sữa
để nâng cao hiệu suất cho bước đồng hóa sữa cũng như gia nhiệt sẽ hiệu quả hơn.
Tiến hành: Nâng nhiệt độ sữa rồi đưa vào thiết bị bài khí. Trong thiết bị sẽ
được định sẵn áp lực chân không phù hợp để nhiệt độ sữa bị giảm đi 7-8 0C. Khi đó
các khí ở dạng phân tán, hòa tan, các hợp chất dễ bay hơi và một phần hơi nước
thoát ra ngoài thông qua bộ ngưng tụ được đặt trên đỉnh thiết bị. Nước và một số
cấu tử chuyển sang dạng lỏng rồi tự chảy xuống đáy thiết bị, khí và các cấu tử
không ngưng tụ được bơm chân không hút ra ngoài.
2.2.6 Ly tâm [01, tr.55]
Mục đích của công đoạn: là để tách cream ra khỏi sữa nguyên liệu nhằm thu
cream và sữa gầy. Sử dụng thiết bị li tâm dạng đĩa loại Tetra Cetri AMF.
Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục, sau khi sữa được nạp vào máy
li tâm, sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn để chảy vào các khoảng không gian hẹp giữa
23
SVTH: NGUYỄN VĂN A

GVHD:


Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm
các đĩa li tâm. Dưới tác dụng của lực li tâm, sữa được phân chia thành hai phần:
phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ chuyển động hướng về phía trục của thùng
quay, phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ chuyển động về phía thành của
thùng quay. Sau cùng cả hai dòng sữa gầy và cream sẽ theo những kênh riêng để

Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa chua uống tách 3/4 béo, năng suất 28000 tấn
nguyên liệu sữa tươi / năm
Mục đích của công đoạn: là chuyển hoá đường lactose trong sữa thành axít
lactic và chất thơm dưới tác dụng của hệ vi khuẩn lactic, kết quả tạo ra cho sản phẩm
có vị chua thích hợp và mùi thơm đặc trưng.
Cấy hỗn hợp cả hai loài vi khuẩn: Streptococcus thermophillus và
Lactobacillus bulgaricus vào thiết bị lên men PH-OTH-2 kiểu đứng. Quá trình lên
men được thực hiện trong thiết bị lên men ở nhiệt độ t = 42-430C trong thời gian là t
=3- 5 giờ. Kết thúc quá trình lên men khi khối sữa đạt độ chua là 80-100 0D.
Thiết bị lên men có dạng hình trụ đứng, bên trong có hệ thống cánh khuấy và
các đầu dò nhiệt độ, pH, … để có thể theo dõi trực tiếp các thông số công nghệ trong
quá trình lên men, thiết bị có lớp cách nhiệt để đảm bảo nhiệt độ lên men.
Khi kết thúc quá trình lên men, tiến hành khuấy trộn để phá vỡ cấu trúc gel
của khối đông, sau đó làm lạnh về nhiệt độ 18-200C.
2.2.8 Phối trộn.
Mục đích: Bổ sung siro đường 70% và chất ổn định, để đáp ứng yêu cầu về độ
ngọt và độ đồng đều của sản phẩm sữa chua sau này.
Tiến hành: Công việc phối trộn được thực hiện trong thiết bị phối trộn Tetra
Almix - 10 và hoạt động liên tục nhằm tăng sự hòa tan các chất với nhau.
2.2.9 Đồng hóa [01, tr.225]
Mục đích của công đoạn: Nhằm giảm kích thước các cầu mỡ, nhằm làm tăng
tốc độ phân tán của mỡ, ngăn chặn sự phân lớp giữa chất béo và các thành phần
khác trong sữa làm cho sữa có trạng thái nhũ tương bền vững. Đồng hoá có thể
làm tăng độ nhớt của sữa lên chút ít nhưng làm giảm đáng kể quá trình oxy hoá,
làm tăng chất lượng của sữa và các sản phẩm sữa. Các sản phẩm sữa khi qua đồng
hoá sẽ được cơ thể hấp thụ dễ dàng.
Sữa được bơm vào thiết bị đồng hoá Tetra Alex bởi 1 bơm piston. Trong công
nghiệp chế biến sữa, quá trình đồng hoá được thực hiện ở áp suất 200÷ 250 bar,
nhiệt độ đồng hoá thường dao động từ 55÷ 80ºC. Các cầu mỡ trong thiết bị đồng