Đề tài Quy trình sản xuất sữa đậu nành

Lời mở đầu Ngày nay với nhu cầu rất lớn về thức uống mang giá trị dinh dưỡng tốt cho sức khoẻ như các loại nước trái cây, sữa có nguồn gốc từ động vật (sữa bò, sữa dê…) cũng như sữa có nguồn gốc từ thực vật (sữa đậu nành…) thì ngành công nghiệp sữa phát triển mạnh mẽ. Ở đây chúng ta đề cập tới sản phẩm công nghiệp sữa đậu nành. Sữa đậu nành là sản phẩm thu được bằng quá trình nghiền đậu nành với nước, sau đó qua lọc và nấu. Để hiểu thêm về giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan hay nhiều chức năng khác của sản phẩm sữa đậu nành chúng ta cùng theo dõi bài báo cáo về quy trình sản xuất sữa đậu nành trong công nghiệp sau đây. Trong phạm vi của bài báo cáo chúng em chỉ đơn cử hai quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành có thể áp dụng trong công nghiệp. Do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế trong sản xuất cũng như chưa cập nhật được những thành tựu mới nhất trong công nghệ sản xuất sữa đậu nành nên bài báo cáo còn nhiều khuyết điểm, chúng em rất mong nhận được sự nhận xét của thầy để bài báo cáo hoàn chỉnh hơn. Chân thành cám ơn thầy đã tận tình hướng dẫn để chúng em hoàn thành bài báo cáo này! Nguyên liệu Đậu nành Đặc điểm của cây đậu nành Cây đậu nành (cây đậu tương) có tên khoa học là Glyxine max, là cây ngắn ngày, phát triển tốt nhất ở vùng nhiệt đới, ưa sáng, ưa nhiệt, chịu hạn. Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt : pH của đất trồng : 6.0 – 6.5. Nhiệt độ : 25 – 30oC. Lượng mưa : 500 – 700 mm. Thời kỳ trồng : cuối mùa xuân, đầu mùa hè. Hạt đậu nành Tính chất vật lý và hình thái của đậu nành Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt. Màu sắc : vàng, xanh, nâu hoặc đen. Kích thước : 18 – 20 gram/100 hạt. Cấu trúc của hạt gồm : lớp vỏ áo và hai lá mầm với trụ dưới lá mầm và chồi mầm. Lá mầm chiếm 90% trọng lượng của hạt và chứa toàn bộ dầu và protein. Lớp vỏ chiếm 8% trọng lượng của hạt, bao bọc hai lá mầm, đóng vai trò là lớp bảo vệ. Thành phần hoá học Thành phần hoá học trong hạt đậu nành Thành phần Tỷ lệ khối lượng Tỷ lệ phần trăm (%) Protein Nx6.25 Lipid Cacbohydrate Tro Lá mầm 90 43 23 43 5 Vỏ 8 9 1 86 4.3 Trụ dưới lá mầm 2 41 11 43 4.4 Nguyên hạt 100 40 20 35 4.9 Độ ẩm : Hàm lượng ẩm của hạt đậu nành quyết định rất nhiều đến điều kiện bảo quản. Để giữ được tính chất ổn định và chất lượng của hạt đậu nành trong thời gian bảo quản thì hạt đậu nành nên có hàm lượng ẩm khoảng 12% - 13%. Protein (40%) : thành phần chính globulin (pI = 4.2 – 4.6) Thành phần protein đậu nành Phân đoạn (S) Hàm lượng (%) Thành phần Phân tử lượng (Da) 2 15 Chất ức chế trypsin 8000 - 20000 7 35 ß – conglicinine ß – amylase Lipoxygenase Hemagglutinin 150000 62000 102000 110000 11 40 Glycinin 320000 - 350000 15 10 600000 Thành phần amino acid có trong protein đậu nành Amino acid Hàm lượng aa (g/100 g protein) Isoleucine Leucine Lysine Methionine Cystine Phenylalanine Tyrosine Threonine Tryptophan Valine 4.54 7.78 6.38 1.26 1.33 4.94 3.14 3.86 1.28 4.80 Đậu nành cũng như tất cả các hạt khác đều chứa enzyme cần thiết cho quá trình nảy mầm. Về mặt công nghệ thì enzyme quan trọng của đậu nành là lipoxygenase , được biết đến là lipoxydase. Enzyme này xúc tác cho phản ứng oxy hoá acid béo không bão hoà đa bởi O2, gây mùi hôi cho đậu nành. Enzyme urease cũng thường được đề cập tới trong sản xuất protein đậu nành nhưng về mặt công nghệ thì nó không đóng vai trò quan trọng. Lipid (20%) : triglyceride (96%), phospholipids _ chất nhũ hoá lecithin (2%), các chất chống oxy hoáù_ tocopherol và sterol (1.6%), acid béo tự do (0.5%), và một lượng nhỏ carotenoid Thành phần acid béo trong đậu nành Acid béo Ký hiệu % khối lượng LauricMyristicPalmiticStearicOleicLinoleicLinolenic 12:014:016:018:018:118:218:3 4.54.511.62.521.152.47.1 Carbohydrate (30%) : gồm 2 nhóm Đường tan (10%) : sucrose 5%, stachyose 4%, raffinose 1% Chất xơ không tan (20%) : hỗn hợp polysaccharide và dẫn xuất của chúng, chủ yếu là cellulose, hemicellulose và các hợp chất của acid pectic Khoáng : chiếm tỷ lệ rất thấp (5%) gồm K, Ca, Mg, Fe, Zn, Cu… Vitamin : Niacin, Inositol, Axit tantothenic, Thiamine, Riboflavin, Pyridoxine, Biotin… Nước Nước là thành phần chủ yếu trong sữa đậu nành, thành phần và tính chất của nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Các chỉ tiêu chất lượng của nước: Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ. Chỉ tiêu hóa lý: pH = 6 ÷ 7 Độ cứng tổng : max 2 mg đương lượng/l Chỉ tiêu Clo H2SO4 As Pb F Zn Cu Fe Độ cặn Hàm lượng (mg/L) ≤ 0,5 ≤ 80 ≤0,05 ≤ 0,1 ≤ 3 ≤ 5 ≤ 3 ≤ 0,3 ≤ 600 Chỉ tiêu vi sinh Loại VSV Coliform tổng số Coliform faecalis E. coli Sulfit-reducing Clostridia Tổng số VSV hiếu khí Lượng cho phép (cfu/mL) 0 0 0 0 20 Đường Đường được bổ sung vào sữa đậu nành ngoài mục đích cung cấp năng lượng còn có tác dụng điều vị và tăng mùi thơm cho sản phẩm. Loại đường thường được sử dụng là đường saccharose dạng kết tinh (đường tinh luyện) Phụ gia NaHCO3: Là chất bột trắng có tính kiềm, tan trong nước. NaHCO3 được dùng để tăng khả năng trương nở, khử mùi, làm giảm mùi hăng của đậu và làm tăng khả năng trích ly protein. Hàm lượng NaHCO3 sử dụng trong thức uống được giới hạn bởi GMP Kali sorbat: Là muối của kali với a. sorbic, có dạng bột hoặc dạng hạt màu trắng và tan nhiều trong nước, không độc đối với cơ thể con người, không gây mùi vị lạ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Kali sorbat ức chế mạnh nấm men và nấm mốc nhưng lại ít tác dụng đến vi khuẩn. Hàm lượng Kali sorbat cho phép sử dụng trong đồ uống là 1000ppm CMC: Dạng màu trắng, có tính hút ẩm, dễ phân tán trong nước và rượu, chủ yếu được dùng để điều chỉnh độ nhớt của sản phẩm mà không tạo gel. Mức độ sử dụng của CMC là 0,05 đến 0,5% trên toàn bộ sản phẩm Sơ đồ quy trình công nghệ Quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành 1 Chần Nghiền ướt Lọc Nấu Phối trộn Bài khí Đồng hóa Nâng nhiệt Rót chai, đóng nắp Tiệt trùng Làm sạch Tách vỏ Đậu nành Sản phẩm Tạp chất Vỏ Bã Nước Syrup, phụ gia Chai, nắp Nước Quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành 2 Tách vỏ Nghiền ướt Lọc Nấu Phối trộn Bài khí Đồng hóa Nâng nhiệt Rót chai, đóng nắp Tiệt trùng Làm sạch Ngâm Đậu nành Sản phẩm Tạp chất Vỏ Bã Nước Syrup, phụ gia Chai, nắp Nước Thuyết minh quy trình công nghệ Tiêu chí lựa chọn nguyên liệu Trong sản xuất, đậu nành phải được lựa chọn đúng tiêu chuẩn. Chất lượng hạt đậu nành ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm, đặc biệt là giá trị cảm quan. Hạt phải khô, sạch, không sâu, không mọt, không có mùi hôi thối. Vỏ hạt nguyên vẹn, nhẵn và có màu vàng sẫm. Độ ẩm không lớn hơn 17%. Hạt nứt không quá 5% khối lượng, hạt hư hỏng không quá 2% khối lượng, hạt xanh không quá 2%. Tạp chất không quá 3% khối lượng. Thuyết minh quy trình công nghệ thứ nhất Làm sạch Mục đích : chuẩn bị cho quá trình tách vỏ Loại bỏ các tạp chất có trong đậu nành hay bám trên bề mặt vỏ đậu nành (đá, đất, bụi, hạt cỏ, kim loại). Loại bỏ được một số vi sinh vật bám trên bề mặt vỏ đậu nành. Các biến đổi trong quá trình làm sạch Chủ yếu là biến đổi về cảm quan, các biến đổi khác hầu như không đáng kể Cảm quan : Làm cho hạt sạch hơn, sáng hơn, tăng giá trị cảm quan, đồng thời cũng tăng chất lượng sản phẩm. Thiết bị Phương pháp thực hiện: đậu nành được đưa qua hệ thống làm sạch để loại bỏ tạp chất. Thiết bị : được cấu tạo như sau: Cơ cấu nạp liệu. Quạt hút : hút những tạp chất nhẹ như rác, cát nhuyễn… Sàng (3 sàng): loại bỏ những tạp chất nặng như đất, đá… Đậu được thu ở sàng thứ ba. Tách vỏ Mục đích : khai thác Làm giảm bớt hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose), tăng khả năng tiêu hóa. Rút ngắn thời gian gia nhiệt, làm giảm biến tính protein. Giảm hàm lượng vi sinh vật có trong sữa đậu nành do loại bỏ lượng vi sinh vật bám trên vỏ đậu. Các biến đổi trong quá trình tách vỏ Vật lý : Trong quá trình tách vỏ, nhiệt độ của nguyên liệu tăng lên đáng kể (95oC) nhờ không khí nóng. Hóa học : Dưới tác dụng của nhiệt độ, liên kết giữa lớp vỏ và lá mầm bị phá vỡ, lớp vỏ đậu nành bắt đầu bị nứt. Trong quá trình gia nhiệt hạt đậu nành được đảo trộn liên tục nên một phần vỏ sẽ tự tách ra do các hạt ma sát với nhau. Đặc biệt trong quá trình này, một số hợp chất tạo mùi đặc trưng được tạo thành, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Tuy nhiên, không nên gia nhiệt quá cao hay thời gian gia nhiệt quá dài để sản phẩm không có mùi khét. Hóa lý : Xảy ra quá trình thoát ẩm từ bên trong hạt ra môi trường ngoài, độ ẩm của đậu nành 12–13%. Hóa sinh : Một số protein bị biến tính do nhiệt độ cao. Cảm quan : Loại bỏ mùi đậu, vị đắng, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Sản phẩm có màu sáng hơn. Đồng thời, trong quá trình gia nhiệt, một số hợp chất tạo mùi đặc trưng được hình thành, làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Thiết bị Phương pháp thực hiện : quá trình tách vỏ hạt đậu nành được xử lý qua hai giai đoạn : Gia nhiệt : Thực hiện trong thiết bị gia nhiệt băng tải bằng không khí nóng Nhiệt độ không khí : 95oC Thời gian gia nhiệt : 15 phút Vận tốc dòng khí : 0.5 – 1.5 m/s Vận tốc băng tải : 4 – 6 m/phút Tách vỏ : Thực hiện trong thiết bị tách vỏ. Thiết bị Thiết bị gia nhiệt băng tải bằng không khí nóng Cấu tạo Hệ thống 3 băng tải vận chuyển nguyên liệu chuyển động ngược chiều nhau, dài 20–30 m/băng tải, rộng 1–3m. Buồng gia nhiệt. Quạt vận chuyển không khí nóng vào thiết bị. Bộ phận lọc không khí. Bộ phận gia nhiệt không khí. Nguyên tắc hoạt động : Đậu nành sau khi làm sạch được vận chuyển theo hệ thống gầu tải vào cửa nhập liệu của thiết bị gia nhiệt. Trong thiết bị gia nhiệt, đậu nành được vận chuyển bằng hệ thống 3 băng tải chuyển động ngược chiều nhau, khi đi hết băng tải này nguyên liệu rơi xuống băng tải khác đến khi ra khỏi thiết bị. Không khí qua bộ phận lọc được gia nhiệt (95oC) trước khi vào thiết bị. Dòng không khí được phân phối đều nhờ hệ thống phân phối đảm bảo cho quá trình gia nhiệt diễn ra đồng đều. Không khí sau khi trao đổi nhiệt với nguyên liệu sẽ thoát ra ngoài theo ống dẫn khí. Vận tốc băng tải được điều chỉnh thích hợp đảm bảo nguyên liệu được gia nhiệt đủ thời gian trước khi ra khỏi thiết bị. Thiết bị tách vỏ Cấu tạo Phễu nhập liệu. Bộ phận phân phối. Hai trục cán cao su. Quạt để hút vỏ ra khỏi buồng tách vỏ. Bộ phận điều khiển khoảng cách giữa hai trục cán. Nguyên tắc hoạt động : Hạt đậu nành sau khi được gia nhiệt làm nứt vỏ được chuyển vào thiết bị tách vỏ đôi trục cao su. Hạt đậu nhập liệu qua phễu rồi qua bộ phận phân phối đi vào khe hẹp giữa hai trục, dưới tác dụng nén xé vỏ bị tách ra khỏi nhân. Dưới tác dụng của dòng không khí, vỏ được quạt hút ra ngoài, nhân không bị hút rơi xuống và được thu hồi. Chần Mục đích : chuẩn bị Làm mềm đậu, tăng hiệu suất quá trình nghiền. Giảm chi phí năng lượng trong quá trình nghiền. Tiêu diệt vi sinh vật. Giảm hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose). Trong quá trình chần, hóa chất thường được sử dụng là natri bicarbonate (0,05%), nhằm mục đích : cải thiện màu sắc, mùi vị cho sản phẩm; vô hoạt nhanh các chất ức chế enzyme Trypsin (Trypsic) và các enzyme Lipoxygenase. Các biến đổi trong quá trình chần Vật lý : Trong quá trình chần, hạt đậu nành hút nước, trương nở dẫn đến sự tăng về kích thước, khối lượng từ 2 – 3 lần. Hạt đậu trở nên mềm hơn. Hóa lý : Hạt đậu nành bị hydrate hóa đáng kể. Trong quá trình này một số oligosaccharide như raffinose, stachyose là nguyên nhân gây khó tiêu được trích ly ra khỏi hạt đậu nành. Hóa sinh : Dưới tác dụng của pH kiềm, các enzyme Lipoxygenase, các chất ức chế enzyme Trypsin sẽ bị vô hoạt. Đồng thời, một số protein cũng bị biến tính. Cảm quan : Giảm mùi đậu gây khó chịu. Thiết bị Phương pháp thực hiện : quá trình chần được thực hiện trong thiết bị chần băng tải qua 3 giai đoạn Gia nhiệt sơ bộ ở 55 – 65oC trong 3 – 5 phút. Chần ở 95oC trong 5 phút. Làm nguội trong 3 phút. Lượng nước tiêu hao: 1 m3/10 tấn sản phẩm. Lượng nhiệt tái sử dụng: 70%. Lượng hơi tiêu hao cho gia nhiệt: 0,05 – 0,06 kg hơi/kg sản phẩm. Thiết bị Cấu tạo Băng tải vận chuyển nguyên liệu. Hệ thống vòi phun để phân phối nước trong 3 giai đoạn xử lý nhiệt. Thiết bị gia nhiệt cho nước chần. Bộ phận trao đổi nhiệt: gia nhiệt cho nước trong giai đoạn gia nhiệt sơ bộ. Nguyên tắc hoạt động : Sau khi vào cửa nhập liệu, hạt đậu nành được gia nhiệt sơ bộ bằng nước nóng (70oC) phun qua vòi từ trên xuống. Sau đó, đậu nành được chần bằng nước nóng 95oC từ trên xuống. Nước chần được gia nhiệt bằng hơi. Để tiết kiệm năng lượng, lượng nước sau khi chần sẽ thu hồi và tiếp tục được gia nhiệt, bơm tuần hoàn trở lại thiết bị chần. Sau khi chần, đậu nành qua giai đoạn làm nguội. Do nước thu được trong quá trình làm nguội có nhiệt độ cao nên được tái sử dụng cho giai đoạn gia nhiệt sơ bộ ban đầu. Nghiền ướt Mục đích : khai thác. Giảm kích thước của hạt đậu nành. Trích ly các chất trong đậu nành vào nước. Các biến đổi trong quá trình nghiền Vật lý : giảm kích thước của hạt đậu nành thành những hạt mịn, dịch lỏng tăng nhiệt độ do sử dụng hơi và nước nóng trong quá trình nghiền. Hóa học : phân huỷ một số chất mẫn cảm với nhiệt độ. Hóa lý : trích ly các chất dinh dưỡng trong đậu nành vào dịch sữa. Sinh học : một số vi sinh vật bị tiêu diệt. Hóa sinh : vô hoạt enzyme lipoxygenase nên phản ứng tạo mùi không diễn ra. Thiết bị Phương pháp thực hiện Quá trình nghiền ướt được thực hiện bởi thiết bị nghiền đĩa trục quay. Nhiệt độ của nước cung cấp cho quá trình nghiền : 80oC. Tỉ lệ nước : đậu = 1 : 8 (w/w). Thiết bị Cấu tạo Bộ phận nhập liệu. Vít xoắn: đẩy nguyên liệu vào đĩa nghiền. Cần điều chỉnh khe hở nghiền. Đĩa nghiền nguyên liệu (2 đĩa đứng, 2 đĩa quay). Puli dẫn động và đai truyền động. Cơ cấu tháo sản phẩm. Nguyên tắc hoạt động : Nguyên liệu từ bộ phận nhập liệu rơi xuống vít xoắn. Vít xoắn có nhiệm vụ đẩy hạt vào khoang nghiền. Hai đĩa nghiền cố định, hai đĩa khác được puli dẫn động, nhờ vậy nguyên liệu được đĩa nghiền thành bột theo yêu cầu. Sản phẩm sau khi ra khỏi đĩa nghiền được đẩy vào cửa tháo liệu. Khe nghiền có thể được điều chỉnh nhờ cần gạt để đạt kích thước hạt theo yêu cầu. Trong quá trình nghiền, nước nóng được bổ sung vào cùng với nguyên liệu nhằm trích ly các chất trong nguyên liệu vào nước. Lọc Mục đích : khai thác. Loại bỏ bã lọc ra khỏi dịch sữa sau khi nghiền. Tăng hiệu quả truyền nhiệt trong quá trình nấu. Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm. Các biến đổi trong quá trình lọc Vật lý : sự thay đổi về thể tích, khối lượng => giảm. Hóa học : hầu như không thay đổi về thành phần hóa học, tuy nhiên có tổn thất một ít protein, vitamin, chất màu…theo cặn. Hóa lý : thay đổi trạng thái từ dung dịch dạng huyền phù sang lỏng. Sinh học : một số vi sinh vật không có lợi bị loại bỏ theo bã lọc. Hoá sinh : hầu như không thay đổi. Cảm quan : sự thay đổi về trạng thái, màu sắc…=> dung dịch trở nên đồng nhất, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Thiết bị Phương pháp thực hiện : sử dụng máy ly tâm để lọc dịch sữa Thiết bị Cấu tạo Buồng lọc. Ống cấp dịch để cung cấp dịch cần lọc vào thiết bị. Ống tháo dịch và màng lọc để tháo sản phẩm của quá trình lọc. Ống tháo bã để tháo bã ra khỏi thiết bị. Trục vít xoắn để tách bã ra khỏi dịch cần lọc. Động cơ để quay trục vít xoắn. Nguyên tắc hoạt động : Dịch lọc qua bộ phận cấp dịch vào buồng lọc. Trục vít xoắn quay tạo ra lực ly tâm làm cho các hạt rắn chuyển động ra khỏi tâm buồng lọc và va vào thành thiết bị. Những hạt rắn này sẽ được trục vít đẩy về ống tháo bã. Phần lỏng còn lại tiếp tục qua màng lọc theo ống tháo sản phẩm ra ngoài. Nấu Mục đích : chế biến và hoàn thiện Tăng khả năng hấp thu. Loại bỏ những chất mùi không mong muốn. Các biến đổi trong quá trình nấu Vật lý : nhiệt độ của dịch sữa tăng, độ nhớt của dung dịch giảm. Hóa học : phân huỷ một số chất mẫn cảm với nhiệt độ, một số chất có thể bị thay đổi dưới tác dụng của nhiệt độ nhưng không làm ảnh hưởng nhiều tới sản phẩm. Sinh học : tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật có trong sữa. Hóa sinh : vô hoạt enzyme, khử hoạt tính của chất ức chế trypsin, protein bị biến tính sơ bộ tăng khả năng hấp thu cho người sử dụng. Thiết bị Phương pháp thực hiện : Quá trình được thực hiện ở nhiệt độ 87 – 93oC, trong 20 phút. Thiết bị Cấu tạo : thiết bị vỏ áo gia nhiệt bằng hơi nước : hơi đi phía ngoài, dịch sữa đi bên trong. Bên trong thiết bị có cánh khuấy để tăng hệ số truyền nhiệt trong quá trình nấu. Nguyên tắc hoạt động : Đầu tiên dịch sữa sẽ được đưa vào bên trong thiết bị. Tác nhân gia nhiệt là hơi nước đi phía vỏ, đưa dung dịch lên nhiệt độ yêu cầu trong thời gian 20 phút. Cánh khuấy hoạt động liên tục, từ lúc sữa được đưa vào trong thiết bị cho đến khi tháo ra ngoài. Phối trộn Mục đích : hoàn thiện Cải thiện, làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm (màu, mùi vị…). Tăng giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm. Các biến đổi trong quá trình phối trộn Vật lý : độ nhớt của dung dịch tăng. Hoá học : hàm lượng chất khô tăng. Cảm quan : tăng giá trị cảm quan của sản phẩm (màu, mùi…). Thiết bị Phương pháp thực hiện Sau khi nấu, ta thực hiện quá trình phối trộn sữa với syrup (25%), phụ gia. Lượng nước đường bổ sung trong giai đoạn này theo tỉ lệ khối lượng nước đường : khối lượng đậu ban đầu là 5 : 1. Các phụ gia sử dụng : CMC: Lượng sử dụng là 0,1% trên toàn bộ sản phẩm. Kali sorbat: Lượng sử dụng là 500ppm. Thiết bị : quá trình phối trộn được thực hiện trong nồi nấu. Ngay khi quá trình nấu kết thúc, ta tiến hành đưa syrup và phụ gia vào để khuấy trộn. Bài khí Mục đích : chuẩn bị và bảo quản Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí. Hỗ trợ cho quá trình tiệt trùng sản phẩm trong bao bì, tránh bị phồng hộp, biến dạng, hở mí ghép, bật nắp… Tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quá trình thanh trùng. Cải thiện mùi vị của sữa thành phẩm. Các biến đổi trong quá trình bài khí Hoá lý : có sự tách pha giữa pha khí (hơi nước và các chất khí bay hơi) và pha lỏng (dịch sữa), có sự chuyển pha của nước (từ lỏng sang hơi rồi từ hơi sang lỏng – để thu lại lượng nước thất thoát theo các chất khí bay hơi). Cảm quan : tăng mùi vị của sữa thành phẩm. Thiết bị Phương pháp thực hiện : Quá trình bài khí được tiến hành trong thiết bị bài khí, sử dụng kết hợp hai yếu tố: nhiệt độ và áp lực chân không. Thiết bị Cấu tạo : Thiết bị hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh đáy nón được quay lên phía trên. Dưới nắp thiết bị là bộ phận ngưng tụ được nối với một bơm chân không. Người ta thiết kế hệ thống đường ống vào và ra cho tác nhân lạnh trong bộ phận ngưng tụ xuyên qua nắp thiết bị. Cửa vào cho sữa có tiết diện khá rộng được bố trí trên thân thiết bị. Nguyên tắc hoạt động : Đầu tiên sữa sẽ được nâng nhiệt độ trong thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vào thiết bị bài khí theo phương tiếp tuyến với thiết bị bài khí dạng hình trụ qua cửa nhập liệu. Người ta sẽ tạo ra một áp lực chân không thích hợp trong thiết bị bài khí sao cho nhiệt độ sữa bị giảm đi khoảng 7÷80C. Khi đó, các khí ở dạng phân tán, hoà 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 đi vào bộ phận ngưng tụ được đặt ở trên đỉnh thiết bị bài khí. Khi đó nước và một số cấu tử sẽ được chuyển sang dạng lỏng rồi tự chảy xuống phía đáy thiết bị bài khí. Còn khí và các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút thải ra ngoài. Các khí phân tán và một phần hơi thoát ra khỏi sữa sẽ làm tăng tốc độ dòng chuyển động của sữa theo các vòng xoáy đi xuống phía đáy thiết bị và thoát ra ngoài theo cửa thoát sản phẩm. Đồng hóa Mục đích : hoàn thiện và chuẩn bị cho quá trình tiệt trùng. Cải thiện sản phẩm, làm cho sữa trở nên đồng nhất. Tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quá trình nâng nhiệt và tiệt trùng. Các biến đổi trong quá trình đồng hóa Vật lý : các hạt cầu béo bị phá vỡ, làm giảm kích thước pha phân tán. Trong quá trình, nhiệt độ có tăng nhưng không làm ảnh hưởng đến tính chất cảm quan của sản phẩm. Hóa lý : các hạt phân tán sẽ phân bố đều hơn trong pha liên tục. Do hạt phân tán bị giảm kích thước nên bề mặt tiếp xúc pha tăng lên. Cảm quan : quá trình đồng hoá tạo cho hỗn hợp một vẻ ngoài trắng mịn hơn so với lúc chưa đồng hóa. Thiết bị Phương pháp thực hiện : đồng hoá sử dụng áp lực cao, đồng hoá hai giai đoạn : giai đoạn 1 ở áp suất 3500 psi, giai đoạn 2 ở áp suất 500 psi Thiết bị Cấu tạo : thiết bị đồng hoá hai cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thuỷ lực tạo đối áp. Người ta thường sử dụng chung một bể dầu cho hai hệ thống thuỷ lực trên. Nguyên tắc hoạt động : Sữa sẽ được đưa vào thiết bị đồng hoá bởi một bơm piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho sữa lên 3500 psi tại đầu vào của khe hẹp thứ nhất. Người ta sẽ tạo một đối áp lên sữa bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị. Sau khi 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. Sau đó, sữa được tạo đối áp để tăng áp lực lên 500 psi tại đầu vào của khe hẹp thứ hai. Việc thực hiện giai đoạn đồng hoá tiếp theo nhằm duy trì đối áp ổn định cho giai đoạn đồng hoá cấp một, đồng thời tạo điều 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 sữa sau này. Khi ra khỏi thiết bị, các hạt có kích thước nhỏ hơn, phân bố đều trong pha liên tục. Nâng nhiệt Mục đích : chuẩn bị Hạn chế sự nhiễm vi sinh vật vào sản phẩm. Chuẩn bị cho quá trình rót sản phẩm vào chai. Các biến đổi trong quá trình nâng nhiệt Trong quá trình nâng nhiệt hầu như không có quá trình biến đổi nào sâu sắc diễn ra. Thiết bị Phương pháp thực hiện : Quá trình này sử dụng thiết bị gia nhiệt bản mỏng. Thiết bị Cấu tạo : Thiết bị gồm có nhiều đĩa thép không gỉ được xếp thành một hệ thống truyền nhiệt. Môi chất nóng dùng là nước nóng. Những đĩa trong hệ thống được cấu tạo đặc biệt để quá trình truyền nhiệt được tối ưu, tăng diện tích truyền nhiệt bằng cách thiết kế nhiều rãnh song song đan xen nhau trên đĩa. Các chất lỏng đi vào và đi ra qua những lỗ trên một góc của đĩa. Nguyên tắc hoạt động : Dịch sữa được đun nóng đến nhiệt độ 80 ¸ 85oC. Rót chai, đóng nắp Mục đích : bảo quản và hoàn thiện Thuận lợi cho vận chuyển và mua bán. Các biến đổi trong quá trình rót chai, đóng nắp Trong quá trình chiết rót vào chai, đóng nắp hầu như không có biến đổi sâu sắc nào diễn ra. Thiết bị Phương pháp thực hiện : Dịch sữa được chiết rót nóng ở nhiệt độ 80 ¸ 85oC vào chai thủy tinh, sau đó tiến hành đóng kín nắp. Thiết bị Cấu tạo : Hệ thống thiết bị rót dịch, đóng nắp được tự động hoàn toàn. Trước khi rót dịch, bao bì được xử lý như sau : Chai được rửa sơ bộ bằng nước ấm 30oC. Chai được băng tải chuyển ngược đầu để dốc hết nước trong chai ra. Chai được tiếp tục đưa vào bể nước ấm 55oC. Chai được dốc ngược đầu để loại hết nước trong chai ra ngoài. Chai được chuyển vào bể chứa dung dịch kiềm 1,5%, ở nhiệt độ 60oC. Chai được chuyển đi trong bể dung dịch kiềm nhiệt độ 60oC, cũng bằng thời gian ngâm chai trong bể và sau đó được dốc ngược để thoát hết dịch trong chai ra, đồng thời chai cũng được phun dung dịch kiềm. Lặp lại bước 5 và 6 nhưng ở nhiệt độ 80oC. Chai được rửa bằng nước sạch ở 60oC và được dốc ngược để tháo sạch nước trong chai. Chai được rửa sạch trong bể nước 50oC và được dốc ngược để tháo nước. Cuối cùng chai được rửa bằng nước sạch ở 30oC có nồng độ clorine 2ppm và làm ráo. Nguyên tắc hoạt động : Dịch sữa đậu nành được bơm từ bồn chứa vào thiết bị rót dịch, với hệ thống tự động sữa được rót vào chai một lượng cố định và chính xác. Sau khi rót dịch, chai được đóng nắp ngay. Tiệt trùng Mục đích : bảo quản Tiêu diệt toàn bộ các hệ vi sinh vật có mặt trong sữa. Kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm, ổn định chất lượng của sản phẩm. Các biến đổi trong quá trình tiệt trùng Vật lý : xuất hiện gradient nhiệt độ trong sản phẩm, độ nhớt của địch sữa giảm. Sinh học : đây là biến đổi quan trọng trong quá trình tiệt trùng. Vi sinh vật trong sữa bị tiêu diệt hoàn toàn giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Hóa học : một số phản ứng thủy phân, phân hủy xảy ra làm tổn thất các thành phần dinh dưỡng. Hóa lý : xảy ra sự bốc hơi nước và các chất dễ bay hơi khác. Một số protein có thể tiếp tục bị đông tụ nhưng không đáng kể vì sản phẩm đã trải qua các giai đoạn xử lý nhiệt. Cảm quan : sản phẩm có mùi nấu, sậm màu. Hoá sinh : vô hoạt enzyme Lipoxygenase, các chất ức chế enzyme Tripsin. Thiết bị Phương pháp thực hiện : Tiệt trùng bằng phương pháp tiệt trùng sản phẩm trong bao bì: nhiệt độ 120oC trong 20 phút. Thiết bị Cấu tạo : Thiết bị tiệt trùng autoclave có lắc đảo. Nguyên tắc hoạt động : Chai thủy tinh chứa sữa, đóng nắp được xếp vào các két lớn và cho vào thiết bị tiệt trùng. Kết thúc quá trình tiệt trùng các két được lấy ra và các két mới tiếp tục cho vào. Thuyết minh quy trình công nghệ 2 Quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành thứ hai tương tự với quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành thứ nhất, chỉ khác ở quá trình làm sạch, tách vỏ hạt đậu nành bằng hai phương pháp có bản chất khác nhau Làm sạch Mục đích : chuẩn bị Loại bỏ tạp chất Tăng chất lượng sản phẩm Các biến đổi trong quá trình làm sạch Vật lý : khối lượng, thể tích của hạt đậu tăng do đậu hút một phần nước trương nở lên. Hóa học : có tổn thất chất dinh dưỡng nhưng không đáng kể. Sinh học : loại bỏ được một số vi sinh vật bám trên vỏ hạt đậu. Cảm quan : tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm do đậu được loại bỏ những tạp chất lẫn với đậu cũng như tạp chất cơ học bám trên hạt đậu Thiết bị Phương pháp thực hiện : sử dụng phương pháp ướt để làm sạch đậu. Thiết bị Cấu tạo : thiết bị là một bồn chứa nước, có thiết bị thổi khí động để điều khiển đường đi của đậu, tạp chất trong nước. Có những tấm chặn để tận thu đậu. Nguyên tắc hoạt động : đậu được đưa vào thiết bị làm sạch qua bộ phận nhập liệu. Dòng khí động được thổi từ dưới đáy thiết bị qua một khe hẹp làm đổi hướng đi của đậu. Những tạp chất nặng rơi xuống đáy và được tháo ra ngoài. Những tạp chất nhẹ theo chuyển động của dòng khí trong nước nổi lên bề mặt được tháo chảy tràn. Những hạt đậu theo quán tính đi lên phía trên gặp những tấm chặn đổi hướng rơi trở lại đáy thiết bị và được thu hồi, làm ráo nước qua hệ thống băng tải lưới, chuyển sang quá trình tiếp theo. Ngâm Mục đích : chuẩn bị Làm hạt đậu mềm, giúp dễ tách vỏ hơn. Tăng hiệu suất nghiền. Vô hoạt một phần các chất ức chế enzyme Trypsin (Trypsic) và enzyme Lipoxygenase. Cải thiện màu sắc, mùi, vị sản phẩm. Giảm hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose). Các biến đổi trong quá trình ngâm Vật lý : Trong quá trình ngâm, hạt đậu nành hút nước, trương nở dẫn đến sự tăng về kích thước, khối lượng từ 2 – 3 lần. Hạt đậu trở nên mềm hơn. Hóa lý : Hạt đậu nành bị hydrate hóa đáng kể. Trong quá trình này một số oligosaccharide như raffinose, stachyose là nguyên nhân gây khó tiêu được trích ly ra khỏi hạt đậu nành. Hóa sinh : Dưới tác dụng của nhiệt độ và pH kiềm, các enzyme Lipoxygenase, các chất ức chế enzyme Trypsin sẽ bị vô hoạt. Đồng thời, một số protein cũng bị biến tính. Cảm quan : Giảm mùi đậu gây khó chịu. Thiết bị Phương pháp thực hiện : ngâm với NaHCO3 ở nhiệt độ 55 – 65oC trong thời gian 1 – 2 giờ, tỷ lệ nước : đậu = 1 : 5 – 1 : 6 Thiết bị Cấu tạo : thiết bị hình trụ có cánh khuấy Nguyên tắc hoạt động : đậu nành được gầu tải đưa qua thiết bị ngâm, tiến hành quá trình ngâm. Tách vỏ Mục đích : khai thác Loại bỏ các tạp chất, vi sinh vật bám trên vỏ. Làm giảm bớt hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose), tăng khả năng tiêu hóa. Các biến đổi trong quá trình tách vỏ Hóa học : hạt đậu nành bị hydrat hoá trương nở, liên kết giữa lớp vỏ và lá mầm bị phá vỡ, lớp vỏ đậu nành bắt đầu bị tróc ra. Dưới tác động của cánh khuấy, hạt đậu nành được đảo trộn liên tục nên một phần vỏ sẽ tự tách ra do các hạt ma sát với nhau. Cảm quan : Loại bỏ mùi đậu, vị đắng, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Sản phẩm có màu sáng hơn. Thiết bị Phương pháp thực hiện : sử dụng dòng khí động và thiết bị chảy tràn để tách vỏ hạt đậu nành. Thiết bị Cấu tạo : thiết bị hình trụ có gờ chảy tràn. Nguyên tắc hoạt động : dòng nước được dẫn vào thiết bị để chảy tràn, dòng khí động từ dưới đáy thiết bị được cung cấp bởi một bơm nước dưới đáy thiết bị. Vỏ hạt đậu nành chảy tràn xuống bể lọc vỏ hạt phía dưới. Nước được hoàn lưu trở lại thiết bị tách vỏ. Quá trình này được thực hiện liên tục cho đến khi vỏ đậu được tách bỏ hoàn toàn. So sánh ưu, nhược điểm của hai quy trình công nghệ Quy trình công nghệ thứ nhất Quy trình công nghệ thứ hai Ưu điểm Tách vỏ hiệu quả hơn Chất lượng sản phẩm tốt hơn Tiết kiệm chi phí năng lượng và thiết bị hơn quy trình thứ nhất Nhược điểm Chi phí năng lượng và thiết bị lớn hơn quy trình thứ hai Tổn thất chất dinh dưỡng nhiều hơn quy trình thứ nhất Thời gian hình thành sản phẩm lâu hơn Các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm Chỉ tiêu vật lý Đảm bảo chiết rót đúng thể tích ghi trên bao bì Chỉ tiêu hóa lý Tỉ lệ giữa đậu nành và nước trong quá trình sản xuất sữa đậu nành có thể thay đổi từ 1:5 đến 1:10, sự thay đổi này sẽ ảnh hưởng đến thành phần và chất lượng của sữa. Tỉ lệ giữa đậu nành và nước ảnh hưởng tới thành phần của sữa(không kèm Saccharose) Tỉ lệ Đậu : Nước Tổng hàm lượng chất khô (%) Protein (%) Chất béo (%) Carbohydrate (%) Tro (%) 1 : 5 9.2 4.5 2.4 1.8 0.48 1 : 6 8.7 4.2 2.2 1.9 0.44 1 : 7 7.9 3.8 1.9 1.8 0.39 1 : 8 7.2 3.4 1.7 1.7 0.35 1 : 9 6.3 2.9 1.5 1.6 0.30 1 : 10 5.6 2.6 1.4 1.3 0.27 Chỉ tiêu sinh học Không có mặt các vi sinh vật gây bệnh : coliform, E.coli, Clostridia… Chỉ tiêu hóa sinh Các phép thử hoạt tính của enzyme vô hoạt trypsine và lipoxygenase cho kết quả âm tính Chỉ tiêu cảm quan Trạng thái : Dung dịch đồng nhất, không tách lớp Màu sắc : Đối với sữa đậu nành mà trong quy trình bỏ qua quá trình tách vỏ, sản phẩm có màu vàng nhạt, ngược lại, nếu có quá trình tách vỏ, sữa phải có màu trắng đục đặc trưng của sữa Mùi : Thơm, êm dịu đặc trưng của sữa đậu nành, có thể có thêm mùi bổ sung vào sản phẩm, nhưng mùi đậu không được quá nhiều Vị : Ngọt, không có vị đắng Bao bì Bao bì phải được kiểm tra chất lượng và rửa sạch trước khi đưa và sử dụng Bao bì phải thể hiện đầy đủ thông tin cần thiết thể hiện bản chất của sản phẩm, đơn vị sản xuất, hướng dẫn sử dụng, thời hạn sử dụng… Sản phẩm sữa đậu nành thương mại và những sản phẩm có liên quan được phân loại theo thành phần của chúng như sau: Sữa đậu nành truyền thống : được làm từ dịch chiết của toàn hạt đậu, tỷ lệ nước : đậu = 1 : 5, chứa xấp xỉ 4% protein. Sữa đậu nành loại giống sữa : có cấu tạo gần giống với sữa bò, tỷ lệ nước : đậu = 1 : 7, chứa 3.5% protein, hơi ngọt , có thêm dầu và muối, có thể giống mùi vị của sữa. Thức uống đậu : có vị ngọt và mùi thơm, chứa khoảng 1%protein, tỷ lệ đậu : nước = 1 : 20. Sản phẩm lên men : là những sản phẩm sau khi lên men lactic hoặc acid hoá với acid lactic. Dạng phối trộn : là hỗn hợp giữa sữa đậu nành với rau quả hoặc sữa bò. Thành phần và giá trị dinh dưỡng của sữa đậu nành ở Châu Âu : không có cholesterol, và có mặt acid béo không bão hoà đa. Giá trị dinh dưỡng trong 100gram Sữa bò Sữa đậu nành Sữa nguyên Sữa gầy Protein Chất béo Carbohydrate Năng lượng 3.4g 3.5g 4.6g 269kJ (64kcal) 3.5g 1.5g 5.4g 208kJ (49kcal) 3.6g 2.3g 3.4g 204kJ (49kcal) Cholesterol 10mg 5mg 0 Lactose 4.6g 5.4g 0 Thành phần acid béo Acid béo bão hoà Acid béo không bão hoà đa Acid béo không bão hoà dơn 63.5% 3.0% 33.5% 63.5% 3.0% 33.5% 14.0% 63.5% 21.6% PHỤ LỤC Thiết bị làm sạch đậu của quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành 1 Thiết bị gia nhiệt băng tải bằng không khí Thiết bị tách vỏ của quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành 1 Thiết bị chần Thiết bị nghiền ướt Thiết bị lọc ly tâm Ống cấp dịch Ống tháo dịch Ống tháo bã Màng lọc Bã Trục vít xoắn Nồi nấu Tác nhân gia nhiệt Sữa Phần hình trụ Rotor Cánh khuấy Thiết bị phối trộn : quá trình phối trộn được thưc hiện trong nồi nấu ngay khi quá trình nấu kết thúc. Thiết bị bài khí Dòng khí Sữa Nước làm nguội Thiết bị đồng hóa hai cấp Đồng hóa giai đoạn 1 Đồng hóa giai đoạn 2 Thiết bị nâng nhiệt Sữa Nước nóng Hơi nước Thiết bị rửa chai, rót chai, đóng nắp Thiết bị tiệt trùng Sản phẩm Tài liệu tham khảo Lê Bạch Tuyết và cộng sự Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm NXB Giáo dục, Hà Nội, 1996, 360 trang Lê Văn Việt Mẫn Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống Tập 1: Công nghệ sản xuất các thực phẩm từ sữa NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, TPHCM, 2004, 296 trang Đống Thị Anh Đào Kỹ thuật bao bì thực phẩm NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, TPHCM, 2005, 269 trang Saravacos G.D., Kostaropoulos A.E. Handbook of Food processing equipment Kluwer Academic/ Plenum Publishers, New York, 2002, 698 trang Gosta Bylund Dairy processing handbook Tetra Pak Processing Systems AB Publishers, Lund, 1995, 436p Internet