Kỹ thuật – công nghệ chế biến sữa bò tươi

Chương 2. KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ Nguyên liệu [5, 8, 11] Sữa bò tươi Ở nước ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp chế biến sữa. Sữa bò là chất lỏng màu trắng đục. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng b-carotene có trong chất béo của sữa, thường có màu trắng đến vàng nhạt. Sữa bò có mùi vị rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ. - Một số tính chất vật lý của sữa bò: + Tỷ trọng : 1,028 – 1,036 g/cm3 + Điểm đông đặc : -0,54 ¸ -0,590C + Sức căng bề mặt ở 200C : 50 dyne/cm + Độ dẫn điện : 0,004 – 0,005 1/ohm.cm + Nhiệt dung riêng : 0,933 – 0,954 cal/g.0C + pH : 6,5 – 6,7 + Độ chua : 15 – 18 0D - Thành phần hóa học của sữa bò tươi: (% khối lượng) + Nước : 85,5 – 89,5% + Tổng hàm lượng chất khô : 10,5 – 14,5% + Lactose : 3,6 – 5,5% + Protein : 2,9 – 5% + Chất béo : 2,5 – 6% + Chất khoáng : 0,6 – 0,9% Sữa bột gầy Sữa bột gầy được sản xuất từ sữa tươi đã ly tâm tách béo và qua các quá trình thanh trùng, cô đặc, sấy phun. Sữa bột gầy thường được các nhà sản xuất sử dụng vì có thời gian bảo quản lâu, có thể lên đến 3 năm (so với sữa bột nguyên kem có thời gian bảo quản trung bình chỉ 6 tháng). Ngoài ra, sử dụng phối hợp sữa bột gầy và AMF sẽ dễ điều chỉnh hàm lượng chất khô, béo trong sữa bò. Thành phần hóa học của sữa bột gầy: (% khối lượng) + Ẩm : 4,3% + Protein : 35,0% + Chất béo : 1,0% + Lactose : 51,9% + Chất khoáng : 7,8% Chất béo khan AMF (Anhydrous Milk Fat) Là sản phẩm được chế biến từ cream (thu được khi ly tâm sữa tươi thành sữa gầy và cream) hoặc bơ, không có sử dụng phụ gia (như các chất để trung hòa acid béo tự do). Hàm lượng chất béo sữa trong AMF tối thiểu là 99,8%. AMF thường được đóng trong thùng phuy 200 lít có nạp khí nitơ để tránh oxy hóa chất béo. AMF là chất lỏng ở nhiệt độ trên 360C và đóng rắn ở nhiệt độ dưới 160C. AMF được dùng để hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa. Đường saccharose Được dùng để tạo vị ngọt cho sản phẩm. Trong công nghiệp thực phẩm thường dùng loại đường RE có hàm lượng saccharose tối thiểu 99,8%; hàm lượng tro tối đa 0,03%; độ ẩm 0,05%. - Tính chất vật lý: + Có dạng tinh thể đơn, trong suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy khoảng 186 – 1880C. + Là chất dễ tan trong nước, độ hòa tan tăng theo nhiệt độ. - Tính chất hóa học: + Bị thủy phân do tác dụng của acid hoặc xúc tác của enzyme invertase, tạo sản phẩm thủy phân là đường glucose và fructose. + Khi đun nóng ở nhiệt độ cao 160 – 1800C thì xảy ra phản ứng caramel hóa tạo hợp chất màu vàng nâu. Nước công nghệ - Nước được cung cấp bởi hệ thống cấp nước của khu công nghiệp. - Chỉ tiêu chất lượng nước cho chế biến sữa: + Không màu, không mùi, không vị + Hàm lượng chất khô : <500 mg/l + Hàm lượng Ca và Mg : <100 mg/l + Sắt : <0,1 mg/l + Mangan : <0,05 mg/l + Đồng : 0 + Nhôm : <0,1 mg/l + Kẽm : 0 + Bicarbonate : <80 mg/l + pH : 7 – 8,5 Phụ gia Sữa tiệt trùng - Chất nhũ hóa và ổn định cho sữa tiệt trùng E471, E407, E401, E412. - Hàm lượng có mặt trong sữa tiệt trùng thành phẩm là 0,1% khối lượng. Chúng đóng vai trò ổn định cấu trúc cho sản phẩm: nhũ hóa chất béo và tránh hiện tượng tách béo. Sữa bột - Chất nhũ hóa: E322 - Chất ổn định: E452 - Chất chống oxi hóa: E310. Hàm lượng sử dụng 0,01% khối lượng sản phẩm. - Calcium lactate: E327. Hàm lượng sử dụng 0,8% khối lượng sản phẩm - Tỷ lệ sử dụng 0,1% khối lượng thành phẩm. Bơ - Chất màu: E100, E160 (chất màu có nguồn gốc thiên nhiên). - Muối NaCl: yêu cầu độ tinh sạch không được thấp hơn 99,7%. - Chất chống oxi hóa: E310, E320. Hàm lượng sử dụng 0,01%. Bảng 2.1: Các loại phụ gia thực phẩm được dùng Kí hiệu Tên phụ gia Chức năng Dùng cho loại sản phẩm E401 Sodium alginate Chỉnh độ nhớt Sữa tiệt trùng E412 Guar gum Chỉnh độ nhớt Sữa tiệt trùng E407 Caragenan Chỉnh độ nhớt Sữa tiệt trùng E331 Sodium citrate Chống oxy hóa, tạo nhũ Sữa tiệt trùng. E471 Mono – diglyceride Tạo nhũ Sữa tiệt trùng. E452 Polyphosphate Ổn định cấu trúc hạt sữa, cải thiện độ hòa tan, chống oxi hóa Sữa bột gầy E322 Lecithin Tạo nhũ, tăng độ hòa tan của sản phẩm Sữa bột gầy E327 Calcium lactate Bổ sung canxi Sữa bột gầy E310 Gallat propyl Chống oxi hóa Sữa bột gầy, bơ E320 Butyl hydroxi anisol Chống oxi hóa Bơ E100 Curcumine Chất màu Bơ E160 Carotenoides Chất màu Bơ Cream trong sản xuất bơ - Nguyên liệu chính trong sản xuất bơ là cream. Ta thu nhận cream trực tiếp từ quá trình li tâm sữa tươi. - Hàm lượng chất béo trong cream ở đây là 40%, hàm lượng này được điều chỉnh trực tiếp trên máy li tâm Quy trình công nghệ [5, 8, 11] Quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng UHT Sữa tươi, các nguyên liệu khác Phối trộn Lọc Bài khí Đồng hóa Tiệt trùng UHT Làm nguội Rót vô trùng Sữa tiệt trùng UHT Bao bì vô trùng 60oC 68oC, 584mmHg 60oC, 2 cấp: 250bar và 40bar 140oC, 4 giây 20oC Cặn Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng UHT Phối trộn: - Mục đích: bổ sung vào sữa tươi các loại nguyên liệu khác như sữa bột gầy, nước, đường RE, chất ổn định, chất nhũ hóa và phối trộn đều các nguyên liệu nhằm tạo ra sản phẩm có thành phần các chất, tỷ trọng, độ nhớt như yêu cầu. - Thiết bị: bồn trộn, bồn chứa sản phẩm trộn, thiết bị gia nhiệt. - Tiến hành: Sữa tươi được bơm vào bồn trộn. Các nguyên liệu khác được cho vào theo thứ tự: chất ổn định và nhũ hóa, sữa bột gầy, đường RE. Nhiệt độ khi trộn chất ổn định và nhũ hóa, sữa bột gầy là 450C; đến khi trộn đường thì nhiệt độ là 600C. Quá trình trộn được gia nhiệt bởi thiết bị truyền nhiệt bản mỏng. Trong quá trình trộn, hỗn hợp trộn được bơm tuần hoàn giữa bồn trộn, bồn chứa, thiết bị truyền nhiệt rồi về bồn trộn; giúp cho các nguyên liệu được trộn đều. Sau khi trộn hết các nguyên liệu, tiếp tục bơm tuần hoàn 15 phút cho hỗn hợp đồng nhất rồi bơm hết về bồn chứa. Lọc: - Lưới lọc được lắp đặt trên đường ống nhằm loại bỏ những tạp chất cơ học, những miếng sữa vón cục. Kích thước lỗ lọc là 0,1mm. Bài khí: - Mục đích: loại bỏ các chất khí trong sữa, tăng hiệu quả truyền nhiệt, tăng sự chính xác khi định lượng theo phương pháp thể tích. - Thiết bị: thiết bị bài khí có hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh nón được quay lên phía trên. Sữa được bơm vào theo phương tiếp tuyến với thiết bị hình trụ qua cửa. 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. Sữa được thoát ra ngoài qua cửa dưới đáy thiết bị. - Aùp suất chân không trong thiết bị: 584mmHg. - Tiến hành: sữa sau khi lọc được dẫn vào thiết bị truyền nhiệt bản mỏng nhằm nâng cao hiệu quả bài khí và đồng hóa. Nhiệt độ sữa vào thiết bị là 500C, nhiệt độ sữa ra là 650C với tác nhân gia nhiệt là sữa đã tiệt trùng. Sữa đi từ thiết bị gia nhiệt vào thiết bị bài khí sẽ bị giảm nhiệt độ do hiện tượng bốc hơi dưới áp lực chân không. Khi rời thiết bị bài khí nhiệt độ sữa giảm khoảng 5 - 70C Đồng hóa - Mục đích: tăng hiệu quả quá trình truyền nhiệt, ổn định hệ nhũ tương, tránh hiện tượng tách pha khi bảo quản, tăng giá trị cảm quan. - Thiết bị: thiết bị đồng hóa 2 cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo đối áp. - Tiến hành: + Aùp lực đồng hóa cấp 1: 250 bar + Aùp lực đồng hóa cấp 2: 40 bar + Sau khi đồng hóa, nhiệt độ sữa tăng khoảng 50C Tiệt trùng UHT - Mục đích: tiêu diệt vi sinh vật trong sữa, vô hoạt không thuận nghịch các enzyme, tăng thời gian bảo quản cho sữa. Thời gian lưu nhiệt rất ngắn giúp bảo vệ các chất dinh dưỡng kém bền nhiệt, không làm giảm giá trị dinh dưỡng và cảm quan cho sản phẩm. - Thiết bị: sử dụng thiết bị truyền nhiệt ống chùm. - Tiến hành: Sữa sau khi bài khí và đồng hóa được dẫn về thiết bị truyền nhiệt. Sữa được nâng nhiệt lên khoảng 1400C bằng tác nhân gia nhiệt là hơi nước. Sau đó, sữa được dẫn qua ống lưu nhiệt với thời gian lưu nhiệt 4 giây. Làm nguội nhanh: - Mục đích: hạ nhiệt độ của sữa sau khi tiệt trùng để chuẩn bị cho quá trình rót, tránh sự hoạt hóa của các bào tử vi sinh vật chịu nhiệt. - Thiết bị: thiết bị truyền nhiệt bản mỏng. - Tiến hành: sữa tiệt trùng sau khi đi qua ống lưu nhiệt sẽ truyền nhiệt cho sữa vào thiết bị bài khí nên giảm nhiệt độ xuống khoảng 800C. Sữa được làm nguội bằng nước xuống 400C rồi tiếp tục làm nguội bằng nước lạnh 20C xuống nhiệt độ 200C. Rót vô trùng: - Mục đích: tránh sự thâm nhập của vi sinh vật vào sản phẩm trong quá trình rót, hoàn thiện sản phẩm, sản phẩm sau rót dễ bảo quản, vận chuyển. - Nhiệt độ khi rót: 200C - Bao bì: bao bì giấy 7 lớp của Tetra Pak, hình hộp chữ nhật, thể tích 200ml và 1000ml với thể tích sữa vào hai thiết bị rót là như nhau. Bao bì giấy được cuộn thành hình ống và dán mí dọc. Bao bì được dẫn qua bồn H2O2 35% để tráng thuốc sát trùng rồi được thổi không khí nóng vô trùng 1800C nhằm giải phóng oxy nguyên tử, làm khô bao bì và đuổi lượng H2O2 dư. Sữa được rót vào bao bì, khi đủ lượng sữa cần thiết thì máy ngừng rót đồng thời bộ phận cưa của máy rót cắt sẽ cắt bịch sữa ra. Bịch sữa được gấp mép thành hình hộp chữ nhật, gắn ống hút, bao thành lốc 4 hộp rồi xếp vào thùng carton, chất lên pallet, đưa vào kho thành phẩm. Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy Hình 2.2: Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy Gia nhiệt: - Mục đích: chuẩn bị cho quá trình li tâm. - Thiết bị: thiết bị gia nhiệt bản mỏng . - Tiến hành: sữa tươi được bơm qua thiết bị thanh trùng sữa gầy và được gia nhiệt lên nhiệt độ 60o C nhờ tác nhân gia nhiệt là dòng sữa gầy sau thanh trùng. Li tâm - Mục đích: tách chất béo ra khỏi sữa nhằm hiệu chỉnh hàm lượng chất béo còn lại trong sữa là 1% . - Thiết bị: thiết bị li tâm dạng đĩa . - Tiến hành: sữa sau khi được gia nhiệt được bơm vào máy 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 thùng quay. Sau cùng, cả hai dòng cream và sữa gầy sẽ theo những kênh riêng để thoát ra ngoài. Trộn - Mục đích: Phân tán đều các chất phụ gia như chất ổn định, chất nhũ hóa, chất chống oxi hóa vào trong sữa. - Thiết bị: bồn trộn hình trụ có cánh khuấy. Thanh trùng - Mục đích bảo quản: tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh và ức chế quá trình sinh tổng hợp độc tố của chúng, vô hoạt enzyme. - Thiết bị: thiết bị truyền nhiệt bản mỏng. - Nhiệt độ thanh trùng: 850C. - Thời gian lưu nhiệt: 15 giây. Cô đặc - Mục đích: tách bớt một lượng nước ra khỏi sữa để tiết kiệm chi phí năng lượng cho quá trình sấy sữa tiếp theo. Hàm lượng chất khô sau cô đặc là 50%. - Thiết bị: thiết bị cô đặc ba cấp dạng màng rơi. - Nhiệt độ cô đặc: 600C. Sấy - Mục đích: Sấy là quá trình nhằm làm mất nước của sữa. Độ ẩm yêu cầu của sữa bột sau khi sấy là 2.5 – 5%. Trong điều kiện độ ẩm này thì không thể có sự phát triển của các loài vi sinh vật. Do đó, trong công nghệ sản xuất sữa bột, sấy vừa đóng vai trò chế biến vừa đóng vai trò bảo quản. - Nhiệt độ sấy: nhiệt độ không khí nóng tại cửa buồng sấy là 2000C, nhiệt độ không khí tại cửa ra là 90oC. - Thiết bị: hệ thống thiết bị sấy phun có tạo hạt. Tạo hạt - Mục đích: tạo cho khối hạt có cấu trúc và độ xốp thích hợp, giúp sữa bột có khả năng tan nhanh trong nước. - Thiết bị: sử dụng thiết bị sấy tầng sôi với 3 vùng làm việc: vùng làm ẩm- vùng sấy- vùng làm nguội. Rây - Mục đích: Phá vỡ các chùm hạt có kích thước lớn, làm cho các hạt bột có kích thước đồng nhất. Bao gói Sữa bột sau rây sẽ được thiết bị đóng gói. Ta sử dụng bao bì là lon thép tráng thiếc để đựng sản phẩm. Đây là loại bao bì là hạn chế được sự tiếp xúc với ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh đến sữa bột. Quy trình công nghệ sản xuất bơ Hình 2.3: Quy trình công nghệ sản xuất bơ Trộn: - Mục đích: bổ sung vào cream các loại nguyên liệu khác như AMF, phụ gia như màu, chất chống oxi hóa và phối trộn đều các nguyên liệu nhằm tạo ra sản phẩm đồng nhất như yêu cầu. - Thiết bị sử dụng: thiết bị trộn hình trụ có cánh khuấy. - Tiến hành: trước khi trộn, cream được gia nhiệt lên 60oC nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trộn. Bài khí: - Mục đích: trong trường hợp cream có mùi lạ, ta sử dụng phương pháp bài khí chân không để tách cấu tử dễ bay hơi ra khỏi cream. - Tiến hành: cream được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng để gia nhiệt lên 78oC với tác nhân gia nhiệt là cream sau khi thanh trùng.. Tiếp theo, cream được đưa vào bồn chân không để thực hiện quá trình bài khí. Áp lực chân không cần được hiệu chỉnh sao cho nhiệt độ sôi của cream trong bồn dao động quanh giá trị 62oC. Khi đó, các cấu tử dễ bay hơi sẽ được tách ra khỏi cream. Thanh trùng: - Mục đích: tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh và ức chế hoạt tính các enzyme trong cream. - Thiết bị sử dụng: thiết bị truyền nhiệt bản mỏng. - Nhiệt độ thanh trùng là 85oC trong thời gian 15- 20 giây. Xử lí nhiệt lạnh: - Mục đích: kết tinh một lượng chất béo có trong cream. - Tiến hành: ta tiến hành xử lí nhiệt cho cream ở chế độ nhiệt là 8oC (2 giờ) – 20oC (2 giờ) – 16oC. Sau khi đã được thanh trùng và trao đổi nhiệt với dòng cream sau phối trộn, cream được làm lạnh nhanh xuống 40oC. Sau đó được bơm về thiết bị xử lí nhiệt. Tại đây, cream được làm lạnh xuống 8oC và được giữ ở nhiệt độ này trong 2 giờ. Tiếp theo, ta gia nhiệt khối cream lên 20OC và cũng giữ ở nhiệt độ này trong 2 giờ. Cuối cùng, ta lại hạ nhiệt độ của khối cream xuống 16oC và giữõ ở nhiệt độ này cho đến khi ta chuyển qua quá trình tạo hạt bơ và xử lí. - Thiết bị: chọn thiết bị bồn hình trụ có vỏ áo và cánh khấy. Tạo hạt bơ và xử lí: - Mục đích: tách sữa bơ nhằm thu nhận các hạt bơ và xử lí các hạt bơ riêng rẽ để tạo thành một khối kết dính. - Thực hiện: quá trình tạo hạt bơ và xử lí được thực hiện theo các công đoạn sau: Khuấy đảo hỗn hợp cream. Tách sữa bơ để thu nhận các hạt bơ. Xử lí các hạt bơ riêng lẽ để tạo thành khối kết dính. Bổ sung muối. Hiệu chỉnh độ ẩm và phân bố đều các hạt nước nhỏ trong khối sản phẩm. Xử lí chân không để làm giảm lượng khí trong khối bơ. - Thiết bị: hệ thống tạo hạt bơ và xử lí theo phương pháp liên tục. Bao gói: - Mục đích: tạo hình dạng đặc trưng cho sản phẩm, bảo quản sản phẩm. - Tiến hành: tạo hình bơ dạng khối hình chữ nhật với khối lượng 250g. - Bao bì: giấy nhôm.