đề tài công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng thanh trùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
*****
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM
MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

ĐỀ TÀI:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI THANH
TRÙNG VÀ TIỆT TRÙNG
GVHD: Nguyễn Hồng Khôi Nguyên
LỚP: 13DTP02 NHÓM: 01
SVTH: Vũ Huỳnh Trâm Anh
Trương Nguyễn Bảo Trân
Nguyễn Thị Thảo Nguyên
Trần Thị Nguyệt Nhung
Nguyễn Thị Ngọc Nhung
TP HCM Tháng 06/2016

1


MỤC LỤC
Mục lục…………………………………………………………………………………1
Danh sách bảng…………………………………………………………………………4
Danh sách hình…………………………………………………………………………4

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................45
CÂU HỎI CHO CÁC NHÓM ..................................................................................45

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. Thành phần hóa học của sữa bò (% khối lượng)

Bảng 2. Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò
Bảng 3. So sánh các nhóm thiết bị
Bảng 5. Tổn thất vitamin C và B 2 trong sữa (% với giá trị ban đầu) dưới tác động của
ánh sáng 1500Lux (Bylund Gosta, 1995)
Bảng 4. So sánh ưu, nhược điểm các loại thiết bị trao đổi nhiệt

DANH SÁCH HÌNH
Hình 1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng
Hình 2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ly tâm dạng đĩa, sữa vào từ phía bên trên6
Hình 3. Thiết bị bài khí7
Hình 4. Thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao19
Hình 5. Các bộ phận chính trong thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao
Hình 6. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống2
Hình 7. Hình dáng khác nhau của vách trong thiết bị trong đổi nhiệt bảng mỏng.3
Hình 8. Thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng23
Hình 9. Thiết bị dạng ống có cánh khuấy4
2


Hình 10. Máy chiết rót vô trùng hộp giấy Tetra Pak6
Hình 11. Một số kiểu đóng gói7
Hình 12. Thiết bị ly tâm tách vi sinh vật với hai dòng thoát sản phẩm8
Hình 13. Thiết bị membrane hình ống
Hình 14. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng3
(phương pháp tiệt trùng sữa trong bao bì)5
Hình 15. Hệ thống tiệt trùng thủy lực (hydrostatic steriliser)6
Hình 16. Hệ thống tiệt trùng liên tục hydrolock8
Hình 17. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng UHT sử dụng phương pháp
gia nhiệt gián tiếp39
Hình 18. Quá trình đồng hoá và tiệt trùng ( sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp

trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng) trong dây chuyền sản xuất sữa tiệt trùng
UHT41
Hình 19. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng UHT sử dụng phương pháp
gia nhiệt trực tiếp3
Hình 21. Hệ thống đường ống vận chuyển sữa tươi trong dây chuyền
Hình 20. Hệ thống cyclone

3


MỞ ĐẦU
Sữa là thức ăn tự nhiên có giá trị dinh dưỡng hoàn hảo được vắt từ vú động vật.
Sữa chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết cho người như protein, glucid, lipid,
vitamin, các muối khoáng. Những hợp chất này rất cần thiết cho khẩu phần thức ăn
hằng ngày của con người. Do đó, các sản phẩm từ sữa có một ý nghĩa quan trọng đối
với dinh dưỡng của con người nhất là đối với trẻ em, người già, người bệnh và được
sử dụng rộng rãi không chỉ ở trong nước mà còn trên toàn thế giởi. Từ sữa, người ta có
thể sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác nhau như sữa bột, sữa cô đặc, sữa lên men,
phô mát, bơ, kem,…

Cũng chính vì giá trị dinh dưỡng cao mà sữa tươi rất khó bảo quản. Ngày nay,
cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế biến sữa ngày càng
phát triển, cho ra đời nhiều phương pháp chế biến và bảo quản sữa tươi. Trong đó, phổ
biến nhất là công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng.
Sữa thanh trùng (pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từ sữa
tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất. Hiện nay sản phẩm sữa thanh
trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín. Sản phẩm
phải bảo quản ở nhiệt độ thấp (57). Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanh trùng
có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 810 ngày.
Sữa tiệt trùng (sterilization milk) cũng là một trong những sản phẩm chế biến từ

sữa tươi như sữa thanh trùng, nhưng công nghệ phức tạp hơn vì cần phải nắm bắt, xử
4


lý được thời gian, nhiệt độ và dạng tiệt trùng. Nguyên liệu được sử dụng cho sữa tươi
tiệt trùng phải có chất lượng rất tốt. Sữa tươi tiệt trùng được bảo quản ở nhiệt độ
phòng. Thời gian bảo quản sản phẩm có thể kéo dài từ 3 đến 6 tháng.
Nhằm mục đích đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu
dùng, các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường sản phẩm sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng
có bổ sung thêm hương trái cây (hương dâu, cam, thơm, …) hương vanile, hương
chocolate, … Từ đó, ta có thể gọi tên sản phẩm theo tên hương liệu bổ sung.
CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ NGUYÊN LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM
1.1.1.SỮA TƯƠI THANH TRÙNG

Sữa thanh trùng (pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từ
sữa tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất. Hiện nay sản phẩm sữa thanh
trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín. Sản phẩm
phải bảo quản ở nhiệt độ thấp (57). Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanh trùng
có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 810 ngày.

Hiện nay, để ổn định chất lượng sản phẩm, các nhà sản xuất thường thực hiện
quá trình chuẩn hóa (standardisation) – hiệu chỉnh hàm lượng chất béo – cho các sản
5


phẩm sữa thanh trùng. Tùy theo quy định của mỗi quốc gia mà các cơ sở sản xuất sẽ
chọn giá trị thích hợp để chuẩn hóa. Ví dụ như ở Pháp, hàm lượng chất béo trong sữa

thanh trùng không được nhỏ hơn 3.5%.
Để phân loại sữa thanh trùng người ta thường dựa vào hàm lượng chất béo
trong sản phẩm:
 Sữa nguyên cream (whole milk) là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi, không

hiệu chỉnh hàm lượng chất béo. Thông thường, lượng lipid trong sữa dao động
trong khoảng 3.03.7%.
 Sữa gầy (skimmilk) là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã tánh bớt một phần
chất béo. Hàm lượng lipid trong sữa gầy thường dao động quanh giá trị 1.5%. Tuy
nhiên, một số sản phẩm thương mại có hàm lượng chất béo chỉ có 0.5%, thậm chí
0.1%.
Ngoài sữa tươi, người ta còn sản xuất sữa thanh trùng từ sữa hoàn nguyên
(reconstituted milk) hoặc sữa tái chế (recombined milk).
•

Sữa hoàn nguyên là sản phẩm sữa thu được khi ta hòa tan sữa bột nguyên cream
hoặc sữa bột gầy vào nước. Thành phần hóa học của sản phẩm thì tương tự như

sữa nguyên cream hoặc sữa gầy.
• Sữa tái chế được thu nhận bằng cách hòa tan sữa bột gầy vào nước ở nhiệt độ 4050, sau đó bổ sung chất béo có nguồn gốc từ sữa (thường sử dụng "chất béo khan
từ sữa" – Anhydrows Milk Fat AMF), rồi tiến hành khuấy trộn hỗn hợp và đồng
hóa bằng phương pháp sử dụng áp suất cao. Sản phẩm này có thành phần hóa học
tương tự như sữa nguyên cream ngoại trừ hàm lượng phospholipid trong màng bao
xung quanh các hạt cầu béo bị giảm đi.
1.1.2.SỮA TƯƠI TIỆT TRÙNG
Quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng tương tự như quy trình sản xuất
sữa thanh trùng. Điều khác nhau quan trọng là sản phẩm sữa tiệt trùng phải được xử lý
ở nhiệt độ cao (trên 100oC), nhờ đó toàn bộ hệ vi sinh vật và enzyme có trong sữa bị
vô hoạt. Sữa tiệt trùng được bảo quản ở nhiệt độ phòng. Thời gian bảo quản sản phẩm
có thể kéo dài 3-6 tháng.

6


Ưu điểm lớn của sản phẩm sữa tiệt trùng so với sữa thanh trùng là các nhà sản
xuất có thể tiết kiệm được chi phí cho việc bảo quản và vận chuyển sản phẩm trong
điều kiện nhiệt độ bình thường. Ngoài ra, các nhà sản xuất có thể chào bán sản phẩm ở
tại các thị trường ở xa nhà máy. Họ không bị áp lực tìm ngay nguồn tiêu thụ sản phẩm
cho mỗi lô sản xuất.
Nguyên liệu sử dụng cho mỗi lô sản xuất sữa tiệt trùng phải có chất lượng rất
tốt. Ngoài yêu cầu cơ bản về chỉ tiêu vi sinh, hóa lý và cảm quan, người ta quan tâm
đến thành phần serum-protein kém bền nhiệt. Một số phân tử serum-albumin dễ bị
đông tụ khi ta xử lý sữa ở nhiệt độ cao. Do đó, để sản xuất sữa tiệt trùng,hàm lượng
serum-protein không vượt quá 0,4g/l. Tại nhà máy người ta sử dụng ethanol để đánh
giá định tính xen sữa có chứa những protein kém bền nhiệt hay không. Trộn dung dịch
ethanol và sữa theo tỉ lệ 1:1 (thể tích). Nếu thấy hiện tượng đông tụ chứng tỏ trong sữa
có protein kém bền nhiệt. Nếu nồng độ ethanol sử dụng trong thí nghiệm càng cao mà
không thấy xuất hiện đông tụ thì sữa sẽ càng ít chứa protein kém bền nhiệt. Thông
thường, nếu sữa tươi không cho kết tủa với dung dịch ethanol 75% (v/v) thì có thể sử
dụng sản xuất sữa tiệt trùng.
Ngoài ra, các nhà sản xuất cần chú ý đến hệ vi sinh vật trong sữa tươi, đặc
biệt là các vi khuẩn có khả năng sinh bào tử và enzyme bền nhiệt. Chúng sẽ ảnh hưởng
đến chế độ tiệt trùng và mức độ vô trùng công nghiệp sản phẩm.
1.2. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

7


Nguyên liệu để sản xuất sữa thanh trùng và tiệt trùng là sữa tươi nguyên cream
(whole milk) hoặc sữa gầy (skimmed milk). Để sản phẩm có chất lượng tốt và ổn định,

sữa nguyên liệu phải đáp ứng các yêu cầu về chỉ tiêu hóa lý, cảm quan và vi sinh.
Tùy quy trình chế biến được áp dụng tại nhà máy, mỗi cơ sở sản xuất sẽ tự thiết
lập các yêu cầu chỉ tiêu thích hợp.
1.2.1.Sữa bò

Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn
thức ăn để nuôi sống động vật non. Nắm được điều này ngành công nghiệp chế biến
sữa đã sản xuất ra nhiều loại sản phẩm dựa vào ba nguồn nguyên liệu chính: sữa bò,
sữa dê, sữa cừu. Ở nước ta, sữa bò là nguyên liệu chủ yếu được sử dụng.
Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein, một số
khoáng tạo nên. Màu sắc của sữa chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng -caroten tạo nên.
Sữa bò thường có màu sắc từ trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy thường trong hơn và ngả
màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi đặc trưng và vị ngọt nhẹ.
Sữa là hỗn hợp bao gồm các thành phần chính: nước, lactose, protein, một số
chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp
chất chứa nitơ phi protein, vitamin, chất màu và khí. Hàm lượng các chất trong sữa có
thể giao động trong một khoảng rộng.
Bảng 1. Thành phần hóa học của sữa bò (% khối lượng)
Protein tổng
3.4

Casein
2.8

Chất béo
3.9

Carbohydrate
4.8

Khoáng
0.8

Bảng 2. Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò

Vitamin

Hàm lượng

Vitamin

Hàm lượng
(mg/l)

Vitamin

Hàm lượng
(g/l)

8


A
D
E
K

0.2 2.0 mg/l
0.375 0.5 g/l
0.75 1.0 mg/l

80 g/l

B1
B2
B3
B5
B6

0.44
1.75
0.94
3.46
0.5

B12
C
Biotine
Acid folic

4.3
20
30
2.8

Ngoài sữa, các nguyên liệu cần để sản xuất sữa thanh trùng và tiệt trùng:













Nước.
Đường.
Bơ ( Anhydrows Milk Fat – AMF).
Chất béo thực vật.
Hương liệu tổng hợp.
Chất nhũ hóa.
Chất ổn định.
Lysine.
Taurine.
Hỗn hợp vitamin và khoáng chất.
Chất tạo màu tổng hợp.
Một số công ty khác nhau còn sử dụng thêm những loại nguyên liệu khác nhau

như:
•

Dutch Lady: nước, sữa tươi, bột sữa, đường, chất béo sữa, lactose, chất nhũ hóa
(471), chất ổn định (407), hương vani tổng hợp, hỗn hợp vitamin (niacin, B 6, B1,

•

A, acid folic, D3).
Vinamilk: nước, sữa bột, sữa bò tươi, chất béo, đường tinh luyện, dầu thực vật,

chất ổn định, carrageenan (E407), gôm gua (E412), hương tổng hợp.
• Nuti Food: nước, sữa bột, đường, chất béo sữa, chất béo thực vật, chất xơ thực
phẩm (FOS/Insulin), tổng hợp (E110), chất nhũ hóa (E471), chất ổn định (E407),
lysine, hỗn hợp vitamin và khoáng chất, muối, taurine.
1.2.2.PHỤ GIA
Trong sản xuất sữa tươi thanh trùng và tiệt trùng, người ta có thể sử dụng một số
phụ gia sau:
Chất ổn định
 Muối citratenatri, citratekali.
 Muối chloride của kali, canxi.
 Di-, tri-, polyphosphate hay orthophosphate của natri, kali hay canxi …
1.2.2.1.

9


1.2.2.2.
Chất tạo nhũ
 Lecithine (hay phospholipids nguồn gốc tự nhiên).
 Mono- và diglycerides của acid béo.
1.2.2.3.
Chất chống oxy hóa
 Acid L-ascorbic, ascorbatenatri, ascorbyl palmitate.
 Butylate hydroxyanisole.
 Gallat propyl, gallat lauryl …

Ngoài ra để tăng giá trị dinh dưỡng và đa dạng hóa các sản phẩm sữa tươi thanh
trùng và tiệt trùng, các nhà sản xuất còn bổ sung thêm các chất vi dinh dưỡng như
vitamin, khoáng, các acid béo cần thiết, các acid amin và chất xơ (fructoseoligosaccharide-FOS) trong quá trình chế biến.

CHƯƠNG II

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI THANH
TRÙNG VÀ TIỆT TRÙNG
2.1.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƯƠI THANH TRÙNG

Tùy thuộc vào chất lượng sữa nguyên liệu và yêu cầu về hàm lượng chất béo
trong sản phẩm mà quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng có thể thay đổi.

Bao bì vô trùng

Sữa nguyên liệu

Chuẩn hóa

Bài khí

Đồng hóa

10


Thanh trùng

Rót sản phẩm

Bảo quản lạnh

Sữa thanh trùng

Hình 1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi thanh trùng
2.1.1. Chuẩn hóa
a) Mục đích

Mục đích của quá trình chuẩn hóa là hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa.
Quá trình chuẩn hóa nhằm hiệu chỉnh hàm lượng chất béo có trong sữa nguyên
liệu. Tùy vào chỉ tiêu chất béo trong sản phẩm để hiệu chỉnh hàm lượng chất béo thích
hợp cho nguyên liệu và được thực hiện trên dây chuyền tự động bao gồm máy ly tâm,
bộ phận phối trộn, các dụng cụ đo (lưu lượng kế, tỷ trọng kế, …), bơm và thùng chứa.
Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ bổ sung thêm cream
vào. Lượng chất béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ
35÷40%. Phương pháp tính tỷ lệ phối trộn như sau:
Gọi M1 (kg) là khối lượng cream với hàm lượng chất béo A%; M 2 (kg) là khối
lượng sữa với hàm lượng chất béo B%. Để thu được M (kg) sữa với hàm lượng chất
béo C% (A>CM1 = M x (C–B) / (A–B) (1)

M2 = M x (A−C) / (A−B) (2)
11


trong đó: M = M1 + M2 (3)
Ví dụ: Cream có hàm lượng chất béo 40%, sữa nguyên liệu có hàm lượng chất
béo 3%. Cần phối trộn cream và sữa nguyên liệu theo tỷ lệ bao nhiêu để có được
100kg sữa với hàm lượng chất béo 3,5%?
Ta có: M = 100kg; A = 40%; B = 3%; C = 3,5%
Thay các giá trị trên vào công thức (1) và (2), ta được:
M1 = M x (C–B) / (A–B) = 100 x (3,5−3) / (40−3) = 1,35kg

M2 = M x (A−C) / (A−B) = 100 x (40−3,5) / (40 – 3) = 98,65kg
Vậy ta cần bổ sung 1,35kg cream 40% chất béo vào 98,65kg sữa 3% chất béo.
Ngoài ra, ta có thể sử dụng phương pháp đường chéo hình vuông của Pearson
R.A (1904) để xác định tỷ lệ cream và sữa có lượng béo thấp cần phối trộn.
Ngược lại, nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo cao, ta có thể bổ sung
sữa gầy hoặc sử dụng quá trình ly tâm để tách bớt chất béo ra khỏi sữa. Ở các dây
chuyền sản xuất hiện đại, quá trình tách và hiệu chỉnh lượng chất béo trong sữa được
thực hiện hoàn toàn tự động.
Đầu tiên, sữa giàu béo sẽ được bơm vào máy ly tâm hoạt động theo phương
pháp liên tục. Có 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. Tiếp theo, một phần cream sẽ được phối trộn trở lại với
dòng sữa gầy để hàm lượng chất béo trong hỗn hợp đạt đúng giá trị yêu cầu của sản
phẩm thanh trùng. Phần cream dư sẽ đưa đi xử lý tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream.
Ví dụ: Giả sử ta có 100kg sữa với hàm lượng chất béo 4%. Ta cần hiệu chỉnh
hàm lượng chất béo xuống còn 3%. Sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau:

90,1kg sữa gầy

97,3kg sữa
Phối trộn

0,05% chất béo
100kg sữa
4% chất béo

Ly tâm

3% chất béo
7,2kg sữa gầy

0,05% chất béo

Xử lý tiếp
để tạo sản
phẩm sữa
thanh trùng
12


9,9kg cream

2,7kg cream

40% chất béo

40% chất béo

Xử lý tiếp
để sản xuất
sản phẩm
cream 40%
béo

Trong sản xuất, sữa thường được gia nhiệt sơ bộ trước khi đưa vào máy ly tâm để
tách béo.
b) Thiết bị ly tâm

Trong quá trình chế biến sữa, người ta sử dụng quá trình ly tâm cho các mục đích
sau:
− Tách béo ra khỏi sữa để hiệu chỉnh hàm lượng lipid trong sản phẩm.

− Tách các vi sinh vật, đặc biệt là các bào tử vi khuẩn chịu nhiệt ra khỏi sữa.
− Tách các chất rắn ra khỏi sữa.
Quá trình ly tâm có nguồn gốc từ quá trình lắng. Lắng là một phương pháp phân
riêng dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của các cấu tử trong hỗn hợp.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân chia và thời gian ly tâm:
−
−
−
−
−

Đường kính hạt phân tán.
Sự chênh lệch khối lượng riêng giữa pha liên tục và pha phân tán.
Độ nhớt của pha liên tục.
Bán kính quay.
Tốc độ vòng của thiết bị ly tâm.
Đối với hệ nhũ tương hoặc huyền phù, việc xác định bán kính quay và tốc độ

vòng của thiết bị ly tâm quyết định đến hiệu quả quá trình phân riêng.
Thiết bị ly tâm gồm 2 loại:
 Thiết bị ly tâm tách béo

Sữa tươi đưa vào ly tâm sẽ thu được hai dòng sản phẩm: cream (giàu chất béo) có
khối lượng riêng nhỏ và sữa gầy (chứa ít chất béo) có khối lượng riêng lớn.
Để tách chất béo ra khỏi sữa người ta thường sử dụng thiết bị ly tâm dạng đĩa:


Cấu tạo:
13

Thiết bị gồm có thân máy, bên trong là thùng quay, được nối với một motor
truyền động bên ngoài thông qua trục dẫn. Các đĩa quay có đường kính dao động từ
20102cm và được xếp chồng lên nhau. Các lỗ trên đũa ly tâm sẽ tạo nên những kênh
dẫn theo phương pháp thẳng đứng. Khoảng cách giữa hai đĩa ly tâm liên tiếp là
0.51.3mm.

Hình 2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ly tâm dạng đĩa, sữa vào từ phía bên trên


Nguyên tắc hoạt động

Thiết bị hoạt động theo phương pháp liên tục. Đầu tiên, sữa nguyên liệu được
nạp vào máy ly tâm theo cửa ở trên thiết bị, tiếp theo sữa sẽ theo hệ thống kênh dẫn để
chảy vào các khoảng không gian hẹp giữa các đĩa ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly
tâm, sữa được phân chia thành hai phần: phần cream có khối lượng riêng thấp sẽ
chuyển động về phía trục của thùng quay, còn phần sữa gầy có khối lượng riêng cao sẽ
chuyển động về phía thành thùng quay. Sau cùng, cả hai dòng sản phẩm sẽ theo những
kênh riêng để thoát ra ngoài.
Trước khi đưa vào thiết bị tách béo, sữa tươi thường được gia nhiệt lên đến 5565.
2.1.2. Bài khí
a) Mục đích

Ở một số cơ sở sản xuất, người ta bỏ qua quá trình này. Tuy nhiên, quá trình bài
khí là bắt buộc khi sữa chứa nhiều khí, đặc biệt khi hàm lượng các chất dễ bay hơi
trong sữa tăng cao. Trường hợp này xảy ra khi các nông trại sử dụng nhóm thực vật
thuộc họ hành để làm thức ăn nuôi bò. Khi đó, mục đích của quá trình bài khí là tăng
14

hiệu quả quá trình truyền nhiệt cho quá trình thanh trùng và cải thiện hương vị của sản
phẩm.
b) Thiết bị bài khí
Thiết bị hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh 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. Sữa được bơm vào theo phương pháp tiếp tuyến với thiết bị hình trụ qua
cửa (2). 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 (3).

Hình 3. Thiết bị bài khí
Một số thiết bị bài khí có bộ phận ngưng tụ nằm bên ngoài thiết bị. Chúng
thường được sử dụng trong công nghệ sản xuất sữa chua yaourt. Khi đó, người ta
thực hiện quá trình bài khí kết hợp với quá trình cô đặc sơ bộ sữa nguyên liệu. Do
đó, ta không cần sử dụng bơm chân không trong trường hợp này.
2.1.3.

Đồng hóa

a) Mục đích

Quá trình đồng hóa có thể thực hiện trên toàn bộ thể tích sữa nguyên liệu (đồng
hóa toàn phần) hoặc chỉ thực hiện trên một phần thể tích khối sữa ấy (đồng hóa một
phần). Trường hợp này cho phép các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí năng lượng, cũng
15


như có thể sử dụng thiết bị đồng hóa công suất nhỏ cho một dây chuyền sản xuất sữa

thanh trùng với năng suất lớn.
b) Cách thực hiện quá trình đồng hóa một phần
Sữa tươi với hàm lượng chất béo cao được đưa vào máy ly tâm để tạo ra hai dòng
sản phẩm: Cream (thường chứa 40% chất béo) và sữa gầy. Phần thể tích cream cần sử
dụng để phối trộn trở lại với dòng sữa gầy sẽ được đưa tiếp vào thiết bị đồng hóa. Trên
đường vào thiết bị, người ta sẽ bổ sung một lượng sữa gầy vào cream sao cho hàm
lượng chất béo trong hỗn hợp khí vào máy đồng hóa không lớn hơn 10%. Thực tế cho
thấy quá trình đồng hóa chỉ đạt hiệu quả cao khi hàm lượng chất béo trong hỗn hợp
không vượt quá ngưỡng trên. Phần sữa giàu béo sau khi qua đồng hóa sẽ được phối
trộn với toàn bộ phần sữa gầy còn lại và hỗn hợp được đưa đi xử lý tiếp theo quy trình
sản xuất sữa thanh trùng.
Yêu cầu kỹ thuật: Nhiệt độ sữa khi vài máy đồng hóa nằm trong khoảng
55÷700C, áp lực đồng hóa: 100÷250bar.
c) Thiết bị đồng hóa
Do hàm lượng béo trong sữa sau cô đặc khá cao, một số nhà sản xuất thực hiện
quá trình đồng hoá để làm giảm kích thước hạt béo và phân bố đều trong sữa.
Sử dụng thiết bị đồng hoá 2 cấp, áp lực đồng hoá cho mỗi cấp lần lượt là 200 bar
và 50 bar.
 So sánh giữa các nhóm thiết bị

Bảng 3. So sánh các nhóm thiết bị
Thiết bị đồng hoá 1 cấp
Thiết bị đơn giản
Chất lượng sản phẩm kém hơn
Không tiết kiệm năng lượng bằng đồng
hoá 2 cấp
Phạm vi ứng dụng: hàm lượng béo thấp,
độ nhớt thấp.

Thiết bị đồng hoá 2 cấp

Thiết bị phức tạp
Chất lượng sản phẩm tốt hơn
Tiết kiệm năng lượng hơn do một lần
cung cấp năng lượng
Phạm vi ứng dụng rộng hơn: hàm lượng
béo cao hơn, độ nhớt cao, hàm lượng chất
khô cao.

16


Hình 4. Thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao
1. Motor chính

6. Hộp piston

2. Bộ truyền đai

7. Bơm

3. Đồng hồ đo áp suất

8. Van

4. Trục quay

9. Bộ phận đồng hóa

5. Piston

10. Hệ thống tạo áp suất thủy lực

Hình 5. Các bộ phận chính trong thiết bị đồng hóa sữa sử dụng áp lực cao
17


Trong đó:
1. Bộ phận sinh lực thuộc hệ thống tạo đối áp
2. Vòng đập
3. Bộ phận tạo khe hẹp
4. Hệ thống thủy lực tạo đối áp
5. Khe hẹp
 Nguyên lý hoạt động

Gồm hai bộ phận chính bơm cao áp và hệ thống tạo đối áp.
Bơm cao áp được vận hành bởi động cơ điện (1) thông qua một trục quay (4) và
bộ truyền động (2) để chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động
tịnh tiến của piston. Các piston (5) chuyển động trong xi lanh ở áp suất cao. Bên trong
thiết bị còn có hệ thống dẫn nước vào nhằm mục đích làm mát cho piston trong suốt
quá trình làm việc.
Mẫu nguyên liệu sẽ được đưa vào thiết bị đồng hóa bởi một bơm piston. Bơm sẽ
tăng áp lực cho hệ nhũ tương từ 3 bar lên đến 100250 bar hoặc cao hơn tại đầu và của
khe hẹp (5), người ta sẽ tạo ra một đối áp lên hệ nhũ tương bằng cách hiệu chỉnh
khoảng cách khe hẹp trong thiết bị giữa bột phận sinh lực (1) và bộ phận tạo khe hẹp
(3). Đối áp này được duy trì bởi một bơm thủy lực sử dụng dầu. Khi đó áp suất đồng
hóa sẽ cân bằng với áp suất đầu tác động lên piston thủy lực.
Vòng đập (2) được gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) sao cho mặt trong của vòng
đập vuông góc với lối thoát ra của hệ nhũ tương khi rời khe hẹp. Như vậy, một số hạt
của pha phân tán sẽ tiếp tục va vào vòng đập (2) bị vỡ ra và giảm kích thước. Quá
trình đồng hóa chỉ xảy ra trong 15 giây.

Trong công nghiệp, máy đồng hóa có thể thiết kế dưới dạng một cấp hoặc hai
cấp.
Thiết bị đồng hóa một cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy,
một khe hẹp và một hệ thống thủy lực tạo đối áp. Trong công nghiệp chế biến sữa thiết
18


bị này được sử dụng khi sản phẩm có hàm lượng chất béo thấp hoặc hệ nhũ tương sau
đồng hóa có độ nhớt cao.
Thiết bị đồng hóa hai cấp bao gồm một bơm piton để đưa nguyên liệu vào máy,
hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực. Thiết bị đồng hóa hai cấp được sử dụng phổ biến
trong công nghiệp chế biến sữa đặc biệt đối với nhóm sản phẩm có hàm lượng chất
béo cao và các sản phẩm yêu cầu có độ nhớt thấp.
2.1.4.

Thanh trùng sữa

a) Mục đích

Tùy thuộc vào hàm lượng vi sinh vật có trong nguyên liệu ban đầu mà chế độ thanh
trùng sản phẩm có thể thay đổi khác nhau.
Đối với sản phẩm sữa, người ta thường sử dụng chế độ “nhiệt độ cao – thời gian
ngắn” (hight temperature – short time). Trong điều kiện sữa nguyên liệu đạt các quy
định chung về chỉ tiêu vi sinh, quá trình thanh trùng thực hiện ở 72÷75 0C trong 15÷20
giây.
Mục đích của quá trình thanh trùng là tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh có trong
sữa, tiêu diệt hoặc ức chế nhóm vi sinh vật hoại sinh lẫn các enzyme nhằm kéo dài thời
gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ 5÷70C.
Walstra và cộng sự (1999) cho rằng nếu thanh trùng sữa tươi ở 85 0C trong thời
gian 15 giây thì tổng số vi khuẩn trong sản phẩm sẽ thấp hơn khi so sánh với trường

hợp thanh trùng sữa ở 720C trong 15 giây, tuy nhiên thời gian bảo quản sữa đã qua
thanh trùng ở 850C lại ngắn hơn. Các tác giả lý giải là do nhiệt độ cao đã làm vô hoạt
một số thành phần có khả năng ức chế vi sinh vật trong sữa như immunoglobulin và
lactoperoxydase. Immunoglobulin là những kháng thể được tìm thấy trong sữa. Còn
enzyme lactoperoxydase giữ vai trò xúc tác phản ứng oxy hóa thiocyanate (CNS −) bởi
H2O2. Sản phẩm được tạo ra từ phản ứng này có thể ức chế một số loại vi khuẩn.
Với chế độ thanh trùng ở 72−75 0C trong 15−20 giây, các biến đổi hóa học có thể diễn
ra trong quá trình thanh trùng là không đáng kể. Kết quả là sữa thanh trùng vẫn giữ
được màu sắc, hương vị tương tự như sữa tươi sau khi vắt. Hiện nay, quá trình thanh
trùng sữa thường được thực hiện trên thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp dạng bảng mỏng.
b) Thiết bị thanh trùng dùng nhiệt
Sữa có thể được gia nhiệt trực tiếp hay gián tiếp để đạt nhiệt độ 80-85 và được
giữ nhiệt trong vài giây.
 Thiết bị sử dụng trong phương pháp gia nhiệt gián tiếp
19


−
−
−

Trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng (plate heat exchangers).
Trao đổi nhiệt dạng ống (tubular heat exchangers).
Trao đổi nhiệt dạng ống có sử dụng bộ phẩn khuấy trộn cơ học (scraped-heat

exchangers).
 Thiết bị gia nhiệt trực tiếp
− Thiết bị phối trộn dạng ống với đầu phun hơi.
− Thiết bị phối trộn dạng hình trụ đứng.
1.Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng

Quá trình thanh trùng sữa được sử dụng trên thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng
mỏng.

Hình 6. Thiết bị trao đổi nhiệt bảng mỏng
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng: bộ phận chính của thiết bị là những tấm
bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ. Mỗi tấm
bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp các bề mặt để tạo
sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt.
Khi ghép các bảng mỏng lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành hệ
thống đường vào và ra của sữa và tác nhân gia nhiệt. Sữa lần lượt đi qua các vùng gia
nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội. Có thể bố trí để sữa đi ra ở vùng làm nguội trao đổi nhiệt
với sữa đi vào ở vùng gia nhiệt.

20


Hình 7. Hình dáng khác nhau của vách trong thiết bị trong đổi nhiệt bảng mỏng.
2. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

Hình 8. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống
Có hai dạng:
−

Thiết bị gồm những ống hình trụ lồng vào nhau trong đó sữa và tác nhân gia nhiệt

−

đi trong các ống xen kẻ nhau.
Thiết bị gồm một ống lớn và chùm ống nhỏ bên trong, sữa đi trong những ống nhỏ
và tác nhân gia nhiệt đi ngoài ống lớn.

Tác nhân gia nhiệt và sữa có thể đi cùng chiều hay ngược chiều nhau.
3. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống sử dụng bộ phận khuấy trộn cơ học

21


Hình 9. Thiết bị dạng ống có cánh khuấy
Thiết bị gồm hai ống hình trụ đồng trục có đường kính khác nhau đặt lồng vào
nhau. Trục là roto có gắn cánh khuấy và một số thanh chắn theo phương thẳng đứng.
Sữa được bơm vào ống hình trụ bên trong từ phía đáy thiết bị và được tháo ra ở
đỉnh. Ngược lại, tác nhân gia nhiệt được nạp vào từ đỉnh theo khoảng không gian giữa
hai thân trụ và tháo ra phía gần đáy.
Bảng 4. So sánh ưu, nhược điểm các loại thiết bị trao đổi nhiệt
Thiết bị dạng bảng
mỏng

Thiết bị dạng ống

Ưu điểm

Hiệu quả truyền nhiệt
cao.

Thanh trùng sữa có
hàm lượng béo cao
hơn so với thiết bị
dạng bảng mỏng.

Nhược điểm

Không hiệu quả khi
thanh trùng sữa có
hàm lượng béo cao.

Hiệu quả truyền
nhiệt thấp hơn so
với thiết bị dạng
bảng mỏng

Thiết bị dạng ống có
khuấy trộn
Áp dụng cho mẫu có
độ nhớt cao.
Thích hợp thanh trùng
hay tiệt trùng riêng
dòng cream và dòng
sữa có hàm lượng vi
sinh vật cao (khi kết
hợp ly tâm hay lọc tách
vi sinh vật)
Tốn năng lượng để
thực hiện khuấy trộn.

Rót sản phẩm và bao gói
a) Mục đích
2.1.5.

22

Yêu cầu quan trọng của quá trình rót sản phẩm là phải thực hiện trong điều kiện
vô trùng để tránh tái nhiễm vi sinh vật vào thành phẩm. Do đó, vấn đề vệ sinh thiết bị,
nhà xưởng tại khu vực rót sản phẩm và bao gói cần phải được quan tâm hàng đầu.
Loại bao bì sử dụng đầu tiên cho sản phẩm sữa thanh trùng là chai thủy tinh. Nó
xuất hiện trên thị trường từ những năm đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, bao bì thủy tinh có
nhược điểm là nặng và dễ vỡ. Trước khi tái sử dụng, chai thủy tinh cần phải được rửa
sạch theo một quy trình riêng để đảm bảo an toàn vệ sinh cho sản phẩm.
Từ những năm 1960, các nhà chế biến sữa bắt đầu sử dụng những loại bao bì
mới như bao bì plastic, bao bì giấy,… Bao bì plastic thường có dạng chai hoặc túi. Ưu
điểm của loại bao bì này là đạt một độ bền cơ học nhất định, nhẹ và có giá thành
không cao. Tuy nhiên, các nhà môi trường học trên thế giới khuyến cáo nên hạn chế sử
dụng bao bì plastic vì chúng rất khó bị phân hủy.
Bao bì giấy hiện nay trở nên rất thông dụng cho sản phẩm sữa thanh trùng. Loại
bao bì này chỉ có một nhược điểm đáng lưu ý là giá thành khá cao hơn so với các loại
bao bì khác. Thực ra trong thành phần cấu tạo, người ta sử dụng một màng plastic
(polyethylene) rất mỏng ép sát vào khung giấy để bịt kín các vi lỗ trong cấu trúc
cellulose của giấy.
Có nhiều phương pháp khác nhau để tiệt trùng bao bì giấy. Thông dụng và hiệu
quả nhất là phương pháp sử dụng H 2O2. Theo Bockelmann B.V và cộng sự (1998), đầu
tiên người ta sử dụng vòi phun dung dịch H 2O2 lên bề mặt bao bì. Phần diện tích tiếp
xúc với H2O2 chiếm khoảng 30÷40% tổng diện tích bề mặt bao bì. Tiếp theo, ta sử
dụng không khí nóng vô trùng (180 0C) để đuổi phần H 2O2 dư. Ngoài ra, người ta có
thể sử dụng kết hợp đồng thời hai phương pháp: Phun H 2O2 và chiếu UV lên bao bì.
Tác động tương hỗ của chúng sẽ làm tăng hiệu quả tiệt trùng bao bì.
b) Máy chiết rót hộp giấy vô trùng tetrapak-jimei VN
Là quá trình mà thực phẩm và bao bì được tiệt trùng riêng, sau đó được chiết
rót và làm kín trong môi trường vô trùng.
Chức năng chính của máy chiết rót hộp giấy tiệt trùng: khép kín chu trình một
lần-tự động hoàn chỉnh hộp sản phẩm, tiệt trùng, định dạng hộp, chiết rót, niêm phong
hộp. quy trình định hình hộp giấy: sử dụng vòi phun Hydrogen peoxide, bức xạ tia cực

tím ở cường độ cao và khí nóng vô trùng. Sau đó khi định hình hộp giấy xong, quá
trình triết rót trong buồng kín vô trùng, và niêm phong hộp giấy, cắt đoạn xếp góc.
Quá trình chiết rót vô trùng, đảm bảo nguyên liệu bao bì và sản phẩm tiệt trùng. Giữ
cho sản phẩm tươi lâu.
23


Với hệ thống điều khiển cảm ứng PLC, tần số biến thiên, van điện từ khí nén,
hệ thống chân không, điều khiển mức chất lỏng, bộ điều khiển thông minh… các chi
tiết máy JMB chiết rót hộp giấy tiệt trùng nhập khẩu từ Germany Becke, Japan
Invoi… toàn bộ hệ thống sử dụng thép không gỉ SS304, ngoại hình thẩm mĩ cao, vận
hành chuẩn xác.
Ưu điểm: an toàn, hoàn toàn tự động, tiết kiệm dung dịch nước rửa (giảm lượng
nước thải), đảm bảo vệ sinh.

Hình 10. Máy chiết rót vô trùng hộp giấy Tetra Pak
Những nguy cơ có thể có khi sử dụng bao bì tetra pak, ảnh hưởng đến vệ sinh an
toàn thực phẩm:
c)

Hiện tượng phồng, méo hộp
Quá trình thanh trùng không đảm bảo
Mối hàn ghép hở
Va làm gãy gập các lớp màng
Quy trình đóng gói vô trùng
Trước khi chiết rót, cuộn giấy được tiệt trùng bằng hơi H 2O2 trong phòng kín vô

trùng và được đưa ra máy hàn dọc thân hộp và ghép đáy.
Thành phẩm sữa được rót định lượng vào hộp và bao bì hàn ghép mí đầu, cắt
rời, xếp góc.

Hộp sản phẩm được dòng nước phun để làm sạch chất lổng dính ở mối hàn và
đáy, sau đó được thổi không khí nóng để khô hộp.
Các bước chiết rót vô trùng:
24


-

Tiệt trùng sản phẩm và bao bì riêng lẽ
Tiệt trùng máy chiết rót và duy trì môi trường tiệt trùng
Chiết rót sản phẩm vào bao bì trong môi trường vô trùng
Hàn kín sản phẩm

Hình 11. Mô tả máy chiết rót
Tiệt trùng máy rót: sử dụng khí nóng >280 oC sau đó tiệt trùng bằng hơi bão
hòa>130oC, cuối cùng tiệt trùng bằng oxy già H 2O2 35%. Toàn bộ hệ thống số tiệt
trùng máy rót được kiểm soát tự động.
Tiệt trùng bao bì: bao bì được tiệt trùng bằng cách lội qua bể oxy già 35% ở
85oC và sau đó được làm khô và tiệt trùng bằng UV trong môi trường vô trùng. Các
thông số tiệt trùng bao bì được kiểm soát tự động.
Bất kỳ hệ thống vô trùng Jimei nào cũng có khả năng đóng gói hoặc niêm
phong bao bì kín để duy trì, quá trình xử lý vô trùng. Và đi kèm hệ thống khử chất
lỏng và làm khô sau quá trình đóng gói.
•

Thiết bị làm nắp: xoắn, nút

Tùy theo hình dạng đầu ra của sản phẩm có những thiết kế hệ thống theo yêu
cầu: một số kiểu đóng gói cơ bản sau đây:

25