Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho năng suất 2 tấn/ngày - ĐH NTT

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho năng suất 2 tấn/ngày chi tiết quy trình công nghệ, tính cân bằng vật chất và lựa chọn thiết bị chế biến phù hợp.

• Tác giả: Huỳnh Thị Kim Thảo
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Thanh Thủy
• Trường học: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho năng suất 2 tấn/ ngày
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho năng suất 2 tấn ngày

Nho là loại trái cây giàu dinh dưỡng và có giá trị kinh tế cao tại Việt Nam. Nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm chế biến từ nho ngày càng gia tăng trên thị trường. Việc thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho năng suất 2 tấn/ngày giải quyết bài toán bảo quản sau thu hoạch. Dự án giúp nâng cao giá trị thương phẩm cho nguồn nông sản địa phương. Phân xưởng được thiết kế theo quy trình một chiều hiện đại. Dây chuyền đảm bảo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về an toàn vệ sinh thực phẩm. Năng suất 2 tấn thành phẩm mỗi ngày đáp ứng tốt nhu cầu của các siêu thị và chuỗi bán lẻ. Quy trình sản xuất tận dụng tối đa thịt quả và hạn chế hao hụt dinh dưỡng. Các thông số kỹ thuật được tính toán chi tiết từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến đóng gói. Sản phẩm mứt nho nhuyễn có độ gel ổn định, màu sắc tự nhiên và hương vị đặc trưng. Dự án mang lại hiệu quả kinh tế bền vững cho doanh nghiệp chế biến.

1.1. Đặc điểm nguyên liệu nho và các tiêu chuẩn chất lượng

Nho nguyên liệu dùng trong chế biến jam cần có độ chín kỹ thuật đồng đều. Quả nho chứa hàm lượng đường khử, acid hữu cơ, pectin và chất chống oxy hóa dồi dào. Tiêu chuẩn chọn nho yêu cầu quả tươi, không dập nát, không sâu bệnh và đạt độ brix từ 14 đến 18 độ. Nho tươi sau khi thu hái được vận chuyển ngay về phân xưởng nhằm tránh suy giảm chất lượng. Các nguyên liệu phụ gia gồm đường saccharose, pectin thương phẩm và acid citric đạt chuẩn thực phẩm. Nguồn nước sử dụng trong toàn bộ quy trình phải đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước ăn uống. Việc kiểm soát nguyên liệu đầu vào quyết định trực tiếp đến hương vị và cấu trúc của mứt nho thành phẩm.

1.2. Mục tiêu kỹ thuật và kinh tế của phân xưởng jam nho

Mục tiêu hàng đầu là thiết lập dây chuyền sản xuất đạt 2 tấn thành phẩm jam nho mỗi ngày. Hệ thống máy móc vận hành liên tục trong ca làm việc tám tiếng để tối ưu công suất. Tỷ lệ hao hụt nguyên liệu trong toàn bộ quy trình được kiểm soát dưới mức mười phần trăm. Dây chuyền hướng đến tự động hóa các khâu rửa, nghiền, cô đặc và chiết rót đóng nắp. Phân xưởng được bố trí tối ưu nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư xây dựng cơ bản. Sản phẩm đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm theo quy định hiện hành. Dự án tạo việc làm cho lao động địa phương và gia tăng giá trị chuỗi cung ứng nông sản.

II. Phân tích công nghệ trong thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho

Quá trình chế biến jam nho đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các biến đổi hóa lý và sinh học. Nho sau khi tách hạt rất dễ bị sẫm màu do enzyme polyphenoloxidase hoạt động mạnh. Nhiệt độ và thời gian gia nhiệt nếu không chuẩn xác sẽ làm mất mùi thơm tự nhiên. Cấu trúc gel của jam nho phụ thuộc hoàn toàn vào tỷ lệ giữa đường, pectin và acid. Hiện tượng lại đường hoặc tách nước xảy ra khi tỷ lệ phối trộn bị sai lệch. Cân bằng vật chất là bài toán then chốt trong thiết kế dây chuyền công nghệ. Hao hụt qua từng công đoạn rửa, tách cuống, nghiền và cô đặc cần được định lượng chính xác. Phân xưởng phải tính toán công suất thiết bị đồng bộ để tránh tình trạng ứ đọng nguyên liệu. Vấn đề xử lý nước thải và vệ sinh công nghiệp cũng đòi hỏi giải pháp thiết kế hợp lý. Việc phân tích kỹ thuật giúp loại bỏ các rủi ro vận hành trong thực tế sản xuất.

2.1. Thách thức kiểm soát cấu trúc gel và màu sắc mứt nho

Cấu trúc gel của jam nho hình thành nhờ liên kết mạng giữa pectin và phân tử đường dưới môi trường acid. Nồng độ chất khô của sản phẩm phải đạt từ 65 đến 68 độ Brix. pH tối ưu cho quá trình tạo gel nằm trong khoảng từ 3.0 đến 3.2. Nếu nồng độ acid quá cao, gel sẽ bị cứng và dễ tách nước trong thời gian bảo quản. Ngược lại, thiếu acid khiến khối mứt bị lỏng và không định hình được. Sắc tố anthocyanin trong vỏ nho rất nhạy cảm với nhiệt độ cao kéo dài. Quá trình cô đặc chân không ở nhiệt độ thấp là giải pháp bắt buộc để giữ trọn màu đỏ tím tự nhiên.

2.2. Phân tích tổn thất vật chất qua từng công đoạn sản xuất

Tổn thất vật chất diễn ra qua nhiều bước gia công cơ học và nhiệt học. Công đoạn lựa chọn và rửa quả ghi nhận mức hao hụt khoảng hai đến ba phần trăm khối lượng. Quá trình tách cuống và hạt làm giảm từ mười lăm đến mười tám phần trăm lượng nguyên liệu thô ban đầu. Giai đoạn nghiền keo và chà mịn tiếp tục gây hao hụt một phần thịt quả dính trên thiết bị. Quá trình cô đặc làm bay hơi một lượng nước lớn để nâng cao nồng độ chất khô. Chiết rót và đóng nắp lọ thủy tinh cũng phát sinh hao hụt nhỏ từ không phẩy năm phần trăm. Việc xác định đúng định mức tổn thất giúp tính toán chính xác lượng nguyên liệu nhập kho mỗi ngày.

III. Giải pháp thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho chuẩn 2 tấn ngày

Quy trình công nghệ chế biến jam nho bắt đầu từ khâu phân loại và rửa sạch bằng máy sục khí. Quả nho được đưa qua máy tách hạt cơ học và thiết bị nghiền keo chuyên dụng. Bán thành phẩm dịch quả được phối trộn với đường, pectin và acid citric theo tỷ lệ chuẩn xác. Quá trình cô đặc diễn ra trong nồi cô chân không hai vỏ ở nhiệt độ từ 60 đến 65 độ C. Phương pháp cô đặc chân không giúp giữ nguyên màu đỏ thẫm và hàm lượng vitamin quý giá. Sau khi đạt độ brix yêu cầu, jam nho được dẫn sang thiết bị chiết rót định lượng vào lọ thủy tinh. Công đoạn rót lọ thực hiện ở nhiệt độ 80 đến 85 độ C để bài khí và thanh trùng sơ bộ. Tiếp theo, nắp lọ được đóng kín bằng máy dán nhãn tự động và chuyển qua hầm thanh trùng nước nóng. Sau thanh trùng, sản phẩm được làm nguội nhanh để cố định cấu trúc gel hoàn chỉnh.

3.1. Lựa chọn thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất mứt nho

Hệ thống máy rửa rau củ dạng sục khí kết hợp vòi xối cao áp giúp làm sạch triệt để bề mặt nho. Máy nghiền keo Colloid Mill bằng thép không gỉ đảm bảo độ mịn đồng nhất cho thịt quả. Nồi cô đặc chân không cánh khuấy có lớp vỏ áo gia nhiệt bằng hơi nước áp suất thấp. Thiết bị chiết rót piston tự động định lượng chính xác từng lọ thủy tinh dung tích 250 gram. Máy siết nắp chân không ngăn chặn hiện tượng lọt khí gây hư hỏng sản phẩm. Hầm thanh trùng dạng phun nước tuần hoàn giúp kiểm soát nhiệt độ thanh trùng và làm nguội chính xác. Tất cả thiết bị tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm đều chế tạo từ inox 304 cao cấp.

3.2. Bố trí mặt bằng phân xưởng và hệ thống kỹ thuật phụ trợ

Mặt bằng phân xưởng sản xuất được quy hoạch theo nguyên tắc luồng công nghệ một chiều liên tục. Kho nguyên liệu thô và kho bao bì đặt gần khu vực tiếp nhận và sơ chế ban đầu. Khu vực chế biến nhiệt, cô đặc và chiết rót được cách ly để đảm bảo vệ sinh nghiêm ngặt. Kho thành phẩm bố trí cạnh khu vực xuất hàng nhằm thuận tiện cho vận chuyển. Hệ thống kỹ thuật phụ trợ bao gồm trạm cấp hơi lò hơi, trạm biến áp và mạng lưới cấp thoát nước riêng biệt. Khu vực xử lý nước thải công nghiệp đặt ở cuối hướng gió để không ảnh hưởng đến phân xưởng chính. Lối đi nội bộ rộng rãi đáp ứng tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy.

IV. Đánh giá ứng dụng thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho 2 tấn ngày

Bản thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho năng suất 2 tấn/ngày mang tính khả thi cao về kỹ thuật và kinh tế. Dây chuyền công nghệ hiện đại giải quyết triệt để vấn đề tổn thất sau thu hoạch của quả nho tươi. Việc tính toán cân bằng vật chất và năng lượng chi tiết giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu. Mặt bằng phân xưởng bố trí khoa học, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn GMP và HACCP trong sản xuất thực phẩm. Sản phẩm jam nho có chất lượng cao, vị ngọt thanh tự nhiên và thời hạn bảo quản kéo dài. Dự án mở ra tiềm năng lớn trong việc đa dạng hóa sản phẩm nông nghiệp chế biến sâu. Phân xưởng có khả năng mở rộng công suất linh hoạt khi nhu cầu thị trường tiêu thụ tăng trưởng. Mô hình này là tài liệu tham khảo giá trị cho các kỹ sư công nghệ và doanh nghiệp chế biến thực phẩm.

4.1. Hiệu quả kinh tế và tính bền vững của dự án mứt nho

Dự án mang lại tỷ suất sinh lời hấp dẫn nhờ khai thác nguồn nguyên liệu nho dồi dào với giá thành hợp lý. Năng suất 2 tấn/ngày giúp doanh nghiệp nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư cố định trong thời gian ngắn. Quy trình sản xuất khép kín giảm thiểu chất thải rắn và tối ưu hóa lượng nước tái sử dụng. Bã nho và hạt thải ra từ phân xưởng có thể dùng làm nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ hoặc chiết xuất tinh dầu. Dự án góp phần ổn định đầu ra cho các vùng trồng nho chuyên canh tại địa phương. Đây là bước đi chiến lược thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững.

4.2. Định hướng mở rộng quy mô và nâng cao chất lượng jam nho

Doanh nghiệp có thể nâng cấp dây chuyền sang các dòng sản phẩm mứt nho ít đường hoặc bổ sung hạt chia. Việc lắp đặt thêm hệ thống đóng gói tự động hóa hoàn toàn sẽ nâng công suất lên 4 tấn mỗi ngày. Phân xưởng cần tiếp tục đầu tư phòng kiểm nghiệm vi sinh và hóa lý đạt chuẩn quốc tế. Ứng dụng công nghệ quét mã QR truy xuất nguồn gốc giúp gia tăng uy tín thương hiệu trên thị trường xuất khẩu. Doanh nghiệp cũng có thể nghiên cứu tận dụng nguồn nhiệt dư từ lò hơi để sấy phụ phẩm. Hướng đi này giúp hoàn thiện chuỗi sản xuất kinh tế tuần hoàn trong ngành công nghệ thực phẩm.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nho (Vitis vinifera) là một trong những loại cây ăn trái có giá trị dinh dưỡng cao, giàu đường glucose, fructose, polyphenol, vitamin C, vitamin K và các khoáng chất. Tại Việt Nam, nghề trồng nho đem lại hiệu quả kinh tế vượt trội so với nhiều cây trồng truyền thống. Cụ thể, diện tích canh tác nho cả nước đạt khoảng 2.700 – 3.000 ha, trong đó tỉnh Ninh Thuận chiếm tới 90% diện tích (khoảng 2.500 – 2.700 ha), tập trung chủ yếu tại các xã Phước Hậu, Phước Sơn, Phước Nam, Phước Thuận, Phước Dân, Tân Giang, Bầu Zôn, Lanh Ra (huyện Ninh Phước) và Thành Hải, Đô Vinh (TP. Phan Rang – Tháp Chàm). Năng suất nho trung bình tại Ninh Thuận đạt 15 – 20 tấn/ha/năm với 2 vụ thu hoạch, mang lại lợi nhuận trên 100 triệu đồng/ha/năm (so với 17 – 19 triệu đồng/ha/năm của cây lúa 3 vụ/năm). Sản lượng nho hàng năm của tỉnh ổn định ở mức 60.000 – 65.000 tấn, chủ yếu là giống nho đỏ Cardinal và một phần giống NH.

Tuy nhiên, quả nho tươi có lớp vỏ mỏng, hàm lượng nước cao (chiếm 75 – 80% dịch quả), rất dễ bị dập nát, thối hỏng do vi sinh vật và enzyme nội bào trong quá trình thu hái, bảo quản và vận chuyển. Hiện nay, thị trường tiêu thụ nho nội địa chủ yếu ở dạng ăn tươi hoặc sản xuất rượu vang, các sản phẩm chế biến sâu khác còn hạn chế. Trong khi đó, xu hướng tiêu thụ mứt đông (jam, jelly, marmalade) trên thế giới và tại Việt Nam liên tục tăng trưởng. Thị trường mứt châu Âu giai đoạn 2012 – 2016 đạt tốc độ tăng trưởng trung bình 2%/năm, giá trị tiêu thụ tăng từ 3,1 tỷ euro lên 3,36 tỷ euro, trong đó Pháp dẫn đầu với 39% thị phần. Việc nghiên cứu thiết kế một phân xưởng chế biến jam nho với quy mô vừa và nhỏ là giải pháp kỹ thuật cần thiết nhằm giảm tổn thất sau thu hoạch, gia tăng chuỗi giá trị cho nông sản Ninh Thuận và đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm tiện lợi.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1. Khảo sát vùng nguyên liệu, tình hình tiêu thụ sản phẩm và lựa chọn địa điểm xây dựng phân xưởng.
2. Thiết lập quy trình công nghệ sản xuất mứt nhuyễn (jam) nho đóng lọ thủy tinh năng suất 2 tấn nguyên liệu/ngày.
3. Tính toán cân bằng vật chất chi tiết cho từng công đoạn công nghệ và xác định nhu cầu nguyên - phụ liệu, bao bì.
4. Lựa chọn thiết bị công nghệ phù hợp với năng suất và chế độ làm việc của dây chuyền.
5. Thiết kế và bố trí mặt bằng phân xưởng sản xuất đảm bảo yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm.
6. Tính toán phụ tải điện năng và nhu cầu cấp - thoát nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng: Quy trình công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất jam nho từ giống nho Cardinal và NH.
• Phạm vi không gian: Thiết kế phân xưởng đặt tại Khu công nghiệp Du Long (xã Lợi Hải và Bắc Phong, huyện Thuận Bắc, tỉnh Ninh Thuận).
• Phạm vi công suất và thời gian: Năng suất 2.000 kg nho nguyên liệu/ngày; chế độ vận hành 300 ngày/năm, 2 ca/ngày (4 giờ/ca/mẻ), tương đương 1 mẻ 1.000 kg nguyên liệu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế

Đồ án ứng dụng các nguyên lý chuyển khối, truyền nhiệt và biến đổi sinh hóa trong công nghệ chế biến rau quả để thiết kế dây chuyền sản xuất mứt nhuyễn (jam). Cơ sở lý thuyết bao gồm cơ chế tạo gel pectin trong môi trường có nồng độ chất khô cao (60 – 65%) và pH acid (2,8 – 3,0), cơ chế bài khí - rót nóng để ức chế vi sinh vật và giảm phản ứng oxy hóa.

Hệ thống tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật được tác giả sử dụng bao gồm:

• Nguyên liệu nho: TCVN 10743:2015 (chỉ tiêu cảm quan) và QCVN 8-3:2012/BYT (chỉ tiêu vi sinh vật đối với quả ăn ngay: E. coli $m=10^2, M=10^3\text{ CFU/g}$, Salmonella không phát hiện trong 25g).
• Đường tinh luyện (RE): TCVN 6958-2001 (hàm lượng saccharose $\ge 99,8%$, độ ẩm $\le 0,05%$, đường khử $\le 0,03%$, tro $\le 0,03%$, độ màu $\le 1,2^\circ\text{Stame}$).
• Acid citric: QCVN 4-11:2010/BYT và TCVN 5516:2010 (hàm lượng acid citric $\ge 99,5%$, tro sulfat $\le 0,05%$, chì $\le 0,5\text{ mg/kg}$).
• Pectin: TCVN 12100:2017 (hàm lượng acid galacturonic $\ge 65%$, độ amid hóa $\le 25%$, hao hụt sau sấy $\le 12%$, $\text{SO}_2 \le 50\text{ mg/kg}$).
• Nguồn nước: Quyết định số 46/2007/QĐ-BYT (pH 6,8; độ cứng toàn phần $< 15^\circ\text{Đức}$, tổng vi sinh vật hiếu khí $< 100\text{ CFU/ml}$, Coliform $< 20\text{ CFU/l}$).

Phương pháp kỹ thuật áp dụng:

• Phương pháp cân bằng vật chất: Thiết lập phương trình cân bằng khối lượng cho từng quá trình theo công thức $G_r = (1 - T) \times G_v$ (trong đó $G_v$ là khối lượng vào, $G_r$ là khối lượng ra, $T$ là tỷ lệ tổn thất công đoạn).
• Phương pháp tính chọn thiết bị: Căn cứ vào năng suất từng giờ của từng công đoạn và thời gian vận hành mẻ để chọn công suất thiết bị thương mại tương ứng.
• Phương pháp thiết kế mặt bằng công nghiệp: Bố trí dây chuyền một chiều theo tiêu chuẩn khoảng cách an toàn (khoảng cách máy đến tường 2,0 – 2,5 m, khoảng cách giữa các thiết bị $\ge 1,0\text{ m}$).
• Phương pháp tính toán kỹ thuật điện - nước: Xác định công suất đặt của động cơ theo bảng tra thiết bị, tính công suất chiếu sáng phân xưởng theo suất phụ tải ($p = 20\text{ W/m}^2$), tính định mức nước công nghệ, nước CIP và nước sinh hoạt (150 L/người/ngày cho 70 cán bộ - công nhân viên).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tình hình sản xuất, tiêu thụ sản phẩm và lựa chọn địa điểm phân xưởng

Chương này khảo sát thị trường tiêu thụ mứt trên thế giới và tiềm năng nguyên liệu nho tại Ninh Thuận. Tác giả lựa chọn địa điểm xây dựng phân xưởng tại Khu công nghiệp Du Long (tổng diện tích 407,28 ha do Công ty Cổ phần Đầu tư hạ tầng KCN Hoa Sen - Du Long làm chủ đầu tư). Phân xưởng nằm tại Km 1540+598 trên Quốc lộ 1, thuộc địa phận 2 xã Lợi Hải và Bắc Phong (huyện Thuận Bắc, tỉnh Ninh Thuận), cách Cảng Cam Ranh 30 km và cách TP. Phan Rang – Tháp Chàm 20 km. Vị trí này nằm ngay vùng nguyên liệu chiếm 90% diện tích nho cả nước, thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu tươi và vận chuyển phân phối sản phẩm.

Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu

Chương 2 phân tích đặc điểm hóa - sinh và tiêu chuẩn chất lượng của nguyên liệu chính (nho) cùng các nguyên liệu phụ. Cấu tạo quả nho gồm: cuống (2 – 5%), thịt quả (80 – 85%), vỏ (2 – 6%), hạt (7 – 11%). Thành phần dịch quả chứa 70 – 78% nước, 20 – 25% đường, 0,5 – 2% acid hữu cơ, 0,5% khoáng và hợp chất màu anthocyanin.

Tác giả lập bảng tổng hợp các chỉ tiêu dinh dưỡng theo USDA (trong 100g nho cung cấp 69 kcal năng lượng, 80,6 mg nước, 191 mg Kali, 10 mg Canxi, 20 mg Photpho, 7 mg Magie) và các hoạt chất sinh học (resveratrol trong vỏ, polyphenol giúp chống oxy hóa, giảm LDL cholesterol). Các nguyên liệu phụ bao gồm đường tinh luyện RE, acid citric tinh thể, pectin thương phẩm dạng bột và hệ thống nước sạch công nghiệp từ KCN Du Long.

Chương 3: Quy trình công nghệ

Quy trình sản xuất jam nho gồm chuỗi 9 công đoạn liên hoàn:

$$\text{Thu nhận} \rightarrow \text{Phân loại} \rightarrow \text{Rửa} \rightarrow \text{Tách hạt, cuống} \rightarrow \text{Nghiền} \rightarrow \text{Chà} \rightarrow \text{Phối trộn} \rightarrow \text{Gia nhiệt} \rightarrow \text{Rót lọ, đóng nắp, dán nhãn}$$

Thông số công nghệ cụ thể của từng công đoạn:

• Phân loại: Thực hiện thủ công trên băng chuyền Dorner Conveyors để loại bỏ quả thối, sâu bệnh, dập nát.
• Rửa: Thiết bị máy rửa bọt khí kết hợp xối tia nước (áp lực 2 – 3 at), thời gian rửa 10 phút nhằm loại bỏ đất cát và vi sinh vật bề mặt.
• Tách hạt, cuống: Loại bỏ hoàn toàn phần cuống và hạt để loại bỏ vị chát đắng của tannin không mong muốn.
• Nghiền: Sử dụng máy nghiền keo Colloid Mill, kích thước thịt quả sau nghiền đạt $< 5\text{ mm}$.
• Chà: Thiết bị chà Comitrol Model 1700 (Urschel) loại bỏ xơ cellulose và hemicellulose, thu nhận dịch puree đồng nhất có nồng độ chất khô hòa tan khoảng 8%.
• Phối trộn: Phối chế puree nho (50%), đường tinh luyện (48%), pectin (1%), acid citric (0,98%). Acid citric được pha thành dung dịch 50% trước khi bổ sung; pectin được trộn đều với đường theo tỷ lệ 1:1 rồi ngâm nước theo tỷ lệ 1:19 để trương nở hoàn toàn trước khi phối trộn.
• Gia nhiệt: Thực hiện trong thiết bị chần băng tải ở nhiệt độ $80^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 2,8 - 3,0$, thời gian 10 phút, đưa nồng độ chất khô sau gia nhiệt đạt 65% và vô hoạt hoàn toàn enzyme pectinase.
• Rót lọ - đóng nắp: Rót nóng ở nhiệt độ $80 - 85^\circ\text{C}$ vào lọ thủy tinh 210g đã rửa sạch, sấy khô để kết hợp bài khí, đuổi oxy tự do và chống nhiễm vi sinh vật.

Chương 4: Tính toán cân bằng vật chất

Chương 4 xác định tỷ lệ tổn thất qua các công đoạn và lập bảng cân bằng vật chất cho 100 kg nho, 1 mẻ (1.000 kg nho nguyên liệu) và 1 ngày làm việc (2 ca, 2.000 kg nho nguyên liệu).

STT	Công đoạn	Tỷ lệ tổn thất (%)	Giải thích tổn thất	Khối lượng vào/ngày (kg)	Khối lượng ra/ngày (kg)
1	Phân loại	3,0%	Loại quả hư hỏng, dập nát	2.000,0	1.940,0
2	Rửa	0,3%	Tạp chất bẩn, đất cát tách ra	1.940,0	1.934,2
3	Tách hạt	17,0%	Tách hạt và cuống quả	1.934,2	1.605,4
4	Nghiền	0,5%	Dính bám thành thiết bị	1.605,4	1.597,4
5	Chà	5,0%	Bã chà và dính thiết bị	1.597,4	1.517,6
6	Phối trộn	17,0%	Bay hơi nước, dính thành bồn	3.642,6	3.023,4
7	Gia nhiệt	0,5%	Bay hơi và dính bám	3.023,4	3.008,2
8	Rót nóng	0,5%	Rơi rớt, dính vòi rót	3.008,2	2.993,2

Tổng khối lượng nguyên - phụ liệu và bao bì tiêu thụ cho 1 ngày sản xuất (2.000 kg nho):

• Nho tươi: 2.000 kg/ngày (600.000 kg/năm).
• Đường RE: 1.487,2 kg/ngày (446.160 kg/năm).
• Acid citric: 29,8 kg/ngày (8.940 kg/năm).
• Pectin: 30,4 kg/ngày (9.120 kg/năm).
• Thành phẩm mứt jam: 2.993,2 kg/ngày.
• Bao bì: 9.324 lọ thủy tinh 210g/ngày (lý thuyết 9.524 lọ, tỷ lệ vỡ hỏng 2% tương đương 200 lọ); 9.324 nắp nhôm/ngày; 478 thùng carton (loại đóng 20 lọ/thùng).

Chương 5: Tính toán và lựa chọn thiết bị

Căn cứ thời gian vận hành mẻ (4 giờ/mẻ), tác giả phân bổ thời gian làm việc của các máy và lựa chọn danh mục thiết bị công nghiệp:

Tên thiết bị	Hãng/Xuất xứ - Model	Thông số kỹ thuật chính	Công suất điện (kW)
Băng tải phân loại	Dorner Conveyors (2200 Series)	Dài 5.486 mm, rộng 610 mm, vận tốc 10–22 m/phút	1,5
Máy rửa rau củ	Yazhong PLC (YZ-QPQX-5000)	Kích thước $5000 \times 1200 \times 1400\text{ mm}$, năng suất 1.500–2.000 kg/h	8,3 (động cơ chọn 2 kW)
Máy nghiền keo	IFOOD Việt Nam (Colloid Mill)	Tốc độ 2.900 rpm, độ mịn 2–50 $\mu\text{m}$, đĩa nghiền 80–200 mm	14,0
Máy chà cánh đập	Urschel (Comitrol Model 1700)	Năng suất 300 kg/h, khối lượng máy 499 kg	11,2
Bồn phối trộn - gia nhiệt	Hundom China (FK2000)	Thể tích 2.000 L, đường kính 1.200 mm, áp suất đun 0,25 MPa	4,0
Máy chiết rót - đóng nắp	China Automatic (PGF24/24/8)	Năng suất 10.000 chai/h, áp suất làm việc 0,84 MPa	10,0
Máy dán nhãn tự động	Tân Sao Bắc Á (TB-90L)	Tốc độ dán 100–300 sản phẩm/phút, chai phi 20–90 mm	2,0

Chương 6: Tính toán mặt bằng phân xưởng

Tổng diện tích xây dựng phân xưởng là $S = 925\text{ m}^2$, được phân chia thành các khu vực chức năng chính:

• Khu sản xuất chính: Xưởng sơ chế nguyên liệu ($144\text{ m}^2$), xưởng nấu - gia nhiệt ($126\text{ m}^2$), xưởng thành phẩm và bao gói ($144\text{ m}^2$).
• Hệ thống kho bãi: Kho nguyên liệu tươi ($72\text{ m}^2$), kho phụ gia thực phẩm ($36\text{ m}^2$), kho bao bì ($75\text{ m}^2$), kho bảo quản thành phẩm ($75\text{ m}^2$).
• Khu phụ trợ: Khu hành chính, phòng thay bảo hộ lao động, khu vực khử trùng công nhân, trạm CIP, trạm biến áp, nhà vệ sinh và nhà ăn.

Chương 7: Tính toán nhu cầu điện và nước

• Điện năng tiêu thụ: Điện năng động lực cho các thiết bị vận hành là 19,01 kWh/mẻ. Điện năng chiếu sáng phân xưởng tính theo suất phụ tải $p = 20\text{ W/m}^2$ trên diện tích $925\text{ m}^2$, sử dụng 113 bóng đèn huỳnh quang công suất 75W, thời gian chiếu sáng 11 giờ/ngày, tiêu thụ 98,2 kW công suất đặt. Tổng điện năng tiêu thụ toàn phân xưởng là 1.080,2 kWh/ngày.
• Nhu cầu cấp nước: Tổng lượng nước sử dụng là $25,5\text{ m}^3/\text{ngày}$, bao gồm: nước rửa nguyên liệu ($4\text{ m}^3$), nước ngâm pectin ($1\text{ m}^3$), nước phục vụ gia nhiệt ($1\text{ m}^3$), nước tráng rửa lọ thủy tinh ($4\text{ m}^3$), nước vệ sinh thiết bị ($5\text{ m}^3$) và nước sinh hoạt cho 70 cán bộ công nhân viên định mức $0,15\text{ m}^3/\text{người/ngày}$ ($10,5\text{ m}^3$).

Chương 8: Kết luận và khuyến nghị

Tác giả tổng kết tính khả thi của phương án thiết kế dây chuyền sản xuất jam nho hiện đại, nhấn mạnh vai trò của việc kiểm soát thông số công nghệ nhằm giảm thiểu phế thải và tiết kiệm năng lượng. Đồng thời, tác giả đưa ra khuyến nghị kỹ thuật: do sản phẩm jam nho tự nhiên không sử dụng chất bảo quản hóa học tổng hợp, người tiêu dùng sau khi mở nắp lọ phải bảo quản lạnh để tránh hiện tượng nấm mốc và biến đổi chất lượng do tiếp xúc với oxy không khí.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

1. Thiết lập hoàn chỉnh chuỗi thông số công nghệ sản xuất jam nho:

   • Xác định chính xác tỷ lệ phối trộn tối ưu: 50% puree nho, 48% đường tinh luyện, 1% pectin và 0,98% acid citric.
   • Xác lập chế độ gia nhiệt ở $80^\circ\text{C}$, $\text{pH} = 2,8 - 3,0$, thời gian 10 phút, đưa nồng độ chất khô hòa tan đạt $65%$, đảm bảo cấu trúc gel đông đồng nhất và tiêu diệt vi sinh vật gây hại.
   • Thiết lập chế độ rót nóng ở $80 - 85^\circ\text{C}$ kết hợp bài khí tự nhiên cho bao bì thủy tinh 210g.

2. Dữ liệu tính toán cân bằng vật chất và kỹ thuật công trình:

   • Xử lý 2.000 kg nho nguyên liệu/ngày, sản xuất ra 2.993,2 kg mứt thành phẩm (tương ứng 9.324 lọ 210g/ngày).
   • Xác định nhu cầu nguyên phụ liệu hàng năm: 600 tấn nho tươi, 446,16 tấn đường RE, 8,94 tấn acid citric và 9,12 tấn pectin.
   • Tính toán đầy đủ bảng phụ tải điện (1.080,2 kWh/ngày), lượng nước cấp ($25,5\text{ m}^3/\text{ngày}$) và bố trí phân xưởng $925\text{ m}^2$ đáp ứng nguyên tắc một chiều trong chế biến thực phẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế trong văn bản: Đồ án dừng lại ở mức độ thiết kế công nghệ và tính toán phụ trợ kỹ thuật (điện, nước, mặt bằng), chưa xây dựng bảng tính chi tiết về cân bằng nhiệt năng (lượng hơi nước bão hòa cần cấp cho bồn nấu FK2000), chưa lập dự toán tài chính phân tích các chỉ số kinh tế như vốn đầu tư ban đầu, thời gian hoàn vốn (Payback Period) và điểm hòa vốn.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Nghiên cứu mô hình truyền nhiệt thực nghiệm trong quá trình gia nhiệt và làm nguội lọ jam nho sau khi rót nóng.
  • Tận dụng nguồn phế liệu hạt và vỏ nho (chiếm 17% khối lượng sau tách hạt và 5% bã chà) để trích ly hợp chất màu anthocyanin tự nhiên hoặc ép dầu hạt nho giàu acid béo không no.

Giá trị tham khảo

Bản thuyết minh đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Kỹ thuật chế biến nông sản thực phẩm khi thực hiện đồ án môn học "Quá trình và Thiết bị", "Thiết kế nhà máy thực phẩm" hoặc khóa luận tốt nghiệp.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu cần tài liệu tra cứu về định mức tổn thất công đoạn, bảng cân bằng vật chất chế biến mứt đông và các quy chuẩn vi sinh, hóa lý (TCVN, QCVN) áp dụng cho nguyên liệu rau quả, đường, acid citric và pectin.
• Kỹ sư công nghệ và chủ cơ sở chế biến nông sản vừa và nhỏ tham khảo thông số chọn máy (nghiền keo, chà Comitrol, bồn nấu cánh khuấy có vỏ áo, máy rót đóng nắp tự động) và cách bố trí layout phân xưởng 1 chiều.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao phân xưởng sản xuất jam nho được chọn xây dựng tại KCN Du Long, Ninh Thuận? KCN Du Long nằm tại huyện Thuận Bắc, tỉnh Ninh Thuận - địa phương chiếm 90% diện tích và sản lượng nho cả nước (khoảng 60.000 – 65.000 tấn/năm). Việc đặt nhà máy tại đây giúp rút ngắn cự ly vận chuyển nguyên liệu tươi, hạn chế dập nát, giảm chi phí logistics và tận dụng các chính sách ưu đãi hạ tầng của KCN nằm giáp Quốc lộ 1 và cách Cảng Cam Ranh 30 km.

2. Công thức phối trộn sản phẩm jam nho được tính toán với tỷ lệ như thế nào? Công thức phối trộn tính theo tỷ lệ phần trăm khối lượng gồm: 50% puree nho (nồng độ chất khô 8%), 48% đường tinh luyện RE, 1% pectin và 0,98% acid citric. Trong đó, acid citric được pha dung dịch 50% trước khi bổ sung; pectin được phối trộn khô với đường theo tỷ lệ 1:1 rồi ngâm nước theo tỷ lệ 1:19 để trương nở hoàn toàn trước khi đưa vào bồn phối trộn.

3. Tỷ lệ tổn thất lớn nhất trong quy trình sản xuất jam nho nằm ở công đoạn nào? Hai công đoạn có tỷ lệ giảm khối lượng lớn nhất là tách hạt/cuống (-17%) do phải loại bỏ hoàn toàn hạt và cuống quả nhằm tránh vị chát đắng, và công đoạn phối trộn - gia nhiệt (-17%) do hiện tượng bay hơi nước để nâng nồng độ chất khô hòa tan lên 65% cùng lượng dịch dính bám vào thành thiết bị.

4. Kích thước và phân khu diện tích của phân xưởng $925\text{ m}^2$ được phân bổ ra sao? Phân xưởng gồm 3 xưởng sản xuất chính: xưởng sơ chế ($144\text{ m}^2$), xưởng nấu ($126\text{ m}^2$), xưởng thành phẩm ($144\text{ m}^2$); 4 khu kho chuyên biệt: kho nguyên liệu ($72\text{ m}^2$), kho phụ gia ($36\text{ m}^2$), kho bao bì ($75\text{ m}^2$), kho thành phẩm ($75\text{ m}^2$); phần diện tích còn lại dành cho khu hành chính, phòng thay bảo hộ, khu vực khử trùng, trạm CIP, trạm điện và công trình phụ trợ.

5. Lượng điện và nước tiêu thụ một ngày của phân xưởng là bao nhiêu? Phân xưởng tiêu thụ tổng cộng 1.080,2 kWh điện/ngày (gồm 19,01 kWh động lực máy/mẻ và 98,2 kW phụ tải chiếu sáng 113 bóng đèn hoạt động 11 giờ) và $25,5\text{ m}^3$ nước sạch/ngày (gồm $15\text{ m}^3$ nước công nghệ - vệ sinh thiết bị và $10,5\text{ m}^3$ nước sinh hoạt cho 70 cán bộ - công nhân viên).

Kết luận

Đồ án "Thiết kế phân xưởng sản xuất jam nho năng suất 2 tấn/ngày" của tác giả Huỳnh Thị Kim Thảo đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật công nghệ cho một cơ sở chế biến mứt nhuyễn quy mô vừa và nhỏ tại Ninh Thuận. Bản thuyết minh cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm và tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, lựa chọn thiết bị công nghiệp và bố trí mặt bằng phân xưởng $925\text{ m}^2$ chặt chẽ, logic. Kết quả nghiên cứu có tính ứng dụng cao, góp phần giải quyết bài toán giảm tổn thất sau thu hoạch và nâng cao chuỗi giá trị chế biến sâu cho ngành nông nghiệp trồng nho Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm Hiện nay, bên cạnh bánh kẹo là sản phẩm được yêu thích thì mứt đông là một trong những sản phẩm mới dễ dàng tìm thấy trong các siêu thị ở Việt Nam do mức độ ưa chuộng của người tiêu dùng về sản phẩm này dần tăng lên. Mứt đông là các sản phẩm chế biến từ quả tươi hoặc từ quả bán chế phẩm (puree quả, nước quả) nấu với đường đến độ khô 60-65%, có bổ sung pectin hay agar để tạo gel đông. Sản phẩm mứt nổi bật là vị ngọt, thơm đặc trưng của quả. Mứt đông được chia làm ba loại như sau: - Mứt trong Jelly: chế biến từ nước quả trong với đường, pectin, acid thành sản phẩm có trạng thái đông đặc và trong suốt.

- Mứt nhuyễn Jam: chế biến từ puree quả, có thể dùng riêng một chủng loại hoặc hỗn hợp nhiều loại quả. - Mứt miếng Marmalade: Chế biến bằng cách nấu miếng quả với đường có pha thêm axit thực phẩm và pectin. Trong đó, mứt nhuyễn vẫn được người tiêu dùng ưa chuộng rất cao. Mứt nhuyễn Jam được dùng để phết lên bánh mì ăn trong bữa điểm tâm, ăn tráng miệng, dùng làm nhân bánh kem, bánh quy, bánh bông lan hoặc cho thêm vào nước đá uống như nước giải khát.

Sản phẩm này rất phù hợp với những người bận rộn với công việc không có nhiều thơi gian.1 Mứt đông ăn kèm với bánh sandwich 1 Dưới đây là biểu đồ thống kế tình hình tiêu thụ jam trên thế giới (Hình 1. Preserve Jam Jelly Hình 1.2 Tình hình tiêu thụ các sản phẩm mứt trên phạm vi toàn cầu Hình 1.3 Tình hình tiêu thụ mứt ở châu Âu giai đoạn 2012-2016 Về mặt giá trị, mức tiêu thụ của mứt đông tăng lên với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm là 2%. Tiêu thụ đã tăng từ 3,1 tỷ euro trong năm 2012 lên 3,36 tỷ euro trong năm 2016 (Hình 1.Tiêu thụ lớn nhất ở châu Âu là ở Pháp, chiếm khoảng 39% tổng tiêu thụ của châu Âu. Các nước tiêu thụ đáng kể khác là Đức, Anh, Ý và Tây Ban Nha.

Mứt nho được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi trong đó phổ biến nhất vẫn là ở các nước châu Âu. Ở Việt Nam, hiện nay sản phẩm này còn mới nên hiện chưa được quan tâm nhiều từ phía người tiêu dùng. Nho là một trong những loại quả giàu chất dinh dưỡng và sản lượng sản xuất hàng năm rất lớn nên ngoài việc bán tươi thì chế biến mứt nho là một trong những tiềm năng rất lớn. Ở Việt Nam, nghề trồng nho đem lại hiệu quả kinh tế cao, cao hơn nhiều so với các loại cây trồng khác.

Ninh Thuận là tỉnh có diện tích trồng nho chiếm 90% tổng diện tích trồng nho của Việt Nam, mỗi năm thu khoảng 2 vụ và năng suất trung bình ở đây khoảng 15 – 20 tấn/năm. Như vậy, nếu trồng nho vùng Ninh Thuận thì lợi nhuận thu được khoảng 2 trên 100 triệu/ha, trong khi đó cây lúa với 3 vụ/năm chỉ thu được khoảng 17 đến 19 triệu đồng/ha/năm. Cây nho được xác định là cây chủ lực nên tập trung phát triển ở những khu vực không bị ngập úng, có điều kiện khí hậu và thời tiết đất đai khá phù hợp cho cây nho phát triển. Khu vực trồng nho chủ yếu ở Việt Nam bao gồm tỉnh Ninh Thuận (chiếm 90% tổng diện tích) và tỉnh Bình Thuận (chiếm 9% tổng diện tích dưới nho trong cả nước).