Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm 2 triệu lít/năm - ĐH CNTP HCM

Đồ án tốt nghiệp thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm công suất triệu lít mỗi năm, cung cấp quy trình công nghệ, tính toán thiết bị và mặt bằng chi tiết.

• Tác giả: Nguyễn Thị Nhung
• Người hướng dẫn: Đỗ Mai Nguyên Phương
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm năng suất 2 triệu lít trên 1 năm
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm 2 triệu lít năm

Ngành chế biến thủy sản đóng vai trò thiết yếu trong nền kinh tế Việt Nam. Nước mắm là gia vị truyền thống có giá trị dinh dưỡng cao. Nhu cầu tiêu thụ nước mắm sạch và đạt chuẩn ngày càng tăng mạnh trên thị trường. Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm 2 triệu lít/năm đáp ứng xu hướng công nghiệp hóa. Dự án xây dựng quy trình chế biến hiện đại trên nền tảng khoa học thực phẩm. Năng suất 2 triệu lít/năm đảm bảo nguồn cung ổn định cho thị trường nội địa và hướng đến xuất khẩu. Phân xưởng được thiết kế đồng bộ từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến đóng gói thành phẩm. Toàn bộ dây chuyền tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm nghiêm ngặt. Mặt bằng nhà xưởng được bố trí khoa học nhằm tối ưu hóa đường đi của vật liệu. Dự án giúp nâng cao giá trị nguồn lợi thủy sản trong nước. Việc ứng dụng công nghệ hiện đại giúp rút ngắn thời gian lên men và nâng cao chất lượng cảm quan của sản phẩm.

1.1. Cơ sở lựa chọn quy mô và năng suất 2 triệu lít năm

Quy mô 2 triệu lít/năm được xác định dựa trên khảo sát nhu cầu thị trường tiêu thụ gia vị đóng chai. Năng suất này phù hợp với năng lực cung ứng nguồn cá nguyên liệu tại các vùng biển Việt Nam. Lịch làm việc của nhà máy được thiết kế 300 ngày mỗi năm. Quy trình chia thành 10 mẻ sản xuất với sản lượng 200.000 lít mỗi mẻ. Thời gian hoàn thành mỗi chu kỳ lên men là 30 ngày. Quy mô công suất vừa phải giúp giảm thiểu rủi ro tồn kho và tối ưu hóa vốn đầu tư ban đầu. Cơ sở sản xuất đảm bảo vận hành liên tục, tạo việc làm ổn định cho lao động địa phương.

1.2. Nguồn nguyên liệu cá và phụ liệu trong quy trình chế biến

Nguyên liệu chính sử dụng cho phân xưởng là cá cơm tươi giàu hàm lượng protein tự nhiên. Cá phải đáp ứng các tiêu chuẩn tươi sống, không dập nát và không chứa độc tố. Phụ liệu muối ăn là muối biển tinh khiết với hàm lượng natri clorua trên 90%. Muối sạch giúp ức chế vi sinh vật gây thối và định hình vị mặn hài hòa. Ngoài ra, phân xưởng sử dụng chế phẩm enzyme sinh học nhằm hỗ trợ phân giải protein. Nguồn nước sạch đạt tiêu chuẩn cấp nước chế biến thực phẩm được kiểm soát định kỳ. Bao bì đóng chai nhựa hoặc thủy tinh 500ml đảm bảo bảo quản tối ưu cho sản phẩm.

II. Thách thức kỹ thuật thiết kế phân xưởng nước mắm 2 triệu lít năm

Phương pháp ủ chượp truyền thống thường kéo dài từ 6 tháng đến 12 tháng. Thời gian lên men dài gây ứ đọng vốn và chiếm diện tích mặt bằng lớn. Khí hậu và thời tiết thất thường dễ ảnh hưởng xấu đến chất lượng mẻ chượp. Mùi tanh và quá trình phân giải protein không triệt để làm giảm hiệu suất thu hồi đạm. Ngoài ra, việc duy trì các điều kiện vệ sinh vô trùng trong phân xưởng quy mô lớn đòi hỏi sự kiểm soát nghiêm ngặt. Thất thoát vật chất xảy ra tại nhiều công đoạn như lọc bã, phối trộn và chiết rót. Rửa chai và thanh trùng nếu không chuẩn hóa sẽ làm suy giảm độ bền của sản phẩm. Nước thải sản xuất chứa nồng độ muối và chất hữu cơ cao gây khó khăn cho hệ thống xử lý. Thiết kế phân xưởng phải giải quyết triệt để các bài toán kỹ thuật này. Mục tiêu là đảm bảo chất lượng nước mắm đồng đều, an toàn và thân thiện với môi trường.

2.1. Hạn chế về thời gian của phương pháp ủ chượp truyền thống

Phương pháp sản xuất truyền thống phụ thuộc hoàn toàn vào hệ enzyme nội tại trong nội tạng cá. Quá trình thủy phân diễn ra chậm chạp và tiêu tốn nhiều thời gian chờ đợi. Năng suất vì thế bị giới hạn, khó đáp ứng các đơn hàng thương mại số lượng lớn. Nồng độ muối cao ban đầu ức chế hoạt tính enzyme, làm chậm tốc độ phân giải chuỗi polypeptid. Mặt bằng chứa thùng chượp đòi hỏi không gian nhà xưởng rất rộng. Việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong suốt nhiều tháng cũng gặp nhiều trở ngại khách quan. Đây là điểm nghẽn chính cần tháo gỡ khi công nghiệp hóa.

2.2. Kiểm soát thất thoát vật chất và chỉ tiêu an toàn vệ sinh

Quá trình chế biến nước mắm công nghiệp đối mặt với nguy cơ hao hụt vật chất ở từng công đoạn. Tổn thất trong bảo quản chai trong kho đạt khoảng 0,45%. Quá trình rửa chai và chiết rót đóng nắp ghi nhận mức hao hụt mỗi khâu là 2%. Các cặn bã protein không hòa tan cần được tách triệt để mà không làm mất đạm hòa tan. Kiểm soát vi sinh vật gây hại và nấm mốc đòi hỏi phân xưởng phải có phòng sạch đạt chuẩn. Thiết bị phải chế tạo từ vật liệu chống ăn mòn do dung dịch muối mặn có tính phá hủy kim loại rất mạnh.

III. Giải pháp công nghệ phân xưởng sản xuất nước mắm 2 triệu lít năm

Giải pháp then chốt của đồ án là ứng dụng công nghệ sản xuất ngắn ngày bằng enzyme vi sinh vật. Chế phẩm Neutrase và Flavourzyme giúp thủy phân liên kết peptit nhanh chóng và triệt để. Thời gian lên men được rút ngắn chỉ còn 30 ngày cho một mẻ sản xuất. Phân xưởng bố trí hệ thống thiết bị đồng bộ gồm bồn lên men có gia nhiệt, máy lọc khung bản, bồn phối trộn và máy chiết chai tự động. Tính toán cân bằng vật chất cho thấy để đạt 2 triệu lít/năm cần 3.543,6 tấn cá và 660 tấn muối mỗi năm. Lượng enzyme tiêu thụ hàng năm là 3.300 kg. Mỗi mẻ sản xuất 200.000 lít nước mắm tiêu hao 354,36 tấn cá và 66 tấn muối. Hệ thống lò hơi cung cấp nhiệt ổn định cho các bồn lên men duy trì ở mức 45-55 độ C. Thiết bị lọc khung bản đảm bảo nước mắm trong suốt, không lắng cặn.

3.1. Ứng dụng enzyme protease vi sinh vật để rút ngắn chu kỳ

Chế phẩm Neutrase từ Bacillus Subtilis là protease kim loại hoạt động tối ưu ở pH 5,5 đến 7,5 và nhiệt độ 45 đến 55 độ C. Enzyme này cắt đứt các liên kết peptit nội mạch tạo thành các đoạn peptid ngắn. Kết hợp cùng Flavourzyme từ Aspergillus oryzae giúp giải phóng acid amin tự do và tạo hương thơm tự nhiên. Enzyme vi sinh vật có tính đặc hiệu cao, nguồn cung dồi dào và giá thành hợp lý. Quá trình thủy phân diễn ra mạnh mẽ trong môi trường kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt. Phương pháp này nâng cao hiệu suất thu hồi nitơ toàn phần từ thịt cá.

3.2. Tính toán cân bằng nguyên liệu và lựa chọn thiết bị chính

Theo tính toán cân bằng vật chất, 100 lít nước mắm thành phẩm cần 33 kg muối và 0,165 kg enzyme. Số lượng chai 500ml thực tế cần dùng ban đầu là 205 chai để bù đắp các hao hụt kỹ thuật. Dây chuyền lựa chọn thiết bị hiện đại gồm băng tải tiếp nhận cá, vít tải vận chuyển và máy lọc khung bản áp lực. Bồn phối trộn gắn cánh khuấy gia nhiệt hỗ trợ hòa tan phụ gia đồng đều. Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động đạt công suất cao, giảm chi phí nhân công. Toàn bộ thiết bị tiếp xúc nước mắm đều làm bằng inox 304 chống rỉ sét.

IV. Đánh giá hiệu quả phân xưởng sản xuất nước mắm 2 triệu lít năm

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm công suất 2 triệu lít/năm mang lại giá trị thực tiễn to lớn. Phương pháp công nghệ mới giúp doanh nghiệp quay vòng vốn nhanh gấp nhiều lần so với ủ chượp truyền thống. Năng suất cao và ổn định giúp giảm chi phí sản xuất trên từng đơn vị sản phẩm. Chất lượng nước mắm đồng nhất về độ đạm, màu sắc cánh gián và hương vị thanh dịu. Mặt bằng phân xưởng được tối ưu hóa diện tích nhờ giảm số lượng thùng chứa kích thước lớn. Hệ thống phụ trợ hơi nước, điện lực và cấp thoát nước được tính toán đầy đủ, đảm bảo vận hành thông suốt. Dự án giải quyết tốt bài toán xử lý nước thải và bảo vệ môi trường xung quanh. Kết quả nghiên cứu chứng minh tính khả thi cao của việc hiện đại hóa ngành sản xuất nước mắm Việt Nam.

4.1. Lợi ích kinh tế và hiệu quả vận hành dây chuyền tự động

Việc rút ngắn chu kỳ sản xuất xuống 30 ngày mỗi mẻ giúp tăng vòng quay vốn lưu động cho nhà máy. Năng suất 2 triệu lít/năm mang lại doanh thu ổn định và biên lợi nhuận cao. Tự động hóa các khâu cân, vận chuyển bã cá, lọc và đóng chai giúp cắt giảm 40% chi phí nhân công trực tiếp. Mức độ hao hụt nguyên liệu trong toàn bộ quy trình được kiểm soát chặt chẽ dưới ngưỡng 3%. Năng lượng hơi và điện được tận dụng triệt để qua các bộ trao đổi nhiệt. Hiệu quả kinh tế vượt trội khẳng định tính đúng đắn của phương án thiết kế.

4.2. Khả năng nhân rộng mô hình vào thực tiễn ngành thực phẩm

Mô hình phân xưởng ứng dụng enzyme protease có thể áp dụng rộng rãi tại các tỉnh ven biển trên cả nước. Giải pháp này giúp tận dụng các nguồn cá nổi nhỏ có giá trị kinh tế thấp thành sản phẩm gia vị cao cấp. Công nghệ kiểm soát nhiệt độ và thủy phân cưỡng bức mở ra hướng phát triển bền vững cho ngành thủy sản. Doanh nghiệp có thể chủ động sản xuất quanh năm mà không phụ thuộc vào thời tiết nắng mưa. Đây là bước đệm quan trọng để đưa thương hiệu nước mắm công nghệ mới vươn ra thị trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nước ta nằm trên bán đảo Đông Dương, phía đông và nam giáp biển Đông. Do đường bờ biển dài hơn 3200 km và diện tích thềm lục địa, lãnh hải rộng lớn đã tạo điều kiện thuận lợi cho ngành khai thác thủy sản phát triển. Hơn nữa nước ta thuộc vùng biển nhiệt đới nên nguồn tài nguyên đa dạng và phong phú. Theo dự tính sơ bộ, biển Việt Nam có khoảng 2000 loài cá, hiện nay đã nhận dạng được gần 1000 loài.

Theo thống kê cho biết tổng trữ lượng cá đáy ở vùng biển Việt Nam khoảng 1,7 triệu tấn, khả năng cho phép khai thác hàng năm 1,2 – 1,3 triệu tấn, tổng trữ lượng cá tầng là 1,2 – 1,3 triệu tấn, khả năng cho phép khai thác là 700 – 800 nghìn tấn. Từ đó cho thấy tiềm năng to lớn của thủy sản nước ta do đó việc khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả nguồn tài nguyên này là vấn đề rất cần quan tâm. Nghề cá trong nhân dân ta có từ lâu đời, trong quá trình khai thác do yêu cầu bảo quản nguyên liệu, dự trữ thực thực phẩm lâu dài mà ngành làm nước mắm ra đời. Nước mắm là một loại nước chấm quen thuộc được ưa chuộng nhất ở nước ta và không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày.

Trong nước mắm có chứa 17 loại axid amin, vitamin B, nhiều chất khoáng vi và đa lượng khác. Nước mắm hấp dẫn người ăn bởi hương vị đậm đà, đặc trưng mà không một loại sản phẩm nào có thể thay thế được và có lẽ vì thế mà nhiều người xa quê vẫn luôn nhớ hương vị nước mắm quê nhà. Theo thống kê, mỗi năm thị trường Việt Nam cần hơn 200 triệu lít nước mắm. Với hơn 95% các hộ gia đình ở nước ta sử dụng nước mắm để chấm, ướp, nấu trong các bữa ăn hàng ngày thì đây là thị trường hấp dẫn.

Công nghệ sản xuất nước mắm ở nước ta chủ yếu là theo phương pháp truyền thống từ xưa cha ông ta truyền lại, thời gian từ lúc làm đến lúc cho ra sản phẩm thường từ 6-12 tháng và có thể lâu hơn nữa. Thời gian ủ càng lâu thì nước mắm càng có hương vị thơm ngon, đặc trưng. Với sự phát triển của kĩ thuật, đã có nhiều phương pháp cải tiến để rút ngắn thời gian lên men nước mắm nhưng vẫn giữ được hương vị. Chính vì vậy, tôi đề xuất đề tài “Thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm năng suất 2 triệu lít/năm”.

Lập luận kinh tế 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm Nước mắm là sản phẩm truyền thống của nước ta, đây là sản phẩm chính của ngành chế biến thủy sản. Mỗi năm nước ta sản xuất với sản lượng lớn và ổn định từ 170 - 180 triệu lít/năm. Các xí nghiệp sản xuất phân bố khắp các tỉnh ven biển từ ắc tới Nam.

Tuy nhiên các xí nghiệp sản xuất nước mắm lớn chủ yếu tập trung ở Nam Trung ộ và Nam ộ như: Nha Trang, Phan Thiết, Phú Quốc… Ở miền ắc và ắc Trung ộ chỉ có một vài xí nghiệp lớn với công suất 2 - 4 triệu lít nước mắm/năm ở Nghệ An, Thanh Hóa, Hải Phòng… còn lại chủ yếu là các xí nghiệp nhỏ với qui mô hộ gia đình. Phú Quốc có 84 nhà thùng mỗi năm sản xuất khoảng 12 triệu lít. Nha Trang với hơn 200 cơ sở, doanh nghiệp sản xuất nước mắm với tổng sản lượng ước tính 15 triệu lít/năm. Phan Thiết với 14 cơ sở sản xuất nước mắm được cấp giấy chứng nhận sử dụng nhãn hiệu Phan Thiết có tổng sản lượng 10,9 triệu lít/năm.

Đây là 3 nhãn hiệu nước mắm đã được cục sở hữu công nghiệp công nhận và bảo hộ độc quyền. Hiện nay doanh nghiệp mạnh trong ngành sản xuất nước mắm là Masan food với sản phẩm nước mắm mang nhãn hiệu Nam Ngư, Chinsu. Theo khảo sát của Euromonitor, nước mắm của Masan food đã chiếm lĩnh 19 % thị phần nước mắm Việt Nam. Sản phẩm nước mắm không chỉ phục vụ nhu cầu trong nước mà còn được xuất khẩu sang thị trường thế giới như các nước Châu Âu, Mỹ, Nhật…Sản phẩm xuất khẩu là nước mắm Phú Quốc chất lượng cao làm hoàn toàn từ cá cơm.

Rất nhiều doanh nghiệp cũng đang tìm cách đầu tư trang thiết bị hiện đại để sản xuất, nâng cao năng suất chất lượng nước mắm và tìm ra chiến lược đưa sản phẩm nước mắm ra thị trường nước ngoài. Nghề nước mắm có ở khắp nơi trên đất nước ta nhưng chủ yếu vẫn sản xuất theo phương pháp cổ truyền, qui trình công nghệ còn thô sơ, thời gian kéo dài do vậy hiệu quả kinh tế đạt thấp. Đã có rất nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước về phương pháp sản xuất nước mắm nhằm rút ngắn thời gian sản xuất, tăng độ đạm và cải thiện hương vị của nước mắm ngắn ngày đã đạt được những kết quả nhất định. Hiện nay đã có một số xưởng sản xuất nước mắm theo công nghệ mới sử dụng enzyme trong quá trình chế biến để tăng hiệu suất thu hồi đạm, tăng tốc độ thủy phân và rút ngắn thời gian sản xuất như nước mắm Cửa Hội (Nghệ An), Tân Hải- Hải Hậu ( Nam Định)…nhưng sản lượng đó chỉ là một phần nhỏ so với tổng sản lượng nước mắm hiện trên thị trường.

Như vậy cần phát triển và hoàn thiện công nghệ sản xuất nước mắm ngắn ngày và đưa 2 phương pháp này ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Lựa chọn địa điểm xây dựng phân xưởng Khi lựa chon địa điểm xây dựng phân xưởng ta cần quan tâm đến nhiều yếu tố. Đó là một hàm đa mục tiêu mà ta cần phải tối ưu nó. Sau đây là những yếu tố khi chọn địa điểm xây dựng cần phải xem xét: - Vị trí của phân xưởng đối với thị trường cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm.

- Vị trí của phân xưởng đối với mạng lưới giao thông đô thị. - Đặc điểm của khu đất sẽ xây dựng phân xưởng:diện tích,hình dạng,cách xa khu dân cư,cấu trúc nền đất, cơ sở hạ tầng… - Vấn đề xử lý chất thải cũng rất được quan tâm. Huyện Quảng Xương - Thanh Hóa là nơi có nghề làm nước mắm từ lâu đời, tập trung chủ yếu là các xã như: Quảng Vinh, Quảng Hùng, Quảng Hải… các địa phương này sản xuất nước mắm cung cấp cho địa bàn trong tỉnh. Đặc biệt Thanh Hóa cũng được biết đến là địa điểm sản xuất nước mắm ngon.

Do vậy em lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy là xã Quảng Hùng, Huyện Quảng Xương, Tỉnh Thanh Hóa. Là một huyện ven biển do vậy gần nguồn nguyên liệu, giảm chi phí vận chuyển nguyên liệu  Về giao thông vận tải Quảng Xương có mạng lưới giao thông thuận tiện cả về đường bộ, đường biển. là huyện giáp biển việc chuyên chở nguyên liệu dễ dàng và chi phí thấp. Gần đường quốc lộ 1A chạy qua, có tuyến đường sắt ắc Nam và ga Thanh Hóa nên rất thuận tiện để chuyên chở hàng hóa đi tiêu thụ.

Mặt khác có 2 tuyến đường thông thương với nước bạn Lào nên việc mở rộng thị trường sang Lào rất thuận lợi.  Thị trường tiêu thụ Là một tỉnh có dân số đông do vậy đây là thị trường tiềm năng rất lớn. Sản phẩm của nhà máy sản xuất sẽ phục vụ cho các địa bàn trong tỉnh và các tỉnh lân cận như: Hà Nội, Nghệ An, Hà Tĩnh,. Mặt khác nước mắm là sản phẩm cổ truyền mang tính chất đặc trưng của người Việt, do vậy cơ hội để đưa sản phẩm xuất khẩu ra thị trường nước ngoài là rất lớn.

 Nguồn điện nước Nguồn điện của nhà máy lấy từ hệ thống lưới điện quốc gia. Ngoài ra còn lắp đặt một máy phát điện phòng ngừa trường hợp điện gặp sự cố.  Nguồn nhân lực Quảng Xương có nguồn lao động trẻ, dồi dào do vậy nguồn nhân công sẽ lấy từ địa phương. Nguồn nhân công sẽ được đào tạo trước khi đi vào thực tiễn của nhà máy.

Nguồn cán bộ kỹ thuật cao sẽ tuyển mộ bao gồm những người có kinh nghiệm và các 3 kĩ sư có trình độ và lòng nhiệt tình với công việc. Nguồn cung cấp nguyên liệu Nguyên liệu dùng để sản xuất nước mắm bao gồm: cá, muối và enzyme 1. Cá Cá là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất nước mắm. cá được dùng để sản xuất nước mắm thường là cá nhỏ, có giá trị kinh tế thấp như: cá cơm, cá nục, cá liệt, cá trọng,… chúng thường được thu mua từ các tàu thuyền đi đánh bắt hoặc từ các cơ sở thu mua cá.

Muối Đây là nguyên liệu quan trọng thứ 2 sau cá. Muối được cho vào với tỉ lệ 25- 30% và nó có tầm quan trọng quyết định đối với chất lượng nước mắm. Muối trong tự nhiên gồm có muối mỏ, muối giếng, muối ở đáy hồ nước mặn và muối bể. Người ta thường dùng muối bể để chế biến nước mắm.

Quảng Xương cũng là địa phương sản xuất nhiều muối do vậy muối có thể được thu mua từ các nơi trong huyện, nếu thiếu thì có thể bổ sung từ các nơi khác như: Hậu Lộc,. Enzyme protease Công nghệ nước mắm ngắn ngày sử dụng chế phẩm enzyme protease Flavourzyme. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2. Cá Cá là nguyên liệu chính dùng để sản xuất nước mắm.

Nó đóng vai trò quan trọng, có tính chất quyết định chất lượng của nước mắm. Trong cá có chứa lượng lớn các chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe đặc biệt là protein. Đây là nguồn cơ chất cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, phân giải thành các chất thấp phân tử peptid và các axit amin giúp cho cơ thể chúng ta dễ dàng hấp thụ, tạo hương vị đặc trưng cho nước mắm. Cá làm nước mắm chủ yếu là những loài cá biển nhỏ như: cá cơm, cá nục, cá ve, cá liệt, …là những loài có giá trị kinh tế thấp.

Cá nước ngọt thường ít được sử dụng do nguồn nguyên liệu này ít và giá cả cao hơn. Nguyên liệu cá trƣớc khi chế biến 5 Bảng 2.