Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, sữa bò và các sản phẩm từ sữa là nguồn cung cấp dinh dưỡng toàn diện bao gồm protein, lipid, glucid, khoáng chất và vitamin với tỷ lệ cân đối. Tại thị trường Việt Nam, xu hướng tiêu thụ các dòng sản phẩm sữa lên men tự nhiên bổ sung vi khuẩn có lợi (probiotic) ngày càng gia tăng nhằm hỗ trợ tiêu hóa và nâng cao sức đề kháng. Công ty Cổ phần Sữa TH (TH True Milk) tại huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An là một trong những đơn vị sản xuất sữa quy mô lớn, sở hữu cụm trang trại chăn nuôi bò sữa tập trung ứng dụng công nghệ cao và hệ thống chế biến khép kín. Dòng sản phẩm sữa chua uống men sống TH True Yogurt được sản xuất từ nguồn sữa tươi sạch nguyên chất kết hợp với các loại dịch quả tự nhiên (dâu, cam, việt quất, vanilla) và chủng men sống probiotic. Nhằm hệ thống hóa kiến thức chuyên ngành Công nghệ thực phẩm và tìm hiểu thực tế dây chuyền công nghệ tại nhà máy, tác giả Trần Thị Soa đã thực hiện đề tài khảo sát quy trình công nghệ này.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Mục tiêu tổng quát: Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất sữa chua uống men sống TH True Yogurt tại Công ty Cổ phần sữa TH True Milk.
- Mục tiêu cụ thể (được đánh số theo văn bản):
- Tìm hiểu lịch sử hình thành, phát triển của Công ty Cổ phần sữa TH True Milk.
- Tìm hiểu vùng nguyên liệu của nhà máy.
- Tìm hiểu dây chuyền công nghệ: thuyết minh chi tiết quy trình công nghệ từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến thành phẩm cuối cùng.
- Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động, vận hành của các thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất.
- Phân tích chỉ tiêu chất lượng sữa chua uống thành phẩm.
- Tìm hiểu việc phân tích mối nguy và kiểm soát điểm tới hạn (HACCP).
- Đánh giá những điểm hợp lý và chưa hợp lý trên dây chuyền sản xuất.
- Định hướng phát triển, mở rộng sản xuất nhằm tăng năng suất lao động.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Quy trình sản xuất sữa chua uống men sống TH True Yogurt.
- Địa điểm nghiên cứu: Nhà máy sữa tươi sạch TH True Milk, xã Nghĩa Bình, huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An.
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 12/2017 đến tháng 03/2018.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về hóa sinh sữa, vi sinh vật học thực phẩm và hệ thống quản lý an toàn thực phẩm:
- Thành phần hóa lý sữa tươi nguyên liệu: Sữa gồm nước tự do (96–97%), nước liên kết (3–4%) và chất khô (≥ 11,8%). Lipid sữa gồm 98–99% triglixerit với đường kính cầu mỡ trung bình từ 3–4 µm (tỷ trọng 0,925 g/cm³). Protein sữa gồm protein hòa tan (albumin, globulin, lactoferrin) và hệ phức hợp keo micelle casein gắn kết với canxi phosphat. Casein đông tụ tối ưu ở pH 4,5–4,7 và có khả năng hydrat hóa cực đại ở 90–95°C. Đường lactose (dạng α và β) là cơ chất cho vi khuẩn lactic chuyển hóa thành acid lactic.
- Hệ vi sinh vật và phụ gia: Chủng probiotic Lactobacillus acidophilus (sinh trưởng tối ưu ở 37°C) cùng hỗn hợp men cái ưa nhiệt Streptococcus thermophilus (nhiệt độ tối ưu 40–45°C, pH 6,6–6,8) và Lactobacillus bulgaricus (nhiệt độ tối ưu 40–45°C, pH 5,2–5,6) do hãng CHR Hansen (Đan Mạch) cung cấp dưới dạng đông khô trực tiếp (quy cách 50 IU, 200 IU, 500 IU bảo quản ở -18°C). Chất ổn định Pectin YM-115L ngăn ngừa tách pha và sa lắng protein ở pH < 4,6. Tiêu chuẩn đường RE áp dụng theo TCVN 6958:2001. Tiêu chuẩn nước chế biến áp dụng theo Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ.
- Hệ thống quản lý chất lượng: Khung phân tích mối nguy và điểm kiểm soát tới hạn HACCP gồm 12 bước (5 bước chuẩn bị và 7 nguyên tắc cơ bản).
Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thu thập thông tin và quan sát: Thu thập tài liệu thứ cấp, quan sát trực tiếp quy trình vận hành dây chuyền và thao tác kiểm tra chất lượng của nhân viên QA/QC tại nhà máy.
- Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm:
- Đánh giá chất lượng vi sinh bằng dung dịch Resazurin 0,055% (ủ ở 37°C trong bồn điều nhiệt, theo dõi biến đổi màu sau 20 phút và 1 giờ).
- Xác định độ tươi của sữa bằng phương pháp thử cồn 75° (tỷ lệ thể tích sữa : cồn là 1:1, đánh giá hiện tượng kết tủa protein tương ứng với độ chua theo thang đo Thorner).
- Đo pH bằng máy đo điện cực pH (nguồn gốc Anh).
- Xác định độ axit Thorner (°T) bằng phương pháp chuẩn độ trung hòa lượng axit tự do với dung dịch NaOH 0,1N, chỉ thị phenolphtalein 1%.
- Thử nhanh dư lượng kháng sinh nhóm β-lactam bằng que thử kháng thể Delvitest (ủ mẫu 2–3 phút, đọc kết quả sau 5 phút).
- Phân tích các chỉ tiêu thành phần sữa bằng máy Milkoscan 120 (Mỹ).
| Tên thiết bị / Dụng cụ |
Nguồn gốc xuất xứ |
Mục đích sử dụng |
| Máy phân tích Milkoscan 120 |
Mỹ |
Phân tích nhanh các chỉ tiêu hóa lý của sữa |
| Máy đo pH |
Anh |
Đo chỉ số pH của nguyên liệu và bán thành phẩm |
| Bồn điều nhiệt |
Trung Quốc |
Duy trì nhiệt độ 37°C để thử nghiệm Resazurin |
| Cốc đong, pipet, buret, bình tam giác |
Đức |
Chuẩn độ độ axit và đong hút dung dịch |
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu dinh dưỡng của người tiêu dùng và tiềm năng phát triển của các sản phẩm sữa lên men tại thị trường trong nước. Xác lập 1 mục tiêu tổng quát, 8 mục tiêu cụ thể, ý nghĩa khoa học trong việc hệ thống hóa kiến thức công nghệ thực tế và ý nghĩa thực tiễn đối với hoạt động kiểm soát chất lượng tại Công ty Cổ phần sữa TH.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
Chương này tổng hợp các tư liệu thứ cấp về lịch sử hình thành Tập đoàn TH từ năm 2009, mốc khởi công xây dựng nhà máy năm 2010, vận hành giai đoạn I năm 2013 và cơ cấu tổ chức quản lý của công ty. Tác giả trình bày chi tiết cơ sở lý thuyết về sữa tươi nguyên liệu bao gồm: các chỉ số lý tính (tỷ trọng 1,026–1,032 g/cm³, chỉ số khúc xạ 1,35, điểm đông đặc -0,55°C), cấu trúc hóa học của lipid, protein, lactose, hệ khoáng (Ca/P = 1/1,3) và các enzyme tự nhiên (lipase, catalase, phosphatase, protease). Phần tổng quan cũng nêu vai trò của probiotic (L. acidophilus), các nghiên cứu lâm sàng của Viện Dinh dưỡng Quốc gia (2015–2016) về hiệu quả của sữa chua uống men sống đối với việc giảm tỷ lệ cảm cúm và rối loạn tiêu hóa ở trẻ em, cùng các nguyên lý thiết lập hệ thống HACCP và cấu trúc phân tử của pectin.
| Chỉ tiêu vật lý của sữa tươi nguyên liệu |
Giá trị tiêu chuẩn |
| Tỷ trọng ở 15°C |
1,026 – 1,032 g/cm³ |
| Mật độ quang ở 15°C |
1,030 – 1,034 |
| Nhiệt độ đông đặc |
-0,55°C |
| Độ axit |
12 – 18°T |
| Độ pH |
6,7 – 7,0 |
| Chỉ số khúc xạ ở 20°C |
1,35 |
| Hàm lượng chất khô |
≥ 11,8% |
| Hàm lượng chất béo |
≥ 3,2% |
| Hàm lượng protein |
≥ 3,0% |
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nội dung chương mô tả chi tiết địa điểm, thời gian thực hiện đề tài tại Nhà máy sữa tươi sạch TH True Milk (Nghệ An), danh mục hóa chất thử nghiệm (cồn 75°, NaOH, phenolphtalein 1%, resazurin 0,055%, que thử β-lactam) và hệ thống thiết bị phòng thí nghiệm. Tác giả chi tiết hóa 3 nội dung nghiên cứu chính và thuyết minh nguyên tắc, quy trình thực hiện các phép phân tích hóa lý - vi sinh dùng trong kiểm soát nguyên liệu sữa.
| Cấp chất lượng |
Thời gian mất màu Resazurin |
Trạng thái màu sắc quan sát |
Kết luận kiểm tra |
| Loại I (Rất tốt) |
Sau 1 giờ |
Xanh |
Đạt |
| Loại II (Tốt) |
Sau 1 giờ |
Xanh chuyển xanh tím |
Đạt |
| Loại III (Trung bình) |
Sau 1 giờ |
Xanh chuyển tím ánh xanh |
Đạt |
| Loại IV (Xấu) |
Sau 1 giờ |
Tím chuyển tím hồng |
Không đạt |
| Loại V (Tồi) |
Sau 1 giờ |
Tím hồng chuyển trắng hồng |
Không đạt |
| Loại VI (Rất tồi) |
≤ 20 phút |
Mất màu hoàn toàn (Trắng) |
Không đạt |
Phần 4: Kết quả và thảo luận
Chương tập trung thuyết minh các yêu cầu kỹ thuật nguyên liệu đầu vào và các công đoạn trong quy trình công nghệ sản xuất sữa chua uống men sống TH True Yogurt:
- Tiêu chuẩn nguyên liệu: Nước chế biến (độ cứng ≤ 125 mg CaCO₃/lít, clo dư ≤ 50 mg/lít, tổng vi sinh vật ≤ 100 CFU/ml, không có Coliform/E.coli). Đường RE (hàm lượng saccharose ≥ 99,9%, ẩm 0,1%, dùng khoảng 80 kg/1000 kg sữa). Chất ổn định Pectin YM-115L (định mức 3,4 kg/1000 kg sản phẩm). Dịch quả việt quất (pH 3,2 ± 0,2, tổng vi sinh vật < 100 CFU/g, nấm men/mốc < 20 CFU/g, được thanh trùng ở 90°C trong 5 phút trước khi sử dụng). Men giống khô cấy trực tiếp CHR Hansen bảo quản ở -18°C.
- Thuyết minh quy trình công nghệ:
- Tiếp nhận và làm sạch: Sữa từ xe bồn (nhiệt độ 2–5°C) sau khi kiểm tra đạt các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh được bơm qua bồn tách khí để loại bóng khí, sau đó qua thiết bị lọc dạng ống có kích thước lỗ lọc 100 µm và đo thể tích bằng flow meter.
- Làm lạnh và trữ lạnh: Sữa được làm lạnh xuống 2–3°C bằng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, đưa vào bồn chứa RAW MILK có cánh khuấy hoạt động liên tục ở tốc độ 45 vòng/phút, thời gian trữ lạnh tối đa 48 giờ.
- Ly tâm tách béo và làm sạch: Sữa được gia nhiệt sơ bộ lên 40–45°C để giảm độ nhớt, sau đó đưa vào máy ly tâm đĩa GAP có khe hở giữa các đĩa 0,4 mm với tốc độ quay 6600 vòng/phút. Cặn bẩn được xả định kỳ 25 phút/lần.
- Gia nhiệt lần 1 và bài khí: Nâng nhiệt độ sữa lên 68°C bằng thiết bị dạng tấm, đưa vào bồn bài khí chân không để loại bỏ oxy, CO₂ và nitơ, giúp giảm độ axit của khối sữa từ 0,5–2°T.
- Đồng hóa: Tiến hành đồng hóa 2 cấp ở nhiệt độ 60–80°C với tổng áp suất 200 bar (cấp 1: 150–160 bar nhằm xé nhỏ cầu béo; cấp 2: 40–50 bar nhằm phân tán chống tái kết tụ).
- Thanh trùng: Sữa được gia nhiệt đến 75 ± 1°C, giữ nhiệt trong ống lưu nhiệt từ 15–20 giây, sau đó làm nguội nhanh và chuyển vào bồn Base milk (lưu trữ ở nhiệt độ ≤ 5°C, thời gian tối đa 48 giờ).
- Phối trộn dịch lên men và lên men: Bơm một phần sữa từ Base milk gia nhiệt lên 40–45°C để hòa tan đường RE, dextrose monohydrate, chất ổn định pectin và dịch quả việt quất đã xử lý nhiệt; cấy trực tiếp men giống probiotic vào bồn ủ men.
| Công đoạn công nghệ |
Thông số kỹ thuật quy định |
Thiết bị sử dụng |
| Tiếp nhận & Lọc sạch |
Nhiệt độ ≤ 6°C; Lỗ lọc kích thước 100 µm |
Bơm ly tâm, bồn tách khí, flow meter |
| Trữ lạnh sữa tươi |
Nhiệt độ 2–3°C; Cánh khuấy 45 vòng/phút; Thời gian ≤ 48h |
Thiết bị tấm bản, bồn RAW MILK |
| Ly tâm tách béo |
Nhiệt độ 40–45°C; Tốc độ quay 6600 vòng/phút; Xả cặn 25 phút/lần |
Thiết bị ly tâm đĩa GAP |
| Gia nhiệt 1 & Bài khí |
Nhiệt độ 68°C; Áp suất chân không |
Thiết bị dạng tấm, bồn bài khí chân không |
| Đồng hóa 2 cấp |
Áp suất tổng 200 bar (Cấp 1: 150–160 bar; Cấp 2: 40–50 bar); Nhiệt độ 60–80°C |
Máy đồng hóa 2 cấp áp suất cao |
| Thanh trùng |
Nhiệt độ 75 ± 1°C; Thời gian giữ nhiệt 15 giây |
Thiết bị thanh trùng trao đổi nhiệt dạng tấm |
Phần 5 và 6: Quy trình kiểm soát chất lượng, Vệ sinh nhà máy và Kiến nghị
Văn bản trình bày các nội dung liên quan đến việc thiết lập chương trình HACCP, xác định các điểm kiểm soát tới hạn (CCP) trên dây chuỗi sản xuất, quy trình vệ sinh thiết bị tự động CIP (Cleaning In Place), xử lý nước thải công nghiệp và các đề xuất nhằm hoàn thiện vận hành kỹ thuật tại đơn vị thực tập.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính:
- Khảo sát và hệ thống hóa toàn bộ các thông số kỹ thuật chuẩn của dây chuyền chế biến sữa chua uống men sống TH True Yogurt từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến thành phẩm.
- Xác lập định mức phối trộn nguyên liệu phụ cho mẻ sản xuất chuẩn: đường tinh luyện RE (80 kg/1000 kg sữa), chất ổn định Pectin YM-115L (3,4 kg/1000 kg sữa), chế độ xử lý nhiệt dịch quả việt quất (90°C trong 5 phút).
- Thống kê các thông số kiểm soát chất lượng sữa tươi nguyên liệu bằng phương pháp hóa lý, vi sinh (độ cồn 75°, chuẩn độ Thorner, thời gian mất màu Resazurin, que thử kháng sinh β-lactam và đo phổ Milkoscan 120).
- Mô tả quy trình CIP và hệ thống phân tích mối nguy an toàn thực phẩm theo tiêu chuẩn HACCP tại nhà máy.
Giải pháp và kiến nghị của tác giả:
- Đối với đơn vị thực tập (Công ty Cổ phần Sữa TH): Đảm bảo nghiêm ngặt chế độ bảo dưỡng định kỳ các thiết bị áp lực cao (máy đồng hóa, máy ly tâm đĩa); duy trì việc giám sát nhiệt độ bồn trữ lạnh và thời gian lưu nhiệt thanh trùng; tiếp tục nghiên cứu phát triển thêm các dòng sản phẩm hương vị mới đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng.
- Đối với nhà trường (Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên): Tăng cường thời lượng thực tập thực tế tại các nhà máy công nghiệp lớn nhằm giúp sinh viên củng cố kỹ năng vận hành thiết bị quy mô công nghiệp.
Đóng góp của khóa luận:
Đề tài cung cấp tài liệu mô tả chi tiết quy trình công nghệ chế biến sữa chua uống men sống ở quy mô công nghiệp thực tế, làm rõ sự phối hợp giữa thông số cơ học (áp suất đồng hóa 200 bar, tốc độ ly tâm 6600 vòng/phút) và thông số nhiệt - sinh học (thanh trùng 75°C trong 15s, nhiệt độ bảo quản men -18°C, nhiệt độ lên men) trong một dây chuyền sản xuất khép kín.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Đề tài được thực hiện dưới hình thức khảo sát thực tế tại một nhà máy trong khung thời gian từ tháng 12/2017 đến tháng 03/2018; các số liệu chủ yếu dựa trên thông số vận hành có sẵn và quan sát quy trình tại chỗ của doanh nghiệp, chưa thực hiện các bố trí thí nghiệm so sánh tối ưu hóa biến số công nghệ mới trong phòng thí nghiệm.
- Hướng phát triển tiếp theo: Nghiên cứu mở rộng đa dạng hóa các chủng loại dịch quả thiên nhiên bổ sung vào sữa chua uống; tối ưu hóa các thông số lên men đối với từng chủng probiotic mới nhằm nâng cao mật độ lợi khuẩn sống trong suốt thời hạn bảo quản sản phẩm.
Giá trị tham khảo
Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo cho:
- Sinh viên chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học và Quản lý chất lượng tham khảo về quy trình sản xuất thực tế các sản phẩm sữa lên men.
- Cán bộ kỹ thuật, kỹ sư vận hành và nhân viên QA/QC tại các cơ sở chế biến sữa tham khảo quy trình phân tích nhanh chất lượng sữa nguyên liệu (thử cồn, resazurin, que thử kháng sinh), thông số vận hành thiết bị đồng hóa 2 cấp, ly tâm đĩa và hệ thống kiểm soát vệ sinh công nghiệp CIP.
Câu hỏi thường gặp
1. Quá trình đồng hóa sữa trong quy trình được thực hiện ở điều kiện thông số kỹ thuật nào?
Quá trình đồng hóa được thực hiện bằng thiết bị piston 2 cấp ở nhiệt độ 60–80°C với tổng áp suất 200 bar; trong đó Cấp 1 duy trì áp suất 150–160 bar nhằm xé nhỏ các cầu béo và Cấp 2 duy trì 40–50 bar để tách và phân tán chống tái kết tụ cầu béo.
2. Phương pháp thử cồn 75° đánh giá độ tươi của sữa tươi nguyên liệu dựa trên nguyên tắc và tiêu chuẩn nào?
Phương pháp dựa trên tính háo nước của cồn 75°. Khi trộn sữa và cồn theo tỷ lệ 1:1, nếu sữa đạt độ tươi yêu cầu (độ axit 14–18°T) thì thành ống nghiệm không xuất hiện hạt nhỏ; nếu xuất hiện hạt kết tủa nhỏ thì sữa kém tươi (độ axit vượt quá 21–22°T); nếu kết tủa lớn và vón cục khi hơ lửa thì sữa có độ tươi rất kém (độ axit khoảng 26–28°T).
3. Hàm lượng chất ổn định Pectin YM-115L sử dụng trong công thức phối chế là bao nhiêu và có vai trò gì?
Hàm lượng Pectin YM-115L được sử dụng với định mức khoảng 3,4 kg cho 1000 kg sữa thành phẩm. Vai trò của pectin là tạo gel, tăng độ sệt và tích điện âm kết tụ xung quanh các phân tử đạm mang điện tích dương ở pH < 4,6 để đẩy xa nhau, ngăn ngừa hiện tượng tách pha, lắng cặn protein trong sản phẩm sữa chua uống.
4. Chủng men vi sinh nào được sử dụng để sản xuất sản phẩm và điều kiện bảo quản ra sao?
Quy trình sử dụng hỗn hợp vi khuẩn lactic gồm Streptococcus thermophilus (ưa nhiệt, tối ưu 40–45°C, pH 6,6–6,8), Lactobacillus bulgaricus (tối ưu 40–45°C, pH 5,2–5,6) và men sống probiotic Lactobacillus acidophilus (tối ưu 37°C). Chủng men đông khô do CHR Hansen cung cấp được đóng gói theo các quy cách 50 IU, 200 IU, 500 IU và bảo quản trong tủ đông ở -18°C để cấy trực tiếp.
5. Chế độ thanh trùng sữa nguyên liệu trước khi đưa vào bồn Base milk được quy định như thế nào?
Sữa sau khi đồng hóa được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để nâng nhiệt độ lên 75 ± 1°C, giữ nhiệt trong các ống lưu nhiệt từ 15–20 giây, sau đó trao đổi nhiệt để làm nguội nhanh và chuyển sang bồn chứa Base milk ở nhiệt độ ≤ 5°C với thời gian lưu trữ tối đa 48 giờ.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Soa đã hoàn thành việc khảo sát toàn diện dây chuyền sản xuất sữa chua uống men sống TH True Yogurt tại Nhà máy sữa tươi sạch TH True Milk (Nghệ An). Báo cáo đã cung cấp dữ liệu kỹ thuật chi tiết từ khâu tiếp nhận nguyên liệu, kiểm nghiệm hóa lý - vi sinh, quy trình xử lý cơ nhiệt (ly tâm 6600 vòng/phút, đồng hóa 2 cấp 200 bar, thanh trùng 75°C trong 15s) đến quy trình phối trộn, lên men và kiểm soát an toàn thực phẩm theo hệ thống HACCP. Đây là tài liệu phản ánh chính xác quy trình công nghệ chế biến sữa lên men quy mô công nghiệp tại Việt Nam.
