Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Sữa tươi và các sản phẩm chế biến từ sữa giữ vai trò quan trọng trong cơ cấu dinh dưỡng nhờ cung cấp đầy đủ các nhóm chất thiết yếu như protein, lipid, glucid, khoáng chất và hệ vitamin phong phú. Trong bối cảnh thị trường tiêu thụ sữa tại Việt Nam ghi nhận sự cạnh tranh gay gắt giữa nhiều thương hiệu lớn (như Vinamilk, Mộc Châu, Ba Vì, TH True Milk), dòng sản phẩm sữa tươi thanh trùng ngày càng được người tiêu dùng quan tâm do ưu thế giữ lại phần lớn giá trị dinh dưỡng tự nhiên nhờ chế độ xử lý nhiệt thấp. Sản phẩm sữa tươi thanh trùng của Công ty Cổ phần Sữa An Sinh được sản xuất hoàn toàn từ nguồn sữa tươi nguyên chất thu mua tại địa phương, không sử dụng chất bảo quản và áp dụng quy trình công nghệ chế biến hiện đại.
Việc khảo sát thực tế quy trình sản xuất tại nhà máy đóng vai trò quan trọng trong việc gắn kết kiến thức lý thuyết ngành Công nghệ Thực phẩm với thực tiễn vận hành công nghiệp, giúp đánh giá chi tiết từng công đoạn chế biến, khả năng kiểm soát chất lượng nguyên liệu và mức độ đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Thu Hương hướng tới các mục tiêu và phạm vi cụ thể sau:
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận xây dựng nội dung dựa trên nền tảng lý thuyết chuyên ngành công nghệ chế biến sữa kết hợp với các quy chuẩn kiểm tra chất lượng hóa lý và vi sinh vật thực phẩm:
-
Khung lý thuyết và khái niệm chuyên ngành:
- Bản chất của sữa tươi thanh trùng: Sản phẩm thu được từ sữa tươi nguyên liệu qua xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp (dưới $100^\circ\text{C}$), bảo quản lạnh ở $4\text{ - }6^\circ\text{C}$ với thời hạn sử dụng tối đa $8\text{ - }10\text{ ngày}$. Phân loại thành sữa nguyên kem (lipid $3,0\text{ - }3,7%$), sữa gầy (lipid dao động quanh $1,5%$ hoặc thấp hơn), sữa hoàn nguyên và sữa tái chế.
- Thành phần hóa lý của sữa tươi: Hàm lượng nước chiếm $85\text{ - }89,5%$ (chủ yếu là nước tự do $96\text{ - }97%$); protein chiếm khoảng $3,9%$ gồm casein (khoảng $80%$, đông tụ ở pH 4,6 và biến tính ở $140^\circ\text{C}/20\text{ giây}$) và whey protein (khoảng $20%$, bắt đầu biến tính ở $80^\circ\text{C}$); lipid chiếm $2,5\text{ - }5%$ tồn tại dưới dạng hạt cầu béo có màng bọc photpholipit-protein; đường lactose ($2,7\text{ - }5,5%$); hệ enzym chính (lipase, peroxidase, phosphatase); vitamin nhóm tan trong chất béo (A, D, E, K) và nhóm tan trong nước (B1, B2, B12, C); cùng các muối khoáng của Ca, Mg, P, K, Na.
- Hệ tiêu chuẩn nguyên liệu và phụ trợ: Tiêu chuẩn đối với sữa tươi nguyên liệu, nước cấp cho sản xuất chế biến thực phẩm và đường tinh luyện (Saccharose $>99,9%$, hàm lượng ẩm $<0,05%$).
-
Phương pháp thu thập thông tin và dữ liệu:
- Phương pháp thu thập tài liệu kỹ thuật sẵn có từ ban quản lý và bộ phận kỹ thuật của công ty.
- Phương pháp quan sát trực tiếp chuỗi vận hành và bố trí mặt bằng phân xưởng.
- Phương pháp trực tiếp tham gia vào các công đoạn sản xuất dưới sự hướng dẫn của cán bộ kỹ thuật và nhân viên vận hành.
-
Phương pháp phân tích và kiểm nghiệm chất lượng:
- Xác định pH: Sử dụng máy đo pH có đầu điện cực nhúng trực tiếp vào mẫu sữa sau khi hiệu chuẩn bằng nước cất.
- Xác định độ tươi: Dùng dung dịch cồn $75^\circ$ trộn cùng thể tích với mẫu sữa ($1\text{ ml } : 1\text{ ml}$), quan sát hiện tượng đông tụ hoặc tạo hạt li ti bám trên thành ống nghiệm để kết luận độ tươi.
- Xác định dư lượng kháng sinh: Sử dụng que thử Devil dựa trên phản ứng kháng nguyên - kháng thể đặc hiệu với nhóm $\beta\text{-lactam}$, đọc kết quả sau 5 phút ủ.
- Kiểm tra vi sinh vật bằng chỉ thị xanh metylen: Dựa vào hoạt tính của enzym reductase từ vi sinh vật làm mất màu xanh metylen ở $38^\circ\text{C}$ để phân hạng chất lượng sữa:
| Thời gian mất màu (phút) |
Lượng vi sinh vật trong 1 ml sữa |
Chất lượng sữa |
Xếp loại |
| $\le 20$ |
$\ge 20\text{ triệu}$ |
Rất kém |
IV |
| $20\text{ - }120$ |
$4\text{ - }20\text{ triệu}$ |
Kém |
III |
| $120\text{ - }330$ |
$500.000\text{ - }4\text{ triệu}$ |
Trung bình |
II |
| $> 330\text{ } (5,5\text{ giờ})$ |
$< 500.000$ |
Tốt |
I |
- Xác định các chỉ tiêu hóa lý bằng máy đo tự động: Sử dụng máy phân tích sữa Ekomilk/Milkoscan để xác định đồng thời hàm lượng chất khô, tỷ trọng, hàm lượng chất béo, hàm lượng protein và độ acid của mẫu sữa.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc tìm hiểu quy trình chế biến sữa tươi thanh trùng trong bối cảnh ngành công nghiệp chế biến sữa Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ. Đặt ra mục tiêu tổng quát và 3 mục tiêu cụ thể nhằm khảo sát toàn diện dây chuyền sản xuất tại Công ty Cổ phần Sữa An Sinh, đồng thời nêu rõ ý nghĩa khoa học trong việc củng cố lý thuyết chuyên ngành và ý nghĩa thực tiễn đối với việc nâng cao kỹ năng kiểm soát chất lượng sản phẩm.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
- Giới thiệu doanh nghiệp: Công ty Cổ phần Sữa An Sinh thành lập ngày 14/09/2010 (tiền thân là Công ty Cổ phần Sữa tươi Đông Triều), đặt trụ sở tại phường An Sinh, thị xã Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh. Doanh nghiệp có tổng diện tích mặt bằng $\approx 1500\text{ m}^2$ (nhà xưởng $\approx 1300\text{ m}^2$, khuôn viên $\approx 200\text{ m}^2$), lực lượng lao động trực tiếp gồm 50 người có trình độ từ cao đẳng trở lên. Công suất thiết kế đạt từ $438.000\text{ đến }547.500\text{ lít/năm}$.
- Cơ sở lý thuyết về sữa tươi thanh trùng: Tổng hợp chi tiết các tính chất vật lý (mật độ quang $1,03\text{ - }1,034$, pH $6,5\text{ - }6,7$, chỉ số khúc xạ $1,35$, điểm đông $-0,55^\circ\text{C}$, tỷ trọng trung bình $1,029$), cấu trúc hóa học của protein, lipid, vitamin, chất khoáng và các biến đổi dưới tác dụng nhiệt.
- Thực trạng ngành sữa: Phân tích dữ liệu sản xuất và tiêu thụ sữa trong nước (từ chính sách phát triển đàn bò sữa theo Quyết định 167/2001/QĐ-TTg, mức tiêu thụ bình quân đầu người tăng từ $8\text{ kg}$ năm 2000 lên $14,8\text{ kg}$ năm 2008 và $15\text{ lít}$ năm 2010; cơ cấu nhập khẩu sữa tháng 11/2015 từ New Zealand chiếm $26%$, Hoa Kỳ $16%$, Singapore $14%$) và số liệu tiêu thụ sữa bình quân trên thế giới theo báo cáo của FAO.
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp khảo sát
Xác định cụ thể đối tượng nghiên cứu là quy trình sản xuất và thiết bị chế biến sữa tươi thanh trùng tại An Sinh trong thời gian từ tháng 12/2017 đến tháng 5/2018. Trình bày chi tiết 3 nội dung khảo sát chính và thuyết minh quy trình thực nghiệm các phương pháp phân tích kiểm nghiệm chất lượng (đo pH, thử cồn $75^\circ$, que thử kháng sinh Devil, thử nghiệm xanh metylen, đo máy tự động Ekomilk).
Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
- Quy trình công nghệ sản xuất: Sơ đồ dòng quy trình công nghệ gồm các công đoạn nối tiếp: Sữa tươi nguyên liệu $\rightarrow$ Kiểm tra chất lượng $\rightarrow$ Tiếp nhận sữa tươi $\rightarrow$ Làm lạnh, bảo quản lạnh ($4\text{ - }6^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Gia nhiệt ($40\text{ - }45^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Tiêu chuẩn hóa ($65\text{ - }70^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Đồng hóa ($65\text{ - }70^\circ\text{C}$, áp suất $200\text{ - }250\text{ bar}$) $\rightarrow$ Thanh trùng ($75\text{ - }80^\circ\text{C}$, $15\text{ - }20\text{ giây}$) $\rightarrow$ Làm lạnh ($4\text{ - }6^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Bồn chứa thành phẩm $\rightarrow$ Chiết rót, dán màng cốc $\rightarrow$ Bảo quản lạnh ($4\text{ - }6^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Sản phẩm.
- Thông số vận hành thực tế:
- Thu gom và tiếp nhận: Nguồn sữa thu mua từ các phường An Sinh, Việt Dân, Bình Khê với khoảng 15 xe sữa/ngày; năng suất mùa hè đạt trung bình $1,2\text{ tấn/ngày}$, mùa đông đạt $1,5\text{ tấn/ngày}$. Sữa sau khi vắt ở $37^\circ\text{C}$ được làm lạnh nhanh xuống $4\text{ - }6^\circ\text{C}$ và vận chuyển bằng xe bồn lạnh. Khi về nhà máy, sữa đi qua bộ bài khí, lọc qua lưới lọc $100\text{ }\mu\text{m}$, đo thể tích, làm lạnh xuống $4^\circ\text{C}$ và nạp vào 2 bồn chứa thể tích $60\text{ m}^3/\text{bồn}$.
- Khảo sát công đoạn gia nhiệt: Gia nhiệt sữa từ $2\text{ - }4^\circ\text{C}$ lên $40\text{ - }45^\circ\text{C}$ bằng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản nhằm giảm độ nhớt phục vụ ly tâm làm sạch.
- Khảo sát công đoạn đồng hóa: Thực hiện ở nhiệt độ $65\text{ - }70^\circ\text{C}$ và áp suất cao $200\text{ - }250\text{ bar}$ bằng máy đồng hóa 2 cấp, sử dụng hệ thống thủy lực đối áp nhằm xé nhỏ kích thước các hạt cầu béo, hạn chế hiện tượng tách pha chất béo.
- Khảo sát công đoạn thanh trùng: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản ở chế độ nhiệt $75\text{ - }80^\circ\text{C}$ trong thời gian $15\text{ - }20\text{ giây}$, sau đó làm lạnh nhanh về $4\text{ - }6^\circ\text{C}$.
- Chiết rót và bảo quản: Sữa chuyển sang bồn thành phẩm duy trì ở $6 \pm 2^\circ\text{C}$ (thời gian lưu bồn tối đa 12 giờ), chiết rót định lượng vào cốc và dán màng trong phòng vô trùng, chuyển sang kho lạnh $4\text{ - }6^\circ\text{C}$ với thời hạn bảo quản $8\text{ - }10\text{ ngày}$.
- Khảo sát hệ thống thiết bị chính: Đánh giá cấu tạo, nguyên lý vận hành của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản (tận dụng nhiệt giữa dòng sữa nóng và lạnh), thiết bị đồng hóa áp lực cao 2 cấp, máy chiết rót - dán màng cốc tự động và các tank bảo quản cách nhiệt có cánh khuấy.
Phần 5: Kết luận và kiến nghị
Tổng kết các kết quả đạt được trong việc nắm bắt toàn bộ dây chuyền sản xuất, làm chủ các thông số công nghệ và đề xuất các giải pháp duy trì, nâng cao hiệu quả kiểm soát chất lượng tại nhà máy.
Kết quả và đóng góp
- Kết quả khảo sát và số liệu kỹ thuật:
- Khóa luận đã hệ thống hóa và làm rõ tiêu chuẩn chất lượng sữa nguyên liệu tiếp nhận tại Công ty Cổ phần Sữa An Sinh:
| Chỉ tiêu |
Tiêu chuẩn chấp nhận |
| Trạng thái cảm quan |
Màu trắng ngà đặc trưng, mùi thơm tự nhiên, không có mùi lạ, trạng thái đồng nhất |
| Giá trị pH |
$6,5\text{ - }6,8$ |
| Chỉ số acid |
$12\text{ - }18^\circ\text{T}$ |
| Hàm lượng chất béo |
$3,7 \pm 0,2%$ (theo chất khô tổng số) |
| Hàm lượng chất khô |
$12,0 \pm 0,2%$ |
| Tỷ trọng |
$1,029 \pm 0,002$ |
| Nhiệt độ tiếp nhận |
$\le 8^\circ\text{C}$ |
| Tổng số vi sinh vật |
$< 500.000\text{ tế bào/ml}$ |
- Xác lập bảng tổng hợp chế độ công nghệ cho từng công đoạn chính trong dây chuyền:
| Công đoạn |
Thiết bị sử dụng |
Chế độ thông số công nghệ |
| Tiếp nhận & Lọc thô |
Bộ bài khí, bơm, lưới lọc |
Kích thước lỗ lọc $100\text{ }\mu\text{m}$, làm lạnh nhanh về $4^\circ\text{C}$ |
| Lưu trữ nguyên liệu |
Tank bảo quản vỏ inox ($60\text{ m}^3$) |
Nhiệt độ $4\text{ - }6^\circ\text{C}$, khuấy đảo định kỳ |
| Gia nhiệt sơ bộ |
Thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản |
Nhiệt độ $40\text{ - }45^\circ\text{C}$ |
| Tiêu chuẩn hóa |
Bộ phối trộn, ly tâm |
Nhiệt độ phối trộn $65\text{ - }70^\circ\text{C}$ |
| Đồng hóa |
Máy đồng hóa 2 cấp áp lực cao |
Áp suất $200\text{ - }250\text{ bar}$, nhiệt độ $65\text{ - }70^\circ\text{C}$ |
| Thanh trùng |
Thiết bị tấm bản đa ngăn |
Nhiệt độ $75\text{ - }80^\circ\text{C}$, thời gian giữ nhiệt $15\text{ - }20\text{ giây}$ |
| Làm nguội nhanh |
Ngăn làm lạnh của máy tấm bản |
Hạ nhiệt độ xuống $4\text{ - }6^\circ\text{C}$ |
| Chứa thành phẩm |
Bồn bảo ôn |
Nhiệt độ $6 \pm 2^\circ\text{C}$, thời gian lưu trữ $\le 12\text{ giờ}$ |
| Chiết rót & Đóng gói |
Máy chiết rót, dán màng tự động |
Đong thể tích, thực hiện trong phòng vô trùng |
| Bảo quản thành phẩm |
Kho lạnh bảo ôn |
Nhiệt độ $4\text{ - }6^\circ\text{C}$, thời hạn $8\text{ - }10\text{ ngày}$ |
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
-
Hạn chế:
- Khảo sát thực hiện trong phạm vi một cơ sở sản xuất duy nhất (Công ty Cổ phần Sữa An Sinh) trong khoảng thời gian từ tháng 12/2017 đến tháng 5/2018.
- Các số liệu thu thập chủ yếu dựa trên quá trình vận hành dây chuyền thực tế và các phép thử nghiệm nhanh tại phòng KCS/QA của nhà máy; chưa mở rộng đánh giá chuyên sâu sự biến đổi vi sinh và hóa lý theo từng ngày trong suốt chu kỳ lưu trữ thương mại.
-
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng khảo sát biến động chất lượng sữa tươi nguyên liệu theo chu kỳ 4 mùa trong năm để tối ưu hóa công thức phối trộn và tiêu chuẩn hóa chất béo.
- Nghiên cứu thực nghiệm các chế độ thanh trùng và bao bì cải tiến nhằm kéo dài thời hạn bảo quản của sữa tươi thanh trùng mà vẫn duy trì tối đa hàm lượng dưỡng chất tự nhiên.
Giá trị tham khảo
Câu hỏi thường gặp
1. Nguồn nguyên liệu sữa tươi cung cấp cho nhà máy được thu gom từ đâu và sản lượng thu nhận hàng ngày là bao nhiêu?
Sữa tươi nguyên liệu được thu mua từ các hộ chăn nuôi và trang trại bò sữa tại các phường An Sinh, Bình Khê và Việt Dân (thị xã Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh). Mỗi ngày có khoảng 15 xe sữa vận chuyển về nhà máy. Năng suất thu nhận dao động theo mùa: mùa hè đạt trung bình khoảng $1,2\text{ tấn/ngày}$ và mùa đông đạt khoảng $1,5\text{ tấn/ngày}$.
2. Các chỉ tiêu kỹ thuật bắt buộc đối với sữa tươi nguyên liệu khi tiếp nhận tại Công ty Sữa An Sinh là gì?
Sữa nguyên liệu phải có trạng thái cảm quan màu trắng ngà đặc trưng, mùi thơm tự nhiên, không có tạp chất cơ học và không có mùi lạ. Về mặt hóa lý và vi sinh: pH từ $6,5\text{ đến }6,8$; độ acid $12\text{ - }18^\circ\text{T}$; hàm lượng chất béo $3,7 \pm 0,2%$; hàm lượng chất khô $12,0 \pm 0,2%$; tỷ trọng $1,029 \pm 0,002$; nhiệt độ lúc nhận $\le 8^\circ\text{C}$; và tổng số vi sinh vật dưới $500.000\text{ tế bào/ml}$.
3. Thông số kỹ thuật của các công đoạn gia nhiệt, đồng hóa và thanh trùng trong quy trình được thiết lập như thế nào?
- Công đoạn gia nhiệt sơ bộ: Thực hiện ở nhiệt độ $40\text{ - }45^\circ\text{C}$.
- Công đoạn tiêu chuẩn hóa và đồng hóa: Nâng nhiệt độ lên $65\text{ - }70^\circ\text{C}$, đưa vào máy đồng hóa ở áp suất $200\text{ - }250\text{ bar}$.
- Công đoạn thanh trùng: Gia nhiệt sữa đến $75\text{ - }80^\circ\text{C}$ trong thời gian $15\text{ - }20\text{ giây}$ bằng thiết bị tấm bản, sau đó làm lạnh nhanh về $4\text{ - }6^\circ\text{C}$.
4. Phương pháp thử nghiệm xanh metylen để kiểm tra chất lượng vi sinh vật của sữa nguyên liệu được tiến hành như thế nào?
Cho $10\text{ ml}$ sữa vào ống nghiệm có nút, thêm $1\text{ ml}$ dung dịch xanh metylen, lắc đều rồi đặt vào nồi cách thủy ở $38^\circ\text{C}$. Cứ 30 phút lắc ống nghiệm 1 lần và theo dõi thời gian mất màu xanh. Nếu thời gian mất màu $> 330\text{ phút}$ ($5,5\text{ giờ}$), sữa được xếp loại I (Tốt, lượng vi sinh vật $< 500.000\text{ tế bào/ml}$). Nếu thời gian mất màu $\le 20\text{ phút}$, sữa bị xếp loại IV (Rất kém, lượng vi sinh vật $\ge 20\text{ triệu tế bào/ml}$).
5. Yêu cầu lưu trữ tại bồn thành phẩm và điều kiện bảo quản sản phẩm cuối cùng ra sao?
Sữa sau thanh trùng được làm lạnh về $4^\circ\text{C}$ và chuyển sang bồn thành phẩm duy trì nhiệt độ liên tục ở mức $6 \pm 2^\circ\text{C}$, thời gian lưu bồn không được vượt quá 12 giờ trước khi rót. Sau khi chiết rót và dán màng cốc trong điều kiện vô trùng, sản phẩm sữa tươi thanh trùng được bảo quản trong kho lạnh ở $4\text{ - }6^\circ\text{C}$ với thời hạn sử dụng từ $8\text{ đến }10\text{ ngày}$.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Thu Hương đã phản ánh chi tiết và hệ thống quy trình sản xuất sữa tươi thanh trùng tại Công ty Cổ phần Sữa An Sinh từ khâu kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các bước xử lý công nghệ đến đóng gói thành phẩm. Tài liệu cung cấp đầy đủ các thông số vận hành thực tế ở các công đoạn gia nhiệt ($40\text{ - }45^\circ\text{C}$), đồng hóa ($200\text{ - }250\text{ bar}$ ở $65\text{ - }70^\circ\text{C}$) và thanh trùng ($75\text{ - }80^\circ\text{C}$ trong $15\text{ - }20\text{ giây}$). Đây là nguồn tài liệu học thuật và kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm cũng như các kỹ thuật viên vận hành chế biến sữa.