Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa tại Việt Nam ghi nhận tốc độ tăng trưởng ổn định nhờ quy mô dân số lớn (tỷ lệ gia tăng tự nhiên khoảng 1,2%/năm), tốc độ tăng trưởng GDP đạt 6 - 8%/năm và thu nhập bình quân đầu người tăng 14,2%/năm. Mức tiêu thụ sữa bình quân đầu người được dự báo tăng từ 15 lít/người (năm 2010) lên 28 lít/người vào năm 2020. Trong cơ cấu các mặt hàng sữa, nhóm sản phẩm sữa lên men, đặc biệt là sữa chua ăn, chiếm tỷ trọng tiêu thụ đáng kể nhờ giá trị dinh dưỡng cao, hỗ trợ hệ tiêu hóa và tăng cường miễn dịch. Doanh thu tiêu thụ sữa chua trong 9 tháng đầu năm 2018 tại thị trường nội địa đạt gần 12,4 nghìn tỷ đồng, tăng trưởng 22,4% so với cùng kỳ năm trước. Nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng đa dạng về các dòng sản phẩm sữa chua bổ sung hương vị trái cây tự nhiên, đề tài "Thiết kế nhà máy sản xuất sữa chua ăn việt quất năng suất 42 tấn sản phẩm/ngày" được thực hiện.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là thiết kế hoàn chỉnh một nhà máy chế biến thực phẩm với dây chuyền sản xuất sữa chua ăn bổ sung mứt việt quất, đạt năng suất thiết kế 42 tấn sản phẩm/ngày. Các nhiệm vụ nghiên cứu và tính toán kỹ thuật cụ thể được triển khai theo hệ thống 10 nội dung:

  1. Lập luận kinh tế - kỹ thuật nhằm xác định địa điểm xây dựng, nguồn nguyên liệu, thị trường tiêu thụ và điều kiện hạ tầng kỹ thuật.
  2. Tổng quan đặc tính nguyên liệu chính, nguyên liệu phụ, hệ vi sinh vật và cơ chế hóa sinh của quá trình lên men lactic.
  3. Lựa chọn, thiết lập sơ đồ và thuyết minh chi tiết các công đoạn trong quy trình công nghệ sản xuất.
  4. Tính toán cân bằng vật chất cho toàn bộ dây chuyền sản xuất theo từng ca và cả năm làm việc.
  5. Tính toán và lựa chọn danh mục thiết bị công nghệ chính và thiết bị phụ trợ.
  6. Hoạch định cơ cấu tổ chức nhân sự, bố trí tổng mặt bằng và thiết kế các hạng mục công trình xây dựng nhà máy.
  7. Tính toán phụ tải và nhu cầu cung cấp năng lượng: điện động lực, điện chiếu sáng, hơi bão hòa, nước sản xuất - sinh hoạt và hệ thống lạnh.
  8. Phân tích kinh tế: ước tính vốn đầu tư xây dựng, chi phí mua sắm thiết bị, chi phí vận hành hàng năm, doanh thu và thời gian hoàn vốn.
  9. Xây dựng hệ thống quản lý và kiểm soát chất lượng (QA/QC) từ nguyên liệu đầu vào đến thành phẩm.
  10. Thiết lập các giải pháp an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và hệ thống xử lý môi trường.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Dây chuyền công nghệ và quy hoạch tổng thể nhà máy sản xuất sữa chua ăn việt quất dạng đặc sệt, đóng gói trong hộp nhựa PET khối lượng tịnh 100 g/hộp.
  • Phạm vi không gian: Địa điểm xây dựng nhà máy đặt tại Khu công nghiệp Phong Điền, thị trấn Phong Điền, huyện Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế (quy mô diện tích khu công nghiệp 4.000.000 m²). Địa điểm thực tập và khảo sát thực tế tại Công ty Cổ phần Kỹ nghệ Thực phẩm Á Châu.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 10/2019 đến tháng 04/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng cơ sở lý thuyết công nghệ sinh học và kỹ thuật thực phẩm trong chế biến sữa lên men:

  • Cơ chế lên men lactic: Vi khuẩn lactic sử dụng enzyme lactase thủy phân disaccharide lactose thành glucose và galactose. Galactose được chuyển hóa thành glucose, sau đó glucose bị phosphoryl hóa thành glucose-6-phosphat và fructose-1,6-diphosphat theo chu trình đường phân Embden - Meyerhof để tạo thành acid pyruvic. Acid pyruvic tiếp tục chuyển hóa thành acid lactic dưới tác dụng của enzyme lactatedehydrogenase. Quá trình lên men đồng hình chuyển hóa khoảng 98% glucid thành acid lactic, đồng thời sinh tổng hợp các hợp chất tạo hương đặc trưng như diacetyl (tối ưu ở pH 4,6 - 5,2).
  • Cơ chế đông tụ casein: Ở trạng thái tự nhiên, các micelle casein tích điện âm và đẩy nhau, tạo hệ keo bền vững. Acid lactic sinh ra làm giảm pH của môi trường dịch sữa. Khi pH đạt tới điểm đẳng điện của casein (pI = 4,6), điện tích của micelle casein bị trung hòa dẫn đến hiện tượng đông tụ tạo mạng gel. Acid lactic phản ứng với calcium caseinate tạo calcium lactate và phóng thích ion $Ca^{2+}$, góp phần làm bền cấu trúc gel đông tụ. Quá trình lên men sữa chua ăn dạng đặc được khống chế dừng lại ở giá trị pH từ 4,5 đến 4,7 để tránh hiện tượng tái hòa tan hoặc phân giải sâu protein tạo mùi khó chịu.
  • Hệ vi sinh vật lên men: Sử dụng tổ hợp vi khuẩn lactic ưa nhiệt bao gồm Lactobacillus bulgaricus (trực khuẩn lên men đồng hình, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 45 - 50°C, khả năng sinh acid đạt 1,5%, pH 4,29) và Streptococcus thermophilus (liên cầu khuẩn chịu nhiệt, lên men đồng hình, sinh sản tối ưu ở 37 - 40°C, khả năng sinh acid đạt 0,7%, pH 4,2 - 4,4).
  • Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn pháp lý áp dụng:
    • TCVN 7030:2009: Tiêu chuẩn quốc gia đối với sản phẩm sữa chua.
    • TCVN 7220:2003 và TCVN 6958:2001: Tiêu chuẩn đường tinh luyện RE.
    • TCVN 6471-98: Tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm và chất ổn định.
    • TCVN 10393:2014: Tiêu chuẩn chất lượng mứt quả.
    • QCVN 01:2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống.
    • Quyết định số 46/2007/QĐ-BYT và QCVN 5-5:2010/BYT: Quy chuẩn đối với ô nhiễm kim loại nặng, độc tố vi nấm và dư lượng thuốc thú y, thuốc bảo vệ thực vật trong thực phẩm.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thiết kế kỹ thuật:

  • Phương pháp lập luận kinh tế - kỹ thuật: Thu thập số liệu địa lý, hạ tầng, nguồn điện nước và nhân lực tại tỉnh Thừa Thiên Huế để chứng minh tính khả thi của địa điểm xây dựng.
  • Phương pháp cân bằng vật chất: Áp dụng phương trình bảo toàn khối lượng qua từng công đoạn công nghệ, tính toán tổn thất dựa trên hệ số tiêu hao thực tế $G_v = \frac{G_r \times 100}{100 - x}$ (trong đó $G_v$ là lượng vào, $G_r$ là lượng ra, $x$ là tỷ lệ hao hụt %).
  • Phương pháp tính toán và chọn thiết bị: Xác định năng suất theo giờ và theo mẻ để lựa chọn công suất thiết bị, số lượng máy làm việc và máy dự phòng phù hợp với chu kỳ sản xuất.
  • Phương pháp tính toán phụ trợ và kinh tế công trình: Tính toán tiêu thụ nhiệt hơi bão hòa, công suất điện biểu kiến, lưu lượng cấp thoát nước, diện tích sàn xây dựng các phân xưởng và tính toán dòng tiền đầu tư, thời gian hoàn vốn.

Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực tế thu thập trong quá trình thực tập tại Công ty Cổ phần Kỹ nghệ Thực phẩm Á Châu; số liệu thống kê lao động tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2017; các sổ tay kỹ thuật và giáo trình chuyên ngành Công nghệ thực phẩm.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Lập luận kinh tế - kỹ thuật

Tác giả phân tích các yếu tố vị trí địa lý và điều kiện cơ sở hạ tầng của Khu công nghiệp Phong Điền:

  • Vị trí: Nằm gần Quốc lộ 1A và tuyến đường sắt Bắc - Nam; nhiệt độ trung bình năm 24,5°C; lượng mưa trung bình 1500 - 2000 mm/năm. Cách trung tâm thành phố Huế 30 km về phía Bắc, sân bay quốc tế Phú Bài 45 km, cảng biển Thuận An 30 km, cảng biển Chân Mây 80 km, ga hàng hóa Văn Xá 20 km.
  • Hạ tầng kỹ thuật: Đường trục chính KCN rộng 35 m, đường nội bộ rộng 16,5 m; nguồn điện lưới 35 kV với 2 trạm biến áp 110/22 kV - 25 MVA; nguồn nước sạch từ nhà máy cấp nước Phong Thu (công suất 11.000 m³/ngày đêm) và nhà máy Hòa Bình Chương qua đường ống cấp nước chuyên dụng; hệ thống xử lý nước thải tập trung KCN giai đoạn 1 công suất 4.000 m³/ngày đêm; rác thải được đưa về Nhà máy xử lý rác thải Thủy Phương.
  • Nguồn nhân lực: Thừa Thiên Huế có 81.239 lao động qua đào tạo (tỷ lệ 84,52% năm 2017), đáp ứng tốt nhu cầu nhân sự kỹ thuật cho nhà máy.
  • Quy cách đóng gói: Hộp nhựa PET khối lượng tịnh 100 g; quy cách 4 hộp/lốc, 12 lốc/thùng (48 hộp/thùng carton).

Phần 2: Tổng quan về nguyên liệu

Chương này tổng hợp các yêu cầu kỹ thuật đối với nguyên liệu đầu vào:

  • Sữa bột gầy: Độ ẩm $\le 5%$, hàm lượng chất béo $\le 1,5%$, hàm lượng protein từ 36 - 39%, tổng chất khô $\ge 98%$, chất tro 7,4 - 8,4%, độ phân tán $\ge 90%$; chỉ tiêu kim loại nặng Pb $\le 0,05$ mg/kg, As $\le 0,5$ mg/kg, Hg $\le 0,05$ mg/kg, Cd $\le 1,0$ mg/kg.
  • Đường tinh luyện RE: Độ Pol $\ge 99,8%$, độ ẩm $\le 0,05%$, hàm lượng tro $\le 0,03%$, đường khử $\le 0,03%$, dư lượng $SO_2 \le 7$ ppm.
  • Bơ: Hàm lượng chất béo $\ge 80%$, độ ẩm $\le 16%$, chất khô không béo $\le 2%$.
  • Bột whey: Hàm lượng protein 11,10%, đường lactose 81,65%.
  • Chất ổn định: Hỗn hợp pectin, gelatin thực phẩm, agar-agar, E142, E471 theo TCVN 6471-98.
  • Nước chế biến: Đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT với pH 6,5 - 8,5, độ cứng (theo $CaCO_3$) $\le 300$ mg/l, tổng chất rắn hòa tan (TDS) $\le 1000$ mg/l.
  • Mứt việt quất: Đạt tiêu chuẩn TCVN 10393:2014, cấu trúc đồng nhất, mùi thơm đặc trưng của quả việt quất chín, chịu nhiệt tốt.

Phần 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua ăn việt quất được lựa chọn và vận hành theo chuỗi liên tục:

Bước công nghệ Thông số kỹ thuật chính Mục đích công nghệ
Phối trộn Nhiệt độ nước: 60 - 65°C; chu kỳ trộn: 20 - 30 phút/mẻ. Thứ tự nạp: Nước $\rightarrow$ Đường $\rightarrow$ Sữa bột gầy $\rightarrow$ Chất ổn định trộn đường (tỷ lệ 1:2) $\rightarrow$ Whey $\rightarrow$ Dầu bơ. Hòa tan hoàn toàn các cấu tử, tạo nhũ tương ban đầu, tránh hiện tượng vón cục hoặc nổi mỡ.
Lọc Kích thước lỗ lọc: 75 $\mu$m; nhiệt độ dịch sữa: 60 - 70°C. Loại bỏ hoàn toàn tạp chất cơ học và cặn không tan.
Gia nhiệt 1 & Đồng hóa 1 Gia nhiệt lên 60 - 80°C; áp suất đồng hóa: 150 bar, nhiệt độ: 65 - 75°C; khe hở máy: 0,1 - 0,15 mm, tốc độ dòng qua khe: 150 - 200 m/s. Phá vỡ các cầu mỡ, giảm kích thước hạt phân tán, hạn chế hiện tượng tách béo.
Thanh trùng 1 & Làm lạnh 1 Thanh trùng dạng tấm ở 75°C trong 5 phút; làm lạnh nhanh xuống 5°C. Vô hoạt enzyme tự nhiên (lipase, catalase, phosphatase) và tiêu diệt vi sinh vật chịu nhiệt kém.
Ủ hoàn nguyên Nhiệt độ ủ: 5°C; thời gian: 6 - 8 giờ trong tank 2 vỏ có cánh khuấy đáy quay liên tục, duy trì tuần hoàn nước lạnh. Giúp protein sữa trương nở, hòa tan triệt để, tái lập trạng thái cân bằng muối khoáng như sữa tươi.
Gia nhiệt 2, Chuẩn hóa & Đồng hóa 2 Gia nhiệt 60 - 80°C; chuẩn hóa hàm lượng béo đạt 3,1%; đồng hóa lần 2 ở áp suất 200 - 250 bar, nhiệt độ 65 - 70°C. Phân bố đồng đều các cấu tử sau chuẩn hóa, tăng độ mịn và độ bền cho hệ nhũ tương.
Thanh trùng 2 & Làm mát Thanh trùng dạng bản mỏng ở 90 - 95°C trong 5 phút; làm mát nhanh về 40 - 42°C. Tiêu diệt triệt để vi sinh vật tạp nhiễm, tăng khả năng hydrat hóa của casein; đưa nhiệt độ về vùng thích hợp cho men phát triển.
Cấy giống & Lên men Tỷ lệ men giống cấy: 2,5% thể tích; khuấy trộn 10 - 15 phút; ủ lên men ở 42 - 45°C trong 8 giờ; dừng lên men khi pH đạt 4,5 - 4,6. Chuyển hóa lactose thành acid lactic, làm đông tụ casein tạo cấu trúc gel đặc mịn và hình thành hương vị.
Làm lạnh 2, Phối mứt & Rót hộp Làm lạnh xuống 18 - 20°C; bồn chờ rót bổ sung 3,1% mứt việt quất; chiết rót vô trùng 100 g/hộp trong phòng kín. Kìm hãm hoạt động của men, giữ ổn định độ nhớt và pH; định lượng chính xác sản phẩm vào bao bì vô trùng.
Đóng thùng & Bảo quản Quy cách 4 hộp/vỉ, 12 vỉ/thùng carton; xếp pallet tối đa 10 lớp $\times$ 10 thùng; lưu kho lạnh 2 - 4°C trong 45 ngày. Hoàn thiện bao gói bảo vệ sản phẩm và bảo quản ổn định chất lượng thành phẩm.

Phần 4: Cân bằng vật chất

Kế hoạch sản xuất: Nhà máy vận hành 278 ngày/năm, làm việc 3 ca/ngày (8 giờ/ca), tổng cộng 834 ca/năm. Tháng 11 được chọn làm tháng dừng máy vệ sinh, bảo trì và sửa chữa thiết bị; ngoài ra mỗi tháng định kỳ bố trí 1 ngày bảo dưỡng.

  • Tỷ trọng sản phẩm sữa chua tính toán: $d = 1,076\text{ g/cm}^3$.
  • Năng suất dây chuyền: $14.000\text{ kg/ca}$ (tương đương $13.011,152\text{ lít/ca}$), tương ứng $42.000\text{ kg/ngày}$.
  • Công thức phối chế sữa hoàn nguyên: Nước 75,65%, Sữa bột gầy 10,00%, Đường tinh luyện 5,00%, Bơ 3,00%, Mứt việt quất 3,10%, Bột whey 0,75%, Chất ổn định 0,60%. Thành phẩm có tổng hàm lượng chất khô 22,45% và hàm lượng chất béo 3,1%.
  • Lượng nguyên liệu đầu vào tính cho 1 ca sản xuất: Sữa bột gầy nguyên liệu là 2.855,050 kg/ca (tương đương 356,881 kg/h; 8.565,15 kg/ngày); nước hoàn nguyên 9.598,367 kg/ca; đường RE 686,739 kg/ca; bơ 412,043 kg/ca; bột whey 103,018 kg/ca; chất ổn định 82,409 kg/ca; men giống 333,539 kg/ca; mứt việt quất 435,741 kg/ca.

Phần 5: Tính toán và chọn thiết bị

Dựa trên lưu lượng dòng vật chất qua từng công đoạn, tác giả lựa chọn danh mục thiết bị công nghệ chính:

  • Bồn/tank phối trộn: Model SSG-2.
  • Thiết bị trộn đồng hóa nguyên liệu: Model SFH-5.
  • Thiết bị lọc: Bộ lọc dạng lưới thép không gỉ kích thước mắt lưới 75 $\mu$m.
  • Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng (gia nhiệt, thanh trùng, làm lạnh): Model BR0.
  • Thiết bị đồng hóa áp lực cao: Model GJB-2-25 (áp lực làm việc đến 250 bar).
  • Bồn ủ hoàn nguyên và bồn lên men: Bồn inox 2 vỏ cách nhiệt, tích hợp cánh khuấy ngầm và hệ thống van cấp/hồi môi chất lạnh.
  • Thiết bị chiết rót và đóng nắp vô trùng: Máy chiết rót tự động chuyên dụng cho sữa chua hộp.
  • Bơm vận chuyển dịch sữa: Bơm răng khía model 2CY-2,1/25.
  • Hệ thống vệ sinh tại chỗ: Hệ thống CIP tự động hãng JIMEI.

Phần 6 đến Phần 10: Xây dựng, Kỹ thuật phụ trợ, Kinh tế và Quản lý chất lượng

  • Tổ chức và xây dựng (Phần 6): Bố trí mặt bằng phân xưởng sản xuất chính, khu hành chính, kho nguyên liệu (kho sữa bột gầy, kho đường RE, kho bơ - mứt - men - phụ gia), kho bao bì, kho thành phẩm lạnh, phân xưởng cơ điện, trạm làm mềm nước, trạm máy phát điện dự phòng, nhà bảo vệ và trạm xử lý nước thải nội bộ.
  • Kỹ thuật phụ trợ (Phần 7): Tính toán tổng công suất điện tiêu thụ (chiếu sáng và động lực); lượng hơi bão hòa sử dụng cho gia nhiệt, thanh trùng, khử trùng CIP và sinh hoạt; lưu lượng nước cấp lò hơi, nước công nghệ, nước CIP và nước chữa cháy dự phòng.
  • Tính toán kinh tế (Phần 8): Dự toán vốn đầu tư xây dựng các hạng mục công trình, vốn mua sắm và lắp đặt thiết bị, chi phí nguyên nhiên vật liệu hàng năm, chi phí tiền lương cán bộ - công nhân viên, chi phí quản lý xí nghiệp, xác định doanh thu và thời gian thu hồi vốn đầu tư.
  • Quản lý chất lượng và an toàn vệ sinh (Phần 9 & 10): Thiết lập quy trình kiểm tra chất lượng 3 cấp (nguyên liệu đầu vào, bán thành phẩm trên dây chuyền và thành phẩm lưu kho); trang bị quy chuẩn an toàn lao động, phòng chống cháy nổ; quy định chế độ vệ sinh cá nhân, khử trùng thiết bị định kỳ bằng hệ thống CIP và quy trình xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải môi trường.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán cân bằng vật chất

Bảng tổng hợp dòng vật chất qua từng công đoạn trong dây chuyền sản xuất sữa chua ăn việt quất:

Công đoạn công nghệ Năng suất theo ca (kg/ca) Năng suất theo ngày (kg/ngày)
Sữa bột gầy nguyên liệu 2.855,050 8.565,150
Cân định lượng 2.855,050 8.565,150
Phối trộn 13.734,771 41.204,313
Lọc 13.666,767 41.000,301
Gia nhiệt 1 13.597,767 40.793,301
Đồng hóa 1 13.584,169 40.752,507
Thanh trùng 1 13.543,416 40.630,248
Làm lạnh 1 13.502,786 40.508,358
Ủ hoàn nguyên 13.489,284 40.467,852
Gia nhiệt 2 13.448,816 40.346,448
Chuẩn hóa 13.435,367 40.306,101
Đồng hóa 2 13.408,496 40.225,488
Thanh trùng 2 13.381,679 40.145,037
Làm mát 13.354,916 40.064,748
Lên men 13.675,100 41.025,301
Làm lạnh 2 13.634,075 40.902,225
Chờ rót 14.056,182 42.168,546
Chiết rót 14.042,126 42.126,378
Khối lượng thành phẩm 14.000,000 42.000,000

Giải pháp và đóng góp kỹ thuật

  • Thiết lập hoàn chỉnh dây chuyền sản xuất sữa chua ăn kết hợp bổ sung mứt việt quất với các thông số công nghệ cụ thể: áp dụng chế độ đồng hóa 2 cấp (150 bar và 200 - 250 bar), thanh trùng 2 lần (75°C/5 phút và 90 - 95°C/5 phút) kết hợp công đoạn ủ hoàn nguyên ở 5°C trong 6 - 8 giờ giúp tối ưu hóa trạng thái keo của protein sữa bột gầy.
  • Cung cấp tập hợp số liệu tính toán chi tiết về cân bằng vật chất, tiêu hao nguyên liệu, lựa chọn thiết bị công nghệ và hạ tầng năng lượng phụ trợ, làm cơ sở kỹ thuật phục vụ việc lập dự án đầu tư nhà máy chế biến sữa tại địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đề tài xây dựng quy trình dựa trên nguồn nguyên liệu sữa bột gầy hoàn nguyên nhập ngoại do địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế chưa phát triển vùng chăn nuôi bò sữa tập trung; các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chủ yếu dựa trên tính toán thiết kế lý thuyết và định mức khảo sát tại doanh nghiệp thực tập, chưa triển khai thực nghiệm đánh giá biến động cấu trúc rheology của gel sữa chua khi thay đổi tỷ lệ phối trộn mứt việt quất thực tế.
  • Hạn chế về phạm vi: Nhà máy phải ngừng sản xuất hoàn toàn vào tháng 11 hàng năm do đặc thù mùa mưa bão tại miền Trung và nhu cầu tiêu thụ sữa chua giảm sút trong mùa lạnh.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Khảo sát khả năng thay thế một phần hoặc hoàn toàn sữa bột gầy bằng nguồn sữa tươi nguyên liệu khi địa phương hình thành các trang trại bò sữa tập trung.
    • Nghiên cứu ứng dụng các chủng vi sinh vật probiotic thế hệ mới và bổ sung chất xơ hòa tan (prebiotics) nhằm gia tăng giá trị chức năng của sản phẩm sữa chua việt quất.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Tài liệu hữu ích cho sinh viên, học viên ngành Công nghệ thực phẩm, Kỹ thuật thực phẩm, Quản lý công nghiệp và các kỹ sư đang thực hiện đồ án thiết kế nhà máy chế biến sữa hoặc thiết kế dây chuyền sản xuất thực phẩm lên men.
  • Nội dung tham khảo trọng tâm:
    • Phương pháp và công thức tính toán cân bằng vật chất chi tiết từng công đoạn trong chế biến sữa hoàn nguyên.
    • Các thông số kỹ thuật chế độ nhiệt, áp suất đồng hóa, thời gian ủ hoàn nguyên và lên men sữa chua ăn.
    • Danh mục quy cách thiết bị công nghệ (máy đồng hóa, bồn lên men, thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng, máy chiết rót, hệ thống CIP) và bố cục mặt bằng phân xưởng sản xuất thực phẩm theo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Năng suất thiết kế và quy cách đóng gói sản phẩm của nhà máy được xác định như thế nào?

Nhà máy có năng suất thiết kế là 42 tấn sản phẩm/ngày, hoạt động 3 ca/ngày (14.000 kg/ca, tương đương 13.011,152 lít/ca với tỷ trọng $d = 1,076\text{ g/cm}^3$). Sản phẩm sữa chua ăn có dạng đặc sệt, đóng gói trong hộp nhựa PET khối lượng tịnh 100 g/hộp, quy cách đóng gói gồm 4 hộp/lốc và 12 lốc/thùng carton (48 hộp/thùng).

2. Tỷ lệ phối chế các thành phần trong dịch sữa hoàn nguyên gồm những gì?

Công thức phối trộn gồm: Nước (75,65%), Sữa bột gầy (10,00%), Bơ (3,00%), Đường tinh luyện RE (5,00%), Bột whey (0,75%), Chất ổn định (0,60%) và Mứt việt quất bổ sung ở công đoạn chờ rót (3,10%). Thành phẩm đạt tổng hàm lượng chất khô 22,45% và hàm lượng chất béo 3,1%.

3. Vì sao quy trình công nghệ phải thực hiện 2 lần đồng hóa và 2 lần thanh trùng?

  • Thanh trùng lần 1 (75°C trong 5 phút) nhằm tiêu diệt vi sinh vật chịu nhiệt kém và vô hoạt enzyme tự nhiên trước khi đưa dịch sữa vào ủ hoàn nguyên ở 5°C. Thanh trùng lần 2 (90 - 95°C trong 5 phút) nhằm tiêu diệt triệt để tạp khuẩn và tăng khả năng hydrat hóa của casein, hạn chế tách nước trước khi cấy giống lên men.
  • Đồng hóa lần 1 (150 bar, 65 - 75°C) giúp phân tán các hạt bơ và chất béo trong khối sữa hoàn nguyên. Đồng hóa lần 2 (200 - 250 bar, 65 - 70°C) được thực hiện sau bước chuẩn hóa nhằm làm mịn tối đa các cầu mỡ, ổn định hệ nhũ tương và tạo điều kiện đông tụ đồng nhất khi lên men.

4. Các thông số kỹ thuật kiểm soát quá trình lên men sữa chua ăn trong đề tài là gì?

Dịch sữa sau khi làm mát về 40 - 42°C được cấy 2,5% men giống (Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus), khuấy đều 10 - 15 phút. Quá trình lên men được duy trì trong bồn cách nhiệt ở nhiệt độ 42 - 45°C trong khoảng 8 giờ. Quá trình kết thúc khi độ pH của khối dịch đạt mức 4,5 - 4,6; sau đó dịch sữa chua được làm lạnh nhanh xuống 18 - 20°C để kìm hãm hoạt lực của vi khuẩn lên men.

5. Kế hoạch sản xuất hàng năm và chu kỳ bảo trì máy móc của nhà máy được bố trí ra sao?

Nhà máy vận hành 278 ngày/năm với tổng cộng 834 ca sản xuất. Tháng 11 hàng năm có số ngày sản xuất bằng 0 do đây là thời điểm thời tiết mưa bão phức tạp tại Thừa Thiên Huế và nhu cầu tiêu thụ sữa chua giảm, được sử dụng làm tháng bảo trì, đại tu thiết bị và vệ sinh toàn nhà máy. Trong các tháng còn lại, mỗi tháng nhà máy bố trí định kỳ 1 ngày để bảo dưỡng kỹ thuật.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Khoa Thùy Ngân đã hoàn thành đầy đủ các nội dung thiết kế kỹ thuật cho nhà máy sản xuất sữa chua ăn việt quất năng suất 42 tấn sản phẩm/ngày tại Khu công nghiệp Phong Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. Đề tài xây dựng chi tiết quy trình công nghệ gồm các công đoạn hoàn nguyên sữa bột gầy, đồng hóa - thanh trùng hai cấp, lên men có kiểm soát và phối trộn mứt việt quất đóng hộp vô trùng. Toàn bộ các hạng mục tính toán cân bằng vật chất, lựa chọn thiết bị công nghệ, phụ tải điện - hơi - nước - lạnh, mặt bằng xây dựng và quản trị chất lượng đều được thiết lập dựa trên các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành của ngành công nghệ thực phẩm.