CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tên đề tài Tính toán và thiết kế phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài thẳng đứng dùng cho cô đặc dung dịch sữa bò tươi với những yêu cầu sau: Năng suất theo nguyên liệu: 3790 kg/h Chiều cao ống truyền nhiệt: 4m Nồng độ đầu của dung dịch: 11,3% Nồng độ cuối của dung dịch: 28,9% Áp suất hơi đốt: 4 at Áp suất hơi ngưng tụ: 0,3 at 1. Tổng quan về sữa 1. Giới thiệu chung về sữa bò 1.
Nguyên liệu chính và phụ. Nguyên liệu chính. Nguyên liệu chính của nhà máy là sữa bò tươi. Sữa là một hợp chất giàu dinh dưỡng và cần thiết đối với con người do tính hài hòa cân đối của nó.
Sữa ngoài cung cấp các acid amin thiết yếu, các acid béo không no, vitamin và chất khoáng. nó còn cung cấp một lượng canxi dồi dào. Có thể lấy sữa từ nhiều loài gia súc khác nhau như: dê, cừu, bò, trâu, lừa, ngựa.Nhưng trong tất cả các loại gia súc có thể lấy sữa được, người ta chú ý nhiều nhất đến sữa bò, là loại sữa thông dụng nhất. Từ sữa bò có thể sử dụng để chế biến thành nhiều dạng sản phẩm như: sữa tươi tiệt trùng, sữa đặc, bơ, phomat, sữa bột, yaourt.
Yêu cầu về sữa nguyên liệu trong sản xuất sữa cô đặc: - Sữa nguyên liệu để sản xuất sữa cô đặc phải đạt các chỉ tiêu về cảm quản quan, hóa lí và vi sinh tương tự trong công nghệ sản xuất các sản phẩm khác từ sữa. - Hàm lượng các tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt và các bào tử vi khuẩn trong nguyên liệu càng thấp càng tốt. Quá trình cô đặc sữa thường được thực hiện trong điều kiện chân không ở nhiệt độ 65÷70oC. Trong khoảng nhiệt độ này, các tế bào VSV chịu nhiệt không bị tiêu diệt, chúng có thể vẫn tiếp tục trao đổi chất với môi trường.
Hơn nữa, đây là khoảng nhiệt độ lí tưởng cho sự nảy mầm của các tế bào vi khuẩn. Sự ổn định của các protein sữa với tác nhân nhiệt càng bền càng tốt. 5 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa Trong quá trình cô đặc bốc hơi, nhiệt độ có thể làm biến tính protein sữa, ta cần hạn chế hiện tượng này. Sự ổn định của các phân tử protein đối với tác nhân nhiệt phụ thuộc vào giá trị pH, tỷ lệ hàm lượng các muối có trong sữa cũng như thành phần thức ăn của động vật và chu kì tiết sữa.
Đường saccharose (C12H22O11) Saccharose là disaccharide do hai phân tử glucose và fructose liên kết với nhau, tách bỏ đi một phân tử nước. Saccharose được bổ sung vào trong sản phẩm sữa cô đặc có đường nhằm mục đích tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng và có giá trị áp lực thẩm thấu bên trong sản phẩm. Nhờ đó, sản phẩm sữa cô đặc có đường không cần qua quá trình tiệt trùng nhưng vẫn có thể bảo quản được trong thời gian dài. Hiện nay, các nhà sản xuất sử dụng đường tinh luyện (Refined Extra – RE) trong sản xuất sữa cô đặc có đường.
Dưới đây là ví dụ về mức giá trị cho các chỉ tiêu hóa lý của đường saccharose: - Độ ẩm: không lớn hơn 0. - Hàm lượng saccharose: không nhỏ hơn 99. - Hàm lượng tro: không lớn hơn 0. - Độ màu: không lớn hơn 30oICUMSA.
Đường lactose Thường được sử dụng dưới dạng mầm tinh thể trong quy trình sản xuất sữa cô đặc có đường. Bổ sung lactose vào để điều khiển quá trình kết tinh lactose sao cho kích thước tinh thể đạt được giá trị theo yêu cầu. Trước khi sử dụng, đường lactose được sấy khô và nghiền nhỏ với kích thước vài µm. Ngoài ra, có thể sử dụng một phần sữa cô đặc có chứa tinh thể lactose mịn của mẻ sản xuất trước để gây mầm tinh thể cho mẻ sau.
Các phụ gia Để hạn chế hiện tượng đông tụ protein dưới tác dụng của nhiệt độ, các nhà sản xuất thường bổ sung muối disodium phosphate, trisodium phosphate hoặc sodium citrate vào sữa. Mục đích chính là cân bằng trở lại hàm lượng các cation và anion có trong sữa. Để ổn định cấu trúc sản phẩm, tránh hiện tượng tách muối trong quá tình bảo quản, người ta sử dụng các chất ổn định khác nhau như leucithine (chất tạo nhũ), caraghenan (chất tạo độ nhớt)… Để tăng giá trị dinh dưỡng, người ta bổ sung vào sữa cô đặc các loại vitamin khác nhau như vitamin tan trong chất béo (A,D), vitamin tan trong nước (nhóm B)…[2] 6 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa 1. Giới thiệu về nguyên liệu sữa tươi 1.
Một số tính chất vật lý của sữa bò Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu về hàm lượng β-caroten có trong chất béo của sữa. Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt.
Sữa gầy (sữa đã được tách béo) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi rất đặc trưng và có vị nhẹ. Một số tính chất quan trọng của sữa bò: Độ pH 6.7 Độ chua 15÷18 (oD) Tỉ trọng 1.036 (g/cm3) Điểm đông đặc -0,59÷-0.54 (oC) Nhiệt dung riêng 0. Thành phần hóa học của sữa tươi 1.
Đường lactose Đường lactose trong sữa bò có hàm lượng trung bình 50g/l và tồn tại dưới hai dạng α-lactose và β-lactose. Khi thủy phân lactose cho ra một phân tử glucose và một phân tử galactose. Trong sữa, lactose luôn ở trạng tái hòa tan. Những đặc điểm về khả năng hào tan và kết tinh của nó rất quan trọng, cho phép áp dụng trong công nghiệp chế biến sữa cô đặc có đường.
Cơ chế của sự kết tinh đường lactose có ích lớn trong công nghiệp sữa cô đặc có đường. Đường lactose là một gluxit ít hòa tan hơn đường saccharose là đường được bổ sung vào đường cô đặc. Khi người ta làm lạnh sản phẩm này, đường lactose ban đầu sẽ ở trạng thái dung dịch quá bão hòa rồi sau đó chúng kết tinh. Sự kết tinh đường này ảnh hưởng đến chất lượng của sữa cô đặc.
Nếu xảy ra sự hình thành các tinh thể lớn, sản phẩm có cấu trúc như dạng cát và không thích hợp (dân gian gọi là “sạn đường”). Ngược lại, nếu sự kết tinh đường xảy ra dưới dạng hình thành các tinh thể nhỏ (kích thước hạt kết tinh <0.01mm), sữa cô đặc tồn tại dưới một cấu trúc và một độ bền chắc mong muốn. Điều kiện này được thực hiện trong quá trình tạo mầm tinh thể. Với hiệu quả này, cần giữ trong trạng thái quá bão hòa thích hợp và khơi mào sự kết tinh nhờ bột sữa hoặc mần kết tinh nhỏ của đường lactose.
Đường lactoae rất nhạy cảm với nhiệt. Giữa 110-130oC xảy ra dạng mất nước của tinh thể đường. Trên 150oC, người ta nhận được màu vàng và ở 170 oC màu nâu đậm hình thành bởi quá trình caramen hóa. Tuy nhiên ở trong sữa, người ta nhân thấy rằng sự xuất hiện màu vàng ở nhiệt độ không cao lắm (<130 oC).
Ngoài ra các sản phẩm sinh ra do sự caramen hóa đường lactose cũng còn phải kể đến phản ứng 7 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa của đường với các chất chứa nitơ kéo theo sự xuất hiện các thành phần có màu nâu thường được gọi là melanoidin. Protein Protein chiếm 95% các hợp chất nitơ, bao gồm: - Casein (75÷85%): αs-casein, β-casein, k-casein, γ-casein. - Protein hòa tan (15÷25%): β-lactoglobulin, α-lactalbilin, Proteose- peptone, Serum-albumin, Immunoglobulin. + Casein (αs-casein, β-casein, k-casein, γ-casein): Casein là thành phần protein chủ yếu có trong sữa.
Chúng tồn tại dưới dạng micelle. Mỗi micelle chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồm calci, magie, phosphate và citrate). Mỗi micelle do khoảng 400÷500 tiểu micelle hợp thành. Tiểu micelle có dạng hình cầu, đường kính dao động 10÷15nm bao gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp với nhau.
Thành phần các casein αs, β, k trong tiểu micelle có thể thay đổi theo những tỷ lệ khác nhau. Các phân tử αs, β-casein nằm tập trung tại tâm tiểu micelle tạo nên vùng ưa béo, còn các phân tử k-casein được bố trí tại vùng tiêu biểu micelle, đầu vùng ưa nước sẽ hướng ra ngoài vùng biên micelle. Trong cấu trúc micelle các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ muối phosphate calci Ca3(PO4)2 và sự tương tác giữa các gốc kỵ nước. Kích thước micelle phụ thuộc vào hàm lượng Ca2+ có trong sữa và dao động khoảng 0,2÷0,4μm.
Các tiểu micelle ở vùng biên trong cấu trúc micelle thường chứa hàm lượng k-casein khá cao. Do sự bố trí các đầu ưa nước của k-casein luôn hướng ra vùng biên nên chính các phân tử k- casein làm cho micelle hòa tan được trong sữa dưới dạng dung dịch keo và ổn định cấu trúc của micelle trong sữa. + Protein hòa tan β-lactoglobulin: có cấu trúc bậc hai gồm 10÷15 xoắn α, 20÷30% lá xếp, 50÷60% vòng cung β và phần còn lại có cấu trúc không trật tự. β-lactoglobulin có dạng hình cầu.
Các gốc phân cực, không phân cực và các gốc ion hóa được phân bố đều trong phân tử, riêng các gốc ưa béo tập trung chủ yếu ở phần bên trong của cấu trúc hình cầu nên β-lactoglobulin ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác. α-lactalbilin: là protein dạng hình cầu. Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci. α-lactalbilin là một protein có giá trị dinh dưỡng cao.
Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối. Proteose-peptone: gồm những phân đoạn protein khác nhau. Chúng là sản phẩm thủy phân từ β-casein bởi plasmine. Immunoglobulin: đến nay vẫn chưa có nhiều công trình nghiên cứu sâu về nhóm protein này.
Serum-albumin: là một protein phân tử lượng lớn có nguồn gốc từ máu và không đặc trưng cho sữa. 8 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hóa 1. Chất béo Chất béo trong sữa được coi là thành phần quan trọng về mặt dinh dưỡng, chất béo có độ sinh năng lượng cao có chứa các vitamin hoà tan (A,D,E). Chất béo trong sữa gồm 2 loại: chất béo đơn giản và chất béo phức tạp.1: Thành phần chất béo trong sữa Thành phần Hàm lượng ( % so với tổng khối lượng chất béo) Lipid đơn giản 98,5 Glyceride: triglyceride 95÷ 96 diglyceride 2÷3 monoglycride 0,1 Cholesteride 0,03 Ceride 0,02 Lipid phức tạp 1,0 Các hợp chất tan trong 0,5 chất béo 0,3 Cholesterol 0,1 Acide béo tự do 0,1 Hydrocarbon Vết Vitamin A, D, K, E Cấu trúc: Chất béo có trong sữa thường có dạng hình cầu, đường kính dao động từ 0,1÷20 µm.
Trong 1ml sữa có khoảng 10÷15 tỷ hạt cầu béo.