Đồ án thiết kế nhà máy thực phẩm thiết kế phân xưởng sản xuất sữa gạo lứt năng suất 14 4 triệu lít năm

Đồ án nghiên cứu thiết kế nhà máy thực phẩm thiết kế phân xưởng sản xuất sữa gạo lứt năng suất 14 4 triệu lít năm, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài

• Tác giả: Nguyễn Quý Sinh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Lan Phi
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh - Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa gạo lứt năng suất 14,4 triệu lít/năm
• Loại tài liệu: Đồ án Thiết kế
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Sữa Gạo Lứt

Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa gạo lứt với năng suất 14,4 triệu lít/năm là một dự án công nghệ thực phẩm quan trọng, phản ánh nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng Việt Nam. Sữa gạo lứt là một sản phẩm thay thế sữa có nguồn gốc từ thực vật, mang lại giá trị dinh dưỡng cao và phù hợp với xu hướng sống khỏe mạnh hiện đại. Đồ án này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ khâu chuẩn bị nguyên liệu đến đóng gói sản phẩm cuối cùng. Việc thiết kế một phân xưởng hiệu quả không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn giảm chi phí sản xuất và tăng năng suất lao động. Đây là bước tiến quan trọng trong việc phát triển ngành công nghệ thực phẩm ở Việt Nam.

1.1. Giá Trị Dinh Dưỡng Và Ứng Dụng Của Sữa Gạo Lứt

Sữa gạo lứt chứa đầy đủ protein, carbohydrate, chất xơ và các vi chất dinh dưỡng quan trọng. Gạo lứt không chỉ cung cấp năng lượng mà còn giúp cải thiện tiêu hóa và kiểm soát đường huyết. Sản phẩm này thích hợp cho những người không dung nạp lactose, là lựa chọn an toàn cho mọi lứa tuổi. Với hương vị thanh ngọt tự nhiên, sữa gạo lứt từng được tiêu thụ phổ biến tại các nước Đông Nam Á. Hiện nay, nhu cầu tiêu dùng sản phẩm thực phẩm lành mạnh từ nguồn tự nhiên ngày càng gia tăng.

1.2. Tính Khả Thi Về Mặt Kỹ Thuật Và Thiết Bị

Quy trình sản xuất sữa gạo lứt đã được chứng minh hiệu quả và áp dụng rộng rãi. Các thiết bị công nghệ hiện đại như máy ngâm, máy nghiền, máy ly tâm, máy tiệt trùng đều sẵn có trên thị trường. Hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất giúp tăng độ chính xác và giảm sai sót. Công nghệ CIP (Clean In Place) đảm bảo vệ sinh trong quá trình sản xuất. Với năng suất 14,4 triệu lít/năm, thiết kế này hoàn toàn khả thi với các công nghệ sẵn có.

II. Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Sữa Gạo Lứt

Quy trình sản xuất sữa gạo lứt bao gồm nhiều bước quan trọng từ chuẩn bị nguyên liệu đến sản phẩm cuối cùng. Trước tiên, gạo lứt được ngâm trong nước để làm mềm và dễ xử lý hơn. Tiếp đó, gạo được nghiền thành bột mịn bằng máy nghiền chuyên dụng. Bột gạo lứt sau đó trải qua quá trình hồ hóa và dịch hóa để tách riêng phần bột và phần nước. Các chất phụ gia như nhũ hóa, ổn định được thêm vào để cải thiện chất lượng và độ ổn định của sản phẩm. Cuối cùng, sản phẩm được tiệt trùng, làm lạnh và chiết rót vào bao bì. Toàn bộ quy trình được thiết kế để đảm bảo vệ sinh và chất lượng cao nhất.

2.1. Các Bước Chuẩn Bị Và Xử Lý Nguyên Liệu

Nguyên liệu chính là gạo lứt được chọn lọc kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng cao. Gạo lứt được làm sạch và ngâm trong nước ấm từ 30-60 phút. Bột kem thực vật được sử dụng để cải thiện kết cấu và mouthfeel của sản phẩm. Các chất ổn định INS 466 và nhũ hóa INS 471 được hòa tan trong nước trước khi trộn. Quá trình này đảm bảo phân tán đều các thành phần trong sản phẩm cuối cùng.

2.2. Quá Trình Tiệt Trùng Và Đóng Gói

Sau khi hoàn tất hỗn hợp sữa gạo lứt, sản phẩm được đưa vào thiết bị tiệt trùng để loại bỏ các vi sinh vật gây hại. Nhiệt độ tiệt trùng được kiểm soát chặt chẽ để bảo tồn chất dinh dưỡng. Sản phẩm sau đó được làm lạnh nhanh để đảm bảo an toàn. Thiết bị chiết rót tự động đưa sản phẩm vào hộp bao bì đa lớp với dung tích phù hợp. Các thông tin sản phẩm như NSX, HSD được in tự động trước khi sản phẩm được đóng thùng và lưu kho.

III. Cân Bằng Vật Chất Và Tính Toán Năng Suất

Cân bằng vật chất là một phần thiết yếu trong thiết kế phân xưởng sản xuất sữa gạo lứt. Để đạt năng suất 14,4 triệu lít/năm, cần tính toán chính xác lượng nguyên liệu đầu vào và tỷ lệ tổn thất trong quá trình sản xuất. Theo kế hoạch sản xuất, mỗi ngày phân xưởng cần xử lý khoảng 39.726 kg gạo lứt khô. Công thức phối trộn được thiết kế để tối ưu hóa hương vị, kết cấu và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Tỷ lệ tổn thất được ước tính ở mức 8-12% bao gồm nước sử dụng cho quá trình sản xuất, mất do các thiết bị xử lý và nước rửa vệ sinh. Việc tính toán chính xác giúp tối ưu hóa chi phí sản xuất và đảm bảo hiệu suất cao.

3.1. Công Thức Phối Trộn Và Nguyên Liệu

Công thức cơ bản cho 100 kg gạo lứt khô bao gồm: Nước (tỷ lệ 1:10), bột kem thực vật (0,5%), chất nhũ hóa INS 471 (0,15%), chất ổn định INS 466 (0,2%), chất chống oxy hóa INS 307b (0,05%). Các thành phần được trộn theo thứ tự để đảm bảo phân tán đều. Công thức này được xác định dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm và tiêu chuẩn chất lượng quốc tế.

3.2. Ước Tính Tổn Thất Và Hiệu Suất Sản Xuất

Tổn thất nước chủ yếu xảy ra ở quá trình nấu nước syrup (khoảng 5%), hồ hóa dịch hóa (3%). Tổn thất vật chất từ các thiết bị xử lý chiếm khoảng 2-3%. Tổn thất do vệ sinh thiết bị và rửa sạch dây chuyền được ước tính 2-3%. Với các biện pháp kiểm soát chặt chẽ, tỷ lệ tổn thất tổng cộng được giữ ở mức 8-12%, đảm bảo hiệu suất cao của phân xưởng.

IV. Thiết Kế Cơ Sở Vật Chất Và Hệ Thống An Toàn

Thiết kế mặt bằng nhà xưởng được lập kế hoạch khoa học để tối ưu hóa luồng sản xuất và đảm bảo vệ sinh. Tổng diện tích phân xưởng được ước tính dựa trên công suất sản xuất và không gian lưu trữ. Khu vực sản xuất được thiết kế riêng biệt khỏi kho lưu trữ để tránh nhiễm chéo. Hệ thống thông gió được thiết kế để duy trì độ ẩm và nhiệt độ thích hợp cho sản xuất. Các biện pháp an toàn bao gồm hệ thống cáp điện an toàn, thiết bị PCCC (phòng chữa cháy), khu vực phòng thí nghiệm để kiểm tra chất lượng. Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế để bảo vệ môi trường. Toàn bộ thiết kế đạo đức sản xuất và an toàn vệ sinh thực phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế.

4.1. Tính Toán Diện Tích Và Bố Trí Nhà Xưởng

Diện tích khu sản xuất được tính dựa trên kích thước thiết bị và không gian di chuyển của nhân viên. Diện tích kho nguyên liệu được ước tính để lưu trữ 7-10 ngày nhu cầu sản xuất. Khu vực kho thành phẩm được thiết kế với nhiệt độ kiểm soát để bảo quản sản phẩm. Khu vệ sinh, phòng làm việc được bố trí hợp lý để đảm bảo tiêu chuẩn GMP. Tổng diện tích phân xưởng được ước tính khoảng 2.000-2.500 m².

4.2. Hệ Thống An Toàn Sản Xuất Và Bảo Vệ Môi Trường

An toàn điện được đảm bảo bằng hệ thống tiếp đất tốt và thiết bị bảo vệ chạm điện. An toàn cháy nổ được kiểm soát bằng hệ thống PCCC và thiết bị báo cháy. An toàn vệ sinh thực phẩm tuân theo tiêu chuẩn HACCP và Good Manufacturing Practice (GMP). Xử lý nước thải được thực hiện qua hệ thống xử lý sinh học trước khi xả ra môi trường. Phế phẩm sữa gạo lứt được thu gom và xử lý hợp lý hoặc tái sử dụng làm thức ăn gia súc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. LUẬN CHỨNG KINH TẾ - KỸ THUẬT. Tình hình thị trường lúa gạo ở thế giới và Việt Nam. Tình hình thị trường sản phẩm thay thế sữa có nguồn gốc từ thực vật trên thế giới và Việt Nam.

Luận chứng kỹ thuật. Giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Tính khả thi về mặt thiết bị và công nghệ. Thiết kế sản phẩm.

Mô tả sản phẩm. Quy cách chất lượng sản phẩm. Quy cách bao gói sản phẩm. Thiết kế năng suất phân xưởng.

Lựa chọn địa điểm phân xưởng. NGUYÊN LIỆU SẢN PHẨM. Nguyên liệu chính. Bột kem thực vật.

Nguyên liệu phụ, phụ gia. Chất nhũ hóa INS 471. Chất ổn định INS 466. Chất chống oxy hóa INS 307b.

Hộp bao bì đa lớp. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa gạo lứt. Thuyết minh quy trình công nghệ.

Hồ hóa và dịch hóa. In NSX, HSD, đóng thùng. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT. Kế hoạch sản xuất của phân xưởng sản xuất sữa gạo lứt.

Nguyên liệu đầu vào và công thức phối trộn. Ước tính tổn thất. Cân bằng vật chất. Cân bằng vật chất theo 100 kg (G0) gạo lứt đầu vào.

Tổng kết năng suất và tiêu hao nguyên liệu. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ. Tính toán năng suất của các thiết bị. Lựa chọn thiết bị.

Thiết bị ngâm gạo. Thiết bị nghiền keo. Thiết bị hồ hóa và dịch hóa. Thiết bị ly tâm.

Thiết bị nấu syrup. Thiết bị phối trộn. Thiết bị bài khí. Thiết bị đồng hóa.

Thiết bị tiệt trùng. Thiết bị chiết rót. Thiết bị đóng thùng. Thiết bị phụ.

Băng tải trục vis nghiêng. Xe nâng pallet. Bồn trung gian. Hệ thống CIP.

Giản đồ Gantt cho thiết bị. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG, ĐIỆN, NƯỚC. Tính toán năng lượng hơi. Hơi sử dụng cho các quá trình sản xuất.

Hơi sử dụng cho quá trình vệ sinh. Tổng kết lượng hơi tiêu thụ. Tính toán lượng nước tiêu hao. Nước công nghệ.

Nước làm nguội. Nước dùng vệ sinh trong thiết bị. Nước sinh hoạt. Nước vệ sinh phân xưởng.

Tổng lượng nước tiêu thụ mỗi ngày. Tính toán điện năng tiêu thụ. Điện động lực. Điện dân dụng.

Tổng lượng điện tiêu thụ. Chọn tụ bù. THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG. Tính diện tích phân xưởng.

Diện tích khu sản xuất. Diện tích kho. Diện tích các khu vực khác. Tổng kết diện tích.

Thiết kế mặt bằng nhà xưởng. Kết cấu chung. Hệ thống thông gió. Bố trí thiết bị trong nhà xưởng.

AN TOÀN SẢN XUẤT TRONG PHÂN XƯỞNG. An toàn về điện. An toàn cháy nổ. An toàn khi sử dụng các thiết bị cơ học.

An toàn vệ sinh thực phẩm. An toàn vệ sinh tại khu vực sản xuất. Vệ sinh nhà xưởng. Xử lý nước thải.

Xử lý phế phẩm, phụ phẩm. TÀI LIỆU THAM KHẢO. 80 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Năng suất lúa Việt Nam giai đoạn từ năm 2014 đến năm 2024 (tấn/ha) [1].

Phân bố sản lượng lúa gạo Việt Nam [1]. Sản lượng sản xuất sữa nước từ năm 2014 đến Quý 1 năm 2020 (triệu lít). Cơ cấu thị trường sữa Việt Nam 2018. Cấu tạo bao bì đa lớp.

Cấu tạo của hạt gạo. Tetra Brik® Aseptic 200ml Edge. Quy trình công nghệ sản xuất sữa gạo lứt. Bồn ngâm gạo.

Bồn phối trộn có vỏ áo. Thiết bị ly tâm trục vít. Bồn nấu syrup. Bồn phối trộn.

Thiết bị bài khí chân không. Nguyên lý thiết bị bài khí. Thiết bị đồng hóa Tetra Pak 250. Hệ thống tiệt trùng gián tiếp UHT (DC Units), Tetra Pak.

Thiết bị rót vô trùng. Thiết bị đóng thùng. Băng tải trục vis. Xe nâng Heli.

Bồn trung gian. Hệ thống CIP. Giản đồ Gantt cho thiết bị. Giản đồ Gantt của hơi tiêu thụ.

58 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng trong 100 g gạo lứt (Bảng thành phần dinh dưỡng Việt Nam 2007). Mô tả sản phẩm sữa gạo lứt. Chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm.

Chỉ tiêu vi sinh vật và độc tố có trong sản phẩm. Đặc điểm của các khu công nghiệp. Bảng đánh giá điểm số của hai khu công nghiệp. Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt.

Yêu cầu cảm quan theo TCVN 8371:2010 về Gạo lứt. Yêu cầu chất lượng theo TCVN 8371:2010 về Gạo lứt. Chỉ tiêu vi sinh vật, cảm quan và một vài chỉ tiêu vô cơ của nước. Chỉ tiêu cảm quan của đường tinh luyện.

Chỉ tiêu hóa – lý của đường tinh luyện. Các chỉ tiêu vô cơ, chất nhiễm bẩn và vi sinh vật của đường tinh luyện. Chỉ tiêu chất lượng của bột kem thực vật. Chỉ tiêu chất lượng của enzyme.

Chỉ tiêu chất lượng của chất nhũ hóa (E471). Chỉ tiêu chất lượng của CMC (INS 466). Chỉ tiêu chất lượng của chất chống oxy hóa INS 307b. Hàm lượng chất khô và độ ẩm của nguyên liệu.

Tỷ lệ sử dụng của các nguyên liệu. Bảng ước tính tổn thất trong từng quá trình. Bảng thành phần phối trộn nguyên liệu. Bảng tổng kết cân bằng vật chất cho mỗi quá trình cho 100 kg gạo lứt.

Bảng tổng kết tiêu hao nguyên liệu. Tính toán năng suất cho thiết bị theo mẻ cho một ngày sản xuất. Tính toán năng suất cho thiết bị liên tục cho một ngày sản xuất. Thông số bồn ngâm gạo.

Thông số kỹ thuật máy nghiền keo. Thông số kỹ thuật bồn phối trộn có vỏ áo. Thông số kỹ thuật máy ly tâm trục vis. Thông số kỹ thuật bồn nấu syrup.

Thông số kỹ thuật bồn phối trộn. Thông số kỹ thuật thiết bị. Thông số kỹ thuật thiết bị đồng hóa. Thông số kỹ thuật thiết bị tiệt trùng UHT.

Thông số kỹ thuật thiết bị rót vô trùng. Thông số kỹ thuật thiết bị đóng thùng. Thông số băng tải trục vis. Thông số bơm ly tâm .16 Thông số bơm bánh răng.

Thông số xe nâng. Thông số bồn trung gian. Thông số hệ thống CIP. Độ ẩm và Cp của nguyên liệu.

Bảng tổng kết lượng hơi tiêu thụ. Thông số công nghệ lò hơi KG-2000. Chế độ CIP cho từng thiết bị. Lượng nước sử dụng cho chế độ CIP 1.

Lượng nước, NaOH, HNO3 sử dụng cho chế độ CIP 2. Tổng lượng nước tiêu thụ của phân xưởng. Tính toán điện động lực của các thiết bị trong phân xưởng .Yêu cầu về độ rọi của các phòng và khu vực làm việc. Tính toán điện chiếu sáng cho phân xưởng.

Tính toán diện tích của thiết bị trong phân xưởng. Tính toán diện tích kho nguyên liệu phụ. Tổng kết diện tích các khu vực phân xưởng. LUẬN CHỨNG KINH TẾ - KỸ THUẬT 1.

Tình hình thị trường lúa gạo ở thế giới và Việt Nam. Lúa là cây lương thực chính của hơn một nửa dân số thế giới (trong đó có Châu Á, khu vực Châu Phi cận Sahara và khu vực Nam Mỹ), được trồng và tiêu thụ rộng rãi. Đây là một loại ngũ cốc đóng vai trò quan trọng thứ hai trên thế giới (sau ngô) là nguồn cung cấp chất xơ, vitamin và khoáng chất quan trọng. Quy mô thị trường gạo trên thế giới được ước tính đạt 376,54 tỷ USD vào năm 2024 và dự kiến sẽ đạt 436,51 tỷ USD vào năm 2029, tăng trưởng ở tốc độ CAGR là 3% trong giai đoạn dự báo (2024 – 2029) với các cường quốc về sản xuất lúa gạo như Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines, Việt Nam, Indonesia,.

Theo USDA, tổng nguồn cung gạo trên toàn cầu trong niên vụ 2023 – 2024 (sản lượng + tồn kho đầu kỳ) dự kiến vào khoảng 693,5 triệu tấn, giảm 4,1 triệu tấn so với niên vụ 2022-2023. Năng suất lúa Việt Nam giai đoạn từ năm 2014 đến năm 2024 (tấn/ha). Tại Việt Nam, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cho biết, dự kiến sản xuất lúa cả nước năm 2024 sẽ đạt 43 triệu tấn với năng suất 6,1 tấn/ha (cao hơn so với các năm trước, Hình 1. Với sản lượng này sẽ đảm bảo nhu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu hơn 8 triệu 1 tấn.

Sản lượng và giá cả xuất khẩu gạo tiếp tục bứt phá trong năm 2024. Trong 4 tháng 2024, xuất khẩu gạo đã đạt 3,23 triệu tấn, tăng 11,7% với 2,08 tỷ USD, tăng 36,5% so với cùng kỳ năm ngoái. Kết quả này nhờ giá xuất khẩu gạo bình quân từ đầu năm đạt 644 USD/tấn, tăng 22,2%. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Đồng bằng sông Cửu Long là vùng kinh tế nông nghiệp quan trọng, thực hiện sứ mệnh đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu, đứng đầu cả nước về sản lượng lúa gạo, thủy sản và trái cây.

Vùng này đóng góp 56% sản lượng lúa gạo (24,5 triệu tấn), 98% sản lượng cá tra (1,41 triệu tấn) và 60% Hình 1. Phân bố sản lượng lúa gạo Việt Nam [1]. các loại trái cây cả nước (4,3 triệu tấn), 95% lượng gạo xuất khẩu và 60% lượng thủy sản xuất khẩu của Việt Nam. Tình hình thị trường sản phẩm thay thế sữa có nguồn gốc từ thực vật trên thế giới và Việt Nam.

Trong những năm gần đây, đồ uống có nguồn gốc từ thực vật (Non-dairy milk substitutes) trở nên phổ biến do sự quan tâm ngày càng tăng đối với chế độ ăn thuần chay và hội chứng không dung nạp lactose. Chúng được chế biến từ nhiều nguồn thực vật khác nhau như các loại hạt, ngũ cốc và các loại đậu, cung cấp một lựa chọn thay thế không chứa sữa từ động vật. Chúng đáp ứng nhiều sở thích ăn uống khác nhau, bao gồm cả người ăn thuần chay và người bị dị ứng với lactose. Theo Tổ chức IMARC, quy mô thị trường đồ uống có nguồn gốc thực vật toàn cầu đạt 30,8 tỷ USD vào năm 2023.

Dự báo năm 2032, thị trường sẽ đạt 60,0 tỷ USD với tốc độ tăng trưởng (CAGR) là 7,5 % trong giai đoạn 2024 - 2032. 2 Trong đó, sữa gạo là một lựa chọn thay thế tuyệt vời cho những người tiêu dùng không dung nạp được đường lactose được khách hàng ưa chuộng. Theo Mordor Intelligence, quy mô thị trường sữa gạo trên toàn cầu ước tính đạt 277,08 triệu USD vào năm 2024 và dự kiến sẽ đạt 358,37 triệu USD vào năm 2029, tăng trưởng ở tốc độ CAGR là 5,28% trong giai đoạn dự báo (từ năm 2024-2029) với sự chiếm lĩnh thị trường của nhiều công ty lớn như Vitasoy Australia Products Pty Ltd, The Hain Celestial Group, Inc, Nature's Choice, Pureharvest Pty ltd, SunOpta Inc, .