Hệ thống bể vô trùng trong chế biến thực phẩm dạng lỏng

Hệ thống bể vô trùng tiêu chuẩn thường bao gồm một số bộ phận quan trọng. Mỗi bộ phận đều góp phần giữ cho đường ống sạch sẽ, vô trùng và đáng tin cậy.

1. Bồn chứa vô trùng

Các nhà sản xuất thường chế tạo bồn chứa từ thép không gỉ vệ sinh 316L. Họ đánh bóng bề mặt bên trong đến mức độ rất cao, thường là Ra ≤ 0,4 μm. Bề mặt nhẵn mịn này giúp giảm sự tích tụ sản phẩm, giúp việc vệ sinh dễ dàng hơn và giảm nguy cơ cặn bẩn ẩn giấu.

Bồn chứa cũng cần đáp ứng các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Trong quá trình SIP, hơi nước nóng tạo ra nhiệt độ và áp suất cao bên trong bồn. Trong quá trình làm nguội, bồn có thể phải chịu điều kiện chân không. Do đó, bồn cần có kết cấu chắc chắn, mối hàn chất lượng cao và thiết kế hợp vệ sinh, loại bỏ các góc chết không cần thiết.

Nhiều hệ thống cũng bao gồm một lớp vỏ ngoài. Lớp vỏ này có thể giúp giữ nhiệt, làm mát hoặc kiểm soát nhiệt độ. Lớp cách nhiệt và lớp vỏ ngoài bằng thép không gỉ giúp giữ cho hệ thống ổn định và sạch sẽ.

2. Cụm van vô trùng và hệ thống đường ống

Cụm van điều khiển dòng chảy sản phẩm, chuyển mạch CIP, định tuyến SIP và cách ly khỏi môi trường bên ngoài. Đây là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống. Hệ thống sử dụng một số van để bảo vệ vùng vô trùng tại các điểm quan trọng. Chúng bao gồm van màng vô trùng, van chống trộn có rào chắn hơi nước và van kín bằng ống xếp. Các loại van này giúp ngăn chặn vi sinh vật từ bên ngoài xâm nhập qua thân van, gioăng hoặc các khu vực nhạy cảm khác.

Các kỹ sư thiết kế đường ống với độ dốc phù hợp, các đoạn ống chết ngắn và các mối hàn chất lượng cao. Điều này đảm bảo việc làm sạch và khử trùng bằng hơi nước đáng tin cậy. Trong một dây chuyền vô trùng, đường ống không chỉ vận chuyển sản phẩm mà còn giúp bảo vệ ranh giới vô trùng.

3. Hệ thống khí hoặc không khí vô trùng

Khi bình chứa đầy hoặc cạn, áp suất bên trong sẽ thay đổi. Việc kiểm soát áp suất cũng rất quan trọng trong giai đoạn chờ. Nếu không có sự hỗ trợ của khí sạch, không khí bên ngoài có thể xâm nhập vào bình và phá vỡ điều kiện vô trùng.

Để ngăn ngừa điều này, hệ thống sử dụng Hệ thống Khí hoặc Không khí Vô trùng. Hệ thống lọc khí nén hoặc nitơ qua nhiều giai đoạn. Giai đoạn cuối cùng sử dụng bộ lọc khử trùng có kích thước lỗ 0,22 micron.

Hệ thống sau đó sẽ dẫn khí sạch vào bồn chứa để duy trì áp suất dương ổn định. Chức năng bảo vệ này rất cần thiết trong các dây chuyền đóng gói vô trùng. Nó giúp giữ cho sản phẩm an toàn trong suốt quá trình vận hành và thời gian chờ đợi.

4. Hệ thống khuấy trộn

Một số thực phẩm dạng lỏng có thể lắng cặn, tách lớp hoặc tạo thành các lớp trong quá trình bảo quản. Điều này thường xảy ra với nước ép có bã, đồ uống sô cô la và một số đồ uống làm từ thực vật. Trong những trường hợp này, bể vô trùng có thể bao gồm hệ thống khuấy để giữ cho sản phẩm được trộn đều.

Các lựa chọn phổ biến bao gồm máy khuấy từ vô trùng gắn ở đáy. Người dùng cũng có thể chọn máy khuấy gắn trên hoặc gắn bên hông với gioăng cơ khí chống hơi nước. Những thiết kế này giúp duy trì độ đồng nhất của sản phẩm đồng thời bảo vệ điều kiện vô trùng bên trong bồn chứa.

5. Hệ thống CIP và SIP

Vệ sinh tốt và xử lý bằng hơi nước đúng cách là điều cần thiết cho hoạt động ổn định lâu dài. Hệ thống CIP làm sạch bề mặt bên trong của bồn chứa, đường ống, van và các bộ phận liên quan sau khi sản xuất. Hệ thống này thường sử dụng kiềm, axit, nước nóng hoặc các dung dịch làm sạch khác. Phần trên của bồn chứa thường bao gồm các đầu phun vệ sinh hoặc đầu phun xoay để dung dịch làm sạch có thể bao phủ tất cả các khu vực quan trọng.

Hệ thống SIP chuẩn bị dây chuyền trước khi sản xuất. Nó dẫn hơi nước công nghiệp sạch qua bồn chứa, bộ lọc, đường ống và van để làm cho toàn bộ hệ thống được khử trùng. Trong nhiều hệ thống, SIP hoạt động ở nhiệt độ từ 121°C đến 130°C hoặc cao hơn, tùy thuộc vào thiết kế quy trình. Dây chuyền chỉ bắt đầu sản xuất sau khi đạt được nhiệt độ, áp suất và thời gian giữ nhiệt cần thiết.

6. Thiết bị bảo vệ an toàn

Bể vô trùng trải qua sự thay đổi lớn về áp suất và nhiệt độ trong quá trình xử lý bằng hơi nước và làm mát. Vì vậy, hệ thống cần có biện pháp bảo vệ an toàn đáng tin cậy.

Cấu hình tiêu chuẩn thường bao gồm van an toàn vệ sinh, đĩa vỡ và mạch logic bảo vệ áp suất. Các thiết bị này bảo vệ bình chứa nếu áp suất tăng quá cao.

Trong quá trình làm lạnh, bình chứa cũng có thể gặp rủi ro do chân không. Một van chống chân không vô trùng đặc biệt bảo vệ bình chứa khỏi áp suất mạnh từ bên trong. Thiết kế này giúp ngăn ngừa biến dạng và hư hỏng cấu trúc.

7. Cảm biến và Hệ thống Điều khiển Tự động

Các hệ thống bể chứa vô trùng hiện đại phụ thuộc vào các cảm biến chính xác và hệ thống điều khiển tự động đáng tin cậy. Hầu hết các hệ thống đều bao gồm cảm biến nhiệt độ, bộ truyền áp suất và thiết bị giám sát mức chất lỏng.

Trong nhiều dây chuyền vô trùng, các kỹ sư tránh sử dụng cảm biến mức tiếp xúc vì chúng có thể làm tăng rủi ro bên trong khu vực vô trùng. Thay vào đó, họ thường đặt toàn bộ bồn chứa lên các cảm biến trọng lượng. Phương pháp này cho phép hệ thống đo trọng lượng sản phẩm và mức chất lỏng một cách chính xác mà không cần tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm.

Hệ thống điều khiển quản lý CIP, thời gian SIP, chế độ chờ vô trùng, điều khiển áp suất dương, chuyển sản phẩm, cảnh báo và khóa an toàn. Các điều kiện quy trình như nhiệt độ, áp suất hoặc trạng thái bộ lọc phải nằm trong giới hạn an toàn. Nếu không, hệ thống điều khiển sẽ kích hoạt cảnh báo và dừng quy trình.