Giao Trinh Cong Nghe San Xuat Cac San Pham Tu Sua Va Thuc Uong Pha Che Tap 1 Cong Nghe San Xuat Cac San Pham Tu Sua Le Van Viet Man PDF [PDF]

Zitiervorschau

LÊ V Ă N V IỆ T M Ẫ N

GIẢO THỈNH

GÔNG NGHỆ SÂN XIIẤT CÁC SẢN PHAM TỪ SỮA VÀ THỨC UỐNG PHA CH Í TẬ P 1

CÔNG NGHỆ SẢN XUAT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

THƯVIỆNĐHNHATRANG

300002

^

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. Hồ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Lê Văn Việt Mân

GIẤO TRÌNH

CÔNG NGHỆ SẴN XUẤT CÁC SÂN PHẨM Từ SỮA VÀ THỨC UỐNG PHA CH Í

TẬP 1

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2010

MỤC LỤC LỜI N Ó I ĐẦU

7

P hẫn 1: NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA 9 1.1 Giới thiệu về sữa bò 11 1.1.1 Một số tính chất vật lý 11 1.1.2 Thành phần hóa học 12 1.1.3 Các tính chất hóa lý 36 1.2 Hệ vi sinh vật trong sữạ bò 40 1.2.1 Nguồn gốc hệ vi sinh vật trong sữa 40 1.2.2 Hệ vi sinh vật trong sữa 42 1.3 Vắt sữa, vận chuyển và bảo quản sữa trướckhi chế biến 50 1.3.1 Quả trình vắt sữa 50 1.3.2 Quá trình vận chuyển sữa từ nơi thu hoạch về nhà máy chế biến 51 1.3.3 Quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến 54 1.4 Câu hỏi ôn tập phần 1 64 P hần 2: CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA 2.1 Các quá trình vật lý 2.1.1 Quá trình ly tâm 2.1.2 Quá trình đồng hóa 2.1.3 Quá trình phân riêng bằng membrane 2.1.4 Quá trình thanh trùng và tiệt trùng 2.2 Cácquá trình hóa lý 2.2.1 Quá trình bài khí 2.2.2 Quá trình cô đặc bằng nhiệt 2.2.3 Quá trình sấy phun 2.2.4 Quá trình đông tụ casein 2.3 Cácquá trình sinh học 2.3.1 Quá trình nhân giống vi sinh vật 2.3.2 Quá trình lên men 2.4 Câu hỏi ôn tập phần 2

65 67 67 73 87 107 128 128 131 142 157 167 167 186 202

P h ầ n 3: CÔNG NGHỆ SẢ N XUẤT CÁC S Ả N PHẨM TỪ SỮA J 3.1 Công nghệ sản xuất sữa thanh trùng 3.1.1 Giới thiệu chung 3.1.2 Quy trình công nghệ 3.1.3 Sản phẩm sữa thanh trùng 3.2 Công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng 3.2.1 Giới thiệu chung 3.2.2 Quy trình công nghệ 3.2.3 Sản phẩm sữa tiệt trùng 3.3 Công nghệ sản xuất sữa cô đặc 3.3.1 Giới thiệu chung 3.3.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa cô đặc 3.3.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa đặc không ngọt 3.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa đặc có đường 3.3.5 Sản phẩm sữa cồ đặc 3.4 Công nghệ sản xuất sữa bột 3.4.1 Giới thiệu chung 3.4.2 Nguyên liệu trong sản xuất sữa bột 3.4.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột nguyên cream 3.4.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy 3.4.5 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột tan nhanh (instant milk powder) 3.4.6 Quá trình lecithin hóa trong công nghệ sản xuất sữa bột 3.4.7 Sản phẩm sữa bột 3.5 Công nghệ sản xuất sữa lên men 3.5.1 Giới thiệu chung 3.5.2 Công nghệ sản xuất sữa lên men yaourt 3.5.3 Công nghệ sản xuất sữa lên men kefir 3.6 Công nghệ sản xuất phô mai 3.6.1 Giớị thiệu chung 3.6.2 Nguyên liệu trong sản xuất phô mai 3.6.3 Công nghệ sản xuất phô mai mềm không qua giai đoạn ủ chín (phô mai tươi)

203 205 205 206 213 213 213 214 220 221 221 222 224 227 230 232 232 233 234 241 242 243 243 246 246 248 262 268 268 269 272

3.6.4 Công nghệ sản xuất phô mai mềm và bán mềm 277 có qua giai đoạn ủ chín 3.6.5 Công nghệ sản xuất phô mai bán cứng, cứng và rất cứng 295 301 3.6.6 Công nghệ sản xuất phô mai nấu chảy 306 3.7 Công nghệ sản xuất bơ 306 3.7.1 Giới thiệu chung 307 3.7.2 Nguyên liệu trong sản xuất bơ 309 3.7.3 Quy trình công nghệ sản xuất bơ 321 3.7.4 Sản phẩm bơ I 322 3.8 Công nghệ sản xuất kem 322 3.8.1 Giới thiệu chung 322 3.8.2 Nguyên liệu trong sản xuất kem 326 3.8.3 Quy trình công nghệ sản xuất kem 334 3.8.4 Kem thành phẩm 335 3.9 Câu hỏi ôn tập phần 3 TÀ I LIỆU THAM KHẢO

336

LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp thực phẩm bao gồm nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau như chế biền lương thực; sản xuất bánh, kẹo; chế biến rau, quả; chè biên trà, că phè, ca cao; sản xuất dầu béo; chế biến thịt, thủy sản; sản xuât các sảh phẩm từ sữa; sari xuất thức uống pha chế, thức uống lèn men... Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công nghệ thực phẩm tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, các kiến thức công nghệ thuộc hai lĩnh vực: sản xuất các sản phẩm từ sữa và sản xuất thức uống dạng pha chế được gộp chung lại trong nội dung môn học “Công nghệ sản xuất các săn phẩm từ sữa và thức uống pha chế”. Đây là một trọng sô' các môn học chuyên ngành của sinh viên đang theo học tại trường. Mục tiêu của môn học nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức về nguyền phụ liệu, quy trình sản xuất và chỉ tiêu đánh giá chất lượng các săn phẩm thuộc hai lĩnh vực nói trên. Do sự khác biệt về thành phần hóa học và các tính chất của nguyên liệu, cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và các sản phẩm thức uống dạng pha chế là khác nhau. Do đó, nội dung môn học đõ, được biên soạn thành 2 quyển sách riêng biệt để lầm tài liệu tham khảo cho sinh viên. Quyển “Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa* đã được xuất bản lần đầu tiên vàố năm 2004. Đến năm 2006, quyển “Công nghệ sản xuất thức uống” được xuất bản. Cả hai tài liệu nổi trên đều do Nhà xuất bản Đại họcQuốc gia TP. Hồ Chí Minh xuất bản. Từ đó đến nay, các quyển sách này đãđược nối bản và tái bản. Lần này, chúng tôi biên soạn lại nội dung của hai quyển sách nói trên với mục đích làm giáo trình môn học “CÔNG NGHỆ SA N XUAT CAC SẨ N PHẨM TỪ SỮA VÀ THỨC UỐNG PHA CHẾ* cho sinh viển Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quôc giữ TP. Hô Chí Minh. Các đề mục trong giáo trình được bố cục theo đề cương môn học “Công nghệ sản xuất các săn phẩm từ sữa và thức uống pha chế” dã được H ội đồng khoa học của Khoa và Trường phê duyệt. Giáo trình được chia thành hai tập: Tập i: “Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa” Tập 2: “Công nghệ sản xuất thức uống pha chế”

Quyển sách này là tậ p 1 của giáo trình nói trên. Nội dung tập 1 gồm có 3 phần chính: Phần 1 giới thiệu về sữa nguyên liệu: thành phần, tính chất, hệ vi sinh vật trong sữa, những điều cần lưu ý trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và bảo quản sữa tươi trước khi chế biến. Phần 2 gồm các quá trinh cơ bản trong công nghiệp chế biến sữa. Đó là các quá trinh vật lý, hóa lý và sinh học. Phẩn 3 trình bày công nghệ sản xuất một số sản phẩm tiếu biểu từ sữa như sữa thanh trùng, sữa tiệt trùng, sữa cô đặc, sữa bột, sữa lên men (yaourt, kefir), phô mai, bơ và kem. Trong phần này, một sổ kỹ thuật mới trong các quy trinh chế biến sữa đã được giới thiệu như thanh trùng sữa bàng phương pháp vi lọc, cô đặc sữa trong sản xuất yaourt bằng phương pháp thẩm thấu ngược hoặc siêu lọc, vi bao chất béo để làm tăng chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm trong quả trinh sấy phun sản xuất sữa bột... Tập 1 của quyển giáo trình này cũng là tài liệu tham khảo cho các bạn đọc đang công tác trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm từ sữa. . Chúng tôi mong nhận được ỷ kiến đóng góp của bạn đọc về nội dung quyển giáo trình để những lần tái băn sau sách được hoàn chỉnh hơn. Thư từ góp ý xin gửi về: Bộ môn Công nghệ thực phẩm> Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, TP Hồ Chí Minh, Điện thoại: (08) 38 64 62 51. Tác giả PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn

PHẨN 1

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CH Í BIẾN SỮA

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHÊ' BIẾN SỮA

11

1.1 G IỚ I T H IỆ U V Ề S Ữ A B Ò Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các dộng vật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá. Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu. Ớ nước ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp thực phẩm. Trong quyển sách này, chúng tôi chỉ đề cập đến nguồn nguyên liệu sữa bò và các sản phẩm chế biến công nghiệp từ sữa bò.

1.1.1 MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ 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 vào hàm lượng p-caroten có trong chất béo của sữa. Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy (sữa đã được tách béo - skimmilk) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ. B ả n g 1.1 Một sô' chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò Đại lượng Tỷ trọng Điểm đông đặc Độ dẫn điện

Đdn vị đo

Giá trị

g/cm3

1,028 + 1,036

°c

Đại lượng Nhiệt dung riêng

-0,54 + -0,59 Thế oxy hóa khử

1/ohm.cm 0,004 *■0,005

Sức căng bề mặt d 20°c

Đờn vj do

Giá trị

cal/g.°c

0,933 + 0,954

y

0,10 Ỷ 0,20

dynes/cm

50

Tỷ trọ n g sữa Tỷ trọng sữa do hàm lượng các chất khô trong sữa quyết định. Các chất béo có tỷ trọng nhỏ hợn 1g/cm3. Hàm lượng chất béo trong sữa càng cao thì tỷ trọng của sữa sẽ càng thấp. Khi biết được thành phần khối lượng các chất béo và các chất không béo có trong sữa, ta có thể tính được tỷ trọng của sữa (ở 15,5°C) theo công thức sau: ^15,5°c _

trong đó:

100

(g/cm3)

PHẨN 1

12

- F {fat) là hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng) - SN F (solids non fat) là hàm lượng các chất khô không béo trong sữa (% khôi lượng) - w {water) là hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng). Ta có: w = 100 - F - S N F ,

(%)

Ví dụ: Sữa bò tươi có hàm lượng chất béo là 3,0% và hàm lượng các chất khô không béo là 8,1%- Tỷ trọng của sữa ở 15,5°c sẽ bằng: --------------- = 1,029 gtcm3 + - ^ + (100-3,0-8,1) 0,93 1,608

d**°c = ^

Đ iể m đ ô n g đ ặ c c ủ a sữa: Thường dao động trong khoảng từ -0,54 -ỉ- -0,59°c. Người ta thường sử dụng chỉ tiêu này dể kiểm tra xem sữa tươi có bị pha loãng với nước hay không. Tuy nhiên, khi xử lý sữa ở nhiệt độ cao, điểm đông đặc của sữa sẽ gia tăng do sự kết tủa của một số muối phosphate có trong sữa.

1.1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí. Khi nói đến thành phần hóa học của sữa, các nhà sản xuất thường quan tâm đến giá trị pH và độ chua. G iả tr ị p H củ a sữa Giá trị pH thường được xác định ở 20°c. Theo định nghĩa: pH = -lg[H+] Sữa bò tươi có giá trị pH trung bình là 6,6. Sữa non (colostrum) - tức phần sữa đầu tiên trong một chu kỳ tiết sữa của động vật - có giá trị pH thường thấp hơn và khoảng bằng 6,0. Khi sữa bị nhiễm vi sinh vật như nhóm vi khuẩn lactic, chúng sẽ chuyển hóa đường lactose trong sữa thành acid lactic và làm giảm giá trị pH của sữa.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

13

Độ ch u a Trong công nghiệp thực phẩm, độ chua sản phẩm được xác định bằng phương pháp chuẩn độ. Hiện nay trên thế giới, độ chua của sữa thường được biểu diễn bằng độ Soxhlet Henkel (°SH), độ Thorner (°Th) hoặc độ Dornic (°D). °SH: là số ml dung dịch NaOH N/4 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt chĩ thị phenolphtalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Các nước Trung Âu thường sử dụng đơn vị này. Sữa bò tươi có độ chua trung bình 7°SH. °Th: là số ml dung dịch NaOH N/10 cần thiết để chuẩn độ hỗn hợp 100mZ sữa và 200ml nước cất có bổ sung vài giọt chỉ thị phenolphtalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Thụy Điển, Nga, Ucraina, Belarus sử dụng đơn vị này. Sữa bò bình thường có độ chua 17°Th. °D: là số ml dung dịch NaỔH N/9 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt chĩ thị phenolphtalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Hai nước Pháp và Hà Lan thường dùng đơn vị này dể biểu diễn độ chua của sữa. B ả n g 1.2 Mối liến hệ giữa các đơn vị đo độ chua của sữa °SH

°Th

°D

1

2,5

2,25

°Th

0,4

1

0,9

°D

4/9

10/9

1

°SH

Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống động vật nuôi, tình trạng sinh lý của từng con vật, điều kiện chăn nuôi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiêt...). B ả n g 1.3 Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng) Động vật

Protein tổng

Casein

Chất béo

Carbohydrate

Khoáng

Bò

3,4

2,8

3,9

4,8

0,8

Dê

3,6

2,7

4,1

4,7

0,8

Cừu

5,8

4,9

7,9

4,5

0,8

Ngựa

2,2

1,3

1,7

6,2

0,5

Người

1,2

0,5

3,8

7,0

0,2

14

PHẨN 1

B ảng 1.4 Hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) Các thành phần chfnh

Khoảng biến thiên

Giá trị trung bình

Nước

85,5 -r 89,5

87,5

T ổng c á c c h ấ t khô

10,5 + 14,5

13,0

- L acto se

3,6

5,5

4,8

- Protein

2,9 -5- 5,0

3,4

- C hất béo

2 ,5 - 6 ,0

3,9

- K hoáng

0,6 + 0,9

0,8

Tổng các chất khô (Total solids-TS hoặc Dry matter-DM) được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa. Đại lượng này thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm (%) khối lượng. Chất khô không béo (Solids non fat - SN F): là hiệu số giữa tổng các chất khô (T S ) và hàm lượng chất béo trong sữa. Từ bảng 1.4, ta suy ra giá trị trung bình của hàm lượng chất khô không béo trong sữa bò là 13,0 - 3,9 = 9,1%. i) Đ ường lactose Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành. Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới hai dạng: - Dạng a-lactose monohydrate CÌ2 H22 O1 1 .H2 O (phân tử a-lactose ngậm một phân tử nước). - Dạng P-lactose anhydrous C12 ĨỈ 22 O11 (phân tử (3-lactose khan). Tỷ lệ hàm lượng giữa a-lactose monohydrate và P-lactose anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa.

12

13

12

13

12

[3

12

OH

H

OH

H

OH

H

OH

p-D-galactopyranose

u-D-glucopyranose

p-D-galactosido-1,4ư-D glucose «-lactose

ỊVD-galactopyranose

[i-D-glucopyranose

iỉ-D-galactosido-1,4p-D glucose Hactose

H ìn h 1.1 Công thức cấu tạo phân tử a- và (3-lactose

15

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

B ả n g 1.5 Một sô tính chất vật lý của lactose Đại lượng

Đơn vị đo

a-lactose monohydrate

p-lactose anhydrous

Phân tử lượng

Da

360

342

Nhiệt độ nóng chảy

°c

202

242

Độ hòa tan ở 15°c

g đưởng/100g nước

7

50

Góc quay cực [ci]q0

độ

+89,4

+35

Khi ta hòa tan đường a-lactose monohydrate dạng tinh thể vào nước, góc quay cực của dung dịch sẽ là +89,4°. Nếu giữ dung dịch này ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ góc quay cực sẽ giảm xuống giá trị +55°. Đó là do một số phân tử a-lactose monohydrate đã chuyển sang dạng P-lactose anhydrous. Khi đó, trong dung dịch sẽ tồn tại cân bằng: L-a-lactose monohydrate ■«----* L-/3-lactose anhydrous Việc giảm giá trị góc quay cực của dung dịch a -lactose monohydrate sẽ diễn ra với tốc độ nhanh hơn nếu pH dung dịch được kiềm hóa về giá trị 9,0 hoặc dung dịch được gia nhiệt ở 75°c. B ảng 1.6 Tỷ lệ thành phần a-lactose monohydraíe và /3-lactose anhydrous (theo khối lượng) ở trạng thái cân bàng trong dung dịch tại các giá trị nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ dung dịch (°C) Tỷ lệ thành phần a-lactose monohydrate và p-lactose anhydrous

15

20

50

70

90

1:1,63

1:1,59

1:1,51

1:1,45

1:1,40

Lactose là đường khử. Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các disaccharide và monosaccharide thường gập. Nếu như độ ngọt của saccharose được đánh giá với chỉ số 100, của maltose là 32, glucose là 74 và fructose là 173 thì độ ngọt của lactose chỉ đạt 16. Lactose có thể bị thủy phân tạo ra hai monosaccharide là glucose và galactose bởi enzyme p-galactosidase (lactase). Các đường đơn giản như glucose, fructose, saccharose, cổ nhiều trong thực vật (hoa, trái cây các loại...). Tuy nhiên chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên. Ngoài lactose, trong sữa bò còn có glucose (hàm lượng trung bình lOmg/ỉ), galactose (20mg/l) và các hợp chất glucid chứa nitơ như Nacetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine, acid N-acetyl neuraminic,... Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp, chỉ ở dạng vết.

PHẨN 1

16 HC =

o

HC — NH — c — CH3

I

II

HO — CH

o

I HC — OH

I

HC — OH

COOH

I

Acid pyruvic

c= 0

I CH-, I

N-acetylglucosamin HC = 0

o

I

HC — NH— c

I

lí

HO — CH

—CH,

HC — OH

ĩ

... [

H ,c — C — HN — CH

o

.

HO — CH

I

Hexosamine

ĩ

HO — CH

HC — OH

I HC — OH CH,

I

HC — OH

Ị

■OH

CH, — OH Acid-N-acetylneuraminic

N-acetylgalactosamin

H ình 1.2 Công thức cấu tạo một số hợp chất glucid có chứa nitơ trong sữa 2i) Các hợp c h ấ t cỏ chứa n itơ Thành phần các hợp chất có chứa nitơ trong sữa được trình bày ở hình 1.3. Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bò (100%;

Protein (95%)

Các hợp chất chứa nitơ phi protein (5%)

Enzyme Casein (75+85%) CH-p CH, — CH ,— C H ,— CH— C H ,— CH2— GHị— CH— CH2— CH2— GHg— C ss CH — CH,

H3C

I' ÒH3

L

ch 3

Phytene (CS0H J

I

ch3

PHẨN 1

34

p-caroten H3C

CHa

HSC

CH3

p-caroten (C40H56)

Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu, đường kính dao động từ 0,1+20ụm. Trong 1ml sữa có khoảng 10^15 tỷ h ạt cầu béo. Do đó, ta có thể xem sữa là một hệ nhũ tương dầu trong nước. Các h ạt cầu béo được bao bọc bởi một lớp màng lipo-protein tích điện âm. Các màng này có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa. Các h ạt cầu béo có thành phần chủ yếu là glyceride, phospholipid và protein. Sự sắp xếp các thành phần này trong hạt cầu béo đến nay chưa dược nghiên cứu sâu. Nhiều nhà khoa học cho rằng các phospholipid giữ vai trò “cầu nối trung gian” để liên kết giữa các glyceride và protein. Phân tử phospholipid có hai dầu: đầu ưa béo (khồng phân cực) sẽ tương tác với các phân tử glyceride ở tâm cầu; đầu ưa nước (phân cực) sẽ kết hợp với màng protein bao xung quanh h ạt cầu béo. Nếu ta không động hóa sữa tươi, trong thời gian bảo quản các h ạt cầu béo có xu hướng kết hợp lại với nhau thành chùm nhờ một protein kém bền nhiệt là agglutinin. Do tỷ trọng các h ạt béo nhỏ hơn nước nên chúng sẽ nổi lên bề mặt sữa dưới tác dụng éủa lực đẩy Archimede và tạo nên váng sữa. Khi đó trong sữa tồn tại hai pha lỏng tách biệt: pha trên cùng với thành phần chủ yếu là lipid; pha dưới có tỷ trọng lớn hơn gồm nước và một số chất hòa tan trong sữa như đường lactose, khoáng, một số protein.... 4Ỉ) Khoáng Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động'từ-8*lQg/L Các muối trong sữa ở dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein). Trong số các nguyền tố khoáng có trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là calci, phosphore vă magie. Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại dưới dạng muối hòa tan trong sữa. Các nguyên tố khoáng khác như -kali, natri, clore... đổng yai trò chất điện ly (electrolyte). Cùng với lactose, chúng góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa trong bầu vú động vật với áp lực máu.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

35

Thông thường vào cuối chu kỳ tiết sữa, đặc biệt khi con vật bị viêm vú, hàm lượng NaCl tăng vọt làm cho sữa có vị mặn. Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zíi, Fe, I, Cu, Mo.... Chúng cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người. Một số nguyên tố độc hại như Pb, Às... đôi khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò. B ả n g 1.15 Thành phần một số nguyên tố vi lượng trong sữa (mg/l) (Luquet, 1985) NguyỀn tố

Sữa người

Sữa bò

Nguyên tố

Zn

3 *5

2 *5

Mo

Si

0,5 + 1,5

1,5 Ỷ 7,0

F

0,1 +0,2

AI

0,3 * 1 ,0

0,5 + 1,0

Se

0,01 -*• 0,05

Fe

0 ,5 -í-1,0

0,2 + 0,5

Cr

0,01 + 0,02

Cu

0,1 +0,5

0,02 + 0,15

Co

I

0,05

0,015 -ỉ- 0,050

Pb

0,1 +0,2

0,04 + 0,08

Mn

0,02 + 0,06

0,03 + 0,05

As

0,04 + 0,08

0,03 + 0,05

Sữa người

Sữa bò 0,05 + 0,08

'

0,5. lo -3* 1 ,0. 10-3

5i) V itam in Các vitamin trong sữa được chia làm hai nhóm: Vitamin hòa tan trong nước gồm: Bi, B2 , B3, Bg, B6, c... Vitamin hòa tan trong chất béo gồm: A, D, E. Nhìn chung, hàm lượng các vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định, là do chúng được tổng hợp chủ yếu bởi các vi khuẩn trọng ngăn thứ nhất dạ đày của nhóm động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Tuy nhiên, hàm lượng vitamin tan trong chất béo bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết.... B ả n g 1.16 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò Vitamin

Hàmiuợng

vitamin

Hàm lượng ịmg/t)

Vitamin

, Hàm lượng (mq/I)

A

0,2 + 2,0 mg/ì

B1

0,44

B12

4,3

D

0,375 + 0,500 ụgfl

Bỉ

1,75

c

E

0,75 + 1,00 mgn

Ba

0,94

Biotine

30

K

BQjtg/l

Bs

3,46

Acid folic

2,8

Bs

0,5

'

20

36

PHẨN 1

6Ỉ) H orm one Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật. Trong sữa bò, ta có thể tìm thấy nhiều loại hormone. Ghủng được chia thành ba nhóm là proteohormone, hormone peptide và hormone steoride, trong số đó prolactine được nghiên cứu. nhiều hơn cả. Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là 50ụgll, trong sữa non là 230\ig/l. 7i) Các hợp c h ấ t kh á c Trong sữa bò còn chứa các chất khí, chủ yếu là C 02, Ơ2 và N 2 . Tổng hàm lượng cửa chúng chiếm từ 5% đến 6% thể tích sữa. Các chất khí trong sữa thường tồn tại ở ba dạng: dạng hòa tan, dạng liên kết hóa học với các chất khác và dạng phân tán. Khí ở dạng hòa tan hoặc phân tán thường gây ra một số khó khăn trong các quy trình chế biến sữa. Do đó, sữa tươi thường được qua xử lý bài khí trước khi chế biến. Thỉnh thoảng, người ta phát hiện trong sữa có cKứa các hợp chết hóa học khác như: - Chất kháng sinh: peniciiline, chloramphenicol.... - Chất tẩy rửa: nước javel, kiềm.... - Pesticide: heptachlore và các epoxyde, aldride, dieldrine, chlordane.. - Kim loại nặng - Nguyên tô' phóng xạ, nitrate, độc tố vi sinh vật.... Những hợp chất trên gây độc cho người sử dụng. Hàm lượng chúng trong sữa thường ở dạng vết. Chúng bị nhiễm vào sữa từ nguồn thức ăn động vật, từ thiết bị và dụng cụ chứa sữa, từ môi trường chuồng trại (không khí, đất...) hoặc do các vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên.

1.1.3 CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÝ Do có chứa các thành phần protein nên sữa dược xem là một hệ keo. Ngoài ra, sự có mặt của chất béo làm cho sữa có những tính chất của một hệ nhũ tương. Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu một sể tính chất của hệ keo và hệ nhũ tương sữa. H ệ keo: trong sữa, các phân tử nước sẽ hình thành riện lớp vỏ hydrate bao bọc xung quanh các micelle casein. Đó là do những đầu

NGUYÊN LIỆU NGẢNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

37

ưa nứớc của K-casein được bố trí trên bề mặt micelle và chúng luôn hướng ra phía bên ngoài. Trong quá trình bảo quản, micelle trong sữa sẽ thay đổi vê thành phần hóa học. Cân bằng động giữa micelle casein và huyết thanh sữa được trình bày trên hình 1.6. Phân tử casein

Micelle casein

Tiểu micelle

C a + P h o sp h a te

H ìn h 1.6 Cân bằng động giữa micelle casein và huyết thanh sữa Như vậy, các tiểu micelle từ bên trong cấu trúc micelle có thể khuếch tán ra bên ngoài. Tương tự, phân tử casein và những chất khoáng ở dạng keo như calci và phosphate từ bên trong tiểu micelle có thể dịch chuyển vào hụyết thanh sữa. Ngược lại, những phân tử casein cùng với calci, phosphate đang ở dạng hòa tan trong huyết thanh sữa có thể khuếch tán vào bên trong các tiểu micelle. Và tiểu micelle có thể khuếch tán và tái liên kết lại với các micelle có trong sữa. Sự thay đổi về thành phần hóa học của micelle casein sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó nhiệt độ và pH là hai yếu tố quan trọng nhất. Khi giảm nhiệt độ của sữa từ giá trị nhiệt độ phòng về 4°c, các phân tử P-casein sẽ từ từ thoát rạ khỏi cấu trúc của micelle. Đo đó, hàm Ịượng “P-casein hòa tan trong huyết thanh” sẽ gia tăng (H.1.7). Nguyên nhân của hiện tượng trên là do P-caséin có các gốc ưa béo và sự tương tác giữa các gốc ưa béo trong tiểu micelle thường bị yếu đi khi nhiệt độ giẫm. Tương tự, hàm lượng calci liên kết với a si-casein trong micelle cũng giảm đi khi sữa được bảo quản ở nhiệt độ thấp. Walstra và cộng sự (1999) cho rằng hàm lượng calci liên kết với các loại casein khác trong micelle cũng biến đổi theo quy luật tương tự. Ngược lại, chỉ số thể tích (tính theo đơn vị là ml/g chất khô casein) sẽ tăng khi nhiệt độ giảm. Những biến đổi nói trên có thể được xem là “thuận nghịch”. Tuv nhiên, khi tăng nhiệt độ của sữa sau một thời gian bảo quản lạnh ở 4°c, việc tái cấu trúc các micelle có thể không giống như là những micelle đã có trorig sữa trước khi được làm lạnh.

PHẨN 1

38

Gần chú ý là khi nhiệt độ giảm, các tính chất hóa lý của hệ keo sẽ thay đổi theo như độ nhớt tăng, độ bền keo tăng, do đó hiệu suất đông tụ casein đối với tác nhân chymosin sẽ bị giảm đi đáng kể.

Nhiệt độ (°C)

H ình 1.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến một số tinh chất của micelle casein. Ớ mỗi giá trị nhiệt độ khảo sát, thời gian bảo quản sữa là 24 giờ, không hiệu chỉnh pH của sữa * Khi tăng nhiệt độ, các micelle sẽ bị co lại. Trong quá trình bị biến tíiịh nhiệt, whey protein có thể kết hợp với bề m ặt cùa micelỊe thông qua sự hình thành liên kết -S -S -. Ví dụ như p-lactoglobulin có thể kết hợp với K-cásein của micelle theo liên kết trên. Những biến đổi nói trên đều là “không thuận nghịch”. Khi giảm giá trị pH của sữa, “phosphate dạng keo” sẽ chuyển sang dạng “phosphate hòa tan”. Để tách hoàn toàn phosphate ra khỏi micelle, cần giảm giá trị pH của sữa về 5,25 (H.1.8). Tương tự, hàm lượng calei trong micelle cũng sẽ giảm đi khi giảm pH của sữa. Tuy nhiên, để tách hoàn toàn calci ra khỏi micelle, giá trị pH của sữa phải thấp hơn điểm đẳng điện của casein.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CỒNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

39

Calci phosphate giữ một vai trò quan trọng trong việc liên kết các tiểu micelle lại với nhau để hình thành nên cấu trúc micelle. Sự thoát ra của calci và phosphate ở pH thấp sẽ làm cho micelle “trương nở”, đồng thời một số phân tử casein từ trạng thái keo cũng sẽ chuyển sang dạng hòa tan. Khi đó, tương tác giữa những nhóm chức tích điện âm và dương sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc định hình eấu trúc của micelle. Ớ giá trị pH 4,6, casein sẽ đông tụ. TT lộ Ca và p trong micelle (%)

Hàm lượng nưđc (g/g chất khổ casein)

H ìn h 1.8 Ả nh hưởng pH đến một số tính chất của micelle casein Ở giá trị pH tự nhiên của sữa, micelle tích điện âm. Lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle giữ vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự đông tụ của casein. Hệ n h ũ tương: sữa là hệ nhũ tương dầu trong nước. Mặc dù các h ạt béo trong sữa đã được baọ bọc bởi lớp màng với thành phần chủ yếu là membrane protein, chúng luôn có xu hướng kết hợp lại với nhau và dẫn đến hiện tượng sữa bị tách pha. Quá trình tách pha ở sữa bao gồm những giai đoạn như sau: +) Khi sữa được bảo qúản lạnh, các phân tử cryoglobulin sẽ kết tủa lên bậ mặt của các hạt có trong sữa, trong đó có các hạt béo. Phức hợp cryoglobulin (thành phần chính là immunoglobulin M) và lipoprotein; còn cớ tên gọị khác là agglutinin. +) Các h ạt béo có cryoglobulin trên bề m ặt sẽ kết hợp lại với nhau để tạo thành những hạt béo mới có kích thước lớn hom. +) Các hạt béo kích thước lứn bắt đầu nổi lên bề mặt của hệ nhũ tương. +) Các h ạt béo kích thựớc lớn sẽ tiếp tục kết hợp với những hạt béo có kích thước nhỏ hơn. Chúng sẽ nổi lên bề m ặt hệ nhũ tươhg VỔỊ tốc độ nhaijh hơn. +) Cuối cùng, sữa bị tách pha với lớp chất béo nằm trên bề mặt.

40

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách pha của sữa: +) Nhiệt độ: khi nhiệt độ càng thấp thì quá trình tách pha trong sữa càng dễ xảy ra. Ở nhiệt độ 37°c, sự tách pha trọng sữa ít khi xảy ra. +) Nồng độ agglutinin trong sữa: nồng độ agglutinin càng cao thì sự tách pha xảy ra càng nhanh. Thông thường, sữa non có hàm lượng agglutinin rấ t cao. Càng về cuối chu kỳ tiết sữa thì hàm lượng agglutinin trong sữa càng thấp. +) .Kích thước các h ạt béo: tốc độ lắng tỉ lệ nghịch với kích thước của các hạt béo. Ngoài ra, nếu các hạt béo có kích thước nhỏ thì diện tích bề mặt của chúng sẽ lớn. Khi đó, chúng phải cần một hàm lượng agglutinin nhiều hơn để kết hợp với nhau làm cho hiện tượng tách pha xảy ra. +) Hàm lượng béo trong sữa: khi tăng hàm lượng chất béo trong sữa thì sự tách pha sẽ xảy ra nhanh hơn. +) Sự khuấy trộn: trong quá trình bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp, sự khuấy trộn sẽ làm cho agglutinin kết hợp lại với nhau, do đó sự tách pha của chất béo sẽ xảy ra chậm hơn. +) Sự xử lý nhiệt: agglutinin có thể bị biến tính bất thuận nghịch khi nhiệt độ tăng cao. Kết quả thực nghiệm cho thấy, nếu sữa được xử lý nhiệt ở 73°c hoặc cao hơn thì sự tách pha chất béo sẽ chậm hẳn. +) Sự đồng hóa: phương pháp dồng hóa sữa bằng áp lực cao có thể làm mất đi chức năng thúc đẩy hiện tượng tách pha trong sữa của agglutinin.

1.2 HỆ VI SINH VẬT TRONG SỮA BÒ 1.2.1 NGUỒN GỐC HỆ VI SINH VẬT TRONG SỮA Trong cờ thể động vật, sữa tươi được tuyến vú tổng hợp không chứa các vi sinh vật. Tuy nhiên, khi kiểm tra sữa vừa mới vắt đựng trong các bình chứa (sử dụng phương pháp vắt sữa thủ công hoặc cơ giới hóa), ta thường phát hiện có rấ t nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau. Nguồn gốc của các vi sinh vật trên xuất phát từ: Bầu vú của động vật cho sữa; người vắt sữa; thiết bị vắt sữa; thiết bị chứa; môi thường chuồng trại nơi diễn ra quá trình vắt sữa...

NGUYỀN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHÊ' BIẾN SỮA

41

ỉ) B ầ u vú động vật cho sữa Trên cơ thể động vật, đặc biệt là khu vực bầu vú và những khu vực lân cận có rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử. Trong quá trình vắt sữa, một số vi sinh vật từ các khu vực trên “bị rơi” vào bình chứa làm cho sữa bị nhiễm vi sinh vật. Như vậy, trước khi vắt sữa, ta cần vệ sinh bầu vú và các khu vực lân cận trên cơ thể dộng vật cho sữa để hạn chế số lượng vi sinh vật bị nhiễm vào sữa. Một số vi sinh vật tại khu vực bầu vú có thể chui vào các tuyến trong của núm vú. Tuy nhiên, khi bò có tình trạng sức khỏe tốt thì số lượng vi sinh vật cư ngụ tại các tuyến trong của núm vú không nhiều và thông thường chúng thuộc nhóm vi sinh vật “vô hại”, không sinh độc tố. Mỗi lần vắt sữa, người ta thường tháo bỏ những dòng sữa đầu tiên. Khi đó, các vi sinh vật cư ngụ tại tuyến trong của núm vú dễ dàng bị cuốn trôi theo. Như vậy, ta sẽ hạn chế được sự nhiễm khuẩn khi thu hoạch sữa tươi. Trong trường hợp động vật bị bệnh viêm vú, số lượng vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn cư ngụ tại các tuyến trong núm vú sẽ tăng lên rất nhiều. Khi đó, sữa tươi dễ bị nhiễm nhiều vi sinh vật và có chất lượng kém. Con vật cần phải được điều trị, nếu không sẽ gây ra những tổn th ất kinh tế đáng kể cho việc khai thác và chế biến sữa. 2Ỉ) Người và th iế t bị vắ t sữa Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng phương pháp thủ công, để hạn chế nhiễm Vi sinh vật vào sữa, ngứời vắt sữa phải có sức khỏe tốt và không mắc bệnh truỳền nhiễm. Ngoài ra, tình trạng vệ sinh cơ thể và các thao tác kỹ thuật của người vắt sữa cũng sẽ ảnh hưởng đến số lượng vi sinh vật có trong sữa. Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng máy, cần chú ý vệ sinh cẩn thận và vô trùng hệ thống dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng cụ chứa. Đây là một nguồn dễ gây nhiễm vi sinh vật cho sữa. 3i) T h iế t bị ch ứ a sữa Các thiết bị hoặc dụng cụ chứa cần phải được vệ sinh sạch sẽ và vô trùng (nếu có thể) trước khi đựng sữa tươi. Đối với các hộ chăn nuôi bò sữa quy mô nhỏ, ý thức và phương pháp vệ sinh dụng cụ đựng sữa chưa được quan tâm đúng mức nên đây là nguồn gây nhiễm vi sinh vật phể biến cho sữa.

PHẪN 1

42

4i) M ôi trư ờ ng chuồng trạ i nơi vắ t sữa Vi sinh vật có mặt khắp nơi trong thế giới chúng ta đang sống. Chúng tồn tại trong đất vằ cát, trong nước, trên thực vật, trong cơ thể động vật, trong không khí.... Do 'đó, môi trường chuồng trại ndi vắt sữa bò cũng là một nguồn có thể gây nhiễm vi sinh vật cho sữa. Điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam rất thuận lợi cho các vi sinh vật ưa ấm (mesophile) tồn tại và phát triển. Để hạn chế việc nhiễm vi sinh vật từ môi trường chuồng trại vào sữa, ta cần vệ sinh và tẩy trùng chuồng trại thường xuyên.

1.2.2 HỆ VI SINH VẬT TRONG SỮA Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng trong sữa tươi luôn luôn thay đổi và phụ thuộc vào mức độ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vắt sữa. Các vi sinh vật có thể được chia thành hai nhóm chính: procaryote và eucarýote. Dưởi đây là những vi sinh vật thường tìm thấy trong sữa bò tươi. ỉ) Procaryote Nhóm vi sinh vật procaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Vùng nhân chỉ là mạch ADN xoắn kẻp nằm trong tế bào chất, luu giữ các thông tin di truyền cho tế bào. Đại diện quan trọng cho nhóm procaryote là vi khuẩn {bacteria). Số lượng vi khuẩn trong sữa bò tươi sau khi vắt có thể dao động từ vài nghìn đến vài triệu khuẩn Ịạc (colony forming units CFU) trong 1ml sữa. Sữa được đánh giá là có chất lượng vệ sinh khá tốt khi tổng số vi khuẩn trong lm l sữa không lớn hơn 100.000 khuẩn lạc. Các nhà khoa học phân loại vi khuẩn nhiễm vào sữa tươi thành hai nhóm: vi khuẩn không sinh độc tố và vi khuẩn sinh độc tố. a) Vi k h u ẩ n k h ô n g sin h độc tô Các vi khuẩn thứờng gập trong sữa là vi khuẩn lactic, một số vi khuẩn thuộc nhóm Coliform, vi khuẩn sinh acid butyric, vi khuẩn sinh acid propionic và các vi khuẩn gây thối. V i k h u ẩ n lactic: rấ t phổ biến trong tự nhiên. Chúng thường được tìm thấy trên cầc loại rạịu, trái cây và trong hệ thông đường ruột của động vật. Vi khuẩn lactic có dạng hình cầu hoặc hình gậy, đứng riêng lẻ hoặc tạo chuỗi, Gram (+). Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu đao

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

43

động trong khoảng 25h-47°C. Để tồn tại trong môi trường sữa, vi khuẩn lactic tổng hợp năng lượng ATP từ cơ chất lactose. Acid lactic là một trong những sản phẩm được sinh ra từ quá trình tổng hợp năng lượng trên. Dựa vào nhóm sản phẩm được tổng hợp từ quá trình trao đổi năng lượng, người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm: - Vi khuẩn lactic đồng hình: acid lactic là sản phẩm chính và hàm lượng của nó chiếm tỷ lệ vượt trội hơn nhiều so với các sản phẩm phụ khác. - Vi khuẩn lactic dị hình: các sản phẩm được tạo thành từ quá trình chuyển hóa đường gồm có acid lactic, acid acetic, ethanol, khí C 02.... Hàm lượng lactic acid thu được không cao hơn nhiều so với hàm lượng các sản phẩm còn lại. Trong công nghệ lên men các sản phẩm từ sữa như yoghurt, kefir, phô mai và một số loại bơ, người ta sử dụng các loài vi khuẩn lactic để thực hiện một số chuyển hóa cần thiết. Giống vi khuẩn lactic trong sản xuất công nghiệp là những canh trường vi sinh vật thuần khiết được nhân lên qua nhiều cấp từ một tế bào vi khuẩn ban đầu đã qua tuyển chọn. Còn các vi khuẩn lactic có m ặt trong sữa tươi sau khi vắt được xem là những vi sinh vật tạp nhiễm. Chúng sẽ tạo ra những chuyển hóa ngoài ý muốn của nhà sản xuất trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến (giảm pH, đông tụ casein, xuất hiện các hợp chất mới trong sữa như ethanol, acid acetic... làm thay đổi thành phần và giá trị cảm quan của sữa). Các vi khuẩn lactic nhiễm vào sữa thuộc nhiều giông khác nhau như Streptococcus, LactococcuSy Lactobacillus, Leuconostoc, Bifidobacterium.... Chúng gồm các nhóm vi khuẩn lên men đồng hình lẫn dị hình. Khi thanh trùng sữa ở 80°c, hầu hết các vi khuẩn lactic nhiễm trong sữa sẽ bị tiêu diệt. Vỉ k h u ẩ n Coliform: được tìm thấy trong đường ruột hệ tiêu hóa động vật và trong phân. Người ta cũng tìm thấy trong đất, nước hoặc thực vật nhiễm phân có chứa Coliform. Coliform thuộc nhóm vi khuẩn Gram (-), kỵ khí tùy tiện. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu nằm trong khoảng 30-í440c. Cần lưu ý là một số giống vi khuẩn thuộc nhóm Coliform không sinh tổng hợp độc tố gây bệnh cho người; ngược lại một số khác được xem là vi sinh vật gây bệnh thường gặp trong thực phẩm. Ví dụ như một số chủng thuộc loài Escherichia coli khi nhiễm vào sữa có khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh tiêu chảy.

44

PHẨN 1

Trong phần này, chúng tôi muốn nói đến những giống vi khuẩn thuộc nhóm Coliform nhưng không có khả năng sinh tống hợp độc tố. Trong sữa, chúng sẽ chuyển hóa đường lactose tạo acid lactic và các acid hữu cơ khác, khí C02, H2.... Chúng cũng phân giải protein trong sữa tươi tạo ra các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu. Ở nhiệt độ 75°c trong khoảng thời giàn 20 giây, vi khuẩn Coliform sẽ bị tiêu diệt. Vi k h u ẩ n sin h acid butyric (Clostridium butyricum và Clostridium tyrobutỵricum): ắượC tìm thấy trong đất, trên thực vật, trong phân.... Do đó, chúng dễ bị nhiễm vào sữa. Là vi khuẩn Gram (+), thuộc nhóm kỵ khí bắt buộc, các loài thuộc giống Clostridium đều có khả năng sinh bào tử. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu ở 37pc . Tế bào sinh dưỡng hình que, tuy nhiên dò Tlội bào tử (endospore) có kích thước lớn hơn chiều ngang của tế bào sinh dưỡng nên tế bào chứa bào tử thường có dạng hình thoi hoặc hình dùi trống. Vi khuẩn Clostridium butyricum chuyển hóa đường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác nhau như acid butyric, khí C 02, H2... làm thay dổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan, của sữa trong quá trình bảo quản. Còn vi khuẩn Clostridium tyrobutyricum chuyển hóa acid lactic thành acid butylic đồng thời sinh tổng hợp nhiều sản phẩm phụ khác. Nhìn chung các bào tử thuộc giống Clostridium khá bền với nhiệt độ. Như vậy, quá trình thanh trùng sữa không thể tiêu diệt được hoàn toàn các bào tử Clostridium chịu nhiệt. Khi đó, ta phải dùng các giải pháp kỹ thuật khác như vi lọc, ly tâm hoặc sử dụng chất kháng khuẩn để loại bỏ hoặc ức chế Clostridium. Vỉ k h u ẩ n propionic (giống Propionibacterium): được tìm thấy trong dạ cỏ và đường ruột của nhóm động vật nhai lại, trong đất.... Chúng có hình cầu, xếp thành đôi hoặc chuỗi, Gram(+), thuộc nhóm kỵ khí không bắt buộc. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của vi khuẩn là 30°c. Vi khuẩn propionic chuyển hóa đường thành acid propionic, acid acetic, khí COs... làm hư hỏng chất lượng sữa. Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất một số loại phô mai như Emmenthal, Gruyère... người ta sử dụng canh trường Propionibacterỉum thuần khiết để tạo ra cấu trúc lỗ hỏng (mắt phô mai) và hương vị đặc trưng cho sản phẩm.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CỒNG NGHIỆP CHẼ' BIẾN SỮA

45

Hầu h ết các vi khuẩn propionic bị tiêu diệt khi thanh trùng sữa ở 75°c trong thời gian 20 giây, Ví k h u ẩ n gây thối: đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein tạo ra các sản phẩm polypeptyđe, peptide và acid amin. Một số acid amin tiếp tục bị phân hủy tạo NH3, H2S... làm cho sữa có mùi khó chịu. Vài giống vi khuẩn gây thối có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào. Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân các chất béo trong sữa và tạo nhiều sản phẩm có mùi ôi. Các giống vi khuẩn gây thối thường gặp trong sữa là Pseudomonas, Brevibacterium, Achromobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus,... Chúng có dạng hình cầu hoặc hình gậy, thuộc nhóm hiếu khí lẫn kỵ khí. Trong tự nhiên, các vi khuẩn này thường tìm thấy trong phân, trong nước hoặc thức ăn gia súc.... Đáng chú ý hơn cả là loài Pseudomonas ftuorescens. Các ezynie protease và lipase được sinh tổng hợp bởi loài vi khuẩn này rất bền nhiệt. Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein (proteolysis) và lipid (lipolysis), nhanh chóng làm hư hỏng chất lượng sữa. Ngoài hai quá trình thủy phân nói trên, một số vi khuẩn gây thối còn tạo khí (C02> H2...), sinh tổng hợp các acid hữu cơ làm giảm pH sữa và gây đông tụ protein. Một số vi khuẩn khác có thể sinh tổng hợp được protease có chức năng xúc tác tương tự như rennin làm xuất hiện sự đông tụ casein trong sữa. b) Vi k h u ẩ n 8Ỉnh tổng hợp độc tố Các vi khuẩn này khi nhiễm vào sữa tươi cũng sẽ làm thay đổi thành phần hóa học của sữa, từ đó giá trị cảm quan của sữa sẽ bị giảm đi Tuy nhiên, vấn đề quan trọng hơn là chúng có khả năng sinh tổng hợp độc tố hoặc gây bệnh cho người sử dụng. Tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu một số vi khuẩn tiết độc tố hoặc gây bệnh thường gặp trong sữa bồ tươi. +) M ycobacterium tuberculosis: Đây là vi khuẩn gây bệnh lao. Nổ có dạng hình que dài, đôi khi hơi cọng, chiều ngang 0,2 - 0,6 Min. Vi khụẩn có thể đứng riêng lẻ hoặc dính kết nhiều tế bào lại với nhau. Trực khuẩn lao không di động và không sinh bàò tử. Nguồn gốc

46

PHẨN 1

gây nhiễm Mycobacterium tuberculosis vào sữa là cơ thể bò và thiết bị vắt sữa. Trong số các vi sinh vật gây bệnh cho người bị nhiễm vào •sữa thì Mycobacterium tuberculosis có khả năng chịu nhiệt cao nhất. Tuy nhiên, chỉ cần thanh trùng sữa ở 72°c trong thời gian 15 giây thì vi khuẩn lao sẽ bị tiêu diệt. +) Staphylococcus aureus: Vi khuẩn có dạng hình cầu và xếp thành từng đám giống như hình chùm nho, Gram dương. Một số chủng có khả năng sinh tổng hợp độc tố bền nhiệt. Nếu sử dụng sữa có chứa dộc tố bền nhiệt của Staphylococcus aureus thì con người sẽ bị ói mửa và tiêu chảy. Tác dụng gây nôn là do sự kích thích trung tâxn ói mửa của hệ thần kinh trung ương sau khi độc tố tác động lên thụ thể thần kinh trong ruột. Sữa được thu nhận từ những con bò bị bệnh viêm vú thường có Staphylococcus aureus. Ngoài ra, vi khuẩn này cũng được tìm thấy ở người. Quá trình thanh trùng sữa ở nhiệt độ thấp có thể ức chế được Staphylococcus aureus. +) Salm onella: Vi khuẩn có dạng hình gậy, kích thước trung bình là 0,5 X 3,0 Jim, Gram âm. Các loài thuộc giống Salmonella đều có thể di động, ngoại trừ 'Salmonella gallỉnarum. Uống sữa bị nhiễm Salmonella dễ bị bệnh viêm ruột với các triệu chứng ban đầu là sốt nhẹ, ói và tiêu chảy. Trong tự nhiên, Salmonella được tìm thấy trong phân gia súc và nguồn nước bị ô nhiễm. Vi khuẩn này có thể bị ức chế hoàn toàn trong quá trình thanh trùng sữa ở nhiệt độ thấp. +) S h ig e lla : Đây là trực khuẩn, kích thước chiều ngang 1,0-1,5 ịưn và chiêu dài 2 - 6 ịxm, không di động, Gram âm. Vi khuẩn này có thể sinh tểng hợp cả nội độc tố và ngoại độc tố. Shigella bị nhiễm trong sữa sẽ tấn công lớp biểu mô niêm mạc ruột già, tạo những áp xe nhỏ, rồi họại tử, làm ung loét và xuất huyết. Khi đó người bệnh sẽ có triệu chứng đau bụng, đi tiêu nhiều lần, phận có nhiều nhầy và lẫn máu. Tương tự như Salmonella, Shigella thường được tìm thấy trong phân gia súc. Shigella rấ t đễ bị tiêu diệt trong phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ thấp. +) C am pylobacter jejuni'. Vi khuẩn có đặng hình gậy cong hoặc xoắn, có tiên mao ở một dầu nên :ổ khả năng di động, Gram âm. Các tế bào Campylobacter jejuni bị nniễm trong sữa sẽ đến “định cư” tại niêm mạc rụột. Nếu số vi khưểi> ií hơn 1Q4 thì bệnh thường ít khi xuất hiện. Vị khuẩn có khả năng sinh tổnghợp độc tố gây ra các triệu chứng đau bụng dưới, phân lỏng có đàm và máu. Campylobacter

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

47

jejuni được tìm thấy trong phân gia súc. Trong sữa của những con bò bị bệnh viêm vú, đôi khi tìm thấy vi khuẩn này. Campylobacter jejuni rấ t mẫn cảm với nhiệt. Do đó, phương pháp thanh trùng nhiệt độ thấp có thể tiêu diệt hoàn toàn vị khuẩn trong sữa. +) L isteria monocytogenes: Vi khuẩn có dạng hình gậy, Gram dương, Nó thuộc nhóm hiếu khí và có thể sinh trưởng ở nhiệt độ thấp (l-5 °c). Listeria monocytogenes có khả năng gây bệnh cho người như nhiễm khuẩn máu, viêm màng não, Vi khuẩn này được tìm thấy khắp nơi trong tự nhiên như trong đất, phân người và động vật, trên rau quả và thủy sản... Các số liệu thống kê cho thấy đã có một số trường hợp sữa bị nhiễm Listeria monocytogenes. Tuy nhiên, vi khuẩn này có thể bị tiêu diệt hoàn toàn trong quá trình thanh trùng sữa ở nhiệt độ thấp. +) Vibrio cholerae: Tế bào có hình dấu phẩy nên còn được gọi là phẩy khuẩn, có khả năng di động, Gram âm. Trong một số trường hợp, tế bào vi khuẩn xếp liên tiếp nhau thành hình chữ s hay hình xoắn. Vibrio cholerae có khả năng sinh tổng hợp nội độc tố và gây ra bệnh dịch tả. Vi khuẩn này thường được tìm thấy trong nước. Trong quá trình thu hoạch sữa, thiết bị vắt sữa là nguồn gây nhiễm quan trọng Vibrio cholerae vào sữa tươi. Vi khuẩn này khá mẫn cảm với nhiệt. Thanh trùng sữa ở 60°c trong vài phút có thể ức chế hiệu quả các tế bào Vibrio cholerae có trong sữa. +) C oxiella b u m e tiỉ: Vi khuẩn này thuộc họ Rickettsiae. Đây là họ vi khuẩn đa hình. Kích thước của chứng thường nhỏ hơn so với các giông vi khuẩn khác. Coxiella burnetii có thể gây bệnh sốt Q. Vi khuẩn này được tìm thấy ở bò, cừu và dê. Quá trình thanh trùng ồ nhiệt độ thấp (ví dụ: nhiệt độ 72°G, thời gian 15 giây) có thể tiêu diệt được Coxiella burnetii. ' +) B acillus cereus: Vi khuẩn có dạng hình gậy, Gram dương và có khả năng sinh bào tử. Bacillus cereus sinh độc tố ruột (enterotoxin) gây ra các triệu chứng tiêu chảy và hôn mửa. Bào tử của vi khuẩn này được tìm thây khắp nơi trong tự nhiên như trong đất, bụi, thức ăn gia súc... Quá trình thanh trùng không thể tiêu diệt được vi khuẩn. Khả năng chịu nhiệt của các chửng thuộc loài Bacillus cerens rất khác nhau. Một số chủng có giá trị Dm „c = 0,03 phút, một số chỏng khác có giá trị D 2 „c s: 2,35 phút (D là thời gian tiệt trùng cần thiết ở một giá trị nhiệt độ xác định để tổng số tế bào vi khuẩn trong sữa giậm đi 10 lần).

PHẨN 1

48

+) C lo strid iu m b o tu lin u m : Vi khuẩn có dạng hình gậy, Gram dương, có khả năng di động và sinh bào tử, thuộc nhóm kỵ khí bắt buộc. Độc tố do Clostridium botulinum sinh ra có khả năng gây bệnh botulism. Kết quả thống kê cho thấy rằng sữa và các sản phẩm từ sữa có thể bị nhiễm Clostridium botulinum nhưng không gây ra bệnh botulism. Nguyên nhân có thể là do sữa và các sản phẩm từ sữa không tạo ra được môi trường kỵ khí nghiêm ngặt. Bào tử của Clostridium botulinum (nhóm proteolytic) trong dung dịch đệm phosphate pH 7,0 có giá trị D1010 = 0,2 phút. +) Clostridium , p e r fn n g e n s: Vi khuẩn hình que to và thẳng, Gram dương, không di động và sinh bào tử, thuộc nhóm kỵ khí bắt buộc. Clostridium perfringens có thể sinh tổng hợp nhiều ngoại dộc tố, trong đó có độc tố ruột gây ra các triệu chứng buồn nôn, đau bụng, tiêu chảy. Bào tử củá vi khuẩn này có trong đất, phân gia súc và cũng thường được tìm thấy trong sữa tươi. Tuy nhiên, sữa và các sản phẩm từ sữa ít khi gây ra ngộ độc chọ người sụf dụng khi bị nhiễm Clostridium perfringens. Nguyên nhân là do số lượng VI khuẩn trong sữa tươi thấp hơn nhiều so vởi các loài vi khuẩn khác. Để gây ra bệnh, sữa thường phải chứa một số lượng lớn vi khuẩn dưới dạng tế bào sinh dưỡng. Quá trình tiệt trùng ở nhiệt độ cao mới có thể ức chế đựợc vi khuẩn. Ví dụ như bào tử của các chủng type A có giá trị D95oCdao động từ 1,3 - 2,8 phút đến 17,6 - 63,0 phút.

2Ỉ) Eucaryote Nhóm vi sinh vật eucaryote có nhân hoàn chỉnh. Nằm trong tế bào chất, nhân được bao bọc bởi màng nhân, bên trong là các nhiễm sắc thể lưu giữ thông tin di trụyền. Hai đại diện của nhóm eucaryote thường được tìm thấy trong sữa là nấm men và nấm sợi. N ấ m m en (yeasts): là những cơ thể đơn bào, thường có hình cầu, oval hoặc hình trứng.... Nấm men được tàm thấy trong tự nhiên: trên thực vật, trong đất, nước.... Một số loài nấm men thường gặp trong sữa như Saccharomyces cerevisùie, Kỉuyveromyces marxianus, Debaromyces hanseniu Tortdopsis lactis condensi.,.. Nhiều loài nấm men thuộc nhóm kỵ khí tùy tiện.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CỒNG NGHIỆP CHẾ BIỂN SỮA

49

Một số nấm men có thể sử dụng đường lactose cho quá trình trao đổi chất. Chúng phát triển trong sữa và gây ra những biến đổi về thành phần hóa học trong quá trình bảo quản sữa. Từ trước đến nay, những loài nấm men nhiễm vào sữa được con người phát hiện thường không có khả năng sinh tổng hợp độc tố và gây bệnh cho con người. Ở một số địa phương, nấm men được sử dụng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men truyền thống từ sữa. Như ở Cộng hòa Liên bang Nga, kefir là sản phẩm lên men từ sữa bởi hệ vi sinh vật gồm vi khuẩn lactic và nấm men. Các sản phẩm chính của quá trình lên men như ethanol, acid lactic, C02... tạo vị chua và nồng đặc trưng cho kefir. N ấ m sợi {moulds): có dạng hình sợi, phân nhánh. Trong tự nhiên, nấm sợi thường tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm, trên quần áo, sách vở.... Trên một số vật liệu vô cơ dính bụi như thấu kính, máy ảnh, ống nhòm... nấm sợi vẫn có thể phát triển, sinh acid và làm mờ các vật liệu này. Hầu hết các nấm sợi thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 20°C-h30°C. Dưới đây là một số loài nấm sợi thường nhiễm vào sữa: Penicillium camembertii, p. roquefortii, p. casei, Geotrichum candidum, Rhizopus stolonifer.... Trong số’ các nấm sợi nói trên, vài loài thuộc giống Penicillium được sử dụng trong sản xuất một số loại phỗ mai. Việc nhiễm nấm sợi vào sữa gây nhiều khổ khăn trong công nghệ chế biến sữa, đặc biệt là trong sản xuất phô mai và ảnh hưởng xấu đến chất lượng của sản phẩm. Cần lưu ý là một số loài nấm sợi có khả. năng sinh tổng hợp độc tố mycotoxin. Ví dụ như loài Aspergillus flavus có khả năng sinh tổng hợp aflatoxin. Các nhà sản xuất đã phát hiện một số trường hợp sữa bò tươi bị nhiễm aflatoxin. Tuy nhiên, nguyên nhân chủ yếu làm cho sữa tươi bị nhiễm aflatoxin là nguồn thức ăn cho bò. Khác với nhóm vi khuẩn sinh bào tử chịu nhiệt, hầu hết các loài nấm men và nấm sợi đểu bị tiêu diệt trong quá trình thanh trùng sữa ở 75°c trong thời gian từ 10+15 giây, v ấn đề quan trọng là phải tuân thủ nghiêm ngặt cáe quy định về vệ sinh để tránh hiện tượng tái nhiễm vi sinh vật vào sữa sau khi đã qua thanh trùng.

50

1.3 VẮT SỮA, VẬN CHUYỂN VÀ BẢO QUẴN SỮA TRỮỚC KHI CHẾ BIÊN 0 . 1 QUÁ TRÌNH VẮT SỮA Quá trình Vắt sữa quyết định đến sản lượng sứa thu hoạch được từ mỗi con bò cũng như các chỉ tiêu vi sình vật của sữa. Hiện naỹ có hai phương pháp vắt sữa phổ biến: Phương pháp vắt sữa thủ còng (vắt bằng tay): Phương pháp này đơn giản nhưng tốn nhiềũ thời gian, nhân công và khó kiểm soát để đảm bảo sự ổn định cho các chỉ tiêu vi sinh của sữa. Phương pháp vắt sữa thủ công thích hợp cho các hộ gia đình nuôi bò sữa với quy mô nhỏ. Phương pháp sử dụng máy vắt sữa: Được thực hiện ở các trang trại nuôi bồ với quy mô lổn. Việc đầu tư trang thiết bị vắt sữa sẽ tốn kém nhưng mang lại nhiều uu điểm, đặc biệt là dễ dàng kiểm soát và hạn chế được sự nhiễm vi sinh vật từ môi trường vào sữa. Đối với phương pháp vắt sữa thủ công, ta cần chú ý đến các vấn đề sau đây: - Con vật phải trong tình trạng vệ sinh tốt. Để thực hiện điều này, ta cần dùng nước ấm rửa sạch bầu vú và các núm vú của bò; sau đó lau khô nhẹ nhàng bằng khăn sạch trước khi vắt sữa. Nếu bò quá dợ, ta có thể dùng vòi nước phun rửa sạch phần thân bò, đặc biệt là khu vực xung quanh bầu vú. - Nợi vắt sữa phải được vệ sinh sạch sẽ, tránh bụi. - Người vắt sữa cũng phải trong tình trạng vệ sinh tốt, không bị bệnh truyền nhiễm. Trước khi vắt sữa, ta phải rửa tay cẩn thận, móng tay phải được cắt ngắn, không đeo trang sức. Nếu có thể, người vắt sữa nên mặc đồ bảo hộ lao động, cột tóc gọn gàng và đội nón, đeo khẩu trang.... - Các dụng cụ đựng sữa và các dụng cụ khác có liên quan đến quá trình vắt sữạ phải được vệ sinh sạch sẽ, nếu có điều kiện nên vô trùng cẩn thận. Bây là nguyên nhấn quan trọng gây nhilm vi sinh vật vào sữa. - Sau khi vắt sữa xong, cần rửa lại ìiúm vú bồ bằng nước sạch và lau khô. Ta cũng có thể sử dụng các dung dịch sát trùng để ức chế vi sinh vật, hạn chế sự di chuyển của chúng vào tuyến trong của núm vú. Sữa sau khi vắt dược lọc sơ bộ rồi cho vào các bình chứa có thể tích từ 30*50/.

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

51

Đối với phương pháp vắt Bữa bằng máy, ta có hai loại thiết bị: - Thiết bị vắt sữa riêng cho từng con bò - Thiết bị vắt sữa đồng thời cho nhiều con bò trong cùng một lúc. Loại thiết bị này hiện nay được sử dụng phổ biến ở các trang trại nuôi bò sữa. Khi đó, mỗi con bò sẽ được lắp bốn ống vắt vào các vị trí tường ứng với bốn bầu vú. Phần sữa vắt ra sẽ được dẫn đến một ống trung tâm để đưa sữa về bồn chứa. Tiếp theo đó, sữa sẽ được bơm qua hệ thống thiết bị làm lạnh dạng bảng mỏng để đưa nhiệt độ sữa về giá trị khồng lớn hơn 4°c rồi được lưu trữ trong một thiết bị bảo quản sữa. - Thiết bị bảo quản sữa thường có hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy dạng chân yịt được đặt nghiêng, có hệ thống làm lạnh để giữ nhiệt độ sữa không lớn hơn 4°c. Như vậy, trong phương pháp vắt sữa bằng máy, quá trình vắt sữa vằ làm lạnh được thực hiện trong một hệ thống khép kín. Nếu như ta vệ sinh Cẩn thận núm vú và các khu vực lần cận trên cơ thể bò cũng như tiệt trùng nghiêm ngặt máy vắt sữa, thiết bị làm lạnh, các bồn chứa sữa và hệ thống đường ống dẫn sữa thì việc nhiễm vi sinh vật vào sữa sẽ được hạn chế ở mức thấp nhất. Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp vắt sữa bằng máy, tình trạng sức khỏe của bò cần phải được kiểm tra nghiêm ngặt và thường xuyên. Đặc biệt, cận phát hiện kịp thời và tách riêng nhóm bò bị bệnh viêm vú để tránh nhiễm hệ vi sinh vật từ phần sữa của chúng với phần sữa thu được từ những con bò khỏe mạnh.

1.3.2

QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN SỮA

TỪ NƠI THU HOẠCH VỀ NHÀ MÁY GHẾ BIẾN Dù có tuân thủ chặt chẽ các điều kiện vệ sinh, sữa tươi sau khi vắt thường chứa một lượng vi sinh vật nhất định. Do sữa chứa nhiều chất dinh dưỡng, hệ vi sinh vật trên sẽ sinh trưởng nhanh chóng tạo ra nhiều sản phẩm trao đổi chất ngoại bào làm thay đổi thành phân hóa học và các giá trị cảm quan của sữa. Sữa sau khi vất, nếu có thể, cần vận chuyển về nhà máy và đưa vào chế biến trong khioảng thời gian càng ngắn càng tốt. Quá trình bảo quản sữa trưđc khi chế biến cần được duy trì ở nhiệt độ không lớn hơn 4°c. Khi đó, sự sinh trưởng và sự trao đổi chết của vi sinh vật sẽ bị ức chế. Cần lưu ý rằng giai đoạn vận chuyển sữa từ trang

PHẨN 1

52

trại hoặc từ các hộ gia đình nuôi bò sữa về nhà máy chế biến cũng như giai đoạn bảo quản sữa tại nhà máy phải luôn được giám sát và thực hiện theo một quy trình nghiêm ngặt. Thực tế hiện nay, các nhà máy chế biến sữa thường có công suất lớn. Các nhà máy thu mua sữa nguyên liệu từ nhiều trang trại tại các địa phương khác nhau cũng như từ những hộ gia đình nuôi bò sữa với quy mô nhỏ. Việc thu mua sữa từ các trang trại nuôi bò với quy mô lớn giúp cho việc kiểm soát chất lượng sữa khá dễ dàng. Các trang trại thường có hệ thống vắt và làm lạnh sữa tự động. Sau thu hoạch, từ các bồn chứa, sữa sẽ được bơm lên xe bồn chuyên dùng để được vận chuyển về nhà máy chế biến. Việc thu mua sữa từ các hộ gia đình được thực hiện ngay tại nhà máy chế biến hoặc tại các trạm thu mua được bố trí nằm gần khu vực có nhiều hộ gia đình nuôi bò. Thông thường các trạm thu mua sữa cũng được trang bị hệ thống kiểm tra nhanh chất lượng sữa, hệ thống xử lý sơ bộ (lọc và làm lạnh sữa). Sữa thu gom từ các hộ gia đình được qua kiểm tra, lọc (nếu cần), làm lạnh và chờ đủ số lượng để cho vào các xe bồn chuyên dùng vận chuyển về nhà máy chế biến.

Vắt sữa thủ công

vắ t sữa bằng máy và làm lạnh sữa

Sữa được đụng trong bình 30-^5(

- »

Sữa được đự trong các bồi bảo quản lạn

H ìn h 1.9 Sơ đồ quá trình vận chuyển sữa từ nơi thu hoạch đến * nhà máy chế biến Khi các hộ gia đình sử dụng phương pháp vắt sữa thủ công, người ta sử dụng các bình chứa với thể tích từ 30-5-50/ để đựng sữa. : Các dụng cụ chứa này không có bộ phận làm lạnh riêng. Nhiều hộ gia

NGUYỀN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẼ' BIẾN SỮA

53

đình nuôi bò sữa không có hệ thống thiết bị làm lạnh sữa. Khi đó, ta cần vận chuyển sữa sau khi vắt về trạm thu mua hoặc về nhà máy chế biến càng nhanh càng tốt. Nhiều trạm thu mua sữa được trang bị hệ thống dây chuyền nhập và xử lý sữa với mức độ cơ giới hóa cao. Sau khi đã kiểm tra và chất lượng sữa đạt yêu cầu, các bình sữa sẽ được đặt lên một băng chuyền tự dộng. Băng chuyền sẽ đưa chúng đến cân tự động để xác định lượng sữa trong bình rồi qua thiết bị rót sữa tự động từ bình chứa 30+50/ vào bồn trung gian. Tiếp theo, sữa từ bồn trung gian sẽ được bơm qua hệ thống làm lạnh .rồi được đưa vào bồn bảo quản. Các bình đựng sữa sẽ được băng tải đưa đến thiết bị vệ sinh bằng nước và dung dịch các chất tẩy rửa. Sau cùng các trạm thu mua sẽ dùng xe bồn để vặn chuyển sữa đi tiếp về nhà máy chế biến. Khi thu mua sữa từ các hộ gia đình nuôi bò quy mô nhỏ, nếu thấy sữa có dấu hiệu nhiễm bẩn cần xử lý riêng phần sữa đó; tuyệt đối không được trộn lẫn sữa kém chất lượng với phần sữa có chất lượng tốt. Các trang trại nuồi bò sữa quy mồ lớn cũng dùng xe bồn vận chuyển sữa đến nhà máy chế biến. Bồn đựng sữa trên xe thường có dạng hình trụ nằm ngang, bên trong có thể được chia thành nhiều khoang. Mỗi xe bồn đều có hệ thống làm lạnh riêng để đảm bảo nhiệt độ sữa trong quá trình vận chuyển không lớn hơn 4 ° c . Cần chú ý rằng trong các quá trình vắt sữa, vận chuyển, bảo quản... ta phải hạn chế sự tiếp xúc của sữa với không khí càng ít càng tốt. Oxy trong không khí là một yếu tố cần thiết cho sự sinh trưởng của nhóm vi sinh vật hiếu khí có trong sữa. Hơn nữa, việc bơm sữa từ bồn chứa tạm lên xe bồn và vận chuyển sữa từ trang trại hoặc trạm thu mua về nhà máy cần phải thiỊe hiện trong điều kiện hạn chế tối đa các va chạm cơ học, sự dằn xóc.... Các yếu tố này đều ảnh hưởng xấu đến chất lượng của sữa. Tại nhà máy chế biến, sữa từ các xe bồn sẽ được bờm vào thiết bị bài khí, sau đó qua hệ thống lọc rồi mới vào bồn bảo quản trước khi sữa được đưa vào chế biến. Lượng sữa trong mỗi xe bồn được xác định theo phương pháp đo khối lượng (cân xe trước và sau khi giao sữa) hoặc phượng pháp đo thể tích (sử đụng dụng cụ đo lưu lượng gắn trên hệ thống đường ếng bơm sữa từ xe bồn đến bồn bảo quản của nhà máy). \Trưởc khi thú gom sữa từ các bình chứa 30-5-50/ tại các trạm thu mua hoặc trướe khi nhập sữa từ các xe bồn tại nhà máy chế biến,

PHẦN 1

54

người ta kiểm tra nhanh chất lượng sữa thông qua những chỉ tiêu quan trọng dưới đây: - Màu sắc và trạng thái vật lý của sữa - Mùi, vị - Độ sạch của dụng cụ hoặc thiết bị chứa sữa: Quan sát m ặt bên trong bình đựng sữa hoặc thành trong của xe bồn. Nếu lượng sữa bám trên thành bình hoặc thành xe bồn càng nhiều chứng tỏ việc vệ sinh bình đựng sữa và xe bồn chưa tốt. - Hàm lượng cán: Quăn sát lượng cặn bám trên màng lọc khi dùng pipet cho một lượng sữa được lấy từ đáy bình hoặc đáy bồn xe qua màng. - Kiểm tra tình trạng vệ sinh của sữa bằng phương pháp sử dụng Resazurin hoặc xanh methylen. - Xác định số tế bào soma trong sữa bằng phương pháp đếm trực tiếp trên buồng đếm tế bào. Nếu số tế bào soma lớn hơn 500.000 trong ĩm l sữa thì sữa được xem là có chất lượng không tốt, có thể bò cho sữa đã bị bệnh viêm vú. - Xác định điểm đông đặc của sữa. - Xác định hàm lượng tổng chất khô và chất béo trong sữa. - Xác định tổng sô' vi khuẩn trong sữa bằng phương pháp nuôi cấy trên hộp Petri. Tuy nhiên, phương pháp này sau vài ngày mới cho được kết quả. Sữa từ những trang trại hoặc hộ gia đình khác nhau sẽ có các chỉ số hóa lý, vi sinh và giá trị cảm quan khác nhau. Nhà máy chế biến sữa thường ký hợp đồng mua sữa với các trang trại và hộ gia đình, trong hợp đồng cần ghi rõ những yêu cầu về chất lượng sữa cần mua. Mỗi Ịần thu nhận sữa, người ta luôn phải kiểm tra lại các chỉ tiêu chất iượng và có thể hiệu chĩnh lại giá mua sữa cho từng đợt.

1.3.3 QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN SỮA TRƯỚC KHI CHẾ BIẾN Trong quá trình bảo quản sữa, các biến đổi vật lý, hóa học, sinh học, hóa lý và hóa sinh có thể diễn ra. Tuy nhiên tốc độ Gác biến đổi trên phụ thuộc vào thành phần hóa học và hệ vi sinh vật có trong sữa sau khi vắt cũng như phụ thuộc vào các diều kiện bảo quản (nhiệt độ, sự có m ặt ơăa oxy...)

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

55

ỉ) Các biển đổi ỂÌnh học Sự trao đổi chất (metabolism) của hệ vi sinh vật có trong sữa được xem là biến đổi sinh học quan trọng nhất. Sự trao dổi chất là tập hợp tấ t cả các phản ứng hóa sinh diễn ra ở tế bào vi sinh vật. Quá trình này đặc trưng cho các vi sinh vật nói riêng và th ế giới sinh vật nói chung. Trong quá trình bảo qụản, hệ vi sinh vật sẽ phân giải và sử dụng một số chất dinh dưỡng có trong sữa. Theo thời gian, các tế bào vi sinh vật sẽ lớn hơn về kích thước, nặng hơn về khối lượng và sẽ sinh sản tạo ra nhiều tế bào mới. Song song với các hiện tượng trên, hàm lượng một sấ chất đinh dưỡng trong sữa sẽ giảm dần cùng với sự xuất hiện nhiều hợp chất mới do vi sinh vật phân giải và chuyển hóa nên. Tạ nối các vi sinh vật đã trao đểi chất với môi trưởng sữa. Quá trình trao đổi chất giữa vi sinh vật và môi trường gắn liền với sự tồn tại và sinh trưởng của hệ vi sinh yật nói chung. * Trao đổi chất bao gồm hai quá trình: dị hốa (catabolism) và đồng hóa (anabolism). Dị hóa là sự phân giải chất dinh dưỡng (cơ chất) có trong môi trường nhờ hệ enzyme do vi sinh vật sinh tổng hợp nên nhằm mục đích tạo ra năng lượng (ATP) và các hợp chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, acid amin, acid béo, acetyl - CoA...). Năng lượng (ATP) sẽ được sử dụng cho các “hoạt động sống” của cơ thể vi sinh vật, còn các hợp chất hữu cơ đơn giản được xem là những tiền tố - v ật liệu để xây dựng tế bào. Đồng hóa là sự tổng hợp nên các hợp chất hau cơ cao phân tử (glycogen, protein, lipid...) cho chính cơ thể vỉ sinh v ậ t Quá trình này dược thực hiện từ các tiền tố và năng lượngdo quá trình dị hóa cung cấp. Như vậy, nếu đứng từ góc độ sấn phẩm, quá trình trạo đổi chất có thể được chia thành hai nhóm; trao dổi năng lượng và trao đổi vật chất. Cả hai đều phục vụ cho sự tồn tại cũng như sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có trong môi trường. TỐC độ cửa quá trình sinh trưởng và trao đổi chất của hệ vi sinh vật cổ trong spầ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là nhiệt độ hả 0. Nếu giá trị Ap càng lớn thì tốc độ dòng permeate qua màng sẽ càng cao. Ngoài các yếu tô' trên, hiệu quả quá trình phân riêng bằng membrane còn phụ thuộc vào cấu hình thiết bị sử dụng và một số yếu tố khác.

4i) Thiết bị membrane Hiện nay, có bôn mô hình phổ biến trong công nghiệp: Thiết bị dạng ống; dạng bảng; dạng sợi; dạng cuộn xoắn. a) Mô hình ống (tubular module) Thiết bị membrane có dạng hình trụ, bên trong chứa nhiều ống trụ nhỏ đặt song song với nhau. Mỗi ống trụ nhỏ thường được chế tạo bằng thép không rỉ, có đường kính dao động từ 12,5*75mm, chiều dài khoảng 0,6^-6,4/n và được dục các lỗ nhỏ trên thân. Các membrane cũng có dạng hình trụ được lồng ép sát thành trong của các ống trụ nhỏ trên. Nguyên liệu sẽ được bơm vào từ một đầu của thiết bị và được phân phối vào bên trong các ống trụ nhỏ. Dòng ra retentate sẽ tiếp tục đi hết theo chiều dài các ống trụ nhỏ và thoát ra ở đầu bên kia của thiết bị. Dòng ra permeate sẽ chui qua các mao dẫn của membrane và thoát ra bên ngoài các ống trụ nhỏ, sau đó được tập trung theo cửa ra chung nằm phía trên thân của thiết bị.

Retentate

Hình 2.32 Thiết bị membrane: mô hình ống

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CỒNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

103

Bên trong thiết bị membrane có thể được chia thành nhiều khoang, mỗi khoang gồm một sô' ống trụ nhỏ song song nằm cạnh nhau. Đầu tiên nguyên liệu sẽ được bơm vào một khoang trong thiết bị. Dòng retentate thoát ra khỏi khoang này và đi tiếp vào khoang thứ hai, còn dòng retentate thoát ra từ khoang thứ hai sẽ đi tiếp vào khoang thứ ba.... Như vậy, dòng retentate thoát ra từ khoang cuối cùng sẽ có nồng độ đạt giá trị yêu cầu. Mô hình ống có ưu điểm là dễ tạo ra dòng chảy rối trong quá trình vận hành; đơn giản khi vệ sinh, thay thế membrane sử dụng và bảo trì thiết bị. Tuy nhiên, thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều không gian nhà xưởng và tốn nhiều năng lượng sử dụng do có sự tụt áp của dòng nguyên liệu trong các ống hình trụ nhỏ. b) Mô h ìn h sợi (hollow fiber module) Mô hình sợi có cấu tạo tương tự như mô hình ống. Thiết bị membrane được chế tạo bằng thép không rỉ có dạng hình trụ với đường kính thường dao động trong khoảng 2,5-ỉ-12,7cm; chiều dài: 18-ỉ-120cra. Bên trong thiết bị chứa bó sợi membrane. Mỗi module chứa từ 50-Ỉ-3000 sợi. Đường kính sợi thay đổi từ 0,2*3771771. Trong quá trình thẩm thấu ngược, đường kính sợi sử dụng có thể giảm xuống 0,04mm. Thông tíuíỡng chiều dày membrane từ 100-í400p/n. Khi hoạt động, nguyên liệu được bơm vào bên trong thiết bị và chui vào trong các sợị membrane. Dòng ra retentate sẽ đi hết theo chiều dài sợi và tập trung thoát ra ở đầu còn lại của thiết bị. Dòng ra permeate sẽ chui qua các lỗ mao dẫn membrane, thoát ra ngoài sợi rồỉ được tập trung về cửa ra nằm trên thân thiết bị. Riêng hãng Dupont thiết kế một số thiết bị sử dụng trong kỹ thuật thẩm thấu ngược đã cho dòng nguyên liệu đi vào khoảng không gian trống giữa các sợi membrane. Khi đó, một số cấu tử sẽ chui qua mao dẫn membrane để vào bên trong sợi và tạo nên dòng permeate. Ưu điểm của mô hình sợi là th iết bị ít chiếm diện tích nhà xưởng dù diện tích membrane sử dụng rấ t lớn, ít tốn năng lượng cho quá trình. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, một số sợi membrane dễ bị tổn thương và việc thay th ế chúng sẽ tốn kém và phức tạp. Hơn nữa, do đường kính sợi membrane khá nhỏ, những nguyên liệu dạng keo dễ gây tắc nghẽn membrane trong quá trình sử dụng.

104

PHẨN 2

c) Mô hình bảng/tấm (plate module) Mỗi đơn vị cấu tạo nên mô hình bảng bao gồm một tấm đỡ, hai miếng đệm và hai membrane được ép sát vào nhau như hình 2.26. Các tấm đỡ có dạng hình hộp chữ nhật với độ dày rấ t mỏng, diện tích bề m ặt từ 0,ll-j-0,35m2. Các miếng đệm có cấu trúc vi xốp được ép sát và phủ kín bề mặt tấm đỡ. Các membrane (dạng tấm) có diện tích bề m ặt bằng đúng vội diện tích bề m ặt tâm đỡ và được đạt sát lên các miếng đệm. Tấm đỡ

Membrane

/

Y

Miếng đệm

Permeate Nguyên liệu

RETENTATE

ìẫề ềí

i ,ĩ r

'jr.lĩ''ty. ■!4 ■:, >

é-* ■/•V T i'

•

: *

;

r/v .

i.-ĩi í‘jj Ã,

-• ■■■

:

Permeate

.

Hình 2.33 Thiết bị membrane: mô hình bảng Ị tấm Trong thiết bị membrane, các đơn vị trên được đặt song song với nhau. Tùy thuộc vào số đơn vị được lắp ráp vào nhiều hay ít mà tổng diện tích membrane sử dụng trong thiết bị có thể dao động trong một khoảng rất lớn, từ 0,l-ỉ-100m2. Khoảng cách giữa các đơn vị là cửa vào cho dòng nguỵên liệu và cửa ra cho dòng retentate. Một số cấu tử trong dòng nguyên liệu sẽ chui qua mao dẫn membrane, theo các lỗ vi xốp của các tấm đệm rồi tập trung thoát ra ngoài tạo nên dòng permeate. Ưu điểm lớn nhất của mô hình bảng là việc tháo lắp, vệ sinh thiết bị rấ t đơn giản. Ở một số thiết bị, người ta bố trí một van tháo sản phẩm permeate úng Với-mỗi tấm membrane. Như vậy, nhà sản xuất dễ phát hiện kịp thời membrane nào bị hư hỏng trong quá trình vận hành để thay thế. ,

d) Mô hình cuộn xoắn (spiral - wound module) Thiết bị gồm hai ống hình trụ cùng trục, cùng chiều cao nhưng có đường kính khác nhau và được đặt lồng vào nhau. Cả hai được chế

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

105

tạa bằng thép không ri. ống hình trụ nhỏ được đục lỗ trên thân và là nơi tập trung các cấu tử của dòng permeate. Khoảng không gian được giới hạn bỏri mặt ngoài thân trụ nhó và mặt trong thân trụ lớn là hai tấm membrane hình chữ nhật cuộn lại theo hình xoắn ốc (bề mặt hoạt động của hai membrane được quay ngược nhau), cách nhau bởi một tấm đệm. Vật liệu phổ biến được dùng làm tấm đệm là polypropylene. Nguyên liệu sẽ được bơm vào ở một đầu thân trụ và di chuyển dọc theo thân trụ bởi một kênh có cơ cấu tiết diện hình xoắn ốc (phần gạch chéo trong hình 2.34). Dòng sản phẩm retentate sẽ được tập trung và thoát ra ở đầu kia của thiết bị hình trụ. Các cấu tử permeate sẽ chui qua mao dẫn của hai membrane để vào kênh dẫn dành riêng cho chúng. Kênh này cũng có tiết diện hình xoắn ốc (phần không gạch chéo trên hình 2.34) và được liên thông với ống hình trụ trung tâm. Từ ống hình trụ trung tâm, dòng permeate sẽ được tập trung thoát ra khỏi thiết bị.

1- kênh vào của nguyên liệu 2- tấm đệm 3- kênh của permeate 4- ống trụ trung tâm 5- dòng chảy qua membrane tạo nên permeate

H ìn h 2.34 Thiết bị membrane: mô hình cuộn xoắn

106

PHẨN 2

ư u điểm của thiết bị membrane mồ hình cuộn xoắn là giá thành thấp hơn so với các mô hình khác. Người sử dụng có thể lựa chọn chế độ chảy dòng hoặc chảy rối tùy từng trường hợp cụ thể. e) L ự a chọn mô h ìn h Trong thực tế sản xũất, tuy thuộc vào nguyên liệu và mục đích phân riêng, người ta sẽ lựa chọn mô hình thích hợp. Hình 2.35, cho chúng ta thấy những điểm khác nhau cơ bản giữa bốn mô hình nói trên. '3'

'‘£d> r-C 11 prochymosin bị mất khả nàng chuyển hóa thành chymosin. Trong điều kiện pH = 6,5 và ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ có khoảng 5% prochymosin tự chuyển hóa thành chymosin. Ớ pH = 5,0-ỉ-6,0; prochymosin có thể được chuyển hóa thành chymosin dưới tác dụng của pepsin bằng cách tách khỏi phân tử prochymosin một đoạn polypeptide có phân tử lượng khoảng 5.300*6.300Z)a. Chymosin trong ngăn thứ tư dạ dày bê tồn tại dướỉ hai dạng là A và B. B ả n g 2.15 Những điểm khác nhau cơ băn giữa chymosin Á và B được chiết từ ngăn thứ tư dạ dày bê (Law B. A, 1999) Chymosin A

Chymosin B

- Vị trf acid amin số 244 trong mạch protein là acid aspartic.

- Vị trí acid amin số 244 trong mạch protein là glycine.

- Kém bển, dễ bị phân hủy thành chymosir) c ở pH thấp.

- Bền hơn, không bị phân hủy thành chymosin c.

- Hoạt tính riêng cao hơn: 290 đơn vị

- Hoạt tính rièng thấp hờn: 223 đơn vị

IM CUm g.

IM CUm g.

(IMCU - International Milk Clotting Unit)

CÁC QUÁ TRÌNH Cơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHÊ'BIẾN SỮA

159

P epsin A (EC.3.4.23.1): Thường được tìm thấy trong hệ tiêu hóa các động vật có vú. P epsin B (EC.3.4.23.2): Được tìm thấy trong dạ dày heo với hàm lượng khá thấp. Nhìn chung, khả năng đông tụ sữa của pepsin B kém. G astriscin (EC.3.4.23.3): Enzyme này thuộc nhóm aspartic protease và còn dược gọi là pepsin B, c , I, II, III, 6 hoặc 7. Một số chế phẩm enzyme từ thực vật cũng có. khả năng làm đông tụ casein trong sữa, quan trong nhất là enzyme được chiết từ Cynara cardunculus (L). Enzyme này thuộc nhốm aspartic protease và khả năng gây đông tụ sữa của nó không thua kém chymosin. Từ xưa ở Bồ Đào Nha, người ta sử dụng dịch chiết hoa Cỵnara cardunculus (L) làm tác nhân đông tụ sữa để chế biến một số loại phô mai nổi tiếng như Serra, Serpa.... Tuy nhiên, hiện nay người ta không sản xuất ở quy mô lớn và thương mại hóa chế phẩm enzyme từ Cynara cardunculus (L). Chúng chỉ được sản xuất thủ công và sử dụng tại một số địa phương. Một số loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme có hoạt tính đông tụ sữa, Tuy nhiên, tính đặc hiệu của chúng lại khác nhau. Đáng chú ý nhất là enzyme đông tụ sữạ từ Rhizomucor miehei và Rhizomucor pusillus (EC.3.4.23.23). Enzyme này bền nhiệt và có hoạt lực thủy phân protein khá cao. Enzyme đông tụ sữa từ Cryphonectria parasitica là một protease acid (EC.3.4.23.22) với hoạt tính thủy phân protein rấ t cao. Gần đây, những thành tựu của kỹ thuật dỉ truyền đã giúp cho các nhà nghiên cứu thành công trong việc chuyển gene chymosin từ bê vào tế bào vi sinh vật như vi khuẩn E.coli, nấm men Kluyveromyces lactis hoặc nấm mốc Aspergillus niger. Khi nuôi cấy các vi sinh vật này, chúng sẽ sinh tổng hợp enzyme gây đông tụ sữa với phân tử protein có trậ t tự các acid amin hoàn toàn giống với chymosin được tách từ bê. Các chế phẩm enzyme này được gọi là chymosin sản xuất theo phương pháp lên men cFermentation Produced Chymosin - FPC). Tóm lại, các chế phẩm enzyme gây đông tụ casein trong sữa rất da dạng. Trong công nghệ sản xuất phô mai hiện nay, cùng với nhóm enzyme được tách chiết từ động vật, chế phẩm chymosin sản xuất

PHẨN 2

160

bằng phương pháp lên men (FPC) được sử dụng ngày càng rộng rãi. Theo số liệu thống kê tại Hoa Kỳ, trong năm 2008 có hơn 80% lượng phô mai được sản xuất từ các quy trình có sử dụng FPC. Đối với một số loại phô mai như phô mai tươi hoặc phô mai mềm có qua giai doạn ủ chín, các nhà sản xuất có thể thực hiện quá trình đông tụ casein trong sữa bằng phương pháp kết hợp: sử dụng vi khuẩn lactic và enzyme đông tụ. 2 i) Cơ 8Ở khoa học cửa quá trình đông tụ casein

a) Đông tụ casein sữa bằng phương p h áp sử dụng điểm đẳng điện Casein trong sữa tồn tại dưới dạng micelle. Chúng có điểm dẳng điện pl = 4,6. Theo Cheftel J. c và cộng sự (1985), khi bảo quản sữa tươi ở 4h-7°C, các micelle sẽ bị phân ly một phần thành các tiểu micelle, sau 24 giờ có đến 50% p-casein tách khỏi cấu trúc micelle trong sữa. Khi gia nhiệt sữa trở lại, các phân tử P-casein sẽ liên kết một cách chậm chạp lại với những micelle ban đầu. Như vậy, sữa được bảo quản trong một khoảng thời gian dài ở nhiệt độ thấp sẽ có hàm lượng casein hòa tan tăng cao. Quá trình đông tụ casein hòa tan sẽ khó khăn và kém triệt để hơn so với các casein tồn tại dưới dạng micelle. Nếu ta đưa pH sữa về giá trị 4,6 - điểm đẳng điện của casein sẽ làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử với nhau. Khi đó, tương tác giữa các gốc kỵ nước của những phân tử protein sẽ chiếm ưu thế, casein sẽ chuyển sang trạng thái không tan và sẽ xuất hiện các khối đông tụ trong sữa.

b) Đông tụ casein sữa bằng phưctng pháp sử dụng enzyme Quá trình đông tụ casein sữa bằng tác nhân enzyme có thể được chia thành ba giai đoạn: Giai đoạn 1: Enzyme chymosin xúc tác thủy phân liên kết peptide tại một vị trí đặc hiệu trong phân tử K-casein. N hư chúng ta dã biết, các phân tử K-casein giữa vai trò quan

trọng trong việc ổn định cấu trúc micelle của sữa. Đầu amino của phân tử K-casein (đầu ưa béo) được liên kết với các phân tử as và pcasein trong micelle và luôn hướng về phía tâm micelle, còn đầu carboxyl (đầu ưa nước) và luôn hướng ra ngoài vùng biên micelle.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

161

Chymosin sẽ xúc tác thủy phân liên kết peptide tại vị trí giữa acid amin số 105 (phe) và acid amin số 106 (met) trong phân tử K-casein: Liên kết peptide bị bẻ gãy bởi chymosin

(đấu amino) Phe Met h 2n ------------------------- ------------ 1— :— I--------------------.— 1 ________________

105

Đầu paracasein không tan hướng vé tăm micelle

106

(đẩu carboxyl) COOH

_______________ 169

Đẩu caseinom acropeptide tan hướng ra vùng biên micelle

Kết quả là phân đoạn caseinomacropeptide được tách khỏi phân tử K-casein và hòa tan vào dung dịch. Riêng phân đoạn paracasein vẫn còn gắn lại trên căc gốc micelle và làm cho micelle dễ “tập hợp” lại với nhau chuẩn bị tạo khối đông. Theo Gratreva (1987), trong giai đoạn thứ nhất, hình như chỉ có các phân tử K-casein bị thủy phân bởi enzyme chymosin tại vị trí liên k ết dặc hiệu nói trên. Các phân tử as và P-Càsein gần như không thay đổi. Độ nhớt sữa vào thời điểm dầu của phản ứng thủy phân K-casein bị giảm nhẹ nhưng sau đó lại tăng dần cho đến khi các khối đông tụ bắt đầu xuất hiện. Giai đoạn 2: đông tụ casein, ở giai đoạn này, các micelle sau khi bị m ất phân đoạn caseinomacropeptide tròng phân tử K-casein bắt đầu liên kết lại với nhau. Đó là do hiện tượng giảm sự tích điện bề m ặt của micelle, từ đó lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle cũng bị giảm. Bề m ặt micelle trở nên ưa béo hơn do chỉ chứa các phân đoạn paracasein K và chúng có thể liên hợp lại với nhau một cách dễ dàng hơn. Ngoài ra, phần tích điện dứơng của phân đoạn paracasein K có thể tương tác với phần tích điện âm của phân tử a s và P-casein. cầu calci phosphate sẽ xuất hiện giữa các micelle và góp phần làm táng kích thước khối đông tụ. Trong quá trình liên hợp Ịại với nhau để tạó nên những khấỉ đông, các micelle sẽ kéo theo các hạt chất béo và một số hợp chất khác có trong sữa như lactose, vitamin ... Như vậy, trong cấu trúc gel của các khối đông, ngoài casein là thành phần chính, người ta còn tìm thấy ỉipid, lactose, nưộc và một số chất khác.

162

PHẨN 2

Cắc nhà nghiên cứu cho rằng sự đông tụ sữa chĩ xảỵ ra khi có hơn 85% K-casein trong micelle bị thủy phân bởi enzyme. Khi chúng ta sử dụng chymosin để đông tụ, hàm lượng casein thu được trong khối đông có thể lên đến 95% tổng lượng casein ban đầu có trong sữa. Ngược lại, khi sử dụng các protease từ nấm sợi để đông tụ, hiệu suất thu hội casein trong khối đông chỉ đạt 40+45%. Bên cạnh đó, quá trình thủy phân protein diễn ra mạnh mẽ và làm tăng đáng kể hàm lượng nitơ amin trong huyết thanh sữa. Gitứ đoạn 3: kết thúc quá trình đông tụ và tách huỵết thanh sữa. Khi casein đã. đông tụ hoàn toàn, người ta thực hiện giai đoạn tách các khối đông ra khỏi huyết thanh sữa. Ở giai đoạn riày, nhìn chung sự xúc tác của enzyme chymosin không làm thay đổi đáng kể cấu trúc của các khối đông. Hàm lượng nitơ amin trong các khối đông gần như không thay đổi. Trong điều kiện sản xuất, Walstra và cộng sự (1999) cho rằng các khối đông có chứa khoảng 15% lượng chế phẩm enzyme đã sử dụng trong quá trình đông tụ casein. Phần enzyme còn lại được tìm thấy trong huyết thanh sữa. Nếu chúng ta sử dụng các protease vi sinh vật làm tác nhân đông tụ sữa, độ cứng của khối đông thu được sẽ bị gịảm và hàm lượng nitơ amỉn trong khối đông tiếp tục gia táng Các nhà khoa học cho rằng những khối đông xuất hiện trong quá trình đông tụ casein trong sữa có cấu trúc dạng gel h ạt {particle gel). Do đó, chúng có các tính chất rất khác biệt so với gel truyền thống. Thồng thư&ng, mạng lưới không gian ba chiều của geỉ là do các đại phân tử (macromolecule) mạch dài tạo ra. Các đại phân tử này sẽ tương tác với nhau bằng liên kết vật lý hoặc cộng hóa trị để tạo nên vô số “nút thắt”, từ đó làm ổn định cấu trúc của gel. Gòn đối với geỉ hạt, mạng lưới không gian ba chỉều của geỉ được hình thành bởi các sợi; mỗi sợi gồm nhiều hạt casein (casein particle) tương tác với nhau mà tạo thành; còn mỗi hạt casein được xem là sự tập hợp của một sế micelle trong sữa, Walstra và cộng sự (1999) cho rằng mạng ỉựớỉ không gian ba chiều cửa geỉ hạt là không đồng nhất. Trong cấu trúc gel hạt có chứa cốc mao dẩn vdi đường kính khoảng vài ụm. Thông qua các mao dẫn này mà một phần hùyết thanh sữa từ bên trong -các khối đông sẽ bị thoát ra ngoài. Do đó, việc cắt khối đông sẽ làm cho ỉượ&g huyết thanh sữa thoát ra ngoài càng nhiều, phô mai thành phẩm sẽ có độ ẩm thấp và độ cứng t&Rg cao.

CẮC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẼ' BIẾN SỮA

163

3i) Các yếu tố ảnh hưởng đến quả trình đông tụ Trong phần này, chúng ta chỉ khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đông tụ casein trong sữa bằng phương pháp sử dụng enzyme đông tụ. a) Hàm lượng enzyme sử dụng Chế phẩm enzyme đông tụ sữa ở dạng lỏng hoặc dạng bột. Hoạt tính của chúng thường được biểu diễn dưới dạng một tỷ lệ. Ví dụ như chymosin có hoạt tính dao động từ 1:10.000-r1:15.000. Điều đó có nghĩa,là một phần (khối lửợng hoặc thể tích) chymosin có thể làm đông tụ được 10.000+15.000 phần (khối lượng hoặc thể tích) sữa trọng thời gian 40 phút ở 35DC. Hàm lượng chymosin sử dụng sẽ ảnh hưởng đến tốo- độ phản ứng thủy phân liên kết peptiđe đặc hiệu trong phân tử K-casein. Còn

tốc độ quá trình đông tụ sữa lại phụ thuộc vào tần số va chạm của các micelle đã giải phóng được phân đoạn caseinomacropeptide trên bề m ặt chúng. Như vậy, hàm lượng chymosin sử dụng sẽ ảnh hưởng gián tiếp đến tốc độ đông tụ sữa và cấu trúc của khối đông. Hàm lừợng chymosin sử dụng càng cao thì tốc độ phản ứng thủy phân K-casein sẽ càng lớn, số micelle giải phóng được phân đoạn caseinoihacropeptide trên bề mặt chúng sẽ càng nhiều, tốc độ quá trình đông tụ sẽ nhanh hơn. Mối quan hệ giữa tí lệ cẩc phân tử K-casein bị thủy phân và giá trị tốc độ đống tụ tương đối được trình bày trên hình 2.67. Trong thực tế sản xuất, với chymosin có hoạt lực 1:10.000 -5-1:15.000, người ta thường sử dụng 30mZ enzyme cho 100Ấ!£ sữa tươi. Ta cần hòa lượng . enzyme trên trong một thể tích nước tối th iểu gấp hai lần th ể

tích enzyme rồi cho vào bồn đông tụ đã chứa sẵn nguyên liệu ,_' sữa tươi, sau đó khuấy đễu trong 4

Tổc độ đônâ tụ 1 0 .1

001

0.0001

T?lộ K-casein bi thủy phân (%)

Hình 2.67 Sự phụ thuộc cửa giá trị tốc độ đông tụ tương đtò vào a iệ vác phân tửK-casein trong8ữo bị th ử yph ân H ^

PHẨN 2

164

thời gian từ 2-Ỉ-3 phút. Chúng ta cũng có thể sử dụng đầu phun để phân bố đều dung dịch chymosin lên bề mặt khối sữa trong bồn đông tụ.

b )p H Hoạt tính enzyme phụ thuộc pH. Giá trị pH tối ưu của chymosin là 6,0. Các kết quả nghiên cứu trước đây khẳng định rằng khi ta giảm pH sữa từ giá trị tự nhiên 6,6+6,7 về giá trị 6,0; tốc độ đông tụ sữa được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, pH cũng ảnh hưởng đến cấu trúc micelle trong sữa. Khi ta giảm pH, phosphate calci bị tách ra khỏi cấu trúc micelle, làm giảm điện tích micelle, nhờ đó thời gian đông tụ sữa sẽ được rút ngắn.

c) Nhiệt độ Các k ết quả nghiên cứu trứớc đây đã chứng minh rằng khi nhiệt độ nhỏ hơn 15°c, quá trình đông tụ sữa bởi chymosỉn gần như khôủg diễn ra được. Thực tế, ở nhiệt độ thấp (< 15°C), enzyme chymosin vẫn xúc tác thủy phân liên kết peptide đặc hiệu trong phân tử K-casein để giải phóng ra caseinomacropeptide. Tuy nhiên, theo W alstra và van Vliet (1986), các phân tử P-casein từ vùng trung tâm sẽ nhô ra bề m ặt ngoài micelle và làm cho các micelle không tập hợp lại với nhau được, trạng thái keo của micelle trong sữa trở nên ổn định và bền vững. Khi ta tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng hóa sinh sẽ tăng theo. Mặt khác, việc gia tăng nhiệt độ cũng làm tăng tần số va chạm giữa các micelle đã giải phóng được các phân đoạn caseinomacropeptide trên bề mặt của chúng. Kết quả là tốc độ đông tụ sữa cũng sẽ gia tăng. Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tối .ưu cho quá trình đông tụ casein trong sữa khoảng 42,5^-45,0°c.

d) Calci Theo Law B. A (1999), ion calci sẽ làm giảm điện tích của các casein do chúng tạo liên kết với các nhóm tích điện trong phân tử casein, do đó sẽ làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle vổi nhau và giúp cho quá trình đông tụ sữa diễn ra nhanh và dễ dàng hơn. Trong sản xuất, người ta thường sử dụng muối clorua calci CaCl2 để bổ sung vào sữa trước khi thực hiện quá trình đông tụ. Hàm lượng dùng từ 5-Ỉ-20Ịg cho 100% sữa tươi.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CỒNG NGHỆ CHÊ' BIẾN SỮA

165

Việc bổ sung CaCl2 có thể làm giảm nhẹ pH sữa. Hiện tượng này cũng có lợi cho quá trình đông tụ. Nếu bổ sung calci với hàm lượng quá cao, khối đông tụ trở nên , cứng hơn và có thể gây khó khăn cho việc cắt khối đông và các giai đoạn chế biến tiếp theo trong sản xuất phô mai. o Đối với những sản phẩm phô mai có hàm lượng chất béo thấp, ở một số nước, người ta bổ sung disodium phosphote Na2H P04 vào sữa (hàm lượng 10-Ỉ-20g/kg) trước khi cho CaCl2 vào. Khi đó, độ dẻo của khối đông được cải thiện đáng kể do sự tạo thành dạng keo Ca3(P04)2, chúng có chức năng tạo độ dẻo cho khôi đông tương tự như các hạt cầu béo.

e)CO z CO2 có thể tìm thấy trong sữa tươi. Việc bổ sung CO2 vào sữa sẽ làm giảm pH tự nhiên của sữa xuống 0,1h-0,3 đơn vị. Khi đó, thời gián đông tụ sữa được rút ngắn. Theo Bylund Gosta (1995), việc bổ sung CO2 vào sữa cho phép chúng ta tiết kiệm được một lượng nhỏ enzyme đông tụ sữa cần dùng mà thời gian đông tụ vẫn không thay đổi. 4i) Thiết bị đông tụ sữa Hình 2."68 giới thiệu bể đông tụ sữa sử dụng trong các quy trình chế biến truyền thông. Bể đông tụ hình hộp chữ nhật, xung quanh là lớp vỏ áo để dẫn tác nhân điều nhiệt nhằm ổn định nhiệt độ sữa chứa trong bể. Trên thân thiết bị, tại vị trí gần sát đáy là cửa để bơm sữa vào bồn và dể tháo huyết thanh sữa ra khỏi bồn. Dưới đáy là hệ thống chân đỡ. •Phía trên thiết bị là một thanh đỡ nơi gắn các cánh khuấy, hệ thống dao cắt hoặc bảng ép tùy thuộc vào mục đích sử dụng ở những thời điểm khác nhau trong quá trình đông tụ casein. Khi tiến hánh tách huyết thanh sữa, người ta cho lưới lọc (4) vào bể và kết nối với cửa thoát gần đáy. Các khối dông tụ sẽ được lưới lọc giữ lại trong bồn, phần huyết thanh sữa sẽ chui qua lưới rồi theo cửa thoát ra ngoài.

166

PHẨN 2

a)

b)

1- b ể đông tụ; 2- cánh khuấy; 3- hệ thống đao cắt khối đông tụ; 4- lưới tách huyết thanh sữa; 5- xe đẩy vối bơm và dụng cụ chứa huyết thanh sữa; 6- bảng ép; 7- thanh đỡ; 8xilanh thủy lực sử dụng đ ể é p sơ bộ khối đổng; 9- dao cắt

H ìn h 2.68 B ể đông tụ sữa trong sản xuất phô mai a) B ể đông tụ và các cánh khuấy; b) B ể đông tụ và các dao cắt c) B ể đông tụ và lưới tách huyết thanh sữa; d) B ể đông tụ và các bảng ép tách huyết thanh sữa Hình 2.69 giới thiệu thiết bị đông tụ casein th ế hệ mới với hệ thống khuấy đảo, cắt khối đông và tách huyết thanh.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

167

1- hệ thống khuấy trộn sữa và cắ t khối đông tụ 2- Ổng tách huyết thanh sữa 3- motor 4- lớp vỏ áo chứa tác nhân diều nhiệt

5- nắp đậy 6- đầu phun chất vệ sinh thiết bj

H ìn h 2.69 Thiết bị đông tụ sữa thế hệ mới Thiết bị dạng hình trụ, nằm ngang và được đặt trên bốn chân đỡ. Xung quanh thiết bị là một lớp vỏ áo chứa tác nhân điều nhiệt. Hệ thống cánh khuấy và dao cắt được bố trí trên trục chính của thiết bị hình trụ ngang. Motor (3) sẽ làm xoay trục trong quá trình sử dụng. Bộ phận tách huyết thanh sữa là một ống hình trụ có đục lỗ nhỏ, nhờ đó các khối đông sẽ được giữ lại trong thiết bị, còn huyết thanh sữa sẽ chui vào ống (2) nhờ bơm thoát ra ngoài. Đầu phụn (6) sẽ đưa chất tẩy rửa vào vệ sinh thiết bị theo chế độ tự động. Nắp đậy (5) có thể tháo rời để quan sát và phục vụ cho việc vệ sinh thiết bị khi cần.

2.3 CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.3.1 QUÁ TRÌNH NHÂN GIÔNG VI SINH VẬT i) Giới thiệu chung Khái niệm về giống trong ngầnh công nghệ vi sinh vật có thể được hiểu theo hai nghĩa khác nhau: - Giống (genus): Là nhóm vi sinh vật bào gồm một số loài (species) có cùng một số tính chất về hình thái và sinh lý. Theo cách hiểu này, thuật ngữ “giống” thường được sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu phân loại vi sinh vật (taxonomy). - Giống (starter culture hoặc inoculum)'. Là một lượng sinh khối vi sinh vật được cho trực tiếp vào môi trường (medium) vàỡ thời điểm đầu của quá trình lên men để thực hiện những chuyểiì hóa cần thiết hoặc thu nhận sản phẩm trao dổi*'chất. Theo cách hiểu này, thuật ngữ

168

PHẨN 2

“giống” được sử dụng trong quá trình giữ giống, nhân giống hoặc cấy giống để phục vụ cho công-việc nghiên cứu lẫn sản xuất. ' Nhân giống vi sinh vật là quá trình làm gia tăng số lượng tế bào (tăng sinh khối). Mục đích của quá trình nhân giống là tích lũy đủ số lượng tế bào cần thiết để cấy giống vào môi trường lên men. Như vậy, nhân giếng là một quá trình chuẩn bị cho lên men để thu nhận sản phẩm. Thông thường, giống có chất lượng tốt sẽ cho ra những thực phẩm lên men đạt yêu cầu kỹ thuật về các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và cảm quan. Ngược lại, giống có hoạt tính thấp hoặc bị nhiễm vi sinh vật khác sẽ làm chậm tốc độ lên men và ảnh hưồng xấu đến chất lượng sản phẩm lên men. Chúng ta cần lưu ý rằng kỹ thuật nhân giống vi sinh vật giữ một vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa. Yêu cầu của quá trình nhân giống là làm gia tăng số lượng tế bào trong môi trường nuôi lên một giá trị cao nhất, trong một khoảng thời gian ngắn nhất, với những chi phí thấp nhất về nguyên liệu và năng lượng. Ngoài ra, sinh khối thu được phải có hoạt tính lên men cao, tỷ lệ tế bào chết càng thấp càng tốt. Khi đó, quá trình nhân giống vi sinh vật trong sản xuất mới được xem là có hiệu quả kinh tế cao. Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa và công nghệ lên men thực phẩm, giống vi sinh vật sử dụng phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản như sau: - Vi sinh vật không sinh tổng hợp độc tô' ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng. - Tỷ lệ về hàm lượng các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do giống vi sinh vật sinh tổng hợp trong quá trình lên men phải cân đối và ảnh hưởng tốt đến các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý của thực phẩm. - Vi sinh vật phải có hoạt tính lên men cao, nhờ đó chúng ta sẽ hạn chế được sự hư hỏng sản phẩm do nhiễm vi sinh vật lạ vằo môi trường lên men, rút ngắn được thời gian lên men, tiết kiệm chi phí năng lượng và nâng cao năng suất cho cơ sở sản xuất. - Vi sinh vật dễ thích nghi với những biến đổi của môi trường, hoạt tính của vi sinh vật ổn định và dễ bảo quản trong một khoảng thời gian càng dài càng tốt.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

169

Các vi sinh vật đang được sử dụng trong công nghệ lên men thực phẩm thường có nguồn gốc từ quá trình phân lập từ tự nhiên. Trải qua một thời gian dài được tuyển chọn, thuần hóa, nhiều chủng vi sinh vật (strains) với các đặc tính ưu việt đang được bảo quản và sử dụng trong sản xuất. Trong những thập niên gần đây, các thành tựu của ngành sinh học phân tử và công nghệ gene đã cho ra đời nhiều chủng vi sinh vật mới nhờ phương pháp gây đột biến (mutation) hoặc tái tổ hợp gene (gene recombination). Chúng có một số đặc tính vượt trội hơn các vi sinh vật có nguồn gốc tự nhiên. Tuy nhiên, ở một số nước thuộc Khối Cộng đồng châu Âu như Cộng hòa Pháp, các sinh vật biến đổi gene {genetic modified organism) bao gồm cả vi sinh vật chuyển gene bị nghiêm cấm sử dụng trong các quy trình chế biến thực phẩm cho người. Tham gia vào quá trình sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa gồm có các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn (vi khuẩn lactic, propionic...), nấm men (giống Saccharomyces, Candida, KLuyveromyces...) và nấm mốc (giống Penicỉỉỉium, Geotrichum...). Tùy thuộc vào loại sản phẩm và phương pháp chế biến mà các loài vi sinh vật sử dụng có thể thay đổi khác nhau. 2i) Cơ sở khoa học của quá trình nhân giống Quá trình nhân giống vi sinh vật trong sản xuất công nghiệp dựa trên hai vấn đề chính: - Chọn môi trường với thành phần cơ chất (chất dinh dưỡng) thích hợp để nuôi vi sinh vật. - Chọn phương pháp và các điều kiện nuôi tối ưu (nhiệt độ, pH, sự cung cấp oxy...) cho quá trình tăng sinh khối của giống. Trước đây, mỗi cơ sở sản xuất đều có phương pháp và quy trình riêng để bảo quản giống. Khi cần sử dụng, người ta sẽ tiến hành nhân giống qua nhiều giai đoạn theo nguyên tắc thu nhận một canh trường vi sinh vật thuần khiết. Hiện nay, một số nhà máy chế biến thực phẩm (thức uống lên men như bia, vang...) và những nhà máy sản xuất các sản phẩm trao đổi chất từ vi sinh vật (acid amin, acid hữu cơ, kháng sinh, chế phẩm enzyme,...) vẫn đang sử dụng phương pháp này. Khi đó, giống vi sinh vật được xem là sở hữu độc quyền của mỗi nhà máy và chúng dược bảo quản trong điều kiện nghiêm ngặt đề phòng trường hợp giống bị đánh cắp.

Từ những năm 1980, trên thế giới phát triển mạnh một ngành công nghiệp mới - công nghiệp sản xuất và cung cấp giống vi sinh vật. Thực ra, ngành công líghiệp sản xuất giống đã cổ từ cuối thế kỷ 19 và sản phẩm đầu tiên của nó là sinh khối nấm men bánh mì. Khách hàng của ngành công nghiệp giống vi sinh vật là các nhà máy sản xuất thực phẩm lên men và các nhà máy thuộc lĩnh vực công nghệ vi sinh nói chung. Các chế phẩm giống thương mại bao gồm đủ loại: vi khuẩn, nấm men và nấm sợi được sản xuất hàng loạt. Mỗi loại chế phẩm sẽ có một địa chỉ ứng dụng riêng. Trong cồng nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, các chế phẩm giống vi sinh vật thường có dạng viên/hạt hoặc dạng paste. Các nhà sản xuất có thể dùng chế phẩm giống thương mại để cấy trực tiếp vào môi trường lên men hoặc hoạt hóa chúng trên một môi trường dinh dưỡng trong một khoảng thời gian nhất định trước khi cấy. Giai đoạn hoạt hóa này có thể xem như là giai đoạn cuối cùng của quá trình nhân giống nhằm phục hồi hoạt tính vi sinh vật sau thời gian dài bảo quản và tạo điều kiện để vi sinh vật tăng sinh khôi. Khi đó, các nhà sản xuất sẽ rút ngắn được thời gian lên men và tiết kiệm lượng chế phẩm giống sử dụng so với phương pháp cấy giống trực tiếp không qua hoạt hóa. B ảng 2.16 Các công ty cung cấp chế phẩm giống vỉ khuẩn lactic sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến sữa (Champagne c. p 1998) T é n c ô n g ty

Trụ sd chính đặt tại

Chr. H ansen’s Laboratorium

Horsholm, Đan Mạch

Wiestry ,

Tonder, Đan Mạch

Equipharm

St-Simon, Pháp

Rhône - Poulenc (Texel)

Dangé s t - Romain, Pháp

Gist - brocades

Delft, Hà Lan

Institut Rosell Inc.

Montreal, C anada

System s Bio - industries Inc.

W aukesha, W isconsin, Mỹ

Vivolac cultures Corporation

Indianapolis, Indiana, Mỹ

Waterford food products Inc.

Millville, Utah, Mỹ

Các nhà máy chế biến sữa ở Việt Nam thường nhập các chế phẩm giống vi sinh vật từ nước ngoài. Trước khi sử dụng, giống thường được qua giai đoạn hoạt hóa.

171

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CỒNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

0

Giống vi sinh vật được bảo quản trên thậch nghiêng tại nhà máy

§

Nuôi và thu nhận giống cấp 1

])

Cấy giống

10ml môi trưởng

r\

Giai đoạn nhân giống phòng thí nghiệm

i Nuôi và thu nhận giống cấp 2

100ml môi trường

I Nuôi và thu nhận giống cấp 3

11 môi trường Nuôi và thu nhận giống cấp 4 101 môi trưởng Nuôi và thu nhận giống cấp 5 1001

môi trưởng Giai đoạn nhân giống phân xưởng

Nuôi và thu nhận giống cấp 6

■1m' .môi trường

■

é • •

■ ,

H ìn h 2.70 Sơ đồ ịổng quát quá trình nhàn giống vỉ sinh vật cho sản xuất

PHẨN 2

172

Quá trình nhân giống vi sinh vật cho sản xuất bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp theo nguyên tắc tăng dần.về thể tích hoặc khôi lượng môi trường. Sô' giai đoạn nhân giông nhiều hay ít phụ thuộc vào lượng sinh khối cần thu nhận, nói cách khác là phụ thuộc vào thể tích th iết bị lên men sử dụng tại nhà máy. Nếu thể tích thiết bị lên men sử dụng càng lớn thì lượng giống cấy sẽ tăng và quá trình nhân giống phải qua nhiều giai đoạn hơn. Tùy thuộc vào vi sinh vật sử dụng và phương pháp lên men (bề m ặt hay bề sâu) mà ta có thể dùng môi trường rắn, xốp hoặc môi trường lỏng để nhân giông. Hình 2.70 là sơ đồ tểng quát quá trình nhân giông (xét trường hợp nhân giống trên môi trường lỏng).

a) Chọn môi trường nhân giống Môi trường nhân giống phải chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng của vi sinh vật. Môi trường thường phải chứa các nguyên tô" và các chất như sau: - Nguồn C: dưới dạng các hợp chất hữu cơ (thông dụng nhất là glucid). - Nguồn N: dưới dạng các hợp chết hữu cơ (acid amin, peptide, ...) hoặc hợp chất vô cơ (muối NH4+...). - Nguồn khoáng: quan trọng nhất là các nguyên tố p, s, Ca, Na, K, Mg, Mn, Zn, Fe,.... - Các yếu tố sinh trưởng {growth factor)', sử dụng vitamin, purin, pyrimidine, .... Để chọn môi trường tối líli cho quá trình nhân giống, ta phải xác định được thành phần định tính và định lượng của môi trường theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tức xác định thành phần các chất dinh dưỡng và tỷ lệ khối lứợng của chúng trong mồi trường.

b) Phương ph áp và điều kiện nhăn giống Nhân giống trên môi trường lỏng: cần chú ý đến các thông số kỹ thuật như nhiệt độ nuôi, pH canh trường, tốc độ khuấy trộn, thời gian nuôi.... Ta phải lựa chọn các giá trị thích hợp sao cho sự sinh sản của vi sinh vật diễn ra nhanh và nhiều nhất. Nếu vi sinh vật sử dụng, thuộc nhóm hiếu khí thì cần phải cung cấp oxy cho môi trường nuôi, đặc biệt là trong giai đoạn nhân giống phân xưởng. Oxy sử dụrig phải là oxy vô trùng.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẦN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

173

Nhân giống trèn môi trường rắn xốp (đối với một số nấm sợi với mục đích thu nhận bào tử giống): sơ đồ nhân giống cũng tương tự như trong trường hợp nhân giống trên môi trường lỏng. Ta cần chú ý đến các thông số kỹ thuật như độ ẩm canh trường, nhiệt độ nuồi, độ thoáng khí và sự cung cấp oxý vô trùng, thời gian nuôi.... Các thông số kỹ thuật của quá trình nhân giống sẽ thay đổi và phụ thuộc vào chủng vi sinh vật sử dụng. Chúng sẽ được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, quá trình nhân gỉấng vi sinh vật thường được thực hiện bằng phương pháp nuôi cấy tĩnh (nuôi cấy theo từng Iriẻ - batch culture). Nhân gỉấng theo phương pháp nuôi cấy liên tục trên môi trường lỏng rất ít được sử dụng trong công nghệ lên men thực phẩm. Vấn đề cuối cùng mà các nhà sản xuất cần phải quan tâm khỉ thực hiện quá trình nhân giống vi sinh vật là hiện tượng nhiễm các vi sinh vật lạ. Vi sinh vật gây nhiễm có thể được chia thành hai nhóm chính: procaryote - eucaryote và phage. Nhóm procaryote - eucaryote gây nhiễm trong sản xuất công nghiệp thường gặp là vi khuẩn, nấm men và nấm sợi. Chúng sẽ cạnh tranh việc sử dụng các chất dinh dưỡng có trong môi trường với vi sinh vật giống. Trong một số trường hợp, vi sinh vật nhiễm có thể sinh tổng hợp các sản phẩm trao đổi chất gây ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật giống. Khi đó, lượng sinh khối vi sinh vật giống cần thu nhận sẽ bị giảm đi rõ rệt và hoạt tính trao đổi chất của giống sẽ bị giảm đi. Nhóm phage bao gồm các virus có thể ký sinh trên tế bào vi sinh vật giống. Các số liệu thống kê cho thấy một số quá trình nhân giống trong sản xuất công nghiệp, đặc biệt là nhân giống vi khuẩn lactic, đã bị nhiễm bacteriophage và lượng sinh khối thu được trong canh trường là không đáng kể. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệujquả kinh tế của quy trình sản xuất. Khi những tế bào vi khuẩn lactic đầu tiên trong canh trường bị nhiễm bacteriophage, thời gian thích nghi của vims dao động trong khoảng 30 - 60 phút. Sau đó, sự sinh trưởng của bacteriophage diễn ra rất nhạnh. Walstra và cộng sự (1999) cho rằng mỗi tế bào vi khuẩn lactic bị nhiễm sẽ giải phóng ra xấp xỉ 100 phage mới. Hệ quả là số lượng tế bào vi khuẩn lactic trong canh trường sẽ giảm dần.

174

Nguồn gây nhiễm cho quá trình nhân giông vi sinh vật có thể là các loại nguyên liệu được sử dụng để chuẩn bị môi trường (medium), dụng cụ và thiết bị nhân giống, người lao động, môi trường không khí trong phân xưởng sản xuất... Các nhà sản xuất cần tuân thủ nghiêm ngặt những quy định về an toàn vệ sinh tại nhà máy để phòng ngừa hiện tượng nhiễm, c ầ n lưu ý rằng một số loại phage tấn công vi khuẩn lactic vẫn có thể sống sót sáu quá trình thanh trùng Pasteur nhiệt độ cao - thời gian ngắn (ví dụ: nhiệt độ 72°c, thời gian 15 giây). Để có thể ức chế hoàn toàn nhóm bacteriophage chịu nhiệt và sống ký sinh trên vi khuẩn lactic, nhiệt độ xử lý phải là 95°c và thời gian không thấp hơn 1 phút: 3i) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhăn giống

a) Thanh phần định tính và định lượng của môi trường nuôi Vi sinh vật sẽ sinh trưởng với những tốc độ khác nhau trên các môi trường cổ thành phần các chất dinh dưỡng khác nhau. Việc lựa chọn môi trường nhân giống vi sinh vật trong sản suất công nghiệp ngoài yêu cầu quan trọng là giúp vi sinh vật sinh trưởng nhanh và lượng sinh khối thu được nhiều thì phương pháp chuẩn bị môi trường và giá thành của nố cũng cần phải được quan tâm. Hiện nay các nhà sản xuất có thể tìm mua trên thị trường các chế phẩm môi trường ở dạng bột với nhiều tên thương hiệu khác nhau. Trước khi sử dụng, ta chỉ cầií hòa tan chể phẩm với nưởc theo tỷ lệ khuyến cáo của nhà sản xuất rồi đem tiệt trùng và làm nguội. Môi trường lỏng thu được có thể sử dụng trực tiếp cho quá trình nhân giống. Sau đây, chúng ta sẽ xét một ví dụ: Môi trường nhân giống vi khuẩn lactic, thu sinh khối ứng dụng trong sản xuất sữa lên men yaourt và phô mai. Để nhân giống vi khuẩn lactic, người ta thường chọn môi trường sữa hoặc huyết thanh sữa (Ịactoserutn). Đối với môi trường sữa, ta có thể sử dụng sữa tựợi hoặc bột sữa gầy để pha chế môi trường. Hàm lượng chất khộ của môi trường thường được hiệu chỉnh trong khoảng 10+12%, pH = 6,5*6,6 trước khi cấy giống. Cần chú ý đến sự có m ặt của một số kháng sinh cổ trong sữa tươi, chúng có thể là nguyên nhân gây ức chế sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic. Nhìn chung, sữa tươi với thành phần các chất dinh dưỡng cân đô'i, nếu không chứa kháng sinh thì được xem là môi trường tối uu để thú nhận sinh khối vi khuẩn lactic.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CỒNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

175

Huyết thanh sữa cũng được xem là một môi trường lý tưởng để nhân giống vi khuẩn lactic. Tuy nhiên, tỷ lệ về hàm lượng các chất dinh dưỡng kém cân đối hơn khi ta so sánh với sữa tươi. Đặc biệt là hàm lượng phosphate trong huyết thanh sữa khá thấp, từ đó tính đệm eủa môi trường sẽ bị giẳxn. Hơn nữa, hàm ỉượng một số nguyên tố đa lượng và vi lượng khác trong huyết thanh sữa thấp hơn trong sữa tươi. Để khắc phục nhược điểm này, người ta bổ sung thêm phosphate và chất chiết nấm men (yeast extract) vào huyết thanh sữa. Tùy thuộc vào chất lượng huyết thanh sữa sử dụng mà hàm lượng các chất dinh dưỡng Cần bổ sung sẽ được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Bảng 2.17 giớỉ thiệu một số môi trường thương mại của hãng Rhône Ponlenc dùng để nhân giống vi khuẩn lactic trong sản xuất công nghiệp. B àng 2.17 Một số môi trường thương mại của hãng Rhône • Ponlenc sử dụng để nhân giống vi khuẩn lactic trong sản xuất công nghiệp Khuyến cáo eáeh «ử dung mAI trường đ< nhtn gtóhg

Tén thương m«l

Marstar MB Complete Marlac XL CR Medium Thermolac

Nguđn gốc

Hàm lượng chất khô (%)

Độ chua trtlttc khi cấy aitfng (°D»

Thanh trting Nhiệt (°C)

Nhân giíng

Thởi gian

Nhiệt độ

Thời gian

Bộ chua khi qutf trinh nhin

(phúti

l

Pyruvate

CO, Acetaldehyde NADH + H NAD+

J|

Ethanol

H ình 2.79 Cơ chế quá trình lèn men etlianol (chu trình đường phân)

193

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

Phương trình tổng quát của quá trình lên men ethanol trong môi trường pH acid như sau: C6H120e + 2ADP + 2Pị

-------►

2C2H5OH + 2COz + 2ATP

Sự chuyển hóa đường hexose thành ethanol và khí CO2 diễn ra trong tế bào chất của nấm men. Đây là quá trình trao đổi năng lượng của nấm men tròng điều kiện ky khí. Ethanol và CỜ2 tạo ra trong tế bào chất sẽ được nấm men “thải” vào môi trường lên men. Bên cạnh ethanol và khí CO2 , tế bào nấm men còn tổng hợp và “thải” vào dịch lên men hàng trăm sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian khác trong quá trình lên men ethanol. Những hợp chất này được tìm thấy trong dịch lên men vứi hàm lượng rất nhỏ. Chúng được chia làm bấn nhóm: glycerol cùng các rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và ester. * R ượu bộc. cao: Theo Ehrlỉch, rượu bậc cao có thể được tạo thảnh từ acid amin theo những phản ứng dưới dây: transaminase

Acid amin

—

'-

a-cetoacid

decarboxylase

ot-ceto-acid

........................

*

Aldehyde

alcohol dehydrogenase

Aldehyde

............■■■■—.- ♦ NADH + H+

Rượu

NAD+

Các rượu bậc cao thường gặp trong quá trình lên men ethanol bởi nấm men là propanol, butanol, isobutanol, isoamylic, tyrosol, tryptophol.... o

ĩ

Aldehyde: Nhiều aldehyde (R-CHO) và ceton (R — c — R’) được sinh tổng hợp trong quá trình lên men ethanol như là những sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian, chiếm hàm lượng cao nhất là acetaldẹhyde. Theo cơ chế trên hình 2.79, acetaldehyde là một sản phẩm trung gian cửa quá trình chuyển hóa dường thành ethanol. Phản ứng đecarboxyl hóa acid pyruvic sẽ tạo thành acetaldehyde và khí C02. Enzyme xúc tác phản ứng là pyruvate decarboxylase. Phấn ứng này cần thiamine pyrophosphate và Mg2+ như là một cộng tố (co-factor).

PHẨN 2

194

A cỉd hữ u cơ: Trong quá trình lên men ethanol, nhiều acid hữu cơ được tạo thành. Theo Moll (1990), một số acid hữu cơ được sinh tổng hợp từ chu trình Crebs nếu như quá trình lên men không diễn ra trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt. Các acid hữu cơ chiếm hàm lượng cao nhất trong dịch lên men là acid citric, malic, acetic, pyruvic, lactic.... Eater: Ester có thể được tạo thành từ nhiều con đường khác nhau trong quá trình lên men ethanol, hay được nhắc đến nhất là phản ứng ester hóa giữa các acid hữu cơ và rượu (không cần sự xúc tác của enzyme); tuy nhiên phản ứng này diễn ra với tốc độ khá chậm; o II R — COOH + R’— OH

»

R — C — o — R’ + H20

Ethylacetate là ester thường được tìm thấy với hàm lượng cao nhất trong quá trình lên men ethanol. Hợp chất này có thể được tạo thành từ ethanol và acetyl-CoA: 0 CH3 — c o — SCoA + C2HsOH Acetyl C oenzym e A

-----------

CH3 — C — o — C2H5 + CoA — SH

Ethanol

E thylacetate

C oenzym e A

c) Lên men propionic Quá trình lên men propionic được thực hiện bởi vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc Propwnibacterium. Sản phẩm chính của quá trình lên men propionic là acid propionic, acid acetic và khí C 02. Cơ chế quá trình lên men được trình bày ở hình 2.80. Lên men propionic lằ một quá trình trao đổi năng lượng của vi khuẩn Propionibacterium. Phương trình lên men tổng quát như sau: 3C8H120 6 ----- —► 4CH3 - CH2 - COOH + ị

Acid propionic

2

CH3 -COOH + 2COa + 2H20 Acid acetic

Lên men propionic có vai trò quan trọng trong quá trình ủ chín một số loại phô mai như Gruyère, Emmenthal... Acid propionic được tạo thành vừa là chất bảo quản, vừa là một cấu tử tham gia tạo hương cho sản phẩm. Khí C 02 tạo ra trong qúá trình lên men là nguyên nhân tạo nên cấu trúc lỗ hổng trong khối phô mai thành phẩm.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

195

Glucose

y

Chu trình đường phân

I

CoA-SH

Pyruvate ( NAD

CO,

V NADH + H++ CO, Acetyl CoA

Oxalo-acetate 2[H+]

1 Malate

Acetyl-P ADP

( ATP Acetate

Ị v Hí Fumarate 2[H+]

Succinate CoA-SH

Succinyl-CoA

Methyl-malonyl CoA

Propionyl-CoA

Ị v CoA-SH Propionate

Hìnỉị 2.80 Cơ chế quá trình lên men propwnic bời vi khuẩn Propionỉbacterìưm

PHẨN 2

196

3i) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men Các quá trình lên men trong sản xuất công nghiệp có thể được tóm tắ t theo sơ đồ cân bằng vật chất tổng quát như sau: Môi trường trước khi lên men

Cơ chất + Giống vi sính vật

Môi trường sau khi lên men

........-

»

Cơ chất sót + Sinh khối vi sinh vật + Các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do vi sinh vật tổng hợp nên

Trong công nghiệp sản xuất những sản phẩm trao đổi chất từ vi sinh vật như dung môi hữu cơ (ethanol, butanol, acetone), acid hữu cơ (acid lactic, citric...), acid amin (lysine, acid glutamic...) thì canh trường thu được sau quá trình ỉên men cần phải qua nhiều bước xử lý để thu nhận và tinh sạch sản phẩm. Quá trình này thường khá phức tạp và tốn kém. Ngược lại, trong công nghiệp sản xuất sản phẩm lên men từ sữa như yaourt, kefir, koumiss, phô mai, bơ... các giai đoạn xử lý sản phẩm sau quá trình lên men thường đơn giản. Sản phẩm cuối cùng bao gồm cả sinh khối vi sinh vật, các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do vi sịah vật tiết ra và cơ chất sót. Thành phần và hàm lượng của từng chấk sẽ góp phần hình thành nên hương vị sản phẩm. Do đó, để sản xuất được thực phẩm lên men với chất lượng mong muốn, chúng ta cần phậẼ - Chọn được giống vi sinh vật thích hợp. - Xác định được môi trường lên men với thành phần cơ chất đầy đủ theo tỷ lệ tối ưu. - Xác định dược các điều kiện lên men thích hợp như lượng giông cấy, nhiệt độ và thời gian lên men. Ngoài ra, ta còn phải quan tâm đến những vấn đề khác như việc cung cấp oxy, sự khuấy trộn....

a) Giống vỉ sinh vật Trong công nghiệp sản xuất các sán phẩm lên men từ sữa, người ta thường sử dụng tổ hợp vi sinh vật gồm nhiều loài khác nhau. Khi đó, mối tương tác sinh học giữa các loài sẽ ảnh hưởng đến động học qụá trình lên men và chất lượng sản phẩm. Những kiểu tương tác như cộng sinh (symbiosis), cộng sinh tương hỗ (mutualism), hợp lực (synergism), hội sinh (commensalỉsm) và trung tính (neutralism)

CÁC QUÁ TRÌNH cơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾBIẾN SỮA 197 thường mang lại các tác động có lợi cho quá trình sinh trưởng và trao dổi chất của tổ hợp giống. Do đó, khi tiến hành chọn tổ hợp giống vi sinh vật, ta cầii quan tâm đến các kiểu tương tác sinh học nói trên để việc điều khiển quá trình lên men công nghiệp được dễ dàng. Tên các loài vi sinh vật sử dụng trong sản xuất công nghiệp ứng với từng loại sản phẩm lên men sẽ được đề cập đến trong phần tiếp theo của quyển sách này. 1

b) Môi trường lên men Một môi trường với thành phần cơ chất dầy đủ, theo tỷ lệ tối ưu sẽ giúp cho quá trình lên men diễn ra nhanh và sản phẩm lên men đạt chất lượng tốt. Từ trước đến nay, sữa luôn được xem là một môi trường hoàn hảo chứa đầy đủ các nguyên tố cơ bản, khoáng và các yếu tố sinh trưởng cần thiết cho quá trình trao đổi chất của vi ồinh vật. Do đó, việc bổ sung thêm các chất dinh dưỡng khác vào môi trường sữa là không cần thiết. Tuy nhiên, để sản phẩm lên men đạt được các chỉ tiêu hóa lý (hàm lượng hydratcarbon, lipid...) và cảm quan (cấu trúc, mùi vị...) mong muốn, trong một số trường hợp, người ta sử dụng bột sữa gầy, đường saccharose hoặc cream để bổ sung vào môi trường sữa trước khi lên men. Hai chỉ tiêu hóa lý quan trọng nhất của môi trường lỏng ảnh hưởng đến quá trình lên men trong sản xuất công nghiệp là hàm lượng chất khô và pH. Các chất hòa tan trong môi trường sẽ tạo nên một áp lực thẩm thấu. Hàm lượng các chất hòa tan trong môi trường càng lớn thì giá trị áp lực thẩm thấu sẽ càng cao. Khi lên men trong môi trường lỏng, vi sinh vật chịu tác động của áp lực thẩm thấu từ phía môi trường lên màng tế bào. Do cấu tạo đặc trưng, màng tế bào vi sinh vật có chức năng giúp cơ thể chúng cân bằng giữa áp lực thẩm thấu của môi trường với áp lực thẩm thấu của các chất hòa tan trong tế bào chất. Nhờ vậy, tế bào vi sinh vật không bị biến dạng và vẫn duy trì được các hoạt động trao dổi chất trong môi trường lỏng. Theo Leclerc H (1994), vi khuẩn có thể chịu được áp lực thẩm thấu từ 5 -ỉ- 20atm. Khi hàín lượng các chất hòa tan trong môi trường quá cao, màng tế bào vi sinh vật không thể duy trì sự cân bằng áp lực thẩm thấu được nữa. Tế bào chất có thể bị co lại, tế bào bị biến dạng và hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật sẽ bị giảm đi. Do đó, để quá trình lên men diễn ra nhanh và chất lượng sản phẩm được tốt, ứng với mỗi loài

198

PHẨN 2

vi sinh vật, ta cần xác định giá trị hàm lượng chất khô tối ưu cho môi trường trước khi lên men. Hoạt tính trao đổi chất và sự sinh trưởng của vi sinh vật phụ thuộc vào pH mồi trường do pH ảnh hưởng đến hoạt tính «ác enzyme trong tế bào và cơ chế vận chuyển các chất của nỊàng tế bào chất. Mỗi loài vi sinh vật sẽ có một khoảng giá trị pH tối thích tương ứng. Nhìn chung, ’các vi sinh vật sử dụng trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa có khoảng pH tối ưu nằm trong vùng acid hoặc acid yếu (4,0*6,0). Trong quá trình lên men, pH môi trường sẽ thay đổi. Trong công nghiệp sản xuất sữa lên men, người ta thường không chỉnh pH môi trường trong quá trình lên men. Sự thay đổi pH canh trường cũng là một yếu tố quan trọng góp phần hình thành nên vị mới cho sản phẩm lên men. Tuy nhiên, nếu giá trị pH thay đổi quá lởn, hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật sẽ bị giảm đi đáng kể và làm chậm dần tốc độ lên men. Đối với môi trường lên men dạng rắn xốp, độ ẩm là một yếu tố quan trọng mà chúng ta cần quan tâm đến. Như trong giại đoạn ủ chín phô mai, khối đông tụ sau khi tách khỏi lactoserum cần có giá trị độ ẩm tối ưu để quá trình trao đổi chất của vi sinh vật diễn ra với tốc độ như mong muốn và sản phẩm phô mai đạt được các chĩ tiêu yêu cầu về cấu trúc, mùi, vị.... Thông thường, ở độ ẩm dưới 10%, sự trao đổi chất của vi sinh vật bị ngừng trệ và quá trình lên men không xảy ra. Ngược lại, nếu độ ẩm môi trường quá cao thì sẽ gây khó khán cho việc cung cấp oxy đến vi sinh vật và sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm.

c) Điêu kiện lên men Lư ợ ng g iố n g cấy: ứng với mỗi loại sản phẩm lên men và loài ví sinh vật sử dụng, các chỉ tiêu chất lượng giống và lượng giống cấy tối ưu cần được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Nếu lượng giống cấy quá ít, thời gian lên men sẽ kéo dài. Các vi sinh vật tạp nhiễm trong môi trường lên men dễ phát triển và có thể gây hư hỏng sản phẩm. Khi tăng lượng giống cấy, thời gian lên men có thể được rút ngắn. Kết quả thực nghiệm trên hình 2.81 cho thấy khi tăng lượng giống cấy trong một khoảng giới hạn xác định thì thời gian cần thiết để tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn đạt giá trị cực đại sẽ giảm đi.

CẤC QUÁ TRÌNH Cơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

199

Thời gian (phút)

TI lộ giống cấy (Log cfu/mL)

H ìn h 2.81 Mối quan hệ giữa ti lệ giống cấy và thời gian để tốc độ sinh trưởng riêng của Streptococcus thermophilus đạt giá trị cực đại (quá trình lên men đừợc thực hiện ở 40PC) Tuy nhiên, nếu lượng giống cấy quá nhiều thì hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành sẽ thay đổi và cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm. Hơn nữa, việc tăng lượng giốiỊg cấy sẽ làm tăng chi phí cho quá trình nhân giống trong sản xuất. N h iệ t độ: Nhiệt độ lên men thích hợp để tạo sản phẩm có chất lượng tốt về m ặt cảm quan có thể không trùng với nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng của vi sinh vật. Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, người ta thường sử đụng tổ hợp vi sinh vật và nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng của mỗi loài có thể khác nhau. Do đó, ứng với từng quá trình lên men và tổ hợp vi sinh vật sử dụng, người ta sẽ xác định giá trị nhiệt độ lên men tối ưu bằng phương pháp thực nghiệm. Thông thường, khi nhiệt độ thấp, quá trình lên men sẽ kéo dài. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao, hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật cũng bị giảm và những hợp chất tạo hương dễ bị th ất thoát hơn. Trong các quá trình lên men, một phần năng lượng dò vi sinh vật chuyển hóa sẽ được thải vào môi trường dưới dạng nhiệt năng, từ đó làm tăng nhiệt độ dịch lên men. Ở quy mô công nghiệp, ta cần sử dụng các thiết bị lên men hoặc các phòng lên men có thể hiệu chỉnh được nhiệt độ nhằm mục đích ổn định hoạt tính cho giống trong suốt quá trình lên men.

PHẨN 2

200

Thời gian tên men: Tùỵ thuộc vào loại thực phẩm và hoạt tính loài vi sinh vật sử dụng, thời gian lên men có thể kéo dài từ vài giờ đến vài tháng, thậm chí cả năm hoặc dài hơn. Trong sản xuất, người ta xác định thời điểm kết thúc quá trình lên men và ủ chín sản phẩm thông qua việc lấy mẫu đánh giá kiểm tra một số chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và cảm quan. Sinh khối

Acid lactic

Thời gian lên men (giờ)

H ìn h 2.82 Sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic và sự sinh tổng hợp acid lactic trong quá trình sản xuất một loại sản phđm sữa lèn men Hinh 2.82 trình bày sự thay dổi m ật độ tế bào vi khuẩn lactic và nồng độ acid lactic theo thời gian trong quá trình sản xuất một loại sản phẩm sữa lên men. Vi khuẩn lactic sinh trưởng nhanh trong 4 giờ lên men đầu tiên và số tế bào trong canh trường tăng nhanh. Sau 4 giòr lên mèn, lượng sinh khối trong canh trường gần như không thay đổi nữa. Ngược lại, acid lactic vẫn được vi khuẩn sinh tổng hợp với tốc độ rấ t cao sau 4 giờ lê ri men. Trong trường hợp này, các nhà sản xuất sẽ dựa vào độ chua và các chĩ tiêu cảm quan như mùi và vị để chọn thời điểm thích hợp kết thúc quá trình lên men. Cung cấp oxy cho nhóm vi sinh vật hiếu khí: Đối với mối trường lỏng, hàm lượng oxy cần cung cấp cho vi sinh vật trong quá trình lên men được xác định thông qua việc chọn áp lực của dòng khí vô trùng nén vào hệ thống sục khí và tốc độ cánh khuấy của thiết bị lên men.

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA

201

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa như yaourt, kefir, koumiss... việc sục khí vào thiết bị lên men để cung cấp oxy là không cần thiết. Các vi khuẩn lactic và nấm men thuộc nhóm kỵ khí chịu dưỡng và kỵ khí không bắt buộc. Người ta chỉ thực hiện sự khuấy trộn môi trường, ở những thời điểm cần thiết nhằm tạo ra sự đồng nhất trong dịch lên men. Theo một số tác giả (Champagne, c. p, 1998) sự khuấy trộn quá mạnh và thường xuyên sẽ làm giảm hoạt tính của vi khuẩn lactic, từ đó quá trình lên men bị kéo dài và chất lượng sản phẩm có thể bị giảm. Đối với mồi trường rắn như trong giai đoạn ủ chín một số loại phô mai, việc cung cấp oxy cho nấm mốc phát triển sẽ được thực hiện bằng cách thòng giò phòng lên men. Khi dó, ta cần luu ý đến tốc độ thông gió cũng như nhiệt độ và độ ẩm của không khí trong phòng. Việc thông gió phòng lên men sẽ làm giảm đáng kể độ ẩm của môi trường lên men. Để khắc phục hiện tượng này, ta cần hiệu chỉnh độ ẩm của không khí lưu thông trong phòng Thông thường, không khí sau khi qua máy nén sẽ được lọc tách bụi, tách vi sinh vật, tách'ẩm, hiệu chỉnh nhiệt độ, rồi sau đó sẽ được hiệu chĩnh độ ẩm trước khi đi vào phòng lên men. Việc tách bụi và vi sinh vật ra khỏi không khí là bắt buộc để các tế bào và bào tử vi sinh vật trong không khí không bị nhiễm vào môi trường lên men.

4i) Thiết bị lên men Đối với môi trường lỏng, người ta sử dụng thiết bị lên men có hình dáng và cấu tạo tương tự như thiết bị nhấn giống vi sinh vật. Chúng cũng có dạng hình trụ đứng, được chế tạo từ vật liệu thép không ri. Bên trong thiết bị có hệ thống cánh khuấy và các đầu dò nhiệt độ, pH... để có thể theo dõi trực tiếp các thông số công nghệ trong quá trình lên men. Trong sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, do không cần cung cấp oxy cho giống vi sinh vật khi lên men nên các thiết bị không có hệ thống sục khí. Motor cho cánh khuấy thường được đặt phía trên nắp thiết bị. Còn cửa nạp và tháo môi trường được bố trí phía đáy. Ngoài ra, thiết bị còn có cửa quan sát, van lấy mẫu.... Đối với môi trường dạng rắn xốp, quá trình lên men thường được thực hiện trong các phòng lên men. Như trong giai đọan ủ chín một số loại phô mai, người ta sử dụng các phòng lên men kín với hệ thống thông khí vô trùng có thể điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm trong phòng. Vách tường được xây dựng với lớp cách nhiệt để tránh tổn thất nhiệt và được Ốp gạch men để di vệ sinh và vô khuẩn. Sàn nhà được bố

PHẨN 2

202

trí hơi nghiêng để dễ thoát nước khi vệ sinh, tránh đọng nước và ẩm ướt tạo điều kiện cho vi sinh vật nhiễm dễ phát triển. Trong phòng lên men, người ta đặt các giá đỡ nhiều ngăn thành những dãy song song để tạo lối đi. Từĩig khối môi trường sẽ được đặt trên các ngăn của giá đỡ. Hiện nay, các giá đỡ thường được chế tạo bằng thép không rỉ, có dạng hình hộp chữ nhật. Bốn chân giá đỡ được đặt trên bốn bánh xe giúp cho ta dễ dàng vận chuyển nó ra vào phòng lên men. Bên trong phòng lên men, người ta đặt các hệ thống chiếu sáng để công nhân dễ thao tác và theo dõi các mẫu phô mai trong quá trình ủ chín.

2.4 CÂU HỎI ÔN TẬP PHẦN 2 1. Hãy đề xuất những giải pháp kỹ thuật để làm tăng hiệu suất tách béo ra khỏi sữa tròng quả trình ly tâm. 2.

So sánh những ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp đánh giá hiệu quả quá trình đồng hóa.

3.

Nêu những điểm khác nhau về cấu tạo của mô hình ống, sợi, bảng/tấm và cuộn xoắn của thiết bị phân riêng bằng membrane.

4.

Phân biệt sự khác nhau giữa thanh trùng và tiệt trùng. Quá trình tiệt trùng sữa trong bao bì có những ưu và nhược điểm gì so với quá trình tiệt trùng sữa ngoài bao bì kết hợp với phương pháp bao gói vô trùng?

5. Vì sao người ta phải thực hiện quá trình bài khí trong các quy trình chế biến sữa? 6.

Để làm tăng tốc độ truyền nhiệt trong quá trình cô đặc bốc hơi, các nhà sản xuất cần lưu ý đến những vấn đề gì? 7. Phân biệt nguyên lý hoạt động của cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun ly tâm và cơ cấu phun bằng khí động trong quá trình sấy phun sữa? 8. Trình bày cơ chế của quá trình đông tụ casein sữa khi sử dụng enzyme chymosin và các thông số công nghệ của quá trình đông tụ. 9. Vẽ sơ đồ quá trình nhân giông một loài vi khuẩn lactic để sử dụng trong sản xuất sữa lên men. Giống vi khuẩn được bảo quản trên môi trường thạch nghiêng. Thể tích hoạt động của thiết bị lên men sử dụng tại nhà máy là 30/n3.

10. Nêu những điểm giống và khác nhau giữa hai quá trình lên men lactic đồng hình và dị hình. Những-sản phẩm phụ của quá trình lên men lactic ảnh hưởng như thế nào đến giá trị cảm quan của các sản phẩm lên men từ sữa?

PHẨN 3

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM Từ SỮA

1

CỒNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẦN PHẨM TỪ SỮA

205

3.1 CÔNG NGHỆ SẲN XUẤT SỮA THANH TRÙNG 3.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Sữa thanh trùng {pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từ sữa tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất. Hiện nay, sản phẩm sữa thanh trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín. Sản phẩm phải được bảo quản d nhiệt độ thấp (5V7°C). Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanh trùng có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 8*10 ngày. Để phân loại sữa thanh trùng, người ta thường dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm: - Sữa nguyên (whole milk): là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi, không hiệu chỉnh hàm lượng chất béo. Thông thứờng, lượng lipid trong sữa dao động trong khoảng 3,0*3,7%. Hiện nay, để ổn định chất lượng sản phẩm, các nhà sản xuất thường thực hiện quá trình chuẩn hóa cstandardisation) - hiệu chỉnh hàm lượng chất béo - cho các sản phẩm sữa thanh trùng. Tùy theo quy định của mỗi quốc gia mà các cơ sở sản xuất sẽ chọn giá trị thích hợp để chuẩn hóa. Ví dụ như ở Pháp, hàm lượng chất béo trong sữa thanh trùng khồng được nhỏ hơn 3,5%. - Sữa gầy (skimmilk): là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã tách bớt một phần chất béo. Hàm lượng lipid trong sữa gầy thường dao động quanh giá trị 1,5%. Tuy nhiên, một số sản phẩm thương mại có hàm lượng chất béo chỉ 0,5%, thậm chí chỉ 0,1%. Ngoài sữa tươi, người ta còn sản xuất sữa thanh trùng từ sữa hoàn nguyên (reconstituted milk) hoặc sữa tái chế (recombined mỉlk). - Sữa hoàn ngụyên là sản phẩm thu được khi ta hòa tan sữa bột nguyên cream hoặc sữa bột gầy vào nước. Thành phần hóa học của sản phẩm thì tương tự như sữa nguyên hoặc sữa gầy. - Sữa tái chế được thu nhận bằng cách hòa tan sữa bột gầy vào nước ở nhiệt độ 40 - 50°c, sau đó bổ sung chất béo có nguồn gốc từ sữa (thường sử dụng “chất béo khan từ sữa” - Anhydrows Milk Fat AMP), rồi tiến hành khuấy trộn hỗn hợp và đồng hóa bằng phương pháp sử dụng áp suất cao. Sản phẩm này có thành phần hóa học tương tự như sữa nguyên ngoại trừ hàm lượng phospholipid trong

206

PHẨN 3

màng bao xung quanh các hạt cầu béo bị giảm đi. . Nhằm mục đích đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng, các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường sản phẩm sữa thanh trùng có bổ sung thêm hương trái cây (hương dâu, cam, thơm...), hương vanile.... Từ đó, ta có thể gọi tên sản phẩm theo tên hương liệu bổ sung như sữa dâu thanh trùng, sữa cam thanh trùng....

3.1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Tùy thuộc vào chất lượng sữa nguyên liệu và yêu cầu về hàm lượng chất béo trong sản phẩm mà quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng có thể thay đổi. Hình 3.1 giới thiệu một ví dụ về sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng từ nguyên liệu là sữa tươi.

H ìn h 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng ỉ) C huẩn hóa: Mục đích của quá trình chuẩn hóa là hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa.

207

CỒNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ bổ sung thêm cream vào. Lượng chất béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ 35+40%. Phương pháp tính tỷ lệ phối trộn như sau: Gọi Ml (kg) là khối lượng cream với hàm lượng chất béo A%; M 2 (kg) là khối lượng sữa với hàm lượng chất béo B%. Để thu được M (kg) sữa với hàm lượng chất béo c% ('A>C>B), ta có: M(C-B) ,, M(A-C) trong đó: M = Ml +M2 , (3) Ví dụ: Cream có hàm lượng chất béo 40%, sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo 3%. Cần phối trộn cream và sữa nguyên liệu theo tỷ lệ bao nhiêu để có được 100kg sữa với hàm lượng chất béo 3,5%? Ta có: M = 100%; A = 40%; B = 3%; c = 3,5%

Thay các giá trị trên vào côrig thức (1) và (2), ta được: = m C - E) m 10013,5 -3) = A-B 4 0 -3

M

2

*

M U -c ỵ = ỊỌỌM£zM. 08,6 5 ^ A-B

4 0 -3

*

Vậy ta cần bổ sung 1,35kg cream 40% chất béo vào 98,65kg sữa 3% chất béo. Ngoài ra, ta có thể sử dụng phương pháp đường chéo hình vuông của Pearson R. A (1904) để xác định tỷ lệ cream và sữa có lượng béo thấp cần phối trộn. Ngược lại, nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo cao, ta có thể bổ sung sữa gầy hoặc sử dụng quá trình ly tâm để tách bớt chất béo ra khỏi sữa. Ở các dây chuyền sản xuất hiện đại, quá trình tách và hiệu chỉnh lượng chết béo trong sữa được thực hiện hoàn toàn tự động. Đầu tiên, sữa giàu béo sẽ được bơm vào máy ly tâm hoạt động theo phương pháp liên tục. Có hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một dòng là sữa gầy và một dòng là cream. Hàm lượng béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ hoạt động của máy ly tâm. Tiếp theo, một phần cream sẽ được phối trộn trở lại với dòng sữa gầy để hàm lượng chết béo trong hỗn hợp đạt đúng giá trị yêu

PHẨN 3

208

cầu của sản phẩm sữa thanh trùng. Phần cream dư sẽ dưa đi xử lý tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream. Ví dụ: Giả sử ta có 100kg sữa với hàm lượng chất béo 4%. Ta cần hiệu chỉnh hàm lượng chất béo xuống còn 3%. Sơ đọ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau: 90,1 kg sữa gẩy 0,05% chất bóo J

100 kg sữa — ^ Lytârr/ 4% chất béo V

t

p.

t ' t

Xử lý tiếp để tạo sản • phẩm sữa thanh trùng

97,3 kg sữa 3% chất béo

7,2 kg cream 40% chất béo

I

X 9,9 kg cream

40% chắt béo

I

.

Xử lý tiếp

2,7 kg cream

40% chất béo

để sản xuất *

sản phẩm cream 40% béo

Trong sản xuất, sữa thường được gia nhiệt sơ bộ trước khi đưa vào máy ly tâm để tách béo. 2i) B à i k h i: Ở một số cơ sở sản xuất, người ta bỏ qua quá trình này. Tuy nhiên, quá trình bài khí là bắt buộc khi sữa chứa nhiều khí, đặc biệt khi hàm lượng các chất dễ bay hơi trong sữa tăng cao. Trường hợp này xảy ra khi các nông trại sử dụng nhóm thực vật thuộc họ hành để làm thức ăn nuôi bò. Khi đó, mục đích của quá trình bài khí là tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quá trình thanh trùng và cải thiện hương vị của sản phẩm. 3i) Đ ồng hóa: Quá trình đồng hóa có thể thực hiện trên toàn bộ thể tích sữa nguyên liệu (đồng hóa toàn phần) hoặc chỉ thực hiện trên một phần thể tích khối sữa ấy (đồng hóa một phần). Trường hợp này cho phép các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí năng lượng, cũng như có thể sử dụng thiết bị đồng hóa công suất nhỏ cho một dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng với năng suất lớn. Cách thực hiện quá trình đồng hóa một phần: Sữa tượi với hàm lượng chất béo cao được đưa vào máy ly tâm để tạo ra hai dòng sản phẩm: Cream (thường chứa 40% chất béo) và sữa gầy. Phần thể tích cream cần sử dụng để phối trộn trở lại với dòng sữa gầy sẽ được đưa tiếp vào thiết bị đồng hóa. Trên đường vào thiết bị, người ta sẽ bể sung một lượng sữa gầy vào cream saò chó hàm lượng chất béo trong hỗn hợp khi vào máy đồng hóa khôiig lớn hơn 10%. Thực tế cho thấy quá trình đồng hóa chỉ đạt hiệu quả cáo

CÕNG NGHỆ SẢN XUẤT CẤC SẢN PHẨM

t ừ sữ a

209

khi hàm lượng chất béo trong hỗn hợp không vượt quá ngưỡng trên. Phần sữa giàu béo sau khi qua đồng hóa sẽ được phối trộn với toàn ' bộ phần sữa gầy còn lại và hỗn hợp được đưa đi xử lý tiếp theo quy trình sản xuất sữa thanh trùng. Yêu cầu kỹ thuật: Nhiệt độ sữa khi vào máy đồng hóa nằm trong khoảng 55-h70°C, áp lực đồng hóa: 100+2506ar. 4i) T h a n h trù n g sữa: Tùy thuộc vào hàm lượng vi sinh vật có trong nguyên liệu ban đầu mà chế độ thanh trùng sản phẩm có thể thay đổi khác nhau. Đối với sản phẩm sữa, người ta thường sử dụng chế độ “nhiệt độ cao - thời gian ngắn” {high temperature-short time). Trong điều kiện sữa nguyên liệu đạt các quy định chung về chỉ tỉêu vi sinh, quá trình thanh triing thực hiện ở 724-75°C trong 104-20 giây. Mục đích của quá trình thanh trùng là tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh có trong sữa, tiêu diệt hoặc ức chế nhóm vi sinh vật hoại sinh lẫn các enzyme nhằm kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ 5V7°C. Walstra và cộng sự (1999) cho rằng nếu thanh trùng sữa tươi ở 85°c trong thời gian 15 giây thì tổng số vi khuẩn trong sản phẩm sẽ thấp hơn khi so sánh với trường hợp thanh trùng sữa ở 72°c trong 15 giây; tuy nhiên thời gian bảo quản sữa đã qua thanh trùng ở 85°c lại ngắn hơn. Các tác giả lý giải là do nhiệt độ cao đã làm vô hoạt một SỐ thành phần có khả năng ức chế vi sinh vật trong sữa như immunoglobulin và lactoperoxydase. Immunoglobulin là những kháng thể được tìm thấy trong sữa. Còn enzyme lactoperoxydase giữ vai trò xúc tác phản ứng oxy hóa thiocyanate (CNS‘) bởi H2 O2 . Sản phẩm được tạo ra từ phản ứng này có thể ức chế một số loại vi khuẩn. Với chế độ thanh trùng ở 72 - 75°c trong 15 - 20 giây, các biến đổi hóa học có thể diễn ra trong quá trình thanh trùng là không đáng kể. Kết quả là sữa thanh trùng vẫn giữ được màu sắc, hương vị tương tự như sữa tươi sau khi vắt. Hiện nay, quá trình thanh trùng sữa thường được thực hiện trên thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp dạng bảng mỏng. Si) R ó t sả n p h ẩ m và bao gối: Yêu cầu quan trọng của quá trình rót sản phẩm là phải thực hiện trong điều kiện vô trùng để tránh tái nhiễm, vi sinh vật vào thành phẩm. Do đó, vấn đề vệ sinh

210

PHẦN 3

thiết bị, nhà xưởng tại khu vực rót sản phẩm và bao gói cần phải được quan tâm hàng đầu. Loại bao bì sử dụng đầu tiên cho sản phẩm sữa thanh trùng/tiệt trùng là chai thủy tinh Nó xuất hiện trên thị trường từ những năm đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, bao bì thủy tinh có nhược điểm là nặng và dễ vỡ. Trước khi tái sử dụng, chai thủy tinh cần phải được rửa sạch theo một quy trình riêng để đảm bảo an toàn vệ sinh cho sản phẩm. Từ những năm 1960, các nhà chế biến sữa bắt đầu sử dụng những loại bao bì mới như bao bì plastic, bao bì giấy.... Bao bì plastic thường có dạng chai hoặc túi. Ưu điểm của loại bao bì này là đạt một độ bền cơ học nhất định, nhẹ và có giá thành không cao. Tuy nhiên, các nhà môi trường học trên thế giới khuyến cáo nên hạn chế sử dụng bao bì plastic vì chúng rất khó bị phân hủy. Bao bì giấy hiện nay trở nên rất thông dụng cho sản phẩm sữa thanh trùng. Loại bao bì này chỉ có một nhược điểm đáng lưu ý là giá thành khá cao hơn so với các loại bao bì khác. Thực ra trong thành phần cấu tạo, người ta sử dụng một màng plastic (polyethylene) Tất mỏng ép sát vào khung giấy để bịt kín các vi lỗ trong cấu- trúc cellulose của giấy. Có nhiều phương pháp khác nhau để tiệt trùng bao bì giây. Thông dụng và hiệu quả nhất là phương pháp sử dụng H2O2. Theo Bockelmann B. V và cộng sự (1998), đầu tiên người ta sử dụng vòi phun dung dịch H2O2 lên bề mặt bao bì. Phần diện tích tiếp XÚC với H2O2 chiếm khoảng 30+40% tổng diện tích bề mặt bao bì. Tiếp theo, ta sử dụng không khí nóng vô trùng (180°C) để đuổi phần H20 2 dư. Ngoài ra, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời hai phương pháp: Phun H2O2 và chiếu u v lên bao bì. Tác động tương hỗ của chúng sẽ làm tăng hiệu quả tiệt trùng bao bì.

6Ỉ) Bảo quản sản phẩm, Đối với sản phẩm sữa thanh trùng, quá trình bảo quản phải được thực hiện ở nhiệt độ thấp (5V7°C). Với chế độ thanh trùng sữa ở nhiệt độ 72*75°c trong thời gian 15*20 giây, một sô' tế bào vi sinh vật có trong sữa nguyên liệu (đặc biệt là nhóm vi sinh vật chịu nhiệt như Microbacterium spp., streptococci hoặc vi sinh vật sinh bào tử) vẫn còn sống sót sau quá trình xử lý nhiệt. Một số enzyme ngoại bào do vi sinh vật tiết vào sữa không bị vô hoạt hoàn toàn.

211

CỒNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

Do đó, nếu nhiệt độ bảo quản tăng cao, các vi sinh vật sẽ phát triển mạnh, các enzyme sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa cơ chất... nhanh chóng làm hư hỏng sản phẩm. Riêng đối với nhóm vi sinh vật gây bệnh và sinh tổng hợp độc tố, các số liệu thống kê cho thấy quá trình thanh trùng sữa ở 72°c trong 15 giây có thể tiêu diệt được Mycobacterium tuberculosis, Salmonella spp., Campylobacter jejuni, Listeria monocytoganes, các chủng Escherichia coli gây bệnh... Tuy nhiên, một số tế bào Staphylococcus aureus vẫn có thể sống sót sau quá trình thanh trùng. Dù vậy, chúng không thể sinh trưởng đến số lượng đủ để gây ra ngộ độc cho người sử dụng nếu chúng ta bảo quản sữa thanh trùng đúng theo nhiệt dộ và thời gian quy định. Ngoài ra, nếu sữa tươi bị nhiễm Bacillus cereus thì vi khuẩn này vẫn tồn tại trong sữa sau quá trình thanh trùng. Tốc độ sinh trưởng của Bacillus cereus nhanh hơn so với một số vi sinh vật chịu nhiệt khác. Sữa thanh trùng có chứa Bacillus cereus có thể gây ngộ độc cho người sử dụng chĩ khi mật độ vi khuẩn trong sữa phải đủ lớn. Thực tế cho- thấy khi m ật độ tế bào Bacillus cereus trong sữa tăng cao (106 cfu/ml), sữa sẽ có mùi lạ và người tiêu dùng sẽ nhận biết được điều này khi mở bao bì sản phẩm. Một số yếu tố môi trường cũng có thể gây ra những biến đổi có hại cho sữa thanh trùng trong quá trình bảo quản. Đáng chú ý nhất là tác động của ánh sáng tự nhiên lẫn ánh sáng nhân tạo. Bảng 3.1 Tổn thất vitamin c và Bỉ trong sữa (% so với giá trị ban đầu) dưới tác động của ánh sáng lõOOLux ịBylund Gosta, 1995) Thời gian chiếu sáng (giơ) 2

Sữa đựng trong bao bì giấy

Sữa đựng trong bao bì thủy tinh Vitamin c

Vitamin Ba

Vitamin c

Vitamin B2

1

Tổn thất không đáng kể " II

20

18

25

20

3

1,5

4

2

10 .

10

15

15

5

2,5

"

6

2,8

"

28

25

30

30

38

35

8

3,0

60

Phô mai có hàm lượng béo rất cạo Phô mai có hàm lượng béo cao

45 + 60

Phô mai có hàm lượng béo trung bình Phô mai có hàm lượng béo thấp

25 + 45 10 + 25