Tài liệu Giáo trình công nghệ chế biến sữa và sản phẩm sữa (nghề công nghệ thực phẩm cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ ngày tháng năm 2017 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA VÀ CHẾ BIẾN SỮA NGÀNH, NGHỀ: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình này đƣợc biên soạn theo hƣớng tích hợp kiến thức và kỹ năng cần có của nghề công nghệ thực phẩm. Giáo trình đã cập nhật kiến thức tổng quát về cân bằng vật chất và cân bằng năng lƣợng trong chế biến thực phẩm. Để hoàn thiện giáo trình này tôi đã nhận đƣợc ý kiến đóng góp của các cán bộ kỹ thuật, công ty và doanh nghiệp, quý thầy cô và Lãnh đạo Trƣờng Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến các cán bộ kỹ thuật, các công ty và doanh nghiệp, Lãnh đạo Trƣờng và quý thầy cô đã tham gia đóng góp ý kiến để giúp tôi hoàn thành giáo trình này. Trong quá trình biên soạn chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp, hỗ trợ từ các cán bộ kỹ thuật, các công ty và doanh nghiệp, đồng nghiệp để giáo trình đƣợc hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Đồng Tháp, ngày 15 tháng 8 năm 2017 Chủ biên Nguyễn Tố Mai 2 MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ........................................................................................1 LỜI GIỚI THIỆU .......................................................................................................2 MỤC LỤC ..................................................................................................................3 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN ........................................................................5 CHƢƠNG 1. SỮA NGUYÊN LIỆU ..........................................................................6 1.1. Thành phần hóa học của sữa .........................................................................6 1.1.1. Nƣớc ..........................................................................................................6 1.1.2. Chất béo sữa ........................................................................................7 1.1.3. Protein .................................................................................................8 1.1.4. Glucid ................................................................................................10 1.1.5. Chất khoáng ......................................................................................11 1.1.6. Vitamin ..............................................................................................11 1.1.7. Enzyme ..............................................................................................11 1.2. Đặc tính vật lý của sữa ................................................................................12 1.2.1. Tỷ trọng .............................................................................................12 1.2.2. Chất khô tổng số (TS) .......................................................................13 1.2.3. Điểm nóng chảy ................................................................................13 1.2.4. pH ......................................................................................................13 1.2.5. Khả năng đệm và độ acid chuẩn .......................................................14 1.2.6. Độ ổn định nhiệt độ ...........................................................................14 1.3. Vi sinh vật trong sữa ...................................................................................14 1.3.1. Vi khuẩn ............................................................................................14 1.3.2. Nấm men ...........................................................................................15 1.3.3. Nấm mốc ...........................................................................................16 CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƢƠI UỐNG ...............................17 2.1. Sữa thanh trùng ...........................................................................................17 3 2.1.1. Quy trình sản xuất sữa thanh trùng ...................................................17 2.1.2. Thuyết minh quy trình .......................................................................17 2.2. Sữa tiệt trùng ...............................................................................................21 2.2.1. Quy trình sản xuất sữa tiệt trùng .......................................................24 2.2.2. Nguyên liệu ........................................................................................24 2.2.3. Gia nhiệt sơ bộ: .................................................................................26 2.2.4. Đồng hóa: ..........................................................................................26 2.2.5. Tiệt trùng (UHT) ...............................................................................27 2.2.6. Làm nguội .........................................................................................28 2.2.7. Trữ vô trùng tại Alsafe: .....................................................................28 2.2.8. Rót bao bì: .........................................................................................28 2.2.9. Hoàn thiện sản phẩm: ........................................................................28 CHƢƠNG 3. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN ..............30 3.1. Công nghệ sản xuất yaourt ..........................................................................30 3.1.1. Quá trình sinh hóa trong sản xuất yaourt tƣơi. ..................................30 3.1.2. Qui trình sản xuất yaourt ...................................................................32 3.2. Công nghệ sản xuất phomai ........................................................................35 3.2.1. Giới thiệu ...........................................................................................35 3.2.2. Vi sinh vật giống trong sản xuất phomai ..........................................36 3.2.3. Sản xuất phomai ................................................................................37 3.2.4. Một số hiện tƣợng hƣ hỏng của phomai ...........................................40 4 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN Tên môn học: Công nghệ chế biến sữa và sản phẩm sữa Mã môn học: CN420 Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 0 giờ; Kiểm tra 2 giờ) I. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học này học cùng lúc với các môn học chuyên môn - Tính chất: Môn học này là môn học chuyên môn trong hệ thống đào tạo bậc cao đẳng Công nghệ thực phẩm. - Vai trò/ý nghĩa: Nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản nguyên liệu sữa và công nghệ chế biến các sản phẩm từ sữa nhƣ sữa tƣơi tiệt trùng, sữa hộp, sữa lên men,… II. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Thành phần hóa học của sữa và một số tính chất đặc trƣng của sữa nguyên liệu, các vấn đề liên quan đến kiểm tra chất lƣợng sữa nguyên liệu + Biết đƣợc công nghệ chế biến một số sản phẩm chế biến từ sữa - Về kỹ năng: Vận dụng kiến thức học đƣợc vào thực tế để thực hiện các hoạt động thu mua và chế biến sữa - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Ý thức thực hiện chế biến sữa an toàn. III. Nội dung môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: Số TT Thời gian (giờ) Thực hành, thí Lý Kiểm Tổng số nghiệm, thảo thuyết tra luận, bài tập 10 6 0 0 Tên chƣơng, mục 1 Chƣơng 1: Sữa nguyên liệu 2 Chƣơng 2: Công nghệ sữa tƣơi uống 9 6 0 0 4 Chƣơng 3: Công nghệ các sản phẩm lên men 9 6 0 0 5 CHƢƠNG 1. SỮA NGUYÊN LIỆU 1.1. Thành phần hóa học của sữa Thành phần cơ bản của sữa trong các loài động vật bao gồm nhóm chủ yếu nhƣ nƣớc, protein, chất béo, đƣờng sữa hay lactose, khoáng và nhóm thứ yếu nhƣ itamin, enzyme, chất màu, hợp chất nitơ phi protein, phospholipid và các khí hòa tan. Hình 1.1: Thành phần hóa học của sữa 1.1.1. Nƣớc Lƣợng nƣớc trong sữa dao động trong khoảng 80,32% đến 90,37%. Sự khác nhau này do bởi nhiều yếu tố nhƣ là chế độ dinh dƣỡng, sức khỏe của động vật cho sữa, môi trƣờng và loại thức ăn. Nƣớc là thành phần chính của sữa, nó là môi trƣờng để phân tán các thành phần khác của sữa. Một số thành phần của sữa hiện diện dƣới dạng phân tán, số khác ở dạng hòa tan trong nƣớc. Khả năng tiêu hóa của các thành phần trong sữa đƣợc gia tăng nhờ sự hiện diện với lƣợng lớn của nƣớc. Plasma sữa: Chứa phần sữa không béo. Nó rất giống với sữa tách béo (Skimmed milk), do đó sữa nguyên kem là hệ mà chất béo sữa phân tán trong plasma. Serum sữa: Chứa dung dịch còn lại sau khi chất béo và casein bị tách ra. Nó rất giống whey tuy nhiên whey vẫn còn chứa một số chất béo và casein nguyên thủy của sữa. 6 1.1.2. Chất béo sữa Chất béo là thành phần quan trọng nhất trong sữa. Hơn 95% tổng số chất béo sữa hiện diện trong sữa dƣới dạng hạt rất nhỏ, các hạt này phân tán trong plasma. Đƣờng kính hạt chất béo từ 0,1÷15µm, kích thƣớc trung bình là 3µm, kích thƣớc này khác nhau phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Loài  Thời kỳ cho sữa: Ở cuối thời kỳ cho sữa kích thƣớc hạt béo nhỏ hơn so với kích thƣớc ở thời kỳ đầu của quá trình cho sữa.  Loại thức ăn: các thức ăn khô sẽ góp phần làm cho kích thƣớc giọt chất béo nhỏ đi.  Điều kiện sức khỏe của con vật cho sữa.  Hàm lƣợng chất béo: sữa có hàm lƣợng béo cao sẽ có kích thƣớc hạt lipid lớn hơn sữa có hàm lƣợng béo thấp. Mỗi hạt chất béo sữa đƣợc tạo bằng một màng bao gồm lớp mỏng protein và phospholipid, màng này có chiều dày từ 8÷10nm với chức năng bảo vệ chất béo, ngăn cản chúng kết hợp lại với nhau. Ngoài trong thành phần của màng bảo vệ còn có đồng nguyên tố và khoảng 3/4 là enzyme phosphatase. Về phƣơng diện hóa học, chất béo sữa thƣờng bao gồm các este glyceride của các acid béo khác nhau có khối lƣợng phân tử thấp. Một số chất khác nhƣ lecithin, cephalin, carotenoid, cholesterol và các vitamin hòa tan trong béo nhƣ vitamin A, D, E, K cũng đƣợc tìm thấy trong chất béo sữa. Trong một lít sữa có khoảng 40g lipid. a/ Thành phần của chất béo sữa Chất béo sữa ngoài dạng tinh chất còn hiện diện dƣới dạng kết hợp với các chất khác giống nhƣ chất béo nhƣ là lecithin và cholesterol, cho nên chất béo sữa chỉ tất cả những thành phần chất béo mà có thẻ trích từ sữa bằng ether, chúng bao gồm chất béo sữa tinh chất phospholipid, vitamin và những hợp chất khác (1) Chất béo tinh chất Bao gồm: glycerol (12,5%) và acid béo (87,5%). Đa số glyceride là triglyceride liên kết với 3 acid béo, nhƣng trong sữa bò có khoảng, 3% glyceride là di và monoglyceride chúng liên kết với 1 hoặc 2 acid béo. 7 (2) Acid béo tự do Chất béo của sữa tinh khiết chỉ chứa acid béo tự do dƣới dạng vết, các acid béo này không liên kết với glycerol, trong suốt quá trình bảo quản hàm lƣợng này tăng do enzyme thủy phân chất béo và làm cho độ acid của chất béo tăng lên. (3) Phospholipid Phospolipid khác với chất béo sữa ở điểm là 1 trong 3 nhóm alcohol của glycerol đƣợc liên kết với acid phosphoric, phospholipid quan trọng nhất trong sữa là lecithin. Phospholipid chủ yếu tập trung trên màng của giọt chất béo phân tán đƣợc trong plasma sữa. (4) Cholesterol Là một hợp chất alcohol của cấu trúc phức, trong sữa phần lớn cholesterol đƣợc tìm thấy trong những hạt chất béo. (5) Vitamin Sữa là một nguồn vitamin quan trọng. Một số đƣợc kết hợp với plasma, số khác kết hợp với chất béo nhƣ vitamin A, D, E, K. 1.1.1.1.1 Phân loại lipid sữa Ngƣời ta có thể phân loại lipid sữa thành hai loại là lipid đơn giản và lipid phức tạp, trong đó lipid đơn giản (glycerit, sterit) từ 35÷40g, lipid phức tạp (lecithin, cefalin) từ 0,3÷5g. Lipid đơn giản trong công thức phân tử chỉ gồm C, H, O đó là những este của acid béo no và không no, trong đó quan trong nhất là acid oleic C18 không bảo hòa, acid palmitic C16 bảo hòa và acid stearic C18 bảo hòa, acid này chiếm 70÷75% tổng số acid béo. Lipid phức tạp ngoài C, H, O trong phân tử còn có P, N, S và các nguyên tố khác. 1.1.3. Protein Những protein đƣợc tìm thấy trong sữa là các hợp chất hữu cơ phức tạp nhất. Tuy nhiên chúng là những hợp chất nitơ chủ yếu rất quan trọng và cần thiết cho cơ thể động vật. chúng hiện diện dƣới dạng keo phân tán trong sữa. Có ba loại protein chính là casein, globulin và lactoalbumin. Lƣợng casein chiếm tỷ lệ cao nhất. Ngƣời ta tìm thấy phần trăm protein trong sữa bò khoảng 4%, trong đó 80% là casein. Protein chứa các nguyên tố chính nhƣ C, H, O, N, ngoài ra còn có S, P. 8 Mittra (1942) quan sát và kết luận rằng khả năng tiêu hóa của protein nhận đƣợc từ sữa bò cao nhất so với protein nhận đƣợc từ các loại động vật khác. Có thể phân biệt hai dạng protein chủ yếu trong sữa: Phức chất casein, hiện diện trong sữa ở dạng huyền phù keo. Protein nƣớc sữa, hiện diện dƣới dạng dung dịch. a/ Phức chất casein Casein chiếm khoảng 80% trong protein sữa. Các cấu tử casein quan trọng gồm alpha (s1) – casein, alpha (s2) – casein, β-casein và kappa casein. Đặc tính có thể nhận biết đƣợc casein là khả năng hòa tan kém của chúng ở pH = 4,6. Hầu hết protein hiện diện trong một thể hạt keo do sự kết hợp với một số thành phần khác đƣợc gọi là micell casein. Một trong những thành phần đó là k-casein tập trung trên bề mặt micell, có vai trò ổn định hệ keo casein. Chức năng sinh học của hệ keo casein là mang một lƣợng lớn các calcium, phospho không có khả năng hòa tan cho cơ thể động vật sơ sinh ở dạng thể lỏng. Hình 1.2: Cấu tạo micell casein trong sữa Casein liên kết với cation chủ yếu là Ca caseinate. Các muối khác nhƣ Ca3(SO4)2 kết hợp với caseinate liên kết với nhiều hợp chất casasein khác nhau tạo nên cấu trúc của micell. Cấu trúc toàn bộ các thành phần casein, calcium phosphate và các muối khác đƣợc biết nhƣ phức chất calcium caseinate – calcium phosphate hoặc gọi là phức chất casein. 9 Casein không bị biến đổi có ý nghĩa trong các quá trình nhiệt bình thƣờng (thanh trùng), khi kéo dài thời gian hoặc khi thực hiện ở nhiệt độ cao sẽ làm thay đổi tính chất của phức hệ casein và phá hủy amino acid, những thay đổi này có thể nhận thấy đƣợc biểu hiện qua sự thay đổi màu và mùi trong quá trình nấu. Thành phần casein khác nhau giữa các loài động vật cho sữa khác nhau, vì vậy qui trình sản xuất phải thay đổi tùy theo từng loại sữa. a/ Protein nƣớc sữa (Whey) Trong điều kiện sữa không chịu xử lý nhiệt, protein whey tan trong nƣớc (hay protein serum), khi casein bị kết tủa bằng acid hoặc bằng men thì whey đƣợc duy trì trong serum sữa. Thành phần k-casein có thể có trong whey nhận đƣợc bằng cách đông tụ casein bằng men (chúng không đƣợc xem là thuộc về protein whey hoàn toàn). Những protein whey quan trọng nhất là albumin, globulin, globulin miễn dịch, một lƣợng nhỏ globulin kháng thể… Phần lớn protein whey phản ứng với casein khi sữa đƣợc xử lý nhiệt đến nhiệt độ >63oC, nhiệt độ càng cao và thời gian càng lâu, càng có nhiều protein whey kết hợp với micelle casein. b/ Những hợp chất nitrogen phi protein Những hợp chất trong nitrogen phi protein Sự hiện diện của nitrogen là một trong những đặc tính chủ yếu của protein, vết của các nitrogen phi protein cũng đƣợc tìm thấy trong sữa, chúng có lẽ là những sản phẩm phụ của sự trao đổi chất protein. 1.1.4. Glucid Glucid của sữa chủ yếu là lactose hay còn gọi là đƣờng sữa, trung bình mỗi lít chứa khoảng 50g lactose. Sucrose ngọt hơn lactose nhiều. Lactose là một disaccharide của hai đƣờng đơn là glucose và galactose. Đƣờng sữa không tìm thấy trong sản phẩm tự nhiên nào khác. Các carbohydrate khác chỉ tìm thấy ở dạng vết và một ít monosaccharide cũng hiện diện trong sữa. 10 Công thức cấu tạo của đƣờng lactose Lactose trong sữa có thể đƣợc lên men bằng vi sinh vật. Vi khuẩn lên men lactic chuyển hóa lactose thành acid lactic và những sản phẩm phụ khác, cho đến khi acid tích lũy đƣợc ngăn chặn sự lên men tiếp theo cũng nhƣ ngăn chặn khả năng hoạt động của vi khuẩn. Ở tại thời điểm này có 15÷40% lactose đƣợc lên men, hàm lƣợng này phụ thuộc vào loại vi khuẩn. 1.1.5. Chất khoáng Các muối khoáng trong sữa hầu hết ở dạng dễ đồng hóa. Trong 100g sữa trung bình có khoảng 125 mg Ca, 85 mg P, 49 mg Na, 15 mg Mg, 0,15 mg Fe, và một số các nguyên tố vi lƣợng khác nhƣ CU, Zn, Al, Mn, Ag… 1.1.6. Vitamin Ngoài các vitamin tan trong hoặc kết hợp với chất béo sữa, tất cả vitamin tan trong nƣớc đƣợc tìm thấy trong plasma sữa. Những vitamin quan trọng thuộc nhóm này là vitamin C và phức vitamin B. Sữa là nguồn quan trọng vitamin C, với một lƣợng lớn acid ascorbic (50ppm) chúng có hoạt động nhƣ chất chống oxy hóa. Tuy nhiên, vitamin C nhanh chóng bị oxy hóa đặc biệt khi có đồng hiện diện. 1.1.7. Enzyme Enzyme là những tác nhân xúc tác có tác dụng hoạt hóa các phản ứng hóa học mà không bị phân hủy mất đi. Trong sữa có nhiều nhóm enzyme hiện diện. Lipase: lipase có thể làm cho sữa và các sản phẩm sữa bị trở mùi xấu đi, do chúng thủy phân glyceride và giải phóng acid béo tự do. Enzyme lipase vẫn còn hoạt tính ở nhiệt độ thấp (khoảng 4÷5oC). Đa số lipase bị phá hủy ở nhiệt độ thanh trùng HTST hay cao hơn. Sữa ban đầu nếu đã bị trở mùi thì không thể tách đƣợc trong quá trình thanh trùng. 11 Protease: protease tham gia vào quá trình thủy phân hay phá hủy protein tạo thành mùi vị không dễ chịu (đắng) trong sữa và các sản phẩm sữa. Protease đƣợc hình thành tự nhiên trong sữa và chúng không bị phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ thanh trùng HTST hay hơi cao hơn (76÷78oC). Phosphatase: phosphatase có thể thủy phân phosphate hữu cơ. Có một enzyme phosphates kiềm và một phosphatase acid, trong đó loại kiềm có pH tối ƣu 9,6 rất quan trọng trong công nghiệp chế biến sữa. 1.2. Đặc tính vật lý của sữa 1.2.1. Tỷ trọng Tỷ trọng của sữa nguyên kem phụ thuộc vào hàm lƣợng béo và hàm lƣợng chất khô không béo (SNF). Chất béo có tỷ trọng <1, trong khi chất khô không béo có tỷ trọng >1. Khi pha thêm nƣớc vào D của sữa sẽ giảm, do đó D đƣợc xem nhƣ một chỉ số gần đúng để chỉ sữa có pha thêm nƣớc hay không. Tuy nhiên D cao không thể đƣợc xem nhƣ một tiêu chuẩn về chất lƣợng sữa, bởi vì nó cũng bị ảnh hƣởng bởi nhiều thành phần trong sữa. Tỷ trọng của sữa từ các nguồn động vật khác nhau đƣợc cho trong bảng 1.1. 12 Bảng 1.1. Tỷ trọng của sữa từ các nguồn động vật khác nhau. Nguồn động vật Tỷ trọng D Bò 1,029 Trâu 1,031 Dê 1,033 Cừu 1,036 1.2.2. Chất khô tổng số (TS) Hàm lƣợng chất khô tổng số của sữa có thể đƣợc xác định bằng cách sấy khô đến khối lƣợng không đổi. Một phƣơng pháp đơn giản hơn là sử dụng công thức tính toán hàm lƣợng chất khô tổng số từ hàm lƣợng chất béo và tỷ trọng D. 1.2.3. Điểm nóng chảy Điểm nóng chảy của sữa giảm khi có những thành phần hòa tan, chủ yếu là lactose và muối mặc dù một số nhân tố khác nhƣ giống, điều kiện nuôi, bệnh tật… cũng có ảnh hƣởng đến nồng độ của các thành phần sữa, nhƣng chỉ ảnh hƣởng ít hay không ảnh hƣởng đến điểm đông đặc của sữa). Điểm nóng chảy là một trong những đặc tính ổn định nhất của sữa nên điểm nóng chảy thƣờng đƣợc xem nhƣ một phƣơng pháp tin cậy để xác định sữa có bị pha nƣớc hay không. 1.2.4. pH pH hay nồng độ ion H+ của sữa biểu thị độ acid thực của nó. Độ acid thực ít thay đổi hơn độ acid chuẩn (mặc dù nó bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ) nên ngƣời ta vẫn thực hiện các tiến trình kỹ thuật dựa trên pH của sữa hơn là dựa trên độ acid chuẩn. pH của sữa khác nhau rất ít giữa các giống khác nhau trong một nguồn. Các nguồn khác nhau thì pH khác nhau nhiều hơn. pH của sữa bò thƣờng dao động trong khoảng 6,6÷6,8 trong khi pH của sữa trâu thƣờng thấp hơn không phẩy mấy so với sữa bò, sữa dê pH = 6,3÷6,7. Chỉ có sữa ngƣời có pH trung tính. pI = pH = 4,6÷4,7 là điểm đẳng điện của sữa bò. Tại điểm này sữa đông tụ ở nhiệt độ phòng. Nhiệt độ tăng càng cao hơn pH để sữa đông tụ càng cao hơn. Ở nhiệt độ sôi sự đông tụ của sữa bắt đầu ở pH lớn hơn hoặc bằng 6,0. Sữa non có giá trị pH nhỏ hơn so với sữa bình thƣờng một ít, nhƣng đến cuối giai đoạn tạo lactose pH có gia tăng nhƣng không nhiều. Sữa từ động vật bị bệnh cũng có pH cao hơn. 13 1.2.5. Khả năng đệm và độ acid chuẩn Khả năng đệm hay giá trị đệm của sữa là độ bền của sữa đối với sự thay đổi độ acid thực của nó (pH) khi thêm vào sữa một lƣợng acid hay kiềm. Lƣợng dung dịch kiềm chuẩn (dd NaOH 1/9N) đƣợc thêm vào để trung hòa sữa làm đổi màu phenolphthalein đƣợc gọi là độ acid chuẩn. Ở thời điểm trung hòa màu của sữa thay đổi từ màu trắng sang màu hồng nhạt. Lƣợng dung dịch NaOH 1/9N tính bằng ml yêu cầu để trung hòa 100ml sữa là độ acid chuẩn đƣợc biểu thị bằng độ Dornic (oD) hoặc 0,01%acid lactic (1oD = 0,01% acid lactic). Độ acid chuẩn ban đầu của sữa tƣơi không biểu thị sự hiện diện của acid lactic mà biểu thị sự hiện diện của các acid yếu hơn đó là protein và các muối. Độ acid chuẩn và khả năng đệm của sữa khác nhau nhiều giữa các loài và trong một loài. Sữa từ trong một loài có hàm lƣợng protein khác nhau sẽ cho độ acid chuẩn khác nhau, mặc dù giá trị pH của chúng giống nhau hay tƣơng tự. Độ acid của sữa bò tƣơi dao động trong khoảng 13÷15oD 1.2.6. Độ ổn định nhiệt độ Ở điều kiện bình thƣờng, sữa có thể chịu đƣợc nhiệt mà không có những biến đổi đáng kể có thể nhận ra đƣợc, ví dụ nhƣ không có sự đông tụ của protein. Màu của sữa bị nhiệt hóa mạnh có thể sậm hơn do sự hình thành những hợp chất phức protein – lactose hoặc sự caramel hóa lactose. Sau thời gian xử lý nhiệt kéo dài ở nhiệt độ khá cao thì sự đông tụ hoặc phân hủy nhiệt của casein xảy ra là do sự mất ổn định của casein. Độ ổn định nhiệt của sữa bị ảnh hƣởng chủ yếu bởi pH của nó và một số nhân tố khác. Khi thêm vào một hợp chất hóa học nào đó cũng ảnh hƣởng đến khả năng nhiệt, ví dụ khi thêm vào các hợp chất phosphate có thể cải tiến khả năng ổn định này. 1.3. Vi sinh vật trong sữa 1.3.1. Vi khuẩn a/ Nhóm vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn có ý nghĩa quan trọng nhất đối với công nghệ chế biến sữa, nhờ chúng mà ngƣời ta có thể sản xuất ra nhiều loại sản phẩm sữa khác nhau. Một số loài vi khuẩn lactic tiêu biểu: 14 - Streptococcus lactus: vi khuẩn này phát triển tốt trong sữa và một số môi trƣờng pha chế từ sữa, đây là loại vi khuẩn hiếu khí. Nhiệt độ thích hợp phát triển tốt là 30÷35oC. Đặc tính sinh hóa quan trọng của chúng là lên men glucose, galactose, dextrin, nhƣng không lên men saccharose. - Streptococcus cremoris: Phát triển tosots ở 20÷25oC. Chúng làm cho sữa đông tụ nhƣng cũng làm cho sữa bị nhớt. Chúng thƣờng cho sản phẩm có mùi dễ chịu và làm sữa có độ chua thấp hơn, thƣờng đƣợc dùng trong chế biến bơ. - Các vi khuẩn sinh hương: Đây là nhóm vi khuẩn lactic có khả năng tạo nên trong sữa và các sản phẩm sữa nhiều acid dễ bay hơi (acid acetic, acid propionic…) và các chất thơm khác (diacetyl, este…). Đa số các vi khuẩn này có enzyme citritase nên có thể lên men acid citric. Có 3 loại vi khuẩn sinh hƣơng là S. Citrovorus, S. Paracitrovorus và S. Diacetylactic, nhiệt độ phát triển thích hợp của chúng là 30÷35oC - Các vi khuẩn gây đắng: S. Liquefacien có nhiều tính chất giống S. lactic, phát triển tốt ở 30oC, ngoài ra chúng phát triển trong sữa gây nên quá trình pepton hóa làm cho sản phẩm có vị đắng. b/ Nhóm vi khuẩn gây thối Vi khuẩn gây thối không lên men đƣờng sữa, chúng có khả năng tạo enzyme phân hủy protein, giải phóng pepton thành các acid tự do và ammoniac. Pepton làm cho sữa có vị đắng, ammoniac làm cho sữa có phản ứng kiềm. Nhóm vi khuẩn này chia làm 2 loại: - Loại hiếu khí: Bacterium Flourescen, Proteus Vulgaris, Bacillus Subtilis. - Loại yếm khí: Bacterium Putrificus, Bacterium Botulinus… 1.3.2. Nấm men Trong sữa và các sản phẩm sữa thƣờng thấy các giống nấm men sinh bào tử và không sinh bào tử, chúng lên men đƣờng lactose thành carbonic và rƣợu, đây là một phản ứng sinh hóa quan trọng trong quá trình hình thành một số sản phẩm sữa chua. Có loại nấm men không phân hủy lactose đƣợc, nhƣng vi khuẩn lactic trong sữa chuyển lactose thành glucose và galactose, sau đó nấm men lên men các đƣờng đơn này tạo thành các sản phẩm cần thiết cho các sản phẩm lên men sữa. Một số nấm men thuộc Mycoderma có khả năng tạo enzyme phân hủy protein và lipid tạo nên vị đắng trong các sản phẩm sữa. 15 1.3.3. Nấm mốc Nấm mốc có khả năng phân giải protein và lipid nên thƣờng gây vị đắng trong các sản phẩm sữa. Nấm mốc thƣờng phát triển sau nấm men, vì thế chỉ thấy trong sữa bị hƣ hỏng hoặc trên phomai mềm. Trong sữa thƣờng thấy các loại nấm mốc sau - Endomyces lactic: tạo màng trắng trên bề mặt phomai, bơ, cũng có thể mọc sâu trong sản phẩm ở lớp gần bề mặt. - Mucor, aspergillus, penicillum, clad-osprium: thƣờng tạo nên trên bề mặt bơ, phomai những vệt màu khác nhau và gây mùi ôi. - Odium lactic: Thƣờng thấy trong sữa, tạo nên bề mặt váng chua một lớp trắng đặc biệt là có mùi thơm nhƣ sản phẩm lên men lactic. Mốc này thƣờng gây ôi lipid trong sữa. Tất cả nấm mốc thƣờng hiếu khí, thích nghi với môi trƣờng acid và đặc biệt là trong môi trƣờng đã bị vi khuẩn lactic acid hóa. Chúng không phát triển trong sữa tƣơi mà phát triển trong sản phẩm sữa chua. Trong trƣờng hợp này chúng kiềm hóa sữa. Sữa có thành phần vi sinh vật thay đổi theo thời gian bảo quản, sự thay đổi phụ thuộc theo nhiệt độ, thời gian bảo quản và số lƣợng cũng nhƣ tính chất của nhóm vi khuẩn ban đầu trong sữa. 12 giờ đầu trong sữa có nhiều vi khuẩn trong đó vi khuẩn kiềm hóa và vi khuẩn gây thối rửa chiếm ƣu thế. Sau 24 giờ chúng bị nhóm vi khuẩn lactic kiềm hãm. Sau 72 giờ, nhóm vi khuẩn lactic bị nhóm vi khuẩn chịu acid kiềm chế. Đến giai đoạn cuối cùng, khi pH của sữa đã giảm xuống nhiều, nấm men, nấm mốc xuất hiện và phát triển. 16 CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA TƢƠI UỐNG 2.1. Sữa thanh trùng 2.1.1. Quy trình sản xuất sữa thanh trùng Sữa tƣơi nguyên liệu Gia nhiệt 1 Tiêu chuẩn hóa 40 – 450C Gia nhiệt 2 65 – 680C Bài khí 65 – 680C Đồng hóa Bao bì vô trùng 40 – 450C 55 – 800C 2 cấp: P1= 200bar; P2= 50bar Thanh trùng 750C/15s Làm lạnh 4 – 60C Rót hộp vô trùng Sữa tƣơi thanh trùng 2.1.2. Thuyết minh quy trình a/ Gia nhiệt 1 17 Mục đích: Nâng nhiệt độ sữa nguyên liệu lên 40 – 450C để chuẩn bị cho công đoạn tiêu chuẩn hóa. Thực hiện: Bơm hút sữa từ bồn chứa đƣa sữa nguyên liệu vào ngăn thứ 2 của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, tại đây sữa đƣợc nâng nhiệt độ lên 40 – 450C. b/ Tiêu chuẩn hóa Mục đích: Hiệu chỉnh hàm lƣợng béo của sữa nguyên liệu thành 3,5% , chuẩn bị cho quy trình thanh trùng. Thực hiện: Tiêu chuẩn hóa chất béo trong sữa bằng thiết bị tiêu chuẩn hóa tự động, vì có thể thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ: ly tâm làm sạch và tiêu chuẩn hóa chất béo của sữa. Ngƣời ta dùng bơm đƣa sữa cần tách chất béo và thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để gia nhiệt sữa lên 40 – 450C rồi chuyển sang thiết bị ly tâm tiêu chuẩn hóa tự động. Sau khi điều chỉnh đến hàm lƣợng cần thiêt sẽ đƣợc đƣa đi thực hiện các quá trình công nghệ tiếp theo để sản xuất sữa tƣơi thanh trùng.[1] Các biến đổi chính: khối lƣợng riêng tăng, độ nhớt giảm, nhiệt độ tăng, … Thiết bị: máy ly tâm và hệ thống hiệu chỉnh hàm lƣợng chất béo hoàn toàn tự động. c/ Gia nhiệt 2 Mục đích: Nâng nhiệt độ sữa nguyên liệu lên 65 – 680C để chuẩn bị cho công đoạn bài khí. Thực hiện: Sữa sau khi tiêu chuẩn hóa, đƣợc đƣa vào ngăn thứ 3 thiết bị trao đổi nhiệt, tại đây sữa đƣợc nâng nhiệt lên 65 – 680C. d/ Bài khí Mục đích: 18 Tăng hiểu quả cho các quá trình tiếp theo, đặc biệt là sự truyền nhiệt của quá trình thanh trùng. Thực hiện: Sữa nguyên liệu đã đƣợc tiêu chuẩn hóa đƣợc đƣa vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm đƣợc gia nhiệt sơ bộ lên 65 – 680C. Đây là nhiệt độ thích hợp cho quá trình bài khí, sau đó đƣợc đƣa vào thiết bị bài khí.[1] Thông số kĩ thuật: Nhiệt độ sữa 65oC, áp lực chân không 580 mmHg. Các biến đổi chính: Vật lí: thể tích giảm. Hóa lí: nƣớc bay hơi. Cảm quan: cải thiện mùi của sữa. Thiết bị: Thiết bị hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh nón đƣợc quay lên phía trên. Dƣới nắp thiết bị là bộ phận ngƣng tụ đƣợc nối với bơm chân không. e/ Đồng hóa Mục đích: Mục đích của đồng hóa là giảm kích thƣớc của các cầu béo, làm cho chúng phân bố đều chất béo trong sữa, làm cho sữa đƣợc đồng nhất. Đồng hóa có thể làm tăng độ nhớt của sữa lên chút ít nhƣng làm giảm đáng kể quá trình oxi hóa, làm tăng chất lƣợng của sữa và các sản phẩm sữa ( tăng độ phân tán cream, phân bố lại giữa pha chất béo và plasma, thay đổi thành phần và tính chất của protein, tăng giá trị cảm quan). Các sản phẩm sữa qua đồng hóa đƣợc cơ thể hấp thu dễ dàng. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình đồng hóa là 55 – 800C. Thực hiện: Sữa tƣơi đã tiêu chuẩn hóa đƣợc đƣa vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để gia nhiệt sơ bộ lên 65 – 680C, rồi đƣợc đƣa vào thiết bị đồng hóa. Phƣơng thức đồng hóa là đồng hóa 2 cấp. Áp suất đo trƣớc van đồng hóa cấp 1 gọi là P1. Áp suất đo trƣớc van đồng hóa cấp gọi là P2. Áp suất cấp 1 là 200 bar, áp suất cấp 2 là 50 bar. Kết quả đồng hóa đạt tốt nhất khi 19 khoảng 0.2. [1]