Công nghệ chế biến sản phẩm sữa lên men

Primary Production Department/Singapore 1 CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SẢN PHẨM SỮA LÊN MEN TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH, KHOA HÓA, TRƯỜNG ðHBK, ðẠI HỌC ðÀ NẴNG Primary Production Department/Singapore 2 NI DUNG CH NG 7 7.1.Cơ sở lý thuyết các quá trình lên men 7.2.Công nghệ sản xuất sữa chua 7.3. Công nghệ sản xuất phó mát Primary Production Department/Singapore 3 KHÁI NIỆM Các sản phẩm sữa lên men, ñược lên men từ sữa, là tên gọi chung của các sản phẩm như sữa chua yoghurt, kefir, kumis (koumiss), ymer, cream lên men (cultured cream), bơ chua (sour butter). ðể sản xuất các sản phẩm sữa lên men, người ta cấy các chủng VSV khác nhau vào sữa và kết quả là chuyển hóa lactoza thành axit lactic, CO2, axit axetic, diaxetyl, axetaldehyt và các hợp chất bay hơi khác, tạo cho sản phẩm một mùi, vị ñặc trưng. Một số sản phẩm khác còn chứa một lượng nhỏ axit, etylic Primary Production Department/Singapore 4 -Sự chuyển lactoza thành axit lactic có tác dụng bảo quản sữa rất tốt nhờ pH thấp. - các sản phẩm lên men ñều có ñộ tiêu hóa cao vì các chất ñều ñã ñược chuyển hóa tớI sản phẩm mà cơ thể dễ hấp thụ, ñặc biệt ñối với người già và trẻ em. - ða số các sản phẩm sữa lên men là thức ăn kiêng và có tác dụng chữa bệnh: *Sử dụng các sản phẩm lên men có tác dụng kích thích sự tiết dịch vị, kích thích sự trao ñổI chất, hệ vi khuẩn lactic có tác dụng khống chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rửa ở ñường ruột. * Ngoài các thành phần dinh dưỡng như protein, lipit, gluxit,các sản phẩm sữa lên men còn chứa nhiều VTM, các chất kháng thể rất có ý nghĩa trong việc ñiều trị một số bệnh Primary Production Department/Singapore 5 7.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men sữa Có 3 dạng lên men chính: • Lên men rượu • Lên men lactic • Lên men butiric • Lên men propionic Các quá trình lên men khác ñược coi là sự phốI hợp của các dạng lên men chính Primary Production Department/Singapore 6 7.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men sữa 7.1.1. Lên men rượu Cơ chất chính của quá trình lên men rượu là ñường sữa lactoza. Dưới tác dụng của enzym lactaza từ 1 phân tử lactoza cho glucoza và galactoza Primary Production Department/Singapore 7 Tiếp theo là hàng lọat các quá trình chuyển hóa trãi qua 10 giai ñoạn dưới tác dụng của nhiều enzim xúc tác có trong vi khuẩn, nấm men tạo thành sản phẩm cuôí cùng là axit piruvic Quá trình chuyển hoá tiếp theo của axit pyruvic sẽ phụ thuộc vào tính ñặc thù của các loại vi khuẩn khác nhau và ñiều kiện lên men Primary Production Department/Singapore 8 Trong trường hợp lên men rượu, axit piruvic sẽ chưyển thành axetaldehyt và CO2 nhờ xúc tác của piruvatdecacboxylaza, rồi sau ñó thành rượu etylic nhờ alcoldehydrogenaza: Quá trình lên men rượu ñóng vai trò quan trọng trong sản xuất sữa chua kefir và kumis bởi trong thành phần của chúng có nấm men Piruvatdecacboxyla za CH3 CO COO H CH3 C O H Primary Production Department/Singapore 9 7.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men sữa 7.1.2. Lên men lactic Quá trình lên men lactoza tới axit piruvic tương tự như ở phần quá trình lên men rượu. Sau ñó axit piruvic dưới tác dụng của lactatdehydrogenaza của vi khuẩn sẽ tạo thành axit lactic CH3 -CO-COOH CH3 - CHOH- COOH Ở quá trình này, nhiều chủng VK còn cho ra hàng loạt các sản phẩm khác như các axit hữu cơ (axetic, propionic, suxinic..), rượu, este, CO2 .Dựa vào ñó chia thành: -VK lên men lactic ñồng hình -VK lên men lactic dị hình Primary Production Department/Singapore 10 7.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men sữa 7.1.2. Lên men lactic Lên men lactic là quá trình lên men chủ yếu của các sản phẩm sữa lên men. VK lactic là nhóm VK quan trọng nhất của CN chế biến sữa Các VK lactic, ngoài việc tạo thành axit, còn một số loài tạo ra chất thơm ( diaxetyl, axetoin, axit bay hơi..) như Streptococcus diaxetylactic. Như vậy tuỳ thuộc vào các loài VSV khác nhau và ñiều kiện lên men khác nhau, phản ứng lên men lactic cho nhiều sản phẩm phụ khác nhau tạo ra các mùi vị ñặc trưng cho các sản phẩm sữa lên men khác nhau Primary Production Department/Singapore 11 7.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men sữa 7.1.3. Lên men butiric Lên men butiric xảy ra trong các sản phẩm sữa dưới tác dụng của vi khuẩn butiric làm chuyển hóa glucoza, axit lactic: C6H12O6 CH3CH2 CH2COOH + 2CO2 + 2H2 Lên men butiric là một quá trình phức tạp nhưng ở thời ñiểm tạo thành axit butiric thì quá trình tương tự như lên men rượu. Quá trình lên men butiric còn tạo thành một lượng nhỏ axetic, caprilic, rượu etylic… Lên men butiric là một quá trình không mong muốn, là nguyên nhân gây nên mùi khó chịu trong các sản phẩm sữa chua và hiện tượng phồng của pho mát Primary Production Department/Singapore 12 7.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men sữa 7.1.4. Lên men propionic Vi khuẩn propionic có thể chuyển hóa glucoza, axit lactic và các muối của nó thành axit propionic. Trong mọi trường hợp quá trình lên men ñều trãi qua giai ñoạn tạo thành axit piruvic - Nếu xuất phát từ glucoza thì quá trình tương tự như lên men rượu.Nếu từ axit lactic dưới tác dụng của lactatdehydrogenaza VK xúc tác sẽ tạo thành axit piruvic. Tiếp theo một phần axit piruvic lại chuyển thành axetaldehyt và axit axetic, một phần khác lại chuyển thành axit lactic rồi axit propionic - VK propinic còn có thể tác dụng theo cách khác: Từ axit piruvic kết hợp vớI CO2 tạo thành axit oxaloaxetic. Axit oxaloaxetic loại một phân tử nước tạo thành axit sucxinic và cuối cùng là axit propionic. - Lên men propionic ñóng vai trò quan trọng trong quá trình chín của ph mato Primary Production Department/Singapore 13 7.2. Hệ vi sinh vật lên men các sản phẩm sữa • Hệ VSV sữa hay chủng VSV sữa có thể chỉ bao gồm một loài hoặc là hỗn hợp của nhiều loài. • Một số loài như Streptococus lactic, S. cremoric, S. thermophilus: lên men lactoza và tạo axit lactic. • Một số loài khác như S.diaxetylactic, L. citrovum có khả năng tạo ra chất thơm • ða số VK lactic bị tiêu diệt ở 700C, một số thì bị tiêu diệt ở 800C • Sử dụng lactoza làm nguồn cacbon chính và sản sinh ra axit lactic Primary Production Department/Singapore 14 Axit Chất khác Chủng vi sinh vật Nhiệt ñộ lên men 0C Lên men lactoza ñến lactic Lên men axit xitric ñến Sử dụng trong sản xuất Streptococcus thermophilus S. lactic S.cremoric S. diaxetylactic Leuconostoc citrovorum L. casei L.lactic L.helveticus L. bulgaricus 40-45 25-30 25-30 25-30 25-30 30 40-45 40-45 40-45 0,7 - 0,7 - 0.7 - 0,7 - 0,7 1,5 - 1,5 - 2,0 - 1,5 - CO2 Diaxetyl CO2 CO2 diaxetyl Sữa lên men Pho mát Sữa lên men Sữa lên men,pho mát, bơ Sữa lên men Pho mát Pho mat Sữa lên men, phomat Sữa lên men Primary Production Department/Singapore 15 7.3. KỸ THUẬT SẢN XUẤT SỮA CHUA YOGHURT • Là sản phẩm sữa chua ñược biết ñến nhiều nhất và phổ biến nhất trên thế giới • Bắt nguồn từ Bungari với tên là yaourt, nhiều nước khác gọi là yoghurt • Ở mỗi vùng khác nhau thì trạng thái, mùi vị, ñộ ñặc loãng của sữa chua khác nhau phụ thuộc vào thị hiếu của mỗi vùng. Primary Production Department/Singapore 16 7.3.1. PHÂN LOẠI SỮA CHUA YOGHURT • Phân loại theo thời ñiểm tiến hành quá trình lên men • Sữa chua yoghurt dạng “set type”: ngay sau khi bổ sung chủng, rót hộp ngay và lên men trong hộp • Sữa chua “stirred type”: bổ sung chủng và lên men trong xitec lớn. Sau ñó làm lạnh và rót hộp • Sữa chua uống”drink yoghurt”: sản xuất tương tự như loạI stirred. Sau khi ñông tụ pha chế thành dịch, có thể qua hay không qua xử lý nhiệt trước khi rót hộp Primary Production Department/Singapore 17 7.3.2. NGUYÊN LIỆU Sữa nguyên liệu có chất lượng cao: - ðộ vệ sinh cao, tổng số vi khuẩn thấp - Không có chứa kháng sinh, bacteophgage - Không chứa các chất tẩy rửa, sát khuẩn - Những chất ngăn cản quá trình lên men Cần kiểm tra nghiêm ngặt các chỉ tiêu ñộ tươi, ñộ sạch, tổng số chất khô, hàm lượng chất béo, cảm quan Primary Production Department/Singapore 18 7.3.3.Các quá trình sinh hóa chủ yếu trong lên men sữa chua • ðường lactoza chuyển hóa thành glucoza và galactoza - chuyển thành axit piruvic – chuyển thành axit lactic- sữa bị axit hóa và bị ñông tụ • Cazein chứa trong sữa dưới dạng canxi cazeinat. Axit lactic tác dụng với canxi cazeinat tạo ra axit azeinic và canxi lactat. Axit cazeinic tự do không hòa tan do ñó tạo thành cục ñông • Các quá trình lên men phụ tạo axit bay hơi, rượu, khí CO2, vi khuẩn sinh hương tạo tạo diaxetyl, axetoin… • Nấm men gây lên men rượu trong sữa chua là nấm men sữa chỉ phân giải ñược ñường lactoza nên chỉ phát triển tốt trong sữa • Một số vi khuẩn lên men sữa còn gây ra quá trình lên men phụ khác là quá trình pepton hóa sữa do enzim proteaza thủy phân protein thành pepton là dạng ñơn giản dễ tiêu hóa hơn Primary Production Department/Singapore 19 7.3.4 . Sơ ñồ qui trình sản xuất a. Sữa chua dạng tĩnh: Sữa nguyên liệu - Kiểm tra chất lượng – Làm sạch – Làm lạnh- Tạm chứa – Tiêu chuẩn hóa- Gia nhiệt - ðồng hóa- Thanh trùng – Làm nguộI - Bổ sung chủng vi sinh vật – Rót – Lên men - Ủ chín - Bảo quản lạnh b Sữa chua dạng ñộng: Sữa nguyên liệu - Kiểm tra chất lượng – Làm sạch – Làm lạnh- Tạm chứa – Tiêu chuẩn hóa- Gia nhiệt - ðồng hóa- Thanh trùng – Làm nguộI - Bổ sung chủng vi sinh vật –– Lên men – Làm nguội- - rót -Bảo quản lạnh Primary Production Department/Singapore 20 Sữa nguyên liệu. Kiểm tra chất lượng • Sữa nguyên liệu thu nhận tại nhà máy hoặc qua tram thu mua trung gian • Tiến hành KTCL nguyên liệu rất quan trọng • Các chỉ tiêu chất lượng càn phải kiểm tra: ðộ axit chung: ño bằng ñộ Thorner (0T) bằng số ml NaOH 0,1N cần ñể trung hòa axit tự do có trong 100ml sữa. ðộ axit sữa tươi thường 16-190T, ñộ nhiễm khuẩn, tỉ trọng,hàm lượng chất khô, hàm lượng protein, ñường sữa( lactoza), chất béo, khả năng lên men… Primary Production Department/Singapore 21 Làm sạch • Dùng máy lọc kiểu khung bản • Máy làm sạch sữa chuyên dụng bằng lực li tâm • ðể nâng cao hiệu quả làm sạch thường ñun nóng sữa khoảng 35-430C rồi mới qua thiết bị làm sạch Primary Production Department/Singapore 22 Làm lạnh • Dùng thiết bị trao ñổi nhiệt dạng tấm kiểu khung bản ñể làm lạnh sữa • ðây là thiết bị làm lạnh sữa nhanh và trong dòng kín gồm có 2 ngăn: làm lạnh bằng nước lạnh và nước muối • Quá trình xảy ra trong thiết bị rất nên ñẩm bảo vệ sinh tốt. Primary Production Department/Singapore 23 Bảo quản • Sau khi làm sạch và làm lạnh, sữa ñược bảo quản trong các xitec. Trong xitec có lớp cách nhiệt có cánh khuấy. • Thời gian bảo quản phụ thuộc nhiệt ñộ làm lạnh sữa và ñiều kiện bảo quản. Sữa ñược bảo quản 4-60C trước khi chế biến. • Thường xuyên kiểm tra nhiệt ñộ của sữa trong xitec và xử lý kịp thời Primary Production Department/Singapore 24 Tiêu chuẩn hóa • Là ñiều chỉnh sao cho thành phẩm có hàm lượng chất béo ñúng như tiêu chuẩn ñã ñịnh sẵn. • Có thể thêm cream nếu sữa có hàm lượng chất béo thấp hơn sữa thành phẩm. • Tiến hành tiêu chuẩn hóa bằng 2 phương pháp: bằng máy li tâm tiêu chuẩn hóa tự ñộng hoặc bằng phối trộn. Primary Production Department/Singapore 25 Gia nhiệt GIA NHIỆT • Sữa ñược gia nhiệt lên 400C sau khi qua li tâm làm sạch và li tâm tiêu chuẩn hóa. Hàm lượng chất béo của sữa chua yoghurt từ 0,5-3,0%. Hàm lượng chất khô không mỡ tối thiểu 8,2%. • Chất ổn ñịnh có thể là gelatin, pectin,agar-agar có tác dụng ngăn chặn quá trình tách nước ở sữa chua thành phẩm, tăng ñộ nhớt. • Sữa chua yoghurt không cần chất ổn ñịnh. • Sữa chua hoa quả cần có chất ổn ñịnh. • Sữa chua uống nhất thiết phải có chất ổn ñịnh (0,1- Primary Production Department/Singapore 26 Gia nhiệt • Khả năng ñông tụ sữa sẽ giảm khi lượng ion ñiện tích dương giảm (chủ yếu Ca 2+). Do ñó trong một số thời ñiểm trong năm thêm CaCl2 với lượng 0,02-0,04%. • Có thể thêm sacaroza hoặc glucoza trong trường hợp sản xuất sữa chua hoa quả. Primary Production Department/Singapore 27 ðồng hóa • Mục ñích: giảm kích thước các cầu mỡ, phân bố chúng ñồng ñều, tránh hiện tượng nổi lên của các cầu mỡ. • Ưu ñiểm: cải thiện trạng thái sữa chua: quện sữa mịn, ñồng nhất. • Dịch sữa ñược ñồng hóa 60-700C, 200 bar Primary Production Department/Singapore 28 Thanh trùng • Là biện pháp xử lý nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật, tăng khả năng hydrat hóa của casein ( khả năng giữ nước tốt, hạn chế sự tách nước, quện sữa mịn,chắc. • Thanh trùng ở 90-95oC trong 5 phút, sau ñó làm nguội ñến nhiệt ñộ lên men Primary Production Department/Singapore 29 Lên men • Chuẩn bị chủng vi sinh vật: Chủng VSV: Gồm Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus. Tỉ lệ cocci/bacilli thường là 1:1 hay 2:1. Có thể thay ñổi • Việc chuẩn bị chủng cần chính xác và vô trùng.Thời gian sử dụng chủng phải nghiêm ngặt. • Trong sản xuất thường sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic. Do ñó cần cấy chuyển tiếp vài lần ñể tăng hoạt tính của chủng, tiết kiệm lượng chế phẩm vi khuẩn và rút ngắn thời gian sản xuất. Trong ñó cấy lần 1 8-10h, lần 2 6-8h và lần 3 khoảng 3-4h Primary Production Department/Singapore 30 Lên men • Qui trình chuẩn bị men giống: Sữa tươi hoặc sữa bột hoàn nguyên Xử lý nhiệt, làm nguội ñến nhiệt ñộ lên men Cấy chủng Lên men Làm lạnh Bảo quản Sữa dùng làm môi trường phải có chất lượng cao và ñược thanh trùng ở nhiệt ñộ 90-950C trong 15-30 phút nhằm: tiêu diệt hoàn toàn VSV,các chất kìm hãm, biến tính protein, loại bỏ oxy hòa tan. Sau ñó làm nguội ñến nhiệt ñộ lên men Primary Production Department/Singapore 31 Lên men • Lên men: 2 yếu tố quan trọng: thời gian và nhiệt ñộ lên men. - Thời gian lên men: phụ thuộc nhiều yếu tố như loại vi khuẩn, lượng chủng …thời gian lên men có thể kéo dài từ 3-20h Primary Production Department/Singapore 32 Lên men • Lên men: - nhiệt ñộ lên men: ðiều quan trọng nhất là giữ cho nhiệt ñộ ñúng và ổn ñịnh. . khi chủng là hỗn hợp các loại vi khuẩn, nhiệt ñộ lên men thích hợp phụ thuộc tỉ lệ giữa các loại vi khuẩn ñó. Theo thực tế sản xuất, tỉ lệ tốt nhất của hỗn hợp 2 VK S. thermophilus và L. bulgaricus là cocci/bacilli là 1:1 hoặc 2:1,ứng với nhiệt ñộ lên men tối thích cho sữa chua là 42-430C Primary Production Department/Singapore 33 Làm lạnh ủ chín • Sau khi ñông tụ, sũa chua yoghurt ñược làm lạnh ngay và ủ chín ở 4-60C, thời gian ít nhất là 6h. • ñây là giai ñoạn rất quan trọng ñể tạo cho sản phẩm có mùi, vị, trạng thái cần thiết. • Sữa chua thành phẩm ñạt ñược khi kết thúc quá trình này. Primary Production Department/Singapore 34 Bảo quản • Sau khi kết thúc quá trình làm lạnh ủ chín, sữa chua yoghurt bảo quản ở 4-60C, ít nhất là trong 6h. • Primary Production Department/Singapore 35 Acknowledgments • Inspectors from Food Inspection Service ThankYou