BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN ĐỒ UỐNG VÀ SỮA

Thành phần hóa học Thành phần chính: nước, lactose, protein và chất béo  Các chất với hàm lượng nhỏ: hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamine, hormone, các chất màu và khí  Dao động v

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN ĐỒ UỐNG VÀ SỮA

Phần 1: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÁC SẢN

PHẨM TỪ SỮA

Phần 2: công nghệ sản xuất rượu Bia nước giải khát

 Thực phẩm giàu dinh dưỡng

 Chứa glucocid, protein, lipit, một số khoáng chất và vitamin…

 Cần thiết trong khẩu phần ăn hằng ngày

 Sản xuất ra nhiều loại thực phẩm khác nhau

SỮA BÒ

Giới thiệu

 Sữa là chất lỏng sinh lý tiết ra từ tuyến vú của động vật

 Nguồn thức ăn nuơi sống động vật non

 Từ xưa: con người biết sử dụng sữa từ động vật nuơi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá

 Hiện nay, nguyên liệu sản xuất sữa chủ yếu là: sữa bị, dê và cừu

 Nước ta sữa bị là nguyên liệu chủ yếu

TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA SỮA

 Chất lỏng đục do chất béo, protein, chất khống trong sữa tạo nên

 Màu sắc sữa: phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-carotein trong chất béo của sữa

 Sữa bị: màu từ trắng đến vàng nhạt, mùi đặc trưng vị ngọt nhẹ

 Sữa gầy (skim milk): sữa đã tách béo, màu trong hơn và ngả màu xanh nhạt

 Độ chua: xác định bằng phương pháp chuẩn độ

 Các độ chua biểu diễn trên thế giới: độ Soxhlet Henkel (oSH), độ Thorner (oTh), độ Dornic (oD)

 oSH: số mol NaOH N/4 cần để chuẩn 100ml sữa Dùng ở Trung Âu

 oTh: số mol NaOH N/10 cần để chuẩn 100ml sữa và 200ml nước cất Dùng ở Thụy Điển, Nga, Ucraina

 oD: số ml NaOH N/9 cần để chuẩn 100ml sữa Dùng ở Pháp và Hà Lan

 Điểm đông đặc của sữa: từ -0.54:-0.59oC kiểm tra sữa có bị pha loãng với nước không

các Chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò

Thành phần hóa học

 Thành phần chính: nước, lactose, protein và chất béo

 Các chất với hàm lượng nhỏ: hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamine, hormone, các chất màu và khí

 Dao động và phụ thuộc vào các yếu tố như chủng động vật nuơi, tình trạng sinh lý của từng con vật, điều kiện chăn nuơi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn…)

Các hợp chất nitơ

Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bị (100%)

Protein (95%) Các hợp chất chứa nitơ

phi protein (5%)Acid amin tự doNucleotide

UreAcid uric

Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bị (100%)

Protein (95%) Các hợp chất chứa nitơ

phi protein (5%)Acid amin tự doNucleotide

UreAcid uric

Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bị (100%)

Phân đoạn protein trong

Phân đoạn protein trong

Phân đoạn protein trong

Phân đoạn protein trong

Caáu truùc casein

Enzym trong sữa

 Lactoperoxydase phát hiện lần đầu tiên bởi Arnold vào 1881

 Do tuyến vú tiết ra hay do VSV trong sữa tổng hợp nên là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hĩa học của sữa trong bảo quản, làm giảm chất lượng hay hư hỏng sữa

 Một số cĩ vai trị kháng khuẩn như: lactoperoxydase, lyzozyme

Chaát beùo

 Gồm lipid đơn giản và lipit phức tạp

 Thường có dạng hình cầu, trong 1ml sữa có khoảng 10-15 tỷ hạt cầu béo Do đó có thể xem sữa là hệ nhũ tương dầu trong nước

 Nếu không đồng hóa sữa tươi, trong thời gian bảo quản các hạt cầu béo có xu hướng kết hợp với nhau thành chùm nhờ protein kém bền nhiệt là euglobulin

 Tỷ trọng các hạt béo nhỏ hơn nước nên chúng sẽ nổi lên bề mặt sữa và tạo váng

 Khoảng: từ 8-10g/l

 Hàm lượng cao nhất: calci, phosphore và magie Một phần tham gia cấu trúc micelle, phần tồn tại dưới dạng muối hịa tan

 Chất điện di: kali, natrim clore…cùng với lactose cân bằng áp suất thẩm thấu trong bầu vú động vật

 Ngồi ra cịn Zn, Fe, I, Cu…Đơi khi cịn tìm thấy Pb, As ở dạng vết

Chất khoáng

 Vitamin tan trong nước: B1, B2, B3, B5, C…

 Vitamin tan trong chất béo: A, D, E…

 Hàm lượng vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định là do chúng được tổng hợp chủ yếu bởi các vi khuẩn trong ngăn thứ nhất

dạ dày của nhóm động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh

 Hàm lượng vitamin tan trong chất béo bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết

 Proteohormon

 Hormon peptide

 Hormon steride

Các hợp chất khác

 Chất khí: CO2, O2, và N2 chiếm 5-6% thể tích

 Chất kháng sinh: penicilin, chlorampheniol

 Chất tẩy rửa: nước javel, kiềm…

 Pesticide (thuốc trừ sâu): heptachlore, epoxyde…

Hệ vi sinh vật trong sữa

•Bầu vú động vật cho sữa

Cơ thể động vật, đặc biệt là khu vực cho

bầu vú và khu vực lân cận có rất nhiều loại

vi sinh Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hay tử bào

Trước khi vắt sữa cần phải vệ sinh bầu vú và khu vực lân cận trên cơ thể động vật

cho sữa để hạn chế một số lượng vi sinh

vật nhiễm vào sữa.

Người và thiết bị vắt sữa, chứa sữa

 Người vắt: sức khỏe tốt và không mắc bệnh truyền nhiễm.

 Thiết bị: vệ sinh cẩn thận và hệ thống dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng cụ chứa.

 Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa Cần vệ sinh chuồng trại nơi thường xuyên

Hệ vi sinh vật trong sữa

Thay đổi và phụ thuộc vào mức độ ô

nhiễm VSV trong vắt sữa.

Gồm procaryote và eucaryote:

 Procaryote: đại diện là vi khuẩn.

Các vi khuẩn thường gặp: vi khuẩn

lactic, Coliform, vi khuẩn sinh acid

butyric, sinh acid propionic và vi khuẩn gây thối.

 Eukaryote: đại diện là nấm men và nấm sợi

 Nấm men: thường gặp là

Sacachromyces cerevisiae,

Kluyveromyces marxianus…Nhiều loại thuộc loại kị khí tùy ý.

 Nấm sợi: Một số thường nhiễm vào

sữa: Penicillium camembertii,

P.roquefortii, P.casei…

Hầu hết nấm men và nấm sợi đều bị diệt trong quá trình thanh trùng sữa ở

75oC từ 10-15 giây

Vắt sữa, vận chuyển và bảo quản

trước khi chế biến

 Vắt sữa

 Thủ công: đơn giản nhưng tốn thời gian, nhân công, khó kiểm soát để đảm bảo sự ổn định chỉ tiêu vi sinh của sữa Thích hợp cho hộ gia đình nuôi bò sữa ở quy mô nhỏ.

 Sử dụng máy vắt sữa: thực hiện ở các trang trại nuôi bò quy mô lớn Đầu tư trang thiết bị vắt sữa tốn kém

Quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến

 Trong quá trình bảo quản diễn ra các biến đổi vật lý, hóa học, sinh học, hóa lý và hóa sinh

 Tốc độ biến đổi phụ thuộc vào thành phần hóa học và hệ VSV trong sữa sau vắt cũng như phụ thuộc các điều kiện bảo quản

Biến đổi sinh học

 Sự trao đổi chất của VSV là biến đổi sinh học quan trọng nhất

 Hệ VSV phân giải và sử dụng một số chất dinh dưỡng trong sữa giảm dần, đồng thời xuất hiện nhiều hợp chất mới do VSV

phân giải và chuyển hóa

 Tốc độ quá trình sinh trưởng và trao đổi

chất của hệ VSV có trong sữa phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng

Nhóm VSV Nhiệt độ sinh trưởng

L.AcidophilusNấm men

Nấm sợi

Ưa nóng 45 Streptococcus

thermophilusL.Lactis

L.Helveticus

Các quá trình cơ bản trong công nghệ chế biến sữa

 Các quá trình vật lý: ly tâm; đồng hóa; phân riêng bằng membrance; thanh

trùng và tiệt trùng

 Các quá trình hóa lý: bài khí; cô đặc bằng nhiệt; sấy phun; đông tụ casein

 Các quá trình sinh học: nhân giống vi sinh vật; lên men vi sinh vật

Quá trình ly tâm

Giới thiệu

 Ly tâm: quá trình phân riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau trong hỗn hợp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực ly tâm

Thiết bị ly tâm

 Thiết bị ly tâm tách chất béo ra khỏi sữa: tách sữa tươi thành hai dòng sản phẩm: cream (giàu chất béo) có khối lượng riêng nhỏ và sữa gầy (chứa ít chất béo) có khối lượng riêng lớn

 Thiết bị ly tâm tách vi sinh vật ra khỏi sữa: nhiệt độ tối ưu: 55-60oC, tách phần lớn tế bào sinh dưỡng lẫn bào tử của vi khuẩn chịu nhiệt như Clostridium

Thiết bị ly tâm dạng dĩa

1-thân thiết bị2-thùng quay

3-trục dẫn

4-dĩa quay

5-cửa vào cho nguyên liệu

6-cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng thấp

7-cửa ra cho sản phẩm tỷ trọng cao

Dĩa ly tâm

1- dĩa ly tâm

2- cửa ra cho cream

3- lỗ

4- cửa vào cho nguyên liệu

Sơ đồ chuyển động của dòng cream và sữa gầy

1-cream2-sữa gầy

3-dĩa ly tâm

Qúa trình đồng hóa

Mục đích

 Ổn định hệ nhũ tương

 Chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực

 Còn gọi là quá trình nhũ tương hóa

Các phương pháp đồng hóa

Phương pháp khuấy trộn:

 Đơn giản nhất

 Sử dụng cánh khuấy để đồng hóa hệ nhũ tương

 Các hạt của pha phân tán va đập vào cánh khuấy và bị giảm kích thước

 Hiệu quả thấp nên chỉ áp dụng nhằm chuẩn bị sơ bộ hệ nhũ tương trước khi chuyển qua giai đoạn đồng hóa bằng áp lực cao

Phương pháp sử dụng áp lực cao

 Các hạt của pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước khi bơm hệ nhũ tương đi qua khe hẹp với tốc độ cao

 Kích thước khe hẹp: 15-300µm

 Tốc độ dòng của hệ nhũ tương được đẩy đến khe hẹp: 50-200m/s

 Sử dụng rộng rãi

Cơ chế:

 Nguyên lý chảy rối: khi hệ nhũ tương được bơm với tốc độ cao đến khe hẹp, chiều dòng chảy rối với các vi lốc xoáy sẽ xuất hiện Tốc độ bơm càng lớn thì số dòng chảy rối càng nhiều và kích thước các vi lốc xoáy càng nhỏ Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm các hạt này bị vỡ ra

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

của quá trình đồng hóa

Sự khác biệt giữa các hạt béo sữa sau quá

trình đồng hóa

Phương pháp khác:

 Phương pháp nghiền keo: giảm kích thước hạt pha phân tán- Dòng chảy xoáy tâm

 Sóng siêu âm: hiện tượng xâm thực khí đóng vai trò quan trọng trong phá vỡ các hạt pha phân tán, tần số sóng từ 18-30kHz

 Sữa là một hệ nhũ tương dầu trong nước (oil in water – o/w): dầu là các hạt cầu chất béo ở dạng pha phân tán, nước là chất lỏng còn lại gồm một số thành phần chất hòa tan tan trong

nước.

 Các hạt cầu béo luôn có xu hướng kết hợp lại với nhau để tạo thành những hạt lớn hơn nhằm mục đích giảm diện tích tiếp xúc bề mặt giữa hai pha  hai pha tách hẳn nhau: dầu ở bên trên và nước ở bên dưới do tỷ trọng của dầu nhỏ hơn nước.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa

 Tỷ lệ phần trăm giữa thể tích pha phân tán và tổng thể tích hệ nhũ tương->Càng nhỏ càng dễ đồng hóa

 Nếu hàm lượng chất béo trong hệ nhũ tương dầu trong nước (O/W) không lớn hơn 12%, ta có thể sử dụng phương pháp đồng hóa áp lực cao để ổn định chúng

Nhiệt độ

 Nhiệt độ mẫu càng thấp đồng hóa càng kém hiệu quả do một số chất béo chuyển sang trạng thái rắn

 Thường từ 55-80oC

Áp suất

 Áp suất đồng hóa càng lớn, hiện tượng chảy rối và xâm thực khí càng dễ xuất hiện -> các hạt pha phân tán được tạo thành có kích thước nhỏ và hệ nhũ tương có độ bền cao

 Thường từ 100-250 bar

Chất nhũ hóa

 Chất nhũ có hai chức năng: làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha trong hệ nhũ tương và hình thành nên một màng bảo vệ bao bọc xung quanh các hạt của pha phân tán để chúng không thể kết hợp với nhau

 Khá đa dạng, phải lựa chọn chất nhũ hóa thích hợp cho từng loại sản phẩm

 Thường dùng: lecithin, glycerin ester, sorbitol ester

Quá trình thanh trùng và tiệt trùng

Giới thiệu

 Trong thực phẩm, hệ VSV tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử, thường chia thành hai nhóm:

 Nhóm có khả năng gây bệnh cho người và sinh tổng hợp độc tố gồm: Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Clostridium botulium, Salmonella, Campylobacter, Aspergillus parasiticus…

 Độc tố gồm nội độc tố và ngoại độc tố

 Nhóm VSV không có khả năng sinh độc tố: phổ biến nhất là vi khuẩn (vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic), nấm men, nấm sợi

 Sử dụng các phương pháp khác nhau nhằm tiêu diệt VSV gây bệnh và các VSV khác trong thực phẩm thông dụng nhất là dùng nhiệt độ cao để ức chế

 Gồm: Thanh trùng hoặc tiệt trùng sản phẩm trong bao bì

Thanh trùng hoặc tiệt trùng sản phẩm ngoài bao bì

 Theo lý thuyết: nhiệt độ xử lý càng cao, thời gian xử lý càng dài thì số VSV sống sót càng ít, tính an toàn thực phẩm cao nhưng làm giảm giá trị dinh dưỡng và cảm quan một số loại thực phẩm

 Thực phẩm thanh trùng giữ được giá trị chất lượng dinh dưỡng và cảm quan tương tự trước thanh trùng nhưng thời gian bảo quản ngắn

Tiệt trùng

 Tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh và vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong những thực phẩm

 Thực hiện ở nhiệt độ >100oC, đôi khi kếp hợp áp suất cao và thời gian xử lý nhiệt kéo dài

 Sản phẩm qua tiệt trùng gọi là vô trùng: giữ các chỉ tiêu chất lượng trong khoảng thời gian hơn 6 tháng ở những điều kiện bảo quản xác định

 Tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh và vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong những thực phẩm

 Thực hiện ở nhiệt độ >100oC, đôi khi kếp hợp áp suất cao và thời gian xử lý nhiệt kéo dài

 Sản phẩm qua tiệt trùng gọi là vô trùng: giữ các chỉ tiêu chất lượng trong khoảng thời gian hơn 6 tháng ở những điều kiện bảo quản xác định

 Tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh và vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong những thực phẩm

 Thực hiện ở nhiệt độ >100oC, đôi khi kếp hợp áp suất cao và thời gian xử lý nhiệt kéo dài

 Sản phẩm qua tiệt trùng gọi là vô trùng: giữ các chỉ tiêu chất lượng trong khoảng thời gian hơn 6 tháng ở những điều kiện bảo quản xác định

Một số chế độ xử lý nhiệt thông dụng

trong công nghệ chế biến sữa

Chế độ Nhiệt độ o C Thời gian Nguyên liệu

1 Xử lý nhiệt sơ bộ 63 – 65 15 giây Sữa tươi vừa thu mua vận

chuyển về nhà máy

2 Thanh trùng nhiệt độ

thấp, thời gian dài

(LTLT)

63 30 phút Sữa nguyên liệu trong quy trình

sản xuất sữa thanh trùng

3 Thanh trùng nhiệt độ cao

4 Thanh trùng nhiệt độ siêu

cao

125 – 138 2 – 4 giây Sữa nguyên liệu trong quy trình

sản xuất sữa thanh trùng

5 Tiệt trùng UHT 135 – 140 Vài giây

6 Tiệt trùng sữa trong chai

thủy tinh hoặc plastic

115 – 120 20 – 30 phút

Một số điểm khác nhau cơ bản của quá trình

thanh trùng hoặc tiệt trùng thực phẩm trong

bao bì và ngoài bao bì

Vấn đề Trong bao bì Ngoài bao bì kết hợp với

kỹ thuật gói bao vôtrùng

- Chi phí năng lượng

Có thể thay đổi

KhôngĐơn giản

Không cao

ThấpÍt

Ít thay đổi

CóPhức tạp

Cao

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thanh

trùng – tiệt trùng

 Hệ vi sinh vật trong thực phẩm: Nếu hàm lượng VSV

trong mẫu càng nhiều, để đạt được một mức độ vơ trùng cơng nghiệp theo quy định chế độ xử lý nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn

 Thành phần hĩa học của thực phẩm: Do pH ảnh

hưởng đến hoạt động của enzym nên giá trị pH đĩng vai trị kích thích hoặc kìm hãm sự sinh trưởng, thậm chí cĩ thể tiêu diệt một số VSV cĩ trong thực phẩm

 Tính chất vật lý của thực phẩm: Một số chỉ tiêu vật lý

khác như hàm lượng chất khơ, độ nhớt của thực phẩm cũng ảnh hưởng ít nhiều đến hệ số truyền nhiệt và hiệu quả của quá trình thanh trùng hoặc tiệt trùng.

Thiết bị thanh trùng và tiệt trùng

phương pháp thanh trùng và tiệt trùng sản

phẩm trong bao bì

 Thiết bị thanh trùng sữa gián đoạn bằng nước nĩng

 Sử dụng đầu tiên trong cơng nghệ chế biến sữa

 Cấu tạo đơn giản do nhiệt độ thanh trùng nhỏ hơn

100oC

 Thiết bị dạng hình trụ đứng hoặc hình hộp chữ nhật, cĩ các đường ống dẫn nước nĩng hay nước lạnh vào thiết bị để gia nhiệt và làm nguội

 Các chai sữa đặt vào két, dùng hệ thống rịng rọc

để nạp và tháo két vào ra thiết bị

 Thường dùng ở các hộ gia đình nơng thơn

 Thiết bị tiệt trùng sữa liên tục bằng hơi nước nóng

 Giá thành cao

 Chỉ sử dụng ở những nhà máy sữa có công suất lớn và nhiều vốn đầu tư

Phương pháp thanh trùng hoặc tiệt trùng sản phẩm ngoài bao bì

 Phương pháp gia nhiệt gián tiếp: 2 loại thiết

bị phổ biến:

 Trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng

Chất tải nhiệt

Sữa

 Trao đổi nhiệt dạng ống

Trao đổi nhiệt dạng

ống lồng

Trao đổi nhiệt dạng

ống chùm Kênh chứa chất tải nhiệt

Kênh chứa mẫu thực phẩm

 Phương pháp gia nhiệt trực tiếp: sử dụng hơi

để gia nhiệt trực tiếp bằng cách trộn hơi với mẫu thực phẩm cần thanh trùng hoặc tiệt trùng

Phaân rieâng baèng membrance

 Cho phép tách các cấu tử ra khỏi một hỗn hợp ở mức độ phân tử hoặc ion

 Áp suất là động lực duy nhất trong kỹ thuật phân riêng bằng membrace

 Đối tượng của quá trình là những dung dịch chứa các cấu tử hòa tan có phân tử lượng khác nhau

 Kết quả của quá trình phân riêng bằng membrance

 Đường kính các lỗ mao dẫn trên membrance rất nhỏ, từ 4µm đến 10µm

 Trong công nghiệp chế biến sữa, người ta

thường sử dụng membrance được làm từ

cellulose acetate, các polyamide, polysulfone, ceramic và một số loại polymer khác