Công nghệ sản xuất sữa và đồ uống

Phân lọai dựa vào quá trình ủ chín: Dựa vào quy trình công nghệ sản xuất phô mai có quá trình ủ chín hay không và dựa vào hệ VSV gây nên các biến đổi trong giai đọan ủ chín sản phẩm, ng

I Tổng quan về phô mai ……… 5

1 Phô mai ……… 5

2 Phân loại ……….5

3 Cấu trúc ……… 8

II Quá trình ủ chín trong sản xuất phô mai ……… 9

1 Những biến đổi của nguyên liệu ……… 9

2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chín ……… 10

III Ảnh hưởng của áp suất cao đến quá trình ủ chín phô mai ……….12

1 Thời gian chín ……… 12

2 Vi sinh vật ………12

3 pH ……….13

4 Chimosin và plasmin ……… 13

5 Sự thủy phân protein ……… 14

6 Màu sắc ……… 18

7 Hương và vị ……… 19

8 Độ nhớt ………19

IV Quy trình sản xuất phô mai có xử lý áp suất cao ………21

1 Sơ đồ khối ………21

2 Giải thích ……….22

3 Chất lượng sản phẩm ………24

4 Ưu và nhược điểm của quy trình sản xuất phô mai có xử lý áp suất cao so với các quy trình sản xuất khác……… 25

PHẦN MỘT: TỔNG QUAN VỀ PHÔ MAI

1 Giới thiệu về phô mai:

Phô mai ( tiếng Anh – cheese, tiếng Pháp – fromage ) là một sản phẩm rất giàu dinh dưỡng được chế biến từ sữa Theo phương pháp sản xuất truyền thống, người ta tiến hành đông tụ casein trong sữa, sau đó tiến hành tách khối đông thu được ( curd ) để chế biến tiếp thành phô mai

Hình 1: Một số loại phô mai

Hiện nay, trên thế giới có hành trăm loại phô mai Các sản phẩm phô mai khác nhau

về cấu trúc, mùi vị, màu sắc, các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh Quy trình công nghệ sản xuất phô mai cũng rât đa dạng

2 Phân loại:

2.1 Phân loại theo giá trị MFFB:

Hàm lượng nước trong phô mai thường được biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm giữa lượng nước và tổng khối lượng phô mai đã trừ béo, được ký hiệu là MFFB ( Moisture on Fat Free Basis ):

Bảng 1: Phân loại phô mai theo giá trị MFFB

Loại sản phẩm Giá trị MFFB (%) Loại sản phẩm Giá trị MFFB (%)

Phô mai rất cứng

Phô mai cứng Phô mai bán cứng

< 41

49 ÷ 56

54 ÷ 63

Phô mai bán mềm Phô mai mềm

61 ÷ 69

>67

Hình 2: Phô mai mềm Hình 3: Phô mai bán mềm

Hình 4: Phô mai cứng Hình 5: Phô mai bán cứng

2.2 Phân loại theo giá trị FDB:

Lượng chất béo trong phô mai thường được biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm giữa lượng chất béo và tổng khối lượng phô mai đã trừ béo, được ký hiệu là FDB (Fat on Dry Basis)

Bảng 2: Phân loại phô mai theo giá tri FDB

Phô mai có hàm lượng béo rất cao

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

Phô mai có hàm lượng béo thấp

Phô mai gầy

2.3 Phân lọai dựa vào quá trình ủ chín:

Dựa vào quy trình công nghệ sản xuất phô mai có quá trình ủ chín hay không và dựa vào

hệ VSV gây nên các biến đổi trong giai đọan ủ chín sản phẩm, người ta chia phô mai thành 2 nhóm chính:

Bảng 3: Phân loại phô mai theo quá trình ủ chín

Hệ VSV tham gia trong quá trình ủ chín:

- Vi khuẩn

- Vi khuẩn và nấm mốc Các giai đoạn trong giai đoạn ủ chín diễn ra chủ yếu:

- Trên bề mặt khối phô mai

- Trong bề sâu khố phô mai

Hình 6: Phô mai tươi Hình 7: White cheddar

Ngòai ra còn có một loại phô mai đặc biệt khác được gọi là phô mai nấu chảy, được sản xuất từ một số loại phô mai khác

3 Cấu trúc:

Tùy vào quy trình sản xuất mà mỗi loại phô mai sẽ có những cấu trúc đặc trưng riêng của nó, nhưng nhìn chung là ở ba dạng: mềm, bán mềm, cứng

PHẦN HAI: QUÁ TRÌNH Ủ CHÍN TRONG SẢN XUẤT PHÔ MAI

1 Những biến đổi của nguyên liệu:

1.1 Biến đổi sinh học:

Các VSV có trong khối đông bao gồm nhóm vi khuẩn, nấm men và nấm sợi tiếp tục thực hiện quá trình trao đổi chất trong suốt giai đọan ủ chín Tuy nhiên, tốc độ biến đổi sinh học này diễn ra khá chậm do nhiệt độ quá trình ủ chín khá thấp Đối với phô mai cứng chỉ sử dụng nhóm vi khuẩn lactic và nhóm vi khuẩn propionic Đối với phô mai mềm và bán mềm người ta sử dụng cả vi khuẩn lactic, nấm men và nấm sợi Nếu có cấy nấm sợi Penicillium trên bề mặt, các bào tử này sẽ phát triển thành các khuẩn ty thể trên bề mặt phô mai, làm xuất hiện các đốm xanh lấm tấm trên khắp bề mặt sản phẩm Nếu nấm sợi được cấy trong bề sâu khối phô mai, bào tử nấm sợi sẽ phát triển thành các khuẩn ty thể mọc theo chiều dọc các mao quản được hình thành do quá trình xâm khối đông, tạo các gân xanh đặc trưng cho sản phẩm

Hình 8: Phô mai xanh

Trong trường hợp không tuân thủ nghiêm ngặt các thông số công nghệ và điều kiện vệ sinh không đảm bảo, khối đông tụ có thể bị nhiếm những VSV lạ như nhóm vi khuẩn gây thối Sự trao đổi chất của chúng sẽ gây nên những biến đổi xấu, làm giảm giá trị dinh dưỡng

và giảm giá trị cảm quan của sản phẩm phô mai

1.2 Biến đổi hóa sinh và hóa học:

_ Đường lactose sẽ được tiếp tục chuyển hóa thành acid lactic và nhiều sản phẩm phụ khác Những biến đổi này do nhóm vi khuẩn lactic thực hiện

_ Protein bị thủy phân một phần do xúc tác của nhóm enzyme protease Các protease trong khối đông chủ yếu do nấm sợi và vi khuẩn lactic sinh tổng hợp nên Rennet họat động tạo ra sản phẩm polypeptide là cơ chất cho các protease VSV xúc tác

_ Sự phâm hủy một số acid amin tự do trong khối đông và tạo ra các sản phẩm như NH3,

CO2, H2S… gây mùi khó chịu cho phô mai thành phẩm

_ Thủy phân lipid do sự xúc tác của hệ enzyme, nấm sợi Enzyme lipase thủy phân triacylglycerid thành glycerol và các acid béo Một số acid béo có thể bị phân giải và tạo ra methylketon trong phô mai vân xanh

1.3 Biến đổi vật lý:

Có hiện tượng tỏa nhiệt do sự sinh trưởng của VSV Do đó, trong quá trình ủ chín ta cần làm thoáng khí phòng ủ để đuổi nhiệt, đuổi CO2và cung cấp oxy cho nấm sợi phát triển

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ chín phô mai:

Quá trình ủ chín phô mai phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, VSV, thời gian ủ, môi trường ủ, thành phần khối đông, cách tiến hành… Tùy từng loại mà có các sử dụng các yếu tố cho thích hợp

Nhiệt độ: tùy vào từng loại phô mai cần sản xuất mà sử dụng một khoảng nhiệt độ ủ nhất định Nhiệt độ không chính xác sẽ làm thay đổi quá trình ủ, cấu trúc sản phẩm, xảy ra các phản ứng không cần thiết cho sản phẩm, vô hoạt các enzyme và VSV hoặc làm nó phát triển

quá nhanh Ví dụ: với phô mai Camembert phải ủ ở nhiệt độ 12 ÷ 130C, phô mai Bleu des Causses 9 ÷ 110C, phô mai Cheddar 4 ÷ 80C

Độ ẩm không khí trong phòng ủ của mỗi loại phô mai cũng phải khác nhau Ví dụ: phô mai Camembert 95%, phô mai Bleu des Causses 90 ÷ 95%, phô mai Cheddar không lớn hơn 80%

Thời gian ủ ảnh hưởng đến độ cứng của sản phầm, các loại phô mai mềm và bán mềm thời gian ủ ngắn hơn, các loại phô mai cứng thời gian ủ dài hơn Ví dụ: phô mai Camembert trong trung bình 8÷9 ngày, phô mai Bleu des Causses 20 ÷ 25 ngày, phô mai Cheddar 4÷10 tháng Đồng thời, để cho hệ VSV, enzyme có thời gian xúc tác các biến đổi hóa học, vật lý trong quá trình ủ đến một giai đoạn cần thiết để tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm

Môi trường ủ: luôn luôn thoáng khí để đuổi nhiệt cho nhiệt độ quá trình ủ ổn định, đuổi CO2, cung cấp oxy cho nấm sợi, nấm mốc phát triển và vô trùng để ngăn ngừa sự nhiễm VSV có hại cho quá trình ủ và sản phẩm

Thành phần nguyên liệu cũng phải thích hợp, hệ VSV sử dụng đúng với từng loại phô mai Ngoài ra, các tiến hành cũng ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình ủ Tùy loại, tùy nơi ủ mà để yên trong quá trình ủ hay phải lật ngược khối đông để đảm bảo độ đồng nhất cao về cấu trúc

và mùi vị

PHẦN BA: ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT CAO ĐẾN QUÁ TRÌNH Ủ CHÍN CỦA PHÔ MAI

Sự chín của phô mai Cheddar bao gồm những thay đổi vi sinh và sinh học Enzim thủy phân protein, đường, chất béo có thể đóng nhiều vai trò Sự xuất hiện của các peptit và amino axit, kết quả của việc thủy phân casein, là rất cần thiết cho việc đạt được hương vị và cấu trúc đặc trưng của phô mai Cheddar Nguồn cung cấp enzim thủy phân protein trong phô mai Cheddar xuất phát từ những enzim có trong sữa, chất đông tụ, những vi sinh vật có thể lên men

và không lên men Chimosin chịu trách nhiệm ban đầu trong suốt quá trình chín Plasmin, một enzim sữa tự nhiên, cũng tham gia vào quá trình này Những enzim này sản sinh ra những peptit

có kích thước lớn và trung bình Canh trường lên men, vi khuẩn Lactococcus lastic, có những

enzim ngoại bào thủy phân protein, và một hệ thống các enzim peptidase nội bào đặc trưng CEP thủy phân những peptit có phân tử lượng trung bình thành những peptit có phân tử lượng thấp, cái mà về sau bị phân ra thành các amino axit tự do bởi các enzim peptidase nội bào sau khi xâm nhập vào tế bào hoặc phân giải tế bào Sự thủy phân peptit sẽ không xảy ra nhanh chóng cho đến khi bắt đầu có sự phân hủy vi khuẩn, kết quả của sự giải phóng các enzim peptidase nội bào

1 Thời gian:

Phô mai được xử lý HP sau 1 ngày không có sự ảnh hưởng đáng kể về thành phần chung so với phô mai được xử lý HP sau 14 ngày Phần trăm độ ẩm, chất béo, protein tương ứng là 37.31%, 29.06%, 26.83%, đối với phô mai thường, và 37,75%, 28.78%, và 26.78% đối với phô mai qua

xử lý HP Nhưng thời gian chín của phô mai được rút ngắn đáng kể, chẳng hạn như phô mai cheddar, nếu bình thường thời gian ủ chín là khoảng 6 tháng, khi ta ủ chín chỉ với áp suất khoảng

50 Mpa ở 25oC thì thời gian chín còn khoảng 3 ngày

2 Vi sinh vật:

Số lượng cơ chất chính trong cả hai trường hợp đều tăng đáng kể trong suốt giai đoạn ủ chín180 ngày Xu hướng này phù hợp đối với phô mai Cheddar (Morgan, O’Sullivan, Ross & Hill, 2002; O’Connor và cộng sự, 2002; Hannon và cộng sự, 2003), được đặc trưng bởi một số yếu tố sau:

sự tiêu hao nguồn năng lượng cho các phản ứng bậc 1(lactose), tự phân, sự ức chế bởi muối (Farkye, 2000; Beresford, Fitzsimons, Brennan, & Cogan, 2001) Trái ngược với nồng độ cơ chất, tổng số vi khuẩn lactic không có sẵn trong sữa tăng một cách đáng kể trong cả hai trường hợp trong thời gian ủ chín 180 ngày

Phương thức tác động của HP gây nên sự vô hoạt các VSV không được giải thích một cách đầy

đủ nhưng nó được xem là sự kết hợp của nhiều yếu tố, chứ không phải bị chi phối bởi một yếu tố riêng lẻ (O’Reilly, O’Connor, Kelly, Beresford & Murphy, 2000; Linton, McClements & Patterson, 2001), những yếu tố này bao gồm sự gia tăng độ thẩm thấu của màng tế bào và sự ức chế các enzim cần thiết cung cấp cho quá trình tái sinh sản và tồn tại của tế bào vi khuẩn Ngoài

ra, đối với phô mai, giai đoạn ủ chín có sự xử lý HP có thể ảnh hưởng ở những mức độ khác nhau đối với VSV Tế bào vi khuẩn ở pha sinh trưởng nhạy cảm với sự xử lý HP hơn những tế bào ở pha cân bằng Xử lý HP có thể được sử dụng như sự điều khiển sự phát triển của vi khuẩn trong phô mai

Tuy nhiên, khi các nhà khoa học tìm hiểu rõ hơn về những hình thái khác nhau của vi sinh vật và

cơ chế chuyển hóa giữa các hình thái, họ nhận thấy rằng sự xuất hiện của các bào tử chịu nhiệt ở trạng thái tĩnh không phải là nguyên nhân chính gây hư hỏng Vấn đề quan trọng là khả năng chuyển hóa trở lại trạng thái tế bào sinh dưỡng ít bền hơn nhưng hoạt động nhiều hơn của chúng

3 pH

pH của phô mai chịu ảnh hưởng đáng kể bởi thời gian ủ chín, và giảm đối với những phô mai ủ trên 42 ngày, và tiếp tục thay đổi cho tới ngày thứ 90, và sau đó nó sẽ tăng lên cho đến khi kết thúc quá trình ủ chín Nghiên cứu tương tự cho phô mai Cheddar được báo cáo bởi Fenelon và Guinee (2000) pH của những phô mai được xử lý áp suất cao tăng đáng kể cho đến ngày thứ 42, thay đổi một ít trong khoảng ngày 42 tới ngày 90, và tiếp tục tăng cho đến ngày thứ 180

pH của phô mai chịu ảnh hưởng đáng kể bởi cách xử lý áp suất, và sự tương tác qua lại giữa thời gian ủ chín và cách xử lý áp suất Điều đó có nghĩa là giá trị pH ứng với phô mai qua xử lý áp suất cao hơn ít nhất là 0.05 giá trị pH ứng với phô mai thường tại mỗi ngày lấy mẫu Sự tăng pH

đối với phô mai Cheddar đã qua xử lý áp suất được báo cáo trước đó bởi Serrrano, Velazquez, Lopetcharat, Ramírez, & Torres, 2004) được đăc trưng bởi một số yếu tố sau:

1 Việc gia tăng sự phân ly của các nhóm ion (ví dụ như nhóm carboxyl) của protein, có thể nguyên nhân thay đổi nồng độ ion H+ tự do (Sheehan và cộng sự, 2005)

2 Sự vô hoạt các vi khuẩn trước khi sự acid hóa hoàn thành (Saldo và cộng sự, 2003; Serrano và cộng sự, 2004)

Thêm vào đó, khả năng sản xuất acid của vi khuẩn lactic bị ức chế bởi việc xử lý HP (≥200MPa), thậm chí khi không có sự mất khả năng tồn tại của tế bào một cách rõ ràng Những giá trị pH cao hơn trong những mẫu phô mai đã qua xử lý HP trong nghiên cứu này phù hợp với sự giảm tổng lượng vi khuẩn và tổng lactate

4 Hoạt động của chimosin và plasmin:

Hoạt động của chimosin (enzim ngoại bào proteinase), plasmin (enzim nội bào peptidase), enzim

từ vi khuẩn Lactococcus (enzim phân hủy đường) được quyết định sau 5 phút đặt vào áp suất cao

đến 800MPa Plasmin không bị ảnh hưởng bởi một cách xử lý áp suất nào Hoạt động của chimosin không bị ảnh hưởng đến áp suất 400MPa và bị giảm khi áp suất từ 500 - 800 MPa 5% hoạt động điều khiển của chimosin duy trì như cũ ở áp suất cao 800 MPa Hoạt động của enzim

proteinase ngoại bào từ vi khuẩn Lactococcus (CEP) và enzim nội bào peptinase được tiết ra

trong dịch chiết tế bào của tế bào chịu áp Áp suất 100 MPa sẽ làm tăng hoạt động của CEP, ngược lại ở 200 MPa thì không bị ảnh hưởng Ở 300 MPa, hoạt động của CEP bị giảm, và từ

400 - 800 MPa vô hoạt enzim Aminopeptidase N không bị ảnh hưởng ở áp suất từ 100 -200 MPa Tuy nhiên, áp suất ở 300 MPa làm giảm hoạt động của enzim một cách đáng kể, và từ 400

- 800 MPa thì vô hoạt enzim Hoạt động của aminopeptidase C sẽ tăng khi tăng áp suất đến 700 MPa Áp suất cao sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động aminopeptidase ở A bất kì mức nào Sự

thủy phân Lys-Ala-ρ-NA tăng gấp đôi khi áp suất đạt 300 MPa, và bị triệt tiêu khi áp suất từ

400-800 MPa Hoạt động của enzim thủy phân đường của tế bào chịu áp được ước lượng chung bởi việc xác định độ acid khi acid lactic được sản xuất bởi dịch chiết tế bào khi có mặt đường glucose Độ acid chuẩn sản sinh bởi mẫu ở áp suất 100 và 200 MPa tăng một cách chậm chạp so với sự điều khiển Ở 300-800 MPa, không có sản phẩm acid quan trọng nào được chú ý đến Cách xử lý áp suất trong phô mai có thể kéo theo việc thay đổi họat động enzim trong quá trình ủ

chín, và vi khuẩn L.lactis được cung cấp như để sản sinh chất mồi yếu với sự thay đổi biên dạng

của enzim

5 Sự thủy phân protein:

Ảnh hưởng của điều kiện xử lý áp suất cao đến sự phân giải protein trong quá trình ủ chín phô mai Cheddar được nghiên cứu bởi phép phân tích phản ứng bề mặt Bản phác họa không gian quay của các hợp chất chính bậc 2 (CCRD) được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất

và thời gian ủ chín tương ứng 70-400MPa và 3.5-81.5 giờ ở 250C Phép phân tích urea-PAGE chứng minh sự phá hủy s1-casein và sản phẩm kèm theo s1-I-casein, sẽ tăng thêm khi xử lý ở

áp suất 100MPa khoảng 10 giờ tại 250C Sự tích lũy s1-I-casein không tăng thêm khi áp suất lớn hơn 225MPa và từ 350-400MPa, sự tích lũy này giảm đi Mô hình tuyến tính chứng minh rằng

xử lý tại áp suất nhỏ hơn 150MPa cho kết quả tăng cao nhất trong tất cả các giá trị áp suất tại pH 4.6-SN/TN Khi thời gian điều áp tăng tại áp suất nhỏ hơn 150MPa, thì mức áp suất tạo pH-4.6SN/TN trong phô mai cũng tăng Tuy nhiên, nói chung, HP làm giảm các amino acid tự do Kính hiển vi quét tiêu điểm bằng tia laser chỉ ra rằng có sự khác nhau về cấu trúc giữa phô mai Cheddar được xử lý tại áp suất từ 350-400MPa và phô mai được trữ ở 250

C hoặc 80C Nói tóm lại, đối với phô mai Cheddar, ứng dụng áp suất thấp tương đối làm tăng mức độ thủy phân bậc 1 protein Tuy nhiên, nhiệt độ của sự điều nén là một yếu tố quyết định quan trọng đối với sự ảnh hưởng tổng thể của HP tới sự thủy phân protein trong phô mai Cheddar

Bảng phân tích điện di đồ urê của các mẫu phô mai dựa trên phương pháp xử lý áp suất đã chỉ ra rằng việc áp dụng những ngưỡng áp suất thấp (50-100MPa) làm tăng sự thoái biến của s1-CN

và sự tích lũy s1-I-CN Mức tăng cao nhất trong sự hình thành s1-I-CN thể hiện rõ nhất khi áp suất lớn hơn 100MPa trong 70 giờ Tuy nhiên, tỷ lệ của sự ảnh hưởng này xuất hiện một cách tương đối với những áp suất khác nhau ở cùng một nhiệt độ, ví dụ như quan sát bằng cách so sánh ảnh hưởng khác nhau của các mức áp suất lên mẫu phô mai được trữ ở 250C hoặc 80C

Ở áp suất cao hơn việc tăng sự phá hủy của s1-CN không rõ ràng: tại 225MPa sự ảnh hưởng bởi

áp suất đến s1-I-CN là không đáng kể, và tại 350 – 400MPa, có sự giảm việc tích lũy s1-I-CN,

có liên quan đến các mẫu trữ ở 250

C Không có sự tích lũy đáng kể nào của β-CN hoặc sự thoái biến của γ-CN được quan sát thấy khi xử lý mẫu phô mai bằng áp suất