công nghệ chế biến sữa thanh trùng

công nghệ chế biến sữa thanh trùng

Lời nói đầu

Sữa là một thực phẩm giàu dinh dưỡng Trong sữa có chứa protein, lipid, glucid,các vitamin và khoáng chất,…Những hợp chất này rất cần thiết trong khẩu phần ănhằng ngày của con người Ngoài ra từ sữa người ta có thể sản xuất ra nhiều loạithực phẩm khác nhau

Cũng chính vì giá trị dinh dưỡng cao như vậy nên sữa tươi rất dễ bị các visinh vật xong nhiễm, chúng gây hư hỏng và làm thay đổi chất lượng sữa, tạo ra cácsản phẩm thứ cấp làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng

Từ thực tiễn đó, các nhà khoa học trong lĩnh vực thực phẩm đã cho ra đờinhiều phương pháp bảo quản và chế biến sữa, trong đó phổ biến nhất là phươngpháp thanh trùng ,không chỉ có ý nghĩa lớn trong bảo quản, giữ được các giá trị dinhdưỡng mà còn góp phần tăng giá trị cảm quan đáp ứng được yêu cầu thị hiếu củangười tiêu dùng

Và trong “ Công Nghệ Sản Xuất Sữa Thanh Trùng” sẽ cung cấp cho chúng tanhững kiến thức liên quan tới nguyên liệu, thiết bị, quy trình,… trong quá trìnhthanh trùng sữa

I GIỚI THIỆU CHUNG

Pasteur đã đưa ra phương pháp bảo quản ở nhiệt độ cao mà ngày nay đãmang tên ông Trong quá trình nghiên cứu sự biến tính của rượu vang và của bia từnhững năm 1866 – 1876, ông đã phát hiện ra sự đun nóng ở mức độ (không vượtquá 60°C) có thể ức chế được sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng các sảnphẩm này Nhưng chỉ đến năm 1880 phương pháp này mới được sử dụng vào côngnghiệp sữa Sau đó người ta chứng minh được rằng thanh trùng cũng làm biến đổicấu trúc của các vi sinh vật gây bệnh có mặt trong sữa Vì vậy thanh trùng khôngchỉ là một phương pháp bảo quản có tác dụng về mặt thương mại, mà còn là phươngpháp hợp vệ sinh đảm bảo sức khoẻ cho người tiêu dùng

Sữa thanh trùng (pasteurrised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từsữa tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất Hiện nay, các sản phẩm sữathanh trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín Sảnphẩm phải được bảo quản ở nhiệt độ thấp (5 7oC) Trong điều kiện không mở bao

bì, sữa thanh trùng có thể bảo quản trong thời gian tối đa từ 8 10 ngày

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại sữa thanh trùng và để phân loạingười ta 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 thường lượng lipid trong sữa dao động trongkhoảng 3,0 3,7% Hiện nay, để ổn định chất lượng sản phẩm, các nhà sản xuất

thường thực hiện quá trình chuẩn hóa (standardisation) – hiệu chỉnh hàm lượng

chất béo cho các sản phẩm sữa thanh trùng Tùy theo quy định của mỗi quốc gia mà

Công Ngh S n Xu t S a Thanh Trùng ệ Sản Xuất Sữa Thanh Trùng ản Xuất Sữa Thanh Trùng ất Sữa Thanh Trùng ữa Thanh Trùng Page 2

các cơ sở sản xuất sẽ chọn giá trị thích hợp để chuẩn hóa Ví dụ như ở Pháp, hàmlượng chất béo trong sữa thanh trùng không được nhỏ hơn 3,5%.

 Sữa gầy (wkimmilk): là sản phẩm được chế biến từ sữa tuơi đã tách bớt mộtphần 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 chí0,1%

Ngoài sữa tươi người ta còn sản xuất sữa thanh trùng từ sữa hoàn nguyên(reconstituted milk) hoặc sữa tái chế (recombined milk):

 Sữa hoàn nguyên là sản phẩm thu được khi ta hòa tan sữa bột nguyên creamhoặc sữa bột gầy vào nước Thành phần hóa học trong sữa thì tương tự như sữa bộtnguyên hoặc sữa gầy

 Sữa tái chế được thu nhận bằng cách hòa tan sữa bột gầy vào nước ở nhiệt độ

từ 49-50oC, sau đó bổ xung chất béo có nguồn gốc từ sữa (thường sử dụng “chấtbéo khan sữa” Anhydrows Milk Fat AMF), rồi tiến hành khuấy trộn hỗn hợp vàđồng hoá bằng cách sử dụng áp suất cao Sản phẩm này có thành phần hóa họctương tự như sữa nguyên ngoại trừ hàm lượng photpholipid trong màng bao xungquanh các hạt cầu béo bị giảm đi

Nhằm mục đích đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu đa dạng của ngườitiêu dùng, các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường sản phẩm sữa thanh trùng có bổsung thêm hương trái cây (hương dâu, cam, thơm,…), hương vanile,… Từ đó, ta cóthể gọi tên sản phẩm như tên hương liệu bổ sung như sữa dâu thanh trùng, sữa camthanh trùng…

II.1.1 Nguồn cung cấp sữa tươi.

Trong những năm gần đây, việc chăn nuôi bò lấy sữa ngày càng được mởrộng, sản xuất sữa tươi tăng đáng kể Ví dụ điển hình là lượng sữa tươi được thu

mua từ công ty sữa Việt Nam tăng từ 1 triệu lít năm 1991 lên 24 triệu lít năm 1997.Tuy nhiên, việc phát triển đàn bò sữa giống còn gặp một số khó khăn (do giốngnhập từ nước ngoài lại phải thích nghi với điều kiện khí hậu ở Việt Nam), do đólượng sữa tươi cung cấp vẫn chưa đủ cho nhu cầu sản xuất vì vậy việc nhập nguyênliệu từ nước ngoài để chế biến các sản phẩm sữa cho tiêu dùng vẫn đang tiếp diễn

và sẽ còn kéo dài trong những năm tới

II.1.2 Tính chất vật lý.

Sữa là một chất lỏng màu trắng đục, có độ nhớt lớn hơn hai lần so với nước,

có vị đường nhẹ và có mùi ít rõ nét Sữa có những tính chất sau:

Nước

Nước là thành phần lớn nhất và quan trọng nhất, chiếm tỉ lệ 9/10 của thànhphần sữa, còn lại là tổng các chất khô (chiếm 125 – 130g/lit sữa)

Gồm nước tự do (chiếm 96 – 97%) và nước liên kết (3 – 4%)

Công Ngh S n Xu t S a Thanh Trùng ệ Sản Xuất Sữa Thanh Trùng ản Xuất Sữa Thanh Trùng ất Sữa Thanh Trùng ữa Thanh Trùng Page 4

Protein của sữa cũng do các axit amin trùng ngưng với nhau tạo nên Vì thế,khi protein chịu tác dụng của enzyme proteinaza sẽ tạo thành đầu tiên là các peptid

và cuối cùng là các axit amin

Trong dung dịch có chứa hai kiểu protein khác nhau:

 Protein hòa tan: gồm albumin, imunoglobulin, lisozim, lactoferin,lactoperoxydase…

 Protein ở trạng thái keo không bền: gồm một phức hệ mixen hữu cơ của cáccaseinnat và canxi phosphat

Chất béo

Chất béo trong sữa chiếm khoảng từ 3 – 5,2% (khoảng trên dưới 40g trong 1lít sữa) trong đó gồm 2 loại:

 Chất béo đơn giản (glyxerit và sterit) có hàm lượng 35 – 45 g/l gồm acid béo

no và không no: axit oleic, acid palmitic, acid stearic

 Chất béo phức tạp trong sũa có chứa một ít P, N, S trong phân tử Tên gọichung là phosphoaminolipid, đại diện là lexitin và xephalin

Đặc tính lý – hoá của chất béo:

4,7%) và tồn tại dưới 2 dạng α -, β - lactoza Trong sữa, đường lactoza luôn ở trạngthái hoà tan Ngoài lactoza trong sữa còn có glucoza, galactoza, fructoza, maltoza.

 Nhóm tan trong chất béo: A, D, E

 Nhóm tan trong nước: B1, B2,B6, B12, PP,H, C

Các chất miễn dịch

Trong sữa có nhiều chất miễn dịch khác nhau, các chất miễn dịch này có tácdụng bảo vệ sữa khỏi bị hư hỏng Hàm lượng các chất miễn dịch không nhiềunhưng chúng đóng vai trò quan trọng đối với cơ thể

Chất miễn dịch rất dễ bị phá hủy ở nhiệt độ 65 – 700C Trong sữa có các chấtmiễn dịch như antioxin, opsonin, bacteriolyzin, precipitin, aglutimin, ngoài ra sữacòn chứa một lượng nhỏ bạch cầu

Công Ngh S n Xu t S a Thanh Trùng ệ Sản Xuất Sữa Thanh Trùng ản Xuất Sữa Thanh Trùng ất Sữa Thanh Trùng ữa Thanh Trùng Page 6

Sữa có chứa nhiều loại enzyme nhưng việc nghiên cứu chúng còn khó khănbởi lẽ việc chiết tách các enzym tự nhiên có trong sữa hoặc các enzyme có trong cácloại vi sinh vật có mặt trong chất lỏng không phải dễ dàng tuy biết rằng các enzyme

đó có lợi ích lớn trong công nghiệp Chúng ta nghiên cứu các loại enzym sữa theo

sự sắp xếp chung đại diện cho hai loại enzyme thuỷ phân và enzyme oxy hoá sinhhọc

 Các loại enzyme thuỷ phân: chúng thuỷ phân các chất khác nhau, trong sữacác enzyme đặc trưng thuộc loại này như: lipaza, phosphotaza kiềm, galactaza vàamylaza

 Các enzyme oxy hoá sinh học: loại enzyme này bao gồm tất cả các loạienzyme tham gia vào các quá trình oxy hoá sinh học Trong số các enzyme này cầnphải kể đến: reductaza, lactoperoxydaza và catalaza

Sắc tố trong sữa

Sữa và mỡ có màu là do sự có mặt của nhóm carotenoit mà đại diện làcarotin Hàm lượng carotin trong trong sữa mùa hè 0,3 – 0,6 mg/kg, mùa đông 0,05– 0,2 mg/kg

Trong sữa còn các sắc tố xanh là clorofin Màu xanh vàng của nước sữa là dolactoflavin

Màu trắng của sữa là do sự khuếch tán ánh sáng bởi các mixen protein

II.1.4 Hệ vi sinh vật trong sữa

Trong sữa có rất nhiều loại vi sinh vật từ những nguồn gốc khác nhau Trongchúng, một số có ý nghĩa tích cực, một số vô hại, một số gây hư hỏng sữa và cácsản phẩm sữa, một số gây bệnh cho người tiêu dùng

Vi khuẩn

 Nhóm vi khuẩn lactic: là vi khuẩn sữa chung nhất bao gồm Streptococus

lactic và S.cremoris đều là tác nhân của sự đông tụ tự nhiên Một vài chủng của loài

này sản sinh các chất kháng sinh

 Nhóm trực khuẩn đường ruột Coli-aerogenes

 Vi khuẩn butyric (Clostridium)

 Vi khuẩn propionic

 Vi khuẩn gây thối

 Các vi khuẩn hoại sinh khác trong sữa : đa số các vi khuẩn này cóhại cho việc bảo quản sữa

 Tụ cầu khuẩn Staphylococcus làm đông sữa rất nhanh.

 Tetracoccus phát triển kém trong sữa và không thể làm đông sữa được.

 Bacillus megatherium, Bacilluemycoides phát triển tốt trong sữa, hoà tan

các cục sữa

 Bacillus sporogenes phát triển trong sữa gây pepton hóa nhanh chóng

casein của sữa nhưng không làm đông sữa

Nấm men

Các loài nấm men trong sữa gồm có Saccharomyces, Mycoderma, Torula.

Trong số chúng có những loài có khả năng tạo bào tử, có những loài thì không;chúng lên men đường lactoza tạo acid cacbonic và rượu Một số nấm men thuộc

loài Mycoderma có khả năng tạo enzym phân hủy protein và lipid tạo nên trong các

sản phẩm sữa vị đắng khó chịu

Nấm mốc

Nấm mốc tiết ra enzym proteaza có khả năng phân giải protein và lipazaphân giải lipid nên thường gây vị đắng trong các sản phẩm sữa Nấm mốc thườngphát triển sau nấm men, vì thế người ta thường thấy chúng trong các sản phẩm sữa

bị hỏng nặng hay trên phomat mềm

Một số loài nấm mốc có trong sữa như Endomyces lactic, giống Mucor,

Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, Oidium Geotrichum, Oide và Monilia.

Công Ngh S n Xu t S a Thanh Trùng ệ Sản Xuất Sữa Thanh Trùng ản Xuất Sữa Thanh Trùng ất Sữa Thanh Trùng ữa Thanh Trùng Page 8

 Các vi sinh vật không bình thường trong sữa

Các vi khuẩn gây hư hỏng sữa chủ yếu thâm nhập vào sữa từ hệ vi sinh vật ởvú

Vi sinh vật gây bệnh : Các vi sinh vật chủ yếu từ động vật cho sữa truyềnsang người tiêu dùng Một số vi sinh vật gây bệnh từ người bệnh qua sữa sang

người tiêu dùng Đặc trưng Samonella typhi, Samonella paratyphi, Shigella

II.2 Sữa bột

Do nhu cầu sử dụng các sản phẩm sữa ngày càng cao mà năng lực sản xuấtsữa tươi không phải lúc nào cũng đáp ứng đầy đủ Vì vậy, sử dụng sữa bột nguyên,sữa bột gầy và dầu bơ để sản xuất là giải pháp tích cực

Sữa bột là sản phẩm được sản xuất từ sữa tươi bằng phương pháp sấy để tách gầnnhư toàn bộ nước (độ ẩm 4%), gồm sữa bột gầy và sữa bột béo

STT Các chỉ tiêu Các thông số Tiêu chuẩn

Mùi vị Mùi thơm tự nhiên, ngọt mát

3 Vi sinh vật VSV tổng số <26.000 khuẩn lạc/1g sữa bột

Coliform, E.coli Không cóSamonella,

4 Bảo quản Đóng trong bao bì kín, có khả năng chống thấm cao

II.3 Các nguyên liệu khác

trùng

III.2 Giải thích quy trình

Mục đích: Hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa

Cách tiến hành:

Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ bổ sung thêm creamvào Lượng chất béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động35-40% Phương pháp tính tỉ lệ phối trộn như sau:

Gọi M1 (kg) là khối lượng cream với hàm lượng chất béo A%; M2 (kg) làkhối lượng sữa với hàm lượng chất béo B% Để thu được M (kg) sữa với hàm lượngchất béo C% (A>C>B), ta có:

Đầu tiên, sữa giàu béo sẽ được bơm vào máy ly tâm hoạt động theo phươngpháp liên tục Có hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một dòng là sữa gầy vàmột phần là cream Hàm lượng chất béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộcvào chế độ hoạt động của máy ly tâm Tiếp theo, một phần cream sẽ được phối trộntrở lại với dòng sữa gầy để hàm lượng chất béo trong hỗn hợp đạt đúng giá trị yêucầu của sản phẩm sữa thanh trùng Phần cream dư sẽ đem đi xử lý tiếp theo để hoànthiện sản phẩm cream

Trong sản xuất sữa, sữa thường được gia nhiệt sơ bộ trước khi đưa vào máy

Hình Tetra Alfast Plus

Sữa gầy và cream đi ra từ Tetra Centri sẽ được chuẩn hóa đến hàm lượng béo

thích hợp dưới sự điều khiển của Tetra Alfast Plus.

 Thông số kĩ thuật

 Lưu lượng sữa thô: 5000-75000l/h

 Hàm lượng béo của sữa chuẩn hoá: ≥ 0.2 % F

 Nhiệt độ tiêu chuẩn của sữa nóng: 45-65oC

 Dữ liệu tiêu thụ

 Điện năng tiêu thụ: 0.5KW

 Áp suất không khí: 600kPa, 200Nl/phút

 Nguồn điện 200-400VAC, 50-60Hz

Mục đích:

Đuổi khí và các chất dễ bay hơi nhằm tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quátrình thanh trùng và cải thiện hương vị sản phẩm Quá trình này là bắt buộc khi sữachứa nhiều khí, đặc biệt khi hàm lượng các chất bay hơi trong sữa tăng cao (trườnghợp này xảy ra khi các nông trại sử dụng nhóm thực vật họ hành để làm thức ănnuôi bò)

Công Ngh S n Xu t S a Thanh Trùng ệ Sản Xuất Sữa Thanh Trùng ản Xuất Sữa Thanh Trùng ất Sữa Thanh Trùng ữa Thanh Trùng Page 14

Các chất khí dạng phân tán trong sữa có thể gây ra một số khó khăn sau đâytrong quá trình chế biến sữa:

 Giảm mức độ chính xác khi định lượng sữa bằng phương pháp thể tích

 Giảm hiệu quả hoạt động của các thiết bị truyền nhiệt

 Giảm hiệu suất phân riêng trong các thiết bị tách chất béo

 Giảm mức độ chính xác trong các dây chuyền tự động chuẩn hoá sữa (hiệuchỉnh hàm lượng chất béo trong sữa)…

Cách tiến hành:

Đầu tiên, sữa sẽ được nâng nhiệt độ trong thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vàothiết bị bài khí Người ta sẽ tạo ra một áp lực chân không thích hợp trong thiết bị bàikhí sao cho nhiệt độ sữa bị giảm đi khoảng 7-8°C Khi đó, các khí ở dạng phân tán,hoà tan và một phần hơi nước cùng các hợp chất dễ bay hơi khác thoát ra khỏi thiết

bị Toàn bộ hỗn hợp này sẽ dược đi vào bộ phận ngưng tụ được đặt trên đỉnh thiết bịbài khí Khi đó, nước và một số cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hútthải ra ngoài

Việc sử dụng kết hợp 2 yếu tố: nhiệt độ và áp lực chân không sẽ giúp choquá trình bài khí diễn ra nhanh và đạt hiệu quả cao hơn

Thiết bị

Thiết bị hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh nón được quay lên phía trên.Dưới nắp thiết bị là bộ phận ngưng tụ được nối với một bơm chân không Người tathiết kế đường ống vào và ra cho tác nhân lạnh trong bộ phận ngưng tụ xuyên quanắp thiết bị Cửa vào cho sữa với tiết diện khá rộng được bố trí trên thân thiết bị.Sữa được bơm vào theo phương tiếp thuyến với thiết bị hình trụ qua cửa vào Cáckhí phân tán và một phần hơi thoát ra khỏi sữa sẽ làm tăng tốc độ dòng chuyểnđộng của sữa theo các vòng xoáy đi xuống phía đáy thiết bị Sữa được thoát rangoài qua cửa ra

Các sản phẩm qua đồng hoá được cơ thể hấp thu dễ dàng

Cách tiến hành:

Quá trình đồng hoá có thể thực hiện trên toàn bộ thể tích sữa có thể thực hiệntrên toàn bộ thể tích sữa nguyên liệu (đồng hoá toàn phần hoặc chỉ thực hiện trênmột phần thể tích khối sữa (đồng hoá một phần)) Trường hợp này cho phép các nhàsản xuất tiết kiệm chi phí năng lượng, cũng như có thể sử dụng thiết bị đồng hoácông suất nhỏ cho một dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng với công suất lớn

Cách thực hiện quá trình đồng hoá một phần:

Sữa tươi với hàm lượng chất béo cao được đưa vào máy li tâm để tạo ra 2dòng sản phẩm: Cream (thường chứa 40% chất béo) và sữa gầy Phần thể tíchcream cần sử dụng để phối trộn trở lại với dòng sữa gầy sẽ được đưa tiếp vào thiết

bị đồng hoá Trên đường vào thiết bị, người ta sẽ bổ sung một lượng sữa gầy vàocream sao cho hàm lượng chất béo trong hỗn hợp khi vào máy đồng hoá không lớnhơn 10% Thực tế cho thấy quá trình đồng hoá chỉ đạt hiệu quả cao khi hàm lượngchất béo trong hỗn hợp không vượt quá ngưỡng trên Phần sữa giàu béo sau khiđồng hoá 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 hoá nằm trong khoảng 70°C, áp lực đồng hoá: 100-250 bar

55-Thiết bị

Công Ngh S n Xu t S a Thanh Trùng ệ Sản Xuất Sữa Thanh Trùng ản Xuất Sữa Thanh Trùng ất Sữa Thanh Trùng ữa Thanh Trùng Page 16