Báo cáo công nghệ sau thu hoạch sữa 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HOÁ HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÁO CÁO Môn học : CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH Đề tài : CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH SỮA GVHD: Trần Thị Thanh Trà Khoa: Kĩ thuật hóa học Lớp: HC12TP1 Nhóm sinh viên thực hiện: Họ và tên MSSV TP.Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2013 2 Mục lục I. Giới thiệu chung về sản phẩm..........................................................................................................................3 1. Tính chất hoá học............................................................................................................................................3 2. Tính chất hoá lý ..........................................................................................................................................4 3. Tính chất hoá sinh ......................................................................................................................................4 a) Hệ enzyme của sữa ................................................................................................................................4 b) Hệ vi sinh vật trong sữa ........................................................................................................................5 II. Cơ chế gây hư hỏng sữa ................................................................................................................................6  Do vi khuẩn ................................................................................................................................................6  Hiện tượng Oxi hoáÔi chất béo ...............................................................................................................7 A) Phản ứng autoxidation .......................................................................................................................7 B) Phản ứng oxy hoá thứ cấp : ...............................................................................................................8 III. Quy trình công nghệ sau thu hoạch sữa (nông trường → nhà máy)................................................................ 8  Vệ sinh – khử trùng và vắt sữa .................................................................................................................9  Gia nhiệt (thanh trùng 1 phần để bảo quản) ...........................................................................................9  Làm lạnh sữa ..............................................................................................................................................9  Các phương pháp kiểm soát vi sinh vật khác ....................................................................................... 11 a) Hệ antimicrobial.................................................................................................................................. 11 b) Lọc ........................................................................................................................................................ 12  Bảo quản sữa và vận chuyển ................................................................................................................... 12  Kiểm tra chất lượng sữa nguyên liệu tại nhà máy ..................................................................................12 Câu hỏi seminar ...................................................................................................................................................14 Tài liệu tham khảo ..............................................................................................................................................18

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KĨ THUẬT HOÁ HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

 -* 

BÁO CÁO Môn học : CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

Đề tài : CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH SỮA

GVHD: Trần Thị Thanh Trà

Khoa: Kĩ thuật hóa học

Lớp: HC12TP1

Nhóm sinh viên thực hiện:

TP.Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2013

2

Mục lục

I Giới thiệu chung về sản phẩm 3

1 Tính chất hoá học 3

2 Tính chất hoá lý 4

3 Tính chất hoá sinh 4

a) Hệ enzyme của sữa 4

b) Hệ vi sinh vật trong sữa 5

II Cơ chế gây hư hỏng sữa 6

 Do vi khuẩn 6

 Hiện tượng Oxi hoá/Ôi chất béo 7

A) Phản ứng autoxidation 7

B) Phản ứng oxy hoá thứ cấp : 8

III Quy trình công nghệ sau thu hoạch sữa (nông trường → nhà máy) 8

 Vệ sinh – khử trùng và vắt sữa 9

 Gia nhiệt (thanh trùng 1 phần để bảo quản) 9

 Làm lạnh sữa 9

 Các phương pháp kiểm soát vi sinh vật khác 11

a) Hệ antimicrobial 11

b) Lọc 12

 Bảo quản sữa và vận chuyển 12

 Kiểm tra chất lượng sữa nguyên liệu tại nhà máy 12

Câu hỏi seminar 14

Tài liệu tham khảo 18

I Giới thiệu chung về sản phẩm

Sữa là dịch dinh dưỡng màu trắng đục tới hơi ngà, do động vật có vú cái tiết ra để nuôi con non Các động vật được khai thác lấy sữa phổ biến hiện nay là bò, dê, cừu

Trong bài báo cáo sau, loại sữa được chọn là sữa bò

1 Tính chất hoá học

Thành phần hoá học của sữa bò được thể hiện trong bảng dưới :

Thành phần Tỉ lệ (trung bình)

Bảng 1.1 : thành phần hoá học (trung bình) của sữa bò thô

Trong đó:

 98% tổng chất béo trong sữa là triglyceride

Bảng 1.2 : thành phần của chất béo trong sữa

 Protein chia thành casein và whey protein (serum protein) Casein gồm : αs1-, αs2-, β- và κ- casein; whey protein gồm : β-lactoglobulin, α-lactalbumin, serum albumin, lactotransferrin, immunoglobulin, và β2-microglobulin

 Lactose là thành phần carbohydrate chủ yếu trong sữa

4

2 Tính chất hoá lý

Thành phần và trạng thái hoá lý các thành phần trong sữa được thể hiện trong bảng sau :

Thành phần Tỉ lệ

(trung bình)

Trạng thái hoá lý trong sữa Nhũ tương

(béo trong nước) Huyền phù Chất tan

Kích thước các hạt trong hệ nhũ tương/huyền phù trong sữa :

Kích thước hạt (trung bình)

Chất béo có mặt trong sữa dưới dạng các giọt triglyceride trong màng MFGM (milk fat globule membrane – thành phần chính là phospholipid)

Mỗi casein micelle gồm khoảng 10 phân tử casein, ở tâm là α-casein và β-casein kỵ nước, ngoài biên là κ-casein có đầu ưa nước quay vào tâm

Độ pH trung bình của sữa thô khoảng 6,3 – 6,5 nên dễ bị vi sinh vật tấn công

3 Tính chất hoá sinh

a) Hệ enzyme của sữa

Enzyme trong sữa có 2 loại :

 Sẵn có : còn gọi là enzyme nội tại

 Do vi khuẩn (nhiễm vào sữa) tổng hợp : còn gọi là enzyme vi khuẩn, rất đa dạng về loại và lượng

Có 4 loại enzyme quan trọng nhất : peroxidase, catalase, phosphatase và lipase

Enzyme Vai trò

Peroxidase

Peroxidase vận chuyển oxy từ hydrogen peroxide (H2O2) để oxy hóa các hợp chất khác

Khi sữa được gia nhiệt đến 80 °C, chỉ trong vài giây, enzyme này sẽ bị bất hoạt

Do đó, để kiểm tra sữa thanh trùng có được gia nhiệt đến nhiệt độ >= 80 °C hay chưa, người ta thường thử xem enzyme này còn hoạt động trong mẫu sữa thanh trùng hay không Phép thử này gọi là Storch’s peroxidase test

Catalase

Catalase cắt phân tử H2O2 thành phân tử nước và oxy tự do Bằng cách xác định lượng oxy trong sữa, ta xác định hàm lượng catalase và đánh giá xem cá thể bò cho sữa có bệnh vú hay không Sữa từ cá thể bệnh có lượng catalase cao, còn trong sữa của cá thể khỏe mạnh lượng catalase không đáng kể, vì nhiều loại vi khuẩn tổng hợp catalase

Catalase bị bất hoạt ở 75°C trong 60 giây

Phosphatase

Phosphatase tách một số ester của phosphoric-acid thành acid và cồn tương ứng Phosphatase bị bất hoạt khi thanh trùng (72°C for 15 – 20 seconds), nên phép thử phosphatase để kiểm tra xem thanh trùng đạt chuẩn hay không

Lipase

Lipase cắt chất béo thành glycerol và axit béo, gây mùi ôi cho sữa

Lipase bị vô hoạt trong quá trình thanh trùng, nhưng cần nhiệt độ cao hơn để vô hoạt hoàn toàn Bên cạn đó, các vi sinh vật đều tiết ra lipase, nên lipase được xem như 1 enzyme bền nhiệt

b) Hệ vi sinh vật trong sữa

Sữa do bò tiết ra vốn không chứa vi sinh vật, hệ vi sinh vật trong sữa là do nhiễm từ bên ngoài Các nguồn nhiễm vi sinh vật vào sữa chủ yếu là vú bò, môi trường vắt sữa và dụng cụ vắt và chứa sữa Mẫu sữa lấy từ bò khoẻ mạnh và được xem là sạch thường có SPC<1000 (SPC – Standard Plate Count: phép kiểm tra mật độ vi sinh vật đối với sữa SPC cho biết số lượng vi sinh vật hiếu khí trong mẫu.)

Sữa lấy từ bò bị viêm vú thường nhiễm Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Streptococcus agalactiae – những vi sinh vật đồng thời cũng gây bệnh cho người

Nguồn nhiễm vi khuẩn ưa lạnh thường là vật liệu lót chuồng, nước chưa qua xử lý, đất, thực vật, Nguồn nhiễm coliform là đất, nguồn nhiễm vi sinh vật sinh bào tử là vật liệu lót chuồng

Trong ngành công nghiệp sữa, có 2 phương pháp chính để bảo quản sữa thô là bổ sung chất bảo quản/hỗ trợ bảo quản và bảo quản lạnh, trong đó bảo quản lạnh được ưa chuộng hơn vì không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và sức khoẻ người tiêu dùng Tuy nhiên, vi khuẩn chịu lạnh vẫn phát triển ở nhiệt độ thấp và làm hư hỏng sữa được bảo quản lạnh Vì vậy vi khuẩn chịu lạnh luôn là vấn đề được quan tâm trong ngành công nghiệp sữa

Nhìn chung, người ta chia các khuẩn nhiễm vào sữa thành 2 nhóm : vi khuẩn gây bệnh và vi khuẩn gây hỏng sữa Trong đó, vi khuẩn gây hỏng sữa gây ảnh hưởng bất lợi cho việc bảo quản sữa hơn là vi khuẩn gây bệnh

Vi khuẩn gây hư hỏng

- Vi khuẩn chịu lạnh gram âm : Pseudomonas, Achromobacter, Serratia, Alcaligenes, Chromobacterium, và Flavobacterium

- Vi khuẩn chịu lạnh gram dương :

 Vi khuẩn gram dương tạo bào tử : Bacillus (nhiễm vào sữa nhiều nhất khoảng cuối hè đầu thu); Clostridium nhiễm vào sữa vào mùa đông nhiều hơn mùa hè, khi bò chủ yếu ở trong chuồng và nằm trên vật liệu lót chuồng nhiễm clostridium

 Vi khuẩn tổng hợp lactic acid tổng hợp và lên men axit lactic từ lactose, làm hỏng sữa; chịu nhiệt tốt, có thể sống sót sau thanh trùng

- Vi khuẩn sinh bào tử chịu nhiệt (có thể sống sót sau thanh trùng): G stearothermophilus, B.subtilis, B.megaterium, B sporothermodurans và Paenibacillus lactis

Vi khuẩn gây bệnh

Vi sinh vật gây bệnh được chia thành 2 loại : nhiễm từ trâu bò và nhiễm từ môi trường bên ngoài

- Mầm bệnh nhiễm từ bò, gây viêm vú bò : S aureus, Streptococcus agalactiae, Str dysgalactiae, Str uberis, Listeria spp and E coli (Hillerton & Berry, 2005)

- Mầm bệnh nhiễm từ môi trường : Salmonella, Campylobacter, Coliform

***Ngoài ra sữa còn có thể nhiễm một số loại nấm men, nấm mốc không đáng kể

6

II Cơ chế gây hư hỏng sữa

Do vi khuẩn

Sau khi vắt, hiệu quả của việc bảo quản sữa phụ thuộc vào mức độ vệ sinh của dụng cụ, môi trường,… Những biến đổi không mong muốn của sữa trong quá trình bảo quản là do hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn trong quá trình sinh trưởng hoặc do các phản ứng hoá học được enzyme xúc tác (vi khuẩn dù đã bị tiêu diệt nhưng enzyme chúng tổng hợp vẫn còn hoạt động do khá bền nhiệt)

Vi khuẩn gây hỏng sữa phân giải sữa bằng các enzyme chúng sinh ra Các hiện tượng thường gặp là :

 lactose bị lên men thành lactic acid khiến sản phẩm bị chua

 lipid bị thuỷ phân bởi lipase – cả lipase sữa sẵn có và lipase vi khuẩn tổng hợp – và hậu quả là làm ôi thiu sản phẩm

 proteinase phân giải protein sữa, ảnh hưởng xấu tính chất hoá lý và cảm quan sữa, gây vị đắng (vị của peptide)

 phospholipase tấn công màng MFGM bao quanh hạt cầu béo sữa, làm mất ổn định hệ nhũ tương

Về cảm quan, sự hư hỏng của sữa biểu hiện qua sự thay đổi của hương vị, ví dụ như chua, thối, đắng, ôi, bẩn, mùi malt, mùi trái cây,… Bảng 2.1 tổng hợp các dạng hư hỏng của sữa và vi khuẩn gây

ra

Vi sinh vật lên men lactose bằng enxyme lactase hoặc (β-D-galactosidase) hoặc bằng thuỷ phân lactose đã phosphoryl hoá, bằng by β-D-phosphogalactoside galactohydrolase Vi sinh vật có thể tổng hợp lactase gồm : Escherichia coli, Streptococcus thermophilus, Lactococcus lactis, Lactobacillus

bulgaricus, Lactobacillus plantarum, and Bacillus subtilis Vi khuẩn lên men lactic chuyển hoá lactose thành axit lactic và các sản phẩm phụ làm chua sữa

Mùi malt trong sữa là do Streptococcus lactis phát triển và chuyển hoá amino axit trong sữa thành

aldehyde và alcohol Mùi trái cây trong sữa thường do vi khuẩn lactic và vi khuẩn chịu lạnh tổng hợp ester trong quá trình sinh trường

Các mùi vị như bẩn, đắng, thối, thường do sản phẩm chuyển hoá của vi khuẩn chịu lạnh

Mùi ôi là do enzyme lipase

Hiện tượng Oxi hoá/Ôi chất béo

Chất béo sữa bị hư hỏng do 3 dạng:

Dạng hư hỏng Nguyên nhân Sản phẩm Hệ quả

Thuỷ phân/Phân giải -

Axit béo mạch ngắn

và trung bình

Mùi ôi Anioxidant k ngăn được Oxi hoá Quá trình autoxidation

Enzyme lipooxygenase Aldehyde, ketone Ketone hoá Enzyme carboxyl hoá Quá trình β-oxidation Methyl ketone

Sản phẩm dễ nhận biết bằng cảm quan của phản ứng oxi hoá là các hợp chất hữu cơ 3C – 12C, như aldehyde, ketone, alcohol,… Thường thì các hợp chất chưa no dễ nhận biết bằng cảm quan hơn hợp chất no

Các phản ứng gây hư hỏng chất béo được thể hiện trong bảng sau

Hình : Cơ chế của sự hư hỏng chất béo

A) Phản ứng autoxidation

Phản ứng autoxidation là phản ứng dây chuyền của gốc tự do, bao gồm 3 giai đoạn : khởi đầu, dây chuyền, gián đoạn Trong quá trình autoxidation, các phân tử axit béo chưa no bị oxi hoá từ từ Phân tử càng chứa nhiều nối đôi càng dễ bị oxy trong không khí tấn công (kể cả các phân tử terpene); nếu ở nhiệt độ cao, thậm chí các axit béo no cũng bị oxi hoá

8

Giai đoạn bắt đầu : Trong quá trình oxi hoá axit béo chứa nhiều nối đôi, nhóm methylene liền

với 2 nối đôi (-CH=CH-CH2-CH=CH-), như trong axit linoleic và axit linolenic, dễ bị oxy tấn công nhất và sinh ra gốc tự do dưới dạng R–H → R* + H * Thông thường, các gốc oxi hoá sinh ra theo

phản ứng (5) hình trên

Giai đoạn dây chuyền : Gốc axit béo chưa no phản ứng với oxy phân tử, sinh ra gốc peroxy

(phản ứng (2), hình trên) Gốc peroxy tách 1 nguyên tử hydro từ 1 phân tử axit béo nhiều nối đôi, tạo thành 1 hydroperoxide và 1 gốc alkyl tự do (phản ứng (2) ) Phân tử hydroperoxide lại bị tách để tạo 1

gốc peroxy tự do hoặc 1 gốc alkoxy Quá trình trên được lặp lại liên tục kiểu dây chuyền, hệ quả là các axit béo chưa nhiều nối đôi ban đầu bị đồng phân hoá thành hợp chất chứa nối đôi liên hợp (phản ứng

(5))

Giai đoạn kết thúc/gián đoạn : Phản ứng dây chuyền kết thúc khi 2 gốc tự do kết hợp tạo sản

phẩm bền (phản ứng (6) )

Nguyên tố đồng, sắt, mangan hay ion chỉ cần xuất hiện dạng vết cũng có thể xúc tác phản ứng peroxy hoá (phản ứng (7)).Enzyme lipoxygenase xúc tác phản ứng oxi hoá axit linoleic và linolenic Cùng với enzyme lyase, lipoxygenase phân cắt phân tử hydroperoxide thành các hợp chất mạch ngắn

hơn

B) Phản ứng oxy hoá thứ cấp :

Hydroperoxide – một trong những sản phẩm sinh ra trong phản ứng dây chuyền – rất không bền nên dễ

tự phân cắt tạo thành các gốc tự do (phản ứng (4) ), các gốc tự do này lại tạo ra phản ứng oxi hoá dây chuyền Hydroperoxide của các axit béo nhiều nối đôi dễ phân cắt ở các nối đôi gần gốc hydroperoxide, tạo nên các sản phẩm mạch ngắn (3 – 12C) dễ bay hơi như aldehyde, ketone, alcohol,…

gây mùi ôi cho sản phẩm Trong điều kiện thiếu oxy sẽ tạo diperoxide

III Quy trình công nghệ sau thu hoạch sữa (nông trường → nhà máy)

VỆ SINH

GIA NHIỆT NHẸ

LÀM LẠNH

LÀM LẠNH

VẬN CHUYỂN ĐẾN NHÀ MÁY

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

NHẬP KHO VẮT SỮA

Sữa được bảo quản theo quy trình trên sẽ bảo quản được ít nhất 1 tuần từ lúc vắt

 Vệ sinh – khử trùng và vắt sữa

Dây chuyền sản xuất thực phẩm hợp vệ sinh là dây chuyền mà các dụng cụ, thiết bị được làm

vệ sinh triệt để và thường xuyên nhằm đạt tiêu chuẩn nhất định Vì việc làm vệ sinh và khử trùng các thiết bị tiếp xúc sữa là yêu cầu đầu tiên bắt buộc để sản xuất sữa đạt chỉ tiêu vi sinh, việc kiểm soát vi sinh vật bắt đầu ở nông trại Do đa số nông trại hiện nay sửa dụng thiết bị vắt sữa chứ không vắt tay, nên chỉ vệ sinh – khử trùng thiết bị tốt sẽ đồng thời hạn chế vi sinh vật nhiễm vào quá trình vắt

Vi khuẩn chịu lạnh thường nhiễm vào sữa do các thiết bị, dụng cụ không được vệ sinh tốt làm sữa bị lẫn cặn Vệ sinh thiết bị gồm làm sạch cặn trên bề mặt trực tiếp tiếp xúc, sau đó dùng hoá chất khử trùng “Cặn” trong công nghiệp sữa gồm khoáng, lipid, carbohydrate, protein, nước; có thể có cả đất bụi, chất bôi trơn, vi sinh vật, các hoá chất tẩy rửa và khử trùng Chất khử trùng dùng để giảm lượng vi sinh vật trên bề mặt tiếp xúc sữa vì có thể tiêu diệt nhiều loại vi sinh vật, trong công nghiệp thường dùng các hợp chất chlorine, iodophor, quaternary ammonium (QUATs); chất hoạt động bề mặt axid anionic, và axit peroxyacetic Hiệu quả sử dụng các chất khử trùng bị các hợp chất hữu cơ làm ảnh hưởng, vì vậy người ta làm sạch cặn rồi mới khử trùng

Nhiều dây chuyền sử dụng nước nóng để tiệt trùng Nước nóng 76°C–85°C tuần hoàn trong hệ thống ít nhất 5 phút, sau đó được làm nguội bằng cách dội lại bằng hoá chất khử trùng Khử trùng bằng nước nóng cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo giữ được nhiệt độ cần thiết trong suốt thời gian cần thiết để đạt hiệu quả tiệt trùng Khử trùng bằng nước nóng là phương pháp tiêu diệt vi sinh vật kết hợp nhiệt độ và hoá chất khử trùng nên đạt hiệu quả cao hơn so với chỉ sử dụng hoá chất khử trùng

Ngoài ra, việc vệ sinh còn bao gồm cả vệ sinh bò, nhất là vú bò trước khi vắt

 Gia nhiệt (thanh trùng 1 phần để bảo quản)

Trong công nghiệp sữa, do nhập kho nhiều nên không phải lúc nào cũng có thể sử dụng hết sữa

đã nhập trong 4 ngày tính từ khi sữa được vắt Do đó, phải có phương pháp để bảo quản sữa trong thời gian dài hơn 4 ngày

Từ lâu, các nhà sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa đã sử dụng phương pháp Gia nhiệt để ngăn

vi sinh vật chịu lạnh phát triển Gia nhiệt là phương pháp nhiệt ẩm áp dụng khi cần bảo quản sữa trong thời gian dài

Gia nhiệt được định nghĩa là phương pháp gia nhiệt ở nhiệt độ 57°C - 68°C, với mục đích là tiêu diệt các vi sinh vật có thể phát triển trong quá trình bảo quản sữa Nên thực hiện gia nhiệt sữa càng sớm càng tốt, và việc gia nhiệt phát huy hiệu quả nếu sữa sau gia nhiệt được bảo quản lạnh (4°C); vì tuy vi khuẩn chịu lạnh dễ dàng bị tiêu diệt bằng phương pháp gia nhiệt, nhưng các enzyme phân giải protein (proteolytic) do chúng tổng hợp lại khá bền nhiệt; các enzyme này tấn công κ-CN, làm mất tính

ổn định của hệ keo (casein micelle) dẫn đến hiện tượng đông tụ sữa

Kết hợp gia nhiệt với bảo quản lạnh tuy mang lại hiệu quả bảo quản cao hơn hẳn so với chỉ bảo quản lạnh, nhưng chi phí lại cao hơn

Gia nhiệt chỉ tiêu diệt các vi sinh vật chịu lạnh; ngoài ra không gây thay đổi đáng kể về cảm quan, thành phần sữa

 Làm lạnh sữa

10

Sữa vừa mới vắt có nhiệt độ khoảng 37°C, khoảng nhiệt thích hợp để nhiều loại vi sinh vật phát triển, nhất là vi sinh vật ưa ấm Mục đích của việc làm lạnh sữa là làm chậm sự phát triển của vi sinh vật trong sữa Sữa nên được làm lạnh càng sớm càng tốt sau khi vắt

Thời gian bảo quản sữa tối đa có quan hệ mật thiết với nhiệt độ bảo quản

Nếu chỉ áp dụng bảo quản sữa bằng cách làm lạnh thì sữa được làm lạnh từ khi đang được vắt,

từ 32.2°C xuống 10°C trong 1h đầu tiên, và từ 10°C xuống 4.4°C trong 1h tiếp theo Còn trong quy trình trên, ngay sau khi được gia nhiệt, sữa được hạ nhiệt độ xuống 4°C càng nhanh càng tốt

Trong thời gian trữ lạnh, sữa được khuấy thường xuyên để tránh hiện tượng tách béo

Việc trữ lạnh sữa ở nhà máy (sau nhập kho) cũng tương tự

Hình : Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển của vsv

Sự phát triển của vsv ở 4°C

Nhiệt độ là yếu tố quyết định chất lượng và thời gian bảo quản sữa Nhiệt độ thấp kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật trong sữa thô, nếu nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn dưới sẽ ngăn chặn hoặc trì hoãn sự sinh sản vi sinh vật