Công nghệ lên men kem chua

MỤC LỤC 1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU .................................................................................. 4 1.1. Cream ......................................................................................................................... 4 1.1.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 4 1.1.2. Tính chất vật lý ................................................................................................... 4 1.1.3. Thành phần hóa học ............................................................................................ 4 1.1.4. Tiêu chí lựa chọn cream ..................................................................................... 6 1.2. Vi sinh vật sử dụng trong sản xuất kem chua ............................................................. 7 1.2.1. Đặc điểm chung của giống vi khuẩn lactic ......................................................... 8 1.2.1.1.Vi khuẩn Lactococcus ........................................................................................ 8 1.2.1.2.Vi khuẩn Leuconostoc ........................................................................................ 9 1.2.2. Tiêu chí chọn giống .......................................................................................... 10 1.3. Chất ổn định ............................................................................................................. 10 1.3.1. Guar gum .......................................................................................................... 10 1.3.2. Gelatin .............................................................................................................. 11 1.4. Natricitrate ................................................................................................................ 11 1.5. Sữa bột gầy ............................................................................................................... 12 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ............................................................................................ 11 2.1. Quy trình sản xuất .................................................................................................... 12 2.2. Giải thích quy trình ................................................................................................... 13 2.2.1. Chuẩn hóa ......................................................................................................... 13 2.2.2. Phối trộn ........................................................................................................... 13 2.2.3. Đồng hóa .......................................................................................................... 14 2.2.4. Thanh trùng ...................................................................................................... 16 2.2.6. Cấy giống .......................................................................................................... 17 2.2.7. Lên men ............................................................................................................ 17 2.2.8. Làm lạnh ........................................................................................................... 22 2.2.9. Bao gói .............................................................................................................. 22 2.2.10. Lưu trữ .............................................................................................................. 23 3. SẢN PHẨM ...................................................................................................................... 23 3.1. Mô tả sản phẩm .................................................................................................... 23 3.2. Chỉ tiêu chất lượng ............................................................................................... 24 3.2.1. Chỉ tiêu hóa lý .................................................................................................. 24 3.2.2. Chỉ tiêu cảm quan ............................................................................................. 24 3.2.3. Chỉ tiêu vi sinh .................................................................................................. 24 3.2.4. Sheftlife của sản phẩm .................................................................................... 24 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ............................................................................................. 25 4.1. Sự thay đổi hương vị trong kem chua ...................................................................... 25 4.2. Sự thay đổi cấu trúc trong kem chua ........................................................................ 26 4.3. Quy trình sản xuất kem chua lên men trong bao bì .................................................. 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 29

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 4

1.1 Cream 4

1.1.1 Giới thiệu 4

1.1.2 Tính chất vật lý 4

1.1.3 Thành phần hóa học 4

1.1.4 Tiêu chí lựa chọn cream 6

1.2 Vi sinh vật sử dụng trong sản xuất kem chua 7

1.2.1 Đặc điểm chung của giống vi khuẩn lactic 8

1.2.1.1.Vi khuẩn Lactococcus 8

1.2.1.2.Vi khuẩn Leuconostoc 9

1.2.2 Tiêu chí chọn giống 10

1.3 Chất ổn định 10

1.3.1 Guar gum 10

1.3.2 Gelatin 11

1.4 Natricitrate 11

1.5 Sữa bột gầy 12

2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 11

2.1 Quy trình sản xuất 12

2.2 Giải thích quy trình 13

2.2.1 Chuẩn hóa 13

2.2.2 Phối trộn 13

2.2.3 Đồng hóa 14

2.2.4 Thanh trùng 16

2.2.6 Cấy giống 17

2.2.7 Lên men 17

2.2.8 Làm lạnh 22

2.2.9 Bao gói 22

2.2.10 Lưu trữ 23

3 SẢN PHẨM 23

3.1 Mô tả sản phẩm 23

3.2 Chỉ tiêu chất lượng 24

3.2.1 Chỉ tiêu hóa lý 24

3.2.2 Chỉ tiêu cảm quan 24

3.2.3 Chỉ tiêu vi sinh 24

3.2.4 Sheft-life của sản phẩm 24

4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 25

4.1 Sự thay đổi hương vị trong kem chua 25

4.2 Sự thay đổi cấu trúc trong kem chua 26

4.3 Quy trình sản xuất kem chua lên men trong bao bì 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Cream 4

Hình 2 Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris 8

Hình 3 Hình thái vi khẩn Lactococcus 9

Hình 4 Cấu trúc guar gum 11

Hình 5 Cấu trúc gelatin 11

Hình 6 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất kem chua 13

Hình 7 Thiết bị phối trộn 14

Hình 8 Thiết bị đồng hóa áp lực cao 15

Hình 9 Hệ thống thanh trùng HTST Error! Bookmark not defined Hình 10 Thiết bị lên men 19

Hình 11 Cơ chế lên men của vi khuẩn lactic 20

Hình 12 Sinh tổng hợp chất tạo hương từ citrate 21

Hình 13 Sinh tổng hợp acetaldehyde từ một số vi khuẩn lactic 21

Hình 14 Thiết bị làm lạnh dạng ống lồng ống 22

Hình 15 Hệ thống rót và đóng nắp sản phẩm 22

Hình 16 Sản phẩm kem chua 24

Hình 17 Quy trình sản xuất kem chua lên men trong bao bì 24

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Thành phần hóa học của Light cream và một số loại cream khác 5

Bảng 2 Thành phần gần đúng của lipid trong cream 5

Bảng 3 Thành phần acid béo trong Light cream và một số loại cream khác 5

Bảng 4 Thành phần lactose trong sữa và các sản phẩm từ sữa 6

Bảng 5 Thành phần khoáng trong sữa và các sản phẩm từ sữa 6

Bảng 6 Sự khác nhau giữa Lc lactic subsp lactic va Lc lactic subsp cremoris 9

Bảng 7 Tiêu chuẩn chất lượng của kem chua 24

1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1 Cream

1.1.1 Giới thiệu

Nguyên liệu chính trong sản xuất kem chua là cream Các nhà máy sản xuất kem chua

có thể thu nhận cream từ nguyên liệu sữa tươi bằng phương pháp ly tâm hoặc thu mua cream

từ những nhà máy chế biến sữa khác Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cream và hàm lượng chất béo trong cream thường dao động trong khoảng 30 – 40% (nhỏ nhất là 12%)

Cream là phần nhẹ nhất trong sữa

Có những thành phần chính giống của sữa nhưng với hàm lượng khác so với sữa Hàm lượng béo trong cream cao hơn sữa nhưng hàm lượng nước và chất khô không béo (chủ yếu là protein và đường lactose) thì ít hơn

Trong quy trình này chọn Light cream (lipid tổng 19,3% chất khô) làm nguyên liệu chính

Hình 1 Cream

1.1.2 Tính chất vật lý

Cream là một hệ nhũ tương dầu - nước Các giọt cầu béo phân tán trong môi trường vừa có protein, đường lactose, khoáng, vitamin

Phần lớn, các hạt cầu béo có đường kính 0,5-10m, trung bình 3-4m

Cream có màu trắng và độ nhớt cao

1.1.3 Thành phần hóa học

Bảng 1 Thành phần hóa học của light cream và một số loại cream khác (Nguồn: Hargrove

and Alford (1974), USDA (1981C))

Độ ẩm (%)

Protein (%)

Lipid tổng (%)

Glucid tổng (%)

Tro (%)

Ca (%) P (%)

Na (%)

Cream

Half and half

tổng Phospholipid Cholesterol Acid béo tự do

Bảng 3 : Thành phần acid béo trong light cream và một số loại cream khác (trong 100g

cream) (Nguồn USDA (1976) and Posatu et al (1975) Pdapted from National Dairy Council 1983A Never Knowledge of Milk and Other Fluid Dairy Product, Rosemont, I1, With permission)

Acid béo (g)

Acid béo no

Sản phẩm

Lipid tổng

Acid béo

no

Buty-ric

roic

rylic

ril

Cap-ric

Lau-rysti

My-c

Palmi-tic

ric 4:0 6:0 8:0 10:0 12:0 14:0 16:0 18:0

Medium cream, 25% fat 25.00 15.56 0.81 0.48 0.28 0.63 0.70 2.51 6.58 3.03 Light whipping cream 30.91 19.34 1.08 0.30 0.31 0.63 0.37 3.29 8.84 3.37 Heavy whipping cream 37.00 23.03 1.20 0.71 0.41 0.93 1.04 3.72 9.73 4.48

Acid béo chưa no

no

Palmitoleic Oleic Linoleic Linolenic

Bảng 4 Thành phần lactose trong sữa và các sản phẩm từ sữa (Nguồn: USDA (1976) and

Welsh 91978)) Weight/Unit Lactose/Unit Lactose (%) Carbohydrate tổng (g/Unit) Milk

1.1.4 Tiêu chí lựa chọn cream

Để đánh giá chất lượng cream người ta dựa và ba nhóm chỉ tiêu: cảm quan, hóa lý và

vi sinh

- Chỉ tiêu cảm quan: mùi và vị cream là hai chỉ tiêu quan trọng nhất Cream không được

có mùi vị lạ, đặc biệt là mùi ôi do chất béo bị oxy hóa

- Chỉ tiêu hóa lý: ngoài hàm lượng chất béo, người ta thường quan tâm tới chỉ số iod của cream

- Chỉ tiêu vi sinh:

 Cream không được nhiễm chất kháng sinh và chất tẩy rửa công nghiệp Những chất này sẽ ức chế hoạt động của vi khuẩn lactic và kéo dài thời gian lên men Hơn nữa, hàm lượng sản phẩm trao đổi chất do vi khuẩn giống tạo ra sẽ không cân đối và ảnh hưởng không tốt đến hương vị sản phẩm

 Hàm lượng vi sinh vật trong cream càng thấp càng tốt Người ta thường chú ý đến nhóm vi khuẩn ưa lạnh vì chúng có khả năng sinh tổng hợp enzyme lipase chịu nhiệt Trong quá trình thanh trùng cream hầu hết các vi sinh vật bị tiêu diệt Tuy nhiên, lipase từ vi khuẩn ưa lạnh có thể giữ được hoạt tính ở nhiệt độ 1000C Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân chất béo, làm thay đổi thành phần chất béo trong nguyên liệu Giải pháp để khắc phục

hiện tượng này là phải tiến hành thanh trùng ngay sữa tươi khi mới nhập về nhà máy rồi bảo quản ở nhiệt độ thấp (2 – 40C) trước khi đem vào chế biến Chế độ thanh trùng 63 – 650

C trong 15 giây Khi đó nhóm vi sinh vật ưa lạnh – nguồn sinh tổng hợp lipase chịu nhiệt – sẽ bị tiêu diệt hoàn toàn Nếu các nhà máy sản xuất không có điều kiện thanh trùng sữa tươi mới thu mua thì phải tiến hành làm lạnh và bảo quản sữa ở 2 – 40C Trong thời gian tối đa 24 giờ tiếp theo, ta phải thực hiện quá trình thanh trùng sữa

 Trong trường hợp nhà máy mua cream nguyên liệu có chất lượng không tốt như cream có độ chua cao (15 – 200D) thì cần tiến hành xử lý cream trước khi đưa vào sản xuất Một trong những phương pháp thông dụng là rửa cream bằng nước sạch với tỷ lệ cream/nước là 1/2 (v/v) Sau đó, người ta tiến hành ly tâm để tách nước Ngoài ra, có thể sử dụng phương pháp trung hòa để làm giảm độ chua của nguyên liệu cream Hóa chất thường dùng là CaO, Ca(OH)2…

1.2 Vi sinh vật sử dụng trong sản xuất kem chua

Quá trình lên men sử dụng vi khuẩn lactic, gồm các loài như:

- Lactococcus lactis subsp lactic

- Lactococcus lactis subsp cremoris

- Lactococcus lactis subsp lactis biovar diacetylactis (or Cit + Lactococci)

- Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris

Giải thích : Cũng như với tất cả sản phẩm sữa lên men, giống khởi động quá trình lên

men là rất quan trọng để sản xuất kem chua có chất lượng tốt Tổ hợp giống vi khuẩn lactic ưa

ấm được sử dụng cho kem chua để tạo acid và hương cho sản phẩm Nhóm vi khuẩn lactic tạo

acid gồm : Lactococcus (Lc) lactis subsp lactic và Lc lactis subsp cremori Nhóm vi khuẩn tạo hương gồm: Lc lactis subsp lactis biovar diacetylactis (or Cit +

Lactococci) và Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris

Vi khuẩn Lactococcus (Lc) lactis subsp lactic và Lc lactis subsp cremori phát triển mạnh mẽ trên cơ chất lactose, trong khi vi khuẩn Lc lactis subsp lactis biovar diacetylactis (or Cit + Lactococci) và Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris đòi hỏi sự có mặt của một

lượng acid citric cần thiết để tạo diacetyl (tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm)

Acid citric nên được bổ sung vào cream ở dạng natri citrate

Vi khuẩn Lc lactis subsp lactis biovar diacetylactis (or Cit +

Lactococci) và Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris tạo ra lượng acid rất ít so với hai loại trên nhưng

lại đòi hỏi điều kiện acid cho sự phát triển và lên men citrate Vì vậy hoạt động của nhóm vi khuẩn tạo acid lactic là cần thiết để tạo môi trường có pH thích hợp cho nhóm vi khuẩn tạo hương sinh ra diacetyl (pH ≈ 5)

Ngoài ra, sau khi lên men citrate tạo diacetyl, một phần diacetyl bị chuyển đổi thành

acetoin (không có hương vị) Việc sử dụng chủng Leuconostoc hạn chế quá trình biến đổi

diacetyl thành acetoin do đó giữ lại được hàm lượng diacetyl cao

Do đó, việc kết hợp Lactococcus (Lc) lactis subsp lactic và Lc lactis subsp cremori với Lc lactis subsp lactis biovar diacetylactis (or Cit +

Lactococci) và Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris sẽ nâng cao hương vị và cấu trúc của kem chua

1.2.1 Đặc điểm chung của giống vi khuẩn lactic

- Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacterium

- Gram dương

- Hình cầu hoặc trực khuẩn ngắn, không tạo bào tử, không di động và yếm khí tùy tiện

- Không sinh catalase, không phân hủy H2O2

- Không khử nitrat

- Lên men đường tạo thành acid lactic và các sản phẩm phụ khác

- Vi khuẩn lên men lactic được chia thành 2 loại:

 Vi khuẩn lên men lactic đồng hình

 Vi khuẩn lên men lactic dị hình

- Trong công nghệ vi sinh, các vi khuẩn lactic đồng hình luôn chiếm ưu thế, tuy nhiên các vi khuẩn lactic dị hình vẫn được sử dụng để tạo mùi, vị, cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm

1.2.1.1 Vi khuẩn Lactococcus

- Lactococcus lactis là vi khuẩn lên men lactis đồng hình, thuộc họ Streptococcaceae

- Trong sản xuất kem chua, ta dùng ba loại vi khuẩn là:

 Lactococcus lactis subsp lactis

 Lactococcus lactis subsp cremoris

 Lactococcus lactis subsp lactis biovar diacetylactis

Hình thái

Dạng hình cầu, thường gắn với nhau thành cặp hay chuỗi ngắn tùy thuộc vào điều kiện sinh trưởng

Hình 2 Hình thái vi khuẩn Lactococcus :

a) Lactococcus lactis subsp lactis ; b)Lactococcus lactis subsp cremoris ; c)Lactococcus

lactis subsp lactis biovar diacetylactis

Tính chất sinh lý

- Là vi khuẩn lên men đồng hình, yếm khí tùy tiện

- Sản xuất acid lactic L(+), khi nuôi ở điều kiện pH thấp có thể sản xuất acid lactic D(-)

Do khả năng sản xuất được acid lactic nên Lc lactis là một trong các vi sinh vật quan trọng nhất trong ngành công nghiệp sữa Khi Lc lactis subsp lactis được thêm vào sữa, chúng thực

hiện quá trình trao đổi năng lượng, sử dụng enzym để sản xuất ATP Sản phẩm phụ của quá trình là acid lactic sẽ được thải vào môi trường lên men Sử dụng nguồn nguyên liệu là đường lactose

- Đối với vi khuẩn Lactococcus lactis subsp lactis biovar diacetylactis chúng có khả

năng chuyển hóa citrat

- Nhiệt độ bắt đầu sinh trưởng: 100

C

- Nhiệt độ phát triển tối ưu: 28 - 320

C

- Chịu được pH 4,5

Bảng 6 Sự khác nhau giữa Lc lactic subsp lactic va Lc lactic subsp cremoris

1.2.1.2 Vi khuẩn Leuconostoc

- Là vi khuẩn lên men lactic dị hình, thuộc họ Leuconostocaceae

- Trong sản xuất kem chua, dùng vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris

Hình thái

- Hình cầu, trong môi trường acid chúng trở nên dài và nhọn

Hình 3 Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris

Tính chất sinh lý

- Là vi khuẩn lên men lactic dị hình, sản phẩm cuối cùng là acid lactic, ethanol, CO2 và nhiều hợp chất hóa học mới khác Chúng là những sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ của quá trình lên men Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc thấp hơn) Một số chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi, đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi, vị đặc trưng cho sản phẩm lên men lactic Trong sản phẩm kem chua, đáng chú ý nhất là tỷ lệ diacetyl : acetaldehyde

- Leuconostoc cũng chuyển acetaldehyde thành ethanol, acetaldehyde là sản phẩm

không cần thiết cho mùi vị của kem chua

- Khi cho vào môi trường nấm men và cao thực vật chúng phát triển rất mạnh Lên men đường sản xuất lượng acid lactic có giới hạn, vì thế chúng ít khi làm đông tụ sữa

- Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris có khả năng lên men lactose, galactose và

- Vi sinh vật không sinh tổng hợp độc tố ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng

- Tỷ lệ về hàm lượng các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do giống vi sinh vật sinh tổng hợp trong quá trình lên men phải cân đối và ảnh hưởng tốt đến chỉ tiêu cảm quan, hóa lý của thực phẩm Ví dụ tỉ lệ của acid lactic, ethanol, CO2, diacetyl…

- Vi sinh vật phải có hoạt tính lên men cao để hạn chế sự hư hỏng của sản phẩm do nhiễm vi sinh vật lạ vào môi trường lên men, rút ngắn được thời gian lên men, tiết kiệm được chi phí năng lượng và tăng năng suất

- Vi sinh vật dễ thích nghi với những biến đổi của môi trường, hoạt tính của vi sinh vật

ổn định và dễ bảo quản trong một khoảng thời gian càng dài càng tốt

1.3 Chất ổn định

Cấu trúc gel không đủ bền để giữ được trạng thái gel trong suốt quá trình vận chuyển

và bảo quản Để đảm bảo giữ được trạng thái bền chặt cho sản phẩm người ta thường bổ sung thêm những chất ổn định không phải sữa.Chất ổn định được sử dụng để sản xuất kem chua là

guar gum và gelatin

1.3.1 Guar gum

Bột guar nhận được từ nội nhũ các cây họ đậu Cyamopsis tetragonobola sau khi bóc

vỏ và loại bỏ mầm hạt Ngoài guaran polysaccharide, bột guar còn chứa từ 10 – 15% ẩm, 5 –

6% protein, 2,5% xơ thô và 0,5 – 0,8% tro Loại cây này được trồng ở Ấn Độ, Pakistan và vùng Texas (Mỹ) để làm thức ăn cho súc vật

Guar gum chứa các gốc β-D-mannopyranosyl liên kết với nhau qua liên kết glucoside Cứ cách một gốc đường lại có một gốc nhánh D-galactopyranosyl nối với mạch chính qua liên kết α-1,6-glucoside

1,4-Hình 4 Cấu trúc guar gum

Guar gum dùng bổ sung vào kem chua phải đạt các chỉ tiêu quy định về hóa lý và vi

Trong phân tử gelatin, các acid amin liên kết với nhau tạo chuỗi xoắn ốc có khả năng giữ nước Phân tử lượng của gelatin khoảng vài nghìn đến vài trăm nghìn đơn vị Carbon Thành phần acid amin có trong gelatin là: Aspartic acid (6%), Arginine (8%), Alanine (9%), Glutamic acid (10%), Proline và Hydroproline (25%), Glycine (27%), các acid amin khác (10%)

citrate và môi trường lên men đóng vai trò như cung cấp nguồn citrate khởi động cho sự tạo thành diacetyl, tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm

Ngoài ra, natri citrate còn đóng vai trò ổn định pH của môi trường

Natri citrate dùng bổ sung vào kem chua phải đạt các chỉ tiêu quy định về hóa lý và vi sinh Lượng sử dụng trong khoảng 0.1 – 0.15% (w/w)

1.5 Sữa bột gầy

Là sản phẩm đã tách béo, hàm lượng béo < 0.5% chất khô

Sử dụng để bổ sung vào cream trong quá trình chuẩn hóa (nếu cần)

2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Quy trình sản xuất

Hình 6 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất kem chua

2.2 Giải thích quy trình

2.2.1 Chuẩn hóa

Mục đích công nghệ:

- Chuẩn bị: hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong cream

Các biến đổi của nguyên liệu:

- Hóa học: thay đổi hàm lượng chất béo trong cream Nếu cream có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ bổ sung thêm cream có hàm lượng béo cao vào (Heavy cream hàm lượng chất béo

36 – 40% chất khô) Nếu cream có hàm lượng chất béo cao, bổ sung sữa gầy (hàm lượng chất béo < 0.5% chất khô) để giảm hàm lượng béo trong cream

Guar gum, gelatin

Phối trộn

Đồng hóa

Thanh trùng

Cấy giống Cream

Natri citrate

- Vật lý: có sự thay đổi về tỷ trọng, độ nhớt, điểm đông đặc, thể tích

Thiết bị: thực hiện trong thiết bị phối trộn, là thiết bị hình trụ đứng, đáy côn, bên trong

có cánh khuấy và ngoài có vỏ áo gia nhiệt

- Chuẩn bị: tạo hỗn hợp nguyên liệu và phụ gia đồng nhất

Các biến đổi của nguyên liệu:

- Hóa lý: hình thành nên hệ nhũ tương mới

- Vật lý: xảy ra sự khuếch tán phân tử, có sự thay đổi về tỷ trọng, độ nhớt, điểm đông đặc, thể tích

Thiết bị: là thiết bị hình trụ đứng, đáy côn, bên trong có cánh khuấy và ngoài có vỏ áo

gia nhiệt

Hình 7 Thiết bị phối trộn Thông số công nghệ: