NGHIÊN cứu QUÁ TRÌNH lên MENTRONG sản XUẤT YAOURT DÂUCÓ bổ SUNG DHA

- Tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất như: + Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu của sữa đến quá trình lên men lactic trong sản xuất sữa chua.. Sữa

Tp.HCM, tháng 10 năm 2008

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

Ban Giám Hiệu Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh

Ban chủ nhiệm khoa Công Nghệ Thực Phẩm và toàn thể thầy cô đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong thời gian học tập

Lòng biết ơn sâu sắc xin gửi đến Thầy Huỳnh Thế Viên – giáo viên hướng dẫn đề tài, đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Đồng thời, xin chân thành cảm ơn tất cả người thân, bạn bè đã giúp đỡ tôi suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện đề tài

Do thời gian thực hiện đề tài có giới hạn, kiến thức bản thân có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để luận văn được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn.

TPHCM, Tháng 10 – 2008 Trần Thị Liên Hoa

vi khuẩn lactic Sự có mặt của acid lactic trong sữa chua làm tăng khả năng tiêu hóa của con người, đặc biệt sự chuyển hóa các thức ăn giàu P, Ca Trong lên men sữa, ngoài vi khuẩn lactic, để tăng giá trị của sản phẩm chúng tôi bổ sung thêm dâu và DHA Xuất phát từ nguyên nhân đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “quá trình lên men trong sản xuất yaourt dâu

có bổ sung DHA”, cũng như góp phần làm đa dạng hóa các loại sản phẩm thực phẩm trên thị trường

Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã thực hiện những nội dung sau:

- Tìm hiểu tổng quan về nguyên liệu sữa và quá trình lên men, nguyên liệu dâu, pectin, DHA

- Tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất như:

+ Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu của sữa đến quá trình lên men lactic trong sản xuất sữa chua

+ Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ giống vi khuẩn đến quá trình lên men lactic trong sản xuất sữa chua

+ Tối ưu hóa ba đại lượng nồng độ chất khô ban đầu của sữa, tỷ lệ giống vi khuẩn và thời gian lên men theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm

+ Xác định tỉ lệ phối trộn dâu và pectin thích hợp cho sản phẩm yaourt dạng sệt có bổ sung DHA

Sau quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã thu được kết quả như sau:

- Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men yaourt để sản phẩm đạt yêu cầu về độ chua 70oT là:

+ Nồng độ chất khô ban đầu của sữa:14,5%

+ Tỷ lệ dịch men cấy vào sữa nguyên liệu: 6,5%

+ Điều kiện lên men tối ưu: nhiệt độ to=43oC, thời gian τ = 180 phút

- Để có được sản phẩm yaourt dâu bổ sung DHA, cần bổ sung hỗn hợp dâu- đường, pectin, DHA với khối lượng 5g dâu/100 ml yaourt, 10g đường/100ml yaourt, 0.15g pectin/100 ml yaourt, 0.5g bột DHA vi bao/100ml yaourt

Nội dung Trang

Bìa i

Nhiệm vụ đồ án Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách bảng biểu .vii

Danh sách hình vẽ ix

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN .3

2.1 Giới thiệu về sữa chua 4

2.2 Giới thiệu về sữa nguyên liệu 5

2.2.1 Thành phần hóa học của sữa 5

2.2.1.1 Nước 7

2.2.1.2 Lactose 7

2.2.1.3 Lipids 10

2.2.1.4 Các hợp chất có chứa nitơ 13

2.2.1.5 Enzyme 19

2.2.1.6 Vitamin 20

2.2.1.7 Chất khoáng 20

2.2.1.8 Các muối 21

2.2.1.9 Các hợp chất khác 21

2.2.2.2 Trực khuẩn đường ruột coliform 23

2.2.2.3 Vi khuẩn butyric 23

2.2.2.4 Vi khuẩn propionic 23

2.2.2.5 Vi khuẩn gây thối 24

2.2.2.6 Nấm Men 24

2.2.2.7 Nấm mốc 25

2.2.3 Vi khuẩn lên men sữa chua 25

2.3 Các biến đổi sinh hóa chủ yếu trong quá trình lên men lactic trong sản xuất sữa chua 27

2.3.1 Chuyển hóa đường sữa trong quá trình lên men 27

2.3.2 Sự thay đổi protein sữa trong quá trình lên men 29

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 29

2.5 Nguyên liệu dâu 31

2.5.1 Nguồn gốc và sự phát triển của dâu tây 31

2.5.2 Thành phần dinh dưỡng .32

2.6 Chất ổn định sử dụng trong sản phẩm yaourt .32

2.7 DHA 33

2.7.1 Tổng quan về acid docosahexaenoic .33

2.7.2 Nguồn gốc thu nhận và tình hình nghiên cứu DHA 37

2.8 Quy trình sản xuất 38

2.8.1 Quy trình công nghệ 38

2.8.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 39

2.9 Phân tích đánh giá chất lượng của sản phẩm sữa chua 43

2.9.1 Các chỉ tiêu cảm quan 44

2.9.4 Độc tố vi nấm của sữa 44

2.9.5 Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và dư lượng thuốc thú y của sữa 45

2.9.6 Chỉ tiêu vi sinh vật của sữa chua 45

2.9.7 Phụ gia thực phẩm 45

2.10 Các sự cố thường xảy ra trong sản xuất yaourt 45

2.10.1 Mùi vị thiếu và không đặc trưng 45

2.10.2 Tạo đông yếu 46

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47

3.1 Nguyên liệu .48

3.1.1 Sữa 48

3.1.2 Giống Vi Sinh Vật 49

3.1.3 Dâu Tây 49

3.1.4 Đường 49

3.1.5 Pectin 50

3.1.6 DHA 50

3.2 Dụng cụ thí nghiệm và hóa chất 50

3.3 Sơ Đồ nghiên cứu 51

3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất khô và tỷ lệ giống vi khuẩn cho vào đến quá trình lên men của vi khuẩn trong sản xuất yaourt 52

3.3.2 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men trong sản xuất yaourt theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm toàn phần TYT 52

3.3.3 Xác định tỉ lệ phối trộn dâu và pectin thích hợp cho sản phẩm yaourt dạng sệt có bổ sung DHA 52

3.4 Phương pháp phân tích 53

3.4.1 Xác định đường khử bằng phương pháp DNS .53

3.4.2 Xác định độ acid 54

3.4.5 Xác định pH của sản phẩm yaourt 57

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 58

4.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu trong nghiên liệu sữa và tỷ lệ giống vi khuẩn cho vào đến quá trình lên men trong sản xuất yaourt 59

4.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khô trong nguyên liệu sữa đến quá trình lên men trong sản xuất yaourt 59

4.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ giống vi khuẩn cho vào đến quá trình lên men trong sản xuất yaourt 64

4.2 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men của vi khuẩn trong sản xuất yaourt bằng phương pháp thực nghiệm yếu tố toàn phần .70

4.3 Xác định tỉ lệ phối trộn dâu và pectin thích hợp cho sản phẩm yaourt dạng sệt bằng phép thử so hàng 73

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

5.1 Kết luận 83

5.2 Kiến nghị 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO I PHỤ LỤC A III PHỤ LỤC B VI PHỤ LỤC C VIII PHỤ LỤC D IX

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của một số loại sữa .6

Bảng 2.2: Các thành phần chính của 1 lít sữa .6

Bảng 2.3: Thành phần chất béo trong sữa .11

Bảng 2.4: Thành phần các acid béo trong sữa 12

Bảng 2.5: Tỷ lệ casein và protein hòa tan .14

Bảng 2.6: Thành phần các protein hòa tan có trong sữa bò .17

Bảng 2.7: Một số enzyme đã tìm thấy trong sữa bò .19

Bảng 2.8: Thành phần acid citric và chất khoáng trong sữa .21

Bảng 2.9: Một số vi khuẩn lactic quan trọng sử dụng trong công nghiệp sữa .22

Bảng 2.10 : Thành phần hóa học của dâu tây 32

Bảng 2.11: Các chỉ tiêu cảm quan sản phẩm sữa chua .44

Bảng 2.12: Các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm sữa chua 44

Bảng 2.13: Hàm lượng kim loại nặng 44

Bảng 2.14: Chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm sữa chua 45

Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng chính (100g) của sữa bột không béo canxi Nutrimax .48

Bảng 3.2 : Bảng điểm đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua 56

Bảng 4.1: Ảnh hưởng của nồng độ chất khô đến độ chua tổng của môi trường lên men .59

Bảng 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ chất khô đến độ chua tổng(% theo acid lactic) của môi trường lên men 60

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu đến sự thay đổi của nồng độ đường lactose trong quá trình lên men sản xuất yaourt .62

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tỉ lệ giống vi khuẩn cho vào đến độ chua tổng trong quá trình lên men 65

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ giống vi khuẩn cho vào đến độ chua tổng (% theo acid lactic) trong quá trình lên men 65

Bảng 4.7: Hiệu suất sinh tổng hợp acid lactic ở các tỷ lệ giống khác nhau .69

Bảng 4.8: Hiệu suất sinh tổng hợp acid lactic ở các nồng độ chất khô ban đầu khác nhau 69

Bảng 4.9: Mức độ và độ biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lên men của vi khuẩn 70

Bảng 4.10: Ma trân quy hoạch thực nghiệm TYT 23 và kết quả thí nghiệm .71

Bảng 4.11 : Kết quả tính toán giá trị y theo phương trình hồi qui 72

Bảng 4.12 : Phối trộn dâu đường theo khối lượng 73

Bảng 4.13 : Kết quả phân tích cảm quan 4 mẫu yaourt có bổ sung hỗn hợp dâu tươi xay nhuyễn – đường 74

Bảng 4.14 : Kết quả phân tích cảm quan 4 mẫu yaourt có bổ sung hỗn hợp dâu tươi cắt dạng hạt lựu – đường 76

Bảng 4.15 : : Kết quả phân tích cảm quan 4 mẫu yaourt có bổ sung hỗn hợp dâu tươi cắt dạng hạt lựu – đường và pectin 78

Bảng 4.16 : Kết quả cảm quan sản phẩm hoàn thành 81

Hình 2.1 :Thành phần hóa học của sữa 5

Hình 2.2: Công thức cấu tạo hóa học của lactose 8

Hình 2.3: Cấu trúc phân tử, cng6 thức cấu tạo của, , lactose 9

Hình 2.4: Con đường tổng hợp lactose .10

Hình 2.5: Cấu tạo sự liên kết của các hạt cầu béo .11

Hình 2.6:Thành phần các hợp chất chứa nitơ trong sữa 14

Hình 2.7 : Sơ đồ tổ chức của micelle và tiểu micelle .15

Hình 2.8: Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ môi trường đến cấu trúc casein micelle .16

Hình 2.9: Streptococcus thermophilus .26

Hình 2.10: Lactobacillus bulgaricus .26

Hình 2.11: Quá trình chuyển hóa đường lactose thành acid lactic của vi khuẩn Lactobacillus bugaricus và Streptococus thermophilus 28

Hình 2.12 : Cấu trúc không gian của acid cis- 4,7,10,13,16,19 – docosahexaenoic 34

Hình 2.13 : Sơ đồ quy trình sản xuất sữa chua 38

Hình 2.14 : Máy đồng hóa 39

Hình 2.15 : Thùng lên men 42

Hình 2.16 : Cấu tạo thiết bị phối trộn yaourt và puree trái cây 42

Hình 2.17 : Thiết bị đóng gói 43

Hình 3.1 : Sữa bột không béo Nutrimax 48

Hình 3.2 : Sữa chua có đường 49

Hình 3.3 : Nguyên liệu dâu Tây tươi được sử dụng 49

Hình 3.4 : Sơ đồ biểu diễn các nghiên cứu và trình tự của nó 51

Hình 3.5 : Sơ đồ quá trình lên men sữa chua có phối trộn dâu và pectin 53

Hình 4.2 : Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu trong sữa đến tốc độ hình thành acid lactic .61 Hình 4.3 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của nồng độ đường trong quá trình lên men lactic trong sản xuất yaourt 63 Hình 4.4 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ giống vi khuẩn cho vào đến độ chua tổng trong quá trình lên men theo thời gian 66 Hình 4.5 : Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến tốc độ hình thành acid lactic 66 Hình 4.6 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ giống cho vào đến sự thay đổi nồng độ đường lactose trong quá trình lên mentrong sản xuất yaourt 68 Hình 5.1 : Sản phẩm hoàn thiện của đề tài 83 Hình 5.2 : Máy so màu của phương pháp DNS VIII Hình 5.3 : Tủ ấm VIII Hình 5.4 :Đồ thị đường chuẩn VIII

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Là sản phẩm phổ biến nhất trong sản phẩm sữa lên men và có mặt trên khắp thế giới Hương vị yaourt khác nhau do sản phẩm có độ acid khác nhau và hàm lượng những chất dễ bay hơi khác [26]

Sữa chua chứa acid lactic do kết quả của quá trình lên men đường lactose sẽ làm tăng khả năng tiêu hóa của con người, đặc biệt sự chuyển hóa thức ăn giàu P, Ca Sữa chua có hương vị thơm ngon đặc trưng là do quá trình lên men phụ tạo hương cho sản phẩm như diacetyl, acetoin, acetaldehyde và một số ester khác …Trong sữa chua chứa một lượng lớn vitamin nhóm B, vitamin PP, …, một lượng lớn vi khuẩn lactic mà những vi khuẩn này khi vào ruột sẽ cạnh tranh với vi khuẩn gây thối có trong ruột già làm hạn chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối và tránh được các độc tố xâm nhập vào máu đầu độc cơ thể Ngoài ra sữa chua giúp phục hồi hệ vi sinh vật đường ruột có lợi cho cơ thể đối với những bệnh nhân nhiễm khuẩn dùng kháng sinh liều cao và dài ngày [9]

Do giá trị dinh dưỡng cao và tác dụng hổ trợ tiêu hóa mà sữa chua ngày càng trở nên thông dụng với người Việt Nam Để đáp ứng nhu cầu tốt hơn, làm phong phú thêm về mặt hàng sữa chua, tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu quá trình lên men trong sản xuất sữa chua dâu có

bổ sung DHA”

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tiến hành nghiên cứu chế biến sữa chua với trọng tâm giải quyết các vấn đề liên quan đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm Trên cơ sở đó tôi tiến hành nghiên cứu các vấn

2

TỔNG QUAN

Chương

2.1 GIỚI THIỆU VỀ SỮA CHUA

Sữa lên men là kết quả của quá trình hoạt động của vi sinh vật, làm thay đổi các thành phần bình thường có trong sữa mà đặc trưng là quá trình hình thành acid lactic từ đường lactose và trong một số sản phẩm đặc biệt có cả sự tạo thành ethanol Thành phần protit có trong sữa bị pepton hóa nên làm tăng khả năng tiêu hóa

Sản phẩm sữa lên men được ưu chuộng từ lâu đặc biệt đối với người dân vùng Trung Đông Ở các nước Tây Âu, sản phẩm sữa lên men được tiêu thụ khá phổ biến, từ đầu thế kỷ

XX Công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men ngày một thêm đa dạng, phong phú dưới nhiều tên gọi và cách trang trí bao bì khác nhau có tác dụng quyết định đến sự lựa chọn loại sản phẩm ở người tiêu dùng Tuy nhiên trong các sản phẩm lên men, sữa chua vẫn chiếm vị trí hàng đầu bởi chất lượng và sở thích cùng với tính giải khát của sản phẩm [15]

Trên thị trường hiện nay, sản phẩm yaourt rất đa dạng về chủng loại Cấu trúc và mùi

vị yaourt luôn được các nhà sản xuất thay đổi để phù hợp với thị hiếu và thói quen sử dụng của khánh hàng tại các nước khác nhau Sản phẩm yaourt có thể được phân loại như sau [5]:

- Yaourt truyền thống ( sét stype): Sản phẩm có cấu trúc gel mịn Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm

- Yaourt dạng khuấy ( stirred type) : Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy một phần do sự khuấy trộn cơ học Yaourt dạng khuấy không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như yaourt truyền thống

- Yaourt uống (drinking type) : Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy hoàn toàn Người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hóa để phá hủy cấu trúc của khối đông và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm

- Yaourt lạnh ( frozen type) : Sản phẩm có dạng tương tự như kem Quá trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo hỗn hợp lên men sẽ được xử lý và lạnh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm, rồi bao gói

- Yaourt cô đặc ( concentrated yaourt) : Quy trình sản xuất bao gồm các công đoạn quan trọng như lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và bao gói sản phẩm Trong quá trình cô đặc, người ta sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm

2.2 GIỚI THIỆU VỀ SỮA NGUYÊN LIỆU

Hiện nay ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới sản xuất các sản phẩm sữa chua trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu Tuy nhiên sản phẩm từ sữa dê, sữa cừu trên thị trường không đáng kể Ở nước ta sữa bò là nguồn nguyên liệu duy nhất cho ngành công nghiệp sữa (trong đó có sữa chua), công nghiệp bánh, kẹo… Trong phần trình bày của luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến nguồn nguyên liệu là sữa bò và để đơn giản, gọi tắt

là sữa.[5]

2.2.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SỮA [4, 5, 9, 22]

Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm: nước, lactose, protein và chất béo Ngoài ra, sữa còn chứa một số thành phần khác với hàm lượng nhỏ như các chất nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và một số nguyên tố khoáng

Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng động vật nuôi, điều kiện tự nhiên và điều kiện chăn nuôi Sữa của các loại động vật khác nhau là rất khác nhau Sữa cừu có hàm lượng protein và chất béo cao nhất, tiếp đến là sữa trâu Hàm lượng lactose trong sữa mẹ cao hơn nhiều so với sữa của các động vật khác (bảng 2.1)

Hình 2.1 Thành phần hóa học của sữa

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của một số loại sữa [9]

Loại sữa Protein % Casein % Whey

Ở dạng hòa tan 4,7 g: là những cao phân tử của

albumin và imunoglobulin

Nitơ phi protein 0,3g: ure, axit uric, creatin…

Chất khoáng

(25 -40 g/l)

Ở trạng thái keo và hòa tan:

-Ở dạng phân tử và ion: axitxitric, K, ca, P, Na, Cl,

Mg -Ở dạng các nguyên tố trung lượng (oligo-element):

Zn, Al, Fe, Cu, I…

=NH,… Nước liên kết đóng băng ở nhiệt độ nhỏ hơn 0oC, không hòa tan muối, đường Dạng đặc biệt của nước liên kết là nước kết tinh với lactose dưới dạng C22H12O11.H2O

2.2.1.2 Lactose [5, 22]

Trong sữa bò và trong tất cả các loại sữa phục vụ con người, loại carbohydrate chiếm

đa số chính là lactose Đây là một disaccharide, 4-O-β-D-galactopyranosyl-D-glucopyranose,

là một thành phần đặc biệt chỉ tiết ra ở tuyến vú Nó được tìm thấy trong sữa của hầu hết tất

cả các loài được phân tích và ngày nay người ta đã phát hiện nó tồn tại với một lượng nhỏ trong một vài loại trái cây thuộc họ Sapotaceae

Lactose khi bị thủy phân cho ra 1 phân tử đường glucose và một phân tử đường galactose bởi enzyme lactasa theo phương trình tổng quát:

C12H22O11 + H2O C6H12OH + C6H12O6

Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới 2 dạng:

Dạng - lactose monohydrate C12H22O11.H2O (phân tử - lactose ngậm một phân tử nước)

Dạng - lactose anhydrous C12H22O11 ( phân tử- lactose khan)

Tỷ lệ hàm lượng giữa - lactose monohydrate và - lactose anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa

Hình 2.2 Công thức cấu tạo hóa học của lactose

Thủy phân

Hình 2.3 Cấu trúc phân tử, công thức cấu tạo của ,  lactose

Lactose chiếm vị trí hàng đầu trong glucid của sữa Trong sữa lactose tồn tại ở hai dạng tự do và liên kết với các protein và các glucid khác

Lactose có thể lên men dưới tác dụng của vi sinh vật và có thể tạo thành các sản phẩm khác nhau Một trong những biến đổi thường gặp nhất và quan trọng nhất là sự tạo thành acid lactic gây nên bởi vi khuẩn lactic.Vi khuẩn này có chứa enzyme lactase Lactase tấn công vào lactose và tách phân tử này thành glucose và galactose Các enzyme khác từ vi khuẩn lactic sẽ phân hủy glucose và galactose thành acid lactic làm tăng độ chua của sữa

Lactose ở trong sữa có ý nghĩa to lớn đối với cơ thể trẻ em vì nó có khả năng làm tăng nhanh quá trình trao đổi chất, đồng thời cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể Đặc biệt do lactose thấm qua màng ruột già rất chậm cho nên ở trong ruột già nó sẽ bị lên men tạo thành acid lactic làm hạn chế quá trình thối rữa ở trong ruột

2.2.1.3 Lipids [22]

Các Lipid có trong sữa thường đơn giản được gọi là chất béo Chất béo bao gồm 2 loại: lipid đơn giản và lipid phức tạp Chất béo trong sữa chứa khoảng 96% triglycerides, phần còn lại là acid béo tự do, các mono-acid diglyceride, các phospholipid, sterols, và hydrocarbon

Hình 2.4 Con đường tổng hợp lactose

Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu (một số ít có dạng hình oval, tùy theo giống Bò sản sinh ra sữa) đường kính nằm trong khoảng 0,1 ÷ 20µm Vì vậy có thể xem sữa

là một hệ nhũ tương dầu trong nước Kích thước của các hạt cầu béo mang đặc tính di truyền, thay đổi tùy thuộc vào sự khác nhau giữa các giống và giữa các loài gia súc Chất béo trong sữa Bò chứa nhiều dạng hạt cầu rất nhỏ nhưng chúng chỉ chiếm một lượng rất nhỏ trong tổng

số chất béo Trong 1ml sữa có khoảng 10 ÷ 15 tỷ hạt cầu béo chiếm 75% và nhỏ hơn 1µm đường kính Sự toàn diện về cấu trúc của các tiểu cầu là điều kiện quyết định sự ổn định của chất béo có trong sữa Đặc biệt sự biến chất của màng tiểu cầu béo sẽ làm tăng cường hoạt động trực tiếp của một số vi sinh vật làm tăng chỉ số acid, hoặc thay đổi các tính chất hóa lý một cách sâu sắc, gây ra việc tiến lại gần rồi kết dính các tiểu cầu với nhau, dẫn đến quá trình tách béo, làm mất tính đồng nhất của sữa

Hình 2.5 Cấu tạo sự liên kết của các hạt cầu béo

Nếu không đồng hóa sữa tươi trong quá trình chế biến thì trong thời gian tồn trữ sẽ xuất hiện hiện tượng nổi váng sữa Đó là do các hạt béo có xu hướng kết hợp lại với nhau thành chùm nhờ một protein kém bền nhiệt là euglobulin Vì tỷ trọng của chất béo nhỏ hơn nước nên chúng sẽ nổi lên trên mặt nước và tạo thành váng sữa Khi đó sữa tồn tại dưới hai pha tách biệt: pha trên cùng với thành phần chủ yếu là lipid, pha dưới có tỷ trọng lớn hơn gồm nước và một số chất hòa tan trong sữa như lactose, khoáng, vitamin, protein…

Bảng 2.3: Thành phần chất béo trong sữa [5]

chất béo) Lipit đơn giản:

Glyceride: triglyceride Diglycerid

98,5

95 – 96

2 – 3

Monoglyceride Cholesteride Ceride

0,1 0,03 0,02

Các hợp chất tan trong chất béo:

Cholesterol Acid béo tự do Hydrocacbon Vitamin A, D, K, E Rượu: phytol, palmitic, stearic, oleic …

0,5 0,3 0,1 0,1 vết vết Bảng 2.4: Thành phần các acid béo trong sữa [5]

nguyên

tử C

% so với tổng số lượng acid béo trong

sữa

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

Trạng thái vật lý ở nhiệt

độ thường Acid bão hòa:

butyric caproic

A caprylic capric lauric

A myristic palmitic

-7,9 -1,5 +16,5 +31,4 +43,6 +53,8 +62,6 +69,3 +75,0

Lỏng Lỏng Lỏng Lỏng/rắn Rắn Rắn Rắn Rắn Rắn Acid không bão hòa:

A oleic

linoleic linolenic

+14,0 -5,0 -5,0 -49,5

Lỏng Lỏng Lỏng Lỏng

Từ bảng 2.4 ta nhận thấy :

Bốn acid béo có tỷ trọng cao nhất là miristic, palmitic, stearic và oleic

Nhiệt độ nóng chảy của các acid béo tăng khi khối lượng phân tử tăng, Còn số lượng nối đôi lại làm giảm nhiệt độ nóng chảy [9]

Phosphatit và glycolipit [9]

Các phosphatit và glycolipit đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành màng các cầu béo Trong thành phần của chúng có cả acid béo hòa tan trong chất béo và acid béo hòa tan trong nước

2.2.1.4 Các hợp chất có chứa nitơ

Các hợp chất có chứa nitơ trong sữa bao gồm: protein (95%) và các hợp chất chứa nitơ phi protein (5%) Protein là thành phần quan trọng nhất trong sữa so với các thành phần khác tồn tại song song

Vai trò của protein trong sữa bao gồm:

- Về dinh dưỡng: tất cả các sản phẩm từ sữa đều chứa protein

- Về mặt sinh lý: globulin miễn dịch, vitamin liên kết

+ Sự đông đặc: đóng vai trò như 1 enzyme, acid hoặc gây ra sự đông tụ bởi nhiệt trong sản xuất fomat, các sản phẩm lên men từ sữa, đông đặc và tách whey protein

+ Tính bền nhiệt: tất cả các sản sản phẩm từ sữa đều được xử lý nhiệt

+ Hoạt động bề mặt: casein, đông đặc và tách whey protein

+ Tính lưu biến: tất cả các sản phẩm từ sữa đều chứa protein

+ Tính hút nước: tất cả các sản phẩm chế biến từ sữa và các sản phẩm thực phẩm đều

có những protein chức năng

Trong sữa, các hợp chất chứa Nitơ chiếm khoảng 3,4%, trong đó 3,3% là protein, còn lại 0,1% là phi protein

Hình 2.6 Thành phần các hợp chất chứa nitơ trong sữa

Protein tổng Casein (78 – 85%) (ở dạng micelle) Protein hòa tan (15 – 22%) (ở dạng phân tử)

Loại casein Tỉ lệ so với tổng số

protein

Loại whey protein (protein hòa tan)

Tỉ lệ so với tổng số protein Casein s

7 – 12%

2 – 5%

2 – 6%

1,9 – 3,3%

Acid pyruvic

decarboxylase : Đầu ưa nước của - casein : Calcium phosphate : - casein : Tương tác kỵ nước

Mỗi micelle do khoảng 400 – 500 tiểu micelle hợp thành nhờ calci phosphate dạng keo rất mịn liên kết các casein s,  với nhau thông qua các nhóm phosphate của chúng Các tiểu micelle nghèo -casein sẽ nằm ở phía trong micelle và micelle sẽ ngừng lớn khi toàn bộ bề mặt ngoài được bao phủ bằng -casein

-casein có vai trò bảo vệ micelle Nhờ có hàm lượng P bé và giàu glucid, -casein rất háo nước và đảm bảo độ bền của micelle Micelle càng chứa nhiều -casein thì kích thước càng bé và càng bền

Nếu tách -casein ra khỏi micelle hoặc lấy đi phần ưa nước của nó, cấu trúc micelle trở nên không ổn định Trong trường hợp này nếu như có mặt của ion Ca2+ trong sữa, các micelle

sẽ liên kết lại với nhau và tạo nên hiện tượng đông tụ casein (khi vỏ háo nước bị phá hủy thì

ion Ca2+ sẽ dễ dàng tiếp cận với s-casein, -casein và para casesin  và sẽ dính kết chúng lại với nhau)

Hình 2.8 Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ môi trường đến cấu trúc casein micelle

Khả năng đông tụ của casein: casein có thể bị đông tụ do nhiều yếu tố Trong đó có 2 yếu tố chính là đông tụ bởi acid và enzyme

Đông tụ bởi acid sữa tươi tự nhiên có độ pH khoảng 6,6 – 6,7 và các micelle casein mang

điện tích âm Vì tất cả các micelle mang điện tích âm nên chúng đẩy nhau và điều đó khiến cho các micelle casein tồn tại dưới dạng keo phân tán Các phân tử nước cũng liên kết với các điện tích của casein và góp phần duy trì các micelle trong dung dịch

Khi pH giảm (do kết quả của quá trình lên men tạo acid lactic hoặc acid được chủ động đưa vào), các ion H+ của acid sẽ liên kết với micelle casein mang điện tích âm và làm giảm điện tích của micelle casein Khi tới giới hạn, các micelle casein sẽ đông tụ (tạo thành gel) Theo lý thuyết, điểm đẳng điện pI của casein là 5,1 – 5,3 Trong dung dịch hổn hợp nhiều thành phần của sữa, casein đông tụ tốt nhất ở pH 4,5 – 4,7 Khi cho dư acid (hoặc khi quá trình lên men quá dài, sữa có độ chua cao) pH của sữa nhỏ hơn pH đẳng điện của casein (pI), một phần casein sẽ bị tái hòa tan vào dung dịch sữa

Đông tụ bởi enzyme casein bị đông tụ bởi enzyme rennin (rennin là một protease được

chiết xuất từ ngăn thứ 4 của dạ dày bê)

Quá trình đông tụ casein dưới tác dụng của rennin thực chất là quá trình thủy phân hạn chế, phá vở cấu trúc của micelle casein, vỏ háo nước bị phá hủy do đó các ion Ca2+ dễ dàng tiếp cận với s-casein, -casein, para--casesin và sẽ dính kết chúng lại với nhau tạo gel

Tác động của rennin đối với casein gồm 2 bước [14]

Bước 1: Phân cắt liên kết giữa Phe (ở vị trí 105) và Met (ở vị trí thứ 106) trong phân

tử -casesin bọc ngoài micelle casein

Bước 2: Các micelle casein bị phá vở và các mạch polypeptid đông tụ lại với nhau tạo thành gel

Tốc độ của 2 bước này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và pH Riêng đối với bước thứ

2 thì còn chịu ảnh hưởng của nồng độ Ca2+

 Protein hòa tan (whey protein)

Phần protein nổi trên mặt sữa sau khi kết tủa ở pH 4.6 được gọi là whey protein Whey protein gồm: β-lactoglobulin (β-Lg), α-lactalbumin (α-La), serum-albumin, immunoglobulin, proteose-pepton Trong whey protein có 2 loại globulin và albumin được phát hiện có cả ở trong máu nhưng β-lactoglobulin (β-Lg) và α-lactalbumin (α-La), thì chỉ có

ở trong sữa

Bảng 2.6: Thành phần các protein hòa tan có trong sữa Bò [14]

Protein

Hàm lượng (% tổng protein

có trong sữa)

Kiểu gen

Phân tử lượng (KDa)

Immunoglobulin 1,9 ÷ 3,3 IgG1,IgG2

IgAIgM

+ ß-Lactoglobulins: có dạng hình cầu, có cấu trúc bậc 2 gồm 10 ÷ 50% xoắn α, 20 ÷ 30% lá xếp, 50 ÷ 60% vòng cung β và phần còn lại là cấu trúc không trật tự Các gốc phân cực, không phân cực và các gốc ion hóa được phân bố đều trong phân tử, riêng các gốc ưa béo tập trung chủ yếu ở phần bên trong của cấu trúc hình cầu nên ß-Lactoglobulin ít tương tác hoặc kết hợp với các phân tử khác Trong nhóm này có 8 loại gen khác nhau, chiếm hơn ½ tổng số trong whey protein

+ α-Lactalbumins: α-Lactalbumins là protein hình cầu và là một metalloprotein, trong mỗi phân tử có chứa 1 nguyên tử Ca Đây là một protein có giá trị dinh dưỡng cao Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối Protein này chứa 8 nhóm cystein, tất cả đều bao gồm liên kết nội disulfua và 4 gốc tryptophan Sự biến tính nhiệt và pH <4.0 xảy ra do sự phóng thích canxi liên kết

+ Peptone-protose: bao gồm những phân đoạn protein khác nhau Chúng là sản phẩm thủy phân từ β-casein bởi plasmine Cùng với γ-casein, đến nay người ta đã tìm thấy được 3 phân đoạn khác nhau Peptone-protose từ quá trình thủy phân trên

+ Immoglobulin: trong số các immoglobulin, IgG được tìm thấy với hàm lượng cao nhất Trong sữa non, hàm lượng IgG1 có thể chiếm đến 80% tổng lượng protein hòa tan trong sữa IgA có thể tìm thấy trong nước mắt và các dịch tiêu hóa Nó có chức năng chống nhiễm trùng đường ruột IgM là glyco-protein cả IgM và IgG đều hoạt động như những kháng thể theo cùng một cơ chế là liên kết với kháng nguyên và tạo một mạng lưới không gian ba chiều không tan

Bê con mới sinh ra không có 3 loại IgG, IgM, IgA Tuy nhiên sữa non từ Bò mẹ rất giàu 3 loại kháng thể trên

+ Serum-albumin: là một protein phân tử lượng lớn có nguồn gốc từ máu và không đặc trưng cho sữa Thành phần của nó gồm 542 gốc acid amin với 136 acid amin có tính acid

và 52 acid có tính kiềm Serum-albumin rất mẫn cảm với nhiệt độ

Ngoài ra trong sữa còn có các protein màng (membrane protein) với hàm lượng rất thấp Chúng tạo nên một lớp màng mỏng bao xung quanh các hạt béo, góp phần làm ổn định

hệ nhũ tương có trong sữa

2.2.1.5 Enzyme

Trong sữa có chứa hầu hết các enzyme có trong tự nhiên Các enzyme này vào sữa theo tuyến sữa và từ vi sinh vật trong không khí hay dụng cụ chứa sữa Đa số các enzyme mất hoạt tính ngay cả khi thanh trùng ở nhiệt độ thấp (60-650C) Enzyme là một nhóm các protein

có khả xúc tác các phản ứng hóa học và tác động đến tốc độ các phản ứng Trong sữa chứa cả enzyme nội bào và ngoại bào Các enzyme ngoại bào chiếm phần lớn trong số các enzyme chịu nhiệt: lipaza và proteaza Có khá nhiều enzyme nội bào đã được chiết tách từ sữa, trong

đó có 3 nhóm quan trọng nhất là các enzyme thủy phân:

Nhóm 1: Oxydo-reductase Alcohol dehtrdogenase, Lactate dehtrdogenase, Matale

dehtrdogenase, Glucose-6-phosphate dehtrdogenase, Xanthine oxydase, Dihydro-lipo-amide reductase diaphorase, NADH dehtrdogenase, Catalase, Lactoperoxydase, Peroxydase-dismutase Nhóm 2: Transferase ADN polymerase, FMN adenylyl-transferase, Galactosyl

transferase, Sialy-transferase, Riboflavin kinase, Aspartate-amino

transferase, Alanine-amino transferase, Phosphoglucomutase, Thiosulfate cyanua sulfure transferase, Lactose synthetase, Γ-glutamyltraspeptidase

Nhóm 3: Hydrolase Carboxylesterase, Arylesterase, Lipase, Acetyl-cholinesterase,

Cholinesterase, Phosphatase alcaline 5-Nucleotidase, Phosphodiesterase, Aryl-sulfatase, Ribonuclease, α-amylase, β-amylase, Lysozyme, Neuraminidase, β-glucosidase, β-galactosidase,

α-mannosidase, N-acetyl β-D glucosamidase, β-glucoronidase, Leucine aminopeptidase, Plasmine (alcaline protease), Inorganic pyrophosphatase, Adenosine triphosphatase, Nucleotide

pyrophosphatase, cystinyl di β naphthylamide hydrolase, leucyl- β- naphthylamide hydrolase

L-Nhóm 4: Lyase Fructose-biophosphate aldolase, ATP citrate lyase, Carbonic

anhydrase Nhóm 5: Isomerase Glucose phosphate isomarase

Enzyme là những chất xúc tác phản ứng có bản chất là protein Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng cao thì thành phần enzyme có trong sữa đa dạng và hoạt tính enzyme sẽ càng cao

Trong kỹ thuật chế biến sữa người ta quan tâm đến các enzyme sau: lipase, catalase, peroxidase, phosphatase và tìm cách hạn chế sự tác động của chúng

2.2.1.6 Vitamin [8]

Số lượng và hàm lượng vitamin trong sữa phụ thuộc nhiều yếu tố như thức ăn, điều kiện chăn nuôi, loại giống, tuổi tác của các gia súc.Trong sữa bò có nhiều loại vitamin, như nhóm vitamin hòa tan trong chất béo (vitamin A, B, E, K…), nhóm vitamin tan trong nước (B1, B2, B12, C, PP…)

2.2.1.7 Chất khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong sữa chính là hàm lượng tro của sữa Hàm lượng khoáng dao động trong khoảng từ 8 – 10g/l

Trong sữa chứa rất nhiều loại khoáng, gồm 25 nguyên tố nhóm đa lượng và 10 nguyên

tố nhóm vi lượng Trong đó chiếm hàm lượng cao nhất là calci, phospho, magie Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại dưới dạng muối hòa tan trong sữa Bảng 2.8 Thành phần acid citric và chất khoáng trong sữa [17]

mg/100 ml sữa nguyên kem 123 12 95 58 141 110 30 160

2.2.1.8 Các muối

Do trong sữa có mặt các cation K+, Na+, Ca2+, Mg2+… và các anion của các acid phosphoric, limonic, clohydric… nên trong sữa có nhiều loại muối khác nhau, bao gồm các muối clorua (KCl, NaCl, CaCl2, MgCl2, …), các muối phosphate (KH2PO4, NaH2PO4,

Na2HPO4), các muối citrate (K2(C6H6O7), Na2(C6H6O7), …)

Muối calci có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ chế biến sữa Khi sữa có hàm lượng calci thấp, sữa đó sẽ không bị đông tụ hoặc bị đông tụ rất chậm Ngược lại nếu sữa có hàm lượng calci cao thì sẽ bị đông tụ bởi enzyme rennin nhanh hơn nhưng quện sữa lại không mịn

Các muối của acid limonic đặc biệt có ý nghĩa với sự tạo thành các chất thơm trong các sản phẩm sữa lên men

2.2.1.9 Các hợp chất khác

Sắc tố trong sữa: Sữa có màu ngà vàng là do sự có mặt của nhóm carotenoid mà đại diện là caroten Sữa có màu xanh là do có chứa chlorophylle Màu xanh vàng của nước sữa (whey) là do sắc tố riboflavin (vitamin B12) Màu trắng của sữa là do sự khếch tán ánh sáng bởi các micelle protein

Các chất khí: Trong sữa có chứa các chất khí chủ yếu là CO2, O2, N2 Tổng hàm lượng của chúng chiếm khoảng từ 5 – 6% thể tích sữa

Các hợp chất hóa học: Thỉnh thoảng người ta phát hiện ra trong sữa còn có chứa các hợp chất hóa học khác như: chất kháng sinh (penicilline, chloramphenicol…), chất tẩy rửa (nước javen, kiềm…), kim loại nặng, độc tố vi sinh vật…Những hợp chất này có mặt là do người ta trộn vào thức ăn, trị bệnh cho gia súc (thuốc kháng sinh); làm vệ sinh chuồng trại (javen…); nhiễm vào sữa qua tay người vắt sữa, dụng cụ chứa sữa…gây độc cho người sử dụng Hàm lượng chúng trong sữa có thể ở dạng vết hoặc đáng kể tuỳ trường hợp

Các chất miễn dịch [4]

Trong sữa có nhiều chất miễn dịch khác nhau Các chất miễn dịch này có tác dụng bảo

vệ sữa khỏi bị hư hỏng Hàm lượng các chất miễn dịch không nhiều nhưng chúng đóng vai trò quan trọng đối với cơ thể Chất miễn dịch rất dễ bị phá hủy ở nhiệt độ 65  70oC Các chất miễn dịch trong sữa bao gồm antioxin, opsonin, bacterilyzin, precipitin, aglutimin Ngoài ra sữa còn chứa một lượng nhỏ bạch cầu

2.2.2 HỆ VI SINH VẬT CÓ TRONG SỮA [9]

Hệ vi sinh vật tìm thấy trong sữa bao gồm: vi khuẩn, nấm men và nấm mốc Các vi sinh vật này nhiễm vào sữa qua tay người vắt sữa, các dụng cụ chứa sữa, môi trường chuồng trại nơi diễn ra quá trình vắt sữa…

2.2.2.1 Vi khuẩn lactic

Là loại hoại sinh thường thấy trong sữa Chúng có khả năng lên men đường lactose có trong sữa thành acid lactic Vi khuẩn lactic được chia làm hai nhóm: + Nhóm vi khuẩn lactic lên men điển hình (lên men đường thành acid lactic với tỉ lệ 85 –95%)

+ Nhóm vi khuẩn lactic lên men không điển hình (sinh ra acid lactic 50%, khí CO2 20 –25%, ethanol và acid acetic 20 – 25%)

Vi khuẩn lactic trong sữa có những đặc điểm chủ yếu sau: là dạng cầu hay trực khuẩn, gram dương, hô hấp hiếu khí hay yếm khí tùy tiện Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu dao động trong khoảng 25 – 47oC

Bảng 2.9: Một số vi khuẩn lactic quan trọng sử dụng trong công nghiệp sữa [29]

Themorphilus

Lb.lastic 40-45 1,2-1,5 - -

2.2.2.2 Trực khuẩn đường ruột coliform

Coliform thuộc nhóm vi khuẩn gram âm, kị khí tùy tiện, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu khoảng 30 –37oC

Trong sữa, coliform sẽ chuyển hóa đường lactose tạo ra các sản phẩm acid lactic và các acid hữu cơ khác (acid butyric, acid acetic …), khí CO2, H2 …, chúng phá hủy protein của sữa, dẫn đến làm giảm hương vị của sữa

Quá trình trao đổi chất của coliform dừng lại ở pH dưới 6 Ở nhiệt độ 72 – 75oC trong khoảng thời gian 15 – 20 giây coliform sẽ bị tiêu diệt

2.2.2.3 Vi khuẩn butyric (clostridium)

Là vi khuẩn gram dương, thuộc nhóm kỵ khí bắt buộc, clostridium có khả năng sinh bào tử, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu khoảng 37oC

Các bào tử clostridium khá bền với nhiệt độ nên quá trình thanh trùng sữa không tiêu diệt được hoàn toàn các bào tử clostridium chịu nhiệt Khi đó ta phải dùng các giải pháp kỹ thuật khác như vi lọc, ly tâm hoặc sử dụng chất kháng khuẩn để loại bỏ hoặc ức chế clostridium

Trong sữa vi khuẩn butyric lên men đường lactose thành nhiều sản phẩm khác nhau như acid butyric, butanol, ethanol, aceton, khí CO2, H2… làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa trong quá trình bảo quản (làm cho sữa có mùi khó chịu, hôi)

2.2.2.4 Vi khuẩn propionic (giống propionibacterium)

Là vi khuẩn gram dương, không hình thành bào tử, không di động, phát triển trong môi trường yếm khí, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 30oC

Hầu hết các vi khuẩn propionic bị tiêu diệt khi thanh trùng sữa ở 75oC trong thời gian

20 giây

Vi khuẩn propionic chuyển hóa đường thành acid propionic, acid acetic, khí CO2,

…làm hư hỏng chất lượng sữa

2.2.2.5 Vi khuẩn gây thối:

Các giống vi khuẩn gây thối thường gặp trong sữa là Pseudomonas, Brevibacterium, Bacillus, Achromobacter, Micrococcus …chúng có dạng hình cầu hoặc hình gậy, thuộc nhóm

Ngoài hai quá trình thủy phân nói trên, một số vi khuẩn gây thối còn tạo khí CO2,

H2… sinh tổng hợp các acid hữu cơ làm giảm pH sữa và gây đông tụ protein Một số vi khuẩn khác có thể sinh tổng hợp được protease có chức năng xúc tác tương tự như rennin làm xuất hiện sự đông tụ casein trong sữa

2.2.2.6 Nấm men:

Nấm men thuộc cơ thể đơn bào, thường có hình cầu, hình elip, hình bầu dục, hình dài

Tế bào nấm men có kích thước lớn gấp từ 5 – 10 lần tế bào vi khuẩn Nấm men có thể sinh sản bằng cách nảy chồi, phân đôi hay sinh sản bằng bào tử

Nấm men phát triển tốt ở pH 4,5 – 5, nhiệt độ 20 – 30oC Các tế bào nấm men thường không phát triển ở nhiệt độ dưới 0oC hoặc trên 47oC Các tế bào sinh trưởng của nấm men sẽ

bị tiêu diệt ở nhiệt độ 52 – 58oC Các bào tử có thể còn sống nhưng chúng sẽ bị tiêu diệt khi nâng nhiệt độ lên 60 – 62oC trong vài phút

Trong môi trường có oxy nấm men phân hủy đường thành CO2 và nước Trong môi trường không có oxy nấm men chuyển đường thành rượu ethylic, CO2

Các loài nấm men chính có trong sữa là: Saccharomyces, Mycorderma và Torula

Nấm mốc thường có mặt trong sữa là loài Mucor và Rhizopus với số lượng lớn Ngoài

ra còn có các loài Penicilium, Aspergilus, Oide và Monilia

Nấm mốc thích hợp phát triển trên môi trường acid, nhiệt độ tối thích là 20 – 30oC Nấm mốc sẽ bị tiêu diệt bởi chế độ thanh trùng sữa ở 72 – 75oC trong 15 – 20 giây

2.2.3 VI KHUẨN LÊN MEN SỮA CHUA

 Vi khuẩn lactic [15]

Vi khuẩn lactic có vai trò rất quan trọng trong sản xuất sữa chua Nó lên men đường lactose tạo acid lactic làm cho sữa đông tụ, đồng thời còn tạo ra những chất thơm đặc trưng cho sản phẩm

Trong sản xuất sữa chua thường sử dụng hai loại vi khuẩn lactic sau:

+ Streptococcus thermophilus (S thermophilus):

Là vi khuẩn có tế bào hình cầu hay hình trứng, đường kính 0,5-1,5m, thường kết thành từng đôi hay dạng chuỗi ngắn, chúng là những vi khuẩn gram dương

Phát triển tốt ở nhiệt độ 50oC và sinh sản tốt ở nhiệt độ 37 – 40oC Đây cũng là vi khuẩn lactic lên men điển hình, có khả năng chịu nhiệt đến 65oC trong 30 phút Nhưng chỉ

phát triển được trong môi trường có độ axit thấp hơn L bulgaricus

+ Lactobacillus bulgaricus (L bulgaricus):

Trực khuẩn có hình que dài 5-20m, thường kết thành chuỗi, gram dương, không có khả năng di động, không tạo bào tử

Hình2.9 Streptococcus thermophilus Hình 2.10 Lactobacillus bulgaricus

Là vi khuẩn lên men điển hình, phát triển tốt ở nhiệt độ 45 – 50oC, trong môi trường có

độ acid cao L bulgaricus có thể tạo ra trong khối sữa đến 2,7% acid lactic từ đường lactose

 Phối trộn hai giống trong sản xuất yaourt [23]

- Yaourt tốt nhất nên cấy xấp xỉ nhau về số lượng, nếu không yaourt sẽ thiếu độ đặc, thiếu hương và vị mong muốn Một trong các yếu tố ảnh hưởng đến tỉ lệ cho vào của cầu khuẩn và trực khuẩn trong yaourt là nhiệt độ lên men, một số nhà nghiên cứu cho rằng nếu nhiệt độ 40oC thì tỉ lệ Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus là 4:1, còn nhiệt độ 45oC thì tỷ lệ 1:2 Với tỉ lệ cho vào 1:1 và phần trăm giống vi khuẩn cho vào là 2,5- 3% trong thời gian lên men 2,5 -3 giờ thì nhiệt độ nuôi cấy tối ưu là 43oC Tuy nhiên các giá trị này sẽ thay đổi theo từng chủng

- Khi hổn hợp cấy vào thì cầu khuẩn phát triển nhanh hơn trực khuẩn, thường tăng về

số lượng Vì vậy việc sản xuất acid ban đầu là nhờ nhiều vào hoạt tính của Streptococcus thermophillus Dần dần, trực khuẩn tăng lên cho đến cuối giai đoạn gieo cấy, chúng đạt được xấp xỉ cầu khuẩn về số lượng Theo Peette và Lolkema, Lactobacillus tạo ra hương vị và màu cho yaourt, còn Streptococcus thermophillus tăng cường cấu trúc của yaourt bằng cách làm giảm tính nhớt gây ra do Lactobacillus Hai ông còn cho rằng trực khuẩn kích thích sự phát triển của cầu khuẩn bằng cách giải phóng những amono acid, đặc biệt valine, từ protein sữa.Vai trò chính trong sản xuất acetaldehyt là do Lactobacillus bulgaricus, và sự phát triển kết hợp của Lb bulgaricus và Str Thermophilus tạo ra acetaldehyt nhiều hơn khi chỉ có Lb bulgaricus Yaourt có mùi vị ngon nhất khi hàm lượng acetaldehyt từ 23-41 ppm và pH từ 4-4,4

2.3 CÁC BIẾN ĐỔI SINH HÓA CHỦ YẾU TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TRONG SẢN XUẤT SỮA CHUA [12, 24]

2.3.1 CHUYỂN HÓA ĐƯỜNG SỮA TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN

Quá trình chủ yếu xảy ra trong lên men yaourt là đường lactoza chuyển hóa thành glucoza và galactoza, sau đó các đường đơn này chuyển thành axit pyruvic, rồi chuyển thành axit lactic, làm giảm pH của dung dịch sữa và do đó casein của sữa bị đông tụ Cazein chứa trong sữa tươi dưới dạng canxi cazeinat Axit lactic tác dụng với canxi cazeinat tạo ra axit cazeinic và canxi lactat Axit cazeinic tự do không hòa tan do đó tạo thành cục đông

Bên cạnh quá trình chính là chuyển lactoza thành axit lactic còn một số quá trình lên men phụ tạo các axit bay hơi, rượu, khí CO2, các vi khuẩn sinh hương tạo nên diaxetyl, axetol…

Hình 2.11 Quá trình chuyển hóa đường lactose thành acid lactic của vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophillus [24]

Lactose

Lactose

Glucose Galactose

ATP ADP Galactose -1 Glucose -6-P

ATP ADP

Glucose -1-P Fructose-6-P

ATP ADP Fructose-1,6-P

Dihydroxyacetone-P Glyceraldehehyt-3-P

ATP ADP 1,3 -diphotphoglycerate ATP

ADP

3 -phosphoglycerate

2 -phosphoglycerate phosphoenolpyruvat ATP

ADP Pyruvate Acid lactic

NADH 2 NAD

Tế bào vi khuẩn Môi trường sữa

2.3.2 SỰ THAY ĐỔI PROTEIN SỮA TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN [14]

Trong quá trình lên men, vi khuẩn lactic phát triển làm pH giảm sẽ làm thay đổi môi

trường mixen casein theo hai cách Thứ nhất, calcium hydroxyphosphoate ở dạng keo có

trong mixen casein sẽ hòa tan tạo ion calcium Lượng calcium càng được tích lũy càng làm

tăng nhanh quá trình tách calcium ra khỏi phức calcium phosphate - casein Acid caseinic tạo

thành không hòa tan tạo thành cục đông

NH2-R(COO)2Ca +2CH3CHOHCOOH NH2-R(COOH)2 + (CH3CHOHCOO)2Ca

Caseinate calcium Acid lactic Acid caseinic Calcium lactate

Thứ hai là pH của dung dịch lên men giảm dần và đi qua các điểm đẳng điện của

casein sữa và làm chúng bị ngưng tụ

2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN

Các quá trình lên men trong sản xuất công nghiệp có thể được tóm tắt theo sơ đồ cân

bằng vật chất tổng quát như sau [5]

Môi trường trước khi lên men Môi trường sau khi lên men

Cơ chất + Giống vi sinh vật Cơ chất sót + Sinh khối vi sinhvật +

Các sản phẩm trao đổi ngoại bào

do vi sinh vật tổng hợp nên

Để sản xuất được thực phẩm lên men với chất lượng mong muốn, chúng ta cần phải:

- Chọn được giống vi sinh vật thích hợp

- Xác định được môi trường lên men với thành phần cơ chất đầy đủ theo tỷ lệ tối ưu

- Xác định được các điều kiện lên men thích hợp như luợng giống cấy, nhiệt độ và thời

gian lên men Ngoài ra ta còn phải quan tâm đến vấn đề khác như việc cung cấp oxy,

sự khuấy trộn…[5]

 Nhu cầu dinh dưỡng:

Môi trường vi sinh vật phát triển phải chứa

Nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu do quá trình oxy hóa glucose tạo ra

Nguồn những chất tạo thành nguyên sinh chất trong tế bào như: nitơ, những chất có

nguồn gốc từ amoniac, phot pho, lưu huỳnh và những ion khác…