Nhập môn công nghệ chế biến thực phẩm

Sữa là chất lỏng sinh lý tiết ra từ tuyến vú của động vật-nguồn thức ăn nuôi sống động vật  non - Từ xưa:con người biết sử dụng sữa từ động vật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm  quý giá- Hiện nay, nguyên liệu sản xuất sữa chủ yếu  là: sữa bò,dê và cừu- Nước ta sữa bò là nguyên liệu chủ yếu

NGUYÊN PHÓ TRƯỞNG BỘ MÔN VI SINH

TS.LÊ THANH HƯNG

- Thực phẩm giàu dinh dưỡng

- Chứa glucocid, protein, lipit, một số khoáng chất và vitamin

- Cần thiết trong khẩu phần ăn hàng ngày

- Sản xuất ra nhiều loại thực phẩm khác nhau

CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA LÀ MỘT LĨNH VƯC QUAN TRỌNG CỦA NGHÀNH CÔNG NGHIỆP

THỰC PHẨM

NGUYÊN LIỆU NGHÀNH CÔNG

NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

- Hiện nay, nguyên liệu sản xuất sữa chủ yếu

là: sữa bò,dê và cừu

- Nước ta sữa bò là nguyên liệu chủ yếu

A.SỮA BÒ

Chất lỏng đục do chất béo, protein,

chất khoáng trong sữa tạo nên

Màu sắc sữa: phụ thuộc chủ yếu vào hàm

lượng -carotein trong chất béo của sữa

Sữa bò: màu từ trắng đến vàng nhạt, mùi

đặc trưng vị ngọt nhẹ

Sữa gầy (skim milk): sữa đã tách béo, màu

trong hơn và ngả màu xanh nhạt

1 Tính chất vật lý

Bảng: Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò

0 C V Dynes/cm 1/ohm.cm Cal/g 0 C

6.5:6.7 15:18 1.028:1.036 -0.54:-0.59 0.10:0.20 50

0.004:0.005 0.933:0.954

Độ chua: xác định bằng phương pháp chẩn độ

Các độ chua biểu diễn trên thế giới: độ Soxhlet

Henkel ( 0 SH), độ Thorner ( 0 Th), độ Dornic ( 0 D)

• 0 SH: số mol NaOH N/4 cần để chuẩn 100ml sữa Dùng ở Trung Âu

• 0 Th: số mol NaOH N/10 cần để chuẩn 100ml sữa

và 200ml nước cất Dùng ở Thụy Điển, Nga, Ucraina

• 0 D: số ml NaOH N/9 cần để chuẩn 100ml sữa.

Dùng ở Pháp và Hà Lan

Điểm đông đặc của sữa: từ -0.54:-0.59 o C kiểm tra sữa

có bị pha loãng với nước không

Thành phần chính: nước, lactose, protein và

chất béo

Các chất với hàm lượng nhỏ: hợp chất chưa

nitơ phi protein, vitamine, hormone, các chất màu và khí

Dao động và phụ thuộc vào các yếu tố như

chủng động vật nuôi, tình trạng sinh lý của

từng con vật, điều kiện chăn nuôi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn… )

2 Thành phần hóa học

• pH của sữa xác định ở 200C

• Sữa tươi: 6.6

• Sữa non (colostrum): phần sữa đầu tiên trong

chu kỳ tiết sữa của động vật: 6.0

• Sữa nhiễm vi sinh: vi khuẩn lactic chuyển

đường lactose trong sữa thành acid lactic làm

pH giảm

Bảng: Thành phần hóa học sữa của một số động vật

2.8 2.7 4.9 1.3 0.5

4.8 4.7 4.5 6.2 7.0

3.9 4.1 7.9 1.7 3.8

0.8 0.8 0.8 0.5 0.2

Bảng: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò

Thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung bình

87.513.04.83.43.90.8

Tỷ lệ giữa hai dạng phụ thuộc vào nhiệt độ sữa và pH

• Loại đường khử, độ ngọt thấp hơn disaccharide và

LACTOSE

• Gồm protein (95%):

+ casein (75-85%)

+ protein hòa tan (15-25%)

• Hợp chất chứa nitơ phi protein (5%): acid amin tự do, nucleotide, urê, acid uric

• Ngoài ra trong sữa còn chứa protein màng

với hàm lượng rất thấp Protein màng tạo

nên lớp màng mỏng xung quanh hạt béo

góp phần ổn định hệ nhũ tương trong sữa

* Các hợp chất nitơ:

CẤU TRÚC CASEIN

- Lactoperoxydase phát hiện lần đầu tiên bởi

Arnold

vào1881.

- Do tuyến vú tiết ra hay do VSV trong sữa tổng

hợp nên là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa trong bảo quản, làm giảm chất lượng hay hư hỏng sữa

- Một số có vai trò kháng khuẩn như:

lactoperoxydase, lyzozyme

Enzyme trong sữa

Gồm lipid đơn giản và lipit phức tạp

• Thường có dạng hình cầu, trong 1ml sữa có khoảng 10-15 tỷ hạt cầu béo Do đó có thể xem sữa là hệ

nhũ tương dầu trong nước

• Nếu không đồng hóa sữa tươi, trong thời gian

bảo quản các hạt cầu béo có xu hướng kết hợp với nhau thành chùm nhờ protein kém bền nhiệt là

euglobulin

• Tỷ trọng các hạt béo nhỏ hơn nước nên chúng

sẽ nổi lên bề mặt sữa và tạo váng

* Chất béo

Khoáng: từ 8-10g/l

Hàm lượng cao nhất: calci, phosphore và

magie Một phần tham gia cấu trúc micelle,

phần tồn tại dưới dạng muối hòa tan

Chất điện di: kali, natrim clore Cùng với

lactose cân bằng áp suất thẩm thấu trong bầu vú

động vật

Ngoài ra còn Zn, Fe, I, Cu Đôi khi còn tìm thấy Pb,

As ở dạng vết

Bảng: Thành phần một số nguyên tố vi lượng trong sữa (mg/

0.1-0.2 0.04-0.08

-2-5 1.5-7.0 0.5-1.0 0.2-0.5 0.02-0.15 0.015-0.05 0.03-0.05 0.05-0.06 0.1-0.2 0.04-0.08 0.03-0.05

+ Vitamin tan trong nước: B1, B2, B3, B5, C…

+ Vitamin tan trong chất béo: A, D, E

- Hàm lượng vitamin nhóm B trong sữa bò thường

ổn định là do chúng được tổng hợp chủ yếu bởi các

vi khuẩn trong ngăn thứ nhất của dạ dày của nhóm động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh

- Hàm lượng vitamin tan trong chất béo bị ảnh

hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết.

Vitamin

Bảng: Hàm lượng một số vitamin trong sữa

80 g/l0.44 mg/l1.75 mg/l0.94 mg/l

B5B6B12CBiotineAcid folic

3.46 mg/l0.5

4.320302.8

• Proteohormon

• Hormon peptide

• Hormon steride

Các hợp chất khác

Chất khí: CO2, O2, và N2 chiếm 5-6% thể tích

Chất kháng sinh: penicilin, chlorampheniol

Chất tẩy rửa: nước javel, kiềm

Pesticide (thuốc trừ sâu): heptachlore, epoxyde

Kim loại nặng

Nguyên tố phóng xạ

Nhiễm vào sữa từ nguồn thức ăn động vật, thiết bị và dụng cụ chứa sữa, chuồng tại hay do VSV tổng hợp nên

2 Hệ vi sinh vật trong sữa

A Nguồn gốc

- Sữa tươi được tuyến vú tổng hợp không chứa vi sinh vật

- Kiểm tra sữa vừa mới vắt đựng trong bình chứa phát

hiện có rất nhiều vi sinh ???

- Chúng xuất phát từ bầu vú của động vật cho sữa, người vắt sữa, thiết bị vắt, chuồng trại

+ Bầu vú động vật cho sữa

• Cơ thể động vật, đặc biệt là khu vực cho bầu vú và

khu vực lân cận có rất nhiều loài vi sinh Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hay bào tử

* Trước khi vắt sữa cần phải vệ sinh bầu vú và khu

vực lân cận trên cơ thể động vật cho sữa để hạn chế

một số lượng vi sinh vật nhiễm vào sữa

+ Người và thiết bị vắt sữa, chứa sữa

• Người vắt: sức khỏe tốt và không mắc

bệnh truyền nhiễm

• Thiết bị: vệ sinh cẩn thận và hệ thống

dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng

cụ chứa

+ Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa

• Cần vệ sinh chuồng trại nơi

thường xuyên

b Hệ vi sinh vật trong sữa

Thay đổi và phụ thuộc vào mức độ ô nhiếm VSV trong vắt sữa

Gồm procaryote và eucaryote:

- Procaryote: đại diện là vi khuẩn

+ Các vi khuẩn thường gặp: vk lactic, Coliform, vk sinh

acid butyric, sinh acid propionic và vk gây thối

- Eukaryote: đại diện là nấm men và nấm sợi

+ Nấm men: thường gặp là Sacchromyces cerevisiae,

Kluyveromyces marxianus Nhiều lọai thuộc loại kị khí

tùy ý

+ Nấm sợi: Một số thường nhiễm vào sữa: Penicillium

camembertii, P roquefortii, P.casei

Hầu hết nấm men và nấm sợi đều bị diệt trong quá trình thanh trùng sữa ở

75 o C từ 10-15 giây.

3 Vắt sữa, vận chuyển và bảo quản trước khi

chế biến

a Vắt sữa

- Thủ công: đơn giản nhưng tốn thời gian,

nhân công, khó kiểm soát để đảm bảo sự ổn định chỉ tiêu vi sinh của sữa

+ Thích hợp cho hộ gia đình nuôi bò sữa ở

quy mô nhỏ

- Sử dụng máy vắt sữa: thực hiện ở các trang

trại nuôi bò quy mô lớn

+ Đầu tư trang thiết bị vắt sữa tốn kém

VẮT SỮA BẰNG TAY VẮT SỮA BẰNG MÁY

MÁY VẮT SỮA

b Sơ đồ quá trình vận chuyển sữa từ nơi thu hoạch đến

Trạm thu mua sữa

Trang trại

Vận chuy

ển

Vắt sữa thu công

Sữa được đựng trong các bổn bảo quản lạnh

Vắt sữa bằng máy và làm lạnh sữa

Đựng sữa trong các bồn chứa tạm

Kiểm tra Lọc

Làm lạnh sữa

Sữa được đựng trong bình 30-50l

uyển th

ủ công

Thủ côn

g

Vận chuyển

Bằng xe bồn

HỆ THỐNG VẮT SỮA THEO ĐƯỜNG ỐNG

1 Máy bơm chân không

2 Đường ống dẫn chân không

3 Thùng làm lạnh sữa

4 Đường ống dẫn sữa

c Quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến

• Trong qúa trình bảo quản diễn ra các

biến đổi vật lý, hóa học, sinh học,

hóa lý và hóa sinh

• Tốc độ biến đổi phụ thuộc vào thành

phần hóa học và hệ VSV trong sữa

sau vắt cũng như phụ thuộc các

điều kiện bảo quản

Biến đổi sinh học

• Sự trao đổi chất của VSV là biến đổi sinh học quan trọng nhất

• Hệ VSV phân giải và sử dụng một số chất dinh dưỡng trong sữa giảm dần, đồng thời xuất hiện nhiều hợp chất mới do VSV phân giải và chuyển hóa

• Tốc độ quá trình sinh trưởng và trao đổi chất

của hệ VSV có trong sữa phụ thuộc vào nhiều

yếu tố quan trọng

Bảng: Giá trị nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của các nhóm VSV (H

Lecler, A Meyer,1994)

trưởng tối ưu o C)

Đại diện thường thấy trong sữa

L Acidophilus Nấm men

-Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự phát triển

của vi khuẩn ở sữa nguyên chất

• Phần 2

• CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN

• TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ

• BIẾN SỮA CÁC QUÁ TRÌNH

• VẬT LÝ

1 QUÁ TRÌNH LY TÂM

Giới thiệu

- Ly tâm: quá trình phân riêng các cấu tử có

khối lượng riêng khác nhau trong hỗn hợp lỏng không đồng

nhất dưới tác dụng của lực ly tâm

- Mục đích:

+ Tách chất béo ra khỏi sữa để điều chỉnh

hàm lượng lipid trong sản phẩm

+ Tách các vi sinh vật (đặc biệt là các bào tử vi

khuẩn) chịu nhiệt ra khỏi sữa thanh trùng sữa

+ Tách chất rắn ra khỏi sữa, ví dụ tách tinh thể

lactose thu được sau kết tinh trong công nghệ

sản xuất lactose tinh thể

* Thiết bị ly tâm

Thiết bị ly tâm tách chất béo ra khỏi sữa: tách sữa tươi thành hai dòng sản phẩm: cream (giàu chất béo) có khối lượng riêng nhỏ và sữa gầy (chứa ít chất béo) có khối lượng riêng lớn

Thiết bị ly tâm tách vi sinh vật ra khỏi sữa: nhiệt độ tối ưu: 55-600C, tách phần lớn tế bào sinh dưỡng lẫn bào tử của vi khuẩn chịu nhiệt như Clostridium

2 QUÁ TRÌNH ĐỒNG HÓA

* Mục đích

- Ổn định hệ nhũ tương

- Chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực

 Còn gọi là quá trình nhũ tương hóa

Các phương pháp đồng hóa

* Phương pháp khuấy trộn: đơn giản nhất

- Sử dụng cánh khuấy để đồng hóa hệ nhũ tương

- Các hạt của pha phân tán va đập vào cánh

khuấy và bị giảm kích thước

- Hiệu quả thấp nên chỉ áp dụng nhằm chuẩn bị

sơ bộ hệ nhũ tương trước khi chuyển qua giai

đoạn đồng hóa bằng áp lực cao

Phương pháp sử dụng áp lực cao

Các hạt của pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước khi bơm hệ nhũ tương đi qua khe hẹp với tốc độ cao

Kích thước khe hẹp: 15-300μm

Tốc độ dòng của hệ nhũ tương được đẩy đến khe hẹp:

50-200m/s

Cơ chế:

+ Nguyên lí chảy rối: khi hệ nhũ tương được bơm với tốc độ

cao đến khe hẹp , chiều dòng chảy rối với các vi lốc xốy

sẽ xuất hiện Tốc độ bơm càng lớn thì số dòng chảy rối

càng nhiều và kích thước các vi lộc xóay càng nhỏ.

Chúng sẽ va đập vào các hạt của pha phân tán và làm

các hạt này bị vỡ ra

Hình: thiết bị đồng hóa sử dụng áp lực cao

1 Motor chính 6 Hộp piston

2 Bộ truyền đai 7 Bơm

3 Đồng hồ đo áp suất 8 Van

4 Trục quay 9 Bộ phận đồng hóa

5 Piston 10 Hệ thống tạo áp suất thủy lực

Hình: Hình dạng các hạt béo trong sữa

sau quá trình đồng hóa

* Phương pháp khác:

- Phương pháp nghiền keo: giảm kích thước hạt pha phân tán

- Dòng chảy xoáy tâm

- Sóng siêu âm: hiện tượng xâm thực khí đóng vai trò

quan trọng trong phá vỡ các hạt pha phân tán, tần số

sóng từ 18-30kHz

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa

- Tỷ lệ phần trăm giữa thể tích pha phân tán và tổng thể tích hệ nhũ tương

+ Càng nhỏ càng dễ đồng hóa

+ Nếu hàm lượng chất béo trong hệ nhũ tương dầu

trong nước (O/W) không lớn hơn 12%, ta có thể

sử dụng phương pháp đồng hóa áp lực cao để ổn

định chúng

- Nhiệt độ

Nhiệt độ mẫu càng thấp đồng hóa càng kém hiệu

quả do một số chất béo chuyển sang trạng thái rắn

Thường từ 55-80 0 C

- Áp suất

Áp suất đồng hóa càng lớn, hiện tượng chảy rối và

xâm thực khí càng dễ xuất hiện  các hạt pha phân

tán được tạo thành có kích thước nhỏ và hệ nhũ

tương có độ bền cao

Thường từ 100-250 bar

- Chất nhũ hóa

+ Khá đa dạng, phải lựa chọn chất nhũ hóa thích

hợp cho từng lọai sản phẩm

+ Thường dùng: lecithin, glycerin ester, sorbitol

ester

3 QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG VÀ TIỆT TRÙNG

* Giới thiệu

Trong thực phẩm, hệ VSV tồn tại dưới dạng tế bào

sinh dưỡng hoặc bào tử Thường chia thành hai

nhóm:

- Nhóm có khả năng gây bệnh cho người và sinh tổng

hợp độc tố gồm: Staphylococcus aureus, Listeria

monocytogenes, Clostridium botulium, Salmonella,

Campylobacter, Aspergillus parasiticus….

+ Độc tố gồm nội độc tố và ngọai độc tố

- Nhóm VSV không có khả năng sinh độc tố: phổ

biến nhất là vi khuẩn (vi khuẩn lactic, vi khuẩn

acetic), nấm men, nấm sợi

Coliform

E coli

Lactobacillus Naám men

Sử dụng các phương pháp khác nhau nhằm tiêu

diệt VSV gây bệnh và các VSV khác trong thực phẩmthông dụng nhất là dùng nhiệt độ cao để ức chế

Tiêu diệt hệ VSV gây bệnh trong thực phẩm và

ức chế quá trình sinh tổng hợp độc tố

Nhiệt độ: 100≤ 100

Trong thực phẩm thanh trùng vẫn còn chứa một

số tế bào hoặc bào tử của VSV ưa nhiệt và

enzyme bền nhiệt Chúng chỉ bị ức chế một phần sau thanh trùng

Thanh trùng

- Theo lý thuyết: nhiệt độ xử lý càng cao, thời gian xử lý càng dài thì số VSV sống sót càng ít, tính an tòan thực phẩm cao

nh ng làm giảm giá trị dinh dưỡng và cảm quan một số lọai thực phẩm

- Thực phẩm thanh trùng giữ được giá trị chất lượng dinh

dưỡng và cảm quan tương tự trước thanh trùng nhưng thời

gian bảo quản ngắn

THIẾT BỊ THANH TRÙNG SỮA

Tiệt trùng

- Tiêu diệt tồn bộ hệ vi sinh và vô hoạt không thuận

nghịch những enzyme có trong thực phẩm

- Thực hiện ở nhiệt độ >100 0 , đôi khi kết hợp áp suất cao và thời gian xử lý nhiệt kéo dài

Sản phẩm qua tiệt trùng gọi là vô trùng: giữ các chỉ

tiêu chất lượng trong kho ng thời gian hơn 6 tháng ở ảng thời gian hơn 6 tháng ở

những điều kiện bảo quản xác định

- Gồm

+ Thanh trùng hoặc tiệt trùng sản phẩm trong bao bì

+ Thanh trùng hoặc tiệt trùng sản phẩm ngòai bao bì

Bảng: Một số chế độ xử lý nhiệt thông dụng trong công nghệ chế biến sữa

T

t

đô 0 C Thời gian Nguyên liệu

1 Xử lý nhiệt sơ bộ 63-65 15 giây Sữa tươi vừa thu mua vận

chuyển về nhà máy

2 Thanh trùng nhiệt độ thấp,

thời gian dài (LTLT) 63 30 phút Sữa nguyên liệu trong quy trình sản xuất sữa thanh trùng

3 Thanh trùng nhiệt độ cao

thời gian ngắn (HTST)

4 Thanh trùng nhiệt độ siêu

cao 125-138 2-4 s trình sản xuất sữa thanh trùngSữa nguyên liệu trong quy

5 Tiệt trùng UHT 135-140 Vài giây

6 Tiệt trùng sữa trong chai 115-120 20-30 phút

Bảng: Một số điểm khác nhau cơ bản của quá trình thanh trùng

hoặc tiệt trùng thực phẩm trong bao bì và ngồi bao bì

Vấn đề Trong bao bì Ngòai bao bì kết hợp

với kỹ thuật gói bao vô trùng

- Chi phí năng lượng

- Tổn thất dinh dưỡng

- Giá trị cảm quan sau xử

lý nhiệt

- Thiết bị hỗ trợ

- Vệ sinh thiết bị sau mỗi

ca sản xuất

- Tính ổn định chất lượng

Cao Nhiều Có thể thay đổi

Không Đơn giản Không cao

Thấp Ít

Ít thay đổi

Có Phức tạp Cao

Một số tiêu chuẩn an tồn

- GMP (Good Manufactering practices): quy phạm thực hành sản xuất tốt

- HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point): hệ

thống quản lý chất lượng

Khống chế hàm lượng vi sinh trong thực phẩm ở mức độ thấp trước khi đưa các mẫu vào xử lý thanh trùng hoặc tiệt trùng

• Thiết bị thanh trùng và tiệt trùng

a/ Phương pháp thanh trùng và tiệt trùng sản phẩm

trong bao bì

- Thiết bị thanh trùng sữa gián đoạn bằng nước nóng

+ Sử dụng đầu tiên trong công nghệ chế biến sữa

+ Cấu tạo đơn giản do nhiệt độ thanh trùng nhỏ

hơn 100 0 C

+ Thiết bị dạng hình trụ đứng hoặc hình hộp chữ

nhật, có các đường ống dẫn nước nóng hay nước

lạnh vào thiết bị để gia nhiệt và làm nguội