Nghiên cứu chế biến sữa khoai môn tiệt trùng

Nghiên cứu chế biến sữa khoai môn tiệt trùng

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TỪ KIM HUYÊN

NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN SỮA KHOAI MÔN TIỆT TRÙNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Ngành CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Mã ngành 08

Người hướng dẫn

DƯƠNG THỊ PHƯỢNG LIÊN

CẦN THƠ 2007

Luận văn đính kèm sau đây, với tựa đề tài: “Nghiên cứu chế biến sữa khoai môn tiệt trùng”, do Từ Kim Huyên thực hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận

văn thông qua

Giáo viên hướng dẫn Giáo viên chấm phản biện

Ths DƯƠNG THỊ PHƯỢNG LIÊN Ths BÙI THỊ QUỲNH HOA

Cần Thơ, ngày tháng năm 2007

Chủ tịch hội đồng

Ts LÝ NGUYỄN BÌNH

Tất cả cán bộ quản lý phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài tại phòng thí nghiệm

Toàn thể các bạn lớp Công Nghệ Thực Phẩm khóa 28 đã giúp đỡ tôi, động viên, chia sẽ trong 5 năm học tập tại Trường

Từ Kim Huyên

MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH BẢNG v

DANH SÁCH HÌNH vi

TÓM LƯỢC viii

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 1

CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Nguyên liệu trong sản xuất sữa khoai môn tiệt trùng 2

2.1.1 Sữa tươi 2

2.1.2 Khoai môn 15

2.1.3 Sắc tố anthocyanin trong thực phẩm 16

2.2 Giới thiệu cơ sở khoa học một số quá trình cơ bản trong chế biến sữa khoai môn tiệt trùng 17

2.2.1 Quá trình tiệt trùng 17

2.2.2 Quá trình đồng hoá 19

2.2.3 Sự hydrate hóa và trương nở của tinh bột 20

2.2.4 Quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme 21

CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 Phương tiện nghiên cứu 27

3.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 27

3.1.2 Nguyên liệu dùng trong sản xuất sữa khoai môn tiệt trùng 27

3.1.3 Hoá chất 27

3.1.4Thiết bị, dụng cụ 27

3.2 Phương pháp nghiên cứu 28

3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình thủy phân khoai môn đến chất lượng sữa khoai môn tiệt trùng .28

3.2.2Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dịch khoai môn và sữa đến chất

lượng sản phẩm 31

3.2.3Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến chất lượng cảm quan và khả năng bảo quản sản phẩm 32

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học nguyên liệu 33

4.2 Ảnh hưởng của quá trình thủy phân khoai môn đến chất lượng sữa khoai môn tiệt trùng 33

4.2.1 Ảnh huởng của nhiệt độ và thời gian xử lý đến hàm lượng đường khử tạo thành trong dịch thủy phân khoai môn 33

4.2.2 Ảnh hưởng của quá trình thủy phân khoai môn đến độ nhớt sản phẩm 35

4.2.3 Ảnh hưởng của quá trình thủy phân đến giá trị cảm quan sản phẩm 37

4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn dịch khoai môn và sữa đến chất lượng sản phẩm 38

4.3.1Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn dịch khoai môn và sữa đến độ nhớt và giá trị màu của sản phẩm 39

4.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối chế dịch khoai môn và sữa kết hợp với màu bổ sung đến giá trị cảm quan của sản phẩm 40

4.4 Ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến chất lượng cảm quan và khả năng bảo quản sản phẩm .41

4.4.1Ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến độ nhớt và màu sắc của sản phẩm 41

4.4.2 Ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến giá trị cảm quan sản phẩm 43

4.4.3 Ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến khả năng tiêu diệt vi sinh vật 44

4.5 Kết quả phân tích thành phần hóa học của sản phẩm 44

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 46

5.1 Kết luận 46

5.2 Đề nghị 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Một số tính chất vật lý của sữa nguyên liệu 2

Bảng 2: Thành phần chất béo trong sữa bò 3

Bảng 3: Một số tính chất của chất béo trong sữa 4

Bảng 4: Thành phần hóa học của khoai môn 16

Bảng 5: Phương pháp tiệt trùng 18

Bảng 6: Kết quả phân tích thành phần hóa học của khoai môn và sữa nguyên liệu

33

Bảng 7: Kết quả thống kê hàm lượng đường khử tạo thành sau quá trình thủy phân khoai môn ở các nhiệt độ và thời gian thủy phân khác nhau 34

Bảng 8: Kết quả thống kê độ nhớt của sản phẩm sau quá trình thủy phân khoai môn 36

Bảng 9: Kết quả thống kê điểm đánh giá cảm quan về hình thái (sự phân lớp) của sản phẩm theo hai nhân tố nhiệt độ và thời gian thủy phân 37

Bảng 10: Kết quả thống kê điểm đánh giá cảm quan về hình thái (sự phân lớp) của sản phẩm ở các chế độ thủy phân 38

Bảng 11: Kết quả thống kê ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn dịch khoai môn và sữa đến độ nhớt và giá trị màu sắc (giá trị a) của sản phẩm 39

Bảng 12: Kết quả thống kê điểm đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi, vị đối với sản phẩm ở các tỷ lệ phối trộn 40

Bảng 13: Kết quả thống kê độ nhớt và giá trị màu sắc (giá trị L, a) của sản phẩm theo chế độ tiệt trùng 41

Bảng 14: Kết quả thống kê điểm cảm quan về màu sắc, mùi, vị của sản phẩm tương ứng với các chế độ tiệt trùng .43

Bảng 15: Tổng số vi sinh vật còn lại sau quá trình tiệt trùng ở các chế độ xử lý và thời gian bảo quản của sản phẩm 44

Bảng 16 : Kết quả phân tích thành phần hóa học của sản phẩm 44

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Thành phần các hợp chất chứa nitơ trong sữa 5

Hình 2: Cấu trúc của micelle casein 5

Hình 3: Công thức cấu tạo của đường lactose 8

Hình 4: Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase lên tinh bột 22

Hình 5: Cơ chế tác dụng của enzyme glucoamylase lên tinh bột 23

Hình 6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến tốc độ phản ứng 24

Hình 7: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến tốc độ phản ứng 25

Hình 8: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến tốc độ phản ứng 25

Hình 9: Hệ thống Soxlet 27

Hình 10: Thiết bị sấy 27

Hình 11: pH kế 27

Hình 12: Thiết bị tiệt trùng 27

Hình 13: Máy đo màu 27

Hình 14: Thiết bị cất đạm 27

Hình 15: Cân điện tử 28

Hình 16: Cân phân tích 28

Hình 17: Thiết bị đồng hoá 28

Hình 18: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 29

Hình 19: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thí nghiệm 2 31

Hình 20: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 32

Hình 21: Nguyên liệu khoai môn 33

Hình 22: Khoai môn sau quá trình thủy phân ở các chế độ khác nhau 34

Hình 23: Đồ thị biễu diễn hàm lượng đường khử tạo thành sau quá trình thủy phân khoai môn .35

Hình 24: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt của sản phẩm ở các nhiệt độ và thời gian thủy phân khác nhau 36

Hình 25: Sản phẩm với khoai môn thủy phân ở các chế độ khác nhau 37

Hình 26: Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến độ nhớt và giá trị a của sản phẩm 39

Hình 27: Sản phẩm sữa khoai môn tiệt trùng ở các tỷ lệ phối trộn 40

Hình 28: Ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến sự thay đổi giá trị L của sản phẩm

41

Hình 29: Ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến sự thay đổi giá trị a của sản phẩm

42

Hình 30: Ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến độ nhớt của sản phẩm 42

Hình 31: Sản phẩm sau quá trình tiệt trùng 43

Hình 32: Sữa khoai môn tiệt trùng dạng đóng chai 45

Hình 33: Sữa khoai môn tiệt trùng dạng lon 45

Hình 34: Quy trình sản xuất sữa khoai môn tiệt trùng 47

TÓM LƯỢC

V ới mục đích nghiên cứu của đề tài xây dựng quy trình chế biến sản phẩm sữa khoai

môn ti ệt trùng có chất lượng tốt và bảo quản được thời gian dài ở điều kiện thường, phần

n ội dung nghiên cứu tập trung vào các vấn đề sau:

Kh ảo sát ảnh hưởng của quá trình thủy phân khoai môn đến chất lượng sữa khoai môn

ti ệt trùng Thí nghiệm được tiến hành trên cơ sở khảo sát khả năng thủy phân khoai môn

b ằng enzyme ở hai mức nhiệt độ 52 ÷ 55 o C, 62 ÷ 65 o C v ới thời gian lần lượt cho mỗi chế

độ nhiệt độ là 0 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút Để xử lý khoai môn cho sản phẩm có

hình thái t ốt nhất và hiệu quả kinh tế, cần thủy phân ở nhiệt độ 52 ÷ 55 o C, th ời gian 90

Kh ảo sát ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến chất lượng cảm quan và khả năng bảo

qu ản sản phẩm Thí nghiệm được tiến hành ở các chế độ tiệt trùng: nhiệt độ 121 o C th ời

gian 15 phút, nhi ệt độ 121 o C th ời gian 20 phút, nhiệt độ 125 o C th ời gian 5 phút và nhiệt

độ 125 o C th ời gian 10 phút Chế độ tịêt trùng phù hợp cho sản phẩm nhằm kéo dài thời

gian s ử dụng đồng thời giữ được giá trị cảm quan tốt cho sản phẩm là ở nhiệt độ 125 o C trong th ời gian 5 phút

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Giới thiệu

Sau sữa mẹ, sữa bò là thực phẩm chứa các chất dinh dưỡng đầy đủ và cân đối nhất Các sản phẩm từ sữa bò cũng rất đa dạng và phong phú Từ nguyên liệu sữa bò, người ta đã tạo ra vô vàn các sản phẩm có cấu trúc, trạng thái và hương vị khác nhau Chỉ riêng những sản phẩm sữa tiệt trùng trên thị trường có thể bắt gặp: sữa tiệt trùng bổ sung thêm đường, sữa tiệt trùng bổ sung đường và bột cacao, sữa tiệt trùng bổ sung vitamin, sữa tiệt trùng bổ sung hương dâu, cam, vanile, cacao,…Sở

dĩ, việc sản xuất và sử dụng rộng rãi các loại sản phẩm sữa tiệt trùng hiện nay là do: thời gian bảo quản sản phẩm có thể kéo dài đến vài tháng ở nhiệt độ phòng, toàn bộ hệ vi sinh vật và enzyme có trong sữa bị vô hoạt, đảm bảo an toàn cho người sử dụng, tạo thuận lợi cho nhà sản xuất, tiết kiệm chi phí bảo quản và vận chuyển sản phẩm trong điều kiện nhiệt độ bình thường

Ngày nay, khoai môn là loại cây mang tính văn hoá truyền thống, đặc biệt là văn hóa ẩm thực của người Việt Nam Do đó, khoai môn được người nông dân trồng phổ biến cả trong vườn nhà lẫn ngoài ruộng, trên nương, ở mọi vùng sinh thái từ đồng bằng tới cao nguyên Chính sự đa dạng về giống loài và khả năng thích nghi với mọi điều kiện sinh thái đã giúp khoai môn ngày càng có được vị trí trong việc cung cấp lương thực, thực phẩm Tuy nhiên, khoai môn vẫn chưa thực sự có được thị thường và chế biến còn rất hạn chế do thiếu công nghệ phù hợp Vì vậy, việc phối hợp nguyên liệu sữa và khoai môn trong việc nghiên cứu chế biến sữa khoai môn tiệt trùng là thích hợp, góp phần nâng cao giá trị kinh tế của khoai môn, mang lại lợi ích cho nông dân và góp phần đa dạng hoá các sản phẩm sữa

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sữa khoai môn tiệt trùng, từ đó chọn ra các thông số thích hợp cho quá trình chế biến sản phẩm

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát ảnh hưởng của quá trình thủy phân khoai môn đến chất lượng sữa khoai môn tiệt trùng

- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dịch khoai môn và sữa đến chất lượng sản phẩm

- Khảo sát ảnh hưởng của chế độ tiệt trùng đến chất lượng cảm quan và khả năng bảo quản của sản phẩm

CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Nguyên liệu trong sản xuất sữa khoai môn tiệt trùng

a Tính chất vật lý của sữa tươi

Sữa là một chất lỏng đục Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-carotene có trong chất béo của sữa Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt Sữa gầy thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt Sữa bò có mùi rất đặc trưng, vị ngọt nhẹ và có những tính chất được cho trong bảng 1

Bảng 1: Một số tính chất vật lý của sữa nguyên liệu

16 ÷ 18 1,35

(Ngu ồn: Lê Thị Liên Thanh và Lê Văn Hoàng, 2005)

b. Thành phần hoá học và đặc tính hóa lý của sữa tươi

Về phương diện hóa lý, có thể coi sữa như một thể keo gồm các cầu béo (đường

kính từ 3 ÷ 5 µm) và các mixen protein (đường kính gần 0,1 µm) trong pha phân tán là nước

Nước là thành phần lớn nhất và quan trọng nhất chiếm tỷ lệ 9/10 của thành phần sữa, còn lại tổng chất khô (chiếm khoảng 125 ÷ 130 g/lít sữa)

Chất béo của sữa (váng sữa) tách ra được tính trong thành phần tổng hàm lượng chất khô có trong một lít sữa Lượng chất béo trung bình xấp xỉ 90g/lít

Một số thành phần khác có trong sữa với lượng thay đổi dễ dàng định lượng được tuy nhiên, một số thành phần khác chỉ hiện diện dưới dạng vết

Các chất khó định lượng có thể kể đến: các chất béo đường lactose, các chất chứa nitơ các loại muối khoáng Các chất tiếp theo là các loại enzyme, các sắc tố và vitamin

c Chất béo của sữa

Chất béo sữa chiếm khoảng 4% và được coi là thành phần quan trọng nhất trong sữa Về mặt dinh dưỡng, chất béo có độ sinh năng lượng cao, có chứa các vitamin hoà tan trong chất béo (A, D,E) và các thành phần với hàm lượng như bảng 2

Bảng 2: Thành phần chất béo trong sữa bò

Thành phần

Hàm lượng (% so với tổng khối lượng chất béo)

Ester của acid béo và cholesterol

Ester của acid béo và rượu cao phân tử

(Ngu ồn: Lê Văn Việt Mẫn, 2004)

Chất béo trong sữa có hai loại:

Chất béo đơn giản: trong công thức phân tử chỉ có C, H, O

Bảng 3: Một số tính chất của chất béo trong sữa

Điểm nóng chảy

Điểm hoá rắn

Chỉ số iod

Chỉ số xà phòng hoá (theo Koettstorfer)

Chỉ số acid bay hơi không hoà tan

26 ÷ 30 1,453 1,462

(Ngu ồn: Lê Thị Liên Thanh và Lê Văn Hoàng, 2005)

Chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng huyền phù của các hạt nhỏ hình cầu (tiểu cầu) hoặc hình ovan với đường kính từ 2 ÷ 10 µm, tuỳ thuộc vào giống bò cho sữa

Sử dụng kính hiển vi điện tử đã cho phép xác định được cấu trúc của tiểu cầu, các tiểu cầu này được vây quanh bởi màng protein, gồm hai phần: phần có thể hoà tan được và phần không hoà tan được trong nước Các phần này rất khác nhau trong các loại sữa Bề mặt bên trong của màng có liên quan mật thiết với một lớp phụ có bản chất phospholipid có thành phần chủ yếu là lixitin và xephalin (là các chất béo phức tạp với hàm lượng 0,3 ÷ 0,5 g/l sữa)

Màng tiểu cầu béo còn chứa nhiều chất khác với hàm lượng nhỏ, trong dó chủ yếu

là sắt, đồng, các enzyme nhất là enzyme phosphatase mang tính kiềm, tập trung trong phần protein và enzyme reductase có trong phần không hoà tan

Sự phân bố các glycerin trong lòng các tiểu cầu mang đặc điểm sau: phần trung tâm của tiểu cầu chứa glyceride có điểm nóng chảy thấp, giàu acid oleic và luôn ở dạng lỏng ở nhiệt độ môi trường Trong khi đó phần ngoại vi nơi tiếp xúc với màng, chứa các glyceride với chỉ số iod rất thấp (5 ÷ 6) nhưng có điểm nóng chảy cao có thể đông đặc ở nhiệt độ môi trường

Sự toàn diện cấu trúc các tiểu cầu là điều kiện quyết định cho sự ổn định của chất béo trong sữa Đặc biệt, sự biến chất của màng sẽ làm tăng cường độ hoạt động trực tiếp của một số loài vi sinh vật hoặc là sự tăng lên của chỉ số acid làm thay đổi tính chất vật lý, gây ra việc tiến lại gần rồi kết dính các tiểu cầu lại với nhau dẫn đến quá trình tách chất béo làm mất đi tính đồng nhất của sữa

c. Các hợp chất chứa nitơ

Thành phần các hợp chất có chứa nitơ trong sữa được trình bày theo sơ đồ ở hình

1

Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bò (100%)

Protein (95%) Các hợp chất chứa nitơ phi protein (5%)

Acid amin tự do Nucleotide Ure

Acid uric

Hình 1: Thành phần các hợp chất chứa nitơ trong sữa

(Ngu ồn: Lê Văn Việt Mẫn, 2004)

Casein là thành phần protein chủ yếu tìm thấy trong sữa Chúng liên kết với các ion (Ca, P) và nhiều hợp chất khác hình thành micelle casein Mỗi micelle chứa khoảng 65% là nước, phần còn lại là casein và khoáng (gồm calci, magiê, phosphate và citrate)

Hình 2: Cấu trúc của micelle casein

hợp lại với nhau Thành phần các micelle có thể thay đổi theo những tỷ lệ khác nhau

Trong cấu trúc micelle, các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ muối phosphate calci Ca3(PO4)2 và sự tương tác giữa các gốc kỵ nước Kích thước micelle phụ thuộc vào hàm lượng ion Ca2+ có trong sữa và dao động trong khoảng 0,2 ÷ 0,4µm κ-casein tập trung trên bề mặt micelle, có vai trò ổn định cấu trúc của micelle trong sữa và làm cho micelle hoà tan được trong sữa dưới dạng dung dịch keo

Ở nhiệt độ thấp, các mạch β-casein bị phân ly từ từ và hydroxy-phosphate calci bị tách ra khỏi cấu trúc micelle Đó là do β-casein có các gốc ưa béo và sự tương tác giữa các gốc ưa béo thường bị yếu đi khi nhiệt độ giảm

Casein là những protein có tính acid vì phân tử của chúng chứa nhiều gốc acid glutamic và acid aspartic Các phân tử casein thường được phosphoryl hoá với những mức độ khác nhau trên gốc serine và threonine

Casein trong sữa có nguồn gốc từ những chủng bò khác nhau có thể có cấu trúc bậc một khác nhau Tuy nhiên, cấu trúc bậc một của cùng một loại casein chỉ khác nhau bởi vài gốc acid amin trong phân tử protein của chúng

Protein hoà tan

lactalbumin: là protein dạng hình cầu Cấu trúc của nó gần giống lysozyme

α-lactalbumin là một metalloprotein Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci α-lactalbumin là protein có giá trị dinh dưỡng cao Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối Điểm đẳng điện ở pI = 5,1; không đông tụ bởi men sữa

β-lactoglubulin: có điểm đẳng điện pI = 5,3 Khi đun sữa trên 60oC hàng loạt các biến dổi xảy ra Cầu disunful bắt đầu tạo thành giữa các phân tử β-lactoglubulin, ở nhiệt độ cao, các hợp chất chứa lưu huỳnh như H2S lần lượt được giải phóng, tạo mùi nấu cho sữa

immuno-globin trong sữa bò là IgG, IgA và IgM Trong số các immunoglobulin, IgG được tìm thấy với hàm lượng cao nhất Trong sữa non, hàm lượng IgG có thể chiếm đến 80% tổng khối lượng các protein hoà tan trong sữa Có thể kết tủa các globulin miễn dịch bằng magiê sunfat, amon sunfat

phân từ β-casein bởi plasmine Đến nay, người ta tìm thấy ba phân đoạn khác nhau

từ quá trình thuỷ phân trên

Serum-albumin: là một protein phân tử lớn có nguồn gốc từ máu và không đặc trưng cho sữa Thành phần gồm 542 gốc acid amin, serum-protein rất mẫn cảm với nhiệt độ

Ngoài ra, trong sữa còn chứa các protein màng (membrane protein) Hàm lượng của chúng rất thấp Các protein màng tạo nên một lớp màng mỏng bao quanh các hạt béo góp phần ổn định hệ nhũ tương trong sữa

Enzyme

Trong sữa có hơn 60 enzyme khác nhau đã được tìm thấy Chúng do tuyến vú tiết

ra hoặc do các vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên Enzyme là chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein Sự có mặt của các enzyme trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hoá học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó làm giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa Tuy hiên, một số enzyme có trong sữa như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn Chúng tham gia vào việc ổn định chất lượng sữa tươi trong quá trình bảo quản trước khi chế biến

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

Các enzyme thuỷ phân

Chúng thuỷ phân các chất khác nhau, trong sữa các enzyme đặc trưng thuộc dạng này là: lipase, phosphatease kiềm, galactase, amylase

Lipase: thuỷ phân các glycerit với sự có mặt của các acid béo tự do và glycerol Lipase không bền nhiệt, với nhiệt độ xấp xỉ 70oC trong thời gian vài giây, lipase bị mật hoạt tính Tuy vậy có một vài loại lipase của vi sinh vật tồn tại được ở nhiệt độ khá cao (>80oC) Trong điều kiện môi trường acid cao kiềm hãm hoạt động của lipase cũng như sự kiềm hãm xảy ra trong môi trường có mặt một vài loại kim loại nặng (Cu, Fe…) Ánh sáng mặt trời phá huỷ nhanh chóng chúng, pH tối ưu cho hoạt động của lipase là 9,4

Phosphatase kiềm: thuỷ phân các loại este phosphat như glycerolphosphat, phenylphosphat,…chúng bị phá huỷ bởi sự đốt nóng khoảng 72oC trong thời gian

15 ÷ 20 phút hoặc 63oC trong thời gian 30 phút Một vài vi sinh vật có khả năng sản sinh enzyme, đặc biệt là nấm men và nấm mốc Vì vậy enzyme này bền nhiệt đặc biệt trong môi trường trung tính Lợi ích chủ yếu của enzyme phosphatase kiềm tính được sử dụng như một yếu tố để kiểm tra sự thanh trùng sữa và cream Galactase: các enzyme có thể thuỷ phân protein đến sản phẩm pepton và acid amin Chúng bị kiềm chế hoạt động trong môi trường acid, ngoài ra chúng bị ức chế hoạt động trong môi trường có nhiệt độ thấp và phá huỷ bởi sự đốt nóng khoảng 75oC trong 10 phút Nhiều loại vi sinh vật có thể tiết ra loại enzyme này

Amylase: enzyme này thuỷ phân tinh bột thành các dextrin Cấu trúc enzyme này hoàn toàn bị phá vỡ khi chịu sự đốt nóng đến 65oC trong 30 phút

Các enzyme oxy hoá

Loại enzyme này bao gồm tất cả các loại enzyme tham gia vào các quá trình oxy hoá sinh học Trong số các enzyme này cần phải kể đến: reductase, lactopero-xydase, catalase

Reductase: trong thực tế sự hiện diện của enzyme này dẫn đến sự mất màu nhanh chóng của hợp chất xanh methylen được cho vào ban đầu trong sữa tươi Ở nhiệt

độ 70oC trong 3 phút loại enzyme này bị phá huỷ Reductase được sinh ra do vi sinh vật trong sữa Ý nghĩa thưc tế của enzyme này rất đáng kể: sự mất màu xanh methylen do mối liên quan giữa tốc độ làm mất màu của xanh methylen cho vào trong sữa với lượng vi sinh vật có trong sản phẩm

Lactoperoxydase: enzyme thuỷ phân H2O2 tạo thành oxy hoạt động và có thể liên kết với các chất chứa oxy Enzyme này bị ức chế ở 82oC trong 20 phút

Catalase: enzyme thuỷ phân H2O2 tạo thành oxy dưới dạng phân tử không hoạt động Là loại enzyme khá bền nhiệt, bị ức chế ở 70oC trong 30 phút Nhiều loại vi sinh vật cũng có khả năng tiết ra loại enzyme này

Lactose

Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành Trong sữa, hàm lượng đường lactose trung bình là 50 g/l và tồn tại dưới hai dạng:

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

β-lactose anhydrous C12H22O11 (phân tử β-lactose khan)

Hình 3: Công thức cấu tạo của đường lactose

(Ngu ồn: www.kiriya-chem.co.jp)

Khi ta hoà tan đường α-lactose monohydrate dạng tinh thể vào nước, góc quay cực

sẽ là 89,4o Nếu giữ dung dịch này ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ góc quay cực sẽ giảm xuống giá trị 55o Đó là do một số phân tử α-lactose monohydrate đã chuyển sang dạng β-lactose anhydrous Khi đó trong dung dịch sẽ tồn tại cân bằng:

L- α-lactose monohydrate L-β-lactose anhydrous

Việc giảm giá trị góc quay cực của dung dịch α-lactose monohydrate sẽ diễn ra với tốc độ nhanh hơn nếu pH dung dịch dược kiềm hoá về giá trị 9,0 hoặc dung dịch được gia nhiệt ở 75oC

Lactose là đường khử Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các disaccharide

và monosaccharide thường gặp Lactose có thể bị thuỷ phân tạo ra hai monosaccharide là glucose và galactose bởi enzyme β-galactosidase (lactase) Sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên Đường lactose của sữa rất nhạy cảm với nhiệt Giữa 110 ÷ 130oC xảy ra dạng mất nước của tinh thể đường Trên 150oC người ta nhận thấy được màu vàng và ở 170oC màu nâu đậm hình thành bởi quá trình caramel hoá

Khoáng

Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8 ÷ 10 g/l Các muối trong sữa bao gồm muối clorua (2,01 g/l), phosphate (3,32 g/l), citrat (3,21 g/l), natri bicarbonat (0,25 g/l), natri sunfat (0,18 g/l), muối canxi protein (0,16 g/l)

Trong số các nguyên tố khoáng có trong sữa chiếm hàm lượng cao nhất là calci, phosphore và magiê Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại dưới dạng muối hoà tan trong sữa

Các nguyên tố khoáng khác như kali, natri, clore…đóng vai trò chất điện ly (electrolyte) Cùng với lactose, chúng góp phần cân bằng áp suất thẩm thấu của sữa trong bầu vú động vật với áp lực máu

Ngoài ra, trong sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zn, Fe, I, Cu, Mo…Chúng cần thiết cho quá trình dinh dưỡng người Một số nguyên tố độc hại như Pb, As…đôi khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò

Trong sữa các chất khoáng tồn tại dưới hai dạng cân bằng, hoà tan và thế keo (colloidal) Sự cân bằng này dễ bị phá vỡ hoặc có thể bị biến đổi dưới ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: nhiệt độ, pH…

Sự cân bằng giữa hai dạng muối canxi (Ca2+ của các muối hoà tan được phân ly và

Ca ở dạng phức của các thể keo) là điều kiện đặc biệt chó sự ổn định của sữa Sự tăng lên của Ca2+ làm tăng khả năng bất ổn định của sữa khi đun nóng hoặc sử dụng các men dịch vị Vì vậy, để hạn chế hiện tượng trên thường người ta cho

thêm vào trong sữa các loại muối phức (phosphate hoặc xitrat) cho phép giữ được

sự ổn định của sữa trong quá trình đun nóng, đặc biệt đối với một vài loại sữa chế biến ở nhiệt độ cao

Vitamin

Sữa là một trong số các thức ăn chứa nhiều loại vitamin nhất song hàm lượng của chúng không nhiều Các vitamin trong sữa được chia làm hai nhóm:

Vitamin hoà tan trong nước gồm: B1, B2, B3, B5, B6, C…

Vitamin hoà tan trong chất béo gồm: A, D, E

Các loại vitamin tan trong chất béo

Vitamin A: Khoảng 1500 U.I/I = 0,3 µg retinol hoặc axerophtol Vitamin A còn đựơc gọi là retinol có tác dụng chống lão hoá Bên cạnh đó còn tồn tại dạng tiền vitamin dạng chất béo màu vàng Vitamin A có khả năng chịu nhiệt nhưng rất

nhạy cảm với sự oxy hoá

Vitamin D: khoảng 20 U.I/I = 0,025 µg canxipherol, đó là nhóm các chất chống còi xương mà thành phần quan trọng nhất là canxiferol hay vitamin D2 có vai trò trong việc tham gia vào cấu trúc xương

Vitamin E: 1 ÷ 2 mg/l dưới tên gọi tocopherol Trong sữa lượng vitamin E rất ít,

nó có tác dụng chống oxy hoá, không bền nhiệt, thường mất đi trong quá trình tiệt trùng

Các loại vitamin tan trong nước

Vitamin B1: 400 ÷ 1000 mg/l, thiếu loại vitamin này gây nguy hiểm cho các bệnh

về thần kinh và vitamin B1 còn được gọi là anerin hoặc thiamin Vitamin B1 tham gia vào cấu tạo của Co-carboxylase, phức hệ diataza chính là những enzyme góp phần chuyển hoá đường trong cơ thể

Vitamin B2: 800 ÷ 3000 mg/l Vitamin này tham gia trong nhóm hoạt động của hệ chuyển hoá đường trong cơ thể

Vitamin PP: 1 ÷ 2 mg/l, nó tham gia vào tổ chức các cơ quan như B1, B2 và tham gia vào quá trình chuyển hoá đường phức tạp đóng vai trò như chất chuyển tải hydro trong quá trình oxy hoá trong tế bào Sữa bò nghèo thành phần niacin-vitamin này khá ổn định và lượng ít thay đổi trong sữa

Acid pantothenic: 2 ÷ 5 mg/l Đó là thành phần chủ yếu của axetylcholin, cholin và của các acid amin khác Vitamin PP tham dự vào quá trình tổng hợp các acid béo

và chuyển hoá gluxit Trong sữa chứa một lượng rất quan trọng acid pantothenic

và vitamin này rất ổn định

Vitamin B6: 0,3 ÷ 1,5 mg/l, vitamin này tồn tại trong sữa chủ yếu dưới dạng piridoxal Nó đóng vai trò trong quá trình chuyển hoá protid, lipid và tham gia vào

sự tạo huyết Ở người, sự thiếu hụt vitamin B6 gây nên những chứng bệnh của hệ thần kinh và thiếu máu

Vitamin B12: 1 ÷ 8 mg/l, chính là cobalamin Vitamin B12 tham gia vào quá trình sinh tổng hợp methionin và quan trọng hơn là trong việc tổng hợp protein Sự thiếu hụt vitamin B12 gây nên chứng thiếu máu ác tính Cobalamin có thể tổng hợp được nhờ vi sinh vật của động vật dạ cỏ Vitamin B12 nhạy cảm với nhiệt và trong quá trình đun nóng không bị phá huỷ trong điều kiện thiếu oxy

Acid folic: 0,25 ÷ 6 mg/l, acid này được coi như tiền vitamin của acid folinic hoặc

“yếu tố citrovorum” ở dạng hoạt động Vai trò chính của vitamin này là tham dự vào sự hình thành acid nucleic cũng như nucleprotein và rất quan trọng trong sự tạo thành huyết Sữa là thực phẩm nghèo acid folic

Vitamin H: 15 ÷ 100 mg/l, có tên gọi là biotin Vitamin này rất ổn định và được tổng hợp trong đường ruột của động vật dạ cỏ

Các vitamin khác thuộc nhóm B: vitamin này hiện diện trong sữa dưới dạng acid animobenzoic được coi là yếu tố tăng trưởng cho phần lớn các loại vi sinh vật Inositol, acid orotic mới được chiết tách từ sữa và có vai trò chính trong việc tổng hợp các acid nucleic

Vitamin C: 10 ÷ 20 mg/l, có tên gọi là ascorbic Vitamin C tham dự vào quá trình sinh hoá oxy hoá-khử Sữa nghèo vitamin C Các xử lý nhiệt và oxy hoá góp phần làm nghèo thêm

Hormone

Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai rò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật Trong sữa bò, ta có thể tìm thấy nhiều loại hormone Chúng được chia thành ba nhóm là prolactine, hormone peptide và hormone steoride, trong số đó prolactine được nghiên cứu nhiều hơn cả Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là 50 µg/l, trong sữa non là 230 µg/l

Thỉnh thoảng, người ta phát hiện trong sữa có chứa các hợp chất hoá học khác như:

Chất kháng sinh: penicilline, chloramphenicol…

Chất tẩy rửa: nước javel, kiềm…

Pesticide: heptachlore và các epoxyde, aldride, dieldrine, chlordane…

Kim loại nặng

Nguyên tố phóng xạ, nitrate, độc tố vi sinh vật…

d Hệ vi sinh vật trong sữa

Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng trong sữa luôn luôn thay đổi và phụ thuộc

vào mức độ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vắt sữa

Vi khuẩn

Số lượng vi khuẩn trong sữa bò tươi sau khi vắt có thể dao động từ vài nghìn đến vài triệu khuẩn lạc trong 1 ml sữa Sữa được đánh giá là có chất lượng vệ sinh khá tốt khi tổng số vi khuẩn trong 1 ml sữa không lớn hơn 100.000 khuẩn lạc

Nhóm vi khuẩn lactic: có dạng hình cầu hoặc hình que, đứng riêng lẽ hoặc tạo chuỗi, Gram (+), không có bào tử Hô hấp yếm khí, tuỳ tiện hoặc hiếu khí, không sinh catalase, không phân huỷ H2O2, không khử nitrat, không phân giải protein trong sữa, lên men đường tạo thành acid lactic và các sản phẩm khác

Nhóm vi khuẩn lactic có ý nghĩa quan trọng nhất vì nhờ chúng mà ta có thể chế biến các sản phẩm như: sữa chua, phomat, bơ…như các loài vi khuẩn:

* Steptococus lactic lên men đồng thể hiếu khí phát triển ở nhiệt độ 30 ÷ 35oC làm đông tụ sữa ở nhiệt độ này sau 10 ÷ 12 giờ, lên men glucose, galactose, lactose, dextrin, không lên men saccharose Nó là tác nhân của quá trình chế biến sữa chua

* Steptococcus cremoris lên men dị thể, phát triển ở nhiệt độ 20 ÷ 25oC khi chúng phát triển trong sữa làm cho sữa có mùi đặc biệt dễ chịu và độ chua thấp, ứng dụng trong chế biến bơ nhất là bơ chua

* Các vi khuẩn sinh hương: gồm các nhóm vi khuẩn trong quá trình hoạt động có khả năng tạo hương trong sữa các acid bay hơi như acid acetic, acid propionic và nhiều chất thơm (diacetyl, các ete); đa số chúng có enzyme itritase nên có khả

năng lên men acid citric Các vi khuẩn sinh hương gồm Steptococcus citrocorus,

Steptococcus paracitrovorus, Steptococcus diacetilactic.

* Vi khuẩn gây đắng: Steptococcus Liquefacien có nhiều tính chất giống

phẩm có vị đắng

* Leuconostoc oenos: còn được gọi là Betacoccus lên men các loại đường tạo ra

một ít acid lactic hoặc axetoin từ diaxetyl là các hợp chất tạo nên hương thơm tự nhiên của bơ

* Lactobacillus: là loài vi khuẩn có khả năng sinh ra sản phẩm cuối cùng mang

tính acid với liều lượng cao tuỳ thuộc vào số lượng của chúng có trong môi trường

Trưc khuẩn đường ruột: Escherichia coli không làm đông sữa, lên men mạnh

lactose và sinh khí làm cho sữa đông có rãnh

Các vi khuẩn butyric: phát triển trong sữa gây mùi khó chịu và gây hư hỏng nặng sữa Thanh trùng sữa theo phương pháp Pasteur không có hiệu quả vì vi khuẩn này

có khả năng tạo bào tử và có khả năng chịu nhiệt cao

Các vi khuẩn propionic trong sữa phát triển chậm làm đông sữa từ 5 ÷ 7 ngày lên men, nhiệt độ phát triển thích hợp 30 ÷ 35oC và được ứng dụng trong sản xuất phomat gây hương đặc trưng

khả năng sinh enzyme phân huỷ protein, giải phóng pepton, các acid tự do và amoniac Pepton làm cho sữa có vị đắng, amoniac làm cho sữa có phản ứng kiềm Nhóm này chia làm hai loại:

Loại hiếu khí: Bacterium fluorescen, Proteus vulgaris, Bacillus subtillis

Loại yếm khí: Bacterium putrificus, bacterium botulinus…

Nấm men

Nấm nen là những cơ thể đơn bào, thường có hình cầu, oval hoặc hình trứng…Một

số loài nấm men thường gặp trong sữa như: Saccharomyces cerevisiae,

Trong sữa và các sản phẩm sữa thường thấy các giống nấm men sinh bào tử và không bào tử, chúng lên men đường lactose thành carbonic và rượu Một số loài nấm men không phân huỷ lactose được, nhưng vi khuẩn lactic trong sữa chuyển lactose thành glucose và galactose, sau đó nấm men lên men các đường đơn này tạo thành các sản phẩm cần thiết cho các sản phẩm sữa lên men

Một số nấm men thuộc Mycoderma có khả năng tạo enzyme phân huỷ protein và

lipid tạo nên vị đắng trong các sản phẩm sữa

Nấm mốc

Tất cả nấm mốc thường hiếu khí, thích nghi với môi trường acid (môi trường đã bị

vi khuẩn lactic acid hoá) Không phát triển trong sữa tươi mà phát triển trong sữa chua, làm kiềm hoá sữa

Nấm mốc có khả năng phân giải protein và lipid nên thường gây vị đắng trong các sản phẩm sữa Chúng thường phát triển sau nấm men, vì thế chỉ thấy trong sữa bị

hư hỏng hoặc trên phomai mềm

Trong sữa thường thấy các loại nấm mốc sau:

sản phẩm ở lớp gần bề mặt

phomai những vệt màu khác nhau và gây mùi ôi

Hệ vi sinh vật không bình thường trong sữa

Sữa bị acid hoá: do Steptococcus lactic, Coli Staphilococcus, Micrococcus và một

số vi sinh vật ở vú gây ra

Sữa đông ở độ acid thấp: có khi casein tạo đông khi độ acid cao Hiện tượng này

do sự có mặt của vi khuẩn tạo prezua, đó là vi khuẩn Micrococcus caseolyticus,

nha bào và phát triển ở nhiệt độ thấp, chúng có khả năng làm đông sữa để nguội

Sữa bị phân giải protein: do nấm Geotrichum, penicilium, Mucor phân giải acid

lactic Khi acid lactic bị biến mất, đạm dễ bị thoái hoá, các vi khuẩn tạo prezua cũng phân giải protein và có tác dụng không cần thiết trong dung dịch có độ acid ban đầu

Sữa bị đắng: do những trực khuẩn có bào tử cầu khuẩn ở vú làm sữa giảm chất

lượng Micrococcus caseamara gây thối cho nha bào không bị tiêu diệt khi thanh

trùng

Sữa có mùi ôi: do Bacterium flourescens vi khuẩn này tạo lipase phân giải lipid tạo

acid butyric, andehyd của rượu và các chất làm cho sữa có vị hôi hoặc thuỷ phân sữa đến dạng peptid và albumin

Sữa có mùi xà phòng: Nacci từ rơm cỏ vào sữa thuỷ phân chất béo và casein làm

thành muối ambactilium lactic, Sapooniac gọi là muxin làm cho sữa trở nên dính

nhớt, thành sợi

Sữa có màu sắc

* Sữa có màu xanh: là do sự phát triển của Pseudomonas cyanofens, Baccillus

* Sữa có màu vàng: do sự phát triển của Pseudomonas synxantha, Bacterium

gây ra do Sarcina, Bacterium fulvocum, Sacharo-myces

* Sữa có màu đỏ do sự phát triển của Seractia marcecens hoặc Bacillus lactic,

Elythrogenes kết tủa casein sau đó pepton hoá chất này sẽ làm sữa có màu đỏ Sữa mặn và đắng: nhiều loài vi khuẩn phát triển trong sữa làm thay đổi thành phần hoá học của sữa làm giảm lượng lacose, tăng chất muối nên sữa có vị mặn và đắng

a Giá trị kinh tế và sử dụng

Cây khoai môn được sử dụng làm lương thực và thực phẩm rộng khắp thế giới, từ châu Á, châu Phi, tây Ấn Độ cho đến Nam Mỹ Khoai môn có giá trị cao về văn hóa xã hội ở các nước có truyền thống trồng loại cây này Nó đã dần trở thành một hình ảnh trong văn hóa ẩm thực, có mặt trong các những ngày hội, lễ tết, là quà tặng bày tỏ mối quan hệ ràng buộc Hơn nữa, ngày nay nó còn là cây làm tăng thu nhập cho nông dân nhờ bán trên thị trường trong nước và quốc tế

Ở Việt Nam trước kia, khoai môn là loại cây có củ được trồng nhiều tại hầu hết các vùng sinh thái, và đã là một đặc sản quí của một số địa phương Nó có thể trồng được trên nhiều loại đất khác nhau như trên đất cao, trên nương rẫy và ở những chân ruộng lúa Một số giống đặc biệt thích nghi với những vùng đất khó khăn như đầm lầy thụt, đất mặn củ cái và củ con dùng để nấu, luộc ăn, lá và dọc lá cũng được nhiều nơi dùng làm rau cho người hoặc thức ăn cho chăn nuôi lợn

Gần đây, khoai môn là mặt hàng nông sản xuất khẩu sang Nhật Bản và hiện đang được một số công ty mở ra hướng chế biến tinh bột Có lẽ trong thời gian không

xa, khoai môn sẽ có chỗ đứng xứng đáng trong sản xuất

b Thành phần dinh dưỡng

Phần có giá trị kinh tế chính của khoai môn là củ cái, các củ con và ở một số giống

là dọc lá

Loài Colocasia esculenta là loài đa hình, được biết như cây dị hợp tử Bởi vậy, sự

đa dạng về giống dẫn đến sự đa dạng về thành phần dinh dưỡng của sản phẩm sử dụng Tùy theo giống trồng mà thành phần hóa học của khoai sẽ thay đổi

Bảng 4: Thành phần hóa học của khoai môn

(Ngu ồn: Nguyễn Thị Ngoc Huệ và Đinh Thế Lộc, 1996)

Trong củ tươi, tinh bột chiếm tới 77,9% với 4/5 là amylosepectin và 1/5 là amylose Hạt tinh bột của môn rất nhỏ nên dễ tiêu hoá Trong củ, tinh bột tập trung nhều ở phần dưới củ hơn trên chỏm củ

a Tính chất

Anthocyanin là sắc tố tan trong nước, rất phổ biến trong thực vật, có màu đỏ, xanh

da trời, màu do sự kết hợp giữa đỏ và xanh

Màu của anthocyanin được xác định bởi cấu trúc hóa học và môi trường bên ngoài

Có thể hai anthocyanin khác nhau cho màu giống nhau hay hai anthocyanin giống nhau lại cho màu khác nhau

pH thấp anthocyanin thường có màu đỏ, trở thành không màu ở pH cao rồi thành xanh ở pH cao hơn nữa Màu xanh của anthocyanin thường do sự kết hợp với kim loại hơn là do yếu tố pH Ở pH cao hơn, các anthocyanidin tự do sẽ bị phân rả thông qua chromenol và α-diketone tạo thành aldehyde và acid carboxylic

Anthocyanin có thể tạo nối với kim loại: nối chelate, muối…các dẫn xuất thường

có màu khác theo khuynh hướng xanh hơn hợp chất dẫn xuất

Các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến màu anthocyanin trong mô là nồng độ, tỉ lệ tương đối trong hỗn hợp các anthocyanin, ảnh hưởng các sắc tố khác như carotenoid, chlorophyll Dung môi khác hơn nước như rượu cũng có thể ảnh hưởng đến màu của anthocyanin

b Sự thoái hóa của anthocyanin

Các enzyme thủy phân hay oxi hóa làm phai màu anthocyanin Glycosidase thủy phân nối 3-glycosidase tạo thành anthocyanidin ít ổn định, mất màu nhanh Phenol oxidase làm thoái hóa dễ dàng loại O-dihydroxiphenol như catechol hay chlorogenic

Bị thủy phân chậm ở nhiệt độ thường, nhanh ở nhiệt độ cao

Oxygen và nhiệt độ cao làm thoái hóa anthocyanin

H2O2 oxi hóa anthocyanin

Vitamin C có thể gây hư hỏng một số anthocyanin trong bảo quản trái cây H2O2

sinh ra khi vitamin C bị oxi hóa bởi Oxy với hiện diện của ion Cu+

Các màu anthocyanin không ổn định trước ánh sáng Sản phẩm có hai nối diglycoside được acyl hóa, methyl hóa là những anthocyanin của rượu vang ổn định nhất đối với ánh sáng

Anthocyanin ngưng tụ với chính nó và các chất hữu cơ khác tạo thành phức chất với protein, tanin, flavonoic, polysaccharide Phản ứng này làm gia tăng màu của anthocyanin, giúp chúng bền hơn trong chế biến và tồn trữ Những phản ứng ngưng tụ khác có thể dẫn đến sự mất màu: một số chất thân hạch aminoacid, catechin, có thể ngưng tụ với ion flavylium cho chất không màu

Anthocyanin chứa glycoside O-dihydroxyl như cyanidin, delphinidin tạo màu với kim loại Các hợp chất này ổn định hơn đối với ánh sáng và pH Cyanidin-3-glycoside tạo phức đỏ với nhôm ở pH trên 5,5; với muối Fe2+ tạo phức xanh blue ở

pH trên 5,5 Thiếc tạo phức với cyanidin và delphinidin glycoside tạo thành xanh blue trong một số nước berry Các enzyme làm mất màu anthocyanin như glycoside, polyphenol oxydase thường được gọi là anthocyanase Enzyme có thể bị

vô hoạt ở nhiệt độ 90 ÷ 100oC trong thời gian 45 ÷ 60 giây

2.2 Giới thiệu cơ sở khoa học một số quá trình cơ bản trong chế biến sữa khoai môn tiệt trùng

a Cơ sở khoa học

Mục đích của quá trình tiệt trùng: là tiêu diệt hoàn toàn tổ chức vi sinh vật và vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong thực phẩm Vì sự kháng nhiệt của bào tử vi sinh vật, đòi hỏi phải xử lý ở nhiệt độ cao (thường lớn hơn 100oC), tối thiểu là 121oC (nhiệt ẩm) trong 15 phút đôi khi kết hợp với áp suất cao và thời gian xử lý nhiệt kéo dài Sản phẩm qua quá trình tiệt trùng được gọi là vô trùng

Tuy nhiên, các vi sinh vật không gây bệnh có thể vẫn còn sống sót sau quá trình tiệt trùng nhưng với số lượng rất thấp

Bảng 5: Phương pháp tiệt trùng

(Ngu ồn: Dương Thị Phượng Liên, 2006)

Quá trình tiệt trùng thực phẩm thường bao gồm ba giai đoạn:

+ Gia nhiệt tăng nhiệt độ thực phẩm từ giá trị ban đầu lên đến giá trị nhiệt độ thanh trùng hoặc tiệt trùng

+ Giữ nhiệt độ ở giá trị nhiệt độ cần thanh trùng hoặc tiệt trùng trong một khoảng thời gian xác định

+ Làm nguội thực phẩm về giá trị nhiệt độ thích hợp để bao gói hoặc bảo quản sản phẩm

b Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình tiệt trùng

+ Hệ vi sinh vật trong thực phẩm

Số lượng tế bào vi sinh vật trong sữa nguyên liệu sẽ ảnh hưởng đến việc chọn nhiệt

độ và thời gian xử lý nhiệt Nếu hàm lượng vi sinh vật càng nhiều, để đạt được một mức độ vô trùng công nghiệp thì chế độ xử lý nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt độ cao và thời gian dài hơn Như vậy, việc hạn chế vi sinh vật ban đầu trước khi tiệt trùng là rất cần thiết

Thành phần các loại vi sinh vật có mặt trong thực phẩm cũng là một vấn đề cần

lưu ý trong quá trình tiệt trùng Để tiêu diệt các vi sinh vật chịu nhiệt như Bacillus,

khuẩn có thể tồn tại trong thực phẩm dưới dạng bào tử Để tiêu diệt chúng nhiệt độ

xử lý phải tăng cao hơn nữa

những sản phẩm có giá trị pH thấp, ta có thể giảm nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt nhưng vẫn đảm bảo được một khoảng thời gian bảo quản nhất định cho sản phẩm Các hợp chất hoá học trong thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt khác nhau Như lipid là thành phần quan trọng có trong sữa, có hệ số dẫn nhiệt rất thấp Do đó, nếu sữa có hàm lượng béo nhiều thì ta tăng nhiệt độ và thời gian xử lý

Khi tiến hành tiệt trùng thực phẩm trong bao bì, các vấn đề như hình dạng, kích thước, vật liệu bao bì sẽ ảnh hưởng đáng kể đến hệ số truyền nhiệt

Hiện nay, nhiều loại thiết bị tiệt trùng được thiết kế với bộ phận đảo trộn sản phẩm trong quá trình xử lý nhiệt nhằm làm xuất hiện các dòng đối lưu, cải thiện hệ số truyền nhiệt cũng như mức độ đồng nhất của sản phẩm sau tiệt trùng

Đối với nhóm phương pháp tiệt trùng thực phẩm ngoài bao bì, người ta sẽ thiết kế các thiết bị truyền nhiệt sao cho làm xuất hiện cá dòng chảy rối nhằm mục đích giúp cho quá trình truyền nhiệt diễn ra nhanh và hiệu quả hơn

+ Chế độ tiệt trùng

Việc lựa chọn chế độ tiệt trùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hệ vi sinh vật ban đầu

có trong mẫu, thành phần và tính chất của mẫu, phương pháp xử lý nhiệt thực phẩm,…

2.2.2 Quá trình đồng hoá

a Cơ sở khoa học

Đồng hoá sữa là phương pháp làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán

và phân bố đều chúng trong pha liên tục Việc làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha và sức căng bề mặt sẽ làm cho hệ nhũ tương ổn định hơn và tránh được hiện tượng tách pha Trong thực tế sản xuất, người ta thường sử dụng các chất nhũ hoá trong quá trình đồng hoá Khi các hạt phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước, chất tạo nhũ sẽ hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, tạo nên một màng bảo vệ quanh các hạt phân tán giúp hệ nhũ tương được bền hơn

Trong công nghiệp chế biến sữa, người ta thường đồng hoá bằng phương pháp sử dụng áp lực cao Trong phương pháp này, các hạt của pha phân tán sẽ bị phá vỡ và

Do khe hẹp có cấu tạo với tiết diện giảm dần, tốc độ chuyển động của hệ nhũ tương sẽ tiếp tục tăng cao khi chảy qua khe hẹp Giá trị cao nhất của tốc độ dòng

sẽ phụ thuộc chủ yếu vào áp lực bơm hệ nhũ tương đến khe hẹp

b Các yếu tố ảnh hưởng

+ Tỷ lệ phần trăm giữa thể tích pha phân tán và tổng thể tích hệ nhũ tương: nếu thể tích của pha phân tán chỉ chiếm một phần nhỏ so với thể tích của toàn hệ nhũ tương thì quá trình đồng hoá sẽ được thực hiện dễ dàng và hệ nhũ tương thu được

sẽ có độ bền cao Ngược lại, hệ nhũ tương với pha phân tán chiếm tỷ lệ cao thường khó đồng hoá bằng phương pháp thông thường Bên cạnh đó, các hạt của pha phân tán có xu hướng kết hợp lại với nhau để tạo thành các hạt lớn hơn, từ đó dẫn đến hiện tượng tách pha

+ Nhiệt độ: nhiệt độ đồng hoá trong công nghiệp chế biến sữa thường dao động từ

55 ÷ 80oC Nhiệt độ của mẫu càng thấp thì quá trình đồng hoá càng kém hiệu quả

do một số chất chuyển sang trạng thái rắn Ngược lại, nếu nhiệt độ quá cao, chi phí năng lượng cho quá trình sẽ gia tăng Bên cạnh đó, các phản ứng hoá học không cần thiết có thể xảy ra sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của hệ nhũ tương

Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt hệ nhũ tương giảm, các phân tử sẽ chuyển động với tốc

độ nhanh hơn, sức căng bề mặt sẽ giảm và nhờ đó, hệ nhũ tương sẽ được tạo thành

dễ dàng và ổn định hơn

+ Áp suất: áp suất đồng hoá trong công nghiệp chế biến sữa dao động từ 100 ÷ 250 bar Áp suất đồng hoá càng lớn, hiện tượng chảy rối và hiện tượng xâm thực khí sẽ càng dễ xuất hiện, kết quả là các hạt pha phân tán được tạo thành có kích thước nhỏ và hệ nhũ tương sẽ có độ bền cao

+ Chất nhũ hoá: các chất nhũ hoá sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa khá đa dạng, tuỳ từng loại chất nhũ hoá mà hiệu quả quá trình đồng hoá khác nhau Một

số protein trong sữa có vai trò như những chất nhũ hoá Đối với sản phẩm sữa tiệt trùng có hàm lượng chất béo 3 ÷ 3,5%, quá trình đồng hoá sữa sẽ đạt hiệu quả cao khi tỷ lệ lượng casein trong sữa đạt 0,2 g/1g chất béo

Những chất nhũ hoá thường sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa là lecithin, glycerin este, sorbitol este…

Hạt tinh bột không hòa tan trong nước mát nhưng sẽ trương nở trong nước nóng.Quá trình này thuận nghịch (sẽ trở lại trạng thái ban đầu trước khi sấy) đến một nhiệt độ nhất định gọi là nhiệt độ hồ hóa, ở nhiệt độ này thành phần trong hạt

bị cắt ra và thứ tự sắp xếp bị mất đi một cách không thuận nghịch Không phải tất

cả các hạt tinh bột đều xảy ra hiện tượng này ở cùng một thời điểm nên nhiệt độ hồ hóa nằm trong một khoảng giới hạn tùy thuộc loại tinh bột

Những hạt tinh bột không bị phá vỡ do tự nhiên, chỉ có thể trương lên đến một phạm vi nào đó trong nước lạnh và sự hydrate hóa đi kèm với sự gia tăng kích thước (khoảng 10% đường kính và 33% thể tích) Khi xử lý nhiệt tinh bột trong nước đến nhiệt độ hồ hóa của nó, nó sẽ hút nước khoảng 10 lần khối lượng của nó Nhưng những hạt tinh bột đã bị phá vỡ sẽ có khả năng trương nở một cách rộng rãi trong nước lạnh

Giai đoạn đầu của sự hồ hóa diễn ra với sự trương nở gia tăng đột ngột của hạt Khi nhiệt độ tăng lên sau giai đoạn đầu, hạt tiếp tục trương lên và hút nước nhưng vẫn duy trì được thực thể của chúng do bởi những liên kết còn lại Theo Olkkle và Rha (1978), sự hồ hóa tinh bột bao gồm các biến đổi sau đây:

Hút nước và trương nở đến nhiều lần so với khối lượng ban đầu

Gia tăng độ trong

Gia tăng nhanh chóng độ dính

Hòa tan những phân tử mạch thẳng và phân tán những hạt phá vỡ

Hỗn hợp tạo thành khối paste giống như dạng gel

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hồ hóa của tinh bột

Protein: Khi có hàm lượng protein cao sẽ ảnh hưởng đến quá trình hồ hóa là do sự tương tác của lực hấp dẫn từ những nhóm cực trái dấu tạo thành phức Phức này được tạo thành trên bề mặt hạt tinh bột làm ngăn cản sự trương nở và làm giảm độ nhớt ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hóa Sự tương tác này xảy ra kém ở pH kiềm (vì protein và tinh bột đều mang cực âm) và xảy ra mạnh ở pH acid (lúc này protein mang cực dương và tinh bột mang cực âm)

Các chất hút nước (pentosan): do sự cạnh tranh nước nên chúng ảnh hưởng xấu đến quá trình hồ hóa

Các chất hoạt động bề mặt: có tác dụng làm giảm độ nhớt bề mặt phân tán, hạt vẫn trương nở khi có mặt các chất này, tuy nhiên độ nhớt của dung dịch thấp

Muối: làm tăng độ nhớt của dịch hồ hóa

Đường: ức chế sự trương nở và hồ hóa do nó liên kết với nước Hàm lượng đường cao sẽ làm ức chế sự trương nở và làm tăng nhiệt độ hồ hóa

Tinh bột và một số polysaccharide khác chứa những liên kết α-1,4 glycoside, bị thủy phân bởi một nhóm enzyme thường được gọi là amylase

Dưới tác dụng của enzyme α-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh tạo thành oligosaccharide gồm 6 ÷ 7 gốc glucose, sau này các mạch này bị phân cắt giảm dần và bị phân giải chậm đến maltose tetrose, maltose triose, maltose Sau thời gian thủy phân amylase sản phẩm bao gồm: 87% maltose, 13% glucose

Dưới tác dụng của enzyme α-amylase, amylosepectin bị phân giải khá nhanh nhưng vì α-amylase không cắt được liên kết α-1,6-glucoside nên dù có kéo dài thời gian thủy phân nhưng sau cùng sản phẩm có khoảng: 72% maltose, 19% glucose, dextrin phân tử thấp và izomaltose là 8%

b β-amylase (α-1,4-glucan maltohydrolas)

Là một exo enyme (ngoại enzyme) xúc tác cắt đứt liên kết glycoside của

α-1,4-glucan hình thành maltose, bắt đầu ở giai đoạn cuối không khử của mạch

pH tối thích trong dung dịch bột thuần khiết là 4 ÷ 6, trong dung dịch nấu là 5 ÷ 5,6; nhiệt độ tối thích trong tinh bột thuần khiết là 40 ÷ 50˚C, trong dung dịch nấu

là 60 ÷ 65˚C; β-amylase bị vô hoạt ở 70˚C

Hình 4: Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase lên tinh bột

β-amylase phân giải 100% amylose thành maltose Phân giải 54 ÷ 58% amylosepectin thành maltose Do mỗi nhánh của amylosepectin có từ 20 ÷ 25 phân

tử glucose nên sau khi thủy phân tạo 10 ÷ 12 phân tử maltose Khi tới liên kết 1,4-glucoside gắn với liên kết α-1,6-glucoside, β-amylase sẽ ngưng tác dụng, phần saccharide còn lại là dextrin phân tử lớn Có chứa rất nhiều liên kết α-1,6-glucoside gọi là dextrin có màu tím đỏ với Iod

α-c Glucoamylase hay amyloseglucosidase (α-1,4-glucan gluco hydrolas )

Là một exo enzyme xúc tác cắt những liên kết còn lại từ đầu cuối không khử của polymer tinh bột để tạo thành glucose Nhưng nó cũng có thể cắt liên kết α-1,6 và α-1,4 ở những mức độ khác nhau

Đa số γ-amylase đã biết đều thuộc loại enzyme “acid” Hoạt động tốt ở 50˚C, hoạt lực tối đa trong vùng pH = 3,5 ÷ 5,5 So với α-amylase, γ-amylase bền với acid hơn nhưng lại kém bền dưới tác dụng của rượu etylic, acetone

Khi thủy phân tinh bột, cùng với việc tạo thành glucose còn có thể tạo thành oligosaccharide Ngoài ra γ-amylase còn có khả năng cắt cả liên kết α-1,2-glucoside và liên kết α-1,3-glucoside nữa

Hình 5: Cơ chế tác dụng của enzyme glucoamylase lên tinh bột

d Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme

Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và cơ chất

Ảnh hưởng của nồng độ enzyme

Khi cơ chất đầy đủ thì vận tốc của phản ứng enzyme tỉ lệ thuận với nồng độ enzyme Ta có: V = k * [E] (1)

K3

K1

Trong đó: v: vận tốc của phản ứng

k: hằng số vận tốc [E]: nồng độ của enzyme

Hình 6: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến tốc độ phản ứng

Nồng độ của enzyme càng lớn bao nhiêu thì lượng cơ chất bị biến đổi càng nhiều bấy nhiêu Tuy nhiên có trường hợp khi nồng độ enzyme quá lớn thì vận tốc phản ứng chậm

Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất

Enzyme tham gia quá trình xúc tác tạo phức hợp enzyme – cơ chất (ES) Trường hợp đơn giản nhất, phản ứng chỉ có một cơ chất (S), enzyme (E) xúc tác cho sự chuyển hóa cơ chất tạo thành một sản phẩm (P), phản ứng xảy ra như sau:

E + S ES E + P (1)

Trong đó: K1: hằng số vận tốc phản ứng tạo ES

K2: hằng số vận tốc phân ly ES và cơ chất ban đầu

K3: hằng số vận tốc phân ly phức hợp ES tạo sản phẩm P Mối quan hệ giữa vận tốc phản ứng do enzyme xúc tác và nồng độ cơ chất được biểu diễn theo phương trình Michaelis – Menten như sau:

[ ]

K

S V

Hình 7: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến tốc độ phản ứng

Km gọi là hằng số Michaelis – Menten và đặc trưng cho mỗi enzyme – Km đặc trưng cho ái lực của enzyme với cơ chất Km có trị số càng nhỏ thì ái lực của enzyme đối với cơ chất càng lớn, nghĩa là vận tốc enzyme càng lớn

Qua đồ thị chung của đường biểu diễn cho thấy khi tăng nồng độ cơ chất, vận tốc phản ứng tăng Khi tăng nồng độ cơ chất đến một giá trị nào đó, vận tốc phản ứng đạt giá trị cực đại Vmax , sau đó vận tốc phản ứng sẽ không tăng nữa nếu ta tiếp tục tăng nồng độ cơ chất

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của enzyme

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng của enzyme Tốc độ phản ứng enzyme không phải lúc nào cũng tỉ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng Tốc độ phản ứng chỉ tăng đến một giới hạn nhiệt độ nhất định Vượt quá nhiệt độ đó tốc độ phản ứng enzyme giảm và dẫn đến mức triệt tiêu Nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản ứng enzyme cao nhất được gọi là tốc độ tối ưu Phần lớn enzyme hoạt động mạnh nhất ở nhiệt độ 40 ÷ 50oC Nhiệt độ tối ưu của những enzyme khác nhau thì khác nhau Nếu đưa nhiệt độ cao hơn mức nhiệt độ tối ưu, hoạt tính của enzyme sẽ

bị giảm Khi đó enzyme không có khả năng phục hồi lại hoạt tính

Nhiệt độ tối ưu của một enzyme phụ thuộc rất nhiều vào sự có mặt của cơ chất, kim loại, pH và các chất bảo vệ Người ta thường sử dụng yếu tố nhiệt độ để điều khiển hoạt động của enzyme và tốc độ phản ứng trong quá trình chế biến và bảo

quản thực phẩm Temperature / pH - Profile

=alpha-amylase,
=beta-glucanase)
=alpha-amylase,
=beta-glucanase

Hình 8: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến tốc độ phản ứng

Ảnh hưởng của pH đến phản ứng enzyme

pH môi trường thường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzyme và đặc biệt ảnh hưởng đến độ bền của enzyme Chính vì thế pH có ảnh hưởng rất mạnh đến phản ứng của enzyme

Nhiều enzyme hoạt động rất mạnh ở pH trung tính Tuy nhiên cũng có nhiều enzyme hoạt động ở pH acid yếu Một số khác lại hoạt động mạnh ở pH kiềm và

cả pH acid pH tối ưu cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, khi tăng nhiệt độ phản ứng thì

pH tối ưu sẽ chuyển dịch về phía pH lớn hơn

Người ta thường sử dụng ảnh hưởng của pH để điều hòa phản ứng trong bảo quản, chế biến thực phẩm, tuyển chọn giống vi sinh vật

Ngoài ra, các chất hoạt hóa như NAP+, NADP+, acid ascorbic (chuyển hydro), ADP (chuyển photphat)…hay các chất kìm hàm như ion kim loại nặng Cu2+, Ag+,

Hg+ cũng ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme

CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương tiện nghiên cứu

Địa điểm: phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp

- Trường Đại Học Cần Thơ

Thời gian: từ ngày 26/2/2007 đến 18/5/2007

Sữa bò tươi: được cung cấp từ trang trại chăn nuôi bò hộ gia đình của ông Lý Thanh Tòng ở Tổ 7, Lợi Vũ A, Phường An Bình, Thành phố Cần thơ

Khoai môn: sử dụng khoai Môn loại củ vừa, được mua từ ông Lý Thanh Tòng Đường

Cồn 75oC, NaHCO3

Enzyme amylase

Hóa chất chuẩn đường: Fehling A, Fehling B, Na2SO4 bão hòa (30%)…

Hóa chất cất đạm, đốt đạm: acid boric, H2SO4 0,1N, NaOH 30%

Ete dầu hỏa, ete thường

Hình 15: Cân điện tử Hình 16: Cân phân tích Hình 17: Thiết bị đồng hóa

Ngoài ra, còn sử dụng một số thiết bị khác như: Brix kế, Water park, máy đo độ nhớt, máy xay sinh tố và các dụng cụ chứa đựng khác

3.2 Phương pháp nghiên cứu

ch ất lượng sữa khoai môn tiệt trùng

a Mục đích thí nghiệm: Tìm ra nhiệt độ và thời gian thủy phân khoai môn cho

chất lượng sản phẩm tốt nhất

b Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Nước Nghiền (Khoai:nước = 1:1)

Chuẩn hóa (pH: 6,5; oBrix: 15 ÷ 16 )

Gia nhiệt (65 ÷ 70oC)

Đồng hóa

Bổ sung màu (1%)

Rót chai, đóng nắp Tiệt trùng (125oC, 5 phút) Kiểm tra chất lượng Bảo quản

Hình 18: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1

Thí nghiệm được bố trí tập trung ở khâu xử lý khoai môn, với hai nhân tố khảo sát

là nhiệt độ và thời gian thủy phân tinh bột khoai môn

A: nhiệt độ thủy phân: A1: 52 ÷ 55oC

A2: 62 ÷ 65oC