ứng dụng của enzyme trong công nghệ chế biến và bảo quản sữa

Sữa là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng rất cao. Cơ thể dễ dàng đồng hóa được vì nó chứa một lượng lớn các acid amin cần thiết mà cơ thể không thể tổng hợp được cùng với nhiều khoáng chất cần thiết cho các hoạt động sống của cơ thể như Kali, Phospho, Calci, cùng với các vitamin như A, B1, B2…Vì vậy, sữa được sử dụng phổ biến như là một nguồn dinh dưỡng không thể thiếu trong đời sống hằng ngày. Tuy nhiên, sữa là một loại thực phẩm rất dể hỏng, nên đòi hỏi ngành công nghệ thực phẩm phải tìm cách khắc phục yếu điểm này, cũng như là đảm bảo được lượng dinh dưỡng cho sữa . Vì vậy, để có thể bảo quản sữa được lâu cũng như là bảo vệ được các chất dinh dưỡng quý có trong sữa người ta đã áp dụng công nghệ enzyme trong quy trình chế biến và bảo quản sữa. Đây là một thành phần không thể thiếu để góp phần tạo nên giá trị dinh dưỡng cho sữa cũng như là giúp cho loại thực phẩm này ngày càng được sử dụng phổ biến hơn.

Sữa là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng rất cao Cơ thể dễ dàng đồng hóa được vì nó chứa một lượng lớn các acid amin cần thiết mà cơ thể không thể tổng hợp được cùng với nhiều khoáng chất cần thiết cho các hoạt động sống của cơ thể như Kali, Phospho, Calci, cùng với các vitamin như A, B1, B2…Vì vậy, sữa được sử dụng phổ biến như là một nguồn dinh dưỡng không thể thiếu trong đời sống hằng ngày Tuy nhiên, sữa

là một loại thực phẩm rất dể hỏng, nên đòi hỏi ngành công nghệ thực phẩm phải tìm cách khắc phục yếu điểm này, cũng như là đảm bảo được lượng dinh dưỡng cho sữa Vì vậy,

để có thể bảo quản sữa được lâu cũng như là bảo vệ được các chất dinh dưỡng quý có trong sữa người ta đã áp dụng công nghệ enzyme trong quy trình chế biến và bảo quản sữa Đây là một thành phần không thể thiếu để góp phần tạo nên giá trị dinh dưỡng cho sữa cũng như là giúp cho loại thực phẩm này ngày càng được sử dụng phổ biến hơn

Chúng tôi đã chọn đề tài “ứng dụng của enzyme trong công nghệ chế biến và bảo quản sữa” để giúp mọi người biết được rõ ràng hơn về các loại enzyme được ứng

dụng trong sữa và tác dụng mà nó mang lại Đồng thời bài báo cáo này của chúng tôi sẽ giúp mọi người có cái nhìn khách quan hơn về việc ứng dụng công nghệ enzyme trong công nghệ sản xuất và bảo quản sữa

Do thời gian có hạn nên thông tin do nhóm tìm kiếm chưa được đầy đủ và còn nhiều thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để bài tiểu luận của nhóm được hoàn thiện hơn Đồng thời, nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Công Nghệ Thực Phẩm đã hướng d n chúng tôi thực hiện tốt bài tiểu luận này

in chân thành cảm ơn

1 Giới thiệu về enzyem

1.1 Enzyme

Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein, làm nhiệm vụ xúc tác cho các phản ứng hóa sinh, xảy ra trong cơ thể sinh vật Enzyme tồn tại trong tất cả tế bào sống của động vật, thực vật và vi sinh vật Các phản ứng do enzyme xúc tác có thể xảy ra

ở ngay trong cơ thể sống ho c ở ngoài cơ thể

úc tác enzyme có nhiều hơn h n các xúc tác thong thường như: cường lực xúc tác lớn, t nh đ c hiệu cao, không độc, có thể tác dụng trong điều kiện nh nhàng, đơn giản Hầu hết phản ứng được xúc tác bởi enzym đều có tốc độ cao hơn nhiều so với khi không được xúc tác

Song có thể sản xuất enzyme t các nguyên liệu giá r nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao, nhờ vậy enzyme được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp, y học,…

n t s n m

n t

 Enzym có bản chất là protein nên có tất cả thuộc t nh lý hóa của protein Đa

số enzym có dạng hình cầu và không đi qua màng bán thấm do có k ch thước lớn

 Tan trong nước và các dung môi hữu cơ phân cực khác, không tan

trong ete và các dung môi không phân cực

 Không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, nhiệt độ cao thì enzym bị biến t nh Môt trường ax t hay bazơ cũng làm enzym mất khả năng hoạt động

 Enzym có t nh lưỡng t nh: tùy pH của môi trường mà tồn tại ở các

dạng: cation, anion hay trung hòa điện

 Enzym chia làm hai nhóm: enzym một cấu tử (chỉ chứa protein) như pepsin, amylase và các enzym hai cấu tử (trong phân tử còn có nhóm không phải protein)

1.2 Vai trò ủa n m trong ông ng iệp sản xu t sữa

Nguyên liệu sử dụng trong công nghệ thực phẩm là các sản phẩm nông sản, thực

tế chúng là các vật thể sống, do đó trong quá trình bảo quản ho c chế biến chúng thành các sản phẩm thực phẩm xảy ra hàng loạt các quá trình biến đổi sinh học mà các quá trình này được xúc tác tự nhiên bởi enzyme bản thể hay do nhà công nghệ đưa vào để đạt mục

đ ch đ t ra Enzyme có 4 vai trò ch nh trong công nghệ thực phẩm:

 Enzyme khắc phục khiếm khuyết tự n iên ủa ngu ên liệu: Trong thực

tế nếu chất lượng nguyên liệu quá kém người ta phải điều khiển các phản ứng xúc tác bởi enzyme để tạo nên các thành phần thiếu hụt trong nguyên liệu đưa vào sản xuất

 En m nâng ao giá trị t ương p ẩm của ngu ên liệu: Nhờ tác dụng

của enzyme mà giá trị thương phẩm cao hơn rất nhiều, chúng có thể là các sản phẩm không những có giá trị dinh dưỡng cao mà còn phục vụ được cho các mục đ ch khác ngoài thực phẩm như y học

 En m là ông ụ trong quá tr n u ển óa ông ng ệ: Trong các

nhà máy chế biến thực phẩm thì enzyme được sử dụng như một công cụ của toàn bộ quá trình chuyển hóa ho c là toàn bộ quá trình chuyển hóa trong dây chuyền chế biến Nếu thiếu sự có m t của nó thì quá trình chế biến không thành công

 En m tăng t n t cảm quan của sản phẩm: Trong chế biến thực

phẩm sau khi xáy ra các giai đoạn chuyển hóa ch nh, thông thường các sản phảm thực phẩm chưa h n đã đạt chất lượng cảm quan tối ưu Vì thế chúng có các giai đoạn hoàn thiện sản phẩm , trong giai đoạn này ho c là tạo nên những điều kiên mới cho các

enzyme bản thể có lợi phát huy tác dụng có lợi ho c bổ sung các enzyme t ngoài vào để làm tăng chất lượng cảm quan như cải thiện mùi và vị của sản phẩm

Vì vậy có thể nói enzyme đóng vai trò chủ chốt trong các quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm

2 Giá trị din dưỡng của sữa

2.1 K ái niệm về sữa

Sữa là một chất lỏng màu trắng đục tạo ra bởi các loài động vật có vú Độ đục của sữa là do các chất béo, protein, một số khoáng tạo nên Màu sắc của sữa chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng -caroten tạo nên

Sữa nhân tạo là sữa do con người chế biến lại t sữa tươi Có nhiều dạng sữa nhân tạo:

 Sữa đ c không đường (evaporated) là loại sữa được sấy cho đến khi lượng nước trong sữa bay hơi tới 60%

 Carrageenin (một dạng gôm thực vật) được thêm vào sữa trước khi nó được

xử lý để ổn định các protein casein

 Sữa đ c có đường là sữa đã loại bỏ 50% nước và cho thêm 1 lượng đường bằng 44% trọng lượng của sản phẩm cuối cùng Hàm lượng đường cao sẽ giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn trong sữa đ c

 Sữa bột là loại sữa tươi đã được tách nước hoàn toàn

Có một số sản phẩm sữa lên men như phomat, kem chua (sour cream) và sữa chua

Sữa chứa hầu hết các men có trong tự nhiên Các men này vào sữa theo tuyến sữa

và t các vi sinh vật trong không kh hay dụng cụ chứa sữa như lipase, protease

2.2 Giá trị din dưỡng

 Casein: là thành phần cơ bản của protein sữa, do lượng casein chiếm hơn

75% tổng số protein trong sữa động vật, là một loại photphoprotit, có nhiều Lysin rất cần thiết cho sự phát triển của tr em

Hình 2.2.1: Cấu trúc micelle của casein Chú thích: A: dưới micelle; B: chuỗi bề m t; C: Phosphat canxi; D: κ – casein; E:

nhóm phosphat

Casein trong sữa bao gồm nhiều loại casein khác nhau, casein, casein, κ

casein, casein là thể phức hợp phosphoryl gồm có , , , , , - casein – casein là thành phần chủ yếu có trong sữa bò nhưng lại là thứ yếu trong sữa người κ – casein là một glycoprotein và nó hiện diện khắp nơi trong thể mixen casein Ch nh vì vậy mà mixen ở trạng thái ổn định

– casein và – casein không tan trong sữa tươi Các protein này chứa nhóm phosphate (phosphor chiếm khoảng 0,8% trong toàn casein) và nhóm phosphate này kết hợp với ion Ca2+ Sự trung hòa một phần lớn các điện t ch âm ngăn ng a – casein và – casein kết khối và kết tủa

Hai phân tử casein có thể tồn tại một cách ổn định trong sữa là do có sự hiện diện của – casein Casein không tồn tại tự do trong sữa nhưng tồn tại dưới dạng các hạt mixen có k ch thước t 0,003 – 0,3 m Trung bình mỗi hạt chứa hàng ngàn phân tử – casein và – casein Hiệu quả bảo vệ của – casein có thể là do nó góp phần gia tăng điện t ch âm của hạt mà không kết hợp với ion Ca2+

Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nước và 30% chất khô Trong thành phần chất

khô casein chiếm khoảng 93% và muối (chủ yếu là canxi phosphate) chiếm khoảng 7%

 Lactoalbumin: còn gọi là albumin của sữa Hàm lượng lactoalbumin trong

sữa không nhiều khoảng 0,5 – 1,0% tùy t ng loại sữa Lượng casein chiếm khoảng 12% ( t hơn 75%) tổng số protein trong sữa động vật

Trong sữa non có nhiều lactoalbumin hơn sữa thường Sữa m thuộc loại sữa albumin Lactoalbumin khác với casein là không chứa phosphor nhưng có nhiều lưu huỳnh và tryptopan (0,7%) làm cho sữa có mùi vị khó chịu

Ngoài ra, lactoalbumin ở trong sữa dưới dạng hòa tan Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, lactoalbumin bị đông tụ Trong môi trường acid, khi tăng nhiệt độ thì mức độ đông

tụ nhanh và mau Các enzyme làm đông tụ casein không có khả năng làm đông tụ

lactoalbumin Sau khi đông tụ, lactoalbumin mất khả năng hòa tan lại trong nước, nó chỉ

có thể hòa tan lại trong một vài loại dung môi

 Lactoglobulin: còn gọi là globulin của sữa Hàm lượng lactoglobulin trong

sữa khoảng 0,1% Lượng casein chiếm khoảng 6% tổng số protein sữa động vật

Globulin sữa có nhiều trong sữa non, thuộc loại protein đơn giản và là protein hoàn thiện Trong sữa, globulin tồn tại dưới dạng keo và có độ phân tán kém hơn so với albumin sữa khoảng 18000

Globulin có 3 dạng đồng phân: - glactoglobulin, epglobulin, pseudogglobulin Chúng khác nhau về khả năng hòa tan trong nước và t nh kháng trùng

– glactoglobulin không tan trong nước, hòa tan tốt trong dung dịch muối loãng, epglobulin tan trong nước khi có m t muối Pseudogglobulin hòa tan trong nước nguyên chất

Gần giống với lactoalbumin, lactoglobulin không chứa phospho nhưng có lưu huỳnh làm cho sữa có mùi vị khó chịu

2.2.2 Lipit

Lipid là một trong những thành phần quan trọng nhất của sữa Lipid sữa có giá trị sinh học và dinh dưỡng cao:

 Ở trong trạng thái nhũ tương và có độ phân tán cao

 Có nhiều acid béo chưa no cần thiết

 Có nhiều lecithin là một phosphatide quan trọng

 Có độ tan chảy thấp và dễ đồng hóa

Hình 2.2.2: Thành phần chất béo trong sữa

Hàm lượng chất béo của sữa thay đổi trong một phạm vi khá rộng Có loại sữa t béo, khoảng 3g trong 100ml sữa, có loại sữa nhiều chất béo khoảng 5 – 6g trong 100ml sữa

Chất béo của sữa dưới dạng những hạt hình cầu rất nhỏ K ch thước của những hạt chất béo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loài giống, tùy t ng con vật, thời gian khác nhau trong thời kì tiết sữa,…Các hạt chất béo k ch thước lớn thì dễ tách ra khỏi sữa hơn

là những hạt chất béo có k ch thước nhỏ Khi để sữa yên l ng một thời gian, các hạt chất béo của sữa sẽ nổi lên trên m t thành một lớp váng mỏng gọi là váng sữa

Trong thành phần chất béo của sữa có tới 20 loại acid béo khác nhau, trong đó 2/3

là acid béo no và còn lại là các acid béo không no cần thiết Trong số những acid béo trong sữa có khá nhiều acid béo dễ hòa tan trong nước (v dụ acid caproic)

Ngoài chất béo thuộc nhóm lipid của sữa còn có phosphatide và một số chất khác nhưng hàm lượng không nhiều, phosphatide có khoảng 0,5 – 0,7g / lit sữa, trong đó chủ

Hình 2.2.3: Cấu tạo không gian của lactose

Lactose khó bị thủy phân hơn các loại đường khác Lactose bị thủy phân sẽ cho một phân tử glucose và một phân tử galactose

C 12 H 22 O 11 C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

Lactose Glucose Galactose

Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến thành caramen Vì vậy khi khử trùng sữa một phần lactose bị caramen hóa nên màu của sữa sau khi đã khử trùng thường s m hơn lúc chưa khử trùng, đồng thời lactose còn có thể kết hợp với các nhóm amin của protein sữa

(casein) để tạo thành hợp chất melanoidin có màu s m

Dưới tác dụng của vi khuẩn lactic, lactose bị lên men thành acid lactic gọi là quá trình lên men lactic Dưới tác dụng của vi khuẩn propionic, acid lactic có thể chuyển hóa thành acid propionic, acid acetic và kh cacbonic Phản ứng này là cơ sở của quá trình chế biến một số loại phomat

Sự lên men lactic được ứng dụng rộng rãi vào việc sản xuất ra các sản phẩm chế biến của sữa như: sữa chua, phomat,…

Sữa là nguồn thức ăn cung cấp canxi đ c biệt quan trọng đối với tr em và không thể thay thế được Mỗi ngày chỉ cần cho tr uống 0,5 lit sữa đã đủ nhu cầu canxi cho tr (500mg/ngày)

Trong sữa có nhiều loại muối khoáng, phổ biến là muối photphat, clorua, citrat, caseinat…Hàm lượng muối canxi và phosphor trong sữa cao giúp cho quá trình tạo thành

xương và các hoạt động của não Các muối khoáng có tỉ lệ Ca/P hài hòa phù hợp với đ c

điểm tiêu hóa

2.2.5 Vitamin

Sữa là thức ăn có chứa rất nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể, nhưng hàm lượng các vitamin không cao lắm Số lượng và hàm lượng các loại vitamin trong sữa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thức ăn, điều kiện chăn nuôi, giống loài và tuổi của các loại gia súc,…

Trong sữa bò có rất nhiều loại vitamin tan trong chất béo (vitamin A, D, E, K…), nhóm vitamin tan trong nước (vitamin B1, B2, B12, C, PP…) Trong đó chủ yếu là vitamin

A, B1, B2; còn các vitamin khác không đáng kể

 Vitamin A: có nhiều trong sữa, nhất là trong sữa non và có nhiều trong các

sản phẩm chế biến t sữa nhất là trong bơ Hàm lượng vitamin A trong sữa khoảng 0,2 -

2 mg/l sữa Hàm lượng vitamin A trong sữa nhiều hay t thường phụ thuộc vào hàm lượng carotene có trong thức ăn của gia súc

 Vitamin D: hàm lượng vitamin D trong sữa khoảng 0,002 mg/l sữa

Vitamin D không bị biến đổi trong quá trình khử trùng sữa

 Vitamin B 1 : trong sữa khoảng 0,4 mg/l sữa Trong quá trình khử trùng và

bảo quản, hàm lượng vitamin B1 giảm dần, có thể giảm tới 15-20% ho c hơn nữa

 Vitamin B 2 : trong sữa khoảng 1,7 mg/l sữa Hàm lượng vitamin B2 có nhiều nhất là trong sữa non, những ngày vắt sữa tiếp theo thì hàm lượng vitamin B2 giảm dần

 Vitamin B 12 : trong sữa khoảng 0,1-0,3 mg/l sữa

 Vitamin PP: trong sữa khoảng 1,5 mg/l sữa Thức ăn của bò không ảnh

hưởng đến hàm lượng của vitamin PP trong sữa Vitamin PP được tổng hợp ngay trong

cơ thể con bò

 Vitamin C: hàm lượng vitamin C trong sữa thay đổi trong một giới hạn rất

rộng, khoảng 5 - 20 mg/l sữa Trong sữa non có nhiều vitamin C, nhưng càng về cuối thời

kỳ tiết sữa lượng vitamin C trong sữa giảm dần Trong quá trình khử trùng, lượng vitamin

C trong sữa giảm, đ c biệt là khử trùng có không kh thì hàm lượng vitamin C giảm nhiều

3 ặ điểm vệ sinh của sữa

Sữa tươi có chất lượng tốt phải có màu trắng ngà, hơi vàng, mùi thơm đ c hiệu của sữa Khi sữa có dấu hiệu kết tủa thì chắc chắn sữa đã bị nhiễm khuẩn Ðể đánh giá chất lượng vệ sinh của sữa người ta thường dựa vào các chỉ tiêu sau:

 Tỷ trọng sữa: là biểu hiện các thành phần dinh dưỡng (protein, lipit, gluxit) có

trong sữa Với sữa tươi nguyên chất, tỷ trọng dao động t 1,029 đến 1.034 Nếu sữa bị pha loãng thì tỷ trọng sẽ hạ thấp và nếu bị lấy mất bơ thì tỷ trọng sẽ tăng lên

 chua của sữa: là phản ánh độ tươi tốt của sữa Ðộ chua của sữa tươi dao động

t 18-20o

Thorner, nếu tăng quá 22o Thorner kèm theo có hiện tượng kết tủa của casein nữa thì sữa đó chắc chắn đã bị nhiễm khuẩn Nếu vắt sữa theo đúng yêu cầu

vệ sinh thì sữa mới vắt ra là vô khuẩn

Thời gian vô khuẩn có thể kéo dài nếu sữa được bảo quản ở nhiệt độ thấp Nếu như trong quá trình vắt sữa, bảo quản, vận chuyển, chế biến và mua bán sữa không tuân thủ nghiêm ng t những yêu cầu vệ sinh của nó thì sữa có thể truyền một số bệnh cho người tiêu dùng như bệnh lao, bệnh sốt sẩy thai súc vật, bệnh than,

4 Ứng dụng của enzyme trong sản xu t sữa

4.1 M t s n m t ường gặp trong tự n iên

Các enzyme này có m t trong sữa t tuyến sữa, t vi sinh vật có trong không kh

và t nhiều nguồn khác Con người còn chủ động đưa vào các loại vi khuẩn, nấm men

ho c enzyme của sữa

Enzym do tuyến vú tiết ra ho c do vi sinh vật trong sữa tổng hợp nên Sự có m t của các enzym là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hoá học của sữa trong quá trình bảo quản, d n đến làm giảm chất lượng ho c hư hỏng sữa Nhưng một số Enzym trong sữa có vai trò kháng khuẩn như lactoperoxydase, lysozyme Hàm lượng vi sinh vật càng

nhiều thì thành phần enzym càng đa dạng và hoạt t nh càng cao, có hơn 60 Enzym trong sữa

Các loại enzyme dùng trong chế biến sữa chia thành sáu nhóm:

Hình 4.2.1.1: Enzyme Lipase

Trong điều kiện môi trường acid cao kìm hãm hoạt động của lipase cũng như sự kìm hãm xảy ra khi môi trường có m t của một vài loại kim loại n ng (Cu, Fe,…) nh sáng M t trời phá hủy nhanh chóng chúng pH tối ưu cho hoạt động của lipase là 9,4

Lipase là 1 enzym tan được trong nước, xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết ester trong cơ chất triglycerid ở dạng nhũ tương tại bề m t tiếp xúc pha giữa chất béo và nước, làm t ch luỹ các axit béo tự do trong sữa, quá trình phân giải tiếp theo các axit béo này làm cho sữa và sản phẩm t sữa có vị đắng, mùi ôi khét và mùi kim loại Lipase thực hiện chức năng cần thiết trong việc tiêu hóa,vận chuyển và xử lý các chất béo Gen mã hóa cho lipase thậm ch hiện diện ở các virus

 Hầu hết lipase giữ một vị tr đ c biệt “cột sống” glicerol của chất béo

 Là enzym ch nh để phân nhỏ mỡ trong hệ tiêu hóa người

 Biến đổi triglyceride trong dầu ăn thành monoglyceride và các axit béo tự

do

 Lipase t vi khuẩn và nấm có vai trò quan trọng trong viêc lên men yogurt