KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa chua ăn có đường tại Công ty Cổ phần sữa An Sinh
4.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ
Hình 4.1 Sơ đồ sản xuất sữa chua tại Công ty Cổ phần sữa An Sinh Đường, nước, sữa tươi, sữa bột, chất ổn định
4.1.2 Thuyết minh quy trình a) Nguyên liệu
Khi tiếp nhận nguyên liệu mới, nhân viên QA sẽ thực hiện kiểm tra bao bì để đảm bảo sự nguyên vẹn, xác minh nhãn mác đầy đủ, nguồn gốc xuất xứ, trọng lượng, ngày sản xuất và hạn sử dụng, dựa trên các đặc tính kỹ thuật và thông tin từ nhà máy cung cấp.
Nguyên liệu sữa tươi phải được lấy mẫu kiểm tra các chỉ tiêu cảm quan, lý hóa và vi sinh trước khi nhập kho Tại nhà máy, sữa cần được thu nhận, bảo quản và đánh giá chất lượng ngay khi về Sữa được vắt từ bò khỏe vào những thời điểm nhất định trong ngày, và sau khi vắt có nhiệt độ khoảng 37°C, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển Do đó, sữa cần được làm lạnh nhanh chóng xuống 4-6°C và duy trì ổn định ở nhiệt độ này trong suốt thời gian bảo quản, với thời gian bảo quản dưới 5°C không được vượt quá 48 giờ.
Sữa thu nhận từ các trại cần được vận chuyển về nhà máy chế biến, và việc đảm bảo độ sạch của dụng cụ chứa sữa như tank và xitec là rất quan trọng Sử dụng xe ô tô lạnh trong quá trình vận chuyển giúp duy trì nhiệt độ ổn định cho sữa, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Để ngăn ngừa vi sinh vật phát triển nhanh gây hỏng sữa, nhiệt độ bảo quản sữa cần duy trì ở mức 4 – 6 độ C Dụng cụ chứa sữa nên được làm từ thép không gỉ bên trong hoặc nhôm có lớp cách nhiệt Trong quá trình vận chuyển, nhiệt độ của sữa hầu như không thay đổi Khi sữa được vận chuyển đến nhà máy, nó phải được làm lạnh ở nhiệt độ 4 - 6 độ C; nếu chưa đạt được nhiệt độ này, sữa sẽ được đưa qua thiết bị làm lạnh trước khi vào thùng chứa.
Hình 4.2 Hệ thống cấp sữa nguyên liệu vào tank bảo quản
Sau khi kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng, sữa được bơm vào bồn tiếp nhận và qua hệ thống làm sạch nhằm loại bỏ tạp chất và vi sinh vật Do sữa lạnh có độ nhớt cao, cần gia nhiệt đến 30 – 40 độ C trước khi lọc Tuy nhiên, việc lọc sữa bằng vải lọc có nhược điểm là không đảm bảo vệ sinh hoàn toàn, chỉ giữ lại những tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn.
Hiện nay, dùng máy làm sạch kiểu li tâm sẽ được loại bỏ hầu như các tạp chất cơ học nhỏ, vệ sinh đồng thời tăng được hiệu suất
Sau khi tiến hành làm sạch, sữa được làm lạnh xuống 4 – 6℃ trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm Thiết bị này giúp làm lạnh nhanh trong dòng kín, sử dụng bơm để đưa sữa qua ngăn làm lạnh bằng nước lạnh.
Sữa tươi sau khi thanh trùng sẽ được phối trộn với các nguyên liệu khác Quá trình phối trộn cần tuân thủ đúng quy trình, đảm bảo đủ lượng và nhiệt độ nước cũng như thời gian thực hiện Trước khi phối trộn, cần kiểm tra kỹ các nguyên liệu và chỉ sử dụng đúng lượng cần thiết để tránh lãng phí.
Sữa tươi được nâng nhiệt độ lên 55 – 60℃ qua bộ phận định lượng trước khi phối trộn Các nguyên liệu như sữa bột, chất ổn định và đường được lần lượt đổ vào phễu trộn, sau đó được hút và trộn đều với sữa tươi Trong quá trình này, cánh khuấy trong bồn trộn hoạt động để đảm bảo dịch sữa được khuấy đều, và dầu bơ sẽ được thêm vào sau cùng.
Sau khi phối trộn, dung dịch sữa được làm lạnh xuống ≤ 15℃ và chứa trong bồn tạm để hoàn nguyên nguyên liệu, đảm bảo dịch đồng nhất Để đạt tiêu chuẩn hóa lý, dịch sữa sau khi phối trộn sẽ được tiêu chuẩn hóa, điều chỉnh hàm lượng các chất trong bán thành phẩm nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn của nhà máy Các bước tiếp theo bao gồm thanh trùng và đồng hóa.
Dịch sữa sau khi tiêu chuẩn hóa sẽ được bơm đi đồng hóa nhằm ổn định hệ nhũ tương, ngăn ngừa sự phân ly của kem và whey sau quá trình lên men Quá trình này giúp giảm đường kính hạt béo, cải thiện màu sắc trắng hơn, tăng sức căng bề mặt và độ nhớt, tạo ra dung dịch đồng nhất và kéo dài thời gian bảo quản Trước khi đồng hóa, dịch sữa được nâng lên nhiệt độ khoảng 55℃ để tăng hiệu suất đồng hóa.
Sữa sau khi được đồng hóa sẽ trải qua quá trình thanh trùng ở nhiệt độ 95℃ trong 300 giây, nhằm giảm thiểu vi sinh vật và vô hiệu hóa các enzyme, đặc biệt là lipase ưa nhiệt Quá trình này cũng giúp biến tính một phần protein trong sữa, cải thiện cấu trúc sản phẩm Thanh trùng là giai đoạn quan trọng quyết định chất lượng và thời gian bảo quản của sữa.
Sau khi thanh trùng dịch sữa, nó được làm nguội đến nhiệt độ lên men và chuyển sang bồn lên men để tạo cấu trúc và hương vị đặc trưng cho sữa chua Nhiệt độ trong bồn lên men được duy trì ở khoảng 39℃ hoặc 40℃, sau đó cấy men khô trực tiếp, bao gồm hai chủng vi khuẩn chính: Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophiles Chủng giống được rã đông và để ở nhiệt độ 6 - 8℃ trong 20 – 24 giờ, sau đó để ở nhiệt độ phòng 30 – 40 phút trước khi sử dụng Sau khi khử trùng bên ngoài gói men, men được bổ sung vào bồn lên men và khuấy đều trong 10 phút, bắt đầu thời gian lên men Sau 2.5 – 3 giờ, mẫu được lấy để đo pH và kiểm tra kết quả lên men Cuối cùng, dịch sữa chua được bơm qua bộ làm lạnh xuống 15℃ trong bồn chứa tạm, với các bồn lên men đã được tiệt trùng bằng hơi ở 95℃ trong 30 phút trước đó.
Làm mát dịch lên men đến nhiệt độ 15℃ trước khi chuyển vào bồn chứa tạm để chờ rót sản phẩm Trong thời gian chứa tạm, nhiệt độ của sản phẩm cần duy trì trong khoảng 15 - 17℃ và không quá 8 giờ Sau đó, tiến hành rót hộp và bao gói sản phẩm.
Sau khi hoàn tất quá trình lên men, dịch lên men được bơm vào hộp và cần nhanh chóng đưa vào kho lạnh với nhiệt độ duy trì từ 4 - 6℃ trong ít nhất 24 giờ Tiếp theo, sản phẩm sẽ được kiểm tra chất lượng trước khi xuất kho để đưa ra thị trường Bao bì và đóng gói thích hợp không chỉ tạo thuận lợi cho việc sử dụng mà còn bảo quản và vận chuyển sản phẩm hiệu quả Nắp hộp được khử trùng bằng đèn và được dán kín vào mép hộp nhựa để đảm bảo an toàn.
Hình 4.3 Sản phẩm sữa chua ăn có đường tại Công ty Cổ phần sữa An Sinh j) Bảo quản
Sau khi sản phẩm được đóng thùng, ngày sản xuất và hạn sử dụng sẽ được in trên bao bì trước khi chuyển vào kho bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4 - 6℃ Quá trình làm lạnh này giúp cải thiện cấu trúc và độ bền gel của sản phẩm Khi nhiệt độ giảm, sự sinh trưởng và trao đổi chất của vi khuẩn lactic bị ức chế, từ đó làm chậm sự thay đổi các chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của sản phẩm trong quá trình bảo quản.
Khảo sát một số công đoạn chính trong dây chuyền sản xuất
4.2.1 Khảo sát công đoạn gia nhiệt
Loại trừ những khí lạ xuất hiện trong sữa nếu không sẽ phá vỡ mùi hương đặc trưng của sữa chua
Hình 4.4 Thiết bị trao đổi kiểu tấm bản
* Yêu cầu: Kết hợp giữa nhiệt độ với áp lực chân không
Sữa nguyên liệu sau khi được bảo quản ở nhiệt độ từ 4 - 6 độ C sẽ được gia nhiệt lên 40 - 45 độ C bằng hơi nóng hoặc không khí nóng Quá trình gia nhiệt thường sử dụng thiết bị kiểu tấm bản hoặc ống lòng Trong các ngăn gia nhiệt, sữa nguyên liệu được bơm vào, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giúp tăng nhiệt độ của khối sữa.
40 - 45 o C trong thời gian ngắn, sau khi sữa được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu được đưa sang giai đoạn đồng hóa
4.2.2 Khảo sát công đoạn thanh trùng
Thanh trùng ở 95℃ trong 300 giây giúp tiêu diệt vi sinh vật và cải thiện khả năng hydrat hóa của casein, giữ nước hiệu quả, hạn chế tách nước, mang lại sữa mịn màng và chắc chắn.
Để đảm bảo sản phẩm đạt độ nhớt tối ưu và khả năng giữ nước tốt, cần sử dụng chế độ nhiệt hợp lý, tránh làm biến màu sản phẩm Điều này giúp hạn chế tình trạng tách nước và tạo ra hỗn hợp sữa mịn màng, chắc chắn.
Sữa sau khi đồng hóa được bơm sang nồi thanh trùng hai vỏ, nơi nhiệt độ của dịch sữa tăng nhanh nhờ hơi nóng giữa hai lớp vỏ truyền nhiệt gián tiếp Quá trình thanh trùng diễn ra ở nhiệt độ 95℃ trong 300 giây Sau đó, sữa được làm lạnh nhanh bằng cách trao đổi nhiệt với nước lạnh, hạ nhiệt độ xuống còn 43℃ để chuẩn bị cho bồn chờ cấy men giống.
* Các biến đổi xảy ra trong quá trình:
- Vật lý: nhiệt độ sữa tăng, tăng thể tích sữa, độ nhớt giảm
- Hóa lý: Chất béo hoàn toàn bị nóng chảy và xuất hiện màng kem đồng thời gây ra sự kết dính ở bề mặt tiểu cầu béo
Phản ứng melanoidin trong hóa học làm cho sữa có màu sẫm, nhưng do hàm lượng nước lớn trong sữa nên khó nhận thấy Ngoài ra, các vitamin trong sữa cũng bị phân hủy khi có mặt oxy hoặc kim loại như đồng và sắt.
- Sinh học: Các tế bào vi sinh vật bị phá hủy hoàn toàn, ức chế hoạt động các bào tử
- Hóa sinh: Vô hoạt hoàn toàn các enzyme trong sữa
- Cảm quan: Sự thay đổi về màu, mùi, vị, trạng thái…
Quá trình xử lý sữa ở nhiệt độ thấp không làm thay đổi đặc tính của sản phẩm, nhưng lại tạo điều kiện cho các vi sinh vật ưa nhiệt phát triển, dẫn đến tăng số lượng vi sinh vật sau khi thanh trùng Ngược lại, xử lý sữa ở nhiệt độ cao giúp tiết kiệm thời gian, năng lượng và không gian, đồng thời tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và bào tử Tuy nhiên, phương pháp này có chi phí thiết bị cao, có thể gây ra phản ứng caramel hóa, làm cho sản phẩm trở nên vô vị, nhạt nhẽo và kém hấp dẫn.
4.2.3 Khảo sát công đoạn lên men
Quá trình lên men sữa chua nhằm tạo cấu trúc và hương vị đặc trưng cho sản phẩm Trong quá trình này, đường trong sữa được chuyển hóa thành acid lactic cùng với một số sản phẩm khác.
Hình 4.5 Bồn lên men có cánh khuấy
Lên men yếm khí ổn định và tránh nhiễm tạp trong quá trình lên men
Sau khi sữa được thanh trùng và đồng hóa, nhiệt độ được điều chỉnh xuống khoảng 39℃ hoặc 40℃ trước khi tiến hành cấy men Sử dụng chủng khô cấy trực tiếp mà không cần qua quá trình cấy truyền, hỗn hợp sữa và giống vi khuẩn lactic được đưa vào phòng lên men Nhiệt độ lý tưởng cho quá trình lên men là từ 42 đến 43℃, trong một môi trường vô trùng và sạch sẽ, và thời gian lên men cần hoàn tất trong khoảng 2,5 đến 3 giờ.
* Các biến đổi xảy ra trong quá trình:
Sơ đồ chuyển hóa trong quá trình lên men:
CH3 – CO – COOH + 2H + CH3 - CO - CHOH - COOH
Trong quá trình lên men sữa chua, vi khuẩn lactic chuyển hóa đường lactose thành acid lactic, trong khi một số tế bào nấm men cũng sử dụng đường lactose để chuyển hóa thành ethanol và khí CO2.
Acid lactic được hình thành trong quá trình lên men giúp giảm pH của dịch sữa xuống khoảng 4.5 – 4.6, đạt điểm đẳng điện của casein và khiến chúng đông tụ Casein tồn tại dưới dạng casein canxi phân tán trong dịch sữa, tương tác với acid lactic để tạo ra acid caseinic không hòa tan, dẫn đến sự chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang đông đặc Quá trình này cũng sản sinh ra các chất tạo hương, là sản phẩm phụ của lên men, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:
Nguồn glucid là yếu tố thiết yếu để vi khuẩn duy trì sự sống và điều hòa các quá trình chuyển hóa trong tế bào Đường lactose là nguồn cung cấp glucid quan trọng cho vi khuẩn, vì hầu hết các vi khuẩn lactic đều có enzyme lactose, cho phép chúng thủy phân lactose thành glucose và galactose.
Nguồn nitơ đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của vi sinh vật, vì chúng cần thiết để tổng hợp các chất phức tạp cấu tạo nên tế bào vi sinh vật Nếu thiếu nguồn nitơ, quá trình này sẽ không thể diễn ra.
Nhu cầu oxy ảnh hưởng đến quá trình lên men, xác định xem nó diễn ra theo kiểu yếm khí hay kỵ khí Nghiên cứu cho thấy vi khuẩn lactic phát triển tối ưu trong môi trường có nồng độ oxy thấp.
Nhiệt độ tối ưu cho vi khuẩn lactic là từ 30 - 32℃, giúp rút ngắn thời gian lên men và hạn chế nhiễm khuẩn lạ Điều chỉnh nhiệt độ phù hợp không chỉ nâng cao hiệu quả sản phẩm mà còn đảm bảo chất lượng pH môi trường cũng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của vi sinh vật; ion H+ ảnh hưởng đến tế bào và hoạt động enzyme Khi pH < 4, vi khuẩn lactic ngừng hoạt động Đối với vi khuẩn lên men lactic đồng hình, pH không ảnh hưởng đến sản phẩm, nhưng với vi khuẩn dị hình, pH cao dẫn đến sản phẩm chủ yếu là acid lactic, trong khi pH thấp tạo ra thêm acid acetic và các sản phẩm khác.
Yếu tố pH đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của vi khuẩn lactic; khi pH ở mức 3 – 3,5, vi khuẩn này sẽ chiếm ưu thế Ngược lại, nếu pH cao hơn (4,5 – 5), các vi sinh vật gây thối sẽ hoạt động, trong khi pH từ 5 – 5,5 tạo điều kiện cho vi khuẩn đường ruột phát triển Đối với pH từ 2,5 – 3, nấm men dại sẽ hoạt động, và khi pH xuống thấp hơn 3, đặc biệt là từ 1,2 – 3, nấm mốc sẽ phát triển mạnh mẽ.