Khóa luận Tổng quan về hệ vi sinh vật gây hư hỏng sữa và đề suất biện pháp hạn chế

là bổ sung sữa gầy làm cho thành phần các chất có trong sữa điều thay đổi như thành phần chất béo, chất khô, nước… Ÿ Biến đổi vật lý Sự thay đổi thành phần của sữa sau quá trình chuẩn hóa làm cho khối lượng các chất có trong sữa thay đổi và do đó độ nhớt của sữa cũng sẽ thay đổi. 3.1.3.3. Quá trình đồng hóa Bản chất của quá trình đồng hóa là sự phá vở các hạt cầu béo thành nhiều hạt cầu béo nhỏ hơn. Do đó nó làm giảm số lượng các khối kem và đồng thời cũng làm giảm khả năng đông tụ hay kết dính lại của các hạt cầu. Hình 3.3: Các hạt cầu béo trước và sau quá trình đồng hóa a. Các biến đổi của nguyên liệu Các hạt cầu béo ban đầu bị phá vỡ là do sự chuyển động hỗn loạn và sự va chạm. Kết quả là đường kính các hạt cầu béo giảm còn khoảng 1mm và kèm theo đó là số lượng các hạt cầu béo tăng lên gấp từ 4 đến 6 lần. Bên cạnh đó độ nhớt của sữa sẽ giảm đi khi nhiệt độ ngày càng tăng. b. Thiết bị đồng hóa 2 cấp Nguyên lý hoạt động: Hệ nhũ tương sữa được bơm qua 1 khe hẹp với tốc độ cao, kích thước các hạt cầu béo giảm do các cơ chế: - Va đập giữa các hạt phân tán với nhau: khe hẹp có tiết diện giảm dần, do đó tốc độ dòng sản phẩm đi qua khe hẹp ngày một tăng cao đạt đến chế độ chảy rối, các hạt phân tán va đập với nhau khiến chúng bị vỡ ra tạo thành các hạt phân tán có kích thước nhỏ hơn. - Va đập giữa các hạt phân tán với bong bóng khí: tốc độ dòng cao còn làm xuất hiện những bong bóng khí, va đập vào hạt phân tán làm giảm kích thước hạt. - Va đập giữa các hạt phân tán vào bề mặt cứng của thiết bị. Chế độ: Nhiệt độ đồng hóa là 700C là nhiệt độ thích hợp để phân tán hoàn toàn được các hạt cầu béo, các cầu béo tồn tại ở pha lỏng và liên kết bình thường với sữa. Lúc này đồng hóa xảy ra hiệu quả nhất. Đồng thời ở nhiệt độ này, sự biến đổi thành phần hóa học xảy ra không đáng kể. Áp suất:<100 bar, tuỳ thuộc vào độ nhớt yêu cầu của sữa bán thành phẩm. Áp suất được điều chỉnh sao cho độ nhớt sữa sau cô đặc đạt 1800cP. Để tăng độ nhớt bán thành phẩm, cần tăng áp suất đồng hóa, tuy nhiên áp suất này không được vượt quá 110 bar để đảm bảo độ an toàn của thiết bị. Trục nén Sản phẩm đã đồng hóa Khe 0.1 mm Sản phẩm chưa đồng hóa Hình 3.4: Cầu béo được phá vỡ qua khe hẹp của thiết bị đồng hoá dưới áp suất cao. 3.1.3.4. Quá trình thanh trùng sữa a. Mục đích Thanh trùng sữa làm biến đổi cấu trúc của các vi sinh vật có mặt trong sữa. Do đó có thể loại bỏ hay tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh cho con người và các vi sinh vật thông thường. Bên cạnh đó việc thanh trùng còn có tác dụng ức chế hệ vi sinh vật vô hại có trong thực phẩm nhằm mục đich kéo dài thời gian bảo quản. b. Các biến đổi của sữa trong quá trình thanh trùng Ÿ Biến đổi sinh học: Quá trình thanh trùng đòi hỏi phải phá hủy được các cấu trúc của các trực khuẩn chịu nhiệt, các vi khuẩn gây bệnh và loại một lượng đáng kể các tạp trùng nhằm làm cho sữa sau khi tiệt trùng đáp ứng được các tiêu chuẩn về vi sinh vật. Ÿ Biến đổi vật lý: nhiệt độ tăng lên, tỷ trọng thay đổi, độ nhớt thay đổi. Ÿ Biến đổi hóa học: xảy ra các phản ứng hóa học không có lợi: - Phản ứng phân hủy các vitamin. - Sự mất cân bằng về thành phần Nito, các muối khoáng va vitamin - Các phản ứng tạo màu không có lợi cho sản phẩm sữa đặc có đặc có đường. - Các phản ứng thủy phân trong môi trường acid hoặc kiềm. Ÿ Biến đổi hóa lý: Các Protein trong sữa ở nhiệt độ cao dễ dàng bị đông tụ nhưng do đã đồng hóa nên tránh được biến đổi này. Ÿ Biến đổi hóa sinh: ở nhiệt độ cao gây vô hoạt các enzyme trong sữa. Ÿ Các biến đổi cảm quan: sự thay đổi về mùi vị màu sắc trạng thái. c. Các phương pháp thanh trùng sữa và thiết bị thanh trùng Các phương pháp thanh trùng: có hai phương pháp thanh trùng chính: Ÿ Phương pháp thanh trùng sữa ở nhiệt độ thấp: phương pháp chậm và gián đoạn - Chế độ nhiệt: 630C trong 30 phút - Ưu điểm: không làm thay đổi đặc tính sữa, thành phần các Protein như albumin, globumin không bị đông tụ và trạng thái các hạt cầu béo không đổi. - Nhược điểm: Các vi sinh vật ưa nhiệt có thể phát triển ở nhiệt độ này, do đó có thể làm tăng số lượng vi sinh vật cho sữa sau quá trình thanh trùng. Phương pháp thanh trùng sữa ở nhiệt độ cao: phương pháp thanh trùng UHT (Ultra high Temperature) - Chế độ nhiệt: 135-1500C trong 4-15s. - Ưu điểm: tiết kiệm thời gian lao động , năng lượng và không gian, tiêu diệt hết các vi sinh vật và phân tử. - Nhược điểm: chi phí thiết bị cao, các phản ứng caramel hóa xảy ra, làm cho sản phẩm vô vị, nhạt nhẻo không bắt mắt. Phương pháp thanh trùng UHT: Phương pháp này sữ dụng cho các sản phẩm thực phẩm dạng lỏng, để tiêu diệt các vi sinh vật trong sản phẩm. Các quá trình xảy ra sau khi thanh trùng điều phải thực hiện trong điều kiện vô trùng. Vì vậy mà quá trình UHT còn được gọi là quá trình vô trùng. Các sản phẩm thành phần dạng lỏng hay sữa được thanh trùng UHT được sữ dụng một cách rộng rãi. Có hai loại hệ thống xữ lý UHT: - Hệ thống trực tiếp: sữ dụng hơi nước tiếp xúc với sản phẩm - Hệ thống gián tiếp: sữ dụng phương pháp trao đổi nhiệt qua đĩa, trao đổi nhiệt bằng hệ thống ống…. Và cũng có thể kết hợp các phương pháp trao đổi nhiệt gián tiếp với nhau tùy từng loại sản phẩm và yêu cầu của quá trình. Thiết bị thanh trùng Trong quy trình sản xuất sữa đặc có đường này chúng tôi xin trình bày biện pháp thanh trùng theo phương pháp trao đổi nhiệt gián tiếp bằng hệ thống ống để thanh trùng sữa nguyên liệu. Hệ thống xử lý UHT gián tiếp sử dụng trao đổi nhiệt dạng ống Hệ thống xử lý nhiệt UHT gián tiếp sử dụng phương pháp trao đổi nhiệt bằng ống thường dùng cho quá trình xử lý UHT đối với các sản phẩm có độ nhớt thấp hoặc trung bình, với lưu lượng dòng chảy từ 1000 – 30.000 l/h. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống Hệ thống trao đổi nhiệt bằng ống gồm nhiều ống nối tiếp hoặc song song sao cho có thể trao đổi nhiệt tốt nhất. Dòng sữa ở nhiệt độ thấp được bơm từ thùng chứa vào thùng cân bằng của hệ thống UHT rồi đi qua bơm để đến vùng gia nhiệt. Ở vùng này, sữa được gia nhiệt lên khoảng 75 oC sau đó đi vào vùng thanh trùng. Tại đây sữa được gia nhiệt lên 137 oC nhờ hơi nước. Sữa di chuyển trong ống giữ nhiệt, đoạn ống này có kích thước sao cho sữa đi qua trong khoảng 4s. Tiếp theo sữa được làm nguội từ từ qua từng vùng làm mát đến khoảng 48 oC cho quá trình tiếp theo. Hình 3.5: Hệ thống thanh trùng UHT trao đổi nhiệt bằng ống 3.1.3.5. Quá trình bốc hơi (cô đặc) a. Mục đích Trong quá trình sản xuất sữa đặc có đường, cô đặc đóng vai trò chế biến. bản chất của nó là làm bay hơi nước nhằm đạt được một độ khô nhất định và một độ nhớt thích hợp. Đồng thời trong quá trình cô đặc, một lượng đường được bổ sung vào để điều chỉnh độ ngọt, nâng cao hàm lượng lactose và tạo một áp suất thẩm thấu đủ lớn để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình bảo quản sữa mà không cần tiệt trùng khi đóng sữa vào bao bì. Đây cũng là đặc điểm riêng của sữa đặc có đường. b. Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng màng rơi Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng màng rơi được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa. Theo nguyên lý chung, sữa được gia nhiệt sơ bộ (65-700C) rồi đi vào trong thiệt bị (2) từ phía trên sẽ chảy xuống tạo một lớp màng mỏng bao lấy bề mặt truyền nhiệt. Bề mặt truyền nhiệt là thân các ống hình trụ đứng được đặt trong thiết bị bốc hơi hoặc là những tấm bảng mỏng được đặc sát với nhau. Để tiết kiệm năng lượng, hơi gia nhiệt từ buồng (2) sẽ đi vào buồng (1) ngưng tụ để gia nhiệt cho sữa. Sữa được đun sôi trong buồng (2) sẽ đi vào buồng (3) tách hơi thứ. Sữa cô đặc thoát ra ngoài theo cửa đáy thiết bị (3). Buồng gia nhiệt sơ bộ sữa nhờ hơi ngưng tụ Buồng gia nhiệt sữa đến nhiệt độ sôi Buồng tách hơi thứ và sữa cô đặc Sản phẩm cô đặc Nước Hơi thứ Sản phẩm vào Tác nhân gia nhiệt (hơi) 1 2 3 1 2 Hình 3.6: Hệ thống bốc hơi một cấp dạng màng rơi Đối với sữa đường các nhà sản xuất thường chọn thiết bị cô đặc 3 nồi xuôi chiều sử dụng thiết bị nén hơi thứ. Điều này có nghĩa là các nồi sau có đô chân không không cao hơn các nồi trước nhưng nhiệt đô các nồi sau giảm dần như (hình 3.7). Sữa đi vào nồi đầu tiên (4) có áp suất chân không ứng với nhiệt độ sôi 700C được gia nhiệt và bốc hơi. Hơi thứ tách ra từ buồng bốc bên dưới có áp suất thấp hơn được đưa vào nồi thứ 2 (5) làm tác nhân gia nhiệt. Sữa sau nồi 1 được bơm rút ra nồi sau. Tương tự sữa sau hệ thống được cô đặc đến nồng độ thích hợp và được bơm ra ngoài qua thiết bị trao đổi nhiệt (8) để làm nguội bằng cách trao đổi nhiệt với dòng sữa lạnh đưa vào thiết bị cô đặc. Tất cả không khí không ngừng được bơm chân không (2) thải ra ngoài, hơi thứ từ nồi 3 (6) sẽ được nén bởi máy nén cơ học (3) đưa lên áp suất và nhiệt độ cao hơn và tận dụng làm nguồn cung cấp nhiệt cho nồi thứ nhất. như vậy có sự tuàn hoàn hơi nước trong thiết bị làm gia tăng hiệu suất sử dụng nhiệt, tiết kiệm hơi nước, giảm chi phí vận hành. Máy nén Bơm chân không Buồng nén hơi Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 Buồng tách hơi thứ và sữa Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ dạng bảng Hình 3.7: Hệ thống cô đặc sữa ba nồi liên tục xuôi chiều. c. Các biến đổi của vật liệu Ÿ Biến đổi hóa lý Trong quá trình cô đặc có sự chuyển pha của nước từ dạng lỏng sang dạng hơi, một lượng lớn hơi nước được bốc ra từ sản phẩm làm cho nồng độ chất khô của sữa tăng nhanh kèm theo đó là sự gia tăng về khối lượng riêng, tỷ trọng, nhiệt độ sôi và đặc biệt là độ nhớt. Quá trình này quyết định độ nhớt sau cùng của sản phẩm. Tỷ trọng của sữa sẽ được đo liên tục để kiểm tra hàm lượng chất khô của sản phẩm. Khi nồng độ chất khô đạt đúng tiêu chuẩn, giá trị này ở khoảng 1,3 cho sản phẩm làm từ sữa tươi và khoảng 1,35 cho sản phẩm làm từ sữa gầy. Cùng với sự gia tăng trên cũng có sự giảm đi về thể tích của khối sữa ban đầu. nhiệt độ trong được điều chỉnh không được vượt quá 700C để tránh sự biến tính của đường và sự tăng lên về độ nhớt của sản phẩm trong quá trình bảo quản. Ÿ Biến đổi hóa học Sữa đặc có màu hơi vàng là kết quả tất yếu của sự tiếp xúc với nhiệt độ khá cao và thường xuyên của sữa. Đây là do những phản ứng tạo màu, phản ứng maillard, do sự ngưng tụ của các acid amin có rất nhiều trong sữa và các phân tử đường với nhau ở nhiệt độ cao làm cho sữa đặc hóa nâu. Để giảm thiểu các phản ứng làm chất lượng của sữa đồng thời tránh sự phá hủy một số vitamin kém bền nhiệt, ngoài việc cô đặc ở nhiệt đô áp suất thấp ta phải tiến hành sao cho thời gian lưu của sữa trong thiết bị là ngắn nhất. Ÿ Biến đổi sinh học Khi ta cho siro đường nồng độ khoảng 63%, sẽ làm tăng nồng độ đường trong sữa làm tăng áp xuất thẩm thấu do đó có tác dụng ức chế sự hoạt động của các vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản. Ÿ Biến đổi cảm quan Quá trình này không được làm thay đổi sâu sắc cấu trúc của các cấu tử trong sữa ban đầu. Tuy nhiên dưới tác động của nhiệt độ và các thiết bị gia nhiệt sữa bị mất mùi vị, thay vào đó là mùi vị của sữa đã qua chế biến. Về màu sắc cũng có sự thay đổi, từ màu trắng đục sữa chuyển sang có màu vàng sáng. 3.1.3.6. Quá trình làm lạnh và kết tinh a. Mục đích Hoàn thiện sản phẩm. Sau cô đặc sữa mất đi một hàm lượng nước rất lớn làm cho các chất hòa tan trong nước đạt trạng thái quá bảo hòa. Do đó sẽ có một lượng lớn đường tách ra và tạo tinh thể. Đây là quá trình không thể tránh được và rất khó điều khiển để đảm bảo chất lượng của sản phẩm sau cùng. Nên quá trình này sẽ giúp cho sữa sau cô đặc mịn và tránh quá trình kết tinh đường có thể xảy ra trong quá trình bảo quản. b. Thiết bị kết tinh Việc làm lạnh và kết tinh được thực hiện trong thùng chứa có cấu tạo hai lớp có dòng nước lạnh đi qua giữa hai thành. Do sữa lúc này có độ nhớt rất cao nên cần phải có một thiết bị khuấy thật mạnh công xuất lớn trong thùng. Hình 3.8: Thùng kết tinh c. Các biến đổi của vật liệu Quá trình làm nguội kết tinh chỉ ảnh hưởng lên nhiệt độ dung dịch và sự chuyển pha của đường từ dạng hòa tan thành tinh thể, không gây những biến đổi sâu sắc nào lên các chất có trong sữa. 3.1.3.7. Một số quá trình còn lại a. Mục đích Hầu hết các công đoạn còn lại điều nhằm mục đích hoàn thiện và bảo quản sản phẩm trước khi phân phối đến tay người tiêu dùng. Trong đó, cho vào bồn bán thành phẩm có mục đích hoàn tất quá trình kết tinh, hoàn thiện sản phẩm; ghép nắp dán nhãn đóng thùng để giúp sản phẩm có thể bảo quản lâu tránh những tác động từ các yếu tố môi trường, tác động của oxy không khí và đặc biệt là nhiệt độ, ánh sáng dồng thời tránh nhiễm khuẩn… b. Các biến đổi của vật liệu Sau khi sữa đã được làm lạnh, nó sẽ được bơm tới bồn chứa và giữ ở đây trong khoảng thời gian là một ngày để cho phép quá trình kết tinh hoàn tất và ổn định sản phẩm. Sữa đặc thường được vô lon và ghép mí. trong trường hớp này, ta sẽ tiệt trùng lon, trước khi rót sữa vào vì không có quá trình tiệt trùng sau khi đã đóng lon. Quá trình rót sữa vào lon được rót theo trong lượng. trọng lượng tịnh mỗi lon là 397g. bao bì bằng sắt tráng thiết trắng và được ghép mí. Một vài năm gần đây còn dược cho vào hộp đóng kín có trọng lượng 175 hoặc 330g và bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn 100C để tránh đô nhớt tăng lên. Sau đó ta tiến hành đóng thùng carton lớn, mỗi thùng chứa 24 hộp và sau đó được chuyển xuống cho kho bảo quản. Trong quá trình bảo quản, người ta tiến hành kiểm tra thống kê chất lượng sản phẩm bằng cách lấy mẫu một số lon để đưa ra chất lượng chung của sản phẩm, phù hợp với yêu cầu chung đặt ra. Sữa sẽ được kiểm ta hàm lượng chất khô, đô nhớt, tỷ trọng… trong quá trình này, việc kiểm tra kích thước tinh thể rất quan trọng vì nó ảnh hưởng lớn đến giá trị cảm quan của sữa đặc có đường. c. Thiết bị đóng và rót lon Hình 3.9: Thiết bị đóng lon Hình 3.10: Thiết bị đóng gói 3.2. Sữa tươi tiệt trùng Rót sản phẩm Tiệt trùng làm lạnh Bảo quản lạnh Phân phối Sữa tươi nguyên liệu Phối trộn Bài khí Đun nóng, đồng hóa Lọc Đường, phụ gia Bao bì vô trùng 3.2.1.Quy trình công nghệ Hình 3.11: Công nghệ sản xuất sữa tươi tiệt trùng 3.2.2. Thuyết minh quy trình 3.2.2.1. Phối trộn Đối với sản phẩm sữa tươi tiệt trùng có rất nhiều loại như: sữa tươi tiệt trùng không đường, có đường và có đường kết hợp hương trái cây. Nếu là sữa tươi tiệt trùng không đường thì không cần quá trình phối trộn, đối với các loại còn lại thì phối trộn cũng rất quan trọng vì nó góp phần làm tăng hương vị và dinh dưỡng cho sản phẩm. 3.2.2.2. Lọc, đồng hóa Sữa sẽ được chuyển sang sang thiết bị đồng hóa bằng bơm và có bố trí thiết bị lọc trong đường ống để lọc bụi, đối với quá trình đồng hóa này sẽ giúp cho sữa và các phụ gia tan lẫn vào nhau không xảy ra hiện tượng tách lớp hay vón cục sản phẩm. 3.2.2.3. Tiệt trùng, làm lạnh Đây là công đoạn chính của quá trình này giúp tạo ra sản phẩm. Ở giai đoạn này thì tất cả các vi sinh vật có mặt trong sữa sẽ bị tiêu diệt việc này sẽ giúp giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Sau khi tiệt trùng ta phải làm lạnh nhanh vì tránh các vi sinh vật ưa ấm phát triển. 3.2.2.4. Rót sản phẩm và bảo quản lạnh Bao bì dùng để rót sản phẩm phải được tiệt trùng thật kỉ vì tránh sản phẩm bị nhiễm, bao bì thường dùng cho sản phẩm này thường là bao bì tetrapak vì sử dụng bao bì này có thể dễ vận chuyển và dễ dàng sử dụng mọi lúc mọi nơi, nó có thể chịu được nhiệt độ thấp, chống ánh sáng, không bị dòn vỡ rách. Nhược điểm là tránh va chạm mạnh trong quá trình vận chuyển, và dễ bị côn trùng xâm hại. Sản phẩm này sau khi bao gói thì được bảo quản lạnh mục đích là kéo dài thời gian bảo quản và giúp làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. 3.2.3. Các loại thiết bị cần cho quá trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng 3.2.3.1. Bơm kiểu vòng chất lỏng Cấu tạo guồng động Được chế tạo bằng thép không rỉ, vỏ guồng chứa đầy một nữa thể tích là nước và có một rãnh thay đổi thể tích, guồng động với các cánh guồng thẳng. Nguyên lý hoạt động Chất lỏng được dẫn vào các cánh qua đầu hút, khi thể tích cánh guồng và vỏ guồng tăng tạo nên độ chân không trong guồng nhờ đó chất lỏng đi vào bơm liên tục. Khi thể tích giữa cánh guồng và vỏ giảm, chất lỏng bị nén và đi ra khỏi guồng, không khí trong đường ống hút cũng được bơm đồng thời với chất lỏng. Ứng dụng Bơm này được sử dụng trên đường hồi của hệ thống vệ sinh, do dung dịch vệ sinh có hòa tan một lượng khí khá lớn và tính ăn mòn cao ( dung dịch HNO3, dung dịch NaOH). 3.2.3.2. Máy đồng hóa Máy đồng hóa hoạt động như một bơm cao áp bơm chất lỏng qua khe hẹp, dưới tác dụng của máy đồng hóa các hạt béo lớn bị phá vỡ và phân tán thành các hạt béo có kích thước nhỏ hơn. Có 3 lý thuyết giải thích sự phá vỡ hạt béo lớn thành các hạt béo có kích thước nhỏ hơn. Lý thuyết biến dạng: khi cầu béo chuyển động qua khe hẹp của đầu đồng hóa, nó sẽ bị biến dạng dài do đó làm giảm sức căng bề mặt của nó gây ra sự phá vỡ cầu béo. Lý thuyết ma sát và va chạm: một mặt dựa trên sự phá vỡ hạt bằng các siêu xoáy lốc hỗn tạp tạo ra khi chất lỏng chuyển động với vận tốc cao qua khe hẹp, tốc độ càng cao tạo ra các xoáy lốc càng nhỏ, khi các xoáy lốc chạm vào các giọt lỏng, các giọt lỏng bị phá vỡ, mặt khác lý thuyết này cũng dựa trên sự chênh lệch vận tốc của các cầu béo sát thành của đầu đồng hóa và các cầu béo trong lòng của dòng lưu chất, tạo nên ma sát giữa các cầu béo dẫn đến sự phá vỡ màng. Lý thuyết này tiên đoán được hiệu quả đồng hóa khác nhau như thế nào ở các áp suất đồng hóa khác nhau. Lý thuyết này đã được nhiều nghiên cứu chứng minh. Lý thuyết dựa trên hiện tượng giảm áp suất mãnh liệt sau đầu đồng hóa (hiện tượng cavitation): khi lưu chất chuyển động qua khe hẹp của đầu đồng hóa, vận tốc dòng lưu chất tăng cao, khi ra khỏi đầu đồng hóa vận tốc giảm nhanh, áp suất dòng lưu chất giảm mãnh liệt, sự giảm áp suất đột ngột (thường là áp suất chân không) tạo nên những bong bóng hơi, các bong bóng hơi này vỡ ra dẫn đến sự sôi bùng của lưu chất, gây nên sự phá vỡ các cầu béo. Theo lý thuyết này sự đồng hóa xảy ra khi chất lỏng rời khe hẹp, do đó áp suất sau khe hẹp có vai trò rất quan trọng đối với sự đồng hóa. Sữa vào Sữa ra Áp kế Bộ điều áp (bằng tay) Van by pass Hình 3.12: Hoạt động máy đồng hóa 3.2.3.3. Vỉ trao đổi nhiệt Là thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỉ, kiểu tiếp xúc pass ngược dòng Vỉ thanh trùng Nguyên lý hoạt động: Vỉ gồm có 4 ngăn: ngăn nước – hơi, ngăn nước nóng – sữa, ngăn sữa – sữa, ngăn sữa – nước lạnh. Dịch sữa từ bồn cân bằng được bơm vào vỉ thanh trùng, trao đổi nhiệt sơ bộ với dịch sữa hồi lưu rồi đi qua máy đồng hóa. Dịch sữa ra khỏi máy đồng hóa đi vào ngăn thanh trùng trao đổi nhiệt với nước nóng để tăng nhiệt độ lên theo yêu cầu công nghệ. Ra khỏi ngăn thanh trùng dịch sữa đi vào hệ thống ống lưu nhiệt, quay lại ngăn trao đổi nhiệt với dòng sữa vào, tiếp tục qua ngăn làm nguội trao đổi nhiệt với nước lạnh, nhiệt độ giảm xuống và ra khỏi vỉ thanh trùng. Nước được tuần hoàn qua vỉ, trao đổi nhiệt với hơi nước ở áp suất 3 Bar. Áp suất của dịch sữa khi đi vào vỉ thanh trùng là 2 - 2.5 Bar. Vỉ trộn Nước được gia nhiệt nhờ vào hơi nước trong ngăn trao đổi nhiệt ngược dòng và được bơm tuần hoàn qua ngăn trao đổi nhiệt với dịch sữa. Ở đây ta sử dụng thiết bị này để tiệt trùng sữa và làm lạnh sữa trước khi cho vào bao gói và phân phối ra thị trường. sữa đi đồng hóa Hơi vào Hơi ra Bơm nước nóng tuần hoàn sữa sau khi lọc sữa sau khi đồng hóa sữa đi lưu nhiệt sữa sau khi lưu nhiệt về Sản phẩm sữa tươi Nước lạnh vào Nước lạnh ra Hình 3.12: Hoạt động của vĩ trộn Chương 4: HỆ VI SINH VẬT TRONG SỮA VÀ CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ 4.1. Nguồn gốc các vi sinh vật nhiễm vào sữa Trong cơ thể động vật, sữa tươi được tuyến vú tổng hợp không chứa các vi sinh vật. Tuy nhiên, khi kiểm tra sữa vừa mới vắt đựng trong các bình chứa, ta thường phát hiện có rất nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau. Nguồn gốc của các vi sinh vật trên xuất phát từ: đầu vú của động vật cho sữa, người vắt sữa, thiết bị vắt sữa, thiết bị chứa, môi trường chuồng trại nơi diễn ra quá trình vắt sữa... 4.1.1. Bầu vú động vật cho sữa Trên cơ thể động vật, đặc biệt là khu vực bầu vú và những khu vực lân cận có rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng và bào tử. Trong quá trình vắt sữa, một số vi sinh vật từ các khu vực trên nhiễm vào bình sữa làm cho sữa bị nhiễm vi sinh vật. Tuy nhiên, khi bò có tình trạng sức khỏe tốt thì số lượng vi sinh vật cư ngụ tại các tuyến trong của núm vú không nhiều và thông thường chúng thuộc nhóm vi sinh vật vô hại, không sinh độc tố. Mỗi lần vắt sữa, người ta thường bỏ những dòng sữa đầu tiên. Khi đó, các vi sinh vật cư ngụ tại tuyến trong của núm vú dễ dàng bị cuốn trôi theo. Như vậy, ta sẽ hạn chế được sự nhiễm khuẩn khi thu hoạch sữa tươi. Trong trường hợp động vật bị bệnh viêm vú, số lượng vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn cư ngụ tại các tuyến trong núm vú sẽ tăng lên rất nhiều. Khi đó, sữa tươi dễ bị nhiễm nhiều vi sinh vật và có chất lượng kém. Con vật cần phải được điều trị, nếu không sẽ gây ra những tổn thất kinh tế đáng kể cho việc khai thác và chế biến sữa. 4.1.2. Người và thiết bị vắt sữa Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng phương pháp thủ công, để hạn chế nhiễm vi sinh vật vào sữa, người vắt phải có sức khỏe tốt và không mắc bệnh truyền nhiễm. Ngoài ra, tình trạng vệ sinh cơ thể và các thao tác kỹ thuật của người vắt sữa cũng sẽ ảnh hưởng đến số lượng vi sinh vật có trong sữa. Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng máy, cần chú ý vệ sinh cẩn thận và vô trùng hệ thống dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng cụ chứa. Đây là một nguồn dễ gây nhiễm vi sinh vật cho sữa. 4.1.3. Thiết bị chứa sữa Các thiết bị hoặc dụng cụ chứa cần phải được vệ sinh sạch sẽ và vô trùng trước khi đựng sữa tươi. Đối với các hộ chăn nuôi bò sữa quy mô nhỏ, ý thức và phương pháp vệ sinh dụng cụ đựng sữa chưa được quan tâm đúng mức nên đây là nguồn gây nhiễm vi sinh vật phổ biến cho sữa. 4.1.4. Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa Vi sinh vật có khắp nơi trong môi trường sống. Chúng tồn tại trong đất, cát, nước, trên thực vật, trong cơ thể động vật, trong không khí...Do đó, môi trường chuồng trại nơi vắt sữa bò cũng là một nguồn gây nhiễm vi sinh vật cho sữa. Điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam rất thuận lợi cho các vi sinh vật ưa ấm tồn tại và phát triển. Để hạn chế sự nhiễm vi sinh vật từ môi trường chuồng trại vào sữa ta cần vệ sinh và tẩy trùng chuồng trại thường xuyên. 4.2. Hệ vi sinh vật bình thường trong sữa Hệ vi sinh vật thường gặp trong sữa nhiều nhất là vi khuẩn, một số dạng nấm men, nấm mốc. Trong số này, hiện diện một số vi sinh vật có ích và không gây tác hại gì nhưng một số có ảnh hưởng xấu tới sữa và sản phẩm từ sữa và có thể gây bệnh. Trong số các vi khuẩn, phổ biến nhất là các vi khuẩn lactic, vi khuẩn butyric, propionic, vi khuẩn gây thối, nhóm trực khuẩn đường ruột. 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. 4.2.1 Vi khuẩn 4.2.1.1. Nhóm vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic rất phổ biến trong tự nhiên. Chúng thường được tìm thấy trên các loại rau, trái cây và trong hệ thống đường ruột của động vật. Để tồn tại trong môi trường sữa, vi khuẩn lactic sử dụng lactose như một nguồn carbon chúng lên men lactose thành acid lactic. Vi khuẩn lactic cần hợp chất nitơ hữu cơ cho sự tăng trưởng và chúng sử dụng casein trong sữa. Chúng lên men hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, tức là vào cuối sản phẩm có thể hầu như chỉ có acid lactic hoặc có các sản phẩm phụ khác như là acid acetic, ester và ethanol. Nhóm này có tác dụng lớn trong bảo quản và chế biến sữa. Về hình thái, vi khuẩn lactic có dạng hình cầu hoặc hình gậy, đứng riêng lẻ hoặc tạo chuỗi, Gram (+). Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 25 – 470C. Người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm: - Vi khuẩn lactic đồng hình: acid lactic là sản phẩm chính và hàm lượng của nó chiếm tỷ lệ trội hơn so với các sản phẩm phụ khác. Vi khuẩn lactic đồng hình điển hình gồm có: các liên cầu khuẩn Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, S. bulgaricum... Hình 4.1: Streptococcus lactis quan sát dưới kính hiển vi. + Streptococcus lactis : Streptococcus lactis có tế bào hình ovan, cơ thể hơi dài, thường xếp thành đôi hoặc chuổi ngắn. Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng của vi khuẩn này là 30 – 350C. Ở nhiệt độ này nó có thể làm đông tụ sữa sau 10 – 12h Streptococcus phát triển. Sữa chua do vi khuẩn này có mùi thanh khiết, nhưng cũng có khi một vài chủng của giống này cho sữa mùi khê hoặc có mùi vị lạ. S. lactis có vai trò rất quan trọng trong sản xuất các sản phẩm sữa chua, bơ và phomat. + Streptococcus cremoris: Các tế bào S. cremoris thấy trong sữa thường xếp thành chuỗi dài. Giống này lên men lactic, nhiệt độ thích hợp cho phát triển là 20 – 250C. Ở nhiệt độ này nó có thể làm đông tụ sữa sau 10 – 12h phát triển. Sữa chua do vi khuẩn này cũng có mùi thanh khiết, vì vậy nó được dùng làm chín kem khi sản xuất bơ. Hình 4.2: Streptococcus cremoris quan sát dưới kính hiển vi. - Vi khuẩn lactic dị hình: Các sản phẩm được tạo thành từ quá trình chuyển hóa đường gồm có acid lactic, acid acetic, ethanol, khí CO2... Hàm lượng acid lactic thu được không cao hơn nhiều so với hàm lượng các sản phẩ