Luận văn Tìm hiểu quy trình sản xuất và các thiết bị chính trong quy trình sản xuất sữa tiệt trùng tại nhà máy sữa Cần Thơ

H2O → Acid béo + glycerol Gây mùi xấu, còn hoạt tính ở nhiệt ñộ thấp (4 – 5oC), mất hoạt tính ở chế ñộ HTST. Protease Thủy phân liên kết peptid Phá hủy protein, có thể tạo vị ñắng, không phá hủy hoàn toàn ở chế ñộ HTST. Catalase H2O2 → H2O + O2 Chỉ thị sữa từ ñộng vật viêm nhiễm. Chất tiền oxy hóa. Lactoperoxydase H2O2 + AH → H2O + A Chỉ thị thanh trùng. Chỉ thị sữa từ ñộng vật viêm nhiễm. Phosphatase Thủy phân liên kết ester với gốc phosphate. Phá hủy hoàn toàn bởi quá trình thanh trùng HTST. HTST: High Temperature Short Time (chế ñộ 72 – 76oC, 15 – 40 giây). Nguồn: Bài giảng Kỹ thuật chế biến sữa & các sản phẩm sữa (Dương Thị Phượng Liên, 2006) - Lactoperoxydase: Enzyme này do tuyến vú tiết ra nên nó luôn tồn tại trong sữa. Tuy vậy, lactoperoxydase cũng có thể do Leucocyte tổng hợp thành. Lactoperoxydase xúc tác phản ứng chuyển hóa hydrogen peroxide (H2O2) thành các chất oxy hóa khác. Nó có pH tối thích 6,8 và hàm lượng trung bình trong sữa nguyên liệu khoảng 30 mg/l. Lactoperoxydase bị vô hoạt ở 80oC trong vài giây. - Lipase: Enzyme này xúc tác phản ứng thủy phân triglyceride thành các acid béo tự do và glycerol. Quá trình phân giải tiếp các acid béo này làm cho sữa có mùi ôi. Lipase có pH tối thích 8,9 và còn hoạt tính ở 4 – 5oC. Tuy nhiên, lipase sẽ bị vô hoạt ở chế ñộ HTST. - Catalase: ðược tìm thấy trong protein màng bao xung quanh các cầu béo. Enzyme này xúc tác phản ứng phân hủy H2O2 thành nước và oxy. Catalase có pH tối thích ở khoảng pH trung tính. Catalase bị vô hoạt ở 75oC trong 1 phút hoặc ở 65 – 68oC trong 30 phút. Sữa từ các ñộng vật khỏe mạnh chứa rất ít catalase, còn ñộng vật bị bệnh thì hoạt tính catalase rất cao, nên catalase còn ñược xem là chất chỉ thị sữa từ ñộng vật bị viêm nhiễm. - Protease: Có hai loại protease là protease acid và protease kiềm ñược tiết ra từ tuyến vú. Chúng thường ở dạng liên kết với casein và cũng kết tủa ở pH = 4,6. Các enzyme protease xúc tác phản ứng thủy phân protein tạo thành proteose-peptone, Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 19 peptide và các acid amin tự do. pH tối thích của protease kiềm khoảng 7,5 – 8,0; còn của protease acid là 4,0. Protease bị vô hoạt hoàn toàn ở 80oC sau 10 phút. - Phosphatase: Các phosphatase tìm thấy trong sữa chủ yếu thuộc nhóm phosphomonoesterase. Chúng xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin. Có hai dạng phosphatase trong sữa là phosphatase acid và phosphatase kiềm có pH tối thích tương ứng là 4,7 và 9,6. Thường trong sữa chỉ tồn tại dạng phosphatase kiềm và phosphatase sẽ bị phá hủy hoàn toàn bởi chế ñộ HTST. - Lysozyme: Là một glucosaminidase (còn ñược gọi là muramidase) cũng là một trong số các enzyme bền nhiệt. Nó xúc tác phản ứng thủy phân mucopolysaccharide có trong màng tế bào vi khuẩn, từ ñó gây phân hủy tế bào nên enzyme này ñóng vai trò như một chất kháng khuẩn. Lysozyme trong sữa bò hoạt ñộng ở pH tối thích là 7,9 và có hàm lượng trung bình 130µg/l, thấp hơn trong sữa người khoảng 3000 lần (400mg/l). 3.2.6 Vitamin Sữa chứa hầu hết các vitamin trong tự nhiên bao gồm các vitamin hòa tan trong nước (các vitamin nhóm B,) và các vitamin hòa tan trong chất béo (A, D, K, E). Vitamin hiện diện trong sữa với hàm lượng tương ñối thấp, ñặc biệt là vitamin D. Với chế ñộ gia nhiệt trong quá trình chế biến thì các loại vitamin hoà tan trong chất béo A, D và cùng các vitamin hoà tan trong nước B2, B3, B5, H tương ñối bền. Còn các vitamin C, B1, B6, B12, acid folic ñều bị ảnh hưởng bởi chế ñộ gia nhiệt ở những mức ñộ khác nhau. Vì vậy ñể thành phần các vitamin cân ñối và hoàn hảo hơn, người ta thường bổ sung thêm một số loại vitamin cần thiết trong quá trình chế biến các sản phẩm từ sữa. Bảng 6 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò Vitamin Hàm lượng Vitamin Hàm lượng (mg/l) Vitamin Hàm lượng (µg/l) A D E K 0,2 ÷ 2,0 mg/l 0,375 ÷ 0,500 µg/l 0,75 ÷ 1,00 mg/l 80 µg/l B1 B2 B3 B5 B6 0,44 1,75 0,94 3,46 0,5 B12 C Biotin Acid folic 4,3 20 30 2,8 Nguồn: Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa (Lê Văn Việt Mẫn, 2004) Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 20 3.2.7 Khoáng Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao ñộng trong khoảng từ 8 – 10 g/l và tồn tại trong sữa dưới dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein). Trong sữa chứa gần 25 nguyên tố ña lượng và 10 nguyên tố vi lượng. Nó bao gồm các nguyên tố Ca, Mg, K, Fe, Cu, Co, Ni, I, Cl, P, S, Al, Pb, Sn, Ag, As,Trong ñó chiếm hàm lượng cao nhất là Ca, P và Mg. Một phần do chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại tồn tại dưới dạng muối hòa tan trong sữa. Các nguyên tố khác như K, Na,... ñóng vai trò là chất ñiện ly. Các nguyên tố vi lượng ñóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành sữa cũng như chất lượng các sản phẩm. Việc sử dụng các nguyên tố vi lượng trong khẩu phần ăn của bò có khả năng làm tăng hàm lượng của chúng trong sữa. Một số nguyên tố ñộc hại như Pb, As,.. ñôi khi cũng ñược tìm thấy trong sữa bò ở dạng vết. Bảng 7 Thành phần một số nguyên tố vi lượng trong sữa bò Nguyên tố Hàm lượng(mg/l) Nguyên tố Hàm lượng(mg/l) Zn Si Al Fe Cu I Mn 2 – 5 1,5 – 7,0 0,5 – 1,0 0,2 – 0,5 0,02 – 0,15 0,015 – 0,05 0,03 – 0,05 Mo F Se Cr Co Pb As 0,05 – 0,08 0,1 – 0,2 0,01 – 0,05 0,01 – 0,02 0,0005 – 0,001 0,04 – 0,08 0,03 – 0,05 Nguồn: Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa (Lê Văn Việt Mẫn, 2004) 3.2.8 Các hợp chất khác Trong sữa bò, ngoài những thành phần nêu trên, còn có chứa các chất khí, chủ yếu là CO2, O2 và N2 với hàm lượng tổng cộng từ 5 – 6% thể tích sữa. Chúng tồn tại ở 2 dạng chủ yếu là dạng hòa tan và dạng liên kết. Ngoài ra, người ta còn phát hiện trong sữa tồn tại một số hợp chất có thể gây ñộc cho người như các kim loại nặng, nitrate, các ñộc tố vi sinh vật,... ở dạng vết. 3.3 Hệ vi sinh vật trong sữa Hệ vi sinh vật trong sữa có rất nhiều nhóm gồm có vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. Trong ñó vi khuẩn chiếm phần lớn, có tới vài chục loài. Nguồn gốc của các vi sinh vật trên xuất phát từ: bầu vú ñộng vật cho sữa, người và thiết bị vắt sữa, thiết bị chứa, môi trường chuồng trại nơi vắt sữa. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 21 3.3.1 Vi khuẩn Sữa ñược ñánh giá có chất lượng vệ sinh khá tốt khi tổng số vi khuẩn trong 1ml sữa không lớn hơn 100.000 khuẩn lạc. Các vi khuẩn thường gặp trong sữa là vi khuẩn lactic, Coliform, vi khuẩn sinh acid butyric, vi khuẩn sinh acid propionic và các vi khuẩn gây thối. - Vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn quan trọng nhất trong công nghiệp chế biến sữa. Nhóm này chuyển hóa ñường lactose có trong sữa thành acid lactic. Ngoài ra, chúng còn tạo thành một số sản phẩm phụ (các acid bay hơi, este, diacetyl,...) có tác dụng nâng cao chất lượng sản phẩm, ñặc biệt là hương vị. Dựa vào các chất ñược hình thành, người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm: Nhóm vi khuẩn lactic ñồng hình và nhóm vi khuẩn lactic dị hình. Khi thanh trùng sữa ở 80oC, hầu hết các vi khuẩn lactic nhiễm trong sữa sẽ bị tiêu diệt.  Streptococcus lactic: Lên men ñồng hình hiếu khí, nhiệt ñộ tối ưu cho sự phát triển của chúng là 30 – 35oC. ðặc tính sinh hóa quan trọng của chúng là lên men glucose, galactose, lactose, dextrin nhưng không lên men saccharose.  Streptococcus cremoris: Lên men dị hình, phát triển tốt ở 20 – 25oC. Chúng làm cho sữa ñông tụ và bị nhớt. Tuy nhiên, Streptococcus cremoris thường làm cho sản phẩm có mùi dễ chịu và có ñộ chua thấp hơn nên ứng dụng nhiều trong công nghệ chế biến bơ. -Các vi khuẩn sinh hương: thuộc nhóm này có các liên cầu khuẩn có khả năng tạo thành một lượng ñáng kể những acid dễ bay hơi (acid acetic, acid propionic,...) và các chất thơm (diacetyl, ester,...) trong sữa hoặc sản phẩm từ sữa. Nhiệt ñộ tối ưu cho sự phát triển của chúng là 30 – 35oC. ða số các vi khuẩn này sinh ra enzyme citritase nên có khả năng lên men acid citric. Có ba loại vi khuẩn sinh hương ñiển hình là: Streptococcus citrovorus, Streptococcus paracitrovorus và Streptococcus diacetylactic. ðáng kể là Streptococcus diacetylactic tạo thành diacetyl làm cho sữa có mùi dễ chịu. Nhóm vi khuẩn sinh hương này thường ñược sử dụng phối hợp với Streptococcus lactic và Streptococcus cremoris trong chế biến sữa chua, phomát và bơ. - Vi khuẩn gây ñắng: ðặc trưng là Streptococcus liquefacien có tính chất giống Streptococcus lactic. Chúng thực hiện quá trình pepton hóa làm cho sản phẩm có vị ñắng. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 22 - Vi khuẩn propionic Vi khuẩn này ñóng vai trò quan trọng trong quá trình chế biến phomat. Các acid acetic, propionic ñược hình thành trong quá trình lên men làm cho phomat có mùi vị thơm ngon hơn. Ngoài ra, một số chủng của nhóm này còn có khả năng sinh ra vitamin B12, phát triển tốt ở 30 – 35oC. - Vi khuẩn gây thối Nhóm vi khuẩn này chia làm hai loại  Loại hiếu khí: Bacterium fluorescen, Proteus vulgaris, Bacillus subtilis.  Loại yếm khí: Bacterium putrificus, Bacterium botulinus,... Nhóm này không lên men ñường sữa. Chúng có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein, giải phóng pepton, các acid tự do và amoniac. Pepton làm cho sữa có vị ñắng, amoniac làm cho sữa có phản ứng kiềm. Vài giống vi khuẩn gây thối có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào. Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân các chất béo trong sữa và làm cho sữa có mùi ôi. ðáng chú ý hơn cả trong nhóm này là Pseudomonas fluorescens. Các protease và lipase ñược sinh tổng hợp từ loài này rất bền nhiệt. Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein (proteolysis) và lipid (lipolysis), làm hư hỏng sữa một cách nhanh chóng. -Vi sinh vật gây bệnh: tồn tại trong sữa do quá trình nhiễm từ người hoặc ñộng vật. ðiển hình là Samonella typhi: Samonella paratyphi; Shigella dysenterial Các loài này phần ñông trong thực tế không gây ra sự thay ñổi ñáng kể của sữa và không thể xác ñịnh bởi con ñường phân tích hệ sinh vật có trong sữa ñược. 3.3.2 Nấm men Trong sữa và các sản phẩm từ sữa thường gặp các giống nấm men sinh bào tử và không sinh bào tử. Chúng lên men ñường lactose thành carbon dioxide và rượu. ðây là phản ứng sinh hóa quan trọng trong quá trình hình thành một số sản phẩm sữa chua. Thường thì nấm men không phân hủy lactose ñược, nhưng vi khuẩn lactic trong sữa chuyển hóa lactose thành glucose và galactose, sau ñó nấm men sẽ lên men các ñường ñơn này tạo thành các sản phẩm cần thiết cho các sản phẩm sữa lên men. Một số nấm men thuộc họ Mycoderma có khả năng tạo thành enzyme phân hủy protein và lipid tạo nên vị ñắng trong các sản phẩm sữa. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 23 3.3.3 Nấm mốc Nấm mốc có khả năng phân giải protein và lipid nên thường gây vị ñắng trong các sản phẩm sữa. Nấm mốc thường phát triển tiếp theo nấm men, vì thế chỉ thấy trong sữa hư hỏng hoặc phomai mềm. Tất cả nấm mốc thường hiếu khí, thích nghi với môi trường acid và ñặc biệt là môi trường ñã bị vi khuẩn lactic acid hóa. Chúng không phát triển trong sữa tươi mà phát triển trong sữa chua và làm kiềm hóa sữa. Trong sữa thường thấy một số loại nấm mốc sau: - Endomyces lactic: Tạo màng trắng trên bề mặt phomai, bơ, cũng có thể mọc sâu trong sản phẩm ở lớp gần bề mặt. - Mucor, Aspergillus, Penicillium, Clad-Osprium: Thường tạo nên những vệt màu khác nhau trên bề mặt bơ, phomai và gây mùi ôi cho sản phẩm. - Odium lactic: Tạo nên trên bề mặt váng chua một lớp trắng, và thường gây mùi ôi trong sữa. 3.4 Giới thiệu quá trình ñồng hóa 3.4.1 Giới thiệu chung về quá trình ñồng hoá Quá trình ñồng hóa sữa ñược thực hiện nhằm ngăn chận hay làm chậm sự tách lớp béo sữa và ñồng nhất dịch sữa bằng cách giảm ñường kính của giọt béo. Do sự khác nhau về tỷ trọng giữa hạt béo và plasma nên hạt béo có khuynh hướng nổi lên. Sự tách lớp của béo sữa theo ñịnh luật Stoke: ( ) µ ρρ υ 9 2 2 gd fp − = υ: vận tốc tách kem (m/s). d: ñường kính hạt béo (m). µ: ñộ nhớt của sữa (Pa.s). ρp, ρf: khối lương riêng của plasma và của chất béo (kg/m 3). Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình ñồng hoá (homogenisation) ñược sử dụng với mục ñích ổn ñịnh hệ nhũ tương (emulsion), chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực còn gọi là quá trình nhũ hoá (emolsification). Nếu theo nghĩa rộng, quá trình ñồng hoá còn ñược sử dụng với mục ñích ổn ñịnh hệ huyền phù (suspension). Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 24 Nhũ tương là một hệ gồm hai chất lỏng không hoà tan nhưng ñược trộn lẫn với nhau. Khi ñó, một chất lỏng sẽ tồn tại dưới dạng hạt (ñược gọi là pha không liên tục, pha phân tán hoặc pha nội) trong lòng của chất lỏng còn lại (ñược gọi là pha liên tục, pha không phân tán hoặc pha ngoại). Trong công nghiệp thực phẩm, các hệ nhũ tương thường gặp gồm hai chất lỏng ñại diện: nước và dầu. Từ hai chất lỏng này sẽ tạo ra nhiều hệ nhũ tương, hai dạng nhũ tương cơ bản là nhũ tương nước trong dầu (water in oil) – nước ở dạng pha phân tán và dầu ở dạng pha liên tục, nhũ tương dầu trong nước (oil in water) – dầu ở dạng pha phân tán và nước ở dạng pha liên tục. Trong công nghiệp chế biến sữa, hệ nhũ tương ở dạng dầu trong nước, ñôi khi hệ nhũ tương còn chứa các bọt khí và một số chất rắn phân tán khác. Tại vị trí bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lỏng dầu và nước sẽ tồn tại một năng lượng tự do. Năng lượng này xuất hiện do sự mất cân bằng giữa các lực hút phân tử giữa hai chất lỏng (sức căng bề mặt). Nó sẽ làm bề mặt tiếp xúc giữa hai pha trong hệ nhũ tương có xu hướng co rút lại sao cho diện tích tiếp xúc giữa hai pha là nhỏ nhất. Trong hệ nhũ tương, các hạt thuộc pha phân tán luôn có xu hướng kết hợp lại với nhau ñể tạo thành hạt lớn hơn nhằm mục ñích giảm diện tích tiếp xúc bề mặt giữa hai pha. 3.4.2 Cơ sở khoa học của quá trình ñồng hoá Kỹ thuật ñồng hóa hệ nhũ tương bao gồm các phương pháp phá vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân bố ñều 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 ñịnh hơn và tránh ñược hiện tượng tách pha. Trong thực tế sản xuất, người ta thường sử dụng các chất nhũ hoá trong quá trình ñồng 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 tránh sự kết hợp trở lại của các hạt pha phân tán, giúp hệ nhũ tương bền hơn. Các phương pháp ñồng hoá:
ðồng hóa bằng phương pháp khuấy trộn.
ðồng hóa bằng phương pháp sử dụng áp lực cao.
ðồng hóa bằng các phương pháp khác. Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình ñồng hoá ñược sử dụng rộng rãi là phương pháp ñồng hoá bằng áp lực cao. Trong phương pháp này, các hạt của pha phân tán Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 25 sẽ bị phá vỡ và giảm kích thước khi ta bơm hệ nhũ tương qua một khe hẹp với tốc ñộ cao. Kích thước của khe hẹp có thể dao ñộng trong khoảng 15 – 300µm và hệ nhũ tương ñược ñẩy ñến khe hẹp với tốc ñộ dòng 50 – 200m/s. Do tốc ñộ qua khe hẹp cao sẽ tạo ứng suất kéo lớn, hạt bị biến dạng và vỡ ra. Cơ chế của phương pháp ñồng hóa áp lực cao ñược giải thích theo những nguyên lý sau: Nguyên lý chảy rối: Khi hệ nhũ tương ñược bơm với tốc ñộ cao ñến khe hẹp, nhiều dòng chảy rối với các vi lốc xoáy sẽ xuất hiện. Khi ñó tốc ñộ bơm càng lớn thì số dòng chảy rối sẽ xuất hiện càng nhiều và kích thước các vi lốc xoáy sẽ càng nhỏ. Chúng sẽ va ñập vào các hạt của pha phân tán và làm cho các hạt này bị vỡ ra. Nguyên lý xâm thực khí: Hệ nhũ tương ñược bơm ñến khe hẹp với tốc ñộ cao sẽ làm xuất hiện các bong bóng hơi trong hệ. Chúng sẽ va ñập vào các hạt của pha phân tán và làm vỡ hạt. Sự ñồng hóa chỉ diễn ra khi hệ nhũ tương rời khỏi khe hẹp, do ñó ñối áp giữ một vai trò quan trọng và sẽ ảnh hưởng ñến hiệu quả ñồng hóa. Ngoài ra, do cấu tạo thiết bị, khi thoát khỏi khe hẹp, các hạt phân tán sẽ tiếp tục va ñập vào bề mặt cứng. Hiện tượng này cũng góp phần làm vỡ và giảm kích thước của các hạt. 3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả ñồng hóa 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 ñồng hoá sẽ ñược thực hiện dễ dàng và hệ nhũ tương có ñộ bền cao. Bên cạnh ñó, các hạt của pha phân tán có xu hướng dễ kết hợp lại với nhau tạo thành các hạt lớn hơn dẫn ñến hiện tượng tách pha. Nhiệt ñộ: Nhiệt ñộ thấp một số chất béo chuyển sang trạng thái rắn làm giảm hiệu quả ñồng hóa. Ngược lại, nhiệt ñộ cao giúp giảm ñộ nhớt và tăng khả năng chảy rối của sữa nên tăng hiệu suất ñồng hóa. Nếu nhiệt ñộ tăng quá cao các phản ứng hóa học không cần thiết có thể xảy ra và có thể ảnh hưởng ñến chất lượng của hệ nhũ tương. Trong công nghiệp chế biến sữa, nhiệt ñộ ñồng hóa thường dao ñộng từ 55 – 80oC. Áp suất: Áp suất ñồng 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 ñược tạo thành có kích thước nhỏ và hệ nhũ tương sẽ có ñộ bền cao. Trong công nghệ chế biến sữa, áp suất ñồng hóa dao ñộng từ 100 – 250bar. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 26 Loại thiết bị ñồng hóa: ñồng hóa một hay hai giai ñoạn, cách vận hành thiết bị. Chất nhũ hóa: thường sử dụng trong công nghệ chế biến sữa là lecithin, glycerin ester, sorbitol ester,...Sau quá trình ñồng hóa các hạt béo có khuynh hướng kết hợp lại với nhau nên các chất nhũ hóa sẽ góp phần không cho các hạt béo tiếp xúc nhau gây hiện tượng tách béo trong sữa. Tỷ lệ chất béo và chất hoạt ñộng: Chất hoạt ñộng chủ yếu là protein, khi protein ñủ sẽ bao phủ bề mặt béo mới hình thành không cho các hạt béo kết hợp với nhau và lắng xuống. Trong các sản phẩm nhiều béo, ít protein thì có khuynh hướng tách béo cao. 3.5 Quá trình thanh trùng và tiệt trùng 3.5.1 Giới thiệu chung Thực phẩm nói chung, ñặc biệt sữa là loại thực phẩm chứa nhiều chất dinh dưỡng nên dễ bị nhiễm vi sinh vật. Vi sinh vật có mặt khắp mọi nơi trong không khí, nước, ñất,...Trong thực phẩm, vi sinh vật tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng hoặc bào tử. Hệ vi sinh vật thực phẩm có thể chia thành hai nhóm cơ bản sau: Thứ nhất, nhóm vi sinh vật có khả năng gây bệnh cho người và sinh tổng hợp ñộc tố bao gồm các loài vi khuẩn Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum,...một số loài thuộc giống Salmonella, Coliform, Vibrio, Bacillus,... và một số nấm mốc như Aspergilus flavus, Penicillium aurantiogriseum,.... Thứ hai, nhóm vi sinh vật không có khả năng sinh ñộc tố: phổ biến nhất là một số giống vi khuẩn (vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic,...), các giống nấm men và nấm sợi. Chúng sử dụng những chất dinh dưỡng trong thực phẩm ñể thực hiện quá trình trao ñổi chất, từ ñó làm thay ñổi thành phần hóa học, giá trị cảm quan của thực phẩm và làm cho thực phẩm nhanh chóng bị hư hỏng. ðể thực phẩm ñược ñảm bảo an toàn vệ sinh và có thể bảo quản ñược trong thời gian dài, người ta sử dụng nhiệt ñộ cao ñể tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật. Các phương pháp sử dụng nhiệt ñộ cao như quá trình thanh trùng, quá trình tiệt trùng. Mục ñích của quá trình thanh trùng (pasteurisation) chủ yếu là tiêu diệt hệ vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm và ức chế quá trình sinh tổng hợp ñộc tố của chúng. Tuy nhiên, trong thực phẩm thanh trùng có thể còn chứa một số tế bào hoặc bào tử của nhóm vi sinh vật ưu nhiệt và các enzyme bền nhiệt. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 27 Mục ñích của quá trình tiệt trùng (sterilisation) là tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh vật (bao gồm các vi sinh vật gây bệnh và không gây bệnh) và vô hoạt không thuận nghịch những enzyme có trong thực phẩm. Quá trình tiệt trùng trong sản xuất không thể ñạt ñược một cách tuyệt ñối, nên người ta ñưa ra một khái niệm mới: “tiệt trùng thương mại”. Thực phẩm không chứa các vi sinh vật gây bệnh, các enzyme hầu hết ñã bị tiêu diệt, không có sự hiện diện của chất ñộc, các vi sinh vật không gây bệnh có thể còn sống sót trong thực phẩm nhưng với số lượng rất thấp và hoạt tính trao ñổi chất của chúng bị ức chế mạnh mẽ sau quá trình xử lý nhiệt ñộ cao. 3.5.2 Cơ sở khoa học của quá trình thanh trùng và tiệt trùng Xét quá trình thanh trùng hoặc tiệt trùng một mẫu thực phẩm với khối lượng và thành phần hóa học ñã biết ở nhiệt ñộ To. Gọi No là số tế bào vi sinh vật có trong mẫu trước khi xử lý nhiệt. N là số tế bào vi sinh vật còn sống sót trong mẫu sau thời gian xử lý nhiệt t. Ta có: N=No.e -kt với k là hằng số phá hủy. Biến ñổi biểu thức trên ta ñược: D ttk N N o −=−= 303,2 . lg ; với k D 303,2 = là thời gian cần thiết tại một nhiệt ñộ xác ñịnh ñể tiêu diệt 90% lượng vi sinh vật ban ñầu. ðược gọi là “thời gian tiêu diệt thập phân”. Trong thực tế sản xuất, ñể rút ngắn thời gian xử lý nhiệt nhưng vẫn ñảm bảo mức an toàn vệ sinh cho thực phẩm, các nhà công nghệ cần ñặt ra các chỉ tiêu vi sinh nghiêm ngặt cho nguyên liệu ñầu vào trong suốt quá trình công nghệ ñể khống chế giá trị No. Quá trình thanh trùng hoặc tiệt trùng thực phẩm thường bao gồm ba giai ñoạn: + Gia nhiệt tăng nhiệt ñộ thực phẩm từ giá trị ban ñầu lên ñến giá trị nhiệt ñộ thanh trùng hoặc tiệt trùng. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 28 + Giữ thực phẩm ở giá trị nhiệt ñộ cần thanh trùng hoặc tiệt trùng trong một khoảng thời gian xác ñịnh. + Làm nguội thực phẩm về giá trị nhiệt ñộ thích hợp ñể bao gói hoặc bảo quản sản phẩm. 3.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu quả quá trình thanh trùng và tiệt trùng Hệ vi sinh vật trong thực phẩm: Nếu hàm lượng vi sinh vật trong mẫu càng nhiều, ñể ñạt ñược mức ñộ tiệt trùng thương mại chế ñộ xử lý nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt ñộ cao hơn và thời gian dài hơn. Vì vậy, việc hạn chế số lượng vi sinh vật ban ñầu trong mẫu trước khi thanh trùng hoặc tiệt trùng là rất cần thiết thông qua việc tuân thủ chặt chẽ các quy ñịnh trong sản xuất và vệ sinh công nghiệp. Thành phần hóa học của thực phẩm: Do pH ảnh hưởng ñến hoạt ñộ của enzyme nên giá trị pH ñóng vai trò kích thích hoặc kìm hãm sự sinh trưởng, thậm chí tiêu diệt một số vi sinh vật có trong thực phẩm. Các hợp chất hóa học trong thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt khác nhau nên ảnh hưởng ñến thời gian và nhiệt ñộ xử lý. Các tính chất vật lý của thực phẩm: Quá trình truyền nhiệt phụ thuộc vào trạng thái vật lý (lỏng, rắn,...) của mẫu. ðối với những thực phẩm lỏng, trong quá trình xử lý nhiệt sẽ xuất hiện các dòng ñối lưu trong mẫu, từ ñó quá trình truyền nhiệt sẽ nhanh và ñạt hiệu quả cao hơn. Một số chỉ tiêu vật lý khác như hàm lượng chất khô, ñộ nhớt của thực phẩm cũng ảnh hưởng ít nhiều ñến hệ số truyền nhiệt và hiệu quả của quá trình thanh trùng và tiệt trùng. Phương pháp và thiết bị thanh trùng, tiệt trùng: Các thiết bị truyền nhiệt sao cho xuất hiện các dòng chảy rối (khi gia nhiệt sản phẩm bằng phương pháp gián tiếp) cũng nhằm mục ñích giúp cho quá trình truyền nhiệt diễn ra nhanh và hiệu quả hơn. Chế ñộ thanh trùng hoặc tiệt trùng: Dựa vào ñiều kiện cụ thể, mỗi nhà máy sản xuất sẽ tự ñề xuất các chế ñộ xử lý nhiệt thích hợp ñể phục vụ cho những mục ñích công nghệ khác nhau. Nếu sử dụng phương pháp tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature), nhiệt ñộ xử lý khoảng 110 – 150oC và lưu nhiệt trong thời gian vài giây. Ở nhiệt ñộ cao và kết hợp với thời gian lưu nhiệt ngắn sẽ không làm thay ñổi tính chất của sữa. Luận văn tốt nghiệp K29 – 2008 Trường ðại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 29 CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA TIỆT TRÙNG 4.1 Giới thiệu quy trình sản xuất sữa tiệt trùng VINAMILK 4.1.1 Quy trình sản xuất Nguyên liệu Phối trộn ðồng hóa 1 Thanh trùng Làm lạnh Bộ lọ