Giáo trình Công nghệ lên men thực phẩm: Phần 2 - Trường CĐ Lương thực Thực phẩm

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Công nghệ lên men thực phẩm: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Công nghệ sản xuất thực phẩm lên men từ sữa; Công nghệ sản xuất thức uống lên men; Công nghệ sản xuất một số thực phẩm lên men khác. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chƣơng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THƢ̣C PHẨM LÊN MEN TƢ̀ SƢ̃A Sữa bò đƣợc xem nhƣ loại thực phẩm hoàn chỉnh lý tƣởng Sữa loài khác đƣợc sử dụng cho mục đích nhƣ sữa trâu, dê, cừu lạc đà Sữa có thành phần dinh dƣỡng cao cần thiết cho phát triển thể, sữa cung cấp Ca, chất béo, chất dinh dƣỡng, chất khoáng số vitamin khác Để bảo quản dài hạn kết hợp với chế biến sữa thành sản phẩm dùng thực phẩm, dùng cơng nghệ lên men tự nhiên mang đến cho ngƣời tiêu dùng hƣơng vị sản phẩm từ sữa thơm ngon Sữa lên men (fermented milks cultured milks) tên gọi chung cho sản phẩm chế biến từ sữa nhờ trình lên men nhóm vi khuẩn lactic tổ hợp vi khuẩn lactic nấm men Chƣơng giới thiệu nguyên liệu sữa công nghệ sản xuất số sản phẩm thực phẩm lên men từ sữa nhƣ yoghurt, kefir, phomat, bơ NGUYÊN LIÊU SƢ̃A 1.1 Một số tí nh chất vật lý của sƣ̃a Sữa chất lỏng đục Độ đục sữa chất béo, protein số chất khoáng sữa tạo nên Màu sắc sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lƣợng βcaroten có chất béo sữa Sữa bị thƣờng có màu từ trắng đến vàng nhạt Sữa gầy thƣờng ngả màu xanh nhạt Sữa bị có mùi đặc trƣng vị nhẹ Một số tiêu vật lý quan trọng sữa bò đƣợc thể bảng 5.1 Bảng 5.1 Một số tiêu vật lý quan trọng sữa bò Đại lượng Đơn vị đo Giá trị Đại lượng Đơn vị đo Giá trị - 6,5÷6,7 Thế oxy hóa khử V 0,10÷0,20 D 15÷18 Sức căng bề mặt 200C dynes/cm 50 pH Độ chua Tỷ trọng Điểm đông đặc g/cm3 C 1,028÷1,038 Độ dẫn điện -0,54÷-0,59 Nhiệt riêng dung 1/ohm.cm 0,004÷0,005 cal/g.0C 0,933÷0,954 Giá trị pH sữa Sữa tƣơi có giá trị pH trung bình 6,6 Sữa non (phần sữa chu kỳ tiết sữa động vật) có giá trị pH thƣờng thấp khoảng chừng 6,0 Khi sữa bị nhiễm VSV nhƣ nhóm vi khuẩn lactic chúng chuyển hóa đƣờng lactose sữa thành acid lactic làm giảm pH sữa Độ chua sữa Độ chua sữa thƣờng đƣợc biểu diễn độ Soxhlet Henkel ( oSH), độ Thorner (oTh), độ Dornic (oD) - Độ Soxhlet Henkel (oSH): số ml dung dịch NaOH N/4 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt phenolphtalein xuất màu hồng bền 30 giây Các nƣớc Trung Âu thƣờng sử dụng đơn vị Sữa bị tƣơi có độ chua 149 trung bình 7oSH - Độ Thorner (oTh): số ml dung dịch NaOH N/10 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa 200ml nƣớc cất có bổ sung vài giọt phenolphtalein xuất màu hồng bền 20 giây Thụy Điển, Nga, Ucraina, Belarus sử dụng đơn vị Sữa bị tƣơi có độ chua trung bình 17oTh - Độ Dornic (oD): số ml dung dịch NaOH N/9 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt phenolphtalein xuất màu hồng bền 20 giây Các nƣớc Pháp, Hà Lan thƣờng sử dụng đơn vị để biểu diễn độ chua sữa Mối liên hệ đơn vị đo độ chua sữa đƣợc trình bày bảng 5.2 Bảng 5.2 Mối liên hệ đơn vị đo độ chua sữa o o SH o Th D o 2,5 2,25 o 0,4 0,9 o 4/9 10/9 SH Th D Tỷ trọng sữa Tỷ trọng sữa hàm lƣợng chất khơ sữa định Các chất béo có tỷ trọng nhỏ 1g/cm3 Hàm lƣơng chất béo sữa cao tỷ trọng sữa thấp, tỷ trọng sữa bị thƣờng từ 1,028÷1,038g/cm3 Khi biết đƣợc thành phần khối lƣợng chất béo chất khơng béo có sữa, ta tính đƣợc tỷ trọng sữa (ở 15,5oC) theo công thức (5.1) d 15,5 C  o 100 , ( g/cm ) F SNF  W 0,93 1,608 (5.1) Trong đó: - F (fat) hàm lƣợng chất béo sữa (% khối lƣợng) - SNF (solids non fat) hàm lƣợng chất khô không béo sữa (% khối lƣợng) - W (water) hàm lƣợng nƣớc sữa (% khối lƣợng), tính theo cơng thức (5.2) W  100  F  SNF , (%) (5.2) Ví dụ: Sữa bị tƣơi có hàm lƣợng chất béo 3,2% hàm lƣợng chất khô không béo 8,5% Tỷ trọng sữa 15,5oC bằng: d 15,5 C  o 100 3,2 8,5   (100  3,2  8,5) 0,93 1,608  1,0306 g/cm Điểm đông đặc sữa Điểm đông đặc sữa thƣờng dao động khoảng từ -0,54÷-0,590C Ngƣời ta thƣờng sử dụng tiêu để kiểm tra xem sữa tƣơi có bị pha lỗng với nƣớc hay khơng Tuy nhiên, xử lý sữa nhiệt độ cao, điểm đông đặc sữa gia tăng kết tủa số muối phosphate có sữa 150 1.2 Thành phần hóa học sữa Sữa hỗn hợp với thành phần bao gồm nƣớc, lactose, protein, chất béo chất khống Ngồi ra, sữa cịn chứa số hợp chất khác với hàm lƣợng nhỏ nhƣ: chất màu, enzyme, vitamin, phospholipid khí Thành phần hóa học sữa bị, sữa số động vật sữa ngƣời đƣợc trình bày bảng 5.3 Bảng 5.3 Thành phần hóa học số loại sữa (% khối lượng) Loại sữa Protein Casein Whey protein Chất béo Carbonhydrate Tro Sữa mẹ (ngƣời) 1,2 0,5 0,7 3,8 7,0 0,2 Sữa ngựa 2,2 1,3 0,9 1,7 6,2 0,5 Sữa bò 3,5 2,8 0,7 3,7 4,8 0,7 Sữa trâu 4,0 3,5 0,5 7,5 4,8 0,7 Sữa dê 3,6 2,7 0,9 4,1 4,7 0,8 Sữa cừu 5,8 4,9 0,9 7,9 4,5 0,8 Trong sản xuất nguồn nguyên liệu phổ biến sữa bò Hàm lƣợng chất sữa bò dao động khoảng rộng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ chủng động vật ni, tình trạng sinh lý vật, điều kiện chăn nuôi (bảng 5.4) Bảng 5.4 Sự thay đổi hàm lượng chất sữa bò (% khối lượng) Các thành phần Khoảng biến thiên Giá trị trung bình Nƣớc 85,5÷89,5 87,5 Tổng chất khơ 10,5÷14,5 13,0 - Lactose 3,6÷5,5 4,8 - Protein 2,9÷5,0 3,4 - Chất béo 2,5÷6,0 3,9 - Khống 0,6÷0,9 0,8 Tổng chất khơ (Total solids-TS Dry matter-DM) đƣợc hiểu hàm lƣợng chất lại sữa sau q trình khí làm bốc tồn lƣợng nƣớc (dạng khơng liên kết) có sữa Đại lƣợng thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng phần trăm (%) khối lƣợng Chất khô không béo (Solids non fat – SNF): hiệu số tổng chất khô (TS) hàm lƣợng chất béo sữa Thành phần lít sữa bị đƣợc trình bày bảng 5.5 Bảng 5.5 Các thành phần lít sữa bị Khối Phần lượng,g trăm,% Thành phần Nƣớc Pha lỏng 902 87,4 Glucid (40÷60g/l) - Dạng tự do: lactose trạng thái phân tử - Dạng kết hợp: galactose, galactosamin, acid silic 49 4,75 151 Khối Phần lượng,g trăm,% Thành phần trạng thái keo, đƣợc liên kết với protein < 1g/l Chất béo (25÷45g/l) Hợp chất nitơ (25÷40g/l) Chất khống (25÷45g/l) - Ở dạng cầu béo: giọt chất béo có đƣờng kớnh t 1ữ10àm, c bao bng mt mng lipoprotein, dạng nhũ tƣơng - Ở dạng hợp chất hòa tan chất béo: sắc tố (β caroten), sterol (cholesterol), vitamin 39 3,78 - Ở dạng micelle 28g: dạng huyền phù, phức calcium phosphate liên kết với liên hợp casein - Ở dạng hòa tan 4,7g: cao phân tử albumin imunoglobulin - Nitơ phi protein 0,3g: ure, acid uric, creatin, 33 3,2 Ở trạng thái keo hòa tan: - Ở dạng phân tử ion: acid citric, K, Ca, P, Na, Cl, Mg - Ở dạng nguyên tố trung lƣợng: Zn, Al, Fe, Cu, I, 0,87 130 12,6 Chất khô tổng Sữa đƣợc làm bốc nƣớc số Các chất khác - Các chất xúc tác sinh học: vitamin (A, D, E, K, B, B2, PP, B6, B12, C, ) enzyme - Các khí hịa tan: CO2, O2, N2, 4÷5% thể tích sữa Vết 1.2.1 Nước Tỷ lệ nƣớc sữa dao động từ 85,5÷ 9,5%, bao gồm nƣớc tự nƣớc liên kết: - Nƣớc tự chiếm 96÷97% tổng lƣợng nƣớc Nó tách đƣợc q trình đặc sấy khơng có liên kết hóa học với chất khơ Trong số sản phẩm nhƣ bơ, phomat tƣơi, nƣớc tự dạng hạt có kích thƣớc khác nhau, phân bổ cách tƣơng đối đồng sản phẩm Nƣớc tự bốc trình bảo quản phomat ngƣng tụ bề mặt - Nƣớc liên kết chiếm khoảng 3÷4% tổng lƣợng nƣớc Hàm lƣợng nƣớc liên kết phụ thuộc vào thành phần nằm hệ keo: protein, phosphatide, polysaccharide Hàm lƣợng nƣớc liên kết sản phẩm sữa khác nhau, chẳng hạn nhƣ: sữa gầy có 2,13÷ 2,59% nƣớc liên kết, sữa đầu có 4,15% nƣớc liên kết, nƣớc tách q trình sản xuất bơ có 1,75% nƣớc liên kết Nƣớc liên kết đóng băng nhiệt độ nhỏ 00C, khơng hịa tan muối, đƣờng Dạng đặc biệt nƣớc liên kết nƣớc kết tinh với lactose dƣới dạng C12H22O11.H2O 1.2.2 Chất khô 1.2.2.1 Lipid Lipid sữa bao gồm chất béo sữa, phosphatid, glicolipid, steroid 152 a) Chất béo sữa: thành phần quan trọng Về dinh dƣỡng chất béo có độ sinh lƣợng cao, có chứa vitamin hịa tan chất béo (A, D, E) Đối với sản phẩm sữa lên men, chất béo ảnh hƣởng tới mùi vị, trạng thái sản phẩm Có tới 98÷99% chất béo sữa triglyceride, 1÷2% cịn lại phospholipid, cholesterol, caroten, vitamin A, D, E K Khi để yên sữa, lớp váng sữa (cream) đƣợc tạo thành bề mặt Dƣới kính hiển vi ngƣời ta nhận thấy váng sữa có nhiều thể hình cầu với kích thƣớc khác nhau, tự sữa Mỗi thể cầu mỡ đƣợc bao bọc màng mỏng (hình 5.1) Hình 5.1 Sự phân bố cầu béo sữa Các thể hình cầu cầu mỡ màng bao chúng đƣợc tạo thành chủ yếu từ protein phosphatid Màng cầu mỡ bền, có tác dụng bảo vệ, giữ cho chúng khơng bị phá hủy enzyme có sa Cỏc cu m cú ng kớnh t 0,1ữ20àm (trung bỡnh t 3ữ4àm) Trong ml sa cú khong 3000ữ4000 triệu cầu mỡ Các cầu mỡ thành phần nhẹ sữa (tỷ trọng 0,925g/cm3) chúng có xu hƣớng lên bề mặt sữa Kích thƣớc cầu mỡ có ảnh hƣởng đến hiệu suất tách chất béo li tâm Các cầu mỡ có kích thƣớc lớn dễ dàng bị tách khỏi sữa li tâm Thành phần màng bao cầu mỡ gồm phospholipid, lipoprotein, protein, acid nucleic, nguyên tố vi lƣợng nƣớc Chất béo sữa khác với mỡ động vật khác chứa nhiều acid béo no có khối lƣợng phân tử thấp Các acid béo chủ yếu sữa đƣợc trình bày bảng 5.6 Bảng 5.6 Các acid béo chủ yếu sữa Các acid béo Các acid béo no - Butyric - Caproic - Caprilic - Capric - Lauric - Miristic - Palmitic - Stearic Tỷ lệ so với tổng số acid béo, % 3,0÷4,5 1,3÷2,2 0,8÷3,8 1,8÷3,8 2,0÷5,0 7,0÷11,0 25,0÷29,0 7,0÷13,0 Điểm nóng chảy, 0C -7,9 -1,5 16,5 31,4 43,6 53,8 62,6 69,3 153 Số nguyên tử H 12 16 20 24 28 32 36 C 10 12 14 16 18 O 2 2 2 2 Ghi Dạng lỏng nhiệt độ phòng Dạng rắn nhiệt độ phòng Các acid béo Các no - Tỷ lệ so với tổng số acid béo, % Điểm nóng chảy, 0C Số nguyên tử H C O acid béo không Oleic Linoleic Linolenic 30,0÷40,0 2,0÷3,0 đến 1,0 14,0 -5,0 -5,0 34 32 30 18 18 18 2 Ghi Dạng lỏng nhiệt độ phòng b) Phosphatid glicolipid Các phosphatid glicolipid đóng vai trị quan trọng việc tạo thành màng cầu mỡ Trong thành phần chúng có acid béo hịa tan chất béo acid béo hòa tan nƣớc Hàm lƣợng phosphatid glicolipid khoảng 0,031÷0,05% Màng cầu mỡ chứa xấp xỉ 60% phosphatid, lƣợng phosphatid sữa đầu gấp 2÷3 lần sữa bình thƣờng 1.2.2.1 Protein Trong dung dịch sữa có nhiều loại protein, số có hàm lƣợng nhỏ Có thể phân loại protein theo chức vật lý, hóa học sinh học Tuy nhiên thƣờng chia làm hai nhóm protein là: - Protein trạng thái keo khơng bền (casein) - Protein hòa tan, hay gọi nƣớc sữa (whey protein) Thành phần protein sữa đƣợc thể bảng 5.7 Bảng 5.7 Thành phần protein sữa Thành phần protein Casein - Casein s1 - Caseins2 - Casein - Casein Tổng casein Whey proteins - α-lactalbumin - β-lactoglobulin - Albumin - Immunoglobulins - Thành phần khác Tổng whey proteins Màng mỡ protein Tổng protein Hàm lượng sữa, g/kg % so với tổng protein, w/w 10,0 2,6 10,1 3,3 16,0 30,6 8,0 30,8 10,1 79,5 1,2 3,2 0,4 0,7 0,8 6,3 0,4 32,7 3,7 9,8 1,2 2,1 2,4 19,3 1,2 100 a) Casein tổ chức micelle * Thành phần micelle Casein nhóm protein sữa, tồn trạng thái keo khơng bền Trong 154 sữa casein có mặt dƣới dạng hạt hình cầu, micelle có đƣờng kính từ 20÷300nm Các micelle tập hợp dƣới đơn vị (các siêu micelle) có đƣờng kính từ 15÷20nm Thành phần micelle sữa đƣợc trình bày bảng 5.8 Bảng 5.8 Thành phần micelle sữa (g/100g chất khô) Phần hữu cơ, g% Caseins1 Casein Caseins2 Casein Các loại khác Casein tổng số 33 33 11 11 92 Phần vô cơ, g% Phosphate Ca Citrat Mg Na K Tổng số 4,3 2,9 0,5 0,1 0,1 0,3 - Thành phần hữu micelle chủ yếu bao gồm caseins, casein, casein chiếm tổng số khoảng 92% Các casein liên kết với để tạo thành phức có mặt calcium kết tủa xuống khơng có casein - Thành phần muối micelle bao gồm: calcium phosphate dƣới dạng apatit trạng thái keo, calcium có mặt dƣới dạng citrat liên kết phần với casein thơng qua nhóm phosphate Magiê tạo muối tƣơng tự muối calcium Tricalcium phosphatide Ca3(PO4)2 dƣới dạng vơ định hình, chuyển hóa dạng thành hydroxyapatide Ca5(OH)(PO4)3 tinh thể thƣờng bị ức chế protein ion Mg * Tổ chức micelle casein - Các siêu micelle đƣợc hợp thành từ caseins1, s2,   có đƣờng kính khoảng 20nm đƣợc xếp nhƣ để đầu kỵ nƣớc đƣợc gấp vào phía trong, cịn nhóm háo nƣớc casein casein phủ bề mặt Cấu trúc siêu micelle casein đƣợc mơ tả hình 5.2 Hình 5.2 Cấu trúc siêu micelle casein - Nhiều siêu micelle tập hợp lại thành micelle (hình 5.3) nhờ calcium phosphate dạng keo mịn liên kết caseins1, s2,  với thông qua nhóm 155 phosphate chúng Hình 5.3 Tổ chức micelle Các siêu micelle nghèo casein nằm phía micelle micelle ngừng lớn tồn mặt đƣợc bao phủ casein Nhƣ casein có vai trị bảo vệ micelle, nhờ hàm lƣợng phopho bé, giàu glucid nên casein háo nƣớc đảm bảo độ bền cho micelle Micelle chứa nhiều casein kích thƣớc bé, bền * Tính chất casein Casein phostphoprotein, thành phần có chứa gốc acid phosphoric Casein có chứa nhiều nhóm chức tự khác nhƣ : -COOH, -NH2, OH, -NH-CO-, -HS mà casein có khả tham gia phản ứng hóa học Trong nhóm nhóm -COOH nhóm -NH2 có ý nghĩa phần nhóm trạng thái tự định tính chất casein Trong dung dịch, casein tạo thành ion lƣỡng tính, tham gia phản ứng vừa nhƣ acid, đồng thời vừa nhƣ base : NH3 NH2 + R R - COO COOH Casein đƣợc coi nhƣ chất điện li lƣỡng tính đa hóa trị, có khả tạo hàng loạt hợp chất với acid, base, kim loại, aldehyt v.v Casein dễ dàng tham gia phản ứng với kim loại kiềm, kiềm thổ nhƣ K, Na, Mg để tạo thành caseinat Caseinat hịa tan nƣớc Càng có nhiều ngun tử kim loại liên kết với casein độ hịa tan casein lớn Trong sữa, casein dạng calcium caseinat lại kết hợp với calcium phosphate tạo thành phức hợp calcium phosphate caseinat (các micelle) Tất casein đƣợc phosphoryl hóa nhƣng với mức độ khác nhau, casein có tỷ lệ P thấp Casein chứa nhiều nhóm phosphate khơng bền có mặt Ca Casein protein có chứa glucid, có tính chất khác với casein khác số điểm sau : 156 - Dung dịch casein pH = nhiệt độ 200C trạng thái micelle bền, thêm CaCl2 0,4M có caseins casein kết tủa casein trạng thái hòa tan - Trong casein có casein có chứa glucid (khoảng 5%), điều chứng tỏ casein háo nƣớc - Casein có khả ổn định casein khác cách ngăn cản kết tủa casein ion calcium, nhờ tạo sữa phức hệ micelle dƣới dạng keo bền vững - Khi casein bị thủy phân chymosin liên kết peptit Phe105 Met106 khử bền micelle sữa sữa bị đơng tụ - Trong casein, có mặt giới hạn nhóm phosphate (chỉ gốc Ser149 so với caseins casein giàu P) khơng cho phép tạo muối calcium hịa tan Một số tính chất đặc trƣng casein đƣợc tóm tắt bảng 3.9 Trong thể khác biến thể A B, trật tự xếp acid amin phân tử Dƣới tác dụng chymosin, phân cắt casein thành paracasein caseinoglucopeptid có tính chất khác nhau, sở q trình đơng tụ casein Bảng 3.9 Tóm tắt tính chất casein Tích điện pH = 6,6 Casein 169 acid amin, biến thể A B Biến thể A Thay Thr cho Ile 136 thay -4,3 Ala 148 Asp Biến thể B Asp4, Asn7, Thr14, Ser12, SerP1, PyroGlu1, -3,3 Glu12, Glu14, Pro20, Gly2, Ala15, 1/2Cys2, Val11, Met2, Ile13, Leu8, Tyr9, Phe4, Lys9, His3, Trp1, Arg5 Tác dụng chymosin Cắt liên kết peptit Phe-Met (105-106) tạo thành: - Paracasein (1-105) khơng hịa tan (là cation kỵ nƣớc kết tủa dƣới dạng sợi) - Caseinoglucopeptit (106-169) hòa tan (khơng có acid amin vịng, giàu acid amin alcol, chứa tất glucid, anion, hòa tan tốt nƣớc) Paracasein(1-105) - Chứa tất acid amin vòng 17 105: +4,5 (Cation) Trp1, Phe4, Tyr9 - Chỉ có phân tử có biến thể A B casein Caseinoglucopeptid - Có 17 acid amin alcol (Ser, Thr)/26 A: -8,8 (106-169) casein B: -7,8 - Chứa tất glucid 124 (Thr) 155 (Anion) (Ser) 157 b) Protein hoà tan (whey protein) Whey protein chủ yếu bao gồm  - Lactalbumin  - Lactoglobulin: *  - Lactalbumin: có thành phần acid amin tƣơng tự casein Điểm đẳng điện pH = 5,1 Không bị đông tụ men sữa *  - Lactoglobulin: có điểm đẳng điện pH = 5,3 Khi đun sữa 600C, hàng loạt phản ứng xảy Cầu disunfua bắt đầu tạo thành phân tử  lactoglobulin, phân tử  - lactoglobulin phân tử casein,  - lactoglobulin  - lactalbumin Ở nhiệt độ cao, hợp chất chứa lƣu huỳnh nhƣ H2S lần lƣợt đƣợc giải phóng, tạo thành mùi nấu cho sữa  - Lactoglobulin có 162 acid amin, hai cầu disunfua nhóm SH tự do, chúng liên hợp tạo thành dime (ở pH = 6,6), octame (ở pH = 5,2÷3,5), pH cực trị dạng đơn phân Khi bị đun nóng đến 800C  - lactoglobulin đông tụ cách dễ dàng Sự đông tự xảy theo hai giai đoạn Giai đoạn 65÷700C kèm theo thay đổi cấu hình phân tử protein liên quan đến giãn polypeptid globulin Giai đoạn giai đoạn đông tụ, tạo thành gel Khi xảy liên hợp tạo thành liên kết S – S nhóm tiol tự phân tử phân tử Chymosin không làm đông tụ  - lactoglobulin điều kiện thƣờng nhƣng  lactoglobulin bị biến tính xử lý nhiệt độ cao nên sau đó, lên men  lactoglobulin chuyển vào quện sữa 1.2.2.3 Lactose Lactose chiếm vị trí hàng đầu glucid sữa Lactose tồn hai dạng tự liên kết với protein glucid khác, tỷ lệ lactose tự do/lactose liên kết 8/1 Lactose hịa tan nƣớc Gia nhiệt đến 1000C khơng làm thay đổi lactose Ở nhiệt độ cao hơn, xảy biến màu phản ứng melanoidin acid amin với lactose Ngoài ra, nhiệt độ cao 1000C, lactose bị phân giải phần, tạo thành acid lactic, acid formic, kết làm tăng độ chua sữa lên 1÷20T 1.2.2.4 Các muối Trong sữa có cation K+, Na+, Mg+, Ca2+ anion acid phosphoric, limolic, clohydric sữa có nhiều loại muối khác Các muối clorua (KCl, NaCl, CaCl2, MgCl2 ), muối phosphate (KH2PO4, NaH2PO4, K2HPO4, Na2HPO4 ), muối citrat (K2(C6H6O7), Na2(C6H6O7), Ca(C6H5O7)2 ) Trong muối trên, muối calcium có ý nghĩa lớn ngƣời, đặc biệt trẻ em Hai nguyên tố Ca P sữa có tỷ lệ hài hòa Ca/P = 1/1,31 dạng thể dễ hấp thụ Muối calcium có ý nghĩa quan trọng chế biến sản phẩm sữa Khi sữa có hàm lƣợng calcium thấp khó đơng tụ bị đơng tụ chậm Ngƣợc lại, sữa có hàm lƣợng calcium cao bị đơng tụ chymosin nhanh nhƣng quện sữa (gel đông tụ) lại không mịn Trong sữa, calcium nằm hợp chất calcium caseinat, calcium phosphate, calcium limonat, Trong sữa có Mg (12 mg%), K (113÷171mg%), Na (30÷77mg%) Tỷ lệ K/Na =3,3 tƣơng đƣơng với tỷ lệ sữa mẹ Muối K Na có tác dụng giữ trạng thái cân muối sữa, giữ áp suất thẩm thấu trạng thái bình thƣờng Các muối acid phosphoric hợp chất điển hình có tác dụng giữ cân hệ 158 hạt Trong số enzyme phức enzyme malt đại mạch, quan trọng là: - Enzyme thủy phân tinh bột (các amylase); - Enzyme thủy phân protein (proteolytic enzymes); - Enzyme giải phóng acid phosphoric (phitase) Quy trình cơng nghệ sản xuất malt đại mạch: đƣợc mơ tả theo sơ đồ hình 6.3 Hạt đại mạch Làm Ngâm hạt Ƣơm mầm Sấy Malt đại mạch Hình 6.3 Sơ đồ trình sản xuất malt đại mạch Thuyết minh quy trình: Hạt đại mạch đƣợc làm để loại bỏ tạp chất nhƣ rác, đất, đá, hạt ngoại lai… Sau đó, hạt đƣợc làm ẩm từ 12÷15% tăng lên 44÷46% cách ngâm nƣớc ngày Mục đích ngâm hạt kích hoạt nẩy mầm Trong trình ngâm phải thay nƣớc ngâm làm rao để hạt hút khơng khí lúc làm lần ngâm thổi khơng khí vào hạt lúc ngâm nƣớc Sau ngâm tiến hành ƣơm mầm cách tháo hết nƣớc khỏi hạt, làm cho hạt nẩy mầm đến mức độ định điều kiện khơng khí ẩm, mát đảo trộn nhằm ngăn cản rễ đan chặt lẫn Thời gian ƣơm mầm khoảng 4÷5 ngày Trong thời gian nẩy mầm bên hạt diễn q trình sinh hóa, quan trọng tổng hợp enzyme nhờ tạo đƣờng chất hòa tan khác, mầm phát triển dƣới lớp vỏ trấu, rễ phát triển từ phần cuối hạt Khi tổng hợp enzyme phân giải sơ cấu trúc hạt đạt đến mức tối ƣu hạt đƣợc sấy khơ 85÷105 0C giảm độ ẩm giảm xuống 4÷5% nhằm mục đích dừng q trình nẩy mầm, để bảo quản, tạo hƣơng màu cho malt Ở nƣớc trồng đại mạch, sản xuất malt đƣợc thực nhà máy với quy mô lớn thực tế trở thành ngành vệ tinh cho công nghiệp lên men bia Các nhà xuất malt lớn Châu Âu Australia, Canada Thổ Nhĩ Kỳ Khu vực nhập malt nhiều Nam Mỹ, Châu Phi Đông Á c) Các loại malt dùng sản xuất bia Malt dùng làm nguyên liệu công nghiệp sản xuất bia đƣợc chia làm loại: malt vàng malt đen Malt vàng dùng để sản xuất loại bia vàng, malt đen dùng để sản xuất loại bia đen Ngồi cịn sử dụng số loại malt đặc biệt để làm phụ gia 230 - Malt vàng: Đặc điểm bật malt vàng có màu vàng sáng, có vị nhẹ nhàng hƣơng thơm dịu đặc trƣng malt (hình 6.4) Khi sản xuất malt vàng, điều cần thiết phải tạo đƣợc điều kiện để tích lũy đƣợc hoạt lực enzyme thật cao, đặc biệt amylase, hàm lƣợng acid amin mức độ vừa phải hàm lƣợng đạm hòa tan cần đạt mức độ đủ - Malt đen: Đặc điểm bật malt đen có màu sẫm, hƣơng vị đậm (hình 6.5) Để sản xuất malt đen, thời gian ƣơm mầm phải tạo đƣợc điều kiện cho tích lũy đƣợc nhiều đạm amin đƣờng; Trong giai đoạn sấy tiến hành nhệt độ cao Hình 6.5 Malt đen Hình 6.4 Malt vàng - Malt caramen: Nó đƣợc sử dụng sản xuất bia vàng với hàm lƣợng 2÷5% nhằm tạo cho bia có hƣơng vị đặc trƣng, cịn bia đen 5÷10% nhằm để tăng cƣờng hƣơng, vị màu sản phẩm Malt caramen đƣợc sản xuất từ malt khô hay malt tƣơi sấy nhiệt độ 110÷1700C - Malt cà phê: Malt cà phê có màu cà phê sẫm, có mùi thơm giống mùi cà phê Nó đƣợc sử dụng sản xuất bia với hàm lƣợng 2÷5% nhằm để tăng cƣờng màu cho bia Malt cà phê đƣợc sản xuất từ malt khơ hay malt tƣơi sấy nhiệt độ 20÷2250C - Malt diastilin: Là loại malt chứa hoạt lực cao nhóm enzyme diastase đƣợc sử dụng bổ sung trƣờng hợp malt nguyên liệu có khả đƣờng hóa sử dụng nhiều nguyên liệu thay - Malt melanoid: Còn gọi melan, loại malt đen có mùi thơm mạnh, chứa nhiều melanoid Nó đƣợc sử dụng sản xuất bia đen với hàm lƣợng 10÷12% nhằm làm cho sản phẩm mang vị đậm, hƣơng vị đặc trƣng cải thiện khả tạo bọt nhƣ giữ bọt cho bia Malt đƣợc chế biến từ đại mạch có hàm lƣợng protein cao - Malt proteolin: Đây loại malt có chứa khoảng 2% acid lactic đƣợc sử dụng sản xuất bia với hàm lƣợng 2,5% nhằm để làm tăng độ chua khối nấu, tạo điều kiện thuận lợi cho trình thủy phân d) Các tiêu chất lượng malt bia - Về cảm quan: Malt có màu vàng tƣơi đen sẫm (tùy theo loại), vỏ óng ánh Có mùi đặc trƣng cho loại malt, khơng có mùi vị lạ nhƣ mùi ủng, chua, mốc Malt vàng có mùi thơm vị nhẹ thóc sấy Các loại malt thẫm màu đậm, mùi thơm loại hạt cháy Không lẫn tạp chất, tỷ lệ hạt gãy, hạt vỡ tối đa 0,5%, hạt bị bệnh tối đa 1%, hạt không nảy mầm tối đa 5% - Tính chất vật lý: Dung trọng: 500÷600g/l; trọng lƣợng khơ tuyệt đối: 28÷38g/1000 hạt (theo trọng lƣợng có độ ẩm); kích thƣớc hạt: chiều rộng > 2,5mm; Chiều dài mầm từ 2/3÷3/4 chiều dài hạt 231 - Chỉ tiêu hóa học: Gồm tiêu nhƣ: thành phần hóa học, độ chiết, thời gian đƣờng hóa… + Thành phần hóa học: malt đại mạch gồm chất tƣơng tự nhƣ thành phần hóa học hạt đại mạch khác malt đại mạch hàm lƣợng đƣờng protein hòa tan nhiều Thành phần hóa học trung bình malt đại mạch đƣợc trình bày bảng 6.1 Bảng 6.1 Thành phần hóa học trung bình malt đại mạch Chỉ tiêu Độ ẩm Hàm lượng Chỉ tiêu W ≤ 4,5% Chất béo Tinh bột 60÷65% Chất khống Cellulose 4÷6% Protein hồ tan Saccarose 3÷5% Protein Đƣờng khử 2÷4% Hàm lượng 2÷3% 2,5÷3% 3% 7÷9% + Độ chiết malt đại mạch khoảng 75÷82%; + Thời gian đƣờng hóa: malt vàng 10÷20 phút 700C, malt đen 20÷30phút/700C; + pH dịch đƣờng malt 5,5÷6,5; + Trong malt phải chứa hệ enzyme thủy phân nhƣ amylase, protease, phitase, cytase… 1.2.2 Hoa houblon Hoa houblon nguyên liệu thứ hai cơng nghệ sản xuất bia Nó đƣợc cịn ngƣời biết đến đƣa vào sử dụng 3000 năm trƣớc công nguyên Hình 6.6 Hoa houblon Houblon loại lâu năm, đơn tính, thân gỗ mảnh, cao khoảng 2÷5m Để dùng cho mục đích sản xuất bia, sử dụng hoa chƣa thụ phấn Nếu hoa thụ phấn giá trị cơng nghệ bị giảm Chính mà ngƣời ta phải tiến hành loại bỏ đực vƣờn houblon Houblon phát triển tốt Trung Âu Bắc Mỹ Houblon trồng Tiệp khắc có chất lƣợng hàng đầu giới Năng suất hoa houblon đến 7000kg hoa tƣơi/ha, trung bình 5000÷6000kg/ha (1000÷1200 kg hoa khơ/ha) a) Vài trị hoa houblon công nghệ sản xuất bia Hoa houblon đƣợc sử dụng sản xuất bia nhằm mục đích: - Truyền mùi thơm vị đắng cho bia; - Tăng khả tạo bọt giữ bọt cho bia; 232 - Tăng khả sát trùng cho bia Do tính quan nhƣ nên hoa houblon nguyên liệu không thay đƣợc cơng nghệ sản xuất bia b) Thành phần hóa học Thành phần hóa học houblon phụ thuộc vào giống điều kiện canh tác Thành phần hóa học houblon bao gồm: chất đắng, polyphenol, protein, cellulose, tinh dầu hoa, chất khống… Thành phần hóa học trung bình houblon đƣợc trình bày bảng 6.2 Bảng 6.2 Thành phần hóa học trung bình hoa houblon Chỉ tiêu Hàm lượng Chỉ tiêu Hàm lượng Nƣớc 11÷ 13% Cellulose Chất đắng 15÷21% Chất khống 5÷8% Polyphenol 2,5÷6% Tinh dầu hoa 0,3÷3% 15÷21,5% Các chất khác 26÷28% Protein 12÷14% Trong chất có giá trị bia chất đắng, tiếp đến tinh dầu hoa polyphenol - Chất đắng: Chất đắng có giá trị tạo vị thay đƣợc cho bia Bên cạnh chất đắng cịn tham gia tạo giữ bọt bia Chất đắng hoa có khả ức chế vi khuẩn Gram dƣơng tốt góp phần tạo sức kháng khuẩn cho sản phẩm Các chất đắng bị biến đổi dƣới tác dụng ánh sáng thành đồng phân, chất thƣờng thể vị bia bảo quản lâu Chất đắng houblon gồm nhiều hợp chất, chia thành hai nhóm chính: nhựa mềm nhựa cứng Nhựa mềm phần chất đắng tan hexane, phần quan trọng sản xuất bia Nhựa mềm gồm αacid đắng -acid đắng đồng phân chúng Nhựa cứng phần chất đắng khơng tan hexane, có ý nghĩa sản xuất bia Khi bảo quản thời gian dài điều kiện khơng đảm bảo phần nhựa mềm hoa giảm phần nhựa cứng tăng lên + Nhóm α-acid đắng đồng phân: Đây thành phần giá trị chất đắng houblon, cung cấp vị đắng cho bia Nhóm α-acid đắng theo thứ tự gồm humulone, cohumulone, adhumulone Chúng có cơng thức phân tử giống nhau, khác nhóm –R (hình 6.7) Hình 6.7 Cấu trúc acid đắng α-acid đắng; -acid đắng R= CH2CH(CH2)2 (humulone lupulone) CH2CH(CH2)2 (cohumulone colupulone) CH(CH3)CH2CH3 (adhumulone adlupulone) Tuy khơng có nhóm carboxyl nhƣng chất tạo nhiều loại muối, đƣợc gọi acid Khả hòa tan α-acid đắng vào nƣớc 233 khoảng 500mg/l, vào dịch đƣờng cịn vào bia hầu nhƣ khơng đáng kể Trong công đoạn đun hoa, α-acid đắng không trực tiếp tan vào dịch mà biến đổi thành đồng phân có khả tan tốt độ đắng cao hơn, trình gọi đồng phân hóa Sản phẩm đồng phân hóa iso-α-acid đắng, gồm isohumulone, isocohumulone,… Đồng phân hóa định hiệu suất khai thác chất đắng sắc thái vị đắng Q trình đồng phân hóa α-acid đắng đƣợc thể hình 6.8 Hình 6.8 Q trình đồng phân hóa α-acid + Nhóm -acid đắng: Gồm lupulone, colupulone, adlupulone Giống nhƣ với αacid đắng, -acid đắng có cơng thức phân tử giống nhau, khác nhóm -R Các -acid đắng khơng hịa tan Các -acid đắng khơng thay đổi nhiều q trình đun sơi nƣớc nha Chúng tham gia vào độ đắng bia thành phẩm, trừ chúng bị oxy hóa thành hupulone bảo quản Trong trƣờng hợp chúng tham gia tạo vị đắng - Dầu hoa: Dầu hoa chất lỏng suốt màu vàng nhạt, có cƣờng độ hƣơng mạnh Dầu hoa bia với hàm lƣợng nhỏ (thích hợp) cho mùi thơm đặc trƣng dễ chịu Dầu hoa houblon gồm khoảng 200 cấu tử, chủ yếu terpen, rƣợu, ketone, aldehyde, ester acid hữu Có thể chia thành nhóm: + Nhóm hydrocarbon, chiếm khoảng 75%; + Hợp chất chứa oxy, chiếm 25%; + Một lƣợng nhỏ hợp chất chứa lƣu huỳnh Trong số hydrocarbon, myrcene chiếm 60% tổng dầu hoa, dễ bay dễ bị oxy hóa, có mùi mạnh, khó chịu -caryophyllene (khảng15%), -farnesene humulene (0÷40%) cấu tử có mùi thơm dễ chịu - Polyphenol: Polyphenol chiếm khoảng 2÷5% chất khơ, chủ yếu cuống lõi hoa Vai trò quan trọng polyphenol liên kết với protein polypeptid cao phân tử tạo thành kết tủa Các kết tủa đƣợc loại bỏ qua công đoạn lắng, lọc, nhờ làm tăng độ bền hóa lý bia Polyphenol tham gia tạo vị, kháng khuẩn, tạo giữ bọt bia Tuy nhiên bị oxy hóa tác dụng với muối sắt tạo thành phức chất đậm màu làm xấu màu bia, diện với hàm lƣợng lớn, polyphenol tham gia phản ứng ngƣng kết gây đục bia Polyphenol houblon chủ yếu gồm tannin, flavonol, catechin hợp chất anthocyanidin Trong anthocyanidin chiếm đến 80% Polyphenol houblon có khả ngƣng tụ hoạt tính cao malt đại mạch 234 c) Các dạng sử dụng hoa houblon Sử dụng hoa nguyên cánh sản xuất bia có ƣu điểm bảo tồn đƣợc chất lƣợng, nhƣng có nhƣợc điểm khó bảo quản, chiếm nhiều thể tích hiệu sử dụng không cao Để khắc phục nhƣợc điểm trên, kỹ thuật sản xuất bia sử dụng sản phẩm chế xuất từ hoa có nhiều ƣu điểm nhƣ: dễ ổn định độ đắng cho bia, thời gian bảo quản gần nhƣ vô hạn, lực đắng cao so với hoa nguyên, chi phí vận chuyển bảo quản giảm, không cần sử dụng thiết bị tách bã hoa, dễ dàng đƣợc tự động nạp vào nồi đun hoa Ở nƣớc ta hoa houblon đƣợc nhập từ Đức, Tiệp Khắc, Úc Hai dạng sản phẩm hoa phổ biến hoa viên chất chiết xuất từ hoa * Hoa viên: Hoa viên dạng bảo quản tiện lợi, đƣợc sản xuất từ Hình 6.9 Các dạng sử dụng houblon hoa khô Yêu cầu hoa viên: có (A): Hoa houblon nguyên cánh khả tạo kết lắng nhanh đun sôi (B): Hoa houblon dạng bánh với dịch đƣờng, làm dịch đƣờng, (C): Hoa houblon dạng viên hƣơng thơm rõ rệt, có vị đắng dịu Hiện có dạng viên houblon sau: viên dạng 90, viên đƣợc làm giàu, viên đƣợc đồng phân hóa - Viên 90: Từ 100kg hoa khô sản xuất 90 kg viên hoa, chứa tất thành phần quan trọng hoa houblon Cách sản xuất viên hoa 90 nhƣ sau: Hoa tƣơi đƣợc sấy khơng khí nóng 40÷500C đến đạt hàm ẩm 7÷9%, xay nhỏ thành bột với cỡ hạt 1÷5mm, trộn nén thành dạng viên Trong trình tạo viên, khống chế nhiệt độ không vƣợt 500C Sau làm nguội với khơng khí lạnh 10÷20oC, đóng bao với hỗn hợp khí N2-CO2 - Viên 45 (viên giàu lupuline): Từ 100kg hoa khô sản xuất 45kg viên hoa loại 45 Loại sản phẩm chứa hàm lƣợng α acid đắng 6÷18%, lƣợng tạp chất giảm cịn nửa Cách sản xuất viên hoa 45 nhƣ sau: hoa thô khô đƣợc nghiền máy chuyên dụng máy sàng để thu đƣợc bột mịn (