GIÁO TRÌNH CƠNG NGHÊ SÀN XT CÁC SÀN PHẢM TỪ SỮA VÀ THỨC UÓNG PHA CHÉ TẬP 1: CONG NGHÊ SÀN XUÁT CÁC SÀN PHẨM TỪ SỮA lêvảnviệtm An Bản tiếng Việt © , TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG-HCM NXB ĐHỌG-HCM TÁC GIẢ Bân quyền tác phấm dâ dược bào hộ Luật Xuất bàn Luật Sở hừu trí tuệ Việt Nam Nghiêm cắm hình thức xuất bàn chụp, nhát tán nội dung chưa có đơng ý cùa tác già Nhà xuất bán DÉ CÓ SẢC1IIIAY OẢN CI1HNG TAY BẢO VỆ TÁC QtlYÈN! MỤC LỤC LỜI N Ó I Đ ẦU P h ầ n 1: NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA 1.1 Giới thiệu sữa bị , 11 1.1.1 Một số tính chất vật lý 11 1.1.2 Thành phần hóa học 12 1.1.3 Các tính chất hóa lý 1.2 Hệ vi sinh vật sữa bò 1.2.1 Nguồn gốc hệ vi sinh vật sữa 1.2.2 Hệ vi sinh vật sữa 1.3 Vắt sữa, vận chuyển bảo quản sữa trước chế biến 36 40 40 42 50 1.3.1 Quá trình vắt sữa 50 1.3.2 Quá trình vận chuyển sữa từ nơi thu hoạch nhà máy chế biến 1.3.3 Quá trình bảo quản sữa trước chế biến 1.4 Câu hỏi ôn tập phần P hần 2: CÁC QUÁ TRÌNH c BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA 2.1 Các trình vật lý 2.1.1 Quá trình ly tâm 2.1.2 Q trình đồng hóa 2.1.3 Q trình phân riêng membrane 2.1.4 Quá trình trùng tiệt trùng 2.2 Các q trình hóa lý 2.2.1 Q trình khí 2.2.2 Q trình đặc nhiệt 2.2.3 Q trình sấy phun 2.2.4 Q trình đơng tụ casein 2.3 Các q trình sinh học 2.3.1 Q trình nhân giơng vi sinh vật 2.3.2 Quá trình lên men 2.4 Câu hỏi ôn tập phần 51 54 64 65 67 67 73 87 107 128 128 131 142 157 167 167 186 202 P h ầ n 3: CÔNG NGHỆ SẢ N XUẤT CÁC SẢ N PHẨM TỪ SỮA 3.1 Công nghệ sản xuất sữa trùng 203 205 3.1.1 Giới thiệu chung 205 3.1.2 Quy trình cơng nghệ 206 3.1.3 Sản phẩm sữa trùng 213 3.2 Cống nghệ sản xuất sữa tiệt trùng 213 3.2.1 Giới thiệu chung 213 3.2.2 Quy trình cơng nghệ 214 3.2.3 Sản phẩm sữa tiệt trùng 220 3.3 Công nghệ sản xuất sữa cô đặc 3.3.1 Giới thiệu chung 221 221 3.3.2 Nguyên liệu sản xuất sữa đặc 222 3.3.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữadặc không 224 3.3.4 Quy trình cơng nghệ sản xuất sữađặc có đường 227 3.3.5 Sản phẩm sữa cô đặc 3.4 Công nghệ sản xuất sữa bột 3.4.1 Giới thiệu chung 232 232 3.4.2 Nguyên liệu sản xuất sữa bột 3.4.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất sữa bột nguyên cream 3.4.4 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bột gầy 233 234 241 3.4.5 Quy trình cơng nghệ sản xuất sữa bột tan nhanh (instant milk powder) 3.4.6 Q trình lecithin hóa công nghệ sản xuất sữa bột 3.4.7 Sản phẩm sữa bột 243 243 3.5 Công nghệ sản xuất sữa lên men 3.5.1 Giới thiệu chung 3.5.2 Công nghệ sản xuất sữa lên men ỌAO ^0 yaourt, 3.5.3 Công nghệ sản xuất sữa lên men kefir 3.6 Còng' nghệ sán xuất phô mai ^0 248 262 268 3.6 J Giới thiệu chung 3.6.2 Nguyên liệu cản xuất phô mai 3.6.3 Cong nghệ sản xuất phị mai mềm khơng qua giai đoạn ú chin (phỏ mai tươi) 269 272 3.6.4 Công nghệ sản xuất phơ mai mềm bán mềm có qua giai đoạn ủ chín 277 3.6.5 Cơng nghệ sản xuất phô mai bán cứng, cứng cứng 295 3.6.6 Công nghệ sản xuất phô mai nấu chảy 301 3.7 Công nghệ sản xuất bơ , 306 3.7.1 Giới thiệu chung 306 3.7.2 Nguyên liệu sản xuất bơ 307 3.7.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất bơ 309 3.7.4 Sản phẩm bơ 321 3.8 Công nghệ sản xuất kem 322 3.8.1 Giới thiệu chung 322 3.8.2 Nguyên liệu sản xuất kem 322 3.8.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất kem 326 3.8.4 Kem thành phẩm 3.9 Câu hỏi ôn tập phần TẢI LIỆU THAM KHẢO * 334 335 336 LỜI NĨI ĐẦU Ngành cơng nghiệp thực phẩm bao gồm nhiều lĩnh vực chuyên môn khác chế biến lương thực; sản xuất bánh, kẹo; chế biến rau, quả; chế biến trà, cà phê, ca cao; sản xuất dầu béo; chế biến th ịt, thủy sản; sán xuất sản phẩm từ sữa; sản xuất thức uống pha chế, thức uống lên men Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Cơng nghệ thực phẩm Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, kiến thức cồng nghệ thuộc hai lĩnh vực: sản xuất sản phẩm từ sữa sán xuất thức uống dạng pha chế gộp chung lại nội dung mơn học “Cịng nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa thức uống pha chế” Đây số môn học chuyền ngành sinh viên theo học trường Mục tiêu môn học nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức nguyên phụ liệu, quy trình sản xuất chi tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm thuộc hai lĩnh vực nói tren Do khác biệt thành phần hóa học tính chất nguyên liệu, sở khoa học công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa sản pliấm thức uống dạng pha chế khác Do đó, nội dung mơn học dược biên soạìi thành sách riêng biệt d ể làm tài liệu tham khảo cho sinh viền Quyển f‘Công nghệ sản xuất sản phẩm từ sữa” xuất lần vào năm 2004 Đến năm 2006, ( ' sữa có bổ sung vài giọt thị phenolphtalein xuất h u: màu hồng bền 20 giây Hai nước Pháp Hà Lan thường dùng đơn vị để biểu diễn độ chua sữa B ả n g 1.2 Mối liên hệ đơn vị đo độ chua sữa °SH °Th °D °SH 2,5 2,25 °Th 0,4 0,9 °D 4/9 10/9 Hàm lượng chất sữa dao động khoảng rộng phụ thuộc vào nhiều yếu tơ giơng động vật ni, tình trạng sinh lý vật, điều kiện chăn nuôi (.thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiết ) B ủ n g 1.3 Thành phần hóa học sữa cửa số động vật người (% khối lượng) Động vật Protein tổng Caseỉn Chát béo Carbohydrate I Khống Bị 3,4 39 4,8 I c.e :ì Dồ 3,6 28 o c., / Cừu 5,8 4,9 7,9 4,5 Ngựa 2,2 1,3 1,7 6,2 0.5 Người 1,2 0.5 3.P 7.0 C) n O.o 0,8 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CẤC SẢN PHẨM TỪ SỮA 325 có kích thước nhỏ, kem trở nên đồng Theo Campell (1980), chất ổn định cịn có chức hạn chế lớn lên tinh thể đá kem thành phẩm có thay đổi nhiệt độ trình bảo quản sản phẩm Chất ổn định dùng sản xuất kem thường có chất protein {gelatin, casein, albumin, globuline ) carbohydrate {agar-agar, gum arable, carboxymethylcellulose ) 6i) C h ấ t tạ o hư ơng Để tạo hương cho sản phẩm, người ta sử dụng chất mùi khác vanilla, mùi cam, sầu riêng, dâu, mùi chocolate, mùi cà phê Chúng trích ly từ thực vật sản xuất phương pháp tổng hợp hóa học Ớ số quốc gia Pháp sử dụng chất mùi có nguồn gốc tự nhiên sản xuất kem Để da dạng hóa sản phẩm, người ta sử dụng loại tr i cảy (phần thịt cắt nhỏ) số hạt (đậu phông, điều ), bột ca cao, dịch chocolate sản xuất kem Những ngun liệu ngồi mục đích tạo hương cịn góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng cho kem thành phẩm 7i) C h ấ t m u Chất màu có chức tạo màu sắc hấp dẫn cho kem Tùy theo quy định sử dụng phụ gia nước mà danh mục chất màu dùng sản xuất kem thay đổi Có hai nhóm chất màu: chất màu tự nhiên chất màu tổng hợp Các chất màu tự nhiên thường có độ bền màu chất màu tổng hợp điều kiện sản xuất công nghiệp 8i) N h ữ n g n gu yên liệ u k h c Để tạo độ chua thích hợp cho kem, người ta thường sử dụng acid hữu acid citric acid tatric Ngoài ra, acid hữu cịn có chức ức chê phát triển sơ vi sinh vật có sản phẩm Theo Campell (1980), sô địa phương, người ta có sử dụng phụ gia chơng vi sinh vật sản xuất kem, phổ biên benzoat natri Tuy nhiên, nhiều nước thê giới không cho phép sử dụng nhóm phụ gia 326 PHÃN 3.8.3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT KEM Sơ đồ khái qt quy trình cơng nghệ sản xuất kem trình bày hình 3.38 I Thanh trùng I ủ chín I R ót hỏp/ly r 1 Đ o khuôn i Lạnh đông Lạnh dỏng (giai kết thúc đ o an trung gian) 1 x ế p v o thùng ^ Q u e ^ “—► Đ ặ t que vao khuôn kem ■ ,L - ỊL a n h dong k e t tnũc r ^ T ^ ~ T a o m àn g bao chocolate T B ao gói X ế p v thúng H ìn h 3 S đ q u y tr ìn h c ô n g n g h ệ s ả n x u ấ t k e m CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA 327 i) C h u ẩn b ị n gu yên liệ u Đầu tiên, nguyên liệu định lượng theo công thức phôi trộn cho loại kem sản xuất Nguyên liệu khô bột sữa nguyên, bột sữa gầy, số chất ổn định đem cân Ngược lại, nguyên liệu dạng lỏng sữa tươi, số chất màu, chất tạo nhũ đem cân đo thể tích để xác định hàm lượng cần sử dụng Riêng chất béo cream, bơ, dầu thực vật phải gia nhiệt lên 35-ỉ-50oC để dễ phối trộn dễ bơm chúng đường ống dẫn nguyên liệu phân xưởng sản xuất 2i) P h ố i tr ộ n Các nguyên liệu cho vào thiết bị phối trộn theo trật tự định Mục đích q trình sử dụng phương pháp học để làm cho hỗn hợp nguyên liệu trở nên đồng Thiết bị phối trộn thường có dạng hình trụ đứng với p h ậ n điều nhiệt cánh khuấy hoạt động tốc độ cao N hiệt độ hỗn hợp trình phơi trộn thường trì 50-ỉ-65°C Thơng thường, nhà sản xuất không bổ sung chế phẩm hương vào hỗn hợp nguyên liệu trình phối trộn Nhiệt độ phối trộn 50 - 65°c làm tăng độ hịa tan đường chất khơ khơng béo có nguồn gốc từ sữa, đồng thời giúp cho chất béo hóa lỏng dễ phân bơ" hệ nhũ tương “dầu nước” làm tổn thất cấu tử dễ bay Người ta thường cho chế phẩm hương vào nguyên liệu kêt thúc trình ủ chín Riêng dối với nhóm ngun liệu trái (phần thịt cắt nhỏ) hạt (đậu phông, điều ), chúng bổ sung vào sản phẩm trước thực trình bao gói Tùy theo loại kem mà tỉ lệ thành phần nguyên liệu cần phôi trộn khác Tiếp theo, chúng tơi giới thiệu ví dụ công thức phôi trộn thành phần nguyên liệu để sản xuất kem chocolate: - Chất béo: - 16% - Chất khơ khơng béo có nguồn gơ"c từ sữa: 8,0 - 12,5% - Đường saccharose: 16 - 19% - Chocolate liquor: 2,7 - 3,5% - Hỗn hợp chất ổn định châl nhũ hóa: , - 0,3% - Tổng chất khô hỗn hợp nguyên liệu sau phối trộn: 39,5 - 46,7% 328 PHAN Trong số trường hợp, người ta lọc khí sau phối trộn hỗn hợp ngun liệu Mục đích q trình khí làm tăng hiệu truyền nhiệt, từ cải thiện hiệu hai q trình đồng hóa trùng 3i) Đ n g h ó a Do hỗn hợp nguyên liệu có chứa chất béo với hàm lượng cao, q trình đồng hóa làm giảm kích thước hạt béo phân bố chong hỗn hợp Người ta sử dụng thiết bị đồng hóa hai giai đoạn Áp lực đồng hóa giai đoạn đầu thường chọn 200bar Hỗn hợp gia nhiệt lên đến 654-75°C trước vào thiết bị đồng hóa 4Ỉ) T h an h tr ù n g Quá tiỳ ih trùng nhằm tiêu diệt ức chế hệ vi sinh vật enzyme nguyên liệu Chế độ trùng thường gặp 83-ỉ-850C thời gian 15 giây Trong thực tế sản xuất, q trình đồng hóa trùng tiến hành xen kẽ Đầu tiên hỗn hợp nguyên liệu đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt để hiệu chỉnh nhiệt độ, sau dẫn vào thiết bị đồng hóa Tiếp theo, hỗn hợp nguyên liệu quay trd thiết bị trao đổi nhiệt để trùng làm nguội Trong trường hợp sử dụng chất béo dạng cream, bơ, dầu thực vật người ta trùng riêng nhóm nguyên liệu 70°c thời gian 30 phút Sau đó, nguyên liệu giàu chất béo phối trộn với nguyên liệu lại qua trùng Cuối cùng, hỗn hợp đưa vào máy đồng hóa làm nguội 5Ỉ) c h ín (ageing) Mục đích q trình ủ chín làm cho hỗn hợp nguyên liệu đạt số tính chất hóa lý cần thiết, chuẩn bị cho q trình lạnh dơng Các biến đổi quan trọng diễn q trình ủ chín bao gồm: - Các chất Ổn định protein hydrate hóa hồn tồn - Một phần chất béo kết tinh - Một số phân tử protein hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc hạt béo pha liên tục hỗn hợp CỒNG NGHỆ SẦN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA 329 Kết kem thu sau q trình lạnh đơng có cấu trúc mịn đồng Q trình ủ chín thực nhiệt độ 2-h4°C Tùy thuộc vào thành phần tỷ lệ chất hỗn hợp nguyên diệu loại chất ổn định sử dụng mà thời gian ủ chín dao động khoảng rộng, tối thiểu tối đa khơng q 24 Thiết bị ủ chín có hình trụ đứng chê tạo thép khơng rỉ Bên thiết bị lớp vỏ áo để làm lạnh lớp cách nhiệt đế’ hạn chế tổn thất lượng trình sử dụng Bên thiết bị có cánh khuấy hoạt động liên tục với tốc độ chậm suốt giai đoạn ủ chín Hỗn hợp nguyên liệu phải làm lạnh 2-ỉ-4°C trước đưa vào thiết bị ủ chín 6i) L n h đ ô n g sơ Q trình lạnh đơng sơ có hai mục đích quan trọng sau dây: - Thổi lượng khơng khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thể tích chúng - Lạnh đơng phần nước hỗn hợp tạo tinh thể đá với kích thước thật nhỏ đồng nhất, đồng thời phân bố tinh thể đá hỗn hợp Tùy thuộc vào loại sản phẩm mà lượng khơng khí cần thổi vào hỗn hợp q trình lạnh đơng khác Thơng thường, thể tích hỗn hợp sau nạp khơng khí tăng từ 80-ỉ-100% Các bọt khí thật mịn xuất kem tạo nên cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm Cần ý không khí sử dụng phải qua xử lý hệ thơng lọc với kích thước lỗ từ lớn đến nhỏ nhằm loại tạp chất bụi, vi sinh vật tránh gây ô nhiễm cho kem thành phẩm Tỉ lệ lượng nước bị kết tinh trình lạnh đông sơ phụ thuộc chủ yếu vào giá trị nhiệt độ lạnh đơng Hình 3.39 trình bày thay đổi tỉ lệ lượng nước bị kết tinh so với tổng lượng nước có hỗn hợp nguyên liệu theo nhiệt độ lạnh đơng Theo Luquet (1985) giai đoạn lạnh đơng sơ có khoảng 30-1-70% lượng nước bị kết tinh Tùy thuộc vào phương pháp tạo hình kem mà người ta hiệu chỉnh tỷ lệ nước bị kêt tinh giai đoạn cho phù hợp 330 PHÃN H ìn h 3.39 Ảnh hưởng nhiệt độ lạnh đông sản xuất kem đến tỷ lệ lượng nước bị kết tinh so với tổng lượng nước có hỗn hợp nguyên liệu _200 Ẹim H ìn h 3.40 Cấu trúc hỗn hợp nguyên liệu trình lạnh đông sơ thực ‘5 °c Hình 3.40 giới thiệu cấu trúc hỗn hợp nguyên liệu thực q trình lạnh đơng sơ nhiệt độ -5°c Khi đó, có xấp xỉ 50% 331 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM t s ữ a lượng nước nguyên liệu tồn dạng tinh thể Các sô" liệu thực nghiệm cho thấy tinh thể đá hình thành có kích thước dao động từ đến 170|i/n Lượng nước tự giảm đáng kể số phân tử lactose hỗn hợp kết tinh Kích thước tinh thể lactose xấp xỉ 20ịim Các bọt khí hỗn hợp có'đường kính khoảng 60 - 150|i?n Riêng hạt cầu béo có đường kính khơng vượt ụm Tuy nhiên, số hạt cầu béo lại kết chùm Kích thước chùm hạt béo không lớn |i/tt T h iế t bị Hiện có nhiều loại thiết bị khác dược sử dụng để làm lanh đông sơ hỗn hợp nguyên liệu sản xuất kem Hình 3.41 giới thiệu thiết bị lạnh đông thường gặp hoạt động theo phương pháp liên tục Cửa thoát Buồng chứa H ìn h 3.41 Thiết bị lạnh đông sử dụng sản xuất kem Hỗn hợp nguyên liệu sau trình ủ chín có nhiệt độ 0-ỉ-4°C bơm vào thiết bị lạnh đông Tại cửa vào, hỗn hợp phối trộn với khơng khí vơ trùng theo tỷ lệ quy định Phần thiết bị lạnh đơng hai ơng hình trụ nằm ngang, đồng trục có đường kính khác đặt lồng vào Mặt ngồi thân ống trụ đường kính lớn lớp vỏ áo chứa tác nhân lạnh lớp cách nhiệt Tại vị trí trục hình trụ trục khuấy với khuấy có gắn dao cạo Chúng có chức cạo 332 PHÂN phần hỗn hợp ngun liệu bị đóng dính bề mặt ống hình trụ đường kính lớn Thân ống hình trụ đường kính nhỏ thiết k ế ghồ ghề, có độ nhám để làm tăng ma sát có chức giúp cho hỗn hợp nguyên liệu đạt trạng thái xốp đồng Q trình lạnh đơng sơ diễn nhanh Hỗn hợp nguyên liệu sau phối trộn với khơng khí vào khoảng không gian trống hai thân trụ N hiệt độ hỗn hợp hiệu chỉnh (- 0C M -7 0C) nhờ tác nhân lạnh vỏ áo th iết bị Cánh khuấy chuyển động liên tục nhờ motor đặt bên Các dao gắn khuấy cạo liên tục phần nguyên liệu đóng dính thiết, bị Sau q trình lạnh đơng sơ ta thu kem bán thành phẩm với cấu trúc mềm xốp Tiếp theo, tùy thuộc vào dạng sản phẩm mà trình tạo hình thực theo phương pháp khác S ả n x u ấ t kem que Hình 3.42 giới thiệu giai đoạn quy trình cơng nghệ sản xuất kem que Hỗn hóp ngun liêu duọc lạnh dịng sơ Tách kem Tạo lóp ao