Giới thiệu Công nghệ sữa lên men là quá trình cấy các chủng vi sinh vậtkhác nhau vào sữa, chủ yếu là vi khuẩn lactic, để chuyển hóa đườnglactose trong sữa thành axit lactic, CO2, axit ac
Khái quát chung về công nghệ sữa lên men
Giới thiệu
Công nghệ sữa lên men là quá trình cấy các chủng vi sinh vật khác nhau vào sữa, chủ yếu là vi khuẩn lactic, để chuyển hóa đường lactose trong sữa thành axit lactic, CO2, axit acetic, diaxetyl, axetaldehyt và các hợp chất bay hơi khác Quá trình này tạo ra các sản phẩm có hương vị đặc trưng, kết cấu và giá trị dinh dưỡng cao hơn so với thông thường.
Các sản phẩm lên men từ sữa phổ biến: Sữa chua, kefir, phô mai, sữa bơ,
Thị trường các sản phẩm lên men từ sữa tại Việt Nam rất phong phú, có khoảng 40 loại sữa chua lên men và 10 loại váng sữa hiện đang được bán rộng rãi trên thị trường Hà Nội và TP Hồ Chí Minh Sữa bò là nguồn nguyên liệu phổ biến rộng rãi để sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa ở hầu hết các quốc gia trên thế giới.
Vai trò của sản phẩm lên men từ sữa trong chế độ dinh dưỡng và công nghiệp thực phẩm:
- Các sản phẩm sữa lên men đều có độ tiêu hóa cao bởi lẽ các chất đều đã được chuyển hóa tới dạng cơ thể dễ hấp thụ, đặc biệt đối với người già và trẻ em
- Đa số các sản phẩm sữa lên men là thức ăn “ ăn kiêng” và có tác dụng chữa bệnh
- Sử dụng các sản phẩm này có tác dụng kích thích sự tiết dịch vị, kích thích sự trao đổi chất, hệ vi khuẩn lactic (có trong các sản phẩm này) có tác dụng không chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rửa ở ruột
- Ngoài các thành phần dinh dưỡng như protein, lipit, gluxit, các sản phẩm từ sữa lên men còn chứa nhiều vitamin, các chất kháng thể rất có ý nghĩa trong điều trị 1 số bệnh.
Lịch sử phát triển
*Sự phát hiện tự nhiên
Sữa lên men có thể bắt nguồn từ quá trình bảo quản sữa tự nhiên mà không qua bất kỳ quá trình xử lý hiện đại nào Ở thời kỳ cổ đại,sữa tươi thường được đựng trong các túi da động vật hoặc thùng gỗ.Trong điều kiện khí hậu ấm áp, các vi khuẩn có lợi từ môi trường xung quanh hoặc từ động vật chứa men tự nhiên bắt đầu lên men sữa, làm nó đông lại và thay đổi hương vị Quá trình này có thể đã giúp người cổ đại nhận ra rằng sữa lên men không chỉ bảo quản lâu hơn mà còn có hương vị thơm ngon và dễ tiêu hóa hơn.
Vào thế kỷ 19,Louis Pasteur đã khám phá ra vai trò của vi sinh vật trong quá trình lên men, mở đường cho việc kiểm soát và tối ưu hóa quy trình sản xuất các sản phẩm sữa lên men một cách hiệu quả và an toàn hơn
Vào năm 1905, Elie Metchnikoff, một nhà khoa học người Nga, đã nghiên cứu về lợi ích sức khỏe của sữa chua và phát hiện ra rằng nó có thể tăng cường tuổi thọ của con người Điều này đã khuyến khích việc tiêu thụ sữa chua trên toàn thế giới.
* Sự lan rộng toàn cầu
Qua hàng ngàn năm, kỹ thuật lên men sữa đã lan rộng khắp các châu lục Mỗi khu vực đã phát triển các sản phẩm sữa lên men độc đáo dựa trên nguồn nguyên liệu và văn hóa địa phương Chẳng hạn, châu Âu phát triển nhiều loại phô mai khác nhau, Trung Đông với sữa chua, kefir từ Caucasus, và sữa bơ (buttermilk) phổ biến ở Ấn Độ và Bắc Mỹ.
* Sự phát triển hiện đại
Ngày nay, sữa lên men đã trở thành một ngành công nghiệp lớn với hàng trăm sản phẩm đa dạng như sữa chua, phô mai, kefir, và sữa bơ Nhờ sự tiến bộ của công nghệ và hiểu biết sâu rộng về vi sinh vật, các sản phẩm sữa lên men không chỉ phục vụ nhu cầu dinh dưỡng mà còn hỗ trợ sức khỏe qua việc bổ sung probiotics và các dưỡng chất có lợi.
Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men
Lên men rượu
Cơ chất chính của quá trình lên men rượu của sữa là đường sữa – lactoza Dưới tác dụng của enzym lactaza, từ một phân tử lactoza cho glucoza và galactoza.
Tiếp đó, dưới tác dụng của glucokinaza và chất cho gốc phosphat là ATP, glucoza bị phosphoryl hóa tạo thành glucoza-6-phosphat
Galactoza không thể lên men trực tiếp được mà trước hết nó phải được chuyển thành glucoza theo sơ đồ sau:
Galactoza + ATP → galactoza-1-phosphat + ADP
Galactoza-1-phosphat + uridin diphosphat glucoza →
→ uridin diphosphat galctoza + glucoza-1-phosphat →
Uridin diphosphat+ galactoza → uridin diphosphat glucoza
Glucoza-6-phosphat dưới tác dụng của enzim đồng phân hóa chuyển thành fructoza-6-phosphat Fructoza-6-phosphat tại tiếp tục bị phosphoryl hóa để chuyển thành fructoza-1,6-phosphat.
Phản ứng tạo thành fructoza-1,6-phosphat là phản ứng rất quan trọng cho quá trình phân giải tiếp theo Và chính các phản ứng trên làm cho fructoza-1,6-phosphat trở nên kém bền và dễ dàng tham gia vào quá trình lên men tiếp theo.
Giai đoạn tiếp theo là sự phá vỡ mạch cacbon của đường hexoza nhờ tác dụng của aldolaza có trong vi khuẩn, nấm men tạo thành aldehyt-3- phosphoglixerinic và tiếp đó thành phosphodioxyaxeton.
Aldehyt-3-phosphoglixerinic tiếp tục liên kết với 1 phân tử axit phosphoric và bị oxy hóa đến axit 1,3-diphosphoglixerinic dưới tác dụng của dehydrogenaza(-SH) Sau đó axit 1,3-diphosphoglixerinic lại chuyển gốc phosphat sang phân tử ADP dưới tác dụng của phosphoglixeratkinaza tạo thành axit 3-phosphoglixerinic Tiếp đó chất này lại chuyển thành axit 2-phosphoglixerinic (nhờ xúc tác của diphosphoglixeratmutaza).
Dưới tác dụng của enzim enolaza, axit 2-phosphoglixerinic bị mất
1 phân tử nước và chuyển thành axit phosphoenolpiruvic Tiếp đó axit phosphoenolpiruvic loại gốc phosphat sang phân tử ADP và chuyển thành axit enolpiruvic và axit này lại dễ dàng chuyển sang dạng bền vững hơn là axit piruvic.
Quá trình chuyển hóa tiếp theo của axit piruvic sẽ phụ thuộc vào tính đặc thù của các loại vi khuẩn khác nhau và vào điều kiện lên men.
Trong môi trường hiếu khí, axit piruvic sẽ bị oxy hóa đến CO2 và nước hoặc chuyển hóa thành axit axetic Còn trong điều kiện hiếu khí từ axit piruvic sẽ tạo ra hàng loạt các hợp chất.
Trong trường hợp lên men rượu, axit piruvic sẽ chuyển thành axetaldehyt và CO₂ nhờ xúc tác của piruvatdecaboxylaza, rồi sau đó thành rượu etylic nhờ alcoldehydrogenaza:
Quá trình lên men rượu đóng vai trò quan trọng trong sản xuất sữa chua kefir và kumis bởi trong thành phần của chủng có nấm men
Lên men lactic
Quá trình lên men lactoza, tó Axit piruvic xảy ra tương tự như đã trình bày ở phần lên men rượu nhưng sau đó axit piruvic dưới tác dụng của lactatdehydrogenaza của vi khuẩn sẽ tạo thành axit lactic:
Trong quá trình lên men lactoza, nhiều chủng vi khuẩn không chỉ sản sinh ra axit lactic mà còn cho hàng loạt các sản phẩm khác như các axit hữu cơ (axetic, propionic, suxinic ), rượu, este, CO2 Dựa vào các sản phẩm của quá trình lên men mà người ta chia vi khuẩn thành :
-Vi khuẩn lên men lactic đồng hình
-Vi khuẩn lên men lactic dị hình.
Lên men lactic là quá trình lên men chủ yếu của các sản phẩm sữa lên men chủ yếu của các sản phẩm sữa lên men Vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn quan trọng nhất đối với công nghiệp chế biến sữa.
Các vi khuẩn lactic, ngoài việc tạo thành axit còn có một số loài tạo chất thơm (diaxetyl, axetoin, axit bay hơi ) như Streptococcus diaxetylactic.
Có nhiều giả thiết về sự tạo thành diaxetyl Có thể diaxetyl được tạo thành từ lactoza hoặc từ lactoza và axit xitric.
Nếu diaxetyl được tạo thành từ sự chuyển hóa lactoza thì quá trình sinh hóa đến giai đoạn thu được axit piruvic như đã trình bày ở trên.
Tiếp đó, từ axit piruvic, nhờ enzim decacboxylaza chuyển thành axetaldehyt và sau đó nhờ ngưng tụ tạo thành diaxetyl hoặc axetoin.Trong thành phần chất thơm của chủng vi sinh vật luôn luôn có chất thơm này.
Còn nếu giả thuyết cho rằng diaxetyl được tạo thành từ axit xitric thì phản ứng xảy ra như sau : và sau đó tiếp tục xảy ra như sơ đồ đã dẫn ra phía trên.
Maximova cho rằng, diaxetyl được tạo thành trong chủng ở một giới hạn thế oxy hóa – khử nhất định Trong môi trường khử mạnh và thế oxy hóa – khử rH2 giảm thì diaxetyl chuyển thành axetoin.
Streptococcus diaxetylactic có tính khử yếu và trong môi trường có thế oxy hóa – khử mạnh rH₂ = 6,0 thì sẽ tạo được nhiều diaxetyl.Trong khi đó Streptococcus citrovorus, Streptococcus paracitrovorus chỉ tạo được axetoin.
Lên men butiric
Quá trình lên men butiric xảy ra trong các sản phẩm sữa dưới tác dụng của vi khuẩn butiric làm chuyển hóa glucoza, axit lactic:
C6H12O6 → CH3CH2-CH2COOH + 2CO2 + 2H2
Lên men butiric là một quá trình phức tạp nhưng đến thời điểm tạo thành axit piruvic thì xảy ra tương tự như lên men rượu.
Axit piruvic tạo thành dưới tác dụng của decacboxylaza chuyển thành axetaldehyt và từ 2 phân tử axetaldehyt lại chuyển hóa tiếp thành axetadol rồi do chuyển nhóm nội phân tử, axetadol chuyển thành axit butiric:
2 CH3CHO → CH3-CHOHCH2CHO → CH3CH2CH2COOH
Quá trình lên men butiric còn tạo thành một lượng nhỏ các axit như axetic, caprolic, caprilic, rượu etylic Lên men butiric là quá trình không mong muốn, là nguyên nhân gây nên mùi vị khó chịu trong các sản phẩm sữa chua và hiện tượng phồng của pho mát.
Lên men propionic
Vi khuẩn propionic có thể chuyển hóa glucoza, axit lactic và các muối của nó thành axit propionic Trong mọi trường hợp, quá trình lên men đều trải qua giai đoạn tạo thành axit piruvic.
Nếu xuất phát từ glucoza thì diễn biến của quá trình tương tự như lên men rượu Còn nếu từ axit lactic thì do lactatdehydrogenaza vi khuẩn xúc tác sẽ tạo thành axit piruvic.
Tiếp theo một phần axit piruvic biến đổi thành axetaldehyt và axit axetic, một phần axit piruvic lại chuyển thành axit lactic rồi axit propionic:
Vi khuẩn propionic còn có thể tác dụng theo một cách khác Thay vì loại CO₂ từ axit piruvic thì ngược lại, axit piruvic lại kết hợp với CO, để tạo thành axit oxaloaxetic Axit oxaloaxetic loại một phân tử nước tạo thành axit suxinic và cuối cùng là axit propionic.
Lên men propionic đóng vai trò quan trọng trong quá trình chín của pho mát (xem phần kỹ thuật sản xuất pho mát).
Hệ vi sinh vật dùng để lên men sữa
Hệ vi sinh vật lên men sữa là tập hợp các vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, nấm men và nấm mốc, tham gia vào quá trình chuyển hóa các thành phần trong sữa để tạo ra các sản phẩm sữa lên men như sữa chua, kefir, phô mai, và nhiều loại khác Những vi sinh vật này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị, kết cấu, và giá trị dinh dưỡng đặc trưng cho sản phẩm Dưới đây là một số vi khuẩn thường dùng trong công nghệ sản xuất sữa lên men
Bảng 3.1 Chủng vi sinh vật lên men sữa
Chủng vi sinh vật Sử dụng trong sản xuất
Sữa lên men Phomat Sữa lên men
Sữa lên men, pho mát, bơ Sữa lên men Pho mát Pho mát Sữa lên men, pho mát Sữa lên men
- Các vi khuẩn này sử dụng lactoza làm nguồn cacbon và sản sinh ra axit lactic
- Khả năng lên men của các loài vi khuẩn khác như là không giống nhau
- Streptococus diaxetylactic và Leuconostoc citrovorum có thể lên men axit xitric đến cacbon dioxyt và diaxetyl
- Cacbon dioxyt tạo mùi rất đặc trưng cho chủng đầu và chủng sử dụng cũng như mùi của các sản phẩm sữa lên men
- Diaxetyl tạo thành từ sữa lên men axit xitric làm tăng mùi đặc trưng của chủng men cái, các sản phẩm từ sửa lên men và bơ
- Lactobacillus helveticus là bacillus rất quan trọng trong quá trình chín của pho mát Emmenthal Chúng được đưa vào sử dụng ở dạng nguyên chất
Bước 1: Lựa chọn và xử lý nguyên liệu:
- Nguyên liệu chính: Sữa tươi (bò, dê, cừu) hoặc sữa thực vật (đậu nành, hạnh nhân).
- Xử lý ban đầu: Sữa thường được xử lý nhiệt (tiệt trùng) để tiêu diệt vi khuẩn có hại và vi sinh vật không mong muốn Điều này giúp đảm bảo an toàn và kiểm soát quá trình lên men tốt hơn.
- Tiệt trùng: Sữa được đun nóng ở 85–90°C trong 15–30 phút hoặc ở nhiệt độ cao hơn trong thời gian ngắn (HTST) ở 72°C trong 15 giây. Việc tiệt trùng không chỉ diệt vi khuẩn có hại mà còn làm giảm enzym phá hủy protein trong sữa.
- Đồng nhất hóa: Quá trình này giúp làm nhỏ các hạt cầu béo trong sữa để tránh hiện tượng tách lớp kem, cải thiện cấu trúc sản phẩm cuối cùng
Bước 2: Chuẩn bị môi trường lên men
- Sau khi tiệt trùng và làm nguội xuống nhiệt độ phù hợp cho quá trình lên men (thường khoảng 40–45°C), sữa sẽ được bổ sung các chủng vi sinh vật cụ thể.
- Chọn giống vi sinh vật: Tùy thuộc vào loại sản phẩm mong muốn, nhà sản xuất sẽ bổ sung các vi khuẩn, nấm men hoặc nấm mốc thích hợp Ví dụ:
Sữa chua: Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus.
Kefir: Hỗn hợp vi khuẩn lactic và nấm men (Lactobacillus, Saccharomyces).
Phô mai: Các chủng Lactococcus lactis và Penicillium cho phô mai xanh hoặc phô mai mềm.
- Điều kiện lên men: Sữa sau khi được cấy giống vi sinh vật sẽ được để lên men trong một khoảng thời gian nhất định dưới điều kiện kiểm soát về nhiệt độ và thời gian.
- Đối với sữa chua: Quá trình lên men thường diễn ra ở khoảng 42–45°C trong 4–6 giờ, khi vi khuẩn chuyển hóa lactose thành axit lactic, tạo ra độ chua và kết cấu đông đặc.
- Đối với kefir: Quá trình này thường kéo dài từ 12–24 giờ ở nhiệt độ phòng, cho phép vi khuẩn lactic và nấm men hoạt động đồng thời để tạo ra sản phẩm chứa men nhẹ và CO₂.
- Phô mai: Quá trình lên men cho phô mai có thể kéo dài từ vài giờ đến vài tháng hoặc thậm chí nhiều năm tùy thuộc vào loại phô mai Trong quá trình này, vi khuẩn lên men đường lactose, tạo axit lactic và làm đông tụ casein trong sữa, tạo thành khối đông (curd).
Bước 4: Xử lý sau lên men
Sau khi hoàn tất quá trình lên men, các bước xử lý tiếp theo sẽ được thực hiện tùy thuộc vào loại sản phẩm:
-Sữa chua: Sau khi lên men, sữa chua sẽ được làm nguội nhanh chóng để ngăn chặn hoạt động của vi khuẩn và đạt được cấu trúc cuối cùng Sữa chua có thể được khuấy đều hoặc giữ nguyên kết cấu đông đặc tùy thuộc vào loại sản phẩm mong muốn.
- Kefir: Sau khi lên men, kefir thường được lọc để loại bỏ các hạt kefir, sau đó được đóng chai và bảo quản lạnh.
- Phô mai: Phô mai sau khi lên men sẽ trải qua quá trình cắt khối đông, tách whey (nước sữa) và ép thành khối Sau đó, phô mai có thể được ủ (aging) trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhất định để phát triển hương vị và kết cấu Một số loại phô mai còn được bổ sung thêm nấm mốc hoặc các vi khuẩn đặc biệt trong quá trình ủ.
Bước 5: Hoàn thiện và đóng gói
- Điều chỉnh hương vị: Đối với một số sản phẩm, các hương vị phụ gia như đường, trái cây, hoặc vani có thể được thêm vào sau quá trình lên men, đặc biệt là đối với sữa chua hoặc kefir.
- Đóng gói: Sản phẩm sẽ được đóng gói trong các bao bì vô trùng, đảm bảo không có vi khuẩn lạ xâm nhập Quá trình đóng gói này cũng được thực hiện trong môi trường vô trùng để kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
- Bảo quản lạnh : Hầu hết các sản phẩm sữa lên men đều được bảo quản ở nhiệt độ lạnh (từ 2–6°C) để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và kéo dài thời gian sử dụng Đối với phô mai, tùy thuộc vào loại, phô mai có thể cần được bảo quản trong môi trường có điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cụ thể.
Kỹ thuật sản xuất sữa chua yoghurt
Tổng quan về sữa chua
Sữa chua là một loại sữa lên men, có nguồn gốc từ Đông Âu nhưng hiện đã được tiêu thụ trên toàn thế giới Người Pháp gọi đây là sữa của sự vĩnh hằng, vì người ta tin rằng nó có sức mạnh trị liệu và mang lại tuổi thọ cho những người tiêu thụ nó Pháp là nước tiêu thụ sữa chua hàng đầu ở châu Âu, tiếp theo là Ireland, với mức tiêu thụ trung bình của một người là 21,3kg và 13,2kg mỗi năm
Thị trường sữa chua đã tăng trưởng đều đặn trong những năm gần đây, được hưởng lợi từ hình ảnh sữa chua vừa là một lựa chọn thay thế lành mạnh cho đồ ăn nhẹ hoặc bữa ăn, vừa là một món ăn vặt hoặc món tráng miệng Xu hướng sức khỏe và thể chất đã thúc đẩy sự phát triển của các loại sữa chua ít đường tự nhiên như sữa chua Hy Lạp, sữa chua không béo, các sản phẩm giàu protein, cũng như tăng cường cung cấp các loại sữa chua giảm cholesterol và có giá trị dinh dưỡng bổ sung
Nhu cầu về các sản phẩm không chứa sữa và có nguồn gốc thực vật cũng đang tăng lên và nhu cầu này vượt ra ngoài phạm vi người tiêu dùng ăn chay/thuần chay truyền thống Sự tăng trưởng giá trị cao đã được ghi nhận ở các sản phẩm sữa chua, chủ yếu là do nhu cầu ngày càng tăng đối với kefir (một loại đồ uống từ sữa lên men), một xu hướng cũng được ghi nhận ở các thị trường khác ngoài Ireland.
Sữa chua là sản phẩm từ sữa được tạo ra bởi vi khuẩn lên men lactic sữa Men lactic là vi khuẩn có lợi, giúp kích thích tiêu hóa và cải thiện chức năng đường ruột Bên cạnh men lactic, trong sữa chua còn chứa nhiều chất dinh dưỡng như kẽm, protein, canxi, vitamin C,
A, Vì vậy, sữa chua có tác dụng làm đẹp da, điều trị táo bón, tiêu chảy
Phân loại
- Yaourt truyền thống (Set type): Sản phẩm có cấu trúc gel mịn. Trong quy trình sản xuất yaourt truyền thống, sữa nguyên liệu sau khi được xử lí, cấy giống rồi được rót vào bao bì Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đong và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm.
- Yaourt dạng khuấy (Stirred type): khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá huỷ một phần do sự khuấy trộn cơ học Trong quy trình sản xuất yaourt dạng khuấy, sữa nguyên liệu được xử lí và cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì Yaourt dạng khuấy sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như yaourt truyền thống.
- Yaourt uống (drinking type): hay yaourt dạng lỏng: Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá huỷ hoàn toàn Sản phẩm có dạng lỏng, khi sử dụng, người tiêu dùng không cần dùng muỗng Điểm khác biệt là sau quá trình lên men, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hoa để phá huỷ cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm.
-Yaourt lạnh đông (frozen type): sản phẩm có dạng tương tự như kem (ice-cream) quá trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo hỗn hợp sau lên men sẽ được đem đi xử lí và lạnh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm (hardening) rồi bao gói.
-Yaourt cô đặc (concentrated yaourt): Quy trình sản xuất bao gồm các giai đoạn quan trọng như:
Lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và đóng gói sản phẩm Trong quá trình cô đặc, người ta sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm. Yaourt cô đặc còn có tên gọi là strained yaourt hay labneh.
Ngày nay, để đa dạng hoa hơn nữa sản phẩm yaourt trên thị trường, người ta có thể bổ sung thêm hương liệu, chất màu thực phẩm hoặc puree trái cây vào sản phẩm.
Mặt khác phân loại yaourt dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm Lượng chất béo trong yaourt có thể dao động từ 0 - 10%, thông thường là từ 0.5 - 3.5 % Theo tổ chức y tế thế giới WHO và tổ chức nông lương FAO, sản phẩm yaourt có thể chia thành 3 nhóm sau:
-Yaourt béo (Fat yaourt) : Hàm lượng chất béo sản phẩm không thấp hơn 3%.
-Yaourt "Bán gầy"(partially skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng 0.5 - 3%.
-Yaourt gầy (Skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo không lớn hơn 0.5%.
Nguyên liệu dùng để sản xuất sữa chua yoghurt
- Yaourt có thể sản xuất từ sữa tươi, sữa bột, sữa cô đặc, sữa hoàn nguyên hoặc sữa tái chế Bước đầu tiên trong quy trình làm sữa chua công nghiệp là nhập nguyên liệu và kiểm tra chất lượng sữa. Nguyên liệu sản xuất sữa chua thường có sữa bò tươi, sữa bột gầy, sữa bột béo, nước và một số chất ổn định, hương liệu
Sữa chua cũng giống như sữa, yêu cầu rất cao về môi trường sản xuất Vì vậy trước khi nhập nguyên liệu, cơ sở sản xuất sữa chua phải kiểm tra, tiệt trùng các dụng cụ chứa sữa tươi Sau khi tiệt trùng các dụng cụ, bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu, sữa sẽ được đổ vào khuấy đều, đo nhiệt độ và kiểm tra các chỉ số
- Sữa tươi sử dụng trong quá trình sản xuất yaourt phải có chất lượng tốt.
Các yêu cầu quan trọng cho nguyên liệu sữa tươi như sau: Tổng số tế bào vi sinh vật trong sữa càng thấp càng tốt, không chứa thể thực khuẩn, không chứa kháng sinh, không chứa các enzyme, không chứa các dư lượng hóa chất có nguồn gốc từ quá trình tẩy rửa và vệ sinh dụng cụ hoặc thiết bị đựng sữa.
- Hai chỉ tiêu hóa lí quan trọng của sữa nguyên liệu là hàm lượng chất béo và hàm lượng chất khô không béo Lượng chất béo trong sữa sẽ được hiệu chỉnh nhỏ quá trình chuẩn hóa để phù hợp theo yêu cầu sản phẩm Còn lượng chất khô không béo - theo quy định củaWHO/FAO - không được thấp hơn 8,2% Các kết quả nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng khi ta tăng hàm lượng chất khô trong sữa nguyên liệu, đặc biết là tăng hàm lượng casein và protein huyết thanh sữa sẽ làm cho cấu trúc khối đông trở nên bền và ổn định hơn, tránh hiện tượng tách huyết thanh trong sản phẩm yaourt truyền thống.
- Để tăng vị ngọt cho yaourt, người ra bổ sung đường (glucose, saccharose ) vào sữa trong quá trình chế biến Đường có thể được bổ sung trực tiếp hoặc dưới dạngpuree trái cây đối với những sản phẩm dành cho người ăn kiêng, các nhà sản xuất sử dụng chất tạo ngọt, thông dụng nhất là aspartame.
- Trái cây có các loại như thơm, dâu, sowrri, táo được bổ sông vào yaourt dưới dạng puree Có hai dạng puree: Puree tự nhiên (không thêm đường), Puree có bổ sung thêm đường Hàm lượng đường trong puree thường chiếm 50-55%.
- Một số sản phẩm yaourt còn được bổ sung thêm hương liệu và chất màu trong quá trình sản xuất Tùy theo tình hình của mỗi quốc gia mà bảng danh mục các phụ gia nguyên liệu và màu được phép sử dụng trong quá trình chế biến thực phẩm và liều lượng tối đa quy định có thể sẽ khác nhau.
- Đối với một số sản phẩm, người ta có thể sử dụng chất ổn định để yaourt có được cấu trúc độ nhớt theo yêu cầu Các chất ổn định thường sử dụng là gelatin, pectin, agar-agar chung là chất ưa nước và có thể liên kết với nước Loại chất ổn định và hàm lượng sử dụng tối ưu cho từng sản phẩm sẽ được xác định bằng phương pháp thực nghiệm.
Hệ vi sinh vật trong và sau quá trình lên men
Sữa chua được tạo thành từ quá trình lên men sữa dưới tác dụng của vi khuẩn Trong sữa nguyên vật liệu có rất nhiều loại vi sinh vật như: vi khuẩn lactic, butiric, propionic, nấm men Còn có các loại vi khuẩn khác như vi khuẩn đường ruột, vi khuẩn axetic cũng tham gia chuyển hoa lactose và tạo thành hàng loạt các hợp chất như axit lactic, axit axetic, rượu etylic, 2,3 - butadiol
Chủng vi sinh vật có thể chỉ bao gồm một loài hoặc là hỗn hợp của nhiều loài vi sinh vật Việc sử dụng loại vi khuẩn nào, với tỉ lệ bao nhiêu để cho kết quả tốt nhất là mối quan tâm của các nhà khoa học công nghệ. Điển hình như vi khuẩn lactic: có hầu hết ở mọi nơi nhưng nhiều hơn cả là ở sữa Các vi khuẩn này sử dụng lactose làm nguồn cacbon và sản sinh ra axit lactic Quá trình lên men có thể chỉ tạo thành một sản phẩm, chủ yếu là axit lactic (lên men đồng hình) hoặc tạo thành cả axit lactic và các chất khác như axit axetic, CO2, hydro (lên men dị hình).
Vi sinh vật sử dụng trong quá trình sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa (Oberman H và Libudzisz,1998)
Bảng 4.1 Vi sinh vật trong quá trình lên men sữa
Giống vi sinh vật Loài
L.delbrueckii ssp lactis L.delbrueckii ssp bulgaricus
L.kefir Lactococus L.lactis ssp lactis
L.lactis ssp lactis var diacetylatis
K.marxianus ssp bulgaricusK.lactisC.kefirS.cerevisiaeS.lactisT.delbrueckii
Sơ đồ quy trình sản xuất sữa chua yoghurt
4.5.1 Xử lý nguyên liệu sữa
Thành phần của sữa nguyên liệu khác nhau và có ảnh hưởng đến chất lượng của sữa chua Chẳng hạn như sữa có hàm lượng chất béo cao sẽ tạo ra sản phẩm sữa chua cho cảm giác ở miệng tốt hơn so với sữa chua được sản xuất từ sữa có hàm lượng chất béo thấp (sữa gầy) Lactose có trong sữa cung cấp năng lượng cho tác nhân gây lên men, trong khi hàm lượng protein ảnh hưởng đến đông tụ, độ đặc, độ nhớt của sản phẩm.
Hương vị của sữa chua phụ thuộc nhiều vào sự chuyển hóa của tác nhân gây lên men nhưng chất lượng của sữa nguyên liệu cũng có ảnh hưởng đến tính chất này.
Thành phần chính của sữa gồm nước, chất béo, protein, lactose và khoáng chất Hình 4.2 thể hiện chi tiết về các cấu phần có trong sữa.
Hình 4.2 Các thành phần hóa học của sữa bò
Sữa được gia nhiệt lên 40 o C, qua thiết bị ly tâm làm sạch và li tâm tiêu chuẩn hóa hàm lượng chất béo
- Hàm lượng chất béo từ 0,5 - 3,0%
- Hàm lượng chất khô không mỡ tối thiểu 8,2%
- Sữa chua yoghurt không có chất ổn định.Khi sản xuất sữa chua hoa quả, có thể cho thêm chất ổn định Còn sữa chua uống thì nhất thiết phải có chất ổn định (0,1 - 0,5%)
- Nhằm giảm kích thước các cầu mỡ, phân bố đồng đều, tránh hiện tượng nổi lên của các cầu mỡ
- Dịch sữa được đồng hóa 60-70 o C, 200 bar
- Biện pháp xử lý nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật, tăng khả năng hydrat hóa của casein (khả năng giữ nước tốt, hạn chế sự tách nước, quện sữa mịn, chắc)
- Thanh trùng ở 90-95 o C trong 5 phút Sau đó làm nguội đến nhiệt độ lên men 40-50 o C
* Chuẩn bị chủng vi sinh vật
Chủng thường bao gồm Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus
Dùng chủng bột thương mại, cấy chuyển tiếp một vài lần để tăng hoạt tính của chúng và để rút ngắn thời gian lên men trong sản xuất.
Là một khâu rất quan trọng, quyết định chất lượng các sản phẩm sữa lên men
Quy trình chuẩn bị chủng (men giống): Sữa tươi → Xử lý nhiệt, Làm nguội đến nhiệt độ lên men → Cấy chủng → Lên men → Làm lạnh → Bảo quản
Sữa dùng làm môi trường phải có chất lượng cao: tổng số vi khuẩn thấp, không chất kháng sinh, không chứa chất tẩy rửa Thanh trùng ở nhiệt độ 90 - 95 o C trong 30 phút nhằm tiêu diệt hoàn hoàn. Sau thanh trùng, làm nguội sữa đến nhiệt độ lên men 18 - 19 o C cho phomat, 20 - 22 o C cho bơ và 40 - 45 o C cho sữa chua
* Bảo quản chủng vi sinh vật
Chủng dạng bột ( được sấy thoe phương pháp thăng hoa) thì có thể bảo quản được lâu, nhưng phải hoạt hóa (cấy chuyển tiếp 2-3 lần) rồi mới sử dụng
Chủng concentrat lạnh đông : an toàn, thuận tiện, kinh tế
* Cấy chủng vi sinh vật
Lượng chủng phụ thuộc vào tỷ lệ giữa vi khuẩn tạo axit lactic và vi khuẩn tạo hương vị
*Chuẩn bị sữa trước khi lên men (hình 4.3)
Từ thùng cân bằng 1, sữa được bơm vào ngăn hoàn nhiệt thứ nhất của thiết bị trao đổi nhiệt 2, nâng nhiệt độ lên 70C và sau đó lên 90C ở ngăn hoàn thứ nhiệt 2
Sữa nóng được đưa qua thiết bị bốc hơi chân không 3 để giảm 10
- 20% lượng nước, tức là tăng hàm lượng chất khô lên từ 1,5% đến 3% Người ta có thể điều chỉnh hàm lương nước bốc hơi bằng cách thay đổi nhiệt độ của sữa, tốc độ tuần hoàn trong thiết bị bốc hơi cũng như độ chân không của nó.
Người ta có thể tận dụng nước loại ra từ sữa để nâng nhiệt độ của sữa nguyên liệu vào Từ thiết bị bốc hơi chân không, sữa được đưa vào thiết bị đồng hoá 4 với áp suất 200 - 250 bar Sữa đã đồng hoá quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt 2 để thanh trùng ở 90 - 95°C và giữ ở thiết bị lưu nhiệt 5 với thời gian 3 - 5 phút Tiếp đó sữa được làm nguội bằng nước lạnh đến nhiệt độ lên men thích hợp.
Hình 4.3 Sơ đồ dây chuyền chuẩn bị sữa trước khi lên men
1- thùng cân bằng; 2- thiết bị trao đổi nhiệt; 3- thiết bị bốc hơi chân không;
4- thiết bị đồng hóa; 5- thiết bị lưu nhiệt
Thời gian lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại vi khuẩn, lượng chủng, có thể kéo dài khoảng từ 3 đến 20 giờ. Điều quan trọng là phải giữ nhiệt độ đúng, ổn định Trong quá trình lên men, vi khuẩn phát triển rất nhanh và sẽ lên men lactoza thành axit lactic.
Nhiệt độ lên men của 1 sản phẩm là nhiệt độ thích hợp nhất cho loài vi khuẩn phát triển Khi chỉnh là hỗn hợp của các loài thì nhiệt độ thích hợp phụ thuốc vào tỷ lệ các loài đó.
Kinh nghiệm cho thấy sữa chua đạt tiêu chuẩn tốt nhất khi tỷ lệ cocci/bacilli là 1:1 hoặc 2:1.Nếu tủ lệ bacilli cao hơn dẫn tói sữa chua có mùi chua do độ axit quá cao
Sữa chua là một sản phẩm của quá trình hoạt động sinh học, vì vậy làm lạnh là một trong những phương pháp phổ biến được sử dụng để kiểm soát hoạt động chuyển hóa của tác nhân gây lên men và enzyme của nó.
Quá trình làm lạnh được thực hiện sau khi sản phẩm đạt đến độ acid mong muốn, thường có pH 4,6 hoặc 0,6% lactic acid.
Do vi sinh vật tròn sữa chua bị ức chế phát triển khoảng 10°C nên quá trình làm lạnh thường làm giảm nhiệt độ từ 35-45°C xuống 5°C càng nhanh càng tốt nhằm kiểm soát tốt độ acid cuối cùng của sản phẩm Quá trình làm lạnh sữa chua có thể được thực hiện một hoặc hai giai đoạn.
Bao gói là một bước quan trọng trong quá trình sản xuất sữa chua Đây là phương tiện đảm bảo cung cấp sản phẩm an toàn cho người tiêu dùng trong tình trạng tốt và có chi phí tối thiểu.
Các thông số kỹ thuật của bất kỳ vật liệu đóng gói thực phẩm nào phải bao gồm thông tin như sau:
- Độ độc của vật liệu.
- Khả năng chống ẩm và /hoặc chống thấm.
- Khả năng thấm khí đối với N2, CO2 và O2.
- Khả năng thấm các hợp chất tạo mùi và hương liệu dễ bay hơi hoặc các hóa chất trong môi trường.
- Khả năng xuyên qua của ánh sáng khả kiến hoặc tia UV.
- Khả năng nhiễm bụi bẩn và/ hoặc vi sinh vật
- Sự di chuyển của các phân tử từ vật liệu đóng gói sang sản phẩm.
Cũng như các loại thực phẩm khác, vật liệu bao gói sữa chua đóng vai trò rất quan trọng đối với khách hàng Nó phải đáp ứng các yêu cầu như trên cũng như khả năng bảo vệ, dễ vận chuyển, phân phối
Sơ đồ dây chuyền sản xuất sữa chua yoghurt
4.6.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất sữa chua yoghurt
Sau khi sữa đã được chuẩn bị để lên men như trong hình trên ,sữa được bơm vào thùng trung gian (7) , chủng vi sinh vật được chuẩn bị từ thùng (6) và hương (mứt quả) ở thùng (8) được phun trên đường ống cùng với sữa qua bộ phận phối trộn (9) đi vào máy rót (10) Sữa được rót hộp được đưa vào phòng ấm (11) để lên men
Hình 4.4 Sơ đồ dây chuyền sản xuất sữa chua dạng tĩnh
6- thùng chứa chủng ,7- thùng trung, 8-thùng chứa hương liệu (mứt quả), 9- bộ phận trộn, 10- thiết bị đóng gói , 11-phòng lên men
4.6.2 Sơ đồ dây chuyền sản xuất sữa chua yoghurt dạng động
Sau khi sữa được chuẩn bị để lên men như hình trên, sữa được bơm vào thùng lên men (7) Chủng vi sinh vật từ thùng (6) cũng được chuyển vào thùng (7) Sau khi đảo trộn cho đồng đều, để yên cho tới khi sữa đông tụ hoàn toàn Với lượng chủng là 3 %, thời gian lên men thường kéo dài 2,5 đến 3 giờ Khi đã đạt được độ chua cần thiết sữa được làm lạnh ngay xuống 20°C nhờ thiết bị làm lạnh (8) và được đưa qua thùng tạm chứa chờ rót ( 9) rồi sau đó qua máy (12). Nếu là sữa chua hoa quả thì mứt quả ở thùng (10) sẽ được bơm vào đường ống trộn với sữa ở bộ phận trộn (11) trước khí vào máy rót
Dù sản xuất theo phương pháp nào thì sữa chua cũng phải được ủ chín ở 4 đến 6°C trong thời gian ít nhất là 6 giờ trước khi lưu thông phân phối.
Hình 4.5 Sơ đồ sản xuất sữa chua dạng động
6- thùng chứa, 7- thiết bị lên men, 8- thiết bị làm lạnh,
9- thùng trung gian, 10-thiết bị trộn, 11- thiết bị đóng gói
4.6.3 Sơ đồ dây chuyền sản xuất sữa chua uống
Hiện nay, sữa chua uống tương đối phổ biến ở Việt Nam, sữa chua uống thường có hàm lượng chất béo thấp ,có tính chất giải khát tốt, chủng loại phong phú.
Dựa vào sơ đồ công nghệ ở hình trên ta thấy là sau khi lên men và phối đồ chất ổn định, đường, mứt quả hỗn hợp sữa chua được xử lý bằng một trong các cách sau: Đồng hóa rồi làm lạnh, rót Sản phẩm giữ được 2 đến 3 tuần ở nhiệt độ 6 đến 10°C (hình A) Đồng hóa, thành trùng, rót vô trùng Sản phẩm có thể bảo quản một tháng ( hình B) Đồng hóa, xử lý UHT (ultra hight temperature) rồi rót vô trùng.
Có thể bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ thường vài tháng (hình C)
Hình 4.6 Sơ đồ dây chuyền sản xuất các loại sữa chua yoghurt uống
1-thiết bị đồng hóa, 2- thiết bị trao đổi nhiệt, 3- thiết bị tiệt trùng,
4- thiết bị tạm chứa chờ rót, 5- thiết bị rót
Công nghệ sản xuất sữa chua kefir
Nấm sữa chua kefir và hệ vi sinh vật lên men kefir
Để sản xuất kefir, ngoài chủng vi khuẩn lactic, phải có nấm kefir. Nấm kefir có màu từ trắng đến vàng nhạt Nấm Men Kefir có hình dạng không ổn định, thường kết chùm với nhau, nhìn bề ngoài giống như bông hoa súp lơ thái nhỏ có đường kính trung bình 0,3 – 2 cm.
Nấm kefir không tan trong nước và hầu hết các dung môi Khi thả vào sữa, nấm kefir thấm nước (sữa) và trở nên có màu trắng đục.
Nấm kefir chứa các protein, polysaccarit và hỗn hợp các dạng vi khuẩn, vi khuẩn lên men lactic, vi khuẩn tạo mùi thơm và nấm men. Trong nấm kefir người ta đã tìm thấy Lactobacillus brevir, L. viridescens, L Kefir, L kefiranofacines, L kefirgranum, L parakefir, Leuconostoc spp, L dextranicum Lactococus lactic Trong số các nấm men phân lập được từ nấm kefir người ta thấy có Candida kefir,
C holmii, Saccharomyces cerevisiae, S Delbrueckii, S unisporus và
Lên men trong sản xuất sữa chua Kefir gồm hai giai đoạn là vi khuẩn lactic tạo ra axit lactic và tế bào nấm men tạo ra rượu và cacbon dioxyt Đầu tiên, quá trình lên men lactic được tiến hành ở 23 – 25 o C trong 12 – 14 giờ Quá trình này làm giảm pH, tạo nên cấu trúc và hương vị cho sữa chua Tiếp theo, nhiệt độ môi trường được hạ xuống 14 – 16 o C để thực hiện lên men rượu trong khoảng 12 giờ Lên men rượu giúp tạo ra những hương vị đặc trưng cho sữa chua Kefir. Nguyên nhân thực hiện lên men lactic trước lên men rượu là do cồn có khả năng ức chế vi sinh vật Nếu thực hiện lên men rượu trước, cồn tạo thành sẽ ức chế hoạt động của vi khuẩn lactic Điều này làm cho quá trình lên men lactic không thể xảy ra Do đó cấu trúc và hương vị của sữa chua không được hình thành.
Nấm kefir có cấu trúc cố định, là một cơ thể sống nên nấm kefir phát triển, trưởng thành, phân chia và di truyền cho thế hệ sau.
Quy trình sản xuất sữa chua kefir
Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua kefir và phương pháp chuẩn bị chủng truyền thống.
Sữa nguyên liệu Sữa gầy
Tiêu chuẩn hóa Đồng hóa 175 – 200 bar, 70 o C
Lên men cấy 5% nấm kefir, 20h
Hình 5.2 Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua kefir và phương pháp chuẩn bị chủng truyền thống
Sữa nguyên liệu để sản xuất sữa chua kefir phải là sữa có chất lượng cao Hàm lượng chất béo có thể thay đổi theo thị hiếu của người tiêu dùng.
Sữa được đồng hóa ở 70 – 75 o C, 175 – 200 bar Sau đó thanh trùng 90 - 95 o C trong 5 phút Ở nhiệt độ này, toàn bộ protein hòa tan bị biến tính hoàn toàn và chính protein bị biến tính này có khả năng giữ nước rất cao, sẽ có tác dụng cải thiện độ đặc và độ mịn của sữa chua kefir.
Sau đó sữa được làm nguội xuống 23 – 25 o C, cấy 2 – 3% chủng và lên men ở nhiệt độ này trong 12 – 14h Khi đạt pH 4,5 – 4,6 thì làm lạnh nhanh xuống 14 - 16 o C (hạn chế tới mức tối đa các tác động cơ học) Sau khi làm lạnh, sữa chua kefir còn được giữ một thời gian ở nhiệt độ thấp gọi là thời gian ủ chín.
Trong giai đoạn này, vi khuẩn lactic không hoạt động nhưng nấm kefir lại hoạt động mạnh, tạo ra rượu, khí CO2 và một số chất thơm khác.
Kết thúc giai đoạn ngâm chín, sản phẩm được bảo quản 5 - 8 o C cho đến khi tiêu thụ.
Sữa chua kefir có tính chất giải khát tốt, tăng dịch vị, được sử dụng như một thực phẩm ăn kiêng, điều trị bệnh.
