Công Nghệ Chế Biến Thanh Trùng UHT

Công Nghệ Chế Biến Thanh Trùng UHT Sữa thanh trùng được chế biến từ 100% sữa bò tươi chất lượng cao từ cao nguyên Lâm Đồng, sữa được vắt từ những giống bò sữa tốt nhất trong điều kiện khí hậu trung bình từ 15°C 25°C và độ cao trên 900m.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

Sữa từ lâu đã được xem là một loại thực phẩm quý, có giá trị dinh dưỡng tốt nhất,bởi nó là nguồn thức ăn bổ dưỡng dành cho những con non mới sinh Sữa có các thànhphần dinh dưỡng đầy đủ và hoàn thiện nhất

Với nguồn nguyên liệu quý giá đó, con người đã biết sử dụng và chế biên thànhcác sản phẩm khác nhau, tạo nên sự đa dạng và phong phú cho dòng sản phẩm này Trong

đó có dòng sản phẩm sữa tiệt trùng và thanh trùng là sản phẩm tạo nên sự thuận tiện nhấtcho người sự dụng, đồng thời giá trị dinh dưỡng và tính chất ban đầu của nguyên liệu ít bịbiến đổi, từ đó chiếm được sự ưa chuộng của người tiêu dùng

Để hiểu rõ hơn về nguyên liệu, quy trình cũng như nhưng tiêu chuẩn chất lượngcủa sản phẩm này, nhóm quyết định chọn đề tài về Sữa thanh trùng và tiệt trùng trongmôn Công Nghê Chế Biến Sữa

Để thực hiện được đề tài, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Nhất Hoài đãtạo điều kiện giúp đỡ cho nhóm trong việc tìm kiếm thông tin và trình bày báo cáo

CHƯƠNG 1 : YÊU CẦU NGUYÊN LIỆU SỮA

1.1.3 Thành phần hoá học.

Đối với các loài động vật khác nhau thì thành phần hoá học của sữa sẽ khác nhau, ngay cả ở những động vật cùng loài cũng không giống nhau Thành phần và chất lượng của sữa ở các loài hay ở những động vật cùng loài luôn thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần thức ăn, điều kiện chăn nuôi, sức khoẻ, trọng lượng của con vật, thời kỳ tiết sữa, phương pháp vắt sữa, loài giống và nhiều yếu tố khác

1.1.3.1 Nước

Nước là thành phần lớn nhất và quan trọng nhất, chiếm tỉ lệ 9/10 của thành phầnsữa, còn lại là tổng các chất khô (chiếm 125 – 130g/lit sữa) Gồm nước tự do (chiếm 96 –97%) và nước liên kết (3 – 4%)

Nước trong sữa tồn tại ở 2 dạng:

− Nước tự do chiếm phần lớn, 96 ữ 97% tổng lượng nước, có thể tách ra trong quátrình sấy khô, hay cô đặc vì không có liên kết hoá học với chất khô

− Nước liên kết: Chiếm tỉ lệ nhỏ: 3 - 4% tổng lượng nước Nằm trong hệ keo: protein,các photphatit, polysaccarit liên kết với các nhóm hóa học: -NH2, -COOH, OH, = NH, CO-NH-,… Nước liên kết đóng băng ở nhiệt độ nhỏ hơn 00C

1.1.3.2 Protein

Protein của sữa cũng do các axit amin trùng ngưng với nhau tạo nên Vì thế, khiprotein chịu tác dụng của enzyme proteinaza sẽ tạo thành đầu tiên là các peptid và cuốicùng là các axit amin

Trong dung dịch có chứa hai kiểu protein khác nhau:

− Protein hòa tan: gồm albumin, imunoglobulin, lisozim, lactoferin, lactoperoxydase…

− Protein ở trạng thái keo không bền: gồm một phức hệ mixen hữu cơ củacác caseinnat và canxi phosphat

Trong cấu trúc thành phần protein sữa rất đa dạng, bao gồm các chất sau:

− Casein toàn phần chứa: 26-29 g/l

− β-lactoglobulin: 26 -29 g/l

− α-lactalbumin: 2.4 -4 g/l

− Imunoglobulin: 0.8 – 1.5 g/l

Trong các thành phần trên, Cazein được coi là thành phần quan trọng nhất củasữa.Về mặt cấu trúc, cazein là các hạt cầu có đường kính thay đổi từ 40 - 200 mm và bằngphương pháp ly tâm người ta có thể tập hợp tất cả các hạt này ở thể lắng như keo có màutrắng hoặc kết tủa cazein dưới dạng hạt mixen lớn nhờ quá trình axit hoá sữa đến pH đẳngđiện (pH = 4,6).

1.1.3.3 Chất béo

Chất béo trong sữa chiếm khoảng từ 3 – 5,2% (khoảng trên dưới 40g trong 1 lít sữa)trong đó gồm 2 loại:

Chất béo đơn giản (glyxerit và sterit) có hàm lượng 35 – 45 g/l gồm acid béo

no và không no: axit oleic, acid palmitic, acid stearic

Chất béo phức tạp trong sũa có chứa một ít P, N, S trong phân tử Tên gọi chung là phosphoaminolipid, đại diện là lexitin và xephalin

Đặc tính lý – hoá của chất béo:

− Chỉ số axit bay hơi không hoà tan: 1.5 – 3

− Chỉ số axit bay hơi hoà tan: 26 – 30

− Chỉ số khúc xạ: 1.453 – 1.462

Cấu trúc chất béo có trong sữa:

Chất béo trong sữa có dạng hình thù của các hạt tiểu cầu hoặc hình ovan với đườngkính 2 –10 mm tuỳ thuộc vào giống bò sản sinh ra sữa Cấu trúc các hạt hình cầu đượcbao bọc bởi một màng Protein và màng này có 2 phần: Một phần có thể hoà tan trongnước và một phần thì không Bề mặt bên trong của màng có liên quan mật thiết với mộtlớp phụ có bản chất Phospholipit, có thành phần chủ yếu là lexitin và cephalin Đây lànhững chất béo phức tạp có hàm lượng 0.3 - 0,5g/l

Ngoài ra, màng tế bào còn chứa nhiều chất khác với hàm lượng nhỏ chủ yếu là Cu,

Fe, Enzim Enzim chủ yếu là photphataza mang tính kiềm tập trung trong phần protit vàenzim reductaza có trong phần không hoà tan được

Trong quá trình bảo quản, luôn xảy ra sự phân chia các glyxerit trong lòng các tiểucầu mang đặc tính chung như sau: Phần trung tâm của hạt tiểu cầu chứa các glixetit cóđiểm nóng chảy thấp, giàu hàm lượng axit oleic và luôn ở trạng thái lỏng trong điều kiệnnhiệt độ môi trường Trong khi đó, phần ngoại vi nơi tiếp xúc với màng chứa các glyxerit

có chỉ số iod thấp (5 - 6) nhưng lại có điểm nóng chảy rất cao và đông đặc lại ở nhiệt độmôi trường Vì lẽ đó, xu thế chung của các hạt chất béo có trong sữa sẽ liên kết lại vớinhau để tạo thành hạt hình cầu có kích thước lớn hơn Đó là nguyên nhân gây nên trạngthái mất ổn định của chất béo có trong sữa và đó là nguyên nhân gây nên sự phân lớp chấtbéo và các thành phần trong sữa

1.1.3.4 Đường lactoza

Là thành phần chủ yếu của đường chứa trong sữa, với hàm lượng khoảng 50g/l, tồn tạichủ yếu 2 dạng avà b Lactoza khi bị thuỷ phân tạo ra các phần tử đường glucoza và mộtphần tử đường galactoza

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

(Lactoza) (Glucoza) (Galactoza)

Trong sữa đường latoza luôn ở trạng thái hoà tan, khả năng hoà tan và kết tinh củalactoza cho ta những ứng dụng quan trọng trong chế biến sữa.Hai đường a-b lactoza luôntốn tại cân bằng trong chất lỏng theo một tỷ lệ nhất định và cân bằng này được thay đổibởi nhiệt độ

Đường lactoza ít hoà tan hơn đường sacharoza ở cùng nhiệt độ và ít ngọt hơn Độhoà tan của đường lactoza tỷ lệ thuận theo nhiệt độ và nó bị thuỷ phân rất chậm theo nhiệt

độ ở nhiệt độ cao.Sự có mặt của đường lactoza góp phần biến màu của sữa trong côngnghệ nếu quá trình chế biến ở nhiệt độ cao

Đường lactoza dễ bị lên men dưới tác dụng của vi khuẩn để tạo ra các sản phẩmkhác nhau Quan trọng nhất là tạo thành axit lactic trong sản xuất sữa lên men

C12H22O11 + H2O 4CH3CHOH - COOH + H2O + CO2

(Lactoza) (Axit lactic)

Axit lactic này dưới tác dụng của một số vi khuẩn đặc biệt tạo thành axit propionichay axit butyric.

3CH3CHOH - COOH CH3(CH2)2COOH + 2CO2 + 2H2

Hàm lượng của nó trong sữa khoảng: 9 - 9.1 (g/l)

Các muối khoáng trong sữa chủ yếu gồm : Muối clorua, photphat, xitrat,sunphatnatri, bicacbonnat Các muối khoáng trong sữa tồn tại dưới 2 dạng cân bằng: dạnghoà tan và dạng keo Tuy nhiên, dạng cân bằng này có thể phá vỡ dưới các yêu tố côngnghệ: pH, nhiệt độ…

Sự tồn tại cân bằng của muối Ca ở dạng hoà tan và dạng phức của các thể keo là có

ý nghĩa lớn hơn cả vì nó quyết định đến sự ổn định của sữa Sự tăng lên hàm lượng Ca sẽlàm tăng khả năng bất ổn định, đặc biệt trong quá trình đun nóng và quá trình lên men

Để tránh hiện tượng này thông thường người ta cho thêm vào sữa những dạngphức tạp đó là các muối photphat hoặc xitrat với liều lượng thích hợp

1.1.3.6 Vitamin

Sữa là một loại thức ăn chứa rất nhiều loại vitamin nhưng hàm lượng vitamin trong sữa không cao lắm Các vitamin này thuộc 2 nhóm:

Nhóm tan trong chất béo: A, D, E

Nhóm tan trong nước: B1, B,B6, B12, PP,H, C

1.1.3.7 Các chất miễn dịch

Trong sữa có nhiều chất miễn dịch khác nhau, các chất miễn dịch này có tác dụng bảo vệ sữa khỏi bị hư hỏng Hàm lượng các chất miễn dịch không nhiều nhưng chúng đóng vai trò quan trọng đối với cơ thể

Chất miễn dịch rất dễ bị phá hủy ở nhiệt độ 65 – 70oC Trong sữa có các chất miễn dịch như antioxin, opsonin, bacteriolyzin, precipitin, aglutimin, ngoài ra sữa còn chứa một lượng nhỏ bạch cầu

1.1.3.8 Enzyme

Sữa có chứa nhiều loại enzyme nhưng việc nghiên cứu chúng còn khó khăn bởi lẽ việc chiết tách các enzym tự nhiên có trong sữa hoặc các enzyme có trong các loại vi sinh vật có mặt trong chất lỏng không phải dễ dàng tuy biết rằng các enzyme

đó có lợi ích lớn trong công nghiệp Chúng ta nghiên cứu các loại enzym sữa theo sự sắp xếp chung đại diện cho hai loại enzyme thuỷ phân và enzyme oxy hoá sinh học

Các loại enzyme thuỷ phân: chúng thuỷ phân các chất khác nhau, trong sữa các enzyme đặc trưng thuộc loại này như: lipaza, phosphotaza kiềm, galactaza và amylaza

Các enzyme oxy hoá sinh học: loại enzyme này bao gồm tất cả các loại enzyme tham gia vào các quá trình oxy hoá sinh học Trong số các enzyme này cần phải kể đến: reductaza, lactoperoxydaza và catalaza

1.1.3.9 Sắc tố trong sữa

Màu trắng sữa là do sự khuếch tán ánh sáng bởi các micell protein Sữa màu vàng là

do hiện diện của carotenoid trong chất béo sữa mà đại diện là carotin Hàm lượng carotin trong trong sữa mùa hè 0,3 – 0,6 mg/kg, mùa đông 0,05 – 0,2 mg/kg, hàm lượng caroten này phụ thuộc vào loại động vật cho sữa, thức ăn gia súc,giống, thời vụ Nước sữa có màu trắng hơi xanh là do hàm lượng chất béo trong sữathấp, do các hạt casein trong sản phẩm không béo Ngoài ra nuớc sữa có màu vàng xanh

là có liên quan đến riboflavin, trong sữa còn có hợp chất chlorophyl màu xanh lá câynhưng không nhiều

CO2, O2, N2 là các chất khí chủ yếu có trong sữa (ở dạng hòa tan) Trong quá trìnhchế biến chất khí thay đổi Khi đun nóng chất khí giảm, kết quả của việc bài khí này khiếncho độ acid của sữa giảm 05 - 20T Chất khí tăng khi có sự phát triển của vi sinh vật.Trong số các chất khí có mặt trong sữa chỉ có oxi là ảnh hưởng xấu vì nó có thể là nguyênnhân phát triển các quá trình oxi hóa.

1.1.3.11 Hệ vi sinh vật trong sữa

Trong sữa có rất nhiều loại vi sinh vật từ những nguồn gốc khác nhau Trong chúng, một số có ý nghĩa tích cực, một số vô hại, một số gây hư hỏng sữa và các sản phẩm sữa, một số gây bệnh cho người tiêu dùng

Các vi sinh vật bình thường của sữa

Vi khuẩn

Nhóm vi khuẩn lactic: là vi khuẩn sữa chung nhất bao gồm Streptococus

lactic và S.cremoris đều là tác nhân của sự đông tụ tự nhiên Một vài chủng của loài

này sản sinh các chất kháng sinh

Nhóm trực khuẩn đường ruột Coli-aerogenes

Vi khuẩn butyric (Clostridium)

Vi khuẩn propionic

Vi khuẩn gây thối

Các vi khuẩn hoại sinh khác trong sữa : đa số các vi khuẩn này có hại cho việc bảo quản sữa

Tụ cầu khuẩn Staphylococcus làm đông sữa rất nhanh.

Tetracoccus phát triển kém trong sữa và không thể làm đông sữa được.

Bacillus megatherium, Bacilluemycoides phát triển tốt trong sữa, hoà tan

các cục sữa

Bacillus sporogenes phát triển trong sữa gây pepton hóa nhanh chóng

casein của sữa nhưng không làm đông sữa

Nấm men

Các loài nấm men trong sữa gồm có Saccharomyces, Mycoderma, Torula

Trong số chúng có những loài có khả năng tạo bào tử, có những loài thì không; chúng lên men đường lactoza tạo acid cacbonic và rượu Một số nấm men thuộc loài

Mycoderma có khả năng tạo enzym phân hủy protein và lipid tạo nên trong các sản

phẩm sữa vị đắng khó chịu

Nấm mốc

Nấm mốc tiết ra enzym proteaza có khả năng phân giải protein và lipaza phân giải lipid nên thường gây vị đắng trong các sản phẩm sữa Nấm mốc thường phát triển sau nấm men, vì thế người ta thường thấy chúng trong các sản phẩm sữa bị hỏng nặng hay trên phomat mềm

Một số loài nấm mốc có trong sữa như Endomyces lactic, giống Mucor,

Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, Oidium Geotrichum, Oide và Monilia.

Các vi khuẩn gây hư hỏng sữa chủ yếu thâm nhập vào sữa từ hệ vi sinh vật ở vú

Vi sinh vật gây bệnh : Các vi sinh vật chủ yếu từ động vật cho sữa truyền sang người tiêu dùng Một số vi sinh vật gây bệnh từ người bệnh qua sữa sang người

tiêu dùng Đặc trưng Samonella typhi, Samonella paratyphi, Shigella

dysenterial…

Phương pháp hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật vào sữa khi sữa vừa mới được vắtSữa sau khi được vắt hầu như không được sử dụng tươi ngay tức thời hay đem chế biến ngay mà phải lưu lại một thời gian sau khi vắt và vận chuyển sữa khỏi nông trại Do đó trong giai đoạn này nhất thiết sữa phải được bảo quản trong những điều kiện nhất định nhằm ổn định chất lượng ban đầu của sữa vì nếu không thì sữa rất dễ

bị nhiễm vi sinh vật do sữa là một môi trường chứa rất nhiều chất dinh dưỡng thích hợp cho vi sinh vật phát triển

1.1.4 Chỉ tiêu nguyên liệu sữa tươi nguyên liệu

Theo TCVN 7405: 2004

Bảng 1.1: Chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi nguyên liệu

Màu sắc Màu đặc trưng của sản phẩm

Mùi vị Mùi vị đặc trưng của sản phẩm, không có mùi vị lạ.Trạng thái Dịch thể đồng nhất

Bảng 1.2 : Các chỉ tiêu lí hóa của sữa tươi nguyên liệu

Hàm lượng chất khô, %, không nhỏ hơn 11.5

Hàm lượng chất béo,%, không nhỏ hơn 3.2

Tỉ trọng của sữa ở 200C, g/ml, không nhỏ hơn 1.026

Độ acid chuẩn, tính theo acid lactic 0.13 đến 0.16

Tạp chất lạ nhìn thấy bằng mắt thường Không được có

Bảng 1.3 : Hàm lượng kim loại nặng trrong sữa tươi nguyên liệu

Tên chỉ tiêu Mức tối đa (mg/l)

Hàm lượng Asen (As) 0.5

Hàm lượng thủy ngân (Hg) 0.05Hàm lượng Cadimi (Cd) 1.0

Bảng 1.4 : Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong sữa tươi nguyên liệu

DDTLindanChlorpyrifosChlorpyrifos – methylDiazimon

1000200101020

Bảng 1.5 : Các chỉ tiêu vi sinh trong sữa tươi nguyên liệu

Tổng vi sinh vật hiếu khí trong 1ml sản

phẩm

106

Số lượng tế bào xôma trong 1ml sản phẩm 4.105

Số Staphylococus aureus trong 1g sản

Trong đó:

n: số mẩu được kiểm tra

c: số mẫu tối đa cho phép nằm giá trị giữa giá trị m và M

m: mức quy định

M: giá trị lớn nhất mà không mức nào được vượt quá.

(1) Trong 5 mẫu kiểm tra chỉ cho phép tối đa 2 mẫu có chỉ số CFU nằm trongkhoảng từ 5.102 đến 5.103

1.2 Nước

Nước sử dụng trong sản xuất phải là nước uống được, đảm bảo các chỉ tiêu về vật lí,hóa học, vi sinh vật, và tính chất cảm quan Nước phải tinh khiết, không màu, không mùi,không có vị khó chịu, không chứa các nhiễm tạp kim loại, chất hữu cơ hay sinh học

Do đó nước trong chế biến đòi hỏi phải xử lí tốt và đáp ứng theo QC 01:2009/BYT

1.3 Sữa bột gầy

Do nhu cầu sử dụng các sản phẩm sữa ngày càng cao mà năng lực sản xuất sữa tươi không phải lúc nào cũng đáp ứng đầy đủ Vì vậy, sử dụng sữa bột nguyên, sữa bột gầy và dầu bơ để sản xuất là giải pháp tích cực

Tiêu chuẩn sữa bột gầy (SMP): sữa bột là sản phẩm được sản xuất từ sữa tươi bằngphương pháp sấy để tách gần như hoàn toàn nước (độ ẩm 4%)

Sữa bột có 2 loại: sữa bột gầy và sữa bột béo, trong sản xuất sữa bột gầy được sửdụng rộng rãi

Sử dụng sữa bột có ưu điểm:

− Chủ động trong sản xuất

− Bổ sung nguyên liệu do sữa tươi còn hạn chế (<15%)

− Giảm giá thành sản phẩm

Bảng 1.6 :Yêu cầu của sữa bột gầy theo TCVN 5538:2002

Cảm quan Màu sắc Từ màu trắng sữa đến màu kem nhạt

Mùi vị Thơm, ngọt đặc trưng của sữa bột, không có

mùi, vị lạTrạng thái Dạng bột, đồng nhất, không bị vón cục,

không có tạp chất lạHóa lý Hàm lượng chất

Nấm men và nấmmốc

Không có

1.4 Đường

Bảng 1.7 :Yêu cầu của đường theo TCVN 7968 : 2008

Vị Ngọt đặc trưng, không mùi vị lạTrạng thái Các hạt tinh thể đường đồng đều, không

vón cục, không lẫn tạp chấtHóa lý Hàm lượng đường

Saccharose

>99,7 %

Hàm lượng tro ≤ 0,03Hàm lượng ẩm ≤ 0,05

Đường khử <0,08 %Màu( 420 nm ) Tối đa 0,04 %Hàm lượng kim loại

1.5 Dầu bơ (Butter Milk)

Dầu bơ là thành phần chất béo được tách ra từ quá trình sản xuất sữa bột gầy Trongchu trình chế biến đó lượng kem (chất béo) được tách ra một lượng nhiều nhất Sau đólượng kem được xử lí qua các công đoạn như làm sạch, tách nước… và trở thành dầu bơ.Tùy theo tỉ lệ giữa các acid béo no và không no mà dầu bơ có nhiệt độ nóng chảy khácnhau Thông thường dầu bơ sử dụng cho chế biến sữa hoàn nguyên có nhiệt độ nóng chảy

là thấp nhất và có chất lượng tốt nhất

Dầu bơ sử dụng trong công nghệ chế biến sữa nhằm mục đích tăng hàm lượng chấtbéo đến mức yêu cầu Đây là thành phần khó ổn định do các cầu mỡ dễ bị nổi trong quátrình chế biến Tốc độ nổi của các hạt chất béo tỉ lệ với bình phương đường kính cầu mỡ.

vì vậy trong chế biến chúng ta cần tiến hành đồng hóa làm cho các cầu mỡ bị xé nhỏ vàphân tán đều trong dịch sữa

Có 2 loại hay sử dụng: dầu bơ 99.5% chất béo và chất béo sữa nguyên chất (AMF99.9% chất béo)

Bảng 1.8: Yêu cầu của dầu bơ

phương pháp thanh trùng: thanh trùng bằng phương pháp nâng cao nhệt độ, thanh trùngbừng thuốc sát trùng, bằng siêu âm, bằng các tia ion hóa… trong đó phương pháp thanhtrùng bằng cách nâng cao nhiệt độ thường sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ chếbiến sữa.

Thanh trùng sữa có thể hiểu rõ hơn là sự tiêu diệt toàn bộ hệ vi sinh vật thôngthường, hệ vi sinh vật bằng cách sử dụng hợp lý nhiệt với điều kiện chỉ yác động ít nhấtđến cấu trúc vật lý của sữa, đến sự cân bằng hóa học cũng như đến cấu trúc sinh học, hệenzyme và vitamin

Phương pháp này được sử dụng trong lĩnh vực ăn uống , là nguyên lý của cácphương pháp thanh trùng hiện đại, cho phép xử lý sữa mà không gây ra biến tính về thànhphần cũng như cấu trúc của nó

Sữa tươi thanh trùng được xử lý ở nhiệt độ thấp hơn (750C) trong khoảng 30 giây,sau đó được làm lạnh đột ngột xuống 400C Do được xử lý ở nhiệt độ vừa phải nên sữatươi thanh trùng giữ được hầu như toàn bộ các vitamin, khoáng chất quan trọng có trongsữa nguyên liệu và vẫn đảm bảo được hương vị thơm ngon đặc trưng của sữa bò tươi tựnhiên

2.1.1 Điều kiện thanh trùng

2.1.1.1 Nhiệt độ đun nóng

Nhiệt độ đun nóng đòi hỏi phải phá hủy được cấu trúc của trực khuẩn chịu nhiệt, các

vi khuẩn gây bênh và loại ra với một tỷ lệ đáng kể tạp trùng nhằm làm cho sữa sau thanhtrùng đáp ứng được các tiêu chuẩn cho phép về vi sinh vật

Khả năng phá vỡ cấu trúc của các loài trực khuẩn chiu nhiệt xay ra ở nhiệt độ 630Ckéo dài 6 phút hoặc 710C trong vòng 6s-8s Tuy nhiên trong thực tế để đảm bảo phá hủyhoàn toàn cấu trúc của chúng, người ta thực hiện chế độ nhiệt tương ứng với thời gian:

630C trong 30 phút hoặc 720C trong 15-20s

2.1.1.2 Nhiệt độ làm lạnh

Hệ vi sinh vật có trong sữa rất đa dạng với số lượng tăng lên nếu chế độ bảo quảnsữa tươi không thích hợp Vi khuẩn lactic ưa ẩm có thể phát triển bình thường ở nhiệt độ30-600C Vì vậy, không giữ đã được thanh trùng trong khoảng nhiệt độ này để tránh hìnhthành nhanh axit lactic

Mặt khác, một loại vi sinh vật chiu nhịêt có thể tăng số lượng ở nhiệt độ môitrường do đó để tiêu diệt các loai này cần thiết phải làm lạnh đến nhiệt độ 3-400C Tuynhiên, sữa được thanh trùng không hoàn toàn ổn định bới các còn tồn tại vẫn còn pháttriển ở nhiệt độ rất thấp Tuy vậy, sự phát triển của các bào tử trong điều kiện nhiệt độthấp có tốc độ chậm nên sữa sau thanh trùng nếu được bào quản trong các điều kiện thíchhợp thì vẫn có thể ổn định chất lượng trong thời gian ngắn

Cuối cùng sự có mặt của một số kim loại có vai trò xúc tác quá trình oxy hóa cácvitamin và chất béo gây phá hủy các chất này Vì vậy, cần tránh để sữa tiếp xúc trục tiếpvới bề mặt kim loại, không những hạn chế được quá trình oxy hóa mà còn giảm hàmlượng muối kim loại nặng trong sữa sản phẩm

2.1.2 Các phương pháp

2.1.2.1 Thanh trùng ở nhiệt độ thấp

Phương pháp này được tiến hành khi đun nóng ở nhiệt độ 630C trong 30 phút Đó làphương pháp chậm và gián đoạn nhưng có ưu điểm là không làm thay đổi các đặc tínhcủa sữa, đặc biệt là thành phần albumin và globulin không đông tụ và trạnh thái của cáccầu béo không thay đổi Tuy nhiên, các vi sinh vật ưa nhiệt có thể phát triển được nhiệt độ

630C, do đó là nguyên nhân gây tăng số lượng của sữa sau quá trình thanh trùng

2.1.2.2 Thanh trùng ở nhiệt độ cao

Phương pháp này được tiến hành khi đun nóng sữa ở 750C-850C trong vòng 15giây Phương pháp này nhanh, lien tục và ít thay đổi các đặc tính của sữa, nhưng các thiết

bị hiện đại sẽ làm giảm đáng kể ngược điểm này Albumin và globulin luông luôn bị đông

tụ một phần Thanh trùng ở nhiệt độ cao được ứng dụng trên phạm vi toàn thế giới Ởpháp, được dung phổ biến nhưng nhiệt độ thanh trùng sử dụng trên 800C trong vòng vàigiây vì mục đích giữ chất lượng ổn định cho các loại sữa Ở các nước , việc sử dụng nhiệt

độ thanh trùng 720C trong vòng 15 giây được đặt tên là phương pháp thanh trùng ở nhiệt

độ cao với thời gian ngắn

Nguyên liệu được sử dụng trong sản xuất sữa tiệt trùng phải có chất lượng rất tốt.Ngoài yêu cầu cơ bản về các chỉ tiêu vi sinh, hóa lý và cảm quan, người ta thường quantâm đến thành phần serum-protein trong sữa tươi, nó rất dễ bị đông tụ khi xử lý ở nhiệt độcao Thông thường, nếu sữa tươi không cho kết tủa với dung dịch ethanol 75% (v/v) thì

có thể sử dụng để sản xuất sữa tiệt trùng Ngoài ra, các nhà sản xuất cần chú ý đến hệVSV trong sữa tươi, đặc biệt là các vi khuẩn có khả năng sinh bào tử và enzyme bềnnhiệt Chúng sẽ ảnh hưởng đến chế độ tiệt trùng và mức độ vô trùng công nghiệp của sảnphẩm

Người ta có thể thực hiện quá trình tiệt trùng sữa trước hoặc sau khi đã rót sảnphẩm vào bao bì Trên cơ sở đó, sơ đồ khái quát quy trình công nghệ sản xuất sữa tiệttrùng có những phương án khác nhau

2.2.1 Phương pháp tiệt trùng

4.2.1.1 Phương pháp gia nhiệt gián tiếp

Phương pháp này cong được gọi là tiệt trùng UHT Hệ thống sử dụng thiết bị traođổi nhiệt dạng bảng mỏng hoặc ống lồng

Khi đó sữa có nhiệt độ 40C được bơm từ thùng tạm chứa vào thùng cân bằng và từthùng này qua bơm sẽ đưa vào ngăn hoàn nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt và được nângnhiệt độ lên 750C do hấp thụ nhiệt của sữa tiệt trùng đi ra Từ đó sữa được qua thiết bịđồng hoá với áp suất 180 - 250 bar Tiếp đó sữa được đưa qua ngăn tiệt trùng của thiết bị

và đạt 1370C, giữ ở nhiệt độ này vài giây trong ống lưu nhiệt dùng để điều chỉnh lượngnước nóng và nhiệt độ của nó Sữa được làm lạnh bằng cách trao đổi nhiệt với nước vàvới sữa lạnh đi vào Kết quả làm giảm nhiệt độ sữa tiệt trùng xuống 200C Cuối cùng sữađược đưa đến bồn chờ rót vô trùng

4.2.1.2 Phương pháp gia nhiệt trực tiếp

Sữa sau quá trình chuẩn hóa, sữa có nhiệt độ 40C từ thùng cân bằng đi qua bơm vàongăn hoàn nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dạng khung bản và được nâng nhiệt độ lên

800C Áp suất của sữa được nâng lên 4 bar bằng bơm và đi qua vòi phun Hơi nóng nângnhiệt độ của sữa lên khoảng 1400C (với áp suất 4 bar sẽ ngăn không làm cho sữa bị sôi)

và giữ ở nhiệt độ này vài giây ở ống lưu nhịêt Quá trình làm lạnh nhanh xảy ra ở tháp, ở

đó độ chân không được điều chỉnh bởi bơm sao cho lượng hơi nước bốc đi cân bằng với

lượng hơi đã dùng để tiệt trùng Sữa được đưa sang thiết bị đồng hoá vô trùng bằng bơm

li tâm Sau khi đồng hoá, sữa được làm lạnh đến 200C trong thiết bị trao đổi nhiệt và đưađến máy rót vô trùng hoặc đến thùng tạm chứa trung gian chờ rót

Nước lạnh dùng cho ngưng tụ chuyển từ thùng cân bằng, sau khi ra khỏi tháp bốchơi được dùng như tác nhân gia nhiệt sau khi ra khỏi vòi phun

CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ3.1 Sữa thành trùng

Thuyết minh quy trình

 Kiểm tra chất lượng

Nguyên liệu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Chất lượngcủa sữa tươi nguyên liệu chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như thức ăn, chu kỳ vắt sữa,

Sữa tươinguyên liệu

Kiểm tra chất lượng

giống tình trạng sức khỏe, quá trình vận chuyển, bảo quản,…Do đó, để đảm bảo chấtlượng sữa nguyên liệu cần có quá trình kiểm tra chất lượng trước khi chế biến Đây làcông đoạn vô cùng quan trọng Các chỉ tiêu kiểm tra thường là độ tươi, hàm lượng acid,

pH, tỷ trọng, kháng sinh, vi sinh vật, hàm lượng chất béo, hàm lượng chất khô

Về nguyên tắc, chỉ sử dụng loại sữa I để đảm bảo chất lượng cao của sữa thanh trùng.Các chỉ tiêu đặt trưng cần kiểm tra được tóm tắt trong bảng 2.1

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu chung của sữa tươi nguyên liệu

3

Tổng số vi khuẩn ( để phânloại sữa)

Phản ứng mất màu xanh của metylen.Phản ứng resaurin

4 Hàm lượng chất béo Butyrometric

7 Độ chua (độ acid) Chuẩn độ bằng NaOH

 Ly tâm làm sạch

₋ Mục đích: Loại bỏ tạp chất, vi sinh vật

₋ Phương pháp thực hiện: Sữa được gia nhiệt đến 40C rồi qua thiết bị ly tâm làm

sạch để loại bỏ tạp chất cơ học và tế bào

₋ Các biến đổi:

Độ nhớt giảm do tăng nhiệt độ

Tỉ trọng giảm

Mật độ vi sinh vật giảm

 Tiêu chuân hóa

₋ Mục đích: Điều chỉnh hàm lượng chất béo theo yêu cầu

₋ Phương pháp thực hiện:

Khi tiêu chuẩn hóa người ta bổ sung cream ( nếu sữa nguyên liệu có hàm lượngchất béo nhỏ hơn yêu cầu của sản phẩm) hoặc sữa gầy ( nếu nguyên liệu có hàm lượngchất béo lớn hơn mức yêu cầu của sản phẩm)

Có thể tiến hành tiêu chuẩn hóa bằng hai phương pháp: bằng ly tâm tiêu chuẩn hóa tựđộng hoặc bằng phối trộn Tốt nhất là dùng máy li tâm – đều chỉnh đồng thời hai nhiệmvụ: li tâm làm sạch và tiêu chuẩn hóa chất béo sữa

Người ta dùng bơm đưa vào ngăn hoàn nhiệt của máy thanh trùng khung bản.sữa được đun nóng đến 40 – 45C rồi chuyển sang máy li tâm làm sạch, li tâm tiêu chuẩnhóa Sau khi sữa được điều chỉnh tới hàm lượng chất béo cần thiết, nó được đưa về lạithiết bị thanh trùng và làm lạnh.

Trong trường hợp không có máy li tâm điều chỉnh tữ động, người ta dùng máy litâm tách chất béo Sữa nguyên liệu sau khi được đum nóng ở ngăn hoàn nhiệt của máythanh trùng một phần lớn sẽ đi vào máy làm sạch sữa, phần còn lại đi vào máy li tâm táchchất béo

Khi hàm lượng chất béo của sữa thanh trùng thấp hơn hàm lượng của sữanguyên liệu, ta cần tách bớt một lượng kem theo công thức sau:

GC =

Trong đó:

₋ GC : lượng cream tách béo được khi ly tâm, kg

₋ Gs : Lượng sữa cần đem đi khi ly tâm, kg

₋ Ms, Mtc, Mc : hàm lượng chất béo của sữa nguyên liệu, của sữa tiêu chuẩn hóa vàcủa cream, % mỡ sữa

Ở những cơ sở sản xuất nhỏ, việc tiêu chuẩn hóa tiến hành theo phương pháp phốitrộn khi đó với một lượng sữa nguyên liệu xác định, người ta pha thêm sữa đã tách chấtbéo hoặc cream cần dùng xác định theo công thức sau:

G0 =

GC =

₋ G0 , GC : lượng sữa gầy hoặc cream dùng để tiêu chuẩn hóa, kg

₋ M0: hàm lượng chất béo của sữa gầy

₋ Các biến đổi:

Vật lý: Tỉ trọng, hệ số truyển nhiệt giảm khi hàm lượng chất béo tăng.

 Đồng hóa

₋ Mục đích: Là giảm kích thước của các cầu mỡ, làm cho chúng phân bố đều của chất béo

trong sữa, làm cho sữa được đồng nhất

Đồng hóa có thể làm giảm độ nhớt của sữa lên chút ít nhưng làm giảm đáng kể quátrình oxi hóa, làm tăng chất lượng của sữa và các sản phẩm của sữa ( tăng độ phân táncream, phân bố lại giữa pha chất béo và plasma, thay đổi thành phần và tính chất protein)

Tốc độ nổi của các cầu mỡ tỷ lệ thuận với bình phương pháp kính cầu mỡ Trongsữa đã đồng hóa kích thước của các cầu mỡ giảm, do đó giảm sự nổi lên của các cầu mỡ.

₋ Các biến đổi:

Vật lý: Kích thước hạt giảm nhiệt độ tăng

Hóa lý: Diện tích bề mặt giữa hai pha giảm sức căng bề mặt tăng.

Tùy thuộc vào chất lượng sữa mà đặt chế độ thanh trùng là khác nhau, nếu như trongsữa tươi nguyên liệu bị nhiễm các loại vi sinh vật không phải hoàn toàn là các loài có khảnăng sinh bào tử hoặc là các loài vi sinh vật chịu nhiệt thì với chế độ thanh trùng ở 84Ctrong vòng 300 giây thì hệ vi sinh vật trong sữa giảm nhanh xuống mức cho phép Nhưngnếu vi sinh vật nhiễm vào sữa tươi ở tỷ lệ nhiều về loài vi sinh vật sinh bào tử hoặc visinh vật chịu nhiệt cao thì sữa sau khi thanh trùng vẫn tồn tại các bào tử và vi sinh vậtchịu nhiệt ngay cả khi sử dụng nhiệt độ cao hơn Trong trường hợp này có thể sử dụngnhiệt độ cao hơn 90 – 92C

 Làm lạnh

₋ Mục đích: Chuẩn bị quá trình rót

₋ Phương pháo thực hiện: Sữa sau khi được thanh trùng xong đực làm lạnh ở nhiệt độ 4C

nhờ thiết bị làm lạnh Sau đó được chuyển sang bồn thành phẩm chờ rót Trước khi bơmvào bồn thành phẩm cần được tiệt trùng bằng nước nóng ở 95C/15 phút Bồn thành phẩmcần duoc975 mở lạnh liên tục, duy trì nhiệt độ 6 ± 2C Nếu sữa chưa được rót phải bảo

₋ Phương pháp thực hiện: Sữa từ bồn thành phẩm được bơm vào máy rót tự động, tiến

hành rót trong phòng vô trùng, toàn bộ thiết bị rót và bao bì đều phải vô trùng Máy róthoạt động theo phương pháp đong thể tích

 Bảo quản

₋ Mục đích: Bảo quản sản phẩm

₋ Điều kiện bảo quản: Với sữa nguyên liệu chất lượng cao, điều kiện sản xuất đảm bảo, sữa

thanh trùng có thể bảo quản được 8 – 10 ngày ở 4 – 6C

Sữa tiệt trùng

Thuyết minh quy trình

Ở trên là hai sơ đồ công nghệ sản xuất sữa tiệt trùng bằng hai phương pháp tiệt trùnglà:

Tiệt trùng sữa sau khi đã đóng chai Phương pháp này sữa được tiệt trùng ở khoảng

1200C trong 20 phút Sơ đồ của phương pháp này nằm bên phải

Tiệt trùng ở nhiệt độ siêu cao Phương pháp này còn được gọi là tiệt trùng UHT vàđối với phương pháp này sữa được xử lý ở nhiệt độ 135 -1500C trong 3 -5s nên có nhiều

ưu điểm như hạn chế được mức tối thiểu những biến đổi xấu ảnh hưởng đến chất lượngsản phẩm mà vẫn tiêu diệt được hầu hết vi sinh vật, đồng thời vô hoạt gần như hoàn toànenzyme nên đa số sản phẩm sữa tiệt trung hiện nay đều sử dụng phương pháp này Sơ đồcủa phương pháp này nằm bên trái

Nhìn chung hai sơ đồ này tương đối giống nhau ở nhiều công đoạn, chỉ có khác biệt

ở thứ tự của công đoạn rót chai và các thông số của công đoạn tiệt trùng

 Làm sạch

Mục đích: loại bỏ tạp chất còn lại trong khối sữa và trước khi lọc, sữa thường được

làm nóng đến 40 -500C nhằm làm giảm độ nhớt của sữa, giúp quá trình lọc dễ dàng hơn.Công đoạn làm sạch này còn có thể gọi là công đoạn lọc sữa và được tiến hành theohai giai đoạn:

₋ Giai đoạn 1: Tiến hành lọc các tạp chất lớn qua lưới lọc bằng kim loại, được tiếnhành trong quá trình sang dụng cụ chứa

₋ Giai đoạn 2: Tiếp tục lọc bằng vải lọc hoặc máy quay ly tâm Lọc bằng vải được sửdụng có hiệu quả với lượng sữa tương đối lớn tuy nhiên quá trình lọc tiến hànhkhông đều do lớp vải bị bít lại Còn lọc bằng ly tâm thì đảm bảo quá trình lọc đượcđều đặn và liên tục đồng thời loại ra khối sữa các tạp chất một cách hoàn hảo hơn.Tốc độ quay của thiết bị ly tâm là 3000 -4000 vòng/ phút

 Tiêu chuẩn hoá

Mục đích là đồng nhất các thành phần chất khô với chất béo, ổn định các thành phần

trong sản phẩm

Tiêu chuẩn hoá có nghĩa là bổ sung phần mỡ sữa hoặc sữa đã tách bơ vào lô sữachuẩn bị đi sản xuất Cần điểu chỉnh sao cho thành phẩm có hàm lượng chất béo như đãđịnh sản Khi tiêu chuẩn hoá sữa, người ta có thể cho thêm cream nếu sữa nguyên liệu cóhàm lượng chất béo thấp hơn sữa thành phẩm hoặc dùng sữa gầy ( sữa đã tách chất béo )

để giảm hàm lượng chất béo trong sữa thành phẩm

Có thể tiến hành tiêu chuẩn hoá sữa bằng hai phương pháp: bằng máy ly tâm tiêuchuẩn hoá tự động hoặc bằng phối trộn Tuy nhiên dùng bằng máy ly tâm là tốt nhất do

nó làm đồng thời hai nhiệm vụ là làm sạch và tiêu chuẩn hoá sữa

Phương pháp bài khí: Dùng nhiệt độ cao kết hợp với áp suất chân không

 Đồng hoá

Mục đích là làm giảm kích thước của các cầu mỡ, làm cho chúng phân bố đều chất

béo trong sữa và làm cho sữa được đồng nhất từ đó ổn định được hệ nhũ tương giúp chosữa được đồng nhất, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực Đồng hoá có thểlàm tăng độ nhớt của sữa lân chút ít nhưng cũng làm được đáng kể quá trình oxy hoá, làmtăng chất lượng của sản phẩm (tăng mức độ phân tán của cream phân bố lại giữa các phachất béo và plasma thay đổi thành phần và tính chất của protein )

Cơ sở khoa học của quá trình đồng hóa hệ nhũ tương bao gồm các phương pháp

phá vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân bố đều chúng trongpha liên tục Việc làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt giữ hai pha và sức căng bề mặt sẽlàm cho hệ nhũ tương ổn định hơn tránh được hiện tượng tách pha

Các phương pháp đồng hoá:

Đồng hoá bằng phương pháp khuấy trộn: đây là phương pháp đơn giản tuy nhiên dohiệu suất đồng hoá không cao nên nó chỉ được sử dụng nhằn mục đích chuẩn bị sơ bộtrước khi đồng hoá bằng áp lực cao

Đồng hoá áp lực cao: Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng thiết bịđồng hoá để đồng hoá sữa Máy đồng hoá là một pitông ba cấp, trên ống tăng áp người tađặt một van đồng hoá Van này ép sát bằng lò xo vào lỗ có đường kính 5- 10mm gọi làvan đế.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên tắc đồng hóa

Khi cầu mỡ có kích thước lớn di chuyển với vận tốc rất nhỏ vo vào vùng có tốc độcao v1 thì phần đi vào trước của cầu mỡ bị kéo căng và từng phần của nó bị đứt khỏi cầu

mỡ Tốc độ v1 ( phụ thuộc vào áp suất ) càng lớn thì cầu mỡ bị kéo càng mạnh và cuốicùng thu được các cầu mỡ có kích thước nhỏ hơn Mức độ phân chia các cầu mỡ phụthuộc vào áp suất

Sữa sau khi đồng hóa có thể tăng độ nhớt lên chút ít nhưng làm giảm được đáng kểquá trình oxi hóa, thay đổi thành phần tính chất, nâng cao mức độ phân tán của mỡ sữa,phân bố lại giữa pha chất béo và plasma sữa, làm giảm sự nổi lên của các cầu mỡ (do tốc

độ nổi của các cầu mỡ tỷ lệ thuận với bình phương bán kính cầu mỡ) Từ đó làm tăng vàcải thiện chất lượng, màu sắc, trạng thái, cấu trúc của sữa và các sản phẩm sữa…

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đồng hoá bằng áp lực:

+Chất nhũ hoá

+Nhiệt độ: khoảng 550C - 800C

+Áp suất: khoảng 100 – 250 bar

+Tỷ lệ pha phân tán so với toàn bộ hệ nhũ tương: tỷ lệ này càng nhỏ thì quátrình đồng hoá càng dễ dàng