Ngoài ra trong sản phẩm còn chứa một ít lactoza dưới dạng acidlactic và một tỷ lệ khác nhau về chất khoáng. Theo định nghĩa của PAO/WHO, phomai là protein của sữa được đông tụ, táchbớt
Trang 1Bộ Công Thương Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm
Khoa Công Nghệ Thực Phẩm
Báo Cáo Chuyên Đề
Trang 2Mục lục 1
Mở đầu I Protein sữa – Casein 8
II Quá trình đông tụ 10
II.1 Chỉnh giá trị pH sữa về điểm đẳng điện của casein: 10
II.2 Sử dụng enzyme đông tụ sữa: 11
II.2.1 Đặc điểm của một số loại chế phẩm enzyme từ động vật: 11
II.2.2 Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ thực vật: 15
II.2.3 Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ vi sinh vật: 15
II.2.4 Đ.Đ của một số C.Ph enzyme đông tụ sữa từ VSV chuyển gene: 16
III Cơ sở khoa học của phương pháp đông tụ protein sữa 16
III.1 Cơ sở khoa học của phương pháp đông tụ protein sữa bằng điều chỉnh pH: 16
III.2 Cơ sở khoa học của phương pháp đông tụ casein bằng enzyme: 17
IV Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đông tụ protein trong sữa: 19
IV.1 Hàm lượng enzyme sử dụng: 19
IV.2 pH: 20
IV.3 Nhiệt độ: 20
IV.4 Calci: 20
IV.5 CO2: 21
IV.6 Thíết bị và thông số : 21
V Thiết bị đông tụ protein trong sữa: 21
V.1 Bể đông tụ sữa 21
V.2 Thiết bị đông tụ sữa thế hệ mới 27
Tài liệu tham khảo 29
Muïc luïc
Trang 4 Sữa là loại thực phẩm cĩ giá trị dinh dưỡng cao và chứa các chất dinh dưỡngđầy đủ và cân đối nhất Các sản phẩm từ sữa rất đa dạng và phổ biến Từ nguyên liệusữa, người ta đã chế ra vơ vàn các sản phẩm cĩ cấu trúc, trạng thái và hương vị khácnhau
Các sản phẩm từ sữa cĩ thể ở dạng rắn như các phomate với kết cấu hình thù vàtính cảm vị đặc trưng, dạng hạt đơn điệu như trong sữa bột, dạng đặc mịn màng nhưtrong sữa chua, dạng lỏng như trong sữa cơ đặc với đường
Trong đĩ, mảng sản phẩm lên men truyền thống từ sữa vơ cùng phong phú vàchiếm một vị trí quan trọng trong ngành cơng nghiệp chế biến các sản phẩm sữa Cĩthể kể ra đây là bơ, phomate, kefir, yoghurt,… Chỉ riêng phomate đã cĩ đến 2000chủng lạoi khác nhau
Người Việt hay gọi phomai (hay phĩ mát) Phomai (tiếng Anh - cheese, tiếng
Mở đầu
Trang 5phomai chịu tác động ít nhất của quá trình lên men lactic) chủ yếu từ thành phần caseincủa sữa tạo thành dạng gel mất nước Phomai giữ lại hoàn toàn lượng chất béo ban đầugọi là phomai béo Ngoài ra trong sản phẩm còn chứa một ít lactoza dưới dạng acidlactic và một tỷ lệ khác nhau về chất khoáng.
Theo định nghĩa của PAO/WHO, phomai là protein của sữa được đông tụ, táchbớt whey ở dạng tươi hoặc đã qua ủ chín Pho mai là một sản phẩm rất giàu dinhdưỡng được chế biến từ sữa (sữa bò,sữa dê…) với sự tham gia của một số nhóm visinh vật Đây là một thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, bảo quản được lâu Trongpho mai chứa: protein 20% (dưới dạng pepton, amino acid), lipit 30%, cac muốikhoáng, các vitamin (A, B1, B2, C, …)
Pho mát rất giàu protein, axit béo amin, vitamin, khoáng chất và các thành phầnkhác, nó là một sản phẩm sữa lên men có giá trị dinh dưỡng cao Hàm lượng proteincủa pho mát là khoảng 20% - 35%.Pho mát là rất dễ tiêu hóa, nó có một tỷ lệ tiêu hóacủa khoảng 96% do một loạt các quá trình tiêu hóa trước của protein trong quá trình
Trang 6trưởng thành, trong khi tỷ lệ tiêu hóa của sữa nguyên chất chỉ là 91% Hầu hết các loạipho mát có chứa khoảng 30% chất béo, một số người lo lắng rằng ăn pho mát sẽ làmtăng mức cholesterol của cơ thể, trong thực tế, điều này thường không phải là trườnghợp, bởi vì pho mát có cholesterol rất ít, thường ít hơn 0,1%
Lactose, được chứa trong sữa tươi, đã được phần lớn chuyển vào sữa trong quátrình sản xuất pho mát, phần còn lại của lactose bị phân hủy thành galactose vàglucose, giúp ngăn ngừa bệnh tiêu chảy và các bệnh lactose khác ở những người thiếumột loại enzyme tiêu hóa lactose
Trang 7 Pho mát cũng có chứa đường, axit hữu cơ, canxi, phốt pho, natri, kali, magiê,sắt, kẽm và vitamin carotene A, và vitamin B1, B2, B6, B12, folic acid và chất dinhdưỡng khác và các chất hoạt tính sinh học Đặc biệt là canxi, trong quá trình sản xuất,các ion canxi được thêm vào để làm cho hàm lượng canxi tăng pho mát, và nó có thểđược hấp thụ dễ dàng hơn.Có 49mg canxi mỗi 100g sữa, trong khi 720mg canxi mỗi100g phô mai, mà là 14 lần so với trong sữa, như vậy, chỉ cần 60g phô mai mỗi ngàytrẻ đã nạp đủ lượng can-xi trong một ngày Ngoài ra, trong phô mai còn có chất kẽm
Trang 8rất tốt cho não, da và hệ miễn dịch Sau khi lên men, protein trong các pho mát bị phânhủy tạo thành peptide, axit amin, vv, nên rất dễ được tiêu hóa Pho mát cũng dồi dàovitamin tan trong chất béo và tan trong nước, có 1.200 IU vitamin A mỗi 100g phômai, khoảng 30% đến 40% sự tiêu thụ hàng ngày của người lớn.
Nghiên cứu cho thấy rằng ăn pho mát có thể thúc đẩy sự tăng trưởng và pháttriển của trẻ em, nó cũng có nhiều lợi ích như chống sâu răng, phòng ngừa loãngxương ở phụ nữ và bảo vệ, người cao tuổi thị lực, duy trì sự cân bằng và ổn định của
hệ thực vật bình thường trong ruột, thúc đẩy tiêu hóa và ngăn ngừa tiêu chảy và táobón.Các nghiên cứu cũng cho thấy những người ăn pho mát thường có mức giá thấphơn của ruột kết và ung thư trực tràng
Phomate có đến hàng nghìn loại khác nhau, tuỳ theo đặc điểm mùi vị, hìnhdáng, hàm lượng chất béo Phomate được coi là sản phẩm sữa bổ nhất Có những loạisản phẩm mà ai cũng có thể làm, ví dụ như yoghurt, nhưng đối với phomate – một thựcphẩm rất phổ biến – thì không phải ai cũng biết cách sản xuất, nhất là trong quy môcông nghiệp Nguyên nhân chính khiến phomate không dễ dàng sản xuất được nhưyoghurt là do quy trình sản xuất phormate phải qua một số công đoạn nhất định, cầnphải điều khiển quá trình sản xuất bằng các thiết bị, máy móc,… nên phomate thườngchỉ được sản xuất tại các nhà xưởng chứ không làm tại gia được
Trang 9Quy trình sản xuất phomate
Một trong số các quá trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất phomatechính là quá trình làm đông tụ protein casein trong sữa Trong bài báo cáo này, nhữngđiều ít ai biết đến về quá trình đông tụ protein caseintrong sản xuất phomate sẽ đượctrình bày một cách khoa học, rõ ràng nhất
Trang 10I Protein sữa – Casein
Casein là tên của một nhóm protein chủ yếu trong sữa Casein có mặt trong tất
cả các sữa động vật, bao gồm cả sữa người Trong sữa bò casein chiếm gần 80% tổng
số protein hay khoảng 26 g cho 1 lít sữa
Casein được chia làm bốn nhóm phụ α s1-,α s2 -, β- và κ-casein Cả bốn nhómnày đều rất không đồng nhất và có chứa từ 2 – 8 các biến thể gen khác nhau Nhữngbiến thể này khác nhau chỉ bởi một số ít axit amin Điểm chung giữa α-casein và β-casein là các axit amin được este hóa thành axit phosphoric Axit phosphoric này liênkết với canxi (có chứa nhiều trong sữa) để hình thành các liên kết nội phân tử và ngoạiphân tử Tất cả các casein đều được phosphoryl hoá nhưng với mức độ khác nhau,trong đó, -casein có tỷ lượng phosphoryl hoá thấp nhất và cũng là loại casein quantrọng nhất đối với sản xuất phomate Phân tử -casein có hai đầu:
Đầu ưa béo: tương tác với - và -casein ở vùng tâm sub-micelle
Đầu ưa nước: hướng ra ngoài vùng biên của micelle, chứa nhóm carbohydrate,nhóm này đính ở bên ngoài của các micelle, tạo nên một “lớp tóc”, nhưng quan trọnghơn là chúng giúp các micelle bền vững, chống lại sự kết tụ
Trong sữa, casein tồn tại dưới dạng các micelle có đường kính từ 20 – 300nm.Mỗi micelle chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồmcalci, magie, phosphate cà citrate), cấu tạo micelle do khoảng 400 ÷ 500 sub-micellehợp thành
Sub-micelle có dạng hình cầu, có phân tử lượng trung bình 250.000Da, đườngkính 5 ÷ 10 nm bao gồm 10 phân tử casein kết hợp với nhau Thành phần các casein
-, - và -casein trong sub-micelle có thể thay đổi theo các tỷ lệ khác nhau Các phân
tử - và -casein nằm tập trung tại trung tâm sub-micelle tạo nên vùng ưa béo, còn cácphân tử -casein được sắp xếp tại vùng biên sub-micelle
Trang 11Cấu tạo sub-micelle casein
Cấu tạo một micelle casein.
Trang 12casein làm cho micelle hoà tan được trong sữa dưới dạng dung dịch keo và ổn định cấutrúc của micelle trong sữa
Nếu tách -casein ra khỏi micelle hoặc lấy đi phần ưa nước của nó, cấu trúcmicelle trở nên không ổn định Trong trường hợp này, nếu như có mặt Ca2+ trong sữa,các micelle sẽ liên kết lại với nhau và tạo nên hiện tượng đông tụ casein
II Quá trình đông tụ
Đông tụ protein trong sữa chính là quá trình đông tụ casein
Đông tụ casein trong sữa là quá trình chuyển casien từ trang thái keo sang khốiđông với cấu trúc gel Đây là một trong những quá trình quan trọng nhất trong quytrình công nghệ sản xuất phomate
Về mặt hóa lí học, hiện tượng đông tụ sữa được thể hiện bằng sự kết tụ giữa cácmixen casein để tạo ra gel đặc Để thực hiện quá trình kết tụ trong sản xuất phomai,cần thiết phải có một lượng acid lactic và men dịch vị được lấy từ múi khế của dạ dày
bê để làm đông tụ sữa khi chế biến phomai Tất cả các dạng đông tụ trong sản xuấtphomate đều là kết quả đồng thời của men dịch vị và acide lactic vốn được sinh ra từquá trình lên men đường lactose bởi vi khuẩn lactic Đôi khi một trong hai dạng kết tụchiếm ưu thế Khi đông tụ do men dịch vị đóng vai trò chủ đạo thì lượng acide lactictạo ra do vi khuẩn là không đáng kể, ngược lại khi đông tụ bằng acide lactic thì vai tròcủa men dịch vị bị hạn chế, do đó trong trường hợp này chính độ acide đóng vai tròquyết định đến quá trình đông tụ
Để tiến hành đông tụ casein sữa, người ta thường sử dụng một trong hai phươngpháp sau:
II.1 Chỉnh giá trị pH sữa về điểm đẳng điện của casein:
Phương pháp này được sử dụng trong công nghệ sản xuất một số loại phomatetươi như Cottage, Quarg,…
Khi giảm độ pH (do kết quả của quá trình lên men tạo acid lactic sinh ra bởi visinh vật hay do acid được con người chủ động đưa vào), các ion H+ của acid sẽ liên kếtvới micelle casein mang điện tích âm và làm giảm điện tích của micelle casein Khi tớigiới hạn, các micelle casein sẽ đông tụ tạo thành gel
Trang 13 Các nhà sản xuất sẽ sử dụng một hệ vi khuẩn lactic để chúng tạo ra acide lactic
và làm giảm giá trị pH của sữa, gây đông tụ casein Cần lưu ý là việc sử dụng hệ vikhuẩn lactic còn có mục đích sinh tổng hợp một số sản phẩm trao đổi chất để góp phầntạo nên mùi vị đặc trưng cho phomate thành phẩm
II.2 Sử dụng enzyme đông tụ sữa:
Chúng được thu nhận và tinh sạch từ nhiều nguồn gốc, được thương mại hoávới những tên gọi khác nhau
Một số enzyme đông tụ sữa trong sản xuất phômai:
Thực vật Cynara Cardunculus Cyprosin 1,2,3 và cardosin A,B
Chymosin và pepsinChymosin và pepsinPepsin A, B và gastricsin
VSV Rhizomucor miehei
Rhizomucor pusillus Cryphonectria parasitica
Aspartic proteaseAspartic proteaseAspartic protease
VSV chuyển
gen chymosin
từ bê
Aspergilus niger Kluyveromyces lactics
Chymosin BChymosin B
II.2.1 Đặc điểm của một số loại chế phẩm enzyme từ động vật:
Các chế phẩm enzyme từ động vật là nhóm enzyme đông tụ sữa đầu tiên được
sử dụng trong sản xuất phômai
Enzyme phổ biến nhất là enzyme rennet, được tách chiết từ ngăn thứ tư của dạdày bê Rennet là hỗn hợp của chymosin (rennin) và pepsin Tuy nhiên, thành phầnchủ chốt là chymosine Tỷ lệ pepsin/chymosin thay đổi, vì chymosin chỉ hiện diệntrong dạ dày của động vật chưa cai sữa và sau đó được thay thế bởi pepsin, hàm lượngchymosin phụ thuộc vào tuổi và loại động vật Thông thường, hàm lượng chymosinchiếm từ 80 – 90% và pepsin chỉ khoảng 10 – 20% (tính theo protein) Khi bê trưởngthành tỷ lệ thành phần enzyme sẽ thay đổi, hàm lượng pepsin sẽ tăng đến 80 – 90% Vìthế hoạt tính của chymosin không thể tối ưu cho việc chế biến phô mai.Do đó, Rennet
Trang 14cần được cải tiến để thích ứng với công nghệ sản xuất phô mai Hướng phát triển hiệnnay là thay đối cấu trúc enzyme nhằm gia tăng hiệu suất thủy phân một số liên kếttrong casein và hạn chế những liên kết khác.
Trong công nghệ truyền thống, rennet được tách chiết từ mô ruột của động vậtbằng dung dịch muối NaCl 10% Sau đó enzyme được bảo quản trong dung dịch muốiNaCl 20% có bổ sung natri benzoate hoặc natri propionate
Chymosin
Chymosin: là enzyme có hoạt tính đông tụ sữa rất cao nhưng khả năng xúc tác
protein của chymosin kém hơn nhiều so với các protease khác
Chymosin có thể tồn tại dưới dạng không hoạt động zymogen, được gọi là prochymosin
Prochymosin có trọng lượng phân tử khoảng 36000 – 37000Da và điểm đẳng
điện pI = 5 Trong môi trường kiềm, prochymosin bền hơn chymosin nhưng nếu pH >=
11 prochymosin bị mất khả năng chuyển hóa thành chymosin Trong điều kiện pH = 6,5 và ở nhiệt độ phòng , sau 24 giờ có khoảng 5% prochymosin tự chuyển hóa thành
chymosin dưới tác dụng của pepsin bằng cách tách khỏi phân tử prochymosin một đoạn
polypeptide có phân tử lượng khoảng 5300 – 6300Da
Chymosin trong dạ dày bê tồn tại trong dạ dày bê dưới hai dạng A và B và
chúng có một số đặc điểm khác nhau sau:
- Vị trí acid amin số 244 trong
mạch protein là acid aspartic
Enzyme renin
Trang 15 Quá trình đông tụ casein của sữa dưới tác dụng của rennin thực chất là quá trìnhthủy phân hạn chế -casein, vỏ háo nước bị phá hủy do đó các ion canxi dễ dàng tiếpcận với các casein α-, β- tạo thành paracasein và paracasein làm cho chúng tạo gel.Renin thủy phân liên kết peptit giữa Phe-Met (ở vị trí 105 – 106) của -casein để tạo racaseinopeptit hòa tan và paracasein không hòa tan Phản ứng này không phụ thuộc vàoion Ca2+
Paracasein kết hợp với Canxi tạo thành quện sữa (gel)
Trang 16 Trong quá trình này, dưới tác dụng của enzyme rennin, casein và paracasein củasữa sẽ bị phân giải một phần tạo pepton và amino acid (tyrosine, tryptophan…) tậptrung tại cục đông tồn tại ở dạng dung dịch.
Như vậy rennin trong một vai trò rất quan trọng trong quá trình đông tụ của sữa,
do đó nguồn cung cấp rennin là rất quan trọng Trong thực tế thì nguồn khai thácrennin rất hạn chế nên người ta thường dùng phối hợp các protease khác như rennincủa bò hoặc pepsin của lợn
Pepsin A: thường được tìm thấy trong hệ tiêu hóa các động vật có vú
Pepsin B: được tìm thấy trong dạ dày heo với hàm lượng khá thấp khả năng
đông tụ sữa của pepsin B kém
Gastriscin: enzyme này thuộc nhóm aspartic protease và còn được gọi là pepsin
B, C, I, II, III, 6 hoặc 7
II.2.2 Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ thực vật:
Một số chế phẩm enzyme từ thực vật cũng có thể làm đông tụ casein sữa Quan
trọng nhất là enzyme được chiết từ Cynara carduculus Enzyme này thuộc nhóm
aspartic protease và khả năng gây đông tụ sữa của nó không kém chymosin (ngày xưađược người Bồ Đào Nha sử dụng để đông tụ phomate) Hiện nay chế phẩm này khôngsản xuất được trên quy mô lớn và thương mại hoá, mà chỉ được sản xuất thủ công và
sử dụng tại một số địa phương
Trang 17 Các enzyme từ thực vật có khả năng đông tụ tương đối tốt nhưng có một bất lợi
là phomate thường bị đắng sau quá trình tồn trữ
II.2.3 Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ vi sinh vật:
Một số loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme có hoạt tính đông tụ sữa.Tuy nhiên, tính đặc hiệu của chúng lại khác nhau Chính vì tính đặc hiệu không caonhư các enzyme từ động vật nên nó chỉ dùng cho phomate tươi, vì hoạt lực thuỷ phâncủa các enzyme này thường khá cao, nên sau khi đông tụ, các enzyme này lại tiếp tụcthuỷ phân, do đó, làm phá vỡ cấu trúc định hình của phomate, đôi khi tạo vị đắng Cácloại enzyme này chỉ được sử dụng để sản xuất phomate tươi
Đáng chú ý nhất là enzyme đông tụ sữa từ Rhizomucor miehei và Rhizomucor
pusillus Enzyme này bền nhiệt và có hoạt lực thuỷ phân protein cao Enzyme đông tụ
sữa từ Cryphonectria parasitica là một protease với hoạt tính thủy phân protein rất
cao
Gần đây có nghiên cứu sản xuất protease từ vi sinh vật có đặc tính renin như ở
các loài Eudothia Parasitica và Mucor Purillus.
II.2.4 Đặc điểm của một số chế phẩm enzyme đông tụ sữa từ vi sinh vật chuyển gene:
Vào đầu năm 1980, những thành tựu của kỹ thuật di truyền đã giúp các nhà
nghiên cứu tìm ra chymosin đầu tiên bắt nguồn từ vi khuẩn biến đổi gen (Escherichia
coli, Kluyveromyces lactis and Aspergillus niger) Khi nuôi cấy các VSV này chúng sẽ
sinh tổng hợp enzyme gây đông tụ sữa với phân tử protein có trật tự các acid aminhoàn toàn giống với chymosin được chiết từ bê Các chế phẩm enzyme này được gọi là
chymosin được sản xuất theo phương pháp lên men.(Fermentation Produced
Chymosin – FPC) Ngày nay khoảng 90% phomat cứng được làm bằng cách sử dụng
chymosin từ các vi khuẩn biến đổi gen
Các enzyme công nghệ sinh học này hoạt động theo đúng như hoạt động củarennin bê nhưng hoạt động của chúng có thể dự đoán được và chúng tinh sạch hơn.Các enzyme như thế nhận được sự ủng hộ của tổ chức những người an chay và củamột vài người có thẩm quyền trong tôn giáo Chymosin thu được từ các sinh vật biếnđổi gen đã được giám sát để kiểm tra nghiêm ngặt để bảo đảm sự tinh sạch
Các chế phẩm enzyme gây đông tụ casein trong sữa rất đa dạng Trong côngnghệ sản xuất phômai hiện nay, nhóm enzyme tách chiết từ động vật có tỷ lệ sử dụng