Tìm hiểu các phương pháp tiệt trùng sữa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TIỆT TRÙNG SỮAỞ nhiệt độ cao sẽ gây ra sự thay đổi sâu sắc về cấu trúc của sữa, cân bằng vềprotein và muối khoáng bị đảo lộn và đáng kể là sự phá hủy cấu trúc của các

LỜI MỞ ĐẦU

Sữa là một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng, được sử dụng rộng rãi không chỉ

ở trong nước mà còn ở cả thế giới Cũng chính vì giá trị dinh dưỡng cao mà sữatươi rất khó bảo quản Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật,ngành công nghiệp chế biến sữa ngày càng phát triển, cho ra đời nhiều phươngpháp bảo quản và chế biến sữa, trong đó phổ biến nhất là tiệt trùng sữa, chúngvừa có ý nghĩa lớn trong bảo quản mà còn tăng giá trị cảm quan đáp ứng được thịhiếu của người tiêu dùng

Trong phạm vi bài tiểu luận này, chúng em sẽ trình bày những nội dung sau:

- Cơ sở khoa học của quá trình tiệt trùng

- Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình tiệt trùng

- Các biến đổi hoá lý của sữa trong quá trình tiệt trùng

- Các phương pháp tiệt trùng và thiết bi dùng trong tiệt trùng

Trong quá trình làm tiểu luận, chắc chắn sẽ khó tránh khỏi sai sót Chúng emrất mong nhận được ý kiến đóng góp của cô để bài tiểu luận được hoàn chỉnhhơn

Nhóm xin chân thành cám ơn!

Các thành viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TIỆT TRÙNG SỮA

Ở nhiệt độ cao sẽ gây ra sự thay đổi sâu sắc về cấu trúc của sữa, cân bằng vềprotein và muối khoáng bị đảo lộn và đáng kể là sự phá hủy cấu trúc của cácvitamin cũng như sự hình thành màng chất béo ở phần trên cùng của dụng cụchứa sữa, tuy màng chất béo này có thể bị mất đi trong quá trình vận chuyển Dovậy, trong công nghiệp chế biến sữa cần thiết phải đồng nhất hóa trong quy trình,đặc biệt là trước khi cho sữa vào bao bì

Để tránh được sự ô nhiễm VSV cần tuân thủ nghiêm những yêu cầu trong quitrình chế biến và sản phẩm được bảo quản trong bao bì hoàn toàn kín

1.2.Cơ sở khoa học

Gọi N0 là số tế bào VSV có trong mẫu trước khi tiệt trùng N là số tế bàoVSV còn sống sót sau thời gian xử lý nhiệt t Ta có:

Theo Leclerc H và cộng sự (1994), trong công nghiệp thực phẩm người tathường chọn số tế bào dự kiến sống sót trong mẫu sau tiệt trùng không được lớnhơn 10-3 Và tùy vào số lượng VSV ban đầu, tùy quy mô sản xuất, các nhà côngnghệ sẽ chọn thời gian xử lý nhiệt thích hợp.

Để rút ngắn thời gian xử lý nhiệt và vẫn đảm bảo mức độ an toàn vi sinhcho thực phẩm, các nhà công nghệ đặt ra các chỉ tiêu nghiêm ngặt cho Nguyênliệu đầu vào và đảm bảo các điều kiện vệ sinh trong sản xuất để khống chế giá trị

N0

Quá trình thường gồm 3 giai đoạn:

- Gia nhiệt sữa từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cần tiệt trùng

- Giữ nhiệt độ cần thiết trong khoảng thời gian xác định

- Làm nguội sản phẩm về giá trị nhiệt độ thích hợp để bảo quản hoặcđóng gói sản phẩm

1.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tiệt trùng

 Hệ vi sinh vật

Số lượng tế bào VSV trong thực sẽ có ảnh hưởng đến việc chọn giá trị nhiệt

độ và thời gian xử lý nhiệt Nếu hàm lượng VSV trong mẫu càng nhiều, để đạtđược một mức độ vô trùng công nghiệp theo quy định, chế độ xử lý nhiệt phảinghiêm ngặt với nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn Như vậy, việc hạn chế sốlượng VSV ban đầu trong mẫu trước khi tiệt trùng là rất cần thiết thông qua việctuân thủ chặt chẽ các quy định trong sản xuất và vệ sinh công nghiệp Hiện nay,nhiều nhà máy sản xuất thực phẩm đã ứng dụng các quy phạm thực hành sảnxuất tốt GMP hoặc hệ thông quản lý HACCP nên đã khống chế được hàm lượngVSV trong thực phẩm luôn luôn ở mức độ thấp trước khi đưa mẫu vào tiệt trùng

Thành phần các loài VSV có mặt trong thực phẩm cũng là một vấn đề cần lưu

ý trong quá trình tiệt trùng Để tiêu diệt các VSV chịu nhiệt như Bacillus,

Clotridium…nhiệt độ xử lý phải lớn hơn 800C mới đạt hiệu quả cao Một số vikhuẩn có thể tồn tại trong thực phẩm dưới dạng bào tử nên để tiêu diệt chúng,nhiệt độ xử lý nhiệt phải tăng cao hơn nữa

 Thành phần hóa học

Việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian tiệt trùng phụ thuộc vào giá trị pH của sảnphẩm Do pH ảnh hưởng đến hoạt độ của enzyme nên giá trị pH đóng vai trò kíchthích hoặc kiềm hãm sự sinh trưởng, thậm chí có thể tiêu diệt một số VSV cótrong thực phẩm

Các hợp chất hóa học trong thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt khác nhau Do đókhi tiến hành tiệt trùng các sản phẩm có hàm lượng chất béo cao, chúng ta cầntăng giá trị nhiệt độ và thời gian xử lý Các chất khí trong sữa cũng làm giảm hệ

số truyền nhiệt, do đó sữa phải được bài khí trước khi tiệt trùng

 Các tính chất vật lý

Quá trình truyền nhiệt phụ thuộc vào trạng thái vật lý của mẫu khảo sát Đốivới những thực phẩm dạng lỏng, trong quá trình xử lý nhiệt sẽ xuất hiện các dòngđối lưu trong mẫu, từ đó quá trình truyền nhiệt sẽ nhanh và đạt hiệu quả cao hơn Một số chỉ tiêu vật lý khác như hàm lượng chất khô, độ nhớt của thực phẩmcũng ảnh hưởng ít nhiều đến hiệu quả của quá trình tiệt trùng

 Phương pháp và thiết bị tiệt trùng

Khi tiến hành tiệt trùng thực phẩm trong bao bì, các vấn đề như hình dạng,kích thước, vật liệu bao bì sẽ ảnh hưởng đáng kể đến hệ số truyền nhiệt Trongcông nghệ chế biến sữa, người ta thường sử dụng bao bì thủy tinh hoặc bao bìplastic Chúng có hệ số truyền nhiệt thấp hơn rất nhiều so với bao bì kim loại.Thể tích bao bì thường sử dụng dao động từ 200ml đến 1l Theo lý thuyết, thểtích bao bì càng nhỏ thì quá trình truyền nhiệt trong sản phẩm càng nhanh, chỉcần một thời gian gia nhiệt ngắn là sản phẩm có thể đạt mức độ đồng nhất vềnhiệt độ

Hiện nay, nhiều thiết bị tiệt trùng được thiết kế với bộ phận khuấy trộn sảnphẩm trong suốt quá trình xử lý nhiệt Điều đó sẽ làm xuất hiện các dòng đối lưu

và làm tăng hệ số truyền nhiệt cũng như mức độ đồng nhất sản phẩm

 Chế độ tiệt trùng

Việc chọn lựa chế độ tiệt trùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Hệ vi sinh vật ban đầu trong mẫu

- Thành phần và tính chất của mẫu

- Phương pháp xử lý nhiệt bên trong hay bên ngoài bao bì

- Các chỉ tiêu sản phẩm sau khi xử lý…

1.4.Các biến đổi hóa lý trong quá trình tiệt trùng

 Biến đổi của chất béo:

Các trygliceride thường ít bị thay đổi bởi tác động của các phương pháp gianhiệt thông thường Ở nhiệt độ rất cao mới có thể xuất hiện các thay đổi về thànhphần như tạo ra một vài loại acid không no mạch ngắn hoặc tạo ra đồng phân củaacid béo

Ngược lại, cấu trúc hoá lý của các tiểu cầu béo cũng chịu ảnh hưởng đáng kểcủa sự đun nóng trên 650C, protein của màng bị biến tính và tất cả các glycerideđều trở thành dạng lỏng Chất béo hoàn toàn bị nóng chảy và xuất hiện màngcream đồng thời gây ra sự kết dính ở bề mặt của các cầu béo Tuy nhiên, khi sữachịu tác động của nhiệt độ cao trong thời gian ngắn như tiệt trùng UHT thì sự kếtdính không rõ rệt

 Biến đổi của protein

Casein không bị biến đổi đáng kể khi tiệt trùng sữa Casein chỉ bị kết tủa khigia nhiệt đến 1500C trong vài phút

Khi tiệt trùng UHT, các whey protein bị biến tính và kết tủa ở một mức độnhất định trong sữa tươi Sự biến tính này còn phụ thuộc vào phương pháp tiệttrùng trực tiếp hay gián tiếp

Loại sữa Whey protein

(mg/100g) Tổn thất lysine (%) Lactulose (mg/ml)

Sữa tiệt trùng trực tiếp 38,8 0-4,3 0,3

Sữa tiệt trùng trong

Ngoài ra tiệt trùng nhiệt độ cao làm biến đổi cấu trúc của các protein Cácnhóm –SH trong các acid amin chứa lưu huỳnh như cystin, cysteine bị lộ ra, cáchợp chất chứa lưu huỳnh như H2S được giải phóng tạo ra mùi nấu cho sữa Đây

là mùi đặc trưng cho sữa thanh trùng ở nhiệt độ cao và sữa tiệt trùng

Mặt khác khi các nhóm –SH bị lộ ra, - lactoglobulin có thể tạo ra các liên kếtngang với bang cầu nối sulphur dẫn đến để có sự kết tủa đạm sữa trong thời gianbảo quản

 Biến đổi của enzyme

Tất cả các enyme có thể bị vô hiệu khi tiệt trùng, nhưng từng lại enzymeriêng biệt lại bị vô hiệu ở các dãy nhiệt độ khác nhau ở phương pháp tiệt trùngUHT toàn bộ các enzyme bị tiêu diệt

 Biến đổi của lactose

Ở nhiệt độ trên 100 0c xảy ra sự biến màu do sự xuất hiện của các melanoidtạo thành khi các axit amin của sữa tác dụng với lactose ( phản ứng maillard) Ngoài ra khi ở nhiệt độ cao, lactose bị phân giải một phần tạo thành cácaxitlactic, axit formic… mà kết quả làm tăng độ chua của sữa lên 1 đến 2 0T.Các biến đổi của lactose còn làm mất 1 số axit amin cần thiết( đặc biệt làthlysine) do tham gia vào phức chất lactose-protein, mà phức chất này không có

1 loại enzyme tiêu hoá nào có thể phân tách ra đuợc

 Biến đổi của muối khoáng

Nhiệt độ cao làm thay đổi các thành phần muối của sữa Các muối hoà tancủa axit phosphoric và axit limonic chuyển thành không hoà tan Quá trình này

tạo thành axit photphoric làm tách 1 phần casein ra khỏi phức canxi photphat

caseinate Sự giảm ion canxi kéo theo trạng thái keo của casein cũng giảm sự bền

vững

Ngoài ra các muối sữa kết tủa khi tiệt trùng cùng với sự kết tủa của albumin

và globulin sẽ dẫn đến sự đọng cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt, làm giảm khả năng

truyền nhiệt, gây khó khăn trong vệ sinh thiết bị

 Biến đổi cuả vitamin:

Các vitamin hoà tan trong chất béo ít bị biến đổi Nhưng các vitamin hoà tan

trong nước: B1, B2, B12… lại rất nhạy cảm với nhiệt

Loại vitamin Tiệt trùng hộp 115 o C/30

TIỆT TRÙNG TRONG BAO BÌ

CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỆT TRÙNG

GIÁN TIẾPGIÁN ĐOẠN

TIỆT TRÙNG NGOÀI BAO BÌ (UHT)

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỆT TRÙNG SỮA

2.1 Phương pháp tiệt trùng trong bao bì

Trong phương pháp này, sữa sẽ được rót vào trong bao bì và đóng nắp.Tiếp theo, chúng sẽ được đưa vào trong các thiết bị tiệt trùng

2.1.1 Phương pháp tiệt trùng gián đoạn bằng hơi và nước nóng (retort)

Phương pháp này sử dụng kết hợp nước nóng và hơi ở áp suất khoảng 5-6 bar

để gia nhiệt Và nhiệt độ làm việc tối đa là 1500C

Thiết bị tiệt trùng theo phương pháp này có cấu tạo đơn giản gồm hình trụđứng hoặc hình hộp chữ nhật với các đường ống dẫn nước nóng và nước lạnh (đểgia nhiệt và làm nguội); chai sữa được đặt vào két, dùng hệ thống ròng rọc để đặt

và tháo két vào ra thiết bị

Gồm có 2 loại: thiết bị không lắc đảo (Static retort) và thiết bị có lắc đảo

( Rotary retort)

 Ưu, nhược điểm

STATIC RETORT ROTARY RETORT

Ưu điểm

Không phụ thuộc vào hình dạng, kích

thước của bao bì

Thích hợp với nhiều loại tác nhân gia

nhiệt

 Do có sự lắc đảo nên gia tăng sựchuyển động của thực phẩm bêntrong hộp à gia nhiệt đồng đều hơn

 Tăng tốc độ truyền nhiệt

Nhược điểm

Gia nhiệt không đồng đều, tốc độ

truyền nhiệt kém và tốn nhiều năng

- Dùng hơi nước bão hòa

- Ngâm trong nước nóng

- Phun nước nóng

- Dùng hỗn hợp không khí – hơi bão hòa

2.1.2 Phương pháp tiệt trùng liên tục bằng hơi và nước nóng

a. Tiệt trùng thủy lực (Hydrostatic steriliser)

Không lắc đảo Lắc đảo

Thiết bị này xuất hiện lần đầu tiên ở châu Âu từ những năm 1936, kết hợphiệu quả tác nhân hơi nước và nước nóng để tiêu diệt VSV và ức chế enzyme.

 Cấu tạo: Thiết bị này gồm 3 vùng: gia nhiệt, tiệt trùng và làm nguội.

 Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống băng tải của thiết bị sẽ đưa sữa đi từ vùng gia nhiệt, qua vùngtiệt trùng, đến vùng làm nguội ra khỏi thiết bị Thời gian lưu một sản phẩm trongthiết bị trung bình là 1 giờ Vùng tiệt trùng có nhiệt độ khoảng 115-1250C và thờigian gian sữa đi qua vùng này từ 20-30 phút

Năng suất hoạt động của thiết bị loại nhỏ: 2000 sản phẩm/giờ (bao bì dungtích 0,5l); loại lớn: 16000 sản phẩm/giờ (bao bì dung tích 1l) Cả 2 loại bao bìthủy tinh và nhựa đều có thể sử dụng được

Bộ phận chính của thiết bị là 5 bánh xe được nối kết với nhau bằng một hệthống băng tải dạng ống lưới Người ta sẽ nạp bao bì (chai thủy tinh đã được rót

Hình 2.1.2-A:Thiết bị tiệt trùng thủy lực

sản phẩm) vào bên trong các ống lưới của băng tải này Bên trong thiết bị có ba khoang liên thông với nhau Nhờ vào kết cấu đặc biệt như hình vẽ nên người ta

có thể tạo ra những vùng nhiệt độ khác nhau bên trong thiết bị để gia nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội sản phẩm.các nhà sản xuất sẽ thay đổi chiều cao cột nước thủy lực để hiệu chỉnh nhiệt độ tại các vùng khác nhau ở bên trong thiết bị Trướckhi ra khỏi thiết bị, sản phẩm sẽ được làm nguội hoàn toàn trong bể nước lạnh được đặt ở bên dưới Thiết bị này có tính cơ giới hóa và tự động hóa cao, thích hợp với nhà máy có năng suất lớn

 Ưu, nhược điểm của thiết bị

• Ưu điểm:

- Hạn chế sự thay đổi đột ngột về áp suất và nhiệt độ cho thực phẩm trong quátrình tiệt trùng

- Có thể sử dụng cho nhiều loại bao bì với kích thước và kiều dáng khác nhau

- Quá trình tiệt trùng được điều khiển với mức độ tự động hóa cao, các thông số

kỹ thuật của quá trình được kiểm tra dễ dàng chính xác

- Sử dụng hiệu quả cả hai tác nhân là nước nóng và hơi để tiêu diệt VSV và ức chếenzyme

- Ít chiếm diện tích nhà xưởng

- Công suất thiết bị lớn, 60 – 1000 chai sữa/phút

• Nhược điểm:

- Chiều cao lớn (có thể đến 20m) gây khó khăn trong quá trình vận chuyển thiết bị

- Hoạt động liên tục với nhiều sản phẩm trên băng chuyền nên nếu xảy ra sự cố ởmột công đoạn sản xuất nào đó trước quá trình tiệt trùng sẽ làm gián đoạn hoạtđộng của thiết bị

- Giá thành cao, chỉ thích hợp cho nhà máy công suất lớn

b. Tiệt trùng Hydrolock (Hydrostatic sterilizer)

Thiết bị này xuất hiện lần đầu tiên năm 1996, có dạng hình trụ, nằmngang, làm bằng vật liệu chịu áp suất và nhiệt độ Sử dụng hơi để gia nhiệt vànước lạnh đề làm nguội

 Cấu tạo: Thiết bị dạng hình trụ, có 2 khoang: khoang gia nhiệt và khoang giữ

nhiệt nằm phía trên (tác nhân gia nhiệt là hơi nước) và khoang làm nguội nằmbên dưới (tác nhân làm nguội là nước) Hai khoang này ngăn cách bởi một vàitấm cách nhiệt và được thông với nhau tại vài vị trí để băng chuyền đưa sản

phẩm từ khoang gia nhiệt giữ nhiệt và khoang làm nguội Băng chuyền dạng ốnglưới, sp được đặt bên trong các ống lưới của băng chuyền

1- Băng chuyền mang các hộp sản phẩm

2- Van xoay chuyên chở lon hay chai vào và ra khỏi buồng chân không

Thiết bị có thể sự dụng cho cả hai loại bao bì thủy tinh và nhựa Năng suấthoạt động của thiết bị có thể lên đến 12000 sản phẩm/giờ

 Ưu điểm của thiết bị

- Sự trao đổi nhiệt bằng cách tăng vận tốc quay và tiệt trùng trongthời gian ngắn Chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn

- Quá trình lien tục sẽ tạo được sản phẩm có chất lượng cao và ổnđịnh, giảm giá thành

- Dễ vận hành do có thể điều khiển 3 thông số kỹ thuật là áp suất,nhiệt độ tiệt trùng và nhiệt độ làm nguội một cách độc lập - Dễ bảo trì vì các bộ

Hình 2.1.2-B: Thiết bị tiệt trùng Hydrolock

phận được làm bằng thép không rỉ và được gá lên khung có thể tháo lắp khỏi cácống chịu lực

- Dễ lắp đặt thiết bị hydrolock không yêu cầu đặc biệt nào

2.2 Phương pháp tiệt trùng ngoài bao bì (UHT- Ultra high-temperature)

UHT (Ultra high-temperature) là phương pháp tiệt trùng trước khi ta đóng góisản phẩm,sau đó sữa sẽ được rót vào trong bao bì đã được vô trùng trước trongđiều kiện khí quyển vô trùng.Sữa được sản xuất theo cách này nhiệt độ có thểvượt quá 1350C,thời gian giữ nhiệt được rút ngắn lại (2-5s) và dòng sản phẩmđược hoạt động liên tục

Phương pháp tiệt trùng UHT gồm có hai phương pháp chính:phương pháp gianhiệt trực tiếp và gia nhiệt gián tiếp

2.2.1 Phương pháp gia nhiệt trực tiếp

Sản phẩm sẽ được gia nhiệt bằng cách tiếp xúc trực tiếp với hơi nước vôtrùng Ưu điểm của phương pháp này là sản phẩm sẽ đạt được nhiệt độ cao trongthời gian ngắn Và đối với ột sản phẩm nhạy cảm như sữa thì điều này ít làm biếnđổi chất lượng của sản phẩm Có thể gia nhiệt trực tiếp bằng hai phương pháp:

 Sử dụng vòi phun hơi nước để đưa hơi nước áp suất cao vào chất lỏng đã đượcgia nhiệt trước để nhiệt độ sản phẩm tăng lên một cách nhanh chóng.Sau giaiđoạn giữ nhiệt,sản phẩm sẽ được làm lạnh nhanh trong chân không để loại bỏnước tương đương với lượng hơi nước đã sử dụng.Với phương pháp này, sảnphẩm được gia nhiệt và làm lạnh nhanh và loại được hơi nước.Tuy nhiên,phươngpháp này chỉ phù hợp với một số sản phẩm.Vì phương pháp này tiêu hao nănglượng khá lớn,mặt khác sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với thiết bị ở nhiệt độ cao sẽảnh hưởng đến mùi vị của sản phẩm

Điểm nổi bật của hệ thống này là lượng hơi nước lớn còn thể tích dòng sản phẩmnhỏ được phân bố trên một diện tích bề mặt lớn của sản phẩm.Nhiệt độ sản phẩmđược kiểm soát chính xác thông qua áp suất.Bên cạnh đó, giai đoạn giữ nhiệt sẽđược thực hiện bằng việc sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng hoặcdạng ống.Tiếp theo sản phẩm sẽ được làm lạnh nhanh trong buồng chân