Công nghệ sản xuất pho mát

Phong cách, kết cấu và hương vị của chúng phụ thuộc vào nguồn gốc của sữa bao gồm cả chế độ ăn uống của động vật, sữa đã được tiệt trùng hay không, các thành phần bơ giàu béo, các loại v

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TP HCM

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

PHO MÁT

Đồ án công nghệ lên men thực phẩm

Giảng viên hướng dẫn: ThS Huỳnh Văn Thành

Sinh viên thực hiện - MSSV – 13DSH02

LỜI MỞ ĐẦU

Pho mát là một thực phẩm giàu dinh dưỡng, có hàm lượng protein cao với đầy

đủ các axit amin không thay thế, chứa nhiều vitamin như: Vitamin A, riboflavin, vitamin B, vitamin D và các chất khoáng: kẽm, photpho, canxi Pho mát cũng mang lại nhiều lợi ích về sức khỏe như: Bảo vệ răng, chống loãng xương, ngăn ngừa ung thư

Theo thống kê của FAO, sản lượng pho mát trên toàn thế giới liên tục tăng qua các năm Năm 2013, sản lượng pho mát đạt khoảng 20 triệu tấn/năm Trong đó, sản xuất và tiêu thụ sản phẩm này chỉ tập trung ở các nước phát triển Ở Việt Nam, hầu hết pho mát được nhập khẩu và mức tiêu thụ còn khiêm tốn: kim ngạch nhập khẩu pho mát chỉ đạt 24,04 triệu USD (năm 2008), chiếm khoảng 7% tổng kim ngạch nhập khẩu sữa và các sản phẩm từ sữa

Một trong những nguyên nhân là do sản phẩm chưa hợp với thị hiếu của người Việt Nam và giá thành cao Tuy nhiên, cùng với đà tăng trưởng kinh tế thì nhu cầu về các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng, tốt cho sức khỏe như pho mát sẽ tăng cao Năm

2009, mức tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa bình quân đầu người đang ở mức rất thấp 11,2 kg/người/năm so với mức bình quân 62 kg/người/năm của Châu Á, 96 kg/người/năm của thế giới và 248 kg/người/năm ở các nước phát triển Như vậy có thể thấy nhu cầu về sữa và các sản phẩm từ sữa trong đó có pho mát ở Việt Nam còn rất lớn

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Pho mát (phô mai)

Pho mát có chứa các protein và chất béo thường có trong các loại sữa bò, dê, trâu hoặc cừu

Pho mát là một thực phẩm giàu dinh dưỡng, có hàm lượng protein, chất béo tương đối cao, ở dạng dễ hấp thu, có đầy đủ các axit amin không thay thế, các vitamin và chất khoáng

Pho mát được ưa chuộng vì dễ vận chuyển, thời gian sử dụng dài và hàm lượng chất dinh dưỡng cao: canxi, phốt phát, chất béo, chất đạm, Nhãn bao bì trên gói pho mát cho biết pho mát nên được dùng trong 3-5 ngày kể từ ngày mở gói Nói chung, các loại pho mát cứng (Parmesan) có hạn sử dụng dài hơn các loại pho mát mềm (Brie, pho mát sữa dê) Các loại pho mát có thể lưu trữ trong thời gian dài hơn, đặc biệt khi

nó được bọc trong một lớp vỏ bảo vệ, để bán đi khi giá thị trường thuận lợi

1.1.2 Sự đa dạng của pho mát

Có hàng trăm loại pho mát được sản xuất từ các nước khác nhau Phong cách, kết cấu và hương vị của chúng phụ thuộc vào nguồn gốc của sữa (bao gồm cả chế độ

ăn uống của động vật), sữa đã được tiệt trùng hay không, các thành phần bơ giàu béo, các loại vi khuẩn và nấm mốc, quy trình chế biến và quá trình tàng trữ (làm chín)

Vô số loại pho mát được bày bán trong các cửa tiệm tại Ý và Pháp

Một số loại pho mát đặc trưng tiêu biểu

Ngoài ra, các loại thảo mộc, gia vị, hoặc khói gỗ được sử dụng như là các hương liệu Nhiều loại pho mát có màu vàng chuyển sang màu đỏ như Red Leicester được sản xuất bằng cách thêm Annatto Một số thành phần khác có thể được thêm vào pho mát như hẹ, tỏi, tiêu đen hoặc nam việt quất

Pho mát Leicester với màu đỏ đặc trưng

Đối với một số ít loại pho mát, sữa được đông cục bằng cách thêm axit như giấm hoặc nước chanh Hầu hết các loại pho mát được axit hóa ở một mức độ thấp hơn bằng vi khuẩn (chuyển hóa đường sữa thành acid lactic sau đó bổ sung Rennet để làm

đông cục sản phẩm) Có thể sản xuất pho mát chay bằng cách sử dụng nấm Mucor

miehei để lên men, những loại khác được chiết xuất từ các loài khác nhau thuộc họ

Cynara Những người làm pho mát ở gần các trại chăn nuôi lấy sữa thường có lợi: nguồn sữa tươi, giá thành và chi phí vận chuyển thấp hơn

Pho mát có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: tác nhân đông

tụ casein, độ ẩm, loại vi sinh vật tham gia vào quá trình ủ chín hay dựa vào cấu trúc của pho mát

Pho mát được phân loại theo độ ẩm

Loại pho mát Độ ẩm Sản phẩm đại diện

Pho mát tươi 55- 80 - Pho mát tươi, không ủ chín:Ricotta, Quarg, Mozzarella

Pho mát rắn 20 - 40 - Pho mát ủ chín không có bóng khí:Cheddar, Cheshire

Pho mát được phân loại theo phương pháp đông tụ

Phương pháp đông sữa

Sản phẩm đại diện

Acid do vi

 Cottage, Quark, Cream và pho mát

tươi Bắc Mỹ

 Quesco, Balnco, Quesco Fresco,

Halloumi, pho mát tươi từ Ý.

  Ricotta (Ý), Channa và Paneer

(Ấn Độ), pho mát trắng Mỹ - Latin

  Fetta, Camembert, Brie, Blue.

1.1.3 Thành phần dinh dưỡng trong pho mát

Thành phần dinh dưỡng có trong 100gram pho mát (gram)

Nước Protein Chất béo Carbonhydrate

Ca Fe Mg P K Na Zn Cu Mn Se Cheddar 72 4 7 51 3 26 21 2 1 20

Enzyme chymosin trong rennet phá vỡ kappa-casein trên bề mặt của các hạt micelle, chuyển chúng từ dạng ưa nước sang kỵ nước Điều này làm cho chúng liên kết lại với nhau, nhốt các phân tử chất béo và nước tạo trong khối đông đang hình thành Quá trình thúc đẩy sự đông tụ sữa giúp loại bỏ được nhiều nước hơn và nén khối đông

tụ tạo thành ổ pho mát rắn

1.2.2 Cơ chế tác động chymosin lên casein - kích thích đông sữa

Chymosin sẽ cắt chuỗi đuôi của para-kappa-casein Bề mặt micelle lúc đầu có các đuôi của para-kappa-casein xung quanh nên có tính chất ưa nước và tích điện âm, giờ chuyển sang đuôi kỵ nước và trung hòa điện Kết quả là các micelle gắn kết với nhau tạo thành mạng lưới (dạng gel) nhốt các hạt béo, các ion cũng như vi sinh vật trong đó

Cấu tạo của micelle casein trong sữa

Tác động của chymosin lên quá trình đông sữa

1.2.3 Chiết tách rennet của bê con

Men dịch vị được lấy từ lớp niêm mạc dạ túi khế của bê con chưa cai sữa Nếu lấy ở bê đã bắt đầu ăn cỏ thì rennet sẽ không có nhiều chymosin hoặc không có, nhưng nồng độ pepsin thì lại cao

Cấu trúc hệ tiêu hóa của động vật nhai lại

Mỗi giống khác nhau thì lại cho một loại rennet khác nhau và nên mỗi loại sữa làm pho mát cũng cần một loại rennet riêng biệt Chẳng hạn như rennet dê thì làm pho mát sữa dê, rennet cừu thì làm pho mát sữa cừu

1.1.1. Phương pháp

1. Mổ lấy dạ dày của bê con

2. Rửa sạch và cắt nhỏ

4. Bổ sung giấm hoặc rượu để giảm độ pH

5. Sau một thời gian (qua đêm hoặc vài ngày) đem dịch đi lọc

Khoảng 1g dịch rennet này có thể làm đông 2 – 4 lít sữa

1.2.4 Nguồn thay thế rennet động vật

Rennet từ dạ dày bê là nguồn cung cấp chymosin chủ yếu cho đến những năm

1960, khi nhu cầu tiêu thụ thịt và sản xuất pho mát tăng lên, làm giảm số lượng bê vì thế giảm lượng rennet Bởi vì nguồn thu dạ dày không đủ đáp ứng cho nhu cầu làm pho mát của vô số nhà sản xuất nên người ta đã tìm ra một nguồn khác thay thế cho dịch vị bê

Nhiều loại enzyme khác từ thực vật hoặc từ nấm cũng có khả năng làm đông tụ sữa Ứng dụng các công nghệ sinh học hiện đại, người ta đã tách chiết từ các nguồn

trên ra được enzyme chymosin Một phần là đáp ứng kịp nhu cầu của thị trường, một phần làm giảm chi phí hơn so với rennet dịch vị

Ngoài ra, một vài loại pho mát chỉ cần đông tụ bằng phương pháp acid hóa Chẳng hạn như sử dụng nước cốt chanh để làm đông sữa (pho mát Paneer) hoặc sử dụng vi khuẩn ưa ấm (pho mát Cottage)

Thực vật

Rất nhiều loại thực vật có khả năng tạo đông Chẳng hạn như người Hy Lạp đã dùng nước ép quả sung để làm đông sữa từ thời xa xưa Ngoài ra còn có lá bạch hoa phơi khô, cây tầm ma, cây kế sữa – milk thistl, cây cẩm quỳ, …

Vi sinh vật

Một số nấm như Rhizomucor miehei có khả năng sinh hệ enzyme phân giải

protein Pho mát được làm từ nguồn enzyme này thường có vị cay đắng

Sản xuất Chymosin

Các nhà khoa học đã tách được gen tạo Chymosin từ động vật Sau đó người ta chuyển gen này vào trong vi khuẩn hoặc nấm để chúng tiết ra chymosin thông qua quá trình lên men Sau quá trình lên men thì các vi sinh vật này sẽ bị diệt hoàn toàn, để sản phẩm đảm bảo chứng chỉ an toàn không có nguồn gốc biến đổi gen

Các sản phẩm rennet thương mại: dạng lỏng – dạng bột – dạng viên

1.3 Giống khởi động

Vi khuẩn phổ biến nhất trong sản xuất pho mát là vi khuẩn lactic, vì chúng đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa đường sữa cơ bản, lactose thành acid lactic Quá trình acid hóa giúp việc phân tách sữa đông và whey dễ dàng hơn, đồng thời kiểm soát sự phát triển của các vi sinh vật không mong muốn trong pho mát Trong giai đoạn tạo pho mát, lactose sẽ giảm rất nhanh, sau 5 - 10 ngày lên men, trong ổ pho mát

sẽ không còn lactose

Có 2 loại vi khuẩn lactic thường được sử dụng trong quá trình acid hóa sữa:

-Vi khuẩn ưa ấm (Mesophilic) phát triển mạnh ở nhiệt độ phòng (25 - 400C) nhưng sẽ chết nếu nhiệt độ cao hơn Chúng được sử dụng trong sản xuất các loại pho mát mềm như Cheddar, Gouda, Colby

-Vi khuẩn ưa nhiệt (Thermophilic) phát triển mạnh ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 550C)

và thường sử dụng sản xuất các loại pho mát có mùi hăng như Parmesan, Romano, Gruyère

Các giống khởi động thường dùng:

-Lactococcus lactis subsp lactis

-Lactococcus lactis subsp cremoris

-Streptococcus salivarius subsp thermophiles

-Lactobacillus delbruckii subsp bulgaricus

-Lactobacillus helveticus

Ngoài ra Propionibacterium shermanii và Bifidobacterium spp dù không phải là vi

khuẩn lactic nhưng vẫn được sử dụng là giống khởi động

Hình thái Enterococcus dưới kính hiển vi sau khi nhuộm gram

(độ phóng đại 1000x)

Hình thái tế bào mô phỏng dưới kính hiển vi điện tử (độ phóng đại 10.000x)

Ngoài khả năng phát triển ở nhiệt độ 45oC, pH 9, chúng còn có thể phát triển ở nồng độ muối, muối mật cao Khả năng chịu nhiệt và sự nhạy cảm của chúng với các

tác nhân kháng sinh khá tương tự như lactococci

Vì một số chủng có khả năng gây bệnh, và đã là vi khuẩn nên chúng có khả năng trao đổi gen kháng kháng sinh, đặc biệt đối với chất kháng sinh glycopeptide (vancomycin và Teicoplanin), nên người ta lo ngại các chủng gây bệnh sẽ có được gen kháng kháng sinh này, ảnh hưởng cực kỳ tiêu cực đến thực phẩm lên men

1.3.2 Leuconostoc

Leuconostoc là tác nhân quan trọng quyết định hương vị cho một số sản phẩm

sữa lên men Leuconostoc mesenteroides subsp cremoris và Lecon Lactis là hai loài tiêu biểu trong các giống khởi động Không giống như lactococci, leuconostoc phát

triển trên môi trường thạch Rogosa (Billie và cộng sự, 1992; Mullan, 2000) và lên men không đồng nhất tạo ra CO2 từ glucose và fructose Đối với pho mát Cheddar, việc

Emmental thì lại không thể thiếu

Trên kính hiển vi, leuconostoc thường là cầu khuẩn gram dương, kích thước và

hình dạng (thường xuất hiện dưới dạng các cặp và các chuỗi ngắn) khá giống với

lactococci Tuy nhiên, các que nhỏ cũng có thể được tìm thấy khi leuconostoc phát

triển trên môi trường thạch Rogosa Không giống như lactococci, leuconostoc không

sinh ra khí ammonia từ arginine và tạo ra đồng phân dạng D của acid lactic

1.3.3 Steptococcus

Str thermophilus là loài duy nhất của chi Streptococcus được đem làm giống

khởi động Str thermophilus thuộc nhóm vi khuẩn ưa nhiệt, tăng trưởng ở nhiệt độ từ

45oC trở lên, và thường được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất sữa chua, pho mát Mozzarella, và trong một số loại pho mát khác Gần đây, có lẽ từ giữa những năm

1990, nó đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pho mát Cheddar

Giống như lactococci và leuconostocs, loài Str thermophilus có catalase âm

tính, hình cầu và thường xuất hiện theo cặp hoặc 1 chuỗi Chúng tiêu hóa glucose và sinh ra acid L-lactic, không sinh CO2 Một số chủng sinh urease, từ đó sinh CO2 từ urê

Str thermophilus nhạy cảm với nồng độ muối thấp (NaCl ~ 2%)

Str thermophilus không bị tiêu diệt hoàn toàn bởi quá trình thanh trùng ở mức

độ cao Vì thế nếu không may trong pho mát còn lại các chủng sinh urease thì sẽ xuất hiện các bóng khí trong lẫn ngoài ổ pho mát (Mullan, 2000) Trong quá trình khảo sát chủng làm giống khởi động cần phải xem xét đến khả năng sinh khí, làm đục ổ pho

mát của Str thermophilus

Khả năng sử dụng galactose của mỗi chủng là khác nhau Việc sử dụng các chủng không lên men galactose sẽ dẫn đến nồng độ đường galactose – một trong các loại đường khử, còn lại trong sản phẩm quá nhiều sẽ dễ tác dụng với amino acid thông qua phản ứng Maillard, làm thay đổi màu sắc của sản phẩm không theo ý muốn

Str Salivarius – cầu khuẩn thường được tìm thấy trong nước bọt, có bộ gen

tương tự với Str thermophilus (Scheifer et al 1991) Thế nên người ta cho rằng Str

thermophilus là một phân loài của Str Salivarius

1.3.4 Lactobacillus

Chủ yếu trong chi này là các loài trực khuẩn gram dương, catalase âm tính Một số loài sinh D-lactate từ glucose, một số thì L-lactate, một số sinh racemase để chuyển hóa

đồng phân D/L-lactate (do enzyme isomerase) Lactobacilli dùng làm giống khởi động

làm yoghurt và pho mát Mozzarella, Cheddar

Phân loài Lb delbrueckii subsp bulgaricus thường được dùng chung với Str

Thermophilus trong các quy trình làm yoghurt, sinh ra 2% (w/v) acid lactic trong sữa

Nhiệt độ tối ưu là 42oC và có thể sống sót ở nhiệt độ trên 45oC Không thể phát triển trong môi trường nồng độ muối thấp Nhạy cảm với muối mật

Lb.helveticus sinh ra một loại enzyme tương tự như enzyme proline-iminopeptidase,

nên có thể kiểm soát được vị đắng làm các loại pho mát ủ có vị ngọt hơn (như pho mát Emmental của Thụy Sĩ) Loài này chủ yếu phát triển ở 45oC

1.3.5 Lactococcus

Lactococcus lactis thuộc nhóm vi khuẩn acid lactic Vì trong chi Lactococcus,

nên Lc.lactis được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sữa ( giống khởi động ) Ngoài ra Lc lactis còn có thể dùng để lên men rau củ, bia, rượu, sốt và bánh mì.

Lc lactis cũng có nhiều biến thể kiểu hình, và đôi khi rất khó để phân biệt

chúng

Lactococcus lactis có 2 phân loài chính : lactis và cremoris.

- Lc.lactis lactis thường dùng để làm pho mát mềm và sản xuất enzyme

glutamate decarboxylase

- Lc.lactis cremoris thường được dùng để làm pho mát cứng.

Người ta phát hiện enzyme glutamate decarboxylase (GAD) chỉ có ở loài lactis, không có ở loài cremoris ( Nomura và Kobayashi, 2000 ) Cả 2 loài đều cần thiết trong sản xuất phó mát và nhiều sản phẩm sữa lên men khác

Tốc độ sinh trưởng của Lc lactis đối với các LAB khác trong nguồn đường

glucose, mannose, galactose, sucrose, lactose, glucosamine thì giống nhau Trong khi

fructose và mannitol thì thấp hơn Môi trường sinh trưởng thích hợp nhất cho Lc

Lactis là sữa ( Axelsson, 1998 )

Loài này lên men sữa bằng chủ yếu bằng cách sản xuất acid lactic từ đường lactose, lên men qua quá trình thủy phân casein và acid citric Như vậy sản phẩm cuối trong quá trình trao đổi chất của chúng và các enzyme đều ảnh hưởng gián/trực tiếp đến kết cấu và mùi vị sản phẩm ( sữa chua, kem, bơ, pho mát tươi, ).

1.4 Vi khuẩn lactic bất định - Non-starter lactic acid bacteria (NSLAB)

NSLAB là các vi khuẩn sinh lactic không tham gia vào quá trình acid hóa tạo sữa đông và thường có tự nhiên trong sữa qua sự nhiễm trong quá trình sản xuất

Số lượng NSLAB phát triển trong quá trình chín pho mát (Parmigiano Reggiano, Cheddar,…), quá trình chín kéo dài trong khoảng thời gian vài tuần và vài tháng

Beresford & Williams (2004) đã thống kê ra các NSLAB được tìm thấy trong hơn 50 loại pho mát NSLAB cũng ảnh hưởng đến đặc tính pho mát trong quá trình chín, nhưng vẫn chưa được xác định rõ ràng

Mức độ ảnh hưởng đến đặc tính của pho mát do NSLAB khá đa dạng: tiêu cực

– không ảnh hưởng – tích cực NSLAB bao gồm các chủng pediococci và chủ yếu là

lactobacilli

Các lactobacilli ưa ấm thường được phân lập từ pho mát là: L casei, L

plantarum và L rhamnosus (Fitzsimons et al., 1999; Coppola et al., 1997; Martley &

Crow, 1993)

Được biết, các hoạt động của proteinase của NSLAB có vẻ thấp hơn so với giống khởi động và đóng góp của chúng để thủy phân casein tương đối nhỏ (Lynch et al., 1997) Ngược lại các hoạt động của peptidase, ở một số chủng, góp phần vào sự thủy phân các peptide đắng thành peptide không đắng cùng với việc giải phóng các acid amine tự do (Gagnaire et al., 2001)

NSLAB có thể chuyển đổi đồng phân L- của lactate thành đồng phân D-, nhưng quá trình này không sinh năng lượng (Thomas & Crow, 1983) Sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men lactose, lactate, có thể được dị hóa thêm bởi một số NSLAB

Ví dụ, một số lactobacilli được phân lập từ pho mát Cheddar có thể oxy hóa

lactate thành acetate và CO2 trong điều kiện hiếu khí (Thomas, 1986; Thomas, 1987) Một số nguồn dinh dưỡng của NSLAB bao gồm citrate, ribose, và các acid amine (Williamsetal., 2000)

1.5 Giống thứ cấp

Trong quá trình ủ, một vài loại pho mát sẽ được cho vào thêm 1 giống nấm Nấm

sẽ sản xuất các protein tiêu hóa giúp phá vỡ các phân tử protein có kích thước lớn,

giúp pho mát mềm hơn Phổ biến là Penicillium roqueforti, chúng mọc xen ở trong ổ

pho mát, tạo thành các rãnh vân xanh, góp phần tạo mùi thơm nồng

Ở chương 3 – Cơ sở sinh hóa, ra sẽ hiểu rõ hơn về tác dụng của nấm thứ cấp lên pho mát

Chương 2 LỊCH SỬ PHO MÁT

Pho mát có một lịch sử lâu đời, nhiều nhà nghiên cứu tin rằng pho mát bắt đầu xuất hiện từ những 4000 năm trước

Không ai thực sự xác định được ai là người làm ra món pho mát đầu tiên Nhưng theo truyền thuyết cổ xưa, một thương gia người Ai Cập đã đựng sữa trong dạ dày cừu trong suốt chặn đường băng qua sa mạc của ông Các men dịch vị còn sót lại trong dạ dày, kết hợp với nhiệt độ ở sa mạc đã tách sữa ra làm hai phần – khối sữa (pho mát) và dịch whey Vô tình sản phẩm này đã cứu ông khỏi cả cơn khát và cơn đói trên sa mạc

Các bức họa cho thấy công nghệ làm pho mát có từ thời trung cổ

Thời bấy giờ, Ai Cập và Hy Lạp có một mối quan hệ mật thiết về chính trị nên món ăn mới lạ này nhanh chóng được phổ biến sang một đất nước khác Dưới bàn tay của những người thợ Hy Lạp và La Mã cổ, việc chế biến pho mát dần trở thành một thứ nghệ thuật trong ẩm thực Trong những ngôi nhà của người La Mã thậm chí còn có những khu riêng chỉ được dùng để làm pho mát Sau khi nghiên cứu ra kĩ thuật xông khói và thêm vào những hương vị khác nhau cho pho mát, người La Mã đã lan truyền những cách chế biến này ra khắp đế chế của mình

Mặc dù phần lớn pho mát được làm từ sữa bò, cừu hoặc dê nhưng ở một vài nơi, có những loại pho mát ra đời từ sữa của các động vật lạ Điển hình là một trang

trại ở Bjurholm, Thụy Điển dùng sữa nai sừng tấm làm pho mát và giá của nó cũng rất đắt: 1.000 USD/kg, vì lượng protein trong loại pho mát này vượt trội.

Sau sự sụp đổ của đế chế La Mã, pho mát đã bùng nổ thực sự với sự đa dạng về chủng loại cũng như mùi vị Theo thống kê của Hiệp hội Pho mát Anh Quốc, vương quốc Anh có đến xấp xỉ 700 loại pho mát khác nhau phân bố theo từng vùng miền Còn ở Pháp và ý có khoảng 400 loại Mùi vị, màu sắc và hình dáng đến từ nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm cả loại sữa dùng để làm pho mát, loại vi khuẩn hoặc axit dùng để lên men sữa, thời gian ủ, các loại phụ gia thêm vào, …

Ý là trung tâm làm pho mát của cả Châu Âu trong suốt thế kỷ thứ 10 Sau này được du nhập sang Mỹ vào năm 1620, và từ đây nhanh chóng lan rộng ra khắp thế giới Nhưng đến tận thế kỉ 18, công cuộc làm pho mát cũng chỉ là ngành công nghiệp trang trại địa phương Năm 1851, bước ngoặc mở đầu cho ngành công nghiệp chế biến pho mát - nhà máy làm pho mát đầu tiên của Mỹ được xây dựng tại quận Oneida, New York Và chỉ đến năm 1880, đã có 3923 nhà máy sữa trên toàn thế giới làm ra 98 ngàn tấn pho mát, thu về 17 triệu đô la

Hiện nay, hơn 1/3 lượng sữa ở Mỹ dung để sản xuất pho mát và đang tăng dần

để đáp ứng kịp nhu cầu của thị trường

Chương 3

CƠ SỞ SINH HÓA

Pho mát là một sản phẩm sữa lên men Bản chất của quá trình làm pho mát là chuyển sữa thành khối gel, sau đó loại bỏ pha lỏng, thu về pha rắn Pha rắn thu được chính là sản phẩm pho mát

Quy trình sản xuất pho mát bao gồm quá trình đông tụ casein trong sữa, sau đó sữa được tách ra thành hai phần: phần sữa đông sẽ được ướp muối, tạo hình bằng khuôn và ủ cho đến khi chín trong môi trường được kiểm soát, còn phần whey lỏng bị loại bỏ

3.1 Quá trình chuyển hóa lactose

Vì pho mát là một sản phẩm sữa lên men nên điểm mấu chốt trong quy trình sản xuất chính là sự trao đổi chất bởi các vi khuẩn lactic để tạo lactose thành lactate

Lactose có trong sữa sẽ nhanh chóng bị chuyển hóa thành L-lactate trong giai đoạn đầu của quá trình ủ chín pho mát, với tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ và tỷ lệ muối/độ ẩm (S/M) (Turner và Thomas 1980; Parente và Cogan 2004) Nồng độ lactose trong ổ pho mát ở khâu cuối cùng còn lại rất ít (0.8–1.0% ở pho mát Cheddar; Huffman và Kristoffersen 1984)

Lượng lactose còn sót lại, có thể tiếp tục được chuyển hóa bởi các giống vi khuẩn lactic thông thường khác (nonstarter lactic acid bacteria - NSLAB) Với một mật độ NSLAB lớn thì chúng có thể chuyền hóa đường lactose thành D-lactate hoặc chuyển L-lactate thành D-lactate

Sự axit hóa này không chỉ tới ảnh hưởng đến cấu trúc ban đầu của quện sữa mà còn ảnh hưởng tới chất lượng pho mát, bởi do pH quyết định khả năng hòa tan của casein Ngoài ra, pH còn gián tiếp tác động tới việc tổng hợp chất thơm: tạo ra hệ đệm quy định sự sinh trưởng của vi sinh vật và khả năng hoạt động của các enzyme trong quá trình ủ chín

Tùy theo giống khởi động mà lactose có thể được chuyển hóa theo 2 con đường sau đây:

Lên men glucose theo con đường phosphoketolase

Lên men glucose theo con đường Embden-Meyerhof (EM)

3.2 Quá trình chuyển hóa acid lactic - lactate

Lactate chuyển hóa từ lactose qua quá trình sinh trưởng của nhóm vi sinh vật khởi động trong quá trình ủ chín pho mát Lactate có thể bị oxy hóa theo các con đường khác nhau, tổng hợp nên các hợp chất thơm khác như acetate, ethanol, formate ở giai đoạn ủ chín Tuy nhiên, mức độ oxy hóa này phụ thuộc vào

hệ vi sinh vật và sự sẵn có oxy trong pho mát

Các con đường chuyển hóa lactate diễn ra trong quá trình ủ chín pho mát:

1) Racemic hóa

2) Chuyển hóa bởi Propionibacterium freudenreichii trong pho mát Thụy Sĩ

3) Oxy hóa lactate

4) Chuyển đổi thành formate, acetate, ethanol

5) Quá trình trao đổi chất kỵ khí: chuyển hóa lactate thành Butyrate và H 2

3.2.1 Racemic hóa

D-lactate có thể chuyển hóa trực tiếp từ lactose bởi vi khuẩn lactic hoặc bởi NSLAB hoặc bị racemic hóa Tốc độ racemic hóa L-lactate phụ thuộc vào NSLAB, ví

dụ pediococci racemic hóa lactate nhanh hơn lactobacilli (Thomas và Crow 1983)

Quá trình racemic hóa trong pho mát làm từ sữa tươi cũng diễn ra nhanh hơn so với sữa thanh trùng (McSweeney và Fox, 2004)

Quá trình racemic hóa lactate cần được quan tâm bởi vì độ hòa tan của lactate thấp hơn Ca-L-lactate (Thomas and Crow 1983; Dybing et al 1988) Từ đó quá trình racemic hóa sẽ kích thích sự kết tinh của Ca-D/L-lactate, làm cho pho mát xuất hiện các đốm trắng, đặc biệt thấy rõ trên bề mặt cắt

Ca-D/L-Những tinh thể Ca-DL-lactate hình thành trong ổ pho mát

Tuy những tinh thể này không gây hại cho sản phẩm, nhưng lại giảm tính cảm quan, khiến cho người tiêu dùng lo ngại(Dybing et al 1988)

Vì thế việc tăng lượng lactose trong sữa sẽ kích thích sự tăng trưởng của NSLAB, kéo theo sự kết tinh trắng trong pho mát (Pearce et al 1973; Sutherland và Jameson 1981), đồng thời giải phóng các liên kết Ca với casein (khi pH thấp hoặc nồng độ muối cao) hoặc giảm độ hòa tan của Ca-lactate (khi nhiệt độ ủ thấp; McSweeney và Fox 2004)

3.2.2 Chuyển hóa bởi Propionibacterium freudenreichii

Quá trình chuyển hóa lactate là không thể thiếu ở pho mátEmmental, yếu tố tạo

nên các bóng khí to đặc trưng trong ổ pho mát Người ta bổ sung một ít Pr

freudenreichii vào sữa và trong quá trình ủ với nhiệt độ tương đối cao, lactate sẽ biến

đổi thành propionate, acetate, CO2 và H2O (Piveteau 1999)

3.2.3 Oxy hóa lactate

Lactate có thể bị oxy hóa bởi vi khuẩn lactic thành các sản phẩm : acetate, ethanol, formate và CO2 (Fox et al 2000) Nhưng để quá trình này diễn ra phụ thuộc vào mật độ NSLAB và O2 có trong bao bì (Thomas 1987) Thế nên quá trình diễn ra rất hạn chế nếu ổ pho mát được đóng gói hút chân không bằng vật liệu bao bì không thấm

O2

Nhiều bóng khí tròn có trong một số loại pho mát

3.2.4 Chuyển đổi thành formate, acetate, ethanol

Sự chuyển hóa lactate trên bề mặt ổ pho mát là không thể thiếu đối với pho mát Camembert và Brie Trong quá trình ủ thì trên bề mặt ổ pho mát sẽ có vi khuẩn

Geotrichum candidum và nấm mốc sinh trưởng, sau đó là sự xuất hiện của Penicillium Camemberti (McSweeney and Fox 2004) G candidum và P camemberti nhanh chóng

chuyển hóa lactate thành CO2 và O2, khử acid trên bề mặt ổ pho mát Lúc này pH bên ngoài sẽ cao hơn bên trong ổ pho mát

Trong quá trình chín, NH3 sẽ sinh ra ở trên mặt (từ sự phân giải protein) và hòa vào trong ổ pho mát Do pH trên bề mặt tăng nên Ca3(PO4)2 sẽ kết tủa Khiến cho Ca2+

,

PO43- trong tâm khối di chuyển dần ra ngoài bề mặt Khiến cho ổ pho mát này mềm dần về phía bên trong, tạo nên nét đặc trưng của loại pho mát này

Một ổ pho mát Camembert

Diễn biến quá trình chín trong ổ pho mát Camembert

Ở loại pho mátLimburger, Tilsit và Münster, sự phát triển ban đầu của các nấm

kéo theo cả một hệ vi sinh vật khác trong đó có vi khuẩn Brevibacterium linens phát

triển khiến cho bề mặt ổ pho mát có màu đỏ-cam và bốc mùi mạnh mẽ

Pho mát Münster với bề mặt đỏ đặc trưng

3.2.5 Quá trình trao đổi chất kị khí

Với sự xuất hiện của Clostridium tyrobutyricum trong điều kiện kỵ khí đã

chuyển đổi lactate thành butyrate và H2, làm xuất hiện trường hợp “sinh khí muộn” Hiện tượng này làm cho pho mát bị nứt và làm mất hương vị (Fox et al 1990; McSweeney và Fox 2004) Trường hợp này xảy ra thường là do thời gian ngâm trong muối của pho mát chưa đủ lâu hoặc nồng đồ muối còn thấp, không ức chế hoàn toàn

được Clostridium tyrobutyricum Ngoài việc khắc phục yếu tố trên, ta còn phải vệ sinh

nơi chế biến tốt, bổ sung thêm lysozyme hoặc nitrate để ức chế bào tử vi khuẩn

Hiện tượng sinh khí muộn do vi khuẩn Clostridium tyrobutyricum gây nên

3.3 Sự phân giải chất béo

Chất béo trong thực phẩm có bị thủy phân hoặc bị oxy hóa Tuy nhiên, trong pho mát, chất béo ít bị oxy hóa (Fox và Wallace 1997; McSweeney và Sausa 2000; Collins và cộng sự 2003), mà chủ yếu là bị thủy phân

Triglycerides trong pho mát bị thủy phân bởi enzyme lipase nội sinh hoặc ngoại sinh cho ra các acid béo tự do trong suốt quá trình ủ chín Hầu hết triglycerides trong sữa động vật cấu tạo từ các acid béo chuỗi ngắn, khi được giải phóng sẽ góp phần tạo hương cho nhiều loại pho mát

Đối với một số loại pho mát cứng của Ý và pho mát xanh thì sự phân hủy chất béo diễn ra rất mạnh mẽ Còn đối với của pho mát Cheddar, Gouda và pho mát Thụy

Sỹ thì tốc độ phân hủy chất béo chậm sẽ góp phần vào quá trình chín Nhưng nếu quá thấp sẽ làm pho mát có mùi ôi (McSweeney và Sousa 2000; Collins và cộng sự 2003)

Hàm lượng acid béo tự do trong một số loại pho mát (mg/kg pho mát)

Ngoài việc trực tiếp tạo hương vị cho pho mát, các acid béo cũng là tiền chất quan trọng để sinh các hợp chất tạo hương dễ bay hơi

chất béo trong sữa mới vắt được bảo vệ khỏi tác động của LPL bởi màng MFGM (milk fat globule membrane) Lúc này các triglycerides trong sữa sẽ dưới dạng giọt lớn, đồng thời 90% LPL cũng còn liên kết với micelle Sau quá trình đồng hóa hoặc dưới tác động cơ học thì màng MFGM bị tổn thương, nên triglyceride dễ bị LPL thủy phân (Fox và cộng sự 2000)

LPL ưu tiên thủy phân triglycerides chứa các acid béo có chiều dài trung bình (C6 - C12) nằm ở 2 vị trí sn-1 và sn-3 (Olivecrona và cộng sự 2003; Collins và cộng

sự 2003) Sau quá trình thanh trùng hầu hết LPL sẽ bị bất hoạt Điều kiện cần để bất hoạt hoàn toàn LPL là gia nhiệt 78°C trong 10 giây (Driessen 1989) Vì thế ở các loại pho mát làm từ sữa tươi thì nên chú ý đến sự có mặt của loại enzyme này

3.3.2 Pregastric esterase

Rennet thương mại phổ biến sử dụng để sản xuất pho mát sẽ không có hệ enzyme lipase Tuy nhiên, rennet sử dụng trong sản xuất các loại pho mát cứng của Ý, như Provolone và nhiều loại pho mát Pecorino, Feta (pho mát truyền thống Hy Lạp) thì chứa hoạt tính lipase cao

Trong rennet ngoài chymosin thì còn có một lượng lớn PGE (pregastric esterase) - một enzyme có trong khoang miệng trôi theo dòng sữa vào bao tử bê Enzyme này hoạt động ở 32 - 42°C, pH 4.8 - 5.5 với sự có mặt của NaCl 0.5M (Colins

và cộng sự 2003)

PGE ester hóa triglycerides ở vị trí sn-3 (chủ yếu là các chuỗi ngắn) PGE đảm nhận quá trình chuyển hóa chất béo chính trong một số loại pho mát Ý cứng

3.3.3 Lipase từ vi sinh vật

Ở bề mặt của các ổ pho mát có ủ giống thứ cấp, người ta nhận thấy sự chuyển

hóa chất béo diễn ra mạnh mẽ (chẳng hạn như pho mát Münster với giống thứ cấp là

Brevibacterium linens) Lipases từ nấm men G candidum có trên bề mặt ổ pho mát tiết

ra hoạt động ở nhiệt độ 37°C, pH 7 (Baillargeon và cộng sự 1989)

Propionibacterium Freudenreichii có khả năng phân giải chất béo mạnh hơn vi

khuẩn lactic (Dupuis 1994), vì chúng có enzyme lipase nội bào hoạt động tối ưu ở pH 7.2 và nhiệt độ 47oC, chủ yếu chuyển hóa triglyceride có các chuỗi acid béo ngắn (Oterholm và cộng sự 1970)

Tuy nhiên, vi sinh vật trong pho mát có khả năng chuyển hóa chất chất béo

mạnh mẽ nhất đó là Penicillium spp – sống trong hoặc trên ổ pho mát Chẳng hạn như