Công nghệ Sản xuất sữa và đồ uống

CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn PHẦN MỘT: TỔNG QUAN VỀ PHÔ MAI Giới thiệu phô mai: Phô mai ( tiếng Anh – cheese, tiếng Pháp – fromage ) sản phẩm giàu dinh dưỡng chế biến từ sữa Theo phương pháp sản xuất truyền thống, người ta tiến hành đơng tụ casein sữa, sau tiến hành tách khối đông thu ( curd ) để chế biến tiếp thành phơ mai Hình 1: Một số loại phơ mai Hiện nay, giới có hành trăm loại phô mai Các sản phẩm phô mai khác cấu trúc, mùi vị, màu sắc, tiêu hóa lý vi sinh Quy trình cơng nghệ sản xuất phô mai rât đa dạng Phân loại: 2.1 Phân loại theo giá trị MFFB: Hàm lượng nước phô mai thường biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm lượng nước tổng khối lượng phô mai trừ béo, ký hiệu MFFB ( Moisture on Fat Free Basis ): Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn Bảng 1: Phân loại phô mai theo giá trị MFFB Loại sản phẩm Giá trị MFFB (%) Loại sản phẩm Phô mai cứng < 41 Phô mai bán mềm 61 ÷ 69 Phơ mai cứng 49 ÷ 56 Phô mai mềm >67 Phô mai bán cứng 54 ÷ 63 Hình 2: Phơ mai mềm Hình 4: Phơ mai cứng 2.2 Phân loại theo giá trị FDB: Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai Giá trị MFFB (%) Hình 3: Phơ mai bán mềm Hình 5: Phơ mai bán cứng CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn Lượng chất béo phô mai thường biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm lượng chất béo tổng khối lượng phô mai trừ béo, ký hiệu FDB (Fat on Dry Basis) Bảng 2: Phân loại phô mai theo giá tri FDB Lọai sản phẩm Giá trị FDB (%) Phơ mai có hàm lượng béo cao >60 Phơ mai có hàm lượng béo cao 45 ÷ 60 Phơ mai có hàm lượng béo trung bình 25 ÷ 45 Phơ mai có hàm lượng béo thấp 10 ÷ 25 Phơ mai gầy < 10 2.3 Phân lọai dựa vào q trình ủ chín: Dựa vào quy trình cơng nghệ sản xuất phơ mai có q trình ủ chín hay khơng dựa vào hệ VSV gây nên biến đổi giai đọan ủ chín sản phẩm, người ta chia phơ mai thành nhóm chính: Bảng 3: Phân loại phơ mai theo q trình ủ chín Loại sản phẩm Phơ mai tươi Đặc điểm • Khơng qua giai đoạn ủ chín • Có giai đoạn ủ chín q trình sản xuất • Hệ VSV tham gia q trình ủ chín: Vi khuẩn Vi khuẩn nấm mốc Các giai đoạn giai đoạn ủ chín diễn chủ yếu: Trên bề mặt khối phô mai Trong bề sâu khố phô mai Phô mai chín • - Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống Hình 6: Phơ mai tươi PGS TS Lê Văn Việt Mẫn Hình 7: White cheddar Ngịai cịn có loại phơ mai đặc biệt khác gọi phô mai nấu chảy, sản xuất từ số loại phô mai khác Cấu trúc: Tùy vào quy trình sản xuất mà loại phơ mai có cấu trúc đặc trưng riêng nó, nhìn chung ba dạng: mềm, bán mềm, cứng PHẦN HAI: Q TRÌNH Ủ CHÍN TRONG SẢN XUẤT PHƠ MAI Những biến đổi nguyên liệu: 1.1 Biến đổi sinh học: Các VSV có khối đơng bao gồm nhóm vi khuẩn, nấm men nấm sợi tiếp tục thực trình trao đổi chất suốt giai đọan ủ chín Tuy nhiên, tốc độ biến đổi sinh học diễn chậm nhiệt độ q trình ủ chín thấp Đối với phơ mai cứng sử dụng nhóm vi khuẩn lactic nhóm vi khuẩn propionic Đối với phô mai mềm bán mềm người ta sử dụng vi khuẩn lactic, nấm men nấm sợi Nếu có cấy nấm sợi Penicillium Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn bề mặt, bào tử phát triển thành khuẩn ty thể bề mặt phô mai, làm xuất đốm xanh lấm khắp bề mặt sản phẩm Nếu nấm sợi cấy bề sâu khối phô mai, bào tử nấm sợi phát triển thành khuẩn ty thể mọc theo chiều dọc mao quản hình thành q trình xâm khối đơng, tạo gân xanh đặc trưng cho sản phẩm Hình 8: Phơ mai xanh Trong trường hợp không tuân thủ nghiêm ngặt thông số công nghệ điều kiện vệ sinh không đảm bảo, khối đơng tụ bị nhiếm VSV lạ nhóm vi khuẩn gây thối Sự trao đổi chất chúng gây nên biến đổi xấu, làm giảm giá trị dinh dưỡng giảm giá trị cảm quan sản phẩm phô mai 1.2 Biến đổi hóa sinh hóa học: _ Đường lactose tiếp tục chuyển hóa thành acid lactic nhiều sản phẩm phụ khác Những biến đổi nhóm vi khuẩn lactic thực _ Protein bị thủy phân phần xúc tác nhóm enzyme protease Các protease khối đông chủ yếu nấm sợi vi khuẩn lactic sinh tổng hợp nên Rennet họat động tạo sản phẩm polypeptide chất cho protease VSV xúc tác _ Sự phâm hủy số acid amin tự khối đông tạo sản phẩm NH 3, CO2, H2S… gây mùi khó chịu cho phơ mai thành phẩm Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn _ Thủy phân lipid xúc tác hệ enzyme, nấm sợi Enzyme lipase thủy phân triacylglycerid thành glycerol acid béo Một số acid béo bị phân giải tạo methylketon phô mai vân xanh 1.3 Biến đổi vật lý: Có tượng tỏa nhiệt sinh trưởng VSV Do đó, q trình ủ chín ta cần làm thống khí phịng ủ để đuổi nhiệt, đuổi CO2và cung cấp oxy cho nấm sợi phát triển Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình ủ chín phơ mai: Q trình ủ chín phơ mai phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, VSV, thời gian ủ, môi trường ủ, thành phần khối đông, cách tiến hành… Tùy loại mà có sử dụng yếu tố cho thích hợp Nhiệt độ: tùy vào loại phô mai cần sản xuất mà sử dụng khoảng nhiệt độ ủ định Nhiệt độ khơng xác làm thay đổi trình ủ, cấu trúc sản phẩm, xảy phản ứng không cần thiết cho sản phẩm, vô hoạt enzyme VSV làm phát triển q nhanh Ví dụ: với phơ mai Camembert phải ủ nhiệt độ 12 ÷ 13 0C, phơ mai Bleu des Causses ÷ 110C, phơ mai Cheddar ÷ 80C Độ ẩm khơng khí phịng ủ loại phô mai phải khác Ví dụ: phơ mai Camembert 95%, phơ mai Bleu des Causses 90 ÷ 95%, phơ mai Cheddar khơng lớn 80% Thời gian ủ ảnh hưởng đến độ cứng sản phầm, loại phô mai mềm bán mềm thời gian ủ ngắn hơn, loại phô mai cứng thời gian ủ dài Ví dụ: phơ mai Camembert trung bình 8÷9 ngày, phơ mai Bleu des Causses 20 ÷ 25 ngày, phơ mai Cheddar 4÷10 tháng Đồng thời, hệ VSV, enzyme có thời gian xúc tác biến đổi hóa học, vật lý trình ủ đến giai đoạn cần thiết để tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm Môi trường ủ: ln ln thống khí để đuổi nhiệt cho nhiệt độ trình ủ ổn định, đuổi CO 2, cung cấp oxy cho nấm sợi, nấm mốc phát triển vô trùng để ngăn ngừa nhiễm VSV có hại cho trình ủ sản phẩm Thành phần nguyên liệu phải thích hợp, hệ VSV sử dụng với loại phơ mai Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn Ngoài ra, tiến hành ảnh hưởng nhiều đến trình ủ Tùy loại, tùy nơi ủ mà để yên q trình ủ hay phải lật ngược khối đơng để đảm bảo độ đồng cao cấu trúc mùi vị PHẦN BA: ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT CAO ĐẾN Q TRÌNH Ủ CHÍN CỦA PHƠ MAI Sự chín phơ mai Cheddar bao gồm thay đổi vi sinh sinh học Enzim thủy phân protein, đường, chất béo đóng nhiều vai trị Sự xuất peptit amino axit, kết việc thủy phân casein, cần thiết cho việc đạt hương vị cấu trúc đặc trưng phô mai Cheddar Nguồn cung cấp enzim thủy phân protein phơ mai Cheddar xuất phát từ enzim có sữa, chất đơng tụ, vi sinh vật lên men không lên men Chimosin chịu trách nhiệm ban đầu suốt q trình chín Plasmin, enzim sữa tự nhiên, tham gia vào trình Những enzim sản sinh peptit Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn có kích thước lớn trung bình Canh trường lên men, vi khuẩn Lactococcus lastic, có enzim ngoại bào thủy phân protein, hệ thống enzim peptidase nội bào đặc trưng CEP thủy phân peptit có phân tử lượng trung bình thành peptit có phân tử lượng thấp, mà sau bị phân thành amino axit tự enzim peptidase nội bào sau xâm nhập vào tế bào phân giải tế bào Sự thủy phân peptit khơng xảy nhanh chóng bắt đầu có phân hủy vi khuẩn, kết giải phóng enzim peptidase nội bào Thời gian: Phô mai xử lý HP sau ngày khơng có ảnh hưởng đáng kể thành phần chung so với phô mai xử lý HP sau 14 ngày Phần trăm độ ẩm, chất béo, protein tương ứng 37.31%, 29.06%, 26.83%, phô mai thường, 37,75%, 28.78%, 26.78% phô mai qua xử lý HP Nhưng thời gian chín phơ mai rút ngắn đáng kể, chẳng hạn phô mai cheddar, bình thường thời gian ủ chín khoảng tháng, ta ủ chín với áp suất khoảng 50 Mpa 25oC thời gian chín khoảng ngày Vi sinh vật: Số lượng chất hai trường hợp tăng đáng kể suốt giai đoạn ủ chín180 ngày Xu hướng phù hợp phô mai Cheddar (Morgan, O’Sullivan, Ross & Hill, 2002; O’Connor cộng sự, 2002; Hannon cộng sự, 2003), đặc trưng số yếu tố sau: tiêu hao nguồn lượng cho phản ứng bậc 1(lactose), tự phân, ức chế muối (Farkye, 2000; Beresford, Fitzsimons, Brennan, & Cogan, 2001) Trái ngược với nồng độ chất, tổng số vi khuẩn lactic khơng có sẵn sữa tăng cách đáng kể hai trường hợp thời gian ủ chín 180 ngày Phương thức tác động HP gây nên vô hoạt VSV không giải thích cách đầy đủ xem kết hợp nhiều yếu tố, bị chi phối yếu tố riêng lẻ (O’Reilly, O’Connor, Kelly, Beresford & Murphy, 2000; Linton, McClements & Patterson, 2001), yếu tố bao gồm gia tăng độ thẩm thấu màng tế bào ức chế enzim cần thiết cung cấp cho trình tái sinh sản tồn tế bào vi khuẩn Ngồi ra, phơ mai, giai đoạn ủ chín có xử lý HP ảnh hưởng mức độ khác VSV Tế bào vi khuẩn pha sinh trưởng nhạy cảm với xử lý HP tế Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn bào pha cân Xử lý HP sử dụng điều khiển phát triển vi khuẩn phô mai Tuy nhiên, nhà khoa học tìm hiểu rõ hình thái khác vi sinh vật chế chuyển hóa hình thái, họ nhận thấy xuất bào tử chịu nhiệt trạng thái tĩnh nguyên nhân gây hư hỏng Vấn đề quan trọng khả chuyển hóa trở lại trạng thái tế bào sinh dưỡng bền hoạt động nhiều chúng pH pH phô mai chịu ảnh hưởng đáng kể thời gian ủ chín, giảm phô mai ủ 42 ngày, tiếp tục thay đổi ngày thứ 90, sau tăng lên kết thúc q trình ủ chín Nghiên cứu tương tự cho phơ mai Cheddar báo cáo Fenelon Guinee (2000) pH phô mai xử lý áp suất cao tăng đáng kể ngày thứ 42, thay đổi khoảng ngày 42 tới ngày 90, tiếp tục tăng ngày thứ 180 pH phô mai chịu ảnh hưởng đáng kể cách xử lý áp suất, tương tác qua lại thời gian ủ chín cách xử lý áp suất Điều có nghĩa giá trị pH ứng với phô mai qua xử lý áp suất cao 0.05 giá trị pH ứng với phô mai thường ngày lấy mẫu Sự tăng pH phô mai Cheddar qua xử lý áp suất báo cáo trước Serrrano, Velazquez, Lopetcharat, Ramírez, & Torres, 2004) đăc trưng số yếu tố sau: Việc gia tăng phân ly nhóm ion (ví dụ nhóm carboxyl) protein, nguyên nhân thay đổi nồng độ ion H+ tự (Sheehan cộng sự, 2005) Sự vơ hoạt vi khuẩn trước acid hóa hoàn thành (Saldo cộng sự, 2003; Serrano cộng sự, 2004) Thêm vào đó, khả sản xuất acid vi khuẩn lactic bị ức chế việc xử lý HP (≥200MPa), chí khơng có khả tồn tế bào cách rõ ràng Những giá trị pH cao mẫu phô mai qua xử lý HP nghiên cứu phù hợp với giảm tổng lượng vi khuẩn tổng lactate Hoạt động chimosin plasmin: Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn Hoạt động chimosin (enzim ngoại bào proteinase), plasmin (enzim nội bào peptidase), enzim từ vi khuẩn Lactococcus (enzim phân hủy đường) định sau phút đặt vào áp suất cao đến 800MPa Plasmin không bị ảnh hưởng cách xử lý áp suất Hoạt động chimosin không bị ảnh hưởng đến áp suất 400MPa bị giảm áp suất từ 500 - 800 MPa 5% hoạt động điều khiển chimosin trì cũ áp suất cao 800 MPa Hoạt động enzim proteinase ngoại bào từ vi khuẩn Lactococcus (CEP) enzim nội bào peptinase tiết dịch chiết tế bào tế bào chịu áp Áp suất 100 MPa làm tăng hoạt động CEP, ngược lại 200 MPa khơng bị ảnh hưởng Ở 300 MPa, hoạt động CEP bị giảm, từ 400 - 800 MPa vô hoạt enzim Aminopeptidase N không bị ảnh hưởng áp suất từ 100 -200 MPa Tuy nhiên, áp suất 300 MPa làm giảm hoạt động enzim cách đáng kể, từ 400 - 800 MPa vơ hoạt enzim Hoạt động aminopeptidase C tăng tăng áp suất đến 700 MPa Áp suất cao không ảnh hưởng đến hoạt động aminopeptidase A mức Sự thủy phân Lys-Ala-ρ-NA tăng gấp áp suất đạt 300 MPa, bị triệt tiêu áp suất từ 400800 MPa Hoạt động enzim thủy phân đường tế bào chịu áp ước lượng chung việc xác định độ acid acid lactic sản xuất dịch chiết tế bào có mặt đường glucose Độ acid chuẩn sản sinh mẫu áp suất 100 200 MPa tăng cách chậm chạp so với điều khiển Ở 300-800 MPa, khơng có sản phẩm acid quan trọng ý đến Cách xử lý áp suất phô mai kéo theo việc thay đổi họat động enzim q trình ủ chín, vi khuẩn L.lactis cung cấp để sản sinh chất mồi yếu với thay đổi biên dạng enzim Sự thủy phân protein: Ảnh hưởng điều kiện xử lý áp suất cao đến phân giải protein trình ủ chín phơ mai Cheddar nghiên cứu phép phân tích phản ứng bề mặt Bản phác họa khơng gian quay hợp chất bậc (CCRD) sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng áp suất thời gian ủ chín tương ứng 70-400MPa 3.5-81.5 25 0C Phép phân tích urea-PAGE chứng minh phá hủy αs1-casein sản phẩm kèm theo αs1-I-casein, tăng thêm xử lý áp suất 100MPa khoảng 10 25 0C Sự tích lũy αs1-I-casein không tăng thêm áp suất lớn 225MPa từ 350-400MPa, tích lũy giảm Mơ hình tuyến tính chứng minh xử lý áp suất nhỏ 150MPa cho kết tăng cao tất giá trị áp suất pH 4.6-SN/TN Khi thời gian điều áp tăng áp suất nhỏ 150MPa, mức áp suất tạo pHẢnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai 10 CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn 4.6SN/TN phô mai tăng Tuy nhiên, nói chung, HP làm giảm amino acid tự Kính hiển vi quét tiêu điểm tia laser có khác cấu trúc phô mai Cheddar xử lý áp suất từ 350-400MPa phô mai trữ 25 0C 80C Nói tóm lại, phơ mai Cheddar, ứng dụng áp suất thấp tương đối làm tăng mức độ thủy phân bậc protein Tuy nhiên, nhiệt độ điều nén yếu tố định quan trọng ảnh hưởng tổng thể HP tới thủy phân protein phô mai Cheddar Bảng phân tích điện di đồ urê mẫu phơ mai dựa phương pháp xử lý áp suất việc áp dụng ngưỡng áp suất thấp (50-100MPa) làm tăng thoái biến αs1-CN tích lũy αs1-I-CN Mức tăng cao hình thành αs1-I-CN thể rõ áp suất lớn 100MPa 70 Tuy nhiên, tỷ lệ ảnh hưởng xuất cách tương áp suất khác nhiệt độ, ví dụ quan sát cách so sánh ảnh hưởng khác mức áp suất lên mẫu phô mai trữ 250C 80C Ở áp suất cao việc tăng phá hủy αs1-CN không rõ ràng: 225MPa ảnh hưởng áp suất đến αs1-I-CN không đáng kể, 350 – 400MPa, có giảm việc tích lũy αs1-I-CN, có liên quan đến mẫu trữ 25 0C Khơng có tích lũy đáng kể β-CN thoái biến γ-CN quan sát thấy xử lý mẫu phô mai áp suất Phân tích urê mẫu phơ mai xử lý áp suất mẫu trữ 25 0C 80C nhiệt độ áp suất xử lý tiến hành (tức 25 0C) chiu trách nhiệm cho tỷ lệ xác nói chung tăng αs1-I-CN thể rõ ràng cách xử lý áp suất thấp 225MPa Sự tăng sản phẩm αs1-I-CN báo cáo O’Reilly cộng (2000) với chủ đề phô mai xử lý 50MPa ngày 25 0C Kết mô hình thí nghiệm %pH 4.6-SN khẳng định nhiệt độ áp suất điều trị tiến hành góp phần đáng kể đến ảnh hưởng nói chung áp suất cao đến thủy phân protein Việc xử lý phô mai 100MPa 25 0C cho kết cao thủy phân protein αs1-CN Trên 225MPa, điều áp khơng gây ảnh hưởng ảnh hưởng tiêu cực đến thủy phân bậc protein αs1-CN mà không phụ thuộc vào thời gian xử lý Thí nghiệm với %pH 4.6-SN/TN chứng minh giá trị áp suất 150MPa làm gia tăng Ảnh hưởng HPP đến q trình ủ chín phơ mai 11 CN Sản xuất sữa đồ uống PGS TS Lê Văn Việt Mẫn thông số thủy phân protein cách lớn nhất, có liên quan đến mẫu trữ 25 0C Nói chung, việc tăng cấp độ thủy phân protein giới hạn %pH 4.6-SN/TN thực áp suất thấp tương đối (