- Nitơ
2.6 HỆ VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT YAOURT
2.6.1 Giới thiệu về vi sinh vật điển hình trong sản xuất yaourt
Chất lượng yaourt phụ thuộc nhiều vào chất lượng của vi sinh vật sử dụng. Đối với từng loại yaourt, người ta dùng các chủng khác nhau, đảm bảo cho yaourt có mùi vị đặc trưng.
Hai giống vi sinh vật chủ yếu trong sản xuất yaourt là vi khuẩn lactic Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus.
Streptococcus thermophilus (ST) là vi khuẩn gram (+), yếm khí, lên men đồng hình. ST có thể tồn tại ở nhiệt độ 60oC trong 30 phút, nhưng không phát triển ở nhiệt độ dưới 10oC. Nhiệt độ tối thích của ST là 37oC nhưng khi kết hợp với Lactobacillus bulgaricus thì nhiệt độ lên men là 42oC.
Lactobacillus bulgaricus (LB) là vi khuẩn gram (+), yếm khí, lên men dị hình tức là ngoài acid lactic còn tạo các hợp chất mùi. Nhiệt độ tối thích của LB là 45oC nhưng đối với sản phẩm yaourt thì nhiệt độ 42 - 43oC được áp dụng nhằm trung hòa với nhiệt độ tối thích của ST (37 - 40oC). LB có khả năng chịu acid tốt hơn ST.
Lactobacillus bulgaricus Streptococcus thermophilus
(Nguồn: http://www.probiotic-cn.com) (Nguồn: home.snafu.de)
Hình 2.6 Hình dạng của vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus.
2.6.2 Sử dụng kết hợp hai giống LB và ST cho quá trình lên men yaourt
Bảng 2.4 Sự kết hợp 2 giống LB và ST trong quátrình lên men yaourt.
Lactobacillus bulgaricus Streptococcus thermophilus
Chịu acid tốt hơn nên tiếp tục tiến trình lên men để đạt độ acid yêu cầu cho sản phẩm.
Quá trình lên men dị thể tạo ra nhiều chất mùi thích hợp.
Tạo ra các acid amin và peptide phân tử lượng thấp kích thích ST.
Lên men đồng thể tạo acid lactic là chủ yếu cho sản phẩm rút ngắn thời gian lên men, nhưng bị ức chế sớm do acid sinh ra.
Tạo acid formic và CO2 kích thích LB.
(Nguồn: Dương Thị Phượng Liên, 2006)
Khi kết hợp hai vi khuẩn LB và ST trong lên men yaourt thì lượng acid và mùi vị sinh ra nhiều hơn so với hai vi khuẩn phát triển riêng lẽ. LB làm dễ dàng cho sự phát triển của ST, LB có chứa enzyme phân giải protein nên có khả năng phân tách một số acid amin từ casein. Các acid amin này có vai trò như chất kích thích hoạt động cho loài ST.
2.7 QUÁ TRÌNH SINH HÓA TRONG SẢN XUẤT YAOURT2.7.1 Sự chuyển hóa đường lactose trong quá trình lên men 2.7.1 Sự chuyển hóa đường lactose trong quá trình lên men
Lactose được coi là nguồn năng lượng cần thiết cho vi khuẩn trao đổi chất, cũng như là nguồn gốc tạo nên hàng loạt các phản ứng tổng hợp các chất. Quá trình sinh hóa chủ yếu trong lên men yaourt là đường lactose đầu tiên được chuyển hóa thành một phân tử glucose và một phân tử galactose dưới tác dụng của enzyme lactase. Sau đó đường đơn này chuyển thành acid piruvic và cuối cùng chuyển thành acid lactic theo hình 2.7.
Hình 2.7. Tóm lược sự chuyển hóa các chất trong quá trình lên men sữa
(Nguồn: Dương Thị Phượng Liên, 2000).
Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm Lactose Glucose Galactose Sản phẩm trung gian Acetoin CH3COCHOHC H3 Acetaldehyde CH3CHO Acid pyruvic CH3COCOOH
Acid Lactic Acid Lactic CO2 + CH3COOH
Lên men dị thể Diacetyl CH3COCH3 C2H5COOH + CO2, CH3CHO + 1/2O2 + 1/2O2 + 2H + H2O + 2H Lên men đồng thể 17
Trong quá trình lên men lactose, nhiều chủng vi khuẩn không chỉ sản sinh ra lactic acid mà còn cho hàng loạt các sản phẩm khác như acid hữu cơ (acetic, probiomic, sucinic..), rượu, ester, CO2. Dựa vào các sản phẩm của quá trình lên men mà vi khuẩn được chia thành hai loại là vi khuẩn đồng hình và vi khuẩn dị hình.
2.7.2 Biến đổi sinh hóa trong yaourt
Chuyển hóa sinh học có ý nghĩa nhất trong sữa do nhóm vi khuẩn lactic gây nên. Ngoài sản phẩm chính là acid lactic, quá trình lên men đường lactose còn cho nhiều sản phẩm phụ khác là các acid dễ bay hơi, rượu, eter, acetone và diacetyl.
Bảng 2.5 Các quá trình biến đổi sinh hóa chính trong quá trình lên men yaourt
Chất tham gia Các biến đổi
1. Trao đổi chất carbohydrate
Lactose bị thủy phân trong tế bào vi khuẩn bằng enzyme β–D Galactosidase tạo thànhg glucose và galactose. Glucose được sử dụng chủ yếu để tạo thành acid lactic.
Tạo thành phần mùi trong yaourt do bởi quá trình lên men của đường sữa như: acetaldehyde, aceton, acetoin, diacetyl,….
2. Biến đổi protein
Giống vi khuẩn trong sản xuất yaourt có khả năng thủy phân protein ở mức độ thấp tạo thành các peptide và acid amin, các chất này tham gia vào các phản ứng hóa học tạo thành các hợp chất mùi. Cả Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus đều tạo được enzyme peptidase phân giải protein, protide tạo thành các peptide. Kết quả của quá trình thủy phân protein là tạo thành nhiều amino acid tự do
3. Thủy phân chất béo
Vi khuẩn lên men yaourt cũng có thể phân giải lipid, đặc biệt đối với triglyceride mạch ngắn. Các sản phẩm phân giải gây mùi cho yaourt.
4. Các thành phần khác.
Gia tăng về các thành phần niacin, acid folic trong quá trình lên men. Các vitamin khác như vitamin B1, B12, B6, B5 bị phân hủy khá nhiều
(Nguồn: Dương Thị Phượng Liên, 2006)
2.8 QUY TRÌNH SẢN XUẤT YAOURT TRÁI CÂY2.8.1 Quy trình sản xuất yaourt trái cây 2.8.1 Quy trình sản xuất yaourt trái cây
Hình 2.8 Quy trình sản xuất yaourt trái cây
(Nguồn: Lê Văn Việt Mẫn, 2004)
2.8.2 Thuyết minh quy trình
2.8.2.1 Chuẩn hóa hỗn hợp sữa trước lên men
Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm Nguyên liệu Vi khuẩn lactic Đồng hóa Xử lý nhiệt Làm nguội tới nhiệt độ lên men
Lên men Làm lạnh và phối trộn mứt trái cây Vô bao bì Và bảo quản Chuẩn hóa - hiệu chỉnh
hàm lượng chất khô
Chuẩn hóa để điều chỉnh các thành phần trong dịch sữa đạt yêu cầu trước khi chế biến. Tổng lượng CKKB tối ưu cho quá trình lên men là 14 - 16% (Bourgeois, 1989). Thực tế mỗi nhà sản xuất sẽ chọn một giá trị thích hợp cho sản phẩm của mình. Thông thường hàm lượng CKKB của sữa tươi là 8 - 12%. Để tăng hàm lượng CKKB trong sữa tươi, chuẩn bị cho quá trình lên men ta có thể thực hiện một trong các cách sau:
- Cô đặc sữa trong điều kiện chân không để làm bay hơi đi một lượng nước nhấtđịnh. Thể tích sữa sau quá trình cô đặc thường giảm 10 - 20%. Khi đó tổng hàm định. Thể tích sữa sau quá trình cô đặc thường giảm 10 - 20%. Khi đó tổng hàm lượng chất khô trong sữa tăng 1,5 - 3,0%.
- Bổ sung thêm một lượng sữa gầy vào sữa tươi, hàm lượng bột sữa gầy sử dụngthường không cao hơn 3%, so với khối lượng sữa tươi. thường không cao hơn 3%, so với khối lượng sữa tươi.
- Bổ sung sữa cô đặc vào sữa tươi.
Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và thiết bị sẵn có mà phương pháp thích hợp có thể được lựa chọn (Lê Văn Việt Mẫn, 2004).
2.8.2.2 Đồng hóa
Đồng hóa là quá trình tách hạt chất béo thành những hạt nhỏ hơn, đường kính nhỏ hơn 1µm, do đó làm chậm hoặc ngăn chặn sự tách lớp của béo sữa. Giai đoạn này
làm hòa tan hoàn toàn các nguyên liệu bột khô như sữa bột, chất ổn định, do đó làm giảm nguy cơ kết dính các nguyên liệu trong quá trình lên men, và giúp các cầu béo phân bố đều vào chất nền protein trong quá trình đông tụ.
Đồng hóa sữa làm giảm sự tác động tới khả năng tách nước và sản phẩm trở nên trắng hơn, đồng nhất hơn (Lee WJ and Lucey JA, 2010). Nguyên lý của quá trình đồng hóa là quá trình được thực hiện bằng cách sử dụng áp suất cao đẩy sữa qua những khe hẹp (có kích thước chỉ vừa lớn hơn giọt béo), trong thiết bị đồng hóa cầu mỡ chuyển động từ vùng có tốc độ thấp vào vùng có tốc độ cao, phần phía trước của cầu mỡ đi vào khe bị kéo căng và từng phần của nó bị đứt khỏi cầu mỡ. Tốc độ càng lớn thì cầu mỡ bị kéo càng mạnh gần như thành sợi chỉ và khi đó thu được các cầu mỡ có kích thước nhỏ hơn. Mức độ phân chia của cầu mỡ phụ thuộc vào áp suất. Nên đồng hóa sữa ở nhiệt độ 60 - 85oC.
2.8.2.3 Xử lý nhiệt
Xử lý nhiệt nhằm phá hủy một phần hay hoàn toàn vi sinh vật hiện diện trong sữa. Quá trình này cũng làm mất một phần hay hoàn toàn hoạt tính của enzyme hiện diện trong sữa. Xử lý nhiệt dịch sữa trước lên men đã loại hết lượng oxy vì vậy các vi sinh vật hiếu khí cạnh tranh với LB và ST cũng bị tiêu diệt. Do đó, lượng acid sinh ra trong dịch sữa được xử lý nhiệt sẽ nhiều hơn lượng acid sinh ra từ sữa thanh trùng hay sữa thô.
Trong xử lý nhiệt sữa, có hai phương pháp thường được áp dụng vào sản xuất, thứ nhất là phương pháp nhiệt độ cao, thời gian giữ nhiệt ngắn (high temperature short holding– HTSH), sữa được làm nóng qua các đĩa trao đổi nhiệt và được giữ trong các ống có khả năng giữ nhiệt cao để tăng nhiệt độ tới 90 - 95oC trong thời gian 5 - 10 phút. Thứ hai là phương pháp nhiệt độ thấp (low temperature holding–LTH), sữa được đun nóng trong hệ thống gia nhiệt tới 80 - 85oC và giữ nhiệt 30 phút. Phương pháp HTSH là phương pháp được sử dụng trong sản xuất quy mô lớn vì thời gian ngắn và tiết kiệm năng lượng cho giữ nhiệt, nhưng LTH lại là một trong những yếu tố xử lý quan trọng giúp yaourt có cấu trúc tốt. Ngoài hai phương pháp trên, sữa còn được xử lý ở nhiệt độ cao như tiệt trùng UHT, phương pháp này làm yaourt có độ nhớt và độ bền gel thấp, nhưng sản phẩm ít bị tách nước hơn các phương pháp xử lý nhiệt thông dụng khác (Tamine và Robinson, 1999).
2.8.2.4 Lên men và sự đông tụ sữa trong quá trình lên men yaourt.
Sau khi xử lý nhiệt, sữa được làm lạnh xuống nhiệt độ 42 - 43oC và thêm men giống thương mại (kết hợp 2 giống ST và LB). Lượng men giống thêm vào tùy thuộc vào dạng men là lỏng hay khô. Đối với yaourt khuấy, cần giảm lượng giống đồng thời giảm nhiệt độ lên men. Thời gian lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại vi khuẩn, lượng chủng và có thể kéo dài từ 3 giờ - 20 giờ.
Nhiệt độ lên men là nhiệt độ thích hợp cho loài vi khuẩn nào đó phát triển. Khi chủng là hỗn hợp các loại vi khuẩn thì nhiệt độ thích hợp phụ thuộc vào tỉ lệ giữa các loai vi khuẩn đó. Nhiều nghiên cứu cho thấy yaourt sẽ đạt tiêu chuẩn tốt nhất (pH, mùi vị, hương thơm) khi tỉ lệ cocci/bacilli là 1:1 hoặc 2:1. Khi tỉ lệ bacilli cao hơn cocci dẫn tới yaourt sẽ có mùi chua do độ axit quá cao (Lâm Xuân Thanh, 2004).
Nhiệt độ ủ thấp dẫn đến thời gian lên men kéo dài, nhưng cấu trúc cứng chắc và độ nhớt tăng lên, sản phẩm ít bị tách nước, không bị đóng thành khối khi khuấy. Nhiệt độ lên men cao cũng làm hình thành khối đông nhưng dễ dẫn đến sự tách nước do sự acid hóa diễn ra quá nhanh làm cho cấu trúc đông tụ nhanh, các phân tử protein dày đặc nên giảm khả năng giữ nước. Nhìn chung lên men nhiệt độ thấp cho sản phẩm có cấu trúc tốt hơn lên men nhiệt độ cao, tuy nhiên nhiệt độ thấp làm giảm sự sản sinh các hợp chất mùi của vi khuẩn lactic nhưng ảnh hưởng này có thể được khắc phục bằng cách bổ sung mùi.
2.8.2.5 Làm lạnh
Làm lạnh là phương pháp dùng để đình chỉ hoạt động của vi khuẩn lactic và enzyme của nó. Làm lạnh trực tiếp khối đông sau khi sản phẩm đạt pH = 4,6 (tùy vào từng loại yaourt). Có hai phương pháp làm lạnh là làm lạnh 1 giai đoạn và làm lạnh 2 giai đoạn.
Làm lạnh 1 giai đoạn: làm lạnh dần từ nhiệt độ ủ tới nhiệt độ yêu cầu trước khi rót (hoặc bổ sung màu, mùi), ít sử dụng vì dễ hư cấu trúc.
Làm lạnh 2 giai đoạn: giai đoạn 1 hạ nhiệt độ của khối đông từ nhiệt độ lên men tới 20oC trước khi bổ sung mứt trái cây. Giai đoạn 2 làm lạnh xuống nhiệt độ yêu cầu (Dương Thị Phượng Liên, 2006). Làm lạnh nhanh hay chậm sẽ xác định độ acid cuối của sản phẩm và chế độ làm lạnh có thể ảnh hưởng đến cấu trúc gel của yaourt. Làm lạnh nhanh có thể dẫn đến sản phẩm bị tách nước, vì hạ nhiệt đột ngột làm các liên kết trong khối đông của protein bị co lại quá nhanh, điều này ảnh hưởng tới khả năng liên kết với nước.
2.8.2.6 Phối trộn
Theo quy trình sản xuất yaourt trái cây, công đoạn bổ sung và khuấy trái cây là giai đoạn sau lên men và làm lạnh lần 1, khi khuấy cần khuấy trộn cẩn thận để khối sữa đông bể ra nhẹ nhàng tránh làm vỡ cấu trúc của sản phẩm. Yaourt dạng khuấy phổ biến trên thị thường hơn các loại yaourt khác. Có hai vấn đề cần lưu ý cho sản phẩm yaourt dạng khuấy, đó là cấu trúc mịn và mùi vị đặc trưng của sữa lên men hòa quyện với hương trái cây. Yaourt khuấy là hỗn hợp đồng nhất giữa yaourt và mứt trái cây, và đòi hỏi cần bổ sung chất ổn định.
2.8.2.7 Bao gói
Trong sản xuất yaourt, bao gói nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng. Có nhiều cách lựa chọn bao bì với nhiều chất liệu khác nhau cho sản phẩm như bao bì giấy, bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì plastic hay bao bì kết hợp nhiều vật liệu. Ngày nay, trong công nghiệp sản suất yaourt chủ yếu sử dụng vật liệu bao gói không tái chế như bao bì plastic hay cartons.
2.8.2.8 Bảo quản lạnh
Sau khi khuấy trộn mứt, sữa chua được làm lạnh và ủ chín ở 4 - 6oC ít nhất 6 giờ. Đây là giai đoạn rất quan trọng để tạo mùi, vị, trạng thái cần thiết cho sản phẩm. Chỉ sau khi kết thúc quá trình này thì yaourt mới được gọi là thành phẩm. Cuối cùng yaourt được bảo quản lạnh với thời gian thích hợp cho từng loại (Lâm Xuân Thanh, 2004).
Chương 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
3.1.1 Thời gian, địa điểm
Địa điểm: phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ thực phẩm - Khoa Nông Nghiệp và Sinh học ứng dụng - Trường Đại học Cần Thơ.
Thời gian: 15 tuần kể từ ngày 12/08/2013.
3.1.2 Nguyên liệu
Sữa bò tươi được mua từ hợp tác xã Long Hòa, phường Long Hòa, quận Bình Thủy, thành phố Cần Thơ.
Sữa bột tách béo (Công ty Darigold, Mỹ).
Mứt đông thanh long ruột đỏ (PGS. TS Nguyễn Minh Thủy - Bộ môn Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Cần Thơ).
Gelatin và monoglycerides và diglycerides (Gelnex Ind. E Comércio, Brazil). Tinh bột biến tính (Công ty National Starch and Chemistry, Mỹ).
Giống vi khuẩn thermophilic yoghurt culture (YC381), công ty CHR HANSEN.
3.1.3 Thiết bị - dụng cụ thí nghiệm
(A) (B) (C)
(D) (E) (F)
Hình 3.1 Một số thiết bị dùng trong thí nghiệm
(A: Máy ly tâm, B: pH kế, C: Máy đo cấu trúc, D: Máy phân tích sữa, E: Tủ ủ, F: Máy đo độ nhớt )
Thiết bị xác định thành phần sữa (Master milkotester, Mỹ) Tủ ủ (Langshan, Trung Quốc)
Tủ sấy (Sibata SD-600, Nhật Bản) Máy đo độ nhớt (Brook field, Mỹ) Máy đo cấu trúc (Rheo-tex, Nhật Bản)
pH kế (Tris-Compatible Flat pH Sensor, Trung Quốc) Máy ly tâm lạnh (Hermile Sigma 4k15 centrifuge, Đức)
Cân điện tử 2 số lẻ (Vitra, d = 0,01; Adventurer, d = 0.0001, Trung Quốc) Và một số dụng cụ khác như buret, nhiệt kế, ống đong, …
3.1.4 Hóa chất
NaOH 0,1 N
Phenolphtalein 1% trong cồn 90o.
3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.2.1 Phương pháp thí nghiệm
Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên. Mỗi thí nghiệm lặp lại ba lần. Kết quả thí nghiệm được thống kê theo chương trình Statgraphics Centurion 15.2.11.0.
3.2.2 Phương pháp phân tích
Bảng 3.1 Một số phương pháp phân tích
Chỉ tiêu Phương pháp
Phân tích thành phần chính của sữa Thiết bị xác định thành phần sữa Master milkotester.
pH Sử dụng máy đo pH.
Cấu trúc (độ cứng) Sử dụng máy đo cấu trúc Rheotex, dùng đầu đo
hình trụ,đường kính 20 mm và cố định khoảng cách đâm thủng của đầu đo vào mẫu là 4 mm (Nguyễn Minh Thủy và ctv, 2013).
Khả năng giữ nước (%) Sử dụng máy ly tâm Sigma 4K15 centrifuge
(Strius AG, Gottigen, Germany). Yaourt (25g) được ly tâm với tốc độ 5000 rpm, nhiệt độ 5oC trong 25 phút (Lê Mỹ Hồng và cộng sự, 2012).
Độ nhớt (cP) Sử dụng máy đo độ nhớt Brook field, dùng đầu