2.3.1 Sữa tươi
2.3.1.1 Giới thiệu về sữa bò
Sữa là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, chứa đầy đủ các nhóm chất cần thiết cho cơ thể như protein, lipid, đường, vitamin và chất khoáng. Protein sữa có thành phần acid amin cân đối và có độ đồng hóa cao. Protein sữa bao gồm casein, lactolbumin và lactoglobulin. Sữa bò, sữa trâu, sữa dê thuộc loại sữa casein vì lượng
casein chiếm hơn 75% tổng số protein. Casein có đủ tất cả các acid amin cần thiết. Đặc biệt là lysine là một acid amin cần thiết cho sự phát triển của trẻ em.
Chất béo sữa có trạng thái nhũ tương có độ phân tán cao, chứa nhiều acid béo chưa no. Chính vì vậy, chất béo sữa có độ tan thấp và dễ đồng hóa, có giá trị sinh học. Đường của sữa là đường lactose, một loại đường kép, khi thủy phân cho 2 phân tử đường đơn galactose và glucose. Lactose trong sữa bò là 2,7 - 5,5% , sữa mẹ là 7%. Các chất khoáng trong sữa có nhiều như: canxi, kali, phosphor,... vì vậy sữa là thức ăn gây kiềm. Sữa là nguồn thức ăn cung cấp canxin, quan trọng cho trẻ em. Sữa cung cấp chủ yếu vitamin A, B1, B2, còn các vitamin khác không đáng kể.
Tính chất vật lý của sữa bò
Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên.
Sữa có màu trắng đến vàng nhạt, màu sắc phụ thuộc vào hàm lượng beta-carotene có trong chất béo của sữa.
Sữa có mùi đặc trưng, có vị ngọt nhẹ (Lê Văn Việt Mẫn, 2004).
Có độ nhớt lớn hơn hai lần so với nước. Sữa thường có đặc điểm và tính chất như sau:
Điểm đông: -0,55oC
pH: 6,5 – 6,6
Độ acid được tính bằng độ Dornic –Do (decigam acid lactic/lít sữa): 16 – 18
Thành phần hóa học của sữa bò Bảng 2.13 Thành phần hóa học của sữa bò:
Thành phần Hàm lượng % Nước 88,5 Chất khô 11,5 Chất béo 3,07 Protein 3,15 Glucid 4,6 Tro 0,68
2.3.1.2 Thành phần hóa học trong sữa bò
Nước trong sữa bò
Là thành phần chủ yếu của sữa, là dung môi hòa tan các chất hữu vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh học. Phần lớn nước trong sữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng.
Nước tự do chiếm 96 -97% tổng lượng nước. Nó có thể tách được trong quá trình cô đặc, sấy vì không có liên kết hóa học với chất khô (Lâm Xuân Thanh, 2004).
Nước liên kết chiếm một tỉ lệ nhỏ, khoảng 3 – 4 %. Hàm lượng liên kết phụ thuộc vào các thành phần trong hệ keo: proteun, polysacarit, phosphatit (Lâm Xuân Thanh, 2004).
Tổng hàm lượng chất khô
Tổng hàm lượng chất khô được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa.
Chất khô là hiệu số giữa tổng các chất khô và hàm lượng chất béo trong sữa. Giá trị hàm lượng chất khô trong sữa bò thường 9,1%.
Đường lactose
Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành. Trong sữa bò, đường lactose tồn tại dưới 2 dạng α – lactose và β – lactose. Tỷ lệ hàm lượng giữa 2 dạng này phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của sữa.
Chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên.
Lactose là đường khử, độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với disaccharide và monosaccharide thường gặp, lactose có thế bị thủy phân bởi enzyme lactaza (Lê Văn Việt Mẫn, 2004).
Chất béo
Chất béo trong sữa có hai loại:
+ Chất béo đơn giản: trong công thức phân tử chỉ có C, H, O.
+ Chất béo phức tạp: ngoài C, H, O còn có các phân tử khác như N, P, S… (Dương Thị Phượng Liên, 2006)
Chất béo của sữa bò bao gồm các trglyceride, diglyceride, acid béo, strerol, carotenoid, vitamin (A, D, E, K…) và có một số chất khác (Lâm Thanh Xuân, 2004).
Chất béo trong sữa tồn tại dưới dạng huyền phù của các hạt nhỏ hình cầu, hạt này được bao bọc bởi một lớp màng. Thành phần của lớp màng có protein, phospholipid, enzyme phosphatase, chiều dày khoảng 8-10nm. Chức năng của màng bảo vệ không cho các hạt béo liên kết lại với nhau và ổn định nhũ tương của sữa. Các hạt béo thường có đường kính 0,1-20m trung bình là 3m. Kích thước hạt béo bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như loài, thời kỳ cho sữa, điều kiện sức khỏe, loại thức ăn, hàm lượng chất béo của sữa… (Lâm Xuân Thanh, 2004).
Chất khoáng
Lượng chất khoáng trong sữa không nhiều nhưng sự có mặt các chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong cân bằng các chất dinh dưỡng của sữa. Hàm lượng chất khoáng trong sữa khoảng 6,8g/lít, chủ yếu là các nguyên tố Ca, Mg, Fe,… trong đó calci và phosphot chiếm cao nhất.
Vitamin
Sữa có chứa nhiều loại vitamin với số lượng không lớn, các vitamin thuộc 2 nhóm chính là:
Nhóm tan trong chất béo gồm A, D, E, K. Nhóm tan trong nước gồm B1, B2, B3, C… (Lâm Thanh Xuân, 2004)
Hợp chất chứa nitơ
Casein
Là những protein có tính acid vì trong phân tử có nhiều gốc acid glutamic và acid aspartic, là thành phần chủ yếu của protein sữa. Casein tồn tại dưới dạng micelle, mỗi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các loại casein và chất khoáng (Ca, K, Mg, phosphate và citrate).
Các micelle có hàm lượng к – casein khá cao với đầu ưa nước luôn hướng ra ngoài, nếu lấy đầu ưa nước hoặc giảm hàm lượng к – casein thì cấu trúc micelle trở nên không ổn định, nếu có mặt của Ca2+ trong sữa thì các micelle sẽ liên kết lại với nhau tạo nên hiện tượng đông tụ casein.
Trong cấu trúc micelle hình 2.2 các tiểu micelle liên kết với nhau nhờ muối phosphate calci và sự tương tác giữa các gốc kỵ nước.
Hình 2.2 Cấu trúc của Casein Micelle
(Nguồn:www.dairyscience.info)
Enzyme
Enzyme là những chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein.
Sự có mặt của các enzyme trong sữa là nguyên nhân biến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó làm giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa. Tuy nhiên một số enzyme như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn, tham gia vào việc ổn định chất lượng trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng cao thì thành phần enzyme có trong sữa đa dạng và hoạt tính càng cao.
Hệ vi sinh vật trong sữa
Bình thường, với điều kiện vệ sinh tốt thì trong sữa vẫn chứa một lượng lớn tế bào vi sinh vật (khoảng từ 100.000 đến 200.000 tế bào/ml sữa). Trong sữa có một hệ vi sinh vật đa dạng bao gồm vi khuẩn, nấm mem và nấm mốc (Lâm Xuân Thanh, 2004). Trong đó các vi sinh vật có thể chia làm 2 nhóm chính: prokaryote và eukaryote.
Prokaryote
Nhóm vi sinh vật prokaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Đại diện quan trọng trong nhóm prokaryote là vi khuẩn (bacteria).
Các nhóm vi khuẩn thường gặp trong sữa là vi khuẩn lactic, coliforms, vi khuẩn sinh acid butyric, vi khuẩn sinh acid propionic và các vi khuẩn gây thối.
Eukaryote
Nhóm vi sinh vật eukaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Hai đại diện của nhóm này thường được tìm thấy trong sữa là nấm men và nấm mốc.
2.3.2 Nước
Nước sử dụng để sản xuất yaourt yêu cầu phải đạt tiêu chuẩn cho phép của nước dùng trong ngành sản xuất thực phẩm. Nước được cung cấp từ các nhà máy nước thành phố, còn nếu lấy nước từ nguồn nước khác thì phải xử lý để không có vi sinh vật nguy hiểm, các mầm bệnh dịch, các kim loại nặng…
Nước dùng trong sản xuất và sử dụng trong sinh hoạt phải đảm bảo các chỉ tiêu do viện vệ sinh do bộ y tế quy định. Các chỉ tiêu của nước theo Quyết định 1329/2002/BYT/QĐ về “Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống”.
Chỉ tiêu cảm quan phải trong suốt, không màu, không mùi vị lạ. Chỉ tiêu hóa lý: pH = 6-7
Độ cứng tổng cộng: ≤ 2 mg đương lượng/lít.
2.3.3 Đường
Đường saccharose (C12H22O11), ở dạng tinh thể trắng, là một disaccharit được cấu tạo bởi α, D- glucose và β, D-frutose, hai monosaccharose này liên kết với nhau nhờ liên kết –OH glucoside của chúng, vì vậy saccharose không có tính khử, khi thủy phân saccharose bằng acid hoặc enzyme invertase, đường saccharose sẽ giải phóng glucose và fructose. Saccharose có nhiều trong mía và củ cải đường.
Dưới tác dụng của enzyme hoặc acid, đường saccharose bị thủy phân thành đường khử. Sự chuyển hóa làm tăng nhẹ vị ngọt, tăng độ hòa tan của đường trong dung dịch. Nhiệt độ nóng chảy của saccharose là 186 – 188oC. Đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy đường biến thành dạng sệt trong suốt, nếu kéo dài thời gian đun hoặc đun ở nhiệt độ cao đường sẽ mất nước bị phân hủy và biến thành caramen. Phản ứng thủy phân saccharose do enzyme invertase xúc tác như sau:
Saccharose (đường không khử) invertase α-D-glucose + β-D-fructose (đường khử)
Saccharose hiện diện ở dạng rắn ở điều kiện thường, không màu, không mùi, có vị ngọt và có cỡ hạt không đều. Saccharose là loại đường phổ biến được sử dụng trong sản xuất thực phẩm.
Saccharose là chất dinh dưỡng vĩ mô dễ dàng tiêu hóa, là nguồn cung cấp năng lượng nhanh chóng cho cơ thể, tạo ra sự gia tăng của glucose huyết trong quá trình tiêu hóa.
Trong quá trình chế biến thực phẩm sử dụng các loại đường tinh luyện có bán trên thị trường để điều chỉnh hàm lượng chất khô và làm tăng vị ngọt cho sản phẩm. Đường phải đảm bảo yêu cầu chất lượng của TCVN 6958:2001 như sau:
Bảng 2.14 Quy định về hàm lượng nhiễm bẩn
Thành phần (%) Mức tối đa Asen (As) 1 mg/kg Đồng (Cu) 2 mg/kg Chì (Pb) 0,5 mg/kg
2.4 GIỚI THIỆU VI KHUẨN LÊN MEN LACTIC 2.4.1 Sơ lược về vi khuẩn lactic. 2.4.1 Sơ lược về vi khuẩn lactic.
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật. Lên men lactic có hai dạng: điển hình hoặc đồng hình và không điển hình hoặc dị
hình (Lương Đức Phẩm, 2002).
Vi khuẩn lactic là những vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium, là vi
khuẩn Gram (+). Đây là những trực khuẩn hoặc cầu khuẩn, đa số không sinh bào tử, thường không chuyển động và kị khí tùy tiện, vi hiếu khí, chúng không chứa cytochrom và enzyme catalase, chúng có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh, phân giải H2O2 để phát triển. Đa số chúng lên men được mono và disaccharide, một số không lên men được saccharose, số khác không lên men được đường maltose. Các vi khuẩn lactic không có khả năng lên men tinh bột
và các polysaccharide khác (chỉ có loài L. delbruckii là đồng hóa được tinh bột).
Vi khuẩn lactic thường có dạng hình cầu, hình oval và hình que, đường kính của dạng cầu khuẩn lactic từ 0,5-1,5 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặc chuỗi có chiều dài khác nhau. Kích thước tế bào trực khuẩn lactic từ 1-8 μm, trực khuẩn thường đứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi.
Các loài vi khuẩn lactic có khả năng rất khác nhau tạo thành acid trong môi trường và sức chịu đựng acid cũng khác nhau. Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình tạo thành acid cao hơn (khoảng 2-3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%). Các trực khuẩn này có thể phát triển được ở pH = 4-3,8 còn cầu khuẩn không thể phát triển được ở môi trường này. Hoạt lực lên men tốt nhất của trực khuẩn lactic ở vùng pH = 5,5-6. Đa số vi khuẩn lactic (đặc biệt là trực khuẩn đồng hình) rất kén chọn thành phần dinh dưỡng, chúng chỉ phát triển khi trên môi trường có tương đối đầy đủ các yếu tố dinh dưỡng cần thiết như acid amin, peptide, protein, vitamin (B1, B2, B6, PP, các acid pantotenic và acid folic),…
Vi khuẩn lactic có hoạt tính protease, chúng phân hủy được protein của sữa tới peptide và acid amin. Hoạt tính này ở các loài có khác nhau, thường trực khuẩn là
cao hơn. Chúng chịu được trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn ethylic, nhiều loài vẫn sống được trong môi trường có 10-15% cồn hoặc cao hơn, một số trực khuẩn bền với NaCl tới 7-10%. Các vi khuẩn lactic ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 25 – 35oC, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ tối ưu là 40 – 45oC, loài ưa lạnh có thể phát triển được ở nhiệt độ tương đối thấp (khoảng 5oC hoặc thấp hơn). Khi gia nhiệt tới 60 – 80oC hầu hết chúng bị chết sau 10-30 phút.
(Lương Đức Phẩm, 2002).
Lên men Lactic đồng hình
Sự lên men tạo ra sản phẩm chính là acid lactic 90 – 98% tổng sản phẩm lên men, sản phẩm phụ là etanol, acid acetic, rượu ethylic, CO2, axetoin…
Gồm một số loại vi khuẩn sau: Streptococcus lactic, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus phantarum, Lactobacillus acidophilum….
Nhóm vi khuẩn lactic điển hình có khả năng phân hủy đường theo con đường đơn giản và tạo ra sản phẩm chủ yếu là acid lactic. Đây là quá trình lên men lactic điển hình hay còn gọi là lên men lactic đồng hình:
Lên men Lactic dị hình
Lên men lactic còn gọi là lên men không điển hình và phức tạp hơn, sản phẩm cuối cùng ngoài acid lactic còn nhiều sản phẩm phụ: acid acetic, rượu ethylic, CO2, dextran…
Gồm có một số loại vi khuẩn sau: Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus pentoaceticus, Lactobacillus berevis…
Số lượng các sản phẩm phụ phụ thuộc hoàn toàn vào giống vi sinh vật, vào môi trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh. Thông thường, nhóm vi khuẩn lên men dị hình cho 40% acid lactic, acid succinic gần 20%, acid acetic 10%, rượu ethylic 10% và các loại khí 20%.
2.4.2 Các chủng vi sinh vật sử dụng trong Yaourt
Chủng giống dùng trong sản xuất yaourt là hỗn hợp trộn của hai loại vi sinh vật
Streptococcus thermophiles và Lactobacillus bulgaricus. Lactobacillus bulgaricus (L.bulgaricus)
Là vi khuẩn lên men dị hình, trực khuẩn gram dương, hình que, dài, mảnh, không có khả năng di chuyển và phát triển tốt ở nhiệt độ 45 – 50oC trong môi trường có độ acid cao( Lương Đức Phẩm, 2003). Loại này có thể tạo ra trong khối sữa đến 2,7%
C6H12O6 (Đường)
2CH3-CHOH-COOH
acid lactic từ đường lactose. Nó làm đông tụ sữa ở 37oC, có thể lên men được đường lactose, glucose và galactose. Nó thuộc loại kị khí không bắt buộc, pH thích hợp ở 5,4. Khi lên men chúng không có khả năng sử dụng đường maltose và tạo một lượng nhỏ acid bay hơi và aldehyde, tạo cho sản phẩm có mùi vị đặc trưng, thường dùng để sản xuất yaourt đông mịn.
Streptococcus thermophillus (S.thermophillus)
Phát triển tốt ở nhiệt độ 50oC và sản sinh tốt ở nhiệt độ 37 – 40oC. Đây cũng là vi khuẩn lactic chịu nhiệt lên men điển hình, có thể chịu được nhiệt độ đun nóng đến 65oC trong 30 phút nhưng chỉ phát triển được trong môi trường acid thấp hơn
L.bulgaricus ( Lương Đức Phẩm, 2003).
Đối với chủng này môi trường dung dịch và nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hình thái của chúng. Trong sữa ở nhiệt độ 45oC, nó tạo thành những chuỗi ngắn và ở nhiệt độ 30oC, nó có dạng cầu đôi. Streptococcus thermophiles có thể tạo thành
những chuỗi dài ở nồng độ acid cao trong sữa. Nó sản xuất acid lactic từ đường với hàm lượng từ 85 – 98% và một lượng nhỏ các sản phẩm phụ khác.
Lactose
Glucose Galactose
Sản phẩm trung gian Acetaldehyde CH3CHO C2H5OH Acid Pyruvic CH3COCOOH +1/2 O2 +H2O +2H + H
Acid lactic Acid lactic CO2+ CH3COOH
+CO2, CH3CHO +1/2 O2 Aceton CH3COCHOHCH3 - 2H Diacetyl CH3COCOCH3 CH3COOH Lên men dị thể Lên men Đồng thể
Hình 2.3 Tóm lược sự chuyển hóa các chất trong quá trình lên men sữa
Streptococcus thermophiles phát triển nhanh và tạo ra cả acid lẫn khí CO2. Khí CO2
và fomate được tạo ra nhằm kích thích cho L. bulgaricus phát triển. Mặt khác, hoạt động thủy phân protein của L. bulgaricus tạo ra peptide và acid amin cần cho sự phát triển của Streptococcus thermophiles.
Những vi sinh vật lên men lactic chịu trách nhiệm trong việc hình thành hương vị và cấu trúc của yaourt. Khối lượng yaourt đông tụ trong quá trình lên men do pH giảm xuống.
S. thermophiles chịu trách nhiệm đối với việc giảm pH lúc đầu khoảng pH = 5,0 L. bulgaricus là giảm pH xuống thấp hơn pH = 4,0.
Những sản phẩm tạo hương cho yaourt sau quá trình lên men: acid lactic, acetaldehyde, acid acetic, diacetyl.
Hình 2.4 Vi khuẩn Streptococcus thermophiles và Lactobacillus bulgaricus
(Nguồn: www.Sinhhocvietnam.com)
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Trong công nghiệp sản xuất yaourt, các giai đoạn xử lí sản phẩm sau quá trình lên