Hình 2.9 : Quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi tiệt trùng bằng phương pháp tiệt trùng trong bao bì [4]
2.2.1.2 Thuyết minh quy trình
Sữa nguyên liệu
Chuẩn hóa Bài khí Đồng hóa Rót sản phẩm Tiệt trùng Sữa tiệt trùng Bao bì thủy tinh
- Chuẩn hóa: mục đích của quá trình chuẩn hóa là hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa. Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ bổ sung thêm cream vào. Lượng chất béo tối thiểu trong cream không thấp hơn 12% và thường giao động từ 35 - 40%. Ngược lại, nếu hàm lượng chất béo cao ta có thể bổ sung sữa gầy hoặc ly tâm để tách bớt chất béo ra khỏi sữa.
- Bài khí: quá trình bài khí là quá trình bắt buộc khi sữa chứa nhiều khí, đặc biệt khi hàm lượng các chất dễ bay hơi trong sữa tăng cao. Mục đích của quá trình bài khí là tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quá trình tiệt trùng và cải thiện hương vị của sản phẩm.
- Đồng hóa: quá trình đồng hóa có thể thực hiện trên toàn bộ sữa nguyên liệu hoặc chỉ đồng hóa một phần thể tích sữa nguyên liệu. Trong trường hợp này cho phép các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí năng lượng, cũng như sử dụng thiết bị đồng hóa công suất nhỏ cho một dây chuyền sản xuất sữa tiệt trùng với năng suất lớn.
- Rót sản phẩm: sau khi đồng hóa sữa sẽ được thiết bị chiết rót rót vào bao bì thủy tinh hoặc nhựa đã được xử lý sạch.
- Tiệt trùng: quá trình tiệt trùng sữa có thể thực hiện theo hai phương pháp + Phương pháp gián đoạn: sử dụng nồi hấp (autoclave) dạng hình trụ đứng hoặc nằm ngang, bên trong có bàn xoay hoặc không. Bộ phận này giúp đảo trộn sữa trong từng bao bì, nhờ đó sự phân bố nhiệt trong sản phẩm sẽ đồng đều hơn và hiệu quả tiệt trùng sẽ cao hơn. Sữa sau đồng hóa sẽ được gia nhiệt lên đến 800C và rót vào bao bì, tiếp theo sữa sẽ được đưa vào thiết bị tiệt trùng thông dụng nhiệt độ 1100C -1200C, thời gian 15 – 40 phút.
+ Phương pháp tiệt trùng liên tục: sử dụng thiết bị tiệt trùng thủy lực dạng đứng hoặc thiết bị tiệt trùng hydrolock.
* Thiết bị tiệt trùng thủy lực: hệ thống băng tải của thiết bị sẽ đưa sữa từ vùng gia nhiệt qua vùng tiệt trùng đến vùng làm nguội rồi ra khỏi thiết bị. Thời gian lưu một sản phẩm trong thiết bị là một giờ. Vùng tiệt trùng có nhiệt độ khoảng 1150C – 1250C và thời gian sữa đi qua vùng này từ 20 – 30 phút. Năng suất hoạt động của thiết bị loại nhỏ là 2000 sản phẩm/giờ (bao bì dung tích 0,5lit), loại lớn 16000 sản phẩm/giờ (bao bì dung tích 1lit).
* Thiết bị tiệt trùng hydrolock: tương tự như trên sữa sẽ được đưa vào vùng tiệt trùng rồi qua vùng làm nguội trước khi ra khỏi thiết bị. Thời gian lưu một sản phẩm trong thiết bị là 30 – 35 phút. Vùng tiệt trùng có nhiệt độ khoảng 1320C – 1400C và thời gian sữa đi qua vùng này từ 10 – 12phút. Năng suất hoạt động của thiết bị có thể lên đến 12000 sản phẩm/giờ. [4]
2.2.2 Tiệt trùng ngoài bao bì sử dụng phương pháp nhiệt độ siêu cao UHT (ultra high temperature) (ultra high temperature)
Hình 2.10 : Quy trình công nghệ sản xuất sữa tươi tiệt trùng bằng phương pháp tiệt trùng ngoài bao bì sử dụng phương pháp nhiệt độ siêu cao UHT
(ultra high temperature). [4]
2.2.2.2 Thuyết minh quy trình
Sữa nguyên liệu
Chuẩn hóa Bài khí Đồng hóa Tiệt trùng UHT Rót sản phẩm Sữa tiệt trùng UHT Bao bì giấy vô
Đa số sản phẩm sữa tươi tiệt trùng hiện nay trên thị trường đều sử dụng phương pháp tiệt trùng UHT do những ưu điểm: quá trình sử dụng nhiệt độ cao (143 – 1450C ) trong thời gian ngắn ( 3 – 5 giây ) nên hạn chế được mức tối thiểu những biến đổi xấu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà vẫn tiêu diệt được hầu hết các vi sinh vật và bất hoạt hầu như hoàn toàn enzyme.
- Qúa trình chuẩn hóa và bài khí của phương pháp tiệt trùng sữa ngoài bao bì sử dụng phương pháp nhiệt độ siêu cao UHT tương tự như phương pháp tiệt trùng sữa trong bao bì.
- Đồng hóa: Qúa trình đồng hóa sữa có thể thực hiện trước hoặc sau quá trình tiệt trùng UHT. Nếu quá trình đồng hóa thực hiện sau tiệt trùng thì sản phẩm sẽ đạt được độ đồng nhất cao, tuy nhiên cần phải thực hiện đồng hóa sữa trong điều kiện vô trùng nên chi phí thiệt bị và vệ sinh sản xuất sẽ tăng cao.
- Tiệt trùng UHT: có hai phương pháp gia nhiệt sữa là trực tiếp và gián tiếp. + Tiệt trùng UHT bằng phương pháp gia nhiệt trực tiếp: đầu tiên, sữa sẽ được gia nhiệt sơ bộ lên đến 950C trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng hoặc dạng bảng mỏng. Tiếp theo, để phối trộn sữa và hơi, người ta sử dụng thiết bị dạng ống nằm ngang với đầu phun hơi hoặc thiết bị phối trộn hình trụ. Nhiệt độ hỗn hợp sau khi phối trộn khoảng 140 – 1500C. Thời gian tiệt trùng chỉ kéo dài vài giây. Sau đó hỗn hợp sữa, hơi nước sẽ được làm nguội và tách bớt một phần nước trong thiết bị chân không. Rời thiết bị này nhiệt độ sữa giảm xuống còn 800C. Sữa sẽ được tiếp tục làm nguội trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng hoặc dạng bảng mỏng xuống 200C rồi đi vào bồn trữ vô trùng hoặc máy rót sản phẩm. Năng suất hoạt động của hệ thống thiết bị tiệt trùng có thể dao động từ 2000 – 30000 lit/giờ.
+ Tiệt trùng UHT bằng phương pháp gia nhiệt gián tiếp: ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng hoặc ống lồng. Tác nhân gia nhiệt là nước nóng và hơi, tác nhân làm nguội là nước lạnh. Năng suất hoạt động của hệ thống tiệt trùng UHT bằng phương pháp gia nhiệt gián tiếp từ 1000 – 30000 lit/giờ.
- Tiệt trùng bao bì: có nhiều phương pháp khác nhau để tiệt trùng bao bì, thông dụng và hiệu quả nhất là phương pháp sử dụng H2O2. Đầu tiên người ta sử dụng vòi phun H2O2 lên bề mặt bao bì, phần diện tích tiếp xúc với H2O2 chiếm khoảng 30 – 40% tổng diện tích bề mặt bao bì. Tiếp theo, ta sử dụng không khí nóng
vô trùng (1800C) để đuổi phần H2O2 dư. Ngoài ra người ta có thể sử dụng kết hợp hai phương pháp phun H2O2 và chiếu UV lên bao bì. Tác động tương hỗ của chúng sẽ làm tăng hiệu quả tiệt trùng bao bì.
- Rót sản phẩm: yêu cầu quan trọng của quá trình rót sản phẩm là phải thực hiện trong điều kiện vô trùng để tránh tái nhiễm vi sinh vật vào thành phẩm. Do đó, vấn đề vệ sinh thiết bị, nhà xưởng tại khu vực rót sản phẩm và bao gói cần phải được quan tâm hàng đầu. Sữa tiệt trùng được rót trong bao bì giấy. Điểm khác nhau quan trọng giữa bao bì dành cho sữa tiệt trùng so với bao bì dành cho sữa thanh trùng là ép sát bên trong lớp giấy có hai lớp polyethylene mỏng được ngăn cách với nhau bởi một lớp nhôm. Cấu trúc này giúp ngăn cản triệt để ánh sáng và oxy không khí từ môi trường bên ngoài có thể xâm nhập vào bên trong hộp. Nhờ vậy sản phẩm có thể bảo quản được ở nhiệt độ phòng trong thời gian dài. Các nhà máy luôn bố trí một thiết bị vô trùng để chứa sản phẩm bên cạnh thiết bị rót. Khi thiết bị rót gặp sự cố kỹ thuật sữa sau tiệt trùng sẽ được bơm vào thiết bị dự trữ nói trên.[4]
2.2.3 Các biến đổi diễn ra trong quá trình tiệt trùng
Do quá trình tiệt trùng diễn ra ở nhiệt độ cao và thời gian dài hơn so với quá trình thanh trùng, bên cạnh những biến đổi có lợi như tiêu diệt tế bào sinh dưỡng, bào tử vi sinh vật, vô hoạt enzyme...thì cũng có một số biến đổi bất lợi xảy ra.[4]
2.2.3.1 Biến đổi hóa học (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Một số vitamin bị phân hủy, đặc biệt là vitamin B1, B2 và C, trong quá trình tiệt trùng, tổn thất vitamin B1 từ 20 – 50%, tổn thất vitamin B2 và C có thể lên đến gần 100%.[4]
- Ở nhiệt độ cao, các hợp chất khử như đường lactose tác dụng với những hợp chất chứa nhóm –NH2 (acid amin, peptide…) theo phản ứng Maillard hình thành nên các hợp chất khử và chất màu.
- Một số protein có trong sữa có thể bị biến tính một phần. Tuy nhiên, biến đổi này không ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng của sữa tiệt trùng. Thực tế cho thấy các enzyme trong cơ thể người sử dụng dễ dàng “tấn công” những protein đã bị biến tính sơ bộ trong thực phẩm, nhờ đó khả năng tiêu hóa của protein sẽ tốt hơn.[4]
Sau quá trình tiệt trùng màu sắc sữa trở nên sậm hơn khi ta so sánh với sữa tươi. Sản phẩm thoảng mùi caramel và mùi nấu.
- Sữa tươi tiệt trùng bằng phương pháp UHT ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn hạn chế được ở mức tối thiểu những biến đổi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Cụ thể hàm lượng vitamin B chỉ tổn thất 3%, hàm lượng lysine bị giảm 0,4 – 0,8% so với giá trị ban đầu.[4]
* Chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi sau tiệt trùng
- Màu sắc: sản phẩm không bị sậm màu quá nhiều so với sữa tươi và có màu trắng ngà đồng đều
- Mùi vị: không có sự thay đổi đáng kể về mùi vị so với sữa tươi, có mùi thơm đặc trưng, vị ngọt mát.
- Trạng thái: sản phẩm có trạng thái lỏng đồng nhất, không có cục vón - Tổng hàm lượng chất khô không ít hơn 8%
- Độ axit không quá 220T.[7]
2.3 Các quá trình biến đổi ảnh hưởng đến chất lượng sữa tươi2.3.1 Biến đổi vật lý 2.3.1 Biến đổi vật lý
Một số chỉ tiêu vật lý như tỷ trọng, độ khúc xạ ánh sáng, độ nhớt của sữa phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp các chỉ tiêu trên sẽ thay đổi không đáng kể so với sữa vừa thu hoạch từ cơ thể bò mẹ.[4]
2.3.2 Biến đổi hóa học 2.3.2.1 Thủy phân chất béo 2.3.2.1 Thủy phân chất béo
Khối lượng chất béo trong sữa thuộc về nhóm triglyceride chiếm đến 97 – 98%. Các hợp chất này có thể bị thủy phân dưới xúc tác của hệ enzyme lipase tạo sản phẩm là các acid béo tự do, mono- hoặc diglyceride. Khi hàm lượng vi sinh vật trong sữa bò từ 5000 – 100000 tế bào/ml, quá trình thủy phân diglyceride được xúc tác chủ yếu bởi hệ lipase do tuyến vú động vật cho sữa tiết ra. Ngược lại, khi lượng vi sinh vật trong sữa lên đến 100000 – 10000000 tế bào/ml hệ lipase ngoại bào của các vi sinh vật trong sữa sẽ chiếm ưu thế và chúng đóng vai trò chủ lực trong việc xúc tác thủy phân lipid. Việc thủy phân chất béo, giải phóng các acid béo tự do, đặc biệt là các acid béo có phân tử lượng thấp như acid butyric, acid caproic...làm cho sữa có mùi ôi khét.[4]
2.3.2.2 Oxy hóa chất béo
Các acid béo không bão hòa có trong sữa rất dễ bị oxy hóa tại vị trí các nối đôi trong phân tử của chúng, kết quả của quá trình oxy hóa này sẽ tạo ra các hydroperoxyde và làm cho sữa có mùi kim loại. Các phản ứng oxy hóa acid béo không bão hòa càng tăng lên khi có mặt muối sắt và đồng. Ngoài ra, khi để sữa tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời, tốc độ phản ứng oxy hóa sẽ diễn ra nhanh hơn. Để khống chế quá trình oxy hóa chất béo ta cần hạn chế hàm lượng oxy hòa tan trong sữa bằng phương pháp bài khí sữa trước khi bảo quản, trong quá trình thanh trùng sữa ở nhiệt độ trên 800C cũng hạn chế được quá trình oxy hóa chất béo.[4]
2.3.2.3 Thủy phân protein
Qúa trình thủy phân protein được xúc tác bởi hệ enzyme protease, các sản phẩm thu được sẽ phụ thuộc vào mức độ thủy phân và có thể là các polypeptide với phân tử lượng khác nhau, peptid hoặc acid amin. Một số peptid làm cho sữa có vị đắng. Chính những protease do vi sinh vật nhiễm vào sữa tiết ra mới gây nên những biến đổi sâu sắc về thành phần protein lẫn mùi vị của sữa.[4]
2.3.2.4 Thủy phân các acid amin
Các phản ứng phân hủy acid amin thường gặp là desamin hóa, decarboxyl hóa...sản phẩm thu được từ các phản ứng trên là, acid không bão hòa, acid béo bão hòa, khí NH3, CO2...chúng làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học và mùi vị của sữa. Những yếu tố thúc đẩy phản ứng phân giải acid amin bao gồm sự tiếp xúc của sữa với ánh sáng mặt trời, sự có mặt oxy trong sữa, bảo quản sữa ở nhiệt độ cao...ta cần khống chế các yếu tố trên khi bảo quản sữa nguyên liệu.[4]
2.3.2.5 Các biến đổi hóa học khác liên quan đến sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa vật có trong sữa
Các vi sinh vật khác nhau có thể có những con đường trao đổi chất khác nhau, kết quả của những chuyển hóa này làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học của sữa. Ví dụ, đối với nhóm lactic, để sinh tổng hợp ATP một số loài có thể chuyển hóa đường lactose thành acid lactic theo chu trình đường phân, nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa này xuất hiện trong sữa như acetaldehyde, diacetyl, acetoin, các acid hữu cơ...Đối với nhóm vi khuẩn propionic,
trong quá trình tổng hợp năng lượng, chúng chuyển hóa đường thành acid propionic, acid acetic, khí CO2...và nhiều sản phẩm phụ khác.[4]
2.3.3 Các biến đổi sinh học
Sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa được xem là biến đổi sinh học quan trọng nhất chúng phân giải và sử dụng một số chất có trong sữa để sinh trưởng và phát triển. Quá trình trao đổi chất của hệ vi sinh vật trong sữa cũng gồm hai quá trình: dị hóa và đồng hóa
- Dị hóa: là quá trình hệ vi sinh vật phân giải chất dinh dưỡng trong sữa nhờ hệ enzyme nhằm mục đích tạo ra năng lượng (ATP) và các hợp chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, acid amin, acid béo...). Năng lượng (ATP) sẽ được sử dụng cho các hoạt động sống của vi sinh vật còn các hợp chất hữu cơ đơn giản được xem là những tiền tố vật liệu để xây dựng tế bào.
- Đồng hóa: là quá trình tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ cao phân tử (glycogen, protein, lipid...) cho cơ thể sinh vật, quá trình này được thực hiện từ các tiền tố và năng lượng do quá trình dị hóa cung cấp
Sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật làm thay đổi thành phần hóa học và các tính chất cảm quan của sữa (màu sắc, mùi vị...):
+ Sữa bị axit hóa: do sự chuyển hóa mạnh đường lactose thành acid lactic bởi các vi khuẩn: Streptococcus, Micrococcus, Lactobacillus.
+ Sữa có mùi ôi: vị này xuất hiện khi bảo quản lạnh sữa dài ngày, do sự phân giải lipid, protein, tạo thành acid butyric, các aldehit, acetone, este và một số chất khác, gồm các loài sau: Bacterium fluoreseens, nấm mốc có hệ enzyme protease, lipase. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Sữa có vị đắng: có thể do dư vị của một số thức ăn chăn nuôi hoặc chủ yếu do một số vi khuẩn có khả năng thủy phân protein thành peptone, gồm các loại:
Micrococcus, Monococcus.
+ Sữa có mùi xà phòng: xuất hiện trong sữa có nhiễm vi khuẩn đường ruột, vi khuẩn huỳnh quang như Bacterium fluoreseens, B. lactis từ rơm, cỏ khô. Chúng thủy phân protein thành NH3 và tồn tại trong sữa dạng muối amôn của các acid béo làm cho pH tăng lên sữa có tính kiềm mạnh.
+ Sữa có màu xanh là do trong sữa có các loại vi khuẩn: Pseudomonas cyanogenes, Bacillus cyanogenes...
+ Sữa có màu vàng là do Bacilluslactis kết tủa casein sau đó peptone hóa chất này tạo thành màu đỏ
+ Sữa bị sủi bọt do sự hoạt động nhiều của vi sinh vật tạo thành bọt khí. Ta