CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
3.3. Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua bổ sung Probiotic Vinamilk
Sơ quy trình công nghệ sản xuất sữa chua bổ sung Probiotic Vinamilk Sữa nguyên liệu
Trộn – Hòa tan Chuẩn hóa
Bài khí và hiệu chỉnh chất khô Gia nhiệt Đồng hóa Thanh trùng
Làm nguội
Tank men cái Lên men
Làm lạnh
Tank Probiotic Phối trộn
Đóng gói Bảo quản lạnh
Sản phẩm
Thuyết minh quy trình công nghệ
Trộn – Hòa tan
- Sữa tươi được nâng nhiệt lên 5560oC và qua bộ phận định lượng để đưa vào bồn.
- Lần lượt đổ bột sữa gầy, chất ổn định, đường vào phễu trộn. Khi mỡ van đáy phễu, các nguyên liệu này sẽ được hút và trộn vào sữa tươi.
- Trong quá trình phối trộn nguyên liệu, cánh khuấy trong bồn trộn được hoạt động để khuấy đều dịch sữa trong bồn trộn. Sau khi trộn xong, ngưng khuấy trong khoảng thời gian 20 phút để tách bọt và hydrat hóa.
- Dầu bơ được cho vào sau cùng, cho cánh khuấy hoạt động để trộn đều.
Chuẩn hóa
- Mục đích công nghệ
Qúa trình chuẩn hóa sẽ hiệu chỉnh nồng độ chất béo trong sữa tươi theo yêu cầu về hàm lượng chất béo trong sản phẩm sữa chua. Thông thường, hàm lượng chất béo trong sữa chua dao động trong khoảng 0,5-3,5%.
- Nguyên tắc và phương pháp
Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ tiến hành tính toán và bổ sung thêm cream vào. Lượng chất béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ 35-40%. Ngược lại, nếu như sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo cao, ta có thể bổ sung sữa gầy hoặc sử dụng quá trình ly tâm để tách bớt chất béo ra khỏi sữa.
- Thao tác
Ở các dây chuyền sản xuất hiện đại, quá trình tách và hiệu chỉnh lượng chất béo trong sữa được thực hiện hoàn toàn tự động.
Đầu tiên, sữa giàu béo sẽ được bơm vào máy ly tâm hoạt động theo phương pháp liên tục. Có hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một là dòng sữa gầy và một là cream. Hàm lượng béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ hoạt động của máy ly tâm. Tiếp theo, một phần cream sẽ được phối trộn trở lại dòng sữa gầy để hàm lượng chất béo trong hỗn hợp đạt đúng giá trị yêu cầu của sản phẩm sữa thanh trùng. Phần cream dư sẽ đưa đi xử lý tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream. Trong sản xuát sữa thường được gia nhiệt sơ bộ trước khi đưa vào máy ly tâm để tách béo.
- Các biến đổi của nguyên liệu, thiết bị và thông số công nghệ: Trong quá trình chuẩn hóa, các chỉ tiêu vật lý của sữa sẽ thay đổi như tỉ trọng, hệ số truyền nhiệt…
Bài khí - Mục đích công nghệ
Trong sữa có rất nhiều khí lạ cần được loại trừ nếu không sẽ phá vỡ mùi hương đặc trưng của sữa chua.
Bài khí sẽ làm tăng hiệu quả truyền nhiệt khi xử lý nhiệt ở giai đoạn tiếp theo, nghĩa là giảm chi phí cho quá trình sản xuất như thanh trùng, đồng hóa,…
Trong trường hợp thanh trùng sau khi đã đóng hộp, tại nhiệt độ thanh trùng thể tích của khí sẽ tăng lên làm vỡ hộp.
Hàm lượng chất khí hòa tan trong sữa nguyên liệu càng thấp càng tốt.
- Nguyên tắc thực hiện: kết hợp nhiệt độ với áp lực chân không.
- Thông số kỹ thuật: to = 65-70oC
Hiệu chỉnh hàm lượng chất khô
- Mục đích công nghệ: xác định hàm lượng chất khô có trong sữa. Yếu tố này rất quan trọng, nó quyết định đến độ cứng của sản phẩm sữa chua tạo thành.
Nếu hàm lượng chất khô quá thấp thì khả năng đông tụ của sữa chua sẽ rất thấp. Nếu hàm lượng chất khô quá cao thì sản phẩm sữa chua tạo thành có độ cứng cao.
- Theo Bourgeois và Larpent (1989), tổng hàm lượng chất khô tối ưu cho quá trình len men trong sữa chua là từ 14-16%. Thưc tế, mỗi nhà sản xuất sẽ chọn một giá trị thích hợp cho sản phẩm của mình. Thông thường, sữa tươi có hàm lượng chất khô khoảng 11,5- 12,7%.
- Để tăng hàm lượng chất khô trong sữa tươi, chuẩn bị cho quá trình lên men, ta có thể chọn một trong những giải pháp thông dụng dưới đây:
Cô đặc sữa trong điều kiện chân không để làm bay hơi đi một lượng nước nhất định. Thể tích sữa sau quá trình cô đặc thường giảm đi từ 10-20%. Khi đó, tổng hàm lượng chất khô trong sữa sẽ tăng từ 1,5-3,0%. Các nhà sản xuất có thể sử dụng thiết bị bài khí, kết hợp cô đặc sữa trong điều kiện chân không hoặc thiết bị cô đặc sữa dạng màng rơi.
Bổ sung thêm sữa bột gầy vào sữa tươi: hàm lượng sữa bột gầy sử dụng thường không cao hơn 3% so với khối lượng sữa tươi.
Bổ sung thêm sữa cô đặc vào sữa tươi.
Xử lý sữa bằng phương pháp siêu lọc (ultra-filtration) hoặc thẩm thấu ngược (reverse osmosis) trên thiết bị phân riêng bằng membrane. Dòng sản phẩm không qua màng (retentate) thoát ra từ thiết bị phân riêng có hàm lượng chất khô sẽ được sử dụng để làm nguyên liệu sữa chua.
Cần chú ý là trong phương pháp phân riêng bằng membrane, đối tượng nguyên liệu phải là sữa gầy vì các hạt cầu béo trong sữa tươi nguyên kem thường gây ra hiện tượng tắc nghẽn membrane trong quá trình vận hành. Sau quá trình phân riêng, các nhà sản xuất sẽ phối trộn chất béo sữa (dạng cream hoặc anhydrous milk fat AMF) với dòng sản phẩm retentate để lên men sữa chua.
Áp suất vận hành trong quá trình siêu lọc là 1 – 10 bar. Quá trình này sẽ tách một phần nước, đường lactose, các chất có chứa nitơ phi protein và khoáng ra khỏi sữa. Còn trong qua trình thẩm thấu ngược, áp suất vận hành sẽ cao hơn và dao động trong khoảng
30-60 bar. Dòng permeate tu được từ quá trình thẩm thấu ngược có thành phần chủ yếu là nước và một số ion hòa tan có trong sữa.
Các biến đổi của nguyên liệu vủa quá trình bài khí và hiệu chỉnh chất khô:
+ Sinh học và hóa sinh: các vi sinh vật và enzyme trong sữa nguyên liệu sẽ bị ức chế.
+ Hóa lý: một số phân tử protein bị biến tính nhiệt. Tùy theo chế độ xử lý nhiệt (nhiệt độ và thời gian) mà mức độ biến tính của các phân tử khác nhau.
+ Hóa học: nhiệt độ tăng sẽ làm cho các phản ứng hóa học dễ xảy ra với những mức độ khác nhau. Quan trọng nhất là phản ứng Mailard giữ nhóm khử của đường lactose và nhóm amin của các acid amin và các peptide có trong sữa nguyên liệu.
+ Vật lý: tỉ trọng và độ nhớt của sữa sẽ thay đổi trong quá trình xử lý nhiệt.
Gia nhiệt
- Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình đồng hóa tiếp theo.
- Thao tác:
+ Sữa được gia nhiệt lên 60oC, qua thiết bị li tâm làm sạch và li tâm chuẩn hóa hàm lượng chất béo.
+ Tùy thuộc nhu cầu, hàm lượng chất béo của sữa chua từ 0,5-3,0%
+ Hàm lượng chất khô không béo tối thiểu là 8,2%.
+ Chất ổn định có thể là gelatin, pectin, agar. Chúng có tác dụng ngăn chặn quá trình tách nước ở sữa chua thành phẩm, tăng độ nhớt.
Đồng hóa - Mục đích công nghệ
Đồng hóa là quá trình xử lý cơ học, dùng lực tác dụng lên các hạt béo. Tác dụng của việc đồng hóa lên cấu trúc và vật lý của sữa có nhiều ưu điểm:
+ Sản phẩm trở nên đồng nhất, các hạt béo sẽ bị giảm kích thước và được phân bố đều trong sản phẩm.
+ Làm bền hệ nhũ tương, huyền phù.
+ Màu sắc trắng hơn, kích thích cảm quan và sử dụng.
- Thao tác
Tại máy đồng hóa, nhờ hoạt động của ba piston, dịch sữa sẽ được gia tăng áp suất lên 200 bar và đi qua khe hở hẹp của van đồng hóa cấp 1. Khi đó các hạt chất béo sẽ được chia nhỏ kích thước. Sau đó dịch sữa tiếp tục đi qua van đồng hóa cấp 2 với áp suất 50 bar để phân tán đồng đều trong dung dịch sữa.
- Nguyên tắc thực hiện: sử dụng áp lực cao.
- Các biến đổi của nguyên liệu:
+ Vật lý: kích thước của hạt cầu béo trong sữa giảm đi, nhiệt độ của sữa sẽ bị tăng nhẹ do tác động của áp suất (khi áp suất đồng hóa tăng thêm 40 atm thì nhiệt độ của sữa sẽ tăng 1oC).
+ Hóa lý: diện tích bề mặt giữa hai pha dầu và nước trong hệ nhũ tương tăng, từ đó làm tăng sức căng bề mặt của các hạt cầu béo trong hệ.
Thanh trùng - Mục đích công nghệ:
+ Chuẩn bị: Quá trình xử lý nhiệt sẽ ức chế nhiều vi sinh vật và enzyme trong sữa tươi, nhờ đó giống vi khuẩn sẽ phát triển tốt hơn trong quá trình lên men. Ngoài ra, quá trình này còn biến tính sơ bộ một số protein trong sữa, nhờ đó mà sự đông tụ protein trong quá trình lên men sẽ diễn ra nhanh hơn và cấu trúc gel của sữa chua sẽ ổn định hơn.
+ Bảo quản: Quá trình xử lý nhiệt sẽ cải thiện các chỉ tiêu vi sinh vật cho sản phẩm sữa chua, đặc biệt là các chỉ tiêu liên quan đến nhóm vi sinh vật gây bệnh.
- Thao tác: Quá trình xử lý nhiệt thường được thực hiện trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng hoặc ống lồng ống. Chế độ xử lý là 95oC trong 5 phút.
- Các biến đổi của nguyên liệu:
+ Sinh học và hóa học: các vi sinh vật và enzyme trong sữa nguyên liệu sẽ bị ức chế.
+ Hóa lý: một số phân tử protein bị biến tính nhiệt. Tùy theo chế độ xử lý (nhiệt độ và thời gian) mà mức độ biến tính của các phân tử protein sữa sẽ khác nhau.
+ Hóa học: nhiệt độ tăng sẽ làm cho các phản ứng hóa học xảy ra dễ dàng hơn. Tùy theo giá trị nhiệt độ và thời gian xử lý mà các phản ứng hóa học sẽ xảy ra với những mức độ khác nhau. Quan trọng nhất là phản ứng Maillard giữ nhóm khử của đường lactose và nhóm amin của các acid amin và cá peptide có trong sữa nguyên liệu.
+Vật lý: tỉ trọng và độ nhớt của sữa sẽ thay đổi trong quá trình xử lý nhiệt.
Làm nguội
- Mục đích công nghệ:
Giai đoạn chuẩn bị cuối cùng để đưa sữa vào giai đoạn lên men, tạo điều kiện môi trường (nhiệt độ) tối thích cho quá trình phát triển của giống vi sinh vật.
- Nhiệt độ của khối sữa giảm từ từ đến nhiệt độ yêu cầu của quá trình lên men đến khoảng 42-460C.
- Các biến đổi chính: chủ yếu xảy ra biến đổi vật lý.
Lên men
- Mục đích: Là quá trình tạo hương vị và cấu trúc cho sản phẩm sữa lên men.
- Các biến đổi chính
+ Chuyển đường đa thành đường đơn
+ Tạo thành acid lactic, giảm pH của dịch sữa, kéo theo sự đông tụ casein trong sữa.
+ Chuyển hóa một phần casein thành peptone, acidamin.
+ Sản sinh ra những chất tạo hương, là sản phẩm phụ của quá trình lên men, góp phần đông kết tạo nên chất lượng sản phẩm sau cùng.
- Phương pháp thực hiện
dịch sau làm nguội được chứa trong tank lên men. Men cái được bơm từ tank men cái sang bồn ủ với tỷ lên 3-5% và được khuấy đều. Nhiệt độ của dịch sữa trong tank lên men lúc này là 43-44oC. Sau khi khuấy đều, tắt cánh khuấy, bắt đầu quá trình lên men.
Sau khoảng 3-5 giờ, pH của dịch sữa sẽ giảm xuống còn 4.7-4.8 thì ngưng ủ.
- Các yếu tố ảnh hưởng: giống vi sinh vật, nhiệt độ, thời gian và các yếu tố ngoại cảnh.
Làm lạnh
- Mục đích: ổn định độ chua, giữ không cho nước và sữa tách ra.
- Nhiệt độ làm lạnh là < 5oC
Phối trộn
- Mục đích: nâng cao giá trị cho sản phẩm.
- Nguyên liệu phối trộn: chất tạo hương, chất phụ gia giá trị cho sản phẩm, bổ sung vi khuẩn probiotic từ tank tàng trữ.
- Các biến đổi chính: trong quá trình này các biến đổi hóa lý,biến đổi cảm quan chiếm ưu thế: trạng thái sữa sền sệt, tạo hương và vị trái cây đặc trưng, tăng giá trị cảm quan cho sữa chua.
- Phối trộn trực tiếp vào bồn lên men, bật cánh khuấy trong một thời gian nhất định.
Đóng gói
- Mục đích: bảo quản, hoàn thiện sản phẩm, tạo mẫu mã bắt mắt. Quá trình bao gói được thực hiện trong phòng vô trùng với bao bì đã được chuẩn bị và vô trùng từ trước.
- Thiết bị
Vì quá trình được thực hiện trong phòng vô trùng nên đòi hỏi mức độ tự động hóa cao.
Sữa chua theo đường ống dẫn đi vào bị, dược tự đong nạp đầy vào hộp đã chuẩn bị từ trước theo lượng đã định sẵn.
Bảo quản
- Mục đích: ức chế hoạt động của vi khuẩn lactic làm tăng độ chua sản phẩm.
- Bảo quan: kho lạnh, nhiệt độ kho <8oC, thời gian bảo quản 45 ngày tính từ ngày sản xuất.