5.1 Nhân giống
Mục đích công nghệ
- Chuẩn bị: Cho quá trình lên men tiếp theo được diễn ra tốt hơn - Khai thác: Thu sinh khối vi sinh vật
Các biến đổi của nguyên liệu
- Sinh học: Các tế bào vi sinh vật sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất và sinh sản tạo ra nhiều tế bào mới.
- Hóa sinh: Xảy ra các phản ứng liên quan đến sự trao đổi chất của tế bào.
Gồm các quá trình đồng hóa và dị hóa.
- Hóa lý: Xảy ra một số biến đổi về pha như tăng nồng độOxy hòa tan trong pha lỏng do quá trình sục khí. Khí Cacbonic do vi sinh vật tạo ra sẽ tan vào pha lỏng, một phần thoát ra khỏi canh trường.
- Vật lý: Tăng nhiệt độcanh trường 5.2 Ngâm
Mục đích công nghệ: Chuẩn bị
- Làm hạt đâu mềm, giúp dễ tách vỏ hơn.
- Tăng hiệu suất nghiền.
- Cải thiện màu sắc, mùi, vị sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Vật lý: Trong quá trình ngâm hạt đậu nành hút nước, trương nở dẫn đến sự tăng vềkích thước và khối lượng. Hạt đậu trởnên mềm hơn.
- Hóa lý: Hạt dậu nành bị hydrate hóa. Trong quá trình này, một phần các oligosacharide như raffinose, stachyose (là nguyên nhân gây khó tiêu) được trích ly ra khỏi hạt đậu nành.
Quá trình ngâm cũng làm giảm bớt mùi hăng của đậu nành.
Thông sốcông nghệ:
- Tỉ lệđậu: nước là 1 : 3 (w/w)
- Nhiệt độ ngâm đậu: dao động trong khoảng từ 20 – 25OC
- Thời gian ngâm: từ 6 – 8 giờ. Thời gian ngâm dài hay ngắn sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi protein. Nhìn chung sau khi ngâm hạt đậu có hàm ẩm 55 – 65 % là tốt. Tách đôi hạt đậu ra kiểm tra thấy mặt đậu bằng phẳng, không có vết lõm là được.
Trang 21
Hình 5. Thiết bị ngâm rửa 5.3 Tách vỏ
Mục đích công nghệ: Chuẩn bị
Tách vỏ sau khi ngâm để tránh một số thành phần không mong muốn có trong vỏ hạt như: Chất màu, chất chát... đi vào sữa đậu nành sau khi nghiền, làm giảm chất lượng sữa.
Các biến đổi của nguyên liệu
Trong quá trình tách vỏ, lớp vỏ sẽ bị tác dụng của lực cơ học và vỡ ra. Khối lượng của nguyên liệu sẽ giảm đi do vỏ dược tách ra.
Thiết bị và thông số công nghệ
Sửdụng thiết bị tương tựnhư thiết bị nghiền búa, sau đó dùng sàng và khí động để tách vỏ.
5.4 Nghiền ướt và trích ly
Mục đích công nghệ: Khai thác
Quá trình nghiền ướt làm phá vỡ hạt đậu nành, giải phóng protein, lipid, glucid và các chất hòa tan khác trong đậu nành vào trong nước.
Các biến đổi của nguyên liệu Vật lý:
- Kích thước hạt đậu nành giảm đáng kể thành các hạt mịn.
- Nhiệt độ tăng do ma sát giữa các hạt rắn trong quá trình nghiền.
Hóa lý: Đây là biến đổi quan trọng vì các chất dinh dưỡng trong đậu nành được trích ly vào nước , đậu nành chuyển từ trạng thái các hạt rời thành hỗn hợp huyền phù gọi là sữa đậu nành thô.
Trang 22
Hóa sinh: Có thể xảy ra phản ứng oxy hóa do enzyme lipoxygenase xúc tác.
Enzyme này được giải phóng ra khi tế bào hạt đậu nành bị phá vỡ. Tuy nhiên, phản ứng xảy ra ở mức độ không đáng kể vì quá trình nghiền được thực hiện trong nước.
Thiết bị và thông số công nghệ
- Thiết bị: Sử dụng thiết bị nghiền ướt Vận tốc quay : 2800 – 3600 rpm
Bánh nghiền có đường kính 178mm, được làm bằng vật liệu corundum.
- Thông sốcông nghệ
Tỷ lệnước : đậu là 1:6 ( w/w)
Mức độ nghiền: Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà chọn mức độ nghiền thích hợp. Cần chú ý mức độ nghiền quá thô thì sẽ không đủ để phá vỡ tế bào và trích ly hiệu quả các chất hòa tan vào dung dịch, ngược lại nếu mức độ nghiền quá mịn thì gây lãng phí năng lượng trong sản xuất và khó lọc để tách bã.
Cần chú ý rằng dịch sữa đậu nành là một huyền phù có chất saponin là chất có tính dễ tạo bọt. Đây là một hệ gồm những bong bóng khí được phân cách nhau bằng một màng chất lỏng là protein và có độ bền rất cao, vì vậy ta có thể sửdụng cho chất phá bọt trong quá trình nghiền ướt. Chất phá bọt dùng với lượng 0,05% so với đậu nành và không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm.
Hình 6. Thiết bị nghiền ướt
Trang 23 5.5 Lọc
Dịch sữa sau khi nghiền được lọc qua vải lọc để loại bỏbã lọc.
Mục đích công nghệ :
- Khai thác loại bỏbã lọc ra khỏi dịch sữa sau khi nghiền.
- Hoàn thiện cải thiện cảm quan giá trị sản phẩm.
Các biến đổi của nghuyên liệu:
- Hóa lý: Sau khi nghiền ta thu được hỗn hợp rắn – lỏng. Pha lỏng các tính chất của dung dịch keo và hệ nhũtương, còn pha rắn là những cấu tửkhông tan trong nước. Các nhà sản xuất sử dụng phương pháp phân riêng để tách các cấu tử rắn ra khỏi pha lỏng.
- Trong quá trình lọc để tách các chất rắn sẽ xảy ra hiện tượng một số chất hòa tan bị giữ lại trong bã lọc. Vì vậy phải dùng nước rửa lại bã để tách kiệt các chất hòa tan và lọc nước rửa lại lần nữa. Lượng nước dùng để rửa không được quá nhiều vì sẽpha loãng dịch trích tăng chi phí cho quá trình lọc và làm tăng số dụng cụ chứa bán thành phẩm ở các quá trình chế biến tiếp theo; trong khi đó hàm lượng các chất chiết và protein được thu hồi không đáng kể.
- Dịch sữa đậu nành sau quá trình lọc có chứa vi khuẩn lactic với mật độ khoảng 1,5.104 – 2.104 cfu/mL. Do vậy, nếu đểlâu sẽ xảy ra quá trình lên men lactic.
Chính lượng axit lactic này sinh ra sẽthay đổi pH của dịch sữa tới gần điểm đẳng điện của protein đậu nành, từ đó khối sữa sẽ bị đông vón thành những hoa đậu rất nhỏ trong công nghệ sản xất sữa đậu nành hiện tượng trên được gọi là “ngậy”, ý nói nước sữa đậu nành đã bị chua và hỏng.
Thiết bị và thông sốcông nghệ
- Thiết bi: Sửdụng thiết bị lytâm lọc.
- Thông sốcông nghệ:
- Thời gian tính từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc quá trình phân riêng không được kéo dài quá 30phút vào mùa hè và không quá 50phút vào mùa đông nhằm tránh xảy ra hiện tượng “ngậy”.
Bã đậu sau quá trình phân riêng có thành phần như sau:
Protein : 3-4%
Lipit : 1-2%
Gluxit : 5-6%
Hàm ẩm : 80-90%
Trang 24
Hình 7. Thiết bị lytâm lọc 5.6 Gia nhiệt:
Mục đích công nghệ:
- Hoàn thiện: loại bỏ những chất mùi không mong muốn trong sữa đậu nành.
- Bảo quản: vô hoạt các enzyme, tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật có trong sữa.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Vật lý: lớp vỏ solvate bị phá vỡ.
- Hóa học: phân hủy các chất gây độc (độc tố aflatoxin nếu bị lẫn vào nguyên liệu), khử mùi hăng của đậu.
- Hóa sinh và vi sinh : làm biến tính hợp chất kháng trypsin và hệ vi sinh vật lẫn trong bán thành phẩm.
Thiết bị
- Sửdụng thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, bên ngoài có lớp vỏáo để hiệu chỉnh nhiệt độ.
- Trong quá trình nấu, người ta có thể bổ sung đường saccharose, chất béo và một số phụ gia khác vào dịch sữa, đường saccharose phải được chuẩn bị ở dạng syrup.
Hàm lượng các thành phần được bổ sung thay đổi tùy theo chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm cần đạt được bằng phương pháp thực nghiệm.
Trang 25
Thông số công nghệ:
- Sữa đậu nành cần được gia nhiệt đến 95-97OC.
Hình 8. Thiết bị gia nhiệt 5.7 Đồng hóa:
Mục đích công nghệ:
- Hoàn thiện: Cải thiện cấu trúc sản phẩm, làm cho sữa được đồng nhất. Làm giảm hiện tượng lắng, tách lớp, tách béo, tăng độ ổn định trong thời gian bảo quản.
Các thành phần trong sữa sau khi đồng hóa sẽđược cơ thể hấp thu dễdàng hơn. - Chuẩn bị: tăng hiệu quảtruyền nhiệt cho quá trình tiệt trùng sản phẩm.
- Yêu cầu: các hạt cầu béo sau khi đồng hóa sẽđược chia nhỏvà phân bốđều trong dịch sữa.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Vật lý:
+ Các hạt cầu béo bị phá vỡ làm giảm kích thước pha phân tán.
+ Nhiệt độ dịch sữa tăng nhưng không làm ảnh hưởng tới tính chất cảm quan của sản phẩm.
- Hóa lý:
+ Các hạt phân bốđều trong pha liên tục.
+ Do hạt phân tán bị giảm kích thước nên bề mặt tiếp xúc pha tăng lên.
Thiết bị: Sửdụng thiết bịđồng hóa áp suất cao.
Trang 26
Thông số công nghệ: Sữa cần được gia nhiệt lên 70-75OC,sử dụng phương pháp đồng hóa hai cấp áp suất lần lượt là 200 và 50 Pa.
1. Bộ phận sinh lực (forcer) thuộc hệ thống tạo đối áp
2. Vòng đập (impact ring) 3. Bộ phận tạo khe hẹp (seat)
4. Hệ thống tạo đối áp ( hydraulic actuator)
5. Khe hẹp
Hình 9. Thiết bị đồng hóa áp suất cao
5.8 Cấy giống và phối trộn:
Mục đích công nghệ
- Chuẩn bị : cấy giống vi khuẩn lactic vào sữa là để chuẩn bị cho quá trình lên men tiếp theo.
- Hoàn thiện : Bổ sung chất màu và chất mùi vào sữa sẽ làm đa dạng hóa các chỉtiêu cảm quan của sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu:
- Khi bổ sung canh trường giống và các chất màu, chất mùi vào sữa thì thành phần hóa học của sữa đậu nành sẽ thay đổi đôi chút. Cần chú ý là phải sử dụng các chất màu và mùi ở dạng vô trùng.
Thiết bị & thông sốcông nghệ
- Thiết bị để thực hiện quá trình cấy giống và phối trộn có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy. Chất màu và mùi cần chuẩn bị trước ở dạng dung dịch trước khi được bổ sung vào thiết bị phối trộn. Khi cần người ta sẽ vô trùng dung dịch phụ gia bằng phương pháp vi lọc.
Trang 27 5.9 Rót và đóng nắp :
Mục đích công nghệ: Hoàn thiện
Các biến đổi của nguyên liệu
- Quá trình rót bán thành phẩm vào bao bì và đóng nắp được thực hiện nhanh và trong điều kiện kín nên những biến đổi xảy ra trong bán thành phẩm là không đáng kể.
Thiết bị:
- Các nhà sản xuất sửdụng bao bì nhựa. Các thiết bịrót và đóng nắp hiện nay đều thực hiện theo phương pháp liên tục và tựđộng hóa.
Hình 10. Thiết bị rót
Hình 11. Thiết bị đóng nắp
Trang 28 5.10 Lên men
Mục đích công nghệ
- Chế biến: quá trình lên men làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa đậu nành, chuyển hóa sữa đậu nành thành sản phẩm yaourt.
- Bảo quản: trong quá trình lên men, acid lactic được sinh tổng hợp và làm giảm giá trị pH của sữa. Sản phẩm yaourt có giá trị pH không lớn hơn 4,6. Giá trị pH thấp có tác dụng ức chế VSV ( kể cả vi khuẩn lactic giống ), góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Các biến đổi của nguyên liệu
- Sinh học: có hai biến đổi quan trọng trong quá trình lên men lactic.Đó là sự trao đổi chất và sự sinh trưởng của vi khuẩn. Sự trao đổi chất nhằm mục đích duy trì sự tồn tại của vi khuẩn trong phương pháp lên men chu kỳ sẽ bao gồm 6 giai đoạn:
thích nghi, sinh trưởng nhanh, logarit, sinh trưởng chậm, ổn định và suy vong.
- Hóa sinh và hóa học: trong quá trình lên men sản xuất yaourt, có nhiều phản ứng xảy ra bên trong lẫn bên ngoài tế bào vi khuẩn lactic. Đầu tiên đường lactose trong sữa được vi khuẩn sử dụng và chuyển hóa qua nhiều phản ứng để tạo ra acid lactic. Những phản ứng chuyển hóa này nhằm mục đích sinh tổng hợp năng lượng cho vi khuẩn.Mỗi mol đường lactose sẽ tạo ra 4 mol ATP và 4 mol acid lactic trong quá trình lên men đồng hình.Sau đó, vi khuẩn lactic sẽ thải các phân tử acid lactic ra bên ngoài tế bào.
- Vi khuẩn lactic còn sinh tổng hợp nhiều sản phẩm phụ. Trong quá trình lên men lactic đồng hình, hàm lượng các sản phẩm phụ là rất thấp so với hàm lượng của acid lactic. Những sản phẩm phụ quan trọng có ảnh hưởng đến hương yaourt là acetaldehyde và diacetyl.
- Vật lý: các quá trình lên men xảy ra đều kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt. Do đó, các nhà sản xuất cần hiệu chỉnh nhiệt độ tủ lên men hoặc phòng lên men sao cho nhiệt độ canh trường luôn ổn định trong suốt thời gian lên men.
Thiết bị & thông sốcông nghệ:
- Để thực hiện quá trình lên men trong sản xuất công nghiệp, người ta sử dụng tủlên men hoặc phòng lên men.
- Tủ lên men thường có dạng hình hộp chữ nhật, bên trong có nhiều ngăn.
Các hộp bao bì chứa sữa đã cấy giống sẽ được chất đầy trên các ngăn bên trong tủ.
Nhiệt độ không khí bên trong tủ có thể hiệu chỉnh tự động. Tủ lên men chỉ phù hợp cho các cơ sở sản xuất nhỏ.
- Phòng lên men là một phòng kín và cũng thường có dạng hình hộp chữ nhật. Các hộp bao bì chứa sữa đã cấy giống sẽ được chất lên những giá đỡ có nhiều kệ. Những giá đỡ này được đặt trên bốn bánh xe nên có thể di chuyển dễ dàng. Sau khi các xe đẩy với giá đỡ được đưa vào phòng , người ta đóng cửa phòng lại để bắt đầu quá trình lên men.
Trang 29
- Nhiệt độ không khí bên trong phòng sẽ được hiệu chỉnh tự động.Nhiệt độ lên men là 43OC. Quá trình lên men được xem là kết thúc khi độ chua của sữa đạt 70 – 80OD. Tùy theo hoạt tính của giống vi khuẩn lactic sử dụng mà thời gian lên men có thểkéo dài từ 2,5 – 7,0 giờ.
5.11 Làm lạnh và bảo quản :
Mục đích công nghệ
- Hoàn thiện : Quá trình làm lạnh sẽ cải thiện cấu trúc và độ bền gel của sản phẩm yaourt.
- Bảo quản : khi giảm nhiệt độ , sựsinh trưởng và trao đổi chất của vi khuẩn lactic bịức chế, nhờđó làm chậm sựthay đổi các chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của sản phẩm trong quá trình bảo quản.
Các biến đổi của nguyên liệu
- Các biến đổi trong quá trình làm lạnh cũng tương tựnhư trong quá trình lên men. Do nhiệt dộ giảm dần nên tốc độ của các biến đổi và mức độchuyển hóa sẽ thấp hơn.
Thiết bị & thông số công nghệ
- Trong sản xuất công nghiệp, người ta thường sử dụng tủ lạnh hoặc phòng lạnh.Các bao bì chứa sản phẩm đã lên men sẽ được đặt trên các xe đẩy với giá đỡ rồi được đưa vào phòng lạnh. Quá trình làm lạnh cần được thực hiện càng nhanh càng tốt. Nhiệt độ của yaourt sau quá trình làm lạnh sẽ xấp xỉ 40OC.
Hình 12. Tủ làm lạnh bảo quản sữa chua
Trang 30