PHẦN 2: PHẦN 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
2.1. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
+ Chất lượng của nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến chất lượng của phô mai thành phẩm nên trước khi đưa vào sử dụng sản xuất cần phải qua khâu kiểm tra, đánh giá và phải đạt các tiêu chuẩn của nhà cung ứng và của nhà máy về các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý và vi sinh.
+ Yêu cầu của sữa nguyên liệu dùng để sản xuất phô mai
Sữa dùng để sản xuất phô mai không những phải là sữa tốt, đạt các tiêu chuẩn hóa lý, sinh học như để sản xuất các sản phẩm sữa lên men khác mà còn có yêu cầu đặc biệt khác, đó là khả năng đông tụ bằng renin và khả năng tách whey của hạt pho mát. Những khả năng này (đặc tính này) phụ thuộc vào từng giống bò, thậm chí vào từng con riêng biệt. Yếu tố về thời tiết các mùa trong năm cũng ảnh hưởng đến tính chất này của sữa.
Người ta khắc phục bằng cách bổ sung CaCl2, lên men phụ…
Kiểm tra khả năng đông tụ của sữa: cho 10ml sữa + 1ml 0,02% dung dịch renin, khuấy trộn đều rồi đặt vào cách thủy 35oC, theo dõi sự đông tụ. Nếu sữa đông tụ trong thời gian:
• Không quá 15 phút: thuộc nhóm sữa đông tụ nhanh
• Khoảng 15 – 40 phút: thuộc nhóm sữa đông tụ bình thường
• Hơn 40 phút: thuộc nhóm sữa đông tụ chậm
Acid citric rất cần cho sự tạo thành chất thơm. Trong sữa bò trung bình có 0,2%
acid citric. Trong quá trình lên men sữa và cream, các vi khuẩn tạo chất thơm (Streptococus diacetylatic, Lactobacillus cremoris) có thể chuyển hóa lactoza và acid citric thành acid lactic, acid acetic, CO2, diacetyl.
Bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp, các tác động cơ học hoặc xử lý sữa ở nhiệt độ cao đều ảnh hưởng tới khả năng đông tụ, tính thích ứng của sữa đó đối với việc sản xuất phô mai [3 – trang 148]
2.1.2. Định lượng
∗ Mục đích: Định lượng sữa bột gầy cần dùng cho công đoạn hoàn nguyên.
∗ Tiến hành: sữa bột gầy được kiểm tra rồi được xe nâng vận chuyển tới cân định lượng rồi đưa vào phễu trộn để khuấy trộn và được bơm qua thùng hoàn nguyên.
2.1.3. Hoàn nguyên sữa bột gầy
∗ Mục đích: Chuyển sữa bột từ dạng bột sang dạng lỏng giống như sữa tươi ban đầu.
∗ Tiến hành
+ Quá trình hoàn nguyên sữa bột gầy bằng cách cho sữa bột vào thùng có cánh khuấy đã chứa sẵn lượng nước nhất định có nhiệt độ 45-500C. Trong quá trình hoàn nguyên, cánh khuấy được hoạt động liên tục nhằm phân tán đều bột sữa trong nước, tăng khả năng hoà tan, tránh vón cục, đồng thời chất ổn định cũng được bổ sung vào nhằm ổn định trạng thái của sữa, giảm thời gian ủ hoàn nguyên sau này. Chất phá bọt cũng được cho vào ở đây nhằm tránh tạo bọt.
+ Nước dùng cho hoàn nguyên là nước đã qua khâu kiểm tra xử lí đạt yêu cầu.
2.1.4. Thanh trùng và làm lạnh
∗ Mục đích
Tiêu diệt một phần vi sinh vật và vô hoạt một phần enzyme có sẵn trong sữa nhằm tránh những bất lợi cho công đoạn tiếp theo, nhất là công đoạn ủ hoàn nguyên trong thời gian khá dài.
∗ Tiến hành
Dịch sữa trong thùng tạm chứa sau đồng hóa được bơm vào thiết bị thanh trùng, nhiệt độ thanh trùng là 750C, thời gian thanh trùng là 40 giây. Sau đó sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ 2 ÷ 60C.
2.1.5. Ủ hoàn nguyên
∗ Mục đích:
Sữa được ủ trong thời gian dài ở nhiệt độ thấp nhằm để nó dần dần trở lại trạng thái của sữa tươi nhưng vẫn đảm bảo hạn chế về sự phát triển của một số vi sinh vật. Các muối khoáng có trong sữa đặc biệt là ion canxi sẽ liên kết với casein là một loại protein chiếm phần lớn trong sữa để tạo thành caseinat canxi ở trạng thái hòa tan nên giúp cho sữa có trạng thái đồng nhất tốt. Đây là một trong những công đoạn quan trọng quyết định đến chất lượng phô mai.
∗ Tiến hành
+ Sữa sau khi thanh trùng và làm lạnh từ thùng chứa sẽ được bơm qua bồn ủ hoàn nguyên có bảo ôn nhiệt độ. Nhiệt độ ủ 2-6 0C trong thời gian 4-8 giờ.
+ Mỗi bồn hoàn nguyên đựợc gắn một cánh khuấy nhỏ nằm sát đáy và được bật chạy liên tục trong suốt quá trình ủ hoàn nguyên. Kết thúc quá trình ủ, dịch sữa đạt trạng thái
đồng nhất như sữa tươi, sữa này đưa đi qua thiết bị chứa đựng để chuẩn bị chuyển sang thiết bị tiêu chuẩn hóa.
2.1.6. Tiêu chuẩn hoá
∗ Mục đích
Điều chỉnh hàm lượng chất béo và chất khô của dịch sữa đạt yêu cầu công nghệ.
Nguyên liệu sản xuất chính của dây chuyền này là sữa bột gầy nên tiêu chuẩn hóa thực chất là bổ sung thêm mỡ sữa để đạt hàm lượng chất béo theo yêu cầu của sản phẩm, vì vậy cần bổ sung một lượng cream xác định vào để dịch sữa đạt 3,5% béo.
∗ Tiến hành
Sữa từ thùng chứa sữa sau hoàn nguyên được bơm vào thùng tiêu chuẩn hoá, cream được hâm nóng trở thành dạng lỏng rồi được bơm vào thùng tiêu chuẩn hoá đã chứa sẵn dịch sữa với tỷ lệ đã tính trước, cánh khuấy của thùng hoạt động liên tục làm tăng khả năng phân tán mỡ sữa trong khối sữa, ngăn chặn quá trình tách pha, tăng hiệu quả của quá trình đồng hoá.
2.1.7. Gia nhiệt
Nhằm nâng nhiệt độ của sữa lên để tăng hiệu quả của quá trình đồng hóa, giảm độ nhớt của khối sữa và tiêu diệt một phần vi sinh vật mà chủ yếu là tạp trùng. Sử dụng thiết bị gia nhiệt dạng hình trụ đứng nâng nhiệt độ dịch sữa lên 600C.
2.1.8. Đồng hoá
∗ Mục đích
+ Vì các hạt chất béo có trong sữa dễ dàng liên kết nhau tạo thành các hạt cầu béo có kích thước lớn hơn và nổi lên trên bề mặt, tạo thành màng gây nên sự phân lớp. Đây là một trong những nguyên nhân chính làm mất ổn định trạng thái của sữa trong quá trình sản xuất. Vì vậy đồng hóa nhằm làm giảm kích thước của các cầu béo, làm chúng phân
bố đều trong sữa, ta tiến hành đồng hóa hỗn hợp dưới tác dụng của áp lực cao khoảng 200-250 bar, ở nhiệt độ 65-700C.
+ Đồng hóa là công đoạn rất quan trọng trong công nghệ chế biến phô mai làm tăng chất lượng về phương diện trạng thái, tránh hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quản và tạo điều kiện cho công đoạn tiếp theo.
∗ Tiến hành
+ Sữa sau khi gia nhiệt được bơm qua máy đồng hóa nhờ bơm ly tâm. Các tiểu cầu béo bị phá vỡ và giảm kích thước khi đi qua khe hẹp với tốc độ cao ở áp suất 200 ÷ 250 bar.
Do khe hẹp có cấu tạo với tiết diện giảm dần, tốc độ chuyển động của sữa sẽ tiếp tục tăng cao khi chảy qua khe. Ngoài ra khi thoát ra khỏi khe hẹp các cầu béo tiếp tục bị va đập vào bề mặt cứng làm chúng bị vỡ ra và làm giảm kích thước hạt.
+ Dịch sữa sau đồng hóa được chứa trong thùng tạm chứa.
2.1.9. Thanh trùng và làm nguội
* Mục đích: Quá trình thanh trùng nhằm tiêu diệt vi sinh vật và enzyme có trong sữa, làm biến tính một phần các protein trong sữa để thuận lợi cho công đoạn lên men.
* Tiến hành
+ Dịch sữa trong thùng tạm chứa sau đồng hóa được bơm vào thiết bị thanh trùng ở chế độ: 78-800C trong thời gian 15 giây, tiếp theo sẽ được làm nguội về 28 - 300C.
+ Quá trình thực hiện trong một công đoạn khép kín, hoàn toàn tự động hóa.
2.1.10. Lên men
Phô mai tươi được làm theo phương pháp chua hoặc phương pháp men chua.
Phương pháp này hiệu quả tốt đối với loại phô mai không béo [3 – trang 149]
+ Đầu tiên, ta cấy giống, sử dụng vi khuẩn lactic và tiến hành nhân giống trong môi trường sữa có hàm lượng chất khô: 10-11% (môi trường được thanh trùng ở nhiệt độ:
110-1150C, trong thời gian 10 phút), thực hiện ở 280C.
+ Thường sử dụng nhóm vi khuẩn lactic ưa ấm để sản xuất phô mai tươi: Lactococcus cremoris, Leuconotoc lactis, Leuconótoc cremoris…
+ Sau khi nhân giống, ta cấy vi khuẩn lactic này vào sữa theo tỉ lệ: 5-8% (v/v) và bắt đầu khuấy trộn canh trường đạt đến mức độ đồng nhất để thực hiện quá trình lên men.
+ Tiến hành lên men ở: 28-300C, sau 6-8h khi pH của sữa giảm xuống còn 5,8, độ chua quện sữa đạt 65-70oT, ta bơm hỗn hợp qua bồn đông tụ và cho enzyme chymosin vào để tiến hành đông tụ [3 – trang 149]
2.1.11. Đông tụ và tách huyết thanh
* Mục đích: Sử dụng enzyme chymosin để chuyển casein trong sữa từ dạng keo sang khối đông với cấu trúc gel.
* Tiến hành:
+ Với hoạt tính đông tụ: 1/10000 thì lượng chế phẩm enzyme cần sử dụng trung bình 5- 10g/100kg sữa.
+ Để thực hiện, trước tiên ta hòa tan lượng rennet với nước theo tỉ lệ 1/10 rồi cho vào bồn đông tụ, và duy trì ở nhiệt độ: 280C. Trong quá trình đông tụ: vi khuẩn lactic vẫn tiếp tục lên men tạo axit lactic làm giảm pH của sữa đồng thời cũng tổng hợp nhiều sản phẩm phụ khác nhau tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm phô mai.
+ Thời gian quá trình đông tụ tính từ lúc cho enzyme vào sữa và kéo dài khoảng 4 - 6 giờ.
Sản phẩm phô mai blanc nếu được sản xuất theo phương pháp thủ công có thời gian đông tụ dài hơn tối đa 18 giờ. Tại thời điểm kết thúc quá trình đông tụ, giá trị pH giảm xuống 4,50 – 4,55.
+ Người ta thường sử dụng bể đông tụ truyền thống trong sản xuất phô mai blanc. Tuy nhiên cần sử dụng nắp đậy ở phía trên để hạn chế nhiễm vi sinh vật từ môi trường sản
xuất sữa.Sau quá trình đông tụ, ta tiến hành tách sơ bộ huyết thanh sữa ra khỏi bồn đông tụ thông qua lưới lọc và lỗ thoát ở gần đáy thiết bị.
2.1.12. Cắt quện sữa
* Mục đích: Tăng nhanh quá trình tách huyết thanh sữa.
* Tiến hành:
+ Sau khi sữa đã đông tụ, người ta tiến hành cắt quện sữa thành những miếng nhỏ 20mm.
Để yên 15 – 20 phút. Người ta đun nhẹ quện tới 36 – 38oC để tăng nhanh quá trình tách nước. Có thể dùng whey nóng 60-65oC cho vào trực tiếp để tăng nhiệt độ của quện. Khi đổ nước nóng, chú ý khuấy đều, nhẹ tay.
+ Nếu dùng nước nóng quá (nhiệt độ cao) sẽ làm sản phẩm khô, rời rạc. Ngược lại, nhiệt độ thấp lại làm chậm quá trình tách whey từ quện, làm tăng độ chua của sản phẩm. Sauk hi đạt độ chua cần thiết, để yến 10-15 phút.
2.1.13. Ép định hình
* Mục đích:
Sau khi cắt quện sữa, để tạo cấu trúc đặc trưng cho phô mai, cũng như có các hình dạng khác nhau theo nhu cầu thị trường, ta tiến hành ép định hình khối đông và ở công đoạn này thì lượng huyết thanh được tách ra kiệt hơn.
* Tiến hành
Tách nước sơ bộ rồi cho quện vào bao tải thô, buộc kín rồi xếp bao nọ chồng bao kia để chúng tự tách nước.
Giai đoạn tự ép thường kéo dài 1-2h cho tới khi whey không tự chảy nữa. Nếu hàm lượng nước trong quện sữa còn cao hơn 80% thì tiếp tục ép bằng máy. Quá trình ép phải tiến hành ở khu vực riêng có nhiệt độ không khí 8oC để độ chua của sản phẩm không bị tăng lên và sau khi ép xong, người ta phải làm lạnh ngay tới 6-8oC [3 – trang 150]
Khối đông được cho vào phễu và nhờ các mũi khoan định hình, sau đó băng chuyền sẽ vận chuyển sản phẩm ra ngoài.
2.1.14. Ướp muối
* Mục đích:
Khối đông thu được có cấu trúc xốp và chứa nhiều mao quản, các mao quản có đường kính khác nhau và không ổn định. Khi ta ngâm khối đông vào nước muối, các phân tử muối sẽ khuếch tán vào sâu bên trong khối đông nhờ hệ thống mao quản nói trên đồng thời nước và một số chất tan từ trong khối đông sẽ khuếch tán ra dung dịch muối. Như vậy, sẽ xảy ra sự trao đổi ion giữa Na+ của nước muối và Ca2+ đang liên kết với casein của khối đông, kết quả hàm lượng Ca2+ trong khối đông bị giảm làm cho phô mai thành phẩm đạt được độ dẻo nhất định.
* Tiến hành:
Khối phô mai sau khi ép định hình sẽ đựợc ngâm trong dung dịch nước muối, sử dụng nước muối có nồng độ 18 – 23% (w/w) đã được bổ sung CaCl2 và hiệu chỉnh pH. Chất chỉnh pH thích hợp là acid lactic hoặc acid clohydric. Yêu cầu acid clohydric không chứa các kim loại nặng như Pb, Cu…Hàm lượng Calci trong nước muối trung bình 0,1 – 0,2%.
Nhiệt độ dung dịch muối trong quá trình ngâm khối đông là 10 – 14oC. pH được điều chỉnh trong khoảng 5,2 – 5,4.
2.1.15. Bao gói
Quá trình bao gói được thực hiện thủ công trong khu vực đảm bảo điều kiện vệ sinh vô trùng để tránh nhiễm vi sinh vật từ môi trường vào sản phẩm và bảo quản ở kho lạnh có nhiệt độ thấp từ 2-4oC.
Hệ vi sinh vật trong phô mai sẽ tiếp tục thực hiện quá trình trao đổi chất trong suốt thời gian bảo quản sản phẩm. Do đó yêu cầu bao bì phải có độ thấm khí nhất định. Thông thường sử dụng bao bì có nguồn gốc cellulose [5 – Trang 240]
2.2. Các quá trình sinh hóa cơ bản xảy ra trong sản xuất phô mai
Trong sản xuất phô mai có thể chia thành 2 giai đoạn, hai giai đoạn này liên quan chặt chẽ với nhau.
Quá trình chín sinh học phụ thuộc không chỉ vào điều kiện, quá trình ngâm chín mà còn phụ thuộc vào chính điều kiện kết tủa casein bằng renin, xử lý hạt phô mai, nhiệt
độ đun lần 2 …Có thể nói rằng quá trình chín của phô mai bắt đầu từ rất sớm, tức là ngay từ lúc đông tụ. Tuy nhiên, sự biến đổi sâu sắc sinh hóa các thành phần của sữa (của phô mai) mà kết quả tạo ra mùi vị đặc trưng xảy ra chủ yếu ở giai đoạn 2.
Ở giai đầu, sự đông tụ sữa bằng renin là quan trọng nhất. Kết quả của sự đông tụ này là tạo thành canxi paracaseinat – dưới dạng gel (curd). Tính chất của quện sữa này phụ thuộc vào số lượng và hoạt độ của rennin, lượng ion Ca2+ trong sữa và pH của sữa.
Khi cho nhiều rennin hoạt tính cao vào sữa thì sự đông tụ càng nhanh và tăng lượng canxi hòa tan trong sữa, quện sữa sẽ mịn.
Khi gia nhiệt sữa 70-80oC, canxi hòa tan sẽ chuyển thành canxi phosphate không hòa tan Ca3(PO4)2 tức là giảm ion Ca2+, quá trình đông tụ sữa sẽ chậm lại, quện sữa không mịn.
Khi pH càng thấp thì sự đông tụ càng nhanh. Tuy nhiên có giới hạn, ở pH = 6,2 là điều kiện tốt nhất rennin tác dụng. Nếu giảm pH thấp hơn nữa thì khi đó casein đông tụ không phải do rennin mà là do acid.
Yếu tố thứ hai quan trọng là việc xử lý hạt phô mai tạo thành. Mục đích của quá trình này là loại bớt whey đến mức cần thiết. Trong quá trình ngâm chín phô mai, các thành phần của sữa biến đổi ssawu sắc dưới tác dụng của các enzyme khác nhau:
Lactoza được chuyển hóa hoàn toàn đến acid lactic và hàng loạt các hợp chất khác.
Protein bị thủy phân một phần (phụ thuộc vào từng loại phô mai) đến peptid, acid amin.
Chất béo bị chuyển hóa tạo ra một số acid béo bay hơi và không bay hơi.
Quá trfinh ngâm chín còn làm biến đổi cấu trúc, trạng thái của phô mai. Sự biến đổi các thành phần và cấu trúc trong quá trình ngâm chín là kết quả của sự tác động kết hợp giữa rennin và các vi khuẩn lactic.
2.2.1. Sự biến đổi của lactoza
Dưới tác dụng của vi khuẩn lactic, lactoza bị biến đổi rất nhanh. Sau 5-10 ngày thì hầu như chấm dứt. Sản phẩm chính của sự biến đổi này là acid lactic. Vi khuẩn lên men
lactic đồng nhất chuyển hóa hoàn toàn lactoza thành acid lactic. Streptococus paracitrovorus 66%, và Streptococus diaxetilactic ở mức trung bình (theo Klimoxki).
Độ acid của phô mai tăng rất nhanh ở những ngày đầu, sau đó chậm lại và ở cuối giai đoạn ngâm chín tăng rất chậm.
Không phải toàn bộ lượng lactoza chuyển thành acid lactic với lượng tương ứng.
Một phần lactoza được sử dụng cho các quá trình lên men khác để tạo thành diacetyl, aceton, acid bay hơi và rượu. Một phần acid lactic được tạo thành lại chuyển hóa tiếp dưới tác dụng của vi khuẩn để thành acid propionic, acid acetic, acid butyric, CO2…
3CH3CHOHCOOH 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + H2O Acid lactic Acid propionic Acid acetic
Acid lactic còn tương tác với các thành phần khác của phô mai như tham gia phản ứng trao đổi ion với các muối, tạo thành các phức với protein…
Lượng acid lactic tạo thành ảnh hưởng đến chất lượng của phô mai. Nếu quá cao sẽ hạn chế sự phất triển của vi khuẩn lactic, làm thay đổi phức protein – canxi phosphate theo chiều hướng không có lợi cho trạng thái của phô mai. Ngược lại, nếu hàm lượng acid lactic thấp (pH > 6) tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn có hại hoạt động làm giảm chất lượng của phô mai.
2.2.2. Sự biến đổi của các protein
Sự biến đổi sinh hóa các protein trong phô mai xảy ra chủ yếu ở giai đoạn ngâm chín. 90% nitơ hòa tan trong phô mai được tạo thành do kết quả của sự tác động phối hợp của rennin và các proteaza vi khuẩn.
Theo ý kiến của nhiều tác giả, rennin có vai trò là tác nhân đông tụ sữa và thủy phân không sâu protein tạo thành một số sản phẩm có tác dụng thúc đẩy sự hoạt động của vi khuẩn lactic. Và chính proteaza của vi khuẩn lactic mới tiếp tục thủy phân protein. Các proteaza vi khuẩn phá vỡ các liên kết peptid, disunfit… tạo thành các proteoza, các polypeptide, peptid và cuối cùng thành các acid amin.
Mức độ thủy phân protein được đánh giá qua các sản phẩm của quá trình này.
Trong quá trình ngâm chín, một số acid amin bị phân hủy, một số khác lại biến đổi thành acid amin mới.