CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA ĐẬU NÀNH TIỆT TRÙNG
2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ
2.2.1. Làm sạch
Quá trình làm sạch giúp loại bỏ bụi bẩn, tạp chất và một phần vi sinh vật bám trên bề mặt hạt, đồng thời giúp hạt nở ra, mềm hơn, thuận lợi cho quá trình xay, nghiền. Sau khi làm sạch yêu cầu phải hạt sạch hơn, sáng hơn, tăng giá trị cảm quan, tăng chất lượng sản phẩm. Quá trình làm sạch được thực hiện bằng cách cho đậu nành qua hệ thống làm sạch để loại bỏ tạp chất.
2.2.2. Tách vỏ
Mục đích của quá trình là loại bỏ tạp chất, vi sinh vật bám trên vỏ, giúp thu được triệt để hàm lượng protein trong quá trình nghiền vì loại được sự ngăn cản của lớp vỏ, tăng khả năng tiêu hóa, rút ngắn thời gian biến đổi vô hoạt một số enzyme, làm biến tính protein và sậm màu sữa đậu nành. Quá trình tách vỏ bằng thiết bị tách vỏ đôi trục cao su. Hạt đậu nành qua phễu rồi qua bộ phận phân phối đi vào khe hẹp giữa hai trục, dưới tác dụng nén vỏ bị tách khỏi nhân. Dưới tác dụng của dòng không khí, vỏ nhẹ hơn được quạt hút ra ngoài, nhân không bị hút thì rơi xuống và được thu hồi.
22 Hình 2.1. Thiết bị tách vỏ đôi trục cao su
2.2.3. Chần
Mục đích của quá trình chần là giúp tăng hiệu quả quá trình nghiền, giảm chi phí trong quá trình nghiền, giảm thời gian nấu, làm mềm đậu, tiêu diệt vi sinh vật, giảm hàm lượng oligosaccharide. Các biến đổi trong quá trình chần bao gồm biến đổi vật lý và hóa lý. Trong đó, biến đổi vật lý thể hiện ở việc hạt đậu nành hút nước, trương nở dẫn đến sự tăng về kích thước và khối lượng từ 2 – 3 lần. Hạt trở nên mềm hơn. Biến đổi hóa lý là hạt đậu nành bị hydrate hóa đáng kể, tại đây một số oligosaccharide như raffinose, stachyose là nguyên nhân gây khó tiêu được trích ly ra khỏi hạt đậu nành. Quá trình này được thực hiện bằng thiết bị chần băng tải qua 2 giai đoạn: chần ở 65℃ trong 5 phút, làm nguội về 25℃ trong 3 phút. Làm nguội để ngừng các quá trình biến đổi tiếp tục xảy ra.
23 Theo truyền thống, sữa đậu nành được sản xuất bằng cách ngâm hạt đậu vào nước rồi mang xay nhỏ và đun sôi trong nước. Nhưng quá trình ngâm mất rất nhiều thời gian, hạt đậu thường được ngâm trong nước hơn 12 tiếng cho đến khi đủ mềm để xay vỡ ra. Trong quá trình này, một số amino acid và khoáng chất mang lại hương vị ngon cho đậu nành sẽ bị mất đi, vậy mà cho đến nay, người ta vẫn chấp nhận nó như 1 phần không thể tránh khỏi của công đoạn này.
Vì nếu nghiền hạt đậu mà không ngâm trước thì sẽ có mùi vị như bột sống. Vấn đề này xuất phát từ kết cấu của hạt đậu tương, vì trong thời thời gian ngâm dài, nước thẩm thấu vào trong cấu trúc tế bào của hạt đậu cho đến khi nó nở to ra gấp 2 – 3 lần so với kích thước ban đầu. Các tế bào nở ra sẽ dễ dàng bị nghiền vỡ trong máy nghiền, giúp chiết xuất ra các dưỡng chất của hạt đậu. Tuy nhiên với hạt đậu sống, các tế bào vẫn giữ nguyên kích thước nhỏ và cứng, máy nghiền không thể nghiền chúng nhỏ đến mức tế bào được, nên tế bào chưa vỡ sẽ tạo ra mùi vị như bột sống và các thành phần tạo hương vị vẫn còn bị giữ lại ở bên trong. Nên cần phải chần trước khi nghiền nếu đã bỏ qua quá trình ngâm.
Hình 2.3. Thiết bị chần băng tải
Cấu tạo của thiết bị chần băng tải bao gồm: (1) cửa nguyên liệu vào, (2) băng tải, (3) thùng chần, (4) ống hơi, (5) vòi nước rửa, (6) cửa nguyên liệu ra, (7) đường nước cấp, (8) đường nước xả.
Về nguyên lý làm việc: nguyên liệu vào cửa nạp (1) và được vận chuyển trên băng tải (2) trong thùng chần (3) có chứa nước nóng hoặc dung dịch chần
24 nóng. Băng tải (2) được cấu tạo bằng dây xích truyền động trên có gắn các lá kim loại ghép có gờ ngang để giữ sản phẩm, hoặc lưới sắt hay gàu chứa vật liệu. Thùng chần (1) làm bằng kim loại và có nắp mở được khi cần thiết. Dung dịch hoặc nước chần được đun nóng nhờ các ống phun hơi (4) đặt ở giữa hai nhánh băng tải. Vật liệu sau khi chần có thể được làm nguội hoặc rửa sạch nhờ hệ thống vòi rửa (5). Sản phẩm sau khi chần được ra ở máng (6), thường máng có độ nghiêng 40°. Nước vào thiết bị theo đường cấp (7), khi cần mở cửa xả nước hoặc dung dịch khỏi thiết bị theo đường (8).
2.2.4. Nghiền ướt
Hạt đậu nành sau khi ngâm sẽ được đưa vào nghiền ướt để phá vỡ cấu trúc tế bào giải phóng các chất protein, glucid, lipid vào trong nước tạo thành dung dịch huyền phù. Vì thế mục đích của quá trình nghiền ướt là giảm kích thước của đậu nành và trích ly các chất trong đậu nành vào nước. Trong quá trình nghiền xảy ra các biến đổi về vật lý, hóa học, hóa lý và hóa sinh. Biến đổi vật lý thể hiện bằng ở việc hạt đậu nành giảm kích thước thành những hạt mịn và dịch lỏng tăng nhiệt do sử dụng hơi nước và nước nóng trong quá trình nghiền.
Biến đổi hóa học thể hiện ở việc một số chất mẫn cảm với nhiệt độ bị phân hủy.
Biến đổi hóa lý là quá trình trích ly các chất dinh dưỡng có trong đậu nành vào trong dịch sữa. Và biến đổi hóa sinh là việc vô hoạt enzyme lipoxygenase làm cho phản ứng tạo mùi không diễn ra. Quá trình này được thực hiện bởi thiết bị nghiền trục với nhiệt độ nước cung cấp cho quá trình nghiền là 800C, tỉ lệ về khối lượng nước : đậu là 1 : 6.
2.2.5. Lọc
Quá trình lọc giúp loại bỏ bã lọc ra khỏi dịch sữa sau khi nghiền, tăng hiệu quả truyền nhiệt trong quá trình nấu và cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm.
Trong quá trình lọc xảy ra các biến đổi về mặt vật lý, sinh học, hóa học và cảm quan. Trong đó, quá trình biến đổi vật lý thể hiện ở việc thể tích và khối lượng của dịch sữa giảm. Sau khi lọc, một số vi sinh vật không có lợi bị loại bỏ theo
25 bã đậu. Về biến đổi hóa học thì hầu như không có sự thay đổi về thành phần hóa học, tuy nhiên có tổn thất một ít protein, vitamin đi theo bã. Về mặt cảm quan, dung dịch trở nên đồng nhất và tăng giá trị cảm quan của sản phẩm.
Quá trình này được thực hiên bởi máy ly tâm. Dịch lọc qua bộ phận cấp dịch vào buồng lọc. Trục vít xoắn quay tạo ra lực ly tâm làm cho các hạt rắn văng ra khỏi tâm của buồng lọc và va vào thành thiết bị. Những hạt rắn này sẽ được trục vít đẩy về ống tháo bã. Phần lỏng còn lại tiếp tục qua màng lọc theo ống tháo sản phẩm ra ngoài. Thời gian tính từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc quá trình không được kéo dài quá 30 phút vào mùa hè hoặc không được quá 50 phút vào mùa đông để tránh xảy ra hiện tượng sữa bị đông vón lại.
Hình 2.3. Thiết bị ly tâm dạng vít tải 2.2.6. Nấu
Mục đích chính của quá trình nấu chủ yếu là để chế biến giúp tăng khả năng hấp thu và loại bỏ những chất độc, chất mùi không mong muốn. Các biến đổi trong quá trình nấu gồm biến đổi về vật lý, hóa học, hóa sinh và vi sinh.
Trong đó, biến đổi vật lý thể hiện ở việc nhiệt độ của dung dịch sữa tăng lên và độ nhớt của dịch sữa giảm. Biến đổi hóa học thể hiện ở việc các chất gây độc (độc tố aflatoxin) bị phân hủy và mùi hăng của đậu được khử. Và biến đổi hóa sinh, vi sinh là sự biến tính hợp chất kháng Trypsin và hệ vi sinh vật lẫn trong bán thành phẩm. Quá trình nấu được thực hiện bằng nồi nấu 2 vỏ có cánh khuấy
26 có các thông số kỹ thuật như: áp suất không quá 10 atm và hệ số truyền nhiệt từ 300 – 1800 J/m2℃. Sau khi dịch sữa được đưa vào bên trong thiết bị, tác nhân gia nhiệt là hơi nước đi vào phía vỏ, đưa dung dịch lên nhiệt độ yêu cầu khoảng 85 – 90℃ trong thời gian 20 phút. Cánh khuấy hoạt động liên tục, từ lúc sữa được đưa vào trong thiết bị cho đến khi tháo ra ngoài.
Hình 2.4. Nồi nấu 2 vỏ có cánh khuấy 2.2.7. Phối trộn
Mục đích của quá trình phối trộn là giúp cải thiện, làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm (màu, mùi vị…) và tăng giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm.
Trong quá trình phối trộn có các biến đổi xảy ra như: độ nhớt dung dịch tăng, hàm lượng chất khô tăng và giá trị cảm quan của sản phẩm (màu, mùi…) cũng được tăng lên. Trong quá trình phối trộn có bổ sung thêm 25% đường. Ngoài ra còn các phụ gia khác được sử dụng như lecithin và carrageenan với lượng sử dụng đều lần lượt là 0,1% trên toàn bộ sản phẩm. Quá trình phối trộn được thực hiện trong nồi nấu. Ngay khi quá trình nấu kết thúc, ta tiến hành đưa đường và phụ gia vào để khuấy trộn.
27 2.2.8. Bài khí
Mục đích của quá trình bài khí là giúp hạn chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí, hỗ trợ cho quá trình tiệt trùng sản phẩm trong bao bì, tránh bị phồng hộp, biến dạng, hở mí ghép, bật nắp…, tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quá trình thanh trùng và cải thiện mùi vị của sữa thành phẩm. Trong quá trình này có sự tách pha giữa pha khí (hơi nước và các chất lỏng bay hơi) và pha lỏng (dịch sữa), có sự chuyển pha của nước (từ lỏng sang hơi rồi từ hơi sang lỏng – để thu lại lượng nước thất thoát theo các chất khí bay hơi). Quá trình bài khí được thực hiện trong thiết bị bài khí bằng phương pháp kết hợp hai yếu tố là nhiệt độ và áp lực chân không. Sữa được nâng nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vào thiết bị bài khí. Trong thiết bị bài khí tạo ra một áp lực chân không thích hợp sao cho nhiệt độ sữa bị giảm xuống khoảng 7 – 8℃. Khi đó các khí dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi nước cùng các hợp chất dễ bay hơi khác thoát ra khỏi thiết bị. Toàn bộ hỗn hợp này sẽ được đi vào bộ phận ngưng tụ được đặt trên đỉnh thiết bị. Khi đó, nước và một số cấu tử sẽ được chuyển sang dạng lỏng rồi tự chảy xuống phía đáy thiết bị. Còn khí và các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút thải ra ngoài.
Hình 2.5. Thiết bị bài khí
28 2.2.9. Đồng hóa
Mục đích của quá trình đồng hóa là hoàn thiện và chuẩn bị cho quá trình tiệt trùng, giúp cải thiện sản phẩm, làm cho sữa trở nên đồng nhất, tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quá trình nâng nhiệt và tiệt trùng. Sau khi kết thúc quá trình đồng hóa, sữa phải được các tiêu chuẩn nhất định về màu sắc, trạng thái và mùi vị. Về màu sắc thì sữa phải có màu trắng ngà, đục. Tiêu chuẩn về trạng thái là sữa không bị tách lớp .Và về mùi vị thì sữa phải thơm mùi đậu nành và có vị ngọt mát. Các biến đổi trong quá trình đồng hóa gồm các biến đổi về vật lý và hóa lý. Trong đó, biến đổi vật lý thể hiện ở việc các hạt cầu béo bị phá vỡ, làm giảm kích thước pha phân tán. Biến đổi hóa lý là các hạt phân tán sẽ phân bố đều hơn trong pha liên tục. Do hạt phân tán bị giảm kích thước nên bề mặt tiếp xúc pha tăng lên. Quá trình đồng hóa sử dụng thiết bị đồng hóa 2 cấp. Sữa ban đầu được đưa vào thiết bị đồng hóa, qua khe hẹp đầu tiên, dưới áp suất 3500psi, các hạt pha phân tán bị phá vỡ thành những hạt có kích thước nhỏ.
Sau đó chúng qua tiếp khe hẹp thứ hai dưới áp suất 500psi. Khi ra khỏi thiết bị, các hạt có kích thước nhỏ, phân bố đều trong pha liên tục.
2.2.10. Tiệt trùng
Mục đích của quá trình tiệt trùng là làm ức chế bất thuận nghịch enzyme, tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong sữa (kể cả bào tử của chúng) để kéo dài thời gian bảo quản, loại bỏ hợp chất gây mùi khó chịu còn sót lại trong sữa.
Các biến đổi diễn ra trong quá trình tiệt trùng gồm có biến đổi vật lý, hóa học, hóa lý, hóa sinh và sinh học. Trong đó, biến đổi vật lý thể hiện ở việc độ nhớt dịch sữa giảm khi nhiệt độ tăng lên, có sự thay đổi về thể tích nhưng không đáng kể. Biến đổi hóa học là sự xảy ra của một số phản ứng như thủy phân, phản ứng Maillard làm tổn thất thành phần dinh dưỡng như vitamin, làm sản phẩm bị sậm màu nhưng không đáng kể. Cải thiện hương vị của sữa vì nồng độ và hoạt tính enzyme lipoxygenase lúc này bị giảm xuống thấp nhất. Và biến đổi
29 hóa lý là sự bay hơi nước hoặc một số chất dễ bay hơi. Biến đổi hóa sinh và sinh học là việc vô hoạt enzyme và tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật.
Quá trình tiệt trùng được thực hiện bằng thiết bị tiệt trùng bản mỏng ở nhiệt độ 1370C trong 3 – 5 giây. Thiết bị tiệt trùng có các thông số kỹ thuật như lưu lượng dòng đạt 5000 – 20000 kg/h, hệ số truyền nhiệt từ 2400 – 6000 J/m2s0C (Trần Thị Thu Hằng, 2019). Ngoài ra, chế độ tiệt trùng còn bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như số lượng vi sinh vật, các thành phần hóa học (độ acid, nồng độ đường) và nhiệt độ ban đầu của sản phẩm.
Hình 2.6. Cấu tạo thiết bị tiệt trùng dạng tấm 2.2.11. Chiết rót
Mục đích của quá trình chiết rót là tạo điều kiện thuật lợi cho quá trình vận chuyển, phân phối sản phẩm, làm giảm sự nhiễm khuẩn từ môi trường vào sản phẩm và tạo vẻ mĩ quan cho sản phẩm. Trong quá trình này nếu thực hiện rót hộp trong điều kiện môi trường tốt thì sẽ không có những biến đổi chất
30 lượng. Quá trình chiết rót được thực hiện bằng các thiết bị rót tự động trong điều kiện vô trùng.
Hình 2.7. Thiết bị chiết rót vô trùng 2.2.12. Sản phẩm
Các chỉ tiêu đánh giá sữa đậu nành theo tiêu chuẩn của Hiệp hội các thực phẩm từ đậu nành của Mỹ gồm chỉ tiêu sinh học, chỉ tiêu hóa sinh và chỉ số cảm quan. Trong đó, chỉ tiêu sinh học gồm 2 tiêu chí là trong sản phẩm không có mặt của các vi sinh vật gây hại (ví dụ như E. coli) và trong 1 ml mẫu kiểm tra không có sự xuất hiện của coliform. Về chỉ tiêu hóa sinh là các phép thử hoạt tính của chất vô hoạt trypsin, lipoxygenase cho kết quả âm tính. Và chỉ số cảm quan là những đánh giá về trạng thái, màu sắc, mùi và vị. Sản phẩm được sản xuất phải là dung dịch đồng nhất, không bị tách lớp, có màu trắng đục đặc trưng, có mùi thơm đặc trưng của sữa đậu nành và có vị ngọt, không bị đắng.
31 CHƯƠNG 3. CÂN BẰNG VẬT CHẤT