Là thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỉ, kiểu tiếp xúc pass ngược dòng Vỉ thanh trùng
Nguyên lý hoạt động:
Vỉ gồm có 4 ngăn: ngăn nước – hơi, ngăn nước nóng – sữa, ngăn sữa – sữa, ngăn sữa – nước lạnh. Dịch sữa từ bồn cân bằng được bơm vào vỉ thanh trùng, trao đổi nhiệt sơ bộ với dịch sữa hồi lưu rồi đi qua máy đồng hóa. Dịch sữa ra khỏi máy đồng hóa đi vào ngăn thanh trùng trao đổi nhiệt với nước nóng để tăng nhiệt độ lên theo yêu cầu công nghệ. Ra khỏi ngăn thanh trùng dịch sữa đi vào hệ thống ống lưu nhiệt, quay lại ngăn trao đổi nhiệt với dòng sữa vào, tiếp tục qua ngăn làm nguội trao đổi nhiệt với nước lạnh, nhiệt độ giảm xuống và ra khỏi vỉ thanh trùng. Nước được tuần hoàn qua vỉ, trao đổi nhiệt với hơi nước ở áp suất 3 Bar. Áp suất của dịch sữa khi đi vào vỉ thanh trùng là 2 - 2.5 Bar.
Vỉ trộn
Nước được gia nhiệt nhờ vào hơi nước trong ngăn trao đổi nhiệt ngược dòng và được bơm tuần hoàn qua ngăn trao đổi nhiệt với dịch sữa.
Ở đây ta sử dụng thiết bị này để tiệt trùng sữa và làm lạnh sữa trước khi cho vào bao gói và phân phối ra thị trường.
GVHD:Huỳnh Văn Thành SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 36 - sữa đi đồng hóa Hơi vào Hơi ra Bơm nước nóng tuần hoàn
sữa sau khi lọc
sữa sau khi đồng hóa sữa đi lưu
nhiệt
sữa sau khi lưu nhiệt về
Sản phẩm sữa tươi Nước lạnh vào
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 37 -
Hình 3.12: Hoạt động của vĩ trộn
Chương 4: HỆ VI SINH VẬT TRONG SỮA VÀ CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ 4.1. Nguồn gốc các vi sinh vật nhiễm vào sữa
Trong cơ thể động vật, sữa tươi được tuyến vú tổng hợp không chứa các vi sinh vật. Tuy nhiên, khi kiểm tra sữa vừa mới vắt đựng trong các bình chứa, ta thường phát hiện có rất nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau. Nguồn gốc của các vi sinh vật trên xuất phát từ: đầu vú của động vật cho sữa, người vắt sữa, thiết bị vắt sữa, thiết bị chứa, môi trường chuồng trại nơi diễn ra quá trình vắt sữa...
4.1.1. Bầu vú động vật cho sữa
Trên cơ thể động vật, đặc biệt là khu vực bầu vú và những khu vực lân cận có rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng và bào tử. Trong quá trình vắt sữa, một số vi sinh vật từ các khu vực trên nhiễm vào bình sữa làm cho sữa bị nhiễm vi sinh vật. Tuy nhiên, khi bò có tình trạng sức khỏe tốt thì số lượng vi sinh vật cư ngụ tại các tuyến trong của núm vú không nhiều và thông thường chúng thuộc nhóm vi sinh vật vô hại, không sinh độc tố. Mỗi lần vắt sữa, người ta thường bỏ những dòng sữa đầu tiên. Khi đó, các vi sinh vật cư ngụ tại
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 38 -
tuyến trong của núm vú dễ dàng bị cuốn trôi theo. Như vậy, ta sẽ hạn chế được sự nhiễm khuẩn khi thu hoạch sữa tươi. Trong trường hợp động vật bị bệnh viêm vú, số lượng vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn cư ngụ tại các tuyến trong núm vú sẽ tăng lên rất nhiều. Khi đó, sữa tươi dễ bị nhiễm nhiều vi sinh vật và có chất lượng kém. Con vật cần phải được điều trị, nếu không sẽ gây ra những tổn thất kinh tế đáng kể cho việc khai thác và chế biến sữa.
4.1.2. Người và thiết bị vắt sữa
Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng phương pháp thủ công, để hạn chế nhiễm vi sinh vật vào sữa, người vắt phải có sức khỏe tốt và không mắc bệnh truyền nhiễm. Ngoài ra, tình trạng vệ sinh cơ thể và các thao tác kỹ thuật của người vắt sữa cũng sẽ ảnh hưởng đến số lượng vi sinh vật có trong sữa.
Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng máy, cần chú ý vệ sinh cẩn thận và vô trùng hệ thống dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng cụ chứa. Đây là một nguồn dễ gây nhiễm vi sinh vật cho sữa.
4.1.3. Thiết bị chứa sữa
Các thiết bị hoặc dụng cụ chứa cần phải được vệ sinh sạch sẽ và vô trùng trước khi đựng sữa tươi. Đối với các hộ chăn nuôi bò sữa quy mô nhỏ, ý thức và phương pháp vệ sinh dụng cụ đựng sữa chưa được quan tâm đúng mức nên đây là nguồn gây nhiễm vi sinh vật phổ biến cho sữa.
4.1.4. Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa
Vi sinh vật có khắp nơi trong môi trường sống. Chúng tồn tại trong đất, cát, nước, trên thực vật, trong cơ thể động vật, trong không khí...Do đó, môi trường chuồng trại nơi vắt sữa bò cũng là một nguồn gây nhiễm vi sinh vật cho sữa. Điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam rất thuận lợi cho các vi sinh vật ưa ấm tồn tại và phát triển. Để hạn chế sự nhiễm vi sinh vật từ môi trường chuồng trại vào sữa ta cần vệ sinh và tẩy trùng chuồng trại thường xuyên.
4.2. Hệ vi sinh vật bình thường trong sữa
Hệ vi sinh vật thường gặp trong sữa nhiều nhất là vi khuẩn, một số dạng nấm men, nấm mốc. Trong số này, hiện diện một số vi sinh vật có ích và không gây tác
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 39 -
hại gì nhưng một số có ảnh hưởng xấu tới sữa và sản phẩm từ sữa và có thể gây bệnh. Trong số các vi khuẩn, phổ biến nhất là các vi khuẩn lactic, vi khuẩn butyric, propionic, vi khuẩn gây thối, nhóm trực khuẩn đường ruột. Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng trong sữa luôn luôn thay đổi và phụ thuộc vào mức độ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vắt sữa.
4.2.1 Vi khuẩn
4.2.1.1. Nhóm vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic rất phổ biến trong tự nhiên. Chúng thường được tìm thấy trên các loại rau, trái cây và trong hệ thống đường ruột của động vật. Để tồn tại trong môi trường sữa, vi khuẩn lactic sử dụng lactose như một nguồn carbon chúng lên men lactose thành acid lactic. Vi khuẩn lactic cần hợp chất nitơ hữu cơ cho sự tăng trưởng và chúng sử dụng casein trong sữa. Chúng lên men hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, tức là vào cuối sản phẩm có thể hầu như chỉ có acid lactic hoặc có các sản phẩm phụ khác như là acid acetic, ester và ethanol. Nhóm này có tác dụng lớn trong bảo quản và chế biến sữa.
Về hình thái, vi khuẩn lactic có dạng hình cầu hoặc hình gậy, đứng riêng lẻ hoặc tạo chuỗi, Gram (+). Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 25 – 470C. Người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm:
- Vi khuẩn lactic đồng hình: acid lactic là sản phẩm chính và hàm lượng của nó chiếm tỷ lệ trội hơn so với các sản phẩm phụ khác. Vi khuẩn lactic đồng hình điển
hình gồm có: các liên cầu khuẩn Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, S. bulgaricum...
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 40 -
Hình 4.1: Streptococcus lactis quan sát dưới kính hiển vi.
+ Streptococcus lactis : Streptococcus lactis có tế bào hình ovan, cơ thể hơi
dài, thường xếp thành đôi hoặc chuổi ngắn. Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng của vi khuẩn này là 30 – 350C. Ở nhiệt độ này nó có thể làm đông tụ sữa sau 10 – 12h
Streptococcus phát triển. Sữa chua do vi khuẩn này có mùi thanh khiết, nhưng cũng có khi một vài chủng của giống này cho sữa mùi khê hoặc có mùi vị lạ. S. lactis có
vai trò rất quan trọng trong sản xuất các sản phẩm sữa chua, bơ và phomat.
+ Streptococcus cremoris: Các tế bào S. cremoris thấy trong sữa thường xếp
thành chuỗi dài. Giống này lên men lactic, nhiệt độ thích hợp cho phát triển là 20 – 250C. Ở nhiệt độ này nó có thể làm đông tụ sữa sau 10 – 12h phát triển. Sữa chua do vi khuẩn này cũng có mùi thanh khiết, vì vậy nó được dùng làm chín kem khi sản xuất bơ.
Hình 4.2: Streptococcus cremoris quan sát dưới kính hiển vi.
- Vi khuẩn lactic dị hình: Các sản phẩm được tạo thành từ quá trình chuyển hóa đường gồm có acid lactic, acid acetic, ethanol, khí CO2... Hàm lượng acid lactic thu được không cao hơn nhiều so với hàm lượng các sản phẩm còn lại. Vi khuẩn lactic dị hình điển hình gồm có: các liên cầu khuẩn lactic sinh hương như:
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 41 -
Streptococcus, S. citrivirus, S. paracitrovorus, S. diacetilactis, trực khuẩn Betabacter...Phần lớn các vi khuẩn này có enzym citratase, nhờ enzym này chúng có
khả năng lên men được acid citric. Tế bào của chúng nhỏ hơn vi khuẩn lactic đồng hình, thường đứng riêng lẽ hoặc xếp thành đôi hay thành chuỗi dài ngắn khác nhau. Nhiệt độ thích hợp cho chúng phát triển là 30 - 350C.
+ S. citrivirus phát triển chủ yếu trong sữa và không gây đông sữa.
+ S. paracitrovorus phát triển mạnh hơn S. citrivirus và ở nhiệt độ tối, thích
gây đông sữa sau 2 – 3 ngày.
+ S. diacetilactis tạo thành acid lactic nhiều hơn cả, làm đông sữa sau 16 -
48h và làm cho sữa có mùi dễ chịu, sử dụng kết hợp với vi khuẩn lactic đồng hình sẽ cho mùi vị tốt hơn.
Hình 4.3: Streptococcus diacetilactis quan sat dưới kính hiển vi.
- Trực khuẩn lactic ưa nhiệt : là những tế bào hình que lớn có thể đứng riêng hay xếp thành chuỗi, phát triển tốt ở nhiệt độ 40 – 450C, làm đông tụ sữa sau 12h,
gồm: Lactobacillus casei,
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 42 -
Hình 4.4: Lactobacillus casei quan sat dưới kính hiển vi.
- Trực khuẩn lactic ưa ẩm: là những tế bào hình que nhỏ thường xếp thành hình chuỗi, phát triển tốt ở nhiệt độ 20 – 300C, có cơ chế sinh trưởng và phát triển chậm, khả năng làm đông tụ sữa kém, thời gian từ 2 – 3 ngày, gồm các loại:
Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei...ứng dụng làm chín phomat, lên men
sữa chua kefia.
Hình 4.5: Khuẩn lạc đặc trưng của Lactobacillus plantarum trên môi trườngLMDA.
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 43 -
4.2.1.2. Nhóm vi khuẩn propionic
Nhóm này tồn tại phổ biến trong sữa, đây là loại trực khuẩn không sinh bào tử, không di động, hô hấp tùy tiện nhưng phát triển tốt trong điều kiện yếm khí. Nhiệt độ thích hợp phát triển là từ 30 – 350C. Sử dụng cơ chất là đường lactose tạo thành sản phẩm chính là axit propionic và một lượng nhỏ acid acetic, acid formic, CO2. Ứng dụng để làm chín phomat, làm sữa chua đông tụ sau 7 – 10 ngày.
4.2.1.3. Nhóm vi khuẩn sinh acid butyric (giống Clostridium)
Được tìm thấy trong đất, phân vì vậy dễ nhiễm vào sữa, là vi khuẩn Gram (+), hình que, kị khí bắt buộc, có khả năng sinh bào tử. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 370C.
Vi khuẩn Clostridium chuyển hóa đường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác nhau
như acid butyric, butanol, ethnol, aceton, CO2, H2...làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa.
4.2.1.4. Nhóm vi khuẩn gây thối sữa
Đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thuỷ phân protein tạo ra các sản phẩm polypeptide, peptide và acid amin. Một số acid amin tiếp tục bị phân huỷ tạo NH3, H2S…làm cho sữa có mùi khó chịu. Vài giống vi khuẩn gây thối có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào. Enzym này xúc tác quá trình thuỷ phân các chất béo trong sữa và tạo nhiều sản phẩm có mùi ôi. Các giống vi khuẩn gây thối thường gặp trong
sữa là Pseudomonas, Brevibacterium, Achromobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus… Đáng chú ý hơn cả là loài Pseudomonas fluorescens. Các enzyme
protease và lipase được sinh tổng hợp bởi loài vi khuẩn này rất bến nhiệt. Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein và lipid, nhanh chóng làm hư hỏng chất lượng sữa. Ngoài hai qua trình thuỷ phân nói trên, một số vi khuẩn gây thối còn tạo khí (CO2, H2…), sinh tổng hợp các acid hữu cơ làm giảm pH sữa và đông tụ protein. Một số vi khuẩn khác có thể sinh tổng hợp được protease có chức năng xúc tác tương tự như rennin làm xuất hiện sự đông tụ casein trong sữa.
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 44 -
Nấm mốc là nhóm vi sinh vật có cấu tạo dạng sợi có lông tơ, sợi bông tạo khuẩn ty ở dạng bột... có khả năng phân giải protein và lipit nên thường gây vị đắng trong các sản phẩm sữa. Nấm mốc thường phát triển sau nấm men nên người ta thường thấy chúng trong các sản phẩm sữa bị hư hỏng nặng hay trên phomat mềm... Mặt khác nấm mốc lại có thể tham gia vào quá trình có lợi khác như là tác nhân quan trọng của quá trình sản xuất nước chấm, nước tương, chao... Nấm mốc hô hấp hiếu khí bắt buộc, có thể phát triển được ở một số môi trường mà nấm men và vi khuẩn không thể phát triển đuợc như ở môi trường mà có áp suất thẩm thấu, độ ẩm, độ acid lớn.
Độc tố Aflatoxin
Đây là độc tố nấm đáng sợ. Nó gây ra nhiều ngộ độc và bệnh bất trị ở khắp nơi trên toàn thế giới. Nó đã làm chết một số lớn súc vật ở trang trại, gia cầm, gia súc, thậm chí cả cá và rất có thể con người cũng là nạn nhân do những sự ngộ độc như vậy.Con số những bài báo khoa học có liên quan đến các khía cạnh khác nhau của bệnh độc tố aflatoxin không ngừng tăng lên. Aflatoxin là một sản phẩm trao đổi (metabolites) thứ cấp bậc II trong qúa trình phát triển của vi nấm, nó không phải là chất dự trữ cũng không phải là chất cặn bã.
Các loài nấm mốc sản ra các aflatoxin
Các chủng nấm mốc tổng hợp aflatoxin chủ yếu thuộc Aspergillus flavus, A. parasiticus, A.nomius. Loài Penicillium puberulum có thể sản ra các aflatoxin nhưng với số lượng ít.Aspergillus flavus là nấm mốc mà hiệu lực gây độc gọi là bệnh độc tố
aflatoxin rất đáng sợ.
Loài A. flavus rất dễ nhận bởi màu vàng hơi lục,các bào tử tương đối lớn hình
cầu, màu vàng nâu đến hơi lục, hơi sần sùi. Chủng nấm mốc này thích hợp trong điều kiện khí hậu ẩm và nóng như Việt Nam và các nước nhiệt đới, thậm chí chúng cũng có thể phát triển ở điều kiện độ ẩm thấp hơn 70- 80%. Ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm
cao khả năng tổng hợp aflatoxin của A. flavus rất cao.
Trên lạc, nhiệt độ tốt nhất cho A. flavus sản sinh aflatoxin là 250C trong 7-9 ngày. Giữ nhiệt độ 450C thường xuyên thì cả sự sinh trưởng lẫn sự sinh sản aflatoxin
GVHD:Huỳnh Văn Thành
SVTH: Phạm Thị Ngọc Hương - 45 -
đều bị ức chế. Dưới 150C hoặc tốt hơn nữa ở 120C chỉ có ít hoặc không sinh ra aflatoxin. Tuy nhiên, một số chủng vẫn sinh aflatoxin ở 7,50C, là nhiệt độ thông thường trong các tủ lạnh gia đình. Những nghiên cứu chính xác hơn đã chứng tỏ rằng nếu 24-280C là nhiệt độ tối ưu cho sự sinh sản ra aflatoxin B1.
Nhiều aflatoxins cấu trúc riêng biệt đã được xác định, trong đó điển hình nhất là aflatoxins B1, một trong những chất ngây ung thư mạnh nhất được biết đến. Hai trong số các aflatoxin mạnh là B1 và B2 có thể được chuyển đổi trong dạ dày để dẫn xuất của chúng tương ứng với 4-hydroxy, có phần ít gây ung thư hơn M1 và M2 (xem hình 4.2 )mức độ chuyển đổi này rất khác nhau giữa các con bò.
Hình 4.6: chuyển đổi sinh học của aflatoxin B1 và B2 thành M1 và M2 4.1.3. Nấm men
Nấm men là những cơ thể đơn bào có hình cầu, oval hoặc hình trứng...Nấm men được tìm thấy trong tự nhiên trên thực vật, trong đất, nước..Tế bào nấm men thường không phát triển ở nhiệt độ dưới điểm đông của nước hoặc cao hơn 470C, nhiệt độ tối ưu là 20 - 300C. Tế bào nấm men thường bị giết trong vòng từ 5 - 10