II. Quy trình công nghệ
2. Quá trình xử lý nhiệt
2.1 Mục đích quá trình: bảo quản
Tiêu diệt các vi sinh vật, vô hoạt enzyme (đặc biệt là Lipase) và làm biến tính một số phân tử protein có trong sữa.
2.2 Các biến đổi xảy ra
Nhiệt độ sử dụng và thời gian đun nóng có ảnh hưởng sâu sắc đến cấu trúc và sự biến đổi các chất dinh dưỡng có trong thành phần sữa, những tác động chủ yếu của nhiệt độ cao:
a) Tác động đến hệ vi sinh vật
Phần lớn hệ vi sinh vật bị tiêu diệt ở nhiệt độ 60 – 650C trong vài phút, ngoại trừ một số loài vi khuẩn (cầu khuẩn, liên cầu khuẩn), vi khuẩn ưa nóng vẫn tồn tại. Hệ vi sinh vật kháng nhiệt có khả năng sinh bào tử và chúng chỉ bị tiêu diệt một cách chắc chắn ở nhiệt độ cao hơn 1000C.
b) Tác động lên thành phần đường lactose
Ở nhiệt độ trên 1000C trong một thời gian, lactose bị phân hủy thành các acid hữu cơ, các loại rượu và aldehyte, quá trình này diễn ra chủ yếu do Lactobacille, đun nóng ở nhiệt độ cao dễ dàng tạo ra các nâu đậm hay nhạt cho sản phẩm.
Sự xuất hiện của các chất màu thường kèm theo sự tăng độ acid của môi trường, cũng như làm tăng mùi đường cháy trong sản phẩm, các biến đổi này làm giảm giá trị của sữa.
c) Tác động lên các chất chứa nitơ
Các protein hòa tan đều bị biến tính thuận nghịch, bắt đầu từ nhiệt độ khoảng 600C trong vòng vài phút. Các immunoglobin đều là các chất nhạy cảm với nhiệt nhất (89% bị biến tính ở nhiệt độ 700C trong 30 phút), sau đó đến β – lactoglobin (32%) và cuối cùng là α-lactoglubin (6%). Dưới tác dụng của nhiệt sẽ giải phóng các gốc SH tự do từ các acid amin chứa S như Cystein và Cystin, sự giải phóng các gốc tự do có liên quan đến các hợp chất chứa lưu huỳnh và đến các chất khử có thể oxy hóa bởi oxy không khí.
Khi đun nóng sữa, các nhóm –SH sẽ làm thay đổi điện thế oxy hóa khử, làm rối loạn sự phát triển của các vi sinh vật, nhất là với các vi khuẩn, đồng thời có vai trò bảo vệ các chất béo chống lại sự oxy hóa.
Với nhiệt độ dưới 1000C, casein trong sữa không bị biến tính, mà chỉ ở nhiệt độ 120-1300C trong nhiều giờ có thể gây ra sự hư hỏng đáng kể thành phần casein. Ngược lại, canxi phosphocaseinat lại bị biến tính ở nhiệt độ vượt quá 750C do cấu trúc phức tạp của nó.
Sự thay đổi hóa lý ở trên là nguyên nhân chính gây cản trở quá trình đông tụ nhờ men dịch vị, do đó, sữa đun nóng dễ tiêu hóa hơn sữa tự nhiên.
d) Tác động lên chất béo
Ở nhiệt độ cao, có thể làm thay đổi các thành phần các glyxerit, thường tạo ra các đồng phân của acid béo, có nghĩa là một phân tử glyxerit sẽ chuyển thành nhiều phân tử khác, đồng thời cấu trúc lý hóa của các tiểu cầu béo chịu ảnh hưởng đáng kể bởi sự đun nóng. Bắt đầu từ nhiệt độ trên 650C, protein của màng bị biến tính và tất cả các glyxerit đều
trở thành dạng lỏng. Chất béo hoàn toàn bị nóng chảy và xuất hiện màng cream đồng thời gây ra sự kết dính ở bề mặt của cầu béo. Khi sữa chịu sự tác động của nhiệt độ cao trong thời gian ngắn, sự kết dính có thể không rõ rệt. Sự tách các cầu béo phụ thuộc vào cường độ xử lý nhiệt.
e) Tác động đến các enzyme
Khi nhiệt độ đun nóng đến 750C, phosphatase kiềm bị phá hủy tức khắc, trong khi
cần đạt tới 80 – 820C trong vài giây để phá hủy enzyme Reductase cũng như Peroxydase
hoặc ở 85 – 900C sẽ làm mất hoạt tính của một số loại enzyme Lypase của vi sinh vật để hạn chế sự thủy phân chất béo.
f) Tác động đến các vitamin
Ở nhiệt độ thấp, hầu như các vitamin không bị phá hủy, đến khi đun nóng đến 800C trong điều kiện có oxy tự do mới gây hao tốn một số vitamin (A, B1, B12, C), tuy nhiên
khi đun nóng ở 100 – 1100C trong điều kiện chân không thì gần như toàn bộ các loại
vitamin được bảo toàn, ngay cả vitamin C.
- Vật lý: tỷ trọng và độ nhớt của sữa sẽ thay đổi
2.3 Thiết bị
Dùng phương pháp gia nhiệt gián tiếp, sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng.
Thiết bị gồm những tấm bản được đặt sát vào nhau, độ dày của các tấm bản rất mỏng và trên bề mặt có các khe lồi lõm nhằm mục đích làm tăng hệ số và bề mặt truyền nhiệt. Khi ghép các tấm bản lại với nhau trên bộ khung của thiết bị sẽ tạo nên hệ thống đường dẫn vào và ra cho thực phẩm và chất tải nhiệt. Tùy theo năng suất của thiết bị và nhiệt độ cần xử lý, sẽ chọn phương án bố trí sơ đồ dòng chảy của thực phẩm và tác nhân nhiệt trong hệ thống thiết bị.
Hình 2.4: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
2.4 Thông số công nghệ
Xử lý ở 100 – 1200C, thời gian 1 – 3 phút. Sau quá trình xử lý sữa được làm nguội về 700C rồi đưa vào thiết bị cô đặc.