Hình 3.1. Sơ đồ quy trình sản xuất sữa tươi giàu GOS, ít lactose[23].
Nguyên liệu sữa tươi được ly tâm tách béo để thuận lợi cho quá trình siêu lọc. Vì các chất béo thường tạo ra một màng bao lên membrane nên dễ gây ra hiện tượng tắc nghẽn dòng permeate[1]. Sau đó, sữa tách béo được bổ sung 0.1% sodium azide để ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật.
Lọc ultra là quá trình phân riêng bằng membrane, cho phép tách các cấu tử ra khỏi một hỗn hợp ở mức độ phân tử hay ion, với kích thước 50 000 Da. Kết quả của quá trình phân riêng bằng membrane sẽ cho hai dòng sản phẩm: dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate và dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate[1]. Sau khi sữa được lọc ultra, dòng permeate chứa lactose, dòng retentate chứa protein sữa. Mục đích của quá trình lọc ultra là cô đặc lượng lactose trong sữa tươi nguyên liệu. Vì lượng lactose ban đầu càng cao thì sự chuyển hóa thành oligosaccharide càng lớn, hay β-galactosidase có hoạt tính transgalactosyl trong permeate cao hơn trong sữa.
Sữa tươi Ly tâm tách béo Lọc ultra Xử lý với enzyme Phối trộn Tiệt trùng retentate β- galactosidase Sản phẩm
Xử lí với β-galactosidase: khi xử lý người ta quan tâm đến tỷ lệ enzyme và cơ chất (E/S); nhiệt độ phản ứng; thời gian phản ứng là những yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn xử lí với β-galactosidase. Đối với tỉ lệ enzyme và cơ chất, người ta thấy rằng tỉ lệ E/S cao thì tổng oligosaccharide sinh ra giảm vì oligosaccharide được hình thành bị thủy phân ngay thành disaccharide hay monosaccharide. Giới hạn của tỉ lệ này phụ thuộc vào hàm lượng lactose ban đầu và hoạt lực của enzyme β- galactosidase. Đối với nhiệt độ phản ứng thì khi nhiệt độ nằm trong khoảng 30 – 50oC, lượng oligosaccharide tổng được tạo thành tăng theo chiều tăng của nhiệt độ. Khi nhiệt độ phản ứng trên 50oC, sự tạo thành oligosaccharide giảm do enzyme β- galactosidase bị bất hoạt. Đối với thời gian phản ứng: lượng oligosaccharide tổng đạt tối đa sau 3.5 giờ và giảm dần sau đó tốc độ tổng hợp oligosaccharide bắt đầu chậm hơn tốc độ thủy phân oligosaccharide[1, 23].
Sản phẩm thu được sau quá trình xử lí với enzyme chứa 31.1% GOS, 35.3% lactose và số phần trăm còn lại trong tổng saccharide là các đường đơn. Sau đó, permeate được hòa trộn với retentate.
3.2. Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm phô mai giàu GOS và ít lactose [23]
Có nhiều cách phân loại phô mai như phân loại theo hàm lượng nước, phân loại theo hàm lượng béo. Năm 1993, Fox đề nghị thêm cách phân loại phô mai dựa theo phương pháp đông tụ sữa: phô mai đông tụ bằng rennet, phô mai đông tụ bằng acid, phô mai kết tinh hay cô đặc. Hai loại phô mai người ta nghiên cứu ở đây là phô mai cottage và phô mai cream được đông tụ bằng acid.
3.2.1.Sản xuất phô mai cottage giàu GOS và ít lactose
Phô mai cottage là dạng phô mai không ngâm muối, đông tụ bởi acid nhẹ, mềm, được làm từ sữa. Những mẫu hay phần tử nhỏ của khối đông được ngâm trong sữa cream hay được đánh trộn với sữa cream để tạo thành sản phẩm phô mai cottage[23].
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cottage giàu GOS[23].
Tạo khối đông: Khối đông trong sản xuất phô mai cottage được tạo thành bởi quá trình acid hóa, có thể bổ sung renner hoặc không sữa nguyên liệu để sản xuất khối đông cho phô mai cottage thường là sữa gầy[1].
Nếu sữa được đông tụ bằng cách nuôi cấy canh trường sing acid lactic thì quá trình xử lí với enzyme lactase có thể được tiến hành trước hoặc tiến hành đồng thời cùng với quá trình nuôi cấy canh trường. Nếu tiến hành đồng thời hai quá trình này,
Sữa gầy Chuẩn hóa Thanh trùng Đồng hóa Làm nguội Xử lí với enzyme Acid hóa Cắt và nấu Tách whey Làm nguội Bảo quản Ngâm/trộn Sản phẩm Sữa nguyên liệu Chuẩn hóa Thanh trùng Đồng hóa Làm nguội Xử lí với enzyme Thanh trùng Làm nguội Bảo quản β-galactosidase Giống/acid whey
các điều kiện phản như: pH, nhiệt độ, và thời gian phản ứng cần được lựa chọn sao cho enzyme và canh trường hoạt động tốt, dù những điều kiện này có thể ít tối ưu hơn đối với enzyme lactase. Trong nghiên cứu, hỗn hợp sữa được giữ ở khoảng 30 – 40oC trong 0.5 – 16 giờ để có ít nhất 20% hàm lượng lactose có trong sữa thành GOS và khối đông hình thành[23].
Nếu sữa được đông tụ bằng cách cho trực tiếp acid vào thì quá trình xử lí với enzyme lactase phải được tiến hành trước.
Khối đông hình thành sẽ được cắt và nấu ở nhiệt độ khoảng 48 – 60oC . Sau khi nấu, khối đông được tách whey và làm nguội. Sau khi tách whey, khối đông còn rất ít GOS. Khối đông thu được có thể được dùng để sản xuất ngay hoặc được bảo quản ở 0-5oC cho đến khi cần.
Tạo sữa cream giàu GOS: Sữa cream thu được có thể được dùng để sản xuất ngay hoặc được bảo quản ở nhiệt độ 0 – 5oC cho đến khi cần.
Tỉ lệ phối trộn khối đông và sữa cream để tạo phô mai cottage là 50 – 70% khối đông và khoảng 50 – 30% sữa cream[23].
3.2.2. Phô mai cream giàu GOS và ít lactose
Phô mai cream là phô mai không ngâm muối, đông tụ bởi acid nhẹ, mềm,
được làm truyền thống từ hỗn hợp cream và sữa. Phô mai cream có cấu trúc chắc mềm giống như bơ và được bảo quản ở nhiệt độ lạnh để nó có thể được cắt hay phết dễ dàng khi sử dụng. Sản phẩm phô mai cream thu được từ 3 quy trình sau đều chứa khoảng 1-36% chất béo, khoảng 5-15% protein, khoảng 45-75% ẩm[23].
(1) Quá trình không tách whey.
Hình 3.3. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cream theo phương pháp không tách whey[23].
Sữa nguyên liệu
β-galactosidase Chuẩn hóa Thanh trùng Đồng hóa Làm nguội Xử lí với enzyme Phối trộn Gia nhiệt Đồng hóa Làm nguội Acid hóa Gia nhiệt Đồng hóa
Phô mai cream Giống/acid
Phụ gia Cream
(2) Quá trình kết hợp.
Hình 3.4. Sơ đồ quy trình sản xuất phô mai cream theo phương pháp kết hợp[23]. Sữa nguyên liệu Chuẩn hóa Thanh trùng Đồng hóa Làm nguội Xử lí với enzyme Phối trộn Gia nhiệt Đồng hóa Chuẩn hóa Thanh trùng Đồng hóa Làm nguội Acid hóa Tách whey Sữa nguyên liệu Phô mai cream whey β- galactosidas e Cream Phụ gia Giống/ acid
(3) Quá trình bao gồm tách whey và hoàn lại GOS từ whey.
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình sản xuất theo phương pháp thu hồi GOS[23].
3.2.3.Các quá trình của một quy trình sản xuất phô mai giàu GOS và ít lactose
Chuẩn bị sữa nguyên liệu: Sữa nguyên liệu nên chứa ít nhất khoảng 7% lactose vì khi đó hoạt tính transgalactosyl của enzyme lactase sẽ có hiệu quả hơn. Cơ chất sữa có hàm lượng lactose thích hợp nhất là 20 – 50%. Khi hàm lượng lactose trong sữa quá 50%, độ tan của lactose giảm[23].
Có nhiều nguyên liệu sữa với hàm lượng lactose khác nhau: Phô mai
cream
Whey
Thu hồi GOS β-galactosidase
Giống/acid
Cream
Phụ gia
Sữa nguyên liệu
Chuẩn hóa Thanh trùng Đồng hóa Làm nguội Xử lí với enzyme Làm nguội Acid hóa Tách whey Phối trộn Gia nhiệt Đồng hóa
Sữa tươi chứa khoảng 3.5 – 4% lactose. Các dạng sữa khác như dạng cô đặc và bột có hàm lượng lactose cao hơn.
Whey bột chứa 78 – 80% lactose và sữa bột không béo (non-fat dry mik) chứa khoảng 52% lactose.
Cream chứa khoảng 2% lactose và milkfat dạng khô chứa rất ít hoặc không có lactose.
Thanh trùng: Sữa thường được thanh trùng trước và sau khi tiến hành quá trình xử lý enzyme và nuôi cấy canh trường lactic. Quá trình thanh trùng cần phải đạt hiệu quả để bất hoạt enzyme lactase vì quá trình xử lí enzyme lactase khong đặc trưng cho quy trình sản xuất phô mai. Chế độ thanh trùng thường ở nhiệt độ khoảng 66 – 93oC trong 1 giây - 30 phút. Thiết bị thanh trùng thường sử dụng là thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng[23].
Đồng hóa: Quá trình đồng hóa thường được thực hiện sau quá trình phối trộn và thanh trùng để tạo một hỗn hợp sữa đồng nhất và tạo cấu trúc tốt cho sản phẩm. Thiết bị đồng hóa thường là thiết bị hai cấp Gaulin. Quá trình đồng hóa ở bước thứ nhất có áp suất khoảng 3000 – 5000 psi và bước thứ hai là 500 – 1000 psi[23].
Xử lý với enzyme β-Galactosidase:
Tỉ lệ E/S hay hoạt lực của enzyme:lượng enzyme cho vào nên được chọn lựa
sao cho cân bằng với chi phí mua enzyme và thời gian phản ứng để đạt lượng GOS mong muốn.
Tỉ lệ Ut/Uh: Tỉ lệ hoạt tính transgalatosyl và hoạt tính thủy phân (Ut/Uh) của
enzyme trong nghiên cứu phải lớn hơn 0.3. Tỉ lệ có thể đạt được cao nhất là 0.8.
Thời gian và nhiệt độ phản ứng: Quá trình xử lí với enzyme trong nghiên cứu
được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 40 – 65oC trong 0.5 – 2 giờ.
Quá trình acid hóa: Sữa nguyên liệu có thể được acid hóa đến pH 4.3 – 5,2 (4.6 – 4.8) bằng cách bổ sung trực tiếp acid hay nuôi cấy canh trường sinh acid lactic vào sữa nguyên liệu. Để đạt pH yêu cầu, quá trình lên men sữa được tiến hành ở nhiệt độ 15 – 45oC trong 2 – 24 giờ (khoảng 18 – 22oC trong 12 – 16 giờ).
Bổ sung phụ gia: Các chất phụ gia thường được cho vào trước quá trình thanh trùng và đồng hóa lần cuối:
Muối ăn được bổ sung với liều lượng là 0.5 – 1.5%.
Các chất phụ gia khác: chất tạo ngọt, calcium, vitamin, flavoring, chất tạo màu và các thành phần khoáng[23].
KẾT LUẬN