Tổng quan hệ vi sinh vật gây hư hỏng sủa và đề xuất biện pháp hạn chế

sự phát triển của cơ thể con người như các axit amin không thay thế (từ protit sữa) các vitamin A, vitamin D các khoáng chất đặt biệt như canxi, photpho… các nguyên tố vi lượng khác. Sữa được xem là sản phẩm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao do đó các sản phẩm chế biến từ sữa rất phong phú và đa dạng phù hợp với mọi lứa tuổi như sữa tươi, sữa bột, sữa đặt có đường, sữa chua… và đặt biệt là sữa tươi Sữa tươi là nguồn dinh dưỡng tự nhiên hữu ích rất giàu các chất đạm, sinh tố và khoáng chất cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày. Tuy nhiên chất lượng của sữa tươi không ổn định, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như giống bò, thời kỳ tọa sữa, mùa trong năm, thời điểm trong ngày … Mặt khác do sữa tươi chứa nhiều các thành phần dinh dưỡng nên dễ nhiễm vi sinh vật. Quá trình thu sữa, bảo quản và chế biến sữa, đặc hiệu là các vi khuẩn gây hư hỏng sữa và những vi sinh vật gây bệnh trong sữa. Những vi sinh vật này làm thay đổi chất lượng sữa, tạo ra các sản phẩm thứ cấp làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng. Do đó, vấn đề thu sữa bảo quản và chế biến sữa là vấn đề rất quan trọng ảnh hưởng trước hết tới sức khỏe của con người và sau đó là hiệu quả kinh tế. Với tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn nêu trên, đồng thời để sự chấp nhận của Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Tổng quan về hệ vi sinh vật gây hư hỏng sữa và đề suất biện pháp hạn chế”. 1.2. Mục đích Nhằm tìm ra được nguyên nhân các vi sinh vật xâm nhập vào sữa từ đó cho ta hướng khắc phục tình trạng nhiễm khuẩn vào sữa, đề ra các biện pháp hữu hiệu để khắc phục tình trạng nhiễm khuẩn đó. 1.3. Nội dung nghiên cứu Tổng quan các vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm, chủ yếu là trong sữa. Tìm hiểu các phương pháp xác định vi sinh vật này. Các biện pháp khắc phục các tình trạng nhiễm khuẩn. Tìm hiểu phương pháp sản xuất sữa đặc có đương. Tìm hiểu phương pháp sản xuất sữa tươi tiệt trùng. Chương 2: TỔNG QUAN 2.1. Giới thiệu về sữa tươi 2.1.1. Sơ lược về nguyên liệu sữa bò Sữa bò là một sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, không chỉ thể hiện qua hàm lượng các chất dinh dưỡng và tỷ lệ giữa chúng mà còn được thể hiện qua tính đặc hiệu của các thành phần dinh dưỡng đó. Sữa đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cơ thể về acid amin không thay thế, acid béo không no, khoáng (đặc biệt là Ca và P) và các vitamin. Trong sữa có một số thành phần như: lipid, carbohydrate, protein, chất khoáng, vitamin, ngoài ra còn có chất màu và nhiều chất khác. Trong các chất trên từ nước và những chất bay hơi khi chế biến thì những chất còn lại gọi là chất khô của sữa. Hàm lượng chất khô của sữa khoảng 10-20% tùy theo loại sữa, chất khô của sữa càng nhiều thì giá trị thực phẩm càng cao, nếu không kể đến lipit thì chất khô trong sữa gọi là chất khô không béo. Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống và nhiều yếu khác. 2.1.2. Thành phần vật lý của sữa Sữa tươi ở dạng lỏng, hơi nhớt có màu trắng đục hay vàng nhạt, có mùi thơm đặc trưng, vị hơi ngọt. - Mật độ quang ở 150C 1,030 – 1,034 - Tỷ trọng : 1,028 – 1,034 - Nhiệt độ sôi : 100,20C - Nhiệt độ đông đặc : 0,550C - Độ nhớt : 1,7 – 2,5 cp - PH biến thiên từ 6,5 – 6,8 - Chỉ số khúc xạ ở 200C 1,35 - Đô axit được tính bằng độ Dornic – 0D 16 - 18 ( decigram axit lactic / lit sữa ) 2.1.3. Thành phần hóa học của sữa bò tươi Hình 2.1: Thành phần dinh dưỡng của sữa. 2.1.3.1. Nước Nước là thành phần chiếm chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng, là dung môi hòa tan các chất hưu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh hóa. Hàm lượng nước trong sữa chiếm khoảng 87%. 2.1.3.2. Lipid Chất béo là một trong những thành phần quan trọng nhất của sữa. Hàm lượng chất béo của sữa thay đổi trong một phạm vi khá rộng. Chất béo của sữa dưới dạng những hình cầu rất nhỏ. Kích thước của những hạt chất béo phụ thuộc vào nhiều yếu như: loài giống, tùy từng con vật, thời gian khác nhau trong thời kỳ tiết sữa… các hạt chất béo kích thước lớn thì dễ tách ra khỏi sữa hơn là những hạt chất béo có kích thước nhỏ. Khi để sữa yên lặng một thời gian, các hạt chất béo của sữa sẽ nổi lên trên mặt thành một lớp váng mỏng gọi là váng sữa. Trong thành phần chất béo của sữa có tới 20 loại acid khác nhau, trong đó 2/3 là acid béo no và còn lại là acid chưa no. Trong số những acid béo trong sữa có nhiều loại acid béo dễ hòa tan trong nước (ví dụ acid caproic). Chất béo của sữa cũng dễ xảy ra những quá trình phân hủy làm thay đổi thành phần và tính chất như quá trình thủy phân, quá trình oxy hóa,… làm giảm dần chất lượng của sữa và nhiều khi làm hỏng sữa. Ngoài chất béo thuộc nhóm lipit của sữa còn có photphatit và một số chất khác nhưng hàm lượng không nhiều, photphatit có khoảng 0,5 – 0.7g trong 1 lít sữa, trong đó chủ yếu là lectin. 2.1.3.3. Protein Nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất của sữa là protein. Hàm lượng protein của các loại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm trong giới hạn 3,0 – 4,6%. Riêng đối với sữa bò hàm lượng protein khoảng 3,3 – 3,5% . Trong sữa có 3 loại protein chủ yếu: casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin chiếm 12% và lactoglobulin chiếm 6% trong toàn bộ lượng protein có trong sữa và còn một vài loại protein khác nhưng hàm lượng không đáng kể. a. Casein là thành phần protein chủ yếu có trong sữa. Chúng tồn tại dưới dạng micelle. Mỗi micelle chứa khỏang 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồm canxi, magie, phosphate và citrate). Trong sữa có các loại casein khác nhau như : as-casein, b-casein, k-casein, g-casein. as-casein và b-casein không tan trong sữa tươi. Các protein này chứa nhóm photphate (trong đó photpho chiếm khoảng 0,8% trong toàn casein) và nhóm photphate này kết hợp với ion Ca2+. Sự trung hòa một phần lớn các điện tích âm ngăn ngừa as-casein và b-casein kết khối và kết tủa. Hai phân tử casein có thể tồn tại một cách ổn định trong sữa là do có sự hiện diện của g casein. Casein không tồn tại tự do trong sữa nhưng tồn tại dưới dạng các hạt mixen có kích thước từ 0,003mm đến 0,3mm. Trung bình mỗi hạt chứa hàng ngàn phân tử a casein và b casein. Hiệu quả bảo vệ của g casein có thể là do nó góp phần gia tăng điện tích âm của hạt mà không kết hợp với ion Ca2+. Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nước và 30% chất khô. Trong thành phần chất khô casein chiếm khoảng 93% và muối (chủ yếu là canxi photphat) chiếm khoảng 7%. b. Lactoglobulin còn gọi là globulin của sữa. Hàm lượng lactoglobulin trong sữa khoảng 0,1% theo khối lượng và chiếm 3% so với lượng protein chung. Globulin sữa có nhiều trong sữa non, thuộc loại protein đơn giản và là protein hoàn thiện. Trong sữa, globulin tồn tại dưới dạng keo và có độ phân tán hơn so với albumin sữa khoảng 18.000. b glactoglobulin không tan trong nước, hòa tan tốt trong dung dịch muối loãng, epglobulin tan trong nước khi có mặt muối. Pseudoglobulin hòa tan trong nước nguyên chất. c. Lactoalbumin còn gọi là albumin của sữa. Hàm lượng lactoalbumin trong sữa không nhiều khoảng 0,5-1,0% tùy từng loại sữa. Trong sữa non có nhiều lactoalbumin hơn sữa thường. Khác với casein, lactoalbumin ở trong sữa dưới dạng hòa tan. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao lactoalbumin bị đông tụ. Trong môi trường acid, khi tăng nhiệt độ thì mức độ đông tụ nhanh và mau. Các enzyme làm đông tụ casein không có khả năng làm đông tụ lactoalbumin. Sau khi đông tụ, lactoalbumin mất khả năng hòa tan lại trong nước, nó chỉ có thể hòa tan lại trong một vài loại dung môi. 2.1.3.4. Carbohydrate Carbohydrate có ở trong sữa chủ yếu là lactose. Hàm lượng lactose trong sữa khoảng 4,5-5,1% tùy theo từng loại sữa. Đối với sữa bò hàm lượng này khoảng 4,9% lactose ở trong sữa dưới dạng hòa tan. Lactose khó bị thủy phân hơn các loại đường khác. Lactose bị thủy phân sẽ cho một phân tử glucose và một phân tử galactose. C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6 Lactose glucose galactose Hình 2.2 : Công thức cấu tạo hóa học của lactose. Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến thành caramen. Vì vậy khi khử trùng sữa, một phần lactose bị caramen hóa nên màu của sữa sau khi đã khử trùng thường sẫm hơn lúc chưa khử trùng, đồng thời lactose còn có thể kết hợp với các nhóm amin của protein sữa (casein) để tạo thành hợp chất melanoidin có màu sẫm. Dưới tác dụng của vi khuẩn lactic, lactose bị lên men thành acid lactic gọi là quá trình lên men lactic. 2.1.3.5. Chất khoáng Nhiều công trình nghiên cứu đã xác nhận lượng chất khoáng của sữa có thể thỏa mãn dầy đủ nhu cầu về chất khoáng cho cơ thể. Hàm lượng chất khoáng trong sữa 0,6-0,8% tùy từng loại sữa. Hàm lượng khoáng trong sữa bò khoảng 0,7%. Chất khoáng trong sữa có rất nhiều loại như: kali, canxi, natri, magiê, sắt, mangan, iốt, nhôm, crôm, ... Trong đó kali và canxi nhiều nhất. Các loại muối khoáng ở trong sữa có nhiều loại, phổ biến là muối photphat, clorua, citrat ... 2.1.3.6. Vitamin Sữa là thức ăn có nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể, nhưng hàm lượng các vitamin không cao lắm. Số lượng và hàm lượng các loại vitamin trong sữa phụ thuộc vào nhiều loại yếu tố như thức ăn, điều kiện chăn nuôi, giống loài và tuổi các loại gia súc. Trong sữa bò có rất nhiều loại vitamin tan trong chất béo (vitamin A, D, E, K ...), nhóm vitamin tan trong nước (vitamin B1, B2, B12, C, PP ...). Vitamin A có nhiều trong sữa, nhất là trong sữa non và có nhiều trong các sản phẩm chế biến từ sữa nhất là trong bơ. Hàm lượng vitamin A trong sữa khoảng 0,2-2 mg/l sữa. Hàm lượng viatamin A trong sữa nhiều hay ít thường phụ thuộc vào hàm lượng carotene có trong thức ăn gia súc. Vitamin D hàm lượng trong sữa khoảng 0,002 mg/l sữa. Vitamin D không bị biến dổi trong quá trình khử trùng sữa. Vitamin B1 trong sữa khoảng 0,4 mg/l sữa. Trong quá trình khử trùng và bảo quản, hàm lượng vitamin B1 giảm dần, có thể giảm tới 15-20% hoặc hơn nữa. Vitamin B2 trong sữa khoảng 1,7 mg/l sữa. hàm lượng vitamin B2 có nhiều nhất là trong sữa non, những ngày vắt sữa theo thì hàm lượng vitamin B2 giảm dần. Vitamin PP trong sữa khoảng 1,5 mg/l . thức ăn của bò không ảnh hưởng đến hàm lượng của vitamin PP trong sữa. Vitamin PP được tổng hợp ngay trong cơ thể con bò. Vitamin C hàm lượng vitamin C trong sữa thay đổi trong một giới hạn rất rộng, khoảng 5-20 mg/l sữa. Trong sữa non có nhiều vitamin C, nhưng càng về cuối thời kỳ tiết sữa lượng vitamin C trong sữa giảm dần. Trong quá trình khử trùng, hàm lượng vitamin C trong sữa giảm, đặc biệt là khử trùng có không khí thì hàm lượng vitamin C giảm nhiều. 2.1.3.7. Enzyme Enzyme là những chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein. Sự có mặt của các enzyme trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó là giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa. Tuy nhiên, một số enzyme có trong sữa như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn. Chúng tham gia vào việc ổn định chất lượng sữa tươi trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng cao thì thành phần enzyme có trong sữa càng đa dạng và hoạt tính enzyme sẽ càng cao. Lactoperoxydase: enzyme này luôn có trong sữa động vật, nó do tuyến vú tiết ra. Enzyme xúc tác phản ứng chuyển hóa oxy từ hydrogen peroxyde (H2O2) đến các chất oxy hóa khác. Enzyme có pH tối thích là 6.8. Trong sữa non, hàm lượng enzyme thường cao hơn. Khi đun nóng sữa đến 80oC trong vài giây, lactoperoxydase sẽ bị vô hoạt. Catalase: được tìm thấy trong protein màng bao xung quanh các hạt cầu béo. Enzyme này xúc tác phản ứng phân hủy hydrogen peroxydase thành nước và oxy tự do. Sữa tươi từ những con vật khỏe mạnh chứa một lượng catalase rất thấp. Sữa nhiễm vi sinh vật thường có hoạt tính catalase rất cao. Catalase bị vô hoạt ở 75oC sau thời gian 1phút hoặc vô hoạt ở 65-68oC sau 30phút. Lipase: người ta tìm thấy một hệ enzyme lipase trong sữa bò. Chúng xúc tác thủy phân liên kết ester trong triglycerid và giải phóng ra các acid béo tự do. Sự thủy phân triglycerid làm tích lũy các acid béo tự do trong sữa. Quá trình phân giải tiếp các acid béo này làm cho sữa có mùi ôi khét và mùi kim loại. Phosphatase: Các phosphatase tìm thấy trong sữa chủ yếu thuộc về nhóm phosphomonoesterase. Chúng xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin. Có hai dạng phosphomonoesterase trong sữa : phosphatase kiềm và phosphatase acid. Phosphatase kiềm có pH tối thích là 9.6. Một trong những tính chất đặc trưng của phosphatase kiềm là khả năng tái hoạt hóa của nó. Sau quá trình thanh trùng, nếu ta kiểm tra ngay mẫu sữa thì không phát hiện thấy hoạt tính phosphatase kiềm. Tuy nhiên, sau một thời gian bảo quản, trong sữa sẽ xuất hiện trở lại hoạt tính enzyme này. Người ta gọi đây là hiện tượng tái hoạt hóa của phosphatase kiềm và đến nay vẫn chưa tìm được lời giải thích rõ ràng về hiện tượng này. Để tránh hiện tượng hoạt hóa của phosphatase kiềm, ta cần làm lạnh nhanh sữa sau quá trình thanh trùng và bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp (2oC). Một số nghiên cứu cho rằng, sự có mặt của ion Ca2+ và Mg2+ thúc đẩy quá trình tái hoạt hóa enzyme, ngược lại, các ion cobalt, đồng và niken lại kìm hãm hiện tượng này. Phosphatase acid: enzyme này có pH tối thích là 4,7 và là enzyme bền nhiệt nhất trong sữa. Để vô hoạt nó hoàn toàn, ta cần gia nhiệt sữa đến 96oC và giữ ở nhiệt độ này trong thời gian tối thiểu là 5phút. Phosphatase acid bị vô hoạt bởi NaF. Protease: Theo Humber và Alais (1979) thì có hai loại enzyme: protease acid và protease kiềm được tiết ra từ tuyến vú. Chúng thường liên kết với casein và cũng bị kết tủa ở pH = 4,6. Các enzyme protease xúc tác phản ứng thủy phân protein, tạo các sản phẩm như proteose-peptone, peptide và các acid amin tự do. Sản phẩm thủy phân là g-casein và các phân đoạn proteose-peptone có phân tử lượng khác nhau. Các protease acid có trong sữa có pH tối thích là 4,0, còn protease kiềm hoạt động mạnh nhất ở pH = 7,5¸8,0. Chúng bị vô hoạt hoàn toàn ở 80oC sau 10 phút. 2.1.3.8. Các chất khí  Trong sữa bò còn chứa các chất khí, chủ yếu là CO2, O2 và N2. Tổng hàm lượng của chúng chiếm từ 5% đến 6% thể tích sữa. Các chất khí thường tạo thành các bọt khí ở trong sữa, chính những bọt khí này là nơi thích hợp cho các loại vi sinh vật ‘ẩn nấp’ và phát triển. Vì vậy sữa càng có nhiều chất khí càng không có lợi. Trong quá trình khử trùng, hàm lượng các chất khí ở trong sữa giảm. 2.1.3.9. Các chất miễn dịch Trong sữa có nhiều chất miễn dịch khác nhau. Các chất miễn dịch có tác dụng bảo vệ sữa khỏi sự hư hỏng. Hàm lượng các chất miễn dịch không nhiều nhưng đóng vai trò quan trọng đối với cơ thể. Chất miễn dịch rất dễ bị phá hủy bởi nhiệt độ (65 - 700C). 2.2. Các chỉ tiêu chất lượng của sữa Khi đánh giá chất lượng của sữa tươi, người ta thường tiến hành đánh giá đồng thời các chỉ tiêu như sau : - Các chỉ tiêu về cảm quan gồm có: trạng thái, màu sắc, mùi vị,... - Các chỉ tiêu về lý hóa bao gồm tỷ khối, hàm lượng chất khô, hàm lượng chất béo, hàm lượng protein, độ acid,... - Các chỉ tiêu về vi sinh gồm tổng số vi sinh vật (tạp trung) trong 1ml sữa, vi trùng gây bệnh, nấm mốc, ... 2.2.1. Chỉ tiêu cảm quan  2.1.1.1. Trạng thái Ở điều kiện bình thường sữa tươi là một khối chất lỏng đồng nhất, không vón cục, không có lớp chất béo nổi trên mặt, có độ nhớt khoảng 1,1-2,5 đơn vị, không có cặn, không có tạp chất lạ, không có rác bẩn... Thông qua trạng thái bên ngoài của sữa có thể tổng quát về chất lượng của sữa. Chẳng hạn khi các chất protein của sữa bị đông tụ thì sữa tạo thành những vón cục lợn cợn, khi chất béo của sữa ít thì độ nhớt của sữa thấp, khi sữa bị biến đổi đi tác dụng của các loại vi khuẩn như vi khuẩn lactic, vi khuẩn butyric,... cũng làm cho sữa bị vón, độ nhớt thay đổi ... 2.1.1.2. Màu sắc  Sữa tươi có màu sắc thay đổi từ trắng ngà đến vàng nhạt. Qua màu sắc của sữa có thể phán đoán sơ bộ được chất lượng của sữa. Sữa có nhiều chất béo thì màu vàng hơn những loại sữa bình thường, ngược lại khi sữa đã bị lấy đi một phần chất béo hoặc bị pha thêm nước thì thường có màu vàng nhạt hơn có màu vàng ánh xanh, sữa có màu xám hoặc ánh hồng có thể do vú bò bị viêm hoặc do ảnh hưởng của thức ăn lạ. Một số loại vi sinh vật phát triển ở sữa cũng có thể làm thay đổi màu sắc của sữa. Ví dụ như vi khuẩn Pseudomonas synantha, Bacterium synxantha phát triển trong sữa đã đun sôi không còn vi khuẩn lactic sinh màu vàng kim loại trên mặt sữa. 2.1.1.3. Mùi vị  Sữa tươi có mùi thơm đặc biệt dễ chịu, vị hơi ngọt. Khi sữa có mùi vị lạ chứng tỏ sữa đã bị biến đổi chất lượng. 2.2.2. Các chỉ tiêu lý hóa  2.2.2.1. Tỷ khối  Tỷ khối của sữa phụ thuộc vào hàm lượng các chất khô có trong sữa. Sữa có nhiều chất khô thì tỷ khối của sữa sẽ cao hơn. Nếu hàm lượng chất béo trong sữa tăng lên thì tỉ khối của sữa giảm đi, và ngược lại. Tỉ khối của sữa tươi thường thay đổi trong phạm vi 1.028-1.038. Khi sữa tươi bị pha thêm nước thì tỉ khối giảm xuống. Do thành phần hóa học của sữa phụ thuộc vào điều kiện thời tiết chăn nuôi và chế độ vắt sữa, nên tỉ khối của sữa thay đổi theo thời tiết. Về mùa lạnh và khô thì tỉ khối của sữa thường lớn hơn mùa nóng và ẩm. 2.2.2.2. Độ acid Độ acid của sữa là số ml dung dịch NaOH hay KOH nồng độ 0,1N cần thiết để trung hòa lượng acid có trong 100ml sữa tươi, với chất chỉ thị phenolphthalein. Độ acid của sữa kí hiệu là 0T. Độ acid của sữa tươi mới vắt khoảng 16-180T, sau khi vắt một thời gian vi khuẩn lactic ở trong sữa phát triển làm tăng lượng aicd lactic ở trong sữa nên độ acid của sữa tăng dần. Khi bảo quản hay vận chuyển, nhất là trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta, độ acid của sữa sẽ tăng dần lên, có thể tới 20-250T. Đối với sữa tươi dùng để uống trực tiếp thường khống chế độ acid trong phạm vi không lớn hơn 200T. Đối với sữa tươi dùng đế chế biến ra các sản phẩm khác thì khống chế độ acid lớn hơn một chút không sao, nhưng tối đa chỉ đạt từ 23-250T. Ngoài việc tính độ acid theo độ T người ta còn tính theo lượng acid lactic như sau : Độ acid = Độ T * 0.009(%) 2.2.3. Các chỉ tiêu vi sinh  Sữa là môi trường rất thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật, do đó khi vi sinh vật xâm nhập vào sữa chúng phát triển rất nhanh chóng, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở nước ta. Những vi sinh vật này chúng xâm nhập vào sữa và gây ra những hư hại như: làm chua sữa, làm biến đổi màu của sữa, gây ra mùi hôi,... Vì thế khi thu nhận nguyên liệu sữa tươi người ta thường kiểm tra rất cẩn thận bằng cách thử hoạt lực của enzim reductaza và phân loại sữa ra thành nhiều loại tốt, trung bình hay xấu để đưa vào chế biến cho phù hợp và có năng suất cao. 2.3. Các biến đổi của sữa tươi trước khi chế biến Trong quá trình bảo quản sữa, các biến đổi vật lý, hóa học, sinh học, hóa lý và hóa sinh có thể diễn ra. Tuy nhiên tốc độ các biến đổ trên phụ thuộc vào thành phần hóa học và hệ vi sinh vật có trong sữa sau khi vắt cũng như phụ thuộc vào các điều kiện bảo quản (nhiệt độ, sự có mặt của oxy…). 2.3.1. Các biến đổi sinh học Sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa được xem là biến đổi sinh học quan trọng nhất. Trong quá trình bảo quản, hệ vi sinh vật sẽ phân giải và sử dụng một số chất dinh dưỡng có trong sữa. Sự sinh trưởng của VSV sẽ làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học và các tính chất cảm quan của sữa (màu sắc, mùi, vị…). Để hạn chế những biến đổi sinh học trong quá trình bảo quản sữa, ta cần sử dụng ba biện pháp kết hợp dưới đây: - Đảm bảo các điều kiện vệ sinh trong giai đoạn vắt và vận chuyển sữa tươi từ nơi thu hoạch về nhà máy chế biến, nhằm giảm đến mức tối đa hàm lượng vi sinh vật ban đầu có trong sữa. - Tại nhà máy, nếu sữa tươi chưa được đưa vào chế biến ngay thì có thể tiến hành thanh trùng sữa (nhiệt độ 63oC, thời gian 15 giây). - Quá trình bảo quản sữa từ sau khi vắt đến trước khi chế biến phải được thực hiện trong điều kiện nghiêm ngặt: nhiệt độ sữa không được lớn hơn 6oC, tránh sự khuấy trộn và sự có mặt của oxy trong sữa. 2.3.2. Các biến đổi hóa học và hóa sinh a. Thủy phân chất béo (lipolysis) Có 97 - 98% khối lượng chất béo trong sữa thuộc về nhóm triglyceride. Các hợp chất này có thể bị thủy phân dưới xúc tác của hệ enzym lipase tạo sản phẩm là các acid béo tự do, mono- hoặc triglyceride. Việc thủy phân chất béo, giải phóng ra các acid béo tự do, đặc biệt là các acid béo có phân tử lượng thấp như acid butyric, acid caproic…làm cho sữa có mùi ôi khét. Thông qua hàm lượng các acid béo tự do có trong sữa, ta có thể đánh giá mức độ quá trình thủy phân chất béo. Sữa tươi được xem là có chất lượng tốt khi chỉ số acid không lớn hơn 0,5¸0,8 meq/100g chất béo. CH2 OCOR1 CH2 OCOR1 CH OCOR2 + H2O CH OCOR2 + R3 COOH CH2 OCOR3 CH2 OH Lipase Triglyceride Diglyceride Acid béo b. Oxy hóa chất béo  Các acid béo không bão hòa có trong sữa rất dễ bị oxy hóa tại vị trí các nối đôi trong phân tử của chúng. Kết quả của quá trình oxy hóa này sẽ tạo ra các hydroperoxyde và làm cho sữa có mùi kim loại. H O2 + CH CH CH2 C CH CH O OH Để khống chế quá trình oxy hóa chất béo, ta cần hạn chế hàm lượng oxy hòa tan trong sữa bằng phương pháp bài khí sữa trước khi bảo quản. Bên cạnh đó, trong quá trình bảo quản cần tránh cho sữa tiếp xúc với oxy và ánh sáng mặt trời. Ta cũng có thể sử dụng các chất chống oxy hóa như dodecyl gallate (E 312). Ngoài ra, quá trình thanh trùng sữa ở nhiệt độ trên 800C cũng hạn chế được quá trình oxy hóa chất béo. c. Thủy phân protein  Quá trình thủy phân protein được xúc tác bởi hệ enzym protease. Các sản phẩm thu được sẽ phụ thuộc vào mức độ thủy phân và có thể là các polypeptide với phân tử lượng khác nhau, peptide hoặc acid amin. Một số peptide làm cho sữa có vị đắng. Tuy nhiên, chính các protease do vi sinh vật nhiễm vào sữa tiết ra (chủ yếu là nhóm vi khuẩn cận ưa lạnh) mới gây nên những biến đổi sâu sắc về thành phần protein lẫn mùi vị của sữa. Mức độ thủy phân protein càng sâu sắc thì mùi vị của sữa càng bị biến đổi. d. Phân hủy các acid amin Các phản ứng phân hủy acid amin thường gặp là desamin hóa, decarboxyl hóa… Sản phẩm thu được từ các phản ứng trên là acid không bão hòa, acid béo bão hòa, khí NH3, CO2…Chúng làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học hoặc và mùi vị của sữa. e. Các biến đổi hóa học và hóa sinh khác liên quan đến trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa Các vi sinh vật khác nhau có thể có những con đường trao đổi chất khác nhau nhưng đều nhằm mục đích tạo ra năng lượng ATP và vật chất tế bào để phục vụ cho sự tồn tại và sinh trưởng của chúng trong môi trường sữa. Kết quả của những chuyển hóa này cũng làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học của sữa. * Ảnh hưởng của xử lý nhiệt lên các thành phần hóa học: - Chất béo: không bị ảnh hưởng ở nhiệt độ dưới 100oC. Sự kết tủa các hạt béo xảy ra ở nhiệt độ cao. Sự phân tách chất béo bị giảm nếu sữa bị gia nhiệt cao hơn 75oC. - Protein: casein không thấy bị thay đổi ở nhiệt độ dưới 100oC, nhưng rất dễ thấy sự biến đổi của casein micelle khi nhiệt độ của sữa trên 65oC. Protein dịch sữa bị biến tính ở nhiệt độ trên 65oC và hầu như bị biến tính hoàn toàn ở nhiệt độ 90oC trong 60 phút. Vài protein có thể bị khôi phục một phần tính chất của nó trong thời gian lưu trữ vài ngày hoặc vài tuần sau khi bị xử lý nhiệt. Sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ 75oC và lưu nhiệt ở đó trong 1 phút hoặc ít hơn, sữa bắt đầu có mùi nấu, đó là do sự giải phóng hợp chất chứa sulphur từ b-lactoglobulin và các protein chứa sulphur khác. - Enzyme: các enzyme bị vô hoạt bởi nhiệt. Nhiệt độ vô hoạt phụ thuộc vào kiểu enzyme. - Vitamin: vitamin C rất nhạy với nhiệt độ, đặc biệt khi có mặt của không khí và kim loại. Thanh trùng ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng đĩa hầu như không làm mất vitamin C. Các vitamin khác chịu ảnh hưởng hoặc không bị ảnh hưởng dưới sự xử lý nhiệt vừa phải. - Lactose:ở nhiệt độ cao trên 100oC lactose phản ứng với protein gây ra màu nâu của sữa. 2.3.3. Các biến đổi vật lý Một số chỉ tiêu vật lý như tỷ trọng, độ khúc xạ ánh sáng, độ nhớt của sữa phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp, các chỉ tiêu trên sẽ thay đổi đôi chút khi ta so sánh với sữa vừa thu hoạch từ cơ thể bò mẹ. Nhìn chung các biến đổi vật lý của sữa trong quá trình bảo quản là không đáng kể. 2.3.4. Các biến đổi hóa lý a. Sự thay đổi cấu trúc micelle Cấu trúc micelle của sữa chủ yếu do các casein (a, b, k-casein) cùng hai nguyên tố vô cơ (kali và phosphore) tạo nên. Theo Mahieu (1985), khi ta giảm nhiệt độ của sữa, hàm lượng b-casein trong micelle cũng sẽ bị giảm. Đó là do một số phân tử b-casein đã thoát ra khỏi cấu trúc micelle và hòa tan vào trong dung dịch sữa. Như vậy, một số phân tử b-casein, ion calci, phosphate thoát ra khỏi cấu trúc micelle dưới tác dụng của nhiệt độ thấp sẽ làm giảm kích thước micelle trong sữa. Song song đó, mức độ hydrate hóa của các micelle sẽ tăng. Trạng thái keo của micelle sẽ trở nên bền hơn. Tuy nhiên, sự giảm kích thước micelle và sự giảm hàm lượng phosphate calci trong micelle sẽ gây ra những khó khăn nhất định cho quá trình đông tụ casein trong sản xuất một số loại phô mai. b. Sự thay đổi hệ nhũ tương Các giọt cầu béo trong sữa có đường kính thông thường từ 2¸10mm và được bao bọc bên ngoài bởi một màng (membrane) có các gốc ưa nước với mục đích ổn định hệ nhũ tương trong sữa. Các acid béo khác nhau sẽ có nhiệt độ đông đặc khác nhau. Khi ta giảm nhiệt độ của sữa, sự kết tinh của các triglycerid sẽ được tăng cường. Nếu quá trình làm lạnh sữa diễn ra nhanh sẽ làm xuất hiện các tinh thể chất béo với kích thước nhỏ và chúng không làm tổn thương đến cấu trúc màng bảo vệ giọt béo. Ngược lại nếu quá trình làm lạnh diễn ra chậm (từ 20 phút trở lên) sẽ xuất hiện các tinh thể lớn và chúng sẽ làm membrane bị rách, nứt. Triglycerid cũng có thể thoát ra khỏi các hạt cầu béo và tập trung lại với nhau hoặc đóng vai trò chất kết dính các hạt béo tạo thành một lớp chất béo trên bề mặt sữa. Trường hợp này thường xảy ra nếu sữa tươi sau thu hoạch không được qua xử lý đồng hóa. Các tác động cơ học như sự khuấy trộn với tốc độ quá cao có thể làm thay đổi cấu trúc màng bảo vệ các giọt béo trong sữa. Các va chạm cơ học sẽ làm cho một số phospholipid trong membrane thoát ra khỏi giọt cầu béo, từ đó làm cho các triglycerid dễ tách khỏi hạt cầu và dễ tiếp xúc với enzym lipase hơn. Khi đó, thành phần và kích thước các giọt béo sẽ thay đổi. Nhìn chung, sự khuấy trộn với tốc độ vừa phải có tác dụng nhũ hóa các chất béo tự do có trong sữa. Tuy nhiên, các màng bảo vệ giọt béo có thể thay đổi cấu trúc với những mức độ khác nhau. Chương 3 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA BÒ 3.1. Công nghệ sản xuất sữa đặc có đường  3.1.1. Nguyên liệu Nguyên liệu chính trong sản xuất sữa đặc có đường có thể là sữa tươi, sữa bột trong quy trình công nghệ này em xin chọn nguyên liệu sản xuất sữa đặc có đường đi từ sữa bò tươi. Các nguyên liệu khác : Bột sữa gầy Đường lactose (đường tinh luyện) Đường saccharose (đường tinh luyện) Nước công nghệ Chất ổn định : chiếm 0.3% khối lượng gồm muối phosphat và citrat của Na, K 3.1.1.1. Đường lactose Lactose là loại đường chủ yếu có trong sữa tươi và đây là đường được bổ sung chủ yếu trong quá trình sản xuất sữa đặc có đường vì đây là loại đường dể tiêu hóa và ít xảy ra sự tái kết tinh hơn đường saccharose. Tuy nhiên trong quá trình sản xuất có bổ sung saccharose là vì hiện nay trên thị trường nguồn lactose vẫn còn hiếm, lượng đường lactose được sản xuất ra còn khá ít do đó giá thành của nó cao hơn so với saccharose, hơn nữa độ ngọt của lactose khá bé không đủ ngọt cho sản phẩm nếu cùng một khối lượng với saccharose. 3.1.1.2. Đường saccharose Đường saccharose được bổ sung vào trong sản phẩm sữa đặc có đường nhằm mục đích tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng và giá trị áp lực thẩm thấu bên trong sản phẩm. Nhờ đó sản phẩm sữa đặc có đường không qua tiệt trùng nhưng vẫn có thể bảo quản được trong thời gian dài. 3.1.2. Sơ đồ công nghệ Thanh trùng Làm nguội Cô đặc Làm nguội – kết tinh Bồn chứa bán thành phẩm Chiết rót Ghép nắp Dán nhãn Đóng thùng Bảo quản Tiệt trùng t=3000C Lon sữa Nắp Sản phẩm Dung dịch siro đường Sữa tươi Lọc Chuẩn hóa Đồng hóa Sữa gầy Tiệt trùng t=3000C Mầm tinh thể t = 55¸80oC p=102¸5MPa t = 137oC t = 4s t= 48oC t=70oC p = 0.31 at t1 = 30o ,t 2 = 15-18oC tkhuấy =1h t= 10oC Cặn Hình 3.1 : Công nghệ sản xuất sữa đặc có đường 3.1.3. Thuyết minh quy trình Sữa tươi sau khi được vắt qua sữa lý sơ bộ, được bảo quản lạnh nhờ vận chuyển tới nhà máy. Khi sữa được vận chuyển tới nhà máy, sữa sẽ được sữ lý có tính công nghiệp nghĩa là được kiểm tra chất lượng bằng cách lấy mẫu để thực hiện việc kiểm tra chất lượng hay tiến hành khâu phân loại chất lượng ban đầu. sữa sau khi được kiểm tra nếu đạt chất lượng thì sẽ đưa vào chế biến. Sau đây là trình tự các quá trình chế biến sữa đặc có đường: 3.1.3.1. Quá trình lọc a. Mục đích Quá trình lọc nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất, cặn đá sữa, cặn dơ…ra khỏi dịch sữa, đảm bảo dịch sữa sau khi đi qua quá trình thanh trùng đồng hóa không còn các cặn dơ, các cặn đá, hạt đen…có kích thước lớn để sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng, giá trị cảm quan cao hơn. b. Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống lọc Kích thước lưới lọc phải <=300µm, để sau quá trình lọc sản phẩm sữa không thấy cặn dơ về phương diện cảm quan không còn thấy các cặn đen, sữa đều, mịn. Hệ thống lọc phải đảm bảo quá trình lọc được diễn ra liên tục đều đặn, để cung cấp đầy đủ dịch sữa cho bơm cấp đồng hoá hoạt động ổn định (người ta thường dùng hai ống lọc để có thể thay đổi khi lọc bị nghẹt). c. Những biến đổi của sữa sau quá trình lọc Sau quá trình lọc sữa sẽ không còn tạp chất về mặt vật lí, về mặt cảm quan sẽ thấy sữa mịn hơn, không còn cặn đen, tạp chất trên bề mặt. Sữa mịn và trắng hơn. d. Thiết bị lọc - Cấu tạo gồm: 2 ống lọc và một túi lọc bằng nilon. - Nguyên tắc hoạt động: + Dịch sữa sau quá trình trộn được bơm qua và được lọc qua ống lọc bằng kim loại, bên ngoài có bọc 1 lớp nilon. + Sau đó được lọc lại bằng một túi lọc đường kính £ 2mm. + Sau đó được chứa ở bồn câ._.