Công nghệ sản xuất phomat

MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU Sữa là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và đầy đủ các chất dinh dưỡng như protein, glucid, lipid, chất khoáng, vitamin,…. Ngoài giá trị dinh dưỡng trong sữa còn nhiều chất cần thiết cho cơ thể như : axit amin không thay thế, muối khoáng… Sữa được chế biến thành nhiều loại thực phẩm khác nhau, trong đó các sản phẩm được chế biến từu sữa vẫn là mặt hang có giá trị dinh dưỡng cao chứa đầy đủ các chất với một tỉ lệ thích hợp cần thiết cho con người. Tiêu biểu là phomat là nguồn cung cấp chất đạm , canxi, phốt pho cao, rất bổ dưỡng và tốt cho xương , giúp chống lại ung thư đường ruột hiệu quả và một số ung thư khác ở hệ tiêu hóa. I. Giới thiệu chung về phomat Phomat là sản phẩm lên men được chế biến từ sữa (sữa bò, sữa dê…) với sự tham gia của một số nhóm vi sinh vật. Đây là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, bảo quản được lâu. Phomat là nguyên liệu lý tưởng bởi chúng dễ kết hợp với nhiều loại thức ăn. Chúng giúp tăng hương vị cho các món súp, bánh tard, các món salad... Phomat cung cấp gấp đôi lượng béo so với các loại kem từ sữa nên được sử dụng trong nhiều công thức chế biến. Trong phomat chứa: protein 20% (dưới dạng pepton, amino acid), lipid 30%, các muối khoáng, các vitamin (A, B1, B2, C,…). Phomat có mùi vị thơm ngon, kích thích quá trình tiết dịch tiêu hóa, làm tăng khả năng đồng hóa thức ăn của cơ thể. Phomat tuy chưa phổ biến nhiều ở Việt Nam, nhưng lại là một thực phẩm rất phổ biến và hợp khẩu vị của người châu Âu, châu Mĩ. Ở Pháp, trung bình hàng năm mỗi người sử dụng 26÷28kg phomat các loại. Sản phẩm phomat đã được nhập khẩu vào Việt Nam từ vài chục năm trước đây. Hiện nay, một số sản phẩm phomat đã bắt đầu được sản xuất bởi các công ty chế biến sữa trong nước. II. Phân loại phomat Hiện nay trên thế giới có hàng trăm loại phomat. Các sản phẩm phomat khác nhau về cấu trúc, mùi vị, màu sắc, các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh. Quy trình công nghệ sản xuất phomat cũng rất đa dạng. Người ta có thể sử dụng các nguyên liệu sữa và giống vi sinh vật khác nhau để sản xuất phomat. Có nhiều phương pháp khác nhau để phân loại phomat. Dựa vào giá trị MFFB Hàm lượng nước trong phomat thường được biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm giữa lượng nước và tổng khối lượng phomat đã trừ béo, được ký hiệu là MFFB (Moisture on Fat Free Basic): MFFB = Dựa vào MFFB, người ta chia phomat thành 5 loại: Loại sản phẩm Giá trị MFFB (%) Loại sản phẩm Giá trị MFFB (%) Phô mai rất cứng Phô mai cứng Phô mai bán cứng < 41 49÷56 54÷63 Phô mai bán mềm Phô mai mềm 61÷69 > 67 Dựa vào giá trị FDB Lượng chất béo trong phomat thường được biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm giữa lượng chất béo và tổng khối lượng phomat đã trừ béo, được ký hiệu là FDB (Fat on Dry Basics) FDB = Dựa vào FDB,người ta chia phomat làm 5 loại: Loại sản phẩm Giá trị FDB (%) Phomat có hàm lượng béo rất cao Phonat có hàm lượng béo cao Phomat có hàm lượng béo trung bình Phomat có hàm lượng béo thấp Phomat gầy > 60 45 ÷ 60 25 ÷ 45 10 ÷ 25 < 10 Dựa vào quá trình ủ chín và loại vi khuẩn sử dụng Đa số các loại phomat đều “chín” nhờ tác động của vi khuẩn lactic. Một số loại phomat như Camember quá trình chính lại do tác động của mốc trắng (white moulds); hoặc Roquefort và Gorgonzola do tác động của mốc xanh (blua moulds). Dựa vào quy trình công nghệ sản xuất phomat có quá trình ủ chín hay không và dựa vào hệ vi sinh vật gây nên các biến đổi trong giai đoạn ủ chín sản phẩm, người ta chia phomat thành 2 nhóm chính: Loại sản phẩm Đặc điểm Phô mai tươi Phô mai có giai đoạn ủ chín Không qua giai đoạn ủ chín Hệ vi sinh vật tham gia trong quá trình ủ chín: Vi khuẩn Vi khuẩn và nấm mốc Các biến đổi trong giai đoạn ủ chín diễn ra chủ yếu: Trên bề mặt khối phomat Trên bề sâu khối phomat Dựa vào cấu trúc phomat Một số sản phẩm phomat cứng có cấu trúc đặc biệt với nhiều lỗ trống bên trong phomat. Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất và loải vi sinh vật sử dụng mà các lỗ trống có thể khác nhau về hình dạng, kích thước và sự phân bố của chúng trong sản phẩm: -Granula: Phomat agedasiago -Round eyes: Phomat emmenthal -Mechanical holes: chỉ dùng nhóm vi khuẩn lactic ưa ấm, lên men đồng hình như Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris… Phomat Cheddar Ø Ngoài ra còn có một loại phomat đặc biệt khác được gọi là phomat nấu chảy (tiếng Pháp: fromage fondu), được sản xuất từ một số loại phomat khác. B. NỘI DUNG I. Nguyên liệu trong sản xuất phomat 1. Sữa 1.1. Tính chất vật lý Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò Đại lượng Giá trị Đơn vị đo Ph 6,5 ÷ 6,7 _ Độ chua 15 ÷ 18 °D Tỷ trọng 1,028 ÷1,036 g/cm3 Điểm đông đặc -0,54 ÷ -0,59 °C Thế oxy hóa khử 0,10 ÷ 0,20 V Sức căng bề mặt ở 20°C 50 dynes/cm Độ dẫn điện 0,004 ÷ 0,005 1/ohm.cm Nhiệt dung riêng 0,933 ÷ 0,954 Cal/g.°C _Độ đục: do các chất béo, protein và một số khoáng có trong sữa tạo nên. _Màu sắc: trắng tới vàng nhạt tùy vào hàm lượng β-caroten trong sữa _pH: được xác định ở 20°C. Sữa tươi có giá trị pH trung bình là 6,6 và sữa non- sữa đầu tiên trong chu kỳ sữa có pH thấp hơn hoặc bằng 6,0. Nếu sữa bị nhiễm vi sinh vật, lactose trong sữa sẽ bị chuyển thành acid lactic làm giảm giá trị pH của sữa. _Độ chua: được xác định bằng phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch NaOH. Hiện nay trên thế giới, có 3 đơn vị đo độ chua: độ Soxhlet Henkel (°SH), độ Thorner (°Th) hoặc độ Dornic (°D). Sữa bò thường có độ chua 15,3°D, còn sữa bò tươi có độ chua trung bình 15,75°D. _Tỷ trọng: do hàm lượng chất khô trong sữa quyết định. Các chất béo có tỷ trọng nhỏ hơn 1g/cm3. Hàm lượng chất béo trong sữa càng cao thì tỷ trọng càng thấp. _Điểm đông đặc: Người ta sử dụng chỉ tiêu này để kiểm tra sữa tươi có bị pha loãng với nước hay không. Tuy nhiên, khi xử lý sữa ở nhiệt độ cao, điểm đông đặc sữa sẽ gia tăng do sự kết tủa một số muối phosphate có trong sữa Thành phần hóa học Sữa là hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, latose, và các chất béo, ngoài ra trong sữa còn chứa một lượng nhỏ các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamine, hormone, các chất màu và khí. Hàm lượng các chất khô trong sữa có thể dao động trong khoảng rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng nuôi, tình trang sinh lý, điều kiện chăn nuôi… _Hàm lượng và các thành phần hóa học có trong sữa bò: Các thành phần chính Hàm lượng trung bình (% khối lượng) Nước Tổng các chất khô Lactose Protein tổng Casein Chất béo Khoáng 87,5 13,0 4,8 3,4 2,8 3,9 0,8 Hệ thống protein có trong sữa _Các chất protein chiếm tỷ lệ 95% trong các hợp chất nitơ chứa trong sữa, và được chia làm 2 loại: + Protein hòa tan (whey protein): gồm albumin, immunoglobulin, lisozim, lactoferin, lactoperoxydaza…. + Protein ở trạng thái keo không bền: gồm một phức hệ mixen hữu cơ của các caseinat và canxi phosphate. Thành phần các hợp chất chứa nitơ trong sữa Ø Người ta có thể sản xuất phomat từ sữa bò, sữa dê hoặc sữa cừu dưới dạng sữa tươi, sữa tách một phần béo hoặc sữa gầy. Sữa dùng để sản xuất phomat phải đạt yêu cầu về các chỉ tiêu chất lượng sữa rất nghiêm ngặt. Sữa phải thu nhân từ những động vật khỏe mạnh, không chứa kháng sinh và bacteriophage, không nhiễm bẩn các chất tẩy rửa hay chất sát trùng từ các dụng cụ chứa và hệ thống đường ống vận chuyển sữa. Ngoài ra, sữa còn phải đáp ứng yêu cầu đặc biệt khác, đó là khả năng đông tụ bằng renin và khả năng tách whey của hạt phomat. Những đặc tính này phụ thuộc vào từng giống bò, thậm chí vào từng con riêng biệt. Yếu tố về thời tiết các mùa trong năm cũng ảnh hưởng đấn tính chất này của sữa.Người ta khắc phục bằng cách bổ sung CaCl2, lên men phụ… _Kiểm tra khả năng đông tụ của sữa: Cho 10ml sữa + 1ml 0,02% dung dịch renin, khuấy trộn đều rồi đặt vào cách thủy 35oC, theo dõi sự đông tụ. Nếu sữa đông tụ trong thời gian: - Không quá 15 phút: thuộc nhóm sữa đông tụ nhanh; - Khoảng 15-40 phút: thuộc nhóm sữa đông tụ bình thường; - Hơn 40 phút: thuộc nhóm sữa đông tụ chậm. Ø Các nhà sản xuất thường quan tâm tới chỉ tiêu vi sinh của sữa, đặc biệt là nhóm vi khuẩn sinh bào tử (giống Clostridium) và nhóm vi sinh vật ưa lạnh (giống Pseudomonas). Bào tử vi khuẩn Clostridium tyrobutyrium bền nhiệt. Khả năng sống sót của chúng sau quá trình thanh trùng sữa là rất lớn. Trong giai đoạn ủ chín phomat, vi khuẩn Clostridium lên men chuyển hóa acid laactic thành acid butyric và khí hydro tạo mùi khó chịu và gây hư hỏng cấu trúc sản phẩm. Riêng vi khuẩn Pseudomonas có khả năng sinh trưởng ở nhiệt độ thấp và tiết ra những enzyme ngoại bào như lipase, protease… Các enzyme này sẽ xúc tác thủy phân lipid và protein trong sữa có thể gây ra mùi hôi và vị đắng. Ø Acid citric rất cần cho sự tạo thành chất thơm. Trong sữa bò trung bình có 0.2% acid citric. Trong quá trình lên men sữa và cream, các vi khuẩn tạo chất thơm (Streptococcus diacetylactic, Lactobacillus cremoris) có thể chuyển hóa lactose và acid citric thành acid lactic, acid acetic, CO2, diacetyl. Ø Hàm lượng protein-casein trong sữa cũng là một chỉ tiêu hóa lý quan trọng. Sữa nguyên liệu có hàm lượng casein càng cao thì hiệu suất thu hồi phomat trong sản xuất càng cao. Ø Bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp, các tác động cơ học hoặc xử lý sữa ở nhiệt độ cao đều ảnh hưởng tới khả năng đông tụ, tính thích ứng của sữa đó đối với việc sản xuất phomat. Chất béo Để sản xuất phomat có hàm lượng béo cao, người ta sử dụng thêm cream hoặc sữa bơ (buttermilk). Các chất béo này cần phải đạt yêu cầu nghiêm ngặt về vi sinh vật Tác nhân đông tụ sữa Tác nhân đông tụ sữa phổ biến nhất là renet. Rennet là hỗn hợp của chymosin (E.C.3.4.4.3), cũng được gọi là rennin và pepsin (E.C.3.4.4.1). Tỷ lệ pepsin/chymosin (rennin) thay đổi, vì chymosin chỉ hiện diện trong dạ dày của động vật chưa cai sữa và sau đó được thay thế bởi pepsin, hàm lượng chymosin phụ thuộc vào tuổi và loại động vật. Rennin (E.C.3.4.4.3) được định nghĩa là enzyme đông tụ sữa, là một protease có tính acid, chủ yếu được chiết rút từ ngăn dạ dày bê dưới 5 tháng tuổi, đặc biệt nó chuyên gây đông tụ sữa nên người ta còn gọi tên là enzyme đông tụ sữa điển hình. Rennin có trọng lượng phân tử khoảng 33.000-34.000Da.. Thành phần hóa học của rennin chứa nhiều amino acid có tính acid hơn so với amino acid có tính kiềm. Ngoài ra , trong thành phần của rennin còn chứa nhiều prolin, serin. Rennin tinh khiết có dạng tinh thể hình lập phương và mang những đặc tính của một globulin. Điểm đẳng điện của rennin pI=4,5. Rennin nhanh chóng bị bất hoạt bởi ure. Đặc hiệu thủy phân: Cấu tạo phân tử rennin có mạch polypeptide có gắn glycine trong mạch vòng carbon. Renin chỉ thủy phân các liên kết peptide và không làm ảnh hưởng đến liên kết ester và amine.Rennin đặc biệt có tác động mạnh lên các liên kết được tạo nên bởi tyrosine và phenylalanine. Rennin tác động lên cơ chất casein của sữa. Đặc tính thủy phân casein của rennin phụ thuộc vào rất nhiều vào pH. Ở pH=6.8 rennin phân cắt trung bình 1/33 còn ở pH=2.3 thì phân cắt 1/8 số liên kết peptide trong phân tử casein. Hoạt động xúc tác tối ưu của rennin ở pH=3.7, tùy theo sự thay đổi cơ chất mà pH tối ưu thay đổi trong khoảng 3,4-4. Đặc điểm của rennin là tác động ở môi trường acid vừa phải và cần có sự hiện diện Ca2+. Ở pH=3,7, các ion Ca2+ làm tăng hoạt độ rennin, những cation hóa trị +1 làm giảm hoạt độ của nó. Ngày nay, người ta có thể sử dụng rennet kết hợp với các tác nhân đông tụ khác như một số chế phẩm protease có nguồn gốc từ vi sinh vật và thực vật. Nhóm Nguồn gốc Tên enzyme Động vật Dạ dày bê Dạ dày cừu Dạ dày dê Dạ dày heo Chymosin A và B, pepsin A và gastriscin Chymosin và pepsin Chymosin và pepsin Pepsin A, B và gastriscin Thực vật Cynara cardunculus Cyprosin 1, 2, 3 và/hoặc cardosin A, B Vi sinh vật Rhizomucor miehei Rhizomucor pusillus Cryphonectria parasitica Aspartic protease Aspartic protease Aspartic protease Vi sinh vật chuyển gen chymosin từ bê Aspergillus niger Kluyveromyces lactis Chymosine B Chymosine B Hiện nay trong công nghiệp, nhóm enzyme được chiết tách từ động vật chiếm tỉ lệ sử dụng cao nhất, phổ biến nhất là nguồn enzyme được tách chiết từ ngăn thứ tư dạ dày bê. Thông thường, lượng chymosin chiếm đến 80-90% và pepsin chỉ khoảng 10-20%. Khi bê trưởng thành, tỷ lệ thành phần enzyme trong ngăn thứ tư sẽ thay đổi. Hàm lượng pepsin sẽ tăng đến 80-90%. Khả năng gây đông tụ sữa của rennet được đánh giá thông qua hoạt tính đông tụ sữa. Các chế phẩm rennet thương mại có dạng bột mịn hoặc dạng lỏng, rennet dạng bột có hoạt độ gấp 10 lần so với dạng dung dịch. Hoạt tính đông tụ sữa của chúng thường dao động 1:10.000÷15.000, nghĩa là một phần (khối lượng hoặc thể tích) chymosin có thể đông tụ được 10.000÷15.000 phần (thể tích hoặc khối lượng sữa trong thời gian 40 phút ở 35oC. Chế phẩm phải được bảo quản ở nhiệt độ thấp (4÷6oC). Giống vi sinh vật Trong sản xuất phomat, tùy thuộc loại sản phẩm mà các nhà sản xuất có thể sử dụng một loài hoặc tổ hợp nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Phổ biến nhất trong phomat là nhóm vi khuẩn lactic. Chúng bao gồm các liên cầu khuẩn Streptococcus lactic, S. diacetylactic, S. paracitrovorus, Lactococcus cremoris, Leuconotoc lactis,Leuconostoc cremoris; Các trực khuẩn Lactobacillus bulgaricum, L. acidophilum, L. helveticum. Người ta sử dụng nhóm vi khuẩn lactic ưa ấm (Topt = 25÷35oC) và ưa nhiệt (Topt =37÷45oC) với cơ chế lên men lactic đồng hình hoặc dị hình. Chúng có chức năng tạo acid lactic trong quá trình lên men góp phần gây đông tụ casein trong sữa và tạo độ chua trong khối đông. Ngoài ra, vi khuẩn lactic còn tạo ra các sản phẩm phụ từ quá trình lên men như CO2, acetaldehyde, diacetyl… Một số chủng vi khuẩn lactic tham gia vào quá trình chuyển hóa acid citric, quá trình phân giải protein… để tạo nên giá trị cảm quan và các chỉ tiêu hóa lý đặc trưng cho phomat thành phẩm. Quá trình chuyển hóa đường lactose thành acid lactic còn đóng vai trò là chất ức chế vi sinh vật không mong muốn do cắt đi ngườn dinh dưỡng của những vi sinh vật đó. Lên men lactic diễn ra khá nhanh chóng và chỉ dừng lại khi lượng đường lactose cạn kiệt. Nhóm vi khuẩn propionic (giống Propionibacterium) được sử dụng trong giai đoạn ủ chín một số loại phomat như Gruỳere, Jarlsberg, Grevé, Emmenthal, Maasdam… Chúng lên men lactose hoặc chuyển hóa acid lactic thành acid propionic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác. Mục đích sử dụng vi khuẩn propionic là tạo nên những lỗ hổng trong cấu trúc một số phomat cứng và góp phần hình thành nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Phương trình lên men tổng quát như sau: Các loài nấm mốc thuộc giống Penicillum như P. camemberti, P. roqueforti…được sử dụng trong giai đoạn ủ chín một số loại phomat bán mềm. Nhóm vi sinh vật này có khả năng sinh tổng hợp enzyme protease và lipase ngoại bào, xúc tác chuyển hóa protein và lipid trong khối đông tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm. Phụ gia và các nguyên liệu khác Ø CaCl2: ion Ca2+ có vai trò quan trọng trong quá trình đông tụ casein. Người ta bổ sung Ca2+ vào sữa dưới dạng muối CaCl2 để hiệu chỉnh thời gian đông tụ và cấu trúc, độ cứng của khối đông. Ø CO2: khí CO2 hòa tan vào sữa sẽ làm giảm nhẹ pH sữa. Theo Bylund Gosta (1995) thì việc sục CO2 vào sữa cho phép rút ngắn được thời gian đông tụ casein hoặc tiết kiệm được lượng chymosin cần sử dụng. Ø NaNO3 hoặc KNO3: quá trình thanh trùng sữa trong sản xuất phomat không thể tiêu diệt được toàn bộ hệ vi sinh vật có trong sữa nguyên liệu ban đầu. Hơn nữa, trong sản xuất một số loại phomat cứng như Parmesan, Grana… người ta có thể bỏ qua giai đoạn thanh trùng nhiệt để sản phẩm đạt được cấu trúc và mùi vị như mong muốn. Khi đó, muối NaNO3 hoặc KNO3 được sử dụng như là một tác nhân ức chế hệ vi sinh vật nhiễm trong sữa. Hàm lượng tối đa cho phép dùng là 30g/100kg sữa. Nếu sử dụng muối nitrat quá nhiều sẽ gây nên vị không tốt cho sản phẩm. Ngoài ra, muối nitrite cũng có thể ức chế giống vi sinh vật thuần khiết sử dụng trong sản xuất phomat. Hiện nay, muối NaNO3 và KNO3 bị cấm sử dụng tại một số nước trên thế giới. Ø Chất màu: màu sắc của phomat do các hợp chất carotenoides hòa tan trong chất béo của sữa tạo nên. Cường độ màu của sản phẩm có thể bị thay đổi theo thời tiết trong năm. Để ổn định màu sắc cho phomat, những nhà sản xuất sử dụng các chất màu tự nhiên như carotenoides (E160) hoặc chlorophylle (E140). Chylorophylle được sử dụng cho ủ chín phomat nấm sợi Penicillium. Màu xanh của chlorophylle sẽ làm giảm nhẹ màu vàng tự nhiên của phomat, từ đó làm nổi rõ hệ sợi xanh của nấm mốc trong khối sản phẩm, làm cho màu sắc phomat trở nên hấp dẫn hơn. Những nguyên liệu phụ khác: đường saccharose, nước ép trái cây, mứt trái cây, mật ong… được sử dụng trong sản xuất một số loại phomat tươi để làm đa dạng hóa hương vị sản phẩm. II. Sự thay đổi các thành phần sữa trong quá trình sản xuất phomat Sự thay đổi lactoza Lactoza được lên mem biến thành rượu, các loại acid hữu cơ, các chất khí. Các loại rượu được chuyển hóa tiếp thành mùi cho phomat, các acid hữu cơ sẽ được tích trữ và chuyển hóa thành các chất thơm. Kết quả là làm pH của khối sữa giảm và làm khối sữa kết tủa lại. Đó là giai đoạn tạo khối kết tủa casein. Trong giai đoạn tạo phomat lượng. lactoza sẽ giảm rất nhanh. Chỉ còn 5-10 ngày lên men , trong khối phomat sẽ không còn lactoza. Sự thay đổi cazein Trong giai đoạn lên men acid của khối sữa, cazein bị tách khỏi ion canxi. Về cơ bản cấu trúc của cazein đã có sự thay đổi rất mạnh khi tạo thành khối cazein kết tủa ở pH đẳng điện. Trong giai đoạn lên men phomat, casein được biến đổi sâu sắc nhất. Cazein ở trạng thái không hòa tan và chuyển dần sang dạng hòa tan do bị thủy phân bởi các enzy tạo thành pepton và các acid amin. Trong giai đoạn này thấy hình thành khí NH3, H2S va một số khí khác. Trong đó khí CO2 chiếm khối lượng khá nhiều. Sự thay đổi của các thành phần hóa học khác Các chất béo cũng bị thủy phân trong quá trình lên men để trở thành các acid béo no và acid không no. Từ đó chuyển hóa tiếp thành chất thơm và các sản phẩm khác. Sự chuyển hóa rất phức tạp trong khối phomat khi