Tiểu luận Quy trình công nghệ sản xuất phomat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ DẦU KHÍ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM dËeËdËeË TIỂU LUẬN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆä SẢN XUẤT PHOMAT GVHD : TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN NHÓM 3: TRẦN THỊ MINH THU HOÀNG THỊ THANH THỦY TRẦN THỊ ÁNH TUYẾT PHẠM VŨ BÍCH UYÊN NĂM HỌC 2003-2004 LỜI NÓI ĐẦU Sữa là loại thực phẩm chứa các chất dinh dưỡng đầy đủ và cân đối nhất. Các sản phẩm từ sữa là rất đa dạng và phổ biến. Từ nguyên liệu sữa, người ta đã chế tác ra vô vàn các sản phẩm có cấu trúc, trạng thái và hương vị khác nhau. Các sản phẩm từ sữa có thể ở dạng rắn như các phomat với kết cấu hình thù và tính cảm vị đặc trưng, dạng hạt đơn điệu như trong các sữa bột, dạng đặc mịn màng như trong các sữa chua, dạng lỏng như trong các sữa cô đặc với đường. Trong đó, mảng sản phẩm lên men truyền thống từ sữa vô cùng phong phú và chiếm một vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm sữa. Có thể kể ra đây là bơ, phomat, kefir, yoghurt … Chỉ riêng phomat, có đến 2000 chủng loại khác nhau. Trong phạm vi tiểu luận này, chỉ xin đề cập đến sản phẩm phomat. Phomat có đến hàng nghìn loại khác nhau, tùy theo đặc điểm mùi vị, hình dáng, hàm lượng chất béo. Phomat được coi là sản phẩm sữa bổ nhất. Phomat chứa một lượng protein, chất béo tương đối cao nên độ sinh năng lượng tương đương với thịt lợn (2500-4500 kcal). Các protein, chất béo trong phomat đều ở dạng cơ thể dễ hấp thu, có đầy đủ các acid amin không thay thế, các vitamin, các chất khoáng. Có những loại sản phẩm mà ai cũng có thể làm, ví dụ như yoghurt, nhưng đối với phomat- một thực phẩm rất phổ biến- thì không phải ai cũng biết cách sản xuất, nhất là trong quy mô công nghiệp. Đáp ứng yêu cầu môn học, chúng tôi trình bày trong tiểu luận này những hiểu biết của mình về quy trình công nghệ sản xuất phomat trong công nghiệp. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Việt Mẫn đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành bài tiểu luận này. Do thời gian và hiểu biết có hạn, tất nhiên không tránh khỏi thiếu sót, mong thầy và các bạn xem xét, góp ý để chúng tôi rút kinh nghiệm cho các tiểu luận khác. MỤC LỤC I. NGUYÊN LIỆU 1 1. Tính chất vật lý 1 2. Thành phần hoá học 1 3. Tính chất hoá học 3 II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 4 III. GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5 1. Tiêu chuẩn hoá 5 2. Thanh trùng 5 3. Cấy giống 5 4. Đông tụ 6 5. Cắt 7 6. Xử lý nhiệt độ, khuấy trộn 7 7. Nén 9 8. Muối phomat 10 9. Ủ chín 10 10. Đóng gói và bảo quản 12 IV. SẢN PHẨM PHOMAT 14 PHỤ LỤC I. Một chút về lịch sử của phomat II. Một số loại phomat III. Một số dây chuyền công nghệ sản xuất phomat trong công nghiệp IV. Một số thiết bị dùng trong sản xuất phomat V. Các công nghệ mới ứng dụng trong sản xuất phomat VI. Một số chế phẩm enzyme dùng trong sản xuất phomat Quy trình công nghệ sản xuất phomat I. NGUYÊN LIỆU : Hàm lượng các thành phần cơ bản của sữa có thể dao động trong một phạm vi khá rộng, phụ thuộc vào sự khác biệt về giống, về điều kiện tự nhiên, điều kiện chăn nuôi. Sữa của các lọai động vật khác nhau là rất khác nhau. Phổ biến nhất ở nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam, vẫn là sữa bò. 1.Tính chất vật lý : Sữa là một chất lỏng màu trắng đục, có độ nhớt lớn hơn hai lần so với nước, có vị đường nhẹ và có mùi ít rõ nét. Tỷ trọng: 1,029 g/cm3 Nhiệt độ đóng băng: - 0,555oC 2.Thành phần hóa học của sữa ; Các thành Trọng % phần lượng Nước Pha lỏng 902 87.4 Glucid -Dạng tự do : lactose ở trạng thái phân tử. 49 4.75 (40-60g/l) -Dạng kết hợp : galactose, galactosamin, acid sialic ở trạng thái keo, được liên kết với protein < 1 g/l. Chất béo -Ở dạng cầu béo : là những giọt chất béo có 39 3.78 (25-45 g/l) đường kính từ 1-10 µm, được bao bằng một màng lipoprotein, ở dạng nhũ tương. -Ở dạng các hợp chất hòa tan trong chất béo: các sắc tố (β-caroten), sterol (cholesterol), các vitamin. Hợp chất nitơ -Ởû dạng micelle 28 g : dạng huyền phù, là 33 3.2 (25-40 g/l) phức hợp của phosphate calci liên kết với một liên hợp của các casein. -Ở dạng hòa tan 4.7 g : là những cao phân tử của β-lactoglobulin, α-lactalbumin, serum albumin và imunoglobulin. -Nitơ phi protein 0.3 g: ure, acid uric, creatin… Chất khoáng Ở trạng thái keo và hòa tan: 9 0.87 (24-40 g/l) -Ở dạng phân tử và ion : K, Ca, P, Na, Cl, Mg -Ở dạng các nguyên tố vi lượng (oligoelement): Zn, Al, Fe, Cu, I … Chất khô tổng Sữa đã được làm bốc hơi nước 130 12.6 số (MST) 1 Quy trình công nghệ sản xuất phomat Các chất khác -Các chất xúc tác sinh học: các vitamin (A, Vết D, E, K …) và các enzyme. -Các khí hòa tan : CO2, O2, N2 (4-5 % thể tích của sữa) 2.1. Tính chất của các casein : Casein là một phosphoprotein có chứa gốc acid phosphoride. Casein có nhiều nhóm chức tự do khác nhau như –COOH, -NH2, =NH … nên casein có khả năng tham gia các phản ứng hóa học. Trong các nhóm đó, hai nhóm cacboxyl và amin có ý nghĩa nhất vì một phần các nhóm này ở trạng thái tự do và quyết định tính chất của casein. Cũng vì có các nhóm này mà trong dung dịch, casein tạo thành các ion lưỡng tính. Casein dễ dàng tham gia phản ứng với các kim loại kiềm, kiềm thổ như K, Na, Mg để tạo thành các caseinate hòa tan trong nước. Trong sữa, casein ở dạng calci caseinate và nó lại kết hợp với canxi phosphate tạo thành phức hợp calci phosphate caseinate (các micelle). Tất cả các casein đều được phosphoryl hóa nhưng với mức độ khác nhau, trong đó, casein κ có tỷ lượng phospho thấp nhất. Casein κ có tính chất khác với các casein khác : 1. Dung dịch các casein ở pH 7 và t0=200C ở trạng thái micelle bền, khi thêm CaCl2 0.4M thì chỉ casein αs và casein β kết tủa còn casein κ vẫn ở trạng thái hòa tan. 2. Casein κ là protein duy nhất có chứa glucid (khoảng 5 %). Điều đó chứng tỏ casein κ là khá háo nước. 3. Casein κ có chứa hai gốc Cys/mol, chứng tỏ không có cầu disunfua. 4. Casein κ có khả năng ổn định các casein khác bằng cách ngăn cản sự kết tủa của các casein này bởi ion calci, nhờ tạo ra trong sữa một phức hệ micelle dưới dạng keo bền vững. 5. Khi casein κ bị thủy phân bởi chymosine ở liên kết peptide giữa Ph105 và Met106 thì sẽ khử bền các micelle của sữa và do đó, sữa bị đông tụ. 2.2.Phức hệ micelle của casein: Trong sữa, các casein có mặt dưới dạng các hạt hình cầu- các micelle- có đường kính 20-300 nm. Các micelle là một tập hợp các dưới đơn vị (các siêu micelle) có đường kính 15-20 nm. Các casein liên kết với nhau để tạo thành phức khi có mặt calci và sẽ kết tủa xuống nếu không có casein κ. Các siêu micelle chỉ tồn tại nhờ có mặt casein κ. Sự tổ chức của micelle : y Các siêu đơn vị được hợp thành từ casein α, β và κ có đường kính khoảng 20 nm, các đầu kỵ nước được sắp xếp gấp vào phía trong, còn các nhóm háo nước của các casein và các casein κ thì phủ ở bề mặt. 2 Quy trình công nghệ sản xuất phomat yCác casein α, β của siêu micellce liên kết với nhau thông qua các nhóm phosphate của Ca3(PO4)2 và tạo thành micelle. Các siêu micelle nghèo casein κ sẽ nằm ở phía trong micelle và micelle sẽ ngừng lớn khi toàn bộ mặt ngoài được bao phủ bằng casein κ. 2.3.Khả năng đông tụ của casein : Tất cả các micelle đều có điện tích âm nên chúng đẩy nhau và khiến các micelle casein tồn tại dưới dạng keo. Các phân tử nước cũng liên kết với các điện tích của casein và góp phần duy trì các micelle trong dung dịch. Sữa tươi luôn có độ pH khoảng 6.6-6.7, khi giảm độ pH (do quá trình lên men tạo ra acid latic hoặc acid do con người chủ động đưa vào), các ion H+ của acid sẽ liên kết với micelle casein mang điện tích âm và làm giảm điện tích của micelle casein. Khi tới giới hạn, các micelle casein sẽ đông tụ. Theo lý thuyết, điểm đẳng điện pI của casein là 5.1- 5.3. Trong dung dịch muối như điều kiện của sữa, casein đông tụ tốt nhất ở pH 4.5 - 4.7.Khi cho dư acid (hoặc khi quá trình lên men quá dài, sữa có độ chua cao) vào casein đã đông tụ, casein sẽ bị tái hòa tan, tạo thành muối và acid. Bên cạnh khả năng bị đông tụ bởi acid, casein còn bị đông tụ bởi rennin (rennin là một protease được chiết xuất từ dạ dày bê). Quá trình đông tụ của casein của dưới tác dụng của rennin thực chất là quá trình thủy phân hạn chế casein κ, vỏ háo nước bị phá hủy, do đó, các ion calci dễ dàng tiếp cận với các casein a, b và paracasein κ và làm cho chúng tạo gel. Rennin thủy phân liên kết peptide giữa Phe-Met (vị trí 105-106) của casein κ để tạo ra caseinopeptide (106-109) hòa tan và paracasein κ (1-105) không hòa tan. Phản ứng này không phụï thuộc vào ion Ca2+. Có thể nói, tác động của rennin đối với casein bao gồm ba bước: 1) cắt liên kết Phe105 và Met106 trong phân tử casein κ, 2) tạo thành tập hợp (đông tụ), 3) tác động của rennin với các cấu tử casein xảy ra khi ngâm chín phomat. 3.Tính chất hóa học : Độ acid chung : trung bình là 16-18OT (độ Thorner), cho biết lượng ml NaOH 0.1N đã dùng để trung hòa acid tự do có trong 100 ml sữa. Độ acid hoạt động : biểu thị tính hoạt động của các ion H+, pH trung bình 6.6. Tính oxy hóa – khử Tính chất keo : sữa là dung dịch keo có ba pha tồn tại đồng thời : y Dung dịch thực : gồm nước và các chất hòa tan. y Dung dịch huyền phù : chủ yếu là protein và các chất liên kết khác. y Dung dịch nhũ tương : chủ yếu là chất béo ở dưới dạng các cầu mỡ. 3 Quy trình công nghệ sản xuất phomat II.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHOMAT CỨNG VÀ BÁN CỨNG : Sữa tươi Vi khuẩn Chuẩn hóa Lactic Thanh trùng Nhân giống Cấy giống - Rennin Đông tụ - CaCl2 Cắt whey Xử lý nhiệt độ, khuấy trộn Nén NaCl Ngâm muối Ủ chín Bao gói Phomat 4 Quy trình công nghệ sản xuất phomat III.GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ : 1.Tiêu chuẩn hóa : Người ta phân biệt hai khái niệm về hàm lượng chất béo của phomat : - Hàm lượng chất béo tuyệt đối là tỷ lệ giữa lượng chất béo của phomat với trọng lượng của nó (tính theo phần trăm). - Hàm lượng chất béo theo chất khô là tỷ lệ giữa lượng chất béo với lượng chất khô trong phomat (tính theo phần trăm). Các loại phomat chế biến từ cùng một loại sữa có thành phần như nhau có thể có hàm lượng chất béo tuyệt đối khác nhau bởi lẽ hàm lượng nước trong các loại phomat không giống nhau. Bởi vậy, để tiêu chuẩn hóa, ngưới ta chỉ dùng khái niệm hàm lượng chất béo theo chất khô. Người ta đã lập sẵn các bảng về mối quan hệ giữa hàm lượng chất béo với hàm lượng protein, hàm lượng chất béo theo chất khô. 2.Thanh trùng : Thanh trùng để tiêu diệt các loại vi trùng là cần thiết. Tuy nhiên, thanh trùng đã phá vỡ cân bằng giữa các muối, làm giảm hàm lượng muối calci mà kết quả là làm giảm khả năng đông tụ sữa bằng men sữa (rennin). Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải bổ sung calci dưới dạng CaCl2. Chế độ thanh trùng phổ biến 72-76OC trong 15-20 giây. Phụ thuộc vào chất lượng của sữa mà chọn chế độ thanh trùng thích hợp. Tuy nhiên, thực tế cho thấy phomat làm từ sữa không thanh trùng có mùi và hương thơm đặc trưng hơn, hấp dẫn hơn. Khi đó, chất lượng của sữa nguyên liệu phải là loại đặc biệt. 3. Cấy giống : Sau khi làm nguội, cấy chủng vi khuẩn lactic vào sữa và giữ ở nhiệt độ lên men cho đến khi độ acid tăng từ 16-18OT đến 32-35OT. Đây là một biện pháp để tăng khả năng đông tụ của sữa bởi rennin. Trong một số trường hợp, việc cấy chủng vi sinh vật vào sữa như trên có thể tiến hành trước khi thanh trùng. Khi bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp phomat trong thời gian dài, 24 h hoặc hơn nữa thì khả năng đông tụ của sữa bởi rennin sẽ bị giảm (tức là làm tăng thời gian đông tụ) và giảm cả hiệu suất thu phomat. Có thể là ở nhiệt độ thấp, cân bằng các muối trong sữa bị thay đổi, calci liên kết với protein và calci tự do bị chuyển thành keo trong khi ion H+ lại tăng làm tăng nhẹ pH của sữa. Cho chủng vi khuẩn lactic vào là để giữ pH ổn định trong suốt thời gian bảo quản lạnh sữa ở nhiệt độ thấp dưới 10OC. Sau đó, sữa được thanh trùng sẽ tiêu diệt hết vi khuẩn lactic bổ sung, các công đoạn tiếp theo tiến hành như đối với sữa bình thường. 5 Quy trình công nghệ sản xuất phomat 4.Đông tụ : Quá trình đông tụ casein là quá trình cơ bản của sản xuất phomat. Mục đích của quá trình là tạo thành khối đông tụ dưới dạng gel của protein. Sữa để làm phomat không cần phải được đồng hóa trừ trường hợp chúng bị liên kết lại. Nguyên nhân chủ yếu là do đồng hóa làm tăng khả năng liên kết với nước, gây khó khăn cho quá trình sản xuất phomat cứng và bán cứng. Tuy vậy, có những trường hợp như phomat Blue và Feta làm từ sữa bò, trong đó chất béo được đồng hóa ở dạng 15-20% cream. Qúa trình này làm sản phẩm trắng hơn và quan trọng hơn là làm cho chất béo trong sữa dễ dàng tham gia quá trình thuỷ phân tạo ra các acid béo tự do, tạo ra mùi hương đặc trưng cho sản phẩm. Tính chất của khối đông tụ thu được phụ thuộc số lượng và hoạt độ của rennin, lượng ion Ca2+ trong sữa và pH của sữa. Khi cho nhiều rennin hoạt tính cao vào sữa thì sự đông tụ xảy ra càng nhanh và tăng lượng calci hoà tan trong sữa, khối đông tụ sẽ mịn. Nếu cần thiết, để tăng khả năng đông tụ của sữa bởi rennin, người ta cho thêm khoảng 5-20 g CaCl2/100kg sữa trước khi cho rennin. O Người ta bổ sung rennin và CaCl2 sau khi sữa đạt độ chua 32-35 T. Khi pH càng thấp thì sự đông tụ càng nhanh. Tuy nhiên, cũng có giới hạn, ở pH 6,2 là điều kiện tốt nhất để rennin tác dụng. Nếu pH giảm thấp hơn nữa thì khi đó casein đông tụ không phải do rennin mà là do acid. Nếu trong sữa có vi khuẩn butyric hoặc vi khuẩn yếm khí, người ta có thể dùng diêm tiêu (NaNO3, KNO3) với một liều lượng được kiểm soát chặt chẽ. Lượng KNO3 không được vượt quá 30g/100kg sữa. Ở một số nước, lượng muối thêm vào được quy định bởi luật. Nếu liều muối quá cao sẽ ngăn cản sự phát triển bình thường của hệ vi khuẩn, có thể làm ngừng hẳn quá trình chín sinh học. Ngay cảø với một liều vừa phải cho phép, diêm tiêu vẫn có thể làm nhạt màu hoặc mất hẳn màu vàng tự nhiên của phomat thành phẩm kèm theo một dư vị không bình thường. Lượng rennin với hoạt tính 1:10000-1:15000 có thể dùng với lượng 30ml/100kg sữa. Để phân bố dễ dàng, rennin có thể được pha loãng với một lượng nước nhiều ít nhất là gấp đôi. Sau khi cho rennin , sữa được khuấy không quá 2-3 phút. Sau đóù, sữa phải được để yên trong 8-10 phút để tránh ảnh hưởng đến quá trình đông tụ và làm mất casein trong whey. * Rennin Trừ trường hợp phomat tươi như phomat Cottage và Quarg, trong đó sữa được đông tụ chủ yếu là nhờ acid lactic, tất cả các phomat còn lại đều sản xuất dựa trên việc tạo thành khối đông tụ nhờ hoạt động của rennin hay các loại enzyme tương tự. Cơ sở hoạt tính của rennin là một enzyme tên là chymosine, và quá trình đông tụ xảy ra chỉ một thời gian ngắn sau khi cho rennin vào sữa. Có rất nhiều thuyết về cơ chế của quá trình này , nhưng cho đến nay nó vẫn chưa được hiểu tường tận. Tuy vậy, rõ ràng là quá trình xảy ra qua nhiều bước, có thể chia đơn giản như sau: 6 Quy trình công nghệ sản xuất phomat +) Casein chuyển thành paracasein dưới tác dụng của rennin +) Paracasein đông tụ nhờ sự có mặt của ion calci. Rennin được tách từ ngăn thứ tư của dạ dày bê và được bán ở dạng dịch với hoạt tính 1:10000 đến 1:15000, nghĩa là một phần rennin có thể đông tụ 10000-15000 phần sữa trong 40 phút ở 35oC. Người ta cũng dùng rennin tách từ bò và lợn, thường là ở dạng trộn. Rennin ở dạng bột thường có hoạt tính gấp khoảng 10 lần rennin dạng lỏng. Mới đây, người ta còn sản xuất rennin dạng viên. Rennin dạng viên dễ bảo quản và bảo quản được lâu hơn. Với rennin dạng dịch lỏng phải tránh để ra ánh sáng. Khoảng 50 năm trước, người ta bắt đầu tìm kiếm chất thay thế cho rennin từ động vật. Có hai nguồn chính là từ thực vật và từ vi sinh vật. Các enzyme từ thực vật có khả năng đông tụ tương đối tốt, nhưng có một bất lợi là phomat thường bị đắng sau quá trình tồn trữ. Có rất nhiều loại vi sinh vật đã được tìm ra và các chế phẩm enzyme hiện được bán với nhiều tên thương mại khác nhau. Quá trình được kiểm soát bởi nhiệt đô, độ acid, và hàm lượng calci trong sữa. Nhiệt độ tối ưu là 40oC nhưng trong thực tế, người ta thường đông tụ ở 30- 32oC với lý do : có thể sử dụng một lượng rennin dư, phần rennin dư sẽ giúp cho quá trình chín sinh học ở giai đoạn ngâm chín sau này cũng như để thu được hạt phomat có độ cứng vừa phải. 5. Cắt : Thời gian đông tụ điển hình khoảng 30 phút. Trước khi cắt khối đông tụ, phải tiến hành kiểm tra chất lượng phần whey tách ra. Dùng dao đâm vào bề mặt khối sữa rồi rút lên nhẹ nhàng cho đến khi xuất hiện những vết nứt. Nếu những vết nứt trông giống như thủy tinh vỡ thì có thể đem cắt được. Dao cắt sẽ cắt khối đông tụ thành những hạt phomat nhỏ (grain) có kích thước khoảng 3-15mm tùy loại phomat. Vết cắt càng sắc thì trong phomat càng có ít ẩm. Mục đích của việc cắt khối đông tụ thành những hạt nhỏ là làm tăng diện tích bề mặt, giúp quá trình thoát whey được dễ dàng. Có nhiều kiểu dụng cụ cắt khối đông tụ. 6. Xử lí nhiệt độ, khuấy trộn : Các hạt phomat rất nhạy cảm với các biện pháp cơ học, do đó phải khuấy trộn nhẹ nhàng, nhưng cũng phải đảm bảo để giữ cho các hạt lơ lửng trong dịch whey. Các hạt bị lắng xuống dưới đáy thiết bị thường bị kết lại thành các tảng. Các tảng đông tụ này có thể làm ảnh hưởng đến kết cấu của