CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA CHUA

1. Quá trình lên men sữa chua:

Sữa chua đặc và yaourt là sản phẩm lên men lactic từ sữa bò tươi, sữa bột hay sữa động vật nói chung sau khi đã khử chất béo và thanh trùng vi khuẩn gây bệnh bằng phương pháp Pasteur ở nhiệt độ 80 - 90^oC.

Qui trình công nghệ sản xuất sữa chua như sau:

Nguyên liệu → Phối trộn → Gia nhiệt → Đồng hoá 1  → Làm lạnh → Ageing → Thanh trùng → Đồng hoá 2 → Hạ nhiệt → Cấy men → Ủ → Làm lạnh → Bồn rót → Đóng gói, dán nhãn.

+ Nguyên liệu: Nếu nguyên liệu là sữa bột không đường thì thêm đường để đạt nồng độ 8 - 10 %

+ Phối trộn: Bột sữa, đường, bơ, chất ổn định phối ở nhiệt độ 45^oC để quá trình hoà tan đồng đều

+ Gia nhiệt: nâng nhiệt độ lên 60^oC cho thích hợp quá trình đồng hoá

+ Đồng hoá: được thực hiện trong máy đồng hoá tạo áp suất cao khoảng 200 bar bằng hệ thống bơm pitton để phá vỡ các hạt béo vào trong nguyên liệu và phân tán các chất khác nhau tạo thành hỗn hợp đồng nhứt.

+ Làm lạnh: Dòng sữa được cho qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng vĩ có nước lạnh bên ngoài để nhiệt độ còn 5^oC. Dẫn tới bồn ageing.

+ Ageing: Sữa để yên trong bồn 1-2 giờ, ở 5^oC

+ Thanh trùng: nâng nhiệt lên 95^oC trong 1 phút

+ Đồng hoá 2: ở  95^oC, 200 bar

+ Hạ nhiệt: tới nhiệt độ thích hợp quá trình lên men của vi khuẩn lactic (43^oC)

+ Cấy men: Men được sử dụng là giống vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus (hình que) và Streptococus thermophilus (hình cầu) thuộc chủng Streptococea, họ Lactobacteriaceas. Sữa sau khi được hạ nhiệt xuống còn 43^oC (pH lúc này phải đạt khoảng 4,4 – 4,5) cùng lúc men từ bồn men được bơm vào bồn cấy men. Lượng men bơm vào chiếm 5% tổng khối lượng sản phẩm.

+ Giai đoạn ủ: 43^oC; 4 -5 giờ, pH sau ủ khoảng 4,7 - 4,8. Ủ nhằm mục đích tạo đủ thời gian, tạo điều kiện thích hợp cho quá trình lên men chuyển hoá đường lactose thành acid lactic.

+ Làm lạnh: 15^oC để hạn chế quá trình lên men. 

+ Bồn rót: Sau làm lạnh, sữa được chuyển sang bồn rót để chuẩn bị đóng gói

+ Đóng gói, dán nhãn: Cuộn nhựa được tiệt trùng ở 115^oC, đem dập khuôn và chuyển đến bồn rót. Sữa chua được rót vào và dán nhãn (nhãn được tiệt trùng bằng tia hồng ngoại).

2. Đặc điểm của vi khuẩn Lactic:

Sự lên men Lactic là quá trình lên men yếm khí, sản phẩm tạo thành là acid lactic dưới tác dụng của vi khuẩn lactic. C6H12O6 → CH3CHOHCOOH

Khi nồng độ của acid lactic đạt 2-3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh khác, kể cả E.Coli. Chính vì thế người ta ứng dụng quá trình lên men lactic để sản xuất nhiều sản phẩm thực phẩm khác nhau như sữa chua, bơ, phomai, dưa chua...

Các chủng lên men lactic chủ yếu là các giống:

- Lactobacterium (trực khuẩn) gồm các chủng điển hình là:

+ Lactobacterium bungaricum với nhiệt độ thích hợp lên men: 40 - 42^oC

+ Lactobacterium casei với nhiệt độ thích hợp lên men: 40 - 45^oC

- Streptococus:

+ Streptococus Lactic có khả năng lên men 30^oC đối với sữa, đường gluco, manto, lacto, galacto ; và các chủng lên men dị hình khác.

Gần đây, người ta nghiên cứu sản xuất phomai từ sữa dừa dưới tác dụng của vi khuẩn Streptococcus diacetylactis, trong đó chọn lọc được 2 chủng có khả năng lên men và tạo hương tốt nhất. Giống được bảo quản trong môi trường sữa và giữ trong tủ đông. Điều kiện nuôi cấy của vi khuẩn Streptococcus diacetylactis như sau:

- Nhiệt độ nuôi cấy: sinh trưởng và lên men mạnh nhất khi nuôi cấy ở 28^oC; phát triển khá ở 35^oC và thấp nhất ở 20^oC.

- Môi trường nuôi cấy: Sau nhiều thử nghiệm cho thấy môi trường tốt nhất là môi trường sữa bột gầy bổ sung glucose và nước chiết nấm men. 



2. SỰ THAY ĐỔI THÀNH PHẦN CỦA SỮA TRONG LÊN MEN SỮA CHUA

2.1 Biến đổi đường sữa (lactose) :

Quá trình chủ yếu xảy ra trong lên men sữa chua là đường lactose chuyển hóa thành glucose và galactose dưới tác dụng của enzym lactaza. Sau đó các sản phẩm đường đơn này tiếp tục chuyển hóa theo các phản ứng trung gian phức tạp thành axit piruvic. Từ axit piruvic sẽ khử hydro tạo thành axit lactic làm sữa bị axit hóa và sau đó bị đông tụ lại.


Quá trình hình thành axit lactic theo chuỗi phương trình sau

C12H22O11H2O C6H12O6 + C6H12O6
Lactose ngậm nước Galactose Glucose


2C6H12O6 4 CH3COOH + 4 CH3CHOH-COOH
Axit lactic Axit piruvic

2.2 Biến đổi protein sữa :

Trong quá trình lên men axit lactic được tạo ra nhiều thì quá trình tách ion Canxi ra khỏi Cazein càng nhanh. Cấu trúc của casein bị thay đổi nhiều và tạo thành khối casein bị vón cục lại khi ở pH đẳng nhiệt.

NH2-R(COO)2Ca + 2CH3CHOH-COOH NH2R(COOH)2 + CH3CHOH-COO)Ca
Cazeinat Canxi Axit lactic Axit Cazeinic Canxi lactat

Chính các casein chứa trong sữa ở dạng Canxi Cazeinat tác dụng với axit lactic tạo ra axit Cazeinic và Canxi lactat. Axit Cazeinic tự do không hòa tan, do đó gây đông tụ sữa. Ngoài quá trình lên men chính chuyển hóa lactose thành axit lactic còn các quá trình lên men phụ tạo các axit bay hơi, rượu, khí CO2, các vi khuẩn sinh hương tạo axeton, diaxetin . Đặc biệt là loại nấm men gây lên men rượu trong sữa chua chỉ phân giải được đường lactose, không phân giải các đường khác như saccarose, glucose ., nhờ đặc điểm này nó phát triển tốt trong sữa (vì đường trong sữa chủ yếu là lactose) nên được gọi là nấm men sữa.
C12H22O11 + H2O 4C2H5OH + 4CO2 + CH3COCOOH Axit Piruvic


CH3COCOOH CH3CHO + CO2
Axetaldehyt

CH3CHO + H2O CH3CH2OH
Rượu Etylic
Nếu tiếp tục cho lên men sản phẩm, cazein sẽ bị phân hủy, tạo thành pepton và các sản phẩm khác (quá trình pepton hóa hóa này tạo thành enzym proteaza phân hủy protein thành dạng đơn giản dễ tiêu hóa hơn là pepton, tăng khả năng tiêu hóa cho cơ thể người). Vi sinh vật vẫn chuyển hóa tiếp tục thì cazein sẽ bị chuyển hóa thành axit amin và các khí NH3, H2S . tạo mùi vị khó chịu cho sản phẩm.
Khi quá trình lên men diễn ra, đường lactose chuyển hóa thành axit lactic, axit này sẽ ngưng kết Cazein ở pH= 4 - 5. Sữa đông đặc lại, có vị chua dịu, các protid phần lớn bị đông tụ, phần nhỏ còn lại được vi sinh vật sử dụng thành các chất đơn giản hơn. Các vitamin hầu như không bị tổn thất mà còn được tăng lên do sự tổng hợp của vi khuẩn gây chua lactic như vitamin B1, C.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN :

Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa như yaourt, kefir, koumiss, phô mai, bơ. các giai đoạn xử lý sản phẩm sau quá trình lên men thường đơn giản. Sản phẩm cuối cùng, bao gồm cả sinh khối vi sinh vật, các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do vi sinh vật tiết ra và cơ chất sót. Thành phần và hàm lượng của từng chất sẽ góp phần hình thành nên hương vị sản phẩm. Do đó, để sản xuất được thực phẩm lên men với chất lượng mong muốn, chúng ta cần phải :
+ Chọn được giống vi sinh vật thích hợp.
+ Xác định được môi trường lên men với thành phần cơ chất đầy đủ theo tỷ lệ tối ưu.
+ Xác định được các điều kiện lên men thích hợp như lượng giống cấy, nhiệt độ và thời gian lên men. Ngoài ra, ta còn phải quan tâm đến những vấn đề khác như việc cung cấp oxy, sự khuấy trộn.

- Giống vi sinh vật

- Môi trường lên men :
một môi trường với thành phần cơ chất đầy đủ, theo tỷ lệ tối ưu sẽ giúp cho quá trình lên men diễn ra nhanh và sản phẩm lên men đạt chất lượng tốt.
Sữa được xem là một môi trường lên men hoàn hảo chứa đầy đủ các nguyên tố cơ bản, khoáng và các yếu tố sinh trưởng cần thiết cho quá trình trao đổi chất của vi sinh vật, nên việc bổ sung thêm các chất dinh dưỡng khác vào môi trường sữa là không cần thiết. Tuy nhiên, để sản phẩm lên men đạt được các chỉ tiêu hoá lý (hàm lượng hydratcarbon, lipid.) và cảm quan (cấu trúc, mùi vị.) mong muốn, trong một số trường hợp người ta sử dụng bột sữa gầy, đường saccharose hoặc cream để bổ sung vào môi trường sữa trước khi lên men.
- Điều kiện lên men :

+ Lượng giống cấy

+Nhiệt độ

+Thời gian lên men

+ Cung cấp oxy cho nhóm vi sinh vật hiếu khí

Nhận xét: - Cùng thời gian, cùng điều kiện lên men: nguyên liệu là sữa đặc cho chất lượng sản phẩm về cảm quan kém hơn khi sử dụng nguyên liệu là sữa bột. Sản phẩm lên men chủng L.acidophillus đông nhanh hơn sản phẩm lên men chủng L.bulgaricus.

- Thời gian lên men cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm: thời gian lên men ngắn thì quá trình lên men chưa triệt để, sản phẩm tuy đã đông tụ nhưng chưa đạt độ chua cần thiết.

- Lượng acid tạo thành (pH giảm) tỷ lệ với thời gian lên men. Sau 4,5^h đối với chủng L.acidophillus và sau 5,0^h đối với chủng L.bulgaricus mức độ giảm pH là không đáng kể (quá trình lên men coi như đã kết thúc).

- Do lượng acid tạo thành tích tụ làm giảm pH của dịch lên men gây ức chế hoạt động của vi sinh vật, làm ngăn cản việc tạo thành sản phẩm tiếp theo trong khi cơ chất trong môi trường vẫn chưa được chuyển hoá hoàn toàn. Do đó việc bổ sung CaCO₃ giúp duy trì pH dịch lên men làm tăng hiệu suất của quá trình.