Công nghệ lên men thực phẩm Phần 2 - Trường CĐ Lương thực Thực phẩm

Chương 5. CÔNG NGHỆ SẢ N XUẤ T THỰ C PHẨ M LÊN MEN TỪ SỮ A

Sữa bò được xem như là loại thực phẩm hoàn chỉnh và lý tưởng. Sữa của các loài khác cũng được sử dụng cho mục đích này như sữa trâu, dê, cừu và lạc đà. Sữa có thành phần dinh dưỡng cao rất cần thiết cho sự phát triển của cơ thể, sữa có thể cung cấp Ca, chất béo, chất dinh dưỡng, chất khoáng và một số vitamin khác.

Để bảo quản dài hạn kết hợp với chế biến sữa thành những sản phẩm dùng trong thực phẩm, chúng ta có thể dùng công nghệ lên men tự nhiên mang đến cho người tiêu dùng hương vị sản phẩm từ sữa thơm ngon. Sữa lên men (fermented milks hoặc cultured milks) là tên gọi chung cho các sản phẩm chế biến từ sữa nhờ quá trình lên men bởi nhóm vi khuẩn lactic hoặc tổ hợp vi khuẩn lactic và nấm men.

Chương này giới thiệu về nguyên liệu sữa và công nghệ sản xuất một số sản phẩm thực phẩm lên men từ sữa như yoghurt, kefir, phomat, bơ.

1. NGUYÊN LIÊU SỮ A

1.1. Mộ t số tí nh chấ t vậ t lý củ a sữ a

Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β- caroten có trong chất béo của sữa. Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ. Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò được thể hiện ở bảng 5.1.

Bảng 5.1. Một số chỉ tiêu vật lý quan trọng của sữa bò

Đại lượng

Đơn vị đo	Giá trị	Đại lượng	Đơn vị đo	Giá trị
pH	-	6,5÷6,7	Thế oxy hóa khử	V	0,10÷0,20
Độ chua	0D	15÷18	Sức căng bề mặt ở 200C	dynes/cm	50
Tỷ trọng	g/cm3	1,028÷1,038	Độ dẫn điện	1/ohm.cm	0,004÷0,005
Điểm đông đặc	0C	-0,54÷-0,59	Nhiệt dung riêng	cal/g.0C	0,933÷0,954

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 105 trang tài liệu này.

Giá trị pH của sữa

Sữa tươi có giá trị pH trung bình là 6,6. Sữa non (phần sữa đầu tiên trong một chu kỳ tiết sữa của động vật) có giá trị pH thường thấp hơn và khoảng chừng 6,0. Khi sữa bị nhiễm VSV như nhóm vi khuẩn lactic chúng sẽ chuyển hóa đường lactose trong sữa thành acid lactic làm giảm pH sữa.

Độ chua của sữa

Độ chua của sữa thường được biểu diễn bằng độ Soxhlet Henkel (oSH), độ Thorner (oTh), độ Dornic (oD).

- Độ Soxhlet Henkel (oSH): là số ml dung dịch NaOH N/4 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt phenolphtalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 30 giây. Các nước Trung Âu thường sử dụng đơn vị này. Sữa bò tươi có độ chua

trung bình 7oSH.

- Độ Thorner (oTh): là số ml dung dịch NaOH N/10 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa và 200ml nước cất có bổ sung vài giọt phenolphtalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Thụy Điển, Nga, Ucraina, Belarus sử dụng đơn vị này. Sữa bò tươi có độ chua trung bình 17oTh.

- Độ Dornic (oD): là số ml dung dịch NaOH N/9 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt phenolphtalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Các nước Pháp, Hà Lan thường sử dụng đơn vị này để biểu diễn độ chua của sữa.

Mối liên hệ giữa các đơn vị đo độ chua của sữa được trình bày ở bảng 5.2.

Bảng 5.2. Mối liên hệ giữa các đơn vị đo độ chua của sữa

oSH	oTh	oD
oSH	1	2,5	2,25
oTh	0,4	1	0,9
oD	4/9	10/9	1

Tỷ trọng của sữa

Tỷ trọng của sữa do hàm lượng các chất khô trong sữa quyết định. Các chất béo có tỷ trọng nhỏ hơn 1g/cm3. Hàm lương chất béo trong sữa càng cao thì tỷ trọng của sữa sẽ càng thấp, tỷ trọng của sữa bò thường từ 1,028÷1,038g/cm3. Khi biết được thành phần khối lượng các chất béo và các chất không béo có trong sữa, ta có thể tính được tỷ trọng của sữa (ở 15,5oC) theo công thức (5.1)

Trong đó:

d15,5 C 

0,93

100 ,

SNF W

1,608

(g/cm3 )

(5.1)

- F (fat) là hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng)

- SNF (solids non fat) là hàm lượng chất khô không béo trong sữa (% khối lượng)

- W (water) là hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng), tính theo công thức

(5.2)

W  100 F SNF,

(%)

(5.2)

Ví dụ: Sữa bò tươi có hàm lượng chất béo là 3,2% và hàm lượng các chất khô không béo là 8,5%. Tỷ trọng của sữa ở 15,5oC sẽ bằng:

d15,5 C 

Điểm đông đặc của sữa

3,2

0,93

 8,5

1,608

100

 (100  3,2  8,5)

 1,0306g/cm3

Điểm đông đặc của sữa thường dao động trong khoảng từ -0,54÷-0,590C. Người ta thường sử dụng chỉ tiêu này để kiểm tra xem sữa tươi có bị pha loãng với nước hay không.

Tuy nhiên, khi xử lý sữa ở nhiệt độ cao, điểm đông đặc của sữa sẽ gia tăng do sự kết tủa của một số muối phosphate có trong sữa.

1.2. Thành phần hóa học của sữa

Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein, chất béo và chất khoáng. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như: chất màu, enzyme, vitamin, phospholipid và khí. Thành phần hóa học của sữa bò, sữa một số động vật và sữa người được trình bày ở bảng 5.3

Bảng 5.3. Thành phần hóa học của một số loại sữa (% khối lượng)

Loại sữa

Protein	Casein	Whey protein	Chất béo	Carbonhydrate	Tro
Sữa mẹ (người)	1,2	0,5	0,7	3,8	7,0	0,2
Sữa ngựa	2,2	1,3	0,9	1,7	6,2	0,5
Sữa bò	3,5	2,8	0,7	3,7	4,8	0,7
Sữa trâu	4,0	3,5	0,5	7,5	4,8	0,7
Sữa dê	3,6	2,7	0,9	4,1	4,7	0,8
Sữa cừu	5,8	4,9	0,9	7,9	4,5	0,8

Trong sản xuất nguồn nguyên liệu phổ biến là sữa bò. Hàm lượng các chất trong sữa bò có thể dao động trong khoảng rộng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng động vật nuôi, tình trạng sinh lý của từng con vật, điều kiện chăn nuôi (bảng 5.4).

Bảng 5.4. Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)

Các thành phần chính

Khoảng biến thiên	Giá trị trung bình
Nước	85,5÷89,5	87,5
Tổng các chất khô	10,5÷14,5	13,0
- Lactose	3,6÷5,5	4,8
- Protein	2,9÷5,0	3,4
- Chất béo	2,5÷6,0	3,9
- Khoáng	0,6÷0,9	0,8

Tổng chất khô (Total solids-TS hoặc Dry matter-DM) được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước (dạng không liên kết) có trong sữa. Đại lượng này thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm (%) khối lượng. Chất khô không béo (Solids non fat – SNF): là hiệu số giữa tổng các chất khô (TS) và hàm lượng chất béo trong sữa.

Thành phần chính của 1 lít sữa bò được trình bày trong bảng 5.5

Bảng 5.5. Các thành phần chính của 1 lít sữa bò

Thành phần

Khối lượng,g

Phần trăm,%

Nước

Pha lỏng

902

87,4

Glucid (40÷60g/l)

- Dạng tự do: lactose ở trạng thái phân tử

- Dạng kết hợp: galactose, galactosamin, acid silic

4,75

	Khối lượng,g	Phần trăm,%
	ở trạng thái keo, được liên kết với protein < 1g/l
Chất béo (25÷45g/l)	- Ở dạng cầu béo: là những giọt chất béo có đường kính từ 1÷10µm, 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	39	3,78
Hợp chất nitơ (25÷40g/l)	- Ở dạng micelle 28g: ở dạng huyền phù, là phức của calcium phosphate liên kết với một liên hợp của các casein - Ở dạng hòa tan 4,7g: là những cao phân tử của albumin và imunoglobulin - Nitơ phi protein 0,3g: ure, acid uric, creatin,...	33	3,2
Chất khoáng (25÷45g/l)	Ở trạng thái keo và hòa tan: - Ở dạng phân tử và ion: acid citric, K, Ca, P, Na, Cl, Mg - Ở dạng các nguyên tố trung lượng: Zn, Al, Fe, Cu, I,...	9	0,87
Chất khô tổng số	Sữa đã được làm bốc hơi nước	130	12,6
Các chất khác	- Các chất xúc tác sinh học: các vitamin (A, D, E, K, B, B2, PP, B6, B12, C,...) và các enzyme - Các khí hòa tan: CO2, O2, N2, 4÷5% thể tích của sữa	Vết

Thành phần

1.2.1. Nước

Tỷ lệ nước trong sữa dao động từ 85,5÷ 9,5%, bao gồm nước tự do và nước liên

kết:

- Nước tự do chiếm 96÷97% tổng lượng nước. Nó có thể tách ra được trong quá

trình cô đặc và sấy vì không có liên kết hóa học với chất khô. Trong một số sản phẩm như bơ, phomat tươi, nước tự do ở dạng các hạt có kích thước khác nhau, phân bổ một cách tương đối đồng đều trong sản phẩm. Nước tự do có thể bốc hơi trong quá trình bảo quản phomat hoặc cũng có thể ngưng tụ ngay trên bề mặt.

- Nước liên kết chiếm khoảng 3÷4% tổng lượng nước. Hàm lượng nước liên kết phụ thuộc vào các thành phần nằm trong hệ keo: protein, các phosphatide, polysaccharide. Hàm lượng nước liên kết trong các sản phẩm sữa rất khác nhau, chẳng hạn như: trong sữa gầy có 2,13÷ 2,59% nước liên kết, trong sữa đầu có 4,15% nước liên kết, nước tách ra trong quá trình sản xuất bơ chỉ có 1,75% nước liên kết. Nước liên kết đóng băng ở nhiệt độ nhỏ hơn 00C, không hòa tan muối, đường. Dạng đặc biệt của nước liên kết là nước kết tinh với lactose dưới dạng C12H22O11.H2O.

1.2.2. Chất khô

1.2.2.1. Lipid

Lipid của sữa bao gồm chất béo sữa, các phosphatid, glicolipid, steroid

a) Chất béo sữa: là thành phần quan trọng. Về dinh dưỡng chất béo có độ sinh năng lượng cao, có chứa các vitamin hòa tan trong chất béo (A, D, E). Đối với sản phẩm sữa lên men, chất béo ảnh hưởng tới mùi vị, trạng thái của sản phẩm. Có tới 98÷99% chất béo của sữa là các triglyceride, 1÷2% còn lại là các phospholipid, cholesterol, caroten, vitamin A, D, E và K.

Khi để yên sữa, một lớp váng sữa (cream) sẽ được tạo thành trên bề mặt. Dưới kính hiển vi người ta nhận thấy trong váng sữa có rất nhiều thể hình cầu với kích thước khác nhau, nổi tự do trong sữa. Mỗi thể cầu mỡ được bao bọc bằng một màng mỏng (hình 5.1).

Hình 5.1. Sự phân bố các cầu béo trong sữa

Các thể hình cầu đó là các cầu mỡ và màng bao của chúng được tạo thành chủ yếu từ protein và các phosphatid. Màng của các cầu mỡ rất bền, có tác dụng bảo vệ, giữ cho chúng không bị phá hủy bởi các enzyme có trong sữa.

Các cầu mỡ có đường kính từ 0,1÷20µm (trung bình từ 3÷4µm). Trong 1 ml sữa có khoảng 3000÷4000 triệu cầu mỡ. Các cầu mỡ là thành phần nhẹ nhất trong sữa (tỷ trọng 0,925g/cm3) và chúng có xu hướng nổi lên trên bề mặt sữa. Kích thước các cầu mỡ có ảnh hưởng đến hiệu suất tách chất béo bằng li tâm. Các cầu mỡ có kích thước lớn dễ dàng bị tách khỏi sữa bằng li tâm. Thành phần màng bao cầu mỡ gồm phospholipid, lipoprotein, protein, acid nucleic, các nguyên tố vi lượng và nước.

Chất béo của sữa khác với mỡ của các động vật khác là chứa nhiều acid béo no có khối lượng phân tử thấp. Các acid béo chủ yếu của sữa được trình bày ở bảng 5.6.

Bảng 5.6. Các acid béo chủ yếu trong sữa

Các acid béo

Tỷ lệ so với tổng số acid béo, %	Điểm nóng chảy, 0C	Số	nguyên	tử	Ghi chú
Tỷ lệ so với tổng số acid béo, %	Điểm nóng chảy, 0C	H		C	Ghi chú	O
Các acid béo no - Butyric - Caproic - Caprilic	3,0÷4,5 1,3÷2,2 0,8÷3,8	-7,9 -1,5 16,5	8 12 16		4 6 8	2 2 2	Dạng lỏng ở nhiệt độ phòng
- Capric	1,8÷3,8	31,4	20		10	2	Dạng rắn ở
- Lauric	2,0÷5,0	43,6	24		12	2	nhiệt độ phòng
- Miristic	7,0÷11,0	53,8	28		14	2
- Palmitic	25,0÷29,0	62,6	32		16	2
- Stearic	7,0÷13,0	69,3	36		18	2

Các acid béo

Tỷ lệ so với tổng số acid béo, %	Điểm nóng chảy, 0C	Số nguyên tử			Ghi chú
Tỷ lệ so với tổng số acid béo, %	Điểm nóng chảy, 0C	H	C	O	Ghi chú
Các acid béo không						Dạng lỏng ở
no	30,0÷40,0	14,0	34	18	2	nhiệt độ phòng
- Oleic	2,0÷3,0	-5,0	32	18	2
- Linoleic	đến 1,0	-5,0	30	18	2
- Linolenic

b) Phosphatid và glicolipid

Các phosphatid và glicolipid đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành màng các cầu mỡ. Trong thành phần của chúng có cả acid béo hòa tan trong chất béo và acid béo hòa tan trong nước. Hàm lượng các phosphatid và glicolipid khoảng 0,031÷0,05%. Màng của các cầu mỡ chứa xấp xỉ 60% các phosphatid, lượng phosphatid trong sữa đầu gấp 2÷3 lần trong sữa bình thường.

1.2.2.1. Protein

Trong dung dịch sữa có nhiều loại protein, một số có hàm lượng rất nhỏ. Có thể phân loại protein theo chức năng vật lý, hóa học hoặc sinh học. Tuy nhiên thường chia làm hai nhóm protein chính là:

- Protein ở trạng thái keo không bền (casein)

- Protein hòa tan, hay còn gọi là nước sữa (whey protein) Thành phần của protein trong sữa được thể hiện trong bảng 5.7.

Bảng 5.7. Thành phần của protein trong sữa

Thành phần protein

Hàm lượng trong sữa, g/kg	% so với tổng protein, w/w
Casein
- Casein s1	10,0	30,6
- Caseins2 - Casein - Casein Tổng casein	2,6 10,1 3,3 16,0	8,0 30,8 10,1 79,5
Whey proteins
- α-lactalbumin	1,2	3,7
- β-lactoglobulin	3,2	9,8
- Albumin	0,4	1,2
- Immunoglobulins	0,7	2,1
- Thành phần khác	0,8	2,4
Tổng whey proteins	6,3	19,3
Màng mỡ protein	0,4	1,2
Tổng protein	32,7	100

a) Casein và tổ chức của micelle

* Thành phần của micelle

Casein là một nhóm protein của sữa, tồn tại ở trạng thái keo không bền. Trong

sữa các casein có mặt dưới dạng các hạt hình cầu, đó là các micelle có đường kính từ 20÷300nm. Các micelle là tập hợp các dưới đơn vị (các siêu micelle) có đường kính từ 15÷20nm. Thành phần của micelle sữa được trình bày ở bảng 5.8.

Bảng 5.8. Thành phần của các micelle của sữa (g/100g chất khô)

Phần hữu cơ, g%

Caseins1	Casein	Caseins2	Casein	Các loại khác		Casein tổng số
33	33	11	11	4		92
Phần vô cơ, g%	Phosphate	Ca	Citrat	Mg	Na	K	Tổng số
Phần vô cơ, g%	4,3	2,9	0,5	0,1	0,1	0,3	8

- Thành phần hữu cơ của các micelle chủ yếu bao gồm các caseins, casein, casein chiếm tổng số khoảng 92%. Các casein liên kết với nhau để tạo thành phức khi có mặt calcium và sẽ kết tủa xuống nếu không có casein.

- Thành phần muối của micelle bao gồm: calcium phosphate dưới dạng apatit ở trạng thái keo, calcium cũng có mặt dưới dạng citrat và có thể liên kết một phần với casein thông qua nhóm phosphate. Magiê cũng có thể tạo ra những muối tương tự muối của calcium. Tricalcium phosphatide Ca3(PO4)2 dưới dạng vô định hình, sự chuyển hóa của dạng này thành hydroxyapatide Ca5(OH)(PO4)3 tinh thể thường bị ức chế bởi các protein và nhất là bởi các ion Mg.

* Tổ chức của micelle casein

- Các siêu micelle được hợp thành từ các caseins1, s2,  và  có đường kính khoảng 20nm và được sắp xếp như thế nào để đầu kỵ nước được gấp vào phía trong, còn các nhóm háo nước của các casein và casein thì phủ ở bề mặt. Cấu trúc của một siêu micelle casein được mô tả trong hình 5.2.

Hình 5.2. Cấu trúc của một siêu micelle casein

- Nhiều siêu micelle sẽ tập hợp lại thành một micelle (hình 5.3) nhờ calcium phosphate dạng keo rất mịn liên kết các caseins1, s2,  với nhau thông qua các nhóm

phosphate của chúng.

Hình 5.3. Tổ chức của micelle

Các siêu micelle nghèo casein sẽ nằm ở phía trong micelle và micelle sẽ ngừng lớn khi toàn bộ mặt ngoài được bao phủ bằng casein. Như vậy casein có vai trò bảo vệ micelle, nhờ hàm lượng phopho bé, giàu glucid nên casein rất háo nước và đảm bảo độ bền cho micelle. Micelle càng chứa nhiều casein thì kích thước càng bé, càng bền.

* Tính chất của casein

Casein là một phostphoprotein, trong thành phần của nó có chứa gốc acid phosphoric. Casein có chứa nhiều nhóm chức tự do khác nhau như : -COOH, -NH2, - OH, -NH-CO-, -HS... vì vậy mà casein có khả năng tham gia các phản ứng hóa học. Trong các nhóm trên thì nhóm -COOH và nhóm -NH2 có ý nghĩa nhất vì một phần các nhóm này ở trạng thái tự do và quyết định tính chất của casein.

Trong dung dịch, casein tạo thành các ion lưỡng tính, tham gia phản ứng vừa như một acid, đồng thời vừa như một base :

NH2

COOH

NH +

CO -

Casein được coi như một chất điện li lưỡng tính đa hóa trị, do đó có khả năng tạo ra hàng loạt các hợp chất với các acid, base, kim loại, aldehyt v.v...

Casein dễ dàng tham gia phản ứng với các kim loại kiềm, kiềm thổ như K, Na, Mg để tạo thành các caseinat. Caseinat hòa tan trong nước. Càng có nhiều nguyên tử kim loại liên kết với casein thì độ hòa tan của casein càng lớn.

Trong sữa, casein ở dạng calcium caseinat và nó lại kết hợp với calcium phosphate tạo thành phức hợp calcium phosphate caseinat (các micelle)

Tất cả các casein đều được phosphoryl hóa nhưng với mức độ khác nhau, trong đó casein có tỷ lệ P thấp nhất. Casein càng chứa nhiều nhóm phosphate thì càng không bền khi có mặt Ca.

Casein là protein duy nhất có chứa các glucid, và có tính chất khác với các casein khác ở một số điểm sau :