Giao Trinh Cong Nghe San Xuat Cac San Pham Tu Sua Va Thuc Uong Pha Che Tap 1 Cong Nghe San Xuat Cac San Pham Tu Sua Le Van Viet Man PDF

 

L Ê V ĂN ĂN V I T M Ẫ N

GIẢO GI ẢO THỈN THỈN H

GÔNG NGHỆ SÂN XIIẤT CÁC SẢN PHAM  TỪ SỮA V VÀ À THỨC U UỐ ỐNG PPH HA C H Í TẬP 1

CÔNG NG CÔN NGHỆ SẢ N XUAT CÁC SẢ N PHẨ M TỪ SỮ A TH VI NĐHNHATRANG

300002

^

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. Hồ CHÍ MINH

 

Đ Ạ I HỌ C QUỐ C GIA T P H ồ CHÍ M INH   TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA

Lê Văn Việ t Mân Mân

GIẤẤ O TRÌNH GI TRÌNH

CÔNG NGHỆ SẴN XUẤT CÁC SÂN PHẨM  Từ SỮ SỮA AV VÀ À THỨ THỨCC U UỐ ỐNG PHA C H Í TẬP 1

CÔNG NGHỆ SẢ N XUẤ T CÁC SẢ N PHẨ M TỪ SỮ A

N H À X U Ấ T B Ả N Đ Ạ I HỌ C Q U Ố C G I A   TP HỒ HỒ CHÍ CHÍ MINH MINH - 2010 2010

 

MỤC LỤC  L I N Ó I ĐẦ Đ Ầ U  

7

Ph ẫ n 1: NGUYÊN NGUYÊN LI LIỆỆ U NGÀN NGÀNH HC CÔ ÔNG NG NGHI HIỆỆ P CHẾ B I Ế N S Ữ A   9 1.1 1.1 Giới thiệu th iệu về sữa sữ a bò 11 1.1.1 1.1 .1 Một số tín tínhh chất ch ất v ật lý 11 1.1. 1.1.22 Th Thàn ànhh ph phần ần hóa học 12 1.1.3 1.1 .3 Các tín tínhh ch chất ất hóa lý 36 1.2 1.2 Hệ vi sinh sin h v ật tron trongg sữạ bò 40 1. 1.2. 2.11 Nguồn gố gốcc hệ vi sinh v ật trong tro ng sữ sữaa 40 1.2.2 1.2 .2 Hệ vi sin sinhh v ật tron trongg sữa 42 1. 1.33 V ắt sữa, vận chuyể chuyểnn và bảo bảo quản sữa trước kh khii ch chếế bi biến ến 50 1.3.1 1.3 .1 Quả trìn tr ìnhh v ắt sữa 50

1.3 1.3.2 ch Quá trì trìnn h vận chuy chuyểển sữa từ nơi tthu hu ho hoạch ạch về n hà máy 51 chế ế biến 1.3. 1. 3.33 Quá trìn trì n h bả bảoo quả quảnn sữa trước khi ch chếế biến 54 1.4 1.4 Câu hỏi ôn tập ph phần ần 1 64 Phầ n 2: 2: C CÁ ÁC QUÁ TRÌ TRÌNH NH c ơ BẢ N TR TRO ONG C CÔ ÔNG NG NGHỆ HỆ CHẾ B IẾ N S Ữ A   2.1 Các quá trìn tr ìnhh v ật lý 2.1.1 2.1 .1 Quá trì trìnn h ly tâm 2.1.2 2.1 .2 Quá trì trìnn h đồng hóa 2.1. 2.1.33 Quá trìn trìnhh ph phân ân riêng bằ bằng ng memb membrane rane 2.1. 2.1.44 Qu Quáá trìn trìnhh tha thanh nh trùn trùngg và tiệt trùn trùngg 2.2 Cácquá trì trìnn h hóa lý 2.2.1 2.2 .1 Quá trì trìnn h bài khí 2.2.2 Quá trìn tr ìnhh cô đặ đặcc bằng n h iệt 2.2.3 Quá trìn tr ìnhh sấy phun 2.2.4 Quá trìn tr ìnhh đông tụ casein 2.3 Cácquá Cácquá trì trìnn h sinh học 2.3.1 2.3 .1 Quá trì trìnn h nh nhân ân giống vi sinh v ật 2.3. 2.3.22 Qu Quáá trìn trìnhh lên men 2.4 Câu hỏi ôn tập ph phần ần 2

65 67 67 73 87 107 128 128 131 131 142 142 157 167 167 167 186 20 2022

 

P hầ h ầ n 3: 3: J CÔNG N G H Ệ S Ả N X U Ấ T CÁC S Ả N P H Ẩ M T Ừ S Ữ A   3.1 Công nghệ sản xuất sữa thanh tha nh trùng trù ng 3.1.11 Giới thiệu 3.1. thi ệu chung 3.1.22 Quy tr 3.1. trìn ìnhh công nghệ 3.1. 3. 1.33 Sản phẩm sữa than thanhh trùng trùn g

203 20 2055 20 2055 20 2066 213

3.22 Công nghệ sản xuất sữa tiệt 3. ti ệt trùn trùngg 3.2.1 3.2 .1 Giới thiệu thi ệu chung 3.2.2 Quy tr trìn ìnhh công nghệ 3.2. 3. 2.33 Sản phẩm sữa tiệt trùng trù ng 3.3 Công ng nghệ hệ s ản xuất xu ất sữa sữ a cô đặc 3.3.1 Giới th thiệu iệu chung 3.3.22 Nguyên liệ 3.3. liệuu tro trong ng sản xuất xu ất sữa sữ a cô đặc 3.3.3 3.3 .3 Quy Quy trìn tr ìnhh công nghệ sản xuất xu ất sữa sữ a đặc đặc kh khôn ôngg ng ngọt ọt 3.3.44 Quy tr 3.3. trìn ìnhh công nghệ sản xuất xu ất sữa sữ a đặc có đườ đường ng 3.3.5 S ản phẩm ph ẩm sữ sữaa cồ đặc 3.4 Công nghệ ngh ệ sản xuất xu ất sữa bộ bộtt 3.4.1 3.4 .1 Giới thiệu th iệu chung 3.4.2 3.4 .2 Nguyên liệ liệuu tron trongg sản xuất xu ất sữa bột bộ t 3.4.3 3.4 .3 Quy trìn tr ìnhh công nghệ sản xuất sữa sữ a bột bộ t nguyên cream 3.4.4 3.4 .4 Quy Quy tr trìn ìnhh công nghệ sản xuất sữa sữ a bột gầy 3.4. 3. 4.55 Quy Quy trì trìnn h công nghệ sả sảnn xuấ xuấtt sữa bột tan ta n nh nhan anhh (insta (in stann t milk powd powder) er)

213 213 213 213 214 220 220 22 2211 22 2211 22 2222 224 224 227 227 230 23 2322 23 2322 23 2333 234 234 241

3.4.6 Quá tr trìn ìnhh lecithin hóa tron trongg cô công ng nghệ sản xuất sữa bột 3.4.7 3.4 .7 Sản phẩm ph ẩm sữ sữaa bột 3.5 3.5 Công nghệ ngh ệ sản xu xuất ất sữa lên men 3.5.11 Giới th 3.5. thiệu iệu chung 3.5.2 3.5 .2 Công nghệ sản xuất sữa lên men yaou yaourt rt 3.5.3 3.5 .3 Công nghệ sản xuất sữa lên men kefir 3.6 Công nghệ ngh ệ sản xuất xu ất phô mai 3.6. 3.6.11 Giớịthi Giớịt hiệu ệu chung 3.6.22 Nguyên liệ 3.6. liệuu tron trongg sản xuất phô mai 3.6.3 Công nghệ sản xuất phô mai mề mềm m khôn khôngg qua giai đoạ đoạnn ủ chín (phô ma maii tươi)

24 2433 24 2433 246 246 246 248 248 262 262 26 2688 268 268 26 2699

24 2422

272

 

3.6.44 Công nghệ sản xuất phô mai mềm và bbán 3.6. án mềm 277 có qua giai đoạn ủ chín 2955 3.6.5 Công nghệ sản xuấ xuấtt phô mai bá bánn cứng, cứng, cứng và rrất ất cứng 29 301 3.6.6 Công ngh nghệệ sản xuất phô mai nấu chảy 306 3.7 Công ngh nghệệ sản xu xuất ất bơ 3.7.1 Giới th thiệu iệu chung 306 307 3.7.22 Nguyên liệ 3.7. liệuu trong sản xuất bơ 309 3.7.3 Quy trìn tr ìnhh công nghệ sản xuất bơ 321 3.7.44 Sản phẩm bơ 3.7. I 322 3.8 Công ngh nghệệ sản xuất kem 322 3.8.11 Giới th 3.8. thiệu iệu chung 322 3.8.22 Nguyên liệ 3.8. liệuu tron trongg sản xuất kem 326 3.8.33 Quy 3.8. Quy tr trìn ìnhh công nghệ sản xu xuất ất kem 3. 3.8.4 8.4 Kem th thàn àn h phẩ phẩm m 3.9 Câu hỏi ôn tập phần 3 T À I L IỆ IỆ U TH T H A M KH KHẢ O

334 335 336

 

LỜI NÓI ĐẦU  N gànn h công nghiệ  Ngà ng hiệ p thự c p h ẩ m bao ggồồ m nh nhiềiề u lĩlĩnn h vự c chuyên chu yên   mônn kh mô khác ác nnha hauu nh nhưư chế biề n llưư ơ ng thự c; sả n xxuấ uấ t bá bánh, kẹ kẹ o; chế chế biế n  rauu, quả ; ch ra chèè biên ttrà rà,, că phè, ca ca cao; sả n xuấ t dầ u béo; chế biế n thịt,  t hủ y sả n; sả n xxuâ uâtt ccáác sả h phẩ m ttừừ sữ a; sari xuấ xuấ t tthhứ c uố ng pha chế ,  thứứ c uố ng lèn m th meen... Trongg chư ơ ng trì Tron rình nh đà đào tạ o kỹ sư ng ngàn ànhh Côn Công nghệ nghệ thự c phẩ m   tạ i T Trư rư ờ ng Đạ i họ c Bách Bách kho khoa - Đạ i họ c Qu Quố c gi giaa TP Hồ Chí Mi Minh nh,, cá các  ki kiếế n tthhứ c công nghệ thuộ c hhaai lĩnh vự vự c: sả n xu xuấấ t các sả n phẩ m từ sữ a  và sả n xu xuấấ t th thứ c uuốố ng dạ ng pha ch chếế đư ợ c gộ p cchu hung ng lạ i ttro ronng nnộộ i dung dung  mônn hhọọ c “Công nghệ mô nghệ sả n xu xuấấ t các săn phẩ m từ sữ a và và tthứ hứ c uố ng pha  chế ”. Đây là mộ t trọ ng sô' các môn họ họ c chuyên ngành củ a sinh viên  đang đa ng theo hhọọ c ttạạ i ttrrư ờ ng. Mụ c tiê tiêuu củ a môn môn hhọọ c nh nhằằ m cu cung ng cấ p cho  sinh sinh vviiên nh nhữữ ng ki kiếế n tthhứ c về về nguy guyề n phụ liệ u, qquy uy trì rình nh ssảả n xuấ t vvàà  chỉỉ ti ch tiêu êu đánh giá giá cchấ hấ t llưư ợ ng các săn săn phẩ m thu thuộộ c hai hai llĩnh ĩnh vự c nnói ói ttrê rênn.  Doo sự khác  D kh ác biệ t về th thàn ànhh phầ ph ầ n hóa họ c và các tí tínn h chấ ch ấ t củ a  nguy ng uyên ên liệ u, ccơơ sở kho khoa họ c củ a công ngh nghệ sả n xuấ t các sả n phẩ m từ   sữ a vvàà các sả n phẩ m thứ thứ c uố ng dạ ng pha cchế hế là khác khác nnhhau. au. Do đó,  nộ i dung môn họ họ c đõ, đư ợ c bi biên soạ n thành 2 quyể quyể n sá sách ch rriê iêng ng bbiệ iệ t   đ ể lầ m tài liệ liệ u ttham ham khả khả o ch cho sinh sinh vi viêên. Quy Quyểể n “Công Công nghệ nghệ sả n xuấ t   các sả n phẩ m từ sữ a* đã đư đư ợ c xuấ xuấ t bả bả n lầlầ n đầ đầ u ti tiên và vàốố nă năm m 220004.   Đế n nă năm m 2006, quyể quy ể n “Công ngh nghệệ sả n xuấ xu ấ t thứ c uố ng” ng ” đư ợ c xxuu ấ t bả n.  Cả hai tài liệ u nnổổ i trên rên đề u do Nhà xuấ t bả n Đạ i họ cQuố c gia gia TP.  Hồ Chí M in inhh x u ấ t bả n. T ừ đó đế n nay, các qu quyể yể n sách sác h này nà y đãđ đã đ ư ợ c nố i bả n vvàà tái bả n.  Lầầ n này, chún  L ch úngg tôi biên soạ n lạ i nộ i d u n g củ a hai quyể qu yể n sách   nóii trên nó trên vớ i mụ mụ c đđíc íchh làm làm giáo giáo trình trình môn họ họ c “CÔNG CÔNG NGHỆ SA N    XU  X U A T CAC S Ẩ N P H Ẩ M T Ừ S Ữ A VÀ TH THỨỨ C UỐ NG PHA PH A CH CHẾẾ * cho  sinh sinh vi viểể n Trư ờ ng Đạ i họ c Bách Bách khoa khoa - Đạ i họ c Q Quuôc gi giữữ TP. Hô Chí  Chí    Minh  M inh.. Các đ ề m ụ c trong tro ng giáo giá o trìn tr ìnhh đư ợ c bố cụ c theo đề cư ơ ng mô mônn  họ c  “Công ng nghệ sả n xxuấ uấ t các săn phẩ m từ sữ a và và tthhứ c uố ng pha pha cchế hế ” dã đđưư ợ c Hộ i đồ ng kh khoa họ họ c củ a Khoa và Tr Trư ờ ng phê phê dduuyệ t. Giáo trình trình đư đư ợ c chi chiaa tthành hành hai tậ p: Tậ p i: i: “Công nghệ sả n xu xuấấ t các sả n phẩ m ttừừ sữ a” Tậ p 2: “Công nghệ sả n xuấ t thứ c uố uố ng pha chế chế ”

 

Quyể n ssác Quyể áchh nà nàyy llàà tậ p 1 củ a gi giáo áo trì trình nh nói trê rên. n. Nộ i du dung ng ttậậ p 1  gồ m ccóó 3 phầ n ch chíính nh:: Phầ n 1 gi giớớ i tthi hiệệ u vvềề sữ a nguyên lliiệ u: th thành ành phầ n, tín tínhh cchhấ t, hhệệ   vi sinh sinh vậ t ttro rong ng sữ a, nhữ ng đi điềề u ccầầ n lư u ý tro rong ng qu quáá tr trình ình tthu hu  hoạ ch, vvậậ n cchhu yể n vvàà bả o quả n sữ a tư ơ i trư ớ c kh khii cchế hế biế n. Phầ n 2 gồ m cá cácc qu quáá tr trin inhh ccơơ bả n tr tron ongg công ng nghi hiệệ p chế biế n  sữ a. Đó llàà ccác ác quá trinh vậ t lý, hóa lý và sinh hhọọ c. Phẩ n 3 t rì Phẩ rình nh bbàày công nghệ sả n xu xuấấ t mộ t số sả n ph phẩẩ m tiế u bbiiể u  từ sữ a như sữ a tha hanh nh ttrrùng, ssữữ a tiệ t trùng, ssữữ a cô đặ c, ssữữ a bộ t, sữ a  lên men (yaou (yaourt rt,, ke kefi fir) r),, phô ma mai, i, bbơơ và ke kem. m. Trong ph phầầ n nà này, y, mộ t sổ   kỹ th thuậ uậ t m mớớ i ttrron ongg các qu quyy trinh rinh cchế hế biế n sữ a đã đư ợ c giớ i tthi hiệệ u nh nhưư   than th anhh trùn trùngg ssữữ a bbààng ph phưư ơ ng pháp vvii llọọ c, ccôô đđặặ c ssữữ a ttrrong sả n xu xuấấ t    yaou  ya ourt rt bằ ng ph phưư ơ ng p h á p th thẩẩ m th thấấ u ngư ợ c hoặ c si siêu êu lọ c, vi bao ch chấấ t   éonhđểssấấlyàm tă tăng ngsảcnhấxxuấ tuấlưt ợssữnữ ga vbbộàộ t.hhi uấ t tthu hu hồ i ssảả n phẩ m trong quả   tbri rinh phun ..iệ u ssuấ Tậ p 1 củ a qu quyể yể n gi giáo áo ttrìn rìnhh nà nàyy ccũũ ng là tà tàii liệ liệ u tham kkhả hả o cchho các  bạ n đđọọ c đđan angg ccôông ttáác ttrrong lĩn ĩnhh vvựự c sả n xxuấ uấ t các sả n phẩ m từ sữ a.

. Chún Chúngg ttôi ôi m ong nh nhậậ n đđưư ợ c ỷ ki kiếế n đđón óngg g ó p ccủủ a bbạạ n đđọọ c vvềề   nộ i ddung ung qu quyể yể n gi giáo áo ttrì rình nh để nh nhữữ ng lầ n tá táii bbăn ăn sau sá sácch đđưư ợ c hoàn  chỉnh chỉ nh hhơơ n. Thư t ừ g óp ý xi xinn ggửử i vvềề : Bộ mô mônn C Côông nghệ thự c phẩ m> T Trrư ờ ng   Đạ i họ c B ác áchh kh khoa oa - Đạ i họ c Quố c gi giaa T P Hồ C hí M in inh, h, 26 2688 L ý   Thư ờ ng Kiệ t, Q. Q.110, T TP P Hồ Ch Chíí Minh, Đi Điệệ n ttho hoạạ i: (08) 38 6644 62 51. Tác giả PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn

 

PHẨN 1

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHÍ BIẾN SỮA

 

 NG  N GUYÊN LIỆ U NGÀNH CÔNG NGHIỆ P CHÊ' BIẾ N SỮ A

11

1 .1 G I Ớ I T H I U V Ề S Ữ A B Ò Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các dộng vật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá. Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa  bò, sữ sữaa dê và sữ sữaa cừu cừu.. Ớ nước ta, ta , sữa bò là nguồn nguồ n ng nguy uyên ên liệu chủ yế yếuu cho ngành công nghiệp thực phẩm. Trong quyển sách này, chúng tôi chỉ đề cậ cậpp đến nguồn nguyên liệ liệuu sữa bò và các sản pphẩm hẩm ch chếế biế biếnn công nghiệp từ sữa bò.

1.1.1 MỘ T SỐ TÍNH CHẤ T VẬ T LÝ Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo,  prot  pr otei einn và m ột số ch chất ất kh khoá oáng ng tr tron ongg sữ sữaa tạo n ên ên.. Màu sắc của sữa  phụ thu thuộc ộc chủ yếu vvào ào hà hàm m lượ lượng ng p-ca p-carote rotenn có tro tr o n g c h ất béo của sữa. Sữa bò thường có màu từ trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy (sữa đã được tách béo - skimmilk) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi rất đặc trưng và vịngọt nhẹ.  B ả n g 1.1 M ộ t sô' chỉ tiêu vậ t lý quan trọ ng củ a sữ a bò Đ ại lượng

Tỷ trọng Điểm đông đặc Độ dẫn điện

Đ dn vịđo

Giá trị

Đ ại lư ợ ng

Đ ờn vj d o

G iá tr ị

 g/cm33  g/cm

1,028 + 1,036 Nhiệt dung riêng

cal/g.°c

0,933 + 0,954

°c

-0,54 + -0,59 Thế oxy hóa khử

y

0,10 Ỷ 0,20

dynes/cm

50

0,004 04 *■ 0,00 0,0055 Sức căng bề mặt d 20°c 1/ohm.cm 0,0

Tỷ t r ọ n g s ữ a Tỷ trọn tr ọngg sữ sữaa ddoo hàm lượng ccác ác ch chất ất khô tro trong ng sữa qquyết uyết định. Các chất béo có tỷ trọng nhỏ hợn 1g/cm3.  Hàm lượng chất béo trong sữa càng cao thì tỷ trọng của sữa sẽ càng thấp.

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 15,5°C) theo công thức sau: ^15,5°c _ 

trong đó:

 

100

(g/cm 3)

PHẨN 1

12

- F {f {fat  at ) là hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng) - S N F   (solids non fat)  là hàm lượng các chất khô không béo trong sữa (%  khôi lượng) - w {w {wat ater er)) là hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng). Ta có: w   = 100 - F - SNF, 

(%) (%)

Ví dụ: Sữa bò tươi có hàm lượng chất béo là 3,0% và hàm lượng các chất khô không béo là 8,1%- Tỷ trọng của sữa ở 15,5°c sẽ bằng: d**°c   = ^

0,93

---------------   = 1,029 gtcm3

+ - ^ + (100-3, (100-3,0-8, 0-8,1) 1) 1,608

 Đ i ể m đ ô n g đ ặ c c ủ a s ữ a :   Thường dao động trong khoảng từ -0 - 0 ,54 ,5 4 -ỉ- -0 -0,5 ,599 °c °c.. Người ta thườn thư ờngg sử sử dụng d ụng chỉ tiêu nà nàyy dể d ể kiểm

tra xem sữa tươi có bịpha 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.

1.1.2 THÀNH PHẦ N HÓA HỌ C Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí. Khi nói đến thành phần hóa học của sữa, các nhà sản xuất thường quan tâm đến giá trị pH và độ chua. G i ả t r ị p H c ủ a ssữữ a Giá trị pH thường được xác định ở 20°c. Theo định nghĩa:  pH = -lg -l g [ H +] Sữa bò tươi có giá trị pH trung bình là 6,6. Sữa non (colostrum) - tức phần sữa đầu tiên trong một chu kỳ tiết sữa của động vật - có giá trị pH thường thấp hơn và khoảng bằng 6,0. Khi sữa bị nhiễm vi sinh vật như nhóm vi khuẩn lact lactic ic,, chúng sẽ chuyển hóa đường lactose trong sữa thành acid lactic và làm giảm giá trị pH của sữa.

 

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

13

 Đ ộ c h u a  Độ Trong công nghiệp thực phẩm, độ chua sản phẩm được xác định  bằng  b ằng phươn phư ơngg pháp ph áp chuẩn chu ẩn độ. độ. Hi Hiện ện nay na y tr trêê n th ế giới, độ chua ch ua của sữ sữaa thường được biểu diễn bằng độ Soxhlet Henkel (°SH), độ Thorner (°Th) hoặc độ Dornic (°D). m l  dung là số vài du ng chĩthị dịch NaOH N/4 cần tthh icho ết để đđến ể chuẩn chukhi ẩn xuất độ 100ml sữa có°SH: bổ sung giọt phenolphtalein hiện   màu hồng bền trong 20 giây. Các nước Trung Âu thường sử dụng đơn vịnày. Sữa bò tươi có độ chua trung bình 7°SH. °Th: là số ml  dung dịch NaOH N/10 cần thiết để chuẩn độ hỗn hợp 100mZ sữa và 200m l nước cất có bổ sung vài giọt chỉthị phenolphtalein cho đến khi xuất x uất hiện hi ện màu hồng bền trong 20 giây giây.. Thụy Đ iể iển, n, Nga, Ucraina, Ucraina , Belarus sử dụng đơn vịnày. Sữa bò bình thường có độ chua 17°Th. °D: là số m l  dung dịch NaỔ NaỔ H N/9 N/9 cần cần thi th i ết để chuẩn ch uẩn độ 100 100m l  sữa có có bổ sung vài giọt chĩ chĩ th thịị phenolp phenolphtalein htalein cho cho đến khi k hi xuất xu ất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Hai nước Pháp và Hà Lan thường dùng đơn vịnày dể biểu diễn độ chua của sữa.  B ả n g 1.2 Mố i liế n hệ giữ a các các đơ n vị đo độ chua chu a củ a sữ a °SH °S H

°Th

°D

°SH °S H

1

2, 2,55

2,25

°Th

0, 0,44

1

0 ,9

°D

4/ 4/99

10/9

1

Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và lýphụ yếu tố nhưchăn giống động vật nuôi, tình trạng sinh củathuộc từngvào connhiều vật, điều kiện nuôi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiêt...).  B ả n g 1.3 T h à n h p h ầ n hóa họ c sữ a củ a m ộ t số độ ng vậ t và ngư ờ i (% khố i llưư ợ ng)

 

Đ ộng vật vật

Protein tổng

Casein

C h ất b é o

C a r b o h y d r a te

Khoáng

Bò

3 ,4

2 ,8

3, 3,99

4 ,8

0 ,8

Dê

3 ,6

2 ,7

4,1

4 ,7

0 ,8

Cừ u

5 ,8

4 ,9

7 ,9

4 ,5

0 ,8

 N  Ngg ự a  Ngưư ờ i  Ng

2 ,2 1,2

1, 1,33 0, 0,55

1,7 3 ,8

6, 6,22 7 ,0

0 ,5 0, 0,22

PHẨN 1

14

 B ả n g 1.4 Hàm Hà m lư ợ ng cá các chấ t trong sữ a bò (% (% khố i lư ợ ng ng)) C á c t h à n h p h ần c h f n h

K ho ản g b iến th iê n

Giá trị tr u n g b ình

 Nư  N ư ớ c

8 5 , 5 -r 8 9 ,5

8 7 ,5

Tổng cá c ch ất kkhô hô

13,0

- L a c to s e

10,5 + 14,5 3 ,6 5,5

- Protein - C h ất b é o

2,9 -5- 5,0 2 ,5 - 6 ,0

3 ,4 3 ,9

- Khoáng

0 ,6 + 0 ,9

0 ,8

4 ,8

Tổng các chất khô (Total solids-TS   hoặc  Dry matter-DM) matter -DM)  được hiểu là hàm lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bố bốcc hơi toàn toà n bộ lượng nnước ước (dạng không liên liê n kết) có tro trong ng sữa. Đ ại 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 (T S ) và hàm lượng chất béo trong sữa. Từ bảng 1.4, ta suylàra13,0 giá trị trung  bò - 3,9 = 9,1% 9,bình 1%.. của hàm lượng chất khô không béo trong sữa i) Đư ờ ng l act act os osee Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một  p  phh ân tử gal galac actos tosee liliên ên k ết với nhau nh au tạo thà th à n h . Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới hai dạng: - Dạng a-lactose monohydrate CÌ2 H22 O1 1 .H2 O (phân tử a-lactose ngậm một phân tử nước). - Dạng P-lactose anhydrous C1 2 ĨỈ22 O1 1  (phân tử (3-lactose khan).

Tỷ lệ hàm lượng giữa a-lactose monohydrate và P-lactose anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa.

12   13  1 2  OH H OH p-D-galactopyranose u-D-glucopyranose p-D-galactosido-1,4ư-D glucose «-lactose

13   12   [3   12 H OH H OH ỊVD-galactopyranose [i-D-glucopyr [i-D-glucopyranose anose iỉ-D-galactosido-1,4p-D iỉ-D-galactosido-1,4p-D glucose Hactose

 H ì n h 1.1 Công Côn g thứ c cấ u tạ o ph p h ân tử a- và (3 (3-l -laactos ctosee  

NGUYÊN LIỆU NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA 

15

 B ả n g 1.5 Mộ t sô tín tínhh chấ t vậ t lý củ a lactose Đ ại lượng

Đ ơn vịđo

 p-l -lac acto tose se an h y dr drou ou s a-lactose monohydrate  p

Phân tử lượng

Da

360 36 0

342 34 2

 Nhiệtt độ nón  Nhiệ nóngg cchảy hảy

°c

202

242 24 2

Đ ộ hòa ttan an ở 15°c  

 g đưởng/1 đưởng/100g 00g nướ nướcc 

7

50

Góc quay cực [ci]q0

độ

+89,4

+35 +3 5

Khi ta hòa tan đường a-lactose monohydrate dạng tinh thể vào nước, góc quay cực của dung dịch sẽ là +89,4°. Nếu giữ dung dịch này ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ góc quay cực sẽ giảm xuống giá trị +55°. Đ ó là do mộ mộtt số ph phân ân tử a-la a-lactose ctose monohydrat monohydratee đã chuyển chuyển san sangg dạng P-lactose anhydrous. Khi đó, trong dung dịch sẽ tồn tại cân bằng:  L-a-lactos  L-alactosee mon monohyd ohydrate rate   ■«---- * L-/3 L-/3-lac -lactose tose an anhy hydr drou ouss

Việc giảm giá trị góc quay cực của dung dịch a -lactose  monohydrate  sẽ diễn di ễn ra với tốc đđộộ nh nhan anhh hơ hơnn nếu pH ddung ung dị dịch ch được kiềm hóa về giá trị 9,0 hoặc dung dịch được gia nhiệt ở 75°c.  Bảả n g 1.6 Tỷ lệ thành ph  B phầầ n aa-la lact ctos osee monohydraíe và /3 /3-l -laactos tose  anhy an hydr drou ouss (the (theoo kkhố hố i lư ợ ng) ở trạ trạ ng tthái hái cân cân bàn bàngg ttron rongg dung dịch tạtạ i  các giá trị trị nhiệ t đđộộ khá khácc nhau  Nhiệt  Nh iệt đ ộ dung du ng dịch dịch (° (°C C) Tỷ lệ thành phần a-lactose monohydrate và p-lactose p-lactose anhydrou s

15

20

50

70

90

1:1,63

1 :1 ,5 9

1 :1 , 5 1

1 :1 ,4 5

1 :1 ,4 0

Lactose là đường khử. Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các disaccharide và monosaccharide thường gập. Nếu như độ ngọt của saccharo sacc harose se được đá đánh nh gi giáá với chỉ số 1100 00,, của mal maltose tose là 32, 32, glu glucos cosee là 74 và fructose là 17 1733 thì độ ngọt của lactose chỉ đ ạt 16. Lactos Lac tosee ccóó th thểể bị thủy phân tạo ra hai monos monosacch acchari aride de là glucose và galactose bởi enzyme p-galactosidase (lactase). Các đường đơn giản như glucose, fructose, saccharose, cổ nhiều trong tro ng thự thựcc vật (hoa (hoa,, tr tráá i cây ccác ác loạ loại... i...). ). T Tuy uy nh nhiên iên chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên.  Ngoài lactose, tr tron ongg sữa bò còn có glu gluco cose se (hà (hàm m lượ lượng ng tr truu ng bìn bìnhh lOmg/ỉ),  galactose (20mg/l)  và các hợp chất glucid chứa nitơ như Nacetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine, aciddạng N-acetyl Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp, chỉở vết. neuraminic,...

 

16

PHẨN 1

HC =

o

HC — NH — c — CH3

I HO — CH I HC — OH I

II

o

HC — OH

COOH

cI = 0

I CH-, I

N-acetylglucosamin HC = 0

I HC — NH— c —  CH, I lí HO — CH o I HO — CH I

o

HC — OH

... H,c — ĩC — HN — .. C.H

HC — OH

Acid pyruvic

I

.

[ ĩ

HO — CH HC — OH

Hexosamine

HC — OH

Ị

C H , ■OH

CH,, — O CH OH H

N-acetylgalactosamin

Acid-N-acetylneuraminic

 Hìn  H ìnhh 1.2 Công Công thứ thứ c cấ u tạ o mộ t số hợ p chấ t glucid ccóó ch chứứ a nitơ tron trongg ssữữ a  2 i) C Cáá c h ợ p cchh ấ t cỏ c hứ h ứ a n it it ơ Thành phần các hợp chất có chứa nitơ trong sữa được trình bày ở  hình 1.3. Các hợp chất chứa nitơ trong sữa bò (100%;

Protein (95%)

Casein (75+85%) Công nghiệp thực phẩm là một trong những lĩnh vực đầu- tiên áp dụng các thành tựu khoa học membrane vào thực tiễn sản xuất Từ những năm 1970, các quá trình phân riêng bằng membrane bắt đầu được sử dụng trong ngành công nghiệp sữa để thay thế các quá trình phân ph ân riêng truyề truyềnn thống thống.. Lọc {filtration)   là một trong những phương pháp phân riêng thường gặp trong sản xuất thực phẩm. Tiến hành lọc hệ huyền phù, ta sẽ th u được sản phẩm dịch học {filtrate) - chủ yếu là pha lỏng, còn  p  phh ần lớn lớ n p h a r ắn sẽ bị giữ lại tr trêê n m ật v ật n g ăn (m (màn àngg lọc). Đ ộng lực quá trình lọc có thể là trọng lực hoặc áp suất. Dòng sản phẩm không qua membrane; Retentate

Mẫu (huyển phù) Bã lọc

I/

Vật ngăn (màng lọc)

Dịch lọc

Mẫu (dung dịch)

_rr ZZZZZZZZZZZZ2Z2

Membrane

Phân riẻng bằng phương pháp lọc

Dòng sản phẩm qúa membrane: Permeate Phân riêng bằng phương pháp sử dụng membrane

 H ì n h 2 .16 .1 6 So sá sánn h quá tr trìn ìnhh pphh â n riêng riê ng bằ ng phư ph ư ơ ng ph p h á p lọ c  và phư ơ ng ph pháp áp sử sử dụ ng me me m b r a n e

Phương pháp phân riêng bằng membrane có một số điểm tương tự như phương pháp iọc, Membrane đống vai trò vật lỉgăn để phân riêng các cấu tử. Tuy nhiên, áp suất là động lực duy nhất trong kỹ thuật phân riêng bằng membrane. Do sự phân riêng đư ợ c thực hiện ở   mức độ phân tử hoặc ion nến đối tượng của quá trình thường không  p  phh ải là h ệ h u yền phù ph ù m à là nh nhữữ ng dung dun g dịch dịch chứã chứ ã các cấu tử h ò a tan ta n  

88

PHẨN 2

có phân tử lượng khác nhau. Kết quả của quá trình phân riêng bằng membrane sẽ cho ta hai dòng sản phẩm: - Dòng sản phẩm qua membrane được gọi là permeate - Dòng sản phẩm không qua membrane được gọi là retentate. Một điểm khác biệt nữa cần lưu ý là quá trình lọc có thể được thực hiện trong điều kiện hở (trong điều kiện áp suất khí quyển); ngược lại, quá trình phân riêng bằng membrane bắt buộc phải thực hi hiện ện trong tro ng th iết bị kín dưới một áp lự lựcc n h ất đị định. nh. Tiếp theo, chúng ta hãy xem cấu tạo membrane có những điểm gì khác biệt so với các màng lọc thông thường. Membrane thường có độ dày rất nhỏ so với các màng lọc thông thường. ốidẫn đa củ của a membr membrane ane cchỉ hỉlên lên đến vài trăm Đ  ườn ường kính cácĐ ộlỗ dày maottối trên membrane cũng rất nhỏ, từ 1 0ụ m. ~A  m đếng 10|ira. Do đó, các cấu tử rắn và các phân tử kích thước lớn khó có thể chui được qua mem membran brane. e. Dưới áp lực củ củaa dòng vào, vào, chún chúngg sẽ bị cuốn cuốn đi và thoát ra khỏi hệ thống tạo nên dòng retentate. Membrane có cấu trúc vi xốp. Người ta chia membrane' thành hai nhóm theo cấu trúc của chúng: đẳng hướng và bất đẳng hướng. Cấ u trúc đẳ ng hư ớ ng:  Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử, membrane với cấu trúc đẳng hướng bao gồm một lớp màng duy nhất với độ dày trung bình 0,05-7-0,2^. Các ống mao dẫn trên membrane có’ dường kính không đổi, được bố trí song song với nhau và cùng vuông góc với bề mặt membrane. Cấ u trúc bbấấ t đ ẳ ng hư ớ ng:  Membrane được cấu tạo từ hai lớp màng kết dính vào nhau. Lớp trên cùng còn được gọi là lớp bề mặt có

độ ddày ày từ 0,l+0,5 0,l+0,5fứn. fứn. Đ ường kín kínhh các mao dẫn của lớp bề m ặt thường rất nhỏ. Lớp bên dưới có độ dày dao động trong khoảng 1 0 0 -ỉ-2 0 0 |im. Đ ường kí kính nh cá cácc lỗ máo máo dẫn của lớp này kkhá há lớn. Lớp bên dưới ccóó chức ch ức nnăng ăng là làm m tăng tăn g độ bền cơ học ccho ho membrane. Các membrane có thể được sản xuất từ những vật liệu khác nhau. Trong công nghiệp chế biến sữa, người ta thường sử dụng membrane được làm từ cellulose acetate, các polyamide, polysulfone, ceramic và một mộ t số loạ loạii polyme polymerr khác. w Cellulose acetate là polymer của các phân tử P-glucose, liên kết với nhau nh au bởi P-l,4-gly P-l,4-glyc0 c03Ìd 3Ìdee và được acetyl hóa chủ yế yếuu t ại vị v ị tr tríí -OH -O H của c 2,

 

CÁC QU QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRO TRONG NG CÔNG N NGHỆ GHỆ CH CHẼ' Ẽ'BI BIẾN ẾN SỮA

89

c 3 hoặc c 6 vòng hexose. Cellulose acetate được sản xuất bằng phương  phápp acetyl hóa  phá hó a cell cellul ulos osee với acetic acetic anhydric, acetic acetic acid và sulfu sulfuric ric acid acid..

Saululo phản ứng, nếu có gốc hydroxyl -OHđượ tực do phân tửe cel cellu lose se bị acetyl hóahơn thì th ì92,5% sản phẩm thu nh nhận ận được ggọi ọitrong là cellul cell ulos ose triacetate. Các sản phẩm cellulose triacetate thương mại có độ polymer hóa từ 100+300, tương đương với phân tử lượng khoảng 2 5 .0 0 0 4 -8 0 .0 0 0  Da.  Da.

 —In  — In Cellulose triacetate

Cellulose

 H ì n h 2 .17 .1 7 Công thứ c cấ u tạ o củ a cellulose và cellulose triacet triacetate ate

Membrane được sản xuất từ cellulose acetate có ưu điểm là ưa nước, đường kính lỗ mao dẫn có thể dao động một khoảng rất lớn và giá thành thấp. Tuy nhiên, chúng có một số nhược điểm như khoảng nhiệt độ và  pH h oạt động khá kh á hẹp (Tmax ẩ 35 35-ỉ-40°C; pH pH- = 3+8 3+8), kém k ém bền với các ch chất ất tẩy rửa công nghiệp như chlorine và dễ bịphân hủy sinh học.  N h ó m p o ly  Nh lyaa m id idee : Bao gồm các polymer có liên kết amide (-CONH-) trong phân tử, phổ biến nhất là polyacrylamid; nylon  X, Y;   polyu  po lyure retha thane ne;; polybenzimidazole. polyben zimidazole. CONHj,

I

0

Ọ 

H

H Q

I

— CH2 C H2— — CH —  

■ C -( C H 2)„.2.

Ic—N-I

■(CH2 (CH2))y—

Polyurethane

 Nylon X, Y

Polyacrylamide

— R — JN —Ĩc ~ 0

Polybenzimidazole (PBI (PBI))

 H ì n h 2 .18 .1 8 M ộ t s ố po polya lyami mide de đư ợ c sử d ụ n g tron trongg sả n xu xuấấ t me memb mbran ranee

 

PHẨN 2

90

 N h ìn chung, các me  Nh memb mbran ranee polyamide có kh khoo ảng n h iệt iệ t độ và pH hoạt động rộng hơn các membrane cellulose triacetate (T max  < 50°c,  50°c,  3 1 1  pH = + ) permeate nhưng lạidễ kém bềnnghẽn hơn với chlorine và trong quá trình sử dụng, dòng bịtắc hợn.  Nhh ó m poly  N po lysu sulfo lfone ne : ' là polyme polymerr của các đơn vị diphenyl diphenylene ene sulfon sul fonee với vớ i nh n hóm —SƠ 2  trong phân tử. Phổ biến nhất là polysulfone (PS), polyphenylenesulfone, polyethersulfone (PES)....

o—

o

o—

Polys Polysulfone ulfone

Polyethersulfo Polyethersulfone ne

o  H ì n h 2.19 2. 19 N h ó m pol polysu ysulfon lfonee • vậ t liệ u trong tron g sả s ả n x u ấ t m embra em brane ne Membrane polysulfone cố khoảng nhiệt độ và pH hoạt động khá rộ ng (Tmax < 75 75°C; pH pH = 1+13) +13) và bề n vớ i chlorine. chlorine. Tuy Tuy nhiên, nhiên , các vậ t  liệuu PS và PE liệ PESS chịu áp lực kém và do có tính tín h kỵ k ỵ nước nê nênn tron tr ongg quá trình sử dụng, dòng permeate dễ bịtắc nghẽn. Ceramic-. Các membrane ceramic được chế tạo theo từng module riêng biệt. Các module thường có hình trụ, bên trong gồm nhiều kênh dạng ống được xếp song song theo suốt chiều cao thân trụ của module.  Người t a sử dụng dụ ng ceramic cera mic làm là m memb me mbran ranee và m ột số v ật liệu kh khác ác làm

chất mang để tạo nên các kênh cho dòng vào, dòng ra retentate và  per  p erm m eate ea te tr troo n g module. Các th thôn ôngg số kỹ th u ật n h ư chiều chi ều cao của module, độ dày lớp màng ceramic, kích thước lỗ mao dẫn... sẽ được tínhh toán tín toá n và thiết th iết kế k ế theo yễu yễu cầu cầu của ng người ười sử dụng. dụng. Membrane từ vật liệu ceramic cổ rất nhiều ưu điểm: trơ với các hóa chất như acid, kiềm, chlorine,... khoảụg nhiệt độ và pH hoạt động rất rộng (Tmax 5 350°C; pH = 0,5-5-13), do đó ta có thể sử dụng hơi để vô vô trùng trù ng t h i f t bị. bị. Tuy nhiên nhiên,, chúng khá kh á dễ vỡ vỡ bởi nhữ ng va chạạ m cơ họ c, gỉá thành ch thành ca cap và đư ờ ng kính lỗ mao mao dẫ n các các mem membr bran anee  ceram ce ramic ic hiệ n nay không không tỉiể nhỏ nhỏ hơ n lO'f lO'fyyra).

 

CÁC QUẢ TRÌ TRÌNH NH C Cơơ BẦN TRO TRONG NG C CÔ ÔNG NGHỆ C CH HẾ BIẾN BI ẾN SƠA

91

Đ ể đánh đán h giá chất c hất lượn lượngg các các membrane memb rane sử dụng dụn g trong công công nghiệp, người ta thường dựa vào những chỉtiêu và tính chất dưới dây: - Đ ường kính kí nh lỗ mao mao dẫ dẫnn - Mật độ mao dẫn: tỷ lệ phần trăm giữa tổng diện tích mặt cắt các Ống mao dẫn trên toàn bộ diện tích bề mặt membrane - Đ ộ xxốp ốp:: tỷ lệ phần ph ần trăm giữa tổng thể th ể tích các ông mao dẫn và thể tích membrane - K hả nnăn ăngg chịu chịu nhiệt nh iệt - Khả năng chịu dung môi - Đ ộ bền bền sinh hộc hộc - Đ ộ vô trùng trùn g - Đ ộ ddày ày - Độ tro: hàm lượng tro tính theo phần trăm so với tổng khối lượng chất khô trong membrane. - Tính ưa nước/ kỵ khí - Đ ộ chiết: tỷ lệ phần trăm tr ăm giữa giữa hàm hà m lượng chất ch ất chiết chi ết đượé đượé so vớ i tổ ng lư ợ ng ch chấấ t khô tr trong membrane. Độ Độ ch chiế iế t thể thể hi hiệệ n   mức độ tinh sạch của membrane. - Khả năng phân riêng - Tốc độ qua màng m àng của dòng permeate.

Retentati

Chất mang Chất mang (giá đỡ)

 H ì n h 2.20 2. 20 Module Mo dule pphh â n riêng riê ng vớ i me memb mbran ranee ceramic

Đ ường kính kín h lỗ mao mao dẫn dẫn là một m ột trong những thông số quan trọng của membrane mà các nhà sử dụng quan tâm nhất. Nó thưởng được  biểu  bi ểu d iễn b ằng ằn g đơn vị đo chiều dài dà i (um) hoặc ho ặc đơn vị đo trọ tr ọ n g lượng lượ ng

 

PHẦN 2

92

 ph  p h â n tử (Da).  Ví dụ, một membrane có đường kính lỗ mao dẫn lOOODa được hiểu là các chất hóa học có phân tử lượng từ 1000 Da trở lên sẽ không thể chui xuyên qua được membrane này. Hàm lượng của chúng trong dòng ra retentate sẽ bằng với các hàm lượng của chúng trong dòng vào. Trong thực tế sản xuất, để xác định đường kính lỗ mao dẫn của membrane, người ta sử dụng các cấu tử chuẩn có phân tử lượng khác nhau đã biết trước. Tiến hành phân riêng các cấu tử chuẩn bằng membrane và xác định giá trị độ phân riêng cho từng cấu tử. Độ  ph  p h â n ri riêê n g lằ tỷ lệ p h ần trăm tr ăm giữa hà hàm m lượ lượng ng cấ cấuu tử tr troo ng dòng ra retentate và hàm lượng cấu tử trong dòng vào. Kết quả thu được trình  bàyy tr  bà tron ongg đồ thị th ị biể biểuu diễn mối quan hệ giữ giữaa độ p h â n riê ri ê n g và ph phân ân tử lượng các cấu tử cần phân riêng.

Kích thưốc hoặc phân tử lượng cấu tử cần phân riêng

 H ì n h 2.21 Mố i qua quann hệ giữ a phân ph ân tử lư ợ ng (kích thư ớ c cấ u tử )  và độ phân riê riêng ng củ a membr membrane ane

Thông thường, người ta sẽ chọn giá trị phân tử lượng của nhóm cấu tử có độ phân riêng 90% làm đại diện để thông báo về đường kính lỗ mao dẫn membrane cho nhà sử dụng. Các cấu tử chuẩn hiện nay rất đa dạng. Những nhà sản xuất membrane chưa thống nhất với nhau trong việc chọn cấu tử chuẩn và  phư ơngg ph  phươn pháá p xác đị định nh độ p h â n ri riên êng. g. Do đó có th ể xảy r a tr trưư ờ ng hợp đường kính lỗ mao dẫn theo hai nhà sản xuất membrane có thể trùng nhau nhtftig trong thực tế độ phân riêng của chúng lại khác nhau.

 

CÁC QU QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRO TRONG NG CÔNG N NGHỆ GHỆ CH CHẾẾ BIẾN BI ẾN SỮA

93

 Nh ữ ng thô  Nhữ th ô ng tin ti n do nh nhàà sản xu xuất ất me mem m brane br ane cung cấp thự thựcc r a chỉỉ mang tính ch tín h khái quát ba bann đđầầu. Đ ể triển khai ứng đụng membrane membrane trong thực tế,ngchúng ta cần trực tiếp cầnn phâ cầ p hân n riêng riê để xác đđịịnh tiến khả hành năngthực phâ phânnnghiệm ri riên êngg cũng như trên kiể kiểm mmẫu tra lạii các tính lạ tín h chất ch ất khác nhau của membrane như kh k h ả năng chịu nh nhiệt, iệt, chịu dung dun g môi, độ bền sinh si nh học.... Từ Từ kết quả thự thựcc ng nghiệm, hiệm, ta sẽ chọn được membrane và cấu hình cho từng trường hợp cụ thể.

 2i) Cơ sở kh khoa oa họ c củ a qu quảả trình trì nh phở ph ở n riề ri ề ng bằ ng membr me mbrane ane Hiện nay, kỹ thuật phân riêng bằng membrane rất đa dạng và có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau ở   quy mô phòng thí nghiệm và quy mô sản xuất công nghiệp.  B ả n g 2.3 2. 3 Cá Cácc quá tr trìn ìnhh ph p h â n riể ng bàng bàn g memb me mbra rane ne Đ ộn ộng lực

Sản phẩm retentate

Sản phẩm permeate

1 Thẩm thấu (osmosis)

Thế năng hóa học

 Nước, chất ch ất tan

 N  Nước ước,, phân tử nhò

2 Vi lọc (microfiltration)

Áp lực

 Nước, cấu c ấu tử lơ lửng

 Nước, chất ch ất tan

3 Sièu lọc (ultrafiltratbn)

Áp lực

 N  Nước ước,, phân tử lớn lớn

Nước, ph phân ân tử nhỏ

4 Lọc nano (nanofiltration)

Áp lực

s tt

Quá trinh

 N  Nước ước,, ac acid id phân llyy, m muố uốii  Nước, ion đơn hó hóaa trị trị, hóa trịII, phân tử nhò acid không phân ly ...

Áp lực

 Nước, tất ccảả ccác ác chất tan

6 Thẩm tích (dialysis)

Chênh lệch nồng độ

 N  Nước ước,, phàn từ llớn ớn *

7 Đ iệ iệnn thẩm tí tích ch (electrodialysis)

Đ iệ iệnn th thếế- .dò .dòng ng điện

5 Thẩm thấu ngược (reverse osmosis)

8 Tách cấu tử bay hơi

 Nước  N  Nước ước,, phân tử nhỏ

 Nước, chất ch ất tan không  Nước, chất ch ất tan ion hó hóaa ion hóa

 bằng memb  bằng membrane rane  (pervap  perv apor orat atìo ìon) n)

Áp lực

 Nước, ph phân ân tử không  bay hơ hơii

 Nước, ph phân ân tử nhỏ dễ  bay hơi

Trong công nghiệp chế biến sữa, chi có bốn quá trình được sử dụng:  (Micro-Filtration  - MF), siêu lọc (Ultra-Filtration  - UF), lọc nano vi lọc  Micro-Filtration  Nano-Filtration - NF) và thẩm thấu ngược ( Reverse  Reverse Osmosis Osmosis - RO). ( Nano-Filtration

 

PHẦN 2

94 Kích thước cấu tử, Ịim Phân tử lượng, Da Tính chất các cấu tử

0 , 0001 -

0,001 

0,01 

0  1

1. 0 .

100 

1000 

10000 

100000 

500000

lo n

P h â n tử

I lon I Các cấu tử trong sữa

Protein huyết thanh sữa

Muối Laclosee Laclos

Đ ạạii p hân tử

100

T ế b à o + vi h ạt

Hạt cấu béo

C asein (micelle) Vit Vitam amin in

10 

 Nấm men. nấm sợi

Vi khuẩn

Kh Khối ối đông protein củ a huy huyết ết tha thanh nh sữ a

Phương pháp  phân  ph ân riêng

2.222 Th Thàn ànhh pkầ n hhòòa họ c củ ạ sữ a và khả năng ứ ng dụ ng phư ơ ng   Hìn  H ìnhh 2.  pháá p ph  ph phââ n riề ng bằ ng membrane trong công nghiệ p chế ch ế biế n sữ a

Tùy thuộc vào nguyên liệu là sữa tươi hay huyết thanh sữa và mục đích phân riêng, chúng ta sẽ chọn membrane và phương pháp  ph  p h â n riê ri ê n g th thíc íchh hợp. Quá trình phân riêng bằng membrane có thể được thực hiện gián đoạn hoặc liên tục.

 a) Quá Qu á trìn tr ìn h p h â n r ị è n g già g iàn n đoạ n  Mô hìn h ình h h ồ i lư u toà to à n p h ầ n rete re ten n to tote te Retentate Thiết bị trao đổi nhiệt Bổn

Permeate

nguyêii liệu

Bơmliệu nguyên

 Hìn  H ình h 2.23  Mô hìn hì n h hồ i lư u toàn toà n pphh ầ n reten ret entat tatee

 

CÁC QU QUÁ TRÌ TRÌNH NH c ơ BẢN TRON TRONG GC CÔ ÔNG NGHỆ CHẾ CH Ế BI BIẾN ẾN SƠA

95

Đ ây là mô hình đơn giả giảnn nhất. nh ất. Nó thường thườ ng đđược ược sử sử dụng ở   quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot khi chúng ta muốn tách các hợp chất phân tử lượng nhỏ và làm tăng nồng độ các chất phân tử lượngbồn caochứa cao trong tro ngnguyên mẫ mẫuu khảo thống b ịmột membrane, e, một liệ liệu, u,sát. mộtHệ bơ bơm m , mộtgồm th thiết iếtmột bị th lọc lọciếtvàbị mmembran ột th iết bị trao đổi nhiệt. nh iệt. Bơm sẽ sẽ đđưa ưa nguyên liệu liệu qua th iết bị lọ lọcc để tác táchh các tạp chất ch ất thô rồi vào vào thiết thi ết bị membr membrane. ane. Dòng Dòng ra perme p ermeate ate sẽ đđượ ượcc thu hồi riêng, còn dòng ra retentate sẽ đi qua một thiết bị trao đổi nhiệt để ổ n  định nhiệt độ rồi được hồi lưu toàn phần về bồn chứa nguyên liệu. Quá trình sẽ được tiếp diễn cho đến khi nồng độ các cấu tử trong tron g rete r etent ntate ate tăng đến đến giá ttrị rị mong mong muốn muốn.. Mô hình này cho phép chúng ta cô đặc mẫu khảo sát trong một khoảng thời gian ngắn nhất và tiết kiệm diện tích membrane sử dụng. Trong công nghiệp chế biến sữa, người ta sử dụng để cô đặc sữa hoặc huyết thanh sữa để thu nhận các chế phẩm protein.

 Mô h ình ìn h h ồ i lư u m ộ t p h ẩ n r e ten te n tate ta te

 Hìn  H ìnhh 2.24  Mô h ìn ìnhh hồ i lư u m ộ t phầ ph ầ n retent ret entate ate Ở mô hhình ình này, một phần reten re tentate tate sẽ đđượ ượcc cho cho hồi luu luu trở lại lại thiết bịmembrane nhờ một bơm hồi lưu riêng. Quá trình sẽ tiếp diễn cho đến khi nồng độ các cấu tử trong dòng retentate đạt được giá trị mong muốn. Mô Mô hình hìn h này n ày cũng ch chỉỉ thích hợp cho quy quy mô phòng thí th í

nghiệm hoặc qúy mô pilot.

 b) Q uá tr trìn ình h ph p h ã n r iên iê n g liê li ê n tụ c  Mô h ình ìn h đơ n giả g iả n Trong mô hình này, nguyên liệu từ bồn chứa sẽ được bơm đưa vào thiết th iết bị membrane. Chúng ta thu đượ ượcc hai dòng sản pphẩm hẩm ra là  p  per erm m e a te và r e t e n ta tate te.. Khi đó, th thờờ i gian gi an l u của các cấu tử trong

 

PHẨN 2

9o

th iết bị membran thiết membranee là ngắn ngắn nhất nhất.. Thật rra, a, m môô hình này n ày chỉ thí thích ch hợp khi không đòi hỏi tốc dộ dòng cao và các cấu tử trong nguýên liệu không tương tác với vật liệu membrane, dẫn đến hiện tượng nghẹt các lỗ mao dẫn.

 M ô h ì n h h ồ i lư u m ộ t p h ầ n r e t e n t a t e  Mô Khác với mô hình đơn giản trong phân riêng liên tục, ở đây một  ph  p h ần re rete tenn ta tate te sẽ được bơm hồi lưu đưa tr trởở lại t h i ết bị memb me mbran rane. e.  Nhưư vậy, chú  Nh chúng ng t a sẽ cần ha haii bơm: mộ mộtt bơm cho ngu n guyên yên liệu để tạo ra một áp lực chung trong hệ thống và một bơm cho phần retentate - là động lực để đẩy các cấu tử qua màng tạo nên dòng permeate. Retentate

Permeate

lư lưuu

 H ìn h 2.2 2.266 Phâ Phânn riêng liên tụ c - mô hhình ình hồ i lư u mộ t phầ n retentate Mô hình này thường được sử dụng ở   quy mô công nghiệp với diện tích membrane trong hệ thống thiết bị từ lOOra2  trỗ lên.

 

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẦN TR TRON ONG GC CÔ ÔNG NGHỆ CH CHẾẾ BI BIẾẾN SỮA 

97

 Mô h ình ìn h n h iề u g i a i đ o ạ n Retentate

Permeate

 H ì n h 2 .27 .2 7 P hân hâ n riêng riên g liên liê n tụ c - mô h ình ìn h ba giai gia i đoạ đo ạ n

Ở quy mô công nnghiệ ghiệp, p, ng người ười ta sử dụng mô hìn hìnhh từ 3 đến 8  giai đoạn. đoạ n. SỐ bơm hồi lưu sử dụng ssẽẽ bằ bằng ng với số giai đoạ đoạnn tro trong ng mô hhình. ình. Ở giai đoạn đầu, tốc độ dòng đạt giá trị cao nhất nhưng nồng độ cấu tử trong dòng retentate thấp nhất. Ngược lại, ở  giai đoạn cuối tốc độ dòng thấp n h ất như nhưng ng nồng độ ccấấu tử trong ret reten entate tate đạt giá trị t rị ca caoo nhất. , Trong sản xuất, các mô hình phân riêng liên tục có thể hoạt động trong suốt để 24 tẩy giờ.rử Sau gian ngưng ho hoạt ạt động rửa a vàkhoảng vệ sinhthời thiết th iết bị. này, Nếu chúng không,tasựnên tắ tắcc tạm ìig ìighẽn hẽn cá cácc lỗ mao dẫn trong membrane dễ xảy ra. Một số vi sinh vật được hấp  phụ trê tr ê n me memb mbran ranee sẽ p h á t triển tr iển dễ làm hư hỏn hỏngg sản ph phẩm. ẩm.

 3i) C á c y ế u t ậ n h hư ở ng đ ế n h iệ u q u ả q u á tr trìì n h p h â n    r  riê iê n g b ằ n g m embr em bran anee Quá trình phân riêng được đánh giá là đạt hiệu quả cao khi dòng perm pe rmea eate te đượ đượcc dịch chuyển qua memb membrane rane với ttôôíc độ nh nhan anhh vvàà

độ ph phân ân riên ri êngg đ ạt giá trị tr ị cao.

a

Theo thời thờ i gian sử dụng dụng,, tốc đđộộ dòng per perme meate ate sẽ gỉả gỉảm ddần. ần. Đ ó là do mộ mộtt số ccấấu tử đã đư được ợc hấp phụ tr trêê n bề m ặ t 'm 'membrane embrane hoặ hoặcc tương tác với một số nhóm chức trong thành phần hóa học của membrane, từ đó dẫn đến hiện tượng nghẹt các lỗ mao dẫn và làm giảm khả năng phân riêng của toàn hệ thống.

 

98

PHẨN 2

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình phân riêng bằng membrane bao gồm: tính chất của membrane sử dụng, bản chất của nguyên liệu cần phân riêng và các thông số kỹ thuật của quá trình như nh iệt độ, áp suấ suất.. t......  a) B ả n c h ấ t c ủ a mem me m bran br anee V ậ t li l i ệ u m eem m bbrr a n ee::   Membrane có thể dược sản xuất từ những vật liệu ưa nước (cellulose acetate, ceramic...) hoặc kỵ nước (polypropylene, polytetrafluoroethylene...). Thữc tế cho thấy, nếu ta sử dụng membrane từ nhóm vật liệu kỵ nước, chúng dễ tương tảc với các cấu tử kỵ nước trong nguyên liệu dòng vào. Kết quả là các mao dẫn dễ bị tắc nghẽn, quá trình trìn h phân riêng riên g chỉ diễ diễnn ra trong một khoảng thời gian ngắn. Trong công nghiệp chế biến sữa, do cố thành phần chất béo trong nguyên liệu, người ta thứờng sử dụng membrane từ những vật liệu ưa nước. C ấ u ttrr ú c bbềề m ặ t m em em bbrr a n e :  Đ ối với ccác ác me memb mbrane rane có bề mặt nh ẵn đồng nh nhất, ất, nnhữ hững ng ống ma maoo dẫn của chúng ít bbịị tắc ng nghẽn hẽn trong quá trình sử dụng. Ngược lại, nếu membrane có bề mặt ghồ ghề, lồi lõm, một số cấu tử trong nguyên liệu di bị hấp phụ lên bề mặt membrane, từ đó làm giảm tốc độ dòng permeate và kéo dài thời gian quá trình phân riêng.  Đ ư ờ n g k í n h m a o d ẫ n :   Nếu ta chọn membrane với mao dẫn có đường kính lớn bơn kích thước các cấu tử trong nguyên liệu dòng vào thì th ì chúng chú ng dễ bị tắc ng nghẽn hẽn trong quá trìn trì n h sử dụng do một số cấu tử có thể chui được vào trong các mao dẫn và bị kẹt lại ở đấy.  Ngượcc lại  Ngượ lại,, h iệ iệnn tư tượợ ng n à y sẽ kh khôn ôngg xảy r a n ếu m em embr bran anee sử dụng dụn g với maó dẫn có dường kính nhỏ hơn kích thước các cấu tử.

 Nh ư vậy, tù  Như tùyy thu thuộc ộc vào ngu nguyên yên liệu, ch chún úngg t a p h ải chọn membrane với đường kính lỗ mao dẫn tối ư u. Khi đó, quá trình phân

riêng sẽ diễn ra nhanh và hạn chế được hiện tượng tắc nghẽn membrane.

 

CÁC QU QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TR TRO ONG CÔ CÔNG N NGHỆ GHỆ CH CHẾ BIẾ BIẾN-SỮ N-SỮAA ấu tử bi nghẹt 3ng mao dẫn Membrane

 — 

o  

99 Cấu lử không chui được vào mao dẫn

/ 

Mao dẫn với đường Kinh lớn

Mao dẫn với đường kin kinhh nhỏ

Tốc độ dòng permeate

o

Thời Thời gian

o

D0p D0pt D Đường kính mao dẫn

 H ì n h 2 .28 .2 8 Ả n h hư ở ng đư ờ ng kí kính nh lỗ mao dẫ n đế n. hhiệiệ n tư ợ ng tắ c nghẽ nghẽ n memb membra rane ne

 b) B ả n c h ấ t c ủ a ng nguy uyên ên liliệệ u c ầ n ph p h â n r iê iên ng Protein: Protein sữa là một trong những cấu tử thường gây ra hiện tượng tắc nghẽn ng hẽn mao dẫn membrane. Đ ó là do chúng chúng có có chứa chứa một số nhóm chức kỵ nước và một số nhóm chức tích điện. Các nhóm chức này có thể tương tác hoặc kết hợp tạo phức với một số nhóm chức của membrane.'Hơn nữa, với cấu hình không gian phức tạp, trong một số trường hợp, các phân tử prote p rotein in sữa có thể th ể chui chui vào mao mao dẫn và làm tắc t ắc nghẽn dòng permeate.  Với ới bản chất ch ất kỵ nước nước,, lipid thường tạo ra r a một màn m àngg bao lên  L ip id :  V  Lip membrane được sản xuất từ những vật liệu kỵ nước như: polyvinylidene fluoride, polysulfone.,., từ đó gây nên hiện tượng tắc nghẽn dòng permeate. Trong trường hợp này, chúng ta nên sử dụng membrane ưa nước như vật liệu polyacryloniírile cải biến, được gắn lên một số nhóm chức ưa nước. Khi đó, sự tắc nghẽn dòng permeate sẽ được hạn chế đáng kể.  M u ố i:   Các muối trong sữa cũng là một trong những nguyên  Mu nhân gây tắc nghẽn dòng permeate. Chúng có thể kết tủa và bám trên thành ống mao dẫn do độ hòa tan kém hoặc tạo liên kết với các

gôc tích điện của vật liệu membrane. Một số tác tá c giả g iả cho cho rằng, ioii Ca2 Ca2+ tr tron ongg sữ sữaa có có thể th ể đóng vai trò cầu nối, liên kết một Số nhóm chức giữa membrane và protein sữa, từ đó làm giảm giảm tốc độ độ dòng permeate. permeate. Đ ể khắc khắc phục phục tình tr trạng ạng này, chúng ta có thể tách calci ra khỏi sữa hoặc huyết thanh sữa trước khi qua phân  

PHẨN 2

1000 10

riêng bằng kỹ thuật membrane. Các phương pháp tách calci thông dụng là ly tâm, điện thẩm tích hoặc trao đổi ion (Cheryan M, 1998).  pH  p H :  Nếu giá trị pH của nguyên liệu khảo sát gần bằng giá trị pl

củavàmột tử protein có trong liệu phân thì protein tụ sự số tắccấu nghẽn membrane trongnguyên quá trình riêng dễ dễ bị xảyđông ra.  Nhưư vậy, chú  Nh chúng ng t a n ê n chọn giá t r ị pH chò ĩhẫu cần p h ân riên ri êngg lệch xa điểm đẳng điện các protein có trong mẫu. Phương pháp chỉnh pH cũng là một vấn đề cần quan tâm. Xét trường hợp mẫu huyết thanh sữa từ quy trình sản xuất phômai Cheddar. Do lượng calci trong huyết thanh sữa khá cao, hiện tượng tắ c li lighẽ ghẽ n me memb mbrran anee xxuuấ t hiệ n sớ m, đặ đặ c biệ t kh khii mẫ mẫ u ccóó pH pH = 5,8.  Theo Cher C heryan yan M (19 (1998) 98),, nế nếuu ta chỉnh chỉnh nnha hanh nh pH, tro trong ng mẫu sẽ xuấ xuấtt hiện hi ện cùng mộ mộtt lú lúcc rấ rấtt nnhiề hiềuu các k ết tủa mị mịnn Ca 3(P 0 4 ) 2   và chúng là nguyên nhânpHgây bít các ốngsữa mao lại,các nếukết chúng ta xuất thay đổi giá trị huyết thanh vớidẫn. tốc Ngược độ từ từ, tủa sẽ hiện từ từ và tốc độ dòng permeate sẽ được cải thiện đáng kể. C hấ h ấ t p h ả b ọ t: Trong một một số ttrường rường hợp ttaa cầ cầnn sử dụng ch chất ất phá  bọt. Bọt Bọ t xxuất uất h iện thư thườờ ng là l à do tác động của bơ bơm m llên ên các mẫu m ẫu khảo k hảo s á t có chứa protein. Các chất phá bọt thường dùng là polyoxyethylene,  polyoxypropylene  polyoxypropyl ene oley oleyll eth ether, er, pol polyg yglyc lycol, ol, dầu silicone.... C hất ph pháá bọ bọtt cũng là nguyên nhân có thể gây tắc nghẽn mao dẫn cho các membrane kỵ nước. Các membrane ưa nước ít bịtắc nghẽn hơn.

 c) C ác thô th ô n g 8 0  k  kỹỹ t h u ậ t  N h i ệ t độ : Khi ta táng nhiệt độ sữa, độ nhớt sẽ giảm, tốc độ khuếch tán của cầc cấu tử qua mao dẫn membrane tăng, do đó tốc độ dòng permeate sẽ táng. Tuy nhiên, nếu ta tăng nhiệt độ sữa lên quá cao (t > 60°C 60 °C), ), một số protein pro tein sẽ bị biến tính, các kết tủa tạo thành được

Dòng permeate (kg/m2h)

 H ì n h 2 . 2 9 Ả n h hư ở ng củ a n h iê iêtt độ hấp phụ lên bề mặt membrane, dò n g pe perm rm eứ te tro trong ng qu quáá tr trìn ìnhh Thực nghiệm cho thấy khi, ta  đế n t c độ si  siêu êu lọ c h u yế t tha thanh nh 8ữ a tăng nhiệt độ trong khoảng 30-ỉ-60oc , sự hhấp ấp phụ m ột số protein prote in sữa trê t rê n me memb mbrane rane sẽ gia tă tăng. ng.

 

CÁC QU QUÁ TRÌNH TRÌNH c ơ BẢN TRONG TRONG CỒN CỒNG NGHỆ NGHỆ CHÊ' BI BIẾN ẾN SỮA

101

 Ngoài ra, ra , n h iệt độ cũng ảnh hư hưởng ởng đến độ hò hòaa tan ta n của các muối có trong sữa nên tốc độ dòng permeate cũng sẽ bịảnh hưởng. Giá trị nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân riêng sẽ được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. T ố c đ ộ d òn ò n g và o và và s ự c h ả y rố i:  Nếu bơm nguyên liệu hoạt đọng với tốc độ ccao ao và bên tr trong ong th thiết iết bị mem membra brane ne có cán cánhh kh khuấy uấy đđểể tạo rtèn sự rhay rối thì hiện tượng Dòng permeate (kg/m h) tắc nghcn membrane được hạn chế Ồ   mức tôi đa và tốc độ dòng  perme  per meate ate được ccảải thi thiện ện đáng kể kể..  Nếuu tốc  Nế t ốc độ dòng nguyè nguyènn liộ liộu vàoo thiết và th iết bị quá quá chậ chậm, sự trượt của các có phân lớn bị gcấu iớ iớii tửhạn. hạn. Khi đtửó, lượng trên membrane thường xuất hiện hiện tượng phân tầng với nhiều lớp cấu tử có kích thước khác nhau nằm xế p chồ chồ ng lên nha nhau, từ từ đó là làm m

 Hìn  H ìnhh 2 3300 Sự phạ thuộ c củ a tố c độ    dòngg perm  dòn permea eate te vào t c độ dò dòng ng nhậ p liệ u *** fỉ^n hành si êu lọ c hu huyyế t than  thanhh sữ a

giảm giảm tố tốcc độ dòng dò ng perm er mea eate te..  Á p l ự c q u a m à n g :   đây là động lực của quá trình phân riêng  bằng  b ằng mem me m br bran ane. e. Áp lực qua m àn àngg (AP) được títínn h the theoo công thứ thứcc sau sau:: (2.5)  AP  A P (P (PF  F  Pp Pp)) - ( k f  - np)   =

trong đó:

 P  f    -  

 -

á p lự c t ừ

p h ía  

dòng vào (áp Ịực bơm) Pp - áp lực từ phía permeate trongg thiết tron th iết bị membrane mem brane Up -  áp lực thẩm thấu trong dòng nguyên liệu vào ĩtF -  áp lực thắm thấu trong dòng ra permeate. Áp lực thẩm thấu phụ thuộc

Dòng permeate (kg/m h)

vào nồng độ các cấu tử hòa tan trong dung dịch. Dung dịch chứa các cấu tử phân tử lượng nhỏ với nồng độ càng cao thì áp lực thẩm thấu của dung dịch càng lớn.

 Hìn  H ìnhh  2  2.. 3 1

M i quan qu an hệ gi giữữ a áp lự c  qua màng màng và t c độ dòng permeate permeate    trong  tro ng quá qu á tr trìn ìnhh si siêu êu lọ c h u y ế t th than anhh sữ a

 

PHẨN 2

102

Trong quá trình vi lọc và siêu lọc, nguyên liệu dòng vào thường chứa các cấu tử có phân tử lượng cao. Do đó, giá trị áp lực thẩm thấu của dung dịch khá thấp. Quá trình phân riêng chĩxảy ra khi áp lực qua màng A p  > 0. Nếu giá trị A p  càng lớn thì tốc độ dòng permeate qua màng sẽ càng cao.  Ngoà  Ng oàii các yếu tô' tr trêê n , hiệu quả quá tr trìn ìn h p h â n r iê iênn g bằng membrane mem brane còn phụ th thuộc uộc vào cấu cấu hình th thiết iết bị sử dụng và một số yếu tố khác.

 4i) T h iế t b ị m em embr bran anee Hiện nay, có bôn mô hình phổ biến trong công nghiệp: Thiết bị dạng ống; dạng bảng; dạng sợi; dạng cuộn xoắn.  Môô  h  a)  M  hìn ìnhh n g (tubular module)

Thiết có dạng hìnhtrụ trụ,nhỏ bênthường trong chứa ốngbằng trụ nhỏ đặt songbịmembrane song với nhau. Mỗi ống được nhiều chế tạo thép không rỉ, có đường kính dao động từ 12,5*75m m,  chiều dài khoảng 0,6^-6,4/n và được dục các lỗ nhỏ trên thân. Các membrane cũng có dạng hìnhh trụ được hìn ược lồng lồng ép sá sátt th thàn ànhh trong củ củaa ccác ác ống trụ nhỏ trên. trê n.  Ng uyên liệu sẽ được  Nguyên được bơm vào từ một mộ t đầu của th i ết bị và được  ph  p h â n phối ph ối vào b ên tr tron ongg các ống trụ tr ụ nhỏ. Dòng r a rete re tenn ta tate te sẽ tiếp tục đi hết theo chiều dài các ống trụ nhỏ và thoát ra ở đầu bên kia của th iế iếtt bị. bị. Dòng r a perme per meate ate sẽ chui chui qua các mao ddẫn ẫn của membrane và thoát ra bên ngoài các ống trụ nhỏ, sau đó được tập trung theo cửa ra ch chun ungg nằ nằm m phía p hía trên trê n th thân ân củ củaa thiết th iết bị.

Retentate

 Hìn  H ình h 2.32 Thiế t bị m mem embr bran ane: e: mô hình ố ng

 

CÁC QU QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRO TRONG NG CỒNG N NGHỆ GHỆ CH CHẾẾ BIẾN BI ẾN SỮA

103

Bên trong tron g thiết thi ết bị membran membranee có có th thểể đượ đượcc chia thàn th àn h nhiều nhiều khoang, mỗi khoang gồm một sô' ống trụ nhỏ song song nằm cạnh nhau. Đ ầu tiên ti ên nguyên liệu liệu sẽ được ược bơm vào m ột khoang khoan g trong tron g thiết th iết  bị. Dòng rete re tenn tate ta te tho th o á t ra khỏi khoan kh oangg n à y và đi tiếp ti ếp vào khoan kh oangg thứ hai, thứ còn ba.... dòng Như retentate từ khoang thứ rahaitừsẽkhoang đi tiếp cuối vào khoang vậy,thoát dòngraretentate thoát cùng sẽ có nồng độ đạt giá trị yêu cầu. Mô hình ống có ưu điểm là dễ tạo ra dòng chảy rối trong quá trình vận hành; đơn giản khi vệ sinh, thay thế membrane sử dụng và  bảo tr trìì t h i ết bị. Tuy nhiên nh iên,, thi th i ết bị cồng kềnh, kền h, chiếm chi ếm nhiều nh iều không khô ng gian nhà xưởng và tốn nhiều năng lượng sử dụng do có sự tụt áp của dòng nguyên liệu trong các ống hình trụ nhỏ. b) Mô h ìn h sợ i (ho (holl llow ow fiber fiber mo modu dule le))

Mô hình sợi có cấu tạo tương tự như mô hình ống. Thiết bị membrane được chế tạo bằng thép không rỉ có dạng hình trụ với đường kínn h thườ kí thư ờ ng dao động độ ng trong tro ng khoảng kh oảng 2,5 2,5-ỉ -ỉ-12 -12,7cm;  chiều dài: 18-ỉ-120cra. Bên trong thiết bịchứa bó sợi membrane. Mỗi module chứa từ 50-Ỉ-3000 sợi. Đ ường ườ ng kín kí n h sợi th t h ay đổi từ 0,2*3771771. Trong qu quáá tr t r ì n h thẩm th ẩm thấu th ấu ngược, đường kính sợi sử dụng có thể giảm xuống 0,04mm. Thông tíuíỡng chiều dày membrane từ 100-í400p/n. Khi hoạt động, nguyên liệu được bơm vào bên trong thiết bịvà chui ch ui vào trong các các sợị membrane. Dòng Dòng ra rete r etent ntat atee sẽ đi đi hết theo chiều chiề ueate dài dàtei sợi sợ và tậpquatrung trucác ng thoá th t ra dẫn ở đầu đầmemb u còn lại e,củatho th Dòng Dòn ra  pe  perm rmea sẽi chui lỗoát mao me mbran rane, ththiết o áiết t r abị.ngoài ngo àigsợi rồỉ được ược tập ttrun rungg về cửa ra nằm trên tr ên thâ th â n thiết th iết bị. bị. Riêng hãng hã ng Dupont Dup ont thiết th iết kế k ế một số thiết th iết bị bị sử dụng dụng trong kỹ thuật thu ật thẩm thấu ngược đã cho dòng nguyên liệu đi vào khoảng không gian trống giữa các sợi membrane. Khi đó, một số cấu tử sẽ chui qua mao dẫn membrane để vào bên trong sợi và tạo nên dòng permeate. Ư u điểm điểm của mô hình sợi là th iết bị bị ít chiếm chiếm ddiệ iệnn tích nhà xưởng dù diện tích membrane sử dụng rất lớn, ít tốn năng lượng cho quá trình. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, một số sợi memb me mbrane rane dễ bị tổn tổ n thương thư ơng và việc việc thay tha y th t h ế chúng sẽ sẽ tốn kém và

 phứ c tạp.  phức tạp . Hơn Hơ n nữa, nữ a, do đường đư ờng k ính ín h sợi sợ i m embr em bran anee k h á n h ỏ , nhữ nh ữ ng nguyên liệu dạng keo dễ gây tắc nghẽn membrane trong quá trình sử dụng.

 

PHẨN 2

104

 c)  M  hìn ình h b ả n g /tấ /t ấ m (plate module)  Môô  h Mỗi đơn vịcấu tạo nên mô hình bảng bao gồm một tấm đỡ, hai miếng đệm và hai membrane được ép sát vào nhau như hình 2.26. Các tấm đỡ có dạng hình hộp chữ nhật với độ dày rất mỏng, diện tích bềvàmặt 0,ll-j-0,35m2. đệm có cấu trúctấm) vi xốp ép sát phủtừ kín bề mặt tấmCác đỡ.miếng Các membrane (dạng có được diện tích bề mặt bằng đúng vội diện tích bề mặt tâm đỡ và được đạt sát lên các miếng đệm. Tấm đỡ

Membrane

Y

/

Miếng đệm

Permeate  Ngu yên  Nguyên liệu

ìẫ ề

i ,ĩ r

é-*  ■  ■ / •V T i ' r / v .

-• ■ ■ ■

RETENTATE Permeate

ề í ' jr .lĩ' lĩ''t'tyy. ■ !4 ■ :,  > • : * ; i.-ĩi í‘jj Ã,   : .  Hìn  H ình h 2.33 Th Thiiế t  bị mem membr brane ane:: mô hình bả ng Ị tấ m

Trong thiết bịmembrane, các đơn vịtrên được đặt song song với nhau. Tùy tthuộc huộc và vàoo số đơn vị đượ ượcc lắ lắp rá rápp vào nhiều hay íítt mà tổng diện tích membrane sử dụng trong thiết bịcó thể dao động trong một kh khoảng lớn, lớn , từliệu 0,l 0,l-ỉ -ỉ -100m2 Khoảng giữa các đơnsốvị là tửcửatrong vvào ào chooảng dòngr ấtnguỵên và-100 cửam2.ra. Kho choảng dòngcách retentate. Một cấu dòng nguyên liệu sẽ chui qua mao dẫn membrane, theo các lỗ vi xốp của các tấm đệ đệm m rồi tập trung tru ng tho thoát át rraa ngoài tạ tạoo nnên ên dòng permeate. Ư u đi điểểm lớn nnhh ất của mô hìn hìnhh bả bảng ng là việ việcc thá tháoo lắp, vvệệ sinh thiết th iết bị rấ rấtt đơn giả giản. n. Ở một số th thiết iết bị, ng người ười ta bố tr tríí một van tháo sản phẩm permeate úng Với-mỗi tấm membrane. Như vậy, nhà sản xuất dễ phát phá t hiện kị kịpp thời thờ i membrane nào bị bịhư hư hỏng trong quá trình trìn h vận hà hành nh để thay thế thế.. ,

 d  d)) Mô h ình ìn h cuộ cu ộ n x oắ n (spiral - wound module) T hiết hi ết bị gồm hai ống hìn hìnhh tr trụụ cùng trục, cùng chi chiềều cao nhưn nhưngg

có đường kính khác nhau và được đặt lồng vào nhau. Cả hai được chế

 

CÁC QU QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TR TRO ONG C CÔ ÔNG N NGHỆ GHỆ CH CHẾẾ BIẾN BI ẾN SỮA

105

tạa bằng thép không ri ri.. ống ố ng hình trụ nhỏ được ược đđục ục lỗ trê trênn thâ th â n và là nơi tập trung các cấu tử của dòng permeate. Khoảng không gian được giới hạn bỏri mặt ngoài thân trụ nhó và mặt trong thân trụ lớn là hai tấm membrane hình chữ nhật cuộn lại theo hình xoắn ốc (bề mặt hoạt động của hai membrane được quay ngược nhau), cách nhau bởi một tấm đệm. Vật liệu phổ biến được dùng làm tấm đệm là  polyprop  poly propylen ylene. e.  Nguyê  Ng uyênn liệu sẽ được được bơm vào ở   một đầu thân trụ và di chuyển dọc theo thân trụ bởi một kênh có cơ cấu tiết diện hình xoắn ốc (phần gạch chéo trong hình 2.34). Dòng sản phẩm retentate sẽ được tập trung và v à thoá th oátt ra ở đầ đầu kia kia của của thiết th iết bbịị hình hìn h trụ. Các Các cấu cấu tử  p  per erm m eate ea te sẽ chui qua mao dẫn của h ai mem me m bran br anee để vào k ê n h dẫn dành riêng cho chúng. Kênh này cũng có tiết diện hình xoắn ốc (phần không gạch chéo trên hình 2.34) và được liên thông với ống hình trụ trung trung tâm. Từ khỏi ống thiết trụ được đư ợc tập tru ng thoá th oátt ra thhình iết bị . trung tâm, dòng permeate sẽ

1- kênh vào của nguyên liệu 2- tấm đệm 3- kênh của permeate 4- ống trụ trung tâm 5- dòng chảy qua membrane tạo nên permeate

 H ì n h 2.34 2. 34 T h iế t bị mem membran brane: e: mô h ìn ìnhh cuộ n xoắ n

 

PHẨN 2

106

ưu điểm của thiết bịmembrane mồ hình cuộn xoắn là giá thành thấp hơn so với các mô hình khác. Người sử dụng có thể lựa chọn chế độ chảy dòng hoặc chảy chảy rối tùy từng từ ng trườ trường ng hợp cụ thể. e) L ự a c họ họ n m môô hhìì n h

Trong thực tế sản xũất, tuy thuộc vào nguyên liệu và mục đích  ph  p h â n riên ri êng, g, người ngư ời t a sẽ lựa lự a chọn mô h ìn ìnhh th thíc íchh hợp. Hình 2.35, cho chúng ta thấy những điểm khác nhau cơ bản giữa bốn mô hình nói trên. '3'

‘'d> £ rl

Pyruvate

CO, Acetaldehyde  NADH  NAD H+H  NAD+

J|

Ethanol

 H ì n h 2.79 2.7 9 Cơ chế ch ế quá trình trìn h lèn men etlianol etlianol (chu tr trìn ìnhh đư ờ ng phân) phâ n)

 

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRO TRONG NG CÔNG NGHỆ CH CHẾẾ BIẾ IẾN N SỮA

193

Phương trình tổng quát của quá trình lên men ethanol trong môi trường pH acid như sau: C6H120e + 2AD 2ADP +2Pị 2P ị

-------

► 2C 2C22H5OH H5OH +2C +2COz +2AT 2ATP

Sự chuyển hóa đường hexose thành ethanol và khí CO2   diễn ra trong tế bào bào chất ch ất của của nấm nấm men. Đ ây là quá trình trìn h trao đổi đổi năng lượn lượngg của nấm men tròng điều kiện ky khí. Ethanol và CỜ  2  tạo ra trong tế  bào c h ất sẽ được nấm n ấm men me n “t h ải” ải ” vào môi trư tr ư ờ ng lên lê n men. Bên cạnh ethanol và khí CO2 , tế bào nấm men còn tổng hợp và “thải” th ải” vào dịch dịch lên men hàn h àngg trăm sản phẩm ph ẩm phụ và sản phẩm p hẩm trun tr ungg

gian khác trong quá trình lên men ethanol. Những hợp chất này được tìm thấy t hấy trong tro ng dịch lên lê n men m en vứi hàm lượng r ất nhỏ. nhỏ . Chúng được được chia chia làm bấn nhóm: glycerol cùng các rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và ester. *  Rưư ợ u bộ c. cao:  R ca o:   Theo Ehrlỉch, rượu bậc cao có thể được tạo thảnh từ acid amin theo những phản ứng dưới dây: Aciid amin Ac ot-ceto-acid Aldehyde

transaminase  — decarboxylase 

' - a-cetoacid

........................   *

alcohol dehydrogenase  ............ ■■■■—.- ♦  NADH  NA DH + H+

Aldehyde Rư ợ u

NA NAD+ D+

Các rượu bậc cao thường gặp trong quá trình lên men ethanol bởi nấm men là propanol, butanol, isobutanol, isoamylic, tyrosol, tryptophol.... o

 ĩ 

(R  —  A  Ald lde e h y d e :   Nhiều aldehyde (R-CHO) và ceton  —cc — được ược sinh tổng hợp trong quá trình lên men ethanol như là những sảnR’)phẩm  phụ và v à sản phẩm ph ẩm trun tr ungg gian, chiếm hàm lượng cao n h ất là acetaldẹhyde. acetaldẹhyde.

Theo cơ chế trên hình 2.79, acetaldehyde là một sản phẩm trung gian cửa quá trình chuyển hóa dường thành ethanol. Phản ứng đecarboxyl hóa acid pyruvic sẽ tạo thành acetaldehyde và khí C02. Enzyme xúc tác phản ứng là pyruvate decarboxylase. Phấn ứng này cần thiam thia m ine in e pyrophosphate pyroph osphate và Mg2+ nh nhưư là m ột cộng tố (co-factor ).

 

PHẨN 2

194

 A c ỉ d h ữ u cơ : Trong quá trình lên men ethanol, nhiều acid hữu cơ được tạo thành. Theo Moll (1990), một số acid hữu cơ được sinh tổng hợp từ ch chuu trìn trìnhh Crebs Crebs nếu nếu như qu quáá trình lên men không diễn ra trong trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt. Các acid hữu cơ chiếm hàm lượng cao n h ất tr tron ongg dị dịch ch lên men là l à acid citric, citric, malic, acetic, pyruvic, lactic.... lactic.... Eater:  Ester có thể được tạo thành từ nhiều con đường khác nhau trong quá trình lên men ethanol, hay được nhắc đến nhất là  p  phh ản ứ ng e s te terr hóa hó a giữa giữ a các acid hữu hữ u cơ và v à rư rượu ợu (k (khô hông ng cần sự xúc xúc tác của enzyme); tuy nhiên phản ứng này diễn ra với tốc độ khá chậm; o II R — COOH + R’— OH

»

R — C — o — R’ + H20 H20

Ethylacetate là ester thường được tìm thấy với hàm lượng cao nhất trong quá trình lên men ethanol. Hợp chất này có thể được tạo thành từ ethanol và acetyl-CoA: 0

CH3 — c o — SCoA + C2Hs C2HsOH OH --------- --   CH3 CH 3 — C — o — C2H5 + CoA — SH Acetyl Coe nzym e A

Ethanol

Ethy lacetate

Coen zym e A

 c) L ên me menn pr proo p io ionn ic Quá trình lên men propionic được thực hiện bởi vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc Propwnibacterium. Sản phẩm chính của quá trình lên men propionic là acid propionic, acid acetic và khí C02. Cơ chế quá trìn h lên m men en đư được ợc trình trìn h bày ở hình 2.80. 2.80. Lên men propionic lằ một quá trình trao đổi năng lượng của vi khuẩn Propionibacterium. Phương trình trìn h lên men tổn tổngg quát như sau sau: 3C8H120 6  ----- —► 4CH3 - CH2  - COOH + 2 CH3 -COOH + 2COa + 2H20  

 Acid  Ac id propionic prop ionic

Ac Acid id ace acetic tic

Lên men propionic có vai trò quan trọng trong quá trình ủ chín một số loại phô mai như Gruyère, Emmenthal... Acid propionic được tạo thành vừa là chất bảo quản, vừa là một cấu tử tham gia tạo hương cho sản phẩm. Khí C02 tạo ra trong qúá trình lên men là nguyên nhân nh ân tạo nê nênn cấu cấu trúc lỗ lỗ hổng trong khối phô phô mai thà nh phẩm. phẩm.

 

CÁC QU QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TR TRO ONG CÔ CÔN NG NGHỆ CHẾ CH Ế BI BIẾN ẾN SỮA

195

Glucose

y

CoA-SH

Chu trình trình đường đư ờng phân ph ân

I

(    NAD

Pyruvate CO,

V NADH + H++ CO, Acetyl CoA

Acetyl-P

Oxalo-acetate 2[H+ 2[H+ ]

1

Malate

ADP

( ATP

Ị v Hí

Acetate

Fumarate 2[H+]

Succinate CoA-SH

Succinyl-CoA

Methyl-malonyl CoA

Propionyl-CoA Ịv Co CoAA-SH SH Propionate

 Hìnỉ  H ìnỉịị 2.80 Cơ chế quá trình trình lê lênn men pr prop opw wni nicc bbờờ i vi khuẩ khuẩ n Prop ropion ionỉbac ỉbacte terì rìưư m

 

PHẨN 2

196

 3i) C á c yế y ế u t ả n h hư ở ng đ ế n q u á tr trìn ình h lê lên n men me n Các quá trình lên men trong sản xuất công nghiệp có thể được tóm tắt t ắt theo sơ đồ đồ cân bằ b ằng vật chất tổng quát như sa sau: u: M ôi trường trước khi lên men Cơ chất ch ất + Giống vi vi sính vật

Môi trườn trườngg sau khi lên men ... ....... ......-

»

Cơ chất só t + Sinh khố khốii vi sinh vật + C ác sản  phẩm trao đổi chất ch ất n ngoại goại bà o do vi sinh vật tổng hợp nên

Trong công nghiệp sản xuất những sản phẩm trao đổi chất từ vi như dung môi acid hữu amin cơ (ethanol, acetone), acid hữu cơ sinh (acidvật lactic, citric...), (lysine,butanol, acid glutamic...) thì canh trư ờ ng th thu u được sau quá tr trìn ình h ỉ ỉên ên men cầ cần n ph phải ải qua nhiều b bước ước xử lý để thu nhận và tinh sạch sản phẩm. Quá trình này thường khá  phứcc tạ  phứ tạp p và tố n kém.

 Ngược lại, tro  Ngược trong ng công ngh nghiệp iệp sản xu xuất ất sản ph phẩm ẩm lê lên n men từ sữa như yaourt, kefir, koumiss, phô mai, bơ... các giai đoạn xử lý sản  phẩm  ph ẩm sau quá tr trìn ìn h lên lê n men thư thườ ờ ng đơn giản. S ản ph phẩm ẩm cuối cùng  bao gồm cả sinh si nh kh khối ối vi sin sinh h vật, các sản ph phẩm ẩm trao tr ao đổi ch ất ngoạ ngoạii  bào  bà o do v vii s ịa h v ật t i ết r a và cơ cch h ất sót. T h àn ành h p h ần và h àm lượng củaa từ củ từng ng chấ chấk k sẽ gó góp p phần hìn hình h th thàn ành h nê nên n hương vị sản phẩm. D Do o đó, để sản xuất được thực phẩm lên men với chất lượng mong muốn, chúng ta cần phậẼ - Chọn được giống vi sinh vật thích hợp. - Xác định được môi ttrư rường ờng lê lên n men với th à n h phần ph ần cơ ch chất ất đầ đầy y đủ theo tỷ l tố i ư u. - Xác đị định nh dư dược ợc ccác ác điề điều u kiện lên men tthí hích ch hợp nh như ư lượng giông 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....  a) G i ng vỉ sin si n h v ậ t

Trong công nghiệp sản xuất các sán phẩm lên men từ sữa, người ta thường sử dụng tổ hợp vi sinh vật gồm nhiều loài khác nhau. Khi đó, mối tương tác sinh học giữa các loài sẽ ảnh hưởng đến động học qụá trình lên men và chất lượng sản phẩm. Những kiểu tương tác như cộng sinh (symbiosis),  cộng sinh tương hỗ (mutualism ), hợp lực (synergism), hội sinh (commensal sm ) và trung tính (neutralism)  

CÁC QUÁ TRÌNH ÌNH cơ BẢ N TR TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾ N SỮ A 

197

thường cácgiống. tác động quáhành trìnhchọn sinhtổtrưởng và trao dổi chấtmang của tổlạihợp Do có đó,lợikhicho tiến hợp giống vi sinh vật, ta cầii quan tâm đến các kiểu tương tác sinh học nói trên để việc điều khiển quá trình lên men công nghiệp được dễ dàng. Tên các loài vi sinh vật sử dụng trong sản xuất công nghiệp ứng với từng loại sản phẩm lên men sẽ được đề cập đến trong phần tiếp theo của quyểnn sách này. quyể này . 1

 b) Môi Mô i tr trưư ờ ng lê lên n men Một môi trường với thành phần cơ chất dầy đủ, theo tỷ lệ tối ưu sẽ quátốt.trình nhanh sảnxem phẩm lên men đạt giúp chất cho lượng Từ lên trướcmen đếndiễn nay,rasữa luôn và được là một môi trường 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 ồinh vật. Do đó, 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 ược ccác ác chỉ chỉ tiêu hóa h óa lý (hàm lượng lượng hydratcarbon, lipid...) lipid...) và cảm cảm quan (cấu (cấu trúc, trúc , mùi vị...) mong muốn, muốn, trong tro ng một m ột số trườ trư ờ ng hợp, hợ p, người ta sử dụng bột sữa gầy, đường saccharose hoặc cream để bổ sung vào môi trường sữa trước khi lên men. Hai chỉ tiêu hóa lý quan quan trọng nh n h ất của của môi môi trư trư ờng lỏng ảnh hưởng đến quá trình lên men trong sản xuất công nghiệp là hàm lượng chất khô và pH. Các chất hòa tan trong môi trường sẽ tạo nên một áp lực thẩm thấu. Hàm lượng các chất hòa tan trong môi trường càng lớn thì giá trị áp lực thẩm thấu sẽ càng cao. Khi lên men trong môi trường lỏng, vi sinh sin h vật v ật chịu tác động của của áp lực thẩm th ẩm thấu t hấu từ phía phí a môi trườ trường ng lên màng tế bào. Do cấu tạo đặc trưng, màng tế bào vi sinh vật có chức năng giúp cơ thể chúng cân bằng giữa áp lực thẩm thấu của môi trường lựcvithẩm củaông các  Nh  Nhờ ờ vậy, vậvới y, t ếápbào si sinh nh thấu v ật khôn kh g bịchất biến bi ếnhòa dạng dạntan g vàtrong vẫn tế duybào trì tr ì chất. được được các hoạt động trao dổi chất trong môi trường lỏng. Theo Leclerc H (1994), vi k h u ẩn có th t h ể chịu chịu được áp lực thẩm th ẩm thấu th ấu từ 5 -ỉ- 20atm. Khi hàín lượng các chất hòa tan trong môi trường quá cao, màng tế bào vi sinh vật không thể duy trì sự cân bằng áp lực thẩm thấu được nữa. Tế bào chất có thể bịco lại, tế bào bịbiến dạng và hoạt tính traoo đổi tra đổi ch chất ất của của vi vi sinh si nh vật v ật sẽ bị giảm giảm đi. đi. Do Do đó, đó, để để quá trìn trì n h lên lê n men diễn ra nhanh và chất lượng sản phẩm được tốt, ứng với mỗi loài  

198

PHẨN 2

vi sinh vật, ta cần xác định giá trị hàm lượng chất khô tối ưu cho môi trường trước khi lên men. Hoạt tính trao đổi chất và sự sinh trưởng của vi sinh vật phụ thuộc vào pH mồi trường do pH ảnh hưởng đến hoạt tính «ác enzyme trong tế bào và cơ chế vận chuyển các chất của nỊàng tế bào chất. Mỗi loài vi sinh vật sẽ có một khoảng giá trị pH tối thích tương ứng.  Nhì  N hìnn chung, ’các ’các vi si sinh nh v ật sử dụng tr tron ongg công nghi ng hiệp ệp s ản x uất các các sản phẩm lên men từ sữa có khoảng pH tối ư u nằm trong vùng acid hoặc acid yếu (4,0*6,0). Trong quá trình lên men, pH môi trường sẽ thay đổi. Trong công nghiệp sản xuất sữa lên men, người ta thường không chỉnh pH môi trường trong quá trình lên men. Sự thay đổi pH canh trường cũng là một yếu tố quan trọng góp phần hình thành nên vịmới cho sản phẩm lên men. Tuy nhiên, nếu giá trị pH thay đổi quá lởn, hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật sẽ bịgiảm đi đáng kể và làm chậm dần tốc độ lên men.

Đ ối với môi trư trườn ờngg lên men dạng rắn xố xốp, p, đđộộ ẩẩm m là m một ột yếu yếu tố quan trọng mà chúng ta cần quan tâm đến. Như trong giại đoạn ủ chín phô mai, khối đông tụ sau khi tách khỏi lactoserum cần có giá trị độ ẩm tối ưu để quá trình trao đổi chất của vi sinh vật diễn ra với tốc độ như mong muốn và sản phẩm phô mai đđạt ạt đư được ợc các chĩ tiêu yêu cầu về cấu trúc, mùi, vị.... Thông thường, ở   độ ẩm dưới 10%, sự trao đổi chất của vi sinh vật bịngừng trệ và quá trình lên men không xảy ra. Ngược lại, nếu độ ẩm môi trường quá cao thì sẽ gây khó khán cho việc cung cấp oxy đến vi sinh vật và sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm.

 c) Đ iêu iê u k iệ n lên lê n me men n  Lư  L ư ợ n g g i ố n g cấ y :   ứng với mỗi loại sản phẩm lên men và loài ví sinh vật sử dụng, các chỉtiêu chất lượng giống và lượng giống cấy tối ưu cần được xác định bằng phương pháp thực nghiệm.  Nếu lượng giống cấy  Nếu cấy quá ít, thờ thờii gian lên men me n sẽ kéo dài. Các vi sinh vật tạp nhiễm trong môi trường lên men dễ phát triển và có thể gây hư hỏng sản phẩm. Khi tăng lượng giống cấy, thời gian lên men có thể được rút ngắn. Kết quả thực nghiệm trên hình 2.81 cho thấy khi tăng lượng giống cấy trong một khoảng giới hạn xác định thì thời gian cần thiết để tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn đạt giá trị cực đại sẽ giảm đi.  

CẤC QUÁ TRÌNH Cơ C ơ BẢN TRONG TRONG CÔN CÔNG NGHỆ CH CHẾ BIẾ BI ẾN SỮA SỮA

199

Thời gian (phút)

TI lộ giống cấy (Log cfu/mL)

 H ì n h 2.81 2.8 1 Mố i quan qua n hệ giữ a ti lệ gi giốố ng cấ y và thờ i gian gi an đ ể tố c độ   sinhh trư sin trư ở ng ri riêng êng củ a St Streptoc ptococ occcus ther thermop mophi hilu luss đạ t giá giá trị trị cự c đạ đạ i  (quá (q uá trình lê lênn men men đừ đừ ợ c thự thự c hiệ n ở 40PC)

Tuy nhiên, nếu lượng giống cấy quá nhiều thì hàm lượng các sản  phẩm  ph ẩm phụ tạo thà th à n h sẽ th thay ay đổi và cũng gây ản ảnhh hư hưởở ng đến c h ất

lượng thành phẩm. Hơn nữa, việc tăng lượng giốiỊg cấy sẽ làm tăng chi phí cho quá trình nhân giống trong sản xuất.  N h i ệ t đ ộ :  Nhiệt độ lên men thích hợp để tạo sản phẩm có chất lượng tốt về mặt cảm quan có thể không trùng với nhiệt độ tối ư u cho sự sinh trưởng của vi sinh vật. Trong công nghiệp sản xuất các sản  phẩm  ph ẩm lê lênn m en từ sữa, người t a thườ thư ờ ng sử đụng đụn g tổ hợ hợpp vi sin si n h v ật và nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng của mỗi loài có thể khác nhau. Do đó, ứng với từng quá trình lên men và tổ hợp vi sinh vật sử dụng, người ta sẽ xác định giá trị nhiệt độ lên men tối ưu bằng phương  pháá p thực  ph thự c nghiệm. ng hiệm. Thông thường, khi nhiệt độ thấp, quá trình lên men sẽ kéo dài.

Tuycũng nhiên, độngquá hoạt traodễđổi chất của sinh vật bị nếu giảm giảmnhiệt và những nhữ hợpcao, chất ch ất tạo tạo tính hương bị th ất th tho o átvihơn. hơn . Trong các quá trình lên men, một phần năng lượng dò vi sinh vật chuyển hóa sẽ được thải vào môi trường dưới dạng nhiệt năng, từ đó làm tăng tăn g n h iệt độ dịch lên men. Ở quy quy m môô công nghiệp, ta cầ cầnn sử dụng các thiết bị lên men hoặc các phòng lên men có thể hiệu chỉnh được n h iệt độ nhằm n hằm mục đích đích ổn định định hoạt h oạt tín tí n h cho cho giống tro trong ng suốt quá trình lên men.

 

PHẨN 2

2000 20

Thờ i gian tê tênn men: men: Tùỵ thuộc vào loại thực phẩm và hoạt tính loài vi sinh vật sử dụng, thời gian lên men có thể kéo dài từ vài giờ đến vài tháng, thậm chí cả năm hoặc dài hơn. Trong sản xuất, người ta xác định thời điểm kết thúc quá trình lên men và ủ chín sản phẩm thông qua việc lấy mẫu đánh giá kiểm tra một số chỉtiêu hóa lý, vi sinh và cảm quan. Sinh khối

Acid lactic

Thời gian lên men (giờ)

 H ì n h 2.8 2.822 S ự si sinn h trư ở ng củ a vi khu k huẩẩ n lactic và sự si sinn h tổ ng hợ p  aciid llaactic tron ac rongg quá trì trình nh sả sả n xuấ xuấ t mộ t loạ i sả sả n phđm sữ a lèn lèn me men

Hinh 2.82 trình bày sự thay dổi mật độ tế bào vi khuẩn lactic và nồng độ acid lactic theo thời gian trong quá trình sản xuất một loại sản phẩm sữa lên men. Vi khuẩn lactic sinh trưởng nhanh trong 4 giờ lên men đầu tiên và số tế bào trong canh trường tăng nhanh. Sau 4 giòr lên mèn, lượng sinh khối trong canh trường gần như không thay đổi nữa. Ngược lại, acid lactic vẫn được vi khuẩn sinh tổng hợp với tốc độ rrất ất ca caoo sau 4 giờ lê ri men. Trong trư trườn ờngg hợ hợpp nà này, y, các nhà sản xuất sẽ dựa vào độ chua và các chĩtiêu cảm quan như mùi và vị để chọn chọn thời điể điểm m thích hợp kkết ết tthúc húc quá trình lên men. Cungg ccấấ p ox Cun oxyy cho cho nhóm vi si sinh nh vậ t hiế u khí:  Đ ối với m mối ối trường lỏng, lỏng, hàm lư ợ ng oxy cần cung cấp cho vi sinh vật trong quá trình lên men được xác định thông qua việc chọn áp lực của dòng khí vô trùng nén vào hệ thống sục khí và tốc độ cánh khuấy của thiết bị lên men.

 

CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TR TRON ONG GC CÔN ÔNG G NGHỆ CHẾ CH Ế BIẾN BIẾN SỮA

201

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy trong công nghiệp sản xuất các thiết sản sữag như khí vào th iếtphẩm bị lênlênmen memen n đểtừcung cun cấp cấp yaourt, ox oxyy là kefir, không kh ôngkoumiss... cần thiết. th iết.việc Cá Cáccsục vi vi khuẩn kh uẩn lactic lact ic và nấm n ấm men me n thuộc nhóm kỵ khí k hí chịu dưỡng dưỡ ng và kỵ khí không bắt b ắt buộ buộc. Người Người ta ch chỉỉ thực hiện sự khuấy trộn trộ n môi trường trường,, ở   những nhữ ng thời thờ i điểm cần cần thiết th iết nhằm tạo ra sự đđồng ồng nhất nh ất trong tro ng dị dịch ch lên men. Theo một số tác giả (Champagne, c .  p, 19 1998 98)) sự khuấy kh uấy trộn tr ộn quá mạnh và thường xuyên sẽ làm giảm hoạt tính của vi khuẩn lactic, từ đó quá trình lên men bịkéo dài và chất lượng sản phẩm có thể bị giảm. Đ ối với m mồi ồi trường trườ ng rắn như nh ư trong giai đoạn đoạn ủ chín mộ mộtt số loạ loạii phô mai, việc cung cấp oxy cho nấm mốc phát triển sẽ được thực hiện bằng cách thòng giò phòng lên men. Khi dó, ta cần luu ý đến tốc độ thông gió cũng như nhiệt độ và độ ẩm của không khí trong phòng. Việc thông gió  phòng lên men me n sẽ làm là m giả giảm m đán đángg kể độ ẩm của môi trư tr ư ờ ng lên men. Đ ể khắc phục hiện h iện tượng tư ợng này, ta t a cần hiệ hiệuu chỉ ch ỉnh độ ẩm ẩm của khôn kh ôngg khí kh í lưu thông trong tro ng phòng Thông thường, thường, kkhông hông khí sau khi qua máy nén sẽ được lọc tách bụi, tách vi sinh vật, tách'ẩm, hiệu chỉnh nhiệt độ, rồi sau đó sẽ được hiệu chĩnh độ ẩm trước khi đi vào phòng lên men. Việc tách  bụi và v à vi sin sinhh v ật r a khỏi không khôn g khí kh í là b ắt buộc buộc để các t ế bào và bào tử vi sinh vật v ật trong không khô ng khí không bịnhiễm vvào ào m môi ôi trường lên men men..

 4i ) T h iế t b ị lên  4i) lê n men Đ ối với với môi môi trường lỏng, lỏng, ngư người ời ta sử dụng dụng thiết th iết bịlên bị lên men m en có hình dáng và cấu cấu tạo tạo tương tươ ng tự như th thiết iết bị nhấn nh ấn giống giống vi sinh vật. Chúng cũng có dạng hình trụ đứng, được chế tạo từ vật liệu thép không ri. Bên trong thiết bịcó hệ thống cánh khuấy và các đầu dò nhiệt độ, pH... để có thể theo dõi trực tiếp các thông số công nghệ trong quá trình lên men. Trong sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, do không cần cung cấp oxy cho giống vi sinh vật khi lên men nên các thiết bịkhông có hệ thống sục khí. Motor cho cho cánh khuấy k huấy thư thường ờng được được đ ặt phía phí a trê tr ê n nắp th t h iết bị. bị. Còn Còn cửa nạp và tháo môi trường được bố trí phía đáy. Ngoài ra, thiết bịcòn có cửa quan sát, van lấy mẫu.... Đ ối với môi môi trường trườ ng dạng dạng rắn xốp, xốp, quá trình trìn h lên men thường thư ờng đượ đượcc thực hiện trong các phòng lên men. Như trong giai đọan ủ chín một số loại phô mai, người ta sử dụng các phòng lên men kín với hệ thống thông khí vô trùng có thể điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm trong  phòng. Vách tường tườ ng được được xây dựng với lớp cách n h iệt để trá tr á n h tổn th ất nhiệt và được Ốp gạch men để di vệ sinh và vô khuẩn. Sàn nhà được bố  

PHẨN 2

202

trí hơi nghiêng để dễ thoát nước khi vệ sinh, tránh đọng nước và ẩm ướt tạo điều kiện cho vi sinh vật nhiễm dễ phát triển. Trong phòng lên men, người ta đặt các giá đỡ nhiều ngăn thành những dãy song song để tạo lối đi. Từĩig khối môi trường sẽ được đặt trên các ngăn của giá đỡ. Hiện nay, các giá đỡ thường được chế tạo bằng thép không rỉ, có dạng hình hộp chữ nhật. Bốn chân giá đỡ được đặt trên bốn bánh xe giúp cho ta dễ dàng vận chuyển nó ra vào phòng lên men. Bên trong phòng lên men, người ta đặt các hệ thống chiếu sáng để công nhân dễ thao tác và theo dõi các mẫu phô mai trong quá trình ủ chín.

2.4 CÂU HỎ I ÔN TẬ P PHẦ N 2 1.  béo Hãy rđề xuất xuỏiấtsữa những giả giải i pháp kỹ thuật hiệuu suất tách a khỏi kh sữ a tr tròn òng g quả tr t r ìn ình h lyth tâm tâuật m . để làm tăng hiệ 2. So sánh sá nh nhữ những ng ư u điểm và nhược điểm của các phương pháp đánh giá hiệu quả quá trình đồng hóa. 3. Nêu nhữ nh ữ ng điểm điểm khác khá c nhau về cấu cấu tạo của mô hì hình nh ống, sợi,  b  bảng ảng/t/tấm ấm và cuộn xoắn xo ắn của th i ết bị bịpp h â n ri riên êngg b ằng m em embr brane ane.. 4. Ph Phân ân biệt sự khác nhau gi giữa ữa thanh tha nh trùng và tiệt trùng. Quá Quá trình trìn h tiệt trùng sữa trong bao bì có những ư u và nhược điểm gì so với quá trình tiệt ti ệt trùn tr ùngg sữa ngoài bao bao bì kết hợp với với phương pháp bao gói gói vô trùn trùng? g?

5. Vì sao người người ta phải ph ải thực thực hiện hiện quá quá trìn h bài b ài khí tro trong ng các các qu quy trình chế biến sữa? 6. Đ ể làm tăn g tốc độ truyền truy ền n h iệt trong tron g quá tr trìn ìnhh cô đặ đặcc bố bốcc hơ hơi,i, các nhà sản xuất cần lưu ý đến những vấn đề gì? 7. P h â n biệt bi ệt nguyên lý hoạt ho ạt động của cơ cấu cấu phun áp lực, cơ cấ cấuu phun ly tâm và cơ  cấu phun bằng khí động trong quá trình sấy phun sữa? 8. Trình bày cơ chế của quá trình đông tụ casein sữa khi sử dụng enzyme chymosin và các thông số công nghệ của quá trình đông tụ. 9. Vẽ sơ đồ quá trìn trì n h nh n h ân giông một mộ t loài vi kh khuẩn uẩn lactic để sử dụng trong sản xuất sữa lên men. Giống vi khuẩn được bảo quản trên môi Thể tích hoạt động động của của thiết bị lên men trường sử dụngthạch tại nhànghiêng. máy là 30/n3.  Nêuu nhữ nh ữ ng điểm giống và khác kh ác nhau nh au giữ giữaa h a i quá tr trìn ìn h lê lênn men 10.  Nê lactic đồng hình và dịhình. Những-sản phẩm phụ của quá trình lên men lactic ảnh hưởng như thế nào đến giá trị cảm quan của các sản phẩm lên men từ sữa?  

PHẨN 3 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT  CÁC SẢN PHẨM Từ SỮA

 

CỒNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẦN PHẨM TỪ SỮA 

205

3.1 CÔNG NGH SẲ N XUẤ T  SỮ A THANH TRÙNG

3.1. 3. 1.11 GIỚ I THI U CHUN CHUNG G Sữa thanh trùng {pasteurised milk) là một trong những sản phẩm chế biến từ sữa tươi có quy trình công nghệ sản xuất đơn giản nhất. Hiện nay, sản phẩm sữa thanh trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín. Sản phẩm phải được bảo quản d nhiệt độ thấp (5V7°C). Trong điều kiện không mở bao bì, sữa thanh trùng có thể bảo quản trong khoảng thời gian tối đa từ 8*10 ngày. Đ ể phân phâ n loại loại sữa thanh trùng, ngườ ngườii ta thườ thường ng dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm: - Sữa nguyên (whole milk):  là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi,, không tươi kh ông hiệ h iệuu chỉnh chỉnh hàm h àm lượng chất béo béo.. Thông thứờng, thứờ ng, lư lượng ợng lipid lipid trong sữa dao động trong khoảng 3,0*3,7%. Hiện nay, để ổn đị định nh chất c hất lượng sản phẩm, p hẩm, các nhà nh à sản xuất thường thực hiện quá trình chuẩn hóa cstandardisation)  - hiệu chỉnh hàm lượng chất béo - cho các sản phẩm sữa thanh trùng. Tùy theo quy định của mỗi quốc gia mà các cơ sở sản xuất sẽ chọn giá trị thích hợp để chuẩn hóa. Ví dụ như ở Pháp, hàm lượng chất béo trong sữa thanh trùng khồng được nhỏ hơn 3,5%. - Sữa gầy (skimmilk): là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã

tách bớt một phần chất béo. Hàm lượng lipid trong sữa gầy thường dao động quanh giá trị 1,5%. Tuy nhiên, một số sản phẩm thương mại có hàm lượng chất béo chỉ0,5%, thậm chí chỉ0,1%.  Ngoài  Ngo ài sữa sữ a tươi, người ngườ i t a còn sản x uất sữ sữaa tha th a n h tr trùù n g từ sữa sữ a hoàn nguyên (reconstituted milk) hoặc sữa tái chế (recombined mỉlk). - Sữa hoàn ngụyên là sản phẩm thu được khi ta hòa tan sữa bột nguyên cream hoặc sữa bột gầy vào nước. Thành phần hóa học của sản phẩm p hẩm thì th ì tương tự như sữa nguyên hoặc hoặc sữa gầy. gầy. - Sữa tái chế được thu nhận bằng cách hòa tan sữa bột gầy vào nước ở nhiệt độ 40 - 50°c, sau đó bổ sung chất béo có nguồn gốc từ sữa (thường sử dụng “chất béo khan từ sữa” - Anhydrows Milk Fat AMP), rồi tiến hành khuấy trộn hỗn hợp và đồng hóa bằng phương  pháp  ph áp sử dụng dụ ng áp s u ất cao. cao. S ản p hẩm n à y có th à n h p h ần h ó a học tương tự như sữa nguyên ngoại trừ hàm lượng phospholipid trong  

2066 20

PHẨN 3

màng bao xung quanh các hạt cầu béo bịgiảm đi. . Nhằm mục đíchcác đa dạng hóaxuất sản phẩm, ứngtrường nhu cầu dạng của người tiêu dùng, nhà sản đã đưađáp ra thị sảnđaphẩm sữa thanh trùng có bổ sung thêm hương trái cây (hương dâu, cam, thơm...), hương vanile.... Từ đó, ta có thể gọi tên sản phẩm theo tên hương liệu bổ sung như sữa dâu thanh trùng, sữa cam thanh trùng....

3.1.2 3.1 .2 QUY QUY TRÌNH CÔ CÔNG NG NGH

Tùy thuộc vào chất lượng sữa nguyên liệu và yêu cầu về hàm lượng chất béo trong sản phẩm mà quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng có thể thay đổi. Hình 3.1 giới thiệu một ví dụ về sơ đồ quy trìn tr ìnhh công công nghệ sản xxuấ uấtt sữa thanh than h trùng từ nguyê nguyênn liệ liệuu là sữa tươi tươi..

 H ì n h 3.1 S ơ đồ qu quyy trì trình nh công côn g nghệ ngh ệ sả n x u ấ t sữ a th thaa n h tr trùù n g ỉ ) Chuẩ n hó hó a :  Mụ  Mụcc đích ccủa ủa quá trì trìnn h chuẩn hó hóaa là hiệu chỉ chỉnh nh hàm lượng chất ch ất bé béoo trong sữa.  

CỒNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

207

 Nếu sữa sữ a nguyên ngu yên liệu có h àm lượng lượ ng chất ch ất béo thấp, th ấp, ta sẽ bổ sung thêm cream vào. Lượng chất béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ 35+40%. Phương pháp tính tỷ lệ phối trộn như sau sau: Gọi  M  Mll  (k g ) là khối lượng cream với hàm lượng chất béo  A%  A%;; M  2  2 (kg ) là khối lượng sữa với hàm lượng chất béo  B%.  Đ ể thu được ược  M   (kg) sữa với hàm lượng chất béo c%   ('A>C>B), ta có:  M ( C - B ) ,,  M ( A - C ) trong đó:  M  =  M  Mll +M2 + M2 ,  (3) (3) Ví dụ:chất Cream chất cream béo 40%, sữanguyên nguyênliệu liệutheo có hàm lượng béo có 3%.hàm Cầnlượng phối trộn và sữa tỷ lệ bao nhiêu để có được 100kg  sữa với hàm lượng chất béo 3,5%? Ta có: M  =   = 100%;  A = 40%;  B  =  3  3% %; c = 3,5% Thay các giá trị trên vào côrig thức (1) và (2), ta được: = m C - E ) m 10013,5 -3) = 40-3 *  A - B  

M M U -cỵ =Ị Ọ Ọ M£zM. 08,6 5 ^ 2  A - B   40-3 * Vậy ta cần bổ sung 1,35kg  cream 40% chất béo vào 98,65 kg  sữa 3% chất béo.  Ngoài  Ng oài ra, ra , ta có th ể sử dụn dụngg phương phư ơng pháp ph áp đường đư ờng chéo h ình ìn h vuông

của Pearson R. A (1904) để xác định tỷ lệ cream và sữa có lượng béo thấp cần phối trộn.  Ngược  Ng ược lại, nếu sữa sữ a nguyên nguy ên liệu liệu có hàm hà m lượ lượng ng chất ch ất béo cao, cao, t a có thể bổ sung sữa gầy hoặc sử dụng quá trình ly tâm để tách bớt chất  béo r a khỏi kh ỏi sữa. Ở các dây chuyền sản xu xuất ất hiện h iện đại, quá trìn tr ìn h tá tácc h và hiệuu chỉ hiệ chỉnh nh lượng chết béo trong sữ sữaa đđược ược thực hiện hoàn h oàn toàn toà n tự t ự động. động. Đ ầu tiên tiên,, sữa giàu béo béo sẽ được được bơm vào m áy ly tâ tâm m h o ạt động động theo phương pháp liên tục. Có hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết  bị: m ột dò dòng ng là sữa sữ a gầy và m ột dòng dòn g là cream. cream . H àm lượn lư ợngg béo tron tr ongg hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ hoạt động của máy ly tâm. Ti Tiếế p the theoo, mộ t ph phầầ n  cream sẽ được phối trộn trở lại với dòng sữa gầy để hàm lượng chết béo trong hỗn hợp đạt đúng giá trị yêu  

PHẨN 3

2088 20

cầu của sản phẩm sữa thanh trùng. Phần cream dư sẽ dưa đi xử lý tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream. Ví dụ: Giả sử ta có 100kg   sữa với hàm lượng chất béo 4%. Ta cần hiệu chỉnh hàm lượng chất béo xuống còn 3%. Sơ đọ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau: Xử lý tiếp 90,1 kg sữa gẩy 0,05% chất bóo bóo  J  

100 kg sữa — ^ Lytârr/ 4% chất béo V

t

p.

' t

t

97,3 kg sữ sữaa 3% chất béo

để tạo sản • phẩm sữa thanh thanh trù trùng ng

7,2 7,2 kg cr crea eam m 40 % c h ất b é o X

9,9 kg cream 40% chắt béo

I I

2,7 kg cream 40% chất béo

.

Xử lý titiếp ếp

để sản xuất phẩm m *   sản phẩ cream 40% béo

Trong sản xuất, sữa thường được gia nhiệt sơ bộ trước khi đưa vào máy ly tâm để tách béo. 2i) Bài k h i: Ở một 2i) mộ t số cơ ssởở sản xuất, xuất, ng người ười ta bỏ qua quá trì trình nh này. Tuy nhiên, quá trình bài khí là bắt buộc khi sữa chứa nhiều khí, đặc biệt khi hàm lượng các chất dễ bay hơi trong sữa tăng cao. Trường hợp này xảy ra khi các nông trại sử dụng nhóm thực vật thuộc họ hành để làm thức ăn nuôi bò. Khi đó, mục đích của quá trình bài khí là tăng hiệu quả truyền nhiệt cho quá trình thanh trùng và cải thiện hương vịcủa sản phẩm. 3i) Đồ ng hhóa 3i) óa::  Quá trình đồng hóa có thể thực hiện trên toàn  bộ th ể tích tí ch sữ sữaa ng nguy uyên ên liệu (đồng (đồn g h óa toàn to àn ph phần) ần) ho hoặc ặc chỉ thự thựcc h iện trên một phần thể tích khối sữa ấy (đồng hóa một phần). Trường hợp

này cho phép các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí năng lượng, cũng như có có thể th ể sử dụng thiết thi ết bị bị đồng hóa công công suất nhỏ ch choo một dây chuyền sản xuất sữa thanh trùng với năng suất lớn. Cách tthự hự c hi hiệệ n quá quá tr trình ình đồ đồ ng hóa mộ t phầ phầ n: Sữa tượi với hàm lượng chất béo cao được đưa vào máy ly tâm để tạo ra hai dòng sản phẩm: Cream (thường chứa 40% chất béo) và

sữa gầy. tíchđưacream cần sửiếtdụng để phối trộn lại và vớio dòng sữ a Phần sữa gầy gầy sẽthể được tiếp và vào o th thiết bị đồng hóa. Tr Trên ên trở đường vào th iết bị bị,, người ngườ i ta sẽ bể sung m một ột lượng sữa gầy vào cream saò ch chóó hàm lượng chất béo trong hỗn hợp khi vào máy đồng hóa khôiig lớn hơn 10%. Thực tế cho th thấy ấy quá trình trìn h đồng hóa chỉ đ ạt hiệ hiệuu quả ccááo  

CÕNG NGHỆ SẢN XUẤT CẤC SẢN PHẨM

t ừ  s ữ a

209

khi hàm lượng chất béo trong hỗn hợp không vượt quá ngưỡng trên. Phần Ph ần sữa giàu béo béo sau khi qua đồng hóa sẽ được phối trộ tr ộ n với toàn '  bộ p hsản ần sữ sữa a gầy lại trùng. và hỗn hỗ n hợp hợ p được đưa đi xử lý tiếp ti ếp theo th eo quy trình xuất sữacòn thanh Y êu cầ u kỹ thuậ t:  Nhiệt độ sữa khi vào máy đồng hóa nằm trong khoảng 55-h70°C, áp lực đồng hóa: 100+2506ar. 4i) Thanh trùn g sữ sữ a :  Tùy thuộc vào hàm lượng vi sinh vật có trong nguyên liệu ban đầu mà chế độ thanh trùng sản phẩm có thể thay đổi khác nhau.

Đ ối với sản phẩm sữa, sữa, người người ta thường thư ờng sử dụng dụn g chế độ độ “n “n h iệt độ cao - thời gian ngắn” {high temperature-short time).  Trong điều kiện sữa nguyên liệu liệu đ ạt các qquy uy định định chung về chỉ tỉêu tỉêu vi sinh, sin h, quá trìn tr ìnhh thanh triing thực hiện ở 724-75°C trong 104-20 giây. Mục đích của quá trình thanh trùng là tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh có trong sữa, tiêu diệt hoặc ức chế nhóm vi sinh vật hoại sinh lẫn các enzyme nhằm kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm ở nhiệiệ t độ 5V7°C. nh Walstra và cộng sự (1999) cho rằng nếu thanh trùng sữa tươi ở 85°c trong thời gian 15 giây thì tổng số vi khuẩn trong sản phẩm sẽ thấpp hơn khi so sánh với thấ với ttrường rường hợp hợp thanh than h trùng sữa ở  72°c trong 15 giây; tuy nhiên thờigiả gian đã độ quacao thanh trùngvôở hoạt 85°cmột lại ngắn hơn. Các tác lý bảo giải quản là do sữa nhiệt đã làm SỐ thành thành phầ phầ n có có khả khả năng năng ứ c chế chế vi sin sinhh vậ t tr tron ongg sữ sữ a như   immunoglobulin và lactoperoxydase. Immunoglobulin là những kháng thể được tìm thấy trong sữa. Còn enzyme lactoperoxydase giữ vai trò

xúc tác phản ứng oxy hóa thiocyanate (CNS ) bởi H2 O2 . Sản phẩm được tạo ra từ phản ứng này có thể ức chế một số loại vi khuẩn. Với chế độ thanh trùng ở   72 - 75°c trong 15 - 20 giây, các biến đổi hóa học có thể diễn ra trong quá trình thanh trùng là không đáng kể. Kết quả là sữa thanh trùng vẫn giữ được màu sắc, hương vịtương tự như sữa tươi sau khi vắt. Hiện nay, quá trình thanh trùng sữa thườ th ường ng được thực hiện trên thiết th iết bị bị trao đổi đổi nhiệt nh iệt gián tiếp tiếp dạng  bảng mỏng. mỏng . S i) R ó t ssảả n p h ẩ m v à bbaa o g ố i:   Yêu cầu quan trọng của quá trình rót sản phẩm là phải thực hiện trong điều kiện vô trùng để tránn h tá trá táii nhiễm, n hiễm, vi sinh vật vào vào thà th à n h phẩm. Do đó, đó, vấn đề vệ vệ sinh  

2100 21

PHẦN 3

thiế t bị, nh nhàà xxưư ở ng tạ i kkhhu vự c rót sả n pphẩ hẩ m và ba bao ggói ói cầ n phả i  đư ợ c quan tâ tâm m hàng đầ u. Loạ i bao bì ssửử dụ ng đđầầ u ti Loạ tiên ên cchho ssảả n pphẩ hẩ m sữ sữ a thanh thanh trùn trùng/ g/ttiệ t  trù rùng ng là ccha haii thủ thủ y tinh tinh Nó xxuấ uấ t hi hiệệ n trên trên th thịị ttrrư ờ ng từ nh nhữữ ng nnăăm  đầ u tthế hế kỷ 20. 20. Tu Tuy nhi nhiên, ên, bao bì tthhủ y ti tinh nh ccóó nh như ợ c đđiể iể m là nặ nặ ng và  dễ vỡ . Trư ớ c khi tá táii sử sử dụ ng, chai thủ y tinh cầ n phả phả i đư ợ c rử a sạ ch  theoo mộ t qquuy trình the trình riên riêngg đđểể đả m bả o an to toàn àn vệ sinh ch cho sả n phẩ phẩ m. Từ nhữ ng năm 1960, các nhà ch chếế biế biế n ssữữ a bắ t đầ u sử sử dụ ng  nhữ ng loạ i ba baoo bì m mớớ i nh nhưư ba baoo bbìì pl plast astic, ic, bbaao bbìì giấ y.... y.... Bao bì ppla last stic ic   thư ờ ng có ddạạ ng cha haii hhoặ oặ c túi. Ư u điể m ccủủ a loạ i bbaao bì nnày ày là đạ t mộ t   cơ   họ c nhấ t đđịnh, độ bền  cơ ịnh, nhẹ và ccóó giá tthành hành khôn khôngg ccaao. Tu Tuyy nhiên nhiên,,  các nh nhàà m môi ôi trư ờ ng họ c trên trên thế giớ i kh khuuyế n ccááo nnên ên hạ n chế chế sử   dụ ng ba baoo bbìì plasti plasticc vì ch chúng úng rấ t kkhó hó bị phâ phânn hủ hủ y. Bao bì giấ giấ y hi hiệệ n na nay trở nê nênn rrấấ t tthô hông ng dụ ng cho sả sả n ph phẩẩ m sữ sữ a  thanhh ttrù than rùng ng.. Lo Loạạ i bbaao bì này cchỉ hỉ ccóó mộ t nh như ợ c điể điể m đáng đáng lư u ý là giá giá  thành khá cao hơ n so vớ i cá cácc lloạ oạ i bbaao bì khác khác.. Th Thựự c ra ra trong trong thà thành nh   phầầ n cấ ph cấ u tạ o, ngư ờ i ta ssửử dụ ng mộ t màng màng pl plas asttic (po (polyet lyethyl hylene ene)) Tấ t  mỏ ng ép sát vào khu khung ng giấ giấ y để bịt kkín ín các các vi lỗ tro trong ng cấ u- trúc  cellu cel lulo lose se ccủủ a gi giấấ y. Có nhiề u ph phưư ơ ng ph pháp áp khác khác nh nhau au để để tiệ t trùng trùng bao bao bbìì giâ giây. y.   Thông Thô ng dụ ng và hiệ u qquuả nhấ t là pphhư ơ ng ph pháp áp ssửử dụ ng H2 H2O O2. Theo  Bock Bo ckel elma mann nn B B.. V và cộ ng sự (199 998) 8),, đđầầ u tiên tiên ng ngưư ờ i ta ta ssửử dụ ng vòi  ph phun un ddun unggmdịch dkhoả ịch H H2 2O23300lên aonbì bì. . Phầ diệtnba tích pX vớ H2O H2 O2 chiế ng +40bề % tổmặngt bba diệ tíc tích h bền mặ bao o bì bì.tiế . Tiế pÚC th theo eo,i,  ta sử dụ ng không khí nóng vô ttrùn rùngg (1 (180 80°C °C)) để đu đuổổ i phầ n H20 H20 2 dư .  Ngoà Ng oàii ra, nnggư ờ i ta có thể sử dụ ng kế t hợ p đồ đồ ng thờ i hai hai phư ơ ng pháp:  Phun Ph un H H22O2 và chi chiếế u u v lên bbaao bì bì.. T Tác ác độ ng tư ơ ng hỗ củ a chú chúng ng sẽ  

làm tăng hiệ u qquuả tiệ t trùn trùngg bao bì.

6Ỉ) Bả o quả quả n ssảả n phẩ m, Đố i vớ i sả n ph phẩẩ m ssữữ a tha hanh nh trùn ùngg, qquuá trìn trìnhh bả bả o quả quả n phả i  đư ợ c thự c h iệ n ở   nhiệ t đđộộ thấ p ((55V7°C). Vớ i chế độ thanh thanh trùng trùng sữ a  ở   nhiệ nhiệ t độ 72*75°c trong trong thờ i gi gian an 15*2 15*200 giây, mộ t ssôô' tế bà bàoo vi  vi  sinh ttro rong ng sữ aerium ng nguy uyên ên li liệệ ustre (đ (đặptococci c biệ cci t là  hoặ nhóm nhặ óm si sinh nh vậvậtt ssin cch hịu nh nhi i ệ tvậnthưccóó Microbact  Microbacterium spp., streptoco ho c vi vivisi sinh nh inh h   bàoo tửtử ) vẫ n ccòn bà òn số ng ssót ót ssaau quá trìn trìnhh xử xử lý nhiệ nhiệ t. M Mộộ t số số enzy enzyme me   ngoạ ng oạ i bbào ào do vvii si sinh nh vậ t ti tiếế t vvào ào ssữữ a kh khôn ôngg bbịị vô hoạ hoạ t hhoà oànn ttoà oàn. n.

 

CỒNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA

211

Do đó, nếu nhiệt độ bảo quản tăng cao, các vi sinh vật sẽ phát triển mạnh, các enzyme sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa cơ chất... nhanh chóng làm hư hỏng sản phẩm. Riêng đối với nhóm vi sinh vật gây bệnh và sinh tổng hợp độc tố, các số liệu thống kê cho thấy quá trình thanh trùng sữa ở   72°c trong 15 giây có thể tiêu diệt được  Myco  Mycobacte bacterium rium tuberculosis,   Salmonella spp., Campylobacter jejuni, Listeria monocytoganes,  các chủng Escherichia coli  gây bệnh... Tuy nhiên, một số tế bào Staphylococcus aureus vẫn có thể sống sót sau quá trình thanh trùng. Dù vậy, chúng không thể sinh trưởng đến số lượng đủ để gây ra ngộ độc cho người sử dụng nếu chúng ta bảo quản sữa thanh trùng đúng theo nh n h iệt dộ và thờ t hờii gia giann quy quy định. định. Ngoài Ngo ài ra, nếu n ếu sữa tươi tư ơi bị nh nhiễm iễm  Ba  Bacillu cillus s cereus   thìđộvisinh khuẩn này của vẫn Bac tồnillus tại cereus trong  nhanh sữa sauhơn quásotrình thanh trùng. Tốc trưởng với  Bacillus một số vi sinh v ật chịu nhiệt nh iệt khác. khác. Sữa than th anhh trùng trù ng có chứa  Ba  Bacillu cilluss  cereus có thể gây ngộ độc cho người sử dụng chĩkhi mật độ vi khuẩn trong sữa phải đủ lớn. Thực tế cho- thấy khi mật độ tế bào  Ba  Bacillu cilluss  cereus  trong sữa tăng cao (106 cfu/ml),  sữa sẽ có mùi lạ và người tiêu dùng sẽ nhận biết được điều này khi mở bao bì sản phẩm.

Một số yếu tố môi trường cũng có thể gây ra những biến đổi có hại cho cho sữa thanh than h trùng trù ng trong quá quá trình trì nh bảo bảo quản. quản. Đ áng chú chú ý nhất nh ất là tác động của của ánh sáng tự tự nhiên lẫn ánh á nh sáng nhân nhâ n tạo. tạo.  Bảả n g 3.1 Tổ n thấ t vitamin  c và Bỉ tr  B trong ong sữ a ((% % so vvớớ i giá trị ba bann đầ u)  dư ớ i ttác ác độ ng củ a ánh sáng llõõOOLux ịBylund Gost Gostaa, 1995 1995)) Sữa đựng trong bao bì giấy

Thời gian chiếu  sáng (  giơ) giơ)

Vitamin c

Vitamin B2

2

1

Tổn thất không đáng kể

Sữa đựng trong bao bì thủy tinh Vitamin c Vitamin Ba 10 . 10

3 4 5 6

8 12

1,5 2 2,5 2,8 2,8 3,0 3,8

" II " "