Đề tài Công nghệ chế biến thực phẩm: Sữa đậu nành

Lời mở đầu Ngày nay với nhu cầu rất lớn về thức uống mang giá trị dinh dưỡng tốt cho sức khoẻ như các loại nước trái cây, sữa có nguồn gốc từ động vật (sữa bò, sữa dê…) cũng như sữa có nguồn gốc từ thực vật (sữa đậu nành…) thì ngành công nghiệp sữa phát triển mạnh mẽ. Ở đây chúng ta đề cập tới sản phẩm công nghiệp sữa đậu nành. Sữa đậu nành là sản phẩm thu được bằng quá trình nghiền đậu nành với nước, sau đó qua lọc và nấu. Để hiểu thêm về giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan hay nhiều chức năng khác của sản phẩm sữa đậu nành chúng ta cùng theo dõi bài báo cáo về quy trình sản xuất sữa đậu nành trong công nghiệp sau đây. Trong phạm vi của bài báo cáo chúng em chỉ đơn cử hai quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành có thể áp dụng trong công nghiệp. Do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế trong sản xuất cũng như chưa cập nhật được những thành tựu mới nhất trong công nghệ sản xuất sữa đậu nành nên bài báo cáo còn nhiều khuyết điểm, chúng em rất mong nhận được sự nhận xét của thầy để bài báo cáo hoàn chỉnh hơn. Chân thành cám ơn thầy đã tận tình hướng dẫn để chúng em hoàn thành bài báo cáo này! Nguyên liệu Đậu nành Đặc điểm của cây đậu nành Cây đậu nành (cây đậu tương) có tên khoa học là Glyxine max, là cây ngắn ngày, phát triển tốt nhất ở vùng nhiệt đới, ưa sáng, ưa nhiệt, chịu hạn. Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt : pH của đất trồng : 6.0 – 6.5. Nhiệt độ : 25 – 30oC. Lượng mưa : 500 – 700 mm. Thời kỳ trồng : cuối mùa xuân, đầu mùa hè. Hạt đậu nành Tính chất vật lý và hình thái của đậu nành Hình dạng: từ tròn tới thon dài và dẹt. Màu sắc : vàng, xanh, nâu hoặc đen. Kích thước : 18 – 20 gram/100 hạt. Cấu trúc của hạt gồm : lớp vỏ áo và hai lá mầm với trụ dưới lá mầm và chồi mầm. Lá mầm chiếm 90% trọng lượng của hạt và chứa toàn bộ dầu và protein. Lớp vỏ chiếm 8% trọng lượng của hạt, bao bọc hai lá mầm, đóng vai trò là lớp bảo vệ. Thành phần hoá học Thành phần hoá học trong hạt đậu nành Thành phần Tỷ lệ khối lượng Tỷ lệ phần trăm (%) Protein Nx6.25 Lipid Cacbohydrate Tro Lá mầm 90 43 23 43 5 Vỏ 8 9 1 86 4.3 Trụ dưới lá mầm 2 41 11 43 4.4 Nguyên hạt 100 40 20 35 4.9 Độ ẩm : Hàm lượng ẩm của hạt đậu nành quyết định rất nhiều đến điều kiện bảo quản. Để giữ được tính chất ổn định và chất lượng của hạt đậu nành trong thời gian bảo quản thì hạt đậu nành nên có hàm lượng ẩm khoảng 12% - 13%. Protein (40%) : thành phần chính globulin (pI = 4.2 – 4.6) Thành phần protein đậu nành Phân đoạn (S) Hàm lượng (%) Thành phần Phân tử lượng (Da) 2 15 Chất ức chế trypsin 8000 - 20000 7 35 ß – conglicinine ß – amylase Lipoxygenase Hemagglutinin 150000 62000 102000 110000 11 40 Glycinin 320000 - 350000 15 10 600000 Thành phần amino acid có trong protein đậu nành Amino acid Hàm lượng aa (g/100 g protein) Isoleucine Leucine Lysine Methionine Cystine Phenylalanine Tyrosine Threonine Tryptophan Valine 4.54 7.78 6.38 1.26 1.33 4.94 3.14 3.86 1.28 4.80 Đậu nành cũng như tất cả các hạt khác đều chứa enzyme cần thiết cho quá trình nảy mầm. Về mặt công nghệ thì enzyme quan trọng của đậu nành là lipoxygenase , được biết đến là lipoxydase. Enzyme này xúc tác cho phản ứng oxy hoá acid béo không bão hoà đa bởi O2, gây mùi hôi cho đậu nành. Enzyme urease cũng thường được đề cập tới trong sản xuất protein đậu nành nhưng về mặt công nghệ thì nó không đóng vai trò quan trọng. Lipid (20%) : triglyceride (96%), phospholipids _ chất nhũ hoá lecithin (2%), các chất chống oxy hoáù_ tocopherol và sterol (1.6%), acid béo tự do (0.5%), và một lượng nhỏ carotenoid Thành phần acid béo trong đậu nành Acid béo Ký hiệu % khối lượng LauricMyristicPalmiticStearicOleicLinoleicLinolenic 12:014:016:018:018:118:218:3 4.54.511.62.521.152.47.1 Carbohydrate (30%) : gồm 2 nhóm Đường tan (10%) : sucrose 5%, stachyose 4%, raffinose 1% Chất xơ không tan (20%) : hỗn hợp polysaccharide và dẫn xuất của chúng, chủ yếu là cellulose, hemicellulose và các hợp chất của acid pectic Khoáng : chiếm tỷ lệ rất thấp (5%) gồm K, Ca, Mg, Fe, Zn, Cu… Vitamin : Niacin, Inositol, Axit tantothenic, Thiamine, Riboflavin, Pyridoxine, Biotin… Nước Nước là thành phần chủ yếu trong sữa đậu nành, thành phần và tính chất của nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Các chỉ tiêu chất lượng của nước: Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ. Chỉ tiêu hóa lý: pH = 6 ÷ 7 Độ cứng tổng : max 2 mg đương lượng/l Chỉ tiêu Clo H2SO4 As Pb F Zn Cu Fe Độ cặn Hàm lượng (mg/L) ≤ 0,5 ≤ 80 ≤0,05 ≤ 0,1 ≤ 3 ≤ 5 ≤ 3 ≤ 0,3 ≤ 600 Chỉ tiêu vi sinh Loại VSV Coliform tổng số Coliform faecalis E. coli Sulfit-reducing Clostridia Tổng số VSV hiếu khí Lượng cho phép (cfu/mL) 0 0 0 0 20 Đường Đường được bổ sung vào sữa đậu nành ngoài mục đích cung cấp năng lượng còn có tác dụng điều vị và tăng mùi thơm cho sản phẩm. Loại đường thường được sử dụng là đường saccharose dạng kết tinh (đường tinh luyện) Phụ gia NaHCO3: Là chất bột trắng có tính kiềm, tan trong nước. NaHCO3 được dùng để tăng khả năng trương nở, khử mùi, làm giảm mùi hăng của đậu và làm tăng khả năng trích ly protein. Hàm lượng NaHCO3 sử dụng trong thức uống được giới hạn bởi GMP Kali sorbat: Là muối của kali với a. sorbic, có dạng bột hoặc dạng hạt màu trắng và tan nhiều trong nước, không độc đối với cơ thể con người, không gây mùi vị lạ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Kali sorbat ức chế mạnh nấm men và nấm mốc nhưng lại ít tác dụng đến vi khuẩn. Hàm lượng Kali sorbat cho phép sử dụng trong đồ uống là 1000ppm CMC: Dạng màu trắng, có tính hút ẩm, dễ phân tán trong nước và rượu, chủ yếu được dùng để điều chỉnh độ nhớt của sản phẩm mà không tạo gel. Mức độ sử dụng của CMC là 0,05 đến 0,5% trên toàn bộ sản phẩm Sơ đồ quy trình công nghệ Quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành 1 Chần Nghiền ướt Lọc Nấu Phối trộn Bài khí Đồng hóa Nâng nhiệt Rót chai, đóng nắp Tiệt trùng Làm sạch Tách vỏ Đậu nành Sản phẩm Tạp chất Vỏ Bã Nước Syrup, phụ gia Chai, nắp Nước Quy trình công nghệ sản xuất sữa đậu nành 2 Tách vỏ Nghiền ướt Lọc Nấu Phối trộn Bài khí Đồng hóa Nâng nhiệt Rót chai, đóng nắp Tiệt trùng Làm sạch Ngâm Đậu nành Sản phẩm Tạp chất Vỏ Bã Nước Syrup, phụ gia Chai, nắp Nước Thuyết minh quy trình công nghệ Tiêu chí lựa chọn nguyên liệu Trong sản xuất, đậu nành phải được lựa chọn đúng tiêu chuẩn. Chất lượng hạt đậu nành ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm, đặc biệt là giá trị cảm quan. Hạt phải khô, sạch, không sâu, không mọt, không có mùi hôi thối. Vỏ hạt nguyên vẹn, nhẵn và có màu vàng sẫm. Độ ẩm không lớn hơn 17%. Hạt nứt không quá 5% khối lượng, hạt hư hỏng không quá 2% khối lượng, hạt xanh không quá 2%. Tạp chất không quá 3% khối lượng. Thuyết minh quy trình công nghệ thứ nhất Làm sạch Mục đích : chuẩn bị cho quá trình tách vỏ Loại bỏ các tạp chất có trong đậu nành hay bám trên bề mặt vỏ đậu nành (đá, đất, bụi, hạt cỏ, kim loại). Loại bỏ được một số vi sinh vật bám trên bề mặt vỏ đậu nành. Các biến đổi trong quá trình làm sạch Chủ yếu là biến đổi về cảm quan, các biến đổi khác hầu như không đáng kể Cảm quan : Làm cho hạt sạch hơn, sáng hơn, tăng giá trị cảm quan, đồng thời cũng tăng chất lượng sản phẩm. Thiết bị Phương pháp thực hiện: đậu nành được đưa qua hệ thống làm sạch để loại bỏ tạp chất. Thiết bị : được cấu tạo như sau: Cơ cấu nạp liệu. Quạt hút : hút những tạp chất nhẹ như rác, cát nhuyễn… Sàng (3 sàng): loại bỏ những tạp chất nặng như đất, đá… Đậu được thu ở sàng thứ ba. Tách vỏ Mục đích : khai thác Làm giảm bớt hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose), tăng khả năng tiêu hóa. Rút ngắn thời gian gia nhiệt, làm giảm biến tính protein. Giảm hàm lượng vi sinh vật có trong sữa đậu nành do loại bỏ lượng vi sinh vật bám trên vỏ đậu. Các biến đổi trong quá trình tách vỏ Vật lý : Trong quá trình tách vỏ, nhiệt độ của nguyên liệu tăng lên đáng kể (95oC) nhờ không khí nóng. Hóa học : Dưới tác dụng của nhiệt độ, liên kết giữa lớp vỏ và lá mầm bị phá vỡ, lớp vỏ đậu nành bắt đầu bị nứt. Trong quá trình gia nhiệt hạt đậu nành được đảo trộn liên tục nên một phần vỏ sẽ tự tách ra do các hạt ma sát với nhau. Đặc biệt trong quá trình này, một số hợp chất tạo mùi đặc trưng được tạo thành, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Tuy nhiên, không nên gia nhiệt quá cao hay thời gian gia nhiệt quá dài để sản phẩm không có mùi khét. Hóa lý : Xảy ra quá trình thoát ẩm từ bên trong hạt ra môi trường ngoài, độ ẩm của đậu nành 12–13%. Hóa sinh : Một số protein bị biến tính do nhiệt độ cao. Cảm quan : Loại bỏ mùi đậu, vị đắng, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Sản phẩm có màu sáng hơn. Đồng thời, trong quá trình gia nhiệt, một số hợp chất tạo mùi đặc trưng được hình thành, làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm. Thiết bị Phương pháp thực hiện : quá trình tách vỏ hạt đậu nành được xử lý qua hai giai đoạn : Gia nhiệt : Thực hiện trong thiết bị gia nhiệt băng tải bằng không khí nóng Nhiệt độ không khí : 95oC Thời gian gia nhiệt : 15 phút Vận tốc dòng khí : 0.5 – 1.5 m/s Vận tốc băng tải : 4 – 6 m/phút Tách vỏ : Thực hiện trong thiết bị tách vỏ. Thiết bị Thiết bị gia nhiệt băng tải bằng không khí nóng Cấu tạo Hệ thống 3 băng tải vận chuyển nguyên liệu chuyển động ngược chiều nhau, dài 20–30 m/băng tải, rộng 1–3m. Buồng gia nhiệt. Quạt vận chuyển không khí nóng vào thiết bị. Bộ phận lọc không khí. Bộ phận gia nhiệt không khí. Nguyên tắc hoạt động : Đậu nành sau khi làm sạch được vận chuyển theo hệ thống gầu tải vào cửa nhập liệu của thiết bị gia nhiệt. Trong thiết bị gia nhiệt, đậu nành được vận chuyển bằng hệ thống 3 băng tải chuyển động ngược chiều nhau, khi đi hết băng tải này nguyên liệu rơi xuống băng tải khác đến khi ra khỏi thiết bị. Không khí qua bộ phận lọc được gia nhiệt (95oC) trước khi vào thiết bị. Dòng không khí được phân phối đều nhờ hệ thống phân phối đảm bảo cho quá trình gia nhiệt diễn ra đồng đều. Không khí sau khi trao đổi nhiệt với nguyên liệu sẽ thoát ra ngoài theo ống dẫn khí. Vận tốc băng tải được điều chỉnh thích hợp đảm bảo nguyên liệu được gia nhiệt đủ thời gian trước khi ra khỏi thiết bị. Thiết bị tách vỏ Cấu tạo Phễu nhập liệu. Bộ phận phân phối. Hai trục cán cao su. Quạt để hút vỏ ra khỏi buồng tách vỏ. Bộ phận điều khiển khoảng cách giữa hai trục cán. Nguyên tắc hoạt động : Hạt đậu nành sau khi được gia nhiệt làm nứt vỏ được chuyển vào thiết bị tách vỏ đôi trục cao su. Hạt đậu nhập liệu qua phễu rồi qua bộ phận phân phối đi vào khe hẹp giữa hai trục, dưới tác dụng nén xé vỏ bị tách ra khỏi nhân. Dưới tác dụng của dòng không khí, vỏ được quạt hút ra ngoài, nhân không bị hút rơi xuống và được thu hồi. Chần Mục đích : chuẩn bị Làm mềm đậu, tăng hiệu suất quá trình nghiền. Giảm chi phí năng lượng trong quá trình nghiền. Tiêu diệt vi sinh vật. Giảm hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose). Trong quá trình chần, hóa chất thường được sử dụng là natri bicarbonate (0,05%), nhằm mục đích : cải thiện màu sắc, mùi vị cho sản phẩm; vô hoạt nhanh các chất ức chế enzyme Trypsin (Trypsic) và các enzyme Lipoxygenase. Các biến đổi trong quá trình chần Vật lý : Trong quá trình chần, hạt đậu nành hút nước, trương nở dẫn đến sự tăng về kích thước, khối lượng từ 2 – 3 lần. Hạt đậu trở nên mềm hơn. Hóa lý : Hạt đậu nành bị hydrate hóa đáng kể. Trong quá trình này một số oligosaccharide như raffinose, stachyose là nguyên nhân gây khó tiêu được trích ly ra khỏi hạt đậu nành. Hóa sinh : Dưới tác dụng của pH kiềm, các enzyme Lipoxygenase, các chất ức chế enzyme Trypsin sẽ bị vô hoạt. Đồng thời, một số protein cũng bị biến tính. Cảm quan : Giảm mùi đậu gây khó chịu. Thiết bị Phương pháp thực hiện : quá trình chần được thực hiện trong thiết bị chần băng tải qua 3 giai đoạn Gia nhiệt sơ bộ ở 55 – 65oC trong 3 – 5 phút. Chần ở 95oC trong 5 phút. Làm nguội trong 3 phút. Lượng nước tiêu hao: 1 m3/10 tấn sản phẩm. Lượng nhiệt tái sử dụng: 70%. Lượng hơi tiêu hao cho gia nhiệt: 0,05 – 0,06 kg hơi/kg sản phẩm. Thiết bị Cấu tạo Băng tải vận chuyển nguyên liệu. Hệ thống vòi phun để phân phối nước trong 3 giai đoạn xử lý nhiệt. Thiết bị gia nhiệt cho nước chần. Bộ phận trao đổi nhiệt: gia nhiệt cho nước trong giai đoạn gia nhiệt sơ bộ. Nguyên tắc hoạt động : Sau khi vào cửa nhập liệu, hạt đậu nành được gia nhiệt sơ bộ bằng nước nóng (70oC) phun qua vòi từ trên xuống. Sau đó, đậu nành được chần bằng nước nóng 95oC từ trên xuống. Nước chần được gia nhiệt bằng hơi. Để tiết kiệm năng lượng, lượng nước sau khi chần sẽ thu hồi và tiếp tục được gia nhiệt, bơm tuần hoàn trở lại thiết bị chần. Sau khi chần, đậu nành qua giai đoạn làm nguội. Do nước thu được trong quá trình làm nguội có nhiệt độ cao nên được tái sử dụng cho giai đoạn gia nhiệt sơ bộ ban đầu. Nghiền ướt Mục đích : khai thác. Giảm kích thước của hạt đậu nành. Trích ly các chất trong đậu nành vào nước. Các biến đổi trong quá trình nghiền Vật lý : giảm kích thước của hạt đậu nành thành những hạt mịn, dịch lỏng tăng nhiệt độ do sử dụng hơi và nước nóng trong quá trình nghiền. Hóa học : phân huỷ một số chất mẫn cảm với nhiệt độ. Hóa lý : trích ly các chất dinh dưỡng trong đậu nành vào dịch sữa. Sinh học : một số vi sinh vật bị tiêu diệt. Hóa sinh : vô hoạt enzyme lipoxygenase nên phản ứng tạo mùi không diễn ra. Thiết bị Phương pháp thực hiện Quá trình nghiền ướt được thực hiện bởi thiết bị nghiền đĩa trục quay. Nhiệt độ của nước cung cấp cho quá trình nghiền : 80oC. Tỉ lệ nước : đậu = 1 : 8 (w/w). Thiết bị Cấu tạo Bộ phận nhập liệu. Vít xoắn: đẩy nguyên liệu vào đĩa nghiền. Cần điều chỉnh khe hở nghiền. Đĩa nghiền nguyên liệu (2 đĩa đứng, 2 đĩa quay). Puli dẫn động và đai truyền động. Cơ cấu tháo sản phẩm. Nguyên tắc hoạt động : Nguyên liệu từ bộ phận nhập liệu rơi xuống vít xoắn. Vít xoắn có nhiệm vụ đẩy hạt vào khoang nghiền. Hai đĩa nghiền cố định, hai đĩa khác được puli dẫn động, nhờ vậy nguyên liệu được đĩa nghiền thành bột theo yêu cầu. Sản phẩm sau khi ra khỏi đĩa nghiền được đẩy vào cửa tháo liệu. Khe nghiền có thể được điều chỉnh nhờ cần gạt để đạt kích thước hạt theo yêu cầu. Trong quá trình nghiền, nước nóng được bổ sung vào cùng với nguyên liệu nhằm trích ly các chất trong nguyên liệu vào nước. Lọc Mục đích : khai thác. Loại bỏ bã lọc ra khỏi dịch sữa sau khi nghiền. Tăng hiệu quả truyền nhiệt trong quá trình nấu. Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm. Các biến đổi trong quá trình lọc Vật lý : sự thay đổi về thể tích, khối lượng => giảm. Hóa học : hầu như không thay đổi về thành phần hóa học, tuy nhiên có tổn thất một ít protein, vitamin, chất màu…theo cặn. Hóa lý : thay đổi trạng thái từ dung dịch dạng huyền phù sang lỏng. Sinh học : một số vi sinh vật không có lợi bị loại bỏ theo bã lọc. Hoá sinh : hầu như không thay đổi. Cảm quan : sự thay đổi về trạng thái, màu sắc…=> dung dịch trở nên đồng nhất, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Thiết bị Phương pháp thực hiện : sử dụng máy ly tâm để lọc dịch sữa Thiết bị Cấu tạo Buồng lọc. Ống cấp dịch để cung cấp dịch cần lọc vào thiết bị. Ống tháo dịch và màng lọc để tháo sản phẩm của quá trình lọc. Ống tháo bã để tháo bã ra khỏi thiết bị. Trục vít xoắn để tách bã ra khỏi dịch cần lọc. Động cơ để quay trục vít xoắn. Nguyên tắc hoạt động : Dịch lọc qua bộ phận cấp dịch vào buồng lọc. Trục vít xoắn quay tạo ra lực ly tâm làm cho các hạt rắn chuyển động ra khỏi tâm buồng lọc và va vào thành thiết bị. Những hạt rắn này sẽ được trục vít đẩy về ống tháo bã. Phần lỏng còn lại tiếp tục qua màng lọc theo ống tháo sản phẩm ra ngoài. Nấu Mục đích : chế biến và hoàn thiện Tăng khả năng hấp thu. Loại bỏ những chất mùi không mong muốn. Các biến đổi trong quá trình nấu Vật lý : nhiệt độ của dịch sữa tăng, độ nhớt của dung dịch giảm. Hóa học : phân huỷ một số chất mẫn cảm với nhiệt độ, một số chất có thể bị thay đổi dưới tác dụng của nhiệt độ nhưng không làm ảnh hưởng nhiều tới sản phẩm. Sinh học : tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật có trong sữa. Hóa sinh : vô hoạt enzyme, khử hoạt tính của chất ức chế trypsin, protein bị biến tính sơ bộ tăng khả năng hấp thu cho người sử dụng. Thiết bị Phương pháp thực hiện : Quá trình được thực hiện ở nhiệt độ 87 – 93oC, trong 20 phút. Thiết bị Cấu tạo : thiết bị vỏ áo gia nhiệt bằng hơi nước : hơi đi phía ngoài, dịch sữa đi bên trong. Bên trong thiết bị có cánh khuấy để tăng hệ số truyền nhiệt trong quá trình nấu. Nguyên tắc hoạt động : Đầu tiên dịch sữa sẽ được đưa vào bên trong thiết bị. Tác nhân gia nhiệt là hơi nước đi phía vỏ, đưa dung dịch lên nhiệt độ yêu cầu trong thời gian 20 phút. Cánh khuấy hoạt động liên tục, từ lúc sữa được đưa vào trong thiết bị cho đến khi tháo ra ngoài. Phối trộn Mục đích : hoàn thiện Cải thiện, làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm (màu, mùi vị…). Tăng giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm. Các biến đổi trong quá trình phối trộn Vật lý : độ nhớt của dung dịch tăng. Hoá học : hàm lượng chất khô tăng. Cảm quan : tăng giá trị cảm quan của sản phẩm (màu, mùi…). Thiết bị Phương pháp thực hiện Sau khi nấu, ta thực hiện quá trình phối trộn sữa với syrup (25%), phụ gia. Lượng nước đường bổ sung trong giai đoạn này theo tỉ lệ khối lượng nước đường : khối lượng đậu ban đầu là 5 : 1. Các phụ gia sử dụng : CMC: Lượng sử dụng là 0,1% trên toàn bộ sản phẩm. Kali sorbat: Lượng sử dụng là 500ppm. Thiết bị : quá trình phối trộn được thực hiện trong nồi nấu. Ngay khi quá trình nấu kết thúc, ta tiến hành đưa syru