Đề tài Công nghệ sản xuất cream

CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 1 - Mục lục PHẦN 1. Tổng quan về nguyên liệu sữa ............................................................................................2 Nguyên liệu chính: sữa bò tươi nguyên kem ...................................................................................2 I. Thành phần hóa học ..................................................................................................................3 II. Tính chất của nguyên liệu sữa: ...............................................................................................15 III. Tính chất hóa lý và cấu trúc sữa .............................................................................................25 IV. Chỉ tiêu chất lượng ...................................................................................................................28 PHẦN 2. Quy trình công nghệ ..........................................................................................................32 1. Sơ đồ khối ..................................................................................................................................32 PHẦN 3. Thuyết mình quy trình công nghệ ....................................................................................34  Quy trình 1...............................................................................................................34 I. Thanh trùng ..............................................................................................................................34 II. Li tâm kết hợp chuẩn hóa .........................................................................................................37 III. Đồng hóa ..................................................................................................................................43 IV. Rót chai ....................................................................................................................................47 V. Tiệt trùng..................................................................................................................................48  Quy trình 2...............................................................................................................49 I. Thanh trùng ..............................................................................................................................49 II. Li tâm kết hợp chuẩn hóa .........................................................................................................49 III. Tiệt trùng UHT.........................................................................................................................49 IV. Đồng hóa vô trùng....................................................................................................................51 V. Đóng bao bì vô trùng ...............................................................................................................52 VI. Làm nguội ................................................................................................................................52 PHẦN 4. So sánh 2 quy trình ............................................................................................................53 PHẦN 5. Sản phẩm và chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm.....................................................................54 1. Sản phẩm cream .................................................................................................... 54 2. Chỉ tiêu chất lượng của cream ...............................................................................58 PHẦN 6. Thành tựu công nghệ .........................................................................................................59 Tài liệu tham khảo .............................................................................................................................63 CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 2 - PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu chính:sữa bò tƣơi nguyên kem(whole milk) Sữa là nguyên liệu cho công nghệ sản xuất 1 số sản phẩm thực phẩm.Những sản phẩm này đa số được sản xuất trong các nhà máy chế biến sữa và sản phẩm từ sữa. Cách thức vận hành của nhà máy bị chi phối bởi các thuộc tính của sữa nguyên liệu. Vài đặc tính điển hình của công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa như sau: a.Sữa là chất lỏng đồng nhất ( hoặc có thể sẵn sàng để được trở thành hệ đồng nhất). Điều này có nghĩa là vận chuyển và sự trữ sữa thì tương đối đơn giản và rất dễ dàng ứng dụng các quá trình liên tục. b.Các tính chất của sữa khác nhau tùy thuộc vào nguồn thu mua sữa, mùa thu hoạch sữa và điều kiện bảo quản sữa trong suốt thời gian bảo quản.Điều này có nghĩa là các quá trình phải thích hợp với sự khác nhau về các tính chất sữa. c.Sữa có nguy cơ hư hỏng rất cao và tính chất này cũng đúng cho các sản phẩm trung gian của sữa và đúng cho sản phẩm cuối cùng. Điều này yêu cầu sự kiểm soát nghiêm ngặt về các phép vệ sinh và điều kiện dự trữ. d.Sữa nguyên liệu có thể chứa các vi khuẩn gây bệnh và một số trong chúng có thể phát triển mạnh mẽ trong sữa. Điều này yêu cầu sự kiểm soát nghiêm ngặt về vệ sinh và các quá trình phải ổn định. e.Nguyên liệu sữa từ nơi thu mua được phân phối vào nhà máy chế biến sữa trong suốt năm nhưng với số lượng khác nhau ( ở các vùng, quốc gia, thậm chí đôi khi không hề có sự phân phối sữa trong suốt cả 1 khoảng thời gian trong năm). Nhưng vì sữa phải được đưa vào sản xuất trong vòng vài ngày, nghĩa là năng suất sản xuất của nhà máy sữa nói chung không được sử dụng toàn bộ hết trong suốt 1 năm. f.Sữa chứa nhiều hợp phần và nó có thể tách biệt ra thành các phần nhỏ bằng nhiều cách khác nhau. Ví dụ, tách thành cream và sữa gầy, tách thành bột và nước, tách thành sữa đông và whey. Hơn nữa, vài sự thay đổi vật lí và lên men có thể được áp dụng. Điều này giúp da dạng hóa sản phẩm. g.Các sản phẩm sữa được tiêu thụ phải cao, dù nguồn nguyên liệu sữa không cao. CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 3 - h.Có 1 số quá trình đơn vị thường ùng trong công nghệ sản xuất sữa và các sản phẩm từ sữa như xử lí nhiệt thanh trùng, tiệt trùng ; sự thông gió; sự tách cream; sự đồng hóa sữa. Do đó, việc tìm hiểu thật kĩ lƣỡng về khoa học nguyên liệu trong ngành sữa rất quan trọng. I-Thành phần hóa học Bảng 1.1 Thành phần hóa học của sữa bò (% khối lượng) Protein tổng Casein Chất béo Carbohydrate Khoáng 3,4 2,8 3,9 (3,0-3,9) 4,8 0,8 Bảng 1.2 Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò Vitamin Hàm lượng Vitamin Hàm lượng (mg/l) Vitamin Hàm lượng (μg/l) Sữa bò tươi Thành phần tự nhiên Thành phần bên ngoài Thành phần đa lượng Thành phần vi lượng Nước Chất béo Protein lactose Muối khoáng Enzyme Khí Phospholipid Vitamin Acid citric hormone Kháng sinh Thuốc diệt cỏ Côn trùng Chất tẩy rửa CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 4 - A D E K 0,2 ÷ 2,0 mg/l 0,375 ÷ 0,5 μg/l 0,75 ÷ 1,0 mg/l 80 μg/l B1 B2 B3 B5 B6 0,44 1,75 0,94 3,46 0,5 B12 C Biotine Acid folic 4,3 20 30 2,8 Bảng 1.3 Thành phần chính của 1 lít sữa Các thành phần Trọng lượng % Nước Pha lỏng 902 87.4 Glucid (40 – 60 g/l) Dạng tự do: lactose ( do galactose và glucose) ở trạng thái phân tử Dạng kết hợp: galactose, galactosamin, acid sialic ở trạng thái keo, được liên kết với protein < 1 g/l 49 4.75 Chất béo (25 – 45 g/l) Ở dạng cầu béo: là những giọt chất béo có đường kính từ 1 – 10 µm, được bao bằng 1 màng lipoprotein, ở dạng nhũ tương Ở dạng các hợp chất hòa tan trong chất béo: các sắc tố ( β caroten), sterol ( cholesterol), các vitamin 39 3.78 Hợp chất nitơ (25 – 40 g/l) Ở dạng micelle 28g: ở dạng huyền phù, là phức của phosphate calcium liên kết với một liên hợp của các casein Ở dạng hòa tan 4.7g: là những cao phân tử của albumin và imunoglobulin Nitơ phi protein 0.3g: ure, acid uric, creatin… 33 3.2 Chất khoáng (25 – 40 g/l) Ở trạng thái keo và hoà tan: - ở dạng phân tử và ion: acid citric, K, P, Ca, Na, Cl, Mg - ở dạng các nguyên tố trung lượng ( oligo element): Zn, Al, Fe, Cu, I… 9 0.87 Chất khô tổng số (MST) Sữa đã được làm bốc hơi nước 130 12.6 Các chất khác Các chất xúc tác sinh học: các vitamin ( A, D, E, K, B1, B2, PP, B6, B12, C…) và các enzyme Các khí hòa tan: CO2, O2, N2, 4 – 5% thể tích của sữa vết CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 5 - Có nhiều cách tính hàm lượng chất khô của sữa một cách khá chính xác bằng các công thức kinh nghiệm. Ví dụ, công thức của Richmond ( Anh): S 1.21F 0.25a 0.66 hoặc công thức được sử dụng rộng rãi ở Mỹ: 273 S 1.33F 0.40 1000 a Trong đó: S – hàm lượng chất béo khô của sữa % F – hàm lượng chất béo của sữa % a – tỷ trọng của sữa theo độ lactometer Ví dụ, tỷ trọng của sữa đo được theo tỷ trọng kế lactometer là 1.026 g/ml thì a = 0.26 1.1 Lipid Lipid của sữa bao gồm chất béo, các phosphatid, glycolipid, steroid. - Lipid đơn giản (98,5%):triglyceride(95-96%),diglyceride(2-3%), monoglyceride(0,1%), cholesteride(0,03%), ceride(0,02%) -Lipid phức tạp (1,0%) 1.2 Chất béo sữa Chất béo sữa ( milk fat) được coi là thành phần quan trọng. Về mặt dinh dưỡng, chất béo có độ sinh năng lượng cao, có chứa các vitamin hòa tan trong chất béo ( A, D, E). Đối với các sản phẩm sữa lên men, chất béo ảnh hưởng tới mùi vị, trạng thái của sản phẩm. Có tới 98 – 99% chất béo của sữa là các triglyceride, 1 – 2% còn lại là các phopholipit, cholesterol, caroten, vitamin A, D, E và K. Trong sữa có 18 acid béo, Mỗi glixerol có thể kết hợp với ba phân tử acid béo mà ba acid béo này có thể cùng loại hoặc khác loại. Vì vậy số glyceride ( trigixerit) khác nhau là vô cùng lớn. Chất béo của sữa bao gồm các trilixerit, diglyceride, acid béo, sterol, carotenoide, vitamin A, D, E, K và một số chất khác. Khi để yên sữa, một lớp váng sữa ( cream) sẽ được tạo thành trên bề mặt. Dưới kính hiển vi người ta nhận thấy trong ván sữa có rất nhiều thể hình cầu với kích thước khác nhau nổi tự do trong sữa. Mỗi thể cầu mỡ được bao bọc bằng một màng mỏng. CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 6 - Các thể hình cầu đó là các cầu mỡ và màng bao của chúng được tạo thành chủ yếu từ protein và các phosphatid. Màng bao của các cầu mỡ rất bền, có tác dụng bảo vệ, giữ cho chúng không bị phá huỷ bới các enzyme có trong sữa. Các cầu mỡ có đường kính từ 0.1 đến 20 µm (đường kính trung bình từ 3 đến 4 µm). Trong 1 ml sữa có khoảng 3000 – 4000 triệu cầu mỡ. Các cầu mỡ là thành phần nhẹ nhất trong sữa ( tỷ trọng 0.925 g/cm3) và chúng có xu hướng nổi lên trên bề mặt sữa. Kích thước các cầu mỡ có ảnh hưởng đến hiệu suất tách chất béo bằng li tâm. Các cầu mỡ có kích thước lớn hơn dễ dàng bị tách khỏi sữa bằng li tâm. Thành phần màng mỡ bao gồm phospholipid, lipoprotein, protein, acid nucleic, enzyme, các nguyên tố vi lượng và nước. Các acid béo chiếm tới 98 – 99% tổng chất béo của sữa. Chất béo của sữa khác với mỡ của các động vật khác là chứa nhiều acid béo no, có khối lượng phân tử thấp. Các acid béo chủ yếu của sữa được trình bày ở bảng 1.4 và 1.5 Bảng 1.4 Các acid béo chủ yếu trong sữa Các acid béo Số nguyên tử Carbon Điểm nhiệt độ nóng chảy, oC Tỷ lệ so với tổng số, % Các acid béo no Butiric Caproic Caprilic Capric 4 6 8 10 -8 -2 16 31 3.0 – 4.5 1.3 – 2.2 0.8 – 2.5 1.8 – 3.8 Lauric Miristic Palmitic Stearic 12 14 16 18 44 54 63 70 2.0 – 5.0 7.0 – 11.0 25.0 – 29.0 7.0 – 13.0 Các acid béo không no Oleic Linoleic Linolenic 18:1 18:2 18:3 +14 -11 -5 30.0 – 40.0 - 3.0 – 3.0 Từ bảng 1.4 ta nhận thấy: CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 7 - - Bốn acid béo có tỷ trọng cao nhất là miristic, palmitic, stearic và oleic. - Nhiệt độ nóng chảy của các acid béo tăng khi khối lượng phân tử tăng. Còn số lượng nối đôi lại làm giảm nhiệt độ nóng chảy. Bảng 1.5 Thành phần béo trong sữa Lipid % khối lượng Triacylglycerols 97 – 98 Diacylglycerols 0.3 – 0.6 Monoacylglycerols 0.02 – 0.04 Free fatty acids 01 – 0.4 Free sterols 0.2 – 0.4 Sterol esters vết Phospholipids 0.2 – 1.0 Hydrocarbons vết Phân tử chất béo sữa kết hợp lại hình thành những giọt hình cầu lớn, được bao quanh bới 1 màng giàu phospholipid, màng gồm các giọt chất béo sữa. Phân loại các giọt chất béo theo đường kính từ 1µm tới 12µm, với 1 ý nghĩa đường kính trung bình là 3µm. Đường kính trung bình có liên quan đến hàm lượng chất béo của sữa. Đường kính trung bình lớn hơn trong sữa có hàm lượng béo cao. Màng các giọt chất béo sữa làm bền (ổn định) chất béo kị nước trong môi trường huyết thanh sữa. Xấp xỉ 60% phospholipid của sữa và 85% cholesterol sữa được định vị trong màng, màng còn chứa một hàm lượng cao của các enzyme của sữa như là alkaline phosphatase và xanthine oxidase. Thành phần chất béo của màng các giọt chất béo sữa thì tương tự như thành phần béo của màng của huyết thanh, mặc dù thành phần thay đổi trong suốt thời gian tiết sữa. Màng membrane thường được coi là bao phủ liên tục lên toàn bộ bề mặt giọt cầu béo nhưng có thể có những khu vực mà bề mặt bao gồm những hợp phần của tế bào chất, do tế bào hấp thu lên chất béo trước khi bò mẹ tiết ra sữa. Mối quan hệt giữa các giọt cầu béo và pha liên tục của sữa có thể thay đổi bởi nhiều cách tồn trữ hay sản xuất sữa ( hình 1.3) . Ví dụ như tách cream xuất hiện trong sữa không đồng hóa đóng chai là hiện tượng đặc trưng, nhưng sự hình thành váng cream là không mong muốn trong một số sản phẩm. Sự tách cream là kết quả của sự khác biệt tỷ trọng. Pha béo có tỷ trọng thấp hơn và sự khác biệt tỷ trọng làm cho chất béo sữa có thể tách ra khỏi sữa bằng phương pháp li tâm. CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 8 - Hình 1.3: Các chiều hướng biến đổi có thể xảy ra đối với hệ nhũ tương trong suốt qui trình sản xuất và tồn trữ sữa Sự tách cream thực xảy ra nhanh hơn tính toán lý thuyết, có thể vì sự vón cục của các hạt cầu béo dưới ảnh hưởng của immunoglobulin. Quá trình đồng hóa được thực hiện để làm giảm đường kính trung bình của giọt cầu béo xuống dưới 0.8 m. Diện tích bề mặt của các giọt cầu béo đã được đồng hóa lớn hơn, nghĩa là màng bao các giọt cầu béo sữa không đủ làm đại diện cho tính ổn định của sữa, nhưng các protein sữa, cơ bản là casein, sẽ liên kết với các giọt cầu béo. Casein hoạt động như tác nhân nhũ hóa để bền hóa các hạt cầu béo. Các cách xử lý vật lý càng mạnh, hay sốc nhiệt có thể làm phá vỡ màng, làm giải phóng chất béo tự do và phá vỡ hệ nhũ tương. Trung bình 1 g chất béo sữa bao gồm khoảng 4x1011 hạt cầu béo. Trong số đó, 1011 hạt cầu béo có đường kính > 1 m, đường kính trung bình của dung tích bề mặt dn khác nhau giữa các giống bò ( bò Jersey có dn 4.5 m ) . Nhưng trạng thái phân loại kích thước các hạt cầu béo hầu như là không đổi. Dĩ nhiên sự phân bố kích thước của các hạt cầu béo có thể thay đổi bằng các phương pháp xử lí như quá trình đồng hóa. Các số liệu định lượng cho ở bảng 3.2 CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 9 - Bảng 3.2 Kích thước trung bình của các hạt cầu béo trong sữa và các sản phẩm từ sữa * Tầng bề mặt ( màng bao hạt cầu béo) Mỗi hạt cầu béo được bao bọc bởi 1 màng bao. Màng này có chức năng ngăn cản các hạt cầu béo khỏi sự liên kết lại với nhau. Cấu tạo của màng bao hoàn toàn khác với chất béo sữa hay huyết thanh sữa, và nó giống như màng tế bào. Bảng 3.3 cho số liệu các thành phần của màng bao tự nhiên của hạt cầu béo, đó là các thành phần chính Màng bao của hạt cầu béo cũng có thể tìm thấy trong sữa gầy, trong sữa gầy thường có 1/3 của tổng số màng bao vật chất có mặt trong sữa. Không phải tất cả đều có nguồn gốc từ các hạt cầu béo mà chỉ một phần, bởi vì quá trình xử lý nhiệt cho sữa đã làm cho hạt cầu béo mất membrane material. Sự kết tụ của các hạt cầu béo làm giảm diện tích bề mặt của chúng, điều này làm giảm membrane matreial. Các hạt cầu béo cũng có thể bị mất lớp màng bao nếu như tiếp xúc với không khí. Quá trình làm lạnh cũng làm di chuyển membrane material vào huyết thanh sữa ( thay đổi bất thuận nghịch), 20% phospholipid cũng như một có protein, xanthine oxidase và Cu bị giảm xuống. Ngược lại, quá trình làm lạnh gây ra sự hấp phụ các protein khác ( cryoglobulins) lên các hạt cầu béo; nhưng quá trình thì bất thuận nghịch. Việc gia tăng diện tích bề mặt chất béo bằng cách làm giảm kích thước trung bình của hạt cầu béo xảy ra trong quá trình đồng hóa. CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 10 - Bảng 3.3 Các thành phần của màng membrane của chất béo sữa Hình 2: Đường kính trung bình của các hạt cầu béo trong sữa của bò Friesian. * Ảnh hƣởng của chế độ ăn uống của bò lên thành phần chất béo sữa Khả năng làm thay đổi các thành phần kéo theo sự thay đổi tính chất của sữa chất béo sữa là vấn đề quan trọng cần xem xét. Sự thay đổi tính chất vật lý cho ra đời công nghiệp sản xuất các sản phẩm như bơ phết bánh mì, trong khi đó sự gia tăng nồng độ acid oleic và sự giảm nồng độ acid palmitic và acid myristic làm giảm tối thiểu sự tăng mức độ cholesterol trong máu có liên quan đển mức tiêu thụ chất béo sữa. CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 11 - Các acid béo của chất béo sữa có thể chia làm 3 nhóm dựa theo nguồn gốc của chúng: 1 – Các acid béo sinh ra chỉ do tổng hợp “de novo” trong tuyến vú của các giống bò (4:0, 6:0, 8:0, 10:0, 12:0, 14:0, 14:1) 2 – Các acid béo sinh ra do tổng hợp “de novo” trong tuyến vú và từ sự cung cấp máu. 3 – Các acid béo chỉ sinh ra từ sự cung cấp máu (18:0, 18:1, 18:2, 18:3) Sự gia tăng số lượng các acid béo mạch dài đi đến tuyến vú từ thức ăn, thông qua dòng máu trong cơ thể, decreases the the quantity derived bởi tổng hợp “de novo” và vì thế thay đổi thành phần của chất béo sữa. Sự thay đổi chất béo sữa do chế độ ăn uống yêu cầu cho ăn các chất cộng thêm vào cỏ và hầu hết sự thay đổi đó thực hiện được khi lượng cỏ cho ăn là nhỏ nhất. Ví dụ, bổ sung thêm đậu nành hay yến mạch vào bữa ăn dẫn tới kết quả là chất béo sữa chứa tới 60% các acid C18, với dạng cis và trans 18:1 là vượt trộ i hơn. Chất béo sữa chứa tỷ lệ tương đối cao các acid béo chưa bão hòa C18 sản xuất ra được loại bơ có tính chất tương tự với magarine. Một cách khác của sự thay đổi do bữa ăn của chất béo sữa là sinh ra 1 chất béo giàu 18:2 hay 18:3, bằng cách bảo vệ những acid béo này khỏi sự liên kết bằng rumen micraoganism. Điều này có thể thực hiện bằng cách nhốt các chất béo chưa bão hòa trong Natri casenate. Natri casenate được liên kết ngang bằng cách exposure to formaldehyde. Chất chuẩn bị đi qua dạ cỏ nguyên vẹn, nhưng liên kết ngang bị phá hủy trong môi trường acid của túi khế, chất béo đã được nhốt có thể tiêu hóa được. Dưới hầu hết các điều kiện, 20 – 25% chất béo đã được bảo vệ có mặt trong sữa và thường xuyên có sự gia tăng tỷ lệ trong tổng lượng chất béo. 1.3 Phosphatid và glycolipid Các phosphatid và glycolipid đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành màng các cầu mỡ. Trong thành phần của chúng có cả acid béo hòa tan trong chất béo và acid béo hòa tan trong nước. Hàm lượng các phosphatid và glycolipid khoảng 0.031 – 0.05%. Màng của các cầu mỡ chứa xấp xỉ 60% các phosphatid và lượng phosphatid trong sữa đầu gấp 2 – 3 lần trong sữa bình thường. CREAM GVHD : THẦY LÊ VĂN VIỆT MẪN - 12 - Thành phần protein của màng rất phức tạp. Có ít nhất 10 dạng chính và một vài hợp chất phụ. Chủ yếu là các glycoprotein, đặc biệt cho tế bào, và bao gồm butyrophilin, chất xuất hiện để đặc trưng cho các hạt cầu béo sữa. Màng còn chứa một vài cơ chất khác ở hàm lượng vết. Một vài protein của màng là enzyme. Alkaline phosphatase và Xanthine oxidase là 2 enzyme đặc biệt quan trọng trong số đó. Những enzyme này hình thà