Đề tài Sản xuất koumiss

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Lớp: HC06TP Bài báo cáo CÔNG NGHỆ LÊN MEN THỰC PHẨM Đề tài Sản xuất koumiss Giảng viên : Lê Văn Việt Mẫn Người thực hiện: Hoàng Ngọc Thạch Nguyễn Quang Tuyến Bùi Minh Trường Trương Thiên Vũ Lưu Hồng Mẫn 2 MỤC LỤC Nội dung Trang MỞ ĐẦU ....................................................................................... 5 I. Giới thiệu về nguyên liệu.......................................................... 6 1. Sữa ......................................................................................... 6 1.1. Tính chất lí hoá của sữa............................................... 6 1.2. Thành phần hoá học của sữa ....................................... 7 2.Vi sinh vật .............................................................................. 12 2.1. Hệ vi sinh vật trong koumiss ...................................... 12 2.2. Đặc điểm của một số loài vi sinh vật trong koumiss ................................................................................ 14 2.3. Các tiêu chí chọn hệ vi sinh vật trong sản xuất koumiss ........................................................................... 17 2.4. Các tính chất sinh lý của hệ vi sinh vật trong sản xuất koumiss ................................................................. 18 II. Quy trình công nghệ ................................................................ 20 III. Giải thích quy trình................................................................. 21 1. Cơ chất .................................................................................. 21 2. Koumiss ................................................................................ 21 2.1. Thanh trùng................................................................... 21 2.2. Khuấy trộn .................................................................... 24 2.3. Lên men ........................................................................ 25 2.4. Làm nguội ..................................................................... 27 2.5. Đóng gói........................................................................ 28 2.6. Lên men ........................................................................ 30 2.7. Làm lạnh ....................................................................... 31 3. Thiết bị vận chuyển.............................................................. 32 IV. Sản phẩm ................................................................................. 33 1. Thành phần dinh dưỡng và chất lượng ......................... 33 2. Ứng dụng.......................................................................... 34 V. Thành tựu công nghệ .............................................................. 35 VI. Tài liệu tham khảo .................................................................. 36 3 DANH SÁCH BẢNG Bảng số Tựa bảng Trang 1 Mối liên hệ giữa các đơn vị đo độ chua và sữa ................ 6 2 Thành phần của một số loại sữa ......................................... 7 3 Các thành phần chính của một lít sữa................................ 8 4 Hệ vi sinh vật của koumiss ................................................. 14 5 Phân loại koumiss theo mức độ lên men........................... 34 4 DANH SÁCH HÌNH Hình số Tựa hình Trang 1 Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus ......................15 2 Lactobacillus rhamnosus .......................................................15 3 Lactobacillus paracasei subsp paracasei ............................16 4 Saccharomyces unisporus......................................................16 5 Kluyveromyces marxianus .....................................................17 6 Một số hình dạng bản mỏng ..................................................23 7 Nguyên tắc chảy của mẫu khảo sát và chất tải nhiệt ...........23 8 Ví dụ về sơ đồ dòng chảy của sữa và chất tải nhiệt ............24 9 Thiết bị lên men ......................................................................27 10 Cơ cấu rót chính xác có bình lường-van trượt.....................30 11 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng tải ......................33 5 MỞ ĐẦU Koumiss ( còn được biết đến là koumyss,kumiss,kumys, kumyz, kimiz hoặc coomys) là một thức uống sữa lên men được đề cập đầu tiên vào thế kỷ thứ 5 trước công nguyên như là một thức uống yêu thích của các vị thần. Vào thế kỷ thứ 7, koumiss đã trở thành một loại nước phổ biến của các bộ tộc người Mongolian, nơi mà sản phẩm được biết đến dưới tên airag, arrag, irag, chige hoặc chigo.Nó cũng được tiêu thụ trong các thành phố của vùng Caucasus-Kazakhstan, Azerbaijan, Turkey (kumyz) – và tại China (ma tung) (Tooner, 1994).Koumiss truyền thống được sản xuất từ sữa ngựa và ở Mongolian ,nó cũng được sản xuất từ sữa lạc đà. Tại Châu Âu và Bắc Mỹ, một sản phẩm giống koumiss được làm từ sữa bò nguyên chất hoặc sữa không kem (see also Mann, 1989; di Cagno et al., 2004). Những loại sản phẩm khác nhau tương tự như koumiss cũng được làm ở Châu Á dựa trên mối tương quan nhỏ giữa các loại da. Ví dụ bao gồm Chal, cái được sản xuất từ sữa lạc đà, sữa lên men và Kurunga Koumiss là một thức uống có bọt, màu trắng xám,mùi vị dễ chịu và mùi thơm đặc trưng. Theo truyền thống , sản phẩm này có được bằng sự lên men trong một cái vại làm từ da ngựa. Nhưng bây giờ nó được làm trên một cái vảy da lớn ở một vài nơi trên thế giới từ sữa ngựa. Nó là một thực phẩm quan trọng ở Nga và Mông Cổ, nơi có những đàn ngựa được chăm sóc đặc biệt để lấy sữa làm sản phẩm koumiss. Điểm đặc biệt của koumiss là nó giống kefir, cũng được sản xuất bằng sự lên men acid-alcohol. Koumiss được quan tâm như là một thực phẩm có tác dụng chữa bệnh cao và là một thức uống giải khát có giá trị dinh dưỡng cao ở Nga. 6 I. Giới thiệu về nguyên liệu: 1.Sữa: 1.1/ Tính chất lí hoá của sữa a) Sữa là hệ phân tán cao Các thành phần của sữa tuy có tính chất khác nhau nhưng khi hòa vào môi trường nước được thể đồng nhất và phân tán cao. Lactose và glucose tan trong nước ở dạng phân tử, còn muối của acid hữu cơ, vô cơ tồn tại ở dạng ion. Protein dạng keo, chất béo sữa dạng hạt phân tán cao. b) Độ chua của sữa Có nhiều đơn vị để biểu diễn độ chua của sữa như độ Soxhlet Henkel ( o SH), độ Thorner ( o T), độ Dornic ( o D). Thông thường độ chua của chuẩn độ được định nghĩa là số ml dung dịch NaOH 0.1N dùng để trung hòa acid của 100ml dịch sữa. Sữa thường có độ chua trung bình là 16÷18 0 T (độ Thorner). c)Tính oxi hoá khử của sữa Do trong sữa chứa nhiều chất có khả năng khử hay oxi hóa như: acid ascorbic, tocopherol, riboflavin, cystin, men…..làm cho sữa cũng có tính chất đó. d) Khối lượng riêng Khối lượng riêng của sữa phụ thuộc hàm lượng chất béo cũng như các chất tan trong sữa. Trung bình sữa có khối lượng 7 riêng d = 1,027÷1,032, số liệu này thay đổi tùy giống, loài, thời kỳ cho sữa. Khi pha thêm nước vào sữa sẽ làm thay đổi giá trị này. e) Áp suất thẩm thấu và nhiệt độ đóng băng Áp suất thẩm thấu (Ptt) của sữa được tạo ra bởi những chất phân tán cao như đường lactose, muối. Bình thường Ptt = 6 atm ở 0 o C. Nhiệt độ đóng băng của sữa là -0,55 o C. Căn cứ vào nhiệt độ đóng băng có thể biết được sữa có bị pha thêm nước vào hay không. f) Tính kháng khuẩn Sữa khi mới vắt xong, thường vi sinh vật không phát triển được mà có thể bị tiêu diệt vì trong sữa có chất kháng thể. 1.2/ Thành phần hoá học của sữa Nguyên liệu sử dụng chính trong sản xuất Kefir là sữa, thành phần cơ bản trong sữa các loài động vật bao gồm nhóm chủ yếu như bảng 2 Bảng 2: Thành phần của một số loại sữa 8 9 a) Đường lactose Lactose là một disaccharide do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết với nhau tạo thành. Trong sữa đường lactose tồn tại dưới hai dạng: - Dạng α-lactose monohydrat C12H22O11.H2O (phân tử α-lactose ngậm một phân tử H2O) - Dạng β-lactose anhydrous C12H22O11 (phân tử β-lactose khan). Tỷ lệ hàm lượng giữa α-lactomonohydrate và β-lactose anhydrous trong sữa phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của sữa. Khi hoà tan đường α-lactose monohydrat dạng tinh thể vào nước, góc quay cực của dung dịch sẽ là +89,4 o Nếu giữ dung dịch này ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ góc quay cực sẽ giảm xuống giá trị +55 o . Đó là do một số phân tử α-lactose monohydrat đã chuyển sang dạng β-lactose anhydrous. Khi đó dung dịch sẽ tồn tại cân bằng: L-α-lactose monohydrat ↔ L-β-lactose anhydrous Việc giảm giá trị góc quay cực của dung dịch α - lactose monohydrat sẽ diễn ra với tốc độ nhanh hơn nếu pH được kiềm hoá về giá trị 9,0 hoặc dung dịch được gia nhiệt ở 75 o C. Lactose là đường khử, độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các disacharide và monosacharide thường gặp. Nếu như độ ngọt của saccharose được đánh giá với chỉ số 100, của maltose là 32, glucose là 74 và fructose là 173 thì độ ngọt của lactose chỉ đạt 16. Lactose có thể bị thuỷ phân tạo ra 2 monosacharide là glucose và galactose bởi enzim β -galactoside (lactase) Các đường đơn giản như glucose, fructose, saccharose, có nhiều trong thực vật (hoa, trái cây các loại). Tuy nhiên chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên Ngoài lactose, trong sữa còn có glucose (hàm lượng trung bình 70mg/l), galactose (20mg/l) và các hợp chất glucid chứa Nitơ như N-acetyl glucosamine, N-acetyl galactosamine, acid N-acetyl neuraminic... Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp, chỉ ở dạng vết. 10 b)Chất béo Là thành phần quan trọng, về dinh dưỡng chất béo có độ sinh năng lượng cao, chứa các vitamin trong chất béo (A, D, E). Với sản phẩm sữa lên men, chất béo ảnh hưởng tới mùi vị, trạng thái sản phẩm. Có 98÷99% chất béo là triglyxerid, 1÷2% còn lại là các phospholipid, cholesterol, vitamin A, D, E, K. Trong sữa có 18 acid béo. Mỗi glyxerol có thể kết hợp với 3 acid béo cùng loại hoặc khác loại nên số glyxeride khác nhau là vô cùng lớn. Lớp váng sữa trên bề mặt có nhiều thể hình cầu kích thước khác nhau nổi tự do trong sữa, mỗi thể cầu được bao bọc bằng một màng mỏng. Thể cầu mỡ này có màng bao từ protein và các phosphatide (rất bền) có tác dụng bảo vệ giữ cho chúng không bị phá hủy bởi các enzim trong sữa (đường kính cầu mỡ 0,1÷20μm (trung bình 3÷4 μm), có 3000 đến 4000 triệu cầu mỡ/1ml sữa, là thành phần nhẹ nhất trong sữa (tỷ trọng 0,925g/cm 3 ) và có xu hướng nổi lên bề mặt. Phần còn lại ngoài các cầu mỡ là sữa gầy. Acid béo chiếm 98÷99% tổng chất béo, khác với mỡ động vật là chứa nhiều acid béo no khối lượng phân tử thấp. c)Protein Bao gồm casein từ 2÷4,5%, α-lactose albumin: 0,5%÷1% β- lactose globulin 0,1%, khoảng 0,1% là các protid khác. Protein sữa là loại protid hoàn thiện chứa hầu hết các loại acid amin có trong tự nhiên và có tỉ lệ cân đối thích hợp cho sự hấp thu và đồng hoá của cơ thể người. Casein có tính chất keo, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến sữa. Casein thường ở dạng phức chất casein-calci-phosphat bền vững với hai lớp bảo vệ (lớp điện tích trái dấu và lớp nước liên kết. Sữa đã tách casein biến thành dạng trong, nước còn lại chứa các protein hoà tan như α-lactose-globulin và globulin kháng thể được gọi là các protein nước sữa (whey). Các chất chứa nitơ phi protein bao gồm các acid amin tự do, creatin, acid uric, polipeptit, ure… Trong tất cả hợp chất trên thì acid amin là có ý nghĩa hơn cả. 11 d)Khoáng Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8÷10g/l các muối trong sữa ở dạng hoà tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein) Trong số các nguyên tố khoáng có trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là calci, phospho và magie. Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại nằm dưới dạng muối hoà tan trong sữa. Các khoáng khác như K, Na, Cl đóng vai trò chất điện ly. Cùng với lactose chúng góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa trong bầu vú động vật với áp lực máu. Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như Zn, Fe, I, Cu, Mo. Chúng rất cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người. Một số nguyên tố độc hại như Pb, As… đôi khi cũng được tìm thấy ở dạng vết trong sữa bò. e)Vitamin Vitamin sữa được chia làm hai nhóm: Vitamin hoà tan trong nước gồm B1, B2, B3, B5, B6, C…và vitamin hoà tan trong chất béo gồm A, D, E, K. Nhìn chung hàm lượng vitamin nhóm B trong sữa bò thường ổn định do chúng được tổng hợp chủ yếu bởi vi khuẩn trong ngăn thứ nhất dạ dày của nhóm động vật nhai lại và không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Tuy nhiên, hàm lượng vitamin tan trong chất béo bị ảnh hưởng sâu sắc bởi thành phần thức ăn và điều kiện thời tiết. f)Hormone Hormone do các tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật. Trong sữa bò ta có thể tìm thấy nhiều loại hormone, chúng được chia thành 3 nhóm là proteohormone, hormone peptide và hormone steonide, trong số đó prolactine được nghiên cứu nhiều hơn cả. Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là 50mg/l, trong sữa non là 23mg/l. Đa số bị mất hoạt tính khi thanh trùng ở nhiệt độ thấp (60÷65 o C). 12 g)Các hợp chất khác Trong sữa bò còn chứa các chất khí, chủ yếu là CO2, O2 và N2. Tổng hàm lượng chúng chiếm từ 5÷6% thể tích sữa. Các chất khí trong sữa thường tồn tại ở 3 dạng: dạng hoà tan, dạng liên kết hoá học với các chất khác và dạng phân tán. Khí ở dạng hoà tan hay phân tán thường gây ra một số khó khăn trong các qui trình chế biến sữa. Do đó sữa tươi thường được qua xử lý bài khí trước khi chế biến. Thỉnh thoảng người ta còn phát hiện trong sữa có các hợp chất hoá học khác như: - Chất kháng sinh: penicilline, chloramphenicol... - Chất tẩy rửa: nước Javel, kiềm... - Pesticide: heptachlore và các epoxyde, aldride duldrine, chlordane. - Kim loại nặng - Nguyên tố phóng xạ, nitrat, độc tố vi sinh vật. Những hợp chất này gây độc cho người sử dụng. Hàm lượng chúng trong sữa thường ở dạng vết và thường nhiễm vào sữa từ nguồn thức ăn, thiết bị, dụng cụ chứa và môi trường chuồng trại... 2.Vi sinh vật: 2.1/ Hệ vi sinh vật trong koumiss: Hệ vi sinh vật của koumiss không được xác định một cách chính xác,nhưng nó bao gồm các thành phần chính sau đây: • Lactobacilli (Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus và Lb. acidophilus), các nấm men lên men lactose (Saccharomyces spp., K. marxianus var. marxianus và Candida koumiss); • Nấm men không lên men lactose Saccharomyces cartilaginosus; • Các nấm men không lên men carbohydrate (Mycoderma spp.) (Koroleva, 1991; Varnam & Sutherland, 1994; Oberman & Libudzisz, 1998). Montanari et al. (1996, 1997) và Montanari và Grazia (1997) đã lấy 94 mẫu koumiss truyền thống giống nhau ở Kazakhtans để nhận dạng Saccharomyces unisporus( nấm men lên men galactose) 13 là vi sinh vật chính chịu trách nhiệm cho sự lên men rượu của sản phẩm. Một cách ngẫu nhiên, các nấm men không lên men lactose gia tăng làm giảm sự lên men rượu và còn làm cho sự lên men đó không đồng nhất so với S.cerevisiae. Trong quá trình lên men chậm đó, các chất trao đổi như glycerol, succinic acid và acetic acid được sản xuất nhiều hơn (Montanari & Grazia, 1997). Gần đây, Ishii et al. (1997) và Ishii (2003) đã nhận dạng được vi khuẩn acid lactic và các nấm men từ sản phẩm địa phương chigo (koumiss làm từ sữa ngựa ở Mongolian và China), và tìm được 43 chủng trong phòng thí nghiệm (LAB), bao gồm Lactobacillus rhamnosus, Lb. paracasei subsp. paracasei, Lb. paracasei subsp. tolerans và Lb.curvatus. Nhìn tổng thể, số lượng trong phòng thí nghiệm trung bình là 1.6 × 10 7 cfu mL –1 .Ngoài ra, 20 chủng nấm men (chủng lên men lactose) đã được xác định, chúng bao gồm K. marxianus subsp. lactis và C. kefir, số lượng của chúng trong phạm vi giữa 3.9 và 8.0 × 10 6 cfu mL –1 . Nồng độ rượu trong các mẫu thay đổi trong khoảng 0,5 và 2,2 g 100 mL –1 (tìm thấy trong Watabe et al., 1998; Ishii, 1999; Fang et al., 2002; LinLin và MingSheng, 2003). Trong Koumiss được làm ở Mongolia, lactococci đã được tách ra, sự hiện diện của nó không được mong muốn, bởi vì tính chất tạo ra acid rất nhanh của chúng, nó làm chậm sự phát triển của nấm men điều cấn thiết để đem lại những tính chất đặc trưng của sản phẩm koumiss. Nhiều năm trước đây, koumiss từ mẻ trước thường được sử dụng làm cơ chất nhưng từ khi kiếm được các cơ chất thuần khiết thì việc sử dụng koumiss từ mẻ trước đã sụt giảm thay vào đó là các cơ chất thuần khiết. Các cơ chất thuần khiết có thể ở dạng cô đặc bao gồm Lactobacillus bulgaricus và Saccharomyces lactis .Hệ vi sinh vật của koumiss thương mại là một sự phản ánh hệ vi sinh vật của cơ chất. Các dạng chuyển hóa của vi khuẩn acid lactic và nấm men đã được tách ra từ koumiss thương mại. Hầu hết các canh trường phát triển ban đầu của koumiss được làm từ sữa bò. Các canh trường bao gồm những hỗn hợp pha trộn 14 khác nhau của lactobacilli và nấm men, nó chủ yếu được chọn dựa vào khả năng và chức năng của cơ chất đó. Bảng 4 : Hệ vi sinh vật của koumiss Loài Nấm men Candida kefir Candida buensis Kluyveromyces marxianus subsp.lactis Saccharomyces unisporus Saccharomyces cartilaginosus Các nấm men khác Vi khuẩn Lactobacillus causasicum Lactobacillus curvata Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus Lactobacillus paracasei subsp.paracasei Lactobacillus paracasei subsp.tolerans Lactobacillus rhamnosus 2.2/Đặc điểm của một số loài vi sinh vật trong koumiss: a)Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus: Là một trong vài loài vi khuẩn được sử dụng để sản xuất yogurt. Nó cũng được tìm thấy trong các sản phẩm lên men khác. Được xác định đầu tiên vào năm 1905 bởi bác sỹ người Bulgarian Stamen Grigorov nên nó có tên phía sau là Bulgaria.Về mặt hình thái học, nó là vi khuẩn hình que, gram dương, có thể xuất hiện ở dạng sợi dài, không chuyển động, không tạo bào tử. Nó có một chế độ dinh dưỡng phức tạp bao gồm việc không có khả năng lên men nhiều đường ngoại trừ lactose. Vi khuẩn này cũng được quan tâm về độ dung nạp acid và tính ưa chua, vì thực ra nó đòi hỏi pH 15 (khoảng 5,4-4,6) để phát triển tối ưu. Vi khuẩn ăn đường và sản xuất acid lactic những chất giúp cho việc bảo quản sản phẩm. Hình 1: Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus b)Lactobacillus rhamnosus: Là một vi khuẩn probiotic. Nó được cho rằng có nguồn gốc là một loài phụ của Lactobacillus casei . Nhưng sau này , những cuộc nghiên cứu về di truyền học đã phát hiện ra nó là một loài riêng. L.rhamnosus có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của các vi khuẩn gây hại trong ruột. Nó thường được sử dụng như là một chất bảo quản tự nhiên trong yogurt và các sản phẩm từ sữa khác để kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm.Một vài nghiên cứu đã được thực hiện về tầm ảnh hưởng của nó, trong khi nó thường xuyên được cho là sinh vật có lợi, thì L.rhamnosus đã được phát hiện là có thể gây bệnh trong một số trường hợp cụ thể. Hình 2: Lactobacillus rhamnosus 16 c)Lactobacillus paracasei subsp paracasei: Là vi khuẩn Gram dương, lên men đồng nhất, hình que, có khả năng sản xuất L-lactic acid và chứa 3 plasmid có kích thước tương ứng là 2.2 , 4.36 và 9.1 Kb. Chủng được tách ra từ các mẫu từ hệ vi sinh vật trong dạ dày của người, có thể lên men: ribose, adonitol, galactose, glucose, fructose, mannose, sorbose, mannitol, sorbitol, N-acetyl-glucosamine, esculin, cellobiose, maltose, lactose, sucrose, trehalose, inulin, melezitose, D- turanose and D-tagatose. Hình 3: Lactobacillus paracasei subsp paracasei d)Saccharomyces unisporus: Là một loài nấm men chỉ lên men một cách mạnh mẽ một số monosaccharides. Một trong số đó là galactose. Nó được d