Kỹ thuật công nghệ chế biến đậu nành

Chương 2: Kỹ thuật – công nghệ Nguyên liệu: Hạt đậu nành: 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. Sau đây là tiêu chuẩn hạt đậu nành 61TCV-85 của tỉnh Đồng Tháp: 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. Nước: Nước là thành phần quan trọng tham gia vào các quá trình công nghệ sản xuất đậu hủ, thành phần và tính chất của nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ. Chỉ tiêu hóa lý: pH = 6 ÷ 7 Bảng 2.1: Các chỉ tiêu hoá lý của nước Chỉ tiêu Độ cứng chung Clo H2SO4 As Pb F Zn Cu Fe Độ oxy hóa Độ cặn Hàm lượng (mg/l) ≤ 1,5 ≤ 0,5 ≤ 80 ≤0,05 ≤ 0,1 ≤ 3 ≤ 5 ≤ 3 ≤ 0,3 ≤ 0,75 ≤ 600 Chỉ tiêu vi sinh: Bảng 2.2: Các chỉ tiêu vi sinh của nước Loại VSV Coliform tổng số Coliform faecalis E. coli Sulfit-reducing Clostridia Tổng số VSV hiếu khí Lượng cho phép (tb/ml) 0 0 0 0 20 Tác nhân đông tụ: Tác nhân đông tụ là hỗn hợp muối calcium chloride 0.25% và magnesium chloride 0.1% khối lượng sữa, pha thành dung dịch có nồng độ calcium chloride 30%. Chọn qui trình công nghệ sản xuất đậu hủ: Hình 2.1: Sơ đồ qui trình sản xuất đậu hủ của phân xưởng Thuyết minh qui trình công nghệ sản xuất đậu hủ: Ngâm rửa: Mục đích công nghệ: chuẩn bị do: Làm cho hạt mềm ra giảm nhẹ và tăng hiệu suất quá trình nghiền. Loại bỏ 1 phần tạp chất bám trên nguyên liệu giúp nâng cao hiệu suất rửa sạch. Nếu ngâm trong nước nóng thì các chất ức chế trypsine và enzyme lipoxygenase bị vô hoạt, đồng thời tăng sự hòa tan của các hợp chất oligosaccharides vào trong nước như raffinose và stachyose (2 thành phần khó tiêu hóa đối với cơ thể). Các biến đổi chủ yếu: Biến đổi vật lý: Tạp chất bám trên hạt hấp thụ nước nên bở ra phân tán vào nước. Hạt đậu nành hút nước trương nở dẫn đến tăng kích thước, khối lượng. Hạt đậu nành trở nên mềm hơn. Biến đổi hóa lý: Hạt đậu nành bị hydrate hóa do nước ngấm sâu vào hạt liên kết với protein, lipid, glucid bên trong hạt giúp cho quá trình phân tán các thành phần này vào trong dung dịch sữa sau này dễ dàng hơn. Sự hòa tan các oligosaccharide trong nước (raffinose, stachyose). Biến đổi cảm quan: làm cho hạt sạch hơn, sáng hơn, tăng giá trị cảm quan, đồng thời cũng tăng chất lượng sản phẩm. Các yếu tố ảnh hưởng: Lượng nước ngâm: Thường sử dụng với tỷ lệ đậu : nước là 1 : 2.5, không nên dùng cao quá vì các thành phần trong hạt đậu dễ tan ra nước gây tổn thất chất khô đồng thời gây lãng phí trong sản xuất. Nhưng nếu dùng ít quá, hạt đậu ngấm nước không đều, lượng nước không đủ làm cho hạt đậu trương cũng làm giảm hiệu suất thu hồi protein. Thời gian ngâm: Thời gian ngâm dài hay ngắn có ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi protein. Khi nhiệt độ ngoài trời là 15- 25oc chỉ ngâm trong 5 – 6 giờ, khi 25 – 30oC chỉ ngâm 3 – 4 giờ. Nói chung sau khi ngâm hạt đậu có hàm ẩm 55 – 65% là tốt. Nếu thời gian quá ngắn thì chưa đủ phá vỡ các liên kết của các thành phần có trong hạt đậu. Nếu dài quá thì ngoài quá trình trương còn có quá trình hòa tan chác chất khô có trong hạt đậu làm cho nước từ trong tế bào hạt đậu đi ra nâng cao thành phần dinh dưỡng của nước ngâm, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lactic hoạt động sinh ra acid lactic, acid lactic sẽ ngấm vào hạt đậu làm cho protein của hạt đậu bị biến tính gây hiện tượng đậu ngậy sau này không kết tủa được, tổn thất lớn protein (đậu ngậy là danh từ chuyên dùng của ngành sản xuất đậu phụ, ý nói sữa đậu chua không kết tủa được). Nhiệt độ nước ngâm: Nhiệt độ nước ngâm càng cao thì tốc độ hydrate hóa càng nhanh, hạt đậu trương nhanh nhưng độ trương nhỏ, các liên kết của các phân tử chưa bị phá vỡ. Nhiệt độ nước ngâm tốt nhất là 20 – 25oC, chỉ khi nào quá cần thiết theo yêu cầu sản xuất mới tăng nhiệt độ nước ngâm trên 30oC. Nhiệt độ nước ngâm cao cũng làm giảm thời gian ngâm, do đó phải căn cứ vào thực tế kiểm tra hạt đậu mà thay đổi thời gian ngâm cho phù hợp. Thành phần nước ngâm: Nước ngâm phải đạt các chỉ tiêu chất lượng về nước sử dụng trong sản xuất. Để an toàn trong sản xuất, về mùa hè khi ngâm đậu người ta cho thêm một lượng Na2CO3 là 0.75g/lít nước ngâm để chống chua. Khi thấy nước ngâm có hiện tượng sủi bọt phải thay nước ngay để chống chua, thối. Cách thực hiện: Ngâm hạt đậu trong nước có nhiệt độ khoảng 20 – 21oC trong 5 giờ sao cho khối lượng hạt đậu tăng lên 2.2 lần tương ứng với độ ẩm hạt tăng từ 12% đến 60%. Tách đôi hạt đậu kiểm tra thấy mặt đậu bằng phẳng không có vết lõm là được. Thiết bị: Thiết bị ngâm rửa. Nghiền ướt: Mục đích công nghệ: khai thác do phá vỡ hạt đậu nành, giải phóng protein, lipid, glucid và các chất hòa tan khác trong đậu nành vào trong nước. Các biến đổi chủ yếu: Biến đổi vật lý: Kích thước hạt đậu nành giảm đáng kể thành các hạt mịn. Nhiệt độ tăng do ma sát giữa các hạt rắn trong quá trình nghiền. Biến đổi hóa lý: Đây là biến đổi quan trọng vì các chất dinh dưỡng trong đậu nành được trích ly đi vào nước, đậu nành chuyển từ trạng thái các hạt rời thành hỗn hợp huyền phù gọi là sữa đậu nành thô. Biến đổi hóa sinh: có thể xảy phản ứng oxy hóa xúc tác bởi enzyme lioxygenase giải phóng ra khi tế bào hạt đậu nành bị phá vỡ nhưng không đáng kể vì quá trình nghiền được thực hiện trong nước. Cách thực hiện: Nhiệt độ của nước cung cấp cho quá trình nghiền: 20-21oC Tỉ lệ nước : đậu = 4 : 1 (w/w). Các yếu tố ảnh hưởng: Tỷ lệ nước : đậu Ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi protein. Nếu lượng nước cho vào quá ít thì ngoài việc không đủ các phân tử nước để hòa tan số phân tử có trong hạt đậu còn xảy ra hiện tượng ma sát giữa các thành phần trong hạt đậu với thiết bị nghiền làm phát sinh nhiệt, nhiệt này không được truyền dẫn đi nhanh chóng sẽ tích tụ lại làm protein bị biến tính không hòa tan trong nước, sau này sẽ lẫn vào bã gây tổn thất lớn trong sản xuất. Mặt khác cũng do ma sát quá lớn, máy nghiền phải làm việc với một công suất lớn gây tổn hao điện năng và hạ thấp năng suất của máy trong quá trình làm việc. Nếu lượng nước quá nhiều thì độ hòa tan của các thành phần hạt đậu có tăng nhưng sau này phải gia nhiệt một khối lượng nước quá lớn, tổn hao nhiên liệu và thiết bị chứa đựng. Nước quá nhiều trong quá trình nghiền còn làm cho đậu chảy ra gây hiện tượng nghiền không mịn, cấu trúc tế bào hạt đậu chưa bị phá vỡ triệt để, làm giảm hiệu suất thu hồi protein. Thời gian nghiền Nếu thời gian quá ngắn thì sẽ không đủ phá vỡ tế bào và trích ly hiệu quả các chất hòa tan vào dung dịch, quá dài thì độ mịn của hạt không tăng lên mà gây hao phí điện năng trong sản xuất. Bản chất hạt đậu Dịch sữa đậu nành là một hệ huyền phù có chất saponin là chất có tính dễ tạo bọt, các bọt này là một loại nhũ tương khí gồm những bong bóng khí được phân cách nhau bằng một màng chất lỏng là protein, có sức căng bề mặt ngoài rất nhỏ nên có độ bền rất cao, vì vậy ta phải cho chất phá bọt vào làm tăng sức căng bề mặt của các bọt cho nó tự vỡ ra. Chất phá bọt dùng với lượng 0.05% so với đậu hạt, không ảnh hưởng gì đến phẩm chất đậu hủ. Thiết bị: Thiết bị nghiền ướt dạng đĩa. Gia nhiệt: Mục đích công nghệ: chuẩn bị do Các chất có hại có trong đậu như chất ức chế trypsine, hemaglutinine bị phân hủy. Vi sinh vật có hại bị ức chế hoặc tiêu diệt. Khử mùi tanh của đậu nành. Làm tăng chuyển động Brown giữa các phần tử của sữa làm cho số lần va chạm giữa các tiểu phần keo tăng lên, phá vỡ lớp solvat (lớp vỏ nước bao quanh) tạo điều kiện cho các phân tử sữa lại gần nhau để dễ keo tụ hơn. Các biến đổi chủ yếu: Biến đổi vật lý: nhiệt độ của sữa tăng dần theo thời gian, độ nhớt giảm. Biến đổi hóa học: Phân hủy các chất có hại có trong đậu như chất ức chế trypsine, hemaglutinine. Một số vitamin bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt. Biến đổi hóa lý: Một số chất mùi dưới tác dụng của nhiệt sẽ bay hơi. Sự phân tán của chất hòa tan vào trong dung dịch sữa đậu nành. Biến đổi hóa sinh: một số enzyme bị vô hoạt bởi nhiệt độ cao. Biến đổi sinh học: tiêu diệt hầu hết vi sinh vật. Biến đổi cảm quan: sữa có mùi thơm và màu sắc hài hòa. Các yếu tố ảnh hưởng: Thời gian gia nhiệt: Thời gian gia nhiệt không nên quá dài gây biến đổi các chất dinh dưỡng có trong sữa đậu nành, cũng không nên quá ngắn vì cần thời gian để phân hủy các chất độc có trong đậu nành và khử mùi tanh của đậu. Nhiệt độ: Nhiệt độ không nên quá cao vì sẽ gây ra hiện tượng khê cháy, nổi bọt nhiều tạo áp suất lớn bên trong thiết bị. Cách thực hiện : Quá trình được thực hiện ở nhiệt độ 115oC trong 30s. Thiết bị: Thiết bị gia nhiệt dạng vỏ áo, hình trụ, vật liệu thép không rỉ, có cánh khuấy. Làm nguội: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lọc vì quá trình lọc được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hỗn hợp huyền phù sau nghiền. Các biến đổi chủ yếu: biến đổi quan trọng nhất là sự giảm nhiệt độ hỗn hợp xuống 75oC. Thiết bị: Kết hợp với thiết bị gia nhiệt. Lọc: Mục đích công nghệ: Loại bỏ các chất không tan ra khỏi hỗn hợp sau khi nghiền. Giúp cho quá trình truyền nhiệt tốt hơn trong các giai đoạn sau. Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm. Các biến đổi chủ yếu: Vật lý: các chất rắn không tan có kích thước lớn được giữ lại, hỗn hợp từ hệ huyền phù chuyển sang hệ nhũ tương tạo bởi các chất béo và protein của đậu nành. Hóa học: có sự tổn thất protein do bị giữ lại trong bã lọc, giảm hàm lượng tro và các chất không tan có trong sữa. Hóa lý: chất lỏng trở nên đồng nhất, các hạt phân tán tương đối đều trong sữa. Cảm quan: trạng thái của dung dịch trở nên đồng nhất, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. Các yếu tố ảnh hưởng: Kích thước hạt phân tán: Kích thước hạt phân tán sau nghiền quá mịn thì bã lọc tạo ra trở lực lớn gây khó khăn cho quá trình lọc làm kéo dài thời gian lọc. Nhiệt độ của dung dịch huyền phù: Ảnh hưởng tới độ nhớt của dung dịch huyền phù, nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dung dịch sữa giúp thực hiện quá trình lọc dễ dàng hơn. Nhiệt độ sữa đậu nành thô trước khi lọc nên ở 80 – 90oC. Sự rửa bã: Trong quá trình tách dung dịch keo ra khỏi các chất rắn sẽ xảy ra hiện tượng các chất rắn giữ lại trên bề mặt nó các tiểu phân keo, vì vậy phải dùng nước rửa lại bã để tận thu các tiểu phân keo này. Lượng nước rửa bã không nên quá nhiều vì sẽ tốn nhiên liệu và dụng cụ chứa đựng các khâu sau, trong khi lượng protein thu hồi không được bao nhiêu. Bã đậu nói chung sau lọc có thành phần như sau: Protein: 3 – 4% Lipid: 1 – 2% Glucid: 5 – 6% Hàm ẩm: 80 – 90% Nếu thành phần protein lớn sẽ gây tổn thất nguyên liệu. Bã đậu là nguồn thức ăn gia súc rất tốt cần tận dụng ngay, để lâu sẽ bị thối, làm mất vệ sinh xí nghiệp đồng thời làm tổn hao các thành phần dinh dưỡng của bã. Thời gian lọc: Dịch sữa sau khi lọc xong có khoảng 15000 – 20000 vi khuẩn lactic/cm3 do vậy nếu để lâu trong không khí tự nhiên sẽ xảy ra phản ứng: Chính lượng acid lactic sinh ra này sẽ làm thay đổi pH của dịch sữa, làm nó chuyển dần về phía acid và tới gần điểm đẳng điện của protein đậu nành, làm cho sữa bị đông vón lại, thậm chí ngay khi gia nhiệt, chưa kịp cho tác nhân kết tủa vào đã gây ra hiện tượng đông vón với những hoa đậu rất nhỏ, trong ngành sản xuất đậu hủ gọi là "ngậy", ý nói nước sữa đậu đã bị chua hỏng không kết tụ và ép bánh được. Do vậy, sữa kể từ nghiền đến khi nghiền đến khi lọc xong không được kéo dài quá 30 phút về mùa hè, 50 phút về mùa đông. Thiết bị: Thiết bị lọc ly tâm. Bài khí: Mục đích công nghệ: bảo quản Loại khí để không tạo môi trường cho vi sinh vật hiếu khí phát triển. Hỗ trợ cho quá trình tiệt trùng do tăng hệ số truyền nhiệt và giảm áp suất khí trong hộp tránh bật nắp hộp, gây biến dạng. Loại bỏ mùi lạ trong sản phẩm. Hạn chế các phản ứng oxi hóa có thể xảy ra. Các biến đổi chủ yếu: Biến đổi vật lý: thể tích sữa giảm do khí bị loại bỏ. Biến đổi hóa lý: sự bay hơi các hợp chất dễ bay hơi, sự ngưng tụ hơi nước. Các yếu tố ảnh hưởng: Nhiệt độ hỗn hợp: Nhiệt độ càng cao, các chất khí ở dạng phân tán hòa tan và các cấu tử dễ bay hơi càng dễ thoát ra khỏi hỗn hợp. Tuy nhiên nhiệt độ quá cao sẽ xảy ra một biến đổi không có lợi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm do các hợp chất nhạy cảm với nhiệt độ như vitamin bị phân hủy. Áp lực chân không: nếu áp lực chân không quá lớn, một phần hơi nước ngưng tụ sẽ bị tách theo các khí, làm chi phí năng lượng tăng. Cách thực hiện: Kết hợp 2 yếu tố là nhiệt độ và áp lực chân không. Sữa được nâng nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vào thiết bị bài khí có độ chân không là 600 mmHg. Khi đó, các khí ở dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi nước cùng các hợp chất dễ bay hơi khác thoát ra khỏi thiết bị. Toàn bộ hỗn hợp này sẽ được đi vào bộ phận ngưng tụ được đặt ở trên đỉnh thiết bị. Khi đó, nước và một số cấu tử sẽ được chuyển sang dạng lỏng rồi tự chảy xuống phía đáy thiết bị. Còn khí và các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút thải ra ngoài. Thiết bị: Thiết bị bài khí. Tiệt trùng: Mục đích công nghệ: bảo quản do tiêu diệt các vi sinh vật có trong sữa kể cả các vi khuẩn sinh bào tử giúp kéo dài thời gian bảo quản. Các biến đổi chủ yếu: Vật lý: Có sự hình thành gradient nhiệt độ giữa thành thiết bị và tâm chất lỏng, nhiệt độ của dung dịch sữa tăng dần. Có sự tăng thể tích, giảm khối lượng do nước bốc hơi làm tỷ trọng sữa giảm. Độ nhớt giảm vì nhiệt độ tăng. Hóa học : một số chất có thể bị thay đổi, tốc độ các phản ứng oxy hóa, phân hủy tăng dưới tác dụng của nhiệt độ nhưng không đáng kể, không làm ảnh hưởng đến sản phẩm. Hóa lý: Có sự bốc hơi nước và các chất dễ bay hơi. Một số protein có thể tiếp tục bị đông tụ nhưng không đáng kể vì sản phẩm đã trải qua các giai đoạn xử lý nhiệt. Hóa sinh: làm khử hoạt tính của chất ức chế trypsin, cũng như các enzyme phân giải protein. Sinh học : các vi sinh vật có trong sữa sẽ bị ức chế, tiêu diệt. Các yếu tố ảnh hưởng: Lượng vi sinh vật trong mẫu thực phẩm ban đầu: nếu ta đảm bảo điều kiện vệ sinh và vi sinh ban đầu thì có thể giảm thời gian và nhiệt độ tiệt trùng. Thời gian tiệt trùng: phải đủ dài để tiêu diệt toàn bộ các vi sinh vật gây bệnh và bào tử vi khuẩn có trong sữa. Tuy nhiên thời gian dài sẽ làm mất các chất dinh dưỡng, gây các biến đổi bất lợi đến giá trị cảm quan của sữa. Vì vậy để bảo đảm chất lượng của sữa, ta thực hiện quá trình tiệt trùng ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn (HTST). Nhiệt độ tiệt trùng: cao giúp rút ngắn thời gian tiệt trùng và tiêu diệt các vi sinh vật chịu nhiệt có trong sữa. Áp suất tiệt trùng: cao để làm tăng nhiệt độ tiệt trùng và tạo áp suất phá vỡ tế bào vi sinh vật. pH của sản phẩm: sữa đậu nành có pH > 6 nên quá trình tiệt trùng thực hiện ở nhiệt độ cao (trên 100oC). Cách thực hiện: Quá trình thực hiện ở nhiệt độ 150oC trong 3 giây. Thiết bị: Thiết bị tiệt trùng UHT dạng ống lồng. Làm nguội: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình bổ sung tác nhân đông tụ để tránh hiện tượng đông tụ xảy ra trước khi đổ hộp. Các biến đổi chủ yếu: biến đổi quan trọng nhất là sự giảm nhiệt độ hỗn hợp xuống 10oC. Cách thực hiện: Sữa sau tiệt trùng được làm nguội nhanh xuống 10oC trên cùng 1 đường ống của thiết bị tiệt trùng. Bổ sung tác nhân đông tụ: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình đông tụ. Các biến đổi chủ yếu: Biến đổi vật lý: khối lượng hỗn hợp tăng, sự tăng nhẹ nhiệt độ do có khuấy trộn. Biến đổi hóa lý: có thể xảy ra sự đông tụ protein trong khối sữa nên quá trình phải được tiến hành nhanh. Các yếu tố ảnh hưởng: Phương pháp bổ sung tác nhân đông tụ: Bổ sung một lần hoặc nhiều lần sao cho đảm bảo hàm lượng tác nhân đông tụ thích hợp cho quá trình đông tụ. Loại tác nhân đông tụ: Mỗi loại tác nhân đông tụ tạo ra cấu trúc khác nhau cho đậu hủ thành phẩm và theo cơ chế khác nhau do đó phải chọn tác nhân đông tụ thích hợp. Khuấy trộn: Tác nhân đông tụ phải được phân tán đều bên trong khối sữa để các ion Ca2+ tiếp xúc với toàn bộ protein chuẩn bị cho quá trình đông tụ được thực hiện hoàn toàn. Cách thực hiện: Tác nhân đông tụ được bơm từ bồn chứa vào đường ống dẫn sữa, phối trộn với sữa trước khi đổ hộp. Tác nhân đông tụ là hỗn hợp calcium chloride 0.25% và magnesium chloride 0.1% khối lượng sữa, pha thành dung dịch có nồng độ calcium chloride 30%. Thiết bị: Bồn chứa tác nhân đông tụ và bơm định lượng. Rót hộp: Mục đích công nghệ: Bảo quản sản phẩm do cách ly sản phẩm với môi trường bên ngoài. Hoàn thiện do tạo hình dạng nhất định cho sản phẩm. Thuận lợi cho vận chuyển, phân phối và mua bán. Các biến đổi chủ yếu: Biến đổi vật lý: sự tăng nhiệt độ khối sữa trong quá trình đổ hộp. Biến đổi hóa lý: có thể xảy ra sự đông tụ protein trong khối sữa nên quá trình phải được tiến hành nhanh. Cách thực hiện: Sử dụng hộp chứa làm bằng nhựa PP được hàn kín bằng nắp nhựa PP dạng màng, kích thước rộng 77mm, dài 129mm, cao 40mm. Hộp trước khi sử dụng được phun dung dịch magnesium chloride 0.1% thành 1 lớp màng mỏng bên trong hộp để đậu hủ thành phẩm được lấy ra khỏi hộp dễ dàng. Kết hợp quá trình rót hỗn hợp sữa và tác nhân đông tụ với quá trình dán nắp. Thiết bị: