Đề tài Công nghệ sản xuất sữa và đồ uống

CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 5 I. Tổng quan về phô mai …………………………………………………...5 1. Phô mai ………………………………………………………….. 5 2. Phân loại ………………………………………………………….5 3. Cấu trúc ………………………………………………………….. 8 II. Quá trình ủ chín trong sản xuất phô mai ……………………………….. 9 1. Những biến đổi của nguyên liệu ………........................................ 9 2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chín …………………...10 III. Ảnh hưởng của áp suất cao đến quá trình ủ chín phô mai …………….12 1. Thời gian chín …………………………………………………...12 2. Vi sinh vật ………………………………………………………12 3. pH ……………………………………………………………….13 4. Chimosin và plasmin …………………………………………...13 5. Sự thủy phân protein …………………………………………… 14 6. Màu sắc ………………………………………………………… 18 7. Hương và vị ……………………………………………………. 19 8. Độ nhớt …………………………………………………………19 IV. Quy trình sản xuất phô mai có xử lý áp suất cao ………………………21 1. Sơ đồ khối ………………………………………………………21 2. Giải thích ……………………………………………………….22 3. Chất lượng sản phẩm ……………………………………………24 4. Ưu và nhược điểm của quy trình sản xuất phô mai có xử lý áp suất cao so với các quy trình sản xuất khác………………………….. 25 CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 6 PHẦN MỘT: TỔNG QUAN VỀ PHÔ MAI 1. Giới thiệu về phô mai: Phô mai ( tiếng Anh – cheese, tiếng Pháp – fromage ) là một sản phẩm rất giàu dinh dưỡng được chế biến từ sữa. Theo phương pháp sản xuất truyền thống, người ta tiến hành đông tụ casein trong sữa, sau đó tiến hành tách khối đông thu được ( curd ) để chế biến tiếp thành phô mai. Hình 1: Một số loại phô mai Hiện nay, trên thế giới có hành trăm loại phô mai. Các sản phẩm phô mai khác nhau về cấu trúc, mùi vị, màu sắc, các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh. Quy trình công nghệ sản xuất phô mai cũng rât đa dạng. 2. Phân loại: 2.1. Phân loại theo giá trị MFFB: Hàm lượng nước trong phô mai thường được biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm giữa lượng nước và tổng khối lượng phô mai đã trừ béo, được ký hiệu là MFFB ( Moisture on Fat Free Basis ): CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 7 Bảng 1: Phân loại phô mai theo giá trị MFFB Loại sản phẩm Giá trị MFFB (%) Loại sản phẩm Giá trị MFFB (%) Phô mai rất cứng Phô mai cứng Phô mai bán cứng < 41 49 ÷ 56 54 ÷ 63 Phô mai bán mềm Phô mai mềm 61 ÷ 69 >67 Hình 2: Phô mai mềm Hình 3: Phô mai bán mềm Hình 4: Phô mai cứng Hình 5: Phô mai bán cứng CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 8 2.2. Phân loại theo giá trị FDB: Lượng chất béo trong phô mai thường được biểu diễn thông qua tỷ lệ phần trăm giữa lượng chất béo và tổng khối lượng phô mai đã trừ béo, được ký hiệu là FDB (Fat on Dry Basis) Bảng 2: Phân loại phô mai theo giá tri FDB Lọai sản phẩm Giá trị FDB (%) Phô mai có hàm lượng béo rất cao Phô mai có hàm lượng béo cao Phô mai có hàm lượng béo trung bình Phô mai có hàm lượng béo thấp Phô mai gầy >60 45 ÷ 60 25 ÷ 45 10 ÷ 25 < 10 2.3. Phân lọai dựa vào quá trình ủ chín: Dựa vào quy trình công nghệ sản xuất phô mai có quá trình ủ chín hay không và dựa vào hệ VSV gây nên các biến đổi trong giai đọan ủ chín sản phẩm, người ta chia phô mai thành 2 nhóm chính: Bảng 3: Phân loại phô mai theo quá trình ủ chín Loại sản phẩm Đặc điểm Phô mai tươi Không qua giai đoạn ủ chín Phô mai chín Có giai đoạn ủ chín trong quá trình sản xuất CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 9 Hệ VSV tham gia trong quá trình ủ chín: - Vi khuẩn - Vi khuẩn và nấm mốc Các giai đoạn trong giai đoạn ủ chín diễn ra chủ yếu: - Trên bề mặt khối phô mai - Trong bề sâu khố phô mai Hình 6: Phô mai tươi Hình 7: White cheddar Ngòai ra còn có một loại phô mai đặc biệt khác được gọi là phô mai nấu chảy, được sản xuất từ một số loại phô mai khác. 3. Cấu trúc: Tùy vào quy trình sản xuất mà mỗi loại phô mai sẽ có những cấu trúc đặc trưng riêng của nó, nhưng nhìn chung là ở ba dạng: mềm, bán mềm, cứng. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 10 PHẦN HAI: QUÁ TRÌNH Ủ CHÍN TRONG SẢN XUẤT PHÔ MAI 1. Những biến đổi của nguyên liệu: 1.1. Biến đổi sinh học: Các VSV có trong khối đông bao gồm nhóm vi khuẩn, nấm men và nấm sợi tiếp tục thực hiện quá trình trao đổi chất trong suốt giai đọan ủ chín. Tuy nhiên, tốc độ biến đổi sinh học này diễn ra khá chậm do nhiệt độ quá trình ủ chín khá thấp. Đối với phô mai cứng chỉ sử dụng nhóm vi khuẩn lactic và nhóm vi khuẩn propionic. Đối với phô mai mềm và bán mềm người ta sử dụng cả vi khuẩn lactic, nấm men và nấm sợi. Nếu có cấy nấm sợi Penicillium trên bề mặt, các bào tử này sẽ phát triển thành các khuẩn ty thể trên bề mặt phô mai, làm xuất hiện các đốm xanh lấm tấm trên khắp bề mặt sản phẩm. Nếu nấm sợi được cấy trong bề sâu khối phô mai, bào tử nấm sợi sẽ phát triển thành các khuẩn ty thể mọc theo chiều dọc các mao quản được hình thành do quá trình xâm khối đông, tạo các gân xanh đặc trưng cho sản phẩm. Hình 8: Phô mai xanh CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 11 Trong trường hợp không tuân thủ nghiêm ngặt các thông số công nghệ và điều kiện vệ sinh không đảm bảo, khối đông tụ có thể bị nhiếm những VSV lạ như nhóm vi khuẩn gây thối. Sự trao đổi chất của chúng sẽ gây nên những biến đổi xấu, làm giảm giá trị dinh dưỡng và giảm giá trị cảm quan của sản phẩm phô mai. 1.2. Biến đổi hóa sinh và hóa học: _ Đường lactose sẽ được tiếp tục chuyển hóa thành acid lactic và nhiều sản phẩm phụ khác. Những biến đổi này do nhóm vi khuẩn lactic thực hiện. _ Protein bị thủy phân một phần do xúc tác của nhóm enzyme protease. Các protease trong khối đông chủ yếu do nấm sợi và vi khuẩn lactic sinh tổng hợp nên. Rennet họat động tạo ra sản phẩm polypeptide là cơ chất cho các protease VSV xúc tác. _ Sự phâm hủy một số acid amin tự do trong khối đông và tạo ra các sản phẩm như NH3, CO2, H2S… gây mùi khó chịu cho phô mai thành phẩm. _ Thủy phân lipid do sự xúc tác của hệ enzyme, nấm sợi. Enzyme lipase thủy phân triacylglycerid thành glycerol và các acid béo. Một số acid béo có thể bị phân giải và tạo ra methylketon trong phô mai vân xanh. 1.3. Biến đổi vật lý: Có hiện tượng tỏa nhiệt do sự sinh trưởng của VSV. Do đó, trong quá trình ủ chín ta cần làm thoáng khí phòng ủ để đuổi nhiệt, đuổi CO2và cung cấp oxy cho nấm sợi phát triển. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ chín phô mai: Quá trình ủ chín phô mai phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm, VSV, thời gian ủ, môi trường ủ, thành phần khối đông, cách tiến hành… Tùy từng loại mà có các sử dụng các yếu tố cho thích hợp. Nhiệt độ: tùy vào từng loại phô mai cần sản xuất mà sử dụng một khoảng nhiệt độ ủ nhất định. Nhiệt độ không chính xác sẽ làm thay đổi quá trình ủ, cấu trúc sản phẩm, xảy ra các phản ứng không cần thiết cho sản phẩm, vô hoạt các enzyme và VSV hoặc làm nó phát triển CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 12 quá nhanh. Ví dụ: với phô mai Camembert phải ủ ở nhiệt độ 12 ÷ 130C, phô mai Bleu des Causses 9 ÷ 11 0 C, phô mai Cheddar 4 ÷ 8 0 C. Độ ẩm không khí trong phòng ủ của mỗi loại phô mai cũng phải khác nhau. Ví dụ: phô mai Camembert 95%, phô mai Bleu des Causses 90 ÷ 95%, phô mai Cheddar không lớn hơn 80%. Thời gian ủ ảnh hưởng đến độ cứng của sản phầm, các loại phô mai mềm và bán mềm thời gian ủ ngắn hơn, các loại phô mai cứng thời gian ủ dài hơn. Ví dụ: phô mai Camembert trong trung bình 8÷9 ngày, phô mai Bleu des Causses 20 ÷ 25 ngày, phô mai Cheddar 4÷10 tháng. Đồng thời, để cho hệ VSV, enzyme có thời gian xúc tác các biến đổi hóa học, vật lý trong quá trình ủ đến một giai đoạn cần thiết để tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm. Môi trường ủ: luôn luôn thoáng khí để đuổi nhiệt cho nhiệt độ quá trình ủ ổn định, đuổi CO2, cung cấp oxy cho nấm sợi, nấm mốc phát triển và vô trùng để ngăn ngừa sự nhiễm VSV có hại cho quá trình ủ và sản phẩm. Thành phần nguyên liệu cũng phải thích hợp, hệ VSV sử dụng đúng với từng loại phô mai. Ngoài ra, các tiến hành cũng ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình ủ. Tùy loại, tùy nơi ủ mà để yên trong quá trình ủ hay phải lật ngược khối đông để đảm bảo độ đồng nhất cao về cấu trúc và mùi vị. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 13 PHẦN BA: ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT CAO ĐẾN QUÁ TRÌNH Ủ CHÍN CỦA PHÔ MAI Sự chín của phô mai Cheddar bao gồm những thay đổi vi sinh và sinh học. Enzim thủy phân protein, đường, chất béo có thể đóng nhiều vai trò. Sự xuất hiện của các peptit và amino axit, kết quả của việc thủy phân casein, là rất cần thiết cho việc đạt được hương vị và cấu trúc đặc trưng của phô mai Cheddar. Nguồn cung cấp enzim thủy phân protein trong phô mai Cheddar xuất phát từ những enzim có trong sữa, chất đông tụ, những vi sinh vật có thể lên men và không lên men. Chimosin chịu trách nhiệm ban đầu trong suốt quá trình chín. Plasmin, một enzim sữa tự nhiên, cũng tham gia vào quá trình này. Những enzim này sản sinh ra những peptit có kích thước lớn và trung bình. Canh trường lên men, vi khuẩn Lactococcus lastic, có những enzim ngoại bào thủy phân protein, và một hệ thống các enzim peptidase nội bào đặc trưng. CEP thủy phân những peptit có phân tử lượng trung bình thành những peptit có phân tử lượng thấp, cái mà về sau bị phân ra thành các amino axit tự do bởi các enzim peptidase nội bào sau khi xâm nhập vào tế bào hoặc phân giải tế bào. Sự thủy phân peptit sẽ không xảy ra nhanh chóng cho đến khi bắt đầu có sự phân hủy vi khuẩn, kết quả của sự giải phóng các enzim peptidase nội bào. 1. Thời gian: Phô mai được xử lý HP sau 1 ngày không có sự ảnh hưởng đáng kể về thành phần chung so với phô mai được xử lý HP sau 14 ngày. Phần trăm độ ẩm, chất béo, protein tương ứng là 37.31%, 29.06%, 26.83%, đối với phô mai thường, và 37,75%, 28.78%, và 26.78% đối với phô mai qua xử lý HP. Nhưng thời gian chín của phô mai được rút ngắn đáng kể, chẳng hạn như phô mai cheddar, nếu bình thường thời gian ủ chín là khoảng 6 tháng, khi ta ủ chín chỉ với áp suất khoảng 50 Mpa ở 25oC thì thời gian chín còn khoảng 3 ngày. 2. Vi sinh vật: CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 14 Số lượng cơ chất chính trong cả hai trường hợp đều tăng đáng kể trong suốt giai đoạn ủ chín180 ngày. Xu hướng này phù hợp đối với phô mai Cheddar (Morgan, O’Sullivan, Ross & Hill, 2002; O’Connor và cộng sự, 2002; Hannon và cộng sự, 2003), được đặc trưng bởi một số yếu tố sau: sự tiêu hao nguồn năng lượng cho các phản ứng bậc 1(lactose), tự phân, sự ức chế bởi muối (Farkye, 2000; Beresford, Fitzsimons, Brennan, & Cogan, 2001). Trái ngược với nồng độ cơ chất, tổng số vi khuẩn lactic không có sẵn trong sữa tăng một cách đáng kể trong cả hai trường hợp trong thời gian ủ chín 180 ngày. Phương thức tác động của HP gây nên sự vô hoạt các VSV không được giải thích một cách đầy đủ nhưng nó được xem là sự kết hợp của nhiều yếu tố, chứ không phải bị chi phối bởi một yếu tố riêng lẻ (O’Reilly, O’Connor, Kelly, Beresford & Murphy, 2000; Linton, McClements & Patterson, 2001), những yếu tố này bao gồm sự gia tăng độ thẩm thấu của màng tế bào và sự ức chế các enzim cần thiết cung cấp cho quá trình tái sinh sản và tồn tại của tế bào vi khuẩn. Ngoài ra, đối với phô mai, giai đoạn ủ chín có sự xử lý HP có thể ảnh hưởng ở những mức độ khác nhau đối với VSV. Tế bào vi khuẩn ở pha sinh trưởng nhạy cảm với sự xử lý HP hơn những tế bào ở pha cân bằng. Xử lý HP có thể được sử dụng như sự điều khiển sự phát triển của vi khuẩn trong phô mai. Tuy nhiên, khi các nhà khoa học tìm hiểu rõ hơn về những hình thái khác nhau của vi sinh vật và cơ chế chuyển hóa giữa các hình thái, họ nhận thấy rằng sự xuất hiện của các bào tử chịu nhiệt ở trạng thái tĩnh không phải là nguyên nhân chính gây hư hỏng. Vấn đề quan trọng là khả năng chuyển hóa trở lại trạng thái tế bào sinh dưỡng ít bền hơn nhưng hoạt động nhiều hơn của chúng. 3. pH pH của phô mai chịu ảnh hưởng đáng kể bởi thời gian ủ chín, và giảm đối với những phô mai ủ trên 42 ngày, và tiếp tục thay đổi cho tới ngày thứ 90, và sau đó nó sẽ tăng lên cho đến khi kết thúc quá trình ủ chín. Nghiên cứu tương tự cho phô mai Cheddar được báo cáo bởi Fenelon và Guinee (2000). pH của những phô mai được xử lý áp suất cao tăng đáng kể cho đến ngày thứ 42, thay đổi một ít trong khoảng ngày 42 tới ngày 90, và tiếp tục tăng cho đến ngày thứ 180. pH của phô mai chịu ảnh hưởng đáng kể bởi cách xử lý áp suất, và sự tương tác qua lại giữa thời gian ủ chín và cách xử lý áp suất. Điều đó có nghĩa là giá trị pH ứng với phô mai qua xử lý áp suất cao hơn ít nhất là 0.05 giá trị pH ứng với phô mai thường tại mỗi ngày lấy mẫu. Sự tăng pH CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 15 đối với phô mai Cheddar đã qua xử lý áp suất được báo cáo trước đó bởi Serrrano, Velazquez, Lopetcharat, Ramírez, & Torres, 2004) được đăc trưng bởi một số yếu tố sau: 1. Việc gia tăng sự phân ly của các nhóm ion (ví dụ như nhóm carboxyl) của protein, có thể nguyên nhân thay đổi nồng độ ion H+ tự do (Sheehan và cộng sự, 2005). 2. Sự vô hoạt các vi khuẩn trước khi sự acid hóa hoàn thành (Saldo và cộng sự, 2003; Serrano và cộng sự, 2004) Thêm vào đó, khả năng sản xuất acid của vi khuẩn lactic bị ức chế bởi việc xử lý HP (≥200MPa), thậm chí khi không có sự mất khả năng tồn tại của tế bào một cách rõ ràng. Những giá trị pH cao hơn trong những mẫu phô mai đã qua xử lý HP trong nghiên cứu này phù hợp với sự giảm tổng lượng vi khuẩn và tổng lactate. 4. Hoạt động của chimosin và plasmin: Hoạt động của chimosin (enzim ngoại bào proteinase), plasmin (enzim nội bào peptidase), enzim từ vi khuẩn Lactococcus (enzim phân hủy đường) được quyết định sau 5 phút đặt vào áp suất cao đến 800MPa. Plasmin không bị ảnh hưởng bởi một cách xử lý áp suất nào. Hoạt động của chimosin không bị ảnh hưởng đến áp suất 400MPa và bị giảm khi áp suất từ 500 - 800 MPa. 5% hoạt động điều khiển của chimosin duy trì như cũ ở áp suất cao 800 MPa. Hoạt động của enzim proteinase ngoại bào từ vi khuẩn Lactococcus (CEP) và enzim nội bào peptinase được tiết ra trong dịch chiết tế bào của tế bào chịu áp. Áp suất 100 MPa sẽ làm tăng hoạt động của CEP, ngược lại ở 200 MPa thì không bị ảnh hưởng. Ở 300 MPa, hoạt động của CEP bị giảm, và từ 400 - 800 MPa vô hoạt enzim. Aminopeptidase N không bị ảnh hưởng ở áp suất từ 100 -200 MPa. Tuy nhiên, áp suất ở 300 MPa làm giảm hoạt động của enzim một cách đáng kể, và từ 400 - 800 MPa thì vô hoạt enzim. Hoạt động của aminopeptidase C sẽ tăng khi tăng áp suất đến 700 MPa. Áp suất cao sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động aminopeptidase ở A bất kì mức nào. Sự thủy phân Lys-Ala-ρ-NA tăng gấp đôi khi áp suất đạt 300 MPa, và bị triệt tiêu khi áp suất từ 400-800 MPa. Hoạt động của enzim thủy phân đường của tế bào chịu áp được ước lượng chung bởi việc xác định độ acid khi acid lactic được sản xuất bởi dịch chiết tế bào khi có mặt đường glucose. Độ acid chuẩn sản sinh bởi mẫu ở áp suất 100 và 200 MPa tăng một cách chậm chạp so với sự điều khiển. Ở 300-800 MPa, không có sản phẩm acid quan trọng nào được chú ý đến. Cách xử lý áp suất trong phô mai có thể kéo theo việc thay đổi họat động enzim trong quá trình ủ CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 16 chín, và vi khuẩn L.lactis được cung cấp như để sản sinh chất mồi yếu với sự thay đổi biên dạng của enzim. 5. Sự thủy phân protein: Ảnh hưởng của điều kiện xử lý áp suất cao đến sự phân giải protein trong quá trình ủ chín phô mai Cheddar được nghiên cứu bởi phép phân tích phản ứng bề mặt. Bản phác họa không gian quay của các hợp chất chính bậc 2 (CCRD) được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và thời gian ủ chín tương ứng 70-400MPa và 3.5-81.5 giờ ở 250C. Phép phân tích urea-PAGE chứng minh sự phá hủy s1-casein và sản phẩm kèm theo s1-I-casein, sẽ tăng thêm khi xử lý ở áp suất 100MPa khoảng 10 giờ tại 250C. Sự tích lũy s1-I-casein không tăng thêm khi áp suất lớn hơn 225MPa và từ 350-400MPa, sự tích lũy này giảm đi. Mô hình tuyến tính chứng minh rằng xử lý tại áp suất nhỏ hơn 150MPa cho kết quả tăng cao nhất trong tất cả các giá trị áp suất tại pH 4.6-SN/TN. Khi thời gian điều áp tăng tại áp suất nhỏ hơn 150MPa, thì mức áp suất tạo pH- 4.6SN/TN trong phô mai cũng tăng. Tuy nhiên, nói chung, HP làm giảm các amino acid tự do. Kính hiển vi quét tiêu điểm bằng tia laser chỉ ra rằng có sự khác nhau về cấu trúc giữa phô mai Cheddar được xử lý tại áp suất từ 350-400MPa và phô mai được trữ ở 250C hoặc 80C. Nói tóm lại, đối với phô mai Cheddar, ứng dụng áp suất thấp tương đối làm tăng mức độ thủy phân bậc 1 protein. Tuy nhiên, nhiệt độ của sự điều nén là một yếu tố quyết định quan trọng đối với sự ảnh hưởng tổng thể của HP tới sự thủy phân protein trong phô mai Cheddar. Bảng phân tích điện di đồ urê của các mẫu phô mai dựa trên phương pháp xử lý áp suất đã chỉ ra rằng việc áp dụng những ngưỡng áp suất thấp (50-100MPa) làm tăng sự thoái biến của s1-CN và sự tích lũy s1-I-CN. Mức tăng cao nhất trong sự hình thành s1-I-CN thể hiện rõ nhất khi áp suất lớn hơn 100MPa trong 70 giờ. Tuy nhiên, tỷ lệ của sự ảnh hưởng này xuất hiện một cách tương đối với những áp suất khác nhau ở cùng một nhiệt độ, ví dụ như quan sát bằng cách so sánh ảnh hưởng khác nhau của các mức áp suất lên mẫu phô mai được trữ ở 250C hoặc 80C. Ở áp suất cao hơn việc tăng sự phá hủy của s1-CN không rõ ràng: tại 225MPa sự ảnh hưởng bởi áp suất đến s1-I-CN là không đáng kể, và tại 350 – 400MPa, có sự giảm việc tích lũy s1-I-CN, có liên quan đến các mẫu trữ ở 250C. Không có sự tích lũy đáng kể nào của β-CN hoặc sự thoái biến của γ-CN được quan sát thấy khi xử lý mẫu phô mai bằng áp suất. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 17 Phân tích urê của những mẫu phô mai được xử lý áp suất hoặc những mẫu được trữ ở 250C hoặc 8 0 C chỉ ra rằng nhiệt độ tại áp suất xử lý được tiến hành (tức là 250C) chiu trách nhiệm cho tỷ lệ chính xác nói chung của sự tăng s1-I-CN được thể hiện rõ ràng đối với cách xử lý tiếp theo ở những áp suất thấp hơn 225MPa. Sự tăng sản phẩm của s1-I-CN cũng được báo cáo bởi O’Reilly và cộng sự (2000) với chủ đề phô mai được xử lý ở 50MPa trong 3 ngày ở 250C. Kết quả của những mô hình của thí nghiệm ở %pH 4.6-SN cũng khẳng định rằng nhiệt độ tại áp suất điều trị được tiến hành góp phần đáng kể đến sự ảnh hưởng nói chung của áp suất cao đến sự thủy phân protein. Việc xử lý phô mai ở 100MPa trong 7 giờ ở 250C cho kết quả cao nhất đối với thủy phân protein của s1-CN. Trên 225MPa, sự điều áp hoặc sẽ không gây ảnh hưởng gì hoặc ảnh hưởng tiêu cực đến sự thủy phân bậc 1 của protein s1-CN mà không phụ thuộc vào thời gian xử lý. Thí nghiệm với %pH 4.6-SN/TN cũng chứng minh rằng những giá trị áp suất dưới 150MPa làm gia tăng thông số của sự thủy phân protein một cách lớn nhất, có liên quan đến các mẫu trữ ở 250C. Nói chung, việc tăng cấp độ thủy phân protein trong giới hạn %pH 4.6-SN/TN có thể thực hiện được ở những áp suất thấp tương đối (<150MPa) với những khoảng thời gian dài tương đối mà chỉ tiêu tốn một phần nhỏ của việc giảm tổng số axit amin tự do (TFAA) tương đương. Do đó, giữ phô mai ở 250C và áp suất dưới 150MPa có thể giảm thời gian cần thiết để có được phô mai ở %pH 4.6-SN/TN như khi giữ phô mai ở 250C tại áp suất khí quyển. Axit amin tự do (FAA) được hình thành bởi tác động của các enzim peptidase trong chất mồi sữa hoặc enzim đông tụ sữa rennet lên các peptide. Sản phẩm acid amin tự do ở 50MPa xuất hiện mà không bị ảnh hưởng bởi áp suất cao, đối với các mẫu được trữ ở 250C. Tuy nhiên, FAA giảm chậm khi áp suất tăng trên 50MPa. Điều này có thể xảy ra khi enzim peptidase có thể bị ức chế hoặc vô hoạt khi áp suất vượt quá 50MPa. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 18 Hình 9: Thủy phân protein dưới áp suất cao Hình 10: Ảnh hưởng của HPP ở 50MPa, 250C trong 3 ngày tại những giai đoạn khác nhau của quá trình ủ chín lên %WSN/TN và acid amin tự do (FAA) CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 19 Hình 11: Ảnh hưởng của HPP (100-400MPa) trong 20 phút ở 200C lên sự vô hoạt (biểu diễn bằng đồ thị đường) và sự tự phân (biểu diễn bằng đồ thị cột) của bốn canh trường khối phô mai Sự ảnh hưởng của HP lên sự thủy phân protein ở mức độ cấp 1 đối với phô mai có thể do sự thay đổi hình dạng ngoài của cấu trúc casein được điều áp, làm protein dễ bị ảnh hưởng bởi tác động của enzim proteinase (Kunugi, 1993). Trong khi O’Reilly và cộng sự (2000) quan sát thì không có sự thay đổi tổng thể cấu trúc của phô mai Cheddar được xử lý áp suất tại 50MPa trong 70 giờ ở 250C, nhưng ở phạm vi nghiên cứu này, sự thay đổi cấu trúc của protein có thể thấy được rõ ràng nhờ ảnh quét bằng tia laser của phô mai được xử lý ở áp suất cao(350 hoặc 400MPa). Điều này phù hợp với sự quan sát của Torres-Mora và cộng sự (1996). Kết quả của sự nghiên cứu này đề nghị rằng xử lý áp suất cao đối với phô mai Cheddar, huyết thanh sữa có thể hấp thu nhau và hydrate các khối protein. Kết luận chung từ nghiên cứu này: sự tăng mức độ thủy phân protein trong phô mai Cheddar đã qua điều áp thì không rõ ràng bằng những bài báo cáo bởi Yokoyama và cộng sự (1992). Sự tăng quá trình thủy phân protein trong phô mai Cheddar thương phẩm được xử lý dưới những điều kiện hầu như tương tự để áp dụng trong các qui trình công nghiệp qui mô lớn vẫn chưa đủ để khuyến khích bùng nổ công nghệ HP trong quá trình ủ chin phô mai Cheddar (ví dụ khi thời gian CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 20 ủ chin phô mai giảm không đáng kể khi so sánh với tổng thời gian ủ chin chung của phô mai Cheddar. 6. Màu sắc: Phân tích màu sắc giữa phô mai thường và phô mai được xử lý áp suất chứng minh rằng, nói chung, giá trị L được giữ không đổi, những giá trị a giảm và những giá trị b tăng lên sau 180 ngày. Xu hướng này chứng minh rằng phô mai sẽ chuyển dần sang xanh, hoặc vàng mà không chuyển sang trắng trong suốt quá trình ủ chín. Sự thay đổi màu của phô mai theo thời gian được tượng trưng bởi sự thay đổi của sự hydrate hóa protein trong quá trình ủ chín, cái mà thay đổi cấu trúc tự do, do đó đặc tính phân bố ánh sang của khối phô mai (Paulson, McMahon, &Oberg, 1998; Rudan và cộng sự, 1998). Xử lý HP làm giảm đáng kể giá trị a (P<0.001) và tăng giá trị b (P<0.001) của phô mai. Những thay đổi này chứng minh rằng màu xanh và màu vàng là kết quả của việc xử lý HP. Việc xử lý HP không ảnh hưởng lên giá trị L, đây là sự ảnh hưởng quan trọng, đồng thời của việc xử lý HP và thời gian ủ chín lên giá trị a (P<0.01) nhưng không ảnh hưởng lên giá trị b và L. Những thay đổi gây ra bởi HP lên màu sắc của phô mai trong nghiên cứu này phù hợp với việc pH của phô mai được xử lý áp suất cao hơn phô mai thường. 7. Hương và vị Phân tích hương vị của phô mai bằng cách sử dụng phương pháp phân tích cảm quan cho phép định nghĩa điểm đặc trưng vốn có của phô mai, có hoặc không có xử lý HP, được trữ trong 90 hay 180 ngày. Kết quả của phân tích này (ANOVA) chứng minh rằng (P<0.05) giữa phô mai thường và phô mai có xử lý HP có sự khác nhau quan trọng ở 11 trên tổng số 22 điểm đặc trưng. Đối với cả hai loại phô mai, điểm được cho bởi hội đồng phân tích cảm quan tăng tỷ lệ với thời gian ủ chín, phô mai ủ 180 ngày có số điểm cao hơn ủ 90 ngày. Nói chung, xử lý HP làm tăng cường độ của các đặc tính của phô mai thường trong suốt quá trình ủ chín, và không có sự tương tác quan trọng nào giữa cách xử lý HP và thời gian ủ chín đến hương vị của phô mai, ngoại trừ vị hăng cay. 8. Độ nhớt CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 21 Sự thay đổi độ nhớt trong phô mai được xử lý HP, từ thí nghiệm đơn giản, sau từ 15 đến 180 ngày ủ chín được trình bày ở hình 6. Đối với 2 loại phô mai, modun biếng dạng đàn hồi (G’) tăng nhanh từ tại 200C (G’max20) khi nhiệt độ tăng gần băng 50 0C, sau đó tăng dần cho đến nhiệt độ nhỏ hơn 820C. Với phô mai Cheddar, có sự chuyển hóa phần nóng chảy từ dạng cứng, đàn hồi sang dạng nhớt hoặc lỏng hơn tự nhiên. Xu hướng này chứng minh rằng phô mai qua xử lý HP sẽ lỏng hơn so với không xử lý trong cùng 180 ngày, phù hợp với tính dễ nắn của phô mai qua xử lý HP ngày càng giảm trong suốt quá trình ủ chín. Guinee và cộng sự (1999) cho rằng có mối quan hệ trực tiếp giữa thông số độ nhớt và tính dễ nắn của phô mai Cheddar, ứng với giá trị thấp của δmax sẽ trùng với tính dễ nắn thấp. Tương tự cho sự ảnh hưởng của việc xử lý HP trên tính dễ nắn, ảnh hưởng âm tính của việc xử lý HP lên độ nhớt của phô mai có thể có liên quan đến giá trị pH cao hơn, tương ứng với mức độ hydrate casein thấp hơn đối với phô mai qua xử lý HP (Guinee, 2002). CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 22 Hình 12: Sự biến đổi đặc tính tan chảy của phômai theo thời gian PHẦN BỐN: QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÔ MAI CÓ XỬ LÝ ÁP SUẤT CAO I. Sơ đồ khối: Phô mai Cheddar Đông tụ Sữa tươi Thanh trùng Cấy giống Nhân giống Lên men Chuẩn hóa Tách whey Xử lý và nghiền khối đông Ướp muối Đổ khuôn - ép Bao gói Ủ chín Rennet/ CaCl2 Muối Bao bì VK lactic Huyết thanh sữa HPP CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 23 2. Giải thích: 2.1.Khái niệm về kỹ thuật áp suất cao: Kỹ thuật áp suất cao ( High Pressure Procesing – HPP) là một phương pháp chế biến thực phẩm trong đó thực phẩm được đặt dưới áp suất cao dần ( khoảng 6000at), có thể kết hợp với nhiệt độ hoặc không nhằm thay đổi một đặc tính nào đó của thực phẩm, để đạt được chất lượng người tiêu dùng mong muốn. Kỹ thuật này vẫn giữ được chất lượng của thực phẩm, kỹ thuật HPP còn được gọi là Ultra High Pressure Processing (UHP) hay High Hydrostatic Pressure Processing (HPP). 2.2. Nguyên tắc của phương pháp: Khi chiếu một áp suất cao lên đến khoảng 1000MPa, áp suất sẽ phân bố ngay tức khắc và đồng đều trên toàn bộ khối thực phẩm. Áp suất cao sẽ tiêu diệt các vi sinh vật. Nhìn chung các vi sinh vật ở pha log sẽ nhạy cảm với áp suất cao so với các vi sinh vật ở pha ổn định và pha tử vong. Áp suất tương đối cao (300 – 600 MPa) sẽ tiêu diệt tế bào sinh dưỡng của vi sinh vật. Điển hình như chế độ xử lý ở 350MPa, trong 5 phút sẽ có thể làm giảm đi 10 lần số lượng tế bào sinh CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 24 dưỡng của vi khuẩn, nấm mốc và nấm men (Hoover và cộng sự, 1989). Tuy nhiên khi kết hợp với nhiệt độ (ví dụ như khoảng 60oC) bào tử sẽ bị tiêu diệt ở áp suất 400MPa với mức độ khác nhau tùy theo loài ( Seyderhelm và Knorr, 1992). Cho đến nay người ta thấy rằng áp suất cao chỉ tác động lên những liên kết hóa học không phải là liên kết cộng hóa trị ( như các liên kết ion, liên kết hydro và liên kết kị nước), các liên kết cộng hóa trị không bị ảnh hưởng. Chính vì vậy kỹ thuật này cho phép tiêu diệt vi sinh vật mà không ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc hay mùi vị của thực phẩm. Do quá trình ủ thường được thực hiện ở nhiệt độ không cao nên các chất dinh dưỡng hay những chất tạo mùi vị và màu sắc tự nhiên không bị ảnh hưởng, dẫn đến sản phẩm có chất lượng cao hơn những sản phẩm áp dụng các phương pháp chế biến nhiệt. Ngoài ra, quá trình sử dụng áp suất cao không cần sử dụng thêm các chất bảo quản hóa học để kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Khả năng tác động đồng đều và ngay lập tức của áp suất lên toàn bộ khối thực phẩm, bất kể kích thước hay hình dạng của sản phẩm là một ưu thế của kỹ thuật áp suất cao do thực phẩm luôn đạt được sự đồng nhất trong quá trình xử lý. Kỹ thuật áp suất cao không có các giai đọan như gia nhiệt hay làm nguội, các chu kỳ gia hay giảm áp cũng rất nhanh, vì vậy thời gian chế biến được rút ngắn hơn so với các phương pháp chế biến nhiệt khác. Ngoài ra, kỹ thụât này có thể được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác, mở ra hướng phát triển cho các sản phẩm và quá trình chế biến mới. 2.3. Quá trình xử lý với áp suất cao: Phô mai thành phẩm sẽ được đặt lên các giá đỡ rồi vận chuyển vào phòng ủ chin, mỗi giá đỡ gồm nhiều kệ. Chiều cao giá đỡ và khoảng cách giữa hai kệ được thiết kế sao cho phù hợp với khối lượng một sản phẩm, năng suất sản xuất của nhà máy và đảm bảo được độ thoáng khí trong suốt thời gian chin, độ ẩm của không khí trong phòng ủ không lớn hơn 80%. Trong giai đoạn này, vi khuẩn lactic đồng hình sẽ tiếp tục thực hiện một số biến đổi sinh học và hóa sinh tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Nhiệt độ yêu cầu của phòng ủ lúc này vào khoảng 25oC, dãy áp suất được chọn vào khoảng 70 – 400 MPa, ước tính thời gian 3.5 h – 81.5 h. Người ta phân tích thì thấy rằng trong Urea – PAGE có sự phân cắt các αs1 – casein đồng thời sản phẩm αs1 - I - casein tăng lên ở điều kiện áp suất 100MPa trong 70h ở 25oC. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 25 Hình 13 : Sự phân cắt các αs1 – casein tạo αs1 - I - casein ở điều kiện áp suất cao. Tác động của áp suất cao bắt nguồn từ nguyên lý Le – Chalier: các phản ứng có tổng thể tích của phản ứng giảm ( hay khi thể tích hoạt hóa của phản ứng có giá trị âm) sẽ được thúc đẩy khi áp suất tăng và ngược lại áp suất sẽ kiềm hãm những phản ứng trong đó có sự tăng thể tích (hay khi thể tích hoạt hóa của phản ứng có giá trị dương). Đối với các hệ sinh học, các phản ứng dẫn đến sự giảm thể tích quan trọng nhất gồm sự biến tính protein, sự gel hóa, sự hình thành các liên kết kị nước, sự thay đổi trạng thái pha của lipid và sự gia tăng mức độ ion hóa của những phân tử có khả năng phân ly. Vì vậy các phân tử nhỏ thường ít bị ảnh hưởng hơn so với các phân tử lớn. Do đó, các chất hình thành nên hương vị và màu sắc của phô mai, vốn có khối lượng phân tử nhỏ, lại thường chịu được áp suất cao, từ đó giữ được những tính chất cảm quan của sản phẩm phô mai. Ngược lại, những thành phần có khối lượng phân tử lớn như protein thì sẽ biến đổi nhiều trong quá trình xử lý với áp suất cao. Những thay đổi xảy ra nhất là đối với cấu trúc của sản phẩm có thể có hoặc không mong muốn. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 26 Như vậy, quá trình xử lý áp suất cao có khả năng tiêu diệt cả những vi sinh vật có trong phô mai nhưng hiệu quả của quá trình còn phụ thuộc vào các yếu tố như cường độ và thời gian xử lý, nhiệt độ, thành phần môi trường, giống vi sinh vật và pha phát triển của chúng. Việc sử dụng áp suất cao có thể tạo ra một lượng các tế bào bị stress, có khả năng phục hồi trong những điều kiện nhất định. Chẳng hạn sự liên kết của vi khuẩn với các thành phần protein, lipid và carbonhydrate có thể khiến cho vi khuẩn có được khả năng kháng áp suất. 3. Chất lượng sản phẩm: Đảm bảo chất lượng cũng là một chương trình lớn mà các nhà máy chế biến sử dụng để đảm bảo cung cấp cho người tiêu dùng một sản phẩm thực phẩm an toàn. HPP là một kỹ thuật giúp đẩy nhanh tốc độ chín của phô mai đồng thời có tác động rất ít đến giá trị dinh dưỡng và các tính chất cảm quan của thực phẩm trong khi vẫn cho phép vô hoạt các vi sinh vật gây hư hỏng, gây độc cũng như các enzyme gây giảm chất lượng sản phẩm. Nguyên nhân là do áp suất cao chỉ tác động lên các liên kết không phẩi là liên kết cộng hóa trị như liên kết ion, hydro hay kị nước. Những đặc tính quan trọng của phô mai chất lượng cao là cấu trúc, màu sắc, mùi vị và giá trị dinh dưỡng. Các phản ứng hóa học và hóa sinh xảy ra trong phô mai có thể mang đến những biến đổi không mong muốn hoặc phá hủy những thuộc tính liên quan đến quá trình bảo quản phô mai. Đặc tính vật lý và cảm quan: dạng bán rắn (semi-solid), không có túi khí, màu trắng hoặc màu kem, mùi chua (acid lactic)  Đặc tính hóa học: Nước : 35.1% NaCl : 1% Calci : 90mg/g Acid nicotic: 0.09µg/100g  Giá trị dinh dưỡng cao: Lipid: 0.4 – 4% Protein: 17% Lactose: 1.4% CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 27 Vitamin A: 410 µg/100g Vitamin B1: 0.03 µg/100g Vitamin B2: 0.42 µg/100g  Thời hạn sử dụng: 4 tuần ở nhiệt độ 1oC 4. Ưu và nhược điểm của quy trình sản xuất phô mai có sử dụng phương pháp xử lý áp suất cao so với các quy trình sản xuất khác:  Ưu điểm: Không gây độc do không có chất độc được tạo thành trong quá trình chế biến. Giảm thời gian chế biến. Đảm bảo sự đồng đều khi xử lý trên toàn khối sản phẩm. Có thể có những thay đổi cấu trúc như mong muốn. Có thể chế biến ngay trong bao bì. Có tiềm năng làm giảm hay loại bỏ việc sử dụng những chất bảo quản hóa học. Tạo được sự hấp dẫn với người tiêu dùng cho sản phẩm. Không ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và mùi vị sản phẩm.  Nhược điểm: Thiết bị đắt tiền, làm việc gián đoạn. Giới hạn trong việc lựa chọn bao bì cho sản phẩm. Khi thực phẩm chứa khoảng 40% nước tự do thì hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật là đáng kể. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 28 1. Lê Văn Việt Mẫn, “ Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống – Tập 1: Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa”. 2. www. elsevier.com/ locate/ ifset. a. Thomas P. Beresford et al, 2003,“Effect of varying high-pressure treatment conditions on acceleration of ripening of cheddar cheese”. b. Alan L. Kelly et al, 2008, “Effect of high-pressure treatment of 1 day-old full-fat Cheddar cheese on subsequent quality and ripening”. 3. www. google.com.vn 4. www.ebook.edu.vn. CN Sản xuất sữa và đồ uống PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn Ảnh hưởng HPP đến quá trình ủ chín phô mai 29