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 dùng để sản xuất rượu nhẹ. Nó không lên men hoàn toàn ,thực tế nó dừng lại ở nồng độ ethanol là 7%. Hình 4: Saccharomyces unisporus 17 e)Kluyveromyces marxianus: Là một loài nấm men thuộc giống Kluyveromyces. K.marxianus thường được sử dụng để sản xuất enzyme lactase trên quy mô công nghiệp tương tư như sử dụng những loài nấm khác thuộc giống Aspergillus Hình 5: Kluyveromyces marxianus 2.3/Các tiêu chí chọn hệ vi sinh vật trong sản xuất koumiss: a)Vi khuẩn: -Chịu được môi trường pH thấp. -Do quá trình tạo sản phẩm chủ yếu là acid lactic nên ta chọn các vi khuẩn lên men lactic đồng hình . -Khả năng tạo acid không quá nhanh vì sẽ làm chậm sự phát triển của nấm men. -Mặc khác, ta chọn nhóm vi khuẩn lactic để lên men vì nó ít hoặc không tham gia phân giải protein trong sữa làm cho sản phẩm giữ được giá trị dinh dưỡng. b)Nấm men: -Có khả năng lên men đường lactose -Không nhạy cảm với môi trường pH thấp -Khả năng tạo sản phẩm phụ như glycerol, succinic, acid và acid acetic thấp 18 - Độ cồn trong sản phẩm có thể cao cho nên ta chọn nấm men chìm để lên men . 2.4/ Các tính chất sinh lý của hệ vi sinh vật trong sản xuất koumiss: a)Vi khuẩn: - Lb. delbrueckii: •Trực khuẩn dài , kích thước 0.5-0.8 micromet, 2.0-9.0 micromet, không chuyển động •Là vi khuẩn Gram(+) •Chúng có khả năng lên men được các loại đường glucose, maltose, fructose, galactose và dextrin . •Chúng không có khả năng lên men xylose, arabinose, rhamnose, lactose, raffinose, trehalose, inulin, mannitol . - Lb. acidophilus : •Trực khuẩn , có kích thước : rộng 0.6-0.9 micromet, dài 1.5- 6.0 micromet . •Trong thiên nhiên tồn tại riêng lẻ . Đôi khi tạo thành những chuỗi ngắn , •Chúng thuộc nhóm vi khuẩn Gram(+) và có khả năng chuyển động . •Chúng có khả năng lên men một số loại đường glucose, maltose, fructose, galactose, mannose, glactose, saccharose để tạo ra acid lactic . •Chúng hoàn toàn không có khả năng lên men xylose, arabinose, rhamnose, glycerol, mannitol, sorbitol, dulcitol, inositol. •Trong quá trình lên men chúng tạo ra cả 2 dạng đồng phân quang học của acid lactic . •Nhiệt độ phát triển tối ưu là 45 0 C – 50 0 C . - Lb. bulgaricus: •Thuộc loài trực khuẩn có kích thước rất dài . •Gram(+), liên kết với nhau tạo thành chuỗi . •Chúng không có khả năng di chuyển 19 •Chúng có khả năng lên men được các loại đường glucose, glactose, galactose . •Chúng không có khả năng lên men xylose, sorbose, arabinose, dulcitol, , inulin, mannitol, dextrin . •Chúng không có khả năng tạo ra nitrit từ nitrat . •Nhiệt độ phát triển là 45 0 C – 50 0 C . b)Nấm men : -Có khả năng lên men đường lactose -Là vi sinh vật ưa ấm, nhiệt độ tối ưu là 28-35 o C -Là vi sinh vật ưa môi trường acid yếu pH=3,5-6 20 II. Quy trình công nghệ: Sữa ngựa Thanh trùng Khuấy trộn Sữa bò Thanh trùng Nuôi cấy Nuôi cấy Nấm men Lên men Nuôi cấy Đóng gói Lên men Làm lạnh koumiss Làm nguội Phối trộn Sữa ngựa Vi khuẩn 21 III. Giải thích quy trình: 1/Cơ chất: Do bài báo cáo trình bày về sản xuất koumiss nên cơ chất chỉ nói tổng quát sơ bộ Các bước thực hiện: Đun nóng 2 lít sữa bò không béo đến 70 o C trong 30 giây, sau đó làm nguội xuống 30 o C và cấy nấm men Torula spp vào. Sự nuôi cấy diễn ra trong 15 giờ tại 30 o C. Một lít sữa đã xử lý tương tự được cấy canh trường lactic (Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus) và được nuôi cấy ở 37 o C trong 7 giờ. Hai loại sữa lên men độc lập này được pha trộn với 1 lít sữa ngựa và nuôi cấy ở 28 o C. Sữa ngựa được bổ sung cho tới khoảng ngày thứ 4 khi độ acid là 1,4%. Hỗn hợp này sau đó được sử dụng làm cơ chất để sản xuất koumiss. 2/ Koumiss: 2.1/ Thanh trùng: a) Mục đích: -Chuẩn bị: thanh trùng để chuẩn bị cho quá trình phối trộn -Bảo quản: tiêu diệt một số vi sinh vật b)Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ: tăng -Thể tích: có thể thay đổi Hóa học: -Sự thay đổi các phản ứng hóa học: phân hủy , oxy hóa… -Độ ẩm: giảm Hóa lý: -Sự đông tụ protein -Sự bốc hơi các chất dễ bay hơi Sinh học: -Tiêu diệt một số vi sinh vật Cảm quan: 22 -Thay đổi về mùi vị, màu sắc,độ trong, cấu trúc… c)Các yếu tố ảnh hưởng: -Thành phần hóa học của sữa: nếu lẫn tạp chất thì hiệu quả thanh trùng không tốt. -Mức độ nhiễm vi sinh vật của mẫu: ảnh hưởng đến lượng vi sinh vật sau thanh trùng. -Nhiệt độ: nếu nhiệt độ cao thì tiêu diệt nhiều vi sinh vật nhiễm, nhưng nếu quá cao sẽ gây ra các ảnh hưởng không tốt như đông tụ protein, bốc hơi các chất dễ bay hơi… -Áp suất: áp suất cao thì ức chế vi sinh vật tốt hơn. -Thời gian: càng lâu thì ức chế và tiêu diệt vi sinh vật càng tốt. -Phương pháp thanh trùng: ảnh hưởng đến hiệu quả thanh trùng. -Trọng lượng sữa: trọng lượng càng nhiều thì thời gian gia nhiệt và làm nguội càng lâu. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng (plate heat exchangers): Cấu tạo chung: Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không gỉ được ghép lại với nhau. Mỗi tấm bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. 23 Hình 6: Một số hình dạng bản mỏng Nguyên lý hoạt động: Khi ghép các tấm bản mỏng lại với nhau, trên bộ khung của thiết bị sẽ hình thành nên những hệ thống đường ống vào và ra cho mẫu khảo sát và chất tải nhiệt chuyển động xen kẽ nhau. Mẫu khảo sát và chất tải nhiệt có thể chuyển động cùng chiều hay ngược chiều. Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, các nhà sản xuất sẽ bố trí hệ thống những đường dẫn thích hợp Hình 7: Nguyên tắc chảy của mẫu khảo sát và chất tải nhiệt 24 Hình 8 : Ví dụ về sơ đồ dòng chảy của sữa và chất tải nhiệt ( 4 x 2/ 2 ) Thông số công nghệ: -Nhiệt độ : 90 o C -Thời gian: 2-3 phút 2.2/Khuấy trộn: a)Mục đích: -Chuẩn bị: phân bố đều cơ chất trong nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình lên men -Hoàn thiện: Làm tăng độ đồng nhất cho nguyên liệu b)Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ: tăng -Thể tích của nguyên liệu: tăng -Trọng lượng của nguyên liệu: tăng Hóa học: -Phản ứng không đáng kể Cảm quan: -Độ đồng nhất của nguyên liệu c)Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: nhiệt độ cao thì khuấy trộn tốt hơn -Tỷ lệ các chất trong hỗn hợp Chất tải nhiệt Sữa 25 -Phương pháp thực hiện:ảnh hưởng đến độ đồng nhất của hỗn hợp. -Nồng độ chất khô: càng cao thì khuấy trộn càng lâu. d)Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Máy trộn tác động gián đoạn theo nguyên tắc phun khí động. Loại này dùng để trộn và phân đều các sản phẩm không bền nhiệt, chúng không thể nghiền và không bị nhiễm bẩn. Máy gồm bộ trộn hình ống xilanh đứng có đáy hình tròn, nắp elip khép kín. Trên nắp có bộ tách bụi gồm hai đĩa quay song song nhau, giữa các đĩa có các cánh, phần dưới của đáy nón có van xả và các vòi phun để cung cấp nitơ hay không khí. Nạp nguyên liệu ban đầu qua khớp nối được lắp trên nắp. Nạp nitơ hay không khí nén để khuấy trộn bằng xung lượng qua các vòi phun. Sản phẩm được tháo ra qua van. Các bộ phận có tiếp xúc với sản phẩm đều được chế tạo bằng loại thép không gỉ. Đặc tính kỹ thuật của máy khuấy trộn theo nguyên tắc phun khí động: Thể tích định mức của buồng khuấy trộn, m3:0,2 Áp suất trong buồng khuấy trộn, Mpa: 0,01 – 0,06 Nhiệt độ trong buồng khuấy trộn, oC: từ +20 đến -12 Công suất động cơ điện, kW: 0,8 Kích thước cơ bản, mm: 905 x 1442 x 2220 Khối lượng, kg: 442 Thông số công nghệ: -Lượng canh trường cơ chất : theo tỷ lệ 30ml/100ml sữa -Thời gian: 30-60 giây -Nhiệt độ: 28 o C 2.3/ Lên men: a) Mục đích: -Chế biến : làm thay đổi thành phần hóa học của nguyên liệu. 26 -Hoàn thiện: tạo ra một phần mùi vị đặc trưng cho sản phẩm b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ : tăng Hóa học: -Thành phần hóa học thay đổi : hàm lượng acid lactic tăng, alcohol tăng… -Độ ẩm: tăng Hóa sinh: -Các phản ứng trong sinh vật -Hoạt tính enzyme mạnh Sinh học: -Sự phát triển của nấm men và các vi sinh vật khác Cảm quan: -Tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật lên men.Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm vô hoạt enzyme , tiêu diệt vi sinh vật. -pH: tối ưu thì vi sinh vật lên men càng nhanh -Thành phần hóa học của nguyên liệu -Mật độ vi sinh vật trong nguyên liệu: càng nhiều thì lên men càng nhanh. -Thời gian: càng lâu thì sự lên men càng nhiều d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: • Thiết bị lên men bề sâu có cấu tạo: -Vật liệu bằng thép không gỉ -Hình trụ đứng -Bên trong thiết bị có hệ thống cánh khuấy và các đầu dò nhiệt độ, pH…để có thể theo dõi trực tiếp các thông số công nghệ trong quá trình lên men. 27 -Phần trên nắp thiết bị có các cửa với nhiều chức năng khác nhau: cửa thông cánh khuấy nối với motor, cửa nạp giống, cửa nạp chất điều chỉnh pH,… -Cửa nạp môi trường và tháo canh trường ra khỏi thiết bị thường được bố trí ở phần đáy. -Ngoài ra thiết bị còn có cửa quan sát,van lấy mẫu… Hình 9: Thiết bị lên men • Nguyên lý hoạt động: -Chuẩn bị thiết bị lên men -Nạp hỗn hợp vào thiết bị và lên men -Bổ sung cơ chất và tháo sản phẩm liên tục Thông số công nghệ: -Nhiệt độ: 26-28 o C -Thời gian: khoảng 4 giờ 2.4/ Làm nguội: a)Mục đích: -Chuẩn bị: chuẩn bị cho quá trình đóng gói b)Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ giảm Hóa học: -Sự thay đổi các phản ứng hóa học:làm giảm tốc độ phản ứng Cảm quan: 28 -Không có ảnh hưởng đáng kể c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Phương pháp thực hiện: ảnh hưởng đến thời gian -Thành phần hóa học của nguyên liệu: ảnh hưởng đến thời gian. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: -Thiết bị gần giống thanh trùng chỉ thay đổi tác nhân nóng thành tác nhân lạnh. Thông số công nghệ: -Nhiệt độ: 20 o C 2.5/ Đóng gói: a) Mục đích: -Bảo quản: bảo quản không bị nhiễm vi sinh vật khác -Hoàn thiện: tạo các giá trị về cảm quan như màu sắc hình dạng… b)Các biến đổi của nguyên liệu: -Hầu như không có biến đổi gì đáng kể c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Loại bao bì: khả năng chứa đựng và mức độ thất thoát ra ngoài. -Hình dạng bao bì: ảnh hưởng đến sự thuận lợi trong quá trình rót. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Cơ cấu rót có bình lường và van trượt: Cơ cấu rót có bình lường và van trượt được dùng trong ngành sữa, rượu, rượu vang, và trong nhiều lãnh vực công nghiêp thực phẩm khác để rót sản phẩm thực phẩm lỏng ít nhớt. 29 Trong thùng rót có bình lường, đáy bình vặn chặt với van trượt. Phần bên trên của van trượt rỗng còn phần bên dưới đặc. Bên phần rỗng của van trượt có lỗ. Van trượt di chuyển lên xuống được bên trong một ống lót lắp cố định dưới đáy thùng. Ống lót có lỗ nối với ống dẫn sản phẩm vào bao bì. Một lò xo lắp ở đáy bình chứa luôn luôn giữ cho van trượt ở vị trí thấp nhất. Khi đó miệng của bình lường nằm bên dưới mặt thoáng chât lỏng trong bình chứa. Khi nâng van trượt lên một khoảng (chu kỳ rót) thì bình lường chứa chất lỏng được đưa lên cao hơn mặt thoáng trong bình chứa, đồng thời xảy ra sự trùng khít các lỗ của van trượt và ống lót, nhờ đó chất lỏng ở trong bình lường chảy vào vào bao bì chứa. Sau khi chảy hết chất lỏng thì bình lường được hạ xuống, chất lỏng lại chảy vào đầy bình lường và chu trình làm việc sẽ lặp lại. Lượng chất lỏng chảy vào trong bao bì bằng thể tích của bình lường, do đó khi cần thay đổi định lượng phải thay đổi bình lường khác có thể tích thích hợp. 30 Hình 10:Cơ cấu rót chính xác có bình lường-van trượt Thông số công nghệ: -Loại bao bì: thủy tinh. -Nhiệt độ: 20 o C 2.6/ Lên men: a) Mục đích: -Hoàn thiện : tạo ra mùi vị đặc trưng cho sản phẩm b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ : tăng Hóa học: -Thành phần hóa học thay đổi : hàm lượng acid lactic tăng, alcohol tăng… -Đổ ẩm: tăng 31 Hóa sinh: -Các phản ứng trong sinh vật -Hoạt tính enzyme mạnh Sinh học: -Sự phát triển của nấm men và các vi sinh vật khác Cảm quan: -Tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: nhiệt độ thích hợp cho nấm men phát triển và lên men.Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm vô hoạt enzyme , tiêu diệt vi sinh vật. -pH: tối ưu thì vi sinh vật lên men càng nhanh -Thành phần hóa học của nguyên liệu -Mật độ vi sinh vật trong nguyên liệu: càng nhiều thì lên men càng nhanh. -Thời gian: càng lâu thì sự lên men càng nhiều d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: -Lên men trong bao bì Thông số công nghệ: -Nhiệt độ: 20 o C -Thời gian: 2 giờ 2.7/ Làm lạnh a) Mục đích: -Bảo quản : ức chế vi sinh vật b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ giảm -Thể tích : có thể thay đổi -Tỷ trọng : thay đổi 32 Hóa học: -Làm giảm tốc độ các phản ứng Hóa sinh: -Vô hoạt enzyme Sinh học: -Ức chế vi sinh vật c)Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu càng cao thì làm lạnh càng lâu -Thành phần hóa học của sản phẩm: ảnh hưởng đến khả năng truyền nhiệt. -Phương pháp thực hiện: ảnh hưởng đến thời gian làm lạnh -Thể tích sản phẩm: càng nhiều thì làm lạnh càng lâu -Loại bao bì: ảnh hưởng đến khả năng truyền nhiệt. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: -Bảo quản trong kho lạnh Thông số công nghệ: -Nhiệt độ: 4 o C -Thời gian: 12-24 giờ 3/Thiết bị vận chuyển: Sản phẩm sau khi đóng gói sẽ được vận chuyển bằng băng tải. Băng tải là một máy vận chuyển vật liệu rời theo phương ngang bằng cách cho vật liệu nằm trên một mặt băng chuyển động. Vật liệu sẽ được mang từ đầu nầy tới đầu kia của băng và được tháo ra ở cuối băng. Băng tải gồm một băng bằng cao su hoặc vải hoặc bằng kim loại được mắc vào hai puli ở hai đầu. Bên dưới băng là các con lăn đỡ giúp cho băng không bị chùng khi mang tải. Một trong hai puli được nối với động cơ điện con puli kia là puli căng băng. Tất cả 33 được đặt trên một khung bằng thép vững chắc. Khi puli dẫn động quay kéo băng di chuyển theo. Vật liệu cần chuyển được đặt lên một đầu băng và sẽ được băng tải mang đến đầu kia. Trong nhiều trường hợp cần phải tháo liệu giữa chừng có thể dùng các tấm gạt hoặc xe tháo di động. Thông thường puli căng là puli ở vị trí nạp liệu, còn puli dẫn động ở phía tháo liệu vì với cách bố trí như vậy nhánh băng phía trên sẽ là nhánh thẳng giúp mang vật liệu đi dễ dàng hơn. Để tránh hiện tượng trượt, giữa puli và băng cần có một lực ma sát đủ lớn, do đó băng cần phải được căng thẳng nhờ puli căng được đặt trên một khung riêng có thể kéo ra phía sau được. Hình 11: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng tải IV. Sản phẩm: 1.Thành phần dinh dưỡng và chất lượng: Một vài tài liệu quan tâm đến thành phần chất lượng của koumiss đã được xuất bản. Theo Berlin (1962) và Lozovich (1995) thì koumiss được phân thành ba loại dựa trên mức độ lên men (như nồng độ hương , độ acid và độ rượu trong sản phẩm)(bảng 5). Một lưu ý thú vị là koumiss được làm theo phương pháp truyền thống có thể chứa hơn 3.0 g alcohol /100 mL. Tuy nhiên, mức độ thủy phân protein cao hơn gấp 10 lần so với kefir.Ngoài ra, nồng độ 34 peptone trong koumiss (0.2–1.0 g /100 g) cao hơn kefir (0.05–0.12 g /100 g) (Seiler, 2003).Một sản phẩm koumiss điển hình có thể có số lượng vi khuẩn (5.0 × 10 7 cfu mL –1 ) và nấm men (1.43 × 10 7 cfu mL –1 ). Bảng 5 : Phân loại koumiss theo mức độ lên men Ngoài ra thì việc gia tăng nồng độ hợp chất nitơ trong koumiss bao gồm các amino acid tự do cơ bản,sẽ làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. 2. Ứng dụng : 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. Koumiss có tác dụng trị bệnh mạn tính bao gồm: bệnh lao, bệnh viêm phế quản, tiêu chảy và thiếu máu. Hệ vi sinh vật trong canh trường cơ chất biểu hiện các tính chất kháng khuẩn và kìm hãm vi khuẩn chống lại các thể gây bệnh như Escherichia coli, Bacillus. cereus và Mycobacterium spp. Tương tự kefir, sản phẩm thường được sử dụng trong việc điều trị hoặc trong thời gian dưỡng bệnh của bệnh lao. Nhưng nhiều nghiên cứu lâm sàng được yêu cầu để chứng thực điều đó.Hơn nữa, một vài loài nấm men hiện diện trong koumiss cũng biểu hiện 35 hoạt tính kháng sinh chống lại Staphylococcus aureus hoặc B. cereus (Seiler 2003). Cũng bằng việc phối trộn Lb. acidophilus và/hoặc Lb. Rhamnosus với canh trường cơ chất, các tính chất probiotic của koumiss sẽ được cải thiện. Ham et al. (1999) đã báo cáo rằng bổ sung Lb. plantarum và C. Kefir vào thức ăn gà sẽ làm gia tăng số lượng của chúng trong phân và làm giảm số lượng coliforms và E.coli. V. Thành tựu công nghệ : Sản xuất koumiss từ sữa bò : Thành phần chất lượng của sữa ngựa gần gống sữa người (bảng 2) và các giá trị sinh lý của koumiss thì cao hơn kefir. Hàm lượng protein của sữa ngựa rất thấp so với sữa bò và kết quả là sản phẩm lên men không đông lại. Do sữa ngựa có giới hạn giữa tháng 6 và tháng 11 nên kỹ thuật làm koumiss đã được sửa chữa để thích hợp dùng cho sữa bò. Một sản phẩm koumiss tương tự về cảm quan và chất lượng trị bệnh như sữa ngựa có thể được sản xuất từ sữa bò nếu các thành phần được điều chỉnh 1 cách hợp lý. Phương pháp điều chỉnh hiện nay là sử dụng các màng lọc membrane khác nhau ( màng lọc micro, màng lọc nano) để điều chỉnh sữa bò giống sữa ngựa .Vi sinh vật thường được sử dụng để lên men là : K. marxianus var. lactis, Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus và Lb. acidophilus. Chất lượng cảm quan và thành phần của sản phẩm koumiss tương tự như koumiss được làm từ sữa ngựa. 36 VI. Tài liệu tham khảo: 1. Lê Văn Việt Mẫn. Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống (tập 1). Nhà xuất bản đại học quốc gia tp.Hồ Chí Minh, 2004 2. Lâm Xuân Thanh. Giáo trình công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2003 3. Ramesh C. Chandan. Manufacturing Yogurt and Fermented Milks. Blackwell Publishing, 2006 4. Y.H.Hui . Handbook of Food Science, Technology, and Engineering. CRC Taylor & Francis, 2006 5. A.Y.Tamime. Fermented Milks. Blackwell Publishing, 2006 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. ract?CRETRY=1&SRETRY=0