Đề tài Tổng quan về hệ vi sinh vật gây hư hỏng sữa và đề xuất biện pháp hạn chế

Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế và sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ thực phẩm ở nước ta đã không ngừng đổi mới, nâng cao chất lượng cũng như đa dạng hóa các sản phẩm thực phẩm, nhằm đáp nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Song song với sự phát triển của các ngành thực phẩm khác, ngành công nghệ chế biến sữa đang giữ một vị trí quan trọng trong việc tạo ra những sản phẩm với đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cơ thể con người như các axit amin không thay thế (từ protit sữa) các vitamin A, vitamin D các khoáng chất đặt biệt như canxi, photpho… các nguyên tố vi lượng khác. Sữa được xem là sản phẩm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao do đó các sản phẩm chế biến từ sữa rất phong phú và đa dạng phù hợp với mọi lứa tuổi như sữa tươi, sữa bột, sữa đặt có đường, sữa chua… và đặt biệt là sữa tươi Sữa tươi là nguồn dinh dưỡng tự nhiên hữu ích rất giàu các chất đạm, sinh tố và khoáng chất cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày. Tuy nhiên chất lượng của sữa tươi không ổn định, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như giống bò, thời kỳ tọa sữa, mùa trong năm, thời điểm trong ngày … Mặt khác do sữa tươi chứa nhiều các thành phần dinh dưỡng nên dễ nhiễm vi sinh vật. Quá trình thu sữa, bảo quản và chế biến sữa, đặc hiệu là các vi khuẩn gây hư hỏng sữa và những vi sinh vật gây bệnh trong sữa. Những vi sinh vật này làm thay đổi chất lượng sữa, tạo ra các sản phẩm thứ cấp làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng. Do đó, vấn đề thu sữa bảo quản và chế biến sữa là vấn đề rất quan trọng ảnh hưởng trước hết tới sức khỏe của con người và sau đó là hiệu quả kinh tế. Với tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn nêu trên, đồng thời để sự chấp nhận của Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Tổng quan về hệ vi sinh vật gây hư hỏng sữa và đề suất biện pháp hạn chế”. 1.2. Mục đích Nhằm tìm ra được nguyên nhân các vi sinh vật xâm nhập vào sữa từ đó cho ta hướng khắc phục tình trạng nhiễm khuẩn vào sữa, đề ra các biện pháp hữu hiệu để khắc phục tình trạng nhiễm khuẩn đó. 1.3. Nội dung nghiên cứu Tổng quan các vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm, chủ yếu là trong sữa. Tìm hiểu các phương pháp xác định vi sinh vật này. Các biện pháp khắc phục các tình trạng nhiễm khuẩn. Tìm hiểu phương pháp sản xuất sữa đặc có đương. Tìm hiểu phương pháp sản xuất sữa tươi tiệt trùng. Chương 2: TỔNG QUAN 2.1. Giới thiệu về sữa tươi 2.1.1. Sơ lược về nguyên liệu sữa bò Sữa bò là một sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, không chỉ thể hiện qua hàm lượng các chất dinh dưỡng và tỷ lệ giữa chúng mà còn được thể hiện qua tính đặc hiệu của các thành phần dinh dưỡng đó. Sữa đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cơ thể về acid amin không thay thế, acid béo không no, khoáng (đặc biệt là Ca và P) và các vitamin. Trong sữa có một số thành phần như: lipid, carbohydrate, protein, chất khoáng, vitamin, ngoài ra còn có chất màu và nhiều chất khác. Trong các chất trên từ nước và những chất bay hơi khi chế biến thì những chất còn lại gọi là chất khô của sữa. Hàm lượng chất khô của sữa khoảng 10-20% tùy theo loại sữa, chất khô của sữa càng nhiều thì giá trị thực phẩm càng cao, nếu không kể đến lipit thì chất khô trong sữa gọi là chất khô không béo. Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống và nhiều yếu khác. 2.1.2. Thành phần vật lý của sữa Sữa tươi ở dạng lỏng, hơi nhớt có màu trắng đục hay vàng nhạt, có mùi thơm đặc trưng, vị hơi ngọt. - Mật độ quang ở 150C 1,030 – 1,034 - Tỷ trọng : 1,028 – 1,034 - Nhiệt độ sôi : 100,20C - Nhiệt độ đông đặc : 0,550C - Độ nhớt : 1,7 – 2,5 cp - PH biến thiên từ 6,5 – 6,8 - Chỉ số khúc xạ ở 200C 1,35 - Đô axit được tính bằng độ Dornic – 0D 16 - 18 ( decigram axit lactic / lit sữa ) 2.1.3. Thành phần hóa học của sữa bò tươi Hình 2.1: Thành phần dinh dưỡng của sữa. 2.1.3.1. Nước Nước là thành phần chiếm chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng, là dung môi hòa tan các chất hưu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh hóa. Hàm lượng nước trong sữa chiếm khoảng 87%. 2.1.3.2. Lipid Chất béo là một trong những thành phần quan trọng nhất của sữa. Hàm lượng chất béo của sữa thay đổi trong một phạm vi khá rộng. Chất béo của sữa dưới dạng những hình cầu rất nhỏ. Kích thước của những hạt chất béo phụ thuộc vào nhiều yếu như: loài giống, tùy từng con vật, thời gian khác nhau trong thời kỳ tiết sữa… các hạt chất béo kích thước lớn thì dễ tách ra khỏi sữa hơn là những hạt chất béo có kích thước nhỏ. Khi để sữa yên lặng một thời gian, các hạt chất béo của sữa sẽ nổi lên trên mặt thành một lớp váng mỏng gọi là váng sữa. Trong thành phần chất béo của sữa có tới 20 loại acid khác nhau, trong đó 2/3 là acid béo no và còn lại là acid chưa no. Trong số những acid béo trong sữa có nhiều loại acid béo dễ hòa tan trong nước (ví dụ acid caproic). Chất béo của sữa cũng dễ xảy ra những quá trình phân hủy làm thay đổi thành phần và tính chất như quá trình thủy phân, quá trình oxy hóa,… làm giảm dần chất lượng của sữa và nhiều khi làm hỏng sữa. Ngoài chất béo thuộc nhóm lipit của sữa còn có photphatit và một số chất khác nhưng hàm lượng không nhiều, photphatit có khoảng 0,5 – 0.7g trong 1 lít sữa, trong đó chủ yếu là lectin. 2.1.3.3. Protein Nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất của sữa là protein. Hàm lượng protein của các loại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm trong giới hạn 3,0 – 4,6%. Riêng đối với sữa bò hàm lượng protein khoảng 3,3 – 3,5% . Trong sữa có 3 loại protein chủ yếu: casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin chiếm 12% và lactoglobulin chiếm 6% trong toàn bộ lượng protein có trong sữa và còn một vài loại protein khác nhưng hàm lượng không đáng kể. a. Casein là thành phần protein chủ yếu có trong sữa. Chúng tồn tại dưới dạng micelle. Mỗi micelle chứa khỏang 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (gồm canxi, magie, phosphate và citrate). Trong sữa có các loại casein khác nhau như : as-casein, b-casein, k-casein, g-casein. as-casein và b-casein không tan trong sữa tươi. Các protein này chứa nhóm photphate (trong đó photpho chiếm khoảng 0,8% trong toàn casein) và nhóm photphate này kết hợp với ion Ca2+. Sự trung hòa một phần lớn các điện tích âm ngăn ngừa as-casein và b-casein kết khối và kết tủa. Hai phân tử casein có thể tồn tại một cách ổn định trong sữa là do có sự hiện diện của g casein. Casein không tồn tại tự do trong sữa nhưng tồn tại dưới dạng các hạt mixen có kích thước từ 0,003mm đến 0,3mm. Trung bình mỗi hạt chứa hàng ngàn phân tử a casein và b casein. Hiệu quả bảo vệ của g casein có thể là do nó góp phần gia tăng điện tích âm của hạt mà không kết hợp với ion Ca2+. Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nước và 30% chất khô. Trong thành phần chất khô casein chiếm khoảng 93% và muối (chủ yếu là canxi photphat) chiếm khoảng 7%. b. Lactoglobulin còn gọi là globulin của sữa. Hàm lượng lactoglobulin trong sữa khoảng 0,1% theo khối lượng và chiếm 3% so với lượng protein chung. Globulin sữa có nhiều trong sữa non, thuộc loại protein đơn giản và là protein hoàn thiện. Trong sữa, globulin tồn tại dưới dạng keo và có độ phân tán hơn so với albumin sữa khoảng 18.000. b glactoglobulin không tan trong nước, hòa tan tốt trong dung dịch muối loãng, epglobulin tan trong nước khi có mặt muối. Pseudoglobulin hòa tan trong nước nguyên chất. c. Lactoalbumin còn gọi là albumin của sữa. Hàm lượng lactoalbumin trong sữa không nhiều khoảng 0,5-1,0% tùy từng loại sữa. Trong sữa non có nhiều lactoalbumin hơn sữa thường. Khác với casein, lactoalbumin ở trong sữa dưới dạng hòa tan. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao lactoalbumin bị đông tụ. Trong môi trường acid, khi tăng nhiệt độ thì mức độ đông tụ nhanh và mau. Các enzyme làm đông tụ casein không có khả năng làm đông tụ lactoalbumin. Sau khi đông tụ, lactoalbumin mất khả năng hòa tan lại trong nước, nó chỉ có thể hòa tan lại trong một vài loại dung môi. 2.1.3.4. Carbohydrate Carbohydrate có ở trong sữa chủ yếu là lactose. Hàm lượng lactose trong sữa khoảng 4,5-5,1% tùy theo từng loại sữa. Đối với sữa bò hàm lượng này khoảng 4,9% lactose ở trong sữa dưới dạng hòa tan. Lactose khó bị thủy phân hơn các loại đường khác. Lactose bị thủy phân sẽ cho một phân tử glucose và một phân tử galactose. C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6 Lactose glucose galactose Hình 2.2 : Công thức cấu tạo hóa học của lactose. Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến thành caramen. Vì vậy khi khử trùng sữa, một phần lactose bị caramen hóa nên màu của sữa sau khi đã khử trùng thường sẫm hơn lúc chưa khử trùng, đồng thời lactose còn có thể kết hợp với các nhóm amin của protein sữa (casein) để tạo thành hợp chất melanoidin có màu sẫm. Dưới tác dụng của vi khuẩn lactic, lactose bị lên men thành acid lactic gọi là quá trình lên men lactic. 2.1.3.5. Chất khoáng Nhiều công trình nghiên cứu đã xác nhận lượng chất khoáng của sữa có thể thỏa mãn dầy đủ nhu cầu về chất khoáng cho cơ thể. Hàm lượng chất khoáng trong sữa 0,6-0,8% tùy từng loại sữa. Hàm lượng khoáng trong sữa bò khoảng 0,7%. Chất khoáng trong sữa có rất nhiều loại như: kali, canxi, natri, magiê, sắt, mangan, iốt, nhôm, crôm, ... Trong đó kali và canxi nhiều nhất. Các loại muối khoáng ở trong sữa có nhiều loại, phổ biến là muối photphat, clorua, citrat ... 2.1.3.6. Vitamin Sữa là thức ăn có nhiều loại vitamin cần thiết cho cơ thể, nhưng hàm lượng các vitamin không cao lắm. Số lượng và hàm lượng các loại vitamin trong sữa phụ thuộc vào nhiều loại yếu tố như thức ăn, điều kiện chăn nuôi, giống loài và tuổi các loại gia súc. Trong sữa bò có rất nhiều loại vitamin tan trong chất béo (vitamin A, D, E, K ...), nhóm vitamin tan trong nước (vitamin B1, B2, B12, C, PP ...). Vitamin A có nhiều trong sữa, nhất là trong sữa non và có nhiều trong các sản phẩm chế biến từ sữa nhất là trong bơ. Hàm lượng vitamin A trong sữa khoảng 0,2-2 mg/l sữa. Hàm lượng viatamin A trong sữa nhiều hay ít thường phụ thuộc vào hàm lượng carotene có trong thức ăn gia súc. Vitamin D hàm lượng trong sữa khoảng 0,002 mg/l sữa. Vitamin D không bị biến dổi trong quá trình khử trùng sữa. Vitamin B1 trong sữa khoảng 0,4 mg/l sữa. Trong quá trình khử trùng và bảo quản, hàm lượng vitamin B1 giảm dần, có thể giảm tới 15-20% hoặc hơn nữa. Vitamin B2 trong sữa khoảng 1,7 mg/l sữa. hàm lượng vitamin B2 có nhiều nhất là trong sữa non, những ngày vắt sữa theo thì hàm lượng vitamin B2 giảm dần. Vitamin PP trong sữa khoảng 1,5 mg/l . thức ăn của bò không ảnh hưởng đến hàm lượng của vitamin PP trong sữa. Vitamin PP được tổng hợp ngay trong cơ thể con bò. Vitamin C hàm lượng vitamin C trong sữa thay đổi trong một giới hạn rất rộng, khoảng 5-20 mg/l sữa. Trong sữa non có nhiều vitamin C, nhưng càng về cuối thời kỳ tiết sữa lượng vitamin C trong sữa giảm dần. Trong quá trình khử trùng, hàm lượng vitamin C trong sữa giảm, đặc biệt là khử trùng có không khí thì hàm lượng vitamin C giảm nhiều. 2.1.3.7. Enzyme Enzyme là những chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein. Sự có mặt của các enzyme trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó là giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa. Tuy nhiên, một số enzyme có trong sữa như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn. Chúng tham gia vào việc ổn định chất lượng sữa tươi trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng cao thì thành phần enzyme có trong sữa càng đa dạng và hoạt tính enzyme sẽ càng cao. Lactoperoxydase: enzyme này luôn có trong sữa động vật, nó do tuyến vú tiết ra. Enzyme xúc tác phản ứng chuyển hóa oxy từ hydrogen peroxyde (H2O2) đến các chất oxy hóa khác. Enzyme có pH tối thích là 6.8. Trong sữa non, hàm lượng enzyme thường cao hơn. Khi đun nóng sữa đến 80oC trong vài giây, lactoperoxydase sẽ bị vô hoạt. Catalase: được tìm thấy trong protein màng bao xung quanh các hạt cầu béo. Enzyme này xúc tác phản ứng phân hủy hydrogen peroxydase thành nước và oxy tự do. Sữa tươi từ những con vật khỏe mạnh chứa một lượng catalase rất thấp. Sữa nhiễm vi sinh vật thường có hoạt tính catalase rất cao. Catalase bị vô hoạt ở 75oC sau thời gian 1phút hoặc vô hoạt ở 65-68oC sau 30phút. Lipase: người ta tìm thấy một hệ enzyme lipase trong sữa bò. Chúng xúc tác thủy phân liên kết ester trong triglycerid và giải phóng ra các acid béo tự do. Sự thủy phân triglycerid làm tích lũy các acid béo tự do trong sữa. Quá trình phân giải tiếp các acid béo này làm cho sữa có mùi ôi khét và mùi kim loại. Phosphatase: Các phosphatase tìm thấy trong sữa chủ yếu thuộc về nhóm phosphomonoesterase. Chúng xúc tác phản ứng thủy phân liên kết ester giữa acid phosphoric và glycerin. Có hai dạng phosphomonoesterase trong sữa : phosphatase kiềm và phosphatase acid. Phosphatase kiềm có pH tối thích là 9.6. Một trong những tính chất đặc trưng của phosphatase kiềm là khả năng tái hoạt hóa của nó. Sau quá trình thanh trùng, nếu ta kiểm tra ngay mẫu sữa thì không phát hiện thấy hoạt tính phosphatase kiềm. Tuy nhiên, sau một thời gian bảo quản, trong sữa sẽ xuất hiện trở lại hoạt tính enzyme này. Người ta gọi đây là hiện tượng tái hoạt hóa của phosphatase kiềm và đến nay vẫn chưa tìm được lời giải thích rõ ràng về hiện tượng này. Để tránh hiện tượng hoạt hóa của phosphatase kiềm, ta cần làm lạnh nhanh sữa sau quá trình thanh trùng và bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp (2oC). Một số nghiên cứu cho rằng, sự có mặt của ion Ca2+ và Mg2+ thúc đẩy quá trình tái hoạt hóa enzyme, ngược lại, các ion cobalt, đồng và niken lại kìm hãm hiện tượng này. Phosphatase acid: enzyme này có pH tối thích là 4,7 và là enzyme bền nhiệt nhất trong sữa. Để vô hoạt nó hoàn toàn, ta cần gia nhiệt sữa đến 96oC và giữ ở nhiệt độ này trong thời gian tối thiểu là 5phút. Phosphatase acid bị vô hoạt bởi NaF. Protease: Theo Humber và Alais (1979) thì có hai loại enzyme: protease acid và protease kiềm được tiết ra từ tuyến vú. Chúng thường liên kết với casein và cũng bị kết tủa ở pH = 4,6. Các enzyme protease xúc tác phản ứng thủy phân protein, tạo các sản phẩm như proteose-peptone, peptide và các acid amin tự do. Sản phẩm thủy phân là g-casein và các phân đoạn proteose-peptone có phân tử lượng khác nhau. Các protease acid có trong sữa có pH tối thích là 4,0, còn protease kiềm hoạt động mạnh nhất ở pH = 7,5¸8,0. Chúng bị vô hoạt hoàn toàn ở 80oC sau 10 phút. 2.1.3.8. Các chất khí  Trong sữa bò còn chứa các chất khí, chủ yếu là CO2, O2 và N2. Tổng hàm lượng của chúng chiếm từ 5% đến 6% thể tích sữa. Các chất khí thường tạo thành các bọt khí ở trong sữa, chính những bọt khí này là nơi thích hợp cho các loại vi sinh vật ‘ẩn nấp’ và phát triển. Vì vậy sữa càng có nhiều chất khí càng không có lợi. Trong quá trình khử trùng, hàm lượng các chất khí ở trong sữa giảm. 2.1.3.9. Các chất miễn dịch Trong sữa có nhiều chất miễn dịch khác nhau. Các chất miễn dịch có tác dụng bảo vệ sữa khỏi sự hư hỏng. Hàm lượng các chất miễn dịch không nhiều nhưng đóng vai trò quan trọng đối với cơ thể. Chất miễn dịch rất dễ bị phá hủy bởi nhiệt độ (65 - 700C). 2.2. Các chỉ tiêu chất lượng của sữa Khi đánh giá chất lượng của sữa tươi, người ta thường tiến hành đánh giá đồng thời các chỉ tiêu như sau : - Các chỉ tiêu về cảm quan gồm có: trạng thái, màu sắc, mùi vị,... - Các chỉ tiêu về lý hóa bao gồm tỷ khối, hàm lượng chất khô, hàm lượng chất béo, hàm lượng protein, độ acid,... - Các chỉ tiêu về vi sinh gồm tổng số vi sinh vật (tạp trung) trong 1ml sữa, vi trùng gây bệnh, nấm mốc, ... 2.2.1. Chỉ tiêu cảm quan  2.1.1.1. Trạng thái Ở điều kiện bình thường sữa tươi là một khối chất lỏng đồng nhất, không vón cục, không có lớp chất béo nổi trên mặt, có độ nhớt khoảng 1,1-2,5 đơn vị, không có cặn, không có tạp chất lạ, không có rác bẩn... Thông qua trạng thái bên ngoài của sữa có thể tổng quát về chất lượng của sữa. Chẳng hạn khi các chất protein của sữa bị đông tụ thì sữa tạo thành những vón cục lợn cợn, khi chất béo của sữa ít thì độ nhớt của sữa thấp, khi sữa bị biến đổi đi tác dụng của các loại vi khuẩn như vi khuẩn lactic, vi khuẩn butyric,... cũng làm cho sữa bị vón, độ nhớt thay đổi ... 2.1.1.2. Màu sắc  Sữa tươi có màu sắc thay đổi từ trắng ngà đến vàng nhạt. Qua màu sắc của sữa có thể phán đoán sơ bộ được chất lượng của sữa. Sữa có nhiều chất béo thì màu vàng hơn những loại sữa bình thường, ngược lại khi sữa đã bị lấy đi một phần chất béo hoặc bị pha thêm nước thì thường có màu vàng nhạt hơn có màu vàng ánh xanh, sữa có màu xám hoặc ánh hồng có thể do vú bò bị viêm hoặc do ảnh hưởng của thức ăn lạ. Một số loại vi sinh vật phát triển ở sữa cũng có thể làm thay đổi màu sắc của sữa. Ví dụ như vi khuẩn Pseudomonas synantha, Bacterium synxantha phát triển trong sữa đã đun sôi không còn vi khuẩn lactic sinh màu vàng kim loại trên mặt sữa. 2.1.1.3. Mùi vị  Sữa tươi có mùi thơm đặc biệt dễ chịu, vị hơi ngọt. Khi sữa có mùi vị lạ chứng tỏ sữa đã bị biến đổi chất lượng. 2.2.2. Các chỉ tiêu lý hóa  2.2.2.1. Tỷ khối  Tỷ khối của sữa phụ thuộc vào hàm lượng các chất khô có trong sữa. Sữa có nhiều chất khô thì tỷ khối của sữa sẽ cao hơn. Nếu hàm lượng chất béo trong sữa tăng lên thì tỉ khối của sữa giảm đi, và ngược lại. Tỉ khối của sữa tươi thường thay đổi trong phạm vi 1.028-1.038. Khi sữa tươi bị pha thêm nước thì tỉ khối giảm xuống. Do thành phần hóa học của sữa phụ thuộc vào điều kiện thời tiết chăn nuôi và chế độ vắt sữa, nên tỉ khối của sữa thay đổi theo thời tiết. Về mùa lạnh và khô thì tỉ khối của sữa thường lớn hơn mùa nóng và ẩm. 2.2.2.2. Độ acid Độ acid của sữa là số ml dung dịch NaOH hay KOH nồng độ 0,1N cần thiết để trung hòa lượng acid có trong 100ml sữa tươi, với chất chỉ thị phenolphthalein. Độ acid của sữa kí hiệu là 0T. Độ acid của sữa tươi mới vắt khoảng 16-180T, sau khi vắt một thời gian vi khuẩn lactic ở trong sữa phát triển làm tăng lượng aicd lactic ở trong sữa nên độ acid của sữa tăng dần. Khi bảo quản hay vận chuyển, nhất là trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta, độ acid của sữa sẽ tăng dần lên, có thể tới 20-250T. Đối với sữa tươi dùng để uống trực tiếp thường khống chế độ acid trong phạm vi không lớn hơn 200T. Đối với sữa tươi dùng đế chế biến ra các sản phẩm khác thì khống chế độ acid lớn hơn một chút không sao, nhưng tối đa chỉ đạt từ 23-250T. Ngoài việc tính độ acid theo độ T người ta còn tính theo lượng acid lactic như sau : Độ acid = Độ T * 0.009(%) 2.2.3. Các chỉ tiêu vi sinh  Sữa là môi trường rất thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật, do đó khi vi sinh vật xâm nhập vào sữa chúng phát triển rất nhanh chóng, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở nước ta. Những vi sinh vật này chúng xâm nhập vào sữa và gây ra những hư hại như: làm chua sữa, làm biến đổi màu của sữa, gây ra mùi hôi,... Vì thế khi thu nhận nguyên liệu sữa tươi người ta thường kiểm tra rất cẩn thận bằng cách thử hoạt lực của enzim reductaza và phân loại sữa ra thành nhiều loại tốt, trung bình hay xấu để đưa vào chế biến cho phù hợp và có năng suất cao. 2.3. Các biến đổi của sữa tươi trước khi chế biến Trong quá trình bảo quản sữa, các biến đổi vật lý, hóa học, sinh học, hóa lý và hóa sinh có thể diễn ra. Tuy nhiên tốc độ các biến đổ trên phụ thuộc vào thành phần hóa học và hệ vi sinh vật có trong sữa sau khi vắt cũng như phụ thuộc vào các điều kiện bảo quản (nhiệt độ, sự có mặt của oxy…). 2.3.1. Các biến đổi sinh học Sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa được xem là biến đổi sinh học quan trọng nhất. Trong quá trình bảo quản, hệ vi sinh vật sẽ phân giải và sử dụng một số chất dinh dưỡng có trong sữa. Sự sinh trưởng của VSV sẽ làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học và các tính chất cảm quan của sữa (màu sắc, mùi, vị…). Để hạn chế những biến đổi sinh học trong quá trình bảo quản sữa, ta cần sử dụng ba biện pháp kết hợp dưới đây: - Đảm bảo các điều kiện vệ sinh trong giai đoạn vắt và vận chuyển sữa tươi từ nơi thu hoạch về nhà máy chế biến, nhằm giảm đến mức tối đa hàm lượng vi sinh vật ban đầu có trong sữa. - Tại nhà máy, nếu sữa tươi chưa được đưa vào chế biến ngay thì có thể tiến hành thanh trùng sữa (nhiệt độ 63oC, thời gian 15 giây). - Quá trình bảo quản sữa từ sau khi vắt đến trước khi chế biến phải được thực hiện trong điều kiện nghiêm ngặt: nhiệt độ sữa không được lớn hơn 6oC, tránh sự khuấy trộn và sự có mặt của oxy trong sữa. 2.3.2. Các biến đổi hóa học và hóa sinh a. Thủy phân chất béo (lipolysis) Có 97 - 98% khối lượng chất béo trong sữa thuộc về nhóm triglyceride. Các hợp chất này có thể bị thủy phân dưới xúc tác của hệ enzym lipase tạo sản phẩm là các acid béo tự do, mono- hoặc triglyceride. Việc thủy phân chất béo, giải phóng ra các acid béo tự do, đặc biệt là các acid béo có phân tử lượng thấp như acid butyric, acid caproic…làm cho sữa có mùi ôi khét. Thông qua hàm lượng các acid béo tự do có trong sữa, ta có thể đánh giá mức độ quá trình thủy phân chất béo. Sữa tươi được xem là có chất lượng tốt khi chỉ số acid không lớn hơn 0,5¸0,8 meq/100g chất béo. CH2 OCOR1 CH2 OCOR1 CH OCOR2 + H2O CH OCOR2 + R3 COOH CH2 OCOR3 CH2 OH Lipase Triglyceride Diglyceride Acid béo b. Oxy hóa chất béo  Các acid béo không bão hòa có trong sữa rất dễ bị oxy hóa tại vị trí các nối đôi trong phân tử của chúng. Kết quả của quá trình oxy hóa này sẽ tạo ra các hydroperoxyde và làm cho sữa có mùi kim loại. H O2 + CH CH CH2 C CH CH O OH Để khống chế quá trình oxy hóa chất béo, ta cần hạn chế hàm lượng oxy hòa tan trong sữa bằng phương pháp bài khí sữa trước khi bảo quản. Bên cạnh đó, trong quá trình bảo quản cần tránh cho sữa tiếp xúc với oxy và ánh sáng mặt trời. Ta cũng có thể sử dụng các chất chống oxy hóa như dodecyl gallate (E 312). Ngoài ra, quá trình thanh trùng sữa ở nhiệt độ trên 800C cũng hạn chế được quá trình oxy hóa chất béo. c. Thủy phân protein  Quá trình thủy phân protein được xúc tác bởi hệ enzym protease. Các sản phẩm thu được sẽ phụ thuộc vào mức độ thủy phân và có thể là các polypeptide với phân tử lượng khác nhau, peptide hoặc acid amin. Một số peptide làm cho sữa có vị đắng. Tuy nhiên, chính các protease do vi sinh vật nhiễm vào sữa tiết ra (chủ yếu là nhóm vi khuẩn cận ưa lạnh) mới gây nên những biến đổi sâu sắc về thành phần protein lẫn mùi vị của sữa. Mức độ thủy phân protein càng sâu sắc thì mùi vị của sữa càng bị biến đổi. d. Phân hủy các acid amin Các phản ứng phân hủy acid amin thường gặp là desamin hóa, decarboxyl hóa… Sản phẩm thu được từ các phản ứng trên là acid không bão hòa, acid béo bão hòa, khí NH3, CO2…Chúng làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học hoặc và mùi vị của sữa. e. Các biến đổi hóa học và hóa sinh khác liên quan đến trao đổi chất của hệ vi sinh vật có trong sữa Các vi sinh vật khác nhau có thể có những con đường trao đổi chất khác nhau nhưng đều nhằm mục đích tạo ra năng lượng ATP và vật chất tế bào để phục vụ cho sự tồn tại và sinh trưởng của chúng trong môi trường sữa. Kết quả của những chuyển hóa này cũng làm thay đổi sâu sắc thành phần hóa học của sữa. * Ảnh hưởng của xử lý nhiệt lên các thành phần hóa học: - Chất béo: không bị ảnh hưởng ở nhiệt độ dưới 100oC. Sự kết tủa các hạt béo xảy ra ở nhiệt độ cao. Sự phân tách chất béo bị giảm nếu sữa bị gia nhiệt cao hơn 75oC. - Protein: casein không thấy bị thay đổi ở nhiệt độ dưới 100oC, nhưng rất dễ thấy sự biến đổi của casein micelle khi nhiệt độ của sữa trên 65oC. Protein dịch sữa bị biến tính ở nhiệt độ trên 65oC và hầu như bị biến tính hoàn toàn ở nhiệt độ 90oC trong 60 phút. Vài protein có thể bị khôi phục một phần tính chất của nó trong thời gian lưu trữ vài ngày hoặc vài tuần sau khi bị xử lý nhiệt. Sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ 75oC và lưu nhiệt ở đó trong 1 phút hoặc ít hơn, sữa bắt đầu có mùi nấu, đó là do sự giải phóng hợp chất chứa sulphur từ b-lactoglobulin và các protein chứa sulphur khác. - Enzyme: các enzyme bị vô hoạt bởi nhiệt. Nhiệt độ vô hoạt phụ thuộc vào kiểu enzyme. - Vitamin: vitamin C rất nhạy với nhiệt độ, đặc biệt khi có mặt của không khí và kim loại. Thanh trùng ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng đĩa hầu như không làm mất vitamin C. Các vitamin khác chịu ảnh hưởng hoặc không bị ảnh hưởng dưới sự xử lý nhiệt vừa phải. - Lactose:ở nhiệt độ cao trên 100oC lactose phản ứng với protein gây ra màu nâu của sữa. 2.3.3. Các biến đổi vật lý Một số chỉ tiêu vật lý như tỷ trọng, độ khúc xạ ánh sáng, độ nhớt của sữa phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp, các chỉ tiêu trên sẽ thay đổi đôi chút khi ta so sánh với sữa vừa thu hoạch từ cơ thể bò mẹ. Nhìn chung các biến đổi vật lý của sữa trong quá trình bảo quản là không đáng kể. 2.3.4. Các biến đổi hóa lý a. Sự thay đổi cấu trúc micelle Cấu trúc micelle của sữa chủ yếu do các casein (a, b, k-casein) cùng hai nguyên tố vô cơ (kali và phosphore) tạo nên. Theo Mahieu (1985), khi ta giảm nhiệt độ của sữa, hàm lượng b-casein trong micelle cũng sẽ bị giảm. Đó là do một số phân tử b-casein đã thoát ra khỏi cấu trúc micelle và hòa tan vào trong dung dịch sữa. Như vậy, một số phân tử b-casein, ion calci, phosphate thoát ra khỏi cấu trúc micelle dưới tác dụng của nhiệt độ thấp sẽ làm giảm kích thước micelle trong sữa. Song song đó, mức độ hydrate hóa của các micelle sẽ tăng. Trạng thái keo của micelle sẽ trở nên bền hơn. Tuy nhiên, sự giảm kích thước micelle và sự giảm hàm lượng phosphate calci trong micelle sẽ gây ra những khó khăn nhất định cho quá trình đông tụ casein trong sản xuất một số loại phô mai. b. Sự thay đổi hệ nhũ tương Các giọt cầu béo trong sữa có đường kính thông thường từ 2¸10mm và được bao bọc bên ngoài bởi một màng (membrane) có các gốc ưa nước với mục đích ổn định hệ nhũ tương trong sữa. Các acid béo khác nhau sẽ có nhiệt độ đông đặc khác nhau. Khi ta giảm nhiệt độ của sữa, sự kết tinh của các triglycerid sẽ được tăng cường. Nếu quá trình làm lạnh sữa diễn ra nhanh sẽ làm xuất hiện các tinh thể chất béo với kích thước nhỏ và chúng không làm tổn thương đến cấu trúc màng bảo vệ giọt béo. Ngược lại nếu quá trình làm lạnh diễn ra chậm (từ 20 phút trở lên) sẽ xuất hiện các tinh thể lớn và chúng sẽ làm membrane bị rách, nứt. Triglycerid cũng có thể thoát ra khỏi các hạt cầu béo và tập trung lại với nhau hoặc đóng vai trò chất kết dính các hạt béo tạo thành một lớp chất béo trên bề mặt sữa. Trường hợp này thường xảy ra nếu sữa tươi sau thu hoạch không được qua xử lý đồng hóa. Các tác động cơ học như sự khuấy trộn với tốc độ quá cao có thể làm thay đổi cấu trúc màng bảo vệ các giọt béo trong sữa. Các va chạm cơ học sẽ làm cho một số phospholipid trong membrane thoát ra khỏi giọt cầu béo, từ đó làm cho các triglycerid dễ tách khỏi hạt cầu và dễ tiếp xúc với enzym lipase hơn. Khi đó, thành phần và kích thước các giọt béo sẽ thay đổi. Nhìn chung, sự khuấy trộn với tốc độ vừa phải có tác dụng nhũ hóa các chất béo tự do có trong sữa. Tuy nhiên, các màng bảo vệ giọt béo có thể thay đổi cấu trúc với những mức độ khác nhau. Chương 3 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA BÒ 3.1. Công nghệ sản xuất sữa đặc có đường  3.1.1. Nguyên liệu Nguyên liệu chính trong sản xuất sữa đặc có đường có thể là sữa tươi, sữa bột trong quy trình công nghệ này em xin chọn nguyên liệu sản xuất sữa đặc có đường đi từ sữa bò tươi. Các nguyên liệu khác : Bột sữa gầy Đường lactose (đường tinh luyện) Đường saccharose (đường tinh luyện) Nước công nghệ Chất ổn định : chiếm 0.3% khối lượng gồm muối phosphat và citrat của Na, K 3.1.1.1. Đường lactose Lactose là loại đường chủ yếu có trong sữa tươi và đây là đường được bổ sung chủ yếu trong quá trình sản xuất sữa đặc có đường vì đây là loại đường dể tiêu hóa và ít xảy ra sự tái kết tinh hơn đường saccharose. Tuy nhiên trong quá trình sản xuất có bổ sung saccharose là vì hiện nay trên thị trường nguồn lactose vẫn còn hiếm, lượng đường lactose được sản xuất ra còn khá ít do đó giá thành của nó cao hơn so với saccharose, hơn nữa độ ngọt của lactose khá bé không đủ ngọt cho sản phẩm nếu cùng một khối lượng với saccharose. 3.1.1.2. Đường saccharose Đường saccharose được bổ sung vào trong sản phẩm sữa đặc có đường nhằm mục đích tăng độ ngọt, giá trị dinh dưỡng và giá trị áp lực thẩm thấu bên trong sản phẩm. Nhờ đó sản phẩm sữa đặc có đường không qua tiệt trùng nhưng vẫn có thể bảo quản được trong thời gian dài. 3.1.2. Sơ đồ công nghệ Thanh trùng Làm nguội Cô đặc Làm nguội – kết tinh Bồn chứa bán thành phẩm Chiết rót Ghép nắp Dán nhãn Đóng thùng Bảo quản Tiệt trùng t=3000C Lon sữa Nắp Sản phẩm Dung dịch siro đường Sữa tươi Lọc Chuẩn hóa Đồng hóa Sữa gầy Tiệt trùng t=3000C Mầm tinh thể t = 55¸80oC p=102¸5MPa t = 137oC t = 4s t= 48oC t=70oC p = 0.31 at t1 = 30o ,t 2 = 15-18oC tkhuấy =1h t= 10oC Cặn Hình 3.1 : Công nghệ sản xuất sữa đặc có đường 3.1.3. Thuyết minh quy trình Sữa tươi sau khi được vắt qua sữa lý sơ bộ, được bảo quản lạnh nhờ vận chuyển tới nhà máy. Khi sữa được vận chuyển tới nhà máy, sữa sẽ được sữ lý có tính công nghiệp nghĩa là được kiểm tra chất lượng bằng cách lấy mẫu để thực hiện việc kiểm tra chất lượng hay tiến hành khâu phân loại chất lượng ban đầu. sữa sau khi được kiểm tra nếu đạt chất lượng thì sẽ đưa vào chế biến. Sau đây là trình tự các quá trình chế biến sữa đặc có đường: 3.1.3.1. Quá trình lọc a. Mục đích Quá trình lọc nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất, cặn đá sữa, cặn dơ…ra khỏi dịch sữa, đảm bảo dịch sữa sau khi đi qua quá trình thanh trùng đồng hóa không còn các cặn dơ, các cặn đá, hạt đen…có kích thước lớn để sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng, giá trị cảm quan cao hơn. b. Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống lọc Kích thước lưới lọc phải <=300µm, để sau quá trình lọc sản phẩm sữa không thấy cặn dơ về phương diện cảm quan không còn thấy các cặn đen, sữa đều, mịn. Hệ thống lọc phải đảm bảo quá trình lọc được diễn ra liên tục đều đặn, để cung cấp đầy đủ dịch sữa cho bơm cấp đồng hoá hoạt động ổn định (người ta thường dùng hai ống lọc để có thể thay đổi khi lọc bị nghẹt). c. Những biến đổi của sữa sau quá trình lọc Sau quá trình lọc sữa sẽ không còn tạp chất về mặt vật lí, về mặt cảm quan sẽ thấy sữa mịn hơn, không còn cặn đen, tạp chất trên bề mặt. Sữa mịn và trắng hơn. d. Thiết bị lọc - Cấu tạo gồm: 2 ống lọc và một túi lọc bằng nilon. - Nguyên tắc hoạt động: + Dịch sữa sau quá trình trộn được bơm qua và được lọc qua ống lọc bằng kim loại, bên ngoài có bọc 1 lớp nilon. + Sau đó được lọc lại bằng một túi lọc đường kính £ 2mm. + Sau đó được chứa ở bồn cân bằng. Dịch sữa (sau quá trình trộn) Ống lọc Túi lọc Van Bồn cân bằng Hình 3.2: Cấu tạo thiết bị lọc 3.1.3.2. Quá trình chuẩn hóa Sữa sau khi được lọc để loại bỏ các tạp chất, cặn bẩn sẽ được tiến hành chuẩn hóa. a. Mục đích Quá trình chuẩn hóa là quá trình điều chỉnh thành phần chất khô với chất béo nhằm cân đối tỷ lệ các chất theo yêu cầu của sản phẩm. b. Các biến đổi của sữa trong quá trình chuẩn hóa Ÿ Biến đổi hóa học Quá trình chuẩn hóa trong công nghệ cụ thể ở đây là bổ sung sữa gầy làm cho thành phần các chất có trong sữa điều thay đổi như thành phần chất béo, chất khô, nước… Ÿ Biến đổi vật lý Sự thay đổi thành phần của sữa sau quá trình chuẩn hóa làm cho khối lượng các chất có trong sữa thay đổi và do đó độ nhớt của sữa cũng sẽ thay đổi. 3.1.3.3. Quá trình đồng hóa Bản chất của quá trình đồng hóa là sự phá vở các hạt cầu béo thành nhiều hạt cầu béo nhỏ hơn. Do đó nó làm giảm số lượng các khối kem và đồng thời cũng làm giảm khả năng đông tụ hay kết dính lại của các hạt cầu. Hình 3.3: Các hạt cầu béo trước và sau quá trình đồng hóa a. Các biến đổi của nguyên liệu Các hạt cầu béo ban đầu bị phá vỡ là do sự chuyển động hỗn loạn và sự va chạm. Kết quả là đường kính các hạt cầu béo giảm còn khoảng 1mm và kèm theo đó là số lượng các hạt cầu béo tăng lên gấp từ 4 đến 6 lần. Bên cạnh đó độ nhớt của sữa sẽ giảm đi khi nhiệt độ ngày càng tăng. b. Thiết bị đồng hóa 2 cấp Nguyên lý hoạt động: Hệ nhũ tương sữa được bơm qua 1 khe hẹp với tốc độ cao, kích thước các hạt cầu béo giảm do các cơ chế: - Va đập giữa các hạt phân tán với nhau: khe hẹp có tiết diện giảm dần, do đó tốc độ dòng sản phẩm đi qua khe hẹp ngày một tăng cao đạt đến chế độ chảy rối, các hạt phân tán va đập với nhau khiến chúng bị vỡ ra tạo thành các hạt phân tán có kích thước nhỏ hơn. - Va đập giữa các hạt phân tán với bong bóng khí: tốc độ dòng cao còn làm xuất hiện những bong bóng khí, va đập vào hạt phân tán làm giảm kích thước hạt. - Va đập giữa các hạt phân tán vào bề mặt cứng của thiết bị. Chế độ: Nhiệt độ đồng hóa là 700C là nhiệt độ thích hợp để phân tán hoàn toàn được các hạt cầu béo, các cầu béo tồn tại ở pha lỏng và liên kết bình thường với sữa. Lúc này đồng hóa xảy ra hiệu quả nhất. Đồng thời ở nhiệt độ này, sự biến đổi thành phần hóa học xảy ra không đáng kể. Áp suất:<100 bar, tuỳ thuộc vào độ nhớt yêu cầu của sữa bán thành phẩm. Áp suất được điều chỉnh sao cho độ nhớt sữa sau cô đặc đạt 1800cP. Để tăng độ nhớt bán thành phẩm, cần tăng áp suất đồng hóa, tuy nhiên áp suất này không được vượt quá 110 bar để đảm bảo độ an toàn của thiết bị. Trục nén Sản phẩm đã đồng hóa Khe 0.1 mm Sản phẩm chưa đồng hóa Hình 3.4: Cầu béo được phá vỡ qua khe hẹp của thiết bị đồng hoá dưới áp suất cao. 3.1.3.4. Quá trình thanh trùng sữa a. Mục đích Thanh trùng sữa làm biến đổi cấu trúc của các vi sinh vật có mặt trong sữa. Do đó có thể loại bỏ hay tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh cho con người và các vi sinh vật thông thường. Bên cạnh đó việc thanh trùng còn có tác dụng ức chế hệ vi sinh vật vô hại có trong thực phẩm nhằm mục đich kéo dài thời gian bảo quản. b. Các biến đổi của sữa trong quá trình thanh trùng Ÿ Biến đổi sinh học: Quá trình thanh trùng đòi hỏi phải phá hủy được các cấu trúc của các trực khuẩn chịu nhiệt, các vi khuẩn gây bệnh và loại một lượng đáng kể các tạp trùng nhằm làm cho sữa sau khi tiệt trùng đáp ứng được các tiêu chuẩn về vi sinh vật. Ÿ Biến đổi vật lý: nhiệt độ tăng lên, tỷ trọng thay đổi, độ nhớt thay đổi. Ÿ Biến đổi hóa học: xảy ra các phản ứng hóa học không có lợi: - Phản ứng phân hủy các vitamin. - Sự mất cân bằng về thành phần Nito, các muối khoáng va vitamin - Các phản ứng tạo màu không có lợi cho sản phẩm sữa đặc có đặc có đường. - Các phản ứng thủy phân trong môi trường acid hoặc kiềm. Ÿ Biến đổi hóa lý: Các Protein trong sữa ở nhiệt độ cao dễ dàng bị đông tụ nhưng do đã đồng hóa nên tránh được biến đổi này. Ÿ Biến đổi hóa sinh: ở nhiệt độ cao gây vô hoạt các enzyme trong sữa. Ÿ Các biến đổi cảm quan: sự thay đổi về mùi vị màu sắc trạng thái. c. Các phương pháp thanh trùng sữa và thiết bị thanh trùng Các phương pháp thanh trùng: có hai phương pháp thanh trùng chính: Ÿ Phương pháp thanh trùng sữa ở nhiệt độ thấp: phương pháp chậm và gián đoạn - Chế độ nhiệt: 630C trong 30 phút - Ưu điểm: không làm thay đổi đặc tính sữa, thành phần các Protein như albumin, globumin không bị đông tụ và trạng thái các hạt cầu béo không đổi. - Nhược điểm: Các vi sinh vật ưa nhiệt có thể phát triển ở nhiệt độ này, do đó có thể làm tăng số lượng vi sinh vật cho sữa sau quá trình thanh trùng. Phương pháp thanh trùng sữa ở nhiệt độ cao: phương pháp thanh trùng UHT (Ultra high Temperature) - Chế độ nhiệt: 135-1500C trong 4-15s. - Ưu điểm: tiết kiệm thời gian lao động , năng lượng và không gian, tiêu diệt hết các vi sinh vật và phân tử. - Nhược điểm: chi phí thiết bị cao, các phản ứng caramel hóa xảy ra, làm cho sản phẩm vô vị, nhạt nhẻo không bắt mắt. Phương pháp thanh trùng UHT: Phương pháp này sữ dụng cho các sản phẩm thực phẩm dạng lỏng, để tiêu diệt các vi sinh vật trong sản phẩm. Các quá trình xảy ra sau khi thanh trùng điều phải thực hiện trong điều kiện vô trùng. Vì vậy mà quá trình UHT còn được gọi là quá trình vô trùng. Các sản phẩm thành phần dạng lỏng hay sữa được thanh trùng UHT được sữ dụng một cách rộng rãi. Có hai loại hệ thống xữ lý UHT: - Hệ thống trực tiếp: sữ dụng hơi nước tiếp xúc với sản phẩm - Hệ thống gián tiếp: sữ dụng phương pháp trao đổi nhiệt qua đĩa, trao đổi nhiệt bằng hệ thống ống…. Và cũng có thể kết hợp các phương pháp trao đổi nhiệt gián tiếp với nhau tùy từng loại sản phẩm và yêu cầu của quá trình. Thiết bị thanh trùng Trong quy trình sản xuất sữa đặc có đường này chúng tôi xin trình bày biện pháp thanh trùng theo phương pháp trao đổi nhiệt gián tiếp bằng hệ thống ống để thanh trùng sữa nguyên liệu. Hệ thống xử lý UHT gián tiếp sử dụng trao đổi nhiệt dạng ống Hệ thống xử lý nhiệt UHT gián tiếp sử dụng phương pháp trao đổi nhiệt bằng ống thường dùng cho quá trình xử lý UHT đối với các sản phẩm có độ nhớt thấp hoặc trung bình, với lưu lượng dòng chảy từ 1000 – 30.000 l/h. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống Hệ thống trao đổi nhiệt bằng ống gồm nhiều ống nối tiếp hoặc song song sao cho có thể trao đổi nhiệt tốt nhất. Dòng sữa ở nhiệt độ thấp được bơm từ thùng chứa vào thùng cân bằng của hệ thống UHT rồi đi qua bơm để đến vùng gia nhiệt. Ở vùng này, sữa được gia nhiệt lên khoảng 75 oC sau đó đi vào vùng thanh trùng. Tại đây sữa được gia nhiệt lên 137 oC nhờ hơi nước. Sữa di chuyển trong ống giữ nhiệt, đoạn ống này có kích thước sao cho sữa đi qua trong khoảng 4s. Tiếp theo sữa được làm nguội từ từ qua từng vùng làm mát đến khoảng 48 oC cho quá trình tiếp theo. Hình 3.5: Hệ thống thanh trùng UHT trao đổi nhiệt bằng ống 3.1.3.5. Quá trình bốc hơi (cô đặc) a. Mục đích Trong quá trình sản xuất sữa đặc có đường, cô đặc đóng vai trò chế biến. bản chất của nó là làm bay hơi nước nhằm đạt được một độ khô nhất định và một độ nhớt thích hợp. Đồng thời trong quá trình cô đặc, một lượng đường được bổ sung vào để điều chỉnh độ ngọt, nâng cao hàm lượng lactose và tạo một áp suất thẩm thấu đủ lớn để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình bảo quản sữa mà không cần tiệt trùng khi đóng sữa vào bao bì. Đây cũng là đặc điểm riêng của sữa đặc có đường. b. Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng màng rơi Thiết bị cô đặc bốc hơi dạng màng rơi được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa. Theo nguyên lý chung, sữa được gia nhiệt sơ bộ (65-700C) rồi đi vào trong thiệt bị (2) từ phía trên sẽ chảy xuống tạo một lớp màng mỏng bao lấy bề mặt truyền nhiệt. Bề mặt truyền nhiệt là thân các ống hình trụ đứng được đặt trong thiết bị bốc hơi hoặc là những tấm bảng mỏng được đặc sát với nhau. Để tiết kiệm năng lượng, hơi gia nhiệt từ buồng (2) sẽ đi vào buồng (1) ngưng tụ để gia nhiệt cho sữa. Sữa được đun sôi trong buồng (2) sẽ đi vào buồng (3) tách hơi thứ. Sữa cô đặc thoát ra ngoài theo cửa đáy thiết bị (3). Buồng gia nhiệt sơ bộ sữa nhờ hơi ngưng tụ Buồng gia nhiệt sữa đến nhiệt độ sôi Buồng tách hơi thứ và sữa cô đặc Sản phẩm cô đặc Nước Hơi thứ Sản phẩm vào Tác nhân gia nhiệt (hơi) 1 2 3 1 2 Hình 3.6: Hệ thống bốc hơi một cấp dạng màng rơi Đối với sữa đường các nhà sản xuất thường chọn thiết bị cô đặc 3 nồi xuôi chiều sử dụng thiết bị nén hơi thứ. Điều này có nghĩa là các nồi sau có đô chân không không cao hơn các nồi trước nhưng nhiệt đô các nồi sau giảm dần như (hình 3.7). Sữa đi vào nồi đầu tiên (4) có áp suất chân không ứng với nhiệt độ sôi 700C được gia nhiệt và bốc hơi. Hơi thứ tách ra từ buồng bốc bên dưới có áp suất thấp hơn được đưa vào nồi thứ 2 (5) làm tác nhân gia nhiệt. Sữa sau nồi 1 được bơm rút ra nồi sau. Tương tự sữa sau hệ thống được cô đặc đến nồng độ thích hợp và được bơm ra ngoài qua thiết bị trao đổi nhiệt (8) để làm nguội bằng cách trao đổi nhiệt với dòng sữa lạnh đưa vào thiết bị cô đặc. Tất cả không khí không ngừng được bơm chân không (2) thải ra ngoài, hơi thứ từ nồi 3 (6) sẽ được nén bởi máy nén cơ học (3) đưa lên áp suất và nhiệt độ cao hơn và tận dụng làm nguồn cung cấp nhiệt cho nồi thứ nhất. như vậy có sự tuàn hoàn hơi nước trong thiết bị làm gia tăng hiệu suất sử dụng nhiệt, tiết kiệm hơi nước, giảm chi phí vận hành. Máy nén Bơm chân không Buồng nén hơi Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 Buồng tách hơi thứ và sữa Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ dạng bảng Hình 3.7: Hệ thống cô đặc sữa ba nồi liên tục xuôi chiều. c. Các biến đổi của vật liệu Ÿ Biến đổi hóa lý Trong quá trình cô đặc có sự chuyển pha của nước từ dạng lỏng sang dạng hơi, một lượng lớn hơi nước được bốc ra từ sản phẩm làm cho nồng độ chất khô của sữa tăng nhanh kèm theo đó là sự gia tăng về khối lượng riêng, tỷ trọng, nhiệt độ sôi và đặc biệt là độ nhớt. Quá trình này quyết định độ nhớt sau cùng của sản phẩm. Tỷ trọng của sữa sẽ được đo liên tục để kiểm tra hàm lượng chất khô của sản phẩm. Khi nồng độ chất khô đạt đúng tiêu chuẩn, giá trị này ở khoảng 1,3 cho sản phẩm làm từ sữa tươi và khoảng 1,35 cho sản phẩm làm từ sữa gầy. Cùng với sự gia tăng trên cũng có sự giảm đi về thể tích của khối sữa ban đầu. nhiệt độ trong được điều chỉnh không được vượt quá 700C để tránh sự biến tính của đường và sự tăng lên về độ nhớt của sản phẩm trong quá trình bảo quản. Ÿ Biến đổi hóa học Sữa đặc có màu hơi vàng là kết quả tất yếu của sự tiếp xúc với nhiệt độ khá cao và thường xuyên của sữa. Đây là do những phản ứng tạo màu, phản ứng maillard, do sự ngưng tụ của các acid amin có rất nhiều trong sữa và các phân tử đường với nhau ở nhiệt độ cao làm cho sữa đặc hóa nâu. Để giảm thiểu các phản ứng làm chất lượng của sữa đồng thời tránh sự phá hủy một số vitamin kém bền nhiệt, ngoài việc cô đặc ở nhiệt đô áp suất thấp ta phải tiến hành sao cho thời gian lưu của sữa trong thiết bị là ngắn nhất. Ÿ Biến đổi sinh học Khi ta cho siro đường nồng độ khoảng 63%, sẽ làm tăng nồng độ đường trong sữa làm tăng áp xuất thẩm thấu do đó có tác dụng ức chế sự hoạt động của các vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản. Ÿ Biến đổi cảm quan Quá trình này không được làm thay đổi sâu sắc cấu trúc của các cấu tử trong sữa ban đầu. Tuy nhiên dưới tác động của nhiệt độ và các thiết bị gia nhiệt sữa bị mất mùi vị, thay vào đó là mùi vị của sữa đã qua chế biến. Về màu sắc cũng có sự thay đổi, từ màu trắng đục sữa chuyển sang có màu vàng sáng. 3.1.3.6. Quá trình làm lạnh và kết tinh a. Mục đích Hoàn thiện sản phẩm. Sau cô đặc sữa mất đi một hàm lượng nước rất lớn làm cho các chất hòa tan trong nước đạt trạng thái quá bảo hòa. Do đó sẽ có một lượng lớn đường tách ra và tạo tinh thể. Đây là quá trình không thể tránh được và rất khó điều khiển để đảm bảo chất lượng của sản phẩm sau cùng. Nên quá trình này sẽ giúp cho sữa sau cô đặc mịn và tránh quá trình kết tinh đường có thể xảy ra trong quá trình bảo quản. b. Thiết bị kết tinh Việc làm lạnh và kết tinh được thực hiện trong thùng chứa có cấu tạo hai lớp có dòng nước lạnh đi qua giữa hai thành. Do sữa lúc này có độ nhớt rất cao nên cần phải có một thiết bị khuấy thật mạnh công xuất lớn trong thùng. Hình 3.8: Thùng kết tinh c. Các biến đổi của vật liệu Quá trình làm nguội kết tinh chỉ ảnh hưởng lên nhiệt độ dung dịch và sự chuyển pha của đường từ dạng hòa tan thành tinh thể, không gây những biến đổi sâu sắc nào lên các chất có trong sữa. 3.1.3.7. Một số quá trình còn lại a. Mục đích Hầu hết các công đoạn còn lại điều nhằm mục đích hoàn thiện và bảo quản sản phẩm trước khi phân phối đến tay người tiêu dùng. Trong đó, cho vào bồn bán thành phẩm có mục đích hoàn tất quá trình kết tinh, hoàn thiện sản phẩm; ghép nắp dán nhãn đóng thùng để giúp sản phẩm có thể bảo quản lâu tránh những tác động từ các yếu tố môi trường, tác động của oxy không khí và đặc biệt là nhiệt độ, ánh sáng dồng thời tránh nhiễm khuẩn… b. Các biến đổi của vật liệu Sau khi sữa đã được làm lạnh, nó sẽ được bơm tới bồn chứa và giữ ở đây trong khoảng thời gian là một ngày để cho phép quá trình kết tinh hoàn tất và ổn định sản phẩm. Sữa đặc thường được vô lon và ghép mí. trong trường hớp này, ta sẽ tiệt trùng lon, trước khi rót sữa vào vì không có quá trình tiệt trùng sau khi đã đóng lon. Quá trình rót sữa vào lon được rót theo trong lượng. trọng lượng tịnh mỗi lon là 397g. bao bì bằng sắt tráng thiết trắng và được ghép mí. Một vài năm gần đây còn dược cho vào hộp đóng kín có trọng lượng 175 hoặc 330g và bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn 100C để tránh đô nhớt tăng lên. Sau đó ta tiến hành đóng thùng carton lớn, mỗi thùng chứa 24 hộp và sau đó được chuyển xuống cho kho bảo quản. Trong quá trình bảo quản, người ta tiến hành kiểm tra thống kê chất lượng sản phẩm bằng cách lấy mẫu một số lon để đưa ra chất lượng chung của sản phẩm, phù hợp với yêu cầu chung đặt ra. Sữa sẽ được kiểm ta hàm lượng chất khô, đô nhớt, tỷ trọng… trong quá trình này, việc kiểm tra kích thước tinh thể rất quan trọng vì nó ảnh hưởng lớn đến giá trị cảm quan của sữa đặc có đường. c. Thiết bị đóng và rót lon Hình 3.9: Thiết bị đóng lon Hình 3.10: Thiết bị đóng gói 3.2. Sữa tươi tiệt trùng Rót sản phẩm Tiệt trùng làm lạnh Bảo quản lạnh Phân phối Sữa tươi nguyên liệu Phối trộn Bài khí Đun nóng, đồng hóa Lọc Đường, phụ gia Bao bì vô trùng 3.2.1.Quy trình công nghệ Hình 3.11: Công nghệ sản xuất sữa tươi tiệt trùng 3.2.2. Thuyết minh quy trình 3.2.2.1. Phối trộn Đối với sản phẩm sữa tươi tiệt trùng có rất nhiều loại như: sữa tươi tiệt trùng không đường, có đường và có đường kết hợp hương trái cây. Nếu là sữa tươi tiệt trùng không đường thì không cần quá trình phối trộn, đối với các loại còn lại thì phối trộn cũng rất quan trọng vì nó góp phần làm tăng hương vị và dinh dưỡng cho sản phẩm. 3.2.2.2. Lọc, đồng hóa Sữa sẽ được chuyển sang sang thiết bị đồng hóa bằng bơm và có bố trí thiết bị lọc trong đường ống để lọc bụi, đối với quá trình đồng hóa này sẽ giúp cho sữa và các phụ gia tan lẫn vào nhau không xảy ra hiện tượng tách lớp hay vón cục sản phẩm. 3.2.2.3. Tiệt trùng, làm lạnh Đây là công đoạn chính của quá trình này giúp tạo ra sản phẩm. Ở giai đoạn này thì tất cả các vi sinh vật có mặt trong sữa sẽ bị tiêu diệt việc này sẽ giúp giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Sau khi tiệt trùng ta phải làm lạnh nhanh vì tránh các vi sinh vật ưa ấm phát triển. 3.2.2.4. Rót sản phẩm và bảo quản lạnh Bao bì dùng để rót sản phẩm phải được tiệt trùng thật kỉ vì tránh sản phẩm bị nhiễm, bao bì thường dùng cho sản phẩm này thường là bao bì tetrapak vì sử dụng bao bì này có thể dễ vận chuyển và dễ dàng sử dụng mọi lúc mọi nơi, nó có thể chịu được nhiệt độ thấp, chống ánh sáng, không bị dòn vỡ rách. Nhược điểm là tránh va chạm mạnh trong quá trình vận chuyển, và dễ bị côn trùng xâm hại. Sản phẩm này sau khi bao gói thì được bảo quản lạnh mục đích là kéo dài thời gian bảo quản và giúp làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm. 3.2.3. Các loại thiết bị cần cho quá trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng 3.2.3.1. Bơm kiểu vòng chất lỏng Cấu tạo guồng động Được chế tạo bằng thép không rỉ, vỏ guồng chứa đầy một nữa thể tích là nước và có một rãnh thay đổi thể tích, guồng động với các cánh guồng thẳng. Nguyên lý hoạt động Chất lỏng được dẫn vào các cánh qua đầu hút, khi thể tích cánh guồng và vỏ guồng tăng tạo nên độ chân không trong guồng nhờ đó chất lỏng đi vào bơm liên tục. Khi thể tích giữa cánh guồng và vỏ giảm, chất lỏng bị nén và đi ra khỏi guồng, không khí trong đường ống hút cũng được bơm đồng thời với chất lỏng. Ứng dụng Bơm này được sử dụng trên đường hồi của hệ thống vệ sinh, do dung dịch vệ sinh có hòa tan một lượng khí khá lớn và tính ăn mòn cao ( dung dịch HNO3, dung dịch NaOH). 3.2.3.2. Máy đồng hóa Máy đồng hóa hoạt động như một bơm cao áp bơm chất lỏng qua khe hẹp, dưới tác dụng của máy đồng hóa các hạt béo lớn bị phá vỡ và phân tán thành các hạt béo có kích thước nhỏ hơn. Có 3 lý thuyết giải thích sự phá vỡ hạt béo lớn thành các hạt béo có kích thước nhỏ hơn. Lý thuyết biến dạng: khi cầu béo chuyển động qua khe hẹp của đầu đồng hóa, nó sẽ bị biến dạng dài do đó làm giảm sức căng bề mặt của nó gây ra sự phá vỡ cầu béo. Lý thuyết ma sát và va chạm: một mặt dựa trên sự phá vỡ hạt bằng các siêu xoáy lốc hỗn tạp tạo ra khi chất lỏng chuyển động với vận tốc cao qua khe hẹp, tốc độ càng cao tạo ra các xoáy lốc càng nhỏ, khi các xoáy lốc chạm vào các giọt lỏng, các giọt lỏng bị phá vỡ, mặt khác lý thuyết này cũng dựa trên sự chênh lệch vận tốc của các cầu béo sát thành của đầu đồng hóa và các cầu béo trong lòng của dòng lưu chất, tạo nên ma sát giữa các cầu béo dẫn đến sự phá vỡ màng. Lý thuyết này tiên đoán được hiệu quả đồng hóa khác nhau như thế nào ở các áp suất đồng hóa khác nhau. Lý thuyết này đã được nhiều nghiên cứu chứng minh. Lý thuyết dựa trên hiện tượng giảm áp suất mãnh liệt sau đầu đồng hóa (hiện tượng cavitation): khi lưu chất chuyển động qua khe hẹp của đầu đồng hóa, vận tốc dòng lưu chất tăng cao, khi ra khỏi đầu đồng hóa vận tốc giảm nhanh, áp suất dòng lưu chất giảm mãnh liệt, sự giảm áp suất đột ngột (thường là áp suất chân không) tạo nên những bong bóng hơi, các bong bóng hơi này vỡ ra dẫn đến sự sôi bùng của lưu chất, gây nên sự phá vỡ các cầu béo. Theo lý thuyết này sự đồng hóa xảy ra khi chất lỏng rời khe hẹp, do đó áp suất sau khe hẹp có vai trò rất quan trọng đối với sự đồng hóa. Sữa vào Sữa ra Áp kế Bộ điều áp (bằng tay) Van by pass Hình 3.12: Hoạt động máy đồng hóa 3.2.3.3. Vỉ trao đổi nhiệt Là thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỉ, kiểu tiếp xúc pass ngược dòng Vỉ thanh trùng Nguyên lý hoạt động: Vỉ gồm có 4 ngăn: ngăn nước – hơi, ngăn nước nóng – sữa, ngăn sữa – sữa, ngăn sữa – nước lạnh. Dịch sữa từ bồn cân bằng được bơm vào vỉ thanh trùng, trao đổi nhiệt sơ bộ với dịch sữa hồi lưu rồi đi qua máy đồng hóa. Dịch sữa ra khỏi máy đồng hóa đi vào ngăn thanh trùng trao đổi nhiệt với nước nóng để tăng nhiệt độ lên theo yêu cầu công nghệ. Ra khỏi ngăn thanh trùng dịch sữa đi vào hệ thống ống lưu nhiệt, quay lại ngăn trao đổi nhiệt với dòng sữa vào, tiếp tục qua ngăn làm nguội trao đổi nhiệt với nước lạnh, nhiệt độ giảm xuống và ra khỏi vỉ thanh trùng. Nước được tuần hoàn qua vỉ, trao đổi nhiệt với hơi nước ở áp suất 3 Bar. Áp suất của dịch sữa khi đi vào vỉ thanh trùng là 2 - 2.5 Bar. Vỉ trộn Nước được gia nhiệt nhờ vào hơi nước trong ngăn trao đổi nhiệt ngược dòng và được bơm tuần hoàn qua ngăn trao đổi nhiệt với dịch sữa. Ở đây ta sử dụng thiết bị này để tiệt trùng sữa và làm lạnh sữa trước khi cho vào bao gói và phân phối ra thị trường. sữa đi đồng hóa Hơi vào Hơi ra Bơm nước nóng tuần hoàn sữa sau khi lọc sữa sau khi đồng hóa sữa đi lưu nhiệt sữa sau khi lưu nhiệt về Sản phẩm sữa tươi Nước lạnh vào Nước lạnh ra Hình 3.12: Hoạt động của vĩ trộn Chương 4: HỆ VI SINH VẬT TRONG SỮA VÀ CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ 4.1. Nguồn gốc các vi sinh vật nhiễm vào sữa Trong cơ thể động vật, sữa tươi được tuyến vú tổng hợp không chứa các vi sinh vật. Tuy nhiên, khi kiểm tra sữa vừa mới vắt đựng trong các bình chứa, ta thường phát hiện có rất nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau. Nguồn gốc của các vi sinh vật trên xuất phát từ: đầu vú của động vật cho sữa, người vắt sữa, thiết bị vắt sữa, thiết bị chứa, môi trường chuồng trại nơi diễn ra quá trình vắt sữa... 4.1.1. Bầu vú động vật cho sữa Trên cơ thể động vật, đặc biệt là khu vực bầu vú và những khu vực lân cận có rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Chúng tồn tại dưới dạng tế bào sinh dưỡng và bào tử. Trong quá trình vắt sữa, một số vi sinh vật từ các khu vực trên nhiễm vào bình sữa làm cho sữa bị nhiễm vi sinh vật. Tuy nhiên, khi bò có tình trạng sức khỏe tốt thì số lượng vi sinh vật cư ngụ tại các tuyến trong của núm vú không nhiều và thông thường chúng thuộc nhóm vi sinh vật vô hại, không sinh độc tố. Mỗi lần vắt sữa, người ta thường bỏ những dòng sữa đầu tiên. Khi đó, các vi sinh vật cư ngụ tại tuyến trong của núm vú dễ dàng bị cuốn trôi theo. Như vậy, ta sẽ hạn chế được sự nhiễm khuẩn khi thu hoạch sữa tươi. Trong trường hợp động vật bị bệnh viêm vú, số lượng vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn cư ngụ tại các tuyến trong núm vú sẽ tăng lên rất nhiều. Khi đó, sữa tươi dễ bị nhiễm nhiều vi sinh vật và có chất lượng kém. Con vật cần phải được điều trị, nếu không sẽ gây ra những tổn thất kinh tế đáng kể cho việc khai thác và chế biến sữa. 4.1.2. Người và thiết bị vắt sữa Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng phương pháp thủ công, để hạn chế nhiễm vi sinh vật vào sữa, người vắt phải có sức khỏe tốt và không mắc bệnh truyền nhiễm. Ngoài ra, tình trạng vệ sinh cơ thể và các thao tác kỹ thuật của người vắt sữa cũng sẽ ảnh hưởng đến số lượng vi sinh vật có trong sữa. Nếu quá trình vắt sữa được thực hiện bằng máy, cần chú ý vệ sinh cẩn thận và vô trùng hệ thống dẫn sữa từ bầu vú con vật đến dụng cụ chứa. Đây là một nguồn dễ gây nhiễm vi sinh vật cho sữa. 4.1.3. Thiết bị chứa sữa Các thiết bị hoặc dụng cụ chứa cần phải được vệ sinh sạch sẽ và vô trùng trước khi đựng sữa tươi. Đối với các hộ chăn nuôi bò sữa quy mô nhỏ, ý thức và phương pháp vệ sinh dụng cụ đựng sữa chưa được quan tâm đúng mức nên đây là nguồn gây nhiễm vi sinh vật phổ biến cho sữa. 4.1.4. Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa Vi sinh vật có khắp nơi trong môi trường sống. Chúng tồn tại trong đất, cát, nước, trên thực vật, trong cơ thể động vật, trong không khí...Do đó, môi trường chuồng trại nơi vắt sữa bò cũng là một nguồn gây nhiễm vi sinh vật cho sữa. Điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam rất thuận lợi cho các vi sinh vật ưa ấm tồn tại và phát triển. Để hạn chế sự nhiễm vi sinh vật từ môi trường chuồng trại vào sữa ta cần vệ sinh và tẩy trùng chuồng trại thường xuyên. 4.2. Hệ vi sinh vật bình thường trong sữa Hệ vi sinh vật thường gặp trong sữa nhiều nhất là vi khuẩn, một số dạng nấm men, nấm mốc. Trong số này, hiện diện một số vi sinh vật có ích và không gây tác hại gì nhưng một số có ảnh hưởng xấu tới sữa và sản phẩm từ sữa và có thể gây bệnh. Trong số các vi khuẩn, phổ biến nhất là các vi khuẩn lactic, vi khuẩn butyric, propionic, vi khuẩn gây thối, nhóm trực khuẩn đường ruột. Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng trong sữa luôn luôn thay đổi và phụ thuộc vào mức độ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vắt sữa. 4.2.1 Vi khuẩn 4.2.1.1. Nhóm vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic rất phổ biến trong tự nhiên. Chúng thường được tìm thấy trên các loại rau, trái cây và trong hệ thống đường ruột của động vật. Để tồn tại trong môi trường sữa, vi khuẩn lactic sử dụng lactose như một nguồn carbon chúng lên men lactose thành acid lactic. Vi khuẩn lactic cần hợp chất nitơ hữu cơ cho sự tăng trưởng và chúng sử dụng casein trong sữa. Chúng lên men hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, tức là vào cuối sản phẩm có thể hầu như chỉ có acid lactic hoặc có các sản phẩm phụ khác như là acid acetic, ester và ethanol. Nhóm này có tác dụng lớn trong bảo quản và chế biến sữa. Về hình thái, vi khuẩn lactic có dạng hình cầu hoặc hình gậy, đứng riêng lẻ hoặc tạo chuỗi, Gram (+). Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 25 – 470C. Người ta chia vi khuẩn lactic thành hai nhóm: - Vi khuẩn lactic đồng hình: acid lactic là sản phẩm chính và hàm lượng của nó chiếm tỷ lệ trội hơn so với các sản phẩm phụ khác. Vi khuẩn lactic đồng hình điển hình gồm có: các liên cầu khuẩn Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, S. bulgaricum... Hình 4.1: Streptococcus lactis quan sát dưới kính hiển vi. + Streptococcus lactis : Streptococcus lactis có tế bào hình ovan, cơ thể hơi dài, thường xếp thành đôi hoặc chuổi ngắn. Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng của vi khuẩn này là 30 – 350C. Ở nhiệt độ này nó có thể làm đông tụ sữa sau 10 – 12h Streptococcus phát triển. Sữa chua do vi khuẩn này có mùi thanh khiết, nhưng cũng có khi một vài chủng của giống này cho sữa mùi khê hoặc có mùi vị lạ. S. lactis có vai trò rất quan trọng trong sản xuất các sản phẩm sữa chua, bơ và phomat. + Streptococcus cremoris: Các tế bào S. cremoris thấy trong sữa thường xếp thành chuỗi dài. Giống này lên men lactic, nhiệt độ thích hợp cho phát triển là 20 – 250C. Ở nhiệt độ này nó có thể làm đông tụ sữa sau 10 – 12h phát triển. Sữa chua do vi khuẩn này cũng có mùi thanh khiết, vì vậy nó được dùng làm chín kem khi sản xuất bơ. Hình 4.2: Streptococcus cremoris quan sát dưới kính hiển vi. - Vi khuẩn lactic dị hình: Các sản phẩm được tạo thành từ quá trình chuyển hóa đường gồm có acid lactic, acid acetic, ethanol, khí CO2... Hàm lượng acid lactic thu được không cao hơn nhiều so với hàm lượng các sản phẩm còn lại. Vi khuẩn lactic dị hình điển hình gồm có: các liên cầu khuẩn lactic sinh hương như: Streptococcus, S. citrivirus, S. paracitrovorus, S. diacetilactis, trực khuẩn Betabacter...Phần lớn các vi khuẩn này có enzym citratase, nhờ enzym này chúng có khả năng lên men được acid citric. Tế bào của chúng nhỏ hơn vi khuẩn lactic đồng hình, thường đứng riêng lẽ hoặc xếp thành đôi hay thành chuỗi dài ngắn khác nhau. Nhiệt độ thích hợp cho chúng phát triển là 30 - 350C. + S. citrivirus phát triển chủ yếu trong sữa và không gây đông sữa. + S. paracitrovorus phát triển mạnh hơn S. citrivirus và ở nhiệt độ tối, thích gây đông sữa sau 2 – 3 ngày. + S. diacetilactis tạo thành acid lactic nhiều hơn cả, làm đông sữa sau 16 - 48h và làm cho sữa có mùi dễ chịu, sử dụng kết hợp với vi khuẩn lactic đồng hình sẽ cho mùi vị tốt hơn. Hình 4.3: Streptococcus diacetilactis quan sat dưới kính hiển vi. - Trực khuẩn lactic ưa nhiệt : là những tế bào hình que lớn có thể đứng riêng hay xếp thành chuỗi, phát triển tốt ở nhiệt độ 40 – 450C, làm đông tụ sữa sau 12h, gồm: Lactobacillus casei, Lactobacillus lactic... Hình 4.4: Lactobacillus casei quan sat dưới kính hiển vi. - Trực khuẩn lactic ưa ẩm: là những tế bào hình que nhỏ thường xếp thành hình chuỗi, phát triển tốt ở nhiệt độ 20 – 300C, có cơ chế sinh trưởng và phát triển chậm, khả năng làm đông tụ sữa kém, thời gian từ 2 – 3 ngày, gồm các loại: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei...ứng dụng làm chín phomat, lên men sữa chua kefia. Hình 4.5: Khuẩn lạc đặc trưng của Lactobacillus plantarum trên môi trường LMDA. 4.2.1.2. Nhóm vi khuẩn propionic Nhóm này tồn tại phổ biến trong sữa, đây là loại trực khuẩn không sinh bào tử, không di động, hô hấp tùy tiện nhưng phát triển tốt trong điều kiện yếm khí. Nhiệt độ thích hợp phát triển là từ 30 – 350C. Sử dụng cơ chất là đường lactose tạo thành sản phẩm chính là axit propionic và một lượng nhỏ acid acetic, acid formic, CO2. Ứng dụng để làm chín phomat, làm sữa chua đông tụ sau 7 – 10 ngày. 4.2.1.3. Nhóm vi khuẩn sinh acid butyric (giống Clostridium) Được tìm thấy trong đất, phân vì vậy dễ nhiễm vào sữa, là vi khuẩn Gram (+), hình que, kị khí bắt buộc, có khả năng sinh bào tử. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 370C. Vi khuẩn Clostridium chuyển hóa đường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác nhau như acid butyric, butanol, ethnol, aceton, CO2, H2...làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa. 4.2.1.4. Nhóm vi khuẩn gây thối sữa Đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thuỷ phân protein tạo ra các sản phẩm polypeptide, peptide và acid amin. Một số acid amin tiếp tục bị phân huỷ tạo NH3, H2S…làm cho sữa có mùi khó chịu. Vài giống vi khuẩn gây thối có khả năng sinh tổng hợp lipase ngoại bào. Enzym này xúc tác quá trình thuỷ phân các chất béo trong sữa và tạo nhiều sản phẩm có mùi ôi. Các giống vi khuẩn gây thối thường gặp trong sữa là Pseudomonas, Brevibacterium, Achromobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus… Đáng chú ý hơn cả là loài Pseudomonas fluorescens. Các enzyme protease và lipase được sinh tổng hợp bởi loài vi khuẩn này rất bến nhiệt. Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein và lipid, nhanh chóng làm hư hỏng chất lượng sữa. Ngoài hai qua trình thuỷ phân nói trên, một số vi khuẩn gây thối còn tạo khí (CO2, H2…), sinh tổng hợp các acid hữu cơ làm giảm pH sữa và đông tụ protein. Một số vi khuẩn khác có thể sinh tổng hợp được protease có chức năng xúc tác tương tự như rennin làm xuất hiện sự đông tụ casein trong sữa. 4.1.2. Nấm mốc Nấm mốc là nhóm vi sinh vật có cấu tạo dạng sợi có lông tơ, sợi bông tạo khuẩn ty ở dạng bột... có khả năng phân giải protein và lipit nên thường gây vị đắng trong các sản phẩm sữa. Nấm mốc thường phát triển sau nấm men nên người ta thường thấy chúng trong các sản phẩm sữa bị hư hỏng nặng hay trên phomat mềm... Mặt khác nấm mốc lại có thể tham gia vào quá trình có lợi khác như là tác nhân quan trọng của quá trình sản xuất nước chấm, nước tương, chao... Nấm mốc hô hấp hiếu khí bắt buộc, có thể phát triển được ở một số môi trường mà nấm men và vi khuẩn không thể phát triển đuợc như ở môi trường mà có áp suất thẩm thấu, độ ẩm, độ acid lớn. Độc tố Aflatoxin Đây là độc tố nấm đáng sợ. Nó gây ra nhiều ngộ độc và bệnh bất trị ở khắp nơi trên toàn thế giới. Nó đã làm chết một số lớn súc vật ở trang trại, gia cầm, gia súc, thậm chí cả cá và rất có thể con người cũng là nạn nhân do những sự ngộ độc như vậy.Con số những bài báo khoa học có liên quan đến các khía cạnh khác nhau của bệnh độc tố aflatoxin không ngừng tăng lên. Aflatoxin là một sản phẩm trao đổi (metabolites) thứ cấp bậc II trong qúa trình phát triển của vi nấm, nó không phải là chất dự trữ cũng không phải là chất cặn bã. Các loài nấm mốc sản ra các aflatoxin Các chủng nấm mốc tổng hợp aflatoxin chủ yếu thuộc Aspergillus flavus, A. parasiticus, A.nomius. Loài Penicillium puberulum có thể sản ra các aflatoxin nhưng với số lượng ít.Aspergillus flavus là nấm mốc mà hiệu lực gây độc gọi là bệnh độc tố aflatoxin rất đáng sợ. Loài A. flavus rất dễ nhận bởi màu vàng hơi lục,các bào tử tương đối lớn hình cầu, màu vàng nâu đến hơi lục, hơi sần sùi. Chủng nấm mốc này thích hợp trong điều kiện khí hậu ẩm và nóng như Việt Nam và các nước nhiệt đới, thậm chí chúng cũng có thể phát triển ở điều kiện độ ẩm thấp hơn 70- 80%. Ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao khả năng tổng hợp aflatoxin của A. flavus rất cao. Trên lạc, nhiệt độ tốt nhất cho A. flavus sản sinh aflatoxin là 250C trong 7-9 ngày. Giữ nhiệt độ 450C thường xuyên thì cả sự sinh trưởng lẫn sự sinh sản aflatoxin đều bị ức chế. Dưới 150C hoặc tốt hơn nữa ở 120C chỉ có ít hoặc không sinh ra aflatoxin. Tuy nhiên, một số chủng vẫn sinh aflatoxin ở 7,50C, là nhiệt độ thông thường trong các tủ lạnh gia đình. Những nghiên cứu chính xác hơn đã chứng tỏ rằng nếu 24-280C là nhiệt độ tối ưu cho sự sinh sản ra aflatoxin B1. Nhiều aflatoxins cấu trúc riêng biệt đã được xác định, trong đó điển hình nhất là aflatoxins B1, một trong những chất ngây ung thư mạnh nhất được biết đến. Hai trong số các aflatoxin mạnh là B1 và B2 có thể được chuyển đổi trong dạ dày để dẫn xuất của chúng tương ứng với 4-hydroxy, có phần ít gây ung thư hơn M1 và M2 (xem hình 4.2 ) mức độ chuyển đổi này rất khác nhau giữa các con bò. Hình 4.6: chuyển đổi sinh học của aflatoxin B1 và B2 thành M1 và M2 4.1.3. Nấm men Nấm men là những cơ thể đơn bào có hình cầu, oval hoặc hình trứng...Nấm men được tìm thấy trong tự nhiên trên thực vật, trong đất, nước..Tế bào nấm men thường không phát triển ở nhiệt độ dưới điểm đông của nước hoặc cao hơn 470C, nhiệt độ tối ưu là 20 - 300C. Tế bào nấm men thường bị giết trong vòng từ 5 - 10 phút ở nhiệt độ 52 - 580C bào tử thì bị tiêu diệt ở 60 - 620C trong vòng vài phút Các loài nấm men trong sữa gồm có Saccharomyces, Mycoderma, Torula. Trong số chúng có những loài có khả năng tạo bào tử, có những loài thì không, chúng len men đường lactose tạo khí carbonic và rượu. Một số nấm men thuộc loài Mycoderma có khả năng tạo enzyme phân hủy protein và lipit tạo nên trong các sản phẩm cho vị đắng và khó chịu. Hình 4.7: Khuẩn lạc đặc trưng của Saccharomyces cerevisiae trên môi trường YGD Agar. 4.3. Các vi sinh vật gây bệnh trong sữa Sữa có thể bị nhiễm vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật. Nguồn nhiễm là sữa của những con bò bị bệnh hoặc từ không khí, nước, dụng cụ bị bẩn, ruồi nhặng hoặc do công nhân vắt sữa...Các vi sinh vật gây bệnh trong sữa gồm có tổng vi sinh hiếu khí (TPC), Coliforms, E.coli, Salmonella, Staphylococcus aureus...Trong đó chủ yếu là nhóm vi khuẩn đường ruột. 4.3.1. Coliforms Coliforms và Coliforms phân được xem là nhóm vi sinh vật chỉ thị an toàn vệ sinh thực phẩm, số lượng hiện diện của chúng trong mẫu phân tích dùng để chỉ thị khả năng hiện diện của các vi sinh vật gây bệnh khác. Các nhà nghiên cứu cho rằng số lượng Coliforms cao đồng nghĩa với khả năng hiện diện của các vi sinh vật khác cũng rất lớn. Tuy nhiên mối liên hệ giữa số lượng vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh vẫn còn đang tranh cãi về cơ sở khoa học. Chúng được tìm thấy trong đường ruột hệ tiêu hóa động vật, trong phân, trong đất, nước hoặc thực vật nhiễm phân có chứa Coliforms. 4.3.1.1. Đặc tính và hình thái của Coliforms Coliforms là những vi sinh vật hình gậy, thuộc nhóm Gram (-), không tạo bào tử, kị khí tùy tiện, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu nằm trong khoảng 30 - 440C, pH thích hợp 4,4 - 9,0. Sau 12 - 16h trên môi trường thạch chúng có khả năng phát triển mạnh và tạo ra khuẩn lạc có thể nhìn thấy được. Trong sữa, Coliforms sẽ chuyển hóa đường lactose tạo acid lactic, các acid hữu cơ khác, khí CO2, H2...Chúng cũng phân giải protein tạo ra các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu. Ở nhiệt độ 750C trong khoảng thời gian 20 giây Coliforms sẽ bị tiêu diệt. Hình 4.8: Khuẩn lạc đặc trưng của Coliform trên môi trường VRB. 4.3.1.2. Cơ chế gây bệnh của Coliforms Đây là một loại vi khuẩn nguy hiểm đối với sức khỏe con người, nhất là đối với những bệnh nhân có hệ miễn nhiễm yếu. Coliforms có trong phân người, lây lan qua đường nước cầu cống. Khi sử dụng thực phẩm có chứa Coliforms, một khi vào cơ thể người ta thì có thể xâm nhập nhanh vào máu, lan qua những cơ quan khác, rất nguy hại cho sức khỏe. 4.3.1.3. Các triệu chứng khi nhiễm Coliforms Khi bị nhiễm Coliforms có thể gây mủ vết thương, gây viêm phổi, nhiễm khuẩn hệ hô hấp, suy yếu hệ miễn dịch, có thể gây chứng mệt mỏi, đau khớp xương, bắp thịt nhức nhối, lên cơn sốt, làm đau đầu. Một khi vào đến phổi thì gây những cơn ho, vào bao tử thì có thể gây chứng xuất huyết… 4.3.2. Escherichia coli (E.coli) E. Coli là trực khuẩn đường ruột được phân lập từ phân người lần đầu tiên vào năm 1885, do Escherich và được đặt tên là Bacterium coli commune, ngày nay nó được gọi là Escherichia coli (thường được viết tắt là E. coli). E. coli là một trong những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của động vật máu nóng (bao gồm chim và động vật có vú). Vi khuẩn này cần thiết trong quá trình tiêu hóa thức ăn. Sự có mặt của E.coli trong nước là một chỉ thị thường gặp cho ô nhiễm phân. 4.3.2.1. Đặc tính và hình thái của E.coli E.Coli hình gậy nhỏ, ngắn (có khi gần như hình cầu), di động, Gram (-), không tạo bào tử, kị khí tùy nghi, sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ 440C, lên men glucose, sinh axit lactic nhiều hơn sinh indol, không sinh axetylmetylcacbinol, sinh CO2 và H2 (theo tỷ lệ 2: 1) và không có khả năng sử dụng citrate làm nguồn cacbon duy nhất. Trong sữa, E.coli lên men lactose sinh hơi rất mạnh ở 440C. Trên môi trường EMB khuẩn lạc đặc trưng màu tím, ánh kim, tròn, bờ, đều, đường kính khoảng 0,5mm. Hình 4.9: Khuẩn lạc đặc trưng của E.coli trên môi trường EMB 4.3.2.2. Cơ chế gây bệnh của E. coli E.coli có 2 loại độc tố: - Ngoại độc tố: phá huỷ thành niêm mạc, hấp thu qua đường bạch huyết gây hoại tử và gây nhiễm độc thần kinh. - Nội độc tố: phá huỷ thành mạch máu, làm tăng huyết áp, gây ngộ độc thần kinh và biểu hiện nhiều triệu chứng khác. E.coli bám dính nhờ các yếu tố bám dính được ký hiệu là F4, F5, F6 và F41. Yếu tố bám dính thay đổi theo điều kiện môi trường và khả năng biến dị của từng serotyp. Vi khuẩn xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường miệng. Ở dạ dày, nếu pH không quá acid, E.coli sẽ sinh sôi phát triển thuận lợi hơn. Khi đến ruột, E.coli sẽ chống lại cơ chế rửa trôi bằng tính bám dính vào niêm mạc ruột và tác động lên nhung mao ruột. Chính yếu tố bám dính và độc tố tạo nên quá trình sinh bệnh của E.coli. Bằng tính xuyên mạch, E.coli xâm nhập vào máu, đi đến các cơ quan nội tạng khác, tiết độc tố gây độc cho cơ thể. 4.3.2.3. Các triệu chứng khi nhiễm E.coli - Vi khuẩn này có thể gây rối loạn máu, nhiễm trùng huyết, bại não và suy thận, thậm chí dẫn đến tử vong . - Tiêu chảy ra máu là triệu chứng chính của nhiễm E.coli, đau thắt bao tử và nôn ói. Triệu chứng thường bắt đầu 3 hay 4 ngày sau khi bị phơi nhiễm vi khuẩn E.coli. Phần lớn bệnh nhân hồi phục sau vài ngày hay một tuần sau khi mắc bệnh. - Khi bị nhiễm E.coli nghiêm trọng một số triệu chứng sau đây thường được ghi nhận: da trở nên xanh xao, cảm lạnh, cảm thấy yếu cơ, có những vết thâm tím trên người và đi tiểu rất ít nước tiểu. 4.3.3. Salmonella spp. 4.3.3.1. Đặc tính và hình thái của Salmonella spp. Salmonella spp. là trực khuẩn, Gram (-), kị khí tuỳ nghi, không có nha bào, có khả năng di động (trừ S. pullorum và S. gallinarum pullorumg), sinh acid từ glucose và mannitol nhưng không lên men sacharose và lactose, không sinh indol và không phân giải ure, hầu hết các chủng đều sinh H2S (trừ S. typhi), nhiệt độ phát triển từ 15 - 450C, thích hợp ở 370C, pH thích hợp ở 7,6 nhưng nó có thể phát triển được ở pH từ 6 - 9. Với pH lớn hơn 9 hoặc nhỏ hơn 4,5 vi khuẩn có thể bị tiêu diệt, khả năng chịu nhiệt của vi khuẩn kém: ở 500C trong 1 giờ, ở 700C trong 15 phút và 1000C trong 5 phút. Ở nồng độ muối 6 - 8% vi khuẩn phát triển chậm và ở nồng độ muối 8 - 19% thì sự phát triển của vi khuẩn bi ngừng lại. Salmonella spp. hiện diện trong tất cả các loại thực phẩm: sữa, rau quả, trứng, thịt, thuỷ hải sản... Hình 4.10: Khuẩn lạc đặc trưng của samonella spp. trên môi trường XLD 4.3.3.2. Cơ chế gây bệnh của salmonella spp. - Khả năng gây ngộ độc thực phẩm của Salmonella spp. cần có 2 điều kiện: Thực phẩm phải bị nhiễm một lượng lớn vi khuẩn vì khả năng gây ngộ độc của Salmonella spp. Vi khuẩn vào cơ thể phải phóng ra một lượng độc tố lớn. Vấn đề này phụ thuộc nhiều vào phản ứng cơ thể của từng người. Điều này giải thích hiện tượng nhiều người cùng ăn một loại thức ăn như nhau nhưng có người bị ngộ độc có người không bị, có người nhẹ, có người bị nặng…Thông thường những người già, người yếu và trẻ em bao giờ cũng bị nặng hơn.[10] - Cơ chế gây bệnh: Salmonella spp. theo thức ăn xâm nhập vào cơ thể qua đường miệng. Sau khi xuyên qua hàng rào acid dạ dày, vi khuẩn di động xuống ruột non và sinh sản ở đó, một số khác đi vào hệ bạch huyết và tuần hoàn gây nhiễm trùng huyết. Nhưng vì Salmonella spp. là vi khuẩn ưa môi trường ruột nên nhanh chóng trở về ruột. Sau đó, Salmonella spp. chui qua màng nhày và vào thành ruột. Nội độc tố sẽ được thoát ra khi vi khuẩn bị phân huỷ trong máu cũng như ở ruột, gây nhiễm độc cấp bằng một hội chứng rối loạn tiêu hoá khá nặng nề, nhưng chỉ sau 1 – 2 ngày bệnh nhân nhanh chóng trở lại bình thường không để lại di chứng, vì các tế bào niêm mạc ruột tiết ra một loại peptide có tính chống lại sự xâm nhập của tác nhân gây bệnh. Nhưng ở người già yếu và trẻ nhỏ có thể bị rối loạn tiêu hoá nặng hơn, đôi khi bị tử vong. 4.3.3.3. Các triệu chứng khi nhiễm Salmonella spp. Có ba dạng bệnh thực sự do Salmonella spp. gây ra: - S. typhirium và S. enterritidis gây rối loạn tiêu hoá - S. typhi gây sốt thương hàn Các triệu chứng do Salmonella spp. gây ra chủ yếu là tiêu chảy, ói mửa, buồn nôn xuất hiện sau 12 – 36h sau khi tiêu thụ thực phẩm nhiễm Salmonella spp., các triệu chứng thường kéo dài từ 2 – 7 ngày. 4.3.4. Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus do Robert Koch (1843-1910) phát hiện năm 1878 phân lập từ mủ ung nhọt và đến năm 1884 được Rosenbach nghiên cứu tỉ mỉ. Staphylococcus aureus phân bố khắp nơi nhưng chủ yếu phân lập được từ da, màng nhầy của người và động vật máu nóng. Trong thực phẩm Staphylococcus aureus nhiễm vào chủ yếu qua con đường chế biến.[3] 4.3.4.1. Đặc tính và hình thái của Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus là vi khuẩn hiếu khí hay kỵ khí tuỳ nghi, hình cầu thường kết dạng chùm, gram (+), không sinh bào tử, không di động, có đường kính khoảng 1μm, phát triển tốt nhất ở 370C (giới hạn nhiệt độ của chúng từ 100C - 450C và pH 7,2 - 7,4), có phản ứng đông huyết tương dương tính do chúng tiết ra enzyme coagulase. Ngoài ra còn các đặc điểm như có phản ứng phosphatease dương tính, có khả năng lên men và sinh acid từ mannitol, trehalose, sucrose, có khả năng phát triển trên môi trường chứa đến 15% muối, mẫn cảm với novobiocine. Một số dòng Staphylococcus aureus có khả năng gây tan máu trên môi trường thạch máu. Hầu hết các dòng thuộc loài này có thể tổng hợp sắc tố vàng và độc tố enterotoxin, độc tố này được sản sinh nhiều nhất khi chúng phát triển trong nhiệt độ 35 - 370C và không bị phân huỷ ở 1000C trong vòng 30 phút. Hình 4.11: Khuẩn lạc đặc trưng của Staphylococcus aureus trên môi trường Mannitol salt agar. 4.3.4.2. Cơ chế gây bệnh của Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus theo thức ăn xâm nhập vào cơ thể qua đường miệng. Sau khi xuyên qua hàng rào acid dạ dày, vi khuẩn di động xuống ruột non và sinh sản sau đó sinh nội độc tố enterotoxin A, B, C, D, E gây ngộ độc thực phẩm. 4.3.4.3. Các triệu chứng khi nhiễm Staphylococcus aureus Khi ăn phải thực phẩm có chứa độc tố enterotoxin của Staphylococcus aureus, sau 4 – 6h ủ bệnh sẽ bộc phát nên các triệu chứng lâm sàng như tiêu chảy, nôn mửa, đau bụng, nhức đầu có khi ra mồ hôi, co giật cơ, huyết áp hạ, mạch yếu… 4.4. Phương pháp xác đinh vi sinh vật trong sữa. 4.4 1. Định lượng Coliforms trong sữa tươi tiệt trùng bằng phương pháp đếm khuẩn lạc 4.4.1.1. Môi trường sử dụng - Môi trường Tryptone Soya Agar (TSA). - Môi trường Violet Red Bile Agar (VRB). - Môi trường Brilliant Green Bile Lactose broth (BGBL) 4.4.1.2. Nguyên tắc Để định lượng Coliforms cần cấy một lượng mẫu xác định trên môi trường thạch chọn lọc, sau khi ủ ở 370C trong khoảng thởi gian 24h, đếm số lượng khuẩn lạc Coliforms điển hình. Xác định lại bằng các phản ứng đặc trưng. Môi trường chọn lọc là môi trường chứa lactose, đây là nguồn carbon duy nhất, đồng thời trong môi trường còn chứa muối mật là tác nhân chỉ chọn lọc cho vi khuẩn gram âm. Khẳng định các vi khuẩn cho hình dạng khuẩn lạc điển hình bằng môi trường canh chọn lọc như Brilliant Green Bile Lactose broth (BGBL). 4.4.1.3. Quy trình phân tích a) Quy trình thực hiện Hút 10ml sữa tươi + 90 ml nước cất vô trùng hoặc NaCl 85%, đồng nhất trong 30 giây à độ pha loãng 10-1, cấy 1ml dịch pha loãng vào 2 đĩa petri trống, vô trùng à đổ vào 5ml môi trường TSA à lắc đều à để ở nhiệt độ phòng 30-60 phútà đổ vào 10-15ml môi trường VRB à để đông đặc à lật ngược đĩa và ủ ở 370C trong 24h. Quan sát đĩa đối chứng à mô tả khuẩn lạc ( khuẩn lạc đăc trưng trên môi trường VRB: có màu đỏ đến đỏ đậm có quần tủa muối mật đường kính lớn hơn hay bằng 0.5 mm) à chọn 5 khuẩn lạc đặc trưng cấy vào 5 ống BGBL àủ ở 370C/ 24h. b) Đọc kết quả: quan sát sự sinh hơi trên môi trường BGBL : - Ống BGBL dương tính : môi trường đục và ống durham nổi hoặc có bọt khí trong ống . - Ống BGBL âm tính : không có hiện tượng gì xảy ra c) Tính toán - Tỷ lệ xác nhận R Số khuẩn lạc sinh hơi trong BGBL R = ----------------------------------------------- Số khuẩn lạc đã cấy - Số lượng Coliforms N C ( CFU/ml) = ------------------------ . R n.V.f Trong đó: + N: Tổng số khuẩn lạc đếm được + n : Số đĩa + V: Thể tích mẫu cấy vào mỗi đĩa + f : Độ pha loãng (f = 1) + R: Tỷ lệ xác nhận. 4.4.2. Định lượng Escherichia coli (E.coli) trong sữa tươi tiệt trùng bằng phương pháp lên men nhiều ống MPN ( Most Probable Number) Đây là phương pháp dựa trên nguyên tắc xác suất thống kê sự phân bố của vi sinh vật trong các độ pha loãng khác nhau của mẫu. Mẫu được cho vào các ống nghiệm có chứa môi trường thích hợp cho sự tăng trưởng của từng loại vi sinh vật cần định lượng một thể tích chính xác dung dịch mẫu đã được pha loãng. Ủ ở nhiệt độ, thời gian thích hợp. Ghi nhận lại số ống cho kết quả dương tính và âm tính của từng độ pha loãng. Tra kết quả nhận được bằng bảng Mac Crady để tính mật độ vi sinh vật. Phương pháp MPN được dùng để định lượng E.coli khi chúng phát triển được trong môi trường lỏng và tạo ra các tín hiệu dễ dàng nhận dạng như: sinh hơi, làm đục môi trường chọn lọc, làm thay đổi pH của môi trường... 4.4.2.1. Các hệ thống thường dùng trong phương pháp lên men nhiều ống MPN - Hệ thống 1: Mỗi dãy 2 ống Dãy 1 3 ống 10ml mẫu nước Dãy 2 3 ống 1ml mẫu nước Dãy 3 3 ống 0,1ml mẫu nước - Hệ thống 2: Mỗi dãy 5 ống Dãy 1 5 ống 10ml mẫu nước Dãy 2 5 ống 1ml mẫu nước Dãy 3 5 ống 0,1ml mẫu nước 4.4.2.2. Nguyên tắc Số lượng E.coli có thể xác định được bằng phương pháp MPN. Phương pháp này dựa vào nguyên tắc mẫu được pha loãng thành một dãy thập phân liên tiếp (hai nồng độ kế tiếp chênh nhau 10 lần) và đưa vào các ống nghiệm có chứa môi trường thích hợp có chứa ống durnham, ủ và đọc số ống có kết quả dương tính. Số ống nghiệm cho phản ứng dương tính của các nồng độ pha loãng được tra theo bảng MPN để xác định số lượng E.Coli /100ml. 4.4.2.3. Quy trình phân tích a) Cấy mẫu Xếp 6 ống nghiệm môi trường Lastose broth có chứa ống durnham lên giá ống nghiệm làm 2 dãy (hệ thống 1, mỗi dãy 3 ống nghiệm): - Lấy 10ml mẫu cho vào 3 ống dãy 1 - Lấy 1ml mẫu cho vào 3 ống dãy 2 Lắc nhẹ để mẫu trộn đều vào môi trường, tránh tạo bọt khí, ủ ở 440C trong 24h. b) Tăng sinh Chọn các ống nghiệm sinh khí (+) cấy chuyển sang môi trường canh EC có chứa ống durnham (cấy chuyển theo 3 dãy tương ứng), ủ ở 440C trong 24h. c) Phân lập Chọn các ống nghiệm có sinh khí (+) cấy chuyển sang môi trường EMB, ủ ở 370C trong 24h (cấy chuyển theo 3 dãy tương ứng). d) Khẳng định Chọn các khuẩn lạc tròn, dẹt, có hình đĩa và có ánh kim tím cấy chuyển sang môi trường thử nghiệm pháp IMViC, ủ ở 370C trong 24h. e. Đọc kết quả Đọc kết quả những ống nghiệm cho nghiệm pháp IMViC (+)(+)(-)(-). Tra bảng MPN để xác định số lượng E. Coli được biểu diễn với đơn vị MPN/100ml. 4.5. Đề xuất một số biện pháp hạn chế 4.5.1 Phương pháp hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật vào sữa khi sữa vừa mới vắt Sữa sau khi được vắt hầu như không được sữ dụng ngay tức thời hay đem chế biến ngay mà phải lưu lại một thời gian sau khi vắt và vận chuyễn sữa khỏi nông trại. Do đó trong giai đoạn này nhất thiết sữa phải được bảo quản trong những điều kiện nhất định nhằm ỗn định chất lượng ban đầu của sữa vì nếu không sữa rất dễ bị nhiễm vi sinh vật do sữa là môi trường chúa rất nhiều chất dinh dưỡng thích hơp cho vi sinh vât phát triển. Sau đây là những quy định về cách vắt sữa và xử lý sơ bộ: - Trước khi vắt bò phải được tắm sạch, vú của con bò lấy sữa phải được rữa sạch và rữa lại bằng nước ấm, sau đó được lau khô bằng khăn sạch. - Các công nhân vắt sữa phải được đội mũ vải, đeo khẩu trang, mặt quần áo choàng sạch sẽ. Công nhân bị bệnh truyển nhiễm phải nghỉ, những người bị bệnh mà đã được chữa khỏi nên được xắp xếp làm những công việc không tiếp xúc với sữa nữa. - Nơi vắt sữa phải được quét don sạch sẽ phải thoáng mát. Các đồ dùng vắt sữa, đồ dùng chứa sữa phải được rữa kỹ bằng nước lã rồi dùng nước nóng hòa chất sát trùng clorua vôi giội lại hoặc đun sôi, hấp hoặc sấy thanh trùng nếu có điều kiện. - Sữa vắt xong nên lọc vài lần bằng vải màn rồi giữ lạnh ngay bằng cách ngâm vào dòng nước chảy, hoặc ủ nước đá tốt nhất là giữ ở kho lạnh nhiệt đô dưới 100C để ức chế sự phát triển của vi khuẩn và các quá trình lên men làm mất phẩm chất của sữa tươi. - Phải tính toán để hạn chế số lần rót sữa từ đồ chứa này sang đồ chứa khác, vì mỗi lần rót tạo điều kiện cho vi sinh vật xâm nhập vào sữa để phá hoại. - Phương pháp bảo quản lạnh tốt nhất là giữ lạnh ở dưới 60C đặc biệt ở 3 – 50C. tuy nhiên ở nhiệt độ thấp một số vi khuẩn ưa lạnh như Pseudomonas, Alialigenes, Flavobacterium, Proteus… vẫn có thể phát triển được trong sữa, một số vi khuẩn này có khả năng phân hủy protein và lipit. Vì vậy sữa bảo quản sau khi vận chuyển đến nhà máy phải thanh trùng ngay theo phương pháp pasto. - Một trong những biện pháp có hiệu lực để giữ chất lượng của sữa là ly tâm sữa. người ta thương ly tâm sữa để tách bỏ các hạt cặn rắn, rác bẩn. sữa đã ly tâm dể thanh trùng hơn, vi sinh vật dễ bị tiêu diệt hơn. Một số nước tiên tiến đã dùng máy ly tâm siêu tốc 14000-16000 vòng/ phút để tách bỏ vi khuẩn ra khỏi sữa. Xữ lý theo phương pháp này có thể loại bỏ đến 99.9% số lượng vi khuẩn có trong sữa mà vẫn giữ được chất lượng và mùi vị của sữa hơn các biện pháp thanh trùng pasto. 4.5.2 Các phương pháp bảo quản sữa Sữa sau khi vắt, lượng vi sinh vật thay đổi khá nhiều. Bản thân sữa còn chứa nhiều hệ enzyme xúc tác cho các phản ứng sinh hóa làm giảm giá trị chất lượng sữa. Để hạn chế sữa bị giảm chất lượng, người ta phải tiến hành bảo quản sữa ở điều kiện thích hợp. Có nhiều phương pháp khác nhau để bảo quản sữa: - Phương pháp vật lý: làm lạnh, đun nóng. - Phương pháp hóa học: sử dụng một số hóa chất để tiêu diệt hoặc ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. - Hiện nay các phương pháp thường sử dụng là: 4.5.2.1 Phương pháp bảo quản lạnh Người ta dùng nhiệt độ thấp để ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật tương đối phức tạp. Các vi sinh vật lên men chua sữa thường bị ngừng phát triển ở 10oC và bị ức chế tại 2-3oC. Trái lại người ta nhận thấy rằng một số vi khuẩn có khả năng tồn tại ở 0oC phân hủy protein tạo nên một số chất độc đối với người sử dụng, nhất là đối với trẻ sơ sinh. Do vậy, để ngừng sự phát triển của vi sinh vật trong sữa cần làm lạnh sữa ở nhiệt độ dưới điểm băng. Nhưng một số vi khuẩn vẫn tồn tại, chờ sữa tan là họat động trở lại và gây hư hỏng. Như vậy, bảo quản lạnh chỉ có tác dụng đối với sữa vô khuẩn. Nếu sữa không cần bảo quản lâu, người ta không cần hạ nhiệt độ sữa dưới điểm băng, chỉ cần nhiệt độ thấp hơn 6oC. 4.5.2.2 Phương pháp bảo quản nóng Nếu nhiệt độ lạnh chỉ ức chế sự phát triển của vi sinh vật thì nhiệt độ cao có thể tiêu diệt chúng ở các mức độ khác nhau. Khi đun sữa trên 60oC thì phần lớn vi sinh vật trong sữa bị tiêu diệt nhưng vần còn một số có khả năng tồn tại. Để tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật có trong sữa nhằm mục đích bảo quản lâu dài thì ta phải nâng nhiệt độ sữa lên trên 100oC. Nếu chỉ cần giữ sữa trong thời gian ngắn, ta có thể sử dụng các phương pháp thanh trùng Pasteur. Một số phương pháp thanh trùng Pasteur thường sử dụng: - Phương pháp Pasteur ở nhiệt độ thấp: nâng nhiệt độ của sữa lên tới 63-65oC, duy trì trong 30 phút rồi làm nguội ngay. - Phương pháp Pasteur ở nhiệt độ trung bình: đun sữa đến 72-75oC, duy trì trong 15-20 giây, sau đó làm nguội nhanh. - Phương pháp Pasteur ở nhiệt độ cao: nâng nhiệt độ của sữa lên 85-90oC rồi làm nguội ngay tức khắc. Hiện nay, trong công nghiệp sản xuất sữa, nhằm nâng cao hiệu lực khử trùng, người ta sử dụng chế độ tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature) ở nhiệt độ 135-150oC trong vòng vài giây. 4.5.2.3 Phương pháp cô đặc và sấy khô Phương pháp này tạo điều kiện kém thuận lợi cho vi sinh vật phát triển do có độ ẩm thấp, áp suất thẩm thấu lớn. Ngoài ra còn có một số phương pháp khác để tiêu diệt vi sinh vật nhưng ít được sử dụng hơn như: - Dùng tia tử ngoại chiếu vào lớp sữa mỏnglàm cho hàm lượng vi sinh vật giảm đi nhưng sữa thường mất vị thơm ngon và các loại vitamin A, C cũng bị phá hủy. - Dùng bức xạ ion hóa ta có thể dùng phương pháp này để bảo quản sữa, nhưng chi phí rất cao. - Dùng sóng siêu âm. Siêu âm có tần số cao có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật trong sữa. Hàm lượng E.coli và Samonella giảm di 100%, còn Streptococcus và Brucella chỉ giảm đi một phần. 4.5.2.4 Phương pháp mới bảo quản sữa tươi Tổ chức nông lương thế giới (FAO) đã trình bày trước các quan chức ngành chăn nuôi, quản lý chất lượng và chủ trang trại nuôi bò sữa của Bhutan một phương pháp bảo quản sữa tươi mới đơn giản và thuận tiện. Đó là phương pháp Lactoperoxidase (oxy già hóa sữa) hay còn gọi là hệ thống LP. Bằng cách bổ sung thêm thiocynate và oxy già để kích hoạt hiệu ứng kháng khuẩn, công nghệ này cho phép kéo dài thời gian bảo quản sữa tươi từ vài giờ đến một ngày tùy theo nhiệt độ môi trường. Trên thế giới hiện nay chỉ có Trung Quốc và Cuba là thường xuyên sữ dụng công nghệ này. Lactoperoxidase sẽ liên kết với ion peroxyde. Phức này oxy hóa các cơ chất đặc trưng trên màng tế bào, dẫn đến rối loạn quá trình trao đổi chất và kết quả là vi khuẩn có thể bị chết. Thông thường phức chất này có thể tiêu diệt các vi khuẩn gram âm và ức chế sự phát triển các vi khuẩn gram dương. Công nghệ này đặc biệt hữu hiệu với các nước nghèo, không có điều kiện bảo quản lạnh, các hộ chăn nuôi có quy mô nhỏ, phân tán thì phương pháp này chứng tỏ một sự ưu việt vươt trội. Công nghệ LP đồng thời thỏa mãn bốn yêu cầu: đơn giản, giá thành rẽ, không cần thiết bị làm lạnh và an toàn cho người sữ dụng chắc chắn sẽ góp phần làm tăng sản lượng sữa, tức là tăng thu nhập cho người nông dân. Không chỉ người nông dân có lợi mà cả người tiêu dùng của thành phố cũng được hưỡng loại sữa tươi an toàn, chất lượng tốt mà giá rẻ hơn so với nhập khẩu. Dưới 300C, sữa sau khi vắt đươc sử lý kéo dài thời gian bảo quản 7-8 giờ. Dưới 250C, 200C, 150C thì thời gian bảo quản có thể kéo dài. Hiện nay FAO đang đề ra những biện pháp ứng dụng rộng rải công nghệ này để thúc đẩy sản xuất sữa ở các nước đang phát triển. Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận Sữa tươi là nguồn dinh dưỡng tự nhiên hữu ích rất giàu chất đạm, vitamin, khoáng chất… nên sữa là môi trường lý tưởng cho sự phát triển của nhiều loại vi sinh vật. Nhóm vi sinh vật bình thường trong sữa: Vi khuẩn propionic sữ dụng cơ chất đường lactose tạo thành các sản phẩm như acid propionic, acid acetic, CO2 được ứng dụng để làm chín phomat. Vi khuẩn sinh acid butyric (giống Clostridium) chuyển hóa đường sữa thành nhiều sản phẩm khác nhau làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa. Nhóm vi khuẩn có lợi đặc trưng trong sữa bao gồm: Streptococcus lactic, Streptococcus cremoris, S.citrivirus.... chúng tạo cho sữa có mùi thơm, được ứng dụng trong sản xuất yaourt, kefir, phô mai… Nhóm vi sinh vật có hại đặc trưng trong sữa bao gồm: Nấm mốc gây hư hỏng nặng trong sữa và phomat mềm, trong nấm mốc có hai độc tố aflatoxin M1, M2 là hai độc tố sữa nguy hiểm nhất. Coliform phân giải protein tạo ra các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu, khi bị nhiễm coliform có thể gây nhiễm khuẩn hệ hô hấp, suy yếu hệ miễn dịch, đau nhứt khớp xương… Nhóm vi sinh vật không được phép hiện diện trong sữa: Salmonella gồm: S. typhirium và S. enterritidis gây rối loạn tiêu hoá, S. typhi gây sốt thương hàn. E.coli gây rối loạn máu, nhiễm trùng huyết, tiêu chảy ra máu, bại não, suy thận… Staphylococcus aureus gây tiêu chảy, non mửa, co giật cơ, mạch yếu… 5.2. Kiến nghị Để nâng cao chất lượng sữa nguyện liệu, các nông hộ nên nắm rõ vấn đề vệ sinh trong chăn nuôi bò sữa: vệ sinh lúc vắt sữa, vệ sinh chuồng trại, các trangthiết bị sử dụng đựng sữa, vệ sinh công nhân…. Sữa tươi sau khi vắt khỏi con vật nên bảo quản lạnh (50C) hoặc đưa ngay vào sản xuất mới đảm bảo chất lượng Cần có chính sách phát triển chăn nuôi bò sữa: đầu tư vốn, kỹ thuật chăn nuôi, thiết bị thu vắt sữa, xây dựng hệ thống thu gom, chế biến, bảo quản, tiêu thụ sữa đồng bộ đảm bảo chất lượng. Sữa nguyên liệu cần phải được kiểm tra sơ bộ một số chỉ tiêu về hoá lý, vi sinh đạt tiêu chuẩn mới được đưa vào khâu sản xuất. Hệ thống tiệt trùng, bộ phận chiết rót sản phẩm, công nhân... phải đảm bảo vệ sinh. Thời gian và nhiệt độ tiệt trùng cần phải chính xác đúng theo quy trình công nghệ.