Tìm hiểu về công nghệ sản xuất sữa chua

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM.
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN MÔN
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC
PHẨM

Đề tài: Tìm hiểu về công nghệ sản xuất
sữa chua
GVHD: NGUYỄN THỦY HÀ
Nhóm: 4_THỨ 3_TIẾT 7,8

Trần Thị Mai Liên

2005130058
Lý Yến Như

2005130038

Trần Thị Minh Nhung

2005130127

Nguyễn Thùy Trang

2005130101

Nguyễn Thế Tính

2006120024

Trương Thị Thùy Trang

2006130101

Hồ Thị Thùy Trang

2006130138


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

Sơn Thị Thanh Lam

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

2005130072

LỜI MỞ ĐẦU
Khi nói đến một trong số các thực phẩm từ sữa có những giá trị dinh dưỡng quý giá
cho sức khỏe của người tiêu dùng ta phải kể đến đầu tiên đó là sữa chua. Sữa chua rất
giàu dinh dưỡng, nó giúp giảm stress, tăng cường hệ miễn dịch, chống lão hóa, tăng
cường tuổi thọ hay là thực phẩm làm đẹp không thể thiếu cho phái nữ …Sữa chua
còn được biết đến nhiều nhất như là sản phẩm thực phẩm hiệu quả trong vai trò tăng
cường hoạt động của hệ tiêu hóa.
Hiện nay, sữa chua đã và đang chiếm lĩnh thị trường tiêu thụ rộng lớn trên khắp thế
giới, người tiêu dùng yêu thích sản phẩm này không chỉ vì giá trị dinh dưỡng mà còn
các ưu điểm như giá thành rẻ, thông dụng, dễ tiêu dùng và đặc biệt là hương vị đặc
trưng mà các vi sinh vật lên men lactic trên sữa mang lại cho sữa chua.
Với những lợi ích về dinh dưỡng cũng như giá trị kinh tế to lớn mà sữa chua đem lại,

không gì ngạc nhiên khi sữa chua trở thành một trong những đề tài nghiên cứu đáng
quan tâm. Đôi khi đại đa số chúng ta ai cũng biết làm ra sản phẩm sữa chua bằng
cách lên men sữa. Nhưng ít có ai biết cụ thể về thành phần của sữa chua cũng như
những vi sinh vật đã tham gia vào quá trình lên men. Để làm sáng tỏ hơn xung quanh
những vấn đề này nhóm em thực hiện đề tài “Tìm hiểu về công nghệ sản xuất sữa
chua”.
Trong quá trình thực hiện đề tài, không tránh khỏi những sai xót, mong cô và các bạn
thông cảm.

2


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1

TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM SỮA CHUA.
6.000 là số năm sữa chua đã có mặt và được dùng như thực phẩm. Có nhiều giả
thuyết cho rằng sữa chua khởi nguồn từ vùng Trung Đông, nơi sa mạc với khí hậu
khắc nghiệt, con người buộc phải tìm mọi cách để dự trữ thức ăn, nước uống và sữa
chua chính là một trong những loại thực phẩm biến thể từ sữa bằng phương pháp lên
men tự nhiên.
Thế kỷ thứ 8, là thời điểm sữa chua được định danh bằng những tên gọi khác nhau ở
các nước. Bắt đầu từ Thổ Nhĩ Kỳ với tên “jugurt” và sau đó người Anh gọi là yogurt
và cụm từ này phổ biến cho đến ngày nay.

Năm 1908 là cột mốc vàng son đánh dấu sự thành công rực rỡ của sữa chua khi
những lợi ích cho sức khỏe của món ăn tuyệt vời này được giáo sư Elie Metchnikoff
của Viện Pasteur ở Paris (Pháp) công bố đến toàn thế giới. Ông chính là nhà khoa
học được giải Nobel về sinh học và y học năm đó và là tác giả của cuốn sách “The
prolongation of Life”. Sau gần 6.000 năm tồn tại, sữa chua đã được công nhận vào
đầu thế kỷ 20 và cũng được chính thức vinh danh từ đó. Công nghệ sản xuất sữa chua
đã dần được phổ biến ở các nước phương Tây và rộng khắp toàn thế giới cho đến
ngày nay. Con người đã có thêm một món ăn ngon, tốt cho sức khỏe, các công ty có

1

thêm ngành nghề kinh doanh thúc đẩy nền kinh tế phát triển.
Đặc điểm, tính chất của sữa chua
Sữa chua ( còn gọi là yogurt, yogout, yoghurt,...) là sản phẩm lên men dạng bán rắn,
được sử dụng rộng rãi vì hương vị, tính chất dinh dưỡng của nó, khả năng tiêu hóa
cao, dễ hấp thụ và rất tốt cho đường ruột. Sử dụng các sản phẩm sữa lên men có tác
dụng kích thích sự tiết dịch vị, kích thích sự trao đổi chất, hệ vi khuẩn lactic có tác
dụng khống chế sự phát triển vi sinh vật gây thối ở ruột.
3


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Sữa chua là sản phẩm bơ sữa được sản xuất bởi vi khuẩn lên men của sữa. Mọi loại
sữa có thể dùng để làm sữa chua, nhưng trong cách chế tạo hiện đại, sữa bò được
dùng nhiều nhất. Sữa chua đặc (yaourt) là sản phẩm lên men lactic từ sữa bò tươi, sữa
bột hay sữa động vật nói chung sau khi đã khử chất béo và thanh trùng vi khuẩn gây
bệnh bằng phương pháp tiệt trùng Pasteur ở nhiệt độ 80-90°C.

Các sản phẩm sữa chua cũng giống như các sản phẩm lên men khác có tác dụng bảo
quản sữa rất tốt bởi pH thấp khống chế sự phát triển của vi sinh vật có hại.
Sữa chua chứa rất nhiều các khoáng chất như canxi, vitamin C, vitamin D, kẽm, axit
lactic và probiotic. Hàm lượng các chất có trong 180gram sữa chua bao gồm:
•

Năng lượng: 100-150 Kcal.

•

Chất béo: 3,5 gram

•

Chất béo bão hòa: 2 gram

•

Protein: ít nhất 8-10 gram.

•

Đường: 20 gram hoặc ít hơn.

•

Canxi: ít nhất 20% lượng canxi cần thiết hàng ngày.

•

Vitamin D: ít nhất 20% lượng Vitamin D cần thiết hàng ngày.
Nguyên tắc làm sữa chua là do sự phát triển của vi khuẩn lactic làm pH giảm mạnh,
casein trong sữa bị đông tụ. Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt, và có mùi vị
thơm ngon. Quá trình lên men sữa chua người ta phải sử dụng hai chủng vi khuẩn
lactic. Một loại khuẩn lactic lên men nhanh làm giảm pH, một loại vi khuẩn lên men

chậm và tạo mùi thơm đặc trưng của sữa chua.
2
Phân loại sữa chua
 Dựa vào bản chất vật lý của sản phẩm:
•

Sữa chua dạng gel “set type”: sản phẩm có cấu trúc gel mịn. Trong quy trình sản
xuất sữa chua truyền thống, sữa chua nguyên liệu sau khi được xử lý, cấy giống rồi
được rót lại bao bì, qui trình lên men được xảy ra trong bao bì làm xuất hiện khối
đông và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm.

4


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

•

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Hình 1.1: Sữa chua dạng gel “set type”
Sữa chua dạng khuấy “stirred type”: Khối đông xuất hiện sau quá trình lên men bị
phá hủy một phần do sự khuấy trộn cơ học. Sữa nguyên liệu được xử lý cấy giống rồi
lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm

vào bao bì, sữa chua dạng này sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như sữa
chua “set type”.

Hình 1.2: Sữa chua dạng khuấy “stirred type”
•

Sữa chua dạng lạnh đông “frozen type”: Sản phẩm có dạng tương tự như kem,
quá trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo tổng hợp
sau lên men sẽ được đem đi xử lý và lạnh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm
rồi đóng gói.

Hình 1.3: Sữa chua dạng lạnh đông “frozen type”
5


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP
•

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Sữa chua dạng cô đặc “concentrated yoghurt”: Quy trình sản xuất bao gồm các
giai đoạn quan trọng như lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và bao gói sản phẩm. Trong
quá trình cô đặc, người ta sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm. Sữa chua cô

đặc còn có tên gọi là strained yoghurt.
• Sữa chua uống “drink yoghurt”: Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình
lên men bị phá hủy hoàn toàn, sản phẩm có dạng lỏng. Điểm khác biệt sau quá trình
lên men, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hóa để
phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt của sản phẩm.

Hình 1.4: Sữa chua uống “drink yoghurt”

•
•
•
•

•
•

Phân loại theo hàm lượng chất béo:
Sữa chua béo (Fat yogurt): hàm lượng chất béo trên 3%.
Sữa chua “bán gầy” (Partially skimmed yogurt): Hàm lượng chất béo từ 0,5-3%.
Sữa chua gầy (Skimmed yogurt) : Hàm lượng chất béo dưới 0,5%
Sữa chua không béo (Fat free yogurt): Hảm lượng chất béo gần bằng không.
Phân loại dựa vào hương vị:
Tự nhiên: mùi của sản phẩm được hình thành một cách tự nhiên.
Trái cây: Trái cây các loại như thơm, dâu, sơri, táo,… được bổ sung vào Yoghurt
thường dưới dạng pure. Có hai dạng pure tự nhiên (không bổ sung thêm đường) và

•

pure có bổ sung thêm đường. Hàm lượng đường trong pure thường chiếm 50-55%.
Hương liệu: Một số sản phẩm Yoghurt còn được bổ sung thêm hương liệu và chất
màu trong quá trình sản xuất. Tùy theo tình hình của mỗi quốc gia mà bảng danh mục
các phụ gia hương liệu và màu được phép sử dụng trong chế biến thực phẩm với liều

3

lượng tối đa quy định có thể khác nhau.

Mục đích sử dụng sản phẩm sữa chua.
Từ lâu sữa chua được biết đến như một nguồn bổ sung canxi, kẽm và các vi khuẩn có
lợi cho đường ruột. Các công dụng nổi bật của sữa chua bao gồm:
6


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

2

•

Hỗ trợ tiêu hóa.

•

Tăng cường sức đề kháng.

•

Giúp giảm cân.

•

Ngăn ngừa cao huyết áp.

•

Giảm cholesterol.

•

Bảo vệ răng miệng.

•

Bổ sung canxi giúp xương và răng chắc khỏe.

•

Giúp làm đẹp da và bảo vệ tóc.

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG SỮA CHUA.
Trong sữa chua, có rất nhiều vi khuẩn sinh sống có lợi cho sức khỏe của người,
chúng được gọi là Probiotic. Những vi khuẩn này thường là vi khuẩn lên men axit
lactic như là các vi khuẩn thuộc chủng Lactobacillus và Bifidobacterium. Ngoài ra,
sữa chua đươc tạo thành từ quá trình lên men sữa dưới tác dụng của vi sinh vật như
butiric, propionic, nấm men...
Còn các loại vi khuẩn khác như vi khuẩn đường ruột, vi khuẩn axetic cũng tham gia
chuyển hóa lactose và tạo thành hàng loạt các hợp chất như: acid lactic, acid axetic,
rượu etylic, 2,3-butadiol...Chủng vi sinh vật có thể chỉ bao gồm một loài hoặc là hỗn
hợp của nhiều loài.
Các giống vi sinh vật chủ yếu trong sữa chua:
Giống vi sinh vật

Loài
Vi khuẩn

Lactobacillus

Lactococus
Leuconostoc

L.delbrueckii
L.delbrueckii ssp lactis
L.delbrueckii ssp bulgaricus
L.helveticus
L.acidophilus
L.casei
L.kefir
L.lactis ssp lactis
L.lactis ssp lactis var diacetylactis
L.lactis ssp cremoris
L.mesenteroides
7


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

Streptococcus
Pediococcus
Acetobacter

Kluyverromyces
Candida
Saccharomyces
Torulaspora

Geotrichum

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

L.mesenteroides ssp dextranicum
L.mesenteroides ssp cremoris
S.thermophilus
P.pentosaceus
P.acidilactis
A.aceti
Nấm men
K.marxianus ssp marxianus
K. marxianus ssp bulgaricus
K.lactis
C.kefir
S.cerevisiae
S.lactis
T.delbrueckii
Nấm sợi
G.candidum

Bảng 1.1. Các giống vi sinh vật chủ yếu trong sữa.
Trong sản xuất sữa chua người ta thường sử dụng nhóm vi khuẩn lactic đồng hình.
Hai chủng phổ biến nhất là Streptococcus themophilus và Lactobaccilus bulgaricus.
Trong thực tế, chúng có thể cộng sinh với nhau. Thông thường tỷ lệ giữa cầu khuẩn
và trực khuẩn trong canh trường giống là 1:1 hoặc 1:2. Tuy nhiên tỷ lệ này có thể
thay đổi tùy thuộc vào hoạt tính của chủng sử dụng và những yêu cầu về chất lượng
sản phẩm.
1

Hình thái cấu tạo
Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium. Đây là những trực khuẩn, cầu
khuẩn không tạo bào tử và hầu hết không di động, hô hấp tùy tiện. Chúng có khả
năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nhưng không có khả năng lên men
các loại glucid phức tạp và tinh bột.

8


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Hình 1.5. Chủng Lactobacterium
Điều kiện nuôi cấy.

2

Sự phát triển của vi khuẩn lên men lactic cần có sự có mặt của pepton, acid amin hay
muối amon. Chúng có yêu cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, acid amin
và khoáng chất.
Quá trình lên men xảy ra tốt nhất trong môi trường acid pH từ 5,5 ÷ 6, khi pH nhỏ
hơn 5,5 quá trình lên men bị dừng lại. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men từ
15÷500C. Tuy nhiên mỗi loài có nhiệt độ thích hợp khác nhau. Nếu nhiệt độ lớn hơn
800C vi khuẩn lactic bị tiêu diệt hoàn toàn.
 Streptococcus themophilus phát triển tốt ở 45 ÷50oC trong môi trường có độ pH cao.
 Lactobaccilus bulgaricus phát triển tốt ở nhiệt độ 50 oC và sinh sản tốt ở nhiệt độ

37÷45oC nhưng trong môi trường có độ pH thấp hơn.
3

Đồ thị tăng trưởng
• Đường cong sinh trưởng của L.bulgaricus:

Hình 1.6: Đường cong sinh trưởng của L.bulgaricus



Pha tiềm phát kéo dài trong khoảng 2 -3h đầu. Tế bào vi khuẩn còn trẻ, nhanh
chóng thích nghi với môi trường MRS broth trong thời gian ngắn.



Pha lũy thừa: 3-15h, vi khuẩn sinh sản mạnh, sinh khối tăng nhanh. Đạt cực
đại ở 15h.
9


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP


Pha cân bằng kéo dài từ 18-30h.



Pha suy vong: sau 30h mật độ tế bào bắt đầu giảm dần.

•

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Đường cong sinh trưởng của S.thermophilus:

Hình 1.7. Đường cong sinh trưởng của S.thermophilus


Pha tiềm phát kéo dài trong khoảng 2-3h đầu.



Pha lũy thừa: 3 -18 h tiếp theo.



Số lượng tế bào đạt cực đại ở 18h.



Pha cân bằng diễn ra trong 18-30h tiếp theo.



Sau 30h là pha suy vong của vi khuẩn.



Thu nhận sinh khối sau 18h.
Trong sản xuất sữa chua, việc cấy hỗn hợp hai loại vi khuẩn này cho kết quả tốt hơn
là chỉ sử dụng riêng từng loại. L.bulgaricus có chứa enzyme phân giải protein nên có
khả năng phân tách một số amino acid từ casein. Các amino acid này, quan trọng
nhất là valine có vai trò như chất kích thích hoạt động cho S. thermophilus. Kinh

nghiệm cho thấy sữa chua sẽ đạt tiêu chuẩn tốt nhất (về pH, mùi vị, hương thơm) khi
tỷ lệ S. thermophilus/ L.bulgaricus bằng 1:1.

3
1

1.3.1.1.

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG
Nguyên liệu chính
Sữa tươi
Sữa là 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
10


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

thành phần dinh dưỡng đó. Sữa đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cơ thể về các acid
amin không thay thế, acid béo không no, khoáng (đặc biệt Ca và P) và vitamin.
 Tính chất vật lí:

Sữa là một chất lỏng màu trắng, đục. Độ đục của sữa là do chất béo, protein và một
số khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc sữa thường từ màu trắng đến vàng nhạt, phụ
thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-caroten có trong chất béo. Sữa có độ nhớt lớn hơn
hai lần so với nước, có vị ngọt nhẹ và có mùi đặc trưng. Sữa tươi thông thường sẽ có
những tính chất sau:
-

pH (ở 20˚C): 6.5-6.7. Khi sữa nhiễm vi sinh vật, giá trị pH của sữa giảm.
Độ chua được tính bằng Dornic-˚D:15-18.
Tỷ trọng (ở 15.5˚C): 1,028-1,036g/cm3.

 Thành phần hóa học:

Thành phần

Hàm lượng %

Thành phần

Hàm lượng %

Nước

85 – 89

Các chất hoạt tính
Số lượng nhỏ
sinh học

Chất khô

11 – 15%

Vi lượng

Số lượng nhỏ

Chất béo

2,9 – 5,0

Enzyme

Số lượng nhỏ

Mỡ sữa

0,03 – 0,05

Vitamin

5,0 – 8,0

Photphate

2,5 – 4,0

Kháng sinh

Chất chữa nitơ

2,3 – 2,9

Hoocmon

Casein

0,02 – 0,08

Chất màu

Chất phinitơ

4,5 – 5,0

Chất khí

Cacbonhydrate

0,01 – 0,1

Lactose
Glucose
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của 1000ml sữa bò
Nước

11


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Là thành phần chủ yếu của sữa, là dung môi hoà tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi
trường cho các phản ứng hoá sinh. Phần lớn nước trong sữa có thể thoát ra ngoài khi
đun nóng.

Tổng hàm lượng chất khô:
Tổng các chất khô được hiểu là hàm lượng
các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài
khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước
(dạng không liên kết) có trong sữa.
Chất khô không béo là hiệu số giữa tống các
chất khô và hàm lượng chất béo trong sữa.
Giá trị hàm lượng chất khô không béo trong
sữa bò thường là 9, 1 %.
Hình 1.8. Sữa bò
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 2 dạng - lactose và –
lactose. Tỷ lệ hàm lượng giữa hai dạng này phụ thuộc vào giá trị pH và nhiệt độ của
sữa. Chỉ có sữa động vật là nguồn chứa lactose duy nhất trong tự nhiên.
Lactose là đường khử, độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với disaccharide và
monosaccharide thường gặp, lactose có thể bị thủy phân bởi enzyme lactaza.
Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến đổi thành caramen. Vì vậy khi khử trùng sữa, một
phần lactose bị caramen hoá nên sữa sẽ có màu sậm hơn sữa chưa khử trùng.
Ngoài lactose, trong sữa còn có galactose (20mg/l), glucose (hàm lượng trung bình
70mg/l), các hợp chất glucid chứa N (hàm lượng thấp hoặc dạng vết).
Chất béo:
Chất béo trong sữa thường dạng hình cầu. Trong 1ml sữa có khoảng 10 – 15 tỷ hạt
cầu béo. Thành phần chủ yếu của các hạt là glyceride, phospholipid và protein.
Chất khoáng

12


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Lượng chất khoáng trong sữa không nhiều nhưng sự có mặt các chất khoáng đóng vai
trò quan trọng trong cân bằng các chất dinh dưỡng của sữa.
Vitamin
Sữa có chứa nhiều loại vitamin với số lượng không lớn lắm, các vitamin thuộc 2
nhóm chính là:
-

Nhóm tan trong chất béo gồm A, D, E.
Nhóm tan trong nước gồm B1, B2, C.
Hợp chất chứa nitơ

 Casein

Là những protein có tính acid vì trong phân tử của chúng có nhiều gốc acid glutamic
và acid aspartic, là thành phần chủ yếu của protein sữa. Casein tồn tại dưới dạng
micelle, mỗi micelle chứa 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng (Ca,
K, Mg, phosphate và citrate).
Hình 1.9. Cấu tạo một micelle casein
Chú thích:
A – Tiểu micelle
B – Đầu ưa nước của – casein
C – Phosphate
D – – casein
E – Tương tác kỵ nước
Các micelle có hàm lượng – casein khá cao với đầu ưa nước luôn hướng ra ngoài,
nếu lấy đi dầu ưa nước này hoặc giảm hàm lượng – casein thì cấu trúc micelle trở
nên không ổn định, nếu có mặt của Ca2+ trong sữa thì các micelle sẽ liên kết lại với

1.3.1.2.

nhau tạo nên hiện tượng đông tụ casein.
Enzyme
Enzyme là những chất xúc tác có tác dụng hoạt hóa các phản ứng hóa học mà không
bị phân hủy hay mất đi. Trong sữa có nhiều nhóm enzyme hiện diện. Các enzyme
trong sữa hầu hết đều bị vô hoạt sau quá trình thanh trùng. Một số enzym thường có
trong sữa như: lipase, esterase, phosphatase, xanthineoxydase, lactoperoxidase,
protease, amylase, catalase, aldolase, ribonuclease, lysozyme, carbonic anhydrase…

13


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Enzyme lipase: có thể làm cho sữa và sản phẩm sữa bị trở mùi xấu đi, do chúng thủy
phân glyceride và giải phóng acid béo tự do. Lipase sẽ gây oxy hoá chất béo trong
sữa nếu quá trình gia nhiệt không vô hoạt được enzyme này. Enzyme lipase vẫn còn
hoạt tính ở nhiệt độ thấp (khoảng 4 ÷ 50 oC). Đa số lipase bị phá hủy ở nhiệt độ thanh
trùng HTST (High Temperature Short Time) hay cao hơn. Sữa ban đầu nếu đã bị trở
mùi thì không thể tách được trong quá trình thanh trùng.
Enzyme protease: tham gia vào quá trình thủy phân hay phá hủy protein tạo thành
mùi vị không dễ chịu (đắng) trong sữa và các sản phẩm sữa. Protease được hình
thành tự nhiên trong sữa và chúng không bị phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ thanh
trùng HTST (High Temperature Short Time) hay cao hơn (76 ÷ 780oC).
Enzyme phosphatase: có thể thủy phân phosphate hữu cơ. Có một enzyme
phosphatase kiềm và một phosphatase acid, trong đó loại kiềm có pH tối ưu 9,6 rất
quan trọng trong công nghiệp chế biến sữa (Perifield và Campbell,1990).

Hệ vi sinh vật:
Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng luôn thay đổi. Trong đó các vi sinh vật có thể

1.3.1.3.

chia làm 2 nhóm chính: prokaryote và eukaryote.
• Prokaryote
Nhóm vi sinh vật prokaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Đại diện quan trong cho
nhóm prokaryote là vi khuẩn (bacteria).
Các nhóm nhóm vi khuẩn thường gặp trong sữa là vi khuẩn lactic, coliforms, vi
•

khuẩn sinh axit butyric, vi khuẩn sinh axit propionic và các vi khuẩn gây thối.
Eukaryote
Nhóm vi sinh vật eukaryote có nhân chưa hoàn chỉnh. Hai đại diện của nhóm
eukaryote thường được tìm thấy trong sữa là nấm men và nấm sợi.

2

Nguyên liệu phụ
Chất ổn định cấu trúc
Cấu trúc gel của sữa chua là do protein tạo thành. Để đảm bảo cho cấu trúc gel này
ổn định, hàm lượng chất khô không béo có nguồn gốc từ sữa trong sản phẩm không
được phép thấp hơn 10-13%. Ngày nay, để hạ giá thành sản phẩm, một số nhà sản
xuất đã giảm hàm lượng chất khô có nguồn gốc từ sữa và làm tăng hàm lượng đường
trong sản phẩm. Khi đó, cấu trúc gel không ổn định dễ bị phá vỡ bởi tác động vật lí
14


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

và hóa lí. Các chất ổn định sử dụng trong chế biến sữa chua như tinh bột, gelatin,
pectin, thậm chí agar và carrageenan có thể được sử dụng để tăng độ nhớt, tăng kết
cấu sản phẩm, kiểm soát độ keo hóa cho sữa chua lỏng, ngăn ngừa sự tách serum của
sữa chua… chúng thường được sử dụng 0,05-1%.
Các chất tạo màu và mùi hương thường được sử dụng như batamin từ củ cải đường,
anthocyanin từ vỏ nho, chất chiết từ nghệ…
Để bảo quản, người ta có thể dùng acid sorbic hay muối kali của nó. Đây là phương
pháp hiệu quả chống lại nấm men và mốc. Đối với trái cây người ta còn dùng sulphur
dioxit để bảo quản.
Đường, chất tạo ngọt
Sữa chua có vị ngọt nhẹ do độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với các đường
khác. Để làm tăng độ ngọt của sữa chua, người ta thường bổ sung thêm đường, phổ
biến nhất là đường saccharose hoặc glucose. Riêng với sản phẩm dành cho người ăn
kiêng, các nhà sản xuất thường sử dụng các chất tạo ngọt không có giá trị dinh
dưỡng, thường gặp hiện nay là aspartame. Quá nhiều đường trong sữa trước giai đoạn
ủ sẽ bất lợi cho quá trình lên men.
4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN
Lactose được coi là nguồn năng lượng cần thiết cho vi khuẩn trao đổi chất cũng như
là nguồn gốc tạo nên hàng loạt các phản ứng tổng hợp các chất.
Trong sản phẩm lên men từ sữa, người ta thấy có ba dạng lên men chính:
- Lên men rượu.
- Lên men lacic (thường gặp).
- Lên men butyric.
Các dạng lên men cũng xảy ra trong quá trình sản xuất sữa chua được gọi là sự phối
hợp của các dạng lên men chính. Bên cạnh đó còn có những quá trình lên men đặc

trưng riêng cho từng sản phẩm. ví dụ như lên men axetic, propionic…
Lên men lactic:

15


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa kị khí đường tạo thành acid lactic dưới tác
dụng của vi khuẩn lactic và là quá trình lên men được ứng dụng cho sản phẩm sữa
chua. Dựa vào thành phần của các sản phẩm lên men mà người ta chia thành: lên men
lactic đồng hình và lên men lactic dị hình. Vi khuẩn lactic đồng hình chiếm ưu thế
trong công nghệ vi sinh vật.
Lên men lactic đồng hình:
Trong trường hợp này acid pyruvate được tạo thành theo sơ đồ Embden-MayerhorfParnas (EMP). Sau đó acid pyruvate sẽ tạo thành acid lactic dưới tác dụng của
anzyme lactatdehydrogenase.
Lượng acid lactic chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ pyruvate bị khử cacbon để tạo
thành acid acetic, etanol, CO2 và aceton. Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc
vào sự có mặt của oxy.

16


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Hình 1.10. Sơ đồ chuyển hóa trong lên men lactic đồng hình

Lên men lactic dị hình:
Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ bản của sơ đồ
Embden-Mayerhorf-Parnas (aldolase và triophotphatizomerase), vì vậy xylose 5photphat sẽ được tạo thành theo con đường pentose- photphate (PP).
Trong trường hợp này chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngoài ra còn có
các sản phẩm phụ khác như: acid axetic, ethanol, CO 2. Các sản phẩm phụ tương tác
với nhau tạo thành ester có mùi thơm.

17


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Hình 1.10. Sơ đồ chuyển hóa trong lên men lactic dị hình

18


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1.

SƠ ĐỒ KHỐI
Nguyên liệu

Chuẩn hóa

Hiệu chỉnh hàm lượng chất khô
Vi khuẩn lactid thương
mại dạng đông khô

Bài khí
Đồng hóa
Xử lý nhiệt

Hoạt hóa

Hương
liệu

Cấy giống

Phối trộn
Rót sản
phẩm
Lên men
Làm lạnh
Bảo quản lạnh

Yoghurt
truyền
thống

2.2.

THUYẾT MINH QUY TRÌNH
 Sữa nguyên liệu

19

Bao bì


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Sữa chua có thể được sản xuất từ sữa tươi, sữa bột, sữa cô đặc, sữa hoàn nguyên hoặc
sữa tái chế. Sữa tươi sử dụng trong sản xuất yaourt phải có chất lượng tốt.
Các yêu cầu quan trọng cho nguyên liệu sữa tươi như sau:


Tổng số tế bào vi sinh vật trong sữa càng thấp càng tốt



Không chứa thể trực khuẩn.



Không chứa kháng sinh



Không chứa các enzyme



Không chứa dư lượng hoá chất có nguồn gốc từ quá trình tẩy rửa và vệ sinh dụng cụ
hoặc thiết bị đựng sữa.

 Chuẩn hóa

Mục đích của quá trình chuẩn hóa là hiệu chỉnh hàm lượng chất béo cho sản phẩm
yaourt.
Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp, ta sẽ bổ sung cream vào. Lượng
chất béo trong cream tối thiểu không thấp hơn 12% và thường dao động từ 35-40%.
Ngược lại, nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo cao, ta có thể bổ sung sữa gầy
hoặc quá trình ly tâm để tách bớt chất béo ra khỏi sữa.
Hàm lượng chất béo dao động từ 0.5-3%.
 Hiệu chỉnh hàm lượng chất khô

Theo Bourgeis và Larpent (1989), tổng hàm lượng chất khô tối ưu cho quá trình lên
men trong sản xuất Yaourt là từ 14-16%. Thực tế, mỗi nhà sản xuất sẽ chọn một giá
trị thích hợp cho sản phẩm của mình. Thông thường sữa tươi với hàm lượng chất khô
khoảng 11,5-12,7%. Để tăng hàm lượng chất khô trong sữa tươi, chuẩn bị cho quá
trình lên men, ta có thể chọn một trong những phương pháp sau:
- Cô đặc sữa trong điều kiện chân không để làm bay đi một lượng nước nhất định.
Thể tích sữa sau quá trình cô đặc thường giảm đi từ 10-20%. Khi đó, tổng hàm lượng
chất khô trong sữa sẽ tăng từ 1,5-3%. Các nhà sản xuất có thể sử dụng thiết bị bài
khí, kết hợp cô đặc trong điều kiện chân không hoặc thiết bị cô đặc sữa dạng màng
rơi.
20


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

- Bổ sung thêm bột sữa gầy vào sữa tươi: hàm lượng bột sữa gầy sử dụng thường
không cao hơn 3% so với khối lượng sữa tươi.
- Bổ sung thêm sữa đặc vào sữa tươi.
- Xử lý sữa gầy bằng phương pháp siêu lọc (ultra-filtration) trên thiết bị membrane.
Dòng sản phẩm không qua màng (retentate) thoát ra từ thiết bị siêu lọc có hàm lượng
chất khô cao sẽ được sử dụng để bổ sung vào sữa tươi.
 Bài khí

Hàm lượng chất khí hòa tan trong sữa nguyên liệu càng thấp càng tốt. Khi đó, hiệu
quả quá trình đồng hóa và thanh trùng sẽ tăng. Các hợp chất bay hơi có mùi khó chịu
trong sữa sẽ được tách bỏ và chất lượng yaourt sẽ tốt hơn.
Nếu như các nhà sản xuất bổ sung sữa gầy vào sữa tươi để hiệu chỉnh hàm lượng chất
khô, sự khuấy trộn hỗn hợp sẽ làm gia tăng lượng khí hòa tan trong sữa. Khi đó,
trong quy trình sản xuất bắt buộc phải có quá trình bài khí.
 Đồng hóa

Mục đích của quá trình đồng hóa là tránh hiện tượng tách pha của chất béo trong quá
trình lên men sữa và làm tăng độ đồng nhất cho sản phẩm sữa chua. Bình thường,
đồng hóa được thực hiện dưới áp lực 200-250 bar, nhiệt độ từ 65-700C.
 Xử lí nhiệt

Mục đích: Tiêu diệt hoặc ức chế tối đa các hệ vi sinh vật và các enzyme có trong sữa.
Ngoài ra quá trình này còn làm biến tính sơ bộ các protein có trong sữa (đặc biệt là
các whey protein). Nhờ đó, trong quá trình lên men lactic, khối đông được hình thành
với cấu trúc ổn định, hạn chế sự thoát huyết thanh ra khỏi cấu trúc gel khi bảo quản
yaourt.
Quá trình xử lý nhiệt thường được thực hiện trong thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng
hoặc ống lồng. Chế độ xử lý là từ 90-95oC trong 3-5phút.
 Hoạt hóa:

Hiện nay, các nhà máy sản xuất yourt với năng xuất lớn thường mua chế phẩm vi
khuẩn lactic để sử dụng. Như vậy họ không cần đầu tư chi phí nhân công, nhà xưởng,
21


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

nguyên liệu cho quá trình nhân giống và giữ giống tại nhà máy. Để rút ngắn thời gian
lên men và tiết kiệm lượng chế phẩm vi khuẩn cần dùng, các nhà sản xuất thường
hoạt hóa vi khuẩn giống trên môi trường được pha chế từ bột sữa gầy. Hàm lượng
chất khô trong môi trường hoạt hóa dao động từ 9-12%. Trước khi hoạt hóa giống,
môi trường cần phải được thanh trùng ở 90-95oC trong thời gian 30-45 phút.
Quá trình hoạt hóa được thực hiện trong thiết bị vô trùng có dạng hình trụ, đáy côn
và được chế tạo bằng vật liệu thép không rỉ. Nhiệt độ hoạt hóa được duy trì ở 43 oC.
Quá trình được xem là kết thúc khi độ chua canh trường đạt 85-90oD.
 Cấy giống vi khuẩn lactic

Trong sản suất yaourt, người ta thường sử dụng nhóm vi khuẩn lactic đồng hình. Hai
chủng phổ biến nhất là Strepcoccocus themophilus và Lactobacillus bulgaricus.
Chúng có thể sống cộng sinh vơi nhau. Thông thường, tỉ lệ cầu khuẩn và trực khuẩn
trong canh trường giống thường là 1:1. Tuy nhiên, tỷ lệ này có thể thay đổi tùy thuộc
vào hoạt tính của chúng sử dụng và những yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng của sản
phẩm.
Giống vi khuẩn lactic sau khi được hoạt hóa được chứa vào bồn chứa sữa nguyên liệu
với tỉ lệ tối thiểu 0,5% và tối đa là 7%. Nếu chưa được sử dụng ngay, ta cần làm lạnh
giống để để hạn chế sự gia tăng nhanh độ chua của canh trường. Việc tăng nhanh độ
chua của canh trường giống sẽ gây ức chế hoạt tính lên men của vi khuẩn lactic.

Trường hợp giống được sử dụng trong 6h tiếp theo, ta chỉ cần làm lạnh canh trường
về nhiệt độ 10-12oC. Nếu thời gian bảo quản giống dài hơn 6h, nhiệt độ canh trường
nên được duy trì ở 5oC.
 Phối trộn:

Sau khi cấy giống vi khuẩn, môi trường sữa được đảo trộn đều và gia nhiệt lên đến
43-45oC rồi đưa qua thiết bị rót vào bao bì, đóng nắp.
Đối với sản phẩm yaourt truyền thống có bổ sung hương liệu, trên hệ thống đường
ống vận chuyển sữa từ bồn cấy giống đến máy rót vào bao bì và đóng nắp, người ta
sẽ bổ sung phụ gia vào. Lượng phụ gia bổ sung được xác định bằng phương pháp
thực nghiệm. Các nhà sản xuất cần quan tâm các chỉ tiêu vi sinh của những phụ gia
22


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

sử dụng để hạn chế hiện tượng nhiễm vi sinh vật lạ từ những phụ gia này vào môi
trường trước khi lên men.
 Rót sản phẩm:

Các thiết bị rót sản phẩm đều làm việc trong điều kiện vô trùng để tránh nhiễm vi
sinh vật từ môi trường bên ngoài vào sữa. Hiện nay người ta thường sử dụng loại bao
bì nhựa với khối lượng sản phẩm 200g/1 bao bì.
 Lên men:

Các bao bì chứa hộp sữa và giống vi khuẩn lactic được đưa vào phòng lên men. Nhiệt
độ lên men tối ưu thường là 42-43oC. Mặc dù sữa được đựng trong các bao bì kín
nhưng phòng lên men phải luôn được vệ sinh sạch sẽ. Người ta sử dụng không khí vô

trùng có qua hệ thống lọc membrance để thông khí cho phòng lên men.
Thời gian lên men phụ thuộc vào chủng vi khuẩn sử dụng, trạng thái sinh lý của
giống và yêu cầu về độ chua của yaourt thành phẩm. Trên môi trường sữa, thời gian
thế hệ của Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus khoảng 20-30
phút. Thông thường quá trình lên men kết thúc sau 2,5-3h. Độ chua yaourt đạt 7080oD.
 Làm lạnh

Sau quá trình lên men kết thúc, ta cần làm lạnh canh trường để ổn định cấu trúc gel
của sản phẩm, đồng thời làm chậm tốc độ sinh trưởng tổng hợp acid lactic của vi
khuẩn. Các bao bì chứa yaourt sẽ được đưa về phòng lạnh để đưa yaourt về nhiệt độ
18-20oC trong vòng 30-40 phút.
 Bảo quản lạnh

Cuối cùng, yaourt được hạ nhiệt độ xuống 4 oC và bảo quản sản phẩm trong kho lạnh
ở nhiệt độ 2-4oC.
Mục đích: ổn định cấu trúc gel của yaourt, tránh hiện tượng tách huyết thanh sữa
trong sản phẩm.
CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN - BÀN LUẬN - ĐỀ NGHỊ
3.1.

KẾT LUẬN
23


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

Sữa chua là một trong những sản phẩm từ sữa. Nó được tạo thành nhờ quá trình lên
men lactic. Chính vì vậy sữa chua có một vị chua rất đặc trưng. Nó thường được bảo

quản ở nhiệt độ thấp từ 2-4°C. Các vi khuẩn lactic có trong sữa chua rất có lợi cho
quá trình tiêu hóa thức ăn ở cơ thể người. Ngoài các giá trị dinh dưỡng , sữa chua
còn có chức năng làm chậm quá trình lão hóa và kéo dài tuổi thọ cho con người.
Chính vì vậy sữa chua là một sản phẩm rất phổ biến trên thế giới.
Sản xuất sữa chua là một đề tài lớn và quá trình sản xuất cũng khá phức tạp. Quy
trình sản xuất sữa chua là một quy trình khép kín. Vi sinh vật sử dụng trong sản xuất
sữa chua cũng rất đa dạng về chủng loại và số lượng.
Sản phẩm sữa chua luôn chứa các acid lactic và các sản phẩm phụ từ quá trình lên
men như: diacetyl, acid acetic, khí …
 Nhược điểm

Đối với nhóm sản phẩm sữa chua không qua xử lý nhiệt sau quá trình lên men, hệ vi
khuẩn lactic trong sữa chua có thể gây ra những biến đổi làm ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm trong quá trình bảo quản.
Quá trình lên men lactic: đường lactose sẽ được vi khuẩn chuyển hóa thành acid
lactic. Đây là quá trình sinh tổng hợp ATP của vi khuẩn. Tuy nhiên tốc độ chuyển
hóa chậm do nhiệt độ thấp. Sự lên men lactic trong quá trình bảo quản làm thay đổi
các giá trị cảm quan như mùi, vị,… của sản phẩm.
Quá trình thủy phân protein: một số chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp
hệ enzyme protease. Chúng sẽ xúc tác thủy phân protein tạo các sản phẩm như:
polypeptide, peptide,… Điều này có thể ảnh hưởng đến cấu trúc gel của sữa chua.
Tuy nhiên tốc độ quá trình thủy phân protein cũng rất chậm do nhiệt độ thấp.
3.2.

BÀN LUẬN

Để sản xuất thực phẩm lên men với chất lượng mong muốn, chúng ta cần phải:
 Chọn được giống vi sinh vật thích hợp.
 Xác định được môi trường lên men với thành phần cơ chất đầy đủ theo tỷ lệ tối ưu.

24


ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

GVHD: Nguyễn Thủy Hà

 Xác định được các điều kiện lên men thích hợp như lượng giống cấy, nhiệt độ và thời

gian lên men. Ngoài ra ta còn phải quan tâm đến những vấn đề khác như việc cung
cấp oxi, sự khuấy trộn.
Để kéo dài thời gian khi bảo quản và giảm chi phí vận chuyển , bảo quản sản phẩm ,
người ta có thể sử dụng quá trình thanh trùng và tiệt trùng UHT trong quy trình sản
xuất một số dạng sữa chua. Khi đó nhóm vi khuẩn lactic và các vi sinh vật bị nhiễm
vào sản phẩm sẽ bị tiêu diệt hoặc ức chế. Tuy nhiên một số quốc gia hiện nay không
cho phép sử dụng nhiệt độ cao để tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật lactic trong sản
phẩm nhằm giữ lại những nét truyền thống cho sản phẩm và những lợi ích do nhóm
vi khuẩn lactic mang đến cho người sử dụng.
3.3.

ĐỀ NGHỊ

Cần tiếp tục nghiên cứu, phân lập chế phẩm vi khuẩn lactic để thu được chế phẩm
lactic thuần khiết thích hợp, bổ sung vào sữa khi lên men để thúc đẩy nhanh quá trình
lên men trong sản xuất sữa chua.
Nghiên cứu thị hiếu người tiêu dùng làm phong phú thêm sản phẩm.
Ứng dụng khoa học công nghệ hiện đại vào quá trình sản xuất để tăng năng suất và
chất lượng sản phẩm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Sách Ứng dụng công nghệ sinh học trong Công Nghệ Thực Phẩm_ĐH CPTP
TPHCM

25