Enzyme trong công nghiệp sữa

- 1 - LỜI NÓI ĐẦU

Sữa là một thực phẩm có giá trò dinh dưỡng cao nhất.Trong sữa có đầy
đủ các chất dinh dưỡng cần thiết và dễ được cơ thể hấp thu .Ngòai các thành
phần chính là protein, lactose , lipit , muối khóang còn có tất cả các lọai
vitamin chủ yếu , các enzyme , các nguyên tố vi lượng không thay thế .

Protein của sữa rất đặc biệt , chứa nhiều và hài hòa các acid amin cần
thiết. Cơ thể người sử dụng protein sữa để tạo thành hemoglobin dễ dàng hơn
bất cứ protein của thành phẩm nào khác.

Sữa thích hợp cho tất cả mọi người từ trẻ em cho đến người già.Từ sữa ,
người ta có thể sản xuất ra rất nhiều lọai thực phẩm khác nhau : sữa thanh
trùng , sữa tiệt trùng , sữa cô đặc , sữa bột , sữa lên men yaourt , kefir ,
phômai , bơ , kem … Trong đó phômai là một sản phẩm đạt gía trò dinh dưỡng
cao nhất và được các nước NaUy, Hà Lan …sản xuất và sử dụng từ rất lâu .

Ở đề tài này chúng em xin giới thiệu một ít về sữa : thành phần của sữa
, các cách bảo quản sữa trước khi chế biến , cách để xác đònh chất lượng sữa,
và các sản phẩm từ sữa.

I- TÁC ĐỘNG CỦA ENZYME LÊN CÁC THÀNH PHẦN
CỦA SỮA
I.1-Thủy phân chất béo................................................................... 11
I.2- Thủy phân protein.................................................................... 12
I.3- Các biến đổi hóa học và hóa sinh khác liên quan đến
sự trao đổi chất của hệ vi sinh vật ..........................................................13
II-CÁC CÁCH BẢO QUẢN
II.1- Bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp................................................... 13
II.2- Bảo quản sữa ở nhiệt dộ cao .................................................... 14
II.2.1- Thanh trùng sữa............................................................... 15
II.2.2- Tiệt trùng sữa .................................................................. 17
II.3-Bảo quản sữa bằng phương pháp hóa học ................................. 18
C-KIỂM TRA CHẤT LƯNG SỮA
D-ENZYME ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT PHOMAT
I-Giới thiệu chung ................................................................................ 22
II-Phân lọai sản phẩm phomat.............................................................. 23
III-nguyên liệu ..................................................................................... 24
IV-Quy trình sản xuất phomat .............................................................. 26
V-Sự thay đổi thành phần sữa trong sản xuất phomat .......................... 33
VI-Sản phẩm còn lại sau khi tách khối đông tụ .................................... 38
VII-Các enzyne sử dụng trong đông tụ sữa........................................... 40
Enzyme trong công nghiệp sữa

- 3 -

A - TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THÀNH PHẦN CỦA SỮA: [2]
I-TÍNH CHẤT VẬT LÝ :
Sữa là một chất lỏng máu trắng đục, có độ nhớt lớn hơn hai lần so với
nước, có vò đường nhẹ và có mùi ít rõ nét. Sữa thường có những tính chất
sau :

thành phần trong hệ keo : protein, phosphatit, polysaccharid, … Nước liên
kết thường được gắn với các nhóm như : -NH2, -COOH, -OH, =NH, -CO
– NH, …Tùy mỗi lọai sữa mà hàm lượng nước liên kết có trong sản phẩm
khác nhau.
Enzyme trong công nghiệp sữa

- 4 -

b) Đường lactose:
Đường lactose trong sữa có hàm lượng trung bình 50g/l,là một
disaccharride do một phân tử glucose và một phân tử galactose liên kết
với nhau tạo thành. Tồn tại dưới hai dạng α- và β- lactose:
-Dạng α-lactose monohydrate C
12
H
22
O
11
. H
2
O (phân tử α-lactose
ngâm một phân tử nước)
-Dạngβ- lactose anhydrous C
12
H
22
O
11
(phân tử β- lactose khan).
Khi bò thủy phân lactose cho ra một phân tử đường glucose và một

ở 170
o
C có máu nâu đậm hình thành bởi quá trình carame hóa.
Đường lactose còn có thể len men dưới tác dụng của vi sinh vật tạo ra
các sản phẩm khác nhau có lợi nhưng đôi khi có hại.

c) Protein:
Protein trong sữa bao gồm nhiều lọai : α-lactalbulin, β-lactoglobulin,
proteose-peptone, Serum-albuminm, Imunoglobulin. Trong đó thành
phần chiếm tỉ lệ cao nhất, là thành tố quan trọng nhất của protit có trong
sữa là casein.
Casein trong sữa chúng tồn tại dưới dạng mixen(pH 4,6). Mỗi mixen
chứa khỏang 65% nước, phần còn lại là các lọai casein và
khóang(Ca,Mg,P và Citrate). Các mixen này không đồng nhất với nhau
nên được phân chia thành 4 thành phần khác biệt nhau α-,β-,γ- va øκ -
casein:
α- casein: 60% casein tòan phần
β- casein: 30% casein tòan phần
γ- casein: 4-8% casein tòan phần
κ- casein: 2-6% casein tòan phần
α
αα
αs1- casein:do sự phân bố điện tích và các phần ưa béo không đồng
đều trên phân tử protein nên một đầu mạch αs1- casein tích điện và có
tính ưa nước, còn đầu mạch kia có tính kỵ nước. Phân tử αs1- casein có
cấu trúc lá xếp và vòng cung β.
α
αα
αs2- casein:có tính ưa nước cao nhất trong các lọai casein do phân tử
của nó chứa nhiều nhóm phosphoryl và gốc cation.

Gồm 2 nhóm chính:
+Nhóm 1:hợp chất với glyxerol
Có acid phosphoric trong phân tử Enzyme trong coâng nghieäp söõa

- 6 -

Enzyme trong công nghiệp sữa

- 7 -
+ Nhóm 2: hợp chất với glyxerol

Đặc tính hoá lýù của chất keo:
Mật độ quang ở 15oC 0,91-0,95
Điểm nóng cháy 31-36
o
C
Điểm hóa rắn 25-30
o
C
Chỉ số iot 25-45
Chỉ số xà phòng hóa 218-235


f) Các muối khóang:

Thường bao gồm :muối clorua (2,01g/l), phosphat (3,32 g/l),
xitrat(3,21g/l), natri bicarbonat(0,25g/l), natri sunfat (0,18g/l), muối
canxi protein(0,16g/l).
Các kim lọai nặng có trong sữa :Fe(1-1,5mg), Cu(0,2-0,5mg), Zn(2-3mg),
Mn(0,05mg)…

II. 2 - ENZYME:
Trải qua nhiều nghiên cứu, đến nay đã phát hiện được trong sữa có
hơn 60 lọai enzyme khác nhau. Chúng do tuyến vú tiết ra hoặc do các vi
sinh vât trong sữa tổng hợp nên. Trong đó có một số enzyme quan trọng
ảnh hưởng đến chất lượng sữa cũng như quá trình bảo quản sữa :
a - Các enzyme oxi hóa sinh học:
Lactoseperoxydase:Enzyme này luôn có trong sữa động vật, nó do
tuyến vú tiết ra. Tuy nhiên vi khuẩn leucoCyt cũng có thể tổng hợp được.
Là enzyme phânnhủy nước oxy già tạo thành oxy họat động và có thể
liên kết với các chất chứa oxy. . Đây là một metallo enzyme, nó có chứa
Fe trong phân tử. Phân tử lượng của enzyme82. 000 Da. Enzyme có pH
tối thích 6,8. Theo luquet (1985),hàm lượng trung bình trong sữa 30 mg/l.
Trong sữa non hàm lượng thường cao hơn. khi đun nóng sữa đến 80 oC
trong vài giây, lactoperoxydase sẽ bò vô họat.
Reductase:được sinh ra từ vi sinh vật. Trong thực tế sự hiện diện của
enzyme này dấn đến sự mất màu nhanh chóng của hợp chất xanh metylen
được cho vào ban đầu trong sữa tươi (do sự hình thành hợp chất Leuco-
derive không màu). Ở nhiệt đô 70 oC trong 3 phút hoặc 80 oC trong 10
phút enzyme này sẽ bò phà hủy hòan tòan.
Ý nghóa thực tế của enzyme này rất đáng kể : sự làm mất màu
xanh của metylen thể hiện mối liên quan giữa tốc độ làm mất màu của

o Phosphatase kiềm có pH tối thích là 9,6 Enzyme này được họat
hóa bởi Mg
2+
, Mn
2+
và bò vô hoạt hóa bởi Zn
2+
, Be
2+
,I
2
. Có khoảng 30-
40% lượng enzyme được phân bố trong các hạt cầu béo, phần còn lại ở
dưới dạng lipo protein. Có khả năng tái họat hóa.
o Phosphatase acid: có pH tối thích là 4,7 và là enzyme bền
nhiệt nhất trong sữa. Để vô họat nó hoàn toàn, ta cần gia nhiệt sữa đến 96
oC trong ít nhất là 5 phút. Bò vô họat bởi NaF.
Trong suốt chu kì tiết sữa ở bò, họat tính phosphatase acid trong sữa khá
ổ đònh. Ngược lại họat tính phosphatase kiềm tăng dần vào khỏang cuối
chu kì tiết sữa.
Protease:
Nhiều lọai vi sinh vật có thể tiết ra enzyme này. Là
enzyme xúc tác phản ứng thủy phân protein tạo các sản phẩm pepton và
acid amin. Các protease acid trong sữa có pH tối thích là 4,0, cón
protease kiềm họat động mạnh nhất ở pH=7,5-8,0. Chúng bò kìm chế họat
động trong điều kiện môi trường acid, ngoài ra chúng còn bò ức chế họat
động ở môi trường nhiệt độ thấp và bò phá hủybởi sự đốt nóng khỏang 80
oC trong 10 phút.
Amylase: Là enzyme thủy phân tinh bột thành các dextrin. Chúng bò
phá vỡ hòan tòan khi chòu tác động của sự đốt nónh khỏang 65 oC trong

Là các tế bào đồng nhất có kích thước nhỏ.
Vi khuẩn Lactic:
Vi khuẩn Lactic có hình cầu hoặc hình gậy, đứng riêng lẻ hoặc tạo
chuỗi, Gram(+). Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 25-47
o
C. Để tồn tại trong
môi trường sữa,vi khuẩn lactic tổng hợp năng lượng ATP từ cơ chất
lactose. Và quá trình tổng hợp năng lượng trên tao ra sản phẩm là acid
lactic, acid acetic, ethanol, khí CO
2
… Vì vậy chúng được ứng dụng trong
sản xuất các sản phẩm như : yaourt, kefir, phô mai và một số loại bơ .
Tuy nhiên giống vi khuẩn lactic dùng trong sản xuất công nghiệp là từ
những canh trường VSV thuần khiết được nhân lên qua nhiều cấp từ một
tế bào vi khuẩn ban đầu đã qua tuyển chọn. Còn những vi khuẩn lactic có
mặt trong sữa tươi sau khi vắt là những VSV tạp nhiễm,chúng sẽ tạo ra
những chuyển hóa ngòai ý muốn trong quá trình bảo quản sữa trước khi
chế biến như: giảm pH, đông tụ casein … xuấthiện các hợp chất mới như
ethanol,acid acetic … làm thay đổi thành phần và giá trò cảm quan của
sữa. Các vi khuẩn lactic nhiễm vào sữa thuộc nhiều giống khác nhau
:StreptoCoCcus, LactoCoCcus, Lactobacillus, LeuconostoC,
Bifidobacterium … Khi thanh trùng sữa ở 80
o
C, hầu hết các vi khuẩn
lactic nhiễm trong sữa sẽ bò tiêu diệt.
Vi khuẩn Coliform:

Enzyme trong công nghiệp sữa

- 11 -

Vi khuẩn propionic ( giống Propionibacterium );
Vi khuẩn propionic có hình cầu, xếp thành đôi hoặc chuỗi, Gram
(+),thuộc nhóm kò khí bắt buộc. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 30
o
C.
Vi khuẩn propionic chuyển hóa đường thành acid propionic, acid
acetic,khí CO
2
…làm hỏng sữa. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất một
số lọai phô mai như Emmenthal,Gruỳere…người ta sử dụng canh trøng
Propionibacterium thuần khiết để tạo ra cấu trúc lỗ hỏng (mắt phô mai )
và hương vò đặc trưng cho sản phẩm.
Hấu hết chúng bò tiêu diệt khi thanh trùng sữa ở 75
o
C trong 20 giây.
Vi khuẩn gây thối:

Các giống vi khuẩn gây thối thường gặp trong sữa là Pseudomonas,
Brevibacterium, Achromobacter, Alcaligens, Bacillus, MicroCoCcus …
Chúng có dạng hình cầu hoặc hình gậy, thuộc nhóm hiếu khí lẫn kỵ khí.
Những vi khuẩn này có khả năng sinh tổng hợp protease ngọai bào
trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein tạo
ra các sản phẩm polipeptide, peptide và acid amin. Một số acid amin
tiếp tục bò phân hủy tạo NH
3
, H
2
S…làm cho sữa có mùi khó chòu.
Và cũng cóvài giống vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp lipase ngọai
bào. Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân các chất béo trong sữa tạo

o
C. Khi bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp, nhìn chung
họat tính xúc tác của lipase giảm. Tuy nhiên một số nghiên cứu đã chứng
minh rằng vài lọai lipase trong sữa có thể họat động ở nhiệt độ rất thấp,
ngay cả ở 0
o
C. Bên cạnh đó các, các lipase ngọai bào từ VSV là những
enzyme bền nhiệt. Quá trình thanh trùng sữa đôi khi không ức chế được
hòan tòan họat tính của chúng. Cụ thể để giảm 90% họat tính lipase của
một số lòai vi sinh vât thuộc giống Pseudomonas, quá trình thanh trùng
sữa ở 74
o
C cần diễn ra trong thời gian tối thiểu là 54 phút, còn ở 130
o
C
tối thiểu là 5,2 phút. Chỉ có phương pháp tiệt trùng sữa ở nhiệt độ cao
trong một khỏang thời gian xác đònh thì mới có thể ức chế được hòan tòan
họat tính nhóm enzyme lipase.
I.2 - Thủy phân protein :
Enzyme trong công nghiệp sữa

- 13 -
Quá trình thủy phân protein được xúc tác bởi hệ enzyme protease.
Các sản phẩm thu được sẽ phụ thộc vào mức độ thủy phân, có thể là các
polypeptid với phân tử lượng khác nhau hoặc có thể là các peptid hoặc
acid amin. Một số peptid làm cho sữa có vò đắng.
Một trong số những enzyme protease quan trọng do tuyến vú tiết
ra là protease kiềm. Cơ chất xúc tác của nó thường là các β - casein. Quá
trình thủy phân làm tăng hàm lượng casein có trong sữa.
Tuy nhiên, chính các protease do vi sinh vât nhiễm vào sữa tiết ra

Ta thử xét vài ví dụ :
Đối với nhóm vi khuẩn lactic, để sinh tổng hợp ATP,một số lòai có thể
chuyển hóa đường lactosethành acid latic theo chu trình đường phân (chu
trình EMP). Nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ của quá trình
chuyển hóa này xuất hiện trong sữa như: acetaldehyde, diacetyl, acetoin,
các acid hữu cơ …
Đối với nhómvi khuẩn propionic, trong quá trình tổng hợp năng lượng,
chúng chuyển hóa đường thành acid propionic, acid acetic, khí CO
2
… và
nhiều sản phẩm phụ khác.
Enzyme trong công nghiệp sữa

- 14 -

II- CÁC CÁCH BẢO QUẢN SỮA:
 Nguyên lý trong bảo quản :
 Ngăn ngừa hoặc làm chậm các phản ứng enzyme tự thân của thực
phẩm ( sự tự phân hủy).
 Ức chế VSV sinh trưởng và phát triển hoặc tiêu diệt VSV
 Hạn chế hoặc giảm thiểu sự phá họai của côn trùng hoặc các nguyên
nhân khác
 Các phương pháp bảo quản sữa chủ yếu được đề cập đến là các
phương pháp vật lý, cón các phương pháp hóa học thì phần lớn bò cấm,
các phương pháp sinh học chỉ đôi khi được sử dụng và thay đổi phụ thuộc
vào yêu cầu của sữa.
 Các phương pháp vât lý có thể kể đến là:
 Phương pháp làm lạnh :làm lạnh và lạnh đông.
 Phương pháp đun nóng : Sữa thanh trùng và sữa tiệt trùng.
 Phương pháp đun nóng và làm khô từng phần : sữa cô đặc tiệt trùng.

thích hợp.
Enzyme trong công nghiệp sữa

- 15 -
Nếu quá trình làm lạnh tiến hành ở nhiệt độ trên điểm đóng băng
sẽ không làm thay đổi cà về thành phần lẫn cấu trúc của sữa. Ngược lại,
sự đông lạnh sẽ dẫn đến một số biến đổi lý hóa làm mất tính đồng nhất
của sữa. Đặc biệt, trong quá trình làm lạnh đông chậm sẽ xảy ra quá trình
phân chia các cấu tử khác nhau : trước tiên là sự hính thành các tinh thể
đá từ nước và các thành phần hòa tan, tâp trung trong phần chưa được
đông lạnh. Tiếp tục hạ thấp nhiệt độ, một số cấu tử kết tụ lại. Đặc đối với
chất béo có trong sữa sẽ bò thay đổi một cách sâu sắc, các triglyxerit
ngọai bào bắt đầu kết tinh ở 6-7
o
C gây nên sự co rút thành phần protein
làm cho bề mặt lớp vỏ màng của các cấu béo bò phá cỡ và có thể bò khết
tinh làm mất đi tính mềm mại của thàng phần chất béo.
Sữa làm lạnh đông chậm, sau khi tan giá sẽ xụất hiện vón cục của
casein và của chất béo. Điều này rất nguy hiểm nhưng người ta có thể
tránh được bằng cách làm lạnh đông nhanh. Với phương pháp này cho
phép phân tán được các cấu tử, làm cho chúng không có khả năng liên kết
với nhau làm xuất hiện các hiện tượng vón cục và sữa làm lạnh đông sẽ
ổn đònh trong trạng thái đồng nhất.
a. Làm lạnh công nghiệp sữa tươi:
Để cung cấp một lượng lớn sữa được làm lạnh cho trung tâm sữa
phải được thực hiện như sau: sữa được các trạm thu mua và đïc làm lạnh
gián tiếp đến khỏang 10
o
C. Nhờ các xe hoặc các tàu chở cách nhiệt, sữa
được chở đến trung tâm chế biến sữa và ở đó sữa được làm lạnh phụ trước

làm bằng kim lọai đã được làm lạnh đến -20
o
C bới tác nhân trực tiếp là
amoniac. Sữa đông thành khối tức khắc dưới dạng màng mỏng và được
lấy ra nhờ dao nạo. Sản phẩm hiện nay thu được dưới dạng tuyết và được
đóng gói tự động trong giấy nhôm. Sụ giao nhận các gói sữa và việc bảo
quản chúng đến lúc bán cho người tiêu dùng cần phải thực hiện ở nhiệt độ
xấp xỉ -5
o
C. Để đảm bảo có được sự kết tinh đồng nhất, người ta thêm
vào sữa 2
o
/oo alginat. Tuy nhiên, phương pháp này chưa phát triển do chi
phí đầu tư cao.
II. 2 - Kỹ thuật bảo quản sữa ở nhiệt độ cao:
Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao được dùng phổ biến trên toàn thế
giới. Tác động của nhiệt độ cao có tác dụng đặc trưng hơn là tác động của
nhiệt độ thấp. Tác động của nhiệt độ cao cho phép tiêu diệt các lọai vi
sinh vật và chủ động điều khiển được sự phát triển của chúng khi cần
thiết. Việc xử lý sữa ở nhiệt độ cao kông chỉ đơn thuần là phương pháp
bảo quản mà cón có thể làm tăng chất lượng ban đầu trong một số trường
hợp.
Lý thuyết xử lý sữa ở nhiệt độ cao tuy còn chua được giải thích rõ,
nhưng có ưu việt rõ nét là ở nhiệt độ cao có khả năng tiêu diệt tất cả VSV
để kéo dài thời gian bảo quản. Nhiệt độ thường sư ûdụng là trên 100
o
C.
Còn đối với sản phẩm chỉ cần bảo quản trong thời gian ngắn, có thể sử
dụng nhiệt độ thâp hơn 100
o

từ nhiệt độ khỏang 60
o
C trong vài phút. Các imunoglobinđều là các chất
nhạy cảm với nhiệt nhất (89% bò biến tính trong 30 ph ) sau đó đến β-
lactoglobulin (32%)và cuối cùng là α-lactalbumin (6%). Mặt khác, sự đốt
nóng làm giải phóng các gốc tự do –SH thường song hành với sự biến
chất của các chất này. Sự giải phóng các gốc tự do có liên quan đến các
hợp phần có lưu hùynh và đến các chất khử có thể oxy hóa bởi oxy không
khí.
Gốc tự do –SH là nguyên nhân hình thành vò da trong sữa đun nóng
Sự có mặt của các nhóm –SH trong sữa đun nóng sẽ làm thay đổi điện
thế oxy hóa _ khử có tác dụng làm rối lọan sự phát triển của các VSV,
nhất là đối với các vi khuẩn. Hơn nữa sự có mặt của các khử trong sữa có
vai trò bảo vệ các chất béo chống lại sự oxy hóa.
Ở nhiệt độ 120-130
o
C trong nhiều giờ có thể gây ra sự hư hỏng đáng
kể thành phần casein.
Ngược lại, do cấu trúc phức tạp của caxi phosphoCazeinat nên có sự
biến tính khi nhiệt độ vượt quá 75-80
o
C. Thật vậy, việc đun nóng gây tác
động đến sự cân bằng vốn được hình thành giữa các mixen
phosphoCazein và các muối khóang hòa tan được. Đặc biệt hàm lượng
muối canxi hòa tan có trng sữa bò giảm trong quá trình chuyển hóa do một
phần các muối hòa tan được chuyển thành caxi triphosphat không hòa
tan. Chính chúng cũnghình thành nên các mối liên kết phức tạp giữa
casein và β-lactoglobulin.
Sự thay đổi về lý hóa kể trên là nguyên nhân gây cản trở quá trình
đông tụ nhờ men dòch vò. Những thay đổi trên cũng giải thích được vì sao

C trong vài giây để phá hủy enzyme reductase cũng như
peroxydase. Ở 85-90
o
C tiêu diệt được một vài loại enzyme lipase của
VSV.
 Tác động đến các vitamin :
Ở nhiệt dộ đun nóng thấp không có tác dụnh phá hủy các vitamin.
Nhiệt độ hiện sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa với trình
độ hiện đại không gây tổn thất vitamin đáng kể mà chính oxy mới là yếu
tố chính trongcớ chế phân hủy các vitamin.
Khi đun nóng đến 80
o
C trong điều kiện có oxy tự do sẽ gây mất mác
đáng kể một số vitamin ( A, B1, B12, C );khi đun nóng ở 100-110
o
C được
thực hiện trong điều kiện không có không khí thì gần như tòan bộ các lọai
vitamin được bảo tòan, ngay cả vitamin C vốn là lọai vitamin không bền
vững bởi nhiệt. Một vài kim lọai như Cu, Fe… xúc tác mạnh quá trình phá
hủy vitamin C dưới tác động của nhiệt, thép không gỉ không có phản ứng
này.
 Tác động đến hệ VSV thông thường:
Ở 60
o
C và giữ nhiệt độ này trong vài phút làm cho phần lớn hệ sinh
nật bò tiêu diệt. Ngọai trư ømột số lòai vi khuẩn (cầu khuẩn, liên cầu khuẩn
và các trực khuẩn ) vẫn tồn tại.
II.2.1 - Thanh trùng sữa:
Pasteur đã đưa ra phương pháp bảo quan ở nhiệt độ cao mà ngày
nay đã mang tên ông :”thanh trùng sữa là sự tiêu diệt tòan bộ hệ vi sinh