Sữa HPP: Xử lý áp suất cao trong chế biến sữa

Ngày 31 tháng 5 năm 2019

Sữa và các sản phẩm từ sữa là nguồn cung cấp protein, vitamin và khoáng chất tuyệt vời. Những sản phẩm này theo truyền thống được tiêu thụ tươi, dẫn đến nhiều đợt bùng phát và thua lỗ về mặt thương mại. Thanh trùng bằng nhiệt đã cải thiện đáng kể thời hạn sử dụng và an toàn thực phẩm, nhưng chất lượng cảm quan của sản phẩm thu được bị ảnh hưởng. Kể từ cuối thế kỷ 19, Xử lý áp suất cao (HPP) được coi là giải pháp thay thế hợp lý cho phương pháp thanh trùng bằng nhiệt để duy trì hương vị, màu sắc và kết cấu của các sản phẩm sữa đồng thời vô hiệu hóa các vi sinh vật gây hư hỏng và mầm bệnh.

Trở lại năm 1899, ý tưởng tạo áp lực mạnh lên thực phẩm đã nảy ra trong đầu Bert Holmes Hite. Tất nhiên, sữa là mẫu được chọn. Sự hư hỏng nhanh chóng và các đợt bùng phát tái phát liên quan đến sự hiện diện của mầm bệnh trong sữa tươi hoặc sữa tiệt trùng bằng nhiệt có lẽ đã khiến nhà nghiên cứu đến từ Đại học West Virginia, Hoa Kỳ này phải đưa ra quyết định. Điều thú vị là ông đã tìm kiếm các giải pháp thay thế để bảo quản màu sắc và hương vị của sản phẩm sữa tinh tế này, nhằm tránh các tác dụng phụ mà quá trình khử trùng bằng nhiệt mới bắt đầu gây ra cho sữa. Kết quả từ nghiên cứu đầu tiên này về tác động của Xử lý áp suất cao - High Pressure Processing (HPP) đối với thực phẩm không có gì đáng ngạc nhiên ở thời đại chúng ta, nhưng chúng đã quay trở lại thời xa xưa: thời hạn sử dụng tăng lên trong nhiều ngày do bất hoạt vi khuẩn.

Hình 1. Trang đầu báo cáo của Hite mô tả tác dụng của HPP trong việc bảo quản sữa (trái) và thiết bị HPP dùng để tạo áp suất cho mẫu sữa (phải) (Hite, 1899)

Nghiên cứu về HPP vẫn được tiếp tục đều đặn, nhưng những hạn chế về kỹ thuật đã ngăn cản việc triển khai công nghiệp cho đến đầu những năm 90, khi thiết bị HPP trở nên đáng tin cậy và hiệu quả. Kể từ đó, nhiều loại thực phẩm được đưa vào thị trường, bao gồm cả các sản phẩm từ sữa. Hãy đọc tiếp để có cái nhìn tổng quan về các ứng dụng hứa hẹn nhất của HPP trong ngành sữa.

Ai trong ngành sữa được hưởng lợi từ HPP?

Vi sinh vật gây hư hỏng và vô hiệu hóa mầm bệnh với những thay đổi tối thiểu về đặc tính cảm quan sẽ mở ra nhiều cơ hội cho các nhà sản xuất sữa. Công ty Villa de Patos của Mexico đã nhanh chóng tận dụng điều này, cho ra đời loại sữa HPP đầu tiên trên thế giới. Họ khẳng định nó còn tươi và có thời hạn sử dụng lâu hơn khi để trong tủ lạnh. Vài năm sau, Cơ quan Thực phẩm New South Wales đã phê duyệt việc thương mại hóa sữa HPP ở bang Australia. Công ty Made by Cow đã phát triển một quy trình sản xuất an toàn sữa không cần đun nóng và không đồng nhất. Màu vàng nhạt và kết cấu dạng kem ban đầu của sữa từ giống bò Jersey bắt chước những thay đổi nhỏ về đặc tính hình ảnh mà HPP có thể gây ra. Áp lực gây ra sự gián đoạn keo do sự phân ly của các mixen casein trong các mixen phụ (Huppertz và cộng sự 2006) . Những mixen phụ này tập hợp lại thành các cụm lớn, giúp ánh sáng tự do xuyên qua sữa. Ánh sáng được phản chiếu trong pha lipid (nơi có carotenoid) và làm cho sữa có màu hơi vàng cuối cùng (Chawla et al. 2011) .

Hình 2. Sữa HPP từ Villa de Patos (trái) và Made by cow (phải) được thương mại hóa ở Mexico và bang New South Wales (Úc)

HPP không chỉ có khả năng vô hiệu hóa các vi sinh vật gây hư hỏng để kéo dài thời gian sử dụng của sữa mà còn có thể vô hiệu hóa mầm bệnh (> 5 log CFU/ml) để đảm bảo an toàn thực phẩm (Hình 3). Tuy nhiên, độ pH trung tính (trong khoảng từ 6,5 đến 6,7) và giá trị dinh dưỡng cao của sữa khiến vi khuẩn bị tổn thương có khả năng phục hồi, vì vậy cần nghiên cứu thêm để thiết lập chính xác độ an toàn của sữa HPP và khắc phục các vấn đề pháp lý liên quan đến ghi nhãn và công bố.

Hình 3. Sự bất hoạt của vi sinh vật gây hư hỏng (A) và mầm bệnh (B) trong sữa bò nguyên liệu sau HPP (Stratakos et al. 2019)

Ngành sữa chua cũng có thể hưởng lợi từ HPP theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, quá trình lên men trước đó của sữa sẽ cải thiện độ nhớt của sữa chua đông kết cuối cùng và làm giảm đáng kể khả năng tổng hợp. Điều này có thể là do sự biến tính của whey protein và sự phá vỡ các mixen (Harte và cộng sự 2003) . Việc áp dụng HPP vào sữa chua sau khi lên men còn có những ưu điểm khác về việc kéo dài thời hạn sử dụng. Tuy nhiên, việc sử dụng giống khởi động chịu áp lực là cần thiết để đảm bảo khả năng tồn tại của các chủng sau khi xử lý. Một số quy định yêu cầu nồng độ cuối cùng của giống khởi động ít nhất là 10 ⁸ CFU/g để coi sản phẩm lên men là sữa chua. Tập đoàn Hợp tác Fonterra đã phát triển một quy trình sản xuất sữa chua bao gồm việc sử dụng giống khởi động chịu áp lực chọn lọc (US7854950B2) Việc sử dụng các chủng này đảm bảo khả năng tồn tại của chúng sau HPP và kéo dài thời hạn sử dụng của sữa chua do vi sinh vật gây hư hỏng bị bất hoạt (Hình 4) .

Hình 4. Vô hiệu hóa nấm mốc gây hư hỏng và men vi sinh trong sữa chua với áp suất ngày càng tăng. Nguồn: Tập đoàn Hợp tác xã Fonterra, Ltd.

Sự mất ổn định và phá vỡ các protein nêu trên mà HPP gây ra trên các thành phần sữa không ảnh hưởng đến chức năng của các phân tử có hoạt tính sinh học. Điều này mang lại cơ hội phát triển các sản phẩm chức năng mà việc sử dụng các phương pháp bảo quản truyền thống, chẳng hạn như thanh trùng bằng nhiệt, không thể thực hiện được. Sữa non là dạng sữa đầu tiên được sản xuất bởi động vật có vú. Giá trị dinh dưỡng cao của nó nằm ở nồng độ globulin miễn dịch cao, cực kỳ nhạy cảm với nhiệt. HPP duy trì chức năng của các kháng thể này vì cấu trúc được duy trì. New Image Group cùng với Fonterra ra mắt sữa non HPP đầu tiên, khẳng định hàm lượng globulin miễn dịch tăng cao (Hình 5).

Hình 5. Sữa non HPP được phát triển bởi New Image Group phối hợp với Fonterra (trái) và tuyên bố khả năng giữ lại globulin miễn dịch so với thanh trùng bằng nhiệt (phải)

Quá trình xử lý áp suất cao cũng tìm được cách áp dụng vào các ứng dụng truyền thống hơn, chẳng hạn như phô mai tươi hoặc phô mai mozzarella. Hoạt độ nước cao làm cho các sản phẩm này rất dễ hỏng. Vì HPP được áp dụng trên các sản phẩm đã được đóng gói nên các vi sinh vật gây hư hỏng do xử lý thủ công và nhiễm bẩn chéo sẽ bị bất hoạt. Ví dụ, Lactococcus sp. và nấm men bị bất hoạt dưới giới hạn phát hiện (10 ² CFU/g) trong pho mát sữa đông tươi được xử lý ở áp suất 600 MPa trong 5 phút (Daryaei et al. 2008) . L. monocytogenes cũng có thể được kiểm soát một cách hiệu quả trong phô mai tươi, làm giảm lượng vi khuẩn này xuống dưới giới hạn phát hiện (0,91 log CFU/g) khi xử lý ở 600 MPa (Tomasula et al. 2014) . Đồ ăn nhẹ phô mai mềm hoặc bán khô là những sản phẩm phổ biến và tiện lợi đã được hưởng lợi từ HPP (Hình 6).

Hình 6. Ví dụ về đồ ăn nhẹ phô mai mềm và bán khô HPP được thương mại hóa trước đây

HPP cũng kéo dài thời hạn sử dụng của các loại pho mát trong khu vực với các thuộc tính cảm quan rất cụ thể và tinh tế giúp chúng có thêm giá trị, chẳng hạn như “Torta del Casar” truyền thống: một loại pho mát Tây Ban Nha làm từ sữa cừu nguyên liệu. Vi sinh vật gây hư hỏng có thể bị bất hoạt một cách hiệu quả và quá trình phân giải protein bị trì hoãn. Do đó, độ pH vẫn ổn định trong suốt thời hạn sử dụng và ngăn ngừa được vị đắng không mong muốn (Delgado-Martínez và cộng sự 2019) .

Một sản phẩm thay thế sữa rất phổ biến đang được ưa chuộng trong những năm gần đây là sinh tố trái cây có chứa sữa chua trong công thức của chúng. HPP bảo quản hương vị và màu sắc sống động của trái cây tươi đồng thời vô hiệu hóa các vi sinh vật gây hư hỏng và mầm bệnh. Những sản phẩm này trở thành một lựa chọn tuyệt vời để đưa vào chế độ ăn uống của chúng ta tất cả các vitamin và chất chống oxy hóa từ trái cây cũng như protein và khoáng chất bổ dưỡng từ sữa chua (Hình 7).

Hình 7. Sinh tố trái cây HPP có sữa chua là một trong những nguyên liệu chính

Sữa HPP, những hạn chế của ngành sữa

Mặc dù có rất nhiều ứng dụng tiềm năng mà quy trình áp suất cao mang lại cho ngành công nghiệp sữa, người ta ước tính chỉ có khoảng 2% thiết bị HPP toàn cầu đang hoạt động trên các ứng dụng sữa. Nhiều yếu tố có thể giải thích cho việc thực hiện hạn chế.

Sữa và các sản phẩm từ sữa tuân theo các quy định rất nghiêm ngặt trên toàn thế giới, điều này đôi khi hạn chế năng lực đổi mới của nhà sản xuất. Theo Codex Alimentarius của FAO , “sữa tươi” được định nghĩa là “ sữa chưa được đun nóng quá 40 oC hoặc chưa trải qua bất kỳ quá trình xử lý nào để có tác dụng tương đương ”. Tại Liên minh Châu Âu, HPP được coi là bước xử lý có tác dụng lên vi sinh vật tương đương với quá trình thanh trùng bằng nhiệt. Hướng dẫn thực hiện Quy định (EC) số 852/2004 nêu rõ rằng “ HPP với mục đích khử nhiễm phải được coi là xử lý ”. Vì lý do này, việc dán nhãn và công bố sữa HPP là “tươi” hoặc “thô” có vẻ phức tạp ở thị trường Châu Âu. Tuy nhiên, sữa HPP sẽ giữ được các đặc tính tươi ngon giống như Nước ép HPP.

Tại Hoa Kỳ, việc thương mại hóa sữa chỉ có thể thực hiện được khi áp dụng biện pháp xử lý tương đương với phương pháp thanh trùng bằng nhiệt cho sản phẩm, bao gồm việc giảm Coxiella brunetii xuống 5 log CFU/ml . Cho đến ngày nay vẫn chưa có báo cáo khoa học nào cho thấy tác dụng gây chết người của HPP đối với C.brunetii trên sữa.

Liên hệ với chúng tôi nếu bạn muốn biết thêm về vô số lợi ích có thể mang lại công nghệ HPP cho sản phẩm của bạn về mặt an toàn và chất lượng.

Võ Văn Sự dịch từ: HIPERBARIC. 31 May, 2019. HPP milk: High Pressure Processing in the dairy industry. https://www.hiperbaric.com/en/hpp-milk-high-pressure-processing-dairy-industry/