Đồ án Nghiên cứu sản xuất nước uống từ whey và sữa đậu nành

122 trang thiennha21 13/04/2022 6440

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu sản xuất nước uống từ whey và sữa đậu nành", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

nghien_cuu_san_xuat_nuoc_uong_tu_whey_va_sua_dau_nanh.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu sản xuất nước uống từ whey và sữa đậu nành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn : TS. Lâm Văn Mân Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thành Đạt MSSV: 1311110233 Lớp: 13DTP07 TP. Hồ Chí Minh, 2017
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em và được hướng dẫn bởi TS. Lâm Văn Mân. Các kết quả nghiên cứ u và các kết luâṇ trong bài báo cáo này là trung thưc̣ và không sao chép từ bất cứ môṭ nguồn tài liệu nào và dưới bất kỳ hình thứ c nào. Viêc̣ tham khảo các nguồn tài liêụ đa ̃ đươc̣ thưc̣ hiêṇ trích dâñ và ghi nguồn tài liêụ tham khảo đúng theo yêu cầu. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Trường Đại học Công nghệ TP.HCM không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do em gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có). Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực hiện NGUYỄN THÀNH ĐẠT
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình hoàn thành đề tài đồ án, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình của nhà trường, thầy cô trong khoa và bạn bè. Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM, quý thầy cô trong khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường, đã tạo điều kiện học tập, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn của em TS. Lâm Văn Mân, giảng viên khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường – Trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM người đã trực tiếp hướng dẫn, giải đáp thắc mắc, chỉ bảo tận tình và động viên để em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Mặc dù với sự nỗ lực hết sức trong quá trình hoàn thành đề tài một cách hoàn chỉnh nhất nhưng chắc chắn bài làm không thể tránh khỏi các sai sót, em mong rằng sẽ nhận được nhiều lời nhận xét, ý kiến đóng góp từ quý thầy cô cũng như các bạn để em có thể hoàn thiện hơn đề tài này cũng như các đề tài tiếp theo. Em xin gửi đến thầy cô, gia đình và bạn bè lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và luôn thành công trong công việc. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 7 năm 2017 Sinh viên thực hiện NGUYỄN THÀNH ĐẠT
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ viii ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu 3 1.1.1 Giới thiệu về đậu nành 3 1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành 4 1.2 Giá trị dinh dưỡng của hạt đậu nành 5 1.3 Thành phần hóa học 7 1.4 Một số hợp chất đặc trưng trong đậu nành 11 1.4.1 Hợp chất có lợi 12 1.4.2 Hợp chất có hại 14 1.5 Các sản phẩm được chế biến từ hạt đậu nành 15 1.5.1 Những sản phẩm từ đậu nành ở phương Tây 15 1.5.2 Những sản phẩm từ đậu nành ở phương Đông 16 1.6 Sữa đậu nành và whey sữa đậu nành 17 1.6.1 Sữa đậu nành 17 1.6.1.1 Thành phần dinh dưỡng của sữa đậu nành 19 1.6.2 Whey đậu nành 22 1.7 Quá trình lên men Lactic 23 1.7.1 Cơ chế lên men 23 1.7.2 Phương pháp lên men axit lactic phổ biến 25 i
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 1.8 Vi sinh vật lên men Lactic 26 1.8.1 Lactobacillus casei 26 1.9 Các sản phẩm của quá trình lên men 28 1.9.1 Sản phẩm chính 28 1.9.2 Sản phẩm phụ 29 1.10 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lên men 30 1.10.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 30 1.10.2 Ảnh hưởng của pH môi trường 30 1.10.3 Ảnh hưởng của nồng độ axit trong sản phẩm 30 1.10.4 Chủng giống vi sinh vật 31 1.10.5 Đường 31 1.10.6 Nhiệt độ lên men 31 1.10.7 Sự hiện diện của oxy 32 1.11 Giá trị dinh dưỡng của sản phẩm lên men 32 1.11.1 Thức uống chức năng từ đậu nành 32 1.11.2 Lợi ích của thực phẩm lên men 32 1.12 Tình hình nghiên cứu và sản xuất 35 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 37 2.2 Vật liệu nghiên cứu 37 2.2.1 Đậu nành 37 2.2.2 Whey đậu nành 37 2.2.3 Giống vi sinh vật 37 2.2.4 Phụ gia, hóa chất và dụng cụ 38 2.3 Phương pháp nghiên cứu 38 ii
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 2.3.1 Sơ đồ quy trình chế biến sữa đậu nành 38 2.3.2 Thuyết minh quy trình chế biến sữa đậu nành 40 2.3.3 Sơ đồ quy trình khảo sát lên men whey và sữa đậu nành 43 2.4 Bố trí thí nghiệm 47 2.4.1 Thí nghiệm 1: Xác định các chỉ tiêu lý hóa, cảm quan của whey đậu nành và sữa đậu nành 47 2.4.2 Thí nghiệm 2: Nhân giống cấp 1, chọn môi trường thích hợp cho sự phát triển vi sinh vật 48 2.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn whey và sữa đậu nành đến chất lượng sản phẩm 49 2.4.4 Thí nghiệm 4: Đánh giá chất lượng sản phẩm 51 2.5 Các phương pháp phân tích 52 2.5.1 Xác định pH trong nguyên liệu và sản phẩm 52 2.5.2 Xác định hàm lượng chất khô hòa tan tổng số (TSS, oBrix), ISO 2017 : 2003 52 2.5.3 Xác định hàm lượng axit tổng số, ISO 750 : 1998 53 2.5.4 Xác định hàm lượng đường khử 53 2.5.5 Xác định hàm lượng protein 53 2.5.6 Xác định tổng số vi sinh vật hiếu khí (TPC), ISO 4833-1:2013 53 2.5.7 Xác định Coliforms tổng số, ISO 4832:2006 53 2.5.8 Xác định Escherichia Coli, ISO 16649-3:2015 53 2.6 Đánh giá cảm quan 54 2.7 Xử lý số liệu và thống kê kết quả 54 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Khảo sát tính chất lý hóa, cảm quan của nguyên liệu 55 3.1.1 Chỉ tiêu lý hóa 55 iii
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 3.1.2 Chỉ tiêu cảm quan 56 3.2 Khảo sát môi trường nhân giống và theo dõi quá trình tăng sinh của vi khuẩn lactic 57 3.2.1 Quá trình nhân giống 57 3.2.2 Nhân giống cấp 1 58 3.3 Khảo sát tỷ lệ phối trộn whey và sữa đậu nành 59 3.3.1 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến chất khô hòa tan tổng số 59 3.3.2 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến pH 61 3.3.3 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hàm lượng axit tổng số 63 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn đến giá trị cảm quan của sản phẩm 64 3.5 Kết quả đánh giá sơ bộ chỉ tiêu cảm quan, lý hóa và vi sinh của sản phẩm 66 3.5.1 Chỉ tiêu cảm quan 66 3.5.2 Chỉ tiêu lý hóa 67 3.5.3 Chỉ tiêu vi sinh 68 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 4.1 Kết luận 69 4.1.1 Chỉ tiêu lý hóa của sữa đậu nành 69 4.1.2 Môi trường nhân giống cấp 1 69 4.1.3 Chỉ tiêu lý hóa của whey 69 4.1.4 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến chất khô hòa tan tổng số 69 4.1.5 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến pH 69 4.1.6 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến acid tổng 70 4.1.6 Quy trình sản xuất nước uống từ whey sữa đậu nành 70 4.2 Kiến nghị 72 iv
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Tài liệu Tham khảo Tiếng Việt 73 Tài liệu tham khảo Tiếng Anh 74 Internet 74 PHỤ LỤC 1 v
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích thuật ngữ ADI Acceptable daily intake (Liều lượng hấp thụ hàng ngày chấp nhận được). AOAC Association of Official Analytical Chemists (Hiệp hội các nhà hóa học phân tích chính thức) cm centimeter DNS dinitrosalicylic g gram ha hecta INS International numbering system (Hệ thống mã số quốc tế về phụ gia thực phẩm). ISO International Organisation for Standardisation (Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế). Kcal kilocalo m mét mm milimet ml mililit mg milligram MRS Man, Rogosa, Sharpe LAB (lactic axit bacterial) Vi khuẩn lactic PE polyetylen R2 Correlation coefficient (Hệ số bội) TSS Total soluble solids (Chất khô hòa tan tổng số) TPC Total Plate Count (Tổng số đếm trên đĩa) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VSV vi sinh vật vi
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Sản lượng cung cầu đậu nành trên thế giới 5 (Đvt:triệu tấn) 5 Bảng 1.2 Hàm lượng dinh dưỡng của hạt đậu nành 6 Bảng 1.3 : Thành phần các axit amin không thay thế trong đậu nành và một số thực phẩm quan trọng ( g/100g protein) 8 Bảng 1.4 Thành phần Carbohydrate của đậu nành 10 Bảng 1.5 Thành phần tro của đậu nành theo phần trăm chất khô 11 Bảng 1.6 Giá trị dinh dưỡng của sữa đậu nành 19 Bảng 1.7 Chỉ tiêu cảm quan của sữa đậu nành 21 Bảng 1.8 Thành phần dinh dưỡng 32 Bảng 3.1 Thành phần lý hóa của sữa đậu nành và whey 56 Bảng 3.2 Chỉ tiêu cảm quan của sữa đậu nành 57 Bảng 3.3 Chỉ tiêu cảm quan của whey sữa đậu nành 57 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối chế whey và sữa đậu nành đến giá trị cảm quan của sản phẩm 65 Bảng 3.5 Chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm 67 Bảng 3.6 Chỉ tiêu lý hóa của sản phẩm 67 Bảng 3.7 Chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm 68 vii
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hạt đậu nành 3 Hình 1.2 Các sản phẩm từ đậu nành ở phương Tây 16 Hình 1.3 Các sản phẩm từ đậu nành ở phương Đông 17 Hình 1.4 Whey đậu nành 22 Tây 22 Hình 1.5 Lactobacillus casei 26 Hình 1.6 Sơ đồ phát triển và suy thoái của VSV 27 Hình 1.7 Hai dạng đồng phân axit lactic 29 Hình 2.2 Tủ hấp tiệt trùng 38 Hình 2.1 Tủ cấy 38 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình chế biến sữa đậu nành 39 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình khảo sát lên men whey và sữa đậu nành 44 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 1 47 Hình 2.6 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 2 49 Hình 2.7 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 3 51 Hình 2.8 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 4 52 Hình 3.1 Vi khuẩn lactic được cấy trên thạch MRS 59 Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số 61 Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của quá trình lên men pH 63 Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hàm lượng axit tổng 64 Đồ thị 3.4 Đồ thị đánh giá chỉ tiêu cảm quan sản phẩm 66 Hình 4.1 Sơ đồ quy trình lên men sữa whey và sữa đậu nành 71 viii
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH ĐẶT VẤN ĐỀ Trong vài năm gần đây, nhu cầu về các sản phẩm từ đậu nành đang được người tiêu dùng chú ý rất cao vì có hương vị thơm ngon, tiện lợi trong sử dụng, giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học cao. Sữa đậu nành là một thức uống có nguồn gốc từ thực vật bằng việc ngâm, nghiền hạt đậu nành và gia nhiệt thu được dịch sữa. Sữa đậu nành giàu protein, các vitamin nhóm B có nhiều tác dụng trong việc chống oxy hóa, tốt cho tim mạch. Trong đậu nành, hàm lượng hợp chất isoflavones cao nhất trong số các loại thực phẩm đem lại lợi ích cho sức khoẻ như phòng chống ung thư, giảm nguy cơ loãng xương, vai trò có giá trị trong bệnh thận mãn tính, bảo vệ chống lại rối loạn tim mạch và nhất là giảm đáng kể lượng đường trong máu. Vì có nhiều protein nên đậu nành đã được coi như “thịt không xương” ở nhiều quốc gia Á Châu. Protein rất tốt để thay thế cho thịt động vật vì có ít chất béo gây hại và cholesterol. Đậu nành có nhiều protein hơn thịt, nhiều calcium hơn sữa bò, nhiều lecithin hơn trứng (giá trị dinh dưỡng của đậu nành – Cty Vinasoy). Các axit amin cần thiết mà cơ thể không tạo ra được đều có trong đậu nành. Vì vậy, giá trị dinh dưỡng của đậu nành được các chuyên gia, nhà dinh dưỡng đánh giá cao, được khuyến khích sử dụng như một sản phấm dinh dưỡng trong khẩu ăn hằng ngày. Whey đậu nành là một phụ phẩm trong quá trình chế biến đậu phụ, là phần protein hòa tan còn lại không bị đông tụ bởi pH cùng các Vitamin nhóm B, vitamin E,K, các khoáng chất, axit amin. Whey sau khi tách ra vẫn còn giữ lại hương vị của sữa, vitamin nhóm B trong sữa. Do đó, việc tận dụng và ứng dụng phụ phẩm này ngành công nghiệp đồ uống đang được quan tâm. Việc kết hợp sữa và whey trong đậu nành bằng quá trình lên men cải thiện khả dụng sinh học của hợp chất isoflavone, giúp tiêu hóa protein, tăng khả năng hấp thu canxi hòa tan hơn từ đó tăng cường sức khoẻ đường ruột, và hỗ trợ hệ thống miễn dịch. 1
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Vì vậy, nghiên cứu sản phẩm đồ uống từ đậu nành là cần thiết để tạo thức uống mới có giá trị dinh dưỡng cao, tốt cho sức khỏe. Mục tiêu đồ án: - Khảo sát các chỉ tiêu lý hóa, cảm quan của nguyên liêu và sản phẩm; - Xây dựng được quy trình nước lên men sữa whey đậu nành. 2
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu 1.1.1 Giới thiệu về đậu nành [7] Nguồn gốc và tình hình phân bố: Đậu nành còn gọi là đậu tương (có tên khoa học là Glycine Max Merrill) là loại ngũ cốc giàu chất dinh dưỡng như protein, lipid, glucid, vitamin và muối khoáng, có đặc tính sinh học cao do chứa đầy đủ các axit amin không thay thế và có thể hỗ trợ khi thiếu thức ăn động vật vì thế đậu nành là nguồn thực phẩm quan trọng. Hình 1.1 Hạt đậu nành Đậu nành có nguồn gốc tại Trung Quốc khoảng 5000 năm trước đây, nhưng mãi đến năm 3000 trước thiên chúa giáng sinh mới được ghi vào cổ thư là một nông phẩm chính của miền bắc Trung Quốc. Từ đây, đậu nành được lan truyền dần khắp thế giới. Theo các nhà nghiên cứu Nhật Bản, vào khoảng 200 năm trước công nguyên, đậu nành đã được đưa vào Triều Tiên và sau đó phát triển qua Nhật Bản xuống miền nam Trung Hoa và các nước Đông Nam Á. Du nhập đến Nhật Bản vào thế kỷ thứ 8 và khoảng một ngàn năm sau đó qua đến Châu Âu. Quê hương của đậu nành là Đông Nam Châu Á, nhưng 45% diện tích trồng đậu nành và 55% sản lượng đậu nành của thế giới nằm ở Mỹ. Mỹ sản xuất 75 triệu tấn đậu nành năm 2000, trong đó hơn một phần ba được xuất khẩu. Các nước sản xuất đậu nành lớn khác là Brazil, Argentina, Trung Quốc và Ấn Độ. Tại Việt Nam, đậu nành được trồng nhiều ở miền núi, vùng trung du phía Bắc (Cao Bằng, Sơn La, Bắc Giang), chiếm hơn 40% diện tích đậu nành cả nước, ngoài 3
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH ra, còn trồng nhiều ở các tỉnh Hà Tĩnh, Đồng Nai, Daklak và Đồng Tháp, Theo ông Nguyễn Trí Ngọc, Cục trưởng Cục trông trọt, mỗi năm cả nước trồng khoảng 200 nghìn ha đậu nành, chủ yếu vụ đông, với sản lượng khoảng 300 nghìn tấn/năm. Tuy vậy sản lượng này mới đáp ứng được 25% nhu cầu sử dung trong nước, và nhu cầu này tăng bình quân 10 %/năm. 1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành Việt Nam: Sản lượng: Diện tích đậu tương đạt 94 nghìn ha, giảm 6,7 %; sản lượng đạt 147,5 nghìn tấn, tăng nhẹ 0,8 %. (Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2016) Xuất nhập khẩu: Ước khối lượng đậu tương nhập khẩu trong tháng 12/2016 đạt 218 nghìn tấn với giá trị 98 triệu USD, đưa tổng khối lượng đậu tương nhập khẩu trong cả năm 2016 đạt 1,56 triệu tấn với giá trị đạt 667 triệu USD, giảm 8,8 % về khối lượng và giảm 12,8 % về giá trị so với cùng kỳ năm 2015.(Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2016) Thế giới: Theo Bộ nông nghiệp Mỹ (USDA) sản lượng cung cầu đậu nành trên thế giới năm 2016. Nước có sản lượng đậu tương cao nhất thế giới là Hoa Kì với sản lượng đạt 105,6 triệu tấn, tiếp đó là Brazil với sản lượng 100 triệu tấn. Nước có sản lượng nhập khẩu cao nhất Trung quốc với sản lượng 80,5 triệu tấn. Từ đó cho thấy, đậu tương phát triển vô cùng mạnh và là một loại thực phẩm thiết yếu trong cuộc sống. 4
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Bảng 1.1 Sản lượng cung cầu đậu nành trên thế giới (Đvt:triệu tấn) Cung Tiêu thụ Dự trữ Dự trữ Nghiền cuối 2016/2017 đầu vụ SL NK ép Nội địa XK vụ Thế giới 72,17 325,95 136,02 289,23 328,78 138,26 67,1 Hoa kì 9,54 105,6 0,82 52,39 55,79 52,25 7,9 Các nước khác 62,63 220,35 135,21 236,84 272,99 86 59,2 Nước XK chính 42,61 172 0,36 89,25 96,93 77,79 40,26 Argentina 27,02 57 0,05 44,3 48,75 10,65 24,67 Brazil 15,45 103 0,3 40,5 43,6 59,7 15,45 Paraguay 0,13 9 0,01 4,2 4,25 4,75 0,14 Nước NK chính 17,68 16,08 114,18 110,82 131,64 0,34 15,97 Trung Quốc 16,23 12,2 87 87 100,8 0,15 14,48 EU-27 0,59 2,45 12,6 13,3 14,87 0,15 0,62 Nhật Bản 0,24 0,24 3,1 2,2 3,33 0 0,26 Mexico 0,06 0,37 4 4,28 4,33 0 0,1 Nguồn: VITIC/USDA 1.2 Giá trị dinh dưỡng của hạt đậu nành Trong hạt đậu nành có các thành phần hoá học chính như protein (40 %), lipid (12-25 %), Carbohydarte (10-15 %). Ngoài ra, còn có các muối khoáng Ca, Fe, Mg, P, K, Na, S; các vitamin A, B1, B2, D, E, F; các enzyme, sáp, nhựa, cellulose. Đậu nành có đủ các axit amin cần thiết: isoleucin, leucin, lysin, methionin, phenylalanin, tryptophan, valin, arginin, histidin, threonin nên được coi là một nguồn cung cấp protein hoàn chỉnh vì chứa một lượng đáng kể các axit amin không thay thế cần thiết cho cơ thể. 5
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Bảng 1.2 Hàm lượng dinh dưỡng của hạt đậu nành Thành phần dinh dưỡng trong Hàm lượng 100g đậu nành Nước (g) 14,0 Protein (g) 34,0 Lipid (g) 18,4 Axit béo no (g) 2,8 Axit béo không no (g) 15,6 Carbohydrate (g) 24,6 Xơ (g) 4,5 Khoáng (g) 4,5 Tổng số isoflavon (mg) 151,17 Nhóm chất khoáng Canxi (mg) 165,0 Sắt (mg) 11,0 Magie (mg) 236,0 Phospho (mg) 690,0 Kali (mg) 1504,0 Natri (mg) 2,0 Kẽm (mg) 3,08 Nhóm Vitamin Vitamin C (mg) 4,0 Vitamin B1 (mg) 0,54 Vitamin H (µg) 60,0 Vitamin E (mg) 0,85 Vitamin K (µg) 47,0 Các axit amin 6
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Leucin (mg) 2240,0 Isoleucin (mg) 1670,0 Lysin (mg) 1970,0 Phenylalanin (mg) 1800,0 Threonin (mg) 1600,0 Trytophan (mg) 480,0 Valin (mg) 1430,0 Methionin (mg) 680,0 Nguồn: Viện dinh dưỡng, 2007 1.3 Thành phần hóa học Protein và thành phần axit amin: Trong thành phần hóa học của đậu nành, thành phần protein chiếm một tỉ lượng rất lớn. Protein đậu nành được tạo bởi các axit amin, trong đó có đủ các loại axit amin không thay thế (ngoại trừ hàm lượng methionin thấp), còn các axit amin khác có số lượng khá cao tương đương lượng axit amin có trong thịt và một số thực phẩm quan trọng. Hàm lượng protein dao động trong hạt đậu nành từ 29,6–50,5%; trung bình 36 – 40%. Các nhóm protein đơn giản (% so với tổng số protein): anbumin 6-8%, globulin 25– 34%, glutelin 13–14%, prolamin chiếm lượng nhỏ không đáng kể. Có thể nói protein đậu nành gần giống protein của trứng. 7
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Bảng 1.3 : Thành phần các axit amin không thay thế trong đậu nành và một số thực phẩm quan trọng ( g/100g protein) Loại Giá trị được đề nghị bởi FAO- axit amin Đậu nành Trứng Thịt bò Sữa bò Gạo OMS Leucin 7,84 8,32 8,00 10,24 8,26 4,8 Isoleucin 4,48 5,60 5,12 5,60 3,84 6,4 Lysin 6,40 6,24 2,12 8,16 3,68 4,2 Phenylalanin 4,96 5,12 4,48 5,44 4,80 2,8 Threonin 3,84 5,12 4,64 4,96 3,36 2,8 Trytophan 1,28 1,76 1,21 1,44 1,28 1,4 Valin 4,80 7,52 5,28 7,36 5,76 4,2 Methionin 1,28 3,20 2,72 2,88 2,08 2,2 Nguồn: Thông tin của FAO (1970) và FAO/WHO (1973) Giá trị dinh dưỡng: đậu nành đứng hàng đầu về hàm lượng protein so với các loại thực phẩm khác, đồng thời chứa đầy đủ thành phần axit amin không thay thế, do đó đậu nành có giá trị dinh dưỡng cao nên được nhiều người ưa chuộng. Với hàm lượng protein trung bình từ 38-42% là cao hơn cả so với cá, thịt và cao gấp hai lần hàm lượng protein có trong các loại đậu khác. Protein của đậu nành dễ tiêu hóa hơn protein của thịt và không có thành phần tạo cholesteron. Ngoài ra các nghiên cứu khoa học đã chứng minh đậu nành có khả năng làm giảm lượng cholesterol trong máu từ 12% - 15 %. Lipit: Hàm lượng lipit trong đậu nành dao động từ 13,5-24 %, trung bình chiếm 18% trọng lượng chất khô. Trong nhóm lipit của đậu nành có 2 thành phần được xem là quan trọng chiếm khoảng 20% trọng lượng chất khô trong hạt. Lipid có nhiều ở nhân hạt đậu nành.Trong nhóm lipid của đậu nành có hai thành phần chính là glyceride và lecithin. 8
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Glyceride đậu nành : chứa nhiều axit béo không no, khoảng 50 – 60 %, axit linoleic (C 18: 2) nên dầu đậu nành được xem là dầu thực phẩm có giá trị sinh học cao. Tuy nhiên, cũng vì chứa nhiều axit béo không no nên dầu đậu nành rất dễ oxi hoá dẫn đến hư hỏng trong quá trình bảo quản. Do tính chất của lipid là tan trong dung môi hữu cơ không phân cực (ete etylic, ete dầu hỏa, benzen,cloroform, ) và không tan trong nước, nhẹ hơn nước. Nhờ những tính chất này, người ta dùng dung môi thích hợp để trích ly lipid từ hạt đậu nành. Các hợp chất màu (clorofin, caroten, ) có hàm lượng trong hạt và trong dầu rất ít, nhưng cường độ màu rất mạnh, tan mạnh trong dầu, nhất là khi nhiệt độ tăng. Do đó phương pháp ép dầu nóng cho sản phẩm đậm màu hơn so với phương pháp ép dầu nguội. Hạt còn non hay bảo quản hạt đậu nành ở điều kiện ẩm ướt, nhiều sâu một thì lượng axit béo tự do càng lớn (phẩm chất hạt kém). Giá trị dinh dưỡng: đậu nành có chứa hàm lượng dầu béo cáo hơn các loại đậu khác nên được xem là cây cung cấp dầu thực vật. Lipit của đậu nành chứa một tỷ lệ cao các axit béo chưa no có hệ số đồng hóa cao, mùi vị thơm ngon. Dùng dầu đậu nành thay mỡ động vật có thể tránh được bệnh xơ cứng động mạch, sự tăng cholesteron trong máu. Trong công nghiệp sản xuất nước trái cây, dầu đậu nành cũng được cho vào để kéo dài thời gian bảo quản. Carbohydrate: Carbohydrate trong đậu nành chiếm khoảng 34% khối lượng khô, trong đó hàm lượng tinh bột không đáng kể. Carbohydrate được chia làm 2 loại: Đường tan (10%) : sucrose 5%, stachyose 4%, raffinose 1% 9
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Chất xơ không tan (20%) : hỗn hợp polysaccharide và dẫn xuất của chúng, chủ yếu là cellulose, hemicellulose và các hợp chất của axit pectic Bảng 1.4 Thành phần Carbohydrate của đậu nành Carbohydrate Hàm lượng % Xenluloza 4,0 Hemixenluloza 15,4 Stachyoza 3,8 Rafinoza 1,1 Saccharoza 5,0 Các loại đường khác 5,1 Nguồn: Thông tin của FAO (1970) Chất khoáng: Thành phần khoáng chiếm khoảng 5% trọng lượng khô của hạt đậu nành. Trong đó, đáng chú ý nhất là: canxi, photpho, mangan, kẽm, sắt. Canxi có thể hổ trợ cho việc phát triền xương, ngăn ngửa bệnh loãng xương. Sắt có nhiều vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người, từ vận chuyển oxy tới tế bào cho đến việc hóa giải các chất độc hại trong cơ thể. Mangan không chỉ giữ cho não, xương và các mô liên kết khỏe mạnh, man- gan còn giúp bảo vệ xương không bị chất độc tấn công. Nếu cơ thể thiếu man-gan, bạn sẽ có nguy cơ mắc bệnh tiểu đường, viêm khớp mãn tính, loãng xương và cholesterol cao. Vitamin: Hạt đậu nành chứa nhiều loại vitamin cần thiết cho sự phát triển cơ thể, nhưng hàm lượng vitamin trong đậu nành rất thấp và dễ bị mất trong quá trình chế biến.Trong đậu nành chứa nhiều vitamin khác nhau, trừ vitamin C và vitamin D. Một số enzym trong đậu nành: 10
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Enzym là chất xúc tác sinh học, làm tăng tốc độ quá trình biến đổi trong cơ thể. Bao gồm các enzym sau: Ureaza: chống lại sự hấp thụ các chất protein qua thành ruột, do đó không nên ăn đậu nành sống. Lipaza: thủy phân glycerit tạo thành glycerin và axit béo. Phospholipaza: thủy phân este của axit acetic. Lipoxyenaza: xúc tác phản ứng chuyển H2 trong axit béo. Amylaza: là enzym thủy phân tinh bột, gồm 2 loại: enzym α-amylaza và β- amylaza, chiếm một tỷ lệ khá lớn trong hạt đậu nành. Người ta thường bổ sung enzym amylaza trong các phế phẩm đậu nành như bột sữa đậu nành, có tác dụng tăng cường sinh lực chống suy dinh dưỡng ở trẻ em, cung cấp chất protein cần thiết cho con người. Tro Trong đậu nành, tro chiếm hàm lượng khoảng 4,6 %. Bảng 1.5 Thành phần tro của đậu nành theo phần trăm chất khô Thành phần Hàm lượng (%) P2O5 0,6–2,18 SO3 0,41–0,44 K2O 1,91–2,64 Na2O 0,38 CaO 0,23–0,63 Cl 0,025 MgO 0,22–0,55 Chất khác 1.17% 1,17 Nguồn: Thông tin của FAO (1970) 1.4 Một số hợp chất đặc trưng trong đậu nành 11
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Những thành phần đặc trưng trong đậu nành gồm có: protease inhibitor, phytate, phytosterol, phenolic axit, lecithin, omega 3 fatty axit, và isoflavone (phytoestrogen). 1.4.1 Hợp chất có lợi [8] Isoflavone Isoflavone là một hợp chất có cấu trúc và sự vận hành tương tự như chất kích thích tố nữ. Vì thế nó được gọi là estrogen thảo mộc hay phytoestrogen. Hiện nay các nhà khoa học đã tìm thấy ba chất genistein, daidzein và glycitein trong isoflavone đậu nành mà genistein là tâm điểm nghiên cứu. Theo nhiều tài liệu nghiên cứu, Genistein có những lợi ích dưới đây: Cân bằng hàm lượng estrogen cần thiết trong cơ thể. Ngăn ngừa sự phát triển các tế bào ung thư. Genistein cũng có khả năng ngăn ngừa các bệnh nhồi máu cơ tim, tai biến mạch máu não và sự phát triển tiến trình xơ cứng mạch máu. Genistein là một thảo dược có khả năng chống lại bệnh sưng khớp xương và các chứng bệnh liên hệ đến tình trạng đau nhức ở các khớp. Ngoài Genistein ra một chất khác của Isoflavone đậu nành là chất Daidzein cũng có những lợi ích như Genistein: Có khả năng ngăn ngừa sự hao mòn xương và sự phát triển chứng bệnh xốp xương. Khả năng chống oxi hóa và chống ung thư. Biến đổi các tế bào ung thư máu và chuyển hoán chúng về trạng thái bình thường. Phytate 12
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Phytate là một hợp chất gồm có chất khoáng phosphorus và inositol, là muối canxi, magie, kali với inositol hexaphosphoric axit. Hàm lượng phytate dao động trong khoảng 1,0 - 1,5%, nó có khả năng ngăn cản tiến trình gây nên bệnh ung thư kết tràng và ung thư vú. Ngoài ra nó còn có khả năng loại bỏ những chất dễ làm ung thư và phục hồi những tế bào đã bị hư hại. Phytate làm giảm sự hấp thu khoáng sắt, nó có hoạt tính giống như chất antioxydant. Phytosterol Phytosterol trong hạt đậu nành chiếm khoảng 0,3 - 0,6 mg/g. Có 3 loại phytosterol chính trong đậu nành gồm: Campesterol, β-sitosterol và stigmasterol. Sự Hydro hoá sterol tạo thành stanol. Cấu trúc của sterol và stanol có cùng cấu trúc với cholesterol. Và stanol chiếm khoảng 2% trong tổng số phytosterol của đậu nành. Phytosterol có khả năng kiểm soát lượng cholesterol trong máu nên có thể ngăn ngừa được các bệnh về tim, ngoài ra nó cũng có thể làm giảm thiểu sự phát triển các bướu ung thư kết tràng và chống lại ung thư da. Phenolic axit Là một dược chất hóa học có tác dụng chống oxy hóa và phòng ngừa các nhiễm sắc thể ADN khỏi bị tấn công bởi các tế bào ung thư. Lecithin Lecithin hay còn gọi là phosphatidyl choline, chiếm 3% trọng lượng hạt bằng với lượng lecithin có trong lòng đỏ trứng gà, là một loại phosphatid phức tạp. Lecithin đậu nành được sử dụng nhiều làm chất nhũ tương, chất chống oxi hoá trong chế biến thực phẩm (ví dụ : magarine, bánh kẹo, chocolate ), trong dược phẩm và mỹ phẩm. Lecithin có vai trò quyết định trong việc kích thích sự biến dưỡng ở khắp các tế bào cơ thể. Lecithin giúp gia tăng trí nhớ, làm vững chắc các tuyến, tái tạo các mô tế bào cơ thể, cải thiện hệ thống tuần hoàn, bổ xương và tăng cường sức đề kháng cho cơ thể, phục hồi năng lượng đã mất. 13
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Omega-3 fatty axit Các axit béo thuộc nhóm omega-3 có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của trí não, nó tham gia vào hoạt động của các cơ quan trong cơ thể, tham gia vào sự phát triển của mô và tế bào, tham gia vào quá trình trao đổi chất béo, làm giảm lượng lipoprotein LDL có hại và tăng lượng lipoprotein HDL có lợi cho cơ thể. 1.4.2 Hợp chất có hại Chất ức chế trypsin (Trypsin inhibitor) Các chất ức chế trypsin trong đậu nành gồm 2 loại: Kunitz trypsin inhibitor: có khả năng ức chế trypsin. Bowman-Birk (BB) inhibitor: có khả năng ức chế trypsin và chymotrypsin. Chất ức chế trypsin làm ngăn cản hoạt động của enzym trypsin và các enzym khác cần cho hấp thu protein của hệ tiêu hóa. Các chất ức chế trypsin dễ dàng được phá huỷ khi xử lý nhiệt trên 850C. Vì vậy cần phải gia nhiệt đậu nành trước khi sử dụng nhằm duy trì các chất dinh dưỡng của protein đậu nành. Các nghiên cứu y học chứng minh rằng Bowman-Birk (BB) inhibitor có khả năng chống lại các tác nhân gây ung thư. Hemaglutinin Là protein kết hợp với hemoglobin làm cho hồng cầu bị vón và giảm hấp thu khí oxi. Loại trừ bằng cách gia nhiệt trên 850C. Enzym lipo-oxygenase Chất xúc tác phản ứng oxy hóa chất béo, gây mùi ôi cho sản phẩm làm từ đậu nành. Loại trừ bằng cách gia nhiệt trên 850C. Aicd phytic 14
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Có nhiều trong vỏ hạt, cản trở việc hấp thu các chất khoáng như: calcium, mangesium, sắt, kẽm. Loại trừ bằng cách loại vỏ trước khi chế biến và gia nhiệt trên 85 0C hoặc sử dụng enzym phytase Saponin Là chất tạo bọt, làm tan máu gây hại đối với sức khỏe. Loại trừ bằng cách gia nhiệt 100 0C. 1.5 Các sản phẩm được chế biến từ hạt đậu nành 1.5.1 Những sản phẩm từ đậu nành ở phương Tây Những sản phẩm này được phát triển tại Tây phương trong nhiều thập niên qua bởi những kỹ thuật cao cấp bao gồm: Bột đậu nành nghiền mịn: chứa từ 50 đến 52 % protein, được tách dầu trong quá trình xay nghiền hạt đậu thành bột, nhiều xơ. Protein đậu nành: chứa khoảng 70 % protein, thường được dùng để làm giả thịt bằm, thức ăn sáng và thức ăn cho trẻ sơ sinh. Phân lập protein đậu nành: có chứa từ 90 đến 95 % protein, khoảng 19 % axit amin methionine bị mất trong tiến trình chế biến này. Soy protein isolates là thành phần chính cho các thực phẩm biến chế khác như phomai, kem đậu nành, thức uống, thức ăn trẻ em, ngũ cốc, sản phẩm được phát triển từ thập niên 1950. Protein đậu nành qua xử lí: chứa khoảng 52 % protein, được tạo sợi dưới áp suất và nhiệt độ cao từ sản phẩm “defatted soy flour”, sau đó thêm màu và gia vị để giống như mùi vị thực phẩm có nguồn gốc thịt. Bột đậu nành: đây là loại protein đậu nành đơn giản nhất. Nó được xay và sàng lọc và có đặc điểm là không có chất tinh bột nên được dùng như là một loại thực phẩm ăn kiêng. 15
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Dầu Ðậu Nành, là loại dầu thông dụng nhất ở Hoa Kỳ ngày này, chiếm 75% trên tổng số các loại dầu bán trên thị truờng. Mặc dầu không có protein, nhưng dầu đậu nành rất giàu chất béo không bão hòa và axit linoleic, chất hóa thảo lecithin có trong loại dầu đậu nành chưa lọc rất tốt cho não. Thực Phẩm Ðậu Nành Ăn Nhanh (Fast Food), số người ăn chay bằng thực phẩm đậu nành càng ngày càng gia tăng tại Hoa Kỳ nên các nhà chế tạo thực phẩm đã chế biến thực phẩm đậu nành thành những loại thức ăn nhanh, tiện nghi và bổ dưỡng. Những thực phẩm được bày bán tại hầu hết các hệ thống siêu thị thực phẩm lớn tại Hoa Kỳ như Vons, Lucky, Hughs v.v Hình 1.2 Các sản phẩm từ đậu nành ở phương Tây 1.5.2 Những sản phẩm từ đậu nành ở phương Đông Những hiểu biết về đậu nành thực sự bắt đầu ở phương Ðông và đã trở thành một phần của nền văn hóa Châu Á. Họ đã chế biến thành những thức ăn như là một nghệ thuật của gia đình và từng địa phương. Những thực phẩm này bao gồm đậu hũ, sữa, nước tương, mì căn, tàu hũ ky, tempeh, miso, natto v v Tempeh (đậu tương nén) là món bánh làm bằng đậu nành và bột gạo qua dạng lên men, rất phổ thông và nổi tiếng tại Indonesia, được bán trên thị trường dưới hình thức tươi hay đông lạnh. Những bánh này thường được chiên dòn và có màu xám đậm. Họ cũng chế biến Tempeh theo khẩu vị của người phương Tây như Tempeh 16
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Burgers, Tempeh với salad và cà chua. Tempeh chứa 19% protein đậu nành, có nhiều chất xơ và ít chất béo hơn đậu hũ và sữa đậu nành. Ðậu hũ là thực phẩm làm bằng đậu nành mà hầu như ai cũng biết đến, là món ăn rất phổ biến ở thành thị cũng như thôn quê tại nhiều quốc gia Châu Á, đặc biệt là Hàn Quốc, Trung Quốc, Nhật Bản và Việt Nam. Có nơi còn gọi đậu hũ là phomai đậu nành ở dạng đơn giản nhất. Ðậu hũ còn là món ăn, xem như dược phẩm, có tác dụng ngăn ngừa nhiều thứ bệnh tật. Giá trị của đậu hũ được tăng cường khi được dùng để chế biến thành phomai đậu nành. So với đậu nành, đậu hũ dễ tiêu hóa do tiến trình chế biến đã loại bỏ những chất khó tiêu và chất cặn bã. Ở Trung Quốc đậu hũ được mệnh danh là thịt không xương và trung bình mỗi người dân tiêu thụ khoảng 100g một ngày. Sữa đậu nành là thức uống phổ biến có từ lâu với thành phần dinh dưỡng và sinh học cao, tốt cho sức khỏe ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, giảm cholesteron trong máu, giúp giảm cân và làm đep. Đây là sản phẩm được đông đảo mọi người sử dụng như một thức uống không thể thiếu hằng ngày. Hình 1.3 Các sản phẩm từ đậu nành ở phương Đông 1.6 Sữa đậu nành và whey sữa đậu nành [6] 1.6.1 Sữa đậu nành 17
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Sữa đậu nành là sản phẩm thu được từ quá trình nấu dịch sữa đậu (tức dung dịch thu được từ khi tiến hành trích ly hạt đậu nành). Đây là dạng nhũ tương có giá trị dinh dưỡng tương tự sữa bò, là có ưu điểm là tránh được những bệnh truyền nhiễm từ động vật lây sang. Ngoài ra, do một số tính chất riêng, sữa đậu nành đặc biệt dùng rất tốt cho người già, người bệnh đái tháo đường, phong thấp, táo bón và trẻ em mà cơ thể dị ứng với sữa bò. Sữa đậu nành là 1 nguồn dinh dưỡng giàu protein và vitamin nhóm B. Sữa đậu nành chứa isoflavones, đây là chất giúp làm giảm LDL (cholesterol có hại). Phân loại: Sữa đậu nành và các sản phẩm có liên quan có thể được phân loại dựa theo thành phần của chúng như sau: Theo tiêu chuẩn phân loại của FAO: Sữa đậu nành truyền thống (thô): Làm bằng nước trích ra từ nguyên hạt đậu nành. Tỉ lệ đậu và nước khoảng 1:5. Trong sữa có khoảng 4% protein. Sữa đậu nành loại giả sữa: được tạo ra có thành phần giống như sữa động vật. Tỉ lệ đậu và nước khoảng 1:7. Trong sữa có khoảng 3.5% protein. Ngọt nhẹ, thêm dầu và muối. Có thể được thêm hương sữa động vật. Nước giải khát đậu nành: Thêm ngọt và thêm hương. Tỉ lệ đậu và nước khoảng 1:20. Trong sữa có khoảng 1% protein. Sản phẩm chua: tất cả các loại trên sau khi lên men lactic hoặc thêm axit lactic. Loại hỗn hợp: pha trộn giữa sữa đậu nành và các loại rau quả khác hay với sữa động vật. Bột sữa đậu nành: loại sản phẩm làm từ hạt đậu nành xay nhỏ sau đó gia nhiệt thành loại bột mịn. 18
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Theo tiêu chuẩn phân loại của Hiệp hội các thực phẩm từ đậu nành của Mỹ (Soyfoods Association of America): Sữa đậu nành (soymilk): chứa tối thiểu 3,0 % protein đậu nành, 1,0 % chất béo đậu nành, và 7,0 % hàm lượng chất khô. Thức uống từ sữa đậu nành (Soymilk drink): “Soymilk drink” là một loại thức uống tuy không chất lượng bằng “soymilk” nhưng cần chứa tối thiểu 1,5 % protein đậu nành, 0,5 % chất béo đậu nành và 3,9 % hàm lượng chất khô. Bột sữa đậu nành (Soymilk powder): “Soymilk powder” là sản phẩm nhận được từ sự tách nước khỏi dịch sữa đậu nành, hoặc trộn các protein đậu nành và bột dầu đậu nành. Sản phẩm bột sữa đậu nành cần chứa tối thiểu 38.0% protein đậu nành, 13,0 % chất béo đậu nành, và 90,0 % hàm lượng chất khô. Sữa đậu nành cô đặc (Soymilk concentrate): Đây là sản phẩm thu được bằng cách điều chỉnh hàm lượng nước trong sữa đậu nành, thành phần sản phẩm chứa tối thiểu 6,0 % protein đậu nành, 2,0 % chất béo đậu nành và 14,0 % hàm lượng chất khô 1.6.1.1 Thành phần dinh dưỡng của sữa đậu nành Thành phần dinh dưỡng của sữa đậu thành có nhiều điểm tương tự với sữa bò. Sữa đậu nành có lượng protein cao gần bằng sữa bò, nhưng ít canxi hơn sữa bò. Sữa đậu nành có ưu điểm là không có lactose, có thể thay thế sữa bò cho những người bị dễ bị đau bụng do lactose. Sữa đậu nành cũng chứa ít chất béo bão hòa hơn sữa bò, có thể có lợi cho tim mạch hơn. Nó không có casein, một protein của sữa bò có thể tạo ra histamine và tăng sản xuất chất nhầy trong cơ thể. Bảng 1.6 Giá trị dinh dưỡng của sữa đậu nành Thành phần dinh dưỡng trong 100g Hàm lượng đậu nành Nước (g) 94,4 19
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Năng lượng (Kcal) 28,0 Protein (g) 3,1 Lipid (g) 1,6 Carbohydrate (g) 0,4 Xơ (g) 0,1 Tro (g) 0,4 Các khoáng chất Canxi (mg) 18,0 Sắt (mg) 1,2 Magie (mg) 25,0 Mangan (mg) 0,22 Kali (mg) 124,0 Kẽm (mg) 0,44 Đồng (mg) 141,0 Nhóm vitamin Vitamin B1 (mg) 0,05 Vitamin D (µg) 0,4 Vitamin E (mg) 1,35 Vitamin K (µg) 3,0 Các axit amin Leucin (mg) 230,0 Isoleucin (mg) 162,0 Lysin (mg) 162,0 20
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Phenylalanin (mg) 162,0 Threonin (mg) 152,0 Trytophan (mg) 42,0 Valin (mg) 176,0 Methionin (mg) 42,0 Nguồn: Viện dinh dưỡng, 2007 Chỉ tiêu cảm quan Bảng 1.7 Chỉ tiêu cảm quan của sữa đậu nành Chỉ tiêu Yêu cầu Màu sắc Trắng ngà Mùi Thơm tự nhiên của sữa đậu nành, không có mùi lên men, mùi chua, mùi lạ Vị Đối với sữa nguyên chất: vị lạc, không chua, không đắng hay vị lạ Trạng thái Dung dịch đồng nhất, không tách lớp, không có cặn hay tạp chất lạ Nguồn: TCVN 7041-2009 Sữa đậu nành có nhiều chất protein, sắt, axit béo không no và niacin, nhưng nó có ít chất béo, carbohydrate, canxi. Nó có ít chất béo bão hòa và không có cholesterol, hàm lượng isoflavon cao trong sữa giúp : Giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch: Chống lão hóa. 21
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Làm đẹp da và tóc. Thúc đẩy giảm cân đáng kể. Ngăn chặn ung thư tuyến tiền liệt ở nam giới và ung thư vú ở nữ giới. Ngăn chặn triệu chứng mãng kinh. Ngăn ngừa loãng xương. Ngoài ra, an toàn cho người bị dị ứng sữa lactose hoặc dị ứng sữa và cho trẻ bị thiếu chất galactose. Tuy nhiên, hương vị beany do sự có mặt của aldehyde và rượu và đầy hơi do các oligosaccharides không tiêu hóa hạn chế việc sử dụng sữa đậu nành rộng rãi . Các loại thực phẩm từ đậu nành là những chất bổ sung đầy hứa hẹn để vượt qua các vấn đề thiếu protein-calorie-suy dinh dưỡng . 1.6.2 Whey đậu nành Là phụ phẩm của quá trình sản xuất đậu phụ, được tách ra do quá trình đông tụ protein trong sữa. Chứa các protein hòa tan, các chất khoáng như kali, canxi, kẽm, , các vitamin nhóm B, vitamin K, vitamin E. Hình 1.4 Whey đậu nành 22
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 1.7 Quá trình lên men Lactic [2] 1.7.1 Cơ chế lên men Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành axit lactic nhờ vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic. Đây là quá trình trao đổi năng lượng, các phân tử ATP được hình thành trong quá trình chuyển hoá cơ chất (lactose) sẽ được vi khuẩn giữ lại trong tế bào để phục vụ cho quá trình trao đổi và sinh trưởng của vi sinh vật. Ngược lại các sản phẩm như axit lactic, ethanol, CO2 được vi khuẩn thải vào môi trường lên men. Kết quả là hàm lượng axit lactic tích lũy trong môi trường lên men ngày càng tăng, làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi lý hoá khác. Trong quá trình lên men lactic, sản phẩm chính là axit lactic. Ngoài ra, còn có axit acetic, ethanol, CO2 trong dịch lên men còn xuất hiện nhiều hợp chất hoá học khác. Chúng là sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men. Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc ít hơn). Một số hợp chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi vị đặc trưng cho những sản phẩm lên men lactic. Khi nồng độ của axit lactic đạt 2 – 3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh vật khác, kể cả E.coli. Chính vì thế nên lên men lactic được ứng dụng để sản xuất các sản phẩm khác nhau như: sữa chua, bơ, dưa chua Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic: C6H12O6 →2C3H6O3 + 136Kj (32,4 Kcal) Lên men lactic gồm có lên men đồng hình và lên men dị hình: Lên men đồng hình: Lên men lactic đồng hình là quá trình lên men trong đó các sản phẩm axit lactic tạo ra chiếm 90 % tổng số các sản phẩm lên men và một lượng nhỏ axit acetic, aceton, di-actyl, 23
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong lên men đồng hình như: Lactobacillus axitophilus, Lactobacterium casei, Lactobacterium cremoris, Lactobacterium bulgaricus, Lactobacterium delbruckii Con đường Glycolysis hay con đường EMP (Embden-Meyerhof-Parnas pathway) được sử dụng bởi hầu hết các LAB (ngoại trừ leuconostocs, nhóm III Lactobacilli, Oenococci và Weissellas) tạo ra fructose-1,6-diphosphate (FDP) và nhờ FDP aldolase để tiếp tục chuyển thành dihydroxyacetonephosphate (DHAP) và glyceraldehyde-3-phosphate (GAP) đối với những chất có mức phosphoryl hóa ở 2 vị trí, sau đó tạo thành pyruvate. Trong điều kiện có nhiều đường và hạn chế oxy, pyruvate bị khử thành axit lactic bởi lactate dehydrogenase (nLDH) và NAD+, do đó NADH đã được oxy hóa trước đó, khi thế oxy hóa khử được cân bằng, sản phẩm cuối cùng được tạo ra chủ yếu là axit lactic và quá trình này được gọi là lên men lactic đồng hình. Phương trình tổng quát trong quá trình lên men đồng hình: C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP C6H12O6 enzyme 2CH3CH(OH)COOH +225Kcal Trong một số trường hợp, lên men đồng hình có thể được chuyển sang dạng dị hình khi điều kiện lên men thay đổi. Quá trình này đạt hiệu xuất tạo thành axit lactic cao và đồng thời sinh ra nhiều năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của vi khuẩn mà không cần có oxy đây cũng được xem như là một quá trình lên men yếm khí. Có thể ứ ng dụng nó trong sản xuất axit lactic trong công nghiệp Lên men dị hình: Chỉ có 50 % lượng đường tạo thành axit lactic, ngoài ra còn có các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm. Trong điều kiện không có mặt của các chất nhận điện tử, acetyl phosphate sẽ bị khử tạo thành ethanol thông qua CoA và acetaldehyde. Khi quá trình này ngoài sản 24
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH phẩm axit lactic còn tạo ra một lượng đáng kể các sản phẩm phụ như CO2, ethanol, axit acetic, axit succinic thì nó được gọi là lên men lactic dị hình. Phương trình tổng quát trong quá trình lên men dị hình: C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH + COOH(CH2)2COOH + CO2 Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, môi trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh. Axit lactic thường chiếm 40 % lượng đường đã được phân huỷ, axit succinic 20 %, rượu ethylic 10 %, axit acetic 10 %, và các loại khí gần 20 %, đôi khi không có các khí mà thay vào đó là sự tích luỹ một lượng ít axit foocmic. Như vậy, các sản phẩm phụ khác nhau đáng kể tạo thành trong quá trình lên men lactic dị hình chứng tỏ rằng quá trình này phức tạp hơn so với lên men lactic đồng hình. Theo quan điểm tiến hoá sinh lý trong vi sinh vật học người ta cho rằng lên men lactic đồng hình là hướng tiến hoá độc lập của lên men dị hình. Thông thường, LAB lên men đồng hình chủ yếu lên men bằng con đường glycolysis và ngược lại LAB lên men dị hình sử dụng con đường 6-PG/PK. Tuy nhiên nó không phải dúng cho tất cả các trường hợp (Owen R. Fennema et al. 2004). 1.7.2 Phương pháp lên men axit lactic phổ biến Trong quá trình lên men axit lactic, các nguồn nguyên liệu đường như glucose, sucrose được sử dụng với nồng độ 120-180 g/l; ngoài ra cũng cần bổ sung các nguồn nitrogen như: amonia, ammonium. Quá trình lên men được thực hiện trong các bồn lên men có thể tích từ vài m3 đến lớn hơn 100 m3. Quá trình lên men cũng cần phải khuấy trộn bằng các cánh khuấy để thông khí và tăng khả năng tiếp xúc của tế bào vi sinh vật với môi trường. Nhiệt độ lên men tối ưu lớn hơn 45 oC nên cần gia nhiệt độ ở giai đoạn đầu và làm mát ngay sau đó vì quá trình lên men tỏa nhiệt. 25
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Calcium carbonate vô trùng được thêm vào ở giai đoạn đầu hoặc trong quá trình lên men để giữ nồng độ axit lactic thấp như mong muốn, tức pH của dịch không thấp quá 4,5. Giống được cấy vào dịch lên men khoảng 10 % (v/v) của mẻ lên men hoặc sử dụng một lượng nhỏ thể tích của dịch lên men trước. Sau 6 giờ lên men ta có thể nhận thấy được khí CO2 thoát ra từ các hạt calcium carbonate, điều này cũng nhằm ngăn chặn không khí đi vào hệ thống. Quá trình lên men hoàn tất sau 2 - 6 ngày nuôi cấy và phụ thuộc vào nồng độ nguồn carbohydrate được sử dụng. Trong quá trình lên men, giới hạn trên nồng độ đường được xác định bởi khả năng hòa tan của calium lactate, ở nồng độ cao có khuynh hướng kết tủa trong dịch lên men. 1.8 Vi sinh vật lên men Lactic 1.8.1 Lactobacillus casei Lactobacillus casei Là trực khuẩn nhỏ, thường gặp ở dạng chuỗi dài hoặc ngắn, Gram (+) lên men đồng hình, không có khả năng di động. Chúng có thể tích tụ tới 1,5 % axit. Nhiệt độ tối thích cho sự phát triển là 38 – 40 oC. Ở điều kiện bình thường gây chua sữa trong vòng 10 đến 12 giờ. Nguồn nitơ cho vi khuẩn này là peptone.Chúng có họat tính protease nên có thể phân hủy protein trong sữa thành axit amin. 26 Hình 1.5 Lactobacillus casei
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Trong môi trường dinh dưỡng MRS, vi khuẩn phát triển rất tốt. Trong môi trường sữa: vi khuẩn làm đông vón sữa thành khối, không lợn cợn, lên men lactose sinh axit lactic dạng D – L hay dạng L. Sinh trưởng [3- tr 18,19] Sự phát triển và suy thoái của vi sinh vật trải qua tất cả 4 giai đoạn: Hình 1.6 Sơ đồ phát triển và suy thoái của VSV Pha tiềm phát (pha lag): Đây là giai đoạn thích nghi của VSV, chúng tiến hành tổng hợp mạnh ADN và các enzyme chuẩn bị cho sự phân bào. Pha lũy thừa (pha chỉ số): vi sinh vật phân chia mạnh mẽ, số lượng tế bào tăng theo lũy thừa và đạt đến cực đai. Thời gian thế hệ đạt tới hằng số, quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ nhất. Pha cân bằng: tốc độ sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật giảm dần. Do chất dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt, chất độc hại tăng trong môi trường nuôi cấy, số lượng tế bào đạt cực đại và không đổi theo thời gian. Pha suy vong: số lượng tế bào trong quần thể giảm do bị phân huỷ ngày càng nhiều, chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tăng. 27
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Ứng dụng Một vài chủng của Lactobacillus casei có thể được sử dụng làm probiotic. Một vài nghiên cứu trước đây cho biết Lactobacillus casei có lợi cho sức khỏe, bao gồm khả năng cải thiện chức năng dạ dày và bệnh tiêu chảy, điều trị các bệnh dị ứng, phòng chống tiêu hóa nhiễm trùng, bệnh viêm ruột, điều hòa hệ thống miễn dịch và giảm cholesterol trong máu. Lactobacillus casei sản xuất axit lactic và các chất diệt khuẩn như lactocidin, giúp ngăn cản sự xâm nhập và ức chế sự tăng sinh của các vi khuẩn gây bệnh, giúp cho cơ thể đề kháng với nhiễm khuẩn đường ruột. Ngoài ra, Lactobacillus casei có khả năng sản xuất axit lactic với nồng độ cao vì thế là vi khuẩn quan trọng trong lên men thực phẩm, từ sản phẩm từ sữa đến trái cây và rau quả . 1.9 Các sản phẩm của quá trình lên men 1.9.1 Sản phẩm chính [10] Axit Lactic Axit lactic là một sản phẩm thứ cấp của vi khuẩn lactic. Chất phụ gia axit lactic trong thực phẩm có mã số E270. E270 thuộc nhóm các chất điều chỉnh vị axit được sử dụng trong hầu hết các nhóm thực phẩm như nước giải khát, sữa, thịt Axit lactic là chất hữu cơ không màu, mùi nhẹ, tan trong nước và cồn. Công thức hóa học của axit lactic là CH3CHOHCOOH. Khối lượng phân tử của axit lactic là 98,08. Nhiệt độ sôi là 122oC, điểm tan 17oC. Axit lactic còn có tên gọi khác là 1-hydroxyethanol cacboxylic hay axit 2- hydroxypropanoic. Trong cấu tạo phân tử của chúng có một cacbon bất đối xứng nên chúng có 2 đồng phân quang học: D-axit lactic và L-axit lactic. Hai đồng phân quang học này có tính chất hoá lý giống nhau, nhưng chỉ khác là khả năng làm quay mặt 28
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH phẳng phân cực của ánh tinh thể, khả năng tan trong nước, cồn, nhiệt độ nóng chảy là 28oC, nhiệt độ sôi 103oC, góc quay cực sáng. Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn khác nhau. Nếu D-axit lactic và L-axit lactic có trong một hỗn hợp theo tỷ lệ 50/50 người ta gọi là hỗn hợp Raxemic. Hỗn hợp này được ký hiệu là D1 axit lactic. Trong quá trình lên men không khi nào có một hỗn hợp có tỷ lệ lý tưởng này mà chỉ có được hỗn hợp này khi tiến hành tổng hợp hữu cơ. Hỗn hợp DL-axit lactic là dịch lỏng dạng siro, có khả năng tan trong nước, trong cồn, không tan trong chloroform. Nhiệt độ nóng chảy của chúng là 16,7oC, nhiệt độ sôi là 122oC. Hình 1.7 Hai dạng đồng phân axit lactic 1.9.2 Sản phẩm phụ [2] Trong quá trình lên men sẽ sinh ra một số sản phẩm phụ như CO2, ethanol, axit acetic, các este gây mùi cho sản phẩm. Sản phẩm như ethanol và CO2 sẽ được vi khuẩn “thải” vào môi trường lên men. Kết quả là hàm lượng axit lactic tích lũy trong môi trường lên men ngày càng tăng, làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi hóa lý khác. Trong quá trình lên men lactic, ngoài sản phẩm axit lactic (lên men đồng hình), ethanol, CO2 (lên men dị hình), trong dịch lên men còn xuất hiện nhiều hợp chất hóa học mới khác. Chúng là những sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men. Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc ít 29
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH hơn). Một số hợp chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi, vị đặc trưng cho những sản phẩm lên men lactic. 1.10 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lên men [9] 1.10.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ là một trong những nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn vì nó ảnh hưởng đến các phản ứng enzyme của tế bào vi sinh vật. Thông thường nhiệt độ càng cao thì tốc độ lên men càng nhanh và ngược lại nhiệt độ lên men thấp hạn chế được một số vi sinh tạp nhiễm, tuy nhiên nhiệt độ này cũng làm chậm quá trình lên men lactic. 1.10.2 Ảnh hưởng của pH môi trường Mỗi loài sinh vật thích hợp với một giới hạn pH nhất định của môi trường nuôi cấy. Với vi khuẩn lên men lactic đồng hình, pH môi trường thường không ảnh hưởng đến các sản phẩm đặc trưng của quá trình lên men, còn đối với vi khuẩn lactic dị hình, pH môi trường có ảnh hưởng đến việc tao thành các sản phẩm lên men. Khi pH môi trường cao thì sản phẩm tạo ra chủ yếu là axit lactic, còn khi pH môi trường thấp thì ngoài axit lactic còn có thêm axit acetic và nhiều sản phẩm phụ khác. Các vi khuẩn lactic thường được tìm thấy và phân lập từ những môi trường axit nhưng môi trường trung tính mới là điều kiện phát triển tối ưu của chúng [20]. Vì vậy trong lên men, axit mới tạo thành phải được trung hòa liên tục. Để quá trình lên men nhanh và trọn vẹn, phạm vi pH tối ưu phải nằm giữa 5,5 và 6,0. Quá trình lên men bị ức chế mạnh ở pH = 5 và sẽ dừng lại ở các pH dưới 4,5. Khi axit lactic được hình thành và nồng độ tăng dần trong quá trình lên men thì pH sẽ giảm và nồng độ axit lactic đạt khoảng 2,2 % sẽ ức chế vi khuẩn lactic. 1.10.3 Ảnh hưởng của nồng độ axit trong sản phẩm 30
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Độ axit trong sản phẩm có ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật, làm ảnh hưởng đến quá trình lên men vì các vi sinh vật rất nhạy cảm với nồng độ pH của môi trường. Nếu ở môi trường axit cao thì vi khuẩn lactic sẽ kém hoạt động, quá trình chuyển hoá đường thành axit sẽ chậm lại, đường trong sản phẩm không thể chuyển hoá hết thành axit lactic được. Nếu môi trường có độ axit thấp các vi khuẩn gây hại sẽ phát triển gây ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men. Do đó phải tạo cho môi trường có độ pH thích hợp nhằm tạo điều kiện thích hợp nhất cho vi khuẩn lactic hoạt động. 1.10.4 Chủng giống vi sinh vật Yếu tố tác động trực tiếp đến quá trình lên men là nồng độ, thành phần vi sinh vật trong mẫu ban đầu, thời gian ủ trước khi cấy vào bồn lên men và độ tinh sạch của giống ban đầu. Nồng độ và thành phần vi sinh vật tại thời điểm bắt đầu lên men tùy thuộc vào từng quy trình lên men cụ thể. Nếu nồng độ của vi sinh vật chính tham gia vào quá trình lên men quá thấp thì thời gian thích nghi lâu, dẫn tới sự phát triển của các vi sinh vật tạp nhiễm. Nếu nồng độ giống quá cao thì gây lãng phí về mặt chi phí sản xuất và thời gian lên men quá ngắn. Thời gian ủ trước khi đem giống ban đầu vào sản xuất là một yếu tố vô cùng quan trọng. 1.10.5 Đường Đường có khả năng thúc đẩy quá trình lên men, giúp cho sản phẩm nem có vị ngọt dịu. Đường là nguồn cung cấp chất ding dưỡng cho vi khuẩn lactic hoạt động sinh axit lactic. Ngoài ra, đường còn tạo vị ngọt cho sản phẩm. Nếu lượng đường trong nguyên liệu không đủ thì độ axit trong sản phẩm không đạt yêu cầu, chất lượng kém và khó bảo quản 1.10.6 Nhiệt độ lên men 31
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Nhiệt độ lên men sản phẩm ảnh hưởng đến thời gian lên men, đến lượng axit được tạo thành và đến chất lượng sản phẩm. Ở mỗi một khoảng nhiệt độ hoạt động của vi sinh vật rất khác nhau. Mỗi loại vi sinh vật đều có một khoảng nhiệt độ tối thích, ở khoảng nhiệt độ đó vi sinh vật hoạt động tốt nhất tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Ở nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều ức chế sự hoạt động của vi khuẩn. 1.10.7 Sự hiện diện của oxy Sự lên men lactic cần tiến hành trong điều kiện yếm khí vì các vi khuẩn lactic hoạt động tốt trong điều kiện môi trường không có oxy. Sự hiện diện của oxy làm tăng khả năng hoạt động của vi khuẩn gây thối và các vi khuẩn khác gây ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. 1.11 Giá trị dinh dưỡng của sản phẩm lên men 1.11.1 Thức uống chức năng từ đậu nành Bảng 1.8 Thành phần dinh dưỡng Chỉ tiêu Hàm lượng Hàm lượng chất khô (0Brix) 14,5 Đạm tổng số (%) 3,56 Đường khử (g/ 100ml) 0,82 pH 3,95 Nguồn: Nguyễn Thị Cẩm Vi, 2010 1.11.2 Lợi ích của thực phẩm lên men [2, tr.16-18] Tăng thời gian bảo quản, sử dụng thực phẩm 32
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Lên men có thể kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, chẳng hạn như rau quả muối có thể sử dụng trong vòng 1÷2 tháng, trong khi rau tươi sẽ hư hỏng sau 3÷5 ngày. Tương, chao, mắm là những thực phẩm lên men có thể để tới hàng năm. Lên men là một phương pháp bảo quản thực phẩm hiệu quả và rẻ tiền vì không đòi hỏi trang thiết bị phức tạp, công nghệ dễ áp dụng. Chính vì vậy, kỹ thuật lên men đã được sử dụng từ rất lâu đời. Có nhiều chứng cứ xác thực cho thấy nƣớc uống lên men đã được sản xuất cách đây 7000 năm tại Babylon (bây giờ là Iraq), bánh mỳ đã đƣợc sử dụng ở Ai Cập cách đây 3500 năm và sữa lên men đã được sử dụng ở Babylon. Tạo ra sự đa dạng thực phẩm Nhờ công nghệ lên men, người ta tạo ra được những thực phẩm khác nhau như rượu được chế biến từ trái cây, ngũ cốc, rỉ đường; nước mắm được chế biến từ cá; tương, chao được chế biến từ đậu nành. Các thực phẩm lên men được chế biến từ những nguyên liệu đặc trưng của từng vùng và mang bản sắc riêng của từng dân tộc tạo ra sự đa dạng về thực phẩm. Thực phẩm lên men có thể được sản xuất thủ công, theo kinh nghiệm được truyền từ đời này qua đời khác theo khẩu vị riêng của từng dân tộc. Hầu như mỗi dân tộc đều có những thực phẩm lên men truyền thống của mình. Ví dụ kim chi là món ăn đặc trưng của người Hàn Quốc; nước mắm là món không thể thiếu trong bữa ăn của người Việt Nam; phomat là món ăn ưa thích đặc biệt của người Châu Âu. Ngày nay, với sự phát triển của xã hội, các dân tộc đã tìm đến với nhau, trao đổi, sử dụng sản phẩm và công nghệ sản xuất. Thực phẩm lên men ngày càng phổ biến cả về chủng loại và số lượng. Ước tính rằng, thực phẩm lên men chiếm tới 1/3 lượng thức ăn hàng ngày. Cải thiện cảm quan thực phẩm 33
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Tùy theo cách lên men và chủng VSV sử dụng trong quá trình lên men mà tạo ra những mùi vị khác nhau. Ví dụ: muối dưa tạo nên sự lên men lactic và sự lên men rượu yếu, làm cho dưa có vị chua; quá trình lên men giải phóng CO2 tạo nên các loại nước giải khát có gas; hoặc các enzyme của VSV phân hủy glucide tạo ra đường đơn làm thực phẩm trở nên ngọt, phân hủy chất đạm tạo ra mùi, vị đặc trưng của sản phẩm. Tăng khả năng tiêu hóa hấp thu Dưới tác dụng của VSV, glucide dạng phức tạp được cắt nhỏ thành các glucide đơn giản, protein được cắt nhỏ thành các axit amin dễ tiêu hóa, hấp thu. Lactose là đường chỉ có trong sữa, để tiêu hóa đường sữa cần men lactose, nhưng men này lại thường thiếu hụt ở người lớn và người ít sử dụng sữa tạo ra tình trạng rối loạn tiêu hóa sau uống sữa. Khi lên men sữa, 70 % đường lactose trong sữa được lên men chuyển thành axit lactic, vì thế ăn sữa chua dễ tiêu hóa hơn. Các chất xơ như cellulose, pectin thường cơ thể người không tiêu hóa được do không có men cellulase và pectinase. Quá trình lên men thủy phân các chất xơ này thành các loại glucide khác giúp cơ thể dễ dàng tiêu hóa. Trong môi trường axit của các thực phẩm lên men, các chất khoáng như Ca, kẽm tăng khả năng hòa tan, giúp dễ dàng hấp thu hơn. Tăng sức đề kháng Thực phẩm lên men còn là nguồn cung cấp vi khuẩn lactic, loại vi khuẩn có lợi trong đường ruột, vi khuẩn này bám vào niêm mạc đường tiêu hóa, cạnh tranh thức ăn và chỗ bám làm kìm hãm sự phát triển của VSV gây bệnh như E.coli, Salmonella (gây tiêu chảy), vi khuẩn Pylori (gây viêm loét dạ dày) và nấm Candida. Quá trình lên men còn tạo ra các kháng thể, chất kháng sinh như bactericin, hydrogen peroxide, ethanol ức chế vi khuẩn có hại. 34
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Người ta còn nhận thấy một vài VSV tạo ta các chất chống oxy hóa hấp thu các gốc tự do trong cơ thể. Các gốc tự do đó chính là thủ phạm gây ưng thư. Tạo ra chất dinh dưỡng Quá trình lên men làm tăng hàm lượng một số vitamin. Sữa lên men thường giàu vitamin nhóm B. Lên men thực phẩm với chủng nấm men Sacharomyces cerevisiae làm tăng lượng vitamin B1, vitamin PP và biotin (vitamin H). Bia chế biến từ cây tần bì của Nam Mỹ giàu vitamin B2, PP và điều này quan trọng vì chế độ ăn của người dân ở đây thường thiếu vitamin B2 do nguồn thực phẩm chủ yếu là bắp. Nhờ quá trình lên men, protein được cắt nhỏ thành các axit amin, nên hấp thu trực tiếp dễ dàng hơn. Các thực phẩm giàu đạm lên men là nguồn cung cấp các axit amin như nước mắm, tương, chao, phomat, Loại trừ vi khuẩn và các độc tố Quá trình lên men có thể phân hủy các độc tố có trong thực phẩm như cyanogenic glycosides (HCN) có trong sắn, măng, hay mycotoxin trong hạt ngũ cốc. Nếu sử dụng những thực phẩm này mà chưa qua chế biến hoặc chế biến không đúng cách thì cyanide sẽ giải phóng vào cơ thể và gây ngộ độc. Với liều 50÷60mg (khoảng 200g măng tươi chưa luộc) cyanogenic glycosides có thể gây chết người. Việc muối chua những loại thực phẩm này giúp loại bỏ được 90 - 95 % độc tố cyanogenic glycosides trong vòng 3 ngày. Cụ thể, lượng cyanogenic glycosides trong măng tươi ngâm chua là 2,2mg/100g trong khi măng tươi chưa luộc là 32÷38 mg/100g. Lên men còn có tác dụng trung hòa các chất phản hấp thụ như axit phytic có trong hạt ngũ cốc và antitrypsin có trong các loại đậu. Lên men lactic làm giảm độ pH đã ức chế các vi khuẩn gây thối, các vi khuẩn có hại và ký sinh trùng 1.12 Tình hình nghiên cứu và sản xuất 35
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Trong nước: Đã có một số sản phẩm thử nghiệm về đậu nành nhưng vẫn chưa được đưa vào ứng dụng nghiên cứu và sản xuất đại trà. Nghiên cứu sản xuất thức uống chức năng từ đậu nành (Nguyễn Thị Cẩm Vi,2010); Nghiên cứu quy trình sản xuất sữa chua đậu nảnh tảo spirulina (Hồ Thị Lệ,2009). Trên thế giới: Đã có nhiều nghiên cứu về việc sử dụng sữa đậu nành lên men vì đặc tính dinh dưỡng và sức khoẻ đặc biệt, sữa đậu nành đã trở thành món ăn rất thú vị. Đây là một loại protein rất có giá trị, axit béo không bão hòa, chất xơ hòa tan và không hòa tan, và isoflavone có trong chế độ ăn hàng ngày rất quan trọng (Božanić 2006). Ở các nước phương Tây, sữa đậu nành dành cho những người không thể tiêu hóa sữa vì những lý do như không dung nạp lactose, dị ứng với sữa, hoặc chế độ ăn chay. Sự lên men sữa đậu nành với vi khuẩn lactic làm tăng đáng kể sức khỏe của bạn. Bởi vì sự chống oxy hoá tốt hơn so với các sản phẩm cùng loại (Wang và cộng sự, 2006), quá trình lên men được xem là tốt hơn so với sữa đậu nành nguyên chất. Mục đích của quá trình lên men là loại bỏ mùi vị beanie không mong muốn (Wang và cộng sự, 2002, 2003, 2006) chủ yếu là do sự có mặt của N-hexanal và pentanal (Scalabrini và cộng sự, 1998), và để cải thiện đặc tính dinh dưỡng của sữa đậu nành. Quá trình lên men, đặc biệt là với vi khuẩn Bifidobacteria, cũng làm cho các protein này dễ tiêu hóa hơn (Hughes & Dallas 1991, Ishisashi & Shimura 1993) và làm giảm hàm lượng oligosaccharides đậu nành, stacchuose và raffinose, có thể gây ra các vấn đề về tiêu hóa (Cruz và cộng sự 1981). Ý tưởng liên kết sữa đậu nành và các vi khuẩn probiotic đến tự nhiên và thức uống thu được có thể là một thực phẩm đa chức năng độc đáo. Các vi sinh vật probiotic chủ yếu hiện đang được sử dụng thuộc về các chi Lactobacillus và Bifidobacterium (Tamime và cộng sự, 2005). Vì vậy, việc ứng dụng lên men đậu nành được nghiên cứu và phát triển ở nhiều nước. 36
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Đồ án nghiên cứu quy trình sản xuất nước uống từ sữa whey đậu nành được thực hiện tại phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường, trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh năm 2017. 2.2 Vật liệu nghiên cứu 2.2.1 Đậu nành Đậu nành dùng trong nghiên cứu là loại hạt nguyên, được mua tại siêu thị Big C tỉnh Đồng Nai từ tháng 5 đến tháng 7 năm 2017. Hạt đậu nành có hình dạng tròn dẹt, màu vàng, kích thước trung bình, không bị tróc vỏ hay xây xát, không bị đất cát hay sâu bọ bám vào. Hạt đậu nành là hạt nguyên, được đóng gói chân không và được chọn mua cố định nhằm ổn định về nguyên liệu trong quá trình nghiên cứu sản xuất nước uống từ sữa whey đậu nành. 2.2.2 Whey đậu nành Whey đậu nành dùng trong nghiên cứu là loại whey được tách ra trong công đoạn chế biến đậu phụ, được mua tại tại cơ sở chế biến đậu hũ non Hồng Hà, quận Bình Thạnh, Tp. Hồ Chí Minh từ tháng 5 đến tháng 7 năm 2017. Whey đậu nành có màu trắng trong, mùi thơm tự nhiên của sữa, không có mùi chua, mùi 37ang của đậu nành và mùi lạ, vị lạc của sữa, không có vị chua, vị lạ, dung dịch phải trong, không chứa cặn và tạp chất lạ. 2.2.3 Giống vi sinh vật Giống vi sinh được sử dụng trong nghiên cứu là chủng vi sinh Lactobacillus casei. Là trực khuẩn nhỏ, thường gặp ở dạng chuỗi dài hoặc ngắn, Gram (+) lên men đồng hình, không có khả năng di động. Nhiệt độ tối thích cho sự phát triển là 38 – 40 oC. Giống được mua tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới, Tp. Hồ Chí Minh. 37
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 2.2.4 Phụ gia, hóa chất và dụng cụ Tất cả hóa chất được sử dụng trong quá trình nghiên cứu là hóa chất phân tich tinh khiết được mua từ công ty Guagang, China sản xuất. Đường saccharose: Sử dụng đường tinh luyện Biên Hòa, phù hợp với TCVN 7968 : 2008. Nước: Nước được dùng trong quá trình chế biến được lấy tại phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật: Sử dụng môi trường MRS được pha tại phòng thí nghiệm vi sinh vật trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh. Máy xay thu dịch sữa đậu nành: Sử dụng máy xay trái cây Philips với công suất 600W. Tủ hấp tiệt trùng: thể tích 50 lít, nguồn điện: 220-240V / 2.3kW / 10A , nhiệt độ và áp suất: 105 - 136oC (điều chỉnh được) Hình 2.1 Tủ cấy Hình 2.2 Tủ hấp tiệt trùng 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Sơ đồ quy trình chế biến sữa đậu nành 38
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Đậu nành Lựa chọn Ngâm Nước Tỷ lệ đậu:nước;1:2 Đãi vỏ Vỏ Xay ướt Nước Tỷ lệ đậu:nước;1:6 Dịch sữa đậu Lọc Bã Sữa đậuCV Gia nhiệt (t0 = 85 – 900C TG = 20phút; có khuấy đảo) Chai Rót Tiệt trùng (t0 = 1210C TG = 20phút) Sản phẩm Hình 2.3 Sơ đồ quy trình chế biến sữa đậu nành 39
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 2.3.2 Thuyết minh quy trình chế biến sữa đậu nành Lựa chọn: chọn những hạt còn nguyên, không bị vỡ, tróc vỏ hay xây xát. Hạt có màu vàng, tròn dẹt, kích thước trung bình (1000 hạt nặng khoảng 100 – 300g), độ ẩm ≤ 14%. Không bị đất cát hay sâu bọ bám vào. Ngâm: Làm cho hạt đậu hút nước và trương nở lên, hydrat hóa các thành phần dinh dưỡng có trong hạt đậu như: protein, glucid, lipit để dễ dàng phân tán vào dịch sữa sau này. Làm mềm đậu, giảm lực liên kết giữa vỏ và nhân giúp cho quá trình xay nghiền dễ dàng hơn tăng hiệu suất quá trình nghiền, giảm chi phí năng lượng trong quá trình nghiền. Đồng thời làm giảm hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose), tiêu diệt một phần vi sinh vật không ưa nhiệt do nước dùng ngâm đậu. Rửa sạch 200g đậu nành nhiều lần, sau đó ngâm đậu trong thau nước, lượng nước: đậu ngâm theo tỉ lệ 2:1 vì nếu lượng nước nhiều sẽ gây lãng phí và tổn hao chất khô, ngược lại lượng nước quá ít không đủ để hạt trương nở sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi protit trong quá trình xay. Ngâm đậu trong thời gian 6-8h ở nhiệt độ khoảng 20 – 25 oC. Trong quá trình ngâm đậu phải thường xuyên thay nước nhiều lần để tránh đậu bị chua do quá trình lên men lactic làm cho lượng axit lactic tích tụ nhiều. Ngâm đậu đúng thời gian vì nếu ngâm thời gian ngắn hạt đậu không trương nở tốt, chưa đạt độ mềm sẽ gây khó khăn trong quá trình xay nghiền làm giảm hiệu suất quá trình xay nghiền. Còn nếu thời gian ngâm quá dài tổn thất các chất dinh dưỡng trong hạt đậu, hạt dễ bị thối nhũn và bị chua. Đãi vỏ: Quá trình này nhằm loại bỏ vỏ bám trên bề mặt hạt. Thu được triệt để hàm lượng protein trong quá trình nghiền vì loại được sự ngăn cản của lớp vỏ. Làm giảm bớt hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose), 40
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH tăng khả năng tiêu hóa và loại bỏ mùi đậu, vị đắng và các chất gây ảnh hưởng xấu đến màu của sản phẩm có trong vỏ. Cho đậu nành sau khi ngâm vào chậu nước sạch, vừa rửa vừa dùng tay tách bỏ lớp vỏ đậu nành. Lớp vỏ đậu nành sau khi tách sẽ nổi trên mặt nước ta dùng tay hay rổ hớt lớp vỏ ra ngoài. Trong quá trình này sẽ làm giảm khối lượng do tách lớp vỏ nhưng làm cho hạt sáng hơn làm tang chất lượng sản phẩm sau này. Xay ướt: Phá vỡ cấu trúc tế bào của hạt đậu nành để trích ly các chất protein, gluxit, lipit vào trong nước tạo thành một dung dịch huyền phù đồng thời vô hoạt enzyme lipoxydase và giảm mùi đậu nành. Đậu sau khi đãi sạch vỏ và rửa để ráo cho từng mẻ đậu vào máy xay sinh tố để nghiền. Lượng nước thêm vào có tỷ lệ là đậu: nước = 1:6 đây là tỉ lệ thích hợp để tăng hiệu suất trích ly các chất vào dịch sữa. Nếu lượng nước ít sẽ xảy ra hiện tượng hòa tan các chất kém và sẽ gây hiện tượng phát sinh nhiệt do ma sát giữa cối và các thành phần hạt và như vậy nếu nhiệt độ không được truyền đi nhanh sẽ tích tụ gây biến tính protein, làm giảm hiệu suất thu hồi. Nếu nước quá nhiều nghiền không kỹ, độ mịn kém, gây tổn thất protein vì hòa tan không hết protein. Tuy nhiên trong đậu nành có chứa chất saparin là một loại glucoside thực vật , tan trong nước và tạo bọt nên khi say nghiền dịch thu được có rất nhiều bọt, gây khó khăn cho công đoạn lọc sau này. Lọc: Loại bỏ thành phần bã đậu, thu lấy dịch huyền phù sữa là hỗn hợp có thành phần chính là chất béo và protein. Giúp cho quá trình truyền nhiệt tốt hơn trong các giai đoạn sau. Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm. Đổ dịch huyền phù sau khi nghiền vào túi vải lọc sạch, thu dịch lọc vào trong một cái ca. Bã được rửa nhiều lần để thu hết các chất dinh dưỡng sao cho lượng nước không quá 2 lít. 41
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Lọc là quá trình quan trọng quyết định hiệu suất thu hồi sản phẩm, dịch sữa thu được phải đảm bảo tiêu chuẩn hàm lượng các chất khô, đặc biệt là hàm lượng protein và lipit. Sau khi lọc xong dịch sữa có màu đặc trưng của sữa đậu nành, tinh thể đồng nhất, không có cặn hay lợn cợn. Đối với quá trình lọc, tách bã ra khỏi dịch sữa đậu, ta cần phải lưu ý không nên vắt quá mạnh tay vì nếu làm như vậy thì lượng dịch sữa đậu thu được có tăng lên nhưng đồng thời cũng sẽ làm tăng hàm lượng các thành phần cặn trong dịch sữa, gây giảm giá trị cảm quan của sản phẩm. Gia nhiệt: Tiêu diệt vi sinh vật có hại; diệt một số enzym; phân hủy các chất có hại có trong đậu như chất ức chế trypsine, hemaglutinine; khử mùi tanh và cải thiện mùi vị trong sữa của đậu nành; tăng giá trị dinh dưỡng của sữa và giá trị cảm quan được nâng cao, đồng thời còn có tác dụng bảo quản sản phẩm được lâu dài. Cho dung dịch sữa vào nồi. Nấu bằng bếp điện hoặc bếp gas. Gia nhiệt đến khi dung dịch sữa đạt đến nhiệt độ 85 – 90 oC giữ nhiệt trong khoảng thời gian 20 phút đồng thời kết hợp khuấy đảo theo theo chiều kim đồng hồ mỗi 25-30 giây. Canh chừng xem sữa có bị đóng dưới đáy nồi không. Nhiệt độ nấu phải thích hợp không được cao quá hoặc thấp quá.Vì nhiệt độ cao quá làm giảm hàm lượng dinh dưỡng, ảnh hưởng đến chỉ tiêu cảm quan của sữa đậu nành như: mùi vị, màu sắc, trạng thái và các chỉ tiêu lý hóa như: độ nhớt, độ hòa tan cũng bị thay đổi. Ngược lại nhiệt độ quá thấp các chất gây độc chưa bị phân hủy hết, các enzym và vi sinh vật có hại vẫn chưa tiêu diệt làm cho sản phẩm sữa dễ bị hư hỏng, giảm chất lượng trong những công đoạn sau. Rót dịch: Bảo quản sản phẩm, tránh sự xâm nhập của các chất bẩn và vi sinh vật từ bên ngoài vào trong sản phẩm. Hoàn thiện tính thẩm mỹ cho sản phẩm, thuận lợi cho quá trình tiệt trùng và vận chuyển. 42
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Lấy chai và nắp đã được thanh trùng và sấy trong tủ sấy trước khi bắt đầu chế biến sữa đậu nành. Dịch sữa được chiết rót nóng ở nhiệt độ 80 – 85 oC vào chai thủy tinh nhằm để bài khí còn trong chai, hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật và giảm độ nhớt trong quá trình chiết rót. Rót nhẹ nhàng để tránh tạo bọt khí. Nếu có bọt khí, phải để cho hết bọt khí rồi mới đóng nắp. Vì nếu có bọt khí thì sẽ tạo môi trường cho vi sinh vật hiếu khí phát triển, gây nguy hiểm cho quá trình tiệt trùng, làm nổ chai. Sau đó tiến hành đóng nắp. Tiệt trùng: Tiêu diệt hoặc ức chế đến mức tối đa sự hoạt động của vi sinh vật và bào tử của chúng có trong sữa đậu nành, giữ gìn và bảo quản tốt những tính chất của sản phẩm, để sản phẩm không bị hỏng và biến chất trong thời gian bảo quản. Loại bỏ những hợp chất gây mùi khó chịu còn sót trong sữa. Nhờ vậy thời gian bảo quản sản phẩm được kéo dài, chất lượng của sản phẩm ổn định. Quá trình tiệt trùng được tiến hành trong thiết bị tiệt trùng không lắc đảo. Nhiệt độ tiệt trùng ở 121 oC trong thời gian 20 phút. Nếu nhiệt độ quá cao kèm theo thời gian tiệt trùng dài sẽ ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị sản phẩm do hiện tượng caramen trong dịch sữa, làm cho sữa có màu vàng sẫm, độ nhớt sản phẩm thay đổi gây tổn thất các thành phần dinh dưỡng trong sữa đậu nành. Nếu nhiệt độ thấp hơn yêu cầu thì vi sinh vật không bị tiêu diệt hoàn toàn xảy ra những biến đổi trong sữa như: đông tụ protein, sự lên men tự nhiên của vi khuẩn lactic làm sản phẩm có vị chua, mùi khó chịu, trạng thái sản phẩm thay đổi. 2.3.3 Sơ đồ quy trình khảo sát lên men whey và sữa đậu nành 43
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Nguyên liệu Phối trộn Đường saccharose Lọc Thanh trùng (t0 = 85-900C TG = 20 phút) Làm nguội Giống VSV Nhân giống cấp 1 Lên men Rót chai Thanh trùng (t0 = 85-900C TG = 20 phút) Sản phẩm Hình 2.4 Sơ đồ quy trình khảo sát lên men whey và sữa đậu nành 44
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 2.2.5 Thuyết minh quy trình khảo sát lên men whey và sữa đậu nành Phối trộn: nhằm làm đồng nhất hỗn hợp và chuẩn bị cho quá trình lọc. Whey và sữa đậu nành được phối theo tỷ lệ đã được định sẵn. Bổ sung thêm 10% đường saccharose theo tổng khối lượng bán thành phẩm. Đây là chất dinh dưỡng giúp cho quá trình lên men lactic của VSV. Lọc: Giúp loại bỏ các tạp chất, cặn bẩn, trong quá trình thu nguyên liệu. Sử dụng vải lọc có kích thước 5 mm. Lọc bỏ cặn bẩn, bã đậu phụ còn sót lại trong quá trình sản xuất đậu phụ. Thanh trùng: Thanh trùng môi trường sữa và whey để chuẩn bị cho quá trình cấy giống và lên men. Loại bỏ, tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh cho người có trong whey nguyên liệu bằng cách biến tính protein, phá huỷ cấu trúc tế bào vi sinh vật, làm cho sản phẩm an toàn đối với người tiêu dùng. Vô hoạt các enzym, tiêu diệt các vi khuẩn gây thối nhằm mục đích kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm. Hỗn hợp sau khi lọc sẽ được chứa trong hủ thủy tinh có dung tích 500 ml. Bán thành phẳm được đun cách thủy, được gia nhiệt đến nhiệt độ 85-90 oC, giữ nhiệt trong 20 phút. Làm nguội: Đây là giai đoạn chuẩn bị cuối cùng để đưa sữa vào giai đoạn lên men, tạo điều kiện môi trường (nhiệt độ) tối thích cho quá trình phát triển của giống vi sinh vật. Sau khi thanh trùng nhiệt độ bán thành phẩm vào khoảng 85 oC. Cần làm nguội bán thành phẩm xuống nhiệt độ 38 oC, đây là nhiệt độ tối thích cho chủng vi sinh phát triển và thực hiện quá trình lên men. Nhân giống cấp 1: Giúp cho VSV thích nghi với môi trường sữa đậu nành. Giúp tăng sinh khối thuận lợi cho việc len men. 45
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Chọn môi trường thích hơp đã pha với sữa đậu nành theo tỷ lệ đã chọn. Cho quá trình tăng sinh diễn ra cực đại, lấy đó làm giống cho quá trình lên men. Lên men: Đây là quá trình tạo cấu trúc và hương vị cho sản phẩm sữa lên men. Nhằm chuyển đường đa thành đường đơn; tạo thành axit lactic, làm giảm pH của dịch sữa; chuyển hoá một phần casein thành pepton, axit amin; sản sinh ra những chất tạo hương, là sản phẩm phụ của quá trình lên men, nhưng góp phần đáng kể tạo nên chất lượng cho sản phẩm sau cùng. Khảo sát, theo dõi quá trình lên men của sản phẩm. Chọn được hàm lượng chất khô hòa tan tổng số, pH thích hợp để dừng quá trình lên men. Chọn được nhiệt độ cho quá trình lên men. Theo dõi, đo đạc các chỉ tiêu cần thiết. Đồng hóa: Đồng hóa sẽ làm tăng độ bền của sản phẩm. Nhờ đó, thời gian bảo quản sản phẩm sẽ gia tăng. Giúp ổn định hệ nhũ tương, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực nên còn được gọi là quá trình nhũ hóa. Sử dụng máy xay sinh tố để đồng hóa sản phẩm. Rót chai: Giúp bảo quản sản phẩm, tránh các tác động xấu ảnh hưởng đến sản phẩm. Nên sử dụng các loại chai thủy tinh Rót dịch vào chai chuẩn bị cho quá trình thanh trùng. Thanh trùng: Ức chế và tiêu diệt vi sinh vật có hại, vô hoạt enzym, giúp kéo dài thời gian bảo quản. Vì sản phẩm có pH < 4,5 nên nhiệt độ thanh trùng sản phẩm ≤ 100 oC. Sản phẩm được thanh trùng ở 85-90 oC trong thời gian 15 phút. 46
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Sau khi thanh trùng, làm nguội sản phẩm trong bể điều nhiệt đưa nhiệt độ sản phẩm về 35 – 40 oC thì lấy ra,để ráo và tiến hành bảo quản lạnh. Sau đó, có thể sử dụng. 2.4 Bố trí thí nghiệm 2.4.1 Thí nghiệm 1: Xác định các chỉ tiêu lý hóa, cảm quan của whey đậu nành và sữa đậu nành Mục đích: Xác định các chỉ tiêu lý hóa, cảm quan của nguyên liệu. Thực hiện: Lấy 10 ml của whey và sữa đậu nành đem đo các chỉ tiêu Whey và sữa đậu nành Chỉ tiêu phân tích Cảm quan Hóa học - Trạng thái - Xác định hàm lượng chất - Mùi khô hòa tan tổng số (oBrix). - Vị - Xác định pH. - Màu sắc - Xác định hàm lượng đường khử (g/100ml). - Xác định hàm lượng axit tổng (%). - Protein (g/100ml) Hình 2.5 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 1 Mỗi công thức được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình dùng để báo cáo và thảo luận. 47
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 2.4.2 Thí nghiệm 2: Nhân giống cấp 1, chọn môi trường thích hợp cho sự phát triển vi sinh vật Mục đích: Chọn được môi trường thích hợp cho VSV, tăng sinh khối đến cực đại, giúp VSV thích nghi với môi trường đậu nành trong quá trình lên men Thực hiện: Nguyên liệu được cân với các tỷ lệ thích hợp và được phối với các tỷ lệ khác nhau của sữa đậu nành và môi trường MRS. Sau đó cấy giống (Lactobacillus casei) đã mua vào. Khảo sát tăng sinh định lượng VSV bằng phương pháp đếm khuẩn lạc. Chủng Lactobacillus casei được tăng sinh trong môi trường sữa đậu nành và MRS ở 37℃ trong vòng 24 giờ. Sau 24 giờ, ta tiến hành cấy trang ở cùng thời điểm. Pha loãng mẫu: Chuẩn bị 9 ống nghiệm, mỗi ống chứa 9ml nước muối sinh lý đã được hấp khử trùng ở 121℃ trong 30 phút. Đánh số thứ tự từ 1 đến 10 tương ứng với 10 mật độ pha loãng từ 10−1đế푛 10−10. Hút 1ml dịch tăng sinh vào ống thứ nhất, lắc đều. Sau đó, hút 1ml từ ống thứ nhất sang ống thứ 2, tương tự thao tác cho đến hết 9 ống. Cấy trang: Hút 0.1ml dịch pha loãng ở ống 10−10 vào đĩa petri chứa môi trường MRS agar. Chọn nồng độ từ 10−10 để cấy trang, mỗi nồng độ lặp lại trên 3 đĩa. Sau khi trang khô, ủ ở nhiệt độ 37℃ trong 24 – 48 giờ cho khuẩn lạc có thể phát triển thuận lợi để đếm. Sau khi đếm khuẩn lạc, ta định lượng vi sinh vật bằng công thức ΣC = (푛1 + 0.1푛2) Trong đó: 48
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH N – số khuẩn lạc có trong 1ml mẫu huyền phù ban đầu. C – số khuẩn lạc đếm được trên các đãi petri đã chọn (chọn các đĩa có số khuẩn lạc dao động từ 25 – 250 khuẩn lạc). 푛1, 푛2 – số đĩa petri ở 2 nồng độ pha loãng liên tiếp đã chọn. d – hệ số pha loãng mẫu. Cho vi khuẩn lactic phát triển, sinh khối đạt cực đại. Theo dõi quá trình tăng sinh để xác định thời gian phát triển cực đại, chọn môi trường cho lượng sinh khối lớn nhất đem làm giống cho quá trình lên men. Giống Lactobacillus casei Nhân giống cấp 1 10% sữa 20% sữa 30% sữa 40% sữa đậu nành đậu nành đậu nành đậu nành và 90% và 80% và 70% và 60% MRS MRS MRS MRS Cấy trang Quan sát khuẩn lạc Hình 2.6 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 2 2.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn whey và sữa đậu nành đến chất lượng sản phẩm 49
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Mục đích: Chọn được sản phẩm có tỷ lệ cảm quan và lý hóa được cho là tốt nhất. Thực hiện: Sữa đậu nành và whey sữa đậu nành được cân với các tỷ lệ thích hợp. Sau đó được đem đi phối chế và đo các chỉ tiêu lý hóa của hỗn hợp được phối chế. Lên men các bán thành phẩm đã được phối chế. Bổ sung 10% đường saccharose trong khâu phối trộn nhằm tạo chất dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển. Tiến hành cấy giống đã chuẩn bị trong thí nghiệm 2. Cấy giống trong tủ cấy đã được khử trùng. Cấy giống với tỷ lệ 5% so với tổng khối lượng bán thành phẩm đã chuẩn bị. Theo dõi quá trình lên men, chọn nhiệt độ môi trường 280C làm nhiệt độ lên men. Khảo sát hàm lượng chất khô hòa tan tổng số, pH cách 2h một lần, khi pH đạt khoảng 4 – 4,3 có thể dừng quá trình lên men. Theo dõi sự biến đổi của axit tổng và đường khử của sản phẩm trước và sau khi lên men. Sau khi ra được sản phẩm tiến hành cảm quan chọn được sản phẩm được cho là tốt nhất để tiến hành thí nghiệm 4. 50
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Nguyên liệu 10 % đường Saccharose Phối trộn 25% whey và 50% whey và 75% whey và 100% whey 75% sữa đậu 50% sữa đậu 25% sữa đậu nành nành nành Lên men bán thành phẩm (28 oC) Xác định các chỉ tiêu lý hóa: hàm lượng chất khô hòa tan tổng số (oBrix); pH cách 2h một lần Sản phẩm (pH 4 – 4,3) Hình 2.7 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 3 2.4.4 Thí nghiệm 4: Đánh giá chất lượng sản phẩm Mục đích: Đánh giá được các chỉ tiêu của sản phẩm. Thực hiện: Trong thí nghiệm này ta đánh giá các chỉ tiêu của sản phẩm theo các phương pháp phù hợp. 51
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Sản phẩm Phân tích chỉ tiêu Cảm quan Lý hóa Vi sinh - Trạng thái - Xác định hàm lượng chất - E.coli - Mùi khô hòa tan tổng số (oBrix). - Coliform - Vị - Xác định pH. - Tổng VSV hiếu - Màu sắc - Xác định hàm lượng đường khí khử (g/100ml). - Xác định hàm lượng axit tổng (%). - Protein (g/100ml) Hình 2.8 Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm 4 Mỗi công thức được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình dùng để báo cáo và thảo luận. 2.5 Các phương pháp phân tích 2.5.1 Xác định pH trong nguyên liệu và sản phẩm Xác định pH dùng máy đo pH cầm tay để xác định. Số lần đo được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình dùng để báo cáo và thảo luận. Kết quả được đọc trực tiếp trên máy đo pH. (phụ lục 4 ) 2.5.2 Xác định hàm lượng chất khô hòa tan tổng số (TSS, oBrix), ISO 2017 : 2003 52
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Xác định hàm lượng chất khô hòa tan tổng số bằng khúc xạ kế. Số lần đo được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình dùng để báo cáo và thảo luận. Kết quả được đọc trực tiếp trên khúc xạ kế. (phụ lục 3) 2.5.3 Xác định hàm lượng axit tổng số, ISO 750 : 1998 Xác định hàm lượng axit tổng số bằng phương pháp chuẩn độ trực tiếp axit tổng có trong mẫu bằng dung dịch natri hydroxit (NaOH) với chỉ thị phenolphthalein. (phụ lục 1). Số lần đo được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình dùng để báo cáo và thảo luận. 2.5.4 Xác định hàm lượng đường khử Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp axit dinitrosalicylic (DNS). (phụ lục 2). Số lần đo được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình dùng để báo cáo và thảo luận. 2.5.5 Xác định hàm lượng protein Xác định hàm lượng protein thông qua việc xác định Nitơ tổng bằng phương pháp Kjeldahl. Số lần đo được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình dùng để báo cáo và thảo luận. 2.5.6 Xác định tổng số vi sinh vật hiếu khí (TPC), ISO 4833-1:2013 Xác định tổng số vi sinh vật hiếu khí theo ISO 4833-1:2013 do Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm Tp. Hồ Chí Minh CASE thực hiện. 2.5.7 Xác định Coliforms tổng số, ISO 4832:2006 Xác định Coliforms tổng số theo ISO 4832:2006 do Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm Tp. Hồ Chí Minh CASE thực hiện. 2.5.8 Xác định Escherichia Coli, ISO 16649-3:2015 Xác định Escherichia Coli theo ISO 16649-3:2015 do Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm Tp. Hồ Chí Minh CASE thực hiện. 53
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 2.6 Đánh giá cảm quan Được thực hiện bằng phương pháp đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm của Amerine và cộng sự, 1965. 2.7 Xử lý số liệu và thống kê kết quả Số liệu nghiên cứu được xử lý bằng phần mềm Excel và Statgraphics. 54
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Đồ án nghiên cứu sản xuất nước uống từ sữa whey đậu nành từ việc kết hợp giữa sữa đậu nành và whey nhằm mục đích tạo ra một thức uống lên men tốt cho sức khỏe, tái sử dụng được nguồn phụ phẩm whey đậu nành trong quy trình chế biến đậu phụ, khảo sát các tính chất lý hóa của nguyên liệu và sản phẩm, quá trình tăng sinh khối của VSV để chọn môi trường nhân giống cấp 1. Tính chất lý hóa bao gồm các hàm lượng chất khô hòa tan tổng số, pH, hàm lượng axit tổng, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein. Công thức sản phẩm được nghiên cứu theo các tỷ lệ phối trộn nguyên liệu khác nhau và kết quả được trinh bày tại phần kết quả. 3.1 Khảo sát tính chất lý hóa, cảm quan của nguyên liệu 3.1.1 Chỉ tiêu lý hóa Thành phần của nguyên liệu là một trong những thành phần quyết định đến chất lượng sản phẩm nước lên men. Vì vậy, trước khi tiến hành nghiên cứu chế biến nước lên men thì việc phân tích thành phần nguyên liệu là cần thiết để xác định các yếu tố có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và kiểm soát, đảm bảo ổn định của sản phẩm thành phẩm. Kết quả phân tích lý hóa của nguyên liệu sữa đậu nành và whey được trình bày ở bảng 3.1 Kết quả cho thấy trong thành phần nguyên liệu sữa đậu nành có hàm lượng protein là 3,6 g/l, hàm lượng đường khử là 0,813 g/l, axit tổng là 0,1197 %, pH là 6,5, chất khô hòa tan tổng số là 4,0 0Brix. Kết quả phân tích cho thấy whey đậu nành có hàm lượng protein là 0,98 g/l, đường khử là 0,721 g/l, axit tổng là 0,1503 %, pH là 5,7, chất khô hòa tan tổng số là 1,0 0Brix. 55
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH So sánh với bảng thành phần dinh dưỡng của viện dinh dưõng (2007) đối với sữa đậu nành nghiên cứu có hàm lượng protein cao hơn, còn hàm lượng whey trong nghiên cứu thì thấp hơn so với kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thị Cẩm Vi (2010). Lượng đường khử trong đậu nành và whey được xác định là 2,0 g/100ml và 1,373 g/100ml (Nguyễn Thị Cẩm Vi, 2010) cao hơn so với hàm lượng đường khử nguyên liệu nghiên cứu. Sự khác nhau này có thể là do nguồn nguyên liệu được sử dụng trong chế biến và giống khác nhau. Bảng 3.1 Thành phần lý hóa của sữa đậu nành và whey Thành phần Sữa đậu nành Whey pH 6,5 5,7 Chất khô hòa tan (0Brix) 4,0 1,0 Axit tổng (%) 0,15 0,12 Đường khử (g/100ml) 0,81 0,72 Protein (g/100ml) 3,6 0,98 3.1.2 Chỉ tiêu cảm quan Kết quả nghiên cứu đánh giá cảm quan nguyên liệu sữa đậu nành được trình bày ở bảng 3.2 56
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Bảng 3.2 Chỉ tiêu cảm quan của sữa đậu nành Chỉ tiêu Yêu cầu Chỉ tiêu (TCVN 7041-2009) Màu sắc Trắng ngà, đục Trắng ngà, đục Mùi Thơm tự nhiên của sữa đậu nành, Thơm đậu nành, không mùi la không có mùi lên men, mùi chua, mùi lạ Vị Đối với sữa nguyên chất: vị lạc, Vị lạc, không có vị chua, không không chua, không đắng hay vị lạ có vị lạ Trạng thái Dung dịch đồng nhất, không tách Đồng nhất, không phân lớp lớp, không có cặn hay tạp chất lạ Kết quả nghiên cứu đánh giá cảm quan nguyên liệu whey sữa đậu nành được trình bày ở bảng 3.3 Bảng 3.3 Chỉ tiêu cảm quan của whey sữa đậu nành Chỉ tiêu Yêu cầu Màu trắng Màu trắng trong Mùi Mùi thơm tự nhiên của sữa, không có mùi chua, mùi hăng của đậu và mùi lạ. Vị Vị thanh, lạc của sữa, không có vị chua, vị lạ Trạng thái Dung dịch trong, không chứa cặn và tạp chất lạ 3.2 Khảo sát môi trường nhân giống và theo dõi quá trình tăng sinh của vi khuẩn lactic 3.2.1 Quá trình nhân giống 57
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Giống vi sinh vật được mua và tiến nhân giống để đảm bảo đủ số lượng trong suốt quá trình nghiên cứu. Môi trường nhân giống là môi trường MRS thạch nghiêng. Thạch MRS sau khi pha xong sẽ cho vào ống nghiệm và được đem đi hấp tiệt trùng. Hấp xong để đặt nghiêng và đợi cho thạch động lại. Sau đó, tiến hành nhân giống trong tủ cấy tiệt trùng. Nhân thành 7 ống giống để sử dụng trong suốt quá trình nghiêng cứu. Theo dõi sự tăng sinh của vi sinh vật đạt đến yêu cầu sẽ đem bảo quản lạnh ở t = 4 0C. Có thể bảo quản và sử giống trong 1 tháng. 3.2.2 Nhân giống cấp 1 Quá trình nhân giống cấp 1 được thực hiện gồm 4 công thức lần có tỉ lệ sữa đậu nành : MRS lần lượt là: 10, 20, 30 và 40 % sữa đậu nành kết hợp tỉ lệ tương ứng 90, 80, 70 và 60 % MRS. Trong quá trình nhân giống cấp 1, sau mỗi 2 giờ, 1ml dịch lên men của mỗi công thức được hút ra, pha loãng và cấy trên môi trường thạch – MRS để quan sát quá trình tăng sinh khối của vi khuẩn lactic. Kết quả quan sát quá trình tăng sinh khối của vi khuẩn lactic trong bảy ngày cho thấy sau 2 ngày đầu hiện tượng lên men lactic diễn ra mạnh nhất, tương ứng số lạc khuẩn mọc trên các đĩa thạch là nhiều nhất đối với cả 4 công thức. Sau đó quá trình lên men giảm dần. Qua khảo sát cũng cũng cho thấy quá trình tăng sinh khối của giống vi khuẩn lactic ở môi trường 20 % sữa đậu nành và 80 % MRS cho kết quả sinh khối tốt nhất. Do vậy quá trình nhân nhân giống cấp 1 vi khuẩn lactic chuẩn bị cho quá trình lên men chính được cho lên men trong 2 ngày và dịch lên men cấp 1 thu được của môi trường 20 % sữa đậu nành và 80 % MRS dùng để lên men cho các nghiên cứu tiếp theo. 58
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 10 % SĐN 20 % SĐN 30 % SĐN 40 % SĐN Hình 3.1 Vi khuẩn lactic được cấy trên thạch MRS 3.3 Khảo sát tỷ lệ phối trộn whey và sữa đậu nành Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu đến chất lượng sản phẩm thông qua việc phối trộn nguyên liệu qua các tỷ lệ khác nhau. Gồm 4 tỷ lệ: 25 % sữa đậu nành và 75 % whey, 50 % sữa đậu nành và 50 % whey, 75 % sữa đậu nành và 25 % whey, 100 % whey. Các công thức phối chế được đưa đi lên men và trong quá tình lên men sự biến đổi của hàm lượng chất khô hòa tan tổng số, pH được thực hiện sau mỗi 2 giờ. Hàm lượng axit tổng và đường khử được xác định khi kết thúc quá trình lên men và pH sản phẩm đạt 4,0 – 4,2. 3.3.1 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số Hàm lượng chất khô hóa tan được theo dõi trong quá trình lên men được trình bày ở đồ thị 3.3. Kết quả nghiên cứu cho thấy. Sau 20 giờ lên men, hàm lượng chất khô hòa tan tổng số ban đầu của công thức 2 5% whey 75 % sữa đậu nành là cao nhất với kết quả ban đầu là 12 0Brix và kết thúc quá trình lên men là 10,9 0Brix. Công thức 50 % whey và 50 % sữa đậu nành có hàm lượng chất khô hòa tan tổng số là 11 0Brix giảm xuống còn 9,9 0Brix. Công thức 75 % whey và 25 % sữa đậu nành có hàm lượng chất khô hòa tan tổng số là 10,5 0Brix xuống còn 9,0 0Brix. Công thức 100 % whey có hàm 59
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH lượng chất khô hòa tan tổng số thấp nhất là 10 0Brix và kết thúc lên men là 9,0 0Brix. Trung bình chất khô hòa tan tổng số của các tỷ lệ là 10,8 0Brix và kết thúc quá trình là 9,7 0Brix. Đồ thị cho thấy hàm lượng chất khô hòa tan trong dung dịch giảm dần theo thời gian lên men. Điều đó cho thấy vi sinh vật đã sử dụng hàm lượng chất khô hòa tan (chủ yếu là đường saccharose ) trong suốt quá trình lên men để chuyển hóa axit lactic. Từ đồ thị cho thấy trong quá trình lên men mối quan hệ giữa hàm lượng chất khô hoà tan và thời gian là mối quan hệ tuyến tính. Phương trình hồi tuyến tính thể hiện mối tương quan này được xác định như sau: 25 % whey và 75 % sữa đậu nành: y = -0,0555x + 11,9 ; R = 0,9876 50 % whey và 50 % sữa đậu nành: y = -0,0555x + 10,9 ; R = 0,9876 75 % whey và 25 % sữa đậu nành: y = -0,0718x + 10,327 ; R = 0,9787 100 % whey: y = -0,05 + 9,9182 ; R = 0,9926 Phương tình hồi quy tuyến tính có thể dùng để tiên đoán sự thay đổi hàm lượng chất khô hòa tan theo thời gian. Trong kết quả nghiên cứu này hàm lượng chất khô hòa tan tổng số của whey và sữa đậu nành thấp hơn hàm lượng chất khô hòa tan tổng số của Nguyễn Thị Cẩm Vi (2010), và Hồ Thị Lệ (2009). 60
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 14 12 Brix) 0 10 8 6 4 Chất khô hòa tan tổng số ( sốtổngtankhôhòaChất 2 0 0 5 10 15 20 25 Thời gian (giờ) 100 Whey 75% whey và 25% SĐN 50% Whey và 50% SĐN 25% Whey và 75% SĐN Linear (100 Whey) Linear (75% whey và 25% SĐN) Linear (50% Whey và 50% SĐN) Linear (25% Whey và 75% SĐN) Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số 3.3.2 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến pH Chỉ số pH được theo dõi trong suốt quá trình lên men được trình bày ở đồ thị 3.4. Thời gian cho quá trình là 20 giờ khi pH đạt 4,0-4,2 thì dừng lại, cách 2 giờ đo pH sản phẩm. Kết quả nghiên cứu cho thấy. Sau 20 giờ lên men, pH ban đầu của công thức 25% whey và 75% sữa đậu nành có pH cao nhất là 6,5 và kết thúc quá trình lên men là 4,3. Công thức 50% whey và 50% sữa đậu nành có pH là 6,3 giảm xuống còn 4,3 . Công thức 75% whey và 25% sữa đậu nành có pH là 6,1 xuống còn 4,2. Công thức 100% whey có pH thấp nhất là 5,6 và kết thúc lên men là 4,2. Trung bình thì pH của sản phẩm 6.2 giàm xuống 4.2 thì dừng quá trình lên men. 61
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Đồ thị cho thấy pH sẽ giảm dần theo thời gian lên men. Điều đó cho thấy quá trình chuyển hóa đường thành axit lactic của vi khuẩn lactic trong suốt quá trình lên men, hàm lượng axit tăng làm pH trong dung dịch giảm. Khi pH đạt tới ngưỡng 4,0 – 4,2 dừng quá trình lên men. Từ đồ thị cho thấy trong quá trình lên men mối quan hệ giữa pH và thời gian là mối quan hệ tuyến tính. Phương trình hồi tuyến tính thể hiện mối tương quan này được xác định như sau: 25% whey và 75% sữa đậu nành: y = -0,1005x + 6,2682 ; R = 0,9905 50% whey và 50% sữa đậu nành: y = -0,0914x + 6,05 ; R = 0,9823 25% whey và 75% sữa đậu nành: y = -0,0877x + 5,9227 ; R = 0,9882 100% whey: y = -0,0682x + 5,5364 ; R = 0,9947 Phương tình hồi quy tuyến tính có thể dùng để tiên đoán sự biến đổi của pH theo thời gian. Ngưỡng pH từ 4 – 4,4 được lấy làm mốc để dừng quá trình lên men. Đây là ngưỡng khảo sát từ các tải liệu, nghiên cứu của các sản phẩm lên men tương tự. 4 – 4,5 là ngưỡng pH của sản phẩm sữa chua lên men tự nhiên. Để sản xuất nước giải khát có nguồn gốc probiotic có tiềm năng và quan sát thấy rằng sau 14 giờ lên men, pH dao động từ 4,40 đến 4,6. Angelov et al. (2005) báo cáo rằng độ pH của một đồ uống lên men phải từ 4 đến 4,5; Kết quả nghiên cứu của Hồ Thị Lệ (2009) cho pH bằng 4.2 đối với sữa chua đậu nành tảo spirulina. 62
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 7 6 5 4 pH 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 Thời gian (giờ) 100 Whey 75% whey và 25% SĐN 50% Whey và 50% SĐN 25% Whey và 75% SĐN Linear (100 Whey) Linear (75% whey và 25% SĐN) Linear (50% Whey và 50% SĐN) Linear (25% Whey và 75% SĐN) Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của quá trình lên men pH 3.3.3 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hàm lượng acid tổng số Từ kết quả nghiên cứu, khảo sát hàm lượng axit tổng trong suốt quá trình lên men được hiển thị trên đồ thị 3.2, hàm lượng axit tổng tăng từ 0,12% lên 0,66% đối với tỷ lệ 25% whey và 75% sữa đậu nành, tăng từ 1,5% lên 6,5% đối với tỷ lệ 50% whey và 50% sữa đậu nành, tăng từ 0,11% lên 0,57% đối với tỷ lệ 75% whey và 25% sữa đậu nành, tăng từ 0,09% lên 0,56% đối với tỷ lệ 100% whey. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng axit trong công thức 25% whey và 75% sữa đậu nành cao nhất và 100% thấp nhất. Hàm lượng axit tăng là do trong quá trình lên men lượng vi khuẩn lactic đã sử dụng đường trong nguyên liệu làm chất dinh dưỡng rồi chuyển hóa thành axit lactic. Hàm lượng axit thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, điều kiện lên men như thời gian, nhiệt độ, giống vi khuẩn lactic. Do thành 63
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH phần của sữa đậu nành có hàm lượng axit cao hơn nên theo tỷ lệ phối chế khác nhau thì hàm lượng axit có sự chênh lệch. 0.8 0.7 0.66 0.65 0.6 0.57 0.56 0.5 0.4 Trước lên men 0.3 Sau lên men 0.2 0.15 Hàm lượng Hàmlượng acid tổng (%) 0.12 0.11 0.09 0.1 0 25 : 75 50 : 50 75 : 25 100 whey : sữa đậu nành Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hàm lượng axit tổng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn đến giá trị cảm quan của sản phẩm Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn Whey và sữa đậu nành đến giá trị cảm quan của sản phẩm được thực hiện ở bốn công thức ứng với các tỷ lệ phối trộn khác nhau. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.4, theo kết quả nghiên cứu cảm quan thì mẫu sản phẩm 75% whey và 25% sữa đậu nành được yêu thích nhất. Đặc trưng về màu, mùi, vị, trạng thái tương đối ổn định, gần giống với sữa chua uống đang được tiêu thụ trên thị trường. Điểm cảm quan của mẫu 75 % whey và 25 % sữa đậu nành đạt giá trị cao nhất, về màu đạt 8,3 ± 0,57, về mùi đạt 8,4 ± 0,96, về vị đạt 9,0 ± 0,61, cấu trúc đạt 8,1 ± 0,4. Còn đối với mẫu 100 % whey về màu đạt 6,4 ± 1,19, về mùi đạt 5,2 ± 2,02, về vị đạt 4,8 ± 1,82, về cấu trúc đạt 5,2 ± 0,76. 64
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Mẫu 75 % whey và 25 % sữa đậu nành được đánh giá ngon nhất vì mẫu này giữ lại được mùi đậu nành và có vị chua gần giống vị sữa chua nhất, dễ uống, dễ dàng đồng hóa sau khi tác động cơ học (lắc trước khi uống). Mẫu 100 % whey được ít ưa thích nhất vì không còn giữ lại được mùi đậu nành. Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối chế whey và sữa đậu nành đến giá trị cảm quan của sản phẩm Công thức (whey:Sữa Màu sắc Mùi Vị Cấu trúc đậu nành) 25:75 8,3b ± 0,57 7,1ab ± 1,24 5,4a ± 1,56 6,7ab ± 1,04 50:50 8,6b ± 0,82 6,7ab ± 1,92 7,7b ± 0,97 6,8ab ± 2,20 75:25 8,7b ± 1,04 8,4b ± 0,96 9,0b ± 0,61 8,1b ± 0,41 100 6,4a ± 1,19 5,2a ± 2,02 4,8a ± 1,82 5,2a ± 0,76 Mean 8,0 6,85 6,73 6,7 P - Value 0,0040 0,0440 0,0004 0,0221 65
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 10 9 8.7 9 8.6 8.4 8.3 8.1 7.7 8 7.1 6.7 6.7 6.8 7 6.4 6 5.2 5.4 5.2 4.8 5 4 Điểm trungbình Điểm 3 2 1 0 Màu sắc Mùi Vị Cấu trúc Chỉ tiêu cảm quan 25% whey và 75% sữa đậu nành 50% whey và 50% sữa đậu nảnh 75% whey và 25% sữa đậu nành 100% whey Đồ thị 3.4 Đồ thị đánh giá chỉ tiêu cảm quan sản phẩm Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn whey và sữa đậu nành đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số, axit tổng, pH và giá trị cảm quan cho thấy sản phẩm được phối trộn với tỷ lệ 75% whey và 25% sữa đậu nành cho giá trị tốt nhất về mặt dinh dưỡng và cảm quan. 3.5 Kết quả đánh giá sơ bộ chỉ tiêu cảm quan, lý hóa và vi sinh của sản phẩm 3.5.1 Chỉ tiêu cảm quan Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm được trình bày ở bảng 3.5. Kết quả cho thấy sản phẩm lên men whey và sữa đậu nành vẫn giữ được màu trắng, đục, đặc trưng màu sữa. Trạng thái lỏng đồng nhất. Giữ được mùi đậu nành, và có thêm mùi thơm đặc trưng của sản phẩm lên men. Vị đặc trưng của sữa chua, kèm theo vị ngọt. 66
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH Bảng 3.5 Chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm Chỉ tiêu Mô tả Màu sắc Màu trắng, đục, đặc trưng màu sữa Mùi Mùi đậu nành, có mùi chua của sản phẩm lên men Trạng thái Lỏng, đồng nhất khi lắc lên Vị Vị đặc trưng của sữa chua, vị chua đặc trưng kèm theo chút ngọt 3.5.2 Chỉ tiêu lý hóa Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu lý hóa của sản phẩm được trình bày ở bảng 3.6. Kết quả cho thấy sản phẩm lên men whey và sữa đậu nành đạt pH 4,2; Chất khô hòa tan tổng số 9,0 0Brix; Hàm lượng axit tổng 0,57%, lượng đường khử 0,44 g/100ml; lượng protein 0,91 g/100ml. Bảng 3.6 Chỉ tiêu lý hóa của sản phẩm Thành phần Sản phẩm pH 4,2 Chất khô hòa tan tổng số(0Brix) 9,0 Axit tổng (%) 0,57 Đường khử (g/100ml) 0,44 Protein (g/100ml) 0,91 67
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 3.5.3 Chỉ tiêu vi sinh Kết quả nghiên cứu chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm được trình bày ở bảng 3.7. Nghiên cứu cho thấy chỉ số E.Coli cho kết quả không phát hiện, Coliform nhỏ hơn 1, lượng vi sinh vật hiếu khí là 2,4x102 đều phù hợp với yêu cầu trong Quyết định 46/2007/QĐ-BYT của Bộ y tế về sản phẩm sữa lên men. Bảng 3.7 Chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm Giống vi sinh vật Chỉ tiêu Yêu cầu (QĐ 46/2007/BYT) E. Coli (CFU/1ml) Không phát hiện Không có ( hoặc < 3MPN) Coliform (CFU/1ml) <01 10 Tổng vi sinh vật hiếu khí 2,4×102 < 105 (CFU/1ml) 68
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 4.1.1 Chỉ tiêu lý hóa của sữa đậu nành Sữa đậu nành được sử dung có màu trắng ngà, hương đậu nành, không bị tách pha, có vị lạc, không chua của sữa đậu nành nguyên chất; sữa có pH bằng 6,5 ; Chất khô hòa tan bằng 4,0 0Brix; lượng protein bằng 3.6 g/100l; đường khử bằng 0,81 g/100l; axit tổng bằng 0,15 %. 4.1.2 Môi trường nhân giống cấp 1 Môi trường nhân giống cấp 1 có tỉ lệ phối trộn 20 % sữa đậu nành và 80 % môi trường MRS cho mật độ vi khuẩn lactic cao nhất trong 2 ngày nhân giống. 4.1.3 Chỉ tiêu lý hóa của whey Whey đậu nành được sử dụng có màu trắng trong, hương đậu nành, không lắng cạn, vị lạc, không có mùi chua; whey có pH 5,7; Chất khô hòa tan 1,0 0Brix; lượng protein 0,98 g/100ml; đường khử 0,721 g/100ml, axit tổng 0,12 %. 4.1.4 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến chất khô hòa tan tổng số Hàm lượng chất khô hoà tan tổng số giảm trung bình từ 10,8 0Brix xuống 9,7 0Brix. Công thức 75 % whey và 25 % sữa đậu nành cho thấy hàm lượng chất khô hòa tan tổng số được vi khuẩn lactic sử dụng nhiều nhất. 4.1.5 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến pH Chỉ số pH của sản phẩm giảm trung bình từ 6,2 xuống 4,2. Kết thúc quá trình lên men tỷ lệ 75 % whey và 25 % sữa đậu nành cho pH từ 6,1 giảm xuống 4,2 phù hợp với yêu cầu nhất. 69
ĐATN: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TỪ WHEY VÀ SỮA ĐẬU NÀNH 4.1.6 Ảnh hưởng của quá trình lên men đến acid tổng Kết thúc quá trình lên men công thức 25 % whey và 75 % sữa đậu nành có hàm lượng axit cao nhất 0,66 % và cũng sinh ra hàm lượng axit nhiều nhất 0,54 %. 4.1.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối chế đến cảm quan sản phẩm Tỉ lệ 25 % whey và 75 % sữa đậu nành được đánh giá cảm quan là dễ uống nhất với màu trắng ngà, đục giống với sữa chua, mùi đậu nành còn đọng lại với mùi chua không quá cao, vị giống với sữa chua nhất, trạng thái dễ đồng nhất. 4.1.6 Quy trình sản xuất nước uống từ whey sữa đậu nành Nghiên cứu này đã xây dựng được quy trình sản xuất thức uống lên men lactic từ whey sữa đậu nành và sữa đậu nành, tạo ra một sản phẩm mới hấp dẫn, rẻ tiền, có lợi cho sức khỏe và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm dù không sử dụng chất bảo quản. Xây dựng quy trình với thành phần nguyên liệu tỷ lệ sữa đậu nành:whey là 25 % và 75 %; 5 % giống vi khuẩn Lactobacillus casei được nhân giống cấp 1 với tỷ lệ môi trường ( 20 % sữa đậu nành và 80 % MRS) cho giá trị tốt nhất về thành phần hóa học và giá trị cảm quan. Sản phẩm có pH 4,2; hàm lượng chất khô hòa tan 9,0 0Brix; axit tổng 0,57 %; đường khử 0,44 g/100ml; protein 0,91 g/100ml. Giá trị cảm quan cho màu trắng, đục, vẫn còn giữ được mùi của sữa và mùi chua của sản phẩm lên men, vị chua đặc trưng, có chút ngọt, trạng thái bị tách pha và đồng hóa nhanh khi lắc lên. Sơ đồ sản xuất: 70