Khảo sát ảnh hưởng của Protein đậu ngự (Phaseolus Lunatus) thủy phân đến chất lượng sản phẩm sữa chua

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH S KL 0 0 8 9 3 1KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PROTEIN ĐẬU NGỰ PHASEOLUS LUNATUS THỦY PHÂN ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

LƯỢNG SẢN PHẨM SỮA CHUA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH QUẢN LÝ CÔNG NGHIỆP

GVHD: PHẠM THỊ HOÀN SVTH : PHAN NGỌC THỦY TIÊN DƯƠNG TRẦN MINH TRÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2022-18116121

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PROTEIN ĐẬU

NGỰ (PHASEOLUS LUNATUS) THỦY PHÂN ĐẾN

CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỮA CHUA

GVHD: TS PHẠM THỊ HOÀN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2022

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả quý thầy cô trong trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh nói chung và quý thầy cô Ngành Công nghệ Thực phẩm, khoa Công nghệ hóa học và thực phẩm nói riêng đã hỗ trợ chúng tôi trong quá trình nghiên cứu và học tập Nhờ sự quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của quý thầy cô đã cho chúng tôi một hành trang vững chắc để bước tiếp trên con đường học tập

và làm việc sau này

Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Phạm Thị Hoàn – Giảng viên Ngành Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ hóa học và thực phẩm, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Chúng tôi đã được cô hỗ trợ, giúp đỡ rất nhiều và hướng dẫn sử dụng về dụng cụ, máy móc và thiết bị Chúng tôi cũng xin cảm ơn quý thầy cô phụ trách các xưởng công nghệ và phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện về không gian và thời gian giúp chúng tôi hoàn thành khóa luận này

Bên cạnh đó, chúng tôi bày tỏ sự biết ơn tới cô Hồ Thị Thu Trang – chuyên viên phụ trách các phòng thí nghiệm và các xưởng thực hành Ngành Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ hóa học và thực phẩm đã hỗ trợ chúng tôi rất nhiều về dụng cụ, máy móc, thiết bị cũng như cách sử dụng chúng Chúng tôi cũng xin cảm ơn quý thầy cô phụ trách các xưởng công nghệ và phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện về không gian và thời gian giúp chúng tôi hoàn thành khóa luận này

Cuối cùng, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và tập thể các bạn ngành Công nghệ thực phẩm khóa K18 đã quan tâm, giúp đỡ, động viên hỗ trợ chúng tôi trong suốt thời gian học tập nói chung và thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp vừa qua Xin chúc sức khỏe và thành công đến tất cả mọi người

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là do

chính tôi thực hiện Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp

đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Ngày 9 tháng 8 năm 2022

Sinh viên thực hiện

Phan Ngọc Thủy Tiên

Dương Trần Minh Trân

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC xv

DANH MỤC HÌNH xix

DANH MỤC BẢNG xx

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xxi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN xxii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 4

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.4 Nội dung nghiên cứu 4

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5

1.6 Bố cục của báo cáo 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 6

2.1 Tổng quan về sản phẩm sữa chua 6

2.1.1 Giới thiệu chung 6

2.1.2 Phân loại sữa chua 7

2.1.3 Giá trị dinh dưỡng của sữa chua 8

2.2 Nguyên liệu sản xuất sữa chua 10

2.2.1 Sữa tươi 10

2.2.2 Sữa bột 11

2.2.3 Đặc điểm protein sữa 12

2.3 Cơ chế đông tụ casein trong quá trình sản xuất sữa chua 12

2.4 Chủng vi khuẩn khởi động 14

2.5 Protein đậu ngự (Phaseolus lunatus) 16

2.5.1 Thành phần hóa học 16

2.5.2 Phân loại các protein có trong đậu ngự 17

2.5.3 Đặc điểm chức năng của protein đậu ngự 17

2.5.4 Protein thủy phân 19

2.6 Enzyme Alcalase 19

2.7 Transglutaminase 20

2.7.1 Giới thiệu về transglutaminase 20

2.7.2 Cơ chế tác dụng của MTGase 21

2.7.3 Ứng dụng của MTGase 22

2.8 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 23

2.8.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 23

2.8.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 24

CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng 27

3.1.1 Nguyên liệu 27

3.1.2 Hóa chất 29

3.1.3 Thiết bị sử dụng 29

3.2 Sơ đồ nghiên cứu và quy trình sản xuất sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân 28

3.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 28

3.2.2 Quy trình sản xuất sữa chua 29

3.3 Bố trí thí nghiệm 31

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân protein đậu ngự 31

3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng protein đậu ngự thủy phân đến chất lượng sữa chua 32

3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ MTGase đến sữa chua thay thế protein đậu ngự thủy phân 32

3.3.4 Thí nghiệm 4: Đánh giá chất lượng sản phẩm sữa chua thay thế protein đậu ngự thủy phân 33

3.3.5 Thí nghiệm 5: Đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm sữa chua trong quá trình bảo quản 33

3.4 Các phương pháp phân tích 33

3.4.1 Phương pháp xác định thành phần hóa học 33

3.4.2 Phương pháp xác định mức độ thủy phân 33

3.4.3 Phương pháp xác định độ hòa tan 34

3.4.4 Phương pháp xác định protein hòa tan bằng phương pháp Lowry 34

3.4.5 Phương pháp xác định độ tách whey 35

3.4.6 Phương pháp xác định độ pH và độ axit chuẩn độ 36

3.4.7 Phương pháp xác định tính chất lưu biến 37

3.4.8 Phương pháp đánh giá cảm quan 37

3.4.9 Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy – SEM) 38

3.4.10 Phương pháp xử số liệu 38

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39

4.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu 39

4.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân protein đậu ngự 40

4.2.1 Mức độ thủy phân 40

4.2.2 Độ hòa tan 43

4.2.3 Tính chất lưu biến 44

4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng protein đậu ngự thủy phân đến chất lượng sản phẩm sữa chua 48

4.3.1 Độ pH, độ axit trong quá trình lên men 48

4.3.2 Độ tách whey 51

4.3.3 Tính chất lưu biến 52

4.3.4 Đánh giá cảm quan 55

4.4 Ảnh hưởng của MTGase đến độ tách whey sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân 56

4.5 Hoàn thiện quy trình sản xuất sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự 59

4.6 Chất lượng sản phẩm sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân 61

4.6.1 Các chỉ tiêu của sản phẩm nghiên cứu 61

4.6.2 Hình ảnh chụp SEM 61

4.7 Chất lượng của sản phẩm sữa chua có protein đậu ngự trong quá trình bảo quản 63

4.7.1 Độ tách whey của sản phẩm nghiên cứu 63

4.7.2 Độ chuẩn độ axit, pH 64

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Kiến nghị 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 82

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Một số sản phẩm sữa chua trên thị trường hiện nay 8

Hình 2.2 Enzyme chymosin xúc tác thuỷ phân liên kết peptide tại vị trí giữa phenylalanin và methionin trong phân tử κ-casein 12

Hình 2.3 Hai chủng vi khuẩn dùng trong sữa chua 15

Hình 2.4 Các phản ứng được xúc tác bởi transglutaminase bao gồm a) Phản ứng chuyển nhóm acyl; b) Phản ứng tạo liên kết ngang giữa Glutamine và Lysine của protein hoặc peptide; c) Phản ứng deamin hoá 22

Hình 3.1 Quy trình sản xuất sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân 29

Hình 4.1 Đồ thị mức độ thủy phân theo thời gian 40

Hình 4.2 Biểu đồ sự thay đổi của độ hòa tan theo thời gian thủy phân 43

Hình 4.3 Sự thay đổi ứng suất trượt theo tốc độ trượt của các mẫu sữa chua 45

Hình 4.4 Độ nhớt của sữa chua theo tốc độ trượt 0-50 ( 1/s) 47

Hình 4.5 Sự thay đổi pH của sữa chua trong quá trình lên men 49

Hình 4.6 Sự thay đổi độ axit chuẩn độ của sữa chua trong quá trình lên men 49

Hình 4.7 Biểu đồ sự ảnh hưởng của hàm lượng protein thủy phân đến độ tách whey 51

Hình 4.8 Sự thay đổi ứng suất trượt theo tốc độ trượt của các mẫu sữa chua 52

Hình 4.9 Sự thay đổi về độ nhớt theo tốc độ trượt của các mẫu sữa chua 54

Hình 4.10 Biểu đồ sự ảnh hưởng của nồng độ MTGase đến độ tách whey 57

Hình 4.11 Quy trình sản xuất sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân 60

Hình 4.12 Các mẫu sữa chua dưới kính hiển vi điện tử quét – SEM 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của sữa bò tươi 11 Bảng 2.2 Thành phần axit amin (g.kg-1 protein) có trong đậu ngự 16 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của sữa bột nguyên kem 27 Bảng 3.2 Thành phần hóa học của bột protein đậu ngự 28 Bảng 3.3 Một số chỉ tiêu chất lượng MTGase 28 Bảng 3.4 Một số tính chất của enzyme Alcalase 29 Bảng 3.5 Bảng pha dung dịch protein chuẩn từ huyết thanh bò (BSA) 35 Bảng 4.1 Thành phần hóa học nguyên liệu 39 Bảng 4.2 Số liệu mức độ thủy phân protein đậu ngự 40 Bảng 4.3 Phương trình Herschel - Bulkley hồi quy của các mẫu sữa chua 45 Bảng 4.4 Kết quả độ nhớt ban đầu và kết thúc của sữa chua 47 Bảng 4.5 Phương trình Herschel - Bulkley hồi quy của các mẫu sữa chua 52 Bảng 4.6 Kết quả độ nhớt của các mẫu sữa chua 54 Bảng 4.7 Kết quả đánh giá cảm quan các mẫu sữa chua 55 Bảng 4.8 Thành phần dinh dưỡng mẫu sữa chua nghiên cứu 61 Bảng 4.9 Chỉ tiêu vi sinh mẫu sữa chua nghiên cứu 61 Bảng 4.10 Độ tách whey của sản phẩm sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân trong quá trình bảo quản 63 Bảng 4.11 Sự thay đổi độ axit chuẩn độ của sản phẩm sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân trong quá trình bảo quản 64

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

- LAB: Lactic axit bacteria

- MTGase: Microbial transglutaminase

- SCP_0,5; SCP_1; SCP_1,5; SCP_2: mẫu sữa chua được sản xuất với sự thay đổi của protein thủy phân ở các hàm lượng khác nhau lần lượt là 0,5%; 1%; 1,5%; 2%

- SCE_0,5; SCE_1; SCE_1,5; SCE_2: mẫu sữa chua được sản xuất với các nồng độ enzyme transglutaminase khác nhau lần lượt là 0,5 IU/g protein; 1 IU/g protein; 1,5 IU/g protein; 2 IU/g protein

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng thực phẩm của con người thay đổi một cách mạnh mẽ Người tiêu dùng có xu hướng giảm việc sử dụng nguồn protein động vật bằng việc tăng cường sử dụng nguồn protein từ thực vật cho cuộc sống hàng ngày (Edwards, 2019) Đề

tài nghiên cứu “Khảo sát ảnh hưởng của protein đậu ngự (Phaseolus lunatus) thủy phân đến

chất lượng sản phẩm sữa chua” được thực hiện nhằm: a) chọn ra thời gian thủy phân protein đậu ngự; b) xác định hàm lượng protein đậu ngự thay thế thích hợp; c) xác định nồng độ MTGase phù hợp để bổ sung vào sản phẩm sữa chua; d) đánh giá chất lượng sữa chua thay thế một phần protein sữa bằng protein đậu ngự trong 21 ngày bảo quản

Kết quả phân tích cho thấy rằng, việc thủy phân protein đậu ngự bằng Alcalase với tỷ lệ 0,24 AU/g protein ở 50 °C, tốc độ lắc 150 vòng/phút trong vòng 1 giờ để tạo ra dung dịch có mức độ thủy phân 19,58 % là phù hợp để thêm vào sữa, giúp tăng sự hòa tan của protein đậu ngự và tránh sự tách lớp trong cấu trúc sữa chua Hàm lượng protein đậu ngự cũng có ảnh hưởng rất lớn đến độ tách whey: Càng tăng hàm lượng protein đậu ngự (0 % - 2 %) thì độ tách whey càng tăng (39,12 % - 46,6 %), trong đó whey tách nhiều nhất ở mẫu sữa chua thay thế 2% protein đậu ngự thủy phân (SCP_2) (46,6 %) Bên cạnh đó, protein đậu ngự thủy phân cũng góp phần rút ngắn thời gian lên men sữa chua – mẫu có protein đậu ngự thủy phân đạt đến điểm pH đông tụ nhanh hơn 1 giờ so với mẫu đối chứng không có protein Kết quả phân tích tính chất lưu biến của các mẫu sữa chua cho thấy, việc sản xuất sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân mang lại sản phẩm có độ nhớt, ứng suất trượt cao hơn mẫu đối chứng Kết quả đánh giá cảm quan thì mẫu sữa chua thay thế 1 % protein đậu ngự thủy phân (SCP_1) được yêu thích hơn các mẫu có bổ sung protein đậu ngự khác và có điểm đánh giá gần với mẫu đối chứng nhất Microbial transglutamniase (MTGase) (1,5 IU/g protein) hình thành liên kết ngang tạo ra giữa các phân tử protein đã cải thiện khả năng giữ nước của sữa chua tốt hơn mẫu đối chứng

Sản phẩm sữa chua thay thế một phần protein đậu ngự thủy phân của chúng tôi có thành phần dinh dưỡng và chỉ tiêu vi sinh đáp ứng tiểu chuẩn của TCVN 7030 : 2002 Vì thế quy trình sản xuất sản phẩm sữa chua nghiên cứu hoàn toàn có khả năng ứng dụng ở quy mô pilot

và công nghiệp

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, hòa mình cùng với sự phát triển của xã hội trong nhiều lĩnh vực thì yêu cầu của người tiêu dùng đối với tất cả các sản phẩm ngày càng trở nên khắt khe Cụ thể, trong lĩnh vực thực phẩm, yêu cầu về sản phẩm của người tiêu dùng cũng trở nên cầu kỳ và đa dạng hơn Nếu như trước đây, yêu cầu hàng đầu của người tiêu dùng là ăn no thì giờ đây, ngoài ăn sao cho đáp ứng nhu cầu về mặt năng lượng thì sản phẩm còn phải ngon, đa dạng và có nhiều yếu

tố có lợi về mặt sức khỏe Từ đó, ta có thể thấy được ngày nay con người quan tâm nhiều hơn

về chất lượng dinh dưỡng và giá trị sinh học của sản phẩm Điều này đòi hỏi các chuyên gia phải không ngừng đa dạng hóa sản phẩm nhằm đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng sữa và các sản phẩm từ sữa ngày càng tăng cao Theo thống kê của Euromonitor, sản lượng tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa của Việt Nam đạt 1,76 triệu tấn (tăng 8,6 %) trong năm 2020 Trong đó, các ngành hàng tăng trưởng cao hơn hết bao gồm sữa uống (+ 10%), sữa chua (+ 12%), phô mai (+ 11%), bơ (+ 10%), và các sản phẩm từ sữa khác (+ 8%) Những chuyển biến tích cực là do cơ cấu dân số trẻ, xu hướng sử dụng các sản phẩm

bổ sung dinh dưỡng, giúp tăng cường hệ miễn dịch Các con số trên đã cho thấy sữa chua chính là ngành hàng có mức độ tăng trưởng cao nhất, là sản phẩm phù hợp với người tiêu dùng thuộc mọi độ tuổi Ngoài ra, sữa chua còn là thực phẩm giàu dinh dưỡng cung cấp protein và nhiều dưỡng chất cho người tiêu dùng ở tất cả các giai đoạn trong cuộc đời Thông thường, trong 100g sữa chua có chứa 3,8g protein, 3g chất béo, 16g carbonhydrate 115 mg canxi và các vitamin cần thiết như A, D, P, K, B2, B12 Vì vậy, sữa chua là lựa chọn thích hợp

để có thể phát triển thành sản phẩm chứa nguồn protein chất lượng cao với các axit amin thiết yếu cần thiết cho các giai đoạn khác nhau của tăng trưởng và phát triển cũng như sửa tế bào trong cuộc sống (Bos và cộng sự, 2000)

Kiến thức của con người ngày càng được nâng cao, xu hướng tiêu dùng thực phẩm cũng thay đổi khác đi Người tiêu dùng nhận thức được rằng sức khỏe và sự an toàn là những yếu tố rất quan trọng trong thời điểm này để ý thức hơn trong việc lựa chọn thực phẩm Hai xu hướng lựa chọn thực phẩm sẽ chiếm ưu thế trong tương lai đó là các sản phẩm ít đường và các sản phẩm chứa nhiều loại protein, bao gồm protein từ thực vật Vì protein được xem như một

thành phần để “giúp duy trì sức khỏe tổng thể” cho những người ở các độ tuổi khác nhau, đặc biệt là có sức hấp dẫn lớn đối với “dân số già, những người đang kiểm soát cân nặng và trẻ em đang lớn” Bởi vì các nghiên cứu cho thấy rằng tiêu thụ protein với hàm lượng đạt mức trung bình đến cao sẽ làm chậm quá trình chuyển hóa và giúp giảm sự chuyển hóa protein xảy ra theo tuổi tác (Friedman, 1996) Xu hướng “nhận thức về protein” được thể hiện rõ rệt qua việc người tiêu dùng ưu tiên tìm, lựa chọn các nguồn protein lành mạnh hơn, thân thiện với môi trường hơn Vì vậy các chuyên gia đang không ngừng tìm kiếm một nguồn protein mới và độc đáo để cung cấp các đặc tính dinh dưỡng, công nghệ và chức năng cho các sản phẩm thực phẩm Trong đó các nguồn protein từ đậu là sự lựa chọn hàng đầu trong việc nghiên cứu Bởi các cây họ đậu là nguồn thực vật giàu protein, với thành phần axit amin gần như hoàn chỉnh và

là nguồn thực phẩm quan trọng cho con người chỉ đứng sau các loại ngũ cốc

Bên cạnh sự phổ biến của đậu nành, gần đây nhiều nghiên cứu cho thấy rằng đậu ngự là một nguồn protein thực vật tự nhiên đầy hứa hẹn để kết hợp làm nguyên liệu trong công nghệ sản xuất thực phẩm do thành phần axit amin của nó, góp phần thúc đẩy các đặc tính sinh học, công nghệ và dinh dưỡng (Polanco-Lugo và cộng sự, 2014) Đậu ngự chứa hàm lượng axit amin phenylalanine và tyrosine (9,3g/100 g protein) cao gấp 3 lần so với đậu nành (3,28 g/100

g protein) (Betancur-Ancona và cộng sự, 2009) Tại Việt Nam, cây đậu ngự (Phaseolus

lunatus) được trồng phổ biến nhất ở tỉnh Lâm Đồng, với năng suất bình quân đạt 2100 kg/ha

(Cục thống kê tỉnh Lâm Đồng, 2016)

Tuy nhiên protein từ cây họ đậu có độ hòa tan thấp và các đặc tính gây dị ứng hoặc kháng dinh dưỡng, cũng như khả năng tiêu hóa và đồng hóa chậm (Liu và cộng sự, 2011) Giải pháp đưa ra nhằm khắc phục nhược điểm trên đó là protein đậu ngự được thủy phân bằng enzyme trước khi thay thế một phần protein sữa trong quy trình sản xuất sữa chua, để điều chỉnh các đặc tính lý hóa và cảm quan phù hợp của protein mà không tạo ra các tác động tiêu cực đến chất lượng dinh dưỡng hoặc chức năng (Chabanon và cộng sự, 2007) Ngoài việc cải thiện các đặc tính chức năng thì quá trình thủy phân còn mang đến nhiều tiềm năng ứng dụng của protein thực vật vào thực phẩm Vì quá trình thủy phân sẽ tạo ra các peptide có hoạt tính sinh học cao, bao gồm tác dụng kháng khuẩn, chống oxy hóa, điều hòa miễn dịch, chống huyết khối và hạ huyết áp (Mulero Cánovas và cộng sự, 2011) Hợp chất hoạt tính sinh học cao điển

hình như là chất ức chế hoạt động của men chuyển đổi angiotensin có thể dùng làm thuốc hạ huyết áp (Pertiwi và cộng sự, 2020a)

Việc thủy phân protein đậu ngự có thể tạo ra các phân tử có khối lượng nhỏ hơn, làm mạng lưới protein yếu hơn, do đó làm giảm khả năng giữ nước (Nuñez-Aragón và cộng sự, 2019) MTGase là enzyme tạo liên kết ngang giữa các phân tử protein (Schorsch và cộng sự, 2000) Thông qua các liên kết ngang MTGase sẽ tạo nên sự kết hợp giữa hai loại protein (protein động vật và protein thực vật) từ đó giúp giảm sự tách whey - cải thiện khả năng giữ nước đáng kể, tăng độ cứng sữa chua (Gaspar và De Góes-Favoni, 2015)

Như chúng ta đã biết protein là một trong những dưỡng chất thiết yếu đối với cơ thể ở mọi lứa tuổi Protein được chia thành 2 nhóm cơ bản gồm protein động vật và protein thực vật Thịt, cá, gia cầm, trứng và sữa là nhóm thực phẩm tiêu biểu chứa protein động vật, giúp cung cấp đầy đủ các loại axit amin mà cơ thể cần Tuy nhiên, theo Viện Dinh dưỡng Quốc gia, protein động vật chứa chất béo bão hoà cao và hơn nữa trong quá trình chuyển hóa sẽ tạo ra các chất độc hại cho cơ thể như ure, axit uric, nitrat, cholesterol, làm gia tăng các bệnh lý tim mạch, huyết áp, tiểu đường, đột quỵ, xương khớp, ung thư nếu ăn uống thiếu kiểm soát Trong khi đó, protein thực vật thường được tìm thấy trong các loại đậu, nấm, ngũ cốc,… với ít chất béo bão hòa, ít cholesterol nhưng phần lớn lại chỉ cung cấp một vài loại axit amin thiết yếu cho cơ thể Vì vậy để tối ưu hoá dinh dưỡng cho cơ thể, các chuyên gia WHO khuyến nghị cần bổ sung cân đối giữa protein động vật và protein thực vật trong khẩu phần ăn hàng ngày Do đó nhằm tạo ra một loại sản phẩm sữa chua có hoạt tính sinh học cao với sự kết hợp của cả protein động vật và thực vật mà vẫn đảm bảo yêu cầu về mặt cảm quan Chúng tôi thực

hiện nghiên cứu “Khảo sát ảnh hưởng của protein đậu ngự (Phaseolus lunatus) thủy phân đến

chất lượng sản phẩm sữa chua”

1.2 Mục tiêu của đề tài

Khảo sát ảnh hưởng của protein đậu ngự (Phaseolus lunatus) thủy phân đến chất lượng

sản phẩm sữa chua Đồng thời xác định các thông số kỹ thuật cho quy trình sản xuất sản phẩm

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Sữa bột nguyên kem của Công ty Đại Tân Việt (Việt Nam) (địa chỉ số 145 Tôn Thất Đạm, phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh) nhập khẩu trực tiếp

- Hỗn hợp vi khuẩn khởi đầu gồm 3 chủng L delbrueckii subsp bulgaricus,

Lactobacillus fermentum và Streptococus thermophilus (>109 CFU/g) sử dụng trong nghiên cứu này được mua từ công ty OOO “Vivo Induction”, 121087, Moscow, LB Nga

- Bột protein concentrate được thu nhận từ đậu ngự theo quy trình mô tả trong nghiên cứu của khóa luận tốt nghiệp Nguyễn và Nguyễn 2021

- Enzyme Alcalase (2.5 L PF) của Novozymes Đan Mạch

- Enzyme MTGase của Công Ty Lime Viet Nam Co.,LTD

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của ngành Công nghệ Thực phẩm, khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

1.4 Nội dung nghiên cứu

Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của protein đậu ngự (Phaseolus lunatus) thủy phân đến chất

lượng sản phẩm sữa chua” gồm các nội dung cụ thể như sau:

- Xác định phương pháp xử lý protein đậu ngự khi bổ sung vào sữa chua

- Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ protein đậu ngự đến tính chất hóa lý của sữa chua

- Xác định hàm lượng protein đậu ngự thích hợp thay thế protein sữa trong sữa chua

- Xác định nồng độ MTGase phù hợp trong sản xuất sữa chua thay thế một phần protein sữa bằng protein đậu ngự

- Đánh giá chất lượng sữa chua thay thế một phần protein sữa bằng protein đậu ngự

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

- Quy trình chế biến sữa chua từ sữa kết hợp protein đậu ngự và transglutaminase có thể

sử dụng như tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, học tập ở các trường đại học

- Tính mới của đề tài là sử dụng nguồn protein thực vật – protein đậu ngự thủy phân vào sản xuất sữa chua

- Đề tài góp phần tạo cơ sở cho các nghiên cứu về sản xuất sản phẩm sữa chua thay thế một phần protein sữa bằng protein đậu ngự thủy phân cũng như các protein thực vật khác

1.6 Bố cục của báo cáo

Đề tài gồm có: 5 chương Chương 1 – Mở đầu (5 trang), chương 2 – Tổng quan (21 trang), chương 3 – Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu (12 trang), chương 4 – Kết quả và bàn luận (26 trang), chương 5 - Kết luận và kiến nghị (2 trang)

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về sản phẩm sữa chua

2.1.1 Giới thiệu chung

Sữa chua là một thực phẩm giàu chất dinh dưỡng Trong sữa chua có chứa protein, glucid, lipid, một số vitamin và khoáng chất Đây là những hợp chất rất quan trọng và cần thiết cho khẩu phần ăn hàng ngày của con người Hiện nay sữa chua được sử dụng rộng rãi và chiếm lĩnh thị trường tiêu thụ rộng lớn ở nhiều nơi trên thế giới Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng trong công nghệ sản xuất sữa chua là sữa bò (Kolar và cộng sự, 1979) Tùy thuộc vào phong tục và văn hóa của từng quốc gia mà sữa chua có thể đươc tạo ra khác nhau

về độ đặc, hương vị nhưng các thành phần và quy trình sản xuất cơ bản là giống nhau (Yildiz, 2016)

Có hàng trăm loại sữa lên men khác cùng tồn tại với sữa chua, tuy nhiên, sữa chua được phân biệt với các loại sữa lên men khác bởi chủng vi khuẩn nuôi cấy đặc biệt của nó (Marette

và cộng sự, 2017) Chủng vi khuẩn này bao gồm một hỗn hợp cộng sinh của Streptococcus

thermophilus và Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus Hai loại vi khuẩn trên được nuôi

cấy chung với các vi khuẩn axit lactic khác để tạo mùi vị hoặc đem đến những giá trị về sức

khỏe, chúng bao gồm các loài Lactobacillus acidophilus (LA), Lactobacillus casei và

Bifidobacterium (Yildiz, 2016)

Những vi khuẩn này sẽ được lên men trong điều kiện nhiệt độ được kiểm soát (42 – 43°C) Các chủng vi khuẩn này sử dụng đường lactose tự nhiên trong sữa và giải phóng các axit lactic, làm cho độ axit tăng lên khiến các protein sữa đông lại thành một khối rắn Độ axit tăng lên (pH = 4 – 5) cũng ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn có khả năng gây bệnh, điều

đó tạo sự an toàn hơn nhiều cho người tiêu dùng vì vi khuẩn gây bệnh đã bị tiêu diệt và việc nhiễm mầm bệnh sau đó sẽ không xảy ra sự phát triển của những sinh vật này (Yildiz, 2016) Hiện nay sữa chua đã và đang ngày càng phát triển nhân rộng thị trường tiêu thụ Theo nghiên cứu thực hiện bởi Euromonitor/AC Nielsen vào năm 2014 chỉ ra rằng, những nơi tiêu dùng sữa chua lớn nhất thế giới bao gồm Hà Lan, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp và Đức (Marette và cộng

sự, 2017)

Tiêu chuẩn thành phần sữa chua cũng được xác định trong Codex Alimentarius Commission – CAC (Ủy ban Tiêu chuẩn thực phẩm quốc tế): sữa chua phải chứa ít nhất 107cfu/g vi sinh vật, tối thiểu 2,7 % protein sữa (% khối lượng / khối lượng), ít hơn 15 % chất béo sữa (% khối lượng / khối lượng), và tối thiểu là 0,6 % độ axit có thể chuẩn độ được biểu thị bằng phần trăm axit lactic (% khối lượng / khối lượng)

2.1.2 Phân loại sữa chua

Sản phẩm sữa chua có mặt trên thị trường hiện nay rất đa dạng về mẫu mã và nhiều loại khác nhau, các nhà sản xuất luôn thay đổi mùi vị và cấu trúc của sản phẩm để đáp ứng được nhu cầu thị hiếu và thói quen sử dụng của khách hàng

Sản phẩm có thể phân chia thành những loại như sau:

Sữa chua truyền thống (set yogurt): Cấu trúc sản phẩm có gel mịn Quá trình sản xuất

chua truyền thống sẽ xử lí sữa nguyên liệu, cấy giống rồi rót bao gói Khối đông (coagulum)

sẽ xuất hiện trong quá trình lên men và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm

Sữa chua dạng khuấy (stirred type): Quá trình lên men bị phá hủy một phần do sự khuấy

trộn cơ học làm xuất hiện khối đông trong sản phẩm Quá trình sản xuất sữa chua dạng khuấy

sẽ xử lí sữa nguyên liệu, cấy giống rồi lên men trong thiết bị sản xuất chuyên dụng, sau đó đến quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì Cấu trúc của sữa chua dạng khuấy sẽ không có dạng gel mịn như sữa chua truyền thống

Sữa chua uống (drinking type) hay sữa chua dạng lỏng: Quá trình lên men sẽ phá hủy

cấu trúc của các khối đông xuất hiện trong sản phẩm và đưa về trạng thái lỏng Sau quá trình lên men sẽ sử dụng phương pháp đồng hóa hoặc khuấy trộn nhằm rã đi cấu trúc gel của khối đông và giảm độ nhớt cho sản phẩm

Sữa chua lạnh đông (frozen type): Có cấu trúc tương tự như kem, thiết bị chuyên dùng

được sử dụng cho quá trình lên men sữa, sau đó đem hỗn hợp sau lên men đi xử lý tổng hợp

và lạnh đông nhằm làm tăng độ cứng cho sản phẩm rồi bao gói

Sữa chua cô đặc (concentrated yogurt): Sữa chua cô đặc còn có tên gọi là strained sữa

chua hay labneh Quy trình sản xuất sữa chua cô đặc bao gồm các giai đoạn quan trọng như lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và bao gói sản phẩm Trong quá trình cô đặc, sản phẩm sẽ được tách bớt huyết thanh sữa

Sữa chua trái cây (Fruit yogurt): Có thêm puree trái cây, syrup trái cây hoặc bánh oreo

vào sữa chua

Sữa chua khô (Dried yogurt): Sữa chua được làm khô để bảo quản được lâu hơn

Mặt khác, sữa chua còn được phân loại sữa chua theo hàm lượng chất béo trong sản phẩm Lượng chất béo trong sữa chua có thể dao động từ 0 – 10 %, thông thường là từ 0,5 - 3,5 % (Chandan, 2007) Dựa vào hàm lượng chất béo sản phẩm sữa chua có thể được chia thành ba nhóm như sau:

Sữa chua béo (fat sữa chua): Hàm lượng chất béo trong sản phẩm không thấp hơn 3% Sữa chua bán gầy (pagially skimmed sữa chua): Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng

0,5 - 3,0 %

Sữa chua gầy (skimmed sữa chua): Hàm lượng chất béo không lớn hơn 0,5 %

Hình 2.1: Một số sản phẩm sữa chua trên thị trường hiện nay

2.1.3 Giá trị dinh dưỡng của sữa chua

Sữa chua là sản phẩm lên men giàu chất dinh dưỡng được sửa dụng rộng rãi và phổ biến trên thế giới Chúng được tạo ra bằng cách bổ sung vi khuẩn sống vào sữa, giúp tăng cường

hệ miễn dịch, chống lão hóa,… Đặc biệt là trong sữa chua có chứa protein, vitamin và các khoáng chất cần thiết như canxi (Karnopp và cộng sự, 2017) Ngoài ra, sữa chua còn mang đến những lợi ích liên quan đến việc tiêu thụ lợi khuẩn chứa trong sản phẩm (Gómez-Gallego

và cộng sự, 2018) Trên thị trường hiện nay, một số loại sữa chua được bổ sung thêm các thành phần như puree trái cây, bổ sung các loại đậu làm cho giá trị dinh dưỡng của sản phẩm tăng và đáp ứng nhu cầu của con người

Tuy nhiên, giá trị dinh dưỡng của sữa chua dựa trên loại sữa mà nó được tạo ra Thành phần của sữa thay đổi theo khẩu phần ăn, mức cân bằng năng lượng, tình trạng sức khỏe, giai đoạn tiết sữa, giống và tuổi của bò (Gómez-Gallego và cộng sự, 2018) Thành phần sữa chua

có thể được thay đổi theo nguồn và loại sữa, cũng như các thành phần (ví dụ: trái cây, chất tạo ngọt, chất ổn định, màu sắc, hương vị, chất tạo kết cấu và chất bảo quản) có thể được thêm vào trong quá trình sản xuất (Tamime và Deeth, 1980) Ngoài ra, thành phần của sữa chua cũng có thể bị thay đổi bởi các yếu tố khác như loài và chủng vi khuẩn được sử dụng để lên men, nhiệt độ, thời gian của quá trình lên men và thời gian bảo quản Hơn nữa, nhiệt độ, môi trường axit và kiềm có thể phá vỡ tính toàn vẹn của các chất dinh dưỡng, làm thay đổi thành phần cuối cùng của sữa chua (Yildiz, 2016) Thành phần cuối cùng của sản phẩm có thể khác nhau giữa các quốc gia và trong một quốc gia tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và loại phụ gia được sử dụng Do đó, sau khi lên men hàm lượng lactose còn lại là 4,1- 4,7 % (Gómez-Gallego và cộng sự, 2018)

Trong sữa chua nguyên chất, lactose là một loại carbohydrate chiếm ưu thế, khoảng

98 % tổng lượng carbohydrate và 54 % tổng chất béo khô không béo, mặc dù cũng có một lượng nhỏ galactose, glucose và oligosaccharides (Yildiz, 2016) Đường lactose cung cấp cơ chất cho vi khuẩn lên men tạo axit lactic Hàm lượng lactose trong sữa chua là khoảng 6 % trước khi lên men lactic (Kolar và cộng sự, 1979) Trong quá trình lên men sữa chua, 20 % –

30 % lactose bị thủy phân một phần thành glucose và galactose, và tùy thuộc vào các thành phần khác có trong sữa chua, nó có thể có nồng độ lactose thấp hơn sữa

Sữa chua thường có hàm lượng protein cao hơn so với trong sữa tiêu dùng do quá trình chuẩn hóa và hiệu chỉnh protein trong chế biến thông qua việc bổ sung sữa khô không béo và protein sữa, được sử dụng để phát triển hoặc cải thiện kết cấu Protein trong sữa không chỉ được công nhận về chất lượng mà chúng còn đóng vai trò quan trọng nhờ vào các đặc tính

sinh lý của mình, bao gồm chất mang ion, yếu tố tăng trưởng, hormone, tiền chất cho các peptide hoạt tính sinh học, điều hòa miễn dịch, bảo vệ cũng như tác nhân chống ung thư, kháng virus và chống oxy hóa (Yildiz, 2016) Các sản phẩm từ sữa nói chung và sữa chua nói riêng có hàm lượng axit amin chuỗi nhánh (leucine, isoleucine và valine) và lysine bổ sung protein cho các loại thực phẩm khác như ngũ cốc và các loại đậu sẽ làm tăng giá trị sinh học khi chúng được ăn cùng nhau (Gómez-Gallego và cộng sự, 2018) Bên cạnh đó, casein trong sữa cũng đóng góp một vai trò to lớn cho sức khỏe con người nhờ vào việc làm tăng khả năng hòa tan và hấp thụ canxi thông qua các peptide casein tạo ra sau khi thủy phân casein bằng enzyme, chúng có tác động tích cực đến quá trình khoáng hóa xương (Marette và cộng sự, 2017)

Qúa trình lên men đồng thời cũng làm biến đổi chất béo trong sữa, làm tăng hàm lượng axit béo tự do và linoleic liên hợp có liên quan đến việc nâng cao sức khỏe, bao gồm những tác động tích cực đến chức năng của gan, chuyển hóa glucose và stress oxy hóa Ngoài ra, sữa chua cũng cung cấp một lượng vitamin và khoáng chất quan trọng cho cơ thể (Gómez-Gallego và cộng sự, 2018)

2.2 Nguyên liệu sản xuất sữa chua

2.2.1 Sữa tươi

Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non Từ xưa con người đã biết sử dụng sữa từ các động vật nuôi để chế biến thành nhiều loại thực phẩm quý giá Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến sữa trên thế giới tập trung sản xuất trên ba nguồn nguyên liệu chính là sữa bò, sữa dê và sữa cừu Ớ nước

ta, sữa bò là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp thực phẩm (Lê Văn Việt Mẫn, 2011)

Sữa là một trong những thực phẩm chủ yếu, nó chứa hầu hết các chất dinh dưỡng cần thiết của thực phẩm (ngoại trừ chất xơ) Trong sữa có một số thành phần như: lipid, glucid, protein, chất khoáng, vitamin, ngoài ra còn có chất màu và nhiều chất khác Trong các chất trên trừ nước và những chất bay hơi khi chế biến thì những chất còn lại gọi là chất khô của sữa Hàm lượng chất khô của sữa khoảng 10 – 20 % tùy theo loại sữa, chất khô của sữa càng nhiều thì giá trị thực phẩm càng cao, nếu không kể đến lipid thì chất khô trong sữa gọi là chất khô không béo Thành phần hóa học của các loại sữa không giống nhau, chúng luôn thay đổi

và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời kỳ tiết sữa, thành phần thức ăn, phương pháp vắt sữa, điều kiện chăn nuôi, sức khỏe, tuổi, độ lớn của con vật, loài, giống và nhiều yếu tố khác (Lê Văn Việt Mẫn, 2010) Bảng liệt kê thành phần hóa học trung bình trong sữa bò tươi

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của sữa bò tươi

Độ ẩm 84,93 - 85,07 Khoáng 2,87 - 2,89 Protein 3,27 - 3,31 Chất béo 2,75 - 2,79 Lactose 4,96 - 4,98 Tổng hàm lượng chất khô 12,43 - 12,57 Trong sản xuất sữa chua, yêu cầu về các chỉ tiêu chất lượng sữa rất nghiêm ngặt Sữa phải được thu nhận từ những động vật khỏe mạnh, không có chứa kháng sinh và bacteriophage Ngoài ra, sữa cũng không được nhiễm bẩn các chất tẩy rửa, chất sát trùng từ các dụng cụ chứa và hệ thống đường ống vận chuyển sữa Hàm lượng protein casein trong sữa cũng là một chỉ tiêu hóa lý quan trọng (Lê Văn Việt Mẫn, 2010)

2.2.2 Sữa bột

Ngày nay, sữa bột đã trở thành một sản phẩm quen thuộc với người tiêu dùng Trên thị trường Việt Nam hiện nay có hai nhóm sản phẩm chính: sữa bột nguyên kem (whole milk powder) và sữa bột gầy (skimmilk milk powder) Độ ẩm trong sữa bột thường duy trì ở khoảng 2,5 – 5,0 %, thời gian bảo quản sữa bột nguyên kem trung bình là 6 tháng, còn với sữa bột gầy có thể lên đến 3 năm (Lê Văn Việt Mẫn, 2010)

Một trong những tính chất quan trọng nhất của sữa bột là độ hòa tan, nó thể hiện khả năng phục hồi của sữa tức là khả năng protein của sữa phân tán trở lại, tạo thành dung dịch keo bền vững Độ hòa tan được tính bằng lượng chất không hòa tan còn lại trong ống sau ly tâm Phụ thuộc vào phương pháp sấy, độ hòa tan của các loại sữa sẽ rất khác nhau ví dụ như khi sấy trục, lượng chất không tan là 15 – 20 ml tức độ hòa tan là 80 – 85 %, còn khi sấy phun, lượng chất không tan là 0,5 – 2 ml tương ứng với độ hòa tan 98 – 99,5 % (Lâm Xuân Thanh, 2004)

Việc sử dụng sữa bột lại mang đến những lợi ích tuyệt vời như: tránh ảnh hưởng bởi sự thay đổi sản lượng sữa giữa các mùa, tiết kiệm chi phí vận chuyển và bảo quản do điều kiện bảo quản sữa bột đơn giản hơn so với sữa nguyên liệu Ngoài ra, nhà sản xuất còn có thể tiết kiệm được phần lớn chi phí cho việc vận chuyển sữa bột do sản phẩm có khối lượng giảm đi nhiều lần khi ta so sánh với nguyên liệu sữa tươi ban đầu

2.2.3 Đặc điểm protein sữa

Protein trong sữa là một nguồn dinh dưỡng quan trọng do có giá trị sinh học cao và có

sự hiện diện của các axit amin thiết yếu Chúng cũng là nguồn cung cấp các sản phẩm sữa khác nhau do các đặc tính công nghệ quan trọng của protein Trong sữa tươi, protein chiếm khoảng 3,3 – 3,9 % được chia theo độ hòa tan của chúng thành hai phần: casein (không hòa tan trong điều kiện axit) chiếm khoảng 80 % và whey protein (protein hòa tan) chiếm 20 % (Kailasapathy, 2009)

2.3 Cơ chế đông tụ casein trong quá trình sản xuất sữa chua

Khi sản xuất sữa chua, protein trong sữa là casein sẽ bị đông tụ tạo thành cấu trúc gel (Lê Văn Việt Mẫn, 2010) Đông tụ protein trong sữa có thể được thực hiện bởi enzyme, xử lý axit, xử lý nhiệt - axit (Lucey, 2016; Fox và cộng sự, 2017)

▪ Đông tụ casein bằng enzyme:

Chuỗi axit amin được tạo thành từ phân tử κ-casein bao gồm 169 axit amin Từ điểm enzyme, liên kết giữa các axit amin 105 (phenylalanin) và 106 (methionin) có thể dễ dàng tiếp cận với nhiều enzyme phân giải protein

Hình 2.2: Enzyme chymosin xúc tác thuỷ phân liên kết peptide tại vị trí giữa phenylalanin và

methionin trong phân tử κ-casein

Một số enzyme phân giải protein sẽ tấn công liên kết này và tách chuỗi Đầu amino hòa tan chứa các axit amin từ 106 đến 169, bị chi phối bởi các axit amin phân cực và carbohydrate, mang đặc tính ưa nước Phần này của phân tử κ-casein được gọi là glycomacro-peptide và được giải phóng vào váng sữa trong sản xuất phô mai (Tetra Pak, 1995)

Phần còn lại của κ-casein, bao gồm các axit amin từ 1 đến 105, không hòa tan và vẫn còn trong sữa đông cùng với αs - và β-casein Phần này được gọi là para-κ-casein Trước đây, tất cả sữa đông được cho là paracasein (Tetra Pak, 1995)

Sự hình thành của sữa đông là do sự loại bỏ đột ngột các macropeptide ưa nước và sự mất cân bằng trong các lực liên phân tử gây ra Liên kết giữa các vị trí kỵ nước bắt đầu phát triển bởi các liên kết canxi phát triển khi các phân tử nước trong micelle bắt đầu rời khỏi cấu trúc Quá trình này thường được gọi là giai đoạn đông tụ casein (Tetra Pak, 1995)

Các tính chất đông tụ của sữa bị ảnh hưởng bởi nồng độ của enzyme đông tụ, nhiệt độ sữa, pH, protein (casein và các phân đoạn của nó), hàm lượng canxi và phospho (Beux và cộng sự, 2017)

▪ Đông tụ casein bằng axit:

Độ pH sẽ giảm khi một axit được thêm vào sữa hoặc nếu vi khuẩn sản xuất axit được phép phát triển trong sữa Điều này sẽ làm thay đổi môi trường của micelle casein theo hai cách Thứ nhất, canxi hydroxyphosphate dạng keo, có trong micelle casein, sẽ hòa tan và tạo thành canxi ion hóa, sẽ xâm nhập vào cấu trúc micelle và tạo ra các liên kết canxi bên trong mạnh mẽ Thứ hai, độ pH của dung dịch sẽ tiếp cận các điểm đẳng điện của casein gây đông tụ casein (Tetra Pak, 1995)

Điểm đẳng điện của casein phụ thuộc vào các ion có trong dung dịch Theo các giá trị lý thuyết, có giá trị trong các điều kiện nhất định là pH 5,1 đến 5,3 Trong dung dịch muối, điều kiện xuất hiện các khối đông tụ trong sữa tối ưu là pH 4,5 đến 4,9 Một giá trị thực tế cho sự kết tủa của casein trong sữa là pH 4,7 (Tetra Pak, 1995)

Nếu sử dụng enzyme thì sự thủy phân của κ-casein sẽ làm giảm độ ổn định keo của các micelle casein và các phân tử này có thể kết tụ bằng cách khuếch tán ngẫu nhiên (McMahon

và cộng sự, 1984) Nếu sử dụng axit làm tác nhân gây đông tụ thì trong khoảng pH 5,5 sẽ dẫn đến nhiều tính chất lý hóa của các micelle casein bị thay đổi Đa số canxi photphat dạng keo bị hòa tan và casein được giải phóng vào whey làm cấu trúc micelle casein bên trong bị thay đổi

khi pH đạt 5,1 ở 22 ºC (Phadungath, 2005) Khi pH = 4,6 lúc này casein sẽ chuyển đổi từ trạng thái tan sang trạng thái không tan và sữa sẽ xuất hiện các khối đông tụ vì điểm đẳng điện của casein làm cho tương tác tĩnh điện giữa các phân tử giảm đi dẫn đến sự chiếm ưu thế của các tương tác giữa các gốc kỵ nước trong các phân tử protein (Lê Văn Việt Mẫn, 2010)

Trong sản xuất sữa chua cơ chế đông tụ casein được diễn ra khi các chủng vi khuẩn cụ

thể (bao gồm Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus và Streptococcus thermophilus) sử

dụng đường lactose tự nhiên trong sữa và sản sinh ra các axit lactic, làm cho độ axit tăng lên

từ đó làm giảm độ pH của sữa khiến các protein sữa đông lại thành một khối đông (coagulum) với cấu trúc gel (De Kruif, 1998)

2.4 Chủng vi khuẩn khởi động

Trong sản xuất sữa chua phần lớn sử dụng các vi khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn lactic (LAB) đây là vi khuẩn kỵ khí Gram dương, kỵ khí hoặc kỵ khí ưa môi trường dinh dưỡng cụ thể, mà sản phẩm cuối cùng của chất chuyển hóa chính là axit lactic LAB bao gồm các loài

Lactobacillus, Lactococcus và Streptococcus Chi Bifidobacterium khác biệt với các LAB,

nhưng nhiều loài Bifidobacterium có thể lên men sữa (Freitas, 2017) Một số chủng nuôi cấy khởi đầu phổ biến như là Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus (L bulgaricus) và

Streptococcus thermophilus (S thermophilus) (Michaylova và cộng sự, 2007) Có một mối

quan hệ cộng sinh giữa hai loài vi khuẩn này, S thermophilus nhanh chóng nhân giống khi bắt

đầu lên men và tạo ra axit pyruvic, axit formic và carbon dioxide (Limited, 1999) Những chất

này thúc đẩy sự phát triển của L bulgaricus, trong khi L bulgaricus thủy phân protein sữa thành peptide và axit amin kích thích sự phát triển của S thermophilus (Bautista và cộng sự,

1966)

Str thermophilus là vi khuẩn Gram dương, có các tế bào hình trứng xếp thành chuỗi

ngắn hoặc thành từng cặp Nó là một vi khuẩn ưa nhiệt với nhiệt độ phát triển tối ưu là 42°C

và là một sinh vật kỵ khí Str thermophilus là một trong những vi khuẩn khởi động cơ bản của sữa chua và là loài LAB công nghiệp quan trọng thứ hai sau Lactococcus lactic (Quigley, 2017) Str Thermophilus giúp axit hóa nhanh, sản xuất ra axit lactic nên đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp sản xuất sữa chua Ngoài ra Streptococcus thermophilus phân hủy

lactose giúp tiêu hóa dễ dàng hơn đối với những người không dung nạp lactose, loại vi khuẩn

này cũng tạo ra axit lactic, giúp duy trì môi trường axit trong ruột, ngăn chặn sự phát triển của

vi khuẩn xấu (Neish, 2017)

L bulgaricus là vi khuẩn Gram dương, kị khí, hình sợi, không di động và không hình

thành bào tử, không gây bệnh L bulgaricus phát triển tối ưu ở pH 5.4 - 4.6 Khi phát triển

trên các sản phẩm sữa tươi, nó tạo ra và duy trì môi trường axit cần thiết để phát triển thông qua việc sản xuất axit lactic Nhiệt độ từ 40 – 44 °C là khoảng nhiệt độ tối ưu cho chúng phát triển với điều kiện kị khí (Neish, 2017)

Str thermophilus và L bulgaricus có thể phát triển riêng biệt trong sữa nhưng khi nuôi

cấy cộng sinh với nhau thì Str thermophilus và L bulgaricus tương tác có thể mang lại sự hỗ

trợ phù hợp (Uriot và cộng sự, 2017), góp phần quan trọng trong việc hình thành kết cấu của sữa chua (thông qua sản xuất exopolysaccharide), tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm (thông qua sản xuất các hợp chất thơm) (Rul, 2017) Sự cộng sinh phù hợp của hai vi khuẩn này đến

từ đặc tính của chúng L bulgaricus có hoạt tính enzyme protease cao nên sự sinh trưởng của

nó làm tăng các peptide mạch ngắn góp phần tăng nguồn nitơ dễ hấp thu và thúc đẩy sự sinh

trưởng của Str thermophilus Đồng thời, Str thermophilus cũng thúc đẩy sự sinh trưởng của

L bulgaricus thông qua việc hình thành axit formic (Lê Văn Việt Mẫn, 2010)

Hình 2.3: Hai chủng vi khuẩn dùng trong sữa chua

▪ Hình bên phải: Streptococcus thermophilus

▪ Hình bên trái: Lactobacillus bulgaricus

Thông qua quá trình lên men, axit lactic được sản xuất từ đường sữa (carbohydrate chính trong sữa) bằng cách nuôi cấy vi khuẩn, sẽ làm giảm độ pH và làm đông tụ protein sữa tạo cho sữa chua có cấu trúc gel Các thành phần của sữa được chuyển đổi thành các hợp chất

carbonyl, axit không bay hơi và dễ bay hơi như acetaldehyde, acetone, acetoin, diacetyl và acetate mang lại cho sữa chua hương vị đặc trưng (Varnam và Sutherland, 2001)

2.5 Protein đậu ngự (Phaseolus lunatus)

2.5.1 Thành phần hóa học

Hạt đậu ngự được xem là nguồn dinh dưỡng dồi dào, là một nguồn protein có giá trị với hàm lượng từ 14,24 % đến 24,92 % và giàu các axit amin thiết yếu (Lim, 2016; Pertiwi và cộng sự, 2020; Ibeabuchi và cộng sự, 2019) Chúng cung cấp carbohydrate phức tạp, chủ yếu

là tinh bột và chất xơ, vitamin (phức hợp B) và khoáng chất (kẽm, sắt và canxi) Đa số các protein trong đậu ngự là protein dự trữ, bao gồm albumin 18,47 ± 0,62 %, globulin 56,20 ± 2,00 %, prolamin 3,14 ± 0,20 % và glutelin 22,69 ± 1,60 % (Palupi và cộng sự, 2022) Trong

đó chiếm tỷ lệ nhiều nhất là globulin, nó bao gồm protein vicilin (7S) chiếm 41,7 % tổng số globulin và protein legumin (11S) chiếm 58,3 % tổng số globulin (Chel-Guerrero và cộng sự, 2011) Trọng lượng phân tử của protein này là 10 - 141 kDa với 12 polypeptide Globulin có

12 polypeptide từ 10 đến 124 kDa Albumin có trọng lượng phân tử từ 18 đến 116 kDa, trong khi glutelin có 6 polypeptide từ 13 đến 109 kDa (Palupi và cộng sự, 2022) Trong hầu hết các loại đậu, globulin và albumin là các protein dự trữ của hạt giống chính, chẳng với globulin lần lượt là 45 % đến 50,3 %, albumin từ 31,2 % đến 35,5 % Glutelin là protein phong phú thứ ba, bao gồm 15,1 % đến 20,5 %, trong khi prolamin là một phần nhỏ bao gồm 0,5 đến 1,3 % trong hạt giống (Alghamdi và cộng sự, 2019) Phần trăm protein của cây họ đậu bị ảnh hưởng bởi kiểu gen, giống cây trồng và môi trường phát triển (Vasconcelos và cộng sự, 2010)

Ngoài ra, đậu ngự cũng chứa nhiều loại axit amin thiết yếu như phenylalanine,

isoleucine, valine, leucine, lysine, arginine, đã được liệt kê trong Bảng 1 Trong đó lysine,

leucine và valine là một trong những axit amin thiết yếu trong ngũ cốc với số lượng nhiều trong đậu ngự Vì vậy, đậu ngự sẽ là nguồn bổ sung dinh dưỡng tốt cho các loại ngũ cốc Giá trị của lysine trong đậu ngự cao hơn lượng khuyến nghị của FAO (Betancur-Ancona và cộng

sự, 2004)

Bảng 2.2: Thành phần axit amin (g.kg -1 protein) có trong đậu ngự

Lysine 58 79,7