Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao

Sữa dừa (nước cốt dừa) là một hệ nhũ tương dầu trong nước, được trích ly từ cơm dừa nạo nhuyễn có hoặc không bổ sung thêm nước

Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Sữa dừa (nước cốt dừa) là một hệ nhũ tương dầu trong nước, được trích ly từ cơm dừa nạo nhuyễn có hoặc không bổ sung thêm nước. Sữa dừa sản xuất ở quy mô công nghiệp là một dạng sản phẩm rất phổ biến ở các nước châu Á có diện tích trồng dừa lớn như Phillipines, Malaysia, Thailand, Indonesia… Ở Việt Nam, những năm gần đây đã tập trung nghiên cứu, khai thác các sản phẩm làm từ dừa như nước dừa non đóng lon, kẹo dừa, kem dừa, bơ dừa, cơm dừa nạo sấy, sữa dừa…Trên thị trường Việt Nam và thế giới hiện nay, các sản phẩm sữa dừa thương mại đều có hàm lượng béo không vượt quá 35%wt (Ngô Minh Hiếu, 2007). Nước ta có nguồn tài nguyên dừa phong phú, tập trung ở các tỉnh như Bình Định, Bến Tre…với chất lượng dừa rất tốt. Vì vậy, chúng tôi đề xuất nghiên cứu sản xuất sữa dừa có hàm lượng béo cao (50%wt béo) nhằm đa dạng hóa sản phẩm và tiết kiệm chi phí trong quá trình bảo quản và vận chuyển sản phẩm. Năm 2006, Huỳnh Trung Việt đã nghiên cứu ứng dụng quá trình ly tâm nhằm tăng hàm lượng béo trong sữa dừa từ 32% wt béo tăng lên đến 50% wt béo. Năm 2007, Ngô Minh Hiếu đã nghiên cứu chọn nhiệt độ và thời gian tiệt trùng thích hợp để kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm, chọn hàm lượng các chất phụ gia thích hợp để chống lại quá trình chống oxy hóa chất béo và làm tăng độ bền của hệ nhũ tương. Dựa trên các kết quả thu được của các tác giả trên, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao (50% béo), tập trung vào các vấn đề sau: − Khảo sát chọn áp suất đồng hóa sữa dừa. − Xác định hàm lượng phụ gia để làm tăng độ bền của hệ nhũ tương. − Khảo sát chọn hàm lượng chất chống vi sinh vật thích hợp để tăng thêm thời gian bảo quản sản phẩm. − Xác định hiệu suất thu hồi sản phẩm của quy trình sản xuất và kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh của sản phẩm. Trang 1 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn Chúng tôi hy vọng rằng những kết quả thu được sẽ là cơ sở để góp phần triển khai công nghệ sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao vào điều kiện thực tế tại Việt Nam. Trang 2 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu chung về dừa: [2], [38] Cây dừa (Cocos nucifera) là một loài cây trong họ cau (Arecaceae). Nó cũng là thành viên duy nhất trong chi Cocos và là một loại cây lớn, thân đơn trục (nhiều khi gọi là nhóm thân cau dừa) có thể cao tới 30 m, với các lá đơn xẻ thùy lông chim 1 lần, cuống và gân chính dài 4–6 m, các thùy với gân cấp 2 có thể dài 60–90 cm. Cây dừa được xem là một loại cây có giá trị kinh tế, mỗi cây trưởng thành có khả năng cho 75 quả mỗi năm. Điều kiện tự nhiên Việt Nam thuận lợi cho việc phát triển cây dừa, nhất là từ vỹ tuyến 20 trở vào. Dừa có thể sinh trưởng trên các loại đất khác nhau, nhưng phát triển tốt trên đất cát có nhiễm mặn nhẹ. Diện tích trồng dừa của Việt Nam hiện nay vào khoảng 220.000 ha, tập trung chủ yếu ở các tỉnh ở miền Trung (Bình Định) và đồng bằng sông Cửu Long (Bến Tre). Đối với quả dừa tươi, thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất là nước dừa, còn đối với quả dừa khô, cơm dừa được xem là thành phần giàu giá trị dinh dưỡng và được sử dụng nhiều nhất. Thành phần hóa học của cơm dừa theo USDA được cho ở bảng 1. Hình 1: Quả dừa khô bổ đôi 2.2. Giới thiệu chung về sữa dừa và công nghệ sản xuất sữa dừa: [31] 2.2.1. Sữa dừa Sữa dừa là một dạng chất lỏng màu trắng sữa với thành phần hóa học có chứa nhiều chất như béo, protein, carbohydrate, khoáng…Hàm lượng chất béo trong sữa dừa thường được hiệu chỉnh tùy thuộc vào yêu cầu của từng địa phương và thường nằm trong khoảng 15 – 40% (Pichivittayakarn, 2006). Sữa dừa là một loại sản phẩm được sử dụng phổ biến ở quy mô gia đình và quy mô công nghiệp, đây là một nguyên liệu cần thiết để chế biến các món ăn truyền thống ở các nước Châu Á, đặc biệt là Thái Lan, Malaysia,…. Trang 3 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn (Pichivittayakarn, 2006). Ngoài ra, sữa dừa còn là nguyên liệu sản xuất các sản phẩm như jam dừa, syrup dừa, “phô mai” dừa, đậu hũ dừa (coconut tofu) và một số sản phẩm nước uống như “cocosoy milk”,…Năm 1990, các nhà nghiên cứu ở Philippines đã tạo ra dòng sản phẩm mới bằng cách phối trộn sữa gầy (skim cow’s milk) với sữa dừa. (Seow và Gwee, 1997). Sữa dừa tươi (fresh coconut milk) và sữa dừa sản xuất trong công nghiệp rất dễ bị hư hỏng do vi sinh vật. Ngoài ra, sự tách pha của hệ nhũ trong sữa làm cho sản phẩm bị phân lớp và không đồng nhất. Vì vậy, trong sản xuất sữa dừa thương mại, chúng ta sẽ bổ sung các chất nhũ hoá đồng thời thực hiện quá trình đồng hóa, đóng lon và tiệt trùng nhằm kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Bảng 1: Thành phần hóa học của cơm dừa (USDA, 1995) Thành phần Hàm lượng (tính trên 100g ăn được) Đơn vị Nước 46.99 g Năng lượng 354 Kcal Protein 3.33 g Lipid tổng (fat) 33.49 g Chất khoáng 0.97 g Carbohydrate 15.23 g Chất xơ 9.0 g Bảng 2: Thành phần hóa học của sữa dừa theo USDA (1995) Thành phần Hàm lượng (tính trên 100g ăn được) Đơn vị Nước 53.90 g Năng lượng 33.0 Kcal Protein 3.63 g Lipid tổng (fat) 34.681 g Chất khoáng 1.15 g Carbohydrate 6.65 g Chất xơ 2.2 g 2.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất sữa dừa Trang 4 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Cơm dừa nạo nhuyễn Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn Trang 5 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Lọc Ly tâm Gia nhiệt Phối trộn Đồng hoá Đóng lon Tiệt trùng Ép Nước ấm Trích ly Sữa dừa Bã Bã Nư ớc Phụ gia Lon Sản phẩm Hình 2: Quy trình công nghệ sản xuất sữa dừa có hàm lượng béo cao Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn Thuyết minh một số công đoạn chính trong quy trình công nghệ 2.2.2.1. Trích ly: Cơm dừa sau khi nạo nhuyễn được trích ly trong nước ấm 50 0 C trong 10 phút. Tỷ lệ nước và dung môi là 1:1 2.2.2.2. Ly tâm: Sau khi ép và lọc, sữa dừa được ly tâm để tăng hàm lượng chất béo. Theo kết quả nghiên cứu của Huỳnh Trung Việt (2006), để thu được sữa dừa hàm lượng béo 50%wt, lực ly tâm cần sử dụng không thấp hơn 880G (N). 2.2.2.3. Phối trộn: Sau khi gia nhiệt, sữa dừa được phối trộn với các phụ gia như các chất nhũ hóa, chất chống oxy hóa, chất chống vi sinh vật và natri metabisulphite nhằm tránh sự tách pha của hệ nhũ, hạn chế quá trình oxy hóa chất béo, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm hạn chế sự sẫm màu trong quá trình tiệt trùng. 2.2.2.4. Đồng hóa: Quá trình đồng hóa được thực hiện nhằm ổn định hệ nhũ tương, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực. Sau khi đồng hóa, các hạt cầu béo được xé nhỏ và phân bố đều trong sữa dừa. Thiết bị thường sử dụng hiện nay là thiết bị đồng hóa áp lực cao, hai cấp. 2.2.2.5. Tiệt trùng: Quá trình tiệt trùng nhằm tiêu diệt vi sinh vật và enzyme có trong sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Theo nghiên cứu của Ngô Minh Hiếu (2007), thông số của quá trình tiệt trùng là 120 0 C, 30 phút. Quá trình tiệt trùng được thực hiện trong nồi hấp autoclave. 2.3. Quá trình đồng hóa [6] 2.3.1. Giới thiệu chung Đồng hóa là quá trình thường được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Mục đích của quá trình này nhằm ổn định hệ nhũ tương trong thực phẩm, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực. Trang 6 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn Đồng hóa được hiểu là quá trình xé nhỏ các hạt phân tán có kích thước lớn tồn tại trong hệ nhũ tương thành những hạt có kích thước đồng đều và nhỏ hơn. Nhũ tương là một hệ phân tán của hai chất lỏng không hòa tan được với nhau nhưng được trộn lẫn. Khi đó, một chất lỏng sẽ tồn tại dưới dạng hạt (được gọi là pha không liên tục, pha phân tán hoặc pha nội) trong lòng của chất lỏng còn lại (được gọi là pha liên tục, pha không phân tán hoặc pha ngoại). Trong công nghiệp thực phẩm, các hệ nhũ tương thường gặp gồm hai chất lỏng đại diện: nước và dầu. Như vậy, ta sẽ có hai dạng nhũ tương cơ bản: - Nước trong dầu (water in oil – w/o) trong đó nước ở dạng pha phân tán còn dầu ở dạng pha liên tục. - Dầu trong nước (oil in water – o/w) trong đó dầu ở dạng pha phân tán còn nước ở dạng pha liên tục. Hình 3: Hệ nhũ tương nước trong dầu (w/o) và dầu trong nước (o/w) Trong thực phẩm, ta còn có thể gặp một số hệ nhũ tương phức tạp khác như hệ nhũ tương nước trong dầu trong nước (water in oil in water – w/o/w), hay hệ nhũ tương dầu trong nước trong dầu (oil in water in oil – o/w/o) .(Hình 4). Nhìn về mặt nhiệt động lực học thì nhũ tương là một hệ không bền, do đó để tạo độ bền cho nhũ tương, ta có thể cho thêm các phụ gia được gọi là chất nhũ hóa và chất ổn định. Hình 4: Hệ nhũ tương nước trong dầu trong nước (w/o/w) 2.3.2. Cơ sở khoa học của quá trình đồng hóa Trang 7 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn Kỹ thuật đồng hóa hệ nhũ tương bao gồm các phương pháp phá vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân bố đều chúng trong pha liên tục. Hiện nay có rất nhiều phương pháp đồng hóa được áp dụng trong thực phẩm như: phương pháp khuấy trộn, phương pháp đồng hóa áp lực cao, đồng hóa bằng nghiền keo, bằng siêu âm,…Bảng 3 dưới đây so sánh sơ lược về tính năng cũng như đặc điểm của các phương pháp đồng hóa. 2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hóa Hiện nay, đồng hóa áp suất cao là phương pháp phổ biến nhất trong cơng nghệ thực phẩm. Trong phần tiếp theo, chúng tơi sẽ giới thiệu sự ảnh hưởng của một số yếu tố cơng nghệ quan trọng đến hiệu quả đồng hóa bằng phương pháp sử dụng áp suất cao. a. Tỷ lệ phần trăm giữa thể tích pha phân tán và tổng thể tích hệ nhũ tương Nếu thể tích của pha phân tán chỉ chiếm một phần nhỏ so với thể tích của tồn hệ nhũ tương thì q trình đồng hóa sẽ được thực hiện dễ dàng và hệ nhũ tương thu được sẽ có độ bền cao. Ngược lại, hệ nhũ tương với pha phân tán chiếm tỷ lệ cao thường khó đồng hóa bằng các phương pháp thơng thường. Bên cạnh đó, các hạt của pha phân tán có xu hướng dễ kết hợp lại với nhau để tạo thành các hạt lớn hơn, từ đó dẫn đến hiện tượng tách pha. b. Nhiệt độ Nhiệt độ của mẫu càng thấp thì q trình đồng hóa càng kém hiệu quả do một số chất béo chuyển sang dạng rắn. Ngược lại, nếu nhiệt độ q cao, chi phí năng lượng cho q trình sẽ gia tăng và các phản ứng hóa học khơng cần thiết có thể xảy ra làm ảnh hưởng đến chất lượng của hệ nhũ tương. Do đó, dựa vào thành phần hóa học của hệ nhũ tương mà ta nên chọn nhiệt độ đồng hóa cho thích hợp. Bảng 3: So sánh các phương pháp đồng hóa sử dụng để sản xuất hệ nhũ tương Trang 8 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn Phương pháp đồng hóa Kiểu hoạt động Kiểu dòng chảy chủ yếu Cường độ năng lượng E v (J.m 3− ) Năng lượng (J.m 3− ) Kích thước hạt phân tán Độ nhớt mẫu Khuấy trộn cao tốc Mẻ hoặc liên tục TI, TV, LV Thấp đến cao 10 3 ÷ 10 8 Thấp 2 µ m Thấp đến trung bình Nghiền keo Liên tục LV (TV) Thấp đến cao 10 3 ÷ 10 8 Trung bình 1 µ m Trung bình đến cao Đồng hóa áp lực cao Liên tục TI, TV (CI) LV * Vừa đến cao 10 6 ÷ 10 8 cao 0.1 µ m Thấp đến trung bình Đầu dò siêu âm Mẻ hoặc liên tục CI Vừa đến cao 10 6 ÷ 10 8 Thấp 0.1 µ m Thấp đến trung bình Tia siêu âm Liên tục CI Vừa đến cao 10 6 ÷ 10 8 Cao 1 µ m Thấp đến trung bình Vi lỏng hóa Liên tục TI, TV Vừa đến cao 10 6 ÷ 2.10 8 cao < 0.1 µ m Thấp đến trung bình Kỹ thuật membrane Mẻ hoặc liên tục Phun Thấp đến Vừa <10 3 ÷ 10 8 Rất cao 0.3 µ m Thấp đến trung bình Chú thích: TI: turbulent-inertial (quán tính - rối), TV: turbulent-viscous (rối- nhớt), LV: laminar-viscous (nhớt – tầng) và CI: cavitational (tạo bong bóng khí) Trang 9 SVTH: Lê Vũ Anh Thư Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao GVHD: PGS. TS Lê Văn Việt Mẫn c. Áp suất Áp suất đồng hóa càng lớn, hiện tượng chảy rối và hiện tượng xâm thực khí sẽ càng dễ xuất hiện, kết quả là các hạt pha phân tán được tạo thành kích thước nhỏ và hệ nhũ tương sẽ có độ bền cao. Tuy nhiên, nếu áp suất đồng hóa quá lớn sẽ làm tăng chi phí cho quá trình, đồng thời có thể phá vỡ lớp màng bảo vệ xung quanh những hạt phân tán làm cho quá trình tách pha càng dễ xảy ra hơn. Các nhà sản xuất cần xác định áp suất đồng hóa thích hợp tùy theo thành phần hóa học của hệ nhũ tương. 2.4. Phụ gia ổn định nhũ tương và ức chế vi sinh vật trong công nghệ sản xuất sữa dừa 2.4.1. Phụ gia ổn định nhũ tương: [20], [34], [37] Trong chế biến thực phẩm, để giúp cho quá trình đồng hóa đạt hiệu quả cao và hệ nhũ tương thực phẩm không bị tách pha, người ta sử dụng các phụ gia có chức năng đặc biệt với mục đích ổn định hệ nhũ tương. Các quy định hiện nay về danh mục phụ gia thực phẩm và liều lượng sử dụng phụ thuộc tình hình mỗi nước. Yêu cầu chung đối với nhóm phụ gia ổn định hệ nhũ tương là không độc hại đối với sức khoẻ người tiêu dùng, ít bị biến đổi trong quá trình xử lý và bảo quản. Phụ gia ổn định nhũ tương có thể được chia làm hai nhóm chất chính: Chất nhũ hóa: là các chất hoạt động bề mặt. Chất ổn định: là các chất có chức năng tăng cường độ nhớt của pha liên tục, các chất loại này bao gồm chất làm đặc và chất tạo gel. 2.4.1.1. Chất nhũ hóa Chất nhũ hóa được chia làm hai nhóm chính: chất hoạt động bề mặt (surfactans) và các polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực (amphiphilic biopolymers). Trang 10 SVTH: Lê Vũ Anh Thư . tương nước trong dầu trong nước (water in oil in water – w/o/w), hay hệ nhũ tương dầu trong nước trong dầu (oil in water in oil – o/w/o)...(Hình 4). Nhìn về. dừa tươi, thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất là nước dừa, còn đối với quả dừa khô, cơm dừa được xem là thành phần giàu giá trị dinh dưỡng và được sử