Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao

Nghiên cứu sản xuất sữa dừa hàm lượng béo cao

CHƯƠNG 1MỞ 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.

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.

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 đôi2.2.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,….

(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

2.2.2.Quy trình công nghệ sản xuất sữa dừa

Cơm dừa nạo nhuyễn

Sữa dừa

Thuyết minh một số công đoạn chính trong quy trình công nghệ

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 1200C, 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

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

Kỹ thuật đồng hĩa 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 cĩ rất nhiều phương pháp đồng hĩa được áp dụng trong thực phẩm như: phương pháp khuấy trộn, phương pháp đồng hĩa áp lực cao, đồng hĩa 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 hĩa.

2.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đồng hĩa

Hiện nay, đồng hĩa 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 hĩa 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 quá trình đồng hĩa sẽ được thực hiện dễ dàng và hệ nhũ tương thu được sẽ cĩ độ bền cao Ngược lại, hệ nhũ tương với pha phân tán chiếm tỷ lệ cao thường khĩ đồng hĩa bằng các phương pháp thơng thường Bên cạnh đĩ, các hạt của pha phân tán cĩ xu hướng dễ kết hợp lại với nhau để tạo thành các hạt lớn hơn, từ đĩ dẫn đến hiện tượng tách pha.

b Nhiệt độ

Nhiệt độ của mẫu càng thấp thì quá trình đồng hĩa càng kém hiệu quả do một số chất béo chuyển sang dạng rắn Ngược lại, nếu nhiệt độ quá cao, chi phí năng lượng cho quá trình sẽ gia tăng và các phản ứng hĩa học khơng cần thiết cĩ thể xảy ra làm ảnh hưởng đến chất lượng của hệ nhũ tương Do đĩ, dựa vào thành phần hĩa học của hệ nhũ tương mà ta nên chọn nhiệt độ đồng hĩa cho thích hợp.

Bảng 3: So sánh các phương pháp đồng hóa sử dụng để sản xuất hệ nhũ tương

Phương pháp đồng

Kiểu hoạt động

Kiểu dòng chảy chủ

Cường độ năng lượngEv(J.m−3)

Năng lượng (J.m−3)

Kích thước hạt

phân tán

Độ nhớt mẫu

bình đến caoĐồng hóa

áp lực cao Liên tục (CI) LVTI, TV *

Vừa đến cao 106

đến trung bìnhĐầu dò

siêu âm

Mẻ hoặc liên tục

CI Vừa đến cao 106

đến trung bìnhTia siêu

cao 106÷2.108

cao < 0.1µm Thấpđến trung

bìnhKỹ thuật

membrane Mẻ hoặc liên tục Phun Vừa <10Thấp đến 3

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)

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).

Chất hoạt động bề mặt

Đại phân tửPolimer sinh học cấu trúc ngẫu nhiênPolimer sinh học

Trong hệ nhũ tương, các chất nhũ hĩa được phân bố tại vị trí bề mặt tiếp xúc giữa hai pha: đầu phân cực sẽ nằm trong pha nước - hướng về pha nước và đầu khơng phân cực sẽ nằm trong pha dầu, hướng về pha dầu (hình 6) Với cách phân bố như trên, các chất nhũ hĩa sẽ hình thành nên một lớp bảo vệ xung quanh các hạt phân tán, giúp cho hệ nhũ tương được bền vững.

Hình 6: Sự phân bố các chất nhũ hoá trong dung dịch

Tổ chức phân tử của chất hoạt động bề mặt trong dung dịch: Theo Jonsson và cộng sự (1998), ở một nồng độ tương đối thấp, các chất hoạt động bề mặt tồn tại trong dung dịch khi entropy của hỗn hợp lớn hơn lực hút giữa các phân tử chất hoạt động bề mặt Tuy nhiên, khi nồng độ của các chất hoạt động bề mặt vượt qua một giá trị tới hạn nào đó thì khi đó, chúng có thể tự kết hợp lại với nhau và chuyển sang những cấu trúc ổn định hơn về mặt nhiệt động Một số cấu trúc ổn định hơn như: mixen (micelles), cấu trúc lớp kép (bilayers), cấu trúc mixen đảo (reverse micelles), cấu trúc mụn nước (vesicles), mixen không có cấu trúc hình cầu (nonspherical micelles) (Hình 7)

Nồng độ mà tại đó các chất bề mặt tồn tại ở dạng mixen được gọi là nồng độ giới hạn tạo mixen (critical micelle concentration – CMC) Giá trị CMC của một dung dịch phụ thuộc vào cấu trúc hoá học, thành phần dung dịch của chúng và một số điều kiện khác Giá trị CMC có khuynh hướng giảm khi tăng tính kị nước của chất hoạt động bề mặt (bằng cách tăng chiều dài đuôi hydrocarbon) hay nói cách khác là giảm tính ưa nước (bằng cách giảm bớt các nhóm ion).

Mixen không hình cầu

Mixen đảoLớp képMụn nước

Hình 7: Một số kiểu cấu trúc tiêu biểu hình thành từ sự tập hợp của các chất hoạt động bề mặt.

Giá trị cân bằng ưa nước ưa béo: ( Hydrophile – lipophile balance; HLB)

HLB là một khái niệm dùng để phân loại các chất hoạt động bề mặt dựa vào giá trị cân bằng ưa nước – ưa béo của chúng HLB là tỷ số giữa phần trăm khối lượng các nhĩm ưa nước và phân trăm khối lượng các nhĩm ưa béo trong phân tử

Ngày nay, chỉ số HLB được sử dụng rộng rãi để phân loại các chất hoạt động bề mặt (Hasenhuetti và Hartel, 1997) Một phân tử cĩ chỉ số HLB cao sẽ cĩ tỷ lệ giữa nhĩm ưa nước và nhĩm ưa béo cao và ngược lại Mỗi chất hoạt động bề mặt cĩ một chỉ số HLB khác nhau Giá trị HLB đĩng vai trị quan trọng trong việc lựa chọn chất hoạt động bề mặt phù hợp cho một hệ nhũ tương Theo Davis (1994), giá trị HLB của một chất được tính theo cơng thức sau:

HLB = 7 +∑ ( chỉ số nhóm ưa nước) - ∑ (chỉ số nhóm kỵ nước )

Trong đó mỗi nhóm ưa nước hay ưa béo có một chỉ số riêng của nó, các chỉ số này được xác định bằng thực nghiệm Chỉ số các nhóm ưa nước và kỵ nước (Stauffer, 1999) được cho ở bảng 5:

Bảng 4: Chỉ số nhóm của các nhóm ưa nước và kỵ nước

Nếu chất hoạt động bề mặt có HLB từ 3 – 6 thì chúng được sử dụng để ổn định hệ nhũ tương nước trong dầu (w/o) Ngược lại, nếu giá trị của HLB từ 8 – 18 thì chúng sẽ ổn định các hệ nhũ tương dầu trong nước (o/w)

Bảng 5: Chỉ số HLB và ứng dụng cho các hệ nhũ tương thực phẩm (Friberg, 2000)

- Một chất hoạt động bề mặt có HLB nằm trong khoảng từ 6 – 8 thì chúng không rơi vào hai trường hợp trên Các chất hoạt động bề mặt được gọi là tác nhân làm ướt.

- Một chất hoạt động bề mặt có HLB < 3 hoặc HLB > 18 thì có hoạt tính bề mặt thấp, vì chúng rất kị nước hoặc rất ưa nước.

Trong những trường hợp này, người ta sẽ sử dụng kết hợp các chất nhũ hóa để tăng cường khả năng làm ổn định hệ nhũ tương thực phẩm

Chỉ số HLB của một số chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng trong thực phẩm được trình bày trong bảng 6.

Một trong những hạn chế của khái niệm HLB là không đề cập đến sự ảnh hưởng của nhiệt độ hay những yếu tố khác đến sự thay đổi của tính năng nhũ hóa của các chất hoạt động bề mặt Nghĩa là một chất hoạt động bề mặt có thể dùng để ổn định hệ nhũ tương này nhưng ở nhiệt độ khác thì nó được dùng để ổn định hệ nhũ tương khác, mặc dù chúng có cùng cấu tạo hóa học Ngoài ra, chỉ số HLB tối ưu của một chất hoạt động bề mặt dùng để ổn định hệ nhũ tương còn phụ thuộc vào loại dầu được sử dụng Vì vậy, cần xác định bằng thực nghiệm chỉ số HLB tối ưu cho từng loại dầu khác nhau.

Một số chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng

• Monoglyceride

Từ năm 1930 đến nay, mono-diglycerides được sử dụng làm chất nhũ hóa Lần đầu tiên thì mono-diglycerides được sử dụng trong sản xuất magarine Thuật ngữ monoglycerides thường dùng để chỉ các chất hoạt động bề mặt được sản xuất từ các acid béo và glycerol Tuy nhiên, trong công nghiệp hoá chất, để thu được các monoglycerides người ta trộn hỗn hợp triglycerides với glycerol, ở nhiệt độ 200 – 2600C với xúc tác là kiềm Trên thị trường, sản phẩm monoglyceride có độ dài mạch carbon và độ không no khác nhau Nhìn chung, đây là chất hoạt động bề mặt với chỉ số HLB tương đối thấp (2-5) Cấu trúc phân tử của monoglyceride được trình bày ở hình 8.

Bảng 6: Chỉ số HLB của một số chất hoạt động hoá học thường dùng trong thực phẩm

Sucrose monolaurate 15.0Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate 14.9

Hình 8: Cấu trúc phân tử của monoglyceride

• Ester của polyol với các monoglyceride

Các nhĩm hydroxyl tự do trong monoglycerides cĩ thể bị ester hố với các acid hữu cơ như acid acetic, acid lactic, acid citric, acid succinic, diacetyl tartaric,…tạo thành các ester của monoglycerides hay là dẫn xuất ưa nước hay kỵ nước của monoglycerides Các chất hoạt động bề mặt này bao gồm:

- Ester của acid acetic với monoglycerides – ACTEM, (E 472a)- Ester của acid lactic với monoglycerides – LACTEM, (E 472b)- Ester của diacetyl tartaric với monoglycerides – DATEM, (E

- Ester của acid succinic với monoglycerides – SMG, (E 472e)

Hình 9: Công thức phân tử của LACTEM, DATEM và SMG

SMGLACTEM

Các chất hoạt động bề mặt thuộc nhóm này ở dạng lỏng hoặc rắn, màu từ trắng đến vàng nhạt

• Ester của polyol với các acid béo

Một dạng ester khác của chất hoạt động bề mặt là ester của polyol với acid béo Các polyol có thể là: polyglycerol, propylene glycol, sorbitan, polyoxyethylene sorbitan và sucrose; các acid béo có mạch carbon từ 12 – 18, có thể chứa nối đôi (chưa bão hoà).

dạng không ion, hòa tan tốt trong nước và có tên thương mại là “TweenTM” hay “Polysorbate TM” Hai chất thuộc dạng này thường được sử dụng kết hợp để tăng cường tính ổn định của hệ nhũ tương.

b Polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực (amphiphilic biopolymers)

Giới thiệu chung: Các biopolymer được sử dụng trong thực phẩm là các

protein và polysaccharides Protein được tạo thành từ các monomer là amino acid, còn polysaccharide được cấu tạo từ các monosaccharide Tính năng của các biopolymer như độ tan, hoạt tính bề mặt, khả năng tạo gel, tạo đặc…phụ thuộc vào đặc tính phân tử của các monomer như kích thước, khối lượng và trật tự sắp xếp của các monomer Các monomer có kiểu cấu tạo rất đa dạng về tính cực như: ion, không ion, lưỡng cực Cả hai loại protein và polysaccharide đều có chứa một số lượng lớn monomer (từ 20 – 20000), các monomer này liên kết đồng hóa trị với nhau và chúng có thể xoay theo một góc bất kỳ, vì vậy, các biopolymer có rất nhiều cấu trúc khác nhau trong dung dịch Trong thực tế, chúng thường tồn tại ở hình dạng sao cho năng lượng tự do đạt cực tiểu Hình dạng này phụ thuộc vào các tương tác kị nước, tương tác tĩnh điện, liên kết Hydro, liên kết Van der Waals, entropy…

Hình dáng đặc trưng của các polymer sinh học tồn tại trong dung dịch với ba dạng cơ bản sau: dạng ngẫu nhiên (Flexible Random – coli Biopolymer), dạng cuộn thẳng (Rigit Linear Biopolymer) và dạng cầu (Compact Globular Biopolymer) như hình 11 Trong đó dạng cầu có cấu trúc khá cứng chắc trong khi dạng cuộn thẳng có cấu trúc mở rộng còn dạng ngẫu nhiên thì có cấu trúc linh hoạt cao.

Trong phân tử, polysaccharide còn có thể phân nhánh trong khi protein thì không Nói chung, hình dạng của các polymer trong dung dịch rất phức tạp, có thể ở một số vùng thì dạng cầu, vùng khác thì dạng ngẫu nhiên, vùng khác thì dạng cuộn thẳng Tuy nhiên, hình dạng này có thể thay đổi nếu chịu sự tác động của nhiều yếu tố như: pH, nhiệt độ, ion, các thành phần trong dung dịch…Tóm lại, hình dạng, trạng thái, sự kết hợp là các yếu tố quyết định những thuộc tính chức năng của các polymer sinh học Chính vì vậy mà các nhà khoa học thường quan tâm đến đặc trưng phân tử của các polymer sinh học trong hệ nhũ tương.

Dạng ngẫu nhiên Dạng cuộn thẳng Dạng cầu

Hình 11: Hình dạng đặc trưng của các polimer sinh học có cấu trúc lưỡng cực

Hoạt tính bề mặt và khả năng làm bền hệ nhũ tương:

Thơng thường, các polymer sinh học phải phân tán và tan trong dung dịch và sau đĩ thực hiện chức năng nhũ hĩa (McClements, 2002) Sự solvat hĩa các biopolymer là cần thiết trước khi đồng hĩa để hình thành hệ nhũ tương Quá trình này bao gồm một số giai đoạn như: phân tán, thấm ướt, hịa tan, trương nở…

Sau khi biopolymer được hịa tan, cần đảm bảo điều kiện mơi trường để hạn chế sự hợp giọt trong suốt quá trình đồng hĩa hoặc sau khi hệ nhũ tương được tạo thành, ví dụ khi sử dụng protein để ổn định hệ nhũ tương, nếu nồng độ muối cao hoặc giá trị pH của hệ gần với điểm đẳng điện của protein thì lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt phân tán khơng đủ mạnh để chống sự hợp giọt.

Hoạt tính bề mặt của nhiều biopolymer phụ thuộc vào tỉ lệ các vùng ưa nước và ưa béo trong phân tử Khi biopolymer hấp phụ lên bề mặt của hai pha dầu - nước thì các nhĩm ưa dầu sẽ nằm trong pha dầu, nhĩm ưa nước thì được định vị trong pha nước Cách phân bố như trên gĩp phần làm giảm bề mặt tiếp xúc giữa các phân tử dầu và nước tại mặt tiếp xúc giữa hai pha, do đĩ làm giảm sức căng bề mặt, hình thành một lớp màng bảo vệ, chống lại sự hợp giọt Hình dạng các polymer và thuộc tính hĩa lý của lớp màng bảo vệ phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và các tương tác của chúng Các biopolymer cĩ cấu trúc lưỡng cực dạng ngẫu nhiên và dạng cuộn thẳng phân bố một cách linh hoạt giữa bề mặt pha dầu, pha nước và các vùng tự do, tạo nên màng bảo vệ cĩ cấu trúc dày và hệ nhũ tương ở đây sẽ cĩ độ nhớt thấp; trong khi đĩ, các cấu trúc dạng cầu phân bố và sắp xếp kém linh hoạt hơn, tạo nên

các màng bảo vệ xung quanh các giọt nhỏ cĩ cấu trúc mỏng và hệ nhũ tương được tạo thành sẽ cĩ độ nhớt cao Điều này cĩ thể giải thích là do các màng bảo vệ các giọt cầu béo hình thành bởi protein hình cầu bền vững hơn so với màng tạo bởi protein của hai dạng cịn lại

Sự kết tủa casein cĩ thể thu được bằng cách điều chỉnh pH gần điểm đẳng điện (∼ 4,6) của casein hay bằng cách xử lý với enzyme rennet Enzyme này sẽ cắt phần ưa nước của kappa casein, cĩ vai trị ổn định các mixen casein Nếu kết tủa bằng acid thì casein và whey thu được gọi là “acid casein” và “acid whey”, cịn nếu kết tủa sử dụng enzyme thì casein và whey protein gọi là “rennet casein” và “sweet whey”

NướcDạng ngẫu

nhiên

Dạng cầu

Các phần kỵ nướcCác phần kỵ nước

Các chất nhũ hóa có nguồn gốc từ sữa được sử dụng trong thực phẩm bao gồm sữa nguyên (whole milk), casein và whey proteins Trên thị trường, các dạng chế phẩm này được bán dưới dạng bột gồm hai dạng protein concentrate (25 – 80% protein) và protein isolate ( >90% protein), có màu kem nhạt hoặc màu trắng và có mùi nhẹ Tuy nhiên, các sản phẩm dạng này thường có giá thành cao nên thường chỉ được sử dụng trong nghiên cứu

Có 4 kiểu protein chính trong casein: αs1 (~44%), αs2 (~11%), β (~32%) và κ(~11%) (Bylund, 1995) Nhìn chung, những phân tử protein này có cấu trúc tương đối ngẫu nhiên và linh hoạt Phân tử casein cũng chứa những vùng không phân cực và những vùng tích điện cao Các yếu tố này đóng vai trò chính trong việc xác định cấu trúc phân tử và thuộc tính chức năng của chúng trong thực phẩm Ở trạng thái tự nhiên, casein tồn tại dưới dạng mixen và có đường kính từ 50 – 250 nm, một phần liên kết với nhau bằng liên kết ion (chẳng hạn như calcium phosphate) Một số tên casein thương mại bao gồm: sodium caseinate, calcium caseinate, acid casein, rennet casein Khi dùng casein để ổn định hệ nhũ tương, tại các giá trị pH từ 3,3 – 5,3 và nồng độ muối cao, casein sẽ mất hoạt tính nhũ hóa (Srinivasan et al., 2000) Casein bền nhiệt hơn là whey protein.

Whey protein cũng là hỗn hợp của nhiều protein Trong đó các thành phần đáng lưu ý là: β-lactoglobulin (~55%), α-lactalbumin (∼24%), serum albumin (∼5%) và immunoglobulin (∼15%) Thông thường β-lactoglobulin quyết định đặc tính chức năng của whey protein vì nó thành phần tương đối lớn và có những thuộc tính hóa lý đặc biệt Khi sử dụng whey protein để làm ổn định hệ nhũ tương thì cần lưu ý những nồng độ muối cao, giá trị pH ∼ 4÷5,5 và ở các nhiệt độ cao thì hoạt tính nhũ hóa whey protein sẽ mất

• Protein thực vật

Đậu và ngũ cốc chứa một số protein có khả năng ổn định hệ nhũ tương Trong đó protein có nguồn gốc từ đậu nành được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi, chế phẩm làm ổn định hệ nhũ tương có nguồn gốc từ đậu nành là protein isolate.

• Protein từ thịt cá

Cá và thịt chứa một số lượng lớn protein có khả năng làm ổn định hệ nhũ tương như gelatin, myosin, actomyosin, actin và một vài loại protein cơ tương Tuy nhiên, ngoài gelatin thì khả năng nhũ hóa của các protein cơ không được cao.

• Tinh bột biến tính

Tinh bột tự nhiên có thuộc tính hoạt động bề mặt rất thấp Người ta có thể sản xuất tinh bột biến tính bằng các phương pháp hóa học, gắn thêm các nhóm kỵ nước dọc theo mạch của chúng Khi đó khả năng hoạt động bề mặt của tinh bột sẽ tăng lên nhiều Người ta thường sử dụng nhất là dẫn xuất octenyl succinate của tinh bột ngô sáp (waxy-maize) Chúng bao gồm các nhóm amylopectin đã được gắn thêm các nhóm không cực Khi sử dụng chúng làm chất nhũ hóa thì các nhóm không cực sẽ định hướng về pha dầu và các nhóm ưa nước dọc theo mạch sẽ định hướng về pha nước và chống lại sự kết tụ của các giọt phân tán Các hệ nhũ tương được ổn định bởi tinh bột biến tính thì bền trong một khoảng pH rộng từ 3 – 9, nồng độ ion cao (0 – 25 mM CaCl2) và khoảng nhiệt độ từ 30 – 900C Các tinh bột biến tính được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đồ uống

2.4.1.2 Chất ổn định: các chất ổn định có bản chất là các chất keo ưa nước Các chất loại này bao gồm protein và polyssaccharide Tính công nghệ của các chất keo ưa nước là có khả năng tạo đặc và tạo gel nên chúng được sử dụng làm bền và làm ổn định cấu trúc của các loại thực phẩm Một số loại keo ưa nước được dùng trong thực phẩm được cho ở bảng 7:

Bảng 7: Các loại chất ổn định thường dùng trong thực phẩmNguồn gốc Các loại keo

Thực vật Từ thực vật: cellulose, pectin, tinh bột

Nhựa cây: gum arabic, gum karaya, gum ghatti, gum tragacanthHạt: guar gum, locust bean gum, tara gum

Động vật Gelatin, caseinate, whey protein, chitosan

Vi sinh vật Xanhthan gum, curdlan, dextran, gellan gum, celluloseTảo Tảo đỏ: agar, carrageenan

Tảo nâu: alginate

a Chất tạo đặc (thickening agents)

Đặc tính tạo đặc được thể hiện qua khả năng làm tăng độ nhớt của pha liên tục trong các hệ nhũ tương w/o (Mckenna, 2003) Khả năng này làm thay đổi cấu trúc và chỉ tiêu cảm quan của thực phẩm Các chất tạo đặc tồn tại trong thực phẩm ở dạng những phân tử mở rộng hay những tổng thể phân tử được hydrate hóa Khả năng tăng cường tính nhớt phụ thuộc vào phân tử lượng, sự phân nhánh, hình dáng và tính linh động của các phân tử

b Chất tạo gel (gelling agents)

Một số keo ưa nước được sử dụng như là một thành phần chức năng trong các nhũ tương thực phẩm, vì khả năng hình thành gel trong pha nước của các sản phẩm Sự hình thành gel trong thực phẩm tạo nên cấu trúc và thuộc tính cảm quan đặc biệt cho thực phẩm và quan trọng là chống lại khả năng hợp giọt của các phân tử Một hệ gel tạo bởi biopolymer gồm các biopolymer liên kết với nhau tạo thành một mạng không gian ba chiều nhốt các phân tử nước Thuộc tính tạo gel phụ thuộc vào kiểu cấu trúc và những tương tác của các chất tạo gel

Có nhiều phương pháp để tạo gel như thay đổi nhiệt độ, pH, lực ion, sử dụng các chất làm biến tính hoặc các chất giúp tạo liên kết ngang Các biopolymer có thể tạo liên kết ngang với nhau bằng các liên kết đồng hóa trị, liên kết cầu muối, liên kết hydro, liên kết Van der Waals

Các hệ gel trong thực phẩm có thể chia làm hai loại, gel có cấu trúc dạng hạt (particulate gel) và gel có cấu trúc dạng sợi (filamentous gel) Về mặt quang học, gel có cấu trúc dạng hạt thì không trong suốt do nó có các phần tử có kích thước lớn có khả năng chắn sáng mạnh Trái lại, gel có cấu trúc dạng sợi thì trong suốt và có khả năng giữ nước tốt Các loại gel có cấu trúc dạng hạt thường gặp là whey protein, protein đậu nành, protein trứng…Các loại gel có cấu trúc dạng sợi thường gặp là gelatin, pectin, agar.

Một số chất tạo đặc và tạo gel thường gặp trong thực phẩm

* Xanhthan gum: [29],

Xanhthan gum là một loại polysaccharide ngoại bào được tổng hợp bởi loài

Xanthomonas campestris Trong nước lạnh, xanhthan gum có thể hòa tan được dễ

dàng hình thành nên một dung dịch có độ nhớt cao ở nồng độ rất thấp (khoảng 1%w/w) Vì vậy, xanhthan gum có tính chất như một chất tạo độ nhớt cho hầu hết các dạng thực phẩm dạng lỏng và được gọi là “chất giả dẻo” (pseudoplastic)

Xanhthan gum có thể được coi là một dẫn xuất của cellulose Trọng lượng phân tử của xanhthan gum > 106 Da Cấu trúc của xanhthan gum được trình bày trong hình 13 Mạch xanhthan gum chứa các liên kết 1,4 của β-glucopyranose Cứ cách một gốc đường, tại vị trí C3 của đường glucose tiếp theo lại gắn một đoạn mạch nhánh trisacchride có cấu trúc β-D-GlcpA(1-2)-α-D-Manp Gốc đường mannose nối với mạch chính bị acetyl hóa ở C6, còn khoảng 50% đường mannose ở đầu cuối của đoạn mạch nhánh này liên kết với pyruvate thành 4,6-O-(1-carboxyethylidene)-D-mannopyranose.

So với các loại biopolymer khác, dung dịch xanhthan gum có độ nhớt rất bền trong một giới hạn nhiệt độ và pH rộng Bên cạnh đó, dung dịch này có khả năng chống lại một số tác dụng phân cắt của enzyme Xanhthan gum khi kết hợp với các loại gum khác ở nồng độ nhỏ (từ 0.05 – 1%) có thể gia tăng khả năng tạo độ nhớt.

Hình 13: Công thức phân tử xanhthan gum

* Carboxymethylcellulose (CMC)

CMC là dẫn xuất của cellulose với acid chloroacetic Cellulose là một polymer tạo nên từ các đơn phân là phân tử đường β-D-glucose bởi các liên kết

β-1,4-glucoside

Thông thường, CMC có thể tan trong cả nước nóng cũng như nước lạnh tạo nên một dung dịch trong suốt, không màu và không có mùi rõ rệt Cũng như các dẫn xuất của cellulose khác, độ nhớt của dung dịch CMC cũng phụ thuộc vào chỉ số DP (mức độ polymer hóa) Vì CMC tồn tại ở dạng ion trong dung dịch nên độ hòa tan và độ nhớt của CMC phụ thuộc nhiều vào pH.

CMC là một ion polymer nên nó có thể tạo phức với protein hòa tan (casein hay soy protein) hoặc xung quanh điểm đẳng điện của protein Như trên đã nói, độ nhớt của CMC phụ thuộc chủ yếu vào pH, tuy nhiên, nó cũng phụ thuộc vào thành phần và nồng độ của protein, nồng độ và kiểu CMC Tại pH < 3 hoặc pH > 6, CMC có thể phản ứng ở nhiệt độ lạnh với protein trong sữa tạo thành phức chất và có thể loại bỏ như kết tủa Nếu 3 < pH < 5, phức chất CMC – protein bền, ổn định (hình 14) Hỗn hợp chứa CMC và casein khá nhạy cảm, phức chất bền nhiệt và độ nhớt giảm khi được đun nóng.

dụng trong thực phẩm có chức năng khác, nhưng cũng có tác dụng bảo quản chống vi sinh vật như giấm, đường, cồn, muối,…).

Việc lựa chọn một phụ gia chống vi sinh vật cần phải quan tâm đến những yếu tố sau:

− Cần hiểu biết về phạm vi hoạt động của chất chống vi sinh vật cần sử dụng.

− Tính chất vật lý và tính chất hóa học của thực phẩm và chất chống vi sinh vật như: pKa, tính tan của chất chống vi sinh vật, pH của thực phẩm.

− Điều kiện bảo quản thực phẩm và các quá trình chế biến phải được tính toán để đảm bảo chức năng chống vi sinh vật của phụ gia cần sử dụng

Phụ gia chống vi sinh vật phổ biến hiện nay là acid benzoic và muối benzoat:Acid benzoic trong tự nhiên được tìm thấy trong các loại thực vật như dâu (cranberry), mận, quế, đinh hương…đã từ lâu được sử dụng như một chất ức chế vi sinh vật thực phẩm Acid benzoic tồn tại dạng tinh thể bền, không mùi, màu trắng Natri benzoat tan tốt trong nước (66,0g/100ml ở 200C) và ethanol (0,81g/100ml ở 150C) Vì khả năng tan trong nước của acid benzoic thấp hơn nhiều so với natri benzoat nên người ta thường sử dụng natri benzoat trong nhiều thực phẩm.

Chức năng chính của acid benzoic và natri benzoat là chống vi khuẩn Hầu hết các loại nấm men và nấm mốc sẽ bị ức chế ở nồng độ 0,05 – 0,1% trong khi nồng độ để ức chế vi khuẩn là 0,01 – 0,02% Phạm vi ứng dụng của acid benzoic và natri benzoat được cho cụ thể ở bảng 8.

Cơ chế tác dụng lên vi sinh vật của acid benzoic và natri benzoat hiện nay cũng chưa được nghiên cứu đầy đủ Một số nghiên cứu cho rằng acid benzoic ức chế quá trình tổng hợp acid amin của nấm mốc và vi khuẩn Benzoat cũng có khả năng ức chế enzyme trong tế bào của vi khuẩn như những enzyme cần thiết trong chu trình tạo acid lactic, enzyme α-ketoglutarate và succinate dehydrogenase trong chu trình citric Benzoat có khả năng ức chế hoạt tính của enzyme trimethylamine-

N-oxide reductase của Escherichia coli, ức chế quá trình tạo aflatoxin của

Aspergillus flavus.

Ngoài acid benzoic và muối benzoat, các nhà sản xuất thực phẩm có thể sử dụng những phụ gia chống vi sinh vật khác như acid sorbic và muối sorbate, các acid hữu cơ như acid citric, acid acetic, acid lactic,…

Bảng 8: Khả năng ức chế vi sinh vật của natri benzoic và natri benzoat

1 Vi khuẩn

Bacillus receusE coli

LactobacillusMicrococcus spPseudomonas sp

6,35,2 – 5,64,3 – 6,05,5 – 5,6

50050 – 120300 – 1800

50 – 100200 - 480

2 Nấm men:

DabaryonyceshanseniiZygoaccharomycesSaccharomyces bayanusZygoaccharomyces bailic

3 Nấm mốc:

Penicillium citrinumPenicillium glaucamMucor racemosusPhizopus nigricans

3,0 – 3,55,05,05,05,0

200-3002000400 – 500

30 – 120

CHƯƠNG 3

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1.Nguyên liệu3.1.1.Cơm dừa

Dừa sử dụng trong nghiên cứu này thuộc giống dừa Ta (Cocus nucifera L.),

độ tuổi từ 11 – 12 tháng, được hái từ nhà vườn thuộc huyện Mỏ Cày, tỉnh Bến Tre.Cơm dừa được sử dụng trong quá trình thí nghiệm có màu trắng sáng, được gọt sạch lớp vỏ nâu bên ngoài và nghiền nhỏ đến kích thước 1,5 – 3 mm Cơm dừa có mùi đặc trưng của dừa, không có mùi lạ như mùi ôi, thiêu, mùi mốc hay mùi dầu dừa

3.1.2.Hoá chất sử dụng:

Hoá chất sử dụng trong nghiên cứu này được trình bày trong bảng 9Bảng 9: Các hoá chất sử dụng trong quá trình nghiên cứu

BHT Chống oxy hoá chất béo Công ty Golden Hope Nhà BèNatri

Hạn chế sự sẫm màu Công ty Ngọc SơnNatri benzoat Chống vi sinh vật Công ty Ngọc Sơn3.2.Phương pháp nghiên cứu

3.2.1.Mục đích nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu này nhằm chọn ra áp suất đồng hóa và hàm lượng các chất nhũ hóa thích hợp để tránh hiện tượng tách pha trong sữa dừa Ngoài ra, chúng tôi cũng khảo sát chọn hàm lượng chất chống vi sinh vật thích hợp nhằm kéo dài thời gian bảo quản sữa dừa và xác định hiệu suất thu hồi sản phẩm của toàn bộ quy trình sản xuất.

3.2.2.Sơ đồ nghiên cứu

Hình 15: Sơ đồ nghiên cứu

3.2.2.1 Chọn các thông số công nghệ cho quy trình tạo sản phẩm sữa dừa trong phòng thí nghiệm

Khảo sát ảnh hưởng của chất chống vi sinh vật đến thời gian bảo quản sản phẩm

Tính hiệu suất của quy trình sản xuất và Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh, chỉ tiêu hóa lý

Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, chúng tôi sử dụng kết quả thu được trong nghiên cứu của Vũ Chí Hải (2005), Huỳnh Trung Việt (2006) và Ngô Minh Hiếu (2007) Các mẫu thí nghiệm được thực hiện theo quy trình như hình 2, sử dụng các thông số sau:

* Quá trình trích ly sữa dừa (Vũ Chí Hải, 2005):

Tỉ lệ cơm dừa : dung môi (nước) : 1 : 1 (w/w)

* Quá trình ly tâm tách béo (Huỳnh Trung Việt, 2006):

Lực ly tâm sử dụng để thu được sữa dừa có hàm lượng béo 50 % wt không thấp hơn 880G (N)

* Quá trình gia nhiệt - phối trộn phụ gia:

Sữa dừa sau khi ly tâm tách béo được gia nhiệt đến nhiệt độ 800C và phối trộn phụ gia Quá trình phối trộn được thực hiên bằng thiết bị khuấy cơ tốc độ cao Heidolph Diax 900 do hãng Heidolph (Đức) sản xuất tốc độ quay là 15200 rpm và thời gian khuấy là 3 phút Một số phụ gia được chọn với hàm lượng như sau (Ngô Minh Hiếu, 2007).

Chất chống oxy hoá BHT với hàm lượng 0.025% (w/w)

Chất chống biến nâu trong quá trình tiệt trùng: Natri metabisulphite với hàm lượng 0.005% (w/w)