Nghiên cứu công nghệ sản xuất sữa ngô đặc giầu đạm

TÓM TẮT NHIỆM VỤ - Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu: Ngô, nấm men, chất ổn định,… - Nghiên cứu quy trình công nghệ: Điều kiện trích ly dịch sữa ngô, dịch thủy phân nấm men, sử dụng chất ổ

VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA NGÔ ĐẶC

GIẦU ĐẠM

CNĐT: LÊ TRUNG HIẾU

8794

HÀ NỘI – 2010

1.1.2 Sản lượng và diện tích trồng ngô trên thế giới và trong nước 01

1.2.1 Tình hình sản xuất và chế biến ngô ngọt trên thế giới 081.2.2 Tình hình sản xuất và chế biến ngô ngọt ở Việt Nam 09

1.6 Các chất ổn định dùng trong công nghiệp thực phẩm 17

1.7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc thực phẩm 241.7.4 Biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc 26

1.8.1 Một số phương pháp thanh trùng đồ hộp thực phẩm 271.8.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thanh trùng 28

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu 30

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 30

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN

33

3.1 Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu sản xuất sữa ngô đặc 33

3.2 Nghiên cứu phương pháp thu hồi dịch sữa ngô 37

3.3 Nghiên cứu điều kiện trích ly dịch sữa ngô sử dung enzim

3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ Nước/bã ngô đến chất lượng

dịch sữa thu được

41

3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến chất lượng dịch

sữa thu được

42

3.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ enzim đến chất lượng dịch

sữa thu được

43

3.5 Nghiên cứu điều kiện thu hồi protein nấm men 463.5.1 Nghiên cứu điều kiện thủy phân thu dịch chiết nấm men 463.5.2 Nghiên cứu tạo sản phẩm protein dạng bột bằng phương pháp

sấy phun

48

3.7 Nghiên cứu nồng độ hương dầu bơ thích hợp sản xuất sữa ngô đặc 50

3.10 Quy trình công nghệ sản xuất sữa ngô dạng đặc 55

3.11.1 Sản xuất thử nghiệm bột protein từ nấm men 57

3.11.4 So sánh sản phẩm sữa ngô của Đề tài với sản phẩm sữa ngô

trong nước và quốc tế

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

- Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu: Ngô, nấm men, chất ổn định,…

- Nghiên cứu quy trình công nghệ: Điều kiện trích ly dịch sữa ngô, dịch thủy phân nấm men, sử dụng chất ổn định, phối hương, thanh trùng,…

- Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm phù hợp với các quy định về vệ sinh an toàn thực phẩm

- Sản xuất quy mô thực nghiệm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1: Sản lượng, sức tiêu thụ và dự trữ ngô của thế giới 03Bảng 2: Sản lượng ngô phân theo địa phương Việt Nam 04Bảng 3: Thành phần của dịch chiết nấm men 15Bảng 4: Tinh bột biến tính được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm 21Bảng 5: Ưu nhược điểm của phương pháp cô đặc nhiệt và cô đặc lạnh 23Bảng 6: Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước 25Bảng 7: Quan hệ giữa nồng độ chất khô và nhiệt độ sôi ở 760 mmHg 25Bảng 8: Đặc tính của một số giống ngô 33Bảng 9: Kết quả phân tích thành phần hóa học của một số giống ngô ngọt

tại thời điểm nghiên cứu

34

Bảng 10: Ảnh hưởng của các giống ngô đến chất lượng cảm quan sản phẩm 35Bảng 11: Các chỉ tiêu lựa chọn ngô nguyên liệu 36Bảng 12: Thành phần hóa học của nấm men bia tại thời điểm nghiên cứu 37Bảng 13: Ảnh hưởng của phương pháp thu hồi đến hiệu suất thu hồi dịch sữa

protein

48

Bảng 22: Ảnh hưởng của tỷ lệ siro đến quá trình cô đặc dịch sữa ngô 49Bảng 23: Ảnh hưởng của nồng độ hương dầu bơ đến chất lượng sữa ngô đặc 50Bảng 24: Sự thay đổi của sản phẩm theo thời gian bảo quản khi sử dụng chất

Bảng 26: Ảnh hưởng của nhiệt độ thanh trùng đến chất lượng dịch sữa ngô 53Bảng 27: Phân tích các chỉ tiêu vi sinh của sữa ngô dạng đặc sau 6 tháng bảo

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1: Quy trình công nghệ sản xuất sữa ngô uống 10

Hình 2: Cấu tạo phân tử Alginate 18

Hình 3: Cấu tạo phân tử CMC 18

Hình 4: Cấu tạo phân tử Carrageenan 19

Hình 5: Cấu tạo phân tử Gelatin 19

Hình 6: Cấu tạo phân tử Guar gum 20

Hình 7: Cấu tạo phân tử Locust bean gum 21

Hình 8: Quá trình carmel hóa của đường saccharo 26

Hình 9: Quy trình công nghệ sản xuất sữa ngô dạng đặc 55

Hình 10: Sữa ngô đặc của Thái Lan 60

Hình 11: Sữa ngô đặc của Đề tài 60

MỞ ĐẦU

Ngô là cây lương thực đứng thứ hai sau lúa Ngô được trồng ở 70 nước trên thế giới với hơn 100 triệu ha, sản lượng ngô sản xuất hàng năm ước tính khoảng 600 triệu tấn, trị giá trên 50 tỷ USD [23]

Bên cạnh việc sử dụng như một nguồn lương thực chính cho người và cho chăn nuôi, các sản phẩm chế biến từ ngô còn là nguyên liệu của nhiều ngành sản xuất công nghiệp khác như: Công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt, giặt là, công nghiệp sản xuất sơn, vecni, cao su nhân tạo,… Đặc biệt là trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, ngô là một nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất cồn nhiên liệu

Trong công nghiệp thực phẩm, các sản phẩm như tinh bột ngô, siro ngô, các loại đường glucoza, maltoza và fructoza là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất bánh kẹo Ở Mỹ, ngô được dùng như nguồn nguyên liệu thay thế cho Malt đại mạch trong công nghiệp sản xuất bia, rượu wishky Ở nhiều nước Châu

Á như Trung Quốc, Thái Lan, Nhật Bản ngô ngọt được chế biến thành sản phẩm sữa ngô dạng lỏng hoặc dạng đặc Sữa ngô nguyên chất hoặc bổ sung thêm protein, khoáng chất nhằm tăng giá trị dinh dưỡng đồng thời làm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm

Ở Việt Nam, ngô từ lâu đã trở thành một cây lương thực quan trọng với những giống truyền thống là ngô nếp và ngô tẻ Trong những năm gần đây, nhờ

có chính sách khuyến khích trồng xen canh tăng vụ và những tiến bộ khoa học

kỹ thuật, diện tích, năng suất và sản lượng ngô tăng nhanh, nhiều giống ngô mới như Bioseed và ngô ngọt được du nhập vào Việt Nam Theo số liệu của Tổng cục thống kê, năm 2009, diện tích ngô của cả nước đạt 1.086.000 ha và sản lượng ngô 4.381.800 tấn [23] Một số sản phẩm chế biến từ ngô đã được nhiều nhà khoa học Việt Nam quan tâm nghiên cứu Năm 2010, PGS.TS Ngô Tiến Hiển đã hoàn thiện công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất si rô fructoza 42% để

sử dụng trong công nghiệp thực phẩm Năm 2008, Viện Cơ điện nông nghiệp cũng đã triển khai nghiên cứu và sản xuất nước giải khát từ ngô

Với mong muốn tăng giá trị sử dụng của hạt ngô, đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ ngô, tận dụng nguồn protein dư thừa từ vi sinh vật, đáp ứng thị hiếu của

người tiêu dùng Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất sữa ngô đặc giàu đạm”

được đề xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1 Tổng quan về ngô [12, 20]

1.1.1 Giới thiệu về cây ngô

Ngô, bắp hay bẹ có danh pháp khoa học là Zea mays L Ngô xuất hiện lần

đầu tiên ở Mexico sau đó lan truyền xuống Canada, Achentina, châu Âu, châu Phi, châu Á Loại ngô cổ nhất được các nhà khoa học tìm thấy cách đây gần

7000 năm tại thung lũng Tehuacan của Mexico

Ngô là một trong ba loại ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới (lúa mỳ, lúa gạo, ngô), được trồng với số lượng ngày càng tăng để đáp ứng nhu cầu lương

thực toàn cầu Ngô được trồng hai đến ba vụ trong một năm và trong tương lai năng suất ngô sẽ tiếp tục tăng mạnh do sự phát triển của công nghệ gen lai tạo giống mới

1.1.2 Sản lượng và diện tích trồng ngô trên thế giới và trong nước

a) Sản lượng và diện tích trồng ngô trên thế giới [23]

Ngô là cây ngắn này, ưa khí hậu ấm Ở nhiệt độ thấp hơn 10ºC hoặc cao hơn 45ºC ngô được trồng ít hơn Năng suất cao nhất đối với loại ngô có thời gian sinh trưởng từ 130 đến 140 ngày

Tất cả các châu lục đều sản xuất ngô trừ châu Nam Cực (Antaretica) Sản

lượng ngô của thế giới tăng nhanh từ năm 1930, đặc biệt 35 năm trở lại đây tăng nhanh về diện tích lẫn năng suất Sản lượng ngô của Nam Mỹ chiếm 50% sản lượng ngô của thế giới Nước có sản lượng ngô lớn nhất thế giới là Mỹ, ở châu Á

có Trung Quốc

Mặc dù diện tích trồng lúa mỳ lớn nhất nhưng do năng suất bình quân trên một diện tích gieo trồng thấp nên sản lượng lúa mỳ không cao hơn so với ngô và lúa Về năng suất, không phải các vùng trồng ngô đều cho năng suất cao hơn 2 tấn/ha Nhưng thực tế nước Mỹ, Canada, châu Âu, Achentina, Trung Quốc và một số nước đã có năng suất lớn hơn con số trên

Theo báo cáo của của Cục Dự trữ lương thực toàn cầu (tại Mỹ) thì sản

lượng ngô dự trữ năm 2009 tăng 13,7 triệu tấn, đạt được mức 143,3 triệu tấn Phần lớn sản lượng dự trữ này tăng là do sự tăng trữ lượng ngô tại Trung Quốc Sản lượng ngô của Trung Quốc giai đoạn này tăng 9% đạt mức 5 triệu tấn, các

nước thuộc châu Âu (EU) tăng 29% đạt mức 61 triệu tấn Theo thống kê này, sản

lượng ngô của Nga và Ukraina tăng lần lượt là 67% và 54% với sản lượng chung

là 18 triệu tấn Tuy vây, sản lượng ngô bị giảm tại một số nước trên thế giới như Braxin, giảm 14% và chỉ đạt được 50 triệu tấn; Mỹ giảm 8% so với dự kiến Tuy

vậy, Mỹ vẫn sản xuất 39% trữ lượng ngô toàn cầu

Sản lượng ngô được trao đổi toàn cầu giảm 23%, chỉ đạt mức 76 triệu tấn

do sản lượng xuất khẩu của một số nước xuất khẩu ngô lớn Điển hình như tại

Mỹ, lượng ngô xuất khẩu năm 2009 chỉ là 28 triệu tấn, trong khi sản lượng xuất khẩu dự báo là 44 triệu tấn Tại Argentina, đất nước chuyên xuất khẩu ngô thì sản lượng giai đoạn này giảm 55% do mất mùa Tại châu Âu, sản lượng ngô tăng mạnh nên đã giảm lượng nhập khẩu ngô xuống chỉ còn 85% so với dự kiến, ở mức 2 triệu tấn

b) Sản lượng và diện tích trồng ngô ở Việt Nam [22, 23]

Ở nước ta, ngô có thể trồng hai đến ba vụ trong một năm và trồng ở hầu hết các vùng trong cả nước, đặc biệt là vùng Đông Bắc và Tây Nguyên Sản lượng ngô năm 2009 của các tỉnh Đông Bắc như: Hà Giang, Cao Bằng, Thái Nguyên,… là 778.000 tấn; của các tỉnh Tây Nguyên như: Kon Tum, Gia Lai, Lâm Đồng,… là 1.134.200 tấn

Đến thời điểm này, Đắc Lắc là tỉnh sản xuất ngô hàng đầu cả nước về cả

diện tích (130.000 ha) và sản lượng (550.000 tấn) Năng suất bình quân của cả

nước năm 2009 là 4381800 tấn Vùng Đông Nam Bộ sản lượng ngô đạt 2,6-3,1 tấn/ha do có những tiến bộ kỹ thuật trong thâm canh cũng như lai tạo giống mới Ngoài những giống ngô có năng suất cao, ta còn có những giống ngô ngắn ngày

(65-85 ngày)

Năm 2010, chiến lược phát triển khoa học và công nghệ cho cây ngô là tiếp tục ưu tiên nghiên cứu và phát triển ngô lai năng suất cao, thích nghi rộng,

các giống ngô chịu được điều kiện bất thuận (đặc biệt là hạn hán) để góp phần

đưa diện tích ngô của cả nước đến năm 2020 đạt 1,4-1,5 triệu ha với năng suất bình quân 5,5- 6,0 tấn/ha, sản lượng 8- 9 triệu tấn, nhằm cung cấp đủ nguyên liệu cho chế biến thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và các nhu cầu khác trong nước, từng bước tham gia xuất khẩu

Sản lượng, sức tiêu thụ và dự trữ ngô của các nước trên thế giới và Việt Nam được trình bày ở Bảng 1 và Bảng 2:

Bảng 1: Sản lượng, sức tiêu thụ và dự trữ ngô của thế giới

1000 tấn

Giai đoạn 2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 2010/11 Sản lượng

Argentina 22.500 22.017 15.000 22.500 25.000 25.000 Brazil 51.000 58.600 51.000 56.100 51.000 51.000 Canada 8.990 11.649 10.592 9.561 11.000 11.714 China 151.600 152.300 165.900 158.000 168.000 168.000 Egypt 6.149 6.174 6.645 6.822 7.000 7.000 EU-27 53.829 47.555 62.321 57.147 54.843 55.193 India 15.100 18.960 19.730 16.680 20.000 21.000 Indonesia 7.850 8.500 8.700 7.000 8.400 8.400 Mexico 22.350 23.600 24.226 20.374 24.500 24.500 Nigeria 7.800 6.500 7.970 8.759 8.700 8.700 Philippines 6.231 7.277 6.853 6.231 6.800 6.800 Serbia 6.415 4.054 6.130 6.400 6.800 6.800 South Africa 7.300 13.164 12.567 13.420 12.500 12.500 Ukraine 6.400 7.400 11.400 10.500 11.500 12.000 Vietnam 4.251 4.600 4.432 5.280 5.500 5.500 Others 68.183 70.088 77.161 74.618 78.459 78.084

Đơn vị:1000 tấn

Năm - Year

Số

Miền Nam - South 1,878.6 2,029.1 2,086.0 2,115.2

V Duyên Hải Nam Trung Bộ 165,9 174,3 182,1 171,2

Đây là những giống ngắn ngày, thời gian sinh trưởng từ 70-85 ngày:

- VN2 do Viện nghiên cứu ngô sản xuất và cung ứng, năng suất bắp tươi

8 tấn/ha;

- MX2, MX4 do công ty Cổ phần giống cây trồng Miền Nam sản xuất và

cung ứng, năng suất 8 tấn/ha;

- Nếp nù N1 do Viện khoa học Miền Nam sản xuất và công ty Lương

Nông phân phối;

- Wax22, Wax33, Wax44 do công ty Syngenta Thái Lan lai tạo, công ty

An Điền phân phối, năng suất bắp tươi từ 12-14 tấn/ha

Nhóm ngô rau

Đây là những giống ngắn ngày, chỉ sử dụng bắp non, bao gồm các giống:

- Pacific 423, Pacific 116 do công ty Pacific Thái Lan lai tạo, công ty cổ

phần giống cây trồng Miền Nam phân phối, năng suất bắp lột vỏ khoảng

- Siêu ngọt Sakita, TN 801, TN 115, ngô đường Lai 10 do Cty Trang Nông nhập khẩu và cung ứng, năng suất trung bình 12 tấn/ha

- Sugar 75, Thái Hoa Chân do Cty Syngenta Thái Lan lai tạo, Cty An Điền cung ứng, năng suất bắp từ 12-16 tấn/ha

Thành phần hóa học của ngô ngọt (trong 100g): nước 76g; năng lượng

360kJ; protein 3g; chất béo 1g; cacbonhydrat 19g; sơ 3g; đường 3g; sắt 0,5mg; mangan 0,2mg; canxi 2mg; magie 37mg; phospho 89mg; kali 270mg; kẽm 0,5mg; panthothenic axit 0,7mg; vitamin B6 0,1mg; folate 42; thiamin 0,2mg; riboflavin 0,1mg; niacin 1,8mg

Nhóm ngô tẻ

Đây là những giống ngắn ngày, thời gian sinh trưởng tương đương với các giống ngô nếp từ 65 đến 70 ngày; giống ngô tẻ này chủ yếu dùng để chế biến làm thức ăn cho gia súc Hiện tại, trên thị trường có nhiều giống ngô tẻ như: LVN 10, PAC 60, PAC 848, PAC 963, PAC 11 do công ty Cổ phần giống cây trồng Trung Ương Vianseed phân phối

1.2 Tình hình sản xuất và chế biến ngô ngọt

1.2.1 Tình hình sản xuất và chế biến ngô ngọt trên thế giới [21, 27, 29, 35]

Ngoài việc sử dụng cho ăn tươi, ngô ngọt thường được chế biến thành hai loại sản phẩm: Ngô đóng hộp và ngô đông lạnh Các nước Mỹ, Pháp, Hungari, Thái Lan là một trong những nước xuất khẩu ngô ngọt và các sản phẩm từ ngô ngọt lớn nhất thế giới

Mỹ là nước xuất khẩu ngô ngọt đóng hộp lớn nhất thế giới với sản lượng 132.600 tấn/năm Nhưng sản lượng ngô ngọt đóng hộp này giảm liên tiếp 7% trong 6 năm trở lại đây

Pháp là nước dẫn đầu châu Âu về sản xuất ngô hộp và ngô đông lạnh Pháp cũng nhập các sản phẩm này từ Mỹ và Hungari Sản phẩm của Mỹ tại thị trường Pháp chịu sự cạnh tranh quyết liệt từ Hungari Năm 2009, sản lượng ngô hộp của Pháp chiếm khoảng 83% sản lượng ngô hộp và 62% sản lượng ngô đông lạnh của 15 nước châu Âu Phần lớn sản phẩm đóng hộp của Pháp đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu; trong khi đó, thị trường ngô đông lạnh còn hạn chế Sản phẩm ngô đông lạnh của nước này chủ yếu được xuất sang Anh và Bỉ Sản lượng ngô đông lạnh của Đức năm 2009 là 16.500 tấn và 84.000 tấn ngô hộp, tăng 30% sản lượng ngô đông lạnh và giảm giảm 4% ngô hộp so với cùng kỳ năm trước Hằng năm, Đức nhập ngô từ các nước như Pháp 38%, Hungari 37%, Thái Lan 15%

Sản xuất ngô hộp của Thái Lan năm 2009 tăng 29% so với năm 2008 Năm

2009, giá trị của sản phẩm đồ uống từ ngũ cốc của nước này đạt 548 Bath thì trong đó sữa ngô chiếm 129 triệu Bath

Hiện nay, ngô ngọt không chỉ là thực phẩm phổ biến mà còn là cơ sở của nhiều sản phẩm, bao gồm cả thuốc kháng sinh, thức ăn em bé, rượu whisky ngô

(bourbon), kẹo cao su, sữa đặc, bột ngô, dầu ngô, ethanol, tinh bột giặt và bơ đậu

phộng Sở dĩ ngô được sử dụng nhiều để chế biến vì do nó chứa nhiều vitamin

B1 (thiamin), vitamin B5 (pantothenic acid), vitamin B3 (niacin), vitamin C, folate (vitamin B9 hoặc folacin), chất xơ, phốt pho và magiê Do vậy, sản phẩm

từ ngô có tác dụng:

- Làm giảm mức cholesterol;

- Hạn chế nguy cơ ung thư ruột kết;

- Làm giảm bớt triệu chứng khó chịu của hội chứng ruột kích thích;

- Chất xơ trong ngô tốt cho hệ tiêu hóa, tim mạch, hỗ trợ sản xuất năng lượng, giảm tình trạng căng thẳng, giảm nguy cơ ung thư phổi, duy trì

bộ nhớ, ổn định lượng đường trong máu, đặc biệt râu ngô rất lợi tiểu

1.2.2 Tình hình sản xuất và chế biến ngô ngọt ở Việt Nam [21]

Ngô ngọt mới xuất hiện ở Việt Nam trong mười năm qua Thời gian đầu, ngô ngọt được trồng nhiều ở phía Nam Hiện nay, các tỉnh miền Bắc như Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hưng Yên,… việc trồng ngô ngọt đã tương đối phổ biến Chưa

có số liệu thống kê chính thức về diện tích, năng suất, sản lượng ngô ngọt ở Việt Nam

Ở nước ta, ngô ngọt được dùng nhiều để ăn tươi, luộc, chè ngô hoặc nấu súp ngô Sản phẩm ngô hạt đóng hộp cũng được nghiên cứu, sản xuất Sản phẩm ngô hộp đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành các tiêu chuẩn ngành như:

- Tiêu chuẩn ngô ngọt nguyên liệu cho chế biến (10 TCN 577-2004);

- Ngô ngọt nguyên hạt đóng hộp – Yêu cầu kỹ thuật (10 TCN 484-2001);

- Quy trình sản xuất ngô ngọt nguyên hạt đóng hộp (10 TCN 485-2001);

Sản phẩm ngô ngọt đóng hộp trong nước được sản xuất tại các doanh nghiệp của: Công ty Cổ phần xuất nhập khẩu Đồng Giao, Tân Mai; hoặc các doanh nghiệp tư nhân như: Lixa, Ngọc Hân, Trung Thành,… và sản phẩm chủ yếu chỉ tiêu thụ trong nước

Năm 2002-2003, đề tài nghiên cứu quy trình chế biến ngô ngọt đóng hộp trong chương trình cấp Nhà nước KC-06 do Viện nghiên cứu rau quả tiến hành,

đã đưa ra quy trình sản xuất sữa ngô đóng hộp, sản phẩm hiện chưa phổ biến trên thị trường Công trình nghiên cứu Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch năm 2005 cũng đã nghiên cứu quy trình chế biến nước sữa ngô uống

Ngoài ra, một số sản phẩm sữa ngô do các doanh nghiệp tư nhân sản xuất, đóng chai nhựa, chỉ giữ được 3 ngày ở nhiệt độ nhỏ hơn 4°C có mặt trên thị trường với số lượng rất hạn chế, không đảm bảo an toàn thực phẩm

Sản phẩm sữa ngô dạng đặc chưa có trên thị trường Việt Nam

Ngô bắp (Ngô ngọt) Làm sạch, cắt hạt

Bã lớn Nghiền lọc Nước sạch

Bã nhỏ + tinh bột Ly tâm, tách bã

Phụ gia Gia nhiệt

Đồng hóa Nâng nhiệt Đóng chai Thanh trùng Làm nguội Bảo ôn Dán nhãn Bảo quản, tiêu thụ

Hình 1: Quy trình công nghệ sản xuất sữa ngô uống [21]

1.3 Sữa ngô dạng đặc giầu đạm

Thái Lan và Trung Quốc là hai nước duy nhất có sản phẩm sữa ngô dạng

Sữa ngô dạng đặc này có thời hạn sử dụng trong 06 tháng, xuất xứ từ đại

học Chiangmai Thái Lan

Thành phần sữa ngô dạng đặc của Trung Quốc (Buttery sweet corn) [36]:

Sữa ngô dạng đặc này có thời hạn sử dụng 12 tháng, đang được thương mại

hóa trên thị trường Trung Quốc, sản phẩm không công bố hàm lượng chất dinh

dưỡng

1.4 Enzim thuỷ phân

1.4.1 Enzim thủy phân tinh bột ngô [14, 24]

Nghiên cứu quá trình thủy phân tinh bột ngô đã được quan tâm từ lâu Dựa

vào các tác nhân xúc tác trong quá trình thủy phân tinh bột, người ta chia thành

các phương pháp sau:

- Phương pháp axit;

- Phương pháp enzim;

- Phương pháp axit-enzim

Sử dụng enzim để chế biến tinh bột và các nguyên liệu có chứa tinh bột đã

mở ra triển vọng mới trong phát triển ngành chế biến nông sản thực phẩm Việc

ứng dụng α-amilaza vào các ngành sản xuất rượu bia, đường glucoza, bánh

kẹo,… đã đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt Ví dụ như ở Nhật Bản, ứng dụng enzim vào sản xuất rượu đã tăng hiệu suất lên 10%, tiết kiệm nguyên liệu được 10%, giảm nhân lực 6% Ở Mỹ, ứng dụng enzim vào sản xuất đường gluco-fructo đã giảm được 1/3 số đường kính phải nhập ngoại Ở Mỹ, Đức, Liên Xô cũ, ứng dụng enzim vào sản xuất bia có thể thay thế 50-100% malt bằng đại mạch không nảy mầm

α-Amilaza

Trong quá trình dịch hóa, α-amilaza (α-1,4 glucan-4-glucan hydrolaza)

phân cắt các liên kết α-1,4-glucozit nằm ở phía bên trong phân tử tinh bột một

cách ngẫu nhiên vì thế được gọi là amylaza nội phân (endo-amylaza) Khi tác

dụng lên tinh bột enzim này giải phóng glucoza ở dạng α-mutamer, nên người ta gọi nó là α-amylaza Trong quá trình hồ hóa, các phân tử tinh bột trương nở ra rất nhiều lần so với ban đầu, làm tăng độ nhớt đến mức cao nhất Ở cấu trúc này α-amilaza tác dụng dễ dàng vào liên kết 1,4 bên trong phân tử tinh bột tạo thành dextrin

α-Amilaza không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà còn thủy phân cả hạt tinh bột thô, song với tốc độ rất chậm Quá trình thủy phân tinh bột bởi α-amilaza là

quá trình đa giai đoạn Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa) chỉ một số liên

kết trong phân tử tinh bột bị thủy phân, tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử

thấp (α-dextrin) Độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh Sang giai đoạn thứ hai (giai đoạn đường hóa), các dextrin phân tử thấp vừa được tạo thành bị thủy phân

tiếp tạo ra các tetra-maltoza, tri-maloza không cho màu với Iốt Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amilaza để tạo ra đi và monosacarit

Dưới tác dụng của α-amilaza, amiloza bị phân giải khá nhanh thành oligosacarit gồm 6-7 gốc glucoza Sau đó các polyglucoza lại bị phân cắt tiếp tục, nên các mạch polyglucoza cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetroza, maltotrioza và maltoza Qua một thời gian tác dụng sản phẩm thủy phân của amiloza chứa 13% glucoza và 87% maltoza Tác dụng của α-amilaza lên amilopectin cũng xảy ra tương tự Nhưng vì α-amilaza không phân cắt được liên kết α-1,6 glucozit ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amilopectin nên dù có

chịu tác dụng lâu thì trong sản phẩm cuối cùng ngoài các đường nói trên (72% maltoza, 19% glucoza) còn có dextrin phân tử thấp và izomaltoza 8%

α-Amilaza tương đối bền với tác dụng của nhiệt, α-amilaza của nấm mốc có thể xúc tác sự thủy phân tinh bột ở 50-52ºC, α-amilaza của mầm hạt hoạt động tốt ở 58-60ºC, α-amilaza của nhiều vi khuẩn có tình bền nhiệt cao có thể giữ được hoạt tính ở 70-100ºC Tính bền nhiệt của α-amilaza là do sự có mặt của canxi trong phân tử enzim Ở đây canxi giữ vai trò ổn định cấu trúc bậc ba của

phân tử enzim, enzim này thường thể hiện hoạt tính trong vùng axit yếu amilaza của nấm mốc hoạt động mạnh ở pH 4,5-4,9; của vi khuẩn ở pH 5,9-6,1 Nếu pH nhỏ hơn 3 đa số α-amilaza bị bất hoạt hoàn toàn, trừ α-amilaza của

α-Aspergillus niger có thể chịu được pH 2,5-2,8 Những chủng vi sinh vật tổng hợp α-amilaza có ý nghĩa công nghiệp thường thuộc các loài: Bacillus subtilis, B licheniformis, Aspergillus oryzae

Tóm lại, dưới tác dụng của α-amylaza, tinh bột có thể chuyển thành maltotrioza, maltoza, gluocoza và dextrin phân tử thấp Tuy nhiên, thông thường α-amylaza chỉ thủy phân chủ yếu thành dextrin phân tử thấp, không cho màu với Iốt và một ít maltoza Khả năng dextrin hóa cao là tính chất đặc trưng của α-amylaza Vì vậy người ta thường gọi loại α-amylaza này là amylaza dextrin hóa hay amylaza dịch hóa

β – Amylaza

β – Amylaza (α-1,4-glucan-mantohydrolaza) là loại exo enzim, có khả năng

xúc tác sự thủy phân các liên kết α-1,4-glucan trong tinh bột, phân cắt tuần tự từng gốc maltoza, từ đầu không khử của mạch Maltoza tạo thành có cấu hình β-

vì thế amylaza này được gọi là β-amylaza

Theo đặc tính tác dụng lên tinh bột, β-amylaza khác α-amylaza ở một số điểm: β-amylaza hầu như không thủy phân hạt tinh bột thô mà thủy phân mạnh

mẽ tinh bột hồ hóa, β-amylaza phân giải 10% amyloza thành maltoza và phân giải amylopectin thành maltoza Quá trình thủy phân amylopectin được tiến hành

từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng Mỗi nhánh ngoài có 20-26 gốc glucoza nên tạo thành 10-12 phân tử maltoza Khi gặp liên kết α-1,4-glucozit đứng kế cận liên kết α-1,6-glucozit thì β-amylaza ngừng tác dụng Phần sacarit còn lại là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết α-1,6-glucozit và được gọi là β-dextrin cho màu tím đỏ với Iốt Độ nhớt của dung dịch giảm chậm Tác dụng của β-amylaza lên tinh bột có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

β-amylaza

Tinh bột 54-58% maltoza + 42-46% β-dextrin

(Glycogen)

β-Amylaza kém bền dưới tác dụng của nhiệt độ cao, bị vô hoạt hoàn toàn ở

70oC, song trong dịch nấu nhiệt độ tối thích lại là 60-65o β-amylaza khá bền trong môi trường axit, ngay ở pH 3-4 Đa số β-amylaza hoạt động mạnh hơn trong môi trường có pH 4,5-5

1.4.2 Enzim thủy phân protein [14, 24]

Enzim chủ yếu tham gia vào quá trình thủy phân protein nấm men là

proteaza Đây là nhóm enzim xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết peptit CO-NH-) trong phân tử protein Proteaza được chia thành proteinaza (endoproteaza) và peptitdaza (exoproteaza)

(-Theo khuyến cáo của hãng Novozymes – Đan Mạch, các enzim có thể sử dụng để thủy phân nấm men là: Neutrase, Alcalase, Flavourzyme

Neutrase là một enzim proteaza được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus subtilis

Nó có hai loại là Neutrase 0,5L dạng lỏng màu nâu, có hoạt độ là 0,5 AU/g, có tỷ trọng 1,25g/ml và Neutrase 1,5MG dạng vi hạt, không gây bụi, kích thước hạt trung bình 300 micron, hoạt độ là 1,5 AU/g Neutrase là một proteaza kim loại, chứa Zn trong cấu trúc của nó Enzim này hoạt động thích hợp ở nhiệt độ 45-55°C và pH 5,5-7,5 Neutrase dùng để thủy phân protein đến peptit hoặc phân giải một phần protein

Alcalase là một enzim protease hiệu năng cao có nguồn gốc từ vi khuẩn, được dùng để thủy phân tất cả các loại protein Alcalase được sản xuất từ chủng

vi khuẩn Bacillus licheniformis Alcalase là một endoprotease Điều kiện thủy

phân tối ưu của nó nằm trong khoảng nhiệt độ 50-60°C tùy thuộc vào từng loại

cơ chất và pH 6,5-8,5 Có hai loại Alcalase và Alcalase 2,4L và Alcalase 0,6L Alcalase 2,4L là dung dịch màu đỏ nâu, sáng, trong, có tỷ lệ trọng xấp xỉ 1,18 g/ml Hoạt lực của nó là 2,4 đơn vị Anson/g (AU/g) Alcalase 0,6L là dung dịch màu nâu, có tỷ trọng 1,26 g/ml với hoạt lực 0,6 AU/g Cả hai loại enzim này đều tan trong nước ở mọi nồng độ

Flavovourzyme là enzim có cả hai hoạt tính endopeptitdaza và exopeptidaza Ở dạng thương phẩm, Flavourzyme có hai loại 500L và 500MG Flavourzyme có khoảng nhiệt độ hoạt động tối ưu là 35-55°C và pH tối ưu là 5,5 đến 7,5

1.5 Nấm men bia [2, 11, 39]

Trên thế giới đã có nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tận dụng nấm men bia vào các mục đích khác nhau Năm 1874, dịch chiết nấm men bia đã khử đắng được tận dụng làm thuốc bổ, năm 1892 sinh khối nấm men bia được tận dụng làm thức ăn gia súc Năm 1901, người ta đã phát hiện ra sự phong phú về thành phần dinh dưỡng và hàm lượng các vitamin, axit amin trong nấm men Đặc biệt đây là nguồn dinh dưỡng dễ hấp thụ cho mọi cơ thể sống

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây ngành sản xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ Nếu công suất của một nhà máy bia là 10 triệu lít/năm thì hằng ngày lượng sinh khối đặc dư thừa sẽ là từ 300-350 lít Do vậy, tổng

lượng nấm men thải của cả nước khoảng 20.160 tấn/năm Nhưng lượng sinh khối

nấm men dư thừa vẫn chưa được quan tâm khai thác một cách hiệu quả Một

lượng nấm men dư tương đối lớn được bán cùng với bã bia cho các hộ gia đình

chăn nuôi, làm thức ăn thô cho gia súc, gia cầm, tôm cá Việc sử dụng như vậy

không những không tận dụng được triệt để nguồn dinh dưỡng quí giá của nấm

men mà còn gây ra sự ô nhiễm môi trường

Trên thế giới, đặc biệt là ở Nhật, Pháp, Đức quan tâm và đã tận dụng nguồn

sinh khối nấm men sản xuất ra các chế phầm giàu axit amin, cao nấm men để

ứng dụng trong các lĩnh vực y học, dược học, công nghiệp thực phẩm và công

nghệ lên men Trong công nghệ lên men, chế phẩm này là nguồn bổ sung nitơ và

các chất kích thích lý tưởng cho quá trình sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật

Trong công nghiệp thực phẩm, chế phẩm này dùng làm thức ăn cho động vật và

người như viên súp, viên đạm chống béo phì, hay công nghiệp gia vị sau mì

chính hoặc dùng làm chất tạo hương trong một số sản phẩm chế biến từ thịt Bột

nấm men chiết xuất được xếp vào nhóm các loại sản phẩm gia vị tự nhiên

Ngoài ra, nguồn sinh khối nấm men còn được ứng dụng trong ngành y

dược, nó có thể làm tăng cường sức lực cho con người, tăng khả năng chịu đựng

và chống đỡ các bệnh truyền nhiễm, giảm sự mệt nhọc khi làm việc quá sức,

điều trị một số bệnh thiếu chất dinh dưỡng hoặc bệnh phá hoại cân bằng trao đổi

chất trong cơ thể, dùng ngăn chặn bệnh còi xương ở trẻ em Đây là chế phẩm có

vai trò quan trọng, không những phục vụ cho mục đích nâng cao sức khỏe của

con người mà còn là nguồn nguyên liệu thiết yếu trong ngành công nghệ sinh

học

Bảng 3: Thành phần của dịch chiết nấm men [11]

Thành phần (%) Phương pháp tự phân Phương pháp tiêu nguyên sinh chất bằng NaCl

Thành phần (%) Phương pháp tự phân Phương pháp tiêu nguyên sinh chất bằng NaCl

Nhật Bản đang là nước có nhiều nghiên cứu tận thu nguồn nguyên liệu

protein quý giá này Từ các nhà máy bia trong nước, hàng năm nước này sản

xuất 7.575 tấn sản phẩm dưới các dạng khác nhau như:

- Sinh khối nấm men sản xuất thành xì dầu, được bổ sung vào các sản phẩm

mì ống, bánh mỳ, bánh nướng;

- Sinh khối nấm men sản xuất thành viên đạm để làm gia vị, tái tạo năng

lượng nhanh, không sợ béo phì;

- Sinh khối nấm men sản xuất thành dịch lỏng giầu vitamin có hương thơm

như mật ong

Tại Nhật Bản cũng như các nước trên thế giới như Mỹ, Trung Quốc, các

nhà khoa học đang nghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu suất cũng như chất lượng

sản phẩm nấm men thủy phân như:

- Rút ngắn thời gian thủy phân sử dụng enzim;

- Bổ sung thêm thiamin và pyridoxine để tăng tốc độ thủy phân;

- Sử dụng các yếu tố ngoại bào làm co nguyên sinh chất của tế bào nấm men,…

Gần đây nhất, Nagodaminthana [39] đã nghiên cứu bỏ đói nấm men dưới các điều kiện môi trường khác nhau để kiểm soát làm lượng axit nitric trong dịch nấm men thủy phân Đây là hướng nghiên cứu mới, giúp tạo ra dịch chiết nấm men có độ tinh sạch cao, sử dụng an toàn trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

1.6 Các chất ổn định dùng trong công nghiệp thực phẩm [3, 5, 9, 26, 33]

Các chất ổn định trong công nghiệp chế biến sữa có thể kể đến như sau: Alginate, Carboxymethyl cellulose, Carrageenan, Gelatin, Guar gum, Locust Bean Gum, Tinh bột biến tính Đây là những phụ gia thực phẩm thuộc nhóm phụ gia tạo gel hiện đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với rất nhiều chức năng như tạo đặc hay tạo gel hệ lỏng, ổn định hệ bọt, nhũ tương và huyền phù, ngăn cản sự hình thành tinh thể đá và đường, giữ hương

Alginate là loại polyme sinh học biển phong phú nhất thế giới và là loại

polyme sinh học nhiều thứ hai trên thế giới sau xenllulo Nguồn alginate chủ yếu

được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của tảo nâu ở biển (họ Rhaeophyceae) Các phân tử alginate tạo ra cho thực vật độ mềm dẻo và độ bền

cần thiết cho các loài thực vật biển do alginate ở các gian bào tạo thành một mạng lưới

Alginate là muối của axit alginic (NaC 6 H 7 O 6), tan chậm trong nước và tạo thành dung dịch nhớt Axit alginic là một polyme do axit D-mannuronic (M) và axit L-guluronic (L) liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 Có 3 dạng liên kết có thể gặp trong 1 phân tử alginate (M-M-M), (G-G-G), (M-G-M)

Hình 2: Cấu tạo phân tử Alginate

Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polyme mạch thẳng hòa tan

trong nước CMC được sản xuất từ phản ứng giữa cellulose hydroxyl với sodium monochloroacetate.CMC được sử dụng trong thực phẩm là dạng có độ tinh khiết

cao (99,5%) gọi là xenlulo gum Nó tạo cho sản phẩm chế biến đạt một độ đặc

nhất định, góp phần xây dựng cấu trúc cho thực phẩm và ổn định hệ thống thực phẩm nhiều pha Tổ chức FAO của Hoa Kỳ và WHO đều nhận thấy rằng có thể

sử dụng xenlulo gum độ tinh khiết 99,5% như một chất phụ gia thực phẩm trực tiếp

Hình 3: Cấu tạo phân tử CMC

Carrageenan là polysaccarit chiếm 40% trong Rong Sụn (Kapsycus

alcaeric) Carrageenan là một hỗn hợp phức tạp của ít nhất 5 loại polyme được

cấu tạo từ các gốc D-galactoza và 3,6-anhydro D-galactoza Mạch polysacarit của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép Mỗi vòng xoắn do 3 đơn gốc disacarit tạo nên Các gốc này liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,3 luân phiên nhau

Hình 4: Cấu tạo phân tử Carrageenan

Với các khả năng như: Tham gia như một chất tạo đông trong các sản phẩm như: kem, sữa, bơ, pho mát; Làm bền nhũ tương, giúp cho dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với nhau mà không bị tách lớp; Có thể thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý, cơ học mong muốn, tạo ra các sản

phẩm đông đặc có độ bền dai; Giúp ổn định các tinh thể trong các sản phẩm bánh, kẹo ngăn chặn đường và nước đá bị kết tinh,… nên carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với các sản phẩm thực phẩm

Trong công nghiệp sữa carrageenan có khả năng liên kết với protein của sữa, làm cho hạt nhũ tương sữa - nước bền vững Chính vì tính chất này mà carrageenan không thể thiếu được trong công nghiệp chế biến sữa Sữa nóng có chứa carrageenan được làm lạnh sẽ tạo gel, giữ cho nhũ tương của sữa với nước được bền vững, không bị phân lớp Tác nhân chính trong quá trình tạo gel là do liên kết giữ các ion sulfat với các đuôi mang điện của các phân tử protein và các cation Ca2+, K+ có mặt trong sữa

Gelatin là sản phẩm thu nhận được từ collagen có trong các loại động vật

có xương sống và là thành phần chính trong các mô liên kết và xương Gelatin là một chuỗi axit amin gồm glycine, proline và hydroproline Trong phân tử gelatin, bộ ba glycine-proline-hydroproline được lặp lại tạo nên cấu trúc xoắn ốc

và tạo cho gelatin khả năng tạo gel do cấu trúc xoắn ốc có khả năng giữ nước Phân tử lượng của gelatin khoảng vài ngàn đến vài trăm ngàn đơn vị Cacbon

Hình 5: Cấu tạo phân tử Gelatin

Gelatin là chất tạo nhũ và tạo bọt hiệu quả Ở nồng độ thấp, gelatin tạo gel tan hết trong miệng Ở nồng độ cao, gelatin tạo gum mềm dẻo tan từ từ trong miệng Do vậy, gelatin được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm Gelatin thường được sử dụng với nồng độ thấp trong nước hoặc polyhydric alcohol trong sản xuất kẹo, kẹo dẻo và hàng loạt sản phẩm tráng miệng, các đồ uống có sữa, sữa lên men hay trong phomat đã chế biến

Guar gum được chiết xuất từ hạt quả cây Guar (Cyamopsis

tetragonolobus), một loại cây thuộc họ đậu được trồng rất nhiều ở Ấn Độ Guar

gum là một polysaccarit cấu tạo bởi galactoza và mannoza

Guar gum được sử dụng làm chất phụ gia tạo gel, tạo sệt do có khả năng tạo độ nhớt cao Khi Guar gum được sử dụng cùng với Locust Bean Gum, độ

nhớt tăng lên rất nhiều so với khi chỉ dùng mỗi Guar gum hoặc Guar gum với các phụ gia khác

Hình 6: Cấu tạo phân tử Guar gum

Locust bean gum là chất xơ thiên nhiên, chiết xuất từ cây Carob Bean ở

vùng Trung Mỹ (Ceratonia siliqua) Locust bean gum cũng là một polysaccarit

cấu tạo bởi galactoza và mannoza, tương tự như Guar gum, nhưng có tỉ lệ galactoza và mannoza cao hơn của Guar gum Guar gum và Locust bean gum ít được sử dụng đơn lẻ

Hình 7: Cấu tạo phân tử Locust bean gum Tinh bột biến tính thường được dùng làm chất ổn định do cấu trúc mịn,

dễ chế biến và giá thành thấp hơn so với các phụ gia khác Cơ chế tạo sệt, tạo gel của tinh bột biến tính: Khi để nguội thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều

Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội

ở trạng thái yên tĩnh

Bảng 4: Tinh bột biến tính sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm [18, 25]

Giới hạn sử dụng STT Quốc tế Chỉ số Tên tinh bột và ADI

Phomat ép Sữa đặc

1 E1400 Dextrin, tinh bột rang

trắng hoặc vàng (Dextrins, roasted starch, while & yellow) ADI: không xác định

5g/kg (hay kết hợp với các chất

ổn định và chất mang khác)

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

2 E1401 Tinh bột xử lý axit (Acid

treated starch)

ADI: không xác định

10g/kg (hay kết

hợp với tinh bột khác)

3 E1402 Tinh bột xử lý kiềm

(Alkaline treated starch)

ADI: không xác định

10g/kg (hay kết

hợp với tinh bột khác)

4 E1410 Monoamidon photphat

(Mono starchphosphate)

ADI: không xác định

10g/kg (hay kết

hợp với tinh bột khác)

5 E1413 Diamidon photphat hóa

(Phosphated distarch photphate) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết

hợp với tinh bột khác)

6 E1420 Amidon axetat

(Starch acetate) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết

hợp với tinh bột khác)

7 E1422 Diamidon axetyl adipat

(Acetylaed distarch adipate) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết

hợp với tinh bột khác)

8 E1442 Hydroxy propyl diamidon

photphat (hydroxy propyl distarch) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết

hợp với tinh bột khác)

ADI (Acceptable Daily Intake) - Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận

được: là lượng xác định của mỗi chất phụ gia thực phẩm được cơ thể ăn vào

hàng ngày thông qua thực phẩm hoặc nước uống mà không gây ảnh hưởng có hại tới sức khoẻ ADI được tính theo mg/kg trọng lương cơ thể/ngày

Gum arabic (Gôm arabic) là chất dịch dính, đặc của cây họ keo, đặc biệt

là cây vùng Acacia Senegal còn được gọi là: Gum acacia, gum senegal Hiện nay, gum arabic được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm, lượng yêu cầu hàng năm của thế giới vào khoảng 4-5.000.000 tấn Gum arabic

có các tính chất nhũ hoá tốt, đặc biệt thích hợp cho hệ thống nhũ tương dầu trong nước, ngăn chặn quá trình oxy hóa Gum arabic có thể cản trở sự hình thành của các tinh thể đường, chống kết tinh Trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, gum arabic được sử dụng làm lớp phủ bề mặt của sô cô la nên sô cô la chỉ hòa tan trong miệng Trong cola và thức uống có ga khác, gum arabic có tác dụng phân tán các loại tinh dầu và sắc tố tan trong dầu Gum arabic còn được sử dụng cho sản phẩm chăm sóc sức khỏe kẹo và đồ uống Trong y học, gum arabic có chức năng làm giảm cholesterol máu Trong chế biến sữa ngô, gum arabic có tác dụng như là một chất ổn định nhũ tương tự nhiên, chất làm đặc, chất kết dính, đánh bóng và có vai trò như chất xơ tan trong nước [45]

1.7 Công nghệ cô đặc dịch thủy phân [10, 17, 26, 46]

1.7.1 Phương pháp cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dịch bằng cách tách một phần dung môi ở dạng hơi hay kết tinh chất tan Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp nhằm mục đích làm tăng nồng độ

các dung dịch loãng hoặc để tách các chất rắn hòa tan Có 2 phương pháp cô đặc:

Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt, dung môi chuyển từ dạng

lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng dung dịch Quá trình cô đặc nhiệt thường có những đặc điểm sau:

- Thường tiến hành ở áp suất khác nhau;

- Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở;

- Khi làm việc ở áp suất khác (áp suất chân không) ta dùng thiết bị kín

Dung dịch được bơm vào thiết bị gia nhiệt Tại đây, nước nhận nhiệt và bay hơi Độ chân không được tạo ra nhờ baromet sẽ hút hơi nước và ngưng tụ tại bình ngưng Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì dừng

- Có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc liên tục hoặc gián đoạn, xuôi chiều hoặc ngược chiều;

- Thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị

Phương pháp lạnh: Khi hạ thấp nhiệt độ đến mức độ yêu cầu nào đó thì

một cấu tử nào được tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan

Hai phương pháp này có những ưu nhược điểm riêng, được thể hiện trong Bảng 5 dưới đây:

Bảng 5: Ưu nhược điểm của phương pháp cô đặc nhiệt và cô đặc lạnh

Phương pháp nhiệt Phương pháp lạnh

- Hiệu suất cô đặc cao - Hiệu suất cô đặc thấp

- Thiết bị đơn giản - Thiết bị phức tạp

1.7.2 Phân loại thiết bị cô đặc

Có nhiều cách phân loại nhưng thường phân loại thành 3 nhóm sau:

- Nhóm 1: Dung dịch được đối lưu tự nhiên, dùng để cô đặc các dung

dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt

- Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng được cho các dung dịch

khá sệt, có độ nhớt khá cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng

phần trên bề mặt truyền nhiệt

- Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, cho phép dung dịch chảy

thành màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần để tránh sự tác dụng của

nhiệt độ lâu làm biến tính một số thành phần của dung dịch

Do vậy, tùy thuộc vào một số tính chất của dung dịch, tính hiệu quả cũng như mặt bằng mà có thể thiết kế buồng đốt trong hay ngoài cho thiết bị cô đặc

1.7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc thực phẩm

Cô đặc nhằm mục đích:

- Tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm, làm tăng độ sinh năng lượng

của thực phẩm;

- Kéo dài thời gian bảo quản vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước,

áp suất thẩm thấu cao;

- Giảm được khối lượng vận chuyển

Quá trình cô đặc thực phẩm chịu ảnh hưởng của ba thông số cơ bản: Nhiệt

độ sôi, thời gian sản phẩm lưu lại trong thiết bị hay thời gian cô đặc và cường độ

bốc hơi

Nhiệt độ sôi

Khi tiến hành một quá trình cô đặc thực phẩm người ta đun nóng khối sản

phẩm tới nhiệt độ sôi Nước trong sản phẩm bốc hơi cho đến khi nồng độ chất

khô đã đến nồng độ yêu cầu thì ngừng quá trình cô đặc và cho sản phẩm ra khỏi

thiết bị

Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc áp suất hơi ở trên bề mặt, nồng độ

chất khô và tính chất vật lý, hóa học của sản phẩm

Khi áp suất hơi trên bề mặt của sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ sôi của sản

phẩm càng thấp Vì vậy, việc tạo độ chân không trong thiết bị cô đặc sẽ giảm

được nhiệt độ sôi của sản phẩm Hay nói cách khác là điều chỉnh nhiệt độ sôi

bằng cách thay đổi độ chân không

Bảng 6: Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước [26]

610 150 60

642 118 55 667,6 92,4 50

Khi nồng độ chất khô trong sản phẩm càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao

Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên nhiệt độ sôi của sản phẩm

Nhiệt độ sôi thấp thì tính chất của thực phẩm ít bị biến đổi như sinh tố ít bị

tổn thất, màu sắc ít bị biến đổi, mùi thơm cũng ít bị bay hơi Nhiệt độ sôi thấp

còn làm giảm tốc độ ăn mòn và kéo dài thời gian bền của vật liệu làm thiết bị cô

đặc

Thời gian cô đặc

Là thời gian lưu lại của sản phẩm trong thiết bị cô đặc cho sự bốc hơi nước

ra khỏi nguyên liệu đạt đến độ khô yêu cầu

Thời gian cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm việc của thiết bị và cường

độ bốc hơi của sản phẩm Các thiết bị cho nguyên liệu vào, sản phẩm ra liên tục

và sản phẩm có cường độ bốc hơi lớn thì thời gian lưu lại của sản phẩm trong

thiết bị càng ngắn

Cường độ bốc hơi

Cường độ bốc hơi của sản phẩm phụ thuộc cường độ trao đổi nhiệt giữa hơi

nóng và sản phẩm bốc hơi Cường độ trao đổi nhiệt được đặc trưng bằng hệ số

truyền nhiệt của quá trình cô đặc Hệ số truyền nhiệt càng lớn, cường độ bốc hơi

càng cao

1.7.4 Biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc [1, 45]

Biến đổi vật lý

Thực phẩm cô đặc là một hệ của nhiều chất hòa tan như đường, axit, muối,

còn chứa cả các chất không tan như tinh bột, cellulo ở trạng thái huyền phù Khi

cô đặc, dung môi bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt,

khối lượng riêng tăng, nhưng hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lượng không khí còn lại trong gian bào và hòa tan trong sản phẩm cũng giảm

Biến đổi hóa học

Các loại đường trong rau quả, do chịu tác dụng của nhiệt độ cao ở bề mặt truyền nhiệt của thiết bị cô đặc, nên bị caramel hóa Hiện tượng caramel hóa tạo

ra các sản phẩm có màu đen và vị đắng làm sản phẩm có chất lượng kém

Ở nhiệt độ 95ºC, đường khử có thể bị caramel hóa Ở nhiệt độ 160ºC, quá trình caramel hóa xảy ra mạnh Ở 160ºC, saccharo loại 1 phân tử nước tạo ra glucosan và fructosan Ở 185-190ºC, glucosan kết hợp với fructosan tạo thành isosaccharosan Tiếp tục, 2 phân tử isosaccharosan kết với nhau, loại 2 phân tử nước tạo thành caramelan Caramelan lại kết hợp với isosaccharosan, loại 3 phân

tử nước tạo thành caramelen Khi nhiệt độ tăng cao trên 200ºC tạo thành caramelin mất tính hòa tan Sơ đồ phản ứng caramel hóa như sau:

Hình 8: Quá trình caramel hóa của đường saccharo

Hiện tượng sẫm màu còn do phản ứng giữa protein (nhóm –NH2) và đường khử (nhóm –CHO) tạo các melanoidin

Tinh bột sẽ bị hồ hóa

Pectin bị phân hủy nên giảm tính tạo đông trong nấu mứt

Các chất thơm và các chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ bốc theo hơi nước làm giảm hương vị của sản phẩm

Hàm lượng vitamin trong sản phẩm giảm do tác dụng của nhiệt độ cao Do

đó để tránh tổn thất vitamin, ta dùng thiết bị cô đặc chân không

1.8 Thanh trùng đồ hộp thực phẩm [6, 7, 8, 42]

Thanh trùng là quá trình gia nhiệt thực phẩm đến 60-90°C, nhằm tiêu diệt những vi sinh vật gây hại như vi khuẩn, virut, nấm men, nấm mốc Đơn vị PU thể hiện hiệu quả của quá trình thanh trùng trong một khoảng thời gian xác định

Quá trình thanh trùng giúp làm giảm lượng vi sinh vật trong các sản phẩm như bia, nước ngọt, các loại đồ uống và từ đó sẽ làm kéo dài thời gian bảo quản của thực phẩm

1.8.1 Một số phương pháp thanh trùng đồ hộp thực phẩm

Phương pháp UHT (Ultra High Temperature)

Với công nghệ tiệt trùng UHT, các loại thực phẩm dạng lỏng được khử

trùng, diệt khuẩn bằng phương pháp xử lý nhiệt (135-1.400°C) trong vòng 2-5

giây Sau đó, thực phẩm được làm lạnh ngay Sản phẩm tiệt trùng giữ được

hương vị và chất lượng cao Ngoài ra, chất lượng sản phẩm được giữ nguyên ở nhiệt độ thường, không cần trữ lạnh, tươi ngon trong 6 tháng mà không cần dùng

chất bảo quản

Phương pháp Tyndall

Là phương pháp đun cách thủy ở 50-55°C mỗi ngày 1 giờ hoặc 60-80°Ctrong 30 phút trong 3 ngày liên tiếp sẽ diệt được cả vi khuẩn và nha bào Phương pháp này dùng để tiệt khuẩn các dung dịch có chứa albumin, các dụng cụ chất dẻo và một số dung dịch đặc biệt để cấy khuẩn Ưu điểm của phương pháp là tiêu diệt được các vi khuẩn và nha bào trong một thời gian ngắn, tiệt khuẩn được nhiều dụng cụ và vật dụng khác nhau, dễ kiểm soát được nhiệt độ Nhược điểm là nếu sử dụng không đúng, không thành thạo dễ gây nhiễm khuẩn nguy hiểm

Phương pháp sử dụng hơi nóng ẩm

Một trong các phương pháp tiệt trùng bằng hơi nóng ẩm là sử dụng nồi hấp

hiện đại autoclave (auto claring cold) Hoạt động dựa trên nguyên lý biến điện

năng thành nhiệt năng và nhiệt năng thành công năng để làm tăng áp suất hơi nước nhằm đưa nhiệt độ lên cao theo ý muốn để thanh trùng Việc tiêu diệt vi sinh tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất và thời gian Phương pháp này có ưu điểm là

an toàn với môi trường, luôn có sẵn Nhược điểm là phải cài đặt đúng chu kỳ, thời gian sấy khô từ 15 đến 30 phút, đồ hộp bị nóng sau tiệt trùng

1.8.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thanh trùng

Giá trị PU đặc trưng

Tuỳ theo đặc tính về công nghệ mà người ta quy định về giá trị PU đặc trưng của từng quá trình thanh trùng khác nhau Thông thường, giá trị PU đặc trưng được quyết định dựa trên đặc tính của sản phẩm, dụng cụ chứa sản phẩm Một giá trị PU được chính thức quy định cho một quá trình thanh trùng khi đã được thông qua các thí nghiệm cuối cùng về vi sinh vật

Nhiệt độ thanh trùng

Tất cả các loại thực phẩm đem đóng hộp đều là môi trường sống của các loại vi sinh vật Mặc dù có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của vi sinh vật, nhưng độ axit ảnh hưởng rất lớn, nên độ axit là yếu tố quan trọng

trong việc chọn nhiệt độ thanh trùng

Người ta chia sản phẩm đồ hộp thành 2 nhóm theo độ axit hoạt động của sản phẩm, để làm cơ sở cho việc chọn nhiệt độ thanh trùng:

- Nhóm sản phẩm đồ hộp không chua và ít chua có pH>4,6

- Nhóm sản phẩm đồ hộp chua có pH<4,6

Khi xác định nhiệt độ thanh trùng, phải chú ý nhiệt độ đó phải là nhiệt độ của cả khối sản phẩm cần được thanh trùng, phải là nhiệt độ ở vị trí trung tâm của hộp Đối với đồ hộp sản phẩm đặc thì vị trí trung tâm là ở giữa hộp, đối với

đồ hộp sản phẩm lỏng thì vị trí trung tâm nằm ở 2/3 của hộp Trong thực tế, nhiệt

độ ở vị trí này gần bằng nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng đối với đồ hộp lỏng, hoặc thấp hơn nhiệt độ ở thiết bị thanh trùng 0,5-1,5ºC đối với đồ hộp đặc

Thời gian thanh trùng

Ở một nhiệt độ thanh trùng nhất định, vi sinh vật trong đồ hộp thường không bị tiêu diệt ngay tức thời, mà cần phải có một thời gian nhất định gọi là thời gian thanh trùng hay thời gian tác dụng nhiệt

Trong quá trình thanh trùng, sản phẩm đựng trong đồ hộp, không được đun nóng tức thời tới nhiệt độ thanh trùng cần đạt được, mà nhiệt lượng phải truyền dần từ môi trường đun nóng, qua bao bì vào lớp sản phẩm bên ngoài, rồi vào tới khu vực trung tâm của đồ hộp

Áp suất đối kháng

Thực phẩm đựng trong hộp bao gồm các thành phần: Chất rắn, chất lỏng, chất khí Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, các áp suất riêng phần và sự giãn nở của các cấu tử đó tăng lên, làm cho áp suất chung trong bao bì đựng sản phẩm

tăng lên Áp suất này (có thể tới 2 atm) có thể làm cho bao bì sắt tây bị biến

dạng, bao bì thủy tinh bị nứt, vỡ Vì vậy, ta cần tạo ra áp suất trong thiết bị thanh

trùng (căn cứ vào tính chất của bao bì, thành phần của sản phẩm đựng trong hộp và nhất là nhiệt độ thanh trùng) bằng hay gần bằng áp suất dư đã tăng lên

trong hộp, áp suất này gọi là áp suất đối kháng, thường vào khoảng 0,4-4 atm

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu

2.1.1 Nguyên vật liệu và hóa chất

- Các giống ngô ngọt, ngô đường, ngô nếp các vụ xuân hè, hè thu năm 2010 trồng tại xã Vân Nội, Đông Anh, Hà Nội

- Enzim thủy phân: Termamyl 120L (α-amylaza); Alcalase 2,4L;

Flavourzyme 500 MG của hãng Novozymes Đan Mạch

- Nấm men bia Saccharomyces thu nhận từ Xưởng bia của Trung tâm thực

nghiệm và Chuyển giao công nghệ - Viện Công nghệ thực phẩm

- Hương dầu bơ (Butter Oil C1, Malaysia)

- Bột gum arabic (Pure gum arabic powder, Anh)

- Si rô ngô (Corn Syrup DE41-45, Trung Quốc)

- Hóa chất phân tích của Merk (Đức), Trung Quốc

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm

- Máy đo độ nhớt Brookfield Viscometer RVDV-E (Mỹ)

- Máy sấy phun công suất 5kg/h (Trung Quốc)

- Máy đo pH Hanna 9811 (Bồ Đào Nha)

- Chiết quang kế (Trung Quốc)

- Bể ổn nhiệt Memmert (Đức)

- Máy khuấy tốc độ cao Gerber (Đức)

- Cân kỹ thuật Ohaus (Canada)

- Cân điện tử Precisa (Thụy Sĩ)

- Tủ sấy Memmert (Đức)

- Tủ cấy Basaire (Anh)

- Máy ly tâm lạnh Sorvall RC6 (Đức)

- Nồi inox hai vỏ, có cánh khuấy (Việt Nam)

- Máy sấy có thổi khí (Đài Loan)

- Máy đồng hóa T25 Digital Ultra – Turrax (Đức)

- Và các dụng cụ, thiết bị phòng thí nghiệm khác,…

2.2 Phương pháp công nghệ

Sữa ngô được chế biến theo quy trình công nghệ như sau: Ngô hạt tươi Æ

Rửa sạch Æ Nghiền Æ Xử lý enzim Æ Ly tâm (loại bỏ bã) Æ Dịch sữa Æ Cô

đặc Æ Đồng hóa Æ Đóng chai Æ Thanh trùng Æ Thành phẩm

- Xác định tổng vi sinh vật hiếu khí theo TCVN 5165:1990

- Xác định Coliforms, E.coli, tổng bào tử nấm men và nấm mốc theo TCVN

5166:1990

- Xác định đường tổng số theo phương pháp Lanenol theo AOAC 44.1.15

- Xác định pH sử dụng máy đo pH

- Xác định độ nhớt sử dụng máy đo độ nhớt Brook Field DVII-Visco meter

- Xác định độ ẩm theo phương pháp sấy đến trọng lượng không đổi TCVN 5613:1991

- Xác định độ tách nước bằng cách lọc 100ml sữa ngô qua giấy lọc, đo lượng nước lọc thu được sau 3 giờ [8]

- Xác định độ bền gel bằng cách đổ 100ml sữa ngô qua một khuôn hình trụ

đường kính 4cm lên bề mặt kính phẳng Đo đường kính (cm) lan rộng của

sữa sau thời gian 30 phút

- Xác định hàm lượng chất khô hoà tan theo TCVN 4414:1987

- Xác định hàm lượng chất khô hòa tan tổng số: Lấy 100g mẫu ngô nghiền

nát hòa vào 200g nước (Tỷ lệ 2:1), ly tâm thu dịch chiết; lặp lại thí nghiệm

5 lần sau đó thu tổng dịch chiết thu được, rồi xác định hàm lượng chất khô hòa tan tổng số theo TCVN 4414:1987

- Xác định hiệu suất trích ly

Chất khô hòa tan

H = Chất khô hòa tan tổng số x 100%

- Xác định độ đắng của nấm men bằng phương pháp so màu [8, 11]

Mẫu thí nghiệm: Cho 5g nấm men bia vào ống ly tâm dung tích 50ml,

thêm 20ml iso-octan Lắc đều, ly tâm ở tốc độ 4000 vòng/phút trong 10 phút, lọc qua giấy lọc, phần dịch lọc được đem đo ở bước sóng 275nm

Mẫu đối chứng: Thay dịch lọc bằng nước cất

Công thức tính độ đắng:

Độ đắng (Bu/g) =

M

x A

A1 2 ) 50 ( −

Trong đó: