Góp phần đa dạng hóa các sản phẩm kefir từ nguồn nguyên liệu đậu nành

 Quy trình thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành được tối ưu với các thông số:  Hàm lượng CaCl2 bổ sung cho sữa đậu nành nguyên liệu: 0.025 g/l.. Sữa được lên men với hệ vi si

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

GÓP PHẦN ĐA DẠNG HÓA CÁC SẢN PHẨM KEFIR TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU ĐẬU NÀNH

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thúy Hương, chị Trần Thị Tưởng An, anh Quách Đức Tính đã dành nhiều thời gian, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp thông tin và kiến thức thật hữu ích cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cảm ơn tất cả các thầy cô của bộ môn Công Nghệ Sinh Học Trường Đại Học Bách Khoa đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu, cũng như đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài Xin ghi nhớ công ơn ba mẹ, người đã sinh thành, dưỡng dục, dìu dắt tôi những bước đi đầu đời, tạo cho tôi hành trang vô giá để bước vào cuộc sống

Cảm ơn tất cả các bạn lớp HC06BSH, những người bạn đã gần gũi, chia sẻ, giúp

đỡ, và đồng hành với tôi trong suốt quãng đời đại học

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy cô trong hội đồng phản biện đã dành thời gian đọc và nhận xét luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 1 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Tăng Thị Yến Phương

TÓM TẮT T

Kefir là sản phẩm sữa được lên men từ tổ hợp hệ vi khuẩn lactic và nấm men được

cố định tự nhiên trong khối hạt kefir Ngoài việc cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu,

nó còn được biết đến với tính chất kháng một số bệnh: ung thư, chống lão hoá và tăng cường tiêu hoá

Sản phẩm này tuy đã có mặt từ rất lâu đời trên thế giới, nhưng vẫn còn rất mới trên thị trường tiêu thụ Việt Nam Hiện nay ở nước ta, người tiêu dùng mới chỉ được làm quen với dòng sản phẩm sữa chua kefir không đường của Vinamilk

Do đó, chúng tôi đã tiến hành đề tài: “ Góp phần đa dạng hóa các sản phẩm kefir

từ nguồn nguyên liệu đậu nành” nhằm nghiên cứu nâng cao chất lượng và làm đa dạng, phong phú cho sản phẩm kefir để góp phần giúp cho sản phẩm này ngày càng phổ biến và quen thuộc với người tiêu dùng hơn

Nội dung đề tài: Tiến hành lên men kefir từ sữa đậu nành và bước đầu thử nghiệm

tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành

Kết quả đề tài: kết quả thu được sau quá trình thí nghiệm:

 Quá trình lên men kefir đậu nành được tối ưu với các thông số:

 Tỉ lệ cấy giống: 7% (w/w)

 Thời gian lên men chính: 13 giờ

 Nhiệt độ lên men chính: 30°C

 Thời gian lên men phụ: 12 giờ

 Nhiệt độ lên men phụ: 140

C

 Sản phẩm được bổ sung dịch sucrose có nồng độ 30%, tỉ lệ dịch bổ sung vào

là 30% thể tích sản phẩm

 Để tăng mùi hương hấp dẫn, sản phẩm được bổ sung thêm 0.15% hương vải

 Quy trình thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành được tối ưu với các thông số:

 Hàm lượng CaCl2 bổ sung cho sữa đậu nành nguyên liệu: 0.025 g/l

 Sữa đậu nành được lên men với tỉ lệ cấy giống 7% w/w ở 300C trong 13 giờ

 Thời gian tách nước cho khối đông là 8 giờ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Lịch sử hình thành kefir 3

1.2 Công dụng của kefir 3

1.3 Giới thiệu hạt kefir 5

1.3.1 Đặc điểm của hạt kefir 5

1.3.2 Hệ vi sinh vật trong hạt kefir 7

1.3.3 Kefiran 13

1.3.4 Bảo quản hạt kefir 14

1.4 Bản chất của quá trình lên men 15

1.4.1 Lên men lactic 15

1.4.2 Lên men ethanol 19

1.5 Giá trị probiotic của sản phẩm kefir 19

1.6 Giới thiệu về nguyên liệu đậu nành 21

1.6.1 Tìm hiểu chung về cây đậu nành 21

1.6.2 Các thành phần dinh dưỡng có trong đậu nành 22

1.7 Giới thiệu chung về phô mai 24

1.8 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về hướng của đề tài 27

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 29

2.1 Vật liệu, hóa chất, môi trường 29

2.1.1 Giống vi sinh vật 29

2.1.2 Hóa chất, nguyên vật liệu 29

2.2 Phương pháp thí nghiệm 29

2.2.1 Lên men kefir từ sữa đậu nành 30

2.2.2 Thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành 38

2.3 Các phương pháp phân tích 41

2.3.1 Phương pháp hóa lý 41

2.3.2 Phương pháp vi sinh 42

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 46

3.1 Lên men kefir từ sữa đậu nành 46

3.1.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 46

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính đến chất lượng sản phẩm 50

3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ (ủ chín) 53

3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ (ủ chín) 56

3.1.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối chế sau lên men 59

3.1.6 Khảo sát hương liệu bổ sung thích hợp cho sản phẩm 60

3.1.7 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến chất lượng sản phẩm 61

3.2 Thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành 62

3.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng bổ sung CaCl2 đến cấu trúc sản phẩm 62

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian tách nước đến cấu trúc sản phẩm 66

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 79

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng trong 100g kefir 4

Bảng 1.2 Hệ vi sinh vật có trong 8 mẫu hạt Kefir khác nhau thu nhận từ Nam Mỹ 8

Bảng 1.3 Trình bày tóm lược hệ vi sinh vật phân lập được trên hạt kefir 9

Bảng 1.4 Thành phần các acid amin không thay thế trong đậu nành 23

Bảng 1.5 Phân loại phô mai theo giá trị MFFB 25

Bảng 1.6 Phân loại phô mai theo giá trị FDB 25

Bảng 1.7 Phân loại phô mai theo quá trình ủ chín 26

Bảng 2.1 Đánh giá cảm quan sản phẩm kefir đậu nành 43

Bảng 2.2 Đánh giá mức độ yêu thích giữa các hương liệu bổ sung 44

Bảng 2.3 Đánh giá cảm quan sản phẩm phô mai kefir đậu nành 45

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 46

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến cấu trúc sản phẩm 49

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 51

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến cấu trúc của sản phẩm 52

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ 53

Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian lên men phụ đến cấu trúc của sản phẩm 56

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ 57

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến cấu trúc của sản phẩm 59

Bảng 3.9 Kết quả đánh giá cảm quan cấu trúc, mùi, vị của sản phẩm 59

Bảng 3.10 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm 60

Bảng 3.11 Chất lượng sản phẩm trong điều kiện cất giữ ở nhiệt độ 4÷60C 61

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng CaCl2 63

Bảng 3.13 Kết quả phân tích cảm quan sản phẩm 65

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của thời gian tách nước 65

Bảng 3.15 Kết quả phân tích cảm quan sản phẩm 67

DANH MỤC H ÌNH

Hình 1.1 Hạt kefir 6

Hình 1.2 Đặc điểm hình thái của một số hạt kefir 7

Hình 1.3 Quan sát bên ngoài hạt kefir dưới kính hiển vi 10

Hình 1.4 Hình quan sát bên trong hạt kefir dưới kính hiển vi 11

Hình 1.5 Cấu trúc của kefiran 14

Hình 1.6 Cơ chế lên men lactic 16

Hình 1.7 Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate 17

Hình 1.8 Sinh tổng hợp acetaldehyde ở một số vi khuẩn lactic ưa nhiệt 18

Hình 1.9 Quả và hạt đậu nành 21

Hình 3.1 Sản phẩm kefir đậu nành 70

Hình 3.2 Sản phẩm phô mai kefir đậu nành 70

DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1 Quy trình thu dịch sữa đậu nành 30

Sơ đồ 2.2 Quy trình lên men kefir đậu nành 31

Sơ đồ 2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 32

Sơ đồ 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 33

Sơ đồ 2.5 Khảo sát thời gian lên men phụ thích hợp 34

Sơ đồ 2.6 Khảo sát nhiệt độ lên men phụ thích hợp 35

Sơ đồ 2.7 Khảo sát tỉ lệ phối chế thích hợp 36

Sơ đồ 2.8 Quy trình tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành 38

Sơ đồ 2.9 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CaCl2 bổ sung 40

Sơ đồ 2.10 Khảo sát thời gian tách nước 41

Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến thời gian lên men 47

Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến hàm lượng cồn của sản phẩm 48

Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến mật độ vi khuẩn và nấm men 50

Đồ thị 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 51

Đồ thị 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính đến mật độ vi khuẩn và nấm men.52 Đồ thị 3.6 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ đến độ acid của sản phẩm 54

Đồ thị 3.7 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ đến độ cồn của sản phẩm 55

Đồ thị 3.8 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ đến mật độ vi khuẩn và nấm men 55

Đồ thị 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến độ acid của sản phẩm 57

Đồ thị 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến độ cồn của sản phẩm 58

Đồ thị 3.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến mật độ vi khuẩn và nấm men.58 Đồ thị 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng CaCl2 bổ sung đến độ chua sản phẩm 64

Đồ thị 3.13 Ảnh hưởng của hàm lượng CaCl2 bổ sung 64

Đồ thị 3.14 Ảnh hưởng của thời gian tách nước đến độ chua của sản phẩm 67

Đồ thị 3.15 Ảnh hưởng của thời gian tách nước đến mật độ vi khuẩn và nấm men 68

LỜI MỞ ĐẦU U

Kefir là thức uống lên men từ sữa rất phổ biến ở các nước Đông Âu, thức uống này khác với các sản phẩm từ sữa khác bởi vì nó không do hoạt động chuyển hóa của một giống vi sinh vật Sữa được lên men với hệ vi sinh vật gồm vi khuẩn lactic và nấm men được cố định tự nhiên thành một khối hạt được gọi là hạt kefir [6]

Kefir được xem như là một chất probiotic tự nhiên Nó có vai trò hỗ trợ hệ tiêu hóa và giúp cải thiện hệ thống miễn dịch Qua quá trình xét nghiệm và thử nghiệm ở động vật cho thấy kefir và các thành phần của nó có tính kháng ung thư, kháng đột

biến, kháng virus và kháng nấm [26]

Kefir chứa khoáng, các loại amino acid cần thiết cho cơ thể, và đặc biệt có rất nhiều canxi và magie Ngoài ra kefir còn có những protein hoàn thiện đã được thủy phân một phần, nên cơ thể có thể dễ dàng hấp thu

Trong sản phẩm kefir có rất nhiều vitamin B1, B12, amino acid, acid folic, và vitamin K , đây là nguồn biotin rất tốt giúp cho sự đồng hóa các loại vitamin B khác cho cơ thể Vì thế mà kefir giúp cơ thể giảm đi sự lão hóa da, cung cấp nguồn năng lượng, kéo dài tuổi thọ cho con người [32]

Ngoài nguồn nguyên liệu sữa động vật như: sữa bò, dê, cừu…hạt kefir còn lên men được sữa đậu nành, nước trái cây, nước dừa, sữa dừa…Vì vậy để đa dạng hóa sản phẩm kefir, chúng tôi đã sử dụng sữa đậu nành làm nguyên liệu để lên men Sữa đậu nành là một thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, giàu protein, vitamin, chất khoáng, chất xơ…Sự kết hợp này tận dụng những ưu điểm của nguyên liệu đậu nành và được lên men bằng hệ vi sinh vật hạt kefir sẽ tạo ra sản phẩm có hương vị mới lạ và tốt cho sức khỏe, góp phần đa dạng hóa sản phẩm kefir, giúp sản phẩm này gần gũi hơn với người tiêu dùng

Sữa kefir đậu nành sẽ được nghiên cứu chế biến ở phòng thí nghiệm với trọng tâm là giải quyết các vấn đề có liên quan đến chất lượng và thời gian bảo quản Trên

cơ sở đó đề tài nghiên cứu các vấn đề sau:

- Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm

- Khảo sát nhiệt độ lên men chính tối ưu cho quá trình lên men

- Khảo sát thời gian lên men phụ (ủ chín) tối ưu

- Khảo sát nhiệt độ lên men phụ (ủ chín) tối ưu

- Khảo sát nồng độ dịch sucrose phối chế sau lên men

- Khảo sát hương liệu bổ sung thích hợp cho sản phẩm

- Khảo sát thời gian bảo quản sản phẩm

Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đã tiến hành bước đầu thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành:

- Khảo sát hàm lượng muối CaCl2 bổ sung vào sữa nguyên liệu để sản phẩm phô mai có cấu trúc tốt

- Khảo sát thời gian tách nước thích hợp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Kefir là một sản phẩm truyền thống có nguồn gốc cách đây từ hàng ngàn năm

và từ vùng núi Caucasian của đông Châu Âu Sản phẩm kefir được những người dân tộc Moslem của Caucasian xem như một loại thuốc có thể chữa rất nhiều loại bệnh vào khoảng thế kỉ 18 [10]

Tháng 9/1908, trung tâm sản xuất sữa tại Moscow đã tiến hành sản xuất những chai kefir uống đầu tiên Một số lượng nhỏ kefir đã được sản xuất ở vài thành phố ở Nga, và mọi người sử dụng kefir như một loại thuốc chữa bệnh

Người ta bắt đầu sản xuất kefir trên quy mô lớn ở Nga khoảng 1930 Tuy nhiên khi họ tiến hành sản xuất kefir ở quy mô công nghiệp thì gặp rất nhiều khó khăn, và

Hiện tại kefir là một trong những loại sữa lên men rất được yêu thích ở Nga Ngoài ra kefir cũng đang được sản xuất một số lượng lớn ở Tiệp Khắc, Phần Lan, Hungary, Nauy, Hà Lan, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Đan Mạch, Mĩ, Pháp, Tây Đức, Canada

và những nước ở Nam Á [6]

Kefir được xem như là một chất probiotic tự nhiên Nó chứa hệ sinh vật còn sống và hoạt động, tồn tại trong hệ tiêu hóa và tham gia hỗ trợ việc tiêu hóa thức ăn trong dạ dày [22, 27]

Đây là một sản phẩm cao cấp hơn yaourt bởi vì yaourt được làm trong thời gian ngắn, chứa ít vi khuẩn có hoạt tính mạnh Hệ vi khuẩn trong yaourt sẽ giảm dần vài ngày trong hệ tiêu hóa Còn kefir thì chứa nhiều hệ vi sinh vật hơn, hơn thế nữa hệ vi

sinh vật có mặt trong kefir được tạo từ một chuỗi vi sinh vật có hoạt tính rấtmạnh, các chủng vi sinh vật này sẽ giúp tiêu diệt hay bất hoạt các vi sinh vật gây bệnh

Bảng 1.1 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng trong 100g kefir

Kefir có vai trò hỗ trợ hệ tiêu hóa và giúp cải thiện hệ thống miễn dịch Kefir chứa khoáng, các loại amino acid cần thiết cho cơ thể, và đặc biệt có rất nhiều canxi

và magie Ngoài ra kefir còn có những protein hoàn thiện đã được thủy phân một phần, nên cơ thể có thể dễ dàng hấp thu Ví dụ như tryptophan, một amino acid cần thiết cho cơ thể có rất nhiều trong kefir, đã được biết đến với khả năng giảm căng thẳng cho hệ thần kinh

Trong sản phầm kefir có rất nhiều vitamin B1, B12, amino acid, acid folic, và vitamin K, đây là nguồn biotin rất tốt giúp cho sự đồng hóa các loại vitamin B khác cho cơ thể Vì thế mà kefir giúp cơ thể giảm đi sự lão hóa da, cung cấp nguồn năng lượng, kéo dài tuổi thọ cho con người

Ngoài ra kefir còn có các lợi ích như cân bằng ổn định đường ruột, và giảm sự

dị ứng lactose của nhiều người, các loại vi khuẩn lactic trong sản phẩm sữa lên men

có thể làm giảm bớt dị ứng lactose bằng cách cung cấp enzyme lactase cho ruột và dạ dày Hệ vi sinh vật có trong kefir phát triển cực mạnh trong môi trường bơ sữa, sử dụng lactose và protein, tạo ra những sản phẩm mà con người có thể dễ dàng tiêu hóa

và sử dụng Ngoài ra hệ vi sinh vật kefir cũng có thể tiêu hóa nước dừa hoặc các sản phẩm sữa khác [32]

Kefir còn loại trừ các chất độc không mong muốn trong cơ thể, ngăn ngừa sự oxy hóa Ngoài ra kefir còn giúp giảm cholesterol trong máu, kích thích hệ miễn dịch tạo ra kháng thể, giúp giảm stress, căng thẳng do có độ rượu nhẹ Chính vì nhiều đặc điểm như thế nên kefir được yêu thích trên toàn thế giới [6]

1.3.1 Đặc điểm của hạt kefir

FAO/WHO (2001) đã định nghĩa kefir dựa trên thành phần hệ vi sinh vật của cả hạt kefir và trong sản phẩm kefir cuối cùng Trong sản xuất kefir, người ta sử dụng tổ hợp giống vi sinh vật dưới dạng hạt kefir Các hạt kefir có màu từ trắng đến vàng nhạt, hình dạng không ổn định và thường kết thành chùm với nhau tạo dạng tương tự hoa choufleur với đường kính trung bình 0.3÷2 cm [16] Thành phần hóa học hạt kefir bao gồm 89-90% nước, 0.2% lipid, 3% protein, 6% đường (chủ yếu là polysaccharide ) và 0.7% chất tro [10] Hạt kefir là phức hệ vi sinh vật gắn với nhau

bởi chất polysaccharide Giống này bao gồm các nhóm vi khuẩn lactic (Lactobacillus,

Lactococcus, Leuconostoc ) và nấm men Đôi khi, còn tìm thấy vi khuẩn Acetobacter aceti và Acetobacter racens cùng với các vi sinh vật khác tổ chức thành

khối cầu vi sinh vật Tuy vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn nhưng từ hàng nghìn năm qua sự tiêu thụ đã chứng minh được rằng hệ vi sinh vật trong kefir là không gây bệnh mà còn có khả năng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh như

Salmonella hay Sigella

vi quét điện tử, Lactobacillus chiếm ưu thế ở bên ngoài hạt kefir và nấm men ở trung

tâm hạt kefir, nhưng do quá trình cuộn thì đôi khi bề mặt bên ngoài lại trở thành bên trong Do đó người ta mong đợi rằng dưới kính hiển vi điện tử truyền suốt có thể phát

hiện các vi khuẩn Lactobacillus dạng cong dài chiếm ưu thế ở bên trong cấu trúc hạt

kefir [28, 33]

Hình 1.2 Đặc điểm hình thái của một số hạt kefir [33]

Các dạng khác nhau của hạt kefir từ dạng miếng mỏng (hình 1.2a) đến dạng cuộn (hình 1.2b, c) và dạng hoa chou-fleur (hình 1.2d, e, f)

1.3.2 Hệ vi sinh vật trong hạt kefir

Nhóm vi khuẩn Lactobacillus chiếm khoảng 65-80% tổng số vi sinh vật trong hạt Chúng gồm những loài ưa ấm và ưa nhiệt Nhóm Lactococcus chiếm 20% tổng số

tế bào Nấm men chiếm 5-10% trong tổng số vi sinh vật trong hạt bao gồm những loài lên men hoặc không lên men được đường lactose [6]

Mật độ nhóm vi khuẩn lactic Lactobacillus đạt 108 – 5x109 (cfu/g) gồm nhóm

lên men đồng hình và dị hình Nhóm vi khuẩn lactic Lactococcus và Leuconostoc với

mật độ 108 –109 (cfu/g) và nấm men với mật độ 106 – 108 (cfu/g) gồm nhóm nấm men

có khả năng chuyển hóa đường lactose và nhóm nấm men không có khả năng chuyển hóa đường lactose Ngoài ra, một số nghiên cứu còn phát hiện sự hiện diện của nhóm

vi khuẩn Acetobacter với mật độ 105 – 106 (cfu/g) Tỉ lệ vi khuẩn lactic : nấm men thường đạt là 250:1

Hệ vi sinh vật trong hạt kefir xuất xứ từ các nguồn gốc khác nhau thì khác nhau, thậm chí cùng một vùng nhưng khi hạt kefir được thu nhận từ các nhà khác nhau cũng có hệ vi sinh vật khác nhau, mật độ vi sinh vật khác nhau Hệ vi sinh vật

của 8 mẫu hạt kefir thu từ Nam Mỹ được lưu trữ tại Dairy Research Institute, Pretoria, Nam Mỹ được trình bày trong bảng 1.2

Ngoài ra, sự phân bố hệ vi sinh vật trên hạt kefir cũng rất phức tạp, có sự khác biệt giữa vùng này và vùng khác, cũng như giữa bên trong và bên ngoài mẫu Điều đó được thể hiện qua một số hình ảnh minh họa ở hình 1.3

Bảng 1.2 Hệ vi sinh vật có trong 8 mẫu hạt kefir khác nhau thu nhận từ Nam Mỹ

trong hạt kefir (%)

Lb delbrueckii ssp delbrucekii YELN 37.8

Zygosaccharomyces APM 62.2

Lb delbrueckii ssp delbrueckii YELN 10.0

Leuc lactis KCA + TTC 3.2

Bảng 1.3 Trình bày tóm lược hệ vi sinh vật thường phân lập được trên hạt kefir có

Lb brevis

Lb casei

Lb casei subsp rhamnosus

Lb casei subsp pseudoplantarum

Lb paracasei subsp paracasei

Lb cellobiosus

Lb delbrueckii subsp bulgaricus

Lb delbrueckii subsp lactis

STREPTOCOCCUS/LACTOCOCCUS

Lactococci lactis subsp lactis

Lc lactis subsp.lactis blovar diacetylactis

Lc lactis subsp cremoris Streptococc lactis

St salivarius subsp thermophilus

[7,15]

Có sự khác biệt về sự phân bố nấm men và Lactobacillus Ở vùng nấm men chiếm ưu thế thì có ít Lactobacillus và ở vùng Lactobacillus chiếm ưu thế thì có ít

nấm men Nấm men không phân bố dày đặc ở bên ngoài hạt kefir, chủ yếu tồn tại ở bên trong hạt Các loài nấm men lên men được đường lactose thường được tìm thấy tại các vị trí gần bề mặt hạt kefir Ngược lại, các loài nấm men không lên men được đường lactose lại tìm thấy tại các vị trí sâu bên trong tâm hạt [15, 32, 33]

Hình 1.3 Quan sát bên ngoài hạt kefir dưới kính hiển vi [33]

a: Bên ngoài hạt kefir chiếm ưu thế là các vi khuẩn dạng que dài và các nấm men đính vào

các vật liệu dạng hột một cách tự nhiên

b, c: Các vùng chiếm ưu thế của nấm men và nhóm Lactobacillus

d: Các tế bào Lactococcus, dưới dạng từng tế bào riêng lẻ, hay từng cặp hoặc chuỗi đính vào

các vật liệu dạng hạt, bên cạnh đó cũng quan sát thấy có một vài tế bào vi khuẩn hình que hoặc nấm men

Hình 1.4 Hình quan sát bên trong hạt kefir dưới kính hiển vi [33]

a, b: các vùng dày đặc các tế bào nấm men với các vật liệu dạng sợi

c, d: các vùng dày đặc các tế bào vi khuẩn hình que giữa các vật liệu sợi như mạng nhện, kết

nối các vi sinh vật lại với nhau.

1.3.2.1 Thuyết cộng sinh: sự tương tác giữa các loài vi sinh vật trong hạt kefir

Hệ vi sinh vật trong kefir là một ví dụ minh chứng cho tính cộng sinh của vi sinh vật Mối quan hệ cộng sinh của hệ vi sinh vật trên hạt kefir được minh họa trong một số nghiên cứu sau đây:

Tính cộng sinh của vi khuẩn lactic và nấm men được thể hiện rõ rệt khi chúng được tách rời như những giống thuần chủng thì không thể phát triển trong sữa hay hoạt tính lên men có thể giảm ngay so với khi nuôi cấy tổ hợp Theo Pablo Alvarez và

cộng sự (2007 ) đã cho thấy rằng Lactobacillus kefir phát triển tốt hơn khi có Candida

kefir được bổ sung vào sữa Sự hiện diện của nấm men trong hỗn hợp với nhiệt độ lên

men là 21-230C, thúc đẩy sự phát triển Streptococci dị hình tạo các hợp chất thơm

Quá trình lên men, sự phát triển của vi khuẩn lactic thì thúc đẩy sự phát triển của nấm men và vi khuẩn acetic

Nấm men đóng vai trò quan trọng trong sản phẩm sữa lên men, chúng cung cấp một số chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển như amino acid và vitamin, thay đổi pH, tạo CO2, ethanol Nấm men trong kefir thì ít được nghiên cứu hơn vi khuẩn trong kefir, mặc dù rõ ràng nấm men cung cấp môi trường phát triển cho vi khuẩn và sản phẩm chuyển hóa đóng góp vai trò tạo hương vị và cảm quan cho sản phẩm Tính chất của nấm men trong kefir rất đa dạng Ví dụ một số loại nấm men thì có khả năng lên men lactose, trong khi đó một số thì không Một số thì hiện diện bên ngoài hạt kefir còn một số thì nằm sâu bên trong Nấm men hiện diện ở những vị trí khác nhau của hạt kefir có thể chúng thực hiện các quá trình lên men khác nhau

Quan hệ cộng sinh còn được thể hiện giữa các nhóm vi khuẩn lactic Trong suốt

quá trình lên men 24 giờ thì vi khuẩn Streptococcus đồng hình phát triển nhanh chóng làm giảm pH, pH này thích hợp cho sự phát triển của Lactobacillus, nhưng lúc này

Streptoccoccus giảm đi [24, 26]

1.3.2.2 Chu kì phát triển của giống kefir

Hạt kefir là những giống gốc tự nhiên, chúng được hình thành từ những màng bao bọc mỏng không theo một quy tắc nào cả bao gồm hỗn hợp protein, lipid, polysaccharide Những màng bao bọc phát triển với hình dạng không nhất định, hình thành các thùy phức tạp và không đồng đều, các thùy này lại có xu hướng trở về nguyên bản tạo thành cấu trúc sinh học bao gồm nhiều thùy con bao quanh Với dấu hiệu phát triển đặc biệt như thế chúng hình thành những hạt con, mỗi tiểu thùy được kết nối với nhau ở phần giữa, xòe ra trong khi nó được gắn với các điểm trung tâm của hạt giống mẹ

Nhờ sự xuất hiện đó mà các hạt con tách ra có mẫu hình phát triển giống như hạt mẹ ban đầu Sau một thời gian có thể do chấn thương hoặc những tác động bên ngoài, một phần thùy con gắn với hạt mẹ bị tách ra thành hạt tự do Những hạt con này lại tiếp tục nhân giống thành hạt mẹ Chu kỳ phát triển được lặp lại với chu trình gần giống nhau (tự nhân giống) Trong vài trường hợp đặc biệt, có những hạt không thể cho ra bất cứ hạt con nào trong một thời gian dài mà thay vào đó, chúng hình thành nên một khối lớn (khối hạt kefir)

Bề mặt ngoài của hạt biến đổi từ dạng phẳng đến không đồng đều gồm nhiều thứ phức tạp, có những chỗ lồi lõm rải rác khắp bề mặt Một vài hạt có thể có những vùng rộng phẳng, trong khi từ mẻ tương tự có thể có những hạt có bề mặt không đồng đều Nếu điều kiện thuận lợi, sau một thời gian, những hạt nhẵn này thường trở lại dạng nguyên thể, sau đó hình thành các hạt bao quanh, nơi mà có thể nhân giống lên Thường ở những vùng không phẳng, xù xì thường có sự hoạt động mạnh của nấm men, trong khi ở vùng phẳng vi khuẩn lại chiếm ưu thế Nấm men hình thành những

khóm nhỏ nhô ra trên bề mặt, Streptococcus thì bện vào nhau với các vi khuẩn khác

chứ không hình thành dạng cụm

Ở sâu bên trong hạt, Lactobacillus chiếm ưu thế và có rất ít tế bào nấm men,

chúng được gói gọn trong dịch polysaccharide, các vi khuẩn hình que và nấm men

hình thành các cụm riêng biệt bên ngoài và bên trong hạt Trong đó Lactobacillus

kefiranoficients được xem là nguyên nhân hình thành polysaccharide hòa tan kefiran

Trong khi đó Lactobacillus acidophilus là nguyên nhân hình thành vỏ bọc bên ngoài

polysaccharide mà có thể giúp hạt co giãn Một số nghiên cứu cho rằng vi khuẩn có thể gây ra sự nhân giống hạt kefir vì việc nhân giống của hạt không xảy ra khi vắng

mặt Lactobacillus kefiranoficients - là vi khuẩn sinh ra kefiran ở trung tâm hạt

[15, 20, 28]

1.3.3 Kefiran

Kefirian được biết đến là polysaccharide được cấu tạo từ hai đường đơn glucose

và galactose, do Lactobacillus kefiranofaciens và Lactobacillus kefir sản sinh ra

Chúng là một phần của hạt, nếu không có sự hiện diện của chúng thì hạt kefir không thể hình thành Ngoài tế bào vi sinh vật, hạt kefir còn chứa protein (chiếm khoảng 30% tổng chất khô) và carbohydrate (25÷50%) Như vậy từ một số thông tin đã đưa

ra thành phần hợp thành của hạt giống kefir là phức protein-polysaccharide Thành phần hạt giống sấy khô đông lạnh với hàm ẩm 3.5% được tìm thấy bao gồm: béo 4.4%, tro: 12.1%, muco-polysaccharide (Kefiran) 45.7%, protein tổng số 34.3% gồm có: protein không hòa tan 27%, protein hòa tan 1.6% và acid amin tự do là 5.6%

Cơ chế phức tạp về sự hình thành cấu trúc gian bào vi sinh vật trong hạt kefir hiện nay chưa được giải thích rõ ràng Người ta khám phá được gel hòa tan

polysaccharide trong hạt kefir với tên gọi là kefiran (KGF-C) Hạt kefir sấy khô bao gồm chất gian bào khoảng 45% là kefiran Polysaccharide này gồm hai đường đơn glucose và galactose với tỉ lệ cân đối Kefiran hình thành ở trung tâm hạt, với điều kiện kỵ khí thuận lợi cho việc tổng hợp kefiran trong sự hiện diện của ethanol Một

vài loài Lactobaccillus khác cũng sinh ra polysaccharide như Lactobaccillus brevis [17, 18, 21]

Hình 1.5 Cấu trúc của kefiran [16]

Một thử nghiệm trên chuột đã phát hiện tính kháng ung bướu của kefiran Trong thử nghiệm này kefiran được cung cấp từ đường miệng của chuột và kết quả cho thấy kích thước khối u đã giảm đi rõ [23, 25, 29]

1.3.4 Bảo quản hạt kefir

Mục đích của quá trình bảo quản là làm chậm quá trình hô hấp và trao đổi chất của tế bào hệ vi sinh vật có trong hạt kefir, ngăn cản sự sinh sản của chúng, đồng thời không làm thay đổi phẩm chất ban đầu của hạt Chế phẩm giống được bảo quản tốt thì

sẽ có các quá trình sinh, lý, hóa y như ban đầu nếu gặp được điều kiện môi trường dinh dưỡng thích hợp Hạt kefir khi đem bảo quản phải ở trạng thái sinh lý tốt

Hoạt tính của hạt kefir phụ thuộc vào điều kiện bảo quản và hoạt tính của hạt quyết định chất lượng của sản phẩm sữa lên men

Các phương pháp thường được sử dụng bảo quản hạt kefir :

 Phương pháp làm khô bằng không khí

 Phương pháp bảo quản lạnh

 Phương pháp đông sâu

 Phương pháp đông khô

1.4 Bản chất của quá trình lên men

Mặc dù kefir thương mại được sản xuất là từ sữa bò, nhưng nó cũng có thể được làm từ sữa cừu, dê và trâu Hơn thế nữa, gần đây người ta còn sản xuất kefir từ sữa đậu nành

Kích thước của hạt kefir có ảnh hưởng đến pH, tính dẻo và số lượng vi sinh vật trong sản phẩm cuối Người ta thấy rằng tỉ lệ hạt kefir và sữa là 1:30 đến 1:50 là tối ưu cho sự lên men kefir Sự lên men sữa là quá trình ủ khoảng 24 giờ, trong suốt thời gian

đó, vi khuẩn lactic đồng hình Streptococcus phát triển khá nhanh vào lúc ban đầu làm

cho pH môi trường giảm xuống Việc giảm pH này tạo thuận lợi cho sự phát triển của

Lactobacillus và đây là nguyên nhân làm Streptococcus đồng hình giảm số lượng.Và

sự hiện diện của nấm men trong hỗn hợp, cùng với nhiệt độ lên men 21-230C đã kích

thích sự phát triển Streptococcus dị hình tạo mùi thơm sản phẩm Trong quá trình lên

men sự gia tăng của vi khuẩn lactic tạo điều kiện cho sự phát triển của nấm men và vi khuẩn sinh acetic

Ngày nay các vi khuẩn lactic và nấm men đông khô đã được bán rộng rãi trên thị trường Trong vài trường hợp người ta còn thêm vào một số chủng vi sinh vật bên ngoài để có được sản phẩm với những đặc điểm mong ước Người ta thấy rằng sản phẩm cuối cùng làm từ những hạt kefir cho số lượng vi sinh vật đa dạng và nhiều hơn

so với kefir làm từ hỗn hợp vi sinh vật riêng lẻ [6, 15]

1.4.1 Lên men lactic

Trong công nghệ vi sinh vật, nhìn chung các vi khuẩn lactic đồng hình luôn chiếm ưu thế Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất một số thực phẩm lên men truyền thống như phô mai, yoghurt,… trong đó có kefir, các vi khuẩn lactic dị hình lại được xét đến nhằm mục đích da dạng hóa các chỉ tiêu về mùi, vị và cấu trúc cho sản phẩm

Cơ chế tổng quát của quá trình lên men lactic đồng hình và dị hình có thể được tóm tắt trên hình 1.6

Hình 1.6 Cơ chế lên men lactic [27]

Quá trình lên men lactic diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn Đầu tiên, đường lactose trong sữa sẽ được vi khuẩn lactic đưa vào bên trong tế bào nhờ những cơ chế vận chuyển đặc trưng của màng tế bào chất Tiếp theo, lactose sẽ được thủy phân thành hai monosaccharide rồi đi vào các chu trình chuyển hóa khác nhau

Đối với nhóm vi khuẩn lactic đồng hình như giống Lactococcus, các loài

Streptococcus thermophilus, Lactobacillus helveticus, Latobaccillus acidophilus, Latobaccillus bulgaricus, Latobaccillus casei, Latobaccillus delbruckii subsp Lactic,…và các cầu khuẩn : Steptococcus latic, Steptococcus cermoris

Phương trình tổng quát của quá trình lên men lactic:

cumoris, Lactobacillus brevis,… Do không có một số enzyme của chu trình đường

phân nên chúng chuyển hóa glucose giai đoạn đầu theo chu trình pentose-phtophate và tạo ra sản phẩm trung gian là xylulose-5-P, chất này sẽ được chuyển hóa tiếp thành glyceraldehydes-3-P rồi tiếp tục đi theo giai đoạn cuối của chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi acid lactic như trong quá trình lên men đồng hình Theo một con đường trao đổi chất khác, xylulose-5-P sẽ được chuyển hóa thành acetyl-P và tiếp

theo sau đó là thành ethanol Sản phẩm của quá trình này là: acid lactic, ethanol,

Trong quá trình lên men lactic, ngoài sản phẩm acid lactic (lên men đồng hình), acid lactic, ethanol, CO2 (lên men dị hình), trong dịch lên men còn xuất hiện cả trăm hợp chất hóa học mới khác Chúng là những sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc ít hơn) Một số hợp chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi, vị đặc trưng cho sản phẩm lên men lactic Đáng chú ý nhất là diacetyl và acetaldehyde

Quá trình sinh tổng hợp diacetyl liên quan đến sự chuyển hóa citrate

Hình 1.7 Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate [34]

Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, diacetyl được tổng hợp Hàm lượng diacetyl trong môi trường sẽ tăng dần rồi sau đó sẽ giảm dần vào giai đoạn cuối, đặc biệt khi hàm lượng citrate giảm dần Một phần diacetyl sẽ được chuyển hóa thành acetoin và 2,3 butanediol

Acetaldehyde được tổng hợp từ các sản phẩm của quá trình chuyển hóa glucose

và một số acid amin

Nhiều loài vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp acetaldehyde Ngược lại,

một số chủng thuộc giống Leuconostoc lại có khả năng sử dụng và chuyển hóa

acetaldehyde Đây là hợp chất quan trọng quyết định đến mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men từ sữa kefir

Tỷ lệ hàm lượng diacetyl/acetaldehyde ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của kefir Tỷ lệ này phụ thuộc vào thành phần các chủng vi sinh vật sử dụng tổ hợp giống

và các thông số kỹ thuật của quá trình lên men như nhiệt độ, pH đầu, lượng giống cấy…[6]

Hình 1.8 Sinh tổng hợp acetaldehyde ở một số vi khuẩn lactic ưa nhiệt [3]

1.4.2 Lên men ethanol

Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa, quá trình lên men ethanol được

thực hiện chủ yếu bởi các nấm men thuộc giống Saccharomyces và Kluyveromyces

Sau khi vận chuyển vào trong tế bào chất, đường hexose sẽ được chuyển hoá theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic Tiếp theo, acid pyruvic sẽ được chuyển hoá thành acetaldehyte, rồi thành ethanol Phương trình tổng quát của quá trình lên men ethanol trong môi trường pH acid như sau:

Sự chuyển hóa đường hexose thành ethanol và khí CO2 diễn ra trong tế bào chất của nấm men Đây là quá trình trao đổi năng lượng của nấm men trong điều kiện kỵ khí Ethanol và CO2 tạo ra trong tế bào chất sẽ được nấm men thải vào môi trường lên men

Bên cạnh ethanol và khí CO2 tế bào nấm men còn tổng hợp và tạo trong dịch lên men hàng trăm sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian khác trong quá trình lên men ethanol Những hợp chất này được tìm thấy trong dịch lên men với hàm lượng rất nhỏ Chúng được chia làm bốn nhóm: glycerol cùng các rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu

cơ và ester [6]

Probiotic là chế phẩm ảnh hưởng có lợi cho vật chủ theo hướng cải thiện cân bằng vi khuẩn đường ruột và loại trừ các yếu tố bất lợi đến sự tiêu hoá hấp thu các chất dinh dưỡng truyền thống [15]

Probiotic là những thực phẩm chức năng khi ăn vào, sẽ có ảnh hưởng rõ ràng trong sự điều chỉnh các quá trình chức phận cơ thể Chức năng quan trọng thứ hai của probiotic là nhân tố chống oxy hóa (anti-oxidants) [27]

Sản phẩm sữa lên men kefir được đánh giá có giá trị probiotic cao Kefir có hoạt tính kháng khuẩn đối với các vi khuẩn Gram dương và Gram âm, cũng như một số loại nấm Ức chế tế bào ung thư, nhất là ung thư kết tràng Một số vi khuẩn đường ruột gây

bệnh như Shigella và Salmonella không phát triển, bị ức chế bởi các vi sinh vật có

trong kefir [16, 22, 27]

Chính vì hệ vi sinh vật đa dạng nên có nhiều enzyme được tiết ra từ các chủng vi sinh vật có trong kefir, các enzyme tăng cường tiêu hóa thức ăn được tiết ra từ các vi khuẩn lactic có trong kefir như:

 Proteolysis: thủy phân protein thành acid amin dễ hấp thu, giảm thiểu chất thải đạm ra môi trường

 Lipolysis: thủy phân lipid thành acid béo và glycerin dễ hấp thu, cải thiện đáng

kể năng lượng tiêu hóa

 Ngoài ra, ở nấm men cũng có những chủng có khả năng lên men chuyển hóa lactose Đường lactose nếu không hấp thu hết dễ gây lên men đầy hơi, tiêu chảy [23]

Nhờ có vi khuẩn lactic trong chế phẩm biến đổi cơ chất thành acid lactic, làm giảm pH đường ruột, ức chế các loài vi khuẩn gây bệnh, vi khuẩn lên men thối Do đó, bảo vệ đường ruột tốt hơn Các acid lactic cơ thể hấp thu sử dụng tốt nhờ quá trình lên men sinh acid lactic:

 Cải thiện tiêu hóa hấp thu protein

 Cải thiện hấp thu canxi, photpho và các nguyên tố vi lượng, nhất là sắt

 Kích thích tuyến tụy tiết ra nhiều dịch tụy để tiêu hóa thức ăn

 Hạ nhanh pH dạ dày, có tác dụng ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh

 Cung cấp năng lượng dễ hấp thu và dễ chuyển hóa [27]

Theo Paucean, A (2008) cảc sản phẩm sinh ra trong quá trình lên men kefir ngoài acid lactic, cồn còn có các hợp chất khác như:

 Hydrogen peroxide (H2O2): Có tác dụng oxy hóa mạnh mẽ trên các tế bào vi

khuẩn Hydrogen peroxide ức chế Pseudominass sp và Staphylococcus aureus

 CO2: Góp phần vào các hoạt động kháng khuẩn bằng cách thay thế sự xuất hiện oxy phân tử, tạo ra một môi trường kị khí

 Diacetyl và acetaldehyde: Chất tạo hương thơm góp phần làm nên nét đặc trưng cho sản phẩm, đồng thời tham gia hoạt động kháng khuẩn chống

Staphylococcus aureus, E coli, Staphylococcus typhimurium

 Đặc biệt bacteriocin cũng được hình thành, đây được xem như là một chất kháng sinh có lợi cho sức khỏe Các vi khuẩn tạp nhiễm hay vi khuẩn có hại không thể sống nổi, hay bị ức chế khi có mặt của bacteriocin Theo tài liệu [17,

24, 34, 36, 39] cho thấy, kefir có tác động ức chế, kháng khuẩn đối với

Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Clostridium tyobutyrivum, Listeria monocytogenes, Candida albicans, Salmonella typhi và Shigella sonnei

1.6.1 Tìm hiểu chung về cây đậu nành

Đậu nành có tên khoa học là Glycine max L, thuộc họ đậu (Fabaceae), còn được gọi là đậu tương hay đại đậu [2] Trên thế giới có trên 1000 loại đậu tương với nhiều đặc điểm khác nhau, hạt đậu nành có giá trị dinh dưỡng và kinh tế rất cao [43,38]

Hình 1.9 Quả và hạt đậu nành [38]

Đậu nành là loại cây thân thảo, hằng năm Thân cây mảnh, cao từ 0.8m đến 0.9m, có lông, cành hướng lên phía trên Lá mọc cách có ba lá chét hình trái xoan, mũi gần nhọn, không đều ở gốc Hoa có màu trắng hay tím xếp thành chùm ở nách cành

Quả thõng, hình lưỡi liềm, gân bị ép, trên quả có nhiều lông mềm màu vàng, thắt lại giữa các hạt Ở nước ta phân biệt rõ ràng đậu nành (hạt màu vàng nhạt) với đậu đen, đậu đỏ nhưng trong các tài liệu thực vật nước ngoài người ta mô tả hạt đậu nành có thể

có màu vàng, đỏ, lục hay đen với nhiều đặc điểm khác nhau, hạt đậu có kích thước nhỏ nhất như hạt đậu Hà Lan cho tới lớn nhất giống trái anh đào [2,38]

Theo từ điển thực phẩm, đậu nành có nguồn gốc từ Trung Quốc, sau đó được truyền bá sang Nhật Bản vào khoảng thế kỉ thứ 8, vào nhiều thế kỉ sau đó có mặt ở các nước Á châu như Thái Lan, Malaysia, Hàn Quốc, Việt Nam…Từ thời cổ xưa đậu nành

đã được sử dụng ở những nước này làm thực phẩm Cây đậu nành có mặt ở châu Âu vào đầu thế kỉ 17 và ở Hoa Kì vào thế kỉ 18, việc trồng trọt bắt đầu phát triển lớn ở Liên Xô cũ nhưng phát triển nhanh chóng tại những nước châu Mỹ: những nước thuộc miền trung và đồng bằng sông Mitsixipi [2,43,38]

Ngày nay, Hoa Kì là quốc gia đứng đầu sản xuất đậu nành chiếm 50% sản lượng trên toàn thế giới, rồi đến Trung Quốc, Ấn Độ Cây đậu nành là một trong năm cây thực phẩm quan trọng ở Hoa Kì, theo số liệu thống kê của bộ nông nghiệp Hoa Kìnăm 2008 diện tích trồng cây đậu nành chuyển gen chiếm 92% trong tổng diện tích trồng cây đậu nành trên cả nước [43]

1.6.2 Các thành phần dinh dưỡng có trong đậu nành

1.6.2.1 Protein

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hạt đậu nành có giá trị dinh dưỡng rất cao Người ta đã xác định thành phần protein trong hạt đậu nành chứa đầy đủ 8 loại amino acid thiết yếu: tryptophan, threonine, isoleucine, valine, lysine, methionine, phenylalanine và leucine Hàm lượng của các chất amino acid này tương đương với hàm lượng của các chất amino acid trứng gà đặc biệt là tryptophan gần gấp rưỡi của trứng [43,39]

Protein trong hạt đậu nành chứa khoảng trên 38% tùy loại, hiện nay nhiều giống đậu nành có hàm lượng protein đặc biệt cao tới 40-50% Có những chế phẩm của đậu nành mang tới 90-95% protein, đây là nguồn protein thực vật có giá trị cao cung cấp cho con người [38]

Bảng 1.4 Thành phần các acid amin không thay thế trong đậu nành và một số

thực phẩm quan trọng (g/100g protein)

Loại acid

amin

Đậu nành

nghị bởi FAO-OMS

và gần gấp đôi các loại đậu khác [43]

1.6.2.2 Vitamin và chất khoáng

Không chỉ giàu protein hơn bất cứ loại thực phẩm nào, kể cả thịt động vật Đậu nành còn rất giàu chất sinh tố và chất khoáng như: sắt, canxi, photpho, kẽm, cácvitamin nhóm B: B1, B2, B3, B6 ngoài ra còn có vitamin E Trong đậu nành còn chứa nhiều chất xơ rất tốt cho tiêu hoá [43,38]

Hạt đậu nành chứa trung bình 8% nước, 4-5% chất vô cơ, trong đó rất nhiều kali 2%, natri 0.38%, canxi 0.23%, photpho 0.65%, magiê 0.24%, lưu huỳnh 0.45% [2] Đậu nành chứa các vitamin tan trong nước như: các vitamin B1, B2, B3, B6;

vitamin D, vitamin E (trong đậu nành ở châu Á và châu Mỹ), vitamin K, vitamin F, không có vitamin C Các vitamin A và D xuất hiện khi hạt mới chín, sau đó bị enzyme oxy hóa phá hủy Trong nhóm vitamin B, đậu nành chứa lượng vitamin B1 gấp 3 lượng

vitamin B1 trong sữa bột và trong bột những loại hạt đậu khác chứa tinh bột, lượng vitamin B2 chứa ít hơn trong sữa bột khoảng 1/3 nhưng lại gấp 6 lần so với một số loại đậu khác

1.6.2.3 Chất béo và cholesterol

Đậu nành là thực phẩm nhiều protein nhưng lại ít calory, ít chất béo bão hoà và hoàn toàn không có cholesteron [43] Chất béo chiếm khoảng 15-20% có khi đạt tới 23% Tỷ lệ phần trăm của các glyceride acid béo: linolein 49.3%, olein 32%, linolenin 2%, panmitin 6.5%, stearin 4.2%, aracgidin 0.7%, lignoxerin 0.1% và 0.5% acid panmitoleic [2]

So sánh với các loại đậu khác thì đậu nành có chứa các acid béo thiết yếu cao hơn, tổng số chất béo chứa khoảng 18%, thành phần cacbonhydrate chiếm 31%

Phô mai (tiếng Anh – cheese, tiếng Pháp – fromage) là một sản phẩm giàu dinh

dưỡng được chế biến từ sữa Theo phương pháp sản xuất truyền thống, người ta tiến

hành đông tụ protein trong sữa, sau đó tách khối đông thu được (curd) để chế biến

thành phô mai

Hiện nay, trên thế giới có hàng trăm loại phô mai Các sản phẩm phô mai khác nhau về cấu trúc, mùi, vị, màu sắc, các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh Quy trình công nghệ sản xuất phô mai cũng rất đa dạng Người ta có thể sử dụng các nguyên liệu sữa và giống vi sinh vật khác nhau để sản xuất phô mai

Phô mai được tiêu thụ nhiều nhất ở châu Âu Ở Pháp, trung bình hàng năm mỗi người sử dụng 26÷28 kg phô mai các loại Sản phẩm phô mai đã được nhập khẩu vào Việt Nam từ vài chục năm trước đây Đến nay, một số công ty chế biến sữa trong nước đã bắt đầu sản xuất vài loại phô mai đơn giản

Có nhiều phương pháp khác nhau để phân loại phô mai:

 Hàm lượng nước trong phô mai thường được biểu diễn thông qua tỉ lệ phần trăm giữa lượng nước và tổng khối lượng phô mai đã trừ béo, được kí hiệu là MFFB (Moisture on Fat Free Basis)

Hàm lượng nước trong phô mai (g) × 100%

MFFB =

Tổng khối lượng phô mai (g) – Lượng chất béo trong sản phẩm (g)

Dựa vào giá trị MFFB, người ta chia phô mai thành năm loại:

Bảng 1.5 Phân loại phô mai theo giá trị MFFB

FDB (Fat on Dry Basis)

Lượng chất béo trong phô mai (g) × 100%

FDB =

Tổng khối lượng phô mai (g) – Lượng chất béo trong sản phẩm (g)

Bảng 1.6 Phân loại phô mai theo giá trị FDB

Phô mai có hàm lượng béo rất cao

Phô mai có hàm lượng béo cao

Phô mai có hàm lượng béo trung bình

Phô mai có hàm lượng béo thấp

Phô mai gầy

 Dựa vào quy trình công nghệ sản xuất phô mai có quá trình ủ chín hay không và dựa vào hệ vi sinh vật gây nên các biến đổi trong giai đoạn ủ chín sản phẩm, người ta chia phô mai thành hai nhóm chính:

Bảng 1.7 Phân loại phô mai theo quá trình ủ chín

 Phô mai tươi

 Phô mai có qua

giai đoạn ủ chín

 Không qua giai đoạn ủ chín

 Hệ vi sinh vật tham gia trong quá trình ủ chín:

- Vi khuẩn

- Vi khuẩn và nấm mốc

 Các biến đổi diễn ra chủ yếu trong giai đoạn ủ chín:

- Trên bề mặt khối phomai

- Trong bề sâu khối phomai

- Trên bề mặt và trong bề sâu khối phomai

[6] Ngoài ra còn có một loại phô mai đặc biệt khác được gọi là phô mai chế biến

hay phô mai nấu chảy (tiếng Anh: processed cheese, tiếng Pháp: fromage fondu), được

sản xuất từ một số loại phô mai khác

Phô mai tuy chưa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam nhưng là một thực phẩm rất phổ biến và hợp khẩu vị của người châu Âu, châu Mỹ Trên thị trường Việt Nam hiện nay, người tiêu dùng chỉ quen thuộc với nhãn hiệu phô mai con bò cười

La Vache qui rit của tập đoàn Bel (Pháp) và phô mai bò đeo nơ của Vinamilk Thị phần phô mai của Bel đang đứng đầu tại Việt Nam (54% thị phần năm 2007) và đang tăng trưởng rất nhanh

Phô mai là sản phẩm được chế biến từ sữa sử dụng quá trình lên men lactic, có giá trị dinh dưỡng cao và đang được người tiêu dùng ngày càng quan tâm Chính vì vậy, sản phẩm cần được nghiên cứu, phát triển nhiều hơn nữa để có thể đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng

1.8 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về hướng của đề tài

Kefir, sữa uống lên men bởi vi khuẩn lactic và nấm men lên men được đường lactose và không lên men lactose, tính cộng sinh phát triển mạnh mẽ, cho ra hương vị độc đáo riêng biệt cho sản phẩm kefir Qua quá trình xét nghiệm và thử nghiệm ở động vật cho thấy kefir và các thành phần của nó có tính kháng ung thư, kháng đột biến, kháng virus và kháng nấm Một số vi khuẩn đường ruột bị ức chế bởi các vi sinh

vật kefir, và vi khuẩn gây bệnh như Shigella và Salmonella không phát triển Văn Wyk (2001) cho thấy, kefir sở hữu một hoạt động ức chế đối với Staphylococcus

aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Clostridium tyobutyrivum và Listeria monocytogenes Thành phần vi sinh vật và hóa học của kefir chỉ ra rằng đó là một

probiotic nhiều phức tạp, như số lượng lớn vi khuẩn và nấm men khác nhau được tìm thấy khi phân biệt nó với các sản phẩm probiotic khác [23]

Tuy kefir có nhiều ưu điểm và tính năng như đã nêu trên, nhưng những sản phẩm kefir trên thị trường vẫn chưa phổ biến rộng rãi Hiện nay ở nước ta, người tiêu dùng mới chỉ được làm quen với dòng sản phẩm sữa chua kefir không đường của Vinamilk Dòng sữa chua kefir có bổ sung nguyên liệu khác, đặc biệt là hoa quả (như: dâu tây, chanh dây, xoài, dừa, dứa, ) vốn là những nguyện liệu vừa có hương thơm vừa giàu dinh dưỡng, vẫn chưa có mặt trên thị trường Việt Nam Hiện tại trong nước

đã có nghiên cứu về việc phối chế tạo sản phẩm kefir có bổ sung dâu tây nhằm đa dạng hóa sản phẩm kefir [1]

Hệ vi sinh vật trong hạt kefir có ba nhóm lớn vi khuẩn lactic, nấm men và vi

khuẩn Acetobacter Nấm men được ít nghiên cứu hơn vi khuẩn, nhưng ngày nay các

nghiên cứu mới cho thấy rằng nấm men trong hạt kefir có tính độc đáo ngoài việc sử dụng làm nguồn protein sản xuất công nghiệp thay thế nguồn cung cấp từ vật nuôi, lên men tạo các sản phẩm sữa, rượu, bia, bánh mì [31] còn có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết chất thải môi trường đặc biệt là whey [11]

Whey là một loại chất lỏng trong ngành sản xuất phô mai vì vậy nó được sản xuất với số lượng lớn trên toàn thế giới, tạo nên vấn đề về môi trường rất trầm trọng, phương pháp xử lý đắt tiền, tượng trưng cho nguồn chính của ô nhiễm môi trường do

số lượng lớn và tải trọng hữu cơ cao của nó Bên cạnh đó whey có giá trị dinh dưỡng quan trọng, vì nó có chứa protein (0.6-0.9%), lactose (4.5-5%), chất béo (0.05-0.6%), khoáng chất (8-10% ), acid hữu cơ và vitamin [17]

Những nghiên cứu gần đây đã cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển whey như là một nguyên liệu thô để sản xuất các thực phẩm hay các chất hóa học có giá trị Việc sản xuất một dãy sản phẩm rất cần thiết để duy trì hiệu quả của whey trên toàn thế giới Sản phẩm như là protein đơn bào SCP, acid lactic, acid citric, enzymes, acid propionic, lactose và ethanol đã được đề cập [19] Trong trường hợp sản xuất ra ethanol từ lactose, rất nhiều nghiên cứu đã thực hiện trong suốt hai thập kỉ

Nấm men như Kluyveromyces fragilis, K marxianus, K fragilis, Candida kefir,

Candida tropicalis,… một số cố định hay tự do đều đã được đề cập như là chất

chuyển hóa hóa sinh phù hợp cho lên men lactose [11, 16, 21] Kĩ thuật DNA tái tổ hợp, cũng như quá trình thực hiện nấm men và enzyme đồng cố định, ví dụ

Saccharomyces cerevisae với β-galactosidase đã được nghiên cứu Các nghiên cứu

đó, thể hiện sự cần thiết trong việc lựa chọn xúc tác sinh học phù hợp và thiết kế quá trình lên men theo qui mô lớn cho việc sử dụng hiệu quả nguồn lactose Nấm men kefir ở dạng sinh khối gần đây được tìm hiểu là rất phù hợp cho lên men cồn từ whey Thêm vào đó, sự ổn định của hỗn hợp sữa - whey lên men kefir chứng tỏ khả năng sản xuất ra loại nước uống tương tự như kefir dựa trên whey Chính điều này, kết hợp với tiềm năng sản xuất những thức uống có cồn từ whey, làm cho quy mô lên men cồn từ whey bởi nấm men được nâng cao là điều rất cần thiết Mặc dù có một số lượng các báo cáo quan tâm về sự sản xuất cồn từ whey trong nhiều tài liệu nhưng quá trình lên men nâng cấp vẫn chưa được báo cáo Kết quả của Athanasiadis và Paraskevopoulou khuyến khích nâng lên quy mô công nghiệp sản xuất lên men từ whey để tạo thức uống và nhiên liệu cồn bằng cách sử dụng sinh khối nấm men trong hạt kefir [11, 16]

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.2.1 Lên men kefir từ sữa đậu nành

Sữa đậu nành sử dụng trong thí nghiệm được chế biến theo quy trình sau [9]:

Sơ đồ 2.1 Quy trình thu dịch sữa đậu nành

Các công đoạn chính của quá trình thu dịch sữa đậu nành được thực hiện với những thông số sau [9]:

- Ngâm đậu trong nước 300C trong 4 giờ, bóc vỏ

- Chần đậu trong dung dịch NaHCO3 0.2 % ở nhiệt độ 800C trong 5 phút, tỉ lệ dung dịch / đậu là 5/1

- Sau khi chần, rửa lại bằng nước nóng 800C, lượng nước rửa bằng 5 lần lượng nước chần, sau đó để ráo

- Xay đậu trong nước nóng 1000C trong 1 phút 30 giây với tỉ lệ nước/ đậu khi xay là 7/1 Sau khi xay đậu được lọc qua vải lọc

- Dịch sữa sau khi lọc được đun sôi đến khoảng 95 C

Sơ đồ 2.2 Quy trình lên men kefir đậu nành

2.2.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men và chất

lượng sản phẩm

a Mục đích: Xác định tỉ lệ men giống thích hợp để quá trình lên men đạt hiệu

quả cao và sản phẩm đạt chất lượng tốt

b Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm một yếu tố : tỉ lệ cấy giống

Hạt kefir

Hương liệu Dịch sucrose

Sơ đồ 2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men

Ảnh hưởng của tỷ lệ cấy giống đến thời gian lên men, mật độ vi khuẩn lactic và nấm men, độ chua, hàm lượng cồn, đánh giá trạng thái, cấu trúc của sản phẩm

2.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính đến chất lượng sản

Bảo quản (4÷60C)

Hạt kefir