Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

Xác định các yếu tố công nghệ của quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men lactic từ gạo lứt .... Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

TRẦN THỊ TUYẾT

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TRONG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG LÊN MEN TỪ GẠO LỨT”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Chuyên nghành: Công nghệ thực phẩm

Lớp : K44 - CNTP Khoa : CNSH – CNTP

Khóa học : 2012 – 2016

Thái Nguyên 2016

TRẦN THỊ TUYẾT

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TRONG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG LÊN MEN TỪ GẠO LỨT”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Chuyên nghành: Công nghệ thực phẩm

Khoa : CNSH – CNTP

Khóa học : 2012 – 2016

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Đoàn

Khoa CNSH – CNTP – Trường Đại học Nông Lâm

Thái Nguyên 2016

Sau thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp, nay tôi đã hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình

Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Th.S Nguyễn Thị Đoàn, Khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện đề tài

Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học trong suốt thời gian học tập

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên để tôi kiên trì trong học tập và nghiên cứu khoa học

Do thời gian thực hiện đề tài có giới hạn nên đề tài không thể tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn

để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Thái nguyên, tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Trần Thị Tuyết

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC SƠ ĐỒ vi

DANH MỤC BIỂU ĐỒ vi

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Mục đích nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài 2

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.4.2 Ý nghĩa trong thực tiễn 2

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về gạo lứt 3

2.1.1 Đặc điểm của gạo lứt 3

2.1.2 Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt 3

2.1.3 Công dụng của gạo lứt 5

2.2 Tổng quan về lên men lactic 6

2.2.1 Đặc điểm vi khuẩn lactic 6

2.2.2 Chủng vi khuẩn lactic sử dụng trong sản xuất sữa chua 7

2.2.3 Quá trình lên men lactic 9

2.2.4 Một số sản phẩm ứng dụng lên men lactic 10

2.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 13

2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 13

2.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 15

PHẦN 3: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

3.1 Nguyên vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu 18

3.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu 18

3.1.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 18

3.1.4 Phạm vi nghiên cứu 19

3.2 Nội dung nghiên cứu 19

3.3 Phương pháp nghiên cứu 20

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 20

3.3.1.1 Thí nghiệm cho nội dung 1 20

3.3.1.2 Thí nghiệm cho nội dung 2 21

3.3.2 Phương pháp phân tích 23

3.3.2.1 Phân tích vi khuẩn lactic tổng số 23

3.3.2.2 Phương pháp xác định pH 24

3.3.2.3 Phương pháp đánh giá cảm quan 24

3.4 Quy trình sản xuất dự kiến 25

3.5 Phương pháp xử lý số liệu 25

PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

4.1 Xác định các yếu tố công nghệ của quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men lactic từ gạo lứt 26

4.1.1 Kết quả xác định tỷ lệ giống sử dụng trong sản xuất nước uống lên men lactic từ gạo lứt 26

4.1.2 Kết quả nghiên cứu nhiệt độ lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men lactic từ gạo lứt 28

4.1.3 Kết quả nghiên cứu thời gian lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men lactic từ gạo lứt 29

4.2 Kết quả tối ưu hóa điều kiện lên men trong quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt 30

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

5.1 Kết luận 36

5.2 Kiến nghị 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

Bảng 1: Giá trị dinh dưỡng của 100g gạo lứt chưa chế biến 4

Bảng 2 Thành phần hóa học của gạo lứt và gạo trắng xát 5

Bảng 3.1 Thành phần của 1 lít môi trường MRS 18

Bảng 3.2 Thiết bị sử dụng 19

Bảng 3.3 Tỷ lệ giống bổ sung (%) 20

Bảng 3.4 Nhiệt độ lên men ) 20

Bảng 3.5 Thời gian lên men (giờ) 21

Bảng 3.6 Bảng mã hóa các điều kiện tối ưu 21

Bảng 3.7 Bảng thiết kế thí nghiệm tối ưu chất lượng sản phẩm 23

Bảng 3.8 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm 24

Bảng 3.9 Bảng đánh giá mức chất lượng sản phẩm 25

Bảng 4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến pH lên men theo thời gian 26

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống đến chất lượng cảm quan sản phẩm 27

Bảng 4.3 Mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm lên men lactic từ gạo lứt 27

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến pH tại các thời gian lên men khác nhau 28

Bảng 4.5 Bảng điểm đánh giá cảm quan chất lượng nước uống lên men từ gạo lứt 29

Bảng 4.6 Kết quả mật độ vi khuẩn lactic và pH ở các khoảng thời gian lên men 29

Bảng 4.7 Bảng điểm đánh giá chất lượng cảm quan nước uống lên men từ gạo lứt 30

Bảng 4.8 Ma trận thực nghiệm Box – Behnken ba yếu tố 31

Bảng 4.9 Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình mật độ vi khuẩn lactic 32

Bảng 4.10 Giải pháp được lựa chọn 33

Hình 1: Hỉnh ảnh về gạo lứt đỏ 3

Hình 2: Gạo lứt tẻ 3

Hình 5: Lactobacillus bulgaricus 8

Hình 6 Streptococcus thermophiles 8

Hình 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ giống đến mật độ vi khuẩn lactic 34

Hình 8: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống và thời gian đến mật độ vi khuẩn lactic 34

Hình 9: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến mật độ của vi khuẩn lactic 35

Sơ đồ 1: Quy trình sản xuất sữa chua 11

Sơ đồ 2: Quy trình sản xuất phomat 12

Sơ đồ 3: Quy trình sản xuất bơ chua 13

Sơ đồ 4: Quy trình tạo đồ uống lên men từ gạo lứt 25

DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đô 1: Mật độ vi khuẩn lactic và pH ở các khoảng thời gian lên men 30

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Lên men lactic từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm, sản phẩm lên men góp phần tăng giá trị dinh dưỡng, chất lượng và an toàn cho sản phẩm Đặc biệt lên men lactic đã tạo nhiều sản phẩm có giá trị như sữa chua, sản phẩm rau, quả muối chua, thịt chua, nem chua… [9] Quá trình lên men bởi một số vi khuẩn lactic tạo ra một số enzym có lợi cho đường ruột, giúp hệ tiêu hoá làm việc tốt Vi khuẩn lactic còn giúp kích thích gia tăng số lợi khuẩn trong đường ruột và khử hoạt tính một

số hoá chất gây hại, kích thích tiêu hoá, tạo cảm giác ngon miệng và tăng hiệu quả hấp thụ dưỡng chất [1]

Gạo lứt từ lâu đã được nghiên cứu là một loại gạo chứa nhiều chất dinh dưỡng, có khả năng phòng và chống nhiều loại bệnh Hiện nay, sản phẩm của gạo lứt đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, người Việt Nam đã xem gạo lứt như là món ăn chữa bệnh [17] Việc lên men gạo lứt với vi khuẩn lactic cũng đã được Nhật Bản và Hàn Quốc khảo sát Với nhiều loại gạo lứt khác nhau, sau khi ngâm số lượng vi khuẩn lactic đều gia tăng rõ trong nước và gạo, ngăn chặn

sự phát triển của những vi sinh vật khác

Khai thác nguyên liệu gạo lứt với ứng dụng lên men lactic là một hướng đi mới Phương pháp lên men lactic từ gạo lứt không dùng sữa mà dùng gạo lứt làm nguyên liệu, vì vậy có thể tận dụng khả năng chữa bệnh của gạo lứt kết hợp hoạt động có lợi cho đường ruột của vi khuẩn lactic để tạo thành một loại thực phẩm chức năng có lợi đối với sức khỏe của con người như: điều chỉnh hàm lượng glucose trong máu ở những người bị bệnh đái tháo đường, giảm cholesterol và phòng ngừa tim mạch, tăng cường

hệ thống miễn dịch của cơ thể… Trong quá trình lên men, sản phẩm bị ảnh hưởng các yếu tố về tỷ lệ giống, thời gian, nhiệt độ lên men đến sản phẩm Vì vậy tôi tiến hành

nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong

sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

1.3 Mục đích nghiên cứu

- Xác định được các yếu tố công nghệ của quá trình lên men lactic trong sản xuất

nước uống lên men từ gạo lứt:

+ Xác định được tỷ lệ giống sử dụng trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

+ Xác định được nhiệt độ lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo

Giúp sinh viên củng cố và hệ thống lại kiến thức đã học

Giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng và học tập nghiên cứu khoa học

Biết được các phương pháp nghiên cứu một số vấn đề khoa học, xử lý và

phân tích số liệu, cách trình bày một bài báo khoa học

Sử dụng vi khuẩn lactic nhằm nâng cao hiệu quả lên men và tạo chất lượng tốt cho sản phẩm

1.4.2 Ý nghĩa trong thực tiễn

Nhằm nâng cao hiệu quả lên men và tạo chất lượng tốt cho sản phẩm, làm giảm chi phí giá thành, tăng năng suất… đáp ứng nhu cầu của con người

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về gạo lứt

2.1.1 Đặc điểm của gạo lứt

Gạo lứt là loại gạo chỉ xay bỏ vỏ trấu, vẫn còn lớp cám bao bọc bên ngoài Nếu giã sạch lớp cám này sẽ cho ra gạo trắng là loại chúng ta ăn hằng ngày Lớp cám của hạt gạo lứt chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng như: vitamin E, B1 ,

B3 , B6, magie, mangan, chất xơ, sắt…[17] [22]

Hình 1: Hỉnh ảnh về gạo lứt đỏ Hình 2: Gạo lứt tẻ

Có 3 cách phân loại gạo lứt:

- Phân loại theo tính chất gồm : gạo lứt tẻ, gạo lứt nếp

- Phân loại theo chiều dài của hạt gạo gồm: gạo ngắn ( 5,5 mm), gạo

trung bình (5,5 – 6 mm), gạo dài (6 - 6,5 mm)

- Phân loại theo màu sắc hạt gạo gồm: gạo lứt nâu vàng, nâu đỏ, gạo lứt

2.1.2 Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt

Thành phần của gạo lứt gồm tinh bột, chất đạm, chất béo, chất xơ cùng các vitamin như:E,B1,B3,B6các axit như pantothenic (vitamin

B5),paraaminobenzoic (PABA), folic (vitamin M), phytic, các nguyên tố vi lượng như canxi, sắt, magiê, selen, glutathion (GSH), kali và natri…[23] [17]

Trường hợp gạo trắng qua quá trình xay, giã, 67% vitamin B3, 80% vitamin B1, 90% vitamin B6, một nửa lượng mangan và hầu hết chất xơ bị mất đi Các

chuyên gia dinh dưỡng cũng nhận thấy, một lon gạo lứt khi nấu thành cơm chứa 84mg magiê, trong khi đó ở gạo trắng chỉ có 19 mg Lớp cám của gạo lứt cũng chứa một chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol xấu, giúp ngăn ngừa qua các bệnh tim mạch [17]

Gạo lứt có thể nấu thành cơm bằng cách ngâm gạo với nước khoảng 15-20 phút cho mềm và nấu như cơm nấu gạo trắng Khi hạt cơm chín thường không nở như gạo trắng, ăn hơi ráp nhưng nếu ăn quen sẽ thấy hương vị ngon ngọt đặc biệt [23] [17]

Giáo sư tiến sỹ Hiroshi Kayahara của viện sinh học Nhật Bản là người đã phân tích chất gạo lứt và tìm ra rằng gạo lứt ngâm một ngày một đêm (khoảng 22 giờ) ở nhiệt độ trong nhà sẽ bắt đầu trương nở và tiết ra nhiều chất enzyme cùng vitamin từ cám gạo[22] [17] Gạo trắng thì không nẩy mầm bằng cách này Gạo lứt sau ngâm nước rồi đem nấu thành cơm sẽ mềm hơn và có

vị ngọt hơn cơm thường do các enzyme đã thủy phân tinh bột thành đường [17]

Bảng 1: Giá trị dinh dưỡng của 100g gạo lứt chưa chế biến [17]

Bảng 2 Thành phần hóa học của gạo lứt và gạo trắng xát[17]

Tên các chất Gạo lứt (%) Gạoxát trắng(%)

2.1.3 Công dụng của gạo lứt

Những lợi ích cho sức khỏe của gạo lứt bắt đầu với chất xơ của nó, 300g gạo lứt cung cấp khoảng 14% giá trị dinh dưỡng chất xơ hằng ngày cho cơ thể, đã được chứng minh là có thể giảm lượng cholesterol Nói cách khác gạo lứt dùng để chống

xơ vữa động mạch Chất xơ cũng có tác dụng giữ cho mức đường trong máu dưới mức kiểm soát, do đó gạo lứt là một lựa chọn ngũ cốc tuyệt vời cho người bị tiểu đường [22] [17]

Nhiều nghiên cứu khoa học chứng minh rằng trong lớp cám của gạo lứt chứa một chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol xấu, giúp ngăn ngừa các bệnh về tim mạch Đặc biệt, đối với phụ nữ, nó làm giảm nguy cơ ung thư, giảm cholesterol và tốt cho hệ tim mạch của phụ nữ sau mãn kinh [17] [23]

Cám là lớp vỏ ngoài màu nâu của hạt gạo đã được sử dụng qua nhiều thế kỷ trong kỹ thuật chăm sóc da

Nghiên cứu dược lý thực nghiệm cho thấy cám gạo có tác dụng bảo vệ chống viêm dây thần kinh và trị các bệnh về da Cám tinh thu được sau khi chà xát gạo có

tác dụng làm tăng huyết sắc tố trong máu, chống thiếu máu Thử nghiệm lâm sàng trên người cho thấy hoạt chất trong dầu cám gạo có tác dụng làm hạ nồng độ cholesterol trong máu Dầu cám gạo là một hoạt chất chiết từ cám gạo có tác dụng chống ung thư, tăng hoạt tính miễn dịch của cơ thể bệnh nhân ung thư [17]

Chất xơ còn có tác dụng giúp no lâu nên khi ăn cơm gạo lứt, bạn sẽ không bị tăng cân

2.2 Tổng quan về lên men lactic

2.2.1 Đặc điểm vi khuẩn lactic

Năm 1780, Scheele người Thụy Điển lần đầu tiên tách được axit lactic từ sữa

bò lên men chua Năm 1857, Pasteur chứng minh rằng sữa chua là kết quả hoạt động của một nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic Năm 1878, Liester

phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là Bacterium hiện nay gọi là

Streptococcus lactic, về sau các nhà khoa học liên tiếp phân lập được nhiều loài vi

khuẩn lactic khác nhau Công nghệ lên men sản xuất axit lactic đã được hình thành

từ năm 1881 [16] [27]

Vi khuẩn lactic được xếp vào họ Lactobacteriaccae Chúng có thể là cầu

khuẩn, trực khuẩn ngắn hoặc dài nhưng đều là vi khuẩn gram dương, không tạo bào

tử và hầu hết không di động [1] [8]

Vi khuẩn lactic thuộc vi khuẩn hiếu khí tùy tiện, không chứa cytochrom và enzyme catalase, có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh Chúng phân giải H2O2 để tạo ra H2O và O2 để phát triển Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình tạo thành acid cao hơn (khoảng 2 – 3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%) [9] [14]

Đa số vi khuẩn lactic, đặc biệt là trực khuẩn đồng hình rất kén chọn thành phần dinh dưỡng trong môi trường và chỉ phát triển được trong môi trường có tương đối đầy đủ các acid amin hoặc các hợp chất nitơ phức tạp Ngoài ra chúng còn nhu cầu về vitamin (B1, B2, B6, PP), các acid pantotenic và folic Bởi vậy, môi trường nuôi vi khuẩn lactic có thành phần khá phức tạp [9] [16]

Vi khuẩn lactic chịu được ở trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn etylic, nhiều loài vẫn sống được trong môi trường có 10 – 15% cồn hoặc cao hơn, một số trực khuẩn bền với NaCl (tới 7 – 10%) [10] [26]

Các vi khuẩn lactic ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích là 25 – 350C, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ tối thích là 40 – 450C, ưa lạnh phát triển ở nhiệt độ tương đối thấp (50C hoặc thấp hơn) Khi gia nhiệt tới 60 – 800C hầu hết chúng bị chết sau

10 – 30 phút Sự phát triển của nó cần có sự có mặt của peptone, acid amin hay muối amôn Chúng có yêu cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, acid amin và khoáng chất Quá trình lên men xảy ra tốt nhất trong môi trường acid pH từ 5,5 – 6 [10] [25]

Nhóm vi khuẩn lactic là nhóm vi sinh vật có ý nghĩa quan trọng nhất trong công nghiệp sữa là tác nhân lên men sản xuất hàng loạt các sản phẩm từ sữa như sữa chua, bơ chua… Ngoài ứng dụng trong công nghiệp sữa, vi khuẩn lactic còn được sử dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất axit lactic, công nghiệp muối chua rau, chế biến thịt cá, sản xuất men tiêu hóa trong y học và dùng để ủ chua thức ăn

gia súc trong công nghiệp [10] [26]

2.2.2 Chủng vi khuẩn lactic sử dụng trong sản xuất sữa chua

Vi sinh vật trong sản xuất sữa chua là vi khuẩn lactic với hai loài đặc trưng:

Lactobacillus bulgaricus: lên men đồng hình , là trực khuẩn tròn đôi khi ở dạng hạt, thường kết thành chuỗi dài , Gram (+), không có khả năng di động Chúng

có khả năng lên men được các loại đường glucose, lactose, galactose, không lên men đươ ̣c saccaroza , xylose, arabinose, sorbose, dulcitol, mannitol, dextrin, inulin Đây là giống ưa nhiê ̣t, nhiê ̣t đô ̣ thích hợp cho phát triển là 40 – 450C, tối thiểu là 15 – 200C, loại này có thể tạo 2,7% axit lactic từ đường lactoza [10] [9]

Hình 5: Lactobacillus bulgaricus

Streptococcusthermophilus là cầu khuẩn k ết thành chuỗi dài, chủ yếu lên

men lactic đồng hình Giống ưa ấm, sinh sản tốt nhất ở 37 - 450C Trong môi trườ ng

nó tích tụ được 0.8 – 1% acid Thường dùng phối hợp với trực khuẩn lactic (thường

là Lactobacillus bulgaricus) để chế biến sữa chua và các loại đặc biệt như phomai

[10][9]

Hình 6 Streptococcus thermophiles

Trong sản xuất sữa chua, việc cấy hỗn hợp hai loài vi khuẩn này cho kết quả

sinh ra axit lactic tốt hơn là chỉ sử dụng riêng từng loài Lactobacillus bulgaricus có

chứa enzyme phân giải protein nên có khả năng phân tách được một số axit amin từ casein Các axit amin này có vai trò như chất kích thích hoạt động cho loài

Streptococcusthermophilus Trong số các axit amin tách được thì axit amin valin

đóng vai trò quan trọng nhất [10][9] [26]

2.2.3 Quá trình lên men lactic

Lên men lactic là quá trình chuyển hoá đường thành acid lactic nhờ vi sinh

vâ ̣t, điển hình là vi khuẩn lactic [7] [9] Lên men lactic là một trong những loa ̣i hình lên men phát triển nhất trong thiên nhiên

Lên men lactic là m ột quá trình trao đổi năng lượng Các phân tử ATP được hình thành trong quá trình chu yển hoá cơ chất sẽ được vi khuẩn giữ la ̣i trong tế bào

để phục vụ cho quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của vi sinh vật Ngươ ̣c la ̣i các sản phẩm như acid lactic , ethanol, CO2 được vi khuẩn thải vào môi trường lên men Kết quả là hàm lượng acid lactic tích luỹ trong môi trường lên men ngày càng tăng , làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi lý hoá khác [14][16]

Trong quá trình lên men lactic , ngoài sản phẩm là acid lactic , acid acetic, ethanol, CO2 trong di ̣ch lên men còn xuất hiê ̣n nhi ều hợp chất hoá ho ̣c khác Chúng

là 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 ) Mô ̣t 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 những sản phẩm lên men lactic [9]

Khi nồng độ của acid lactic đạt 2 – 3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh vật khác, kể cả E.coli Chính vì thế nên lên men lactic được ứng dụng để sản xuất nhiều sản phẩm khác nhau như: sữa chua, bơ chua, phomai, dưa chua…

Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 136 Kj (32,4 Kcal)

Lên men lactic gồm có lên men đồng hình và lên men di ̣ hình [9]

Lên men đồng hình : Lượng acid lactic ta ̣o thành chiếm hơn 90%, chỉ m ột lươ ̣ng nhỏ pyruvat bi ̣ khử carbon chuyển thành acid acetic , ethanol, CO2 và acetoin Lươ ̣ng sản phẩm phu ̣ ta ̣o ra phụ thuộc sự có mặt của oxy [9]

Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong lên men đồng hình như :

Lactobaterium casei, Lactobacterium cremoris, Lactobacterium bulgaricus,

Lactobacterium delbruckii… Phương trình tổng quát trong quá trình lên men đồng

hình [26:]

C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP

Trong một số trường hợp, lên men đồng hình có thể được chuyển sang dạng

dị hình khi điều kiện lên men thay đổi [10] [9]

Lên men di ̣ hình: Chỉ có 50% lượng đường ta ̣o thành acid lactic, ngoài ra còn

có các sản phẩm phụ khác nhau như acid acetic , ethanol, CO2, các sản phẩm ph ụ tương tác với nhau ta ̣o thành ester có mùi thơm Phương trình tổng quát trong quá trình lên men dị hình:

C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH

Lươ ̣ng sản phẩm phu ̣ ta ̣o thành hoàn toàn phu ̣ thuô ̣c vào giống vi sinh vâ ̣t , môi trường dinh dưỡng và điều kiê ̣n ngoa ̣i cảnh Acid lactic thường chiếm 40% lươ ̣ng đường đã được phân huỷ , rượu etylic 10%, acid acetic 10% và các loại kh í gần 20% [10][9]

2.2.4 Một số sản phẩm ứng dụng lên men lactic

- Quy trình sản xuất sữa chua [10] [9]:

Sơ đồ 1: Quy trình sản xuất sữa chua

- Quy trình sản xuất phomat[10][9]:

Sữa nguyên liệu

Tiêu chuẩn hóa

Gia nhiệt Đồng hóa

Sơ đồ 2: Quy trình sản xuất phomat

Sữa tươi

Lọc kiểm tra

Chuẩn hóa Định lượng

Đồng hóa

Thanh trùng 72

Lên men 30 -35

Đông tụ 18 -22 Cream

Tách huyết thanh sữa

- Sản xuất bơ chua [10]:

Sơ đồ 3: Quy trình sản xuất bơ chua

2.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Sản phẩm từ gạo lứt phù hợp cho người bệnh tim mạch, tiểu đường và muốn giảm cân mà không có tác dụng phụ Các sản phẩm được chế biến từ gạo lứt đã được bán trên thị trường hiện nay như: cơm gạo lứt rong biển, các loại cháo gạo lứt như muối mè, thịt băm, các loại bột gạo lứt, trà gạo lứt [17]

Căn cứ vào kết quả phân tích máu của trường Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh xác định những người thanh lọc gan bằng nước gạo lứt cho kết quả máu rất

Cream

Thanh trùng

Cấy giống

Lên men và xử lý nhiệt lạnh

sạch, hồng cầu rất tròn và huyết thanh rất trong Trong khi ở những người khác hồng cầu méo mó, đầy rẫy những độc tố và ký sinh trùng [24] [28]

Gần đây các nhà khoa học đã có nhiều công trình nghiên cứu về vi khuẩn lactic và ứng dụng của nó:

Đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu vi khuẩn lactic đường ruột động vật, đa dạng sinh học và định hướng ứng dụng của Phó giáo sư Lê Thanh Bình thuộc Viện công nghệ sinh học – Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam (2008) Mục đích của đề tài này ứng dụng trong bảo quản thực phẩm vì các chủng vi khuẩn lactic phân lập có

khả năng tổng hợp Bacteriocin và được phát triển thành các sản phẩm probiotic ứng

dụng trong y học bảo vệ sức khỏe con người, bảo vệ môi trường [24]

Đề tài nghiên cứu: Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn lactic dùng trong chế biến và bảo quản thức ăn thô xanh và phụ phẩm nông nghiệp cho gia sức nhai lại của Đào Thị Lương và cộng sự (2014) Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học – Đại học Quốc gia Hà Nội Đề tài này phục vụ cho việc chế biến tận dụng các chế phụ phẩm trong nghành nông nghiệp phục vụ cho chăn nuôi [25]

Sử dụng lên men lactic để sản xuất sữa chua: Sữa chua đặc và yaourt là sản phẩm lên men lactic từ sữa bò tươi, sữa bột hay sữa động vật nói chung sau khi đã khử chất béo và thanh trùng vi khuẩn gây bệnh Quy trình sản xuất như sau: Nguyên liệu sữa bột → Phối trộn vào nguyên liệu đường và bơ chất ổn định ở

450C→ Gia nhiệt lên 600C để chuẩn bị đồng hóa → Đồng hoá 1 → Làm lạnh xuống 50C→ Chứa ở bồn 1 đến 2h ở 50C → Thanh trùng ở 950C trong 1 phút → Đồng hoá 2 ở 950C→ Hạ nhiệt xuống khoảng 430C→ Cấy men → Ủ ở 430C → Làm lạnh xuống 150C → Bồn rót → Đóng gói, dán nhãn [9]

Đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu quá trình lên men sữa chua – caxi của Vương Trọng Hòa, Tống Thị Mơ (2014), Khoa sinh – Kinh tế Nông Nghiệp Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội Đề tài thích hợp với trẻ em bị rối loạn tiêu hóa, người già [26]

Hiện nay có nhiều nghiên cứu về lên men lactic từ gạo lứt tuy nhiên vẫn chưa được công bố như một số đề tài sau:

Nước uống lên men lactic từ gạo lứt luvita– của Tiến sỹ Nguyễn Thị Thanh Thủy - Khoa Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Đã đề xuất quy trình như sau: Gạo lứt → Làm sạch, ngâm 22 giờ→ Xay thô, lọc sơ bộ và nấu 25 – 30 phút → Lọc lại → Phối trộn đường (6g/100ml)→ Hấp khử trùng 950C trong 30 phút→ Làm nguội ở 400C trong 30 phút → Cấy giống tỷ lệ 5%→ Lên men

→ Bảo quản lạnh [17]

Ngoài ra còn rất nhiều đề tài nghiên cứu vi khuẩn lactic với mục địch chế tạo các chế phẩm probiotic bảo vệ sức khỏe con người

2.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đã tìm thấy gạo lứt ngâm lâu 22 tiếng đồng hồ chứa rất nhiều chất bổ dưỡng vì gạo lứt ở trạng thái nẩy mầm thì các enzyme ngủ trong hạt gạo ở trạng thái này được kích thích hoạt động và cung cấp tối đa các chất dinh dưỡng Gạo lứt nẩy mầm không những chỉ đem lại nhiều chất dinh dưỡng mà còn nấu rất dễ dàng và cung cấp vị hơi ngọt vì các enzyme đã tác động vào các chất đường và chất đạm trong hạt gạo Gạo lứt nấu chín cung cấp khoảng 230 kcal , 3.5 g chất xơ, 5 g chất đạm, 50 g carbohydrate và các vitamin B6, Thiamin B1, Riboflavin B2, Niacin B3, Folacin, Vìtamin E, cùng các chất khoáng khác [17]

Một thành phần quan trọng khác là chất dầu trong vỏ bọc ngoài của gạo lứt

có tác dụng giảm cholesterol trong máu, một yếu tố quan trọng gây nên bệnh tim mạch Các nhà khoa học đã tìm thấy ở trong chất cám bọc ngoài hạt gạo lứt có chất dầu tên là tocotrienol factor (TRF) có tác dụng khử trừ những chất hóa học gây nên hiện tượng đông máu và đồng thời giảm cholesterol [23] [17]

Lên men lactic đã được thế giới nghiên cứu và ứng dụng từ rất lâu, những nghiên cứu về khảo cổ cho thấy phomat được sản xuất từ thời tiền sử vào khoảng

7000 năm trước công nguyên Công nghệ sản xuất phomat dựa trên cơ sở quá trình lên men lactic [27] Ngoài ra trong nghành sữa, các loại nước uống của Nhật , Hàn

Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ như: đồ uống Boza, rượu amazake của Nhật Bản sử dụng

Lactobacillus làm vi sinh vật lên men

Đồ uống Boza: Boza là đồ uống thông dụng ở Anbani, Bulgari, Serbia, Montenegro, Macedonia, Thổ Nhĩ Kỳ Thức uống này được làm từ bột bắp, lúa mì

và gạo, là chất lỏng có độ nhớt cao, chứa acid lactic và cồn khoảng dưới 1% được tạo ra trong quá trình lên men Boza có màu vàng nhạt, vị chua ngọt tùy theo các nước khác nhau [17] Quy trình như sau: Bột bắp, bột mì, bột gạo được phối trộn tương ứng với tỷ lệ (2 : 1 : 1) → nấu sôi hỗn hợp với 5 lần nước trong 1 giờ, khuấy liên tục → làm mát về nhiệt độ phòng qua đêm → chất sệt được pha loãng với tỷ lệ 2,5 : 1, thêm 20% đường và trộn kỹ → cấy 2% chủng từ Boza mua thành phẩm ở chợ → vô trùng bình tam giác 1 lít chứa 500ml hỗn hợp đã cấy chủng → nuôi ở

300C Quá trình lên men được theo dõi trong vòng 40 giờ [17]

Đồ uống Amazake: là loại rượu của Nhật Bản được lên men từ gạo mà chủ

yếu là gạo lứt Amazake sử dụng Lactobacillus làm vi sinh vật lên men Sản phẩm

có tinh bột, oligosarccharide, lactose, sữa nguyên kem [17] Quy trình sản xuất như sau: Gạo (16g) ngâm trong 24 giờ → cho thêm nước cất trong 30 phút → nấu chín ở

1050C trong 20 phút → làm lạnh, thêm dung dịch nuôi cấy Lactobacillus

Đồ uống Sobia: là loại đồ uống được lên men từ bột malt và bột mì Sản

phẩm Sobia có pH nằm trong khoảng từ 3.37 – 5.53, nồng độ acid lactic từ 0,1 – 0,3% Quy trình sản xuất như sau: Bột Malt (150 – 200g) + bột mì (150 – 200g) → thêm nước (8 – 10 lít) → trộn → lọc qua vải thưa → thêm đường (7 – 10%) → thêm quế và bạch đậu khấu → trộn → lên men ở nhiệt độ ấm (30 – 400C) trong 24 giờ → sản phẩm [17]

Đồ uống Oat: Oat được lên men từ yến mạch Vi sinh vật được sử dụng để

lên men là: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus

acidophilus Quy trình sản xuất như sau: Yến mạch mua từ chợ và được làm sạch

bên ngoài → xay bằng máy và lọc Tinh bột của yến mạch cũng được xay 3 lần để

có tổng số chất xơ trong bột là cao nhất Đường đã được nghiền nhỏ mua từ chợ,

Giống vi khuẩn: Lactobacillus plantarum, L paracasei,L Acidophilus [17] Quy

trình: Trộn 5% tinh bột, 4% đường, 0,2% inulin, 0,5% whey protein tạo thành 1 hỗn

hợp đồng nhất → đun nóng từ từ (mỗi phút tăng 10C) cho đến sôi và cho sôi đều trong 3 phút để phá vỡ tinh bột yến mạch → đem khử trùng chất sệt vừa đƣợc nấu ở

1210C trong 15 phút → làm lạnh đến 370C, khuấy trộn suốt thời gian này để tránh

sự tạo màng bề mặt [17]

PHẦN 3 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nguyên vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu

- Gạo lứt mua tại chợ Đồng Quang – Thái Nguyên

- Chủng giống: Sử dụng hệ vi khuẩn lactic trong sữa chua vinamilk

3.1.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

- Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm vi sinh khoa Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

- Thời gian: Từ ngày 14/11/2015 đến 14/05/2016

b) Thiết bị thí nghiệm

Bảng 3.2 Thiết bị sử dụng

c) Dụng cụ thí nghiệm

Buret, cốc đong, bình định mức, phễu, bình tam giác, đĩa peptri, ống nghiệm, đèn cồn, que trang, ống đong, nhiệt kế

3.1.4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu trong quy mô phòng thí nghiệm

3.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Xác định được các yếu tố công nghệ của quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

- Xác định được tỷ lệ giống sử dụng trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

- Xác định được nhiệt độ lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gao lứt

- Xác định được thời gian lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men

từ gạo lứt

Nội dung 2: Tối ưu hóa được điều kiện lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

3.3.1.1 Thí nghiệm cho nội dung 1

Thí nghiệm 1: Xác định được tỷ lệ giống sử dụng trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

Gạo lứt sau khi mua về, được làm sạch và ngâm trong 22 giờ Sau đó xay thô với tỷ

lệ gạo/nước = 1g/100ml nước, lọc sơ bộ, nấu chín, xay lại lần nữa và lọc Khi được dịch gạo đã lọc tiến hành bổ sung thêm đường với tỷ lệ 6g/100ml dịch gạo, thanh trùng

ở 95 trong 30 phút, làm nguội xuống 40 trong 30 phút Cố định nhiệt độ 43 và

thời gian lên men Thay đổi tỷ lệ giống theo các công thức:

Bảng 3.4 Nhiệt độ lên men )

CT9 43

Các chỉ tiêu theo dõi: pH, chất lượng cảm quan sản phẩm

Thí nghiệm 3: Xác định được thời gian lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gao lứt

Từ thí nghiệm 1 và 2, có được tỷ lệ giống sử dụng, nhiệt độ lên men, thay đổi thời gian lên men theo các công thức sau:

Bảng 3.5 Thời gian lên men (giờ)

3.3.1.2 Thí nghiệm cho nội dung 2

Thí nghiệm 4: Tối ưu hóa điều kiện lên men lactic ảnh hưởng đến mật độ

vi khuẩn lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

Trên cơ sở khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện lên men, chúng tôi nhận thấy tỷ lệ giống, nhiệt độ, thời gian là những yếu tố ảnh hưởng đến mật độ của

vi khuẩn lactic trong sản phẩm Chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box- Behnken với ba biến ba cấp độ

Giá trị của biến được thể hiện qua bảng 3.6

Bảng 3.6 Bảng mã hóa các điều kiện tối ưu

Biến độc lập Kí tự mã hóa Các cấp độ biến