Mở đầu (3 trang), chương 2 – Tổng quan (19 trang), chương 3 – Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu (23 trang), chương 4 – Kết quả và bàn luận (38 trang), chương 5 ‒ Kết luận và kiến nghị (2 trang). Tổng quan về kem 2. Giới thiệu và phân loại kem Kem được định nghĩa chung là sản phẩm từ sữa được tạo ra bằng cách đông lạnh hỗn hợp nguyên liệu đã được thanh trùng có khuấy trộn để lôi cuốn không khí và giúp nguyên liệu được phân bố đồng đều. Cấu trúc của chúng là một mạng lưới vi tinh thể, chứa các bọt khí được giữ trong pha lỏng và sự có mặt của nhiều thành phần khác như protein, chất béo, chất ổn định, đường, muối hòa tan và không hòa tan (Abbas Syed, 2018).
Kem là món tráng miệng được ưa thích và tiêu thụ rộng rãi trên thị trường thế giới, thông tin từ trang web của Mordor Intelligence (n.d) cho thấy ngành công nghiệp sản xuất kem toàn cầu đã đạt mức tăng trưởng 2,83% vào năm 2022 so với năm 2021, nguyên nhân là do xu hướng sử dụng đồ ngọt của người tiêu dùng hiện nay đang ngày càng gia tăng. Xem xét trong giai đoạn 2017–2022, khu vực Châu Á–Thái Bình Dương là thị trường tiêu thụ kem quan trọng, tổng mức tiêu thụ của Ấn Độ, Việt Nam và Indonesia là 13 tỷ lít kem (Mordor Intelligence, n. Dự kiến nhu cầu tiêu thụ kem sẽ tiếp tục tăng trong giai đoạn 2025–2029, do đó ngành công nghiệp sản xuất kem đang ngày càng có sự đổi mới và cải tiến không ngừng để phục vụ nhu cầu người tiêu dùng. Sản phẩm kem được phân loại theo nhiều cách khác nhau, thường được phân loại dựa vào nguyên liệu sản xuất, mức tối thiểu của chất béo (có thể là chất béo từ sữa hoặc không phải từ sữa), mức tối thiểu của chất khô sữa không chứa chất béo hoặc tổng hàm lượng chất khô, hình dạng, hương vị,.
Hai nhóm sản phẩm đầu tiên là phổ biến nhất và chiếm khoảng 80−90% tổng sản lượng kem trên toàn thế giới. Ngoài ra, kem có thể được phân loại dựa vào hàm lượng chất béo bao gồm các sản phẩm kem loại cao cấp có hàm lượng chất béo cao hơn, các phiên bản ít béo hoặc không béo (Goff & Hartel, 2013a).1 Tỷ lệ các thành phần của từng loại kem Chất Chất khô sữa Chất Chất ổn Tổng hàm Thành phần (%) béo không chứa tạo định và chất lượng chất Loại kem sữa chất béo ngọt nhũ hoá khô Kem không béo <0,5 12−14 18−22 1 28−32 (Nonfat ice cream) Kem ít béo (Low−fat 2−5 12−14 18−21 0,8 28−32 ice cream) Kem béo nhẹ (Light 5−7 11−12 18−20 0,5 30−35 ice cream) Kem giảm béo (Reduced−fat ice 7−9 10−12 18−19 0,4 32−36 cream) Economy ice cream 10 10−11 15−17 0,4 35−36 Kem tiêu chuẩn 10−12 9−10 14−17 0,2−0,4 36−38 (Standard ice cream) Kem cao cấp 12−14 8−10 13−16 0,2−0,4 38−40 (Premium ice cream) Kem siêu cao cấp (Superpremium ice 14−18 5−8 14−17 0−0,2 40−42 cream) Nguồn: (Goff & Hartel, 2013a) 2. Nguyên liệu sản xuất kem Chất lượng của kem có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thành phần nguyên liệu, điều kiện chế biến, quá trình lạnh đông, bao bì và điều kiện bảo quản (Alvarez, 2009). Kem là một loại thực phẩm đông lạnh được tạo thành từ sự kết hợp của các sản phẩm từ sữa như sữa tươi, cream hoặc sữa bột gầy, cùng với chất tạo ngọt, chất tạo hương và các chất bổ sung khác như trái cây và các loại hạt.
Để đạt được cấu trúc phù hợp và cải thiện các tính chất của kem, nhà sản xuất sẽ bổ sung các phụ gia như chất ổn định và chất nhũ hóa. Kem thường chứa bảy loại thành phần: chất rắn sữa không béo (nguồn protein chính), chất béo, chất tạo ngọt, chất ổn định, 5 chất nhũ hóa, nước và chất tạo hương (Goff & Hartel, 2013a). Thành phần của kem khác nhau ở mỗi thị trường và địa phương khác nhau. Trung bình trong kem chứa khoảng 8−20% chất béo, 8−15% chất khô sữa không béo, 13−20% đường, 36−43% tổng hàm lượng chất khô, 0–0,7% chất ổn định và chất nhũ hoá (Alvarez, 2009).
Sữa và các sản phẩm từ sữa Thành phần chất khô không béo của sữa chứa lactose, casein và whey protein, khoáng chất, vitamin và các thành phần vi lượng khác, tỷ lệ của các thành phần này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào nguồn gốc của sữa được sử dụng. Protein là một trong những thành phần quan trọng, góp phần không nhỏ vào sự phát triển cấu trúc của kem, bao gồm khả năng tạo nhũ tương, tạo bọt và khả năng giữ nước. Nhờ vào khả năng giữ nước của protein mà độ nhớt của hỗn hợp kem tăng, đồng thời cải thiện chất lượng của kem thành phẩm bằng cách kéo dài thời gian tan chảy và độ mịn của kem (Goff & Hartel, 2013a). Sữa và các sản phẩm từ sữa là nguồn cung cấp protein chính cho kem, các sản phẩm từ sữa được sử dụng làm nguyên liệu rất đa dạng bao gồm sữa đặc, bột whey, buttermilk, sữa bột,… Ở nghiên cứu này, sữa bột gầy được sử dụng làm nguồn cung cấp protein cho kem là do hướng nghiên cứu của chúng tôi là về dòng sản phẩm kem ít béo, vì vậy chúng tôi chọn sữa bột đã tách béo với hàm lượng chất béo không quá 1,5% nhằm giảm hàm lượng chất béo trong kem và hàm lượng protein tính theo hàm lượng chất khô không béo không nhỏ hơn 33% (Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7404:2004, 2004).
Chất béo Chất béo có nguồn gốc từ động vật (sữa, cream, bơ,…) hoặc chất béo có nguồn gốc từ thực vật có dạng rắn ở nhiệt độ lạnh (dầu dừa, dầu cọ hoặc dầu hạt cọ,…) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo chất lượng cảm quan, cải thiện kết cấu và cấu trúc của kem (Goff & Hartel, 2013a). Nếu hàm lượng chất béo quá cao, chúng sẽ khiến sản phẩm kem bị tan chảy nhanh hơn cùng với sự mất ổn định và kết tụ của các giọt chất béo (Abbas Syed, 2018). Chúng tôi chọn whipping cream là nguyên liệu cung cấp chất béo từ sữa cho sản phẩm kem khảo sát. Whipping cream là một dạng nhũ tương dầu trong nước điển hình có chứa hàm lượng lipid tương đối cao (30–40%) chủ yếu là chất béo sữa, có khả năng đánh bông và độ ổn định khi được sục khí thành dạng bọt.
Mặt khác, protein sữa là chất nhũ hoá có thể ngăn không cho các giọt dầu trong whipping cream kết hợp lại thông qua khả năng hấp phụ nhanh của chúng tại bề mặt phân cách dầu–nước để tạo thành màng liên kết nhớt đàn hồi (Long và cộng sự, 2016). Nước Thành phần chiếm tỷ lệ cao trong công thức phối trộn kem là nước, chúng đóng vai trò là môi trường lỏng hoà tan các thành phần nguyên liệu khác của kem (Abbas Syed, 2018). Sau khi kết thúc quá trình thổi khí và làm lạnh, phần lớn lượng nước trong kem sẽ bị đóng băng thành các tinh thể đá. Kích thước của tinh thể đá phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh và lượng phân tử nước chuyển động tự do.
Lượng phân tử nước chuyển động tự do nhiều thì sau khi làm lạnh, lượng tinh thể đá nhiều làm cho cấu trúc của kem thành phẩm bị dăm đá. Đồng thời, nếu tốc độ làm lạnh nhanh sẽ tạo ra các tinh thể đá có kích thước lớn và ngược lại (Nguyễn Tiến Lực & Đặng Thị Ngọc Dung, 2022). Nguồn nước sử dụng trong sản xuất phải đảm bảo đạt các yêu cầu tiêu chuẩn về nước sản xuất trong công nghiệp (QCVN 01:2009/BYT, 2009). Chất tạo ngọt Trước đây trong quá trình sản xuất kem, ngoài đường lactose có sẵn trong sữa, người ta thường sử dụng thêm đường saccharose, mức độ ngọt được chấp nhận phổ biến đối với dòng kem vani là khoảng 13–15% saccharose.
Tuy nhiên, ngày nay, nhóm nguyên liệu đường đã trở nên đa dạng hơn với sự xuất hiện của đường nghịch đảo, glucose và glucose‒fructose syrup. Việc sử dụng các loại đường khác nhau cho phép các nhà sản xuất điều chỉnh độ ngọt, vị ngọt và điểm đông đặc của sản phẩm mà không làm thay đổi hàm lượng chất khô trong kem (Lê Văn Việt Mẫn, 2010). Chất tạo ngọt có thể được sử dụng dưới dạng khô hoặc lỏng và được sử dụng trong công thức kem với tỷ lệ khoảng 12−20%, mức tối ưu là khoảng 14−16%. Để tăng tính kinh tế cũng như giảm các công việc bảo quản, syrup ngô có thể được sử dụng để thay thế đến 45% lượng đường trong kem (Abbas Syed, 2018).
Đường saccharose được sử dụng trong bài nghiên cứu này do tính phổ biến và giá thành rẻ của chúng. Chất nhũ hoá Các chất nhũ hóa thường là những phân tử có nhóm chức ưa nước và ưa béo. Chúng tập trung tại bề mặt tiếp xúc giữa pha phân tán và pha liên tục trong hệ nhũ tương, làm giảm sức căng bề mặt để duy trì sự ổn định của hệ nhũ tương (Lê Văn Việt Mẫn, 2010). Chúng được sử dụng để cải thiện khả năng đánh bông của hỗn hợp, tạo điều kiện cho việc tạo hình, cũng như tạo ra sản phẩm mới.
Chúng còn giúp cải thiện độ mịn của sản phẩm kem, tạo ra sản phẩm có đặc tính ổn định và lâu bị tan chảy. Trong một số công thức, trứng cũng có đặc tính nhũ hóa tương tự (Goff & Hartel, 2013a). Monoglyceride và diglyceride là những chất nhũ hóa phổ biến 7 nhất được sử dụng trong các nhà máy kem. Theo quy định, chất nhũ hóa không được sử dụng quá 0,2% tính theo trọng lượng.
Polysorbate và tristearate sorbitan được phép sử dụng trong các sản phẩm từ sữa với tỷ lệ không quá 0,1% vì tính an toàn thực phẩm (Abbas Syed, 2018). Mono‒ và Diglyceride của các acid béo (E471) được chọn để sử dụng trong nghiên cứu này như là một chất nhũ hoá do tính phổ biến của chúng. Chất ổn định Trong quá trình sản xuất kem, chất ổn định được sử dụng là các hợp chất có khả năng hấp thụ nước. Khi cho vào nước, chúng có thể liên kết với một số lượng lớn các phân tử nước tạo ra một mạng lưới không gian trong hỗn hợp kem, làm giảm số lượng phân tử nước ở dạng tự do.
Nhờ vào điều này, trong quá trình thổi khí và làm lạnh hỗn hợp nguyên liệu sản xuất kem, các tinh thể đá được tạo thành có kích thước nhỏ, giúp kem trở nên đồng nhất và mịn màng hơn, tăng khả năng chống nóng chảy (Lê Văn Việt Mẫn, 2010). Chất ổn định còn có chức năng hạn chế sự gia tăng kích thước của các tinh thể đá trong kem thành phẩm khi có sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình bảo quản sản phẩm.