Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Bánh mì là sản phẩm chế biến từ bột mì, trải qua quá trình lên men nhờ nấm men để tạo độ nở xốp và được làm chín bằng phương pháp nướng hoặc hấp. Trong đời sống hiện đại, bánh mì đóng vai trò là một loại thực phẩm tiện lợi, đáp ứng nhu cầu ăn nhanh và cung cấp nguồn năng lượng đáng kể từ glucid và protein. Tại Việt Nam, ngành công nghiệp sản xuất bánh kẹo phát triển song song giữa các doanh nghiệp quy mô lớn áp dụng hệ thống quản lý chất lượng tiên tiến (như Hải Hà, Hữu Nghị, Tràng An, Bibica, Kinh Đô) và hệ thống các cơ sở sản xuất tư nhân, bán thủ công. Để nâng cao chất lượng sản phẩm bánh mì ngọt và hoàn thiện các thông số công nghệ trong điều kiện thực tế của cơ sở đào tạo, đề tài "Hoàn thiện quy trình sản xuất bánh mì ngọt tại xưởng sản xuất khoa CNSH-CNTP" được thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên.

Mục tiêu của đề tài:

  1. Mục tiêu tổng quát: Hoàn thiện quy trình sản xuất bánh mì ngọt tại xưởng sản xuất Khoa Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Xác định được tỷ lệ giống nấm men và thời gian lên men thích hợp cho sản xuất bánh mì.
    • Xác định được nhiệt độ nướng bánh thích hợp cho sản xuất bánh mì.
    • Xác định được giá thành sản phẩm.
    • Xác định được thời gian bảo quản sản phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ sản xuất bánh mì ngọt và sản phẩm bánh mì ngọt thành phẩm với khối lượng phôi bột 150g/chiếc.
  • Phạm vi không gian: Xưởng sản xuất Khoa Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 12/2017 đến tháng 05/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên các cơ sở hóa sinh, hóa lý và vi sinh vật học của quy trình sản xuất bánh mì:

  • Cơ sở tạo cấu trúc mạng gluten: Protein trong bột mì gồm albumin, globulin (chiếm khoảng 20%) và prolamin, glutelin (chiếm 80%). Khi nhào với nước, prolamin và glutelin liên kết tạo mạng lưới gluten dẻo dai, giữ khí. Tinh bột (chiếm 65–70% trong bột mì) tham gia vào quá trình trương nở, hồ hóa ở nhiệt độ từ $40^\circ\text{C}$ và kết thúc ở $95–97^\circ\text{C}$, liên kết với nước thoát ra từ protein bị đông tụ để tạo nên cấu trúc ruột bánh khô ráo, đàn hồi.
  • Cơ sở sinh hóa và vi sinh: Hoạt động chuyển hóa đường của nấm men Saccharomyces cerevisiae theo con đường lên men rượu kỵ khí giải phóng ethanol và khí $\text{CO}_2$ theo phương trình $\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2$. Khí $\text{CO}_2$ được bẫy trong mạng lưới gluten làm khối bột nở. Quá trình nướng làm nấm men ngừng hoạt động ở $70^\circ\text{C}$, enzyme $\beta$-amylase ngưng ở $82–84^\circ\text{C}$ và $\alpha$-amylase ngưng ở $97–98^\circ\text{C}$. Phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin ở nhiệt độ cao sinh ra phức chất melanoidin tạo màu vàng nâu và mùi thơm đặc trưng cho vỏ bánh.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp bố trí thí nghiệm đơn yếu tố: Khảo sát từng thông số công nghệ độc lập trên các mẫu bột nhào 150g:
    • Thí nghiệm 1: Khảo sát tỷ lệ nấm men ở các mức 0,8%, 1,0% và 1,2% (theo khối lượng bột khô), cố định thời gian lên men 120 phút ở $25^\circ\text{C}$.
    • Thí nghiệm 2: Khảo sát thời gian lên men ở các mức 100 phút, 120 phút và 140 phút ở nhiệt độ $25^\circ\text{C}$.
    • Thí nghiệm 3: Khảo sát nhiệt độ nướng trên khay tôn ở các khoảng 160–200°C, 180–220°C và 200–240°C; đồng thời khảo sát thời gian nướng ở 8 phút, 10 phút và 12 phút.
    • Thí nghiệm 4: Theo dõi biến đổi chất lượng sản phẩm qua các mốc thời gian bảo quản 1, 2, 3, 4 và 5 ngày ở điều kiện thường.
  • Phương pháp phân tích vi sinh: Định lượng tổng số vi sinh vật hiếu khí bằng kỹ thuật cấy đĩa thạch dinh dưỡng ở $30 \pm 1^\circ\text{C}$ trong 48–72 giờ; định lượng tổng số nấm men - nấm mốc trên môi trường thạch Yeast Glucose Oxytetracyclin ở $30 \pm 1^\circ\text{C}$ trong 48–72 giờ. Công thức tính mật độ vi sinh vật: $$N = \frac{\sum C}{(n_1 + 0,1n_2) \cdot f_1 \cdot v}$$
  • Phương pháp đánh giá cảm quan: Thực hiện theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3215-79 theo thang điểm 20 bậc 5 điểm với hội đồng 5 thành viên. Hệ số quan trọng (HSQT) được phân bổ cho 4 chỉ tiêu: Trạng thái (1,4), Vị (1,5), Màu sắc (0,6), Mùi (0,5).
  • Nguồn dữ liệu và nguyên vật liệu: Bột mì Kim Ngưu và bột mì 3 Bông Hồng Xanh (Công ty Cổ phần thương mại Thái An Dương), nấm men khô Mauripan (Saccharomyces cerevisiae - Công ty Mauri), đường vàng Lam Sơn, bơ BOS-UNIBOS B (Malaysia), phụ gia HB-500, muối ăn, sữa bột nhập khẩu. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp tại xưởng sản xuất.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chế biến sẵn, vai trò của ngành sản xuất bánh kẹo trong nền kinh tế và lý do lựa chọn hoàn thiện quy trình công nghệ bánh mì ngọt tại xưởng thực nghiệm. Chương này xác định rõ mục tiêu tổng quát, 4 mục tiêu cụ thể, cùng ý nghĩa khoa học trong việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật và ý nghĩa thực tiễn trong việc tạo ra sản phẩm đạt chất lượng cảm quan, giá trị dinh dưỡng cao phục vụ người tiêu dùng.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương tổng quan hệ thống hóa các kiến thức chuyên ngành liên quan đến sản phẩm bánh mì:

  • Lịch sử và phân loại: Lịch sử phát triển từ thời kỳ đồ đá, Ai Cập, Hy Lạp, La Mã đến khi du nhập vào Việt Nam. Phân loại theo màu sắc (bánh mì trắng, bánh mì đen) và theo công thức (nhóm bánh mì gầy, bánh mì béo, bánh mì ngàn lớp).
  • Giá trị dinh dưỡng và hóa sinh: Hàm lượng protein chiếm 8% (thiếu lysine), glucid chiếm 65–70% tinh bột. Phân tích chi tiết cơ chế biến đổi nhiệt - ẩm, phản ứng thủy phân của enzyme amylase, quá trình trương nở keo, hồ hóa tinh bột, đông tụ protein gluten và phản ứng caramel/Maillard khi nướng.
  • Nguyên liệu sản xuất: Thành phần bột mì hạng hảo hạng, hạng I, hạng II (hàm lượng tinh bột, protit, béo, tro); đặc tính sinh hóa của nấm men Saccharomyces cerevisiae; vai trò của nước, đường saccaroza, muối ăn, bơ thực vật, các chất điều vị (MSG) và phụ gia bảo quản (acid sorbic, kali sorbate, acid benzoic).
  • Tình hình nghiên cứu: Đánh giá tổng quan năng lực sản xuất bánh mì công nghiệp trong nước (ví dụ sản lượng bánh Staff và Lucky của Hữu Nghị đạt 1.800 triệu chiếc năm 2009) và xu hướng công nghệ trên thế giới.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết quy cách nguyên vật liệu, điều kiện thí nghiệm và phương pháp kiểm nghiệm:

  • Trình bày sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến gồm 10 công đoạn: Nguyên liệu $\rightarrow$ Rây $\rightarrow$ Nhào $\rightarrow$ Cân $\rightarrow$ Ủ sơ bộ $\rightarrow$ Tạo hình $\rightarrow$ Lên men kết thúc $\rightarrow$ Nướng $\rightarrow$ Thành phẩm.
  • Thiết lập chi tiết 4 mô hình thí nghiệm đơn yếu tố (tỷ lệ men, thời gian lên men, nhiệt độ nướng, thời gian bảo quản).
  • Quy định tiêu chuẩn kỹ thuật phân tích vi sinh vật tổng số, nấm men, nấm mốc và xây dựng bảng điểm mô tả cảm quan cho 4 chỉ tiêu chất lượng theo TCVN 3215-79.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 4 cung cấp toàn bộ dữ liệu thực nghiệm đã thu thập và phân tích:

  • Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ men (0,8% – 1,0% – 1,2%) và thời gian lên men (100 – 120 – 140 phút) đến độ nở, cấu trúc ruột bánh và độ đàn hồi.
  • Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nướng (160–200°C, 180–220°C, 200–240°C) và thời gian nướng (8, 10, 12 phút) đến sự hình thành màu sắc vỏ bánh, độ chín ruột và mùi thơm Maillard.
  • Đánh giá chất lượng vi sinh vật thành phẩm và chấm điểm cảm quan hội đồng.
  • Theo dõi sự suy giảm chất lượng và mật độ vi sinh vật qua 5 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường.
  • Lập bảng hạch toán chi phí nguyên vật liệu cho một đơn vị sản phẩm 150g.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tác giả tóm tắt 5 thông số kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đã hoàn thiện; đồng thời nêu 3 kiến nghị phục vụ các nghiên cứu mở rộng tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Dữ liệu thực nghiệm qua các bước khảo sát thông số công nghệ được tổng hợp trong các bảng dưới đây:

Bảng 1: Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng cảm quan bánh mì ngọt

Thông số khảo sát Mức khảo sát Đặc tính cảm quan và cấu trúc Đánh giá
Tỷ lệ nấm men 0,8% Nở ít, không đều, vỏ rạn nứt, bột sống, khô, màu vàng không đều, hơi mùi bột sống Không đạt
(cố định 120 phút, 25°C) 1,0% Nở đều, vỏ không rạn, ruột nở đều đàn hồi tốt, không bột sống, vàng đều, thơm đặc trưng Tối ưu
1,2% Nở to nhưng đàn hồi rất kém, bánh xẹp nhanh, có chỗ quá ướt, vị chua Không đạt
Thời gian lên men 100 phút Nở kém, không đều, bột sống, vỏ rạn nứt, màu vàng không đều, có mùi bột sống Không đạt
(cố định men 1,0%, 25°C) 120 phút Bánh nở to, chín đều, ruột đàn hồi tốt, vỏ vàng đều, mùi thơm ngon đặc trưng, không chua Tối ưu
140 phút Nở to, đàn hồi kém, xẹp nhanh, ruột ướt, có vị chua do lên men thừa Không đạt
Nhiệt độ nướng 160 – 200°C Nở phồng ít, ruột còn bột sống, màu vàng nhạt/trắng không đều, vị bột sống Không đạt
(khay tôn, nướng 5–10 phút) 180 – 220°C Nở phồng đều, vỏ mềm vàng đều không nứt, ruột chín đều, đàn hồi tốt, mùi thơm ngon Tối ưu
200 – 240°C Vỏ cứng sẫm màu caramel, không còn độ đàn hồi, có xu hướng cháy, vỏ có vị đắng Không đạt
Thời gian nướng 8 phút Ruột còn bột sống, vỏ vàng nhạt không đều, chưa dậy mùi thơm, vị hơi chua/sống Không đạt
(ở nhiệt độ 180–220°C) 10 phút Bánh phồng to, chín đều, vỏ vàng đều mềm mại, đàn hồi tốt, mùi thơm đặc trưng Tối ưu
12 phút Vỏ bánh chuyển màu sẫm caramel, vỏ cứng, đàn hồi kém, bánh xẹp nhanh, vị đắng Không đạt

Bảng 2: Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm bánh mì ngọt theo TCVN 3215-79

Chỉ tiêu cảm quan Điểm thành viên (5 người) Tổng điểm Điểm trung bình Hệ số quan trọng (HSQT) Điểm có trọng lượng
Trạng thái 4 – 4 – 5 – 4 – 5 22 4,4 1,4 6,2
Màu sắc 5 – 4 – 4 – 5 – 5 23 4,6 0,6 2,8
Mùi 5 – 5 – 5 – 5 – 4 24 4,8 0,5 2,4
Vị 5 – 5 – 4 – 5 – 5 24 4,8 1,5 7,2
Tổng điểm cảm quan 18,6
Xếp loại chất lượng Tốt

Bảng 3: Diễn biến vi sinh và cảm quan theo thời gian bảo quản (điều kiện thường)

Ngày bảo quản Vi sinh vật tổng số (CFU/g) Nấm men - nấm mốc (CFU/g) Đặc tính cảm quan
Ngày 1 0 0 Giữ nguyên tính chất đặc trưng
Ngày 2 0 0 Giữ nguyên tính chất đặc trưng
Ngày 3 0 1 Giữ nguyên tính chất đặc trưng, hơi cứng do thoát ẩm
Ngày 4 1 1 Giữ nguyên tính chất đặc trưng, cứng hơn do thoát ẩm
Ngày 5 3 10 Bề mặt xuất hiện nước, ẩm ướt, bắt đầu mốc, có vị hơi chua

Kết luận bảo quản: Thời gian bảo quản tối đa của sản phẩm ở điều kiện thường là 4 ngày.

Bảng 4: Chi phí nguyên vật liệu trực tiếp cho 1 sản phẩm bánh mì ngọt (khối lượng phôi 150g)

STT Tên nguyên liệu Chủng loại Khối lượng (g) Đơn giá (đồng/g) Thành tiền (đồng)
1 Bột mì 3 Bông Hồng Xanh 83,30 11,4 949,70
2 Men nở Men Úc 0,83 88,0 73,10
3 Muối Muối ăn 0,83 4,0 3,33
4 Phụ gia Phụ gia HB-500 0,50 55,0 27,50
5 Đường Đường vàng Lam Sơn 16,60 16,0 265,60
6 Bơ Bơ xay gió 12,50 47,1 588,80
7 Sữa bột Sữa bột Indonesia 1,67 360,0 601,20
8 Bơ bơm mặt Bơ xay gió 5,00 47,1 235,50
Tổng 2.744,80

Đóng góp của đề tài

  • Xác định chính xác bộ thông số công nghệ tối ưu cho quy trình sản xuất bánh mì ngọt tại xưởng thực nghiệm: tỷ lệ nấm men 1,0% (10g/1kg bột mì khô), thời gian lên men 120 phút ở $25^\circ\text{C}$, chế độ nướng ở 180–220°C trong thời gian 10 phút trên khay tôn.
  • Đạt kết quả kiểm tra vi sinh vật an toàn ngay sau khi nướng (0 CFU/g cho cả vi sinh vật tổng số và nấm men, mốc), điểm cảm quan đạt 18,6 điểm (mức Tốt theo TCVN 3215-79).
  • Tính toán cụ thể định mức tiêu hao và giá thành nguyên liệu trực tiếp là 2.744,8 đồng/bánh 150g. Các kết quả thực nghiệm này phù hợp và thống nhất với các công bố công nghệ của các nghiên cứu chuyên ngành trước đó.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi xưởng sản xuất quy mô nhỏ; thời gian thực tập và điều kiện thiết bị có hạn; chỉ khảo sát trên một công thức phối trộn nguyên liệu chính; chưa phân tích định lượng chi tiết các chỉ tiêu hóa sinh thành phần dinh dưỡng sau nướng; chi phí sản xuất mới hạch toán phần nguyên vật liệu trực tiếp, chưa tính chi phí nhân công, điện, nước và khấu hao máy móc.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiến hành nghiên cứu chế biến và phối trộn với các nguồn nguyên liệu phụ khác.
    • Phân tích định lượng chi tiết hàm lượng các chất dinh dưỡng (protein, lipid, glucid, vitamin) có trong sản phẩm thành phẩm.
    • Thử nghiệm chế biến và tổ chức sản xuất trên quy mô công nghiệp rộng hơn.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học; kỹ thuật viên vận hành xưởng chế biến thực phẩm; các cơ sở sản xuất bánh mì ngọt quy mô vừa và nhỏ.
  • Nội dung có giá trị tham khảo:
    • Bảng thông số thực nghiệm về tỷ lệ men, thời gian ủ bột và chế độ nhiệt nướng thực tế trên lò nướng công nghiệp dùng khay tôn.
    • Phương pháp xây dựng thang điểm đánh giá cảm quan sản phẩm bánh mì ngọt theo TCVN 3215-79 với hệ thống trọng số cụ thể cho từng chỉ tiêu.
    • Quy trình phân tích định lượng vi sinh vật, kiểm soát nấm mốc và phương pháp tính toán định mức chi phí nguyên vật liệu cho một mẻ sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ nấm men và thời gian lên men tối ưu được xác định trong khóa luận là bao nhiêu?
Tỷ lệ nấm men tối ưu là 1,0% tính theo khối lượng bột mì khô (tương đương 10g men/1kg bột) và thời gian lên men kết thúc thích hợp nhất là 120 phút (2 giờ) ở nhiệt độ ủ $25^\circ\text{C}$. Mức thông số này giúp bánh nở đều, ruột xốp đàn hồi tốt, không bị chua và không có mùi bột sống.

2. Chế độ nướng bánh mì ngọt (nhiệt độ và thời gian) nào cho chất lượng cảm quan tốt nhất?
Bánh được nướng trên khay tôn ở dải nhiệt độ 180–220°C với thời gian nướng tối ưu là 10 phút. Chế độ này đảm bảo ruột bánh chín hoàn toàn, vỏ bánh vàng đều, mềm mại, không bị nứt và không bị cháy đắng do phản ứng caramel hóa quá mức.

3. Chất lượng cảm quan của sản phẩm bánh mì ngọt sau khi tối ưu hóa đạt kết quả ra sao?
Theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79, sản phẩm đạt tổng điểm cảm quan có trọng lượng là 18,6/20 điểm, xếp mức chất lượng Tốt. Trong đó, điểm trung bình các chỉ tiêu thành phần gồm: Vị đạt 4,8 (trọng số 1,5 = 7,2 điểm); Trạng thái đạt 4,4 (trọng số 1,4 = 6,2 điểm); Màu sắc đạt 4,6 (trọng số 0,6 = 2,8 điểm); Mùi đạt 4,8 (trọng số 0,5 = 2,4 điểm).

4. Thời hạn bảo quản an toàn của sản phẩm bánh mì ngọt ở điều kiện thường là bao lâu?
Thời gian bảo quản dự kiến là 4 ngày ở nhiệt độ thường. Trong 4 ngày đầu, bánh giữ được cấu trúc và chỉ tiêu vi sinh an toàn ($\le 1\text{ CFU/g}$). Đến ngày thứ 5, bề mặt bánh xuất hiện hiện tượng đọng ẩm, nấm men - nấm mốc tăng lên 10 CFU/g, vi sinh vật tổng số đạt 3 CFU/g và bắt đầu có vị hơi chua.

5. Chi phí nguyên vật liệu trực tiếp để sản xuất một chiếc bánh mì ngọt 150g là bao nhiêu?
Tổng chi phí nguyên vật liệu cho một sản phẩm bánh 150g là 2.744,8 đồng, tính trên 8 loại nguyên vật liệu chính gồm bột mì 3 Bông Hồng Xanh (949,7 đồng), bơ Indonesia/bơ xay gió (824,3 đồng), sữa bột (601,2 đồng), đường Lam Sơn (265,6 đồng), men nở Úc (73,1 đồng), phụ gia HB-500 (27,5 đồng) và muối ăn (3,33 đồng).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Mạnh Dương đã nghiên cứu thực nghiệm và hoàn thiện thành công quy trình sản xuất bánh mì ngọt tại xưởng thực hành Khoa CNSH-CNTP, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Đề tài đã chuẩn hóa được các thông số kỹ thuật cốt lõi gồm tỷ lệ nấm men 1,0%, thời gian lên men 120 phút, nhiệt độ nướng 180–220°C trong 10 phút, giúp sản phẩm đạt mức chất lượng cảm quan loại Tốt (18,6 điểm) và đảm bảo an toàn vi sinh vật. Với thời hạn bảo quản 4 ngày và chi phí nguyên vật liệu 2.744,8 đồng/chiếc bánh 150g, công trình cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm và tài liệu kỹ thuật có giá trị ứng dụng cao cho công tác đào tạo và sản xuất thực phẩm quy mô vừa và nhỏ.