Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sản phẩm sữa lên men kefir truyền thống có nguồn gốc từ vùng Kavkaz, được tạo thành nhờ sự cộng sinh phức tạp giữa vi khuẩn lactic, vi khuẩn acid acetic và nấm men trong khuôn gel polysaccharide kefiran. Nhờ chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học như peptide kháng khuẩn, chất ức chế men chuyển angiotensin (ACE) và các chất chống oxy hóa, kefir mang lại nhiều lợi ích chức năng đối với hệ tiêu hóa, tim mạch và miễn dịch. Cùng với xu hướng tiêu thụ thực phẩm có nguồn gốc thực vật nhằm giảm thiểu nạp lactose và cholesterol, đậu gà (Cicer arietinum L.) nổi lên như một nguồn nguyên liệu tiềm năng. Đậu gà là cây họ đậu hàng năm thuộc họ Fabaceae, phân họ Faboideae, có hàm lượng protein, chất xơ hòa tan, acid amin thiết yếu và acid béo không bão hòa (chủ yếu là acid linoleic và oleic) vượt trội so với nhiều loại đậu thông thường. Tuy nhiên, việc kết hợp dịch sữa đậu gà với hệ vi sinh vật kefir để tạo ra dòng sản phẩm đồ uống lên men giàu dinh dưỡng vẫn còn là hướng đi rất mới tại thị trường Việt Nam cũng như trên thế giới.

Khóa luận tốt nghiệp "Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm kefir đậu gà" được thực hiện bởi sinh viên Vương Quốc Hiếu và Phạm Gia Huy dưới sự hướng dẫn của ThS. Đặng Thị Ngọc Dung tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 01/2024, mã số đề tài: 2023-19116085, mã lưu trữ: SKL012445).

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm hai nội dung:

  1. Đưa ra được một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của kefir đậu gà, bao gồm: lượng đường và gelatin bổ sung, tỉ lệ cấy giống, nhiệt độ lên men và thời gian lên men.
  2. Xây dựng quy trình công nghệ hoàn chỉnh để sản xuất sản phẩm kefir đậu gà.

Để đạt được mục tiêu trên, các nhiệm vụ nghiên cứu được triển khai theo 7 nội dung:

  1. Tổng quan về nguyên liệu, thành phần hóa học và đặc tính sinh học của đậu gà.
  2. Tổng quan về hạt kefir, giá trị dinh dưỡng và các chức năng sinh học của kefir.
  3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng đường bổ sung trong dịch sữa đến độ pH và tính lưu biến của sản phẩm.
  4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng gelatin bổ sung đến độ pH, tính lưu biến và cấu trúc sản phẩm.
  5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian lên men và chất lượng kefir đậu gà.
  6. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến độ pH, thời gian lên men, tính lưu biến và vi cấu trúc (SEM) của sản phẩm.
  7. Đánh giá chất lượng toàn diện của sản phẩm kefir đậu gà thông qua chỉ tiêu hóa học, vi cấu trúc và phổ hồng ngoại FTIR.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hạt đậu gà sấy khô thương mại và sản phẩm kefir đậu gà lên men.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các thông số công nghệ (nồng độ đường, gelatin, tỉ lệ giống men, nhiệt độ và thời gian lên men) trên nền hỗn hợp dịch sữa đậu gà phối trộn cùng sữa hoàn nguyên từ sữa bột gầy. Các thực nghiệm được tiến hành tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành B209 và B212 thuộc Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

  • Ý nghĩa khoa học: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm về động học biến đổi pH, ứng suất cắt, độ nhớt, các thông số mô hình Ostwald-de Waele, vi cấu trúc mạng lưới protein và các nhóm chức hóa học của kefir phối trộn sữa thực vật. Đề tài tạo tiền đề lý thuyết cho việc phát triển các dòng sản phẩm lên men sử dụng hoàn toàn cơ chất protein thực vật.
  • Ý nghĩa thực tiễn: Thiết lập quy trình sản xuất kefir đậu gà ở quy mô phòng thí nghiệm có khả năng ứng dụng chuyển giao hoặc mở rộng trong sản xuất công nghiệp, làm phong phú thêm nhóm sản phẩm lên men giàu probiotic cho người tiêu dùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và các tiêu chuẩn viện dẫn

Hạt kefir là một hệ cộng sinh sinh thái đặc thù gồm 4–5% protein, 9–10% polysaccharide kefiran và quần thể vi sinh vật dày đặc. Trong đó, vi khuẩn lactic (LAB) chiếm từ 37% đến 90% tổng số vi sinh vật, tiêu biểu là các loài Lactobacillus paracasei ssp. kefiranofaciens, Streptococcus thermophilus, Lactococcus lactis. Nấm men chiếm tỷ trọng đáng kể (từ 4 đến 30 loài), chủ yếu là Kluyveromyces marxianus, Candida kefyr, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces unisporus. Quá trình lên men carbohydrate trong sản phẩm diễn ra qua hai con đường chính:

  • Lên men lactic đồng hình: $$C_6H_{12}O_6 + 2ADP + 2Pi \rightarrow 2CH_3CHOHCOOH + 2ATP$$
  • Lên men lactic dị hình: $$C_6H_{12}O_6 + ADP + Pi \rightarrow CH_3CHOHCOOH + C_2H_5OH + CO_2 + ATP$$

Các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn viện dẫn trong khóa luận:

  • Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7030:2009 (tương đương chuẩn quốc tế CODEX STAN 243-2003) áp dụng cho sản phẩm sữa lên men.
  • Tiêu chuẩn GOST 31454-2012 quy định sản phẩm kefir chuẩn phải đạt mật độ vi khuẩn lactic tối thiểu $10^7\text{ CFU/g}$ và nấm men tối thiểu $10^4\text{ CFU/g}$ khi hết hạn sử dụng.
  • TCVN 5276:90 về phương pháp lấy mẫu và xác định hàm lượng tro.
  • TCVN 8125:2009 (ISO 20483:2006) về phương pháp xác định hàm lượng nitơ và protein.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Khóa luận áp dụng phương pháp thực nghiệm công nghệ thực phẩm kết hợp hóa lý phân tích và đo lường cơ lý:

  • Phương pháp xác định hàm lượng tro: Tiến hành sấy và vô cơ hóa mẫu thử trong lò nung ở nhiệt độ cao, cân trên cân phân tích 4 số để tính toán tỷ lệ hao hụt khối lượng theo TCVN 5276:90.
  • Phương pháp xác định hàm lượng protein: Sử dụng phương pháp Kjeldahl (AOAC 1990). Vô cơ hóa mẫu bằng acid sulfuric đậm đặc ($H_2SO_4$) cùng chất xúc tác đồng (II) sulfat ($CuSO_4\cdot 5H_2O$) và kali sulfat ($K_2SO_4$) để chuyển nitơ thành muối amoni; sau đó kiềm hóa bằng natri hydroxit ($NaOH$), chưng cất thu hồi amoniac ($NH_3$) vào dung dịch acid boric ($H_3BO_3$), chuẩn độ lượng dư bằng dung dịch chuẩn acid hydrocloric ($HCl$). Hàm lượng protein quy đổi bằng công thức $%Protein = %N \times 6.25$.
  • Phương pháp xác định hàm lượng chất béo: Áp dụng phương pháp trích ly dung môi Adam Rose–Gottlieb. Sử dụng amoniac đậm đặc và cồn để phá màng bọc cầu béo, sau đó chiết tách lipid bằng hỗn hợp dung môi diethyl ether và petroleum ether; thu hồi pha nhẹ, làm bay hơi dung môi, sấy khô ở $102 \pm 1^\circ\text{C}$ và cân định lượng.
  • Phương pháp đo cấu trúc (Texture Profile Analysis - TPA): Xác định độ cứng và độ kết dính của mẫu thông qua thiết bị phân tích kết cấu Texture TC3.
  • Phương pháp đo lưu biến (Rheology): Đo ứng suất cắt và độ nhớt biểu kiến theo sự thay đổi của tốc độ cắt; tính toán các thông số chỉ số dòng chảy và hệ số độ nhớt thông qua phương trình lũy thừa Ostwald-de Waele ($\tau = K \cdot \gamma^n$).
  • Phương pháp vi cấu trúc: Quan sát hình thái vi mô bề mặt mẫu qua kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM).
  • Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Nhận diện các nhóm chức hóa học đặc trưng và xác định mức độ bảo toàn liên kết của các đại phân tử sinh học trong dải sóng hồng ngoại.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS.

Nguồn nguyên liệu, hóa chất và thiết bị

  • Nguyên liệu chính: Đậu gà sấy khô (kích thước hạt 5–10 mm, cung cấp bởi Công ty Dananut); đường saccharose tinh luyện (Nhà máy Đường Biên Hòa); chế phẩm men kefir thương phẩm dạng bột xuất xứ Pháp (hãng Yogourmet, chứa các chủng khuẩn sống như L. acidophilus, nấm men và sữa bột gầy); gelatin thực phẩm dạng bột (chuẩn bị dung dịch 10%); sữa bột gầy (skim milk powder).
  • Hóa chất: $NaOH$, $H_2SO_4$ đậm đặc, diethyl ether, petroleum ether, chỉ thị phenolphtalein, chỉ thị hỗn hợp bromocresol xanh và methyl đỏ, $NH_3$ đậm đặc, $K_2SO_4$, $CuSO_4\cdot 5H_2O$, $H_3BO_3$, dung dịch chuẩn $HCl$.
  • Thiết bị chính: Bể điều nhiệt Memmert (Đức), máy đo lưu biến, máy phân tích cấu trúc Texture TC3, kính hiển vi điện tử quét SEM, máy quang phổ FTIR, máy sấy thăng hoa, máy đo pH, khúc xạ kế, cân phân tích 4 số.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Lời mở đầu

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài dựa trên sự kết hợp giữa xu thế đồ uống probiotic và giá trị dinh dưỡng của đậu gà. Tác giả chỉ ra rằng dù đậu gà và hạt men kefir đã được sử dụng độc lập phổ biến ở nhiều quốc gia, việc kết hợp sữa đậu gà làm cơ chất lên men kefir vẫn là hướng nghiên cứu mới mẻ. Chương này trình bày chi tiết hai mục tiêu nghiên cứu, bảy nhiệm vụ cụ thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu tại phòng thí nghiệm chuyên ngành, đồng thời phân tích ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc mở rộng nguồn nguyên liệu thực vật cho đồ uống lên men.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương 2 tổng hợp cơ sở lý thuyết toàn diện về sản phẩm kefir và nguyên liệu đậu gà:

  • Nêu rõ định nghĩa, bản chất vi sinh vật và cấu tạo thể gel của hạt kefir; phân loại các nhóm LAB chiếm ưu thế (Lactobacillus paracasei ssp. kefiranofaciens, Streptococcus thermophilus) và nấm men (Saccharomyces cerevisiae, Candida kefyr, Kluyveromyces marxianus).
  • Phân tích 7 chức năng sinh học chính của kefir: hạ huyết áp thông qua peptide ức chế ACE; hỗ trợ phòng chống khối u và ung thư; kiểm soát đường huyết (giảm FBS và $HbA1C$ ở bệnh nhân đái tháo đường); kháng khuẩn nhờ $H_2O_2$, bacteriocin, acid hữu cơ; chống viêm; chống oxy hóa; giảm hấp thu cholesterol đường tiêu hóa nhờ beta-glucan và các chủng vi khuẩn.
  • Trình bày thành phần hóa học của 100g hạt đậu gà, đặc biệt nhấn mạnh hàm lượng protein cao, lipid giàu acid béo không bão hòa, các chất khoáng ($K, Ca, Mg, P$) và vitamin nhóm B.
  • Giới thiệu đặc tính của đường saccharose trong việc tạo vị ngọt, giảm chua, tạo áp suất thẩm thấu và gelatin trong việc giữ ẩm, định hình cấu trúc gel thông qua hàm lượng hydroxyproline.
  • Khảo cứu các công trình nghiên cứu trong nước (sữa chua đậu nành lên men kefir của Trần Thị Hà Ny và cộng sự, 2015; nhân sinh khối kefir trên nước dừa của Võ Ánh Hồng và cộng sự, 2014; sữa kefir dâu tây của Nguyễn Thị Lâm Đoàn, 2018) và ngoài nước (kefir nước ức chế $\alpha$-glucosidase của WY Koh và cộng sự, 2019; kefir sữa hạt phỉ của Emine Mine Comak Gocer và cộng sự, 2022).

Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 mô tả chi tiết hai quy trình công nghệ chế biến và hệ thống bố trí thí nghiệm:

  1. Quy trình sản xuất sữa đậu gà: Đậu gà khô được chọn lọc $\rightarrow$ ngâm nước sạch trong 8 giờ nhằm làm mềm và trích ly bớt các oligosaccharide gây đầy hơi ($raffinose, ciceritol$) $\rightarrow$ phối trộn với nước theo tỷ lệ khối lượng 1:10 (100g đậu với 1000ml nước) $\rightarrow$ xay nhuyễn $\rightarrow$ lọc tách bã bằng rây và túi lọc $\rightarrow$ gia nhiệt đun sôi nhẹ trên bếp từ trong 20 phút để làm chín, vô hoạt enzyme kháng dinh dưỡng và ức chế vi sinh vật $\rightarrow$ làm nguội thu được sữa đậu gà dịch lỏng trắng ngà, thơm đặc trưng.
  2. Quy trình sản xuất kefir đậu gà: Sữa đậu gà được phối trộn với sữa hoàn nguyên (pha từ 35g sữa bột gầy và 175ml nước) theo tỷ lệ thể tích 225 ml sữa đậu gà / 175 ml sữa hoàn nguyên $\rightarrow$ bổ sung phụ gia (đường, gelatin) $\rightarrow$ cấy giống men kefir thương phẩm Yogourmet (hoạt hóa ở $25 - 27^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ ủ lên men ở nhiệt độ cố định $25 \pm 1^\circ\text{C}$ cho đến khi độ acid đạt $\text{pH} = 4.6$ $\rightarrow$ làm lạnh và bảo ôn ở $4 \pm 2^\circ\text{C}$ trong ngăn mát tủ lạnh để ổn định cấu trúc.
  3. Bố trí ba thực nghiệm đơn yếu tố (dung tích mỗi mẫu thử 80 ml):
    • Khảo sát hàm lượng đường: 5 mẫu gồm đối chứng DC (0%), D1 (1%), D3 (3%), D5 (5%), D7 (7%).
    • Khảo sát hàm lượng gelatin (từ dung dịch gelatin 10%): 5 mẫu gồm đối chứng DC (0%), G1 (1%), G3 (3%), G5 (5%), G7 (7%).
    • Khảo sát tỷ lệ giống cấy men: 4 mẫu gồm M1 (0.3%), M3 (0.5%), M5 (0.5% tối ưu kèm công thức tối ưu đường 3% và gelatin 5%), M7 (0.7%).
Nhóm thí nghiệm Ký hiệu mẫu Nồng độ khảo sát Thông số theo dõi chính
Hàm lượng đường DC, D1, D3, D5, D7 0%, 1%, 3%, 5%, 7% Động học pH theo thời gian, ứng suất cắt, độ nhớt
Hàm lượng gelatin DC, G1, G3, G5, G7 0%, 1%, 3%, 5%, 7% Độ cứng, độ kết dính (TPA), lưu biến (ứng suất cắt, độ nhớt)
Tỉ lệ giống men M1, M3, M5, M7 0.3%, 0.5%, 0.5% (tối ưu hóa), 0.7% Động học giảm pH, ứng suất cắt, độ nhớt, ảnh SEM, phổ FTIR

Chương này cũng thiết lập toàn bộ quy trình định lượng tro, đạm theo Kjeldahl, béo theo Adam Rose–Gottlieb và quy trình vận hành các thiết bị đo TPA, lưu biến, SEM và FTIR.

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Chương 4 trình bày các phát hiện thực nghiệm thông qua hệ thống bảng biểu và đồ thị:

  • Phân tích thành phần hóa học: Cung cấp số liệu hàm lượng tro, protein, lipid của dịch sữa đậu gà nguyên chất và hỗn hợp dịch sữa phối trộn trước khi lên men.
  • Ảnh hưởng của hàm lượng đường bổ sung: Đường cung cấp cơ chất bổ sung cho quá trình lên men; nồng độ đường 3% thể hiện tốc độ giảm pH hài hòa, đạt mốc dừng $\text{pH} = 4.6$ trong khoảng thời gian phù hợp, các thông số lưu biến đạt trạng thái chất lỏng giả dẻo (pseudoplastic) ổn định nhất theo mô hình Ostwald-de Waele.
  • Ảnh hưởng của hàm lượng gelatin bổ sung: Sự gia tăng tỷ lệ gelatin làm tăng rõ rệt độ cứng và độ kết dính của khối đông tụ. Ở mức bổ sung 5% dung dịch gelatin 10%, sản phẩm đạt được cấu trúc gel bền vững, hạn chế tối đa hiện tượng tách nước (syneresis) nhưng vẫn giữ được độ mềm mịn cần thiết của dòng sản phẩm kefir dạng sệt.
  • Ảnh hưởng của tỉ lệ giống cấy men: Tăng lượng men giống thúc đẩy nhanh tốc độ sinh acid lactic làm rút ngắn thời gian lên men đạt pH 4.6. Mẫu M5 mang lại sự cân bằng tối ưu giữa thời gian lên men và độ nhớt sản phẩm, tránh hiện tượng đông tụ quá nhanh gây vón cục hoặc tách lớp.
  • Phân tích vi cấu trúc SEM: Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét của 4 mẫu (DC, M3, M5, M7) cho thấy rõ sự khác biệt hình thái mạng lưới protein. Mẫu đối chứng DC và các mẫu nồng độ men thấp có cấu trúc xốp, lỗ rỗng lớn; mẫu M5 thể hiện bề mặt mịn màng, các vi cầu protein liên kết đan xen đồng đều và dày đặc, tạo khung đỡ giữ nước tốt.
  • Phân tích quang phổ FTIR: Đồ thị phổ hồng ngoại của mẫu chuẩn đối chứng (DC) và mẫu tối ưu (M5) xuất hiện đầy đủ các dải hấp thụ đặc trưng của liên kết peptit (-CONH-), nhóm hydroxyl (-OH) và các liên kết mạch hydrocacbon. Điều này chứng minh quá trình phối trộn và lên men không làm đứt gãy hoặc biến tính tiêu cực các nhóm chức hữu cơ tự nhiên của nguyên liệu.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương 5 tóm tắt các thông số công nghệ cốt lõi đã được kiểm chứng; xác nhận sản phẩm đạt các tiêu chí chất lượng cảm quan và hóa lý; đồng thời đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp nối về đánh giá hạn sử dụng và tối ưu hóa quy trình lên men không sử dụng sữa bột gầy.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng và định tính chính

Nghiên cứu đã xác lập các thông số công nghệ tối ưu cho quy trình chế biến sản phẩm kefir đậu gà như sau:

Thông số công nghệ Giá trị tối ưu được xác lập Ghi chú kỹ thuật
Tỷ lệ phối trộn dịch sữa 225 ml sữa đậu gà / 175 ml sữa hoàn nguyên Sữa hoàn nguyên chuẩn bị từ 35g sữa gầy và 175ml nước
Tỷ lệ đậu gà : nước khi nghiền 1 : 10 (khối lượng/thể tích) 100g đậu ngâm 8 giờ, xay cùng 1000ml nước sạch
Thời gian gia nhiệt dịch sữa 20 phút Đun trên bếp từ, khuấy đều chống trào
Hàm lượng đường bổ sung 3% (tương đương 2.4 g / 80 ml mẫu) Đảm bảo vị ngọt dịu và tốc độ giảm pH tối ưu
Hàm lượng gelatin bổ sung 5% (tương đương 4 g dd gelatin 10% / 80 ml mẫu) Ổn định cấu trúc khối gel, ngăn ngừa tách huyết thanh
Tỉ lệ cấy men giống kefir 5% (mẫu M5) Chế phẩm men giống Yogourmet hoạt hóa
Nhiệt độ lên men $25 \pm 1^\circ\text{C}$ Duy trì điều nhiệt trong bể Memmert
Điểm dừng lên men Khi độ acid đạt $\text{pH} = 4.6$ Chuyển ngay sang làm lạnh bảo ôn ở $4 \pm 2^\circ\text{C}$

Các kết quả kiểm nghiệm chỉ ra:

  • Sản phẩm kefir đậu gà đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu dinh dưỡng theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7030:2009 (tương đương CODEX STAN 243-2003) đối với sản phẩm sữa lên men.
  • Kết quả lưu biến học chỉ ra tính chất chảy của kefir đậu gà tuân theo quy luật của chất lỏng phi Newton có tính giả dẻo, được mô tả chính xác thông qua phương trình hồi quy Ostwald-de Waele.
  • Ảnh chụp SEM xác nhận mẫu tối ưu M5 sở hữu mạng lưới cấu trúc protein đan kết chặt chẽ, bề mặt đồng nhất và không xảy ra hiện tượng co rút thể tích hay thoát ẩm tự do.
  • Phổ FTIR khẳng định sự bảo toàn nguyên vẹn của các nhóm chức hóa học dinh dưỡng giữa mẫu đối chứng và mẫu nghiên cứu có bổ sung cơ chất thực vật.

Đóng góp mới của đề tài

So với các nghiên cứu trước đây vốn chỉ tập trung lên men kefir trên nền sữa bò tươi, nước dừa (Võ Ánh Hồng, 2014), sữa đậu nành (Trần Thị Hà Ny, 2015) hoặc hạt phỉ (Emine Mine Comak Gocer, 2022), công trình này đã giải quyết thành công bài toán công nghệ khi đưa hạt đậu gà—nguyên liệu giàu đạm thực vật, acid amin thiết yếu và chất xơ—vào quy trình lên men kefir. Nghiên cứu cung cấp hệ thống số liệu khoa học đầy đủ từ động học hóa lý đến đặc tính cơ lý và cấu trúc vi mô, tạo cơ sở cho việc đa dạng hóa nguồn đạm thực vật trong ngành công nghệ đồ uống chức năng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế và định hướng nghiên cứu tiếp theo dựa trên phạm vi thực nghiệm:

  • Hạn chế: Khóa luận được thực hiện hoàn toàn ở quy mô phòng thí nghiệm với dung tích mẫu nhỏ (80 ml mỗi đơn vị khảo sát); chưa thử nghiệm ở quy mô pilot hoặc bán công nghiệp. Bên cạnh đó, môi trường lên men vẫn cần phối trộn một phần sữa hoàn nguyên (từ sữa bột gầy) để cung cấp lactose làm nguồn năng lượng ban đầu cho hệ vi sinh kefir sinh trưởng, chưa chế biến được kefir từ 100% dịch sữa thực vật đậu gà nguyên chất. Đề tài cũng chưa khảo sát biến thiên chất lượng trong thời gian bảo quản dài ngày (15 đến 30 ngày).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Nghiên cứu các giải pháp sinh học hoặc enzyme bổ trợ để tiến tới sản xuất sản phẩm kefir sử dụng hoàn toàn 100% nguyên liệu đậu gà tự nhiên, không cần phối trộn sữa gầy động vật.
    2. Khảo sát chi tiết sự biến đổi mật độ tế bào vi khuẩn lactic, nấm men sống sót và các chỉ số oxy hóa, chỉ tiêu cảm quan theo thời gian bảo quản lạnh ở các mốc 7, 14, 21 và 30 ngày.
    3. Thử nghiệm mở rộng quy mô sản xuất trên hệ thống thiết bị lên men bán công nghiệp (fermentor) có kiểm soát tự động nhiệt độ và tốc độ khuấy đảo.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn thiết thực đối với:

  • Sinh viên, học viên cao học và giảng viên các ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học, Sinh học Ứng dụng quan tâm đến công nghệ lên men probiotic và các dòng sản phẩm plant-based thay thế sữa động vật.
  • Các chuyên viên nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các doanh nghiệp chế biến sữa và đồ uống chức năng cần tài liệu tham khảo về quy trình trích ly dịch sữa đậu gà, thông số vận hành quá trình lên men hạt kefir và kỹ thuật kiểm soát độ ổn định cấu trúc gel thực phẩm bằng gelatin.
  • Những nội dung đáng tham khảo chuyên sâu nhất trong tài liệu gồm: quy trình công nghệ 2 bước sản xuất sữa đậu gà và kefir đậu gà; quy trình phân tích lưu biến học áp dụng mô hình Ostwald-de Waele; phương pháp luận kết hợp ảnh SEM và phổ FTIR để đánh giá tính toàn vẹn vi cấu trúc của khối đông tụ protein thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao quy trình sản xuất kefir đậu gà trong nghiên cứu vẫn phải phối trộn thêm sữa hoàn nguyên từ sữa bột gầy?

Hệ vi sinh vật đặc thù của hạt kefir (đặc biệt là các chủng vi khuẩn lactic và nấm men lên men lactose như Kluyveromyces marxianus) thích nghi tối ưu với cơ chất chính là đường lactose có trong sữa động vật để chuyển hóa thành acid lactic, ethanol và khí $CO_2$. Dịch sữa đậu gà nguyên chất chỉ chứa các loại đường thực vật như tinh bột, sucrose, oligosaccharide (raffinose, ciceritol), không chứa lactose. Do đó, việc phối trộn sữa hoàn nguyên (với tỷ lệ 175 ml sữa hoàn nguyên / 225 ml sữa đậu gà) nhằm cung cấp lượng lactose thiết yếu để khởi động và duy trì hoạt lực lên men của men giống kefir thương phẩm.

2. Các thông số công nghệ tối ưu được xác lập cho sản phẩm kefir đậu gà là gì?

Các thông số tối ưu gồm: tỷ lệ đậu gà : nước là 1:10; thời gian đun sữa đậu gà 20 phút; tỷ lệ phối trộn sữa đậu gà : sữa hoàn nguyên là 225 : 175 (ml/ml); hàm lượng đường bổ sung 3%; hàm lượng gelatin bổ sung 5% (từ dung dịch gelatin 10%); tỷ lệ men giống cấy 5%; nhiệt độ lên men $25 \pm 1^\circ\text{C}$; thời gian lên men kéo dài đến khi pH đạt điểm ngắt 4.6; sau đó bảo ôn tại $4 \pm 2^\circ\text{C}$.

3. Phương pháp Kjeldahl xác định hàm lượng protein trong nghiên cứu được tiến hành qua những giai đoạn nào?

Quy trình xác định protein theo TCVN 8125:2009 gồm 3 bước:

  • Vô cơ hóa: Đun 3ml mẫu trong ống Kjeldahl với $5\text{g } K_2SO_4$, $0.15\text{g } CuSO_4\cdot 5H_2O$ và $10\text{ml } H_2SO_4$ đậm đặc trên thiết bị phá mẫu đến khi thu được dung dịch xanh lam trong suốt.
  • Chưng cất: Kiềm hóa mẫu bằng $NaOH$, chưng cất lôi cuốn toàn bộ khí $NH_3$ giải phóng vào bình tam giác chứa $30\text{ml}$ dung dịch acid boric $H_3BO_3$ cho đến khi dung dịch đổi sang màu xanh lá cây.
  • Chuẩn độ: Dùng dung dịch chuẩn $HCl$ để chuẩn độ lượng amoniac hấp thụ với chất chỉ thị bromocresol xanh và methyl đỏ đến khi xuất hiện vết màu hồng đầu tiên; từ đó tính $%N$ và nhân với hệ số quy đổi 6.25 để ra hàm lượng protein.

4. Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) phản ánh điều gì về cấu trúc sản phẩm ở công thức tối ưu?

Hình ảnh chụp SEM giữa 4 mẫu (DC, M3, M5, M7) cho thấy mẫu M5 (bổ sung 3% đường, 5% gelatin và 5% men giống) có cấu trúc bề mặt đồng nhất và mịn màng nhất. Các chuỗi protein đậu gà và casein liên kết chéo tạo thành mạng lưới vi mô vững chắc, các lỗ xốp phân bố đều và có kích thước nhỏ, giúp khóa chặt pha lỏng bên trong khối đông tụ và triệt tiêu hiện tượng tách nước so với mẫu đối chứng DC.

5. Phân tích phổ hồng ngoại FTIR mang lại kết luận khoa học nào cho đề tài?

Phổ đồ FTIR của mẫu kefir chuẩn (DC) và mẫu nghiên cứu tối ưu (M5) cho thấy sự tương đồng cao về các đỉnh hấp thụ đặc trưng của các liên kết hóa học cốt lõi (liên kết peptit trong phân tử protein, liên kết C-H của chuỗi béo, và liên kết O-H của nước và đường). Điều này chứng minh quá trình bổ sung dịch sữa đậu gà, đường, gelatin và điều kiện lên men ở $25^\circ\text{C}$ không gây phá vỡ hay phát sinh phản ứng biến đổi bất lợi đối với các nhóm chức dinh dưỡng có trong sản phẩm.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vương Quốc Hiếu và Phạm Gia Huy đã xây dựng thành công quy trình công nghệ sản xuất kefir đậu gà trên cơ sở phối trộn dịch sữa hạt đậu gà và sữa gầy hoàn nguyên ở quy mô phòng thí nghiệm. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm đã được khảo sát tường minh, xác định được công thức tối ưu tại 3% đường bổ sung, 5% gelatin và 5% giống men cấy ủ ở $25 \pm 1^\circ\text{C}$ đến mốc $\text{pH} = 4.6$. Sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng theo TCVN 7030:2009 (CODEX STAN 243-2003), sở hữu tính chất lưu biến giả dẻo ổn định, mạng lưới protein mịn chặt trên ảnh SEM và bảo toàn đầy đủ các nhóm chức hóa học trên phổ FTIR. Đây là tài liệu thực nghiệm có giá trị chuyên môn cao, mở ra tiềm năng phát triển các dòng sản phẩm lên men giàu probiotic từ nguồn đạm thực vật giá trị cao.