Đồ án: Khảo sát lên men lactic sữa dừa bằng L. acidophilus & L. lactis

Khám phá đồ án nghiên cứu quá trình lên men lactic trong sữa dừa từ vi khuẩn L. acidophilus & L. lactis. Báo cáo đầy đủ quy trình và kết quả.

• Tác giả: Bùi Thị Thùy Dương
• Người hướng dẫn: Ts. Đàm Sao Mai
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Khảo Sát Khả Năng Lên Men Lactic Của Hai Chủng Vi Khuẩn Lactobacillus acidophilus Và Lactococcus Lactis Trong Dịch Sữa Dừa
• Loại tài liệu: Đồ án chuyên ngành
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về lên men Lactic từ sữa dừa

Lên men lactic là một quá trình sinh học quan trọng trong sản xuất sữa chua dừa, nơi các vi khuẩn lactic tạo ra axit lactic từ lactose. Quá trình này không chỉ cải thiện hương vị mà còn bảo quản sản phẩm và tăng cường lợi ích sức khỏe. Sữa dừa là nguyên liệu thay thế tuyệt vời cho những người không dung nạp lactose, cung cấp một giải pháp sáng tạo cho ngành công nghiệp thực phẩm. Việc kết hợp bột sữa dừa với bột sữa gầy tạo ra một môi trường lý tưởng cho các chủng vi khuẩn phát triển. Nghiên cứu khảo sát này tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện lên men để đạt được sản phẩm sữa chua dừa chất lượng cao với đặc tính dinh dưỡng vượt trội.

1.1. Định nghĩa và ý nghĩa của lên men lactic

Lên men lactic là quá trình trao đổi chất sinh học mà trong đó vi khuẩn axit lactic (LAB) phân hủy các carbohydrate thành axit lactic. Quá trình này tạo ra môi trường axit, làm đông tụ protein sữa và bảo quản sản phẩm. Ý nghĩa của lên men bao gồm: tăng giá trị dinh dưỡng, cải thiện khả năng tiêu hóa, phát triển hương vị đặc trưng, và tạo ra các hợp chất có lợi cho sức khỏe như các chất chống oxy hóa và vi khuẩn probiotics.

1.2. Các chủng vi khuẩn chính trong nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng hai chủng vi khuẩn quan trọng: Lactobacillus acidophilus và Lactococcus lactis. L. acidophilus là một vi khuẩn homofermentative, tạo ra axit lactic hiệu quả và có khả năng chịu axit tốt. Lactococcus lactis là vi khuẩn heterofermentative, tạo ra các hợp chất aromatics và góp phần vào hương vị của sản phẩm. Sự kết hợp hai chủng này giúp tối ưu hóa quá trình lên men và cải thiện đặc tính organolepttic của sữa chua dừa.

II. Quy trình sản xuất sữa chua dừa tại phòng thí nghiệm

Quy trình sản xuất sữa chua dừa trong đồ án này được thiết kế để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến lên men lactic. Nguyên liệu chính bao gồm bột sữa dừa và bột sữa gầy được hỗn hợp với các tỷ lệ khác nhau (1:1 và 1:3). Các điều kiện lên men như nhiệt độ (35°C, 40°C, 45°C, 50°C), thời gian, và tỷ lệ giống được kiểm soát chặt chẽ. Sơ đồ bố trí thí nghiệm bao gồm các giai đoạn: chuẩn bị nguyên liệu, khử trùng, inoculation giống lên men, lên men trong điều kiện kiểm soát, và đánh giá sản phẩm cuối cùng.

2.1. Chuẩn bị nguyên liệu và khử trùng

Giai đoạn đầu tiên là chuẩn bị bột sữa dừa và bột sữa gầy theo tỷ lệ xác định. Hỗn hợp được hòa tan trong nước cất với nồng độ nhất định, sau đó khử trùng bằng tận nhiệt ở 121°C trong 15 phút. Quá trình khử trùng là rất quan trọng để loại bỏ các vi sinh vật ngoài ý muốn, tạo ra môi trường sạch cho các chủng LAB được sử dụng trong lên men. Sau khi khử trùng, mẫu được làm mát đến nhiệt độ thích hợp trước khi tiến hành bước tiếp theo.

2.2. Inoculation và điều kiện lên men

Giống lên men được chuẩn bị bằng cách kích hoạt Lactobacillus acidophilus và Lactococcus lactis từ chủng dự trữ. Mẫu được chủng cấy với tỷ lệ giống nhất định (2%, 3%, 4%), sau đó đặt trong điều kiện lên men được kiểm soát. Các nhiệt độ khảo sát là 35°C, 40°C, 45°C và 50°C, với thời gian lên men từ 6 đến 24 giờ. Các mẫu được lấy định kỳ để đo pH, độ axit, và tính chất organolepttic, giúp xác định điều kiện lên men tối ưu.

III. Kết quả thí nghiệm khảo sát lên men

Kết quả thí nghiệm cho thấy các tác động rõ ràng của nhiệt độ và tỷ lệ giống đối với quá trình lên men lactic. Tại tỷ lệ nguyên liệu 1:1 (bột sữa dừa : bột sữa gầy), nhiệt độ 40°C cho thấy kết quả tốt nhất với pH giảm nhanh và độ axit tăng ổn định. Tại tỷ lệ 1:3, điều kiện lên men tối ưu khác một chút, phản ánh ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu. Các chủng Lactobacillus acidophilus và Lactococcus lactis đều hoạt động tốt trong môi trường sữa dừa, với khả năng thích ứng cao. Phân tích dữ liệu cho phép xác định các điều kiện tối ưu hóa cho sản xuất thương mại sữa chua dừa.

3.1. Kết quả khảo sát tại các nhiệt độ khác nhau

Tại nhiệt độ 35°C, lên men diễn ra chậm, pH giảm từ từ và thời gian để đạt độ axit mục tiêu lâu hơn. Tại 40°C, lên men lactic đạt tốc độ tối ưu với vi khuẩn phát triển mạnh mẽ và tạo axit hiệu quả. Tại 45°C, quá trình lên men nhanh hơn nhưng có thể ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm. Tại 50°C, Lactococcus lactis và Lactobacillus acidophilus hoạt động kém hơn, cho thấy giới hạn nhiệt độ chịu được của các chủng này trong điều kiện lên men sữa dừa.

3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống và tỷ lệ nguyên liệu

Kết quả cho thấy tỷ lệ giống 3% cung cấp số lượng vi khuẩn đủ để khởi động lên men hiệu quả mà không gây quá tải. Tỷ lệ nguyên liệu 1:1 tạo ra môi trường cân bằng giữa dinh dưỡng từ sữa dừa và sữa gầy, thích hợp cho sự phát triển của cả hai chủng vi khuẩn. Tỷ lệ 1:3 cung cấp nhiều protein và lactose hơn, có thể tăng cường lên men nhưng cần theo dõi kỹ lưỡng. Sự tương tác giữa các yếu tố này xác định chất lượng và đặc tính cuối cùng của sữa chua dừa.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế

Nghiên cứu khảo sát lên men lactic từ sữa dừa đã thành công trong việc xác định các điều kiện tối ưu cho sản xuất sữa chua dừa chất lượng cao. Kết quả chứng minh rằng Lactobacillus acidophilus và Lactococcus lactis là những chủng vi khuẩn thích hợp cho quá trình này, với khả năng chuyển đổi hiệu quả lactose thành axit lactic. Nhiệt độ 40°C và tỷ lệ giống 3% được xác định là điều kiện tối ưu cho hầu hết các công thức. Sản phẩm sữa chua dừa không chỉ cung cấp lợi ích sức khỏe từ probiotics mà còn là giải pháp thay thế lý tưởng cho những người không dung nạp lactose truyền thống. Các kết quả này có thể áp dụng vào quy trình sản xuất công nghiệp để phát triển một sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu thị trường.

4.1. Những vấn đề đã giải quyết

Nghiên cứu này đã thành công trong việc xác lập các điều kiện lên men phù hợp cho sữa chua dừa, cải thiện hiểu biết về khả năng chuyển hóa của Lactobacillus acidophilus và Lactococcus lactis trong môi trường sữa dừa. Các kết quả thí nghiệm có ý nghĩa khoa học cao, cung cấp dữ liệu cơ sở cho phát triển sản phẩm. Chất lượng lên men được đánh giá bằng các chỉ tiêu khách quan như pH, độ axi và tính organolepttic, đảm bảo độ tin cậy của kết quả.

4.2. Hướng phát triển và kiến nghị tương lai

Để hoàn thiện sản phẩm, nghiên cứu tương lai nên tập trung vào tối ưu hóa hơn nữa các điều kiện lên men, khảo sát các chủng vi khuẩn khác, và phát triển công thức sản phẩm với các phụ gia bổ sung. Cần tiến hành kiểm tra sự ổn định của sản phẩm trong quá trình bảo quản lạnh để xác định thời hạn sử dụng. Ngoài ra, nên mở rộng khảo sát sang quy trình sản xuất thương mại để đảm bảo khả năng áp dụng thực tế. Nghiên cứu về tính sinh khả dụng của các hoạt chất đã tạo ra trong quá trình lên men cũng rất quan trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Sữa là thực phẩm tự nhiên có giá trị dinh dƣỡng hoàn hảo. Sữa chứa hầu hết các chất dinh dƣỡng cần thiết cho con ngƣời nhƣ: protein, lipid, các vitamin, các muối khoáng…Từ sữa, có thể làm ra nhiều sản phẩm bổ dƣỡng và rất đƣợc ƣa chuộng nhƣ: bơ, phômai, sữa chua… Yaourt hay sữa chua là một sản phẩm đƣợc lên men từ sữa, là loại thực phẩm có tác dụng tốt đối với cơ thể và đƣợc dùng rất phổ biến. Do trong quá trình lên men, acid lactic tạo ra có khả năng ngăn chặn bệnh ung thƣ và hạn chế vi sinh vật hoạt động phân giải lipid, protein giúp bảo quản sữa. Sản phẩm sẽ có độ tiêu hóa cao bởi các chất đã chuyển sang dạng cơ thể dễ hấp thụ, đặc biệt là đối với ngƣời già và trẻ em.

Hơn nữa, Việt Nam là một nƣớc nhiệt đới, trong đó cây dừa là một đặc sản của Việt Nam với sản lƣợng dồi dào và phong phú. Kết hợp hai yếu tố trên lại ta có sản phẩm sữa chua dừa. Đây là sản phẩm rất có lợi cho sức khỏe nhƣ: trong sữa dừa chứa chất béo bão hoà tốt cho bệnh nhân tim mạch, tăng cƣờng sức đề kháng, tốt cho trẻ nhỏ… Để đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị hiếu, chúng em kết hợp hai yếu tố trên, bên cạnh tác dụng làm tăng hàm lƣợng vitamin và khoáng chất, còn tạo hƣơng vị đặc trƣng, hấp dẫn hơn cho sản phẩm. Mục tiêu nghiên cứu Xuất phát từ những yêu cầu trên, mục đích khảo sát của đề tài là tập trung vào các yếu tố ảnh hƣởng lên quá trình lên men của hai chủng vi sinh vật đƣợc sử dụng phổ biến trong các quá trình lên men lactic trong công nghiệp sản xuất sữa chua là Lactobacillus acidophilus và Lactococcus Lactis, từ đó tạo ra các đặc trƣng lên sản phẩm và khảo sát các yếu tố để tối ƣu cho quá trình lên men đó.

Các yếu tố ảnh hƣởng lên quá trình lên men khảo sát bao gồm:  Ảnh hƣởng của tỉ lệ nguyên liệu bột sữa gầy và bột sữa dừa sử dụng.  Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên quá trình tạo sữa chua.  Ảnh hƣởng của tỉ lệ men giống sử dụng trong quá trình lên men. 2 Khảo sát khả năng lên men của hai chủng vi khuẩn GVHD: TS.

Đàm Sao Mai L.acidophilus và Lactococcus lactis trong dịch sữa dừa ThS. Hồ Thiên Hoàng CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM SỮA CHUA DỪA 3 Khảo sát khả năng lên men của hai chủng vi khuẩn GVHD: TS. Đàm Sao Mai L.acidophilus và Lactococcus lactis trong dịch sữa dừa ThS. Hồ Thiên Hoàng 2.

Giới thiệu nguyên liệu 2. Sữa bột gầy Là sản phẩm đƣợc tạo thành từ nguyên liệu sữa bò tƣơi đƣợc qua công nghệ đồng hóa để tách bớt hàm lƣợng béo và sau đó đem đi sấy phun. Sữa bột có đầy đủ thành phần dinh dƣỡng nhƣ sữa bò tƣơi nhƣng hàm lƣợng béo thay đổi. Khi sữa bột đƣợc pha với nƣớc theo tỷ lệ đƣợc khuyến cáo, thì dịch sữa này cùng sẽ có đƣợc thành phần và tính chất gần nhƣ tƣơng tự với sữa bò tƣơi ban đầu.Tính chất lí hoá  Độ acid chung Ngƣời ta thƣờng biểu thị độ acid chung bằng độ Thorner (0T).

Nó cho biết lƣợng ml NaOH 0,1N dùng để trung hoà acid tự do có trong trong 100ml sữa. Độ acid chung phụ thuộc vào các thành phần của sữa chủ yếu là muối acid của các acid phosphoric và limonic, các protein (casein, albumin, globumin), và CO2 tồn tại dƣới dạng hoà tan trong sữa. Độ Thorner của sữa bột: < 20oT.  Độ acid hoạt động pH hay nồng độ H+ của sữa biểu thị độ acid thực của nó.

Độ acid thực ít thay đổi hơn độ acid chuẩn nên ngƣời ta vẫn thực hiện các tiến trình kỹ thuật dựa trên pH của sữa hơn là dựa trên độ acid chuẩn. pH của sữa khác nhau rất ít giữa các giống khác nhau trong một nguồn. Các nguồn khác nhau thì pH khác nhau nhiều hơn. pH của sữa bò thƣờng dao động trong khoảng 6,6 ÷ 6,8 trong khi pH của sữa trâu khoảng 6.5, sữa dê pH = 6,3 ÷ 6,7.

Chỉ có sữa ngƣời có pH trung tính. pH = 4,6 ÷ 4,7 là điểm đẳng điện của sữa bò. Tại điểm này sữa đông tụ ở nhiệt độ phòng. Nhiệt độ tăng càng cao pH để sữa đông tụ tăng càng cao.

Ở nhiệt độ sôi, sự đông tụ của sữa bắt đầu ở pH ≥ 6,0.  Tính oxi hoá - khử của sữa Sữa bột ngoài các thành phần chính: protein, lipit và lactose mà còn chứa hàng loạt các hợp chất khác rất dễ bị oxi hoá, bị khử gồm: vitamin C, B2, enzym, chất màu, … 4 Khảo sát khả năng lên men của hai chủng vi khuẩn GVHD: TS. Đàm Sao Mai L.acidophilus và Lactococcus lactis trong dịch sữa dừa ThS. Hồ Thiên Hoàng  Tỷ trọng Tỷ trọng của sữa phụ thuộc hàm lƣợng béo và hàm lƣợng chất khô không béo (SNF).

Chất béo có tỷ trọng < 1, trong khi chất khô không béo có tỷ trọng > 1. Khi pha thêm nƣớc vào tỷ trọng sẽ giảm, do đó tỷ trọng đƣợc xem nhƣ một chỉ số gần đúng để chỉ sữa có pha qua nhiều nƣớc không. Tuy nhiên cần chú ý tỷ trọng cao không thể đƣợc xem nhƣ một tiêu chuẩn về chất lƣợng sữa, bởi vì nó cũng bị ảnh hƣởng bởi nhiều thành phần trong sữa.  Áp suất thẩm thấu và nhiệt độ đóng băng Đối với sữa áp suất thẩm thấu tƣơng đối ổn định, trung bình là 6 at ở 00C.

Áp suất thẩm thấu phụ thuộc nhiều vào hàm lƣợng lactose và muối phân bố ở dạng ion. Các protein có ảnh hƣởng ít, các chất béo hầu nhƣ không ảnh hƣởng.1: Áp suất thẩm thấu của một số thành phần trong sữa Phần trăm so Khối lƣợng Hàm lƣợng Áp suất thẩm Thành phần với tổng số áp phân tử (%) thấu (at) suất.33 19 Cấc chất khác 2.78 100 Nhiệt độ đóng băng của sữa tƣơng đối ổn định, vào khoảng -0.  Độ ổn định nhiệt Ở điều kiện bình thƣờng, sữa có thể chịu đƣợc nhiệt mà không có những biến đổi đáng kể có thể nhận ra đƣợc, ví dụ nhƣ không có sự đông tụ của protein. Màu của sữa bị nhiệt hóa mạnh có thể sậm hơn do sự hình thành những hợp chất phức protein – lactose hoặc sự caramen hóa lactose.

Sau thời gian xử lí nhiệt kéo dài ở nhiệt độ khá cao thì sự đông tụ hoặc phân hủy nhiệt của casein xảy ra là do sự mất ổn định của casein. Độ ổn định nhiệt của sữa bị ảnh hƣởng chủ yếu bởi pH của nó và một số nhân tố khác. Khi thêm vào một hợp chất hóa học nào đó cũng ảnh hƣởng đến khả năng nhiệt, thí dụ khi thêm vào các hợp chất phosphate có thể cải tiến khả năng ổn định này. 5 Khảo sát khả năng lên men của hai chủng vi khuẩn GVHD: TS.

Đàm Sao Mai L.acidophilus và Lactococcus lactis trong dịch sữa dừa ThS. Hồ Thiên Hoàng 2.Thành phần hoá học  Protein Sữa bò chiếm khoảng 2,9 ÷ 4% protein. Trong đó chủ yếu là casein, chiếm khoảng 2,3 ÷ 2,9%. Ngoài ra protein của sữa còn nằm ở dạng đầy đủ các axit amin không thay thế và rất cân đối về thành phần các axit amin.2: Thành phần axit amin của sữa Thành phần (%) Axit amin Casein P-Lactoglolulln d-Lactoanbumin Alamin 3.0 Xixtein và xistin 0.5  Casein Là nhóm protein chủ yếu trong protein của sữa.

Nó bao gồm nhiều loại casein khác nhau, γ casein, β casein, κ casein, α casein là thể phức hợp phosphoryl gồm có αs1, αs2 , αs3 , αs4 , αs5 , αs6 – casein. β-casein là thành phần chủ yếu có trong sữa bò nhƣng lại là thứ yếu trong sữa ngƣời. κ-casein là một glycoprotein và nó hiện diện khắp nơi trong thể mixen casein. Chính vì vậy mà 6 Khảo sát khả năng lên men của hai chủng vi khuẩn GVHD: TS.

Đàm Sao Mai L.acidophilus và Lactococcus lactis trong dịch sữa dừa ThS. Hồ Thiên Hoàng mixen ở trạng thái ổn định. α casein và β casein không tan trong sữa tƣơi. Các protein này chứa nhóm photphat (photpho chiếm khoảng 0.8% trong toàn casein) và nhóm photphat này kết hợp với ion Ca2+.

Sự trung hòa một phần lớn các điện tích âm ngăn ngừa α casein và β casein kết khối và kết tủa. Hai phân tử casein này có thể tồn tại một cách ổn định trong sữa là do có sự hiện diện của γ casein. Casein không tồn tại tự do trong sữa nhƣng tồn tại dƣới dạng các hạt mixen có kích thƣớc từ 0. Trung bình mỗi hạt chứa hàng ngàn phân tử α casein và β casein.

Hiệu quả bảo vệ của γ casein có thể là do nó góp phần gia tăng điện tích âm của hạt mà không kết hợp với ion Ca2+. Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nƣớc và 30% chất khô. Trong thành phần chất khô casein chiếm khoảng 93% và muối (chủ yếu là canxi photphat) chiếm khoảng 7%.1: Cấu tạo một micelle casein  Lactoglobulin Còn gọi là globulin của sữa. Hàm lƣợng lactoglobulin trong sữa khoảng 0,1% theo khối lƣợng và chiếm tỉ lệ 3% so với lƣợng protein chung.

Globulin sữa có nhiều trong sữa non, thuộc loại protein đơn giản và là protein hoàn thiện. Trong sữa, globulin tồn tại dƣới dạng keo và có độ phân tán kém hơn so với albumin sữa. Globulin có 3 dạng đồng phân: β glactoglobulin, epglobulin và pseudogglobulin. Chúng khác nhau về khả năng hòa tan nƣớc và tính kháng trùng.

β lactoglobulin không tan trong nƣớc, hòa tan tốt trong dung dịch muối loãng, epglobulin tan trong nƣớc khi có mặt muối. Pseudoglobulin hòa tan trong nƣớc nguyên chất. 7 Khảo sát khả năng lên men của hai chủng vi khuẩn GVHD: TS. Đàm Sao Mai L.acidophilus và Lactococcus lactis trong dịch sữa dừa ThS.

Hồ Thiên Hoàng  Lactoalbumin Còn gọi là albumin của sữa. Hàm lƣợng lactoalbumin trong sữa không nhiều khoảng 0.0% tùy từng loại sữa. Trong sữa non có nhiều lactoalbumin hơn sữa thƣờng. Khác với casein, lactoalbumin ở trong sữa dƣới dạng hòa tan.

Dƣới tác dụng của nhiệt độ cao lactoalbumin bị đông tụ. Trong môi trƣờng acid, khi tăng nhiệt độ thì mức độ đông tụ nhanh và mau. Các enzim làm đông tụ casein không có khả năng làm đông tụ lactoalbumin. Sau khi đông tụ, lactoalbumin mất khả năng hòa tan lại trong nƣớc, nó chỉ có thể hòa tan lại trong một vài loại dung môi.

 Gluxit Đƣờng chủ yếu có trong lactose. Ngoài ra còn có galactose, glucose, mantose, fructose. Lactose là loại đƣờng quan trọng và chủ yếu, rất dễ lên men và rất dễ tiêu hoá. Lactose dễ bị thuỷ phân dƣới tác dụng của acid, nhiệt và enzym lactaza.

C13H22O11H2O  C6H12O6 + C6H12O6 Lactose ngậm nƣớc Glucose Glactose Sản phẩm thuỷ phân của lactose kết hợp với acid amin là các melanoidin.