Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sữa chua là sản phẩm lên men lactic truyền thống có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp protein, lipid, khoáng chất và hệ vi sinh vật có lợi cho đường tiêu hóa. Trong công nghệ chế biến sữa chua công nghiệp, các chủng vi sinh vật khởi động thương mại phổ biến là Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus. Xu hướng phát triển thực phẩm chức năng hiện nay tập trung vào việc bổ sung các chủng vi khuẩn probiotic (như Lactobacillus plantarum) nhằm tăng cường miễn dịch, cân bằng hệ vi sinh đường ruột và ức chế vi sinh vật gây hại.

Tuy nhiên, phần lớn các sản phẩm sữa chua và nghiên cứu ứng dụng probiotic trên thị trường hiện nay chủ yếu sử dụng nguyên liệu sữa bò, trong khi nguồn nguyên liệu sữa dê giàu dinh dưỡng, dễ tiêu hóa nhưng còn ít được khai thác kết hợp với chủng vi khuẩn probiotic bổ trợ. Việc bổ sung vi khuẩn probiotic vào quy trình chế biến đòi hỏi phải kiểm soát quá trình lên men và bảo quản, tránh làm thay đổi tiêu cực cấu trúc gel, độ chua và chất lượng cảm quan của sản phẩm.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hoàng Thị Huệ đặt ra mục đích và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  • Mục đích nghiên cứu: Bước đầu nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung vi khuẩn Lactobacillus plantarum (L. plantarum) có hoạt tính probiotic đến sản phẩm sữa chua dê nhằm tạo ra sản phẩm có giá trị cảm quan tốt cho sức khỏe và góp phần đa dạng hóa sản phẩm sữa lên men.
  • Nhiệm vụ/Yêu cầu nghiên cứu:
    1. Khảo sát tỷ lệ tiếp giống thích hợp của vi khuẩn L. plantarum bổ sung vào sữa chua dê.
    2. Xác định mức độ ảnh hưởng của vi khuẩn L. plantarum khi bổ sung vào sữa chua dê đến các chỉ tiêu hóa lý (pH, độ acid, khả năng giữ nước) và chất lượng cảm quan của sản phẩm trong thời gian bảo quản lạnh.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Sữa dê tươi (thu nhận tại Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam), đường saccharose thương mại, 02 chủng vi khuẩn Lactobacillus plantarum (ký hiệu L.22 và L.12) có hoạt tính probiotic được cung cấp bởi Bộ môn Hóa sinh – Công nghệ sinh học Thực phẩm.
    • Phạm vi không gian: Phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa sinh – Công nghệ sinh học Thực phẩm, Bộ môn Quản lý chất lượng & An toàn thực phẩm, và Bộ môn Công nghệ chế biến – Khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
    • Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 03/2021 đến tháng 09/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở lý thuyết về công nghệ chế biến sữa, vi sinh học thực phẩm và các tiêu chuẩn phân tích kiểm nghiệm thực phẩm hiện hành:

  • Khung lý thuyết và khái niệm:
    • Định nghĩa Probiotic: Theo định nghĩa của FAO/WHO (2001), probiotic là các vi sinh vật sống, khi được bổ sung với số lượng thích hợp sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ (yêu cầu mật độ duy trì tối thiểu trong sản phẩm đạt từ $10^6$ đến $10^7\text{ CFU/ml}$).
    • Đặc tính sinh học của Lactobacillus plantarum: Là trực khuẩn Gram dương, vi hiếu khí, catalase âm tính, có khả năng lên men đồng hình sinh acid lactic, chịu được môi trường acid dịch vị và muối mật, đồng thời có hoạt tính sinh enzyme ngoại bào (amylase, protease, cellulase) và ức chế vi khuẩn gây bệnh.
  • Quy trình sản xuất sữa chua thực nghiệm:
    • Quy trình công nghệ gồm các công đoạn: Sữa tươi $\rightarrow$ Lọc làm sạch $\rightarrow$ Đồng hóa $\rightarrow$ Thanh trùng ($90^\circ\text{C}$ trong 5 phút) $\rightarrow$ Làm nguội ($42 - 45^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Cấy vi sinh vật $\rightarrow$ Rót hộp $\rightarrow$ Lên men ($40 - 42^\circ\text{C}$, kết thúc khi pH $\approx 4,5$ hoặc độ acid $90 - 100^\circ\text{T}$) $\rightarrow$ Làm lạnh và ủ ($4 - 6^\circ\text{C}$ trong ít nhất 6 giờ) $\rightarrow$ Bảo quản lạnh ($4 - 6^\circ\text{C}$).
  • Phương pháp vi sinh và nhân sinh khối:
    • Hoạt hóa và làm thuần: Mẫu giống được hoạt hóa trong môi trường MRS lỏng ở $37^\circ\text{C}$ trong 48 giờ; cấy ria trên đĩa thạch MRS để kiểm tra độ thuần chủng của khuẩn lạc; giữ giống trên thạch nghiêng ở $4 - 5^\circ\text{C}$.
    • Nhân giống và thu sinh khối: Nuôi cấy nhân giống cấp 1 và cấp 2 trong môi trường MRS broth ở $28 - 32^\circ\text{C}$, lắc $150\text{ vòng/phút}$ trong $32 - 36\text{ giờ}$; thu sinh khối bằng ly tâm $6000\text{ vòng/phút}$ trong 30 phút, sau đó rửa sạch bằng nước cất vô trùng.
  • Phương pháp phân tích hóa lý và vi sinh:
    • Xác định pH: Đo trực tiếp bằng máy đo pH cầm tay ORION 230A+ tại các mốc 0, 1, 7 và 14 ngày bảo quản.
    • Xác định độ acid: Thực hiện theo TCVN 6509:2013 (ISO 11869:2012) bằng phương pháp chuẩn độ điện thế với dung dịch $\text{NaOH } 0,1\text{N}$ đến điểm dừng $\text{pH } 8,30 \pm 0,01$.
    • Xác định khả năng giữ nước (WHC): Xác định theo phương pháp ly tâm $2\text{g}$ mẫu tại $3000\text{ vòng/phút}$ trong 10 phút ở $6^\circ\text{C}$, tính tỷ lệ phần trăm khối lượng giữ lại theo công thức $%X = \frac{G_1 - G_2}{G} \times 100$.
    • Định lượng mật độ tế bào sống: Áp dụng TCVN 7906:2008 (ISO 15214:1998), cấy trải dịch pha loãng trên môi trường thạch MRS, ủ $37^\circ\text{C} \pm 0,5^\circ\text{C}$ trong 24 giờ và tính mật độ khuẩn lạc ($\text{CFU/ml}$).
  • Phương pháp đánh giá cảm quan và xử lý số liệu:
    • Phương pháp cho điểm chất lượng: Theo TCVN 3215-79, sử dụng hệ điểm 20 trên thang 6 bậc (0–5 điểm) với hội đồng 10 thành viên đã qua đào tạo.
    • Phương pháp thị hiếu (Hedonic): Thang đo 9 bậc (từ 1: Cực kỳ không thích đến 9: Cực kỳ thích) với hội đồng 30 người tiêu dùng (độ tuổi 18–25).
    • Xử lý thống kê: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2016 và Minitab 16; phân tích phương sai ANOVA và so sánh giá trị trung bình bằng phép thử Tukey ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$ (độ tin cậy 95%).

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần thứ nhất: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ nhu cầu thực phẩm chức năng bảo vệ sức khỏe và tiềm năng chế biến sữa chua từ nguyên liệu sữa dê. Phần này xác định mục đích nghiên cứu là khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung L. plantarum đến chất lượng sữa chua dê và cụ thể hóa thành 2 yêu cầu kỹ thuật về xác định tỷ lệ tiếp giống và đánh giá sự biến đổi hóa lý, cảm quan trong 14 ngày bảo quản lạnh.

Phần thứ hai: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng hợp các cơ sở lý luận chuyên ngành:

  • Định nghĩa, phân loại sữa chua (dạng động, dạng tĩnh, dạng uống) và thành phần hóa học của sữa chua (nước $88,7\text{g}$, năng lượng $61,0\text{kcal}$, protein $3,3\text{g}$, lipid $3,7\text{g}$, glucid $3,6\text{g}$, calci $120\text{mg}$ trong $100\text{g}$ sản phẩm).
  • Yêu cầu kỹ thuật đối với sữa nguyên liệu (hàm lượng vi sinh vật thấp, không chứa thực khuẩn thể bacteriophage, không tồn dư kháng sinh hay hóa chất sát khuẩn).
  • Đặc điểm của các vi sinh vật lên men truyền thống (L. bulgaricus, S. thermophilus) và vai trò sinh học của chi Lactobacillus.
  • Định nghĩa, cơ chế tác động của probiotic đối với hệ tiêu hóa và tổng quan các hướng ứng dụng probiotic trong công nghệ thực phẩm, y học, chăn nuôi, thủy sản và nông nghiệp.

Phần thứ ba: Vật liệu - Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương mô tả chi tiết nguồn gốc nguyên vật liệu, thành phần môi trường MRS, trang thiết bị thí nghiệm và sơ đồ bố trí nghiên cứu gồm 6 công thức tiếp giống:

Ký hiệu công thức Chủng vi sinh vật tiếp giống Tỷ lệ tiếp giống (% thể tích dịch sữa)
CT1 Lactobacillus plantarum L.22 0,1%
CT2 Lactobacillus plantarum L.22 0,2%
CT3 Lactobacillus plantarum L.22 0,3%
CT4 Lactobacillus plantarum L.12 0,1%
CT5 Lactobacillus plantarum L.12 0,2%
CT6 Lactobacillus plantarum L.12 0,3%

Quy trình sản xuất mẫu sữa chua dê và các công thức tính toán độ acid, tỷ lệ giữ nước, mật độ vi sinh vật sống cùng tiêu chuẩn đánh giá cảm quan được chuẩn hóa chi tiết.

Phần thứ tư: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này công bố và thảo luận các kết quả thực nghiệm thu được:

  • Khảo sát tỷ lệ tiếp giống: Ở tỷ lệ 0,2% (CT2 và CT5), mật độ vi khuẩn probiotic duy trì ổn định nhất sau 14 ngày bảo quản, đạt yêu cầu tối thiểu $> 6 - 7\log\text{ CFU/ml}$. Điểm cảm quan theo TCVN 3215-79 của CT2 và CT5 đạt cao nhất (ngày 1 đạt 18,60 và 18,95 điểm; ngày 14 đạt 16,65 và 17,15 điểm). Do đó, tỷ lệ tiếp giống 0,2% được lựa chọn cho các khảo sát chuyên sâu tiếp theo.
  • Biến đổi pH trong quá trình bảo quản: Giá trị pH của các mẫu giảm dần trong 14 ngày bảo quản do hoạt động chuyển hóa lactose thành acid lactic của enzyme lactate dehydrogenase. Mẫu CT5 duy trì dải pH thích hợp ($4,2 - 4,5$), trong khi mẫu CT2 giảm sâu xuống mức $3,85$ sau 14 ngày, gây vị chua gắt.
  • Biến đổi độ acid: Độ acid tăng dần theo thời gian bảo quản ở cả 2 công thức. Sau 14 ngày, độ acid của CT2 đạt $9,19\text{ mmol/100g}$ (tương đương $91,9^\circ\text{T}$) và CT5 đạt $8,70\text{ mmol/100g}$ (tương đương $87,0^\circ\text{T}$), đều nằm trong giới hạn quy định của TCVN 7030:2002 đối với sữa chua ($75 - 140^\circ\text{T}$).
  • Khả năng giữ nước (WHC): Khả năng giữ nước giảm dần theo thời gian bảo quản, xuất hiện hiện tượng tách huyết thanh (whey separation). Công thức CT5 thể hiện khả năng liên kết gel tốt hơn hẳn CT2 (ngày 0 đạt $82,56%$, ngày 14 duy trì ở mức $57,54%$).
  • Đánh giá cảm quan theo thang điểm Hedonic: Điểm đánh giá cảm quan thị hiếu của mẫu CT5 sau 1 ngày và 14 ngày bảo quản đều vượt trội so với mẫu CT2 trên tất cả các chỉ tiêu màu sắc, mùi, vị và trạng thái cấu trúc.
Chỉ tiêu cảm quan CT2 sau 1 ngày CT2 sau 14 ngày CT5 sau 1 ngày CT5 sau 14 ngày
Màu sắc $6,90 \pm 0,66$ $6,37 \pm 0,85$ $6,97 \pm 0,67$ $6,47 \pm 0,82$
Mùi $6,73 \pm 0,69$ $5,93 \pm 0,83$ $6,83 \pm 0,65$ $6,17 \pm 0,79$
Vị $6,67 \pm 0,71$ $5,80 \pm 0,85$ $6,77 \pm 0,68$ $6,23 \pm 0,82$
Trạng thái $6,67 \pm 0,66$ $6,10 \pm 0,76$ $6,80 \pm 0,66$ $6,10 \pm 0,76$

Phần thứ năm: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các thông số kỹ thuật tối ưu và đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng nhằm hoàn thiện quy trình công nghệ ở quy mô lớn hơn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác định được tỷ lệ tiếp giống tối ưu của vi khuẩn probiotic L. plantarum vào sữa dê là 0,2% (thể tích/thể tích).
  • Chủng L. plantarum L.12 tiếp giống ở tỷ lệ 0,2% (CT5) đem lại chất lượng sản phẩm tốt nhất sau 14 ngày bảo quản lạnh ở $4 - 6^\circ\text{C}$:
    • Mật độ vi khuẩn probiotic sống sót duy trì ổn định ở mức $> 10^7\text{ CFU/ml}$, đáp ứng khuyến cáo của FAO/WHO và các tiêu chuẩn quốc tế về thực phẩm probiotic.
    • Giá trị pH nằm trong ngưỡng chuẩn từ $4,2$ đến $4,5$, không bị chua quá mức.
    • Độ acid đạt $8,70\text{ mmol/100g}$ ($87,0^\circ\text{T}$), nằm trong khung tiêu chuẩn TCVN 7030:2002 ($75 - 140^\circ\text{T}$).
    • Khả năng giữ nước đạt $57,54%$ sau 14 ngày, hạn chế hiện tượng tách nước tốt hơn so với chủng L.22.
    • Điểm cảm quan thị hiếu đạt mức ưa thích ($> 6,10$ điểm trên thang Hedonic 9 bậc).

Giải pháp và đề xuất của tác giả

  • Ứng dụng chủng L. plantarum L.12 với tỷ lệ tiếp giống 0,2% trong quy trình lên men sữa chua dê quy mô phòng thí nghiệm.
  • Kiểm soát chặt chẽ chế độ bảo quản lạnh ở nhiệt độ $4 - 6^\circ\text{C}$ để hạn chế tốc độ hậu lên men và hiện tượng tách pha huyết thanh sữa.

Đóng góp khoa học

Khóa luận đã bước đầu cung cấp dẫn liệu thực nghiệm về khả năng sinh trưởng, khả năng sống sót và tác động của chủng Lactobacillus plantarum có nguồn gốc bản địa khi lên men trên cơ chất sữa dê tươi tại Việt Nam – một đối tượng cơ chất còn ít được công bố so với cơ chất sữa bò truyền thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở phạm vi khảo sát quy mô phòng thí nghiệm với thời gian theo dõi bảo quản trong vòng 14 ngày; chưa phân tích sâu thành phần dinh dưỡng chi tiết và sự biến đổi các hợp chất bay hơi tạo hương sau lên men.
  • Hướng nghiên cứu tiếp (theo đề xuất của tác giả):
    • Kéo dài thời gian bảo quản lạnh (vượt quá 14 ngày) để theo dõi động học suy giảm vi sinh vật và độ ổn định cấu trúc sản phẩm.
    • Bổ sung phân tích các chỉ tiêu hóa lý, dinh dưỡng chuyên sâu của sữa chua dê thành phẩm.
    • Thử nghiệm kết hợp chủng L. plantarum với các chủng vi khuẩn thương mại khởi động (Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus) để tối ưu hóa thời gian lên men và hương vị sản phẩm.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên cao học ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học và Kỹ thuật chế biến sản phẩm chăn nuôi; các nghiên cứu viên phát triển sản phẩm thực phẩm lên men chức năng chứa probiotic.
  • Nội dung giá trị: Quy trình phân lập, làm thuần và nhân sinh khối L. plantarum; phương pháp bố trí thí nghiệm đánh giá đồng thời các chỉ tiêu hóa lý (pH, độ acid chuẩn độ, khả năng giữ nước ly tâm) và phương pháp đánh giá cảm quan kết hợp theo TCVN 3215-79 và thang thị hiếu Hedonic.

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ tiếp giống vi khuẩn L. plantarum nào được xác định là tối ưu cho sữa chua dê?
Tỷ lệ tiếp giống 0,2% (thể tích/thể tích) được chứng minh là tối ưu cho cả hai chủng nghiên cứu (L.22 và L.12). Ở tỷ lệ này, mật độ tế bào vi khuẩn probiotic duy trì ổn định nhất sau 14 ngày bảo quản lạnh, đồng thời sản phẩm đạt điểm số cảm quan cao nhất.

2. Sự khác biệt về chất lượng sản phẩm giữa hai chủng L.22 và L.12 sau 14 ngày bảo quản là gì?
Chủng L.12 (công thức CT5) cho chất lượng vượt trội so với chủng L.22 (công thức CT2):

  • Về pH: Mẫu L.12 duy trì pH ở mức $4,2 - 4,5$ (đạt chuẩn thương phẩm), trong khi mẫu L.22 giảm sâu xuống $3,85$ gây chua gắt.
  • Về cấu trúc: Mẫu L.12 có khả năng giữ nước cao hơn ($57,54%$ so với mẫu L.22 bị tách nước nhiều).
  • Về cảm quan: Mẫu L.12 đạt điểm thị hiếu cao hơn ở tất cả các chỉ tiêu màu, mùi, vị và trạng thái.

3. Độ acid của sữa chua dê trong nghiên cứu có đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia không?
Có. Độ acid của các mẫu sữa chua dê sau 14 ngày bảo quản dao động từ $77,1^\circ\text{T}$ đến $91,9^\circ\text{T}$ ($8,70 - 9,19\text{ mmol/100g}$), hoàn toàn nằm trong dải quy định từ $75^\circ\text{T}$ đến $140^\circ\text{T}$ theo TCVN 7030:2002 về sản phẩm sữa chua.

4. Phương pháp xác định khả năng giữ nước (WHC) của sữa chua được thực hiện như thế nào?
Mẫu sữa chua ($2\text{g} \pm 0,1\text{g}$) được đưa vào ống ly tâm và tiến hành ly tâm với tốc độ $3000\text{ vòng/phút}$ trong thời gian 10 phút ở nhiệt độ $6^\circ\text{C}$. Sau khi loại bỏ phần nước tách ra, khối lượng còn lại được cân để tính phần trăm giữ nước theo công thức: $$%X = \frac{G_1 - G_2}{G} \times 100$$ (Trong đó: $G_1$ là khối lượng ống và mẫu sau tách nước, $G_2$ là khối lượng ống ly tâm, $G$ là khối lượng mẫu ban đầu).

5. Mật độ tế bào sống của vi khuẩn probiotic sau 14 ngày bảo quản đạt mức bao nhiêu?
Sau 14 ngày bảo quản lạnh ở nhiệt độ $4 - 6^\circ\text{C}$, mật độ vi khuẩn L. plantarum ở công thức tối ưu (bổ sung 0,2%) vẫn duy trì được mức mật số trên $10^7\text{ CFU/ml}$ (đạt ngưỡng $> 6 - 7\log\text{ CFU/ml}$), đảm bảo hoạt tính sinh học theo khuyến cáo quốc tế của FAO/WHO đối với sản phẩm probiotic.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Hoàng Thị Huệ đã nghiên cứu thực nghiệm thành công việc ứng dụng vi khuẩn probiotic Lactobacillus plantarum trong chế biến sữa chua dê. Kết quả khẳng định chủng L. plantarum L.12 với tỷ lệ tiếp giống 0,2% tạo ra sản phẩm có cấu trúc gel ổn định, độ chua và pH đạt tiêu chuẩn, khả năng giữ nước tốt và duy trì mật độ vi khuẩn có lợi sau 14 ngày bảo quản lạnh. Công trình đóng góp dẫn liệu kỹ thuật có giá trị cho việc phát triển các dòng sản phẩm sữa dê lên men chức năng giàu probiotic.