Tổng quan nghiên cứu

Sữa chua probiotic là sản phẩm lên men từ sữa chứa các vi sinh vật có lợi như Bifidobacterium longum, Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus, giúp cân bằng hệ vi sinh đường ruột và tăng cường sức khỏe người tiêu dùng. Tuy nhiên, hạn sử dụng ngắn (1-2 ngày ở nhiệt độ phòng và 5-7 ngày ở 7°C) gây khó khăn trong bảo quản và vận chuyển, làm tăng chi phí sản xuất và hạn chế khả năng thương mại hóa. Việc tạo ra sản phẩm bột sữa chua probiotic bằng phương pháp sấy phun nhằm kéo dài thời gian bảo quản, giảm chi phí và thuận tiện cho người tiêu dùng là một hướng đi thiết thực.

Luận văn tập trung nghiên cứu quy trình tạo sản phẩm bột sữa chua probiotic sử dụng vi khuẩn B. longum được vi gói bằng canxi-alginate nhằm bảo vệ vi khuẩn trong môi trường dạ dày và muối mật nhân tạo, đồng thời tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men, sấy phun và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 7/2011 đến tháng 7/2012 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển sản phẩm sữa chua probiotic dạng bột tại Việt Nam, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng, tăng thời gian sử dụng và mở rộng thị trường tiêu thụ sản phẩm probiotic. Sản phẩm bột sữa chua probiotic có thể duy trì mật độ vi khuẩn sống trên 10^6 CFU/g sau 6 tuần bảo quản ở 25°C, đáp ứng tiêu chuẩn sức khỏe và yêu cầu thị trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết probiotic: Probiotic được định nghĩa là vi sinh vật sống, khi sử dụng với số lượng thích hợp sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ. Bifidobacterium longum là chủng probiotic quan trọng, có khả năng tăng cường miễn dịch, giảm triệu chứng dị ứng lactose, ngăn ngừa tiêu chảy và ung thư đại tràng.

  • Mô hình vi gói bằng canxi-alginate: Kỹ thuật vi gói giúp bảo vệ vi khuẩn probiotic khỏi tác động của môi trường acid dạ dày và muối mật, duy trì sức sống trong quá trình lên men và bảo quản. Canxi-alginate tạo thành mạng lưới gel bao quanh tế bào vi khuẩn, tăng khả năng sống sót.

  • Quá trình lên men sữa chua probiotic hai giai đoạn: Giai đoạn 1 lên men với hỗn hợp giống khởi động ở 43°C trong 4 giờ; giai đoạn 2 bổ sung vi gói B. longum và lên men tiếp ở 37°C trong 2 giờ. Quá trình này tối ưu hóa sự phát triển của vi khuẩn probiotic và chất lượng sản phẩm.

  • Phương pháp sấy phun: Sấy phun là kỹ thuật làm bay hơi nước nhanh chóng từ dịch sữa chua lên men, tạo thành bột với kích thước hạt đồng đều, giữ được hoạt tính vi khuẩn và các thành phần dinh dưỡng. Các thông số như nhiệt độ đầu vào (90-100°C), nhiệt độ đầu ra (40-45°C), áp suất phun (2 kg/cm²) và tỷ lệ maltodextrin/dịch sữa chua (15%) được tối ưu để đạt hiệu suất thu hồi >85% và độ ẩm ~8%.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng sữa tươi tiệt trùng bổ sung 12% đường saccharose làm nguyên liệu; chủng vi sinh vật gồm Bifidobacterium longum, Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus được cung cấp bởi Bộ môn Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM.

  • Phương pháp vi gói: Vi khuẩn B. longum được vi gói bằng canxi-alginate với các nồng độ alginate 2%, 2.5% và 3%. Dung dịch vi khuẩn trộn với natri-alginate, đồng hóa trong dầu thực vật, tạo hạt gel trong dung dịch CaCl₂ 0.1M, sau đó rửa và bảo quản ở 4°C.

  • Quy trình lên men: Lên men hai giai đoạn với tỉ lệ giống khởi động 2% (5x10^8 CFU/ml) ở 43°C trong 4 giờ, sau đó bổ sung 2g vi gói probiotic/100ml sữa và lên men tiếp 2 giờ ở 37°C.

  • Sấy phun: Sử dụng máy sấy phun Mini Spray Dryer với các thông số tối ưu: áp suất phun 2 kg/cm², nhiệt độ đầu vào 90-100°C, nhiệt độ đầu ra 40-45°C, lưu lượng dịch phun 2 cm³/s, tỷ lệ maltodextrin/dịch sữa chua 15%.

  • Phân tích và đánh giá: Đo kích thước hạt vi gói bằng kính hiển vi điện tử, xác định hiệu suất vi gói, mật độ vi khuẩn sống (CFU/ml), pH sản phẩm, độ ẩm bột, và theo dõi mật độ vi khuẩn sống trong quá trình bảo quản 6 tuần ở 25°C.

  • Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu thực hiện trong 12 tháng, với các bước khảo sát nồng độ alginate, tối ưu lên men, sấy phun và đánh giá chất lượng sản phẩm. Mỗi thí nghiệm được lặp lại ít nhất 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Kích thước và hiệu suất vi gói: Hạt vi gói canxi-alginate có kích thước dao động từ 100 nm đến 400 nm. Hiệu suất vi gói đạt trên 96% ở nồng độ alginate 2% và 2.5%, cao hơn so với 3%. Điều này cho thấy nồng độ alginate vừa phải giúp tạo màng gel chắc chắn, bảo vệ vi khuẩn hiệu quả.

  2. Khả năng sống sót của B. longum trong môi trường nhân tạo: Vi khuẩn vi gói ở nồng độ alginate 2% và 2.5% duy trì mật độ sống sót cao hơn sau 2 giờ ủ trong dịch dạ dày (pH=2) và muối mật nhân tạo so với dạng tự do, với tỷ lệ sống sót tăng khoảng 20-30%.

  3. Quá trình lên men sữa chua probiotic: Lên men hai giai đoạn với vi gói probiotic cho kết quả pH giảm từ 6.5 xuống 4.5 trong 6 giờ, tương đương với lên men bằng vi khuẩn tự do. Mật độ B. longum trong sản phẩm lên men đạt khoảng 5x10^8 CFU/ml, đảm bảo tiêu chuẩn probiotic.

  4. Chất lượng bột sữa chua sau sấy phun: Sản phẩm bột có độ ẩm khoảng 8%, độ am (độ axit) đạt 8, hiệu suất thu hồi sản phẩm trên 85%. Sau 6 tuần bảo quản ở 25°C, mật độ B. longum sống sót vẫn duy trì ở mức 10^6 CFU/g, chứng tỏ khả năng bảo quản tốt của sản phẩm bột.

Thảo luận kết quả

Việc sử dụng canxi-alginate làm chất mang vi gói đã cải thiện đáng kể khả năng sống sót của B. longum trong môi trường acid và muối mật, phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy vi gói giúp bảo vệ probiotic khỏi tác động tiêu cực của hệ tiêu hóa. Kích thước hạt vi gói nhỏ và đồng đều giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, hỗ trợ quá trình lên men và bảo vệ vi khuẩn.

Quá trình lên men hai giai đoạn tối ưu hóa sự phát triển của vi khuẩn probiotic, đồng thời duy trì các đặc tính cảm quan và dinh dưỡng của sữa chua. So với các nghiên cứu khác, mật độ vi khuẩn probiotic trong sản phẩm đạt mức cao, đảm bảo hiệu quả sức khỏe.

Sấy phun với các thông số tối ưu giúp tạo ra sản phẩm bột có chất lượng cao, giữ được hoạt tính vi khuẩn và các thành phần dinh dưỡng. Mật độ vi khuẩn sống sót sau bảo quản dài hạn ở nhiệt độ phòng cho thấy sản phẩm có tiềm năng thương mại hóa rộng rãi mà không cần bảo quản lạnh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự thay đổi mật độ vi khuẩn sống sót theo thời gian bảo quản, bảng so sánh hiệu suất vi gói ở các nồng độ alginate khác nhau và biểu đồ pH trong quá trình lên men.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ vi gói canxi-alginate 2-2.5% để bảo vệ vi khuẩn probiotic trong sản xuất sữa chua probiotic dạng bột, nhằm tăng khả năng sống sót và chất lượng sản phẩm. Thời gian triển khai: 6 tháng; chủ thể: các nhà sản xuất thực phẩm chức năng.

  2. Tối ưu quy trình lên men hai giai đoạn với tỉ lệ giống 2% và nhiệt độ 43°C - 37°C để đảm bảo mật độ vi khuẩn probiotic cao và chất lượng sản phẩm ổn định. Thời gian: 3 tháng; chủ thể: phòng thí nghiệm và nhà máy sản xuất.

  3. Sử dụng phương pháp sấy phun với thông số nhiệt độ đầu vào 90-100°C, đầu ra 40-45°C, áp suất phun 2 kg/cm² và tỷ lệ maltodextrin 15% để tạo bột sữa chua probiotic có độ ẩm và độ am phù hợp, giữ được hoạt tính vi khuẩn. Thời gian: 4 tháng; chủ thể: kỹ thuật viên sản xuất.

  4. Xây dựng quy trình bảo quản sản phẩm bột probiotic ở nhiệt độ phòng (25°C) với thời gian bảo quản tối thiểu 6 tuần mà vẫn duy trì mật độ vi khuẩn sống trên 10^6 CFU/g, giúp giảm chi phí bảo quản lạnh. Thời gian: liên tục; chủ thể: bộ phận quản lý chất lượng.

  5. Khuyến khích nghiên cứu bổ sung các chất hỗ trợ như prebiotic, protein sữa whey để tăng cường sức sống của probiotic trong sản phẩm bột, nâng cao giá trị dinh dưỡng và tác dụng sức khỏe. Thời gian: 12 tháng; chủ thể: viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp thực nghiệm chi tiết về vi gói probiotic và sấy phun sản phẩm sữa chua probiotic dạng bột.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và sữa chua probiotic: Áp dụng quy trình tối ưu để phát triển sản phẩm bột probiotic có chất lượng cao, tăng thời gian bảo quản và mở rộng thị trường tiêu thụ.

  3. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Tham khảo các tiêu chuẩn về mật độ vi khuẩn probiotic, quy trình sản xuất và bảo quản sản phẩm probiotic để xây dựng quy định phù hợp.

  4. Người tiêu dùng và chuyên gia dinh dưỡng: Hiểu rõ lợi ích sức khỏe của sản phẩm sữa chua probiotic dạng bột, cách bảo quản và sử dụng hiệu quả để nâng cao sức khỏe đường ruột.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi khuẩn Bifidobacterium longum có vai trò gì trong sữa chua probiotic?
    B. longum giúp cân bằng hệ vi sinh đường ruột, tăng cường miễn dịch, giảm triệu chứng dị ứng lactose và ngăn ngừa tiêu chảy. Nghiên cứu cho thấy vi khuẩn này còn có tác dụng chống ung thư đại tràng và giảm cholesterol máu.

  2. Tại sao cần vi gói probiotic bằng canxi-alginate?
    Vi gói giúp bảo vệ vi khuẩn khỏi môi trường acid dạ dày và muối mật, tăng khả năng sống sót trong quá trình lên men, sấy phun và bảo quản, từ đó đảm bảo hiệu quả sức khỏe khi tiêu thụ sản phẩm.

  3. Quy trình lên men hai giai đoạn có ưu điểm gì?
    Quy trình này tối ưu hóa sự phát triển của vi khuẩn probiotic, duy trì mật độ vi khuẩn cao và chất lượng sản phẩm ổn định, đồng thời giảm thời gian lên men so với phương pháp truyền thống.

  4. Sấy phun ảnh hưởng thế nào đến chất lượng probiotic?
    Sấy phun giúp tạo bột sữa chua probiotic có kích thước hạt đồng đều, độ ẩm thấp, giữ được hoạt tính vi khuẩn và các thành phần dinh dưỡng. Tuy nhiên, nhiệt độ sấy cần được kiểm soát để tránh làm giảm sức sống của vi khuẩn.

  5. Sản phẩm bột sữa chua probiotic có thể bảo quản trong bao lâu?
    Theo nghiên cứu, sản phẩm bột có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng (25°C) trong ít nhất 6 tuần mà vẫn duy trì mật độ vi khuẩn sống trên 10^6 CFU/g, giúp giảm chi phí bảo quản lạnh và thuận tiện cho vận chuyển.

Kết luận

  • Đã phát triển thành công quy trình vi gói Bifidobacterium longum bằng canxi-alginate với kích thước hạt 100-400 nm và hiệu suất vi gói >96%.
  • Quá trình lên men sữa chua probiotic hai giai đoạn tối ưu giúp duy trì mật độ vi khuẩn probiotic cao (~5x10^8 CFU/ml) và chất lượng sản phẩm ổn định.
  • Phương pháp sấy phun với các thông số tối ưu tạo ra sản phẩm bột sữa chua probiotic có độ ẩm ~8%, hiệu suất thu hồi >85%, và mật độ vi khuẩn sống sót trên 10^6 CFU/g sau 6 tuần bảo quản ở 25°C.
  • Sản phẩm bột sữa chua probiotic có tiềm năng thương mại hóa cao, giúp kéo dài thời gian sử dụng, giảm chi phí bảo quản và mở rộng thị trường tiêu thụ.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu bổ sung prebiotic và protein sữa whey để nâng cao sức sống và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

Hành động tiếp theo: Triển khai quy trình sản xuất quy mô pilot, đánh giá cảm quan và hiệu quả sức khỏe sản phẩm, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng các chất hỗ trợ tăng cường probiotic.

Khuyến khích các nhà sản xuất và nghiên cứu tiếp cận công nghệ vi gói và sấy phun để phát triển sản phẩm probiotic dạng bột chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường và sức khỏe cộng đồng.