Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia tiêu thụ sữa đậu nành lớn trên thế giới với khoảng 613 triệu lít/năm, đứng thứ 3 toàn cầu về sản lượng tiêu thụ và thứ 7 về bình quân đầu người với 6,8 lít/người/năm. Nhà máy Vinasoy Bắc Ninh, đơn vị sản xuất sữa đậu nành hàng đầu, tiêu thụ trung bình 28 tấn đậu nành mỗi ngày và tạo ra khoảng 34 – 35 tấn bã đậu nành, tương đương khoảng 12.000 tấn mỗi năm. Bã đậu nành là phụ phẩm giàu dinh dưỡng với 40 – 60% carbohydrate chủ yếu là chất xơ không hòa tan, 20 – 30% protein và 10 – 20% lipid trên cơ sở chất khô. Tuy nhiên, phần lớn bã đậu nành hiện nay chỉ được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón, gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường.

Nghiên cứu tập trung vào việc tận dụng bã đậu nành thông qua quá trình lên men sinh học bằng hai chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae 7012 và Saccharomyces boulardii CNCM I-745 nhằm tạo ra đồ uống lên men giàu probiotic, cải thiện hương vị, cấu trúc và tăng hàm lượng các hợp chất chống oxy hóa. Mục tiêu chính là xác định điều kiện lên men tối ưu để phát triển sản phẩm đồ uống từ dịch thủy phân bã đậu nành, đồng thời khảo sát khả năng bảo quản sản phẩm. Nghiên cứu có phạm vi thực hiện tại nhà máy Vinasoy Bắc Ninh và phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Đại học Bách Khoa Hà Nội trong năm 2022-2023.

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị kinh tế của phụ phẩm ngành chế biến sữa đậu nành, đồng thời phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng, đặc biệt là hỗ trợ cải thiện hệ tiêu hóa nhờ probiotic. Đây cũng là giải pháp thân thiện môi trường, giảm thiểu lượng chất thải công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết lên men sinh học: Quá trình chuyển hóa carbohydrate và protein trong bã đậu nành thành các sản phẩm có giá trị như axit amin, peptide, polyphenol và các hợp chất chống oxy hóa thông qua hoạt động enzyme của nấm men.
  • Mô hình đồng lên men vi sinh vật: Sự phối hợp giữa hai chủng nấm men S. cerevisiae 7012 và S. boulardii CNCM I-745 nhằm tối ưu hóa sinh trưởng, phát triển và tạo ra sản phẩm probiotic có chất lượng cao.
  • Khái niệm probiotic và tác động sinh học: S. boulardii CNCM I-745 là chủng nấm men probiotic có khả năng sống sót trong môi trường dạ dày, hỗ trợ cân bằng hệ vi sinh đường ruột, tăng cường miễn dịch và cải thiện sức khỏe tiêu hóa.
  • Khái niệm biến đổi sinh học phụ phẩm: Sử dụng enzyme protease và carbohydrase để thủy phân bã đậu nành, làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng hòa tan và cải thiện khả năng lên men.
  • Tiêu chí chất lượng sản phẩm lên men: Bao gồm mật độ tế bào probiotic, nồng độ rượu, hàm lượng axit amin, polyphenol, hoạt tính chống oxy hóa và cảm quan sản phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Bã đậu nành thu nhận từ nhà máy sữa đậu nành Vinasoy Bắc Ninh, hai chủng nấm men S. cerevisiae 7012 và S. boulardii CNCM I-745 được lấy từ bộ sưu tập chủng giống và thuốc Bioflora.
  • Phương pháp thủy phân: Sử dụng ba chế phẩm enzyme Alcalase® 2.4L (protease), Viscozyme® L và Pectinex® Ultra SP-L (carbohydrase) để thủy phân bã đậu nành nhằm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng hòa tan.
  • Phương pháp lên men: Đồng lên men dịch thủy phân bã đậu nành với hai chủng nấm men, khảo sát các điều kiện lên men gồm nhiệt độ (25, 30, 35, 37°C), pH (4, 4.2, 4.5, 5), hàm lượng đường saccharose bổ sung (0-3%), tỷ lệ nấm men ban đầu và thời gian lên men (12-72 giờ).
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi thí nghiệm được thực hiện với ít nhất 3 lần lặp lại để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.
  • Phân tích dữ liệu: Sử dụng các phương pháp hóa lý (đo pH, độ chua, độ rượu, hàm lượng protein, axit amin, đường, polyphenol, hoạt tính chống oxy hóa) và vi sinh (mật độ tế bào nấm men, vi sinh vật tổng số). Đánh giá cảm quan sản phẩm bằng phương pháp thử thị hiếu với thang điểm 9.
  • Timeline nghiên cứu: Tiền xử lý và thủy phân bã đậu nành, lên men thử nghiệm các điều kiện trong vòng 6 tháng, đánh giá chất lượng sản phẩm và khảo sát bảo quản trong 6 tuần ở các nhiệt độ khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng sinh trưởng và lên men của tổ hợp hai chủng nấm men: Hai chủng S. cerevisiae 7012 và S. boulardii CNCM I-745 có khả năng sinh trưởng tốt trên dịch thủy phân bã đậu nành, mật độ tế bào probiotic S. boulardii đạt 2.10^7 tế bào/ml sau 48 giờ lên men. Lượng CO2 thoát ra và mật độ tế bào tăng đều theo thời gian, chứng tỏ quá trình lên men hiệu quả.

  2. Điều kiện lên men tối ưu: Nhiệt độ 30°C, pH 4,2, bổ sung 1% đường saccharose, tỷ lệ nấm men S. boulardii và S. cerevisiae là 10^6 : 10^6 tế bào/ml, thời gian lên men 48 giờ cho kết quả tốt nhất về mật độ vi sinh, hàm lượng axit amin-peptit (430 mg/100ml), polyphenol (30 mg GAE/100ml), hoạt tính chống oxy hóa (1,85 mg AAE/100ml) và nồng độ rượu thấp (1%).

  3. Chất lượng cảm quan sản phẩm: Điểm cảm quan của sản phẩm lên men nằm trong khoảng 4,3 – 6,0 trên thang điểm 9, thể hiện mùi thơm hài hòa, vị chua ngọt nhẹ, màu sắc trắng đục phù hợp với đồ uống lên men.

  4. Khả năng bảo quản: Sản phẩm có thể bảo quản ở 4°C trong ít nhất 6 tuần mà mật độ nấm men probiotic vẫn duy trì trên mức 10^7 tế bào/ml, không xuất hiện mùi vị hay màu sắc bất thường, đảm bảo chất lượng và an toàn vi sinh.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc đồng lên men hai chủng nấm men S. cerevisiae 7012 và S. boulardii CNCM I-745 trên dịch thủy phân bã đậu nành là khả thi và hiệu quả. Nhiệt độ 30°C và pH 4,2 là điều kiện lý tưởng giúp nấm men phát triển tối ưu, đồng thời hạn chế sự phát triển của tạp khuẩn. Việc bổ sung 1% đường saccharose cung cấp nguồn carbon cần thiết cho quá trình lên men, tăng sinh khối và sản xuất các hợp chất có lợi.

Sản phẩm thu được có hàm lượng các hợp chất chống oxy hóa và polyphenol cao hơn so với dịch trước lên men, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về lợi ích của lên men trong việc tăng giá trị dinh dưỡng và cải thiện hương vị phụ phẩm đậu nành. Nồng độ rượu thấp dưới 1% đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng và phù hợp với tiêu chí đồ uống lên men probiotic.

Khả năng bảo quản ở 4°C trong 6 tuần giúp sản phẩm có thể lưu trữ và phân phối rộng rãi, đáp ứng nhu cầu thị trường. So sánh với các nghiên cứu khác, việc sử dụng nấm men probiotic thay vì vi khuẩn probiotic truyền thống mang lại ưu điểm về khả năng sống sót trong môi trường axit và tạo hương vị đặc trưng, đồng thời giảm vị chua quá mức.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tăng trưởng tế bào nấm men theo thời gian, bảng so sánh hàm lượng các chỉ tiêu dinh dưỡng trước và sau lên men, cũng như biểu đồ đánh giá cảm quan sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng công nghệ lên men đồng chủng nấm men: Khuyến nghị các nhà sản xuất thực phẩm tận dụng quy trình lên men với hai chủng nấm men S. cerevisiae 7012 và S. boulardii CNCM I-745 để phát triển sản phẩm đồ uống probiotic từ bã đậu nành, nhằm tăng giá trị phụ phẩm và đa dạng hóa sản phẩm.

  2. Tối ưu hóa điều kiện lên men: Áp dụng nhiệt độ 30°C, pH 4,2, bổ sung 1% đường saccharose, tỷ lệ nấm men 10^6 : 10^6 tế bào/ml và thời gian lên men 48 giờ để đạt hiệu suất cao nhất về chất lượng và hàm lượng probiotic.

  3. Phát triển hệ thống bảo quản lạnh: Đầu tư hệ thống bảo quản sản phẩm ở 4°C để duy trì chất lượng và kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm lên đến 6 tuần, đảm bảo an toàn vi sinh và giữ nguyên các đặc tính dinh dưỡng.

  4. Nâng cao nhận thức và đào tạo kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật và nhà sản xuất về quy trình lên men, kiểm soát chất lượng và bảo quản sản phẩm để đảm bảo hiệu quả và tính bền vững của công nghệ.

  5. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng: Đề xuất nghiên cứu tiếp tục về việc kết hợp các chủng nấm men probiotic khác hoặc phối hợp với vi khuẩn probiotic để nâng cao giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của sản phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm chi tiết về lên men phụ phẩm đậu nành, giúp mở rộng kiến thức và phát triển đề tài nghiên cứu liên quan.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và đồ uống probiotic: Thông tin về quy trình lên men, điều kiện tối ưu và đánh giá chất lượng sản phẩm giúp doanh nghiệp ứng dụng công nghệ mới, nâng cao giá trị sản phẩm và đa dạng hóa thị trường.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển ngành công nghiệp thực phẩm: Cung cấp dữ liệu khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển sản phẩm từ phụ phẩm, thúc đẩy kinh tế tuần hoàn và bảo vệ môi trường.

  4. Người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe và dinh dưỡng: Hiểu rõ về lợi ích của sản phẩm đồ uống lên men từ bã đậu nành chứa probiotic, góp phần lựa chọn sản phẩm phù hợp cho chế độ ăn uống lành mạnh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn hai chủng nấm men S. cerevisiae 7012 và S. boulardii CNCM I-745 để lên men?
    Hai chủng này được lựa chọn vì S. cerevisiae 7012 có khả năng lên men sinh hương tốt, còn S. boulardii CNCM I-745 là nấm men probiotic được công nhận toàn cầu với khả năng sống sót cao trong môi trường axit và tác dụng có lợi cho đường ruột.

  2. Điều kiện lên men nào là tối ưu để tạo ra sản phẩm chất lượng?
    Nghiên cứu xác định nhiệt độ 30°C, pH 4,2, bổ sung 1% đường saccharose, tỷ lệ nấm men 10^6 : 10^6 tế bào/ml và thời gian lên men 48 giờ là điều kiện tối ưu cho quá trình lên men.

  3. Sản phẩm lên men có chứa bao nhiêu tế bào probiotic?
    Sản phẩm đạt mật độ nấm men probiotic S. boulardii khoảng 2.10^7 tế bào/ml, đảm bảo hiệu quả sinh học và lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng.

  4. Sản phẩm có thể bảo quản trong bao lâu và ở nhiệt độ nào?
    Sản phẩm có thể bảo quản ở 4°C trong ít nhất 6 tuần mà không giảm mật độ probiotic và giữ nguyên chất lượng cảm quan, phù hợp với yêu cầu lưu trữ và phân phối.

  5. Lên men có cải thiện hương vị và giá trị dinh dưỡng của bã đậu nành không?
    Quá trình lên men làm giảm mùi khó chịu của bã đậu nành, tạo ra các este thơm, tăng hàm lượng axit amin, polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa, từ đó nâng cao giá trị dinh dưỡng và cảm quan sản phẩm.

Kết luận

  • Đã xác định được điều kiện lên men tối ưu tạo đồ uống probiotic từ dịch thủy phân bã đậu nành với hai chủng nấm men S. cerevisiae 7012 và S. boulardii CNCM I-745.
  • Sản phẩm lên men có mật độ probiotic cao (2.10^7 tế bào/ml), nồng độ rượu thấp (1%), hàm lượng axit amin-peptit và polyphenol được cải thiện rõ rệt.
  • Sản phẩm có thể bảo quản ở 4°C trong ít nhất 6 tuần mà không giảm chất lượng vi sinh và cảm quan.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng từ phụ phẩm ngành chế biến sữa đậu nành, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao sức khỏe cộng đồng.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng về phối hợp các chủng probiotic và ứng dụng công nghệ lên men trong sản xuất thực phẩm bền vững.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên áp dụng và phát triển quy trình lên men này để tạo ra sản phẩm thương mại có giá trị cao, đồng thời thúc đẩy nghiên cứu sâu hơn về probiotic nấm men trong ngành công nghệ thực phẩm.