ĐẶT VẤN ĐỀ Xã hội phát triển con người càng quan tâm tới chất lượng cuộc sống, đặc biệt là chế độ dinh dưỡng trong khẩu phần ăn hàng ngày của mỗi gia đình. Việc chi tiêu cho sữa chiếm hơn 10% trong tổng chi tiêu cho thực phẩm tại Việt Nam (VIRAC, JSC, 2016). Sữa là một thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, giàu protein và các khoáng chất thiết yếu, tiện lợi khi sử dụng và đóng vai trò quan trọng trong chế độ dinh dưỡng của mọi lứa tuổi, đặc biệt là trẻ em và người già (Furlan et al. Trong sữa động vật phần lớn là đường lactose (β-D-galactopyranosyl-(1- 4)-α-D-glucopyranose, loại đường đôi gồm hai đơn phân glucose và galactose liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 glucoside).
Cơ thể muốn hấp thụ được thì ruột non phải tiết ra một loại enzyme là β-galactosidase có chức năng phân giải đường lactose thành đường đơn là glucose và galactose. Tuy nhiên, ở một số người, cơ thể thiếu β-galactosidase (hiện tượng bất dung nạp lactose) khiến đường lactose không được tiêu hóa, khi vào cơ thể vi khuẩn đường ruột sẽ chuyển hóa nó thành acid lactic và carbondioxide, khiến người sử dụng gặp các triệu trứng: đầy hơi, chướng bụng, nôn, tiêu chảy. Trên thế giới có khoảng 75% dân số không có khả năng dung nạp lactose, trong đó có khoảng 46% người trên 50 tuổi gặp tình trạng này. Nguyên nhân là do khả năng tổng hợp β-galactosidase bị mất dần sau một thời gian dài không sử dụng sữa (Nguyễn Văn Cách và cs.
Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng β-galactosidase để sản xuất các sản phẩm sữa cho những người không hấp thu đường lactose là rất cần thiết. Tất cả các sản phẩm sữa đều được sản xuất từ sữa tươi. Sữa sau khi vắt (sữa tươi) sẽ được bảo quản lạnh bằng các bồn hoặc xe chứa để vận chuyển từ nông trại về nhà máy chờ chế biến, đây cũng là thời gian lý tưởng để thực hiện quá trình phân giải lactose trong sữa bằng cách bổ sung enzyme β-galactosidase chịu lạnh, vì nó tiết kiệm được chi phí và thời gian trong quá trình chờ sữa về đến nhà máy. Khi về đến nhà máy hoặc trước khi đưa vào sản xuất đường lactose trong sữa đã được phân giải hết thành đường glucose và galactose, sẵn sàng cho quá trình chế biến tiếp theo để tạo ra các sản phẩm sữa không lactose.
β-galactosidase được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên, có thể ở thực vật, động vật hoặc vi sinh vật. Tuy nhiên nguồn thu nhận enzyme từ vi sinh vật được 1 c ứng dụng nhiều hơn cả, vì tốc độ sinh sản nhanh và sinh khối lớn. Mặt khác, môi trường dinh dưỡng lại rẻ tiền, dễ kiếm nên quy trình sản xuất chế phẩm enzyme khá dễ dàng, hiệu suất thu hồi cao và ít tốn kém (Đỗ Thị Bích Thủy, 2012). Enzyme β-galactosidase có thể được thu nhận từ nhiều nguồn vi sinh vật khác nhau: vi khuẩn (Bacillus subtilis, Lactococcus pneumonira, Lactobacilus delbrueckii.), nấm men (Cryptococcus laurentii, Candida pseudtropicalis,.) hay nấm mốc (Aspergillus awmori, Chaetomium globosum,.) (Davail et al.
Trong đó, vi khuẩn Bacillus và vi khuẩn lactic được sử dụng nhiều do có nhiều ưu điểm hơn các loài vi sinh vật khác bởi chúng là những sinh vật an toàn, dễ nuôi cấy và chịu được pH thấp. Hiện nay có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vi sinh vật sinh enzyme β-galactosidase tại Việt Nam và trên thế giới. Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu về các chủng vi khuẩn sinh enzyme β-galactosidase chịu lạnh để ứng dụng trong ngành công nghệ chế biến sữa. Vì vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu: Tuyển chọn, định tên vi khuẩn sinh β-galactosidase ưa lạnh, bước đầu nghiên cứu ứng dụng enzyme trong sản xuất sữa tươi tiệt trùng không lactose.
MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU 1. Mục đích Xác định được 1-2 chủng vi khuẩn mới có khả năng sinh β-galactosidase phân giải lactose ở nhiệt độ thấp. Yêu cầu - Tuyển chọn vi khuẩn sinh β-galactosidase. - Xác định ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự sinh trưởng và khả năng sinh tổng hợp β-galactosidase.
- Tuyển chọn vi khuẩn sinh β-galactosidase có hoạt độ cao ở nhiệt độ thấp. - Tinh sạch sơ bộ β-galactosidase. - Xác định đặc tính của enzyme sau khi tinh sạch sơ bộ. - Định tên vi khuẩn có khả năng sinh β-galactosidase ưa lạnh.
- Bước đầu đề xuất quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng không lactose sử dụng β-galactosidase ưa lạnh. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. TỔNG QUAN VỀ SỮA TƯƠI 2. Sữa tươi Sữa tươi nguyên liệu theo định nghĩa là sữa được lấy từ động vật cho sữa (bò, trâu, dê, cừu.) mà không bổ sung hoặc rút bớt các thành phần của sữa và chưa qua xử lý ở nhiệt độ cao hơn 40°C (Bộ Khoa học và Công nghệ, 2004).
Trong khi đó sữa tươi tiệt trùng lại được định nghĩa là sản phẩm được chế biến hoàn toàn từ sữa tươi nguyên liệu, có bổ sung đường, các loại nguyên liêu khác như các loại nước quả, cacao để tạo hương vị cho sản phẩm, có hoặc không bổ sung phụ gia thực phẩm, đã qua xử lý ở nhiệt độ cao (Bộ Khoa học và Công nghệ, 2009). Để chuẩn hoá nguyên liệu, có thể bổ sung sữa bột hoặc chất béo từ sữa nhưng không quá 1% tính theo khối lượng của sữa tươi nguyên liệu. Trong sữa có nhiều thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sức khỏe: Bảng 2. Thành phần dinh dưỡng của sữa bò tươi tính trên 100g Thành phần dinh dưỡng Đơn vị Hàm lượng Nước g 86,2 Năng lượng Kcal 74 Protein g 3,9 Lipid g 4,4 Glucid g 4,8 Lactose g 5,26 Calci mg 120 Nguồn: Bộ y tế (2007) Các thành phần chính trong sữa tươi gồm: protein, lipid, glucid, các vitamin, khoáng chất (canxi) và một lượng lớn đường lactose.
Các chất dinh dưỡng này cần thiết cho mọi lứa tuổi. Tuy nhiên một lượng lớn đường lactose trong sữa sẽ là trở ngại cho những người không dung nạp lactose. Hiện nay, sữa tươi tiệt trùng có thể được đựng trong hộp giấy, chai thủy tinh hoặc chai nhựa kín. Sản phẩm có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng, trong điều kiện không mở bao bì có thê bảo quản trong khoảng thời gian từ 6 – 8 tháng.
Tình hình sản xuất Ngành công nghiệp sản xuất, chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa của Việt Nam những năm gần đây có sự phát triển mạnh, đáp ứng nhu cầu trong nước, từng bước thay thế các mặt hàng sữa nhập khẩu và tham gia xuất khẩu với sự đa dạng về mẫu mã và chủng loại. Bên cạnh đó, ngành đã có nhiều đóng góp đáng kể vào ngân sách nhà nước, tạo nhiều việc làm cho người lao động, góp phần bảo đảm đời sống nhân dân. Do thuộc nhóm sản phẩm thiết yếu, nên dù trong những năm kinh doanh ảm đạm của các doanh nghiệp trong toàn bộ nền kinh tế, các doanh nghiệp ngành sữa vẫn giữ tăng trưởng mạnh với mức 2 con số. Từ năm 2001 – 2014, sản xuất sữa trong nước tăng trưởng 26,6%/năm, đạt 456400 tấn năm 2013, chỉ đủ đáp ứng 28% nhu cầu trong nước và đạt 549500 tấn vào năm 2014.
Hai mảng chính trong ngành sữa là sữa nước và sữa bột với tổng giá trị chiếm gần 3/4 giá trị thị trường, trong đó giá trị sữa nước chiếm 30%. Tính chung giai đoạn 2010-2015, sản lượng sản xuất sữa tươi tăng trung bình 16%/năm, từ mức 520,6 triệu lít năm 2010 lên 1093 triệu lít năm 2015. Theo Tổng Cục Thống kê, năm 2015 ngành sữa Việt Nam có sản lượng sản xuất các loại sữa cao nhất từ trước đến nay. Sản lượng sản xuất sữa giai đoạn 2010-2015 Nguồn: Tổng cục Thống kê (2015) 4 c Tháng 6/2016, sản lượng sữa tươi đạt 99,1 triệu lít; tăng 1,3% so với tháng 5 trước đó.
Tính chung 6 tháng đầu năm 2016, sản lượng sữa tươi ước đạt 553,1 triệu lít, tăng 4% so với cùng kỳ năm 2015. Đvt: triệu lít Hình 2. Sản lượng sữa tươi theo tháng năm 2015 và 6 tháng đầu năm 2016 Nguồn: Tổng cục Thống kê (2016) Trong phân khúc sữa nước, các công ty Việt Nam đang chiếm ưu thế với gần 50% thị phần. Bên cạnh đó, ưu thế về chi phí và thời gian bảo quản cũng đang giúp các công ty Việt Nam làm chủ thị trường trong nhiều nhóm sản phẩm liên quan đến sữa khác như sữa thanh trùng, sữa chua, sữa đặc có đường.
Đa số các sản phẩm sữa tại Việt Nam được sản xuất cho trẻ em dưới 3 tuổi và người cao tuổi, trong khi thị trường lớn cho sữa tiêu dùng hàng ngày hay sữa cho người trưởng thành chưa được đầu tư mạnh. Số lượng bò sữa tại Việt Nam tăng khá nhanh trong những năm gần đây. Theo Tổng cục thống kê, tính đến thời điểm 1/10/2015, Việt Nam có khoảng 257,3 nghìn con bò sữa, tăng 21% so với năm 2014. Tính trong giai đoạn 10 năm gần nhất (2006 – 2015), lượng bò sữa tăng trưởng trung bình hơn 11%/năm.
Quy mô đàn bò mở rộng là yếu tố tích cực thúc đẩy sản lượng sữa sản xuất tại Việt Nam có xu hướng tăng mạnh qua từng năm. 5 c Ngành sữa đang đẩy mạnh hiện đại hóa các trang trại bò sữa một cách nhanh chóng. Việt Nam cũng đề ra kế hoạch đáp ứng 60% nhu cầu trong nước đối với sữa tươi, tương ứng dự báo dân số tăng lên 113 triệu người vào năm 2045. Để đáp ứng mục tiêu này, đất nước cần phải phát triển số lượng bò sữa có khả năng sản xuất 5,65 triệu tấn sữa hàng năm.
Có khoảng 24000 hộ gia đình tham gia chuỗi sản xuất chăn nuôi phục vụ ngành sữa. Đây là một lực lượng rất quan trọng giúp ngành sữa Việt Nam phát triển bền vững. Bởi chăn nuôi hộ gia đình quy mô vừa phải sẽ đỡ phải chịu áp lực về môi trường như các trang trại quy mô tập trung quá lớn. Theo Hiệp hội Sữa Việt Nam, nếu không phát triển chăn nuôi hộ gia đình mà chỉ tập trung vào phát triển trang trại quy mô lớn sẽ gặp rất nhiều khó khăn: thiếu đất đai, nông dân mất đất sẽ gặp khó khăn trong cuộc sống mưu sinh, năng suất, bệnh tật và nhất là vấn đề môi trường.
Dự báo tăng trưởng sản lượng sữa Việt Nam từ năm 2015 – 2045: - Giai đoạn 2015 – 2025: Tăng trưởng 12%/năm; - Giai đoạn 2026 – 2035: Tăng trưởng 5%/năm; - Giai đoạn 2036 – 2045: Tăng trưởng 3%/năm. Đầu tư trang thiết bị và quản lý chất lượng: Nhiều doanh nghiệp trong ngành không ngừng đầu tư trang thiết bị hiện đại, cập nhật công nghệ tiên tiến để sản xuất ra những sản phẩm đạt chất lượng, bảo đảm an toàn thực phẩm và có sức cạnh tranh trên thị trường trong và ngoài nước, đáp ứng đòi hỏi ngày càng cao của người tiêu dùng.