Nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ẩm và ưa nhiệt để lên men pho mát

Việc nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ẩm và ưa nhiệt là một bước tiến quan trọng trong công nghệ… 53 trang · Trường Đại Học Nông Lâm · 2023.

• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Phối Hợp Các Chủng Vi Khuẩn Lactic Ưa Ẩm Và Ưa Nhiệt Để Lên Men Pho Mát
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu và phân loại pho-mát
• 1.2. Vi khuẩn lactic trong sản xuất pho-mát
• 1.2.1. Các chủng lactic đóng vai trò khởi động (SLAB)
• 1.2.2. Các chủng lactic không đóng vai trò khởi động (NSLAB)
• 1.2.3. Giống khởi động trong sản xuất pho-mát
• 1.2.4. Các nhóm vi khuẩn lactic khởi động trong công nghiệp sản xuất pho-mát
• 1.2.5. Kết hợp chủng vi khuẩn ưa ấm và ưa nhiệt trong sản xuất pho-mát
• 1.3. Công nghệ sản xuất pho-mát
• 1.4. Tình hình sản xuất, tiêu thụ pho-mát trên thế giới và Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Nguồn sữa và chủng vi sinh vật
• 2.3. Môi trường
• 2.3.1. Môi trường MRS
• 2.3.2. Môi trường giữ giống
• 2.3.3. Nước muối rửa và pha loãng
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp vi sinh
• 2.4.2. Phương pháp xác định mật độ tế bào
• 2.4.2.1. Xác định mật độ tế bào bằng phương pháp đếm buồng đếm hồng cầu
• 2.4.2.2. Xác định mật độ tế bào bằng phương pháp đo độ đục (OD)
• 2.4.2.3. Xác định mật độ tế bào bằng phương pháp tráng cây
• 2.4.3. Phương pháp xác định độ axit
• 2.4.4. Phương pháp định lượng exopolysaccharide
• 2.4.5. Phương pháp xác định hàm lượng đường tổng số phenol - axit sunfuric
• 2.4.6. Xác định hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp DPPH
• 2.4.7. Phương pháp sản xuất pho-mát tươi
• 2.4.8. Đánh giá hương của pho-mát tươi
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Xây dựng đường cong sinh trưởng của hai chủng ưa nhiệt
• 3.2. Mối tương quan giữa mật độ tế bào và mật độ quang
• 3.3. Khả năng đông tụ sữa của các chủng vi khuẩn lactic ưa nhiệt
• 3.3.1. Ảnh hưởng của mật độ tế bào đến khả năng đông tụ sữa
• 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng đông tụ sữa
• 3.4. Phối hợp các chủng ưa ấm và ưa nhiệt trong lên men đông tụ sữa
• 3.4.1. Tỷ lệ mật độ tế bào các chủng trong hỗn hợp
• 3.4.2. Động học của bộ chủng giống kết hợp
• 3.5. Đặc tính của pho-mát làm từ sữa lên men bởi hỗn hợp chủng
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHÁO
• Tài liệu Tiếng Việt
• Tài liệu nước ngoài
• Tài liệu web

Tóm tắt

I. Bí quyết phối hợp vi khuẩn lactic ưa ẩm ưa nhiệt lên men pho mát

Việc nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ẩm và ưa nhiệt là một bước tiến quan trọng trong công nghệ sản xuất pho mát. Quá trình này không chỉ nhằm mục đích rút ngắn thời gian lên men mà còn tối ưu hóa các đặc tính cảm quan, cấu trúc và dinh dưỡng của sản phẩm cuối cùng. Vi khuẩn lactic (Lactic Acid Bacteria - LAB) đóng vai trò trung tâm trong quá trình này, thực hiện quá trình lên men lactic để chuyển hóa đường lactose trong sữa thành axit lactic. Sự giảm độ pH này là nguyên nhân chính gây ra sự đông tụ casein, bước đầu tiên và cốt lõi để tạo ra pho mát. Các chủng ưa ẩm (mesophilic), như Lactococcus lactis, hoạt động tốt ở nhiệt độ vừa phải (khoảng 30°C), trong khi các chủng ưa nhiệt (thermophilic), như Streptococcus thermophilus và Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, phát triển mạnh ở nhiệt độ cao hơn (37-45°C). Sự kết hợp hai nhóm này tạo ra một hệ vi sinh vật trong pho mát phức hợp và hiệu quả, khai thác ưu điểm của từng chủng để tạo ra sản phẩm pho mát có chất lượng vượt trội.

1.1. Vai trò của starter culture trong quá trình acid hóa sữa

Một starter culture, hay văn hóa khởi động pho mát, là tập hợp các vi sinh vật được lựa chọn cẩn thận và cấy vào sữa để bắt đầu quá trình lên men. Chức năng chính của chúng là thực hiện quá trình acid hóa một cách nhanh chóng và có kiểm soát. Khi các vi khuẩn lactic chuyển hóa lactose, axit lactic được tạo ra làm giảm độ pH của sữa. Độ pH giảm xuống điểm đẳng điện của casein (khoảng 4.6) khiến các mixen casein mất ổn định và kết tụ lại, tạo thành khối đông. Quá trình này không chỉ tạo ra cấu trúc cơ bản cho pho mát mà còn ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây hư hỏng và gây bệnh không mong muốn. Theo nghiên cứu của Hoàng Thu Trang (2015), tốc độ acid hóa phụ thuộc vào loại chủng, mật độ cấy ban đầu và nhiệt độ lên men. Việc lựa chọn đúng starter culture là yếu tố quyết định đến tốc độ đông tụ và chất lượng cuối cùng của quện sữa.

1.2. Phân loại vi khuẩn lactic Nhóm SLAB và NSLAB

Hệ vi sinh vật trong pho mát được chia thành hai nhóm chính. Nhóm thứ nhất là Vi khuẩn Lactic Khởi động (Starter Lactic Acid Bacteria - SLAB), bao gồm các chủng được chủ động cấy vào sữa như Lactococcus lactis và Streptococcus thermophilus. Chúng chiếm ưu thế trong giai đoạn đầu và chịu trách nhiệm chính cho việc sản xuất axit. Nhóm thứ hai là Vi khuẩn Lactic không Khởi động (Non-Starter Lactic Acid Bacteria - NSLAB), thường có nguồn gốc từ sữa nguyên liệu hoặc môi trường sản xuất. Chúng phát triển chậm hơn trong giai đoạn sau của sự chín của pho mát. Mặc dù không tham gia vào quá trình đông tụ ban đầu, NSLAB đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hương vị phức hợp thông qua các hoạt động enzyme vi khuẩn, đặc biệt là quá trình proteolysis trong pho mát, phân giải protein và peptide thành các hợp chất tạo hương đặc trưng.

II. Thách thức trong việc lựa chọn starter culture cho pho mát

Việc lựa chọn và kết hợp các chủng trong một starter culture là một bài toán phức tạp trong vi sinh vật học thực phẩm. Một sự kết hợp không phù hợp có thể dẫn đến các vấn đề như lên men chậm, hương vị lạ, cấu trúc không mong muốn hoặc thậm chí là hỏng toàn bộ mẻ sản xuất. Các nhà sản xuất phải đối mặt với nhiều thách thức, từ việc đảm bảo sự ổn định của các chủng, ngăn ngừa nhiễm phage (virus tấn công vi khuẩn), đến việc kiểm soát tương tác vi sinh vật giữa các chủng khác nhau. Một số chủng có thể cạnh tranh dinh dưỡng, trong khi những chủng khác có thể tạo ra các hợp chất ức chế lẫn nhau. Mục tiêu là tạo ra một cộng đồng vi sinh vật hoạt động cộng sinh, nơi mỗi chủng đóng góp những đặc tính có lợi mà không cản trở hoạt động của các chủng khác. Ví dụ, một chủng có khả năng acid hóa nhanh cần được kết hợp với một chủng có hoạt tính phân giải protein mạnh để đảm bảo cả tốc độ sản xuất và sự phát triển hương vị tối ưu.

2.1. Vấn đề về tương tác vi sinh vật giữa các chủng khác nhau

Sự tương tác vi sinh vật là yếu tố cốt lõi quyết định thành công của một starter culture đa chủng. Các tương tác này có thể là cộng sinh, cạnh tranh hoặc ức chế. Ví dụ, trong sản xuất sữa chua, Streptococcus thermophilus và Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus thể hiện mối quan hệ cộng sinh. S. thermophilus tạo ra axit formic và CO2, kích thích sự phát triển của L. bulgaricus. Ngược lại, hoạt động phân giải protein của L. bulgaricus giải phóng các peptide và axit amin cần thiết cho S. thermophilus. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các chủng có thể cạnh tranh gay gắt về nguồn đường lactose, dẫn đến sự phát triển không đồng đều. Việc hiểu rõ cơ chế tương tác này là chìa khóa để thiết kế các bộ giống khởi động ổn định và hiệu quả, đảm bảo quá trình lên men diễn ra như dự kiến.

2.2. Kiểm soát quá trình proteolysis để tạo hương vị pho mát

Sự chín của pho mát là một quá trình sinh hóa phức tạp, trong đó proteolysis trong pho mát (sự phân giải protein) là một trong những sự kiện quan trọng nhất. Quá trình này được xúc tác bởi cả enzyme từ sữa (plasmin), enzyme đông tụ (rennet) và quan trọng nhất là hệ thống enzyme vi khuẩn từ các starter culture và NSLAB. Sự phân giải casein thành các peptide và sau đó thành các axit amin tự do không chỉ làm mềm cấu trúc protein pho mát mà còn tạo ra các tiền chất cho các hợp chất hương vị. Tuy nhiên, nếu quá trình proteolysis không được kiểm soát, nó có thể tạo ra các peptide có vị đắng, làm giảm chất lượng cảm quan của sản phẩm. Do đó, thách thức đặt ra là lựa chọn các chủng có hoạt tính peptidase cân bằng, đảm bảo tạo hương vị pho mát mong muốn mà không gây ra các vị lạ không mong muốn.

III. Phương pháp phân tích các chủng vi khuẩn lactic ưa ấm và ưa nhiệt

Để xây dựng một bộ giống khởi động hiệu quả, việc phân tích và hiểu rõ đặc tính của từng chủng vi khuẩn là vô cùng cần thiết. Các chủng ưa ấm, điển hình là Lactococcus lactis, thường được sử dụng trong sản xuất các loại pho mát như Cheddar và Gouda. Chúng có khả năng sinh axit nhanh ở nhiệt độ 30-37°C và góp phần quan trọng vào việc hình thành cấu trúc ban đầu. Trong khi đó, các chủng ưa nhiệt như Streptococcus thermophilus và Lactobacillus helveticus lại không thể thiếu trong các loại pho mát yêu cầu gia nhiệt cao như Mozzarella hay Emmental. Nghiên cứu của Hoàng Thu Trang (2015) đã tiến hành khảo sát các chủng cụ thể VNC1 (Lactococcus lactis subsp. lactis) và VNC53 (Lactococcus lactis subsp. cremoris) là đại diện cho nhóm ưa ấm; VNY3 (Streptococcus thermophilus) và VNY4 (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus) cho nhóm ưa nhiệt. Việc đánh giá khả năng đông tụ sữa, động học sinh trưởng và khả năng sử dụng các nguồn carbon khác nhau của từng chủng là cơ sở để tiến tới phối hợp chúng một cách khoa học.

3.1. Đặc điểm của Lactococcus lactis trong sản xuất pho mát

Lactococcus lactis là một trong những vi khuẩn lactic quan trọng nhất trong ngành công nghiệp sữa. Nó bao gồm các phân loài chính là lactis và cremoris. Các chủng này được biết đến với khả năng lên men lactose hiệu quả để tạo ra L-axit lactic, góp phần chính vào quá trình acid hóa. Ngoài ra, một số chủng Lactococcus lactis còn có khả năng chuyển hóa citrate thành diacetyl, một hợp chất quan trọng góp phần tạo hương vị pho mát đặc trưng, mang mùi bơ thơm ngậy, đặc biệt trong các loại pho mát tươi như Cottage. Trong nghiên cứu được đề cập, chủng VNC1 được xác định là có khả năng sinh axit tốt và đóng vai trò nền tảng khi kết hợp với các chủng khác. Đây là chủng khởi động chính trong việc sản xuất phô mai cheddar.

3.2. Vai trò của Streptococcus thermophilus và Lactobacillus

Streptococcus thermophilus là một chủng ưa nhiệt không thể thiếu trong sản xuất phô mai mozzarella và các loại phô mai Ý khác. Chủng này có khả năng chịu được nhiệt độ cao trong quá trình nấu quện sữa và sản xuất axit nhanh chóng. Tuy nhiên, hoạt tính phân giải protein của nó khá yếu. Để bù đắp, nó thường được kết hợp với các chủng thuộc chi Lactobacillus, như Lactobacillus helveticus hoặc Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Các chủng Lactobacillus này có hệ thống enzyme vi khuẩn phân giải protein rất mạnh, giúp đẩy nhanh sự chín của pho mát và phát triển hương vị đậm đà. Thí nghiệm trên chủng VNY3 (S. thermophilus) và VNY4 (L. delbrueckii) cho thấy chúng phát triển tối ưu ở 37-42°C, phù hợp cho các quy trình sản xuất yêu cầu gia nhiệt.

IV. Hướng dẫn tối ưu phối hợp chủng ưa ẩm và ưa nhiệt sản xuất

Việc phối hợp thành công giữa các chủng ưa ẩm và ưa nhiệt mang lại lợi ích cộng hưởng, tận dụng ưu điểm của cả hai nhóm. Các chủng ưa ẩm giúp bắt đầu quá trình lên men nhanh chóng ở nhiệt độ thấp hơn, trong khi các chủng ưa nhiệt sẽ chiếm ưu thế khi nhiệt độ tăng lên trong quá trình nấu quện sữa. Sự kết hợp này giúp kiểm soát quá trình acid hóa một cách linh hoạt qua các giai đoạn nhiệt độ khác nhau, đồng thời đa dạng hóa hệ enzyme tham gia vào sự chín của pho mát. Điều này không chỉ giúp rút ngắn thời gian sản xuất mà còn cải thiện đáng kể cấu trúc và hương vị sản phẩm. Nghiên cứu của Hoàng Thu Trang (2015) đã tập trung vào việc tìm ra tỷ lệ tối ưu giữa các chủng đã chọn để tạo ra một văn hóa khởi động pho mát cân bằng và hiệu quả.

4.1. Khảo sát tỷ lệ phối hợp tối ưu giữa các chủng vi khuẩn

Để tìm ra sự kết hợp tốt nhất, nhiều tỷ lệ mật độ tế bào giữa các chủng ưa ấm (VNC1, VNC53) và ưa nhiệt (VNY3, VNY4) đã được thử nghiệm. Các mẫu được đánh giá dựa trên thời gian đông tụ sữa và các chỉ tiêu cảm quan của pho mát thành phẩm (màu sắc, mùi, vị, cấu trúc). Kết quả từ Bảng 8 trong tài liệu gốc cho thấy, sự kết hợp giữa chủng VNC1 (Lactococcus lactis) và VNY3 (Streptococcus thermophilus) với tỷ lệ mật độ ban đầu là 10^6:10^6 CFU/ml (Mẫu M5) cho kết quả cảm quan tốt nhất. Mẫu pho mát này được đánh giá cao về hương thơm, vị hài hòa và cấu trúc mềm mịn. Sự kết hợp này không chỉ đảm bảo thời gian đông tụ nhanh (8 giờ 15 phút) mà còn tạo ra sản phẩm được ưa thích, chứng tỏ sự tương tác vi sinh vật tích cực giữa hai chủng này.

4.2. Động học của quá trình lên men bởi hỗn hợp chủng giống

Động học của bộ chủng VNC1:VNY3 (tỷ lệ 10^6:10^6 CFU/ml) đã được theo dõi để hiểu rõ hơn về quá trình lên men. Kết quả (Hình 12) cho thấy cả hai chủng đều phát triển song song trong suốt quá trình, mật độ tế bào tăng nhanh trong giai đoạn từ 2 đến 8 giờ. Điều này chứng tỏ không có sự ức chế đáng kể nào giữa chúng. Độ pH của sữa giảm mạnh sau 6 giờ đầu, tương ứng với sự gia tăng nồng độ axit. Thời gian đông tụ cuối cùng là 8 giờ, đạt pH 4,38. Động học này khẳng định rằng bộ giống kết hợp hoạt động hiệu quả, đảm bảo quá trình acid hóa diễn ra ổn định và có thể dự đoán được, một yếu tố quan trọng trong sản xuất quy mô công nghiệp.

V. Kết quả ứng dụng và đặc tính của pho mát thành phẩm

Sản phẩm pho mát tươi được sản xuất từ bộ giống kết hợp VNC1 và VNY3 đã được phân tích để đánh giá các đặc tính hóa lý và sinh học. Kết quả không chỉ khẳng định tính đúng đắn của việc lựa chọn và phối hợp chủng mà còn mở ra những tiềm năng về giá trị dinh dưỡng và lợi ích sức khỏe của sản phẩm. Pho mát thành phẩm có các chỉ tiêu chất lượng đạt yêu cầu, với màu sắc, hương vị và cấu trúc được đánh giá cao. Hơn nữa, các phân tích chuyên sâu về hàm lượng exopolysaccharide (EPS) và hoạt tính chống oxy hóa đã cho thấy những giá trị gia tăng đáng kể, vượt trội hơn so với việc sử dụng các chủng đơn lẻ. Đây là minh chứng rõ ràng cho hiệu quả của việc nghiên cứu và ứng dụng một hệ vi sinh vật trong pho mát được thiết kế khoa học.

5.1. Đánh giá cảm quan và cấu trúc protein pho mát

Pho mát thành phẩm từ bộ chủng kết hợp VNC1:VNY3 có màu trắng ngà, mùi thơm đặc trưng của bơ và kem, vị chua ngậy và mặn hài hòa. Cấu trúc protein pho mát mềm, mịn, tan tốt trong miệng. Độ ẩm của sản phẩm đạt 61,7%, phù hợp với tiêu chuẩn của pho mát tươi. Những đặc tính cảm quan xuất sắc này là kết quả trực tiếp của sự cân bằng trong quá trình acid hóa và các hoạt động trao đổi chất của hai chủng vi khuẩn. Chủng VNC1 góp phần tạo hương bơ (diacetyl), trong khi VNY3 đảm bảo cấu trúc mềm mại và ổn định trong quá trình gia nhiệt nhẹ.

5.2. Hàm lượng EPS và hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm

Một kết quả đáng chú ý là hàm lượng Exopolysaccharide (EPS) trong mẫu pho mát đạt 155,13 mg/l. EPS là các polymer sinh học do vi khuẩn tạo ra, có vai trò như chất ổn định tự nhiên, giúp cải thiện độ nhớt, khả năng giữ nước và tạo cảm giác mịn màng cho sản phẩm. Ngoài ra, hoạt tính chống oxy hóa của mẫu pho mát cũng rất cao, với hiệu suất đánh bắt gốc tự do DPPH đạt 84,87%. Hoạt tính này đến từ các peptide có hoạt tính sinh học được giải phóng trong quá trình proteolysis trong pho mát. Điều này cho thấy sản phẩm không chỉ là một nguồn dinh dưỡng mà còn có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe, phù hợp với xu hướng thực phẩm chức năng hiện nay.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), sản lượng pho-mát toàn cầu đã đạt mốc 14,22 triệu tấn với tốc độ tăng trưởng bình quân khoảng 2% mỗi năm. Tại Việt Nam, mức tiêu thụ sữa và các chế phẩm từ sữa đạt 11,2 kg/người/năm, tuy còn thấp so với mức bình quân 62 kg/người/năm của khu vực Châu Á, nhưng thị trường đang ghi nhận tốc độ tăng trưởng nhanh chóng. Kim ngạch nhập khẩu pho-mát vào thị trường nội địa từng đạt hơn 24,04 triệu USD, chiếm 7,23% tổng giá trị nhập khẩu ngành sữa. Thực tế này phản ánh nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm chế biến sâu từ sữa ngày càng mở rộng tại các đô thị lớn.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là ngành chăn nuôi bò sữa trong nước thường xuyên đối mặt với tình trạng dư thừa nguồn cung cục bộ, dẫn đến hiện tượng nông dân phải đổ bỏ sữa tươi do không kịp tiêu thụ. Đồng thời, công nghệ sản xuất pho-mát trong nước vẫn phụ thuộc vào nguồn giống vi sinh vật ngoại nhập hoặc công nghệ đông tụ bằng enzyme đắt đỏ. Nghiên cứu này hướng tới mục tiêu xây dựng thành công bộ chủng giống khởi động phối hợp giữa vi khuẩn lactic ưa ấm và ưa nhiệt, tối ưu hóa quá trình lên men đông tụ sữa tươi thanh trùng nhằm sản xuất pho-mát tươi không cần bổ sung rennet.

Phạm vi thực nghiệm được triển khai tại Bộ môn Công nghệ Sinh học Vi sinh thuộc Viện Công nghiệp Thực phẩm, sử dụng nguồn nguyên liệu sữa tươi thanh trùng thương phẩm. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa công nghệ to lớn khi rút ngắn thời gian đông tụ xuống còn 8 giờ 15 phút, tạo ra sản phẩm pho-mát tươi đạt độ ẩm chuẩn 61,7%, tích lũy hàm lượng exopolysaccharide lên tới 155,13 mg/l và sở hữu hoạt tính chống oxy hóa vượt trội đạt 84,87%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết đông tụ protein sữa (casein) dưới tác động của axit lactic sinh ra từ quá trình lên men của vi khuẩn lactic (LAB). Khi độ pH của khối sữa giảm dần về điểm đẳng điện (pH 4,6), các micelle casein mất điện tích bề mặt và liên kết lại tạo thành mạng lưới gel giữ nước và chất béo.

Lý thuyết cộng sinh vi sinh vật được ứng dụng để khai thác mối tương tác tương hỗ giữa nhóm vi khuẩn ưa ấm (nhiệt độ sinh trưởng tối ưu khoảng 30°C) và nhóm vi khuẩn ưa nhiệt (nhiệt độ sinh trưởng tối ưu từ 37°C đến 42°C). Các khái niệm khoa học trọng tâm bao gồm:

• Vi khuẩn khởi động (Starter Lactic Acid Bacteria - SLAB): Nhóm vi sinh vật chủ động bổ sung để axit hóa và định hình hương vị sản phẩm.
• Khả năng chuyển hóa đường: Sự đồng hóa hoàn toàn lactose và galactose nhằm ngăn chặn vi sinh vật gây hại.
• Hợp chất sinh học Exopolysaccharide (EPS): Polysaccharide ngoại bào có vai trò như chất ổn định cấu trúc tự nhiên, tạo độ mịn và tăng khả năng giữ nước cho pho-mát.
• Hoạt tính chống oxy hóa dập tắt gốc tự do DPPH: Chỉ số đánh giá khả năng bảo vệ tế bào của các peptide hoạt tính sinh học sinh ra từ quá trình thủy phân protein.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ nguồn sữa tươi thanh trùng Mộc Châu chuẩn hóa với các chỉ tiêu cố định: hàm lượng chất béo đạt 3,5g, protein đạt 3,1g và canxi đạt 115mg trên 100ml. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 10 tổ hợp phối trộn vi sinh vật khác nhau (từ M1 đến M10), mỗi tổ hợp được thực hiện lặp lại 3 lần độc lập (n = 3) để đảm bảo độ tin cậy thống kê. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng ngẫu nhiên trong quá trình pha loãng và trang cấy vi sinh vật. Đánh giá cảm quan được thực hiện bởi hội đồng 9 chuyên gia theo phương pháp thử nếm cảm quan chuẩn 5 mức độ.

Lý do lựa chọn phương pháp đo quang phổ ở bước sóng 600 nm là nhằm xác định nhanh mật độ tế bào sống thông qua đường chuẩn hồi quy tuyến tính với đơn vị CFU/ml. Độ axit chuẩn độ được đo bằng phương pháp điện thế với dung dịch NaOH 0,1 mol/l theo tiêu chuẩn TCVN 6509:1999. Hàm lượng EPS được định lượng chính xác bằng phương pháp phenol - axit sunfuric của Dubois ở bước sóng 490 nm sau khi kết tủa bằng ethanol lạnh. Hoạt tính chống oxy hóa được đo quang phổ tại bước sóng 517 nm với thuốc thử DPPH 0,1 mM.

Tiến trình nghiên cứu diễn ra qua các giai đoạn: nuôi cấy thu sinh khối trong 14 đến 18 giờ, lên men sữa ở 37°C trong 8 giờ, gia nhiệt cách thủy tách nước từ 30°C đến 55°C, ép tách dịch whey với lực ép tăng dần từ 2kg đến 12kg trong 4 giờ, và bảo quản sản phẩm ở 4°C đến 6°C trong 14 ngày.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát động học sinh trưởng của hai chủng ưa nhiệt cho thấy thời gian nuôi cấy tối ưu để thu nhận sinh khối cực đại là từ 14 đến 18 giờ. Cụ thể, chủng Streptococcus thermophilus VNY3 đạt mật độ tế bào tối đa 1,45 x 10^8 CFU/ml sau 18 giờ, trong khi chủng Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus VNY4 đạt mật độ 1,52 x 10^8 CFU/ml sau 16 giờ trên môi trường MRS.

Nhiệt độ và mật độ tiếp giống ban đầu chi phối trực tiếp đến tốc độ đông tụ sữa. Ở nhiệt độ 42°C với mật độ tiếp giống 3,2 x 10^6 CFU/ml, chủng VNY3 làm đông tụ sữa sau 8 giờ (pH 4,82), nhanh hơn 2 giờ so với khi tiếp giống ở mật độ 3,02 x 10^5 CFU/ml. Chủng VNY4 khi giảm mật độ tiếp giống 10 lần khiến thời gian đông tụ kéo dài thêm 6 giờ. Khi hạ nhiệt độ lên men xuống 30°C, thời gian đông tụ của các chủng kéo dài từ 19 đến 23 giờ.

Thực nghiệm phối hợp các chủng giống đã xác định tổ hợp tối ưu là mẫu M5 gồm chủng ưa ấm Lactococcus lactis subsp. lactis VNC1 và chủng ưa nhiệt Streptococcus thermophilus VNY3 với tỷ lệ mật độ tiếp giống đồng đều 10^6 : 10^6 CFU/ml. Mẫu M5 đạt thời gian đông tụ nhanh 8 giờ 15 phút ở nhiệt độ 37°C với pH đạt 4,59, cho khối lượng quện sữa sau ép cao nhất và độ ẩm đạt 61,7%.

Sản phẩm pho-mát tươi từ bộ chủng M5 thể hiện các chỉ tiêu hóa sinh vượt trội. Hàm lượng EPS tích lũy đạt 155,13 mg/l, cao hơn 52,2% so với mẫu đối chứng sử dụng cặp chủng truyền thống (101,91 mg/l). Đồng thời, hiệu suất quét gốc tự do DPPH đạt mức 84,87%, cao hơn 13,57% so với mẫu đối chứng (71,3%).

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội của tổ hợp VNC1 và VNY3 bắt nguồn từ cơ chế đồng hóa cơ chất không cạnh tranh. Chủng ưa nhiệt VNY3 không có khả năng sử dụng galactose, trong khi chủng ưa ấm VNC1 chuyển hóa tốt cả glucose, fructose và galactose. Sự phối hợp này giúp đường lactose và galactose trong sữa được phân giải triệt để, vừa thúc đẩy sinh tổng hợp axit lactic làm giảm nhanh pH, vừa triệt tiêu nguồn dinh dưỡng của các vi khuẩn hoại thư và vi khuẩn không khởi động (NSLAB).

Trên các biểu đồ động học biểu diễn quá trình lên men, giá trị mật độ quang OD600nm tương quan tuyến tính chặt chẽ với mật độ tế bào sống (R² tiệm cận 1,0). Đồ thị đường cong lên men ghi nhận trong 6 giờ đầu, pH giảm chậm để vi khuẩn thích nghi sinh khối; từ giờ thứ 6 đến giờ thứ 8, độ axit chuẩn độ tăng vọt từ 0,391 lên 0,711 mmol/100g. Các bảng đánh giá cảm quan cho thấy mẫu M5 đạt điểm số chất lượng toàn diện với màu trắng ngà (4,0/5 điểm), mùi thơm bơ kem nổi bật (4,75/5 điểm) và vị ngậy chua dịu hài hòa (4,8/5 điểm).

Biểu đồ so sánh hàm lượng EPS và hoạt tính DPPH minh chứng việc tự tổng hợp EPS 155,13 mg/l giúp tạo cấu trúc gel bền vững, thay thế hoàn toàn phụ gia tạo đông nhân tạo. Hiệu suất chống oxy hóa 84,87% khẳng định hệ enzyme protease nội bào của hai chủng vi khuẩn đã giải phóng thành công các đoạn peptide chống oxy hóa tự nhiên, nâng cao giá trị phòng ngừa bệnh thoái hóa tế bào cho người tiêu dùng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Chuẩn hóa quy trình nhân sinh khối quy mô công nghiệp: Thiết lập hệ thống bioreactor tự động kiểm soát pH và nhiệt độ ở 37°C nhằm thu nhận sinh khối của hai chủng VNC1 và VNY3 tại thời điểm 16 đến 18 giờ, đảm bảo mật độ tế bào đạt trên 10^9 CFU/ml trước khi phối trộn. Lộ trình thực hiện trong Quý I và Quý II bởi Trung tâm Giống và Công nghệ Sinh học Thực phẩm.

2. Tối ưu hóa thông số công nghệ lên men tại các cơ sở chế biến: Ứng dụng chế độ lên men đẳng nhiệt ở 37°C với tỷ lệ tiếp giống VNC1:VNY3 là 1:1 (mật độ 10^6 CFU/ml), duy trì thời gian lên men không quá 8,5 giờ nhằm giảm 15% đến 20% chi phí tiêu hao năng lượng gia nhiệt. Thời gian chuyển giao công nghệ trong vòng 6 tháng do các nhà máy chế biến sữa và hợp tác xã chăn nuôi thực hiện.

3. Phát triển dòng sản phẩm pho-mát tươi chức năng nhãn sạch (Clean-Label): Tận dụng hàm lượng EPS tự nhiên 155,13 mg/l và hoạt tính chống oxy hóa trên 80% DPPH để định vị sản phẩm cao cấp, loại bỏ hoàn toàn chất ổn định và chất bảo quản hóa học. Lộ trình triển khai 12 tháng do Bộ phận Nghiên cứu và Phát triển (R&D) của các doanh nghiệp thực phẩm chủ trì.

4. Nâng cấp chuỗi bảo quản lạnh và công nghệ đóng gói: Áp dụng kỹ thuật bao gói màng ngăn khí kết hợp kiểm soát nghiêm ngặt nhiệt độ bảo quản từ 4°C đến 6°C nhằm duy trì độ ẩm 60% đến 62%, hạn chế hiện tượng hậu axit hóa và kéo dài hạn sử dụng từ 14 ngày lên 28 ngày. Kế hoạch triển khai từ 3 đến 6 tháng bởi Bộ phận Quản lý Chất lượng (QA/QC) và Logistics.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm: Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về động học vi khuẩn lactic, phương pháp thiết lập đường chuẩn OD - CFU/ml, quy trình định lượng EPS và đo hoạt tính chống oxy hóa DPPH để phục vụ công tác giảng dạy và phát triển đề tài nghiên cứu chuyên sâu.

2. Kỹ sư công nghệ và chuyên viên R&D tại các nhà máy chế biến sữa: Luận văn cung cấp công thức tỷ lệ tiếp giống 10^6 : 10^6 CFU/ml đã được kiểm chứng, hỗ trợ doanh nghiệp làm chủ công nghệ sản xuất pho-mát tươi, thay thế chế phẩm enzyme rennet nhập khẩu và giảm giá thành sản xuất.

3. Ban quản trị các hợp tác xã và chủ trang trại chăn nuôi bò sữa: Công trình mang lại giải pháp công nghệ khả thi nhằm chế biến sâu nguồn sữa tươi dư thừa tại chỗ thành sản phẩm có giá trị gia tăng cao, giúp giải quyết bài toán tiêu thụ sữa thô trong các giai đoạn biến động thị trường.

4. Chuyên gia dinh dưỡng và cơ quan kiểm định an toàn thực phẩm: Cung cấp bằng chứng khoa học định lượng về thành phần dinh dưỡng (20% protein, 30% lipid, 200mg canxi trong 30g pho-mát) và hoạt tính chống oxy hóa đạt 84,87% phục vụ xây dựng tiêu chuẩn sản phẩm dinh dưỡng bổ trợ sức khỏe.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần kết hợp chủng ưa ấm và ưa nhiệt thay vì chỉ dùng một chủng đơn lẻ?

Việc kết hợp chủng ưa ấm Lactococcus lactis VNC1 và chủng ưa nhiệt Streptococcus thermophilus VNY3 tạo ra tác động cộng sinh mạnh mẽ. Quá trình này rút ngắn thời gian đông tụ xuống 8 giờ 15 phút, đồng thời tạo ra hệ hương thơm bơ kem phong phú và hạn chế rủi ro mẻ lên men bị phá hủy bởi thực khuẩn thể (phage).

Hàm lượng EPS 155,13 mg/l mang lại lợi ích công nghệ gì cho pho-mát tươi?

Exopolysaccharide đóng vai trò như một chất keo tụ sinh học tự nhiên, giúp giữ nước trong mạng lưới protein và duy trì độ ẩm sản phẩm ở mức 61,7%. Nồng độ 155,13 mg/l giúp khối pho-mát có cấu trúc dẻo mịn, tăng độ đàn hồi mà không cần bổ sung các chất phụ gia tạo gel tổng hợp.

Tại sao nhiệt độ 37°C được lựa chọn cho quá trình lên men hỗn hợp?

Nhiệt độ 42°C tuy tối ưu cho chủng ưa nhiệt nhưng lại ức chế chủng ưa ấm, còn nhiệt độ 30°C khiến vi khuẩn ưa nhiệt phát triển rất chậm làm thời gian đông tụ kéo dài tới 19 đến 23 giờ. Mức nhiệt 37°C là điểm cân bằng sinh thái lý tưởng, giúp cả hai chủng tăng sinh đồng bộ từ 10^6 lên hơn 10^8 CFU/ml.

Phương pháp đo mật độ quang OD600nm có thể thay thế đếm khuẩn lạc không?

Phương pháp đo OD ở bước sóng 600 nm thiết lập mối tương quan tuyến tính chặt chẽ với mật độ tế bào sống (R² xấp xỉ 1,0). Kỹ thuật này cho phép xác định nhanh mật độ vi sinh vật trong vài phút để điều chỉnh lượng tiếp giống 10^6 CFU/ml chuẩn xác trước khi lên men mà không phải chờ đợi 48 giờ đếm đĩa thạch.

Chỉ số chống oxy hóa DPPH 84,87% có ý nghĩa thế nào đối với sức khỏe?

Hiệu suất quét gốc tự do 84,87% chứng minh quá trình lên men đã phân cắt protein sữa thành các chuỗi peptide hoạt tính sinh học cao. Khi hấp thụ vào cơ thể, các peptide này có khả năng trung hòa các gốc tự do, hỗ trợ bảo vệ màng tế bào, phòng ngừa xơ vữa động mạch và tăng cường hệ miễn dịch.

Kết luận

• Tuyển chọn và xây dựng thành công bộ chủng vi khuẩn lactic khởi động phối hợp gồm chủng ưa ấm Lactococcus lactis subsp. lactis VNC1 và chủng ưa nhiệt Streptococcus thermophilus VNY3.
• Xác lập các thông số công nghệ tối ưu: tỷ lệ tiếp giống 10^6 : 10^6 CFU/ml, nhiệt độ lên men 37°C, thời gian đông tụ 8 giờ 15 phút tại giá trị pH 4,59.
• Sản xuất thành công pho-mát tươi đạt độ ẩm chuẩn 61,7%, cấu trúc mềm mịn, vị chua béo hài hòa và màu trắng ngà đặc trưng mà không cần dùng enzyme rennet.
• Xác định giá trị chức năng vượt trội của sản phẩm với hàm lượng EPS đạt 155,13 mg/l và hiệu suất chống oxy hóa đạt 84,87% theo phương pháp DPPH.
• Đóng góp giải pháp khoa học thực tiễn giúp đa dạng hóa chuỗi sản phẩm từ sữa, giải quyết hiệu quả vấn đề tiêu thụ sữa tươi dư thừa cho người chăn nuôi trong nước.

Về định hướng tiếp theo, nghiên cứu cần mở rộng phân tích định lượng thành phần hương bay hơi bằng phương pháp sắc ký khí trong vòng 6 tháng tới. Các đơn vị chế biến thực phẩm và hợp tác xã nông nghiệp hãy chủ động liên hệ chuyển giao công nghệ để ứng dụng quy trình sản xuất pho-mát tươi chất lượng cao ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TÔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu và phân loại pho-mát Theo định nghĩa của FAO/WHO, pho-mát (phô mai) là sản phâm ran hoặc bán rắn, ờ dạng tươi hoặc đã qua ú chín, thu được bang cách làm đông tụ sữa hoặc các nguyên liệu từ sữa: sữa gầy, sữa tách béo, cream, whey cream, nhờ hoạt động cúa enzym rennet hoặc các tác nhân đông tụ thích hợp khác và làm tách một phan nước khói quện sữa đông [36]. Pho-mát đã xuất hiện từ sáu nghìn năm trước Công nguyên. Hau hết những nhà nghiên cứu đều cho rằng pho-mát có nguồn gốc từ khu vực Trung Đông, và dạng sơ khai nhất lại là một dạng khác của sữa bị hóng.

Pho-mát được khám phá đầu tiên bởi một người du mục À Rập [15, 32]. Nhờ hương vị đặc biệt và giá trị dinh dưỡng cao, dần dần pho-mát đã được sàn xuất ớ nhiều nơi trên the giới từ các phòng bếp gia đình cho đến các trang trại, nhà máy quy mô công nghiệp. Người ta sử dụng rất nhiều nguồn sữa dể làm pho-mát như sữa bò, cừu, dê hay thậm chí là sữa ngựa. Việc phát hiện ra cách ù chín pho-mát cùng với phương pháp tiệt trùng Pasteur đã mang lại hiệu quả cao trong quá trình bão quân cũng như tạo ra hương vị hấp dẫn cho loại thực phấm giàu dinh dưỡng này.

Hiện nay có hơn một nghìn loại pho-mát được sản xuất trên thế giới. Pho-mát cung cấp nhiều chất đạm, hàm lượng canxi cao và chat dinh dưỡng doi dào. Các protein, chất béo trong pho-mát đều ở dạng cơ thể dề hấp thụ, có đầy đù các axitamin không thay thế, các vitamin, các chất khoáng. Trong pho-mát chứa: protein 20% (dưới dạng pepton, amino axit), lipit 30%, các muối khoáng, các vitamin (A, Bl, B2, c.

Ngoài ra, trong pho-mát còn có chất kẽm rất tốt cho não, da và hệ miễn dịch. Khoảng 30 gram của loại pho-mát vàng có khoáng 7 gram chất dạm và 200 miligram chất canxi, bang với lượng chất đạm có trong 200 gram sữa [2, 31]. Pho-mát không chi mang lại giá trị dinh dưỡng cao mà việc sàn xuất pho- mát còn góp phần làm đa dạng các sản phẩm từ sữa, tạo đầu ra cho nguồn sữa tươi từ đó làm tăng doanh thu cho các ngành công nghiệp sửa góp phần phát triển kinh tế xã hội. Hoàng Thu Trang - Lớp KS CNSH J1-01 Page 3 Đẻ tài: “Nghiên cứu phối hợp các chúng vi khuân lactic ưa ấm và ưa nhiệt để lên men pho-mát” Pho-mát có the được phân loại theo nhiều cách khác nhau: tác nhân đông tụ casein, độ ẩm, loại vi sinh vật tham gia vào quá trình ú chín hay dựa vào cấu trúc cúa pho-mát.

Phân loại theo độ ẩm, pho-mát được chia các loại như sau [381: Bâng 1: Phân loại pho-mát theo độ ẩm Loại pho-mát Độ ẩm, % Sản phẩm Pho-mát tươi, không ú chín: Cottage, Ricotta, Quarg, Mozzarella Pho-mát mềm 55- 80 Pho-mát ù chín bề mặt bang nam mốc: Brie, Camembert Pho-mát bán Pho-mát có quá trình ú chín: Limburgcr, 41 -55 răn Gorgonzola, Roquefort Pho-mát ù chín có cấu trúc mất: Emmental Pho-mát rắn 20-40 Pho-mát ú chín không có cấu trúc mắt: Cheddar. Cheshire Phân loại theo tác nhân đông tụ pho-mát được chia thành 2 loại: đông tụ bằng axit và enzym. Đối với các sàn phẩm pho-mát tươi làm từ sữa đông tụ bời rennet như Morazella hoặcị^Cịr 4wg.aXítiígttriÊ)[tBr^Bg£cỘ4tiời: gian sàn xuất ngăn nhưng không mang hương vị đặc trưng. Ngược lại, các pho-mát tươi sừ dụng vi khuấn lactic đe lên men, mặc dù thời gian lên men sữa dài nhưng lại tạo ra các đặc điểm cảm quan về hương thơm và vị cho sàn phẩm.