Tổng quan nghiên cứu

Thị trường sữa và các sản phẩm chế biến từ sữa tại Việt Nam ghi nhận sự bứt phá mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng bình quân đạt 9% đến 10% mỗi năm. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, kim ngạch xuất khẩu sữa và sản phẩm từ sữa của Việt Nam đã tăng từ 84,47 triệu USD năm 2016 lên mức 129,68 triệu USD năm 2018, đạt mức tăng trưởng bình quân toàn giai đoạn là 27,37%. Đồng thời, mức tiêu thụ sữa bình quân đầu người tại Việt Nam đạt mốc khoảng 28 lít/người/năm vào năm 2020. Song song với đà tăng trưởng này, nhu cầu đối với các sản phẩm sữa giá trị gia tăng cao như phô mai, đặc biệt là phô mai Mozzarella trong các chuỗi nhà hàng ẩm thực và thực phẩm chế biến sẵn, ngày càng gia tăng vượt bậc.

Tuy nhiên, nguồn cung phô mai Mozzarella chất lượng cao tại thị trường trong nước phần lớn vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài, dẫn đến chi phí giá thành cao và phụ thuộc vào chuỗi cung ứng quốc tế. Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ thực phẩm mang tên "Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm phô mai Mozzarella" do tác giả Dương Thị Thanh Thảo thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Vũ Thu Trang tại Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (hoàn thành năm 2020) đã trực tiếp giải quyết bài toán cấp thiết này.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là khảo sát chất lượng sữa tươi nguyên liệu theo tiêu chuẩn quốc gia, nghiên cứu tối ưu hóa các thông số công nghệ của công đoạn đông tụ sữa, xác lập quy trình công nghệ chế biến và tiến hành sản xuất thử nghiệm phô mai Mozzarella ở quy mô nhà máy. Đề tài góp phần chuẩn hóa quy trình sản xuất phô mai tươi kéo sợi, hướng đến mục tiêu đạt hiệu suất thu hồi phô mai trên 11,5%, đảm bảo chất lượng cảm quan, cấu trúc cơ lý và an toàn vệ sinh thực phẩm tương đương các sản phẩm nhập khẩu cao cấp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng các lý thuyết hóa sinh và công nghệ chế biến sữa chuyên sâu:

  • Lý thuyết cấu trúc micelle casein và trạng thái keo của sữa: Protein trong sữa bò bao gồm khoảng 80% casein và 20% protein hòa tan (whey protein). Các phân tử casein tồn tại dưới dạng phức hợp siêu micelle và micelle hình cầu có đường kính trung bình từ 50 đến 300 nm, được ổn định nhờ lớp vỏ phân cực kappa-casein mang điện tích âm cùng các liên kết cầu nối canxi phosphat keo.
  • Cơ chế đông tụ sữa bằng enzyme rennet (chymosin): Enzyme rennet xúc tác quá trình thủy phân chọn lọc liên kết peptide đặc hiệu Phe105-Met106 trên bề mặt phân tử kappa-casein. Khi hơn 85% lớp vỏ kappa-casein bị cắt bỏ, các micelle mất đi lớp bảo vệ tĩnh điện và lập thể, dẫn đến sự kết tụ và hình thành mạng lưới gel không gian ba chiều giữ chặt các giọt chất béo và pha huyết thanh sữa.
  • Nguyên lý kéo sợi nhiệt dẻo (pasta filata) của phô mai Mozzarella: Dưới tác động của quá trình lên men lactic làm giảm pH khối đông về vùng đẳng điện thích hợp kết hợp với nhiệt độ nước nhào từ 75 đến 80 độ C, các liên kết canxi liên micelle bị nới lỏng, cho phép các bó sợi protein định hướng lại song song dưới lực kéo cơ học, tạo ra cấu trúc kéo sợi đặc trưng.
  • Các khái niệm cốt lõi: Quá trình thoát huyết thanh (syneresis), khả năng giữ nước, chỉ số đàn hồi, độ dính và độ bền kéo đứt của mạng lưới protein khối đông.

Phương pháp nghiên cứu

  • Đánh giá chất lượng nguồn nguyên liệu: Sữa tươi nguyên liệu được lấy từ các trang trại chăn nuôi đạt chuẩn và kiểm định toàn diện theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7405:2018 đối với sữa tươi nguyên liệu, bao gồm các chỉ tiêu cảm quan, chỉ tiêu lý hóa (hàm lượng chất béo, protein, tỷ trọng, độ axit Thorner), chỉ tiêu vi sinh vật (tổng số vi khuẩn hiếu khí, Coliforms, E. coli, Salmonella), hàm lượng kim loại nặng (chì, cadmi, asen, thủy ngân) và dư lượng kháng sinh.
  • Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu thiết lập 04 công thức thí nghiệm độc lập trong phòng thí nghiệm với cỡ mẫu lặp lại 03 lần trên từng nghiệm thức nhằm đánh giá tác động của nồng độ enzyme rennet, hàm lượng canxi clorua bổ sung và nhiệt độ ủ đến thời gian đông tụ và hiệu suất thu hồi. Tiếp đó, quy trình công nghệ tối ưu được thẩm định mở rộng trên quy mô thử nghiệm bán công nghiệp tại nhà máy với quy mô mẻ 500 lít sữa tươi nguyên liệu.
  • Phương pháp phân tích và lý do lựa chọn:
    • Đánh giá cấu trúc cơ lý bằng máy phân tích cấu trúc thực phẩm chuyên dụng Texture Analyzer (Model TA-XT): Sử dụng các đầu đo chuyên biệt để đo lực kéo sợi, độ giãn dài tối đa (mm), độ dính (g.s) và độ đàn hồi của phô mai sau khi gia nhiệt ở 65 độ C. Phương pháp này được lựa chọn nhằm cung cấp các số liệu định lượng khách quan, loại bỏ hoàn toàn các sai số chủ quan từ con người.
    • Đánh giá chất lượng cảm quan: Áp dụng phép thử cho điểm thị hiếu theo thang điểm 5 đối với các chỉ tiêu màu sắc, trạng thái cấu trúc, mùi và vị; kết quả được xử lý thống kê bằng phương pháp phân tích phương sai ANOVA ở mức ý nghĩa p < 0,05 để tìm ra công thức vượt trội.
    • Thời gian nghiên cứu: Toàn bộ quá trình thực nghiệm, kiểm tra chỉ tiêu độc tính, hóa chất không mong muốn và thử nghiệm nhà máy được triển khai xuyên suốt trong 12 tháng từ tháng 01/2019 đến tháng 01/2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm phô mai Mozzarella đã đạt được các kết quả nổi bật với hệ thống số liệu thực nghiệm đầy đủ:

  • Tối ưu hóa thời gian đông tụ và hiệu suất thu hồi: Qua khảo sát 04 mẫu thí nghiệm, thời gian đông tụ sữa dao động tối ưu trong khoảng 32 đến 38 phút. Mẫu thí nghiệm tối ưu cho hiệu suất thu hồi phô mai tươi trong phòng thí nghiệm đạt 11,8% đến 12,2%, cao hơn khoảng 15,2% so với các mẫu đối chứng chưa điều chỉnh nồng độ ion canxi và enzyme thích hợp.
  • Phân tích cảm quan định lượng có ý nghĩa thống kê: Bảng phân tích phương sai ANOVA đối với điểm cảm quan cấu trúc và mùi vị khẳng định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê rõ rệt giữa các mẫu (p < 0,01). Công thức tối ưu đạt điểm cảm quan cấu trúc 4,45/5,00 điểm và điểm mùi vị 4,52/5,00 điểm, thể hiện độ đồng nhất cao, bề mặt láng mịn, vị béo ngậy thanh nhẹ và mùi thơm đặc trưng của phô mai tươi.
  • Hiệu quả thử nghiệm thành công tại quy mô nhà máy: Khi tiến hành sản xuất trên mẻ 500 lít sữa tươi tại quy trình nhà máy, hiệu suất thu hồi phô mai Mozzarella thành phẩm đạt mức trung bình 11,65% (tương đương 100 kg sữa tươi sản xuất được khoảng 11,65 kg phô mai thành phẩm).
  • Đảm bảo tuyệt đối các chỉ tiêu an toàn và kiểm nghiệm: Toàn bộ 100% mẫu phô mai thành phẩm kiểm tra đều đạt và vượt các quy chuẩn an toàn thực phẩm. Các chỉ tiêu vi sinh vật gây hại (Salmonella không phát hiện trong 25g, Staphylococcus aureus dưới 10 CFU/g) và hàm lượng kim loại nặng (Pb < 0,02 mg/kg, Cd < 0,005 mg/kg) đều nằm trong ngưỡng an toàn tuyệt đối theo quy định của Bộ Y tế.
  • Khả năng kéo sợi và cơ lý vượt trội: Thử nghiệm trên máy Texture Analyzer cho thấy độ dài kéo sợi tối đa của mẫu phô mai nghiên cứu đạt trên 380 mm khi gia nhiệt ở 65 độ C, độ đàn hồi đạt 94,8% so với sản phẩm phô mai Mozzarella nhập khẩu hàng đầu từ New Zealand và châu Âu đang lưu hành trên thị trường.

Thảo luận kết quả

Khả năng kéo sợi xuất sắc của phô mai Mozzarella thành phẩm có được là nhờ sự phối hợp chính xác giữa việc kiểm soát quá trình lên men sinh axit (đưa pH khối đông về dải tối ưu 5,2 đến 5,4) và công đoạn nhào kéo (stretching) trong nước nóng 75 đến 80 độ C. Ở ngưỡng pH này, một phần canxi keo bị hòa tan vào huyết thanh, nới lỏng liên kết ngang giữa các micelle casein, cho phép mạng lưới protein trượt lên nhau và duỗi thẳng thành các sợi song song dưới tác dụng cơ học.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được trực quan hóa qua biểu đồ cột thể hiện mối tương quan giữa thời gian đông tụ và hiệu suất thu hồi của 04 mẫu thí nghiệm, giúp dễ dàng nhận thấy điểm cân bằng công nghệ tại mẫu tối ưu. Đồng thời, bảng so sánh đa chỉ tiêu về thành phần dinh dưỡng (độ ẩm khoảng 48% - 50%, hàm lượng chất béo trên chất khô FDM > 45%, protein > 22%) và cấu trúc lưu biến giữa sản phẩm nghiên cứu với 03 nhãn hiệu phô mai thương mại nhập khẩu trên thị trường chứng minh sản phẩm tự sản xuất có độ ẩm và độ giữ chất béo rất tốt, không bị tách bơ khi nướng ở nhiệt độ cao (220 - 250 độ C trên bánh pizza). Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các công bố khoa học quốc tế về phô mai nhóm Pasta Filata, khẳng định sữa tươi nguyên liệu tại Việt Nam hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe cho dòng phô mai kéo sợi cao cấp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm thúc đẩy ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất công nghiệp, luận văn đưa ra 4 nhóm khuyến nghị then chốt:

  • Chuẩn hóa quy trình kiểm soát chất lượng sữa tươi đầu vào: Các nhà máy chế biến sữa cần thiết lập quy trình kiểm soát nghiêm ngặt tỷ lệ Casein/Chất béo trong khoảng 0,70 đến 0,72 và duy trì tổng số vi khuẩn hiếu khí dưới 100.000 CFU/ml theo tiêu chuẩn TCVN 7405:2018. Khuyến nghị này do Bộ phận Thu mua và Phòng Quản lý Chất lượng (QA/QC) thực hiện định kỳ hàng ngày, hoàn thành quy chuẩn tiếp nhận trong Quý I năm 2021.
  • Đầu tư và tự động hóa hệ thống thiết bị kéo sợi và ướp muối: Ban Quản lý Dự án Kỹ thuật của doanh nghiệp cần đầu tư trang bị máy nhào kéo sợi chuyên dụng (Stretching machine) và hệ thống cấp đông nhanh để tăng công suất lên mức 5.000 lít sữa/ngày, giảm tỷ lệ hao hụt chất béo trong nước nhào xuống dưới 1,5%, hoàn thành lắp đặt trong thời gian 6 tháng kể từ Quý II năm 2021.
  • Tối ưu hóa chuỗi cung ứng và kiểm soát nhiệt độ bảo quản lạnh: Khối Vận hành và Logistics cần xây dựng quy chuẩn phân phối lạnh khép kín ở nhiệt độ ổn định từ 2 đến 4 độ C, duy trì hạn sử dụng của phô mai Mozzarella tươi đạt mức tối thiểu 45 ngày mà không làm suy giảm tính chất kéo sợi và độ đàn hồi, áp dụng liên tục từ Quý III năm 2021.
  • Mở rộng nghiên cứu đa dạng hóa các dòng sản phẩm phô mai: Viện Công nghệ Thực phẩm phối hợp cùng Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển (R&D) của các tập đoàn sữa triển khai nghiên cứu phát triển thêm 02 dòng sản phẩm mới gồm phô mai Mozzarella xông khói và phô mai bổ sung lợi khuẩn Probiotics, hoàn thành giai đoạn thử nghiệm sản phẩm mới trong giai đoạn 2021 - 2023.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các tập đoàn sữa và chế biến thực phẩm: Tài liệu cung cấp trọn bộ thông số kỹ thuật thực chứng về chế độ đông tụ, tỷ lệ enzym rennet, công thức nhào kéo sợi và phương pháp kiểm soát cấu trúc để chuyển giao trực tiếp vào dây chuyền sản xuất công nghiệp quy mô lớn.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học: Nguồn tài liệu học thuật giá trị cao trong việc tìm hiểu cơ chế hóa sinh của micelle casein, động học đông tụ enzyme và kỹ thuật phân tích cấu trúc lưu biến thực phẩm hiện đại bằng máy Texture Analyzer.
  • Các doanh nghiệp khởi nghiệp nông nghiệp và chủ trang trại bò sữa quy mô vừa và lớn: Cung cấp mô hình chế biến sâu sữa tươi nguyên liệu nhằm gia tăng chuỗi giá trị sản phẩm, đa dạng hóa danh mục sản phẩm và nâng cao biên lợi nhuận lên trên 25% so với bán sữa tươi thô.
  • Cơ quan quản lý chất lượng và các phòng thí nghiệm kiểm định an toàn vệ sinh thực phẩm: Tham khảo khung phương pháp đánh giá toàn diện từ hóa lý, vi sinh vật, kim loại nặng đến các chỉ tiêu cảm quan định lượng theo đúng các quy chuẩn quốc gia hiện hành.

Câu hỏi thường gặp

  • Yếu tố kỹ thuật nào mang tính quyết định nhất đến khả năng kéo sợi của phô mai Mozzarella? Khả năng kéo sợi của phô mai Mozzarella phụ thuộc chặt chẽ vào độ pH của khối đông tại thời điểm kéo sợi (khoảng 5,2 đến 5,4) và nhiệt độ nước kéo sợi (75 đến 80 độ C). Khi đạt giá trị pH tối ưu, lượng canxi hòa tan tạo điều kiện cho các sợi casein duỗi thẳng và định hướng song song, giúp phô mai đạt độ giãn dài hơn 380 mm khi nướng nóng.

  • Nguồn sữa tươi sản xuất tại Việt Nam có đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn chế biến phô mai tươi cao cấp không? Nghiên cứu đã kiểm định sữa tươi nguyên liệu theo tiêu chuẩn TCVN 7405:2018 và chứng minh nguồn sữa đạt hàm lượng protein trên 3,1 g/100g, hàm lượng chất béo trên 3,5 g/100g cùng các chỉ tiêu vi sinh an toàn tuyệt đối. Sữa tươi nội địa hoàn toàn đủ tiêu chuẩn công nghệ để sản xuất phô mai chất lượng cao tương đương nguồn sữa nhập khẩu.

  • Hiệu suất thu hồi phô mai Mozzarella từ sữa tươi nguyên liệu trong nghiên cứu đạt bao nhiêu? Hiệu suất thu hồi đạt trung bình từ 11,65% đến 12,2% trên cả quy mô phòng thí nghiệm và quy mô sản xuất thử nghiệm mẻ 500 lít tại nhà máy. Như vậy, trung bình khoảng 8,2 đến 8,6 lít sữa tươi nguyên liệu chất lượng tốt sẽ sản xuất được 1 kg phô mai Mozzarella tươi thành phẩm đạt chuẩn.

  • Việc ứng dụng máy Texture Analyzer mang lại lợi ích gì so với đánh giá cảm quan truyền thống? Máy phân tích cấu trúc Texture Analyzer sử dụng các đầu đo chuẩn hóa giúp đo lường chính xác các chỉ số vật lý như lực kéo đứt, độ giãn dài tối đa và độ dính tính bằng đơn vị đo lường cơ học cụ thể. Điều này giúp loại bỏ cảm tính chủ quan của người đánh giá, tạo cơ sở dữ liệu số hóa tin cậy để kiểm soát chất lượng đồng đều giữa các lô sản xuất.

  • Thời gian đông tụ của sữa tươi trong quy trình chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố nào? Thời gian đông tụ chịu tác động trực tiếp bởi nồng độ enzyme rennet, hàm lượng muối canxi clorua bổ sung (khoảng 0,02%) và nhiệt độ ủ đông tụ (duy trì ở 35 đến 37 độ C). Kiểm soát thời gian đông tụ trong dải chuẩn 32 đến 38 phút đảm bảo gel casein hình thành vững chắc, giảm tối đa thất thoát protein và chất béo vào phần huyết thanh.

Kết luận

  • Đã xây dựng và hoàn thiện thành công quy trình công nghệ sản xuất thử nghiệm phô mai Mozzarella từ nguồn sữa tươi nguyên liệu nội địa đáp ứng toàn diện tiêu chuẩn TCVN 7405:2018.
  • Xác định chính xác chế độ đông tụ tối ưu với thời gian 32 đến 38 phút và hiệu suất thu hồi phô mai thành phẩm ấn tượng đạt 11,65% đến 12,2%.
  • Ứng dụng xuất sắc phương pháp phân tích phương sai ANOVA và kỹ thuật đo cơ lý tự động trên máy Texture Analyzer để chuẩn hóa các thông số độ đàn hồi, độ dính và khả năng kéo sợi đạt trên 380 mm.
  • Thực hiện thử nghiệm thành công trên mẻ 500 lít sữa tại quy mô nhà máy, chứng minh tính khả thi cao và sự ổn định của quy trình trong môi trường sản xuất thực tế.
  • Khẳng định 100% mẫu phô mai thành phẩm đạt tiêu chuẩn an toàn vi sinh vật và kim loại nặng, mở ra tiềm năng thương mại hóa và thay thế hàng nhập khẩu.

Về đóng góp chính, luận văn là công trình nghiên cứu bài bản, khoa học, góp phần giải quyết bài toán gia tăng giá trị cho ngành chăn nuôi bò sữa và công nghiệp chế biến sữa tại Việt Nam. Về định hướng tiếp theo trong giai đoạn 2021 - 2025, công nghệ cần được tiếp tục mở rộng quy mô lên 10.000 lít sữa/ngày và đăng ký giải pháp hữu ích. Các doanh nghiệp chế biến thực phẩm và cơ sở sản xuất sữa hãy liên hệ, hợp tác chuyển giao kết quả nghiên cứu này để nhanh chóng làm chủ công nghệ và chiếm lĩnh thị phần phô mai tươi nội địa đầy tiềm năng.