Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu quy trình sản xuất phô mai tươi sử dụng enzyme transglutaminase

Đồ án nghiên cứu hcmute nghiên cứu quy trình sản xuất phô mai tươi sử dụng enzyme transglutaminase, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự

• Tác giả: Võ Thị Thanh Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Thị Hoàn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Phô Mai Tươi Sử Dụng Enzyme Transglutaminase
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về phô mai
• 1.2. Giới thiệu chung
• 1.3. Phân loại
• 1.4. Định nghĩa
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phô mai tươi

Phô mai tươi là một sản phẩm từ sữa, được sản xuất bằng cách đông tụ sữa hoặc các nguyên liệu từ sữa như sữa gầy, sữa tách béo, kem, nhờ vào hoạt động của enzym rennet hoặc các tác nhân đông tụ khác. Theo FAO/WHO, phô mai tươi có thể được sử dụng ngay sau khi sản xuất mà không cần qua quá trình ủ chín. Việc sản xuất phô mai tươi không chỉ mang lại giá trị dinh dưỡng cao mà 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 ngành công nghiệp sữa. Phô mai tươi có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí như độ ẩm, hàm lượng chất béo, và phương pháp sản xuất. Các loại phô mai tươi phổ biến bao gồm Cottage, Quark, và Ricotta. Những sản phẩm này thường có hàm lượng chất khô thấp hơn so với các loại phô mai ủ chín, nhưng vẫn cung cấp nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể.

1.1. Nguyên liệu sản xuất phô mai tươi

Nguyên liệu chính trong sản xuất phô mai tươi là sữa, thường là sữa bò, nhưng cũng có thể sử dụng sữa từ các loài động vật khác như cừu, dê. Sữa chứa nhiều protein, chất béo, và các vitamin cần thiết cho sức khỏe. Enzyme transglutaminase, một loại enzyme vi sinh, được sử dụng để cải thiện cấu trúc và chất lượng của phô mai tươi. Enzyme này giúp tạo liên kết giữa các protein trong sữa, từ đó làm tăng độ đồng nhất và cải thiện tính chất cảm quan của sản phẩm. Việc sử dụng enzyme trong sản xuất phô mai tươi không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm cuối cùng.

II. Quy trình sản xuất phô mai tươi

Quy trình sản xuất phô mai tươi bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc chuẩn bị nguyên liệu đến quá trình đông tụ và chế biến. Đầu tiên, sữa được xử lý để loại bỏ tạp chất và vi khuẩn có hại. Sau đó, enzyme transglutaminase được thêm vào sữa để kích thích quá trình đông tụ. Nồng độ enzyme, nhiệt độ và thời gian xử lý là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy, nồng độ enzyme tối ưu là 2,2 U/g protein, nhiệt độ 40℃ và thời gian 4,5 giờ, giúp đạt hiệu suất thu hồi phô mai tươi lên đến 47,07%. Sau khi đông tụ, phô mai được tách ra và xử lý thêm để đạt được các chỉ tiêu chất lượng mong muốn.

2.1. Các phương pháp phân tích chất lượng phô mai

Để đánh giá chất lượng phô mai tươi, nhiều phương pháp phân tích được áp dụng. Các chỉ tiêu hóa lý như hàm lượng protein, chất béo, và độ ẩm được xác định thông qua các phương pháp tiêu chuẩn. Ngoài ra, các chỉ tiêu vi sinh cũng được kiểm tra để đảm bảo sản phẩm an toàn cho người tiêu dùng. Kết quả phân tích cho thấy, phô mai tươi có tổng hàm lượng chất khô đạt 26,5%, hàm lượng protein 9,73% và hàm lượng chất béo 11,8%, phù hợp với các tiêu chuẩn chất lượng hiện hành. Hình ảnh vi cấu trúc của phô mai tươi qua kính hiển vi quét (SEM) cho thấy sự đồng nhất trong cấu trúc, nhờ vào việc sử dụng enzyme transglutaminase trong quy trình sản xuất.

III. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu quy trình sản xuất phô mai tươi với enzyme transglutaminase không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất giúp nâng cao hiệu suất thu hồi phô mai tươi, từ đó giảm thiểu lãng phí nguyên liệu và tăng lợi nhuận cho các nhà sản xuất. Sản phẩm phô mai tươi có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng của thị trường. Hơn nữa, việc sử dụng enzyme trong sản xuất thực phẩm đang trở thành xu hướng phổ biến, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm. Điều này không chỉ có lợi cho ngành công nghiệp thực phẩm mà còn góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

3.1. Tương lai của sản xuất phô mai tươi

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao, sản xuất phô mai tươi có triển vọng lớn trong tương lai. Việc nghiên cứu và ứng dụng các enzyme như transglutaminase sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp thực phẩm. Các nhà sản xuất có thể phát triển các sản phẩm phô mai tươi đa dạng hơn, đáp ứng nhu cầu của thị trường. Đồng thời, việc cải tiến quy trình sản xuất sẽ giúp giảm thiểu chi phí và tăng cường tính cạnh tranh cho sản phẩm. Sự kết hợp giữa công nghệ hiện đại và nguyên liệu tự nhiên sẽ tạo ra những sản phẩm phô mai tươi chất lượng cao, an toàn và bổ dưỡng cho người tiêu dùng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa tại Việt Nam ghi nhận tốc độ tăng trưởng liên tục, kéo theo nhu cầu tiêu thụ đa dạng các chế phẩm từ sữa như sữa chua, bơ và phô mai. Tuy nhiên, theo các báo cáo chuyên sâu ngành sữa Việt Nam (giai đoạn 2017 - 2018), ngành chăn nuôi bò sữa trong nước còn phân tán, quy mô nhỏ lẻ, giá thành sản xuất cao và chất lượng nguồn sữa thô chưa thực sự đồng đều. Sản lượng sữa tươi nguyên liệu nội địa chỉ đáp ứng được khoảng 30% đến 40% nhu cầu sản xuất thực tế; hơn 60% đến 70% nguồn nguyên liệu đầu vào còn lại phải nhập khẩu dưới dạng sữa bột.

Phô mai tươi là nhóm sản phẩm giàu giá trị dinh dưỡng, cung cấp hàm lượng protein, chất béo dễ hấp thu, canxi và các vitamin khoáng chất thiết yếu. Trên thị trường nội địa, phần lớn các sản phẩm phô mai tươi có mặt đều là sản phẩm nhập khẩu từ các quốc gia như Pháp, Đức, Bỉ, Ba Lan. Các công trình nghiên cứu trong nước về công nghệ sản xuất phô mai tươi còn rất hạn chế, đặc biệt chưa có nghiên cứu nào công bố về việc ứng dụng enzyme transglutaminase vi sinh vật (MTGase) trên nền nguyên liệu sữa bột hoàn nguyên nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi và cải thiện cấu trúc mạng gel.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Nghiên cứu quy trình sản xuất phô mai tươi sử dụng enzyme transglutaminase" được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Khảo sát và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật trong quá trình xử lý sữa bột nguyên kem hoàn nguyên bằng enzyme MTGase (nồng độ enzyme, nhiệt độ, thời gian xử lý) thông qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 nhằm đạt hiệu suất thu hồi phô mai tươi tối đa.
2. Tiến hành thực nghiệm kiểm chứng điều kiện tối ưu để đánh giá độ tương thích giữa mô hình hồi quy lý thuyết và kết quả thực tế.
3. Xác định các chỉ tiêu chất lượng hóa lý (tổng hàm lượng chất khô, protein, lipid) và đánh giá độ an toàn vi sinh vật của sản phẩm phô mai tươi theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 5-3:2010/BYT.
4. Đánh giá và so sánh vi cấu trúc mạng lưới gel (thông qua ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét FE-SEM) giữa các mẫu phô mai tươi sản xuất từ sữa bột và sữa tươi, có và không bổ sung enzyme MTGase.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Sữa bột nguyên kem nhập khẩu (hãng Fonterra Co-operative Group Ltd), chế phẩm enzyme microbial transglutaminase (ACTIVE TG-SR-MH, hãng Ajinomoto Malaysia), và chủng vi khuẩn lactic phối hợp (Streptococcus thermophilus và Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus của hãng Chr. Hansen).
• Phạm vi không gian: Các thí nghiệm công nghệ, phân tích hóa lý và vi sinh được thực hiện tại các phòng thí nghiệm, xưởng thực hành thuộc Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh; phối hợp cùng Phòng thử nghiệm – Ban đảm bảo chất lượng, Nhà máy sữa Việt Nam (Vinamilk), Khu công nghiệp Mỹ Phước 2, Bến Cát, Bình Dương.
• Phạm vi thời gian: Đồ án hoàn thành vào tháng 01/2019.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở khoa học của quy trình sản xuất phô mai tươi trong nghiên cứu dựa trên hai quá trình biến đổi sinh hóa và hóa lý then chốt của hệ protein sữa:

1. Cơ chế đông tụ casein bằng acid lactic: Trong sữa bình thường (pH ~6,8), casein tồn tại ở dạng hạt micelle hình cầu tích điện âm, duy trì trạng thái phân tán bền vững nhờ tương tác tĩnh điện và sự hiện diện của $\kappa$-casein trên bề mặt. Khi hỗn hợp vi khuẩn lactic (Str. thermophilus và L. bulgaricus) lên men chuyển hóa đường lactose thành acid lactic, pH môi trường giảm dần. Khi pH đạt 4,9, các phức hệ canxi phosphat bắt đầu hòa tan; đến điểm đẳng điện (pH 4,6), điện tích của micelle bị triệt tiêu hoàn toàn, làm mất tính bền của dung dịch keo và khiến các phân tử casein liên kết tụ lại tạo thành khối đông tụ.
2. Cơ chế xúc tác tạo liên kết ngang của Microbial Transglutaminase (MTGase): Enzyme transglutaminase (EC 2.3.2.13) có nguồn gốc từ vi sinh vật (Streptomyces hoặc Streptoverticillium spp.) hoạt động độc lập không phụ thuộc vào ion $\text{Ca}^{2+}$. Enzyme xúc tác phản ứng chuyển gốc acyl giữa nhóm $\gamma$-carboxamide của phân tử glutamine với nhóm $\varepsilon$-amine của phân tử lysine trong chuỗi polypeptide, tạo ra liên kết isopeptide $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine bền vững. Quá trình này tạo nên các liên kết ngang nội phân tử và liên phân tử trong hệ micelle casein (đặc biệt là $\kappa$-casein và $\beta$-casein), giúp gia cố mạng gel protein, tăng khả năng bẫy giữ các phân tử nước tự do và giảm hiện tượng tách huyết thanh (whey).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích bao gồm:

• Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: Sử dụng bài toán quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với 3 yếu tố ảnh hưởng ($Z_1$: nồng độ enzyme MTGase, $Z_2$: nhiệt độ xử lý, $Z_3$: thời gian xử lý) gồm 18 thí nghiệm, hàm mục tiêu là hiệu suất thu hồi phô mai tươi ($Y$, %).
• Quy trình công nghệ thực nghiệm: Hoàn nguyên sữa bột (15% chất khô, 45 - 50°C, 20 phút) $\rightarrow$ Thanh trùng (85°C, 30 phút) $\rightarrow$ Xử lý enzyme MTGase theo ma trận $\rightarrow$ Lên men bằng chủng LAB kết hợp (43 ± 1°C đến khi pH $\le$ 4,6 trong 4,5 - 5 giờ) $\rightarrow$ Làm nguội (20 - 25°C) $\rightarrow$ Ép tách whey bằng khuôn kích thước 14 $\times$ 10,5 $\times$ 9,5 cm dưới tải trọng 1,5 kg trong 50 phút.
• Phương pháp phân tích hóa lý và vi sinh: Định lượng tổng chất khô, protein thô, lipid theo các phương pháp phân tích tiêu chuẩn; kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh vật (Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus) theo QCVN 5-3:2010/BYT.
• Phương pháp phân tích vi cấu trúc: Sử dụng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM (Hitachi S4800, Nhật Bản) để quan sát hình thái mạng lưới protein ở thang đo micromet.

Nguyên liệu / Tác nhân	Thông số kỹ thuật / Đặc tính chính	Nguồn gốc / Đơn vị cung cấp
Sữa bột nguyên kem	Protein: 24,5%; Béo: 26,3%; Glucid: 40,3%; Độ ẩm: 3,1%; Khoáng: 5,8%	Fonterra Co-operative Group Ltd (New Zealand)
Enzyme MTGase (ACTIVA TG-SR-MH)	Hoạt độ: 36 U/g; Độ ẩm: 6,5%; Vi sinh vật hiếu khí: 20 CFU/g; E. coli: Âm tính	Ajinomoto (Malaysia) Berhad Co.
Chủng vi khuẩn lactic	Hỗn hợp Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus đông khô	Chr. Hansen

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 1 hệ thống hóa các vấn đề lý thuyết và thực tiễn liên quan đến công nghệ sản xuất phô mai:

• Trình bày định nghĩa phô mai theo tiêu chuẩn quốc tế FAO/WHO, lịch sử phát triển ngành phô mai từ thời kỳ cổ đại đến hiện đại, đồng thời phân loại chi tiết các dòng phô mai theo độ ẩm (mềm, bán cứng, cứng), hàm lượng chất béo (rất cao, cao, trung bình, thấp, gầy), tác nhân đông tụ (acid, rennet, kết hợp acid - nhiệt) và cấu trúc sản phẩm (paste, hạt, gel).
• Phân tích sâu về đặc điểm của các sản phẩm phô mai tươi phổ biến trên thế giới như Quark (Đức), Tvorog (Đông Âu), Cottage cheese, Cream cheese, Ricotta (Ý), cùng các quy định pháp lý về tỷ lệ chất khô và hàm lượng protein tối thiểu của từng loại tại châu Âu.
• Phân tích thành phần hóa học của sữa tươi và sữa bột nguyên kem, chỉ rõ vai trò cấu trúc của hệ casein ($\alpha_{s1}, \alpha_{s2}, \beta, \kappa$-casein) và whey protein ($\beta$-lactoglobulin, $\alpha$-lactalbumin), cơ chế sinh hóa của quá trình chuyển hóa lactose thành acid lactic bởi vi khuẩn lactic ưa nhiệt.
• Khái quát đặc tính cấu trúc, hoạt tính xúc tác và điều kiện tối ưu của enzyme MTGase (hoạt động trong dải pH 5 - 8, nhiệt độ tối ưu 40 - 45°C), các phản ứng chuyển acyl, tạo liên kết ngang $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine và phản ứng khử amin.
• Tổng kết tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: Trong khi các công trình quốc tế (Lorenzen, 2002; Yuksel & Erdem, 2010; Sanli, 2015; Alaa, 2018) đã chứng minh vai trò của MTGase trong việc tăng độ bền gel và hạn chế tách whey ở sữa chua và phô mai từ sữa tươi, thì tại Việt Nam hoàn toàn chưa có nghiên cứu nào đánh giá việc ứng dụng MTGase trên nguyên liệu sữa bột nguyên kem hoàn nguyên.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị vật liệu, hóa chất, thiết bị và các bước triển khai thực nghiệm:

• Trình bày nguồn gốc, chứng nhận phân tích (COA/SPEC) của sữa bột nguyên kem Fonterra, enzyme ACTIVA TG-SR-MH (Ajinomoto) và men vi khuẩn lactic (Chr. Hansen).
• Mô tả danh mục thiết bị nghiên cứu: Cân phân tích 4 số Sartorius BL 210S, pH kế Mettler Toledo, bể điều nhiệt Memmert, tủ sấy chân không Memmert, hệ thống kính hiển vi điện tử quét FE-SEM Hitachi S4800.
• Xây dựng sơ đồ quy trình công nghệ chuẩn sản xuất phô mai tươi quy mô phòng thí nghiệm kèm thuyết minh chi tiết thông số từng bước: hoàn nguyên sữa bột tỷ lệ 77,32 g bột trong 422,68 g nước để đạt 15% chất khô; thanh trùng ở 85°C trong 30 phút; bổ sung enzyme MTGase theo dải nồng độ 0,6 – 3,0 U/g protein, nhiệt độ 30 – 60°C, thời gian 1,5 – 6 giờ; cấy giống vi khuẩn lactic (0,1 g/500 ml dung dịch sữa) lên men ở 43 ± 1°C đến khi pH $\le$ 4,6; làm nguội và ép tách whey bằng tải trọng 1,5 kg trong 50 phút.
• Thiết lập mô hình quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 gồm 18 thí nghiệm để khảo sát sự tương tác giữa 3 biến độc lập lên hiệu suất thu hồi phô mai tươi ($Y$, %). Thiết lập sơ đồ bố trí thí nghiệm so sánh vi cấu trúc trên 4 mẫu: M1 (sữa bột có enzyme), M2 (sữa bột không enzyme), M3 (sữa tươi có enzyme), M4 (sữa tươi không enzyme).

Chương 3: Kết quả và biện luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm thu được và phân tích cơ chế khoa học:

• Kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý của sữa bột nguyên kem làm nguyên liệu ban đầu, xác nhận độ ẩm, protein và hàm lượng chất béo phù hợp với yêu cầu sản xuất phô mai tươi.
• Xử lý số liệu từ ma trận thực nghiệm 18 thí nghiệm, xác định các hệ số hồi quy $b_j$, đánh giá mức độ tin cậy và sự tương thích của phương trình hồi quy bậc 2 biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất thu hồi với nồng độ enzyme, nhiệt độ và thời gian xử lý.
• Giải bài toán tối ưu hóa một mục tiêu bằng phương pháp giải tích/toán học, tìm ra điểm cực trị của hàm mục tiêu. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi phô mai tươi đạt giá trị lý thuyết tối đa là 47,07% tại điều kiện: nồng độ MTGase 2,2 U/g protein, nhiệt độ xử lý 40°C và thời gian 4,5 giờ.
• Tiến hành thực nghiệm kiểm chứng tại các thông số tối ưu: hiệu suất thu hồi thực nghiệm đạt 46,18%, có sự tương đồng cao với kết quả mô hình lý thuyết (chênh lệch dưới 1%).
• Đánh giá chất lượng thành phẩm phô mai tươi tối ưu: Tổng hàm lượng chất khô đạt 26,5%, protein đạt 9,73%, chất béo đạt 11,8%. Các chỉ tiêu vi sinh vật (Salmonella, Listeria monocytogenes, tụ cầu khuẩn) hoàn toàn đáp ứng ngưỡng cho phép theo QCVN 5-3:2010/BYT.
• Phân tích kết quả chụp ảnh FE-SEM: Mạng lưới vi cấu trúc của mẫu có xử lý enzyme MTGase (M1 và M3) đồng nhất, các hạt micelle liên kết chặt chẽ với kích thước khối hạt nhỏ hơn, các lỗ xốp và khoảng trống giảm rõ rệt so với các mẫu không xử lý enzyme (M2 và M4). Không có sự khác biệt cấu trúc đáng kể giữa sản phẩm phô mai tươi làm từ sữa bột hoàn nguyên và sữa tươi khi cùng được xử lý với MTGase.

Chỉ tiêu phân tích	Sản phẩm phô mai tươi tối ưu (Sữa bột + MTGase)	Giá trị tham chiếu / Quy chuẩn
Tổng hàm lượng chất khô (%)	26,5	18,0 - 39,0 (Dải phô mai tươi quốc tế)
Hàm lượng protein (%)	9,73	Tương đương các dòng phô mai tươi thương phẩm
Hàm lượng lipid / chất béo (%)	11,8	Phù hợp nhóm phô mai tươi béo trung bình
Hiệu suất thu hồi lý thuyết (%)	47,07	Cực trị mô hình quy hoạch trực giao cấp 2
Hiệu suất thu hồi thực nghiệm (%)	46,18	Kiểm chứng thực nghiệm lặp lại
Chỉ tiêu vi sinh (L. monocytogenes, v.v.)	Không phát hiện / Đạt chuẩn	QCVN 5-3:2010/BYT

Chương 4: Kết luận

Chương 4 đúc kết các kết luận chính của khóa luận:

• Đã xác định được bộ thông số kỹ thuật tối ưu cho công đoạn xử lý enzyme MTGase trong sản xuất phô mai tươi từ sữa bột nguyên kem: nồng độ enzyme 2,2 U/g protein, nhiệt độ xử lý 40°C, thời gian xử lý 4,5 giờ, mang lại hiệu suất thu hồi thực tế đạt 46,18%.
• Sản phẩm thu được đảm bảo các chỉ tiêu hóa lý và an toàn vi sinh vật tương đương với phô mai tươi làm từ sữa tươi truyền thống.
• Việc ứng dụng MTGase tạo ra liên kết ngang bền vững, làm mịn và đồng nhất mạng lưới vi cấu trúc gel protein, khẳng định tiềm năng ứng dụng thực tiễn của sữa bột nguyên kem làm nguồn nguyên liệu thay thế cho sữa tươi trong sản xuất phô mai tại Việt Nam.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Xác lập thành công mô hình toán học hồi quy bậc 2 thể hiện ảnh hưởng của nồng độ enzyme MTGase, nhiệt độ và thời gian xử lý đến hiệu suất thu hồi phô mai tươi.
• Tìm ra điểm tối ưu công nghệ: Nồng độ enzyme MTGase là 2,2 U/g protein, nhiệt độ xử lý 40°C, thời gian ủ enzyme 4,5 giờ.
• Đạt hiệu suất thu hồi phô mai tươi thực nghiệm là 46,18% (so với dự báo lý thuyết 47,07%).
• Xác định thành phần dinh dưỡng của phô mai tươi thành phẩm: Tổng hàm lượng chất khô đạt 26,5%, protein đạt 9,73%, chất béo đạt 11,8%; đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm theo QCVN 5-3:2010/BYT.
• Chứng minh bằng hình ảnh vi cấu trúc FE-SEM rằng việc xử lý enzyme MTGase tạo ra các liên kết isopeptide $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine giúp thu hẹp các lỗ xốp, tăng mật độ liên kết hạt micelle và giảm sự thoát huyết thanh trong khối đông.

Giải pháp và quy trình đề xuất

• Đề xuất một quy trình công nghệ hoàn chỉnh sản xuất phô mai tươi từ sữa bột nguyên kem hoàn nguyên (15% chất khô), tích hợp công đoạn tiền xử lý enzyme MTGase trước khi tiến hành lên men bằng vi khuẩn lactic ở 43°C đến pH $\le$ 4,6.
• Đưa ra giải pháp kỹ thuật ép tách whey chuẩn hóa (tải trọng 1,5 kg trên diện tích khuôn 14 $\times$ 10,5 cm trong 50 phút) nhằm duy trì độ ẩm và độ đặc thích hợp cho sản phẩm phô mai tươi dạng mềm.

Đóng góp so với các nghiên cứu trước

• Đây là công trình thực nghiệm đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu có hệ thống việc ứng dụng enzyme transglutaminase vi sinh vật trong quy trình sản xuất phô mai tươi từ nguồn nguyên liệu sữa bột nguyên kem.
• Khẳng định tính khả thi của việc thay thế nguồn sữa tươi nguyên liệu vốn khan hiếm và đắt đỏ trong nước bằng sữa bột nguyên kem hoàn nguyên mà vẫn đảm bảo được giá trị dinh dưỡng, hiệu suất thu hồi và chất lượng vi cấu trúc của phô mai tươi.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm với mẻ mẫu 500 ml dịch sữa hoàn nguyên, sử dụng phương pháp ép tách whey bằng tải trọng cơ học thủ công thay vì các hệ thống ly tâm hoặc lọc màng công nghiệp.
• Phạm vi nghiên cứu cố định tỷ lệ hoàn nguyên sữa bột ở mức 15% chất khô, chưa tiến hành khảo sát sự biến thiên của các nồng độ chất khô hoàn nguyên khác nhau.
• Chưa khảo sát chi tiết động thái biến đổi các chỉ tiêu hóa lý, cảm quan và vi sinh vật trong suốt chu kỳ bảo quản dài hạn của sản phẩm ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng khảo sát ảnh hưởng của việc xử lý MTGase đến đặc tính lưu biến (độ nhớt, độ cứng, độ đàn hồi, độ dẻo) và chất lượng cảm quan của phô mai tươi trong suốt thời gian bảo quản ở nhiệt độ 4 - 8°C.
• Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình tách whey ở quy mô pilot/công nghiệp bằng các phương pháp tách màng hoặc ly tâm công nghiệp.
• Khảo sát phối hợp enzyme MTGase với các nguồn nguyên liệu phụ gia sinh học khác nhằm đa dạng hóa hương vị và kéo dài thời hạn sử dụng cho phô mai tươi.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên cao học, giảng viên và các nhà nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Sinh học và Quản lý Chất lượng Thực phẩm.
• Giá trị thực tiễn cho doanh nghiệp: Cung cấp thông số công nghệ cụ thể và quy trình kỹ thuật cho các kỹ sư R&D tại các nhà máy chế biến sữa muốn đa dạng hóa danh mục sản phẩm từ sữa bột hoàn nguyên nhằm tối ưu hóa chi phí nguyên liệu đầu vào.
• Các nội dung nổi bật đáng tham khảo:
  • Quy trình ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 để giải bài toán tối ưu hóa đa yếu tố trong công nghệ thực phẩm.
  • Bộ thông số kỹ thuật chuẩn về nồng độ, nhiệt độ và thời gian xử lý enzyme MTGase trên cơ chất protein sữa.
  • Phương pháp chuẩn bị mẫu và kỹ thuật phân tích vi cấu trúc mạng gel protein bằng kính hiển vi điện tử quét FE-SEM.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lại chọn sữa bột nguyên kem làm nguyên liệu chính thay vì sữa tươi?
Do ngành chăn nuôi bò sữa tại Việt Nam chỉ đáp ứng được khoảng 30% đến 40% nhu cầu sữa nguyên liệu trong nước, hơn 60% đến 70% còn lại phải nhập khẩu dưới dạng sữa bột. Sữa bột nguyên kem có ưu điểm chất lượng ổn định, dễ vận chuyển, thời gian bảo quản dài và nguồn cung dồi dào, giúp giảm chi phí sản xuất và chủ động nguyên liệu.

2. Vai trò cụ thể của enzyme microbial transglutaminase (MTGase) trong quy trình sản xuất phô mai tươi là gì?
MTGase xúc tác phản ứng tạo liên kết isopeptide $\varepsilon$-($\gamma$-glutamyl)lysine giữa các gốc glutamine và lysine của protein sữa (chủ yếu là casein). Các liên kết ngang này gia cố mạng lưới gel protein, giúp mạng gel giữ nước tốt hơn, hạn chế hiện tượng tách thoát whey và nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm phô mai tươi.

3. Bộ thông số công nghệ tối ưu của quá trình xử lý enzyme MTGase được xác định là bao nhiêu?
Từ mô hình quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, điều kiện xử lý enzyme tối ưu được xác định gồm: nồng độ enzyme 2,2 U/g protein, nhiệt độ xử lý 40°C và thời gian xử lý 4,5 giờ.

4. Hiệu suất thu hồi và thành phần dinh dưỡng chính của sản phẩm phô mai tươi đạt được như thế nào?
Tại điều kiện tối ưu, hiệu suất thu hồi phô mai tươi thực nghiệm đạt 46,18% (khớp với giá trị dự báo lý thuyết 47,07%). Sản phẩm có tổng hàm lượng chất khô đạt 26,5%, hàm lượng protein đạt 9,73% và hàm lượng chất béo đạt 11,8%.

5. Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét (FE-SEM) cho thấy điều gì về vi cấu trúc của phô mai có bổ sung MTGase?
Hình ảnh FE-SEM chứng minh mẫu có xử lý enzyme MTGase sở hữu mạng lưới gel đồng nhất hơn, các cấu tử micelle có kích thước nhỏ và liên kết chặt chẽ hơn, khoảng trống xốp trong mạng gel giảm hẳn so với mẫu đối chứng không bổ sung enzyme; đồng thời không có sự khác biệt cấu trúc đáng kể giữa phô mai làm từ sữa bột và sữa tươi khi cùng được xử lý MTGase.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp đã nghiên cứu và xây dựng thành công quy trình công nghệ sản xuất phô mai tươi từ sữa bột nguyên kem hoàn nguyên có ứng dụng enzyme microbial transglutaminase (MTGase). Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, tác giả đã xác lập được điều kiện xử lý enzyme tối ưu (nồng độ 2,2 U/g protein, nhiệt độ 40°C, thời gian 4,5 giờ) mang lại hiệu suất thu hồi thực tế đạt 46,18%. Sản phẩm phô mai tươi thành phẩm đạt độ đồng nhất vi cấu trúc cao nhờ mạng lưới liên kết ngang bền vững, có giá trị dinh dưỡng cao và đạt tiêu chuẩn an toàn vi sinh theo QCVN 5-3:2010/BYT, mở ra triển vọng ứng dụng nguyên liệu sữa bột hoàn nguyên trong công nghiệp sản xuất phô mai tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về phô mai 1. Giới thiệu chung Phô mai (pho mát) là tên gọi chung của một nhóm các sản phẩm từ sữa, được sản xuất trên toàn thế giới với đủ các hương vị, màu sắc, độ mềm cứng khác nhau (Caric và cộng sự, 1993; Cogan và Hill, 1993). Theo định nghĩa của FAO/WHO, phô mai là sản phẩm rắn hoặc bán rắn, ở dạng tươi hoặc đã qua ủ chín, thu được bằng cách làm đông tụ sữa hoặc các nguyên liệu từ sữa: sữa gầy, sữa tách béo, kem, whey cream, nhờ hoạt động của enzym rennet hoặc các tác nhân đông tụ thích hợp khác và làm tách một phần nước khỏi quện sữa đông (Walstra và cộng sự, 2006).

Phô mai là thực phẩm lâu đời, bắt nguồn từ khu vực nằm giữa hai con sông Tigris và Euphrates, nay là Iraq, cách đây khoảng 8000 năm (Fox và cộng sự, 2004). Phô mai được phát hiện lần đầu tiên ở Trung Đông và dạng sơ khai nhất là một dạng sữa bị hỏng. Phô mai được một du mục Ả Rập khám phá đầu tiên (Fox và cộng sự, 2004). Nghề làm phô mai phát triển và được người châu Á đưa sang châu Âu, sau đó từ châu Âu sang châu Mỹ.

Trong đế chế La Mã cổ đại, phô mai đã trở thành món ăn hết sức phổ biến, được các tu sĩ trong các tu viện ở châu Âu nghiên cứu và cải thiện chất lượng. Việc sản xuất và tiêu thụ phô mai tăng mạnh ở thị trường mới này. Ngành công nghiêp buôn bán phô mai được sinh ra và tăng trưởng ở nửa sau của những năm 1800 và kéo dài đến hiện tại (Condron và cộng sự, 2009). Nhờ hương vị đặc biệt và giá trị dinh dưỡng cao, dần dần phô mai được sản xuất ở nhiều nơi trên thế giới từ các phòng bếp gia đình cho đến các trang trại, nhà máy quy mô công nghiệp.

Rất nhiều nguồn sữa được sử dụng để làm phô mai như sữa bò, cừu, dê, thậm chí cả sữa ngựa nhưng chủ yếu vẫn là sữa bò. Việc phát hiện ra cách ủ chín phô mai cùng với phương pháp tiệt trùng Pastuer đã mang lại hiệu quả cao trong quá trình bảo quản cũng như tạo ra hương vị hấp dẫn cho loại thực phẩm giàu dinh dưỡng này. Phô mai cung cấp nhiều chất đạm, có hàm lượng canxi cao và chất dinh dưỡng dồi dào. Các protein, chất béo trong phô mai đều ở dạng dễ hấp thu, có đầy đủ các 1 do an axit amin không thay thế, các vitamin và khoáng chất như canxi, photpho, kẽm,… (Lâm Xuân Thanh, 2003), (Fox và cộng sự, 1998).

Trong phô mai chứa khoảng 5 – 20% protein dưới dạng các amino axit, 1 – 30% lipid tùy vào từng loại phô mai, các muối khoáng và các vitamin (A, B1, B2, C…). Ngoài ra, trong phô mai còn có chất kẽm rất tốt cho não, da và hệ miễn dịch (Fox, 1993). Phô mai không chỉ mang lại giá trị dinh dưỡng cao mà sản xuất phô mai 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 ngành công nghiệp sữa, góp phần phát triển kinh tế xã hội. Phân loại Hiện nay có hơn 1000 loại phô mai được sản xuất trên thế giới (Fox và cộng sự, 2004).

Phô mai được phân loại theo nhiều cách khác nhau: tên nước sản xuất, loại sữa sử dụng, loài động vật nuôi lấy sữa, hàm lượng chất béo, độ ẩm, cấu trúc, tác nhân đông tụ casein, loại vi sinh vật tham gia vào quá trình ủ chín, quy trình công nghệ làm phô mai, độ ẩm trong thành phần chất rắn không béo. Những tiêu chí này được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau.  Phân loại theo độ ấm Tùy theo độ ẩm và cấu trúc, phô mai được chia thành các loại như trong bảng 1. Phân loại phô mai theo độ ẩm và cấu trúc Loại phô Độ ẩm Chất béo Mô tả Sản phẩm mai (%) (%) chung Phô mai tươi, không ủ chín: Cottage, Phô mai Mềm, Ricotta, Quarg, Mozzarella 55 - 80 < 40 mềm trắng Phô mai ủ chín bề mặt bằng nấm mốc: Brie, Camenbert Phô mai Chắc, có Phô mai có quá trình ủ chín: Limburger, 41 - 55 < 35 bán cứng thể cắt lát Gorgonzola, Roquefort Phô mai ủ chín có cấu trúc mắt: Rất chắc, Phô mai Emmental 20 - 40 < 30 dày, có thể cứng Phô mai ủ chín không có cấu trúc mắt: có lỗ Cheddar, Cheshire Nguồn: Fellows, 2008; Cogan và cộng sự, 1997; Quintans và cộng sự, 2008.

2 do an  Phân loại theo hàm lượng chất béo trong sản phẩm Tùy theo hàm lượng chất béo có trong sản phẩm mà phô mai tươi được chia thành các loại như trong bảng 1. Phân loại phô mai theo hàm lượng chất béo trong sản phẩm Hàm lượng STT Loại phô mai chất béo, % 1 Phô mai có hàm lượng béo rất cao >60 2 Phô mai có hàm lượng béo cao 45 – 60 3 Phô mai có hàm lượng béo trung bình 25 – 45 4 Phô mai có hàm lượng béo thấp 10 – 25 5 Phô mai gầy <10 Nguồn: Lâm Xuân Thanh, 2003  Phân loại theo tác nhân đông tụ và phương thức sản xuất  Phân loại theo tác nhân đông tụ: là rennet hay là acid. Có một số loại vừa là kết quả của sự đông tụ casein bằng acid và bằng cả rennin, ví dụ như cottage cheese.  Theo phương thức sản xuất chia thành 2 loại: phô mai tươi và phô mai ủ chín.

Trong quá trình sản xuất phô mai, casein trong sữa có thể được đông tụ bởi acid hoặc/và enzyme. Đối với các sản phẩm phô mai tươi làm từ sữa đông tụ bởi rennet như Morazella hoặc sử dụng acid citric thường có thời gian sản xuất ngắn nhưng không mang hương vị đặc trưng. Ngược lại, các phô mai tươi sử dụng vi khuẩn lactic để 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 sản phẩm. Vi khuẩn lactic sử dụng thường là sự kết hợp của các chủng vi khuẩn lactic ưa ấm: Cottage, cream, cheddar hoặc là sự kết hợp của các chủng ưa ấm và ưa nhiệt như phô mai Manchego, Montasio (Fox và cộng sự, 2004).

Các phô mai tươi thường có thời gian bảo quản tương đối ngắn (2 – 4 tuần) (Fellows, 2008). Để kéo dài thời gian sử dụng, phô mai thường được ủ chín hoặc được nấu chảy thành dạng phô mai chế biến. Khác với phô mai truyền thống, nguyên liệu chính là sữa, phô mai chế biến được làm từ các loại phô mai khác nhau và được bổ sung thêm các nguyên liệu khác, phô mai được gia nhiệt tới 85 – 95℃ trong vài phút để tạo ra loại phô mai chế biến. 3 do an Một đặc điểm đặc trưng của phô mai chế biến là hệ vi sinh vật trong sản phẩm đã bị tiêu diệt ở giai đoạn xử lý nhiệt trong quy trình sản xuất.

Do đó, phô mai chế biến dễ vận chuyển và bảo quản hơn các sản phẩm phô mai truyền thống (Fox và cộng sự, 2004). Các loại phô mai A - Phô mai Gouda và Cheddar; B - Phô mai Roquefort; C - Phô mai cứng Thụy Sĩ; D - Phô mai Brie (trái) và phô mai Limburger (phải); E - Phô mai Cottage; F - Phô mai Quark Phô mai Gouda và Cheddar được nhận ra bằng đặc điểm riêng biệt do lớp màng và lớp sáp đỏ phủ trên bề mặt. Phô mai Roquefort có dạng vụn, vùng có màu tối là do Penicillium sinh trưởng. Phô mai cứng Thụy Sỹ, loại phô mai cứng có chứa các lỗ do tạo thành CO2 từ quá trình lên men của vi khuẩn Propionibacterium.

Phô mai Brie (trái) và phô 4 do an mai Limburger (phải) là loại phô mai mềm, khi chín trên bề mặt có sự sinh trưởng của Penicillium camemberti (Brie) và Brevibacterium linens (Limburger). Phô mai dạng kem như Cottage (thường được phết vào bánh), là loại phô mai không được ủ chín, chúng được bán ngay sau khi tạo thành sản phẩm. Phô mai Quark là sản phẩm truyền thống của Đức, cũng là loại phô mai tươi không quan giai đoạn ủ chín và có cấu trúc mềm, màu trắng và thường không có hạt. Ngoài ra, trên thị trường có loại phô mai chế biến, tức là phô mai được bổ sung thêm sữa bột, các sản phẩm từ casein, hương, màu, chất bảo quản, chất ổn định, đóng thành bánh, hoặc đóng khuôn ở dạng tấm mỏng, có bọc sẵn màng film để tiện dùng hoặc được sử dụng như đồ ăn sẵn.

Định nghĩa Phô mai tươi là phô mai không qua ủ chín, được sản xuất bằng cách đông tụ sữa, kem hoặc whey sử dụng acid, hỗn hợp acid và rennet hoặc kết hợp sử dụng acid có qua xử lý nhiệt. Phô mai tươi là loại phô mai có thể sử dụng ngay sau khi sản xuất. Ở mỗi quốc gia khác nhau sẽ có các loại phô mai tươi đặc trưng cho nền văn hóa truyền thống của họ. Tuy nhiên, với sự toàn cầu hóa ngày càng tăng và sự phát triển của ngành du lịch, các loại phô mai tươi này dần được lan rộng ra ngoài khu vực xuất xứ của chúng.

Trong đó, Cream cheese, Cottage cheese, Quark hoặc Tvorog, Fromage frais và Ricotta là một trong những sản phẩm nổi tiếng nhất (Fox và cộng sự, 2004). Quark và Cream cheese đều có thể được dùng trong các món ăn ngọt hoặc mặn. Hầu hết phô mai tươi đều có nhiều tác dụng và đặc biệt thích hợp để chế biến thành các chế phẩm phô mai tươi hoặc các món ăn khác nhau như bánh phô mai, nước sốt, các món tráng miệng… (Fox và cộng sự, 2004). Phân loại Phô mai tươi được chia thành nhiều loại khác nhau như theo phương pháp đông tụ: đông tụ bằng acid, hỗn hợp acid - rennet, acid - nhiệt…; theo tính nhất quán: dạng paste, có hạt hoặc dạng gel; theo nguyên liệu sản xuất: sữa hoặc whey (Bảng 1.

5 do an Bảng 1. Phân loại phô mai tươi Tiêu chí STT Đặc điểm Sản phẩm đại diện phân loại Loại được đông tụ bởi acid, không bổ sung hoặc bổ sung rất ít rennet. Acid Cottage, Quark, thường được tạo ra bằng lactic acid Cream và phô mai bacteria (LAB). Tuy nhiên có một số loại tươi Bắc Mỹ.

phô mai tươi được acid hóa trực tiếp bởi gluconodelta – lactone. Phân loại Quesco, Balnco, 1 theo tác nhân Loại được đông tụ bởi rennet, không bổ Quesco Fresco, đông tụ sung hoặc bổ sung rất ít LAB. Halloumi, phô mai tươi từ Ý Ricotta (Ý), Channa Loại được đông tụ bởi acid ở nhiệt độ và Paneer (Ấn Độ), cao: sản phẩm có độ ẩm cao nhưng chắc.