Luận văn thạc sĩ nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống từ gạo lứt, giúp tối ưu hóa chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Trần Thị Tuyết
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Đoàn
• Trường học: Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về gạo lứt
• 2.2. Đặc điểm của gạo lứt
• 2.3. Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt
• 2.4. Công dụng của gạo lứt
• 2.5. Tổng quan về lên men lactic
• 2.5.1. Đặc điểm vi khuẩn lactic
• 2.5.2. Chủng vi khuẩn lactic sử dụng trong sản xuất sữa chua
• 2.5.3. Quá trình lên men lactic
• 2.5.4. Một số sản phẩm ứng dụng lên men lactic
• 2.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.6.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 3. PHẦN 3: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nguyên vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.1.1. Nguyên liệu nghiên cứu
• 3.1.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.1.3. Hóa chất và thiết bị sử dụng
• 3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 3.4.1. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
• 3.4.2. Thí nghiệm cho nội dung 1
• 3.4.3. Thí nghiệm cho nội dung 2
• 3.4.4. Phƣơng pháp phân tích
• 3.4.4.1. Phân tích vi khuẩn lactic tổng số
• 3.4.4.2. Phƣơng pháp xác định pH
• 3.4.4.3. Phƣơng pháp đánh giá cảm quan
• 3.4.5. Quy trình sản xuất dự kiến
• 3.4.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Xác định các yếu tố công nghệ của quá trình lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men lactic từ gạo lứt
• 4.2. Kết quả xác định tỷ lệ giống sử dụng trong sản xuất nƣớc uống lên men lactic từ gạo lứt
• 4.3. Kết quả nghiên cứu nhiệt độ lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men lactic từ gạo lứt
• 4.4. Kết quả nghiên cứu thời gian lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men lactic từ gạo lứt
• 4.5. Kết quả tối ƣu hóa điều kiện lên men trong quá trình lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men từ gạo lứt
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Lên men lactic và ứng dụng trong sản xuất nước uống từ gạo lứt

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành axit lactic nhờ vi khuẩn lactic, được ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm. Quá trình này không chỉ tăng giá trị dinh dưỡng mà còn cải thiện chất lượng và an toàn thực phẩm. Nước uống từ gạo lứt là sản phẩm mới kết hợp lợi ích của gạo lứt và vi khuẩn lactic, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe như hỗ trợ tiêu hóa, điều hòa đường huyết và giảm cholesterol. Nghiên cứu này tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống từ gạo lứt, nhằm tối ưu hóa điều kiện sản xuất.

1.1. Yếu tố ảnh hưởng đến lên men lactic

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic bao gồm tỷ lệ giống vi khuẩn, nhiệt độ và thời gian lên men. Tỷ lệ giống quyết định mật độ vi khuẩn lactic, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men. Nhiệt độ tối ưu cho vi khuẩn lactic thường dao động từ 25-45°C, tùy thuộc vào chủng vi khuẩn. Thời gian lên men cũng là yếu tố quan trọng, quyết định hàm lượng axit lactic và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.2. Ứng dụng của lên men lactic trong sản xuất nước uống

Sản xuất nước uống từ gạo lứt kết hợp lên men lactic là hướng đi mới trong công nghệ thực phẩm. Quá trình này không chỉ tận dụng giá trị dinh dưỡng của gạo lứt mà còn tăng cường lợi khuẩn, mang lại lợi ích sức khỏe cho người dùng. Sản phẩm có thể hỗ trợ tiêu hóa, tăng cường miễn dịch và giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch.

II. Gạo lứt và giá trị dinh dưỡng

Gạo lứt là loại gạo chỉ xay bỏ vỏ trấu, vẫn giữ lại lớp cám giàu dinh dưỡng. So với gạo trắng, gạo lứt chứa nhiều vitamin, khoáng chất và chất xơ, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe. Nghiên cứu cho thấy gạo lứt có khả năng điều hòa đường huyết, giảm cholesterol và ngăn ngừa các bệnh tim mạch. Việc sử dụng gạo lứt trong sản xuất nước uống lên men không chỉ tận dụng giá trị dinh dưỡng mà còn tạo ra sản phẩm có lợi cho sức khỏe.

2.1. Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt

Gạo lứt chứa nhiều vitamin nhóm B (B1, B3, B6), vitamin E, magie, mangan, sắt và chất xơ. Lớp cám của gạo lứt còn chứa chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp và giảm cholesterol. So với gạo trắng, gạo lứt có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn, đặc biệt là chất xơ và các nguyên tố vi lượng.

2.2. Công dụng của gạo lứt trong sức khỏe

Gạo lứt được chứng minh có khả năng hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường, giảm cholesterol và ngăn ngừa các bệnh tim mạch. Chất xơ trong gạo lứt giúp no lâu, hỗ trợ giảm cân. Ngoài ra, gạo lứt còn có tác dụng chống oxy hóa, tăng cường hệ miễn dịch và hỗ trợ tiêu hóa.

III. Quy trình sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt

Quy trình sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt bao gồm các bước chính: chuẩn bị nguyên liệu, lên men lactic, tối ưu hóa điều kiện lên men và đóng gói sản phẩm. Quá trình lên men được thực hiện bằng vi khuẩn lactic, tạo ra axit lactic và các hợp chất có lợi khác. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định tỷ lệ giống, nhiệt độ và thời gian lên men tối ưu để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.1. Chuẩn bị nguyên liệu và lên men

Nguyên liệu chính là gạo lứt, được ngâm và nấu chín trước khi lên men. Vi khuẩn lactic được bổ sung vào hỗn hợp gạo lứt và nước, sau đó tiến hành lên men ở nhiệt độ và thời gian phù hợp. Quá trình lên men tạo ra axit lactic, giúp tăng giá trị dinh dưỡng và tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm.

3.2. Tối ưu hóa điều kiện lên men

Nghiên cứu xác định tỷ lệ giống vi khuẩn lactic, nhiệt độ và thời gian lên men tối ưu để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất. Kết quả cho thấy tỷ lệ giống 2-3%, nhiệt độ 37-40°C và thời gian lên men 24-48 giờ là điều kiện lý tưởng cho quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống từ gạo lứt.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng cả về mặt khoa học và thực tiễn. Về mặt khoa học, nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống từ gạo lứt. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic, bao gồm tỷ lệ giống, nhiệt độ và thời gian lên men. Kết quả nghiên cứu góp phần làm phong phú thêm kiến thức về ứng dụng vi khuẩn lactic trong công nghệ thực phẩm.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất nước uống từ gạo lứt, giảm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Sản phẩm có tiềm năng lớn trong thị trường thực phẩm chức năng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về sản phẩm có lợi cho sức khỏe.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lên men lactic là một trong những giải pháp công nghệ sinh học truyền thống và hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng, chất lượng cảm quan và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Quá trình hoạt động của các vi khuẩn lactic tạo ra axit lactic cùng các enzyme có lợi cho đường ruột, hỗ trợ hệ tiêu hóa, kích thích gia tăng hệ vi sinh vật có ích, đồng thời góp phần ức chế các vi sinh vật gây hại và tăng cường khả năng hấp thụ dưỡng chất của cơ thể.

Song song đó, gạo lứt là nguồn nguyên liệu ngũ cốc giàu dinh dưỡng, giữ lại nguyên vẹn lớp cám ngoài chứa các vitamin nhóm B ($B_1, B_2, B_3, B_5, B_6, B_9$), vitamin E, khoáng chất (canxi, magie, kali, sắt) cùng chất xơ và các hoạt chất sinh học như tocotrienol factor (TRF). Lớp dầu cám và chất xơ trong gạo lứt có tác dụng hỗ trợ điều hòa huyết áp, giảm cholesterol xấu, phòng ngừa các bệnh tim mạch và hỗ trợ kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân đái tháo đường. Việc kết hợp nguyên liệu gạo lứt với quá trình lên men vi khuẩn lactic mở ra hướng phát triển sản phẩm nước uống lên men thực vật (không sử dụng sữa động vật), vừa tận dụng giá trị sinh học của gạo lứt vừa bổ sung vi sinh vật có lợi cho đường tiêu hóa.

Trong quy trình công nghệ chế biến, quá trình lên men lactic từ dịch gạo lứt chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi các thông số kỹ thuật như tỷ lệ cấy giống, nhiệt độ lên men và thời gian lên men. Nhằm xác định chế độ công nghệ thích hợp, tác giả Trần Thị Tuyết đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt”.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

1. Xác định các yếu tố công nghệ của quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt:
   • Xác định tỷ lệ giống sử dụng trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt;
   • Xác định nhiệt độ lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt;
   • Xác định thời gian lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt.
2. Tối ưu hóa điều kiện lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nguyên liệu gạo lứt mua tại chợ Đồng Quang (Thái Nguyên) và hệ vi khuẩn lactic thu nhận từ sữa chua Vinamilk.
• Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm vi sinh, Khoa Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên.
• Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 14/11/2015 đến ngày 14/05/2016.
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát và tối ưu hóa ở quy mô phòng thí nghiệm.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên các cơ sở khoa học về công nghệ sinh học thực phẩm và kỹ thuật lên men:

• Đặc tính nguyên liệu gạo lứt: Phân loại theo tính chất (gạo lứt tẻ, nếp), chiều dài hạt (ngắn $< 5{,}5\text{ mm}$, trung bình $5{,}5 - 6\text{ mm}$, dài $6 - 6{,}5\text{ mm}$) và màu sắc (nâu vàng, nâu đỏ, tím, đen, đỏ). Giá trị dinh dưỡng của 100g gạo lứt chưa chế biến cung cấp 370 kcal (1.548 kJ), gồm 77,24g cacbonhydrat, 7,94g protein, 2,92g chất béo, 3,5g chất xơ, 143mg magie, 223mg kali, 23mg canxi cùng hệ vitamin nhóm B.
• Đặc điểm vi khuẩn lactic và cơ chế lên men: Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacteriaceae, là vi khuẩn Gram dương, không tạo bào tử, hầu hết không di động, hiếu khí tùy tiện, không chứa cytochrome và enzyme catalase nhưng tổng hợp mạnh enzyme peroxidase. Hai chủng vi khuẩn lactic điển hình được đề cập trong quy trình lên men là Lactobacillus bulgaricus (ưa nhiệt, sinh trưởng tối thích $40 - 45^\circ\text{C}$, lên men đồng hình) và Streptococcus thermophilus (ưa ấm/ưa nhiệt, sinh trưởng tối thích $37 - 45^\circ\text{C}$, lên men đồng hình). Quá trình lên men đồng hình chuyển hóa glucose thành axit lactic theo phương trình: $\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6 + 2\text{ADP} + 2\text{P}_i \rightarrow 2\text{CH}_3\text{CHOHCOOH} + 2\text{ATP}$.
• Tổng quan sản phẩm tương tự: Các nghiên cứu đồ uống lên men từ ngũ cốc trong và ngoài nước như đề tài nước uống Luvita từ gạo lứt của TS. Nguyễn Thị Thanh Thủy (Đại học Nông nghiệp Hà Nội), đồ uống Boza (Thổ Nhĩ Kỳ, Đông Nam Âu), Amazake (Nhật Bản, sử dụng Lactobacillus amylovorus), Sobia (lên men từ malt và lúa mì) và đồ uống lên men từ yến mạch (Oat).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai:

• Phương pháp bố trí thí nghiệm đơn yếu tố:
  • Khảo sát tỷ lệ giống cấy: $2%, 3%, 4%, 5%, 6%$ (cố định nhiệt độ $43^\circ\text{C}$).
  • Khảo sát nhiệt độ lên men: $37^\circ\text{C}, 39^\circ\text{C}, 41^\circ\text{C}, 43^\circ\text{C}, 45^\circ\text{C}$ (cố định tỷ lệ giống $5%$).
  • Khảo sát thời gian lên men: 18 giờ, 20 giờ, 22 giờ, 24 giờ, 26 giờ (cố định tỷ lệ giống $5%$, nhiệt độ $43^\circ\text{C}$).
• Phương pháp tối ưu hóa: Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) theo mô hình Box – Behnken (BBD) 3 yếu tố 3 cấp độ ($-1, 0, 1$) để tối ưu hóa mật độ vi khuẩn lactic.
• Phương pháp phân tích vi sinh: Xác định mật độ vi khuẩn lactic tổng số bằng phương pháp đổ đĩa đếm khuẩn lạc trên môi trường MRS agar (ủ ở $30 \pm 1^\circ\text{C}$ trong $24 - 48$ giờ), tính toán theo công thức: $$N = \frac{\sum C}{v \cdot (n_1 + 0{,}1 \cdot n_2) \cdot f}$$
• Phương pháp hóa lý: Đo pH bằng máy đo pH điện tử.
• Phương pháp đánh giá cảm quan: Sử dụng phương pháp cho điểm chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79 trên thang điểm 20 (gồm 4 chỉ tiêu: Màu sắc - hệ số 0,8; Trạng thái - hệ số 1,2; Mùi - hệ số 1,0; Vị - hệ số 1,0; tổng hệ số trọng lượng là 4,0).
• Phương pháp xử lý số liệu: Phân tích phương sai (ANOVA) và hồi quy thống kê trên phần mềm SPSS 18.0 và Design-Expert phiên bản 7.0.

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài, nêu bật giá trị dinh dưỡng và dược lý của gạo lứt kết hợp với hoạt tính có lợi của vi khuẩn lactic. Xác định mục đích nghiên cứu là tìm ra các thông số công nghệ thích hợp (tỷ lệ giống, nhiệt độ, thời gian) và tối ưu hóa quá trình lên men, tạo cơ sở khoa học và ứng dụng thực tiễn cho việc sản xuất nước giải khát chức năng có nguồn gốc thực vật.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Hệ thống hóa toàn diện các kiến thức lý thuyết về gạo lứt, bao gồm nguồn gốc, cấu tạo lớp cám, thành phần hóa học so sánh giữa gạo lứt và gạo xát trắng, các nghiên cứu của GS.TS. Hiroshi Kayahara về quá trình nảy mầm kích hoạt enzyme khi ngâm gạo lứt 22 giờ. Phân tích sinh lý học và phân loại của hệ vi khuẩn lactic (Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus), cơ chế lên men lactic đồng hình và dị hình. Tổng hợp các quy trình công nghệ chế biến sản phẩm lên men từ sữa (sữa chua, phomai, bơ chua) và các sản phẩm đồ uống lên men từ ngũ cốc trên thế giới (Boza, Amazake, Sobia, Oat).

Phần 3: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Mô tả chi tiết nguồn nguyên liệu gạo lứt chợ Đồng Quang, giống vi khuẩn lactic từ sữa chua Vinamilk, công thức thành phần của 1 lít môi trường MRS (Glucose 20g, $\text{CaCO}_3$ 5g, $\text{CH}_3\text{COONa}$ 5g, cao thịt 10g, cao nấm men 5g, Peptone 10g, Triamonixitrat 2g, Tween 80 1ml, $\text{MgSO}_4\cdot 7\text{H}_2\text{O}$ 0,58g, Agar 20g; khử trùng ở $121^\circ\text{C}$ trong 30 phút, $\text{pH} = 6$). Thiết lập quy trình công nghệ dự kiến: Gạo lứt $\rightarrow$ Rửa sạch $\rightarrow$ Ngâm nước 22 giờ $\rightarrow$ Gạn nước $\rightarrow$ Nấu chín với nước tỷ lệ 1g/100ml $\rightarrow$ Xay $\rightarrow$ Nghiền nhuyễn $\rightarrow$ Lọc $\rightarrow$ Phối trộn đường (6g/100ml) $\rightarrow$ Thanh trùng ($95^\circ\text{C}$, 30 phút) $\rightarrow$ Làm nguội ($40^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Cấy giống $\rightarrow$ Lên men $\rightarrow$ Phối trộn hương màu $\rightarrow$ Đóng chai $\rightarrow$ Sản phẩm. Thiết kế các công thức thí nghiệm đơn yếu tố và ma trận thực nghiệm Box – Behnken.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm qua 4 nội dung cụ thể:

• Xác định tỷ lệ giống cấy: Đánh giá các tỷ lệ $2%, 3%, 4%, 5%, 6%$. Công thức CT4 ($5%$ giống) cho động thái giảm pH nhanh và ổn định ở mức 3,42 sau 24 giờ, đạt điểm cảm quan cao nhất (18,25 điểm - xếp loại Khá). Mật độ vi khuẩn lactic đạt $1{,}25 \times 10^9\text{ CFU/ml}$, tương đương với mẫu đối chứng sữa chua Vinamilk Proby ($1{,}5 \times 10^9\text{ CFU/ml}$, pH 3,40).
• Xác định nhiệt độ lên men: Khảo sát các mức nhiệt độ $37^\circ\text{C}, 39^\circ\text{C}, 41^\circ\text{C}, 43^\circ\text{C}, 45^\circ\text{C}$. Công thức CT9 ($43^\circ\text{C}$) cho kết quả pH đạt 3,42 và điểm cảm quan cao nhất là 18,11 điểm.
• Xác định thời gian lên men: Khảo sát các mốc thời gian 18, 20, 22, 24, 26 giờ. Tại thời điểm 24 giờ (CT14), pH đạt 3,42, mật độ vi sinh vật đạt $1{,}25 \times 10^9\text{ CFU/ml}$, điểm cảm quan đạt cao nhất (18,52 điểm).
• Tối ưu hóa điều kiện lên men bằng Box – Behnken: Thiết lập phương trình hồi quy đa thức bậc hai mô tả mối quan hệ giữa mật độ vi khuẩn lactic ($Y$) với ba biến độc lập:

$$Y = 1{,}24 + 0{,}04 \cdot A + 0{,}066 \cdot B - 6{,}052 \times 10^{-3} \cdot B \cdot C - 0{,}21 \cdot A^2 - 0{,}16 \cdot B^2 - 0{,}19 \cdot C^2$$

Mô hình đạt độ tương thích cao với $R^2 = 0{,}9864$, $\text{Adj } R^2 = 0{,}9619$, $\text{Pred } R^2 = 0{,}8031$, giá trị $p = 0{,}0004 < 0{,}005$, và kiểm định Lack of Fit có giá trị $p = 0{,}1612$ (không có ý nghĩa thống kê, chứng minh mô hình tương thích tốt). Giải pháp tối ưu được lựa chọn qua hàm kỳ vọng: tỷ lệ giống $5{,}05%$, nhiệt độ $43{,}2^\circ\text{C}$, thời gian lên men $23{,}9\text{ giờ}$, mật độ vi khuẩn lactic đạt $1{,}24 \times 10^9\text{ CFU/ml}$.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các thông số công nghệ tối ưu đã đạt được và đưa ra các kiến nghị nghiên cứu bổ sung về phân tích thành phần vi chất dinh dưỡng cũng như khả năng mở rộng quy mô sản xuất.

---

Kết quả và đóng góp

1. Số liệu thực nghiệm chính

Bảng tổng hợp kết quả nghiên cứu các yếu tố công nghệ đơn lẻ:

Yếu tố khảo sát	Mức tối ưu lựa chọn	pH sản phẩm	Điểm cảm quan (thang 20)	Mật độ vi khuẩn lactic (CFU/ml)
Tỷ lệ giống bổ sung	$5%$	3,42	18,25 (Loại Khá)	$1{,}25 \times 10^9$
Nhiệt độ lên men	$43^\circ\text{C}$	3,42	18,11 (Loại Khá)	-
Thời gian lên men	24 giờ	3,42	18,52 (Loại Khá)	$1{,}25 \times 10^9$

Bảng so sánh chất lượng giữa sản phẩm gạo lứt lên men và sản phẩm đối chứng thương mại:

Sản phẩm	pH	Mật độ vi khuẩn lactic (CFU/ml)
Nước uống lên men từ gạo lứt (CT4 / CT14)	3,42	$1{,}25 \times 10^9$
Sữa chua Vinamilk Proby (Đối chứng)	3,40	$1{,}50 \times 10^9$

Bảng kết quả tối ưu hóa theo mô hình bề mặt đáp ứng Box – Behnken:

Thông số	Giá trị mã hóa	Giá trị thực nghiệm tối ưu	Mật độ vi sinh vật dự báo
Tỷ lệ giống bổ sung ($A$)	$+0{,}10$	$5{,}05%$	$1{,}24 \times 10^9\text{ CFU/ml}$
Nhiệt độ lên men ($B$)	$+0{,}22$	$43{,}2^\circ\text{C}$
Thời gian lên men ($C$)	$-0{,}05$	$23{,}9\text{ giờ}$

2. Đóng góp của đề tài

• Xác lập được quy trình công nghệ chế biến dịch gạo lứt lên men lactic hoàn chỉnh từ khâu xử lý nguyên liệu (ngâm 22 giờ để kích hoạt enzyme), nấu, xay, phối trộn đường 6%, thanh trùng ở $95^\circ\text{C}$ trong 30 phút và lên men lactic.
• Chứng minh tính khả thi của việc sử dụng hệ vi khuẩn lactic từ sữa chua để lên men môi trường dịch gạo lứt mà không cần bổ sung thành phần sữa động vật, đạt mật độ vi sinh vật hữu ích ở mức $10^9\text{ CFU/ml}$, tương đương các sản phẩm sữa chua uống probiotic thương mại.
• Xây dựng mô hình toán học thực nghiệm có độ tin cậy cao ($R^2 = 0{,}9864$), làm chủ công nghệ tối ưu hóa quá trình lên men đa yếu tố.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được thực hiện nghiêm túc nhưng có các giới hạn nghiên cứu được tác giả nêu rõ:

• Hạn chế về phạm vi thực nghiệm: Đề tài mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa tiến hành thử nghiệm trên dây chuyền thiết bị bán công nghiệp hoặc công nghiệp.
• Hạn chế về chỉ tiêu phân tích: Nghiên cứu tập trung vào mật độ vi khuẩn lactic, pH và đánh giá cảm quan, chưa phân tích định lượng chi tiết các thành phần hóa sinh biến đổi sau lên men như protein hòa tan, các axit hữu cơ cụ thể và các khoáng chất vi lượng (mangan, selen).

Hướng nghiên cứu tiếp theo do tác giả đề xuất:

1. Tiến hành phân tích sâu các thành phần dinh dưỡng và khoáng chất tồn dư trong sản phẩm như protein, khoáng vi lượng selen, mangan.
2. Triển khai thử nghiệm quy trình sản xuất trên quy mô công nghiệp để đánh giá độ ổn định và hiệu quả kinh tế.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:

• Sinh viên, học viên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học: Nguồn tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp bố trí thí nghiệm thực phẩm, kỹ thuật nuôi cấy đếm vi sinh vật lactic trên môi trường chọn lọc MRS và quy trình đánh giá cảm quan theo TCVN 3215-79.
• Cán bộ nghiên cứu R&D sản phẩm đồ uống thực vật: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm về chế độ ngâm gạo lứt kích hoạt enzyme (22 giờ), thông số thanh trùng dịch tinh bột ngũ cốc ($95^\circ\text{C}$, 30 phút), tỷ lệ phối trộn đường (6%) và các thông số kiểm soát lên men ($5{,}05%$ giống, $43{,}2^\circ\text{C}$, 23,9 giờ).
• Ứng dụng phần mềm tối ưu hóa: Tài liệu là ví dụ trực quan về việc ứng dụng phần mềm Design-Expert 7.0 và mô hình Box – Behnken trong việc thiết kế ma trận thực nghiệm, xử lý ANOVA và tối ưu hóa quá trình công nghệ thực phẩm.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men dịch gạo lứt được lấy từ nguồn nào?
Tác giả sử dụng hệ vi khuẩn lactic thương phẩm có sẵn trong sản phẩm sữa chua Vinamilk. Theo tổng quan cơ sở lý thuyết của khóa luận, hai loài vi khuẩn lactic chủ đạo trong nhóm này là Lactobacillus bulgaricus (trực khuẩn, ưa nhiệt, lên men đồng hình) và Streptococcus thermophilus (cầu khuẩn chuỗi, ưa ấm/ưa nhiệt, lên men đồng hình).

2. Quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu gạo lứt trước khi lên men được thực hiện như thế nào?
Gạo lứt được làm sạch và ngâm nước trong 22 giờ để kích hoạt các enzyme nội tại. Sau đó, gạo được xay thô với tỷ lệ gạo/nước là 1g/100ml, lọc sơ bộ, nấu chín, xay nghiền nhuyễn lại và lọc bằng vải vô trùng. Dịch gạo lứt thu được được bổ sung đường với tỷ lệ 6g/100ml dịch gạo, hấp thanh trùng ở $95^\circ\text{C}$ trong 30 phút và làm nguội xuống $40^\circ\text{C}$ trước khi cấy giống.

3. Mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm gạo lứt lên men đạt được là bao nhiêu so với sản phẩm đối chứng?
Ở công thức đơn yếu tố tối ưu (CT4 / CT14), mật độ vi khuẩn lactic đạt $1{,}25 \times 10^9\text{ CFU/ml}$ (với pH 3,42), tương đương với sản phẩm sữa chua đối chứng Vinamilk Proby trên thị trường ($1{,}50 \times 10^9\text{ CFU/ml}$, pH 3,40). Khi tối ưu hóa bằng mô hình Box – Behnken, mật độ vi khuẩn đạt $1{,}24 \times 10^9\text{ CFU/ml}$.

4. Mô hình toán học tối ưu hóa Box – Behnken có những thông số thống kê tin cậy nào?
Mô hình hồi quy đa thức bậc hai đạt hệ số xác định $R^2 = 0{,}9864$, hệ số hiệu chỉnh $\text{Adj } R^2 = 0{,}9619$, hệ số dự báo $\text{Pred } R^2 = 0{,}8031$. Chênh lệch giữa $\text{Adj } R^2$ và $\text{Pred } R^2$ là $0{,}1588 < 0{,}2$. Giá trị kiểm định phương sai ANOVA của mô hình có $F\text{-value} = 40{,}30$ với mức ý nghĩa $p\text{-value} = 0{,}0004 < 0{,}005$, kiểm định Lack of Fit có $p = 0{,}1612$, khẳng định mô hình có độ tương thích cao và phù hợp để dự báo.

5. Điều kiện tối ưu hóa cuối cùng cho quá trình lên men nước uống gạo lứt là gì?
Kết quả tối ưu hóa bằng phần mềm Design-Expert 7.0 xác định điều kiện lên men tối ưu gồm: tỷ lệ giống cấy $5{,}05%$, nhiệt độ lên men $43{,}2^\circ\text{C}$, và thời gian lên men $23{,}9\text{ giờ}$.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Tuyết đã hoàn thành việc nghiên cứu và xác lập các thông số công nghệ thích hợp cho quá trình lên men lactic nước uống từ nguyên liệu gạo lứt. Bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng Box – Behnken, đề tài đã xác định được chế độ lên men tối ưu tại tỷ lệ giống $5{,}05%$, nhiệt độ $43{,}2^\circ\text{C}$ và thời gian 23,9 giờ, giúp sản phẩm đạt mật độ vi khuẩn lactic hữu ích $1{,}24 \times 10^9\text{ CFU/ml}$ tương đương sữa chua thương phẩm. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho việc đa dạng hóa các sản phẩm đồ uống dinh dưỡng chức năng lên men có nguồn gốc từ ngũ cốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Lên men lactic từ lâu đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm, sản phẩm lên men góp phần tăng giá trị dinh dƣỡng, chất lƣợng và an toàn cho sản phẩm. Đặc biệt lên men lactic đã tạo nhiều sản phẩm có giá trị nhƣ sữa chua, sản phẩm rau, quả muối chua, thịt chua, nem chua… [9]. Quá trình lên men bởi một số vi khuẩn lactic tạo ra một số enzym có lợi cho đƣờng ruột, giúp hệ tiêu hoá làm việc tốt. Vi khuẩn lactic còn giúp kích thích gia tăng số lợi khuẩn trong đƣờng ruột và khử hoạt tính một số hoá chất gây hại, kích thích tiêu hoá, tạo cảm giác ngon miệng và tăng hiệu quả hấp thụ dƣỡng chất [1].

Gạo lứt từ lâu đã đƣợc nghiên cứu là một loại gạo chứa nhiều chất dinh dƣỡng, có khả năng phòng và chống nhiều loại bệnh. Hiện nay, sản phẩm của gạo lứt đang đƣợc sử dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới, ngƣời Việt Nam đã xem gạo lứt nhƣ là món ăn chữa bệnh [17]. Việc lên men gạo lứt với vi khuẩn lactic cũng đã đƣợc Nhật Bản và Hàn Quốc khảo sát. Với nhiều loại gạo lứt khác nhau, sau khi ngâm số lƣợng vi khuẩn lactic đều gia tăng rõ trong nƣớc và gạo, ngăn chặn sự phát triển của những vi sinh vật khác.

Khai thác nguyên liệu gạo lứt với ứng dụng lên men lactic là một hƣớng đi mới. Phƣơng pháp lên men lactic từ gạo lứt không dùng sữa mà dùng gạo lứt làm nguyên liệu, vì vậy có thể tận dụng khả năng chữa bệnh của gạo lứt kết hợp hoạt động có lợi cho đƣờng ruột của vi khuẩn lactic để tạo thành một loại thực phẩm chức năng có lợi đối với sức khỏe của con ngƣời nhƣ: điều chỉnh hàm lƣợng glucose trong máu ở những ngƣời bị bệnh đái tháo đƣờng, giảm cholesterol và phòng ngừa tim mạch, tăng cƣờng hệ thống miễn dịch của cơ thể…. Trong quá trình lên men, sản phẩm bị ảnh hƣởng các yếu tố về tỷ lệ giống, thời gian, nhiệt độ lên men đến sản phẩm. Vì vậy tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men từ gạo lứt”.

Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men từ gạo lứt. Mục đích nghiên cứu - Xác định đƣợc các yếu tố công nghệ của quá trình lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men từ gạo lứt: + Xác định đƣợc tỷ lệ giống sử dụng trong sản xuất nƣớc uống lên men từ gạo lứt + Xác định đƣợc nhiệt độ lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men từ gạo lứt + Xác định đƣợc thời gian lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men từ gạo lứt - Tối ƣu hóa đƣợc điều kiện lên men lactic trong sản xuất nƣớc uống lên men từ gạo lứt. Ý nghĩa của đề tài 1.1 Ý nghĩa khoa học Giúp sinh viên củng cố và hệ thống lại kiến thức đã học. Giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng và học tập nghiên cứu khoa học.

Biết đƣợc các phƣơng pháp nghiên cứu một số vấn đề khoa học, xử lý và phân tích số liệu, cách trình bày một bài báo khoa học. Sử dụng vi khuẩn lactic nhằm nâng cao hiệu quả lên men và tạo chất lƣợng tốt cho sản phẩm.2 Ý nghĩa trong thực tiễn Nhằm nâng cao hiệu quả lên men và tạo chất lƣợng tốt cho sản phẩm, làm giảm chi phí giá thành, tăng năng suất… đáp ứng nhu cầu của con ngƣời. n 3 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về gạo lứt 2.

Đặc điểm của gạo lứt Gạo lứt là loại gạo chỉ xay bỏ vỏ trấu, vẫn còn lớp cám bao bọc bên ngoài. Nếu giã sạch lớp cám này sẽ cho ra gạo trắng là loại chúng ta ăn hằng ngày. Lớp cám của hạt gạo lứt chứa nhiều chất dinh dƣỡng quan trọng nhƣ: vitamin E, B1 , B3 , B6, magie, mangan, chất xơ, sắt…[17] [22]. Hình 1: Hỉnh ảnh về gạo lứt đỏ Hình 2: Gạo lứt tẻ Có 3 cách phân loại gạo lứt: - Phân loại theo tính chất gồm : gạo lứt tẻ, gạo lứt nếp.

- Phân loại theo chiều dài của hạt gạo gồm: gạo ngắn ( 5,5 mm), gạo trung bình (5,5 – 6 mm), gạo dài (6 - 6,5 mm). - Phân loại theo màu sắc hạt gạo gồm: gạo lứt nâu vàng, nâu đỏ, gạo lứt tím, gạo lứt đen, gạo lứt đỏ [17]. Thành phần dinh dƣỡng của gạo lứt Thành phần của gạo lứt gồm tinh bột, chất đạm, chất béo, chất xơ cùng các vitamin nhƣ:E,B1,B3,B6các axit nhƣ pantothenic (vitamin B5),paraaminobenzoic (PABA), folic (vitamin M), phytic, các nguyên tố vi lƣợng nhƣ canxi, sắt, magiê, selen, glutathion (GSH), kali và natri…[23] [17]. Trƣờng hợp gạo trắng qua quá trình xay, giã, 67% vitamin B3, 80% vitamin B1, 90% vitamin B6, một nửa lƣợng mangan và hầu hết chất xơ bị mất đi.

Các n 4 chuyên gia dinh dƣỡng cũng nhận thấy, một lon gạo lứt khi nấu thành cơm chứa 84mg magiê, trong khi đó ở gạo trắng chỉ có 19 mg. Lớp cám của gạo lứt cũng chứa một chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol xấu, giúp ngăn ngừa qua các bệnh tim mạch [17]. Gạo lứt có thể nấu thành cơm bằng cách ngâm gạo với nƣớc khoảng 15-20 phút cho mềm và nấu nhƣ cơm nấu gạo trắng. Khi hạt cơm chín thƣờng không nở nhƣ gạo trắng, ăn hơi ráp nhƣng nếu ăn quen sẽ thấy hƣơng vị ngon ngọt đặc biệt [23] [17].

Giáo sƣ tiến sỹ Hiroshi Kayahara của viện sinh học Nhật Bản là ngƣời đã phân tích chất gạo lứt và tìm ra rằng gạo lứt ngâm một ngày một đêm (khoảng 22 giờ) ở nhiệt độ trong nhà sẽ bắt đầu trƣơng nở và tiết ra nhiều chất enzyme cùng vitamin từ cám gạo[22] [17]. Gạo trắng thì không nẩy mầm bằng cách này. Gạo lứt sau ngâm nƣớc rồi đem nấu thành cơm sẽ mềm hơn và có vị ngọt hơn cơm thƣờng do các enzyme đã thủy phân tinh bột thành đƣờng [17]. Bảng 1: Giá trị dinh dưỡng của 100g gạo lứt chưa chế biến [17] Chỉ tiêu Chỉ số dinh dƣỡng Năng lƣợng 1,548 kJ (370 kcal) Cacbonhydrat 77,24g Đƣờng 0,85g Chất xơ 3,5g Chất béo 2,92g Protein 7,94g Vitamin B1 0,401mg Vitamin B2 0,093mg Vitamin B3 5,091mg Vitamin B5 1,493mg Vitamin B6 0,509mg Vitamin B9 20mg Canxi 23mg Mg 143mg Kali 223mg n 5 Bảng 2.

Thành phần hóa học của gạo lứt và gạo trắng xát[17] Tên các chất Gạo lứt (%) Gạoxát trắng(%) Chất đạm 7,1 5,4 Chất béo 3 6 Tinh bột 7 6,5 Vitamin B 1,2 0,5 Vitamin B2 0,6 0,33 Vitamin B6 6,2 2,3 Vitamin B12 0,5 0,3 Vitamin B15 0,13 0,7 Từ bảng trên ta có thể nhận thấy, thành phần dinh dƣỡng của gạo lứt cao hơn gạo trắng xát khá nhiều. Công dụng của gạo lứt Những lợi ích cho sức khỏe của gạo lứt bắt đầu với chất xơ của nó, 300g gạo lứt cung cấp khoảng 14% giá trị dinh dƣỡng chất xơ hằng ngày cho cơ thể, đã đƣợc chứng minh là có thể giảm lƣợng cholesterol. Nói cách khác gạo lứt dùng để chống xơ vữa động mạch. Chất xơ cũng có tác dụng giữ cho mức đƣờng trong máu dƣới mức kiểm soát, do đó gạo lứt là một lựa chọn ngũ cốc tuyệt vời cho ngƣời bị tiểu đƣờng [22] [17].

Nhiều nghiên cứu khoa học chứng minh rằng trong lớp cám của gạo lứt chứa một chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol xấu, giúp ngăn ngừa các bệnh về tim mạch. Đặc biệt, đối với phụ nữ, nó làm giảm nguy cơ ung thƣ, giảm cholesterol và tốt cho hệ tim mạch của phụ nữ sau mãn kinh [17] [23]. Cám là lớp vỏ ngoài màu nâu của hạt gạo đã đƣợc sử dụng qua nhiều thế kỷ trong kỹ thuật chăm sóc da. Nghiên cứu dƣợc lý thực nghiệm cho thấy cám gạo có tác dụng bảo vệ chống viêm dây thần kinh và trị các bệnh về da.

Cám tinh thu đƣợc sau khi chà xát gạo có n 6 tác dụng làm tăng huyết sắc tố trong máu, chống thiếu máu. Thử nghiệm lâm sàng trên ngƣời cho thấy hoạt chất trong dầu cám gạo có tác dụng làm hạ nồng độ cholesterol trong máu. Dầu cám gạo là một hoạt chất chiết từ cám gạo có tác dụng chống ung thƣ, tăng hoạt tính miễn dịch của cơ thể bệnh nhân ung thƣ [17]. Chất xơ còn có tác dụng giúp no lâu nên khi ăn cơm gạo lứt, bạn sẽ không bị tăng cân.

Tổng quan về lên men lactic 2. Đặc điểm vi khuẩn lactic Năm 1780, Scheele ngƣời Thụy Điển lần đầu tiên tách đƣợc axit lactic từ sữa bò lên men chua. Năm 1857, Pasteur chứng minh rằng sữa chua là kết quả hoạt động của một nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic. Năm 1878, Liester phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là Bacterium hiện nay gọi là Streptococcus lactic, về sau các nhà khoa học liên tiếp phân lập đƣợc nhiều loài vi khuẩn lactic khác nhau.

Công nghệ lên men sản xuất axit lactic đã đƣợc hình thành từ năm 1881 [16] [27]. Vi khuẩn lactic đƣợc xếp vào họ Lactobacteriaccae. Chúng có thể là cầu khuẩn, trực khuẩn ngắn hoặc dài nhƣng đều là vi khuẩn gram dƣơng, không tạo bào tử và hầu hết không di động [1] [8]. Vi khuẩn lactic thuộc vi khuẩn hiếu khí tùy tiện, không chứa cytochrom và enzyme catalase, có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh.

Chúng phân giải H2O2 để tạo ra H2O và O2 để phát triển. Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình tạo thành acid cao hơn (khoảng 2 – 3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%) [9] [14]. Đa số vi khuẩn lactic, đặc biệt là trực khuẩn đồng hình rất kén chọn thành phần dinh dƣỡng trong môi trƣờng và chỉ phát triển đƣợc trong môi trƣờng có tƣơng đối đầy đủ các acid amin hoặc các hợp chất nitơ phức tạp. Ngoài ra chúng còn nhu cầu về vitamin (B1, B2, B6, PP), các acid pantotenic và folic.

Bởi vậy, môi trƣờng nuôi vi khuẩn lactic có thành phần khá phức tạp [9] [16]. n 7 Vi khuẩn lactic chịu đƣợc ở trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn etylic, nhiều loài vẫn sống đƣợc trong môi trƣờng có 10 – 15% cồn hoặc cao hơn, một số trực khuẩn bền với NaCl (tới 7 – 10%) [10] [26]. Các vi khuẩn lactic ƣa ấm có nhiệt độ sinh trƣởng tối thích là 25 – 350C, các loài ƣa nhiệt có nhiệt độ tối thích là 40 – 450C, ƣa lạnh phát triển ở nhiệt độ tƣơng đối thấp (50C hoặc thấp hơn). Khi gia nhiệt tới 60 – 800C hầu hết chúng bị chết sau 10 – 30 phút.