Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Bột Gạo Lứt Lên Men Lactic Giàu Kefiran

• Tác giả: Ngô Duy Kỳ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Việt Anh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Quy Trình Sản Xuất Bột Gạo Lứt Lên Men Lactic Giàu Kefiran
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về gạo lứt
• 1.2. Thành phần hóa học và dinh dưỡng của hạt lúa - gạo lứt
• 1.3. Chất khoáng
• 1.4. Mùi thơm của gạo
• 1.5. Chất màu trong gạo lứt
• 1.6. Một số tác dụng của gạo lứt
• 1.7. Vi khuẩn lactic
• 1.7.1. Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic
• 1.7.2. Ứng dụng của vi khuẩn lactic
• 1.7.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic
• 1.8. Hệ vi sinh vật trong hạt nấm kefir
• 1.9. Vai trò của khuẩn lactic trong hạt nấm kefir
• 1.10. Exopolysaccharide và những hiểu biết chung về Kefiran
• 1.10.1. Chức năng và các dạng đặc trưng của EPS
• 1.10.2. Tổng quan về kefiran
• 1.10.3. Ứng dụng của kefiran
• 1.10.4. Cơ chế sinh tổng hợp kefiran ở vi khuẩn lactic
• 1.11. Tình hình nghiên cứu, sản xuất Kefiran hiện nay
• 2. PHẦN 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp vi sinh
• 2.2.2. Phương pháp phân lập vi khuẩn
• 2.2.3. Phương pháp đánh giá khả năng tạo sinh khối vi khuẩn lactic
• 2.2.4. Phương pháp định tên chủng giống
• 2.2.5. Phương pháp phân tích hóa lý
• 2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng đường khử
• 2.2.7. Phương pháp xác định hàm lượng axit tổng (theo axit lactic)
• 2.2.8. Phương pháp xác định hàm lượng chất khô hòa tan
• 2.2.9. Phương pháp xác định hàm lượng kefiran (exopolysaccharide)
• 2.2.10. Phương pháp công nghệ
• 2.2.10.1. Phương pháp thủy phân bột gạo lứt
• 2.2.10.2. Phương pháp lên men
• 2.2.10.3. Phương pháp xử lý số liệu thống kê
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic thích hợp cho quá trình lên men gạo lứt giàu kefiran
• 3.1.1. Phân lập và sơ tuyển chủng vi khuẩn lactic
• 3.1.2. Lựa chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp kefiran cao
• 3.1.3. Định danh chủng vi khuẩn lactic tuyển chọn được
• 3.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran
• 3.2.1. Sơ chế gạo lứt
• 3.2.2. Nghiên cứu điều kiện nhân giống sinh khối thích hợp
• 3.2.2.1. Lựa chọn môi trường nhân giống
• 3.2.2.2. Khảo sát thời gian và nhiệt độ nhân giống
• 3.2.2.3. Khảo sát mật độ giống bổ sung vào môi trường lên men
• 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần môi trường lên men đến khả năng sinh tổng hợp kefiran của chủng lựa chọn
• 3.2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dịch gạo thủy phân
• 3.2.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ đường saccharose bổ sung
• 3.2.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men bổ sung
• 3.2.3.4. Ảnh hưởng của việc bổ sung chất khoáng
• 3.2.4. Nghiên cứu điều kiện lên men thích hợp cho sinh tổng hợp kefiran
• 3.2.4.1. Ảnh hưởng của pH ban đầu
• 3.2.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men
• 3.2.4.3. Động học của quá trình lên men sinh tổng hợp kefiran của chủng
• 3.2.5. Nghiên cứu điều kiện sấy phun tạo sản phẩm
• 3.2.5.1. Xác định nồng độ chất mang trong quá trình sấy phun
• 3.2.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô nguyên liệu đến chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm
• 3.2.5.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm
• 3.2.5.4. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến chất lượng sản phẩm
• 3.2.6. Quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Quy Trình Sản Xuất Bột Gạo Lứt Lên Men

Bột gạo lứt lên men lactic là một sản phẩm đầy hứa hẹn trong ngành thực phẩm chức năng. Quá trình lên men lactic giúp cải thiện giá trị dinh dưỡng và khả năng tiêu hóa của gạo lứt, đồng thời tạo ra các hợp chất có lợi cho sức khỏe như kefiran. Kefiran là một exopolysaccharide được sinh tổng hợp bởi vi khuẩn lactic có trong kefir, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe, bao gồm khả năng kháng khuẩn và hỗ trợ hệ tiêu hóa. Mục tiêu là tận dụng nguồn nguyên liệu gạo lứt dồi dào ở Việt Nam để tạo ra sản phẩm bột gạo lứt lên men giàu kefiran, cạnh tranh với các sản phẩm nhập khẩu và nâng cao giá trị nông sản. Theo tài liệu, gạo lứt được xem là một trong những nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức năng tốt cho sức khỏe.

1.1. Lợi ích sức khỏe vượt trội của bột gạo lứt lên men

Bột gạo lứt lên men mang lại nhiều công dụng bột gạo lứt lên men cho sức khỏe. Quá trình lên men giúp tăng cường khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng có trong gạo lứt, đặc biệt là các vitamin nhóm B, chất xơ và khoáng chất. Men vi sinh được tạo ra trong quá trình lên men cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hệ tiêu hóa và tăng cường hệ miễn dịch. Nghiên cứu cho thấy gạo lứt có thể tăng cường chức năng não và làm giảm mức độ chất béo. Chất xơ trong gạo lứt giúp làm giảm thiểu thời gian lưu, tiếp xúc của các tác nhân gây ung thư với tế bào ruột kết.

1.2. Ứng dụng của kefiran trong thực phẩm và dược phẩm

Kefiran từ gạo lứt không chỉ là một thành phần dinh dưỡng mà còn là một hợp chất có nhiều ứng dụng tiềm năng. Kefiran có đặc tính kháng khuẩn, chống viêm, và có khả năng hỗ trợ điều trị một số bệnh mãn tính. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, kefiran có thể được sử dụng làm chất ổn định, chất tạo độ nhớt, hoặc chất bảo quản tự nhiên. Ngoài ra, kefiran cũng có tiềm năng lớn trong ngành dược phẩm, đặc biệt trong việc phát triển các loại thuốc và thực phẩm chức năng hỗ trợ điều trị các bệnh về tiêu hóa, tim mạch và ung thư.

II. Thách Thức Trong Sản Xuất Bột Gạo Lứt Lên Men Kefiran

Mặc dù bột gạo lứt lên men lactic mang lại nhiều lợi ích, quá trình sản xuất bột gạo lứt cũng đặt ra không ít thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là kiểm soát chất lượng và đảm bảo tính ổn định của sản phẩm. Các yếu tố như chủng vi khuẩn lactic sử dụng, điều kiện lên men, và quy trình sấy khô có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng và hàm lượng kefiran trong sản phẩm cuối cùng. Do còn lớp cám chứa nhiều cellulose nên gạo lứt khó nấu chín mềm khi ăn sẽ gây ra hiện tượng khó tiêu, chướng bụng nếu không được nhai kỹ. Do đó, gạo lứt chưa được sử dụng nhiều và ở thị trường Việt Nam cũng chưa có nhiều sản phẩm tốt cho sức khỏe được sản xuất từ gạo lứt.

2.1. Chọn lọc chủng vi khuẩn lactic tối ưu cho lên men

Việc lựa chọn chủng vi khuẩn lactic phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả lên men và chất lượng sản phẩm. Chủng vi khuẩn được chọn phải có khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường gạo lứt, sản xuất một lượng lớn kefiran, và có khả năng chống chịu tốt với các điều kiện khắc nghiệt trong quá trình sản xuất. Theo tài liệu, cần phải "Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng chuyển hóa tinh bột thành dạng exopolysaccharide (kefiran) trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân."

2.2. Tối ưu hóa quy trình lên men lactic gạo lứt

Quá trình lên men gạo lứt cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao và chất lượng ổn định. Các yếu tố cần được kiểm soát chặt chẽ bao gồm nhiệt độ, pH, thời gian lên men, và tỷ lệ men lactic sử dụng. Việc điều chỉnh các yếu tố này một cách khoa học sẽ giúp tạo ra môi trường lý tưởng cho vi khuẩn lactic phát triển và sản xuất kefiran một cách hiệu quả. Đồng thời, cần kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic để đảm bảo lên men tự nhiên thành công.

2.3. Kiểm soát chất lượng bột gạo lứt sau lên men

Sau quá trình lên men, việc kiểm soát chất lượng bột gạo lứt là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả của sản phẩm. Các chỉ tiêu cần được kiểm tra bao gồm hàm lượng kefiran, độ ẩm, hoạt độ nước, và sự hiện diện của các vi sinh vật gây hại. Việc áp dụng các phương pháp kiểm nghiệm hiện đại và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm sẽ giúp đảm bảo rằng sản phẩm đạt chất lượng cao nhất trước khi đến tay người tiêu dùng.

III. Hướng Dẫn Chi Tiết Phương Pháp Sản Xuất Bột Gạo Lứt Kefiran

Quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic bao gồm nhiều bước, từ sơ chế nguyên liệu đến đóng gói sản phẩm cuối cùng. Mỗi bước đều đòi hỏi sự tỉ mỉ và kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Quy trình công nghệ sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran cần được xây dựng một cách khoa học và thực tiễn, dựa trên các nghiên cứu và thử nghiệm kỹ lưỡng. Theo tài liệu, quá trình này bao gồm cả phương pháp thủy phân bột gạo lứt và phương pháp lên men.

3.1. Sơ chế gạo lứt và thủy phân tinh bột hiệu quả

Bước đầu tiên trong quy trình sản xuất là sơ chế gạo lứt. Gạo lứt cần được làm sạch, loại bỏ tạp chất và ngâm nước để làm mềm hạt. Sau đó, quá trình thủy phân tinh bột được thực hiện để chuyển hóa tinh bột thành các đường đơn giản, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lactic phát triển. Sử dụng enzyme amylase để thủy phân tinh bột là một phương pháp phổ biến và hiệu quả. Cần phải "Nghiên cứu xây dựng điều kiện sinh tổng hợp exopolysaccharide từ vi khuẩn lactic trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân."

3.2. Lên men lactic và thu hồi kefiran từ gạo lứt

Sau khi thủy phân, dịch gạo lứt được đưa vào quá trình lên men lactic. Men lactic được bổ sung vào dịch gạo lứt và ủ trong điều kiện nhiệt độ và thời gian thích hợp. Trong quá trình lên men, vi khuẩn lactic sẽ sử dụng các đường đơn giản để sinh trưởng và sản xuất kefiran. Sau khi quá trình lên men kết thúc, kefiran được thu hồi bằng các phương pháp như lọc, ly tâm hoặc kết tủa. Điều này nhằm cải tiến những yếu điểm của sản phẩm kefir.

3.3. Sấy phun và tạo sản phẩm bột gạo lứt chất lượng

Cuối cùng, kefiran thu hồi được sẽ được sấy khô để tạo thành bột gạo lứt lên men lactic. Phương pháp sấy phun thường được sử dụng để đảm bảo chất lượng và giữ nguyên các hoạt chất có trong kefiran. Sau khi sấy khô, bột gạo lứt được đóng gói kín để bảo quản và ngăn ngừa sự xâm nhập của vi sinh vật. Cần phải "Nghiên cứu quy trình công nghệ phối chế, sấy tạo sản phẩm chế phẩm bột gạo lứt lên men lactic có hàm lượng exopolysaccharide cao."

IV. Nghiên Cứu Ứng Dụng Thực Tế Bột Gạo Lứt Lên Men Kefiran

Nghiên cứu về ứng dụng của bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran đang được tiến hành rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong ngành thực phẩm, sản phẩm này có thể được sử dụng để tạo ra các loại thực phẩm chức năng, đồ uống bổ dưỡng, hoặc các sản phẩm thay thế sữa. Trong ngành dược phẩm, kefiran có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc và thực phẩm chức năng hỗ trợ điều trị các bệnh về tiêu hóa, tim mạch và ung thư. Kefir là loại đồ uống chức năng được lên men từ sữa và các loại hạt bởi hỗn hợp nấm men và vi khuẩn lactic.

4.1. Bột gạo lứt lên men kefir thực phẩm chức năng tiềm năng

Bột gạo lứt lên men có thể được sử dụng để tạo ra nhiều loại thực phẩm chức năng khác nhau. Ví dụ, nó có thể được thêm vào sữa chua, ngũ cốc, hoặc các loại bánh để tăng cường giá trị dinh dưỡng và cung cấp men vi sinh có lợi cho hệ tiêu hóa. Ngoài ra, bột gạo lứt lên men cũng có thể được sử dụng để tạo ra các loại đồ uống bổ dưỡng, như sữa gạo lứt lên men hoặc nước ép gạo lứt lên men.

4.2. Ứng dụng trong dược phẩm và điều trị bệnh

Kefiran chiết xuất từ bột gạo lứt lên men có tiềm năng lớn trong việc phát triển các loại thuốc và thực phẩm chức năng hỗ trợ điều trị các bệnh về tiêu hóa, tim mạch và ung thư. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng kefiran có khả năng kháng khuẩn, chống viêm, và có thể giúp giảm cholesterol xấu trong máu. Kefiran có tác dụng kháng khuẩn, làm lành vết thương, hạn chế sự phát triển của tế bào ung thư, ngoài ra còn nhiều ứng dụng tốt được sử dụng trong dược phẩm hoặc thực phẩm chức năng.

V. Kết Luận Về Quy Trình Sản Xuất Bột Gạo Lứt Kefiran

Quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng và hứa hẹn. Việc tận dụng nguồn nguyên liệu gạo lứt dồi dào ở Việt Nam để tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng. Tuy nhiên, để đạt được thành công, cần tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển, tối ưu hóa quy trình sản xuất, và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Với mong muốn tạo ra sản phẩm giàu kefiran từ nguồn nguyên liệu gạo lứt, góp phần làm đa dạng các sản phẩm từ gạo lứt trên thị trường, nhằm thay thế dần sản phẩm nhập ngoại, nâng cao giá trị nông sản trong nước.

5.1. Triển vọng phát triển của bột gạo lứt lên men kefir

Thị trường thực phẩm chức năng và thực phẩm lên men đang ngày càng phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều cơ hội cho các sản phẩm như bột gạo lứt lên men. Với những lợi ích sức khỏe vượt trội và tính ứng dụng linh hoạt, sản phẩm này có tiềm năng trở thành một lựa chọn phổ biến cho người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe. Cần có những đánh giá về mối liên hệ của việc sử dụng các loại ngũ cốc nguyên cám, trong đó có gạo lứt, với việc giảm các nguy cơ bệnh tim mạch.

5.2. Hướng nghiên cứu và phát triển sản phẩm trong tương lai

Trong tương lai, các nghiên cứu nên tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men để tăng hiệu suất và giảm chi phí. Ngoài ra, cần tiếp tục nghiên cứu về các ứng dụng mới của kefiran trong lĩnh vực thực phẩm và dược phẩm. Việc kết hợp bột gạo lứt lên men với các thành phần tự nhiên khác cũng có thể tạo ra những sản phẩm độc đáo và hấp dẫn hơn cho người tiêu dùng.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành thực phẩm chức năng phát triển mạnh mẽ, nhu cầu sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, giàu dinh dưỡng và có lợi cho sức khỏe ngày càng tăng. Gạo lứt, với thành phần giàu chất xơ, vitamin nhóm B, khoáng chất và các hợp chất sinh học như gamma-oryzanol, được xem là nguyên liệu tiềm năng trong sản xuất thực phẩm chức năng. Theo ước tính, gạo lứt chứa khoảng 7,1-8,3% protein, 1,6-2,8% chất béo và hàm lượng vitamin B1 từ 2,9 đến 3,9 mg/100g, cao hơn nhiều so với gạo xát thông thường. Tuy nhiên, do lớp cám chứa nhiều cellulose, gạo lứt khó tiêu hóa và chưa được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm chế biến đa dạng tại Việt Nam.

Kefir, một sản phẩm lên men truyền thống từ sữa, chứa vi khuẩn lactic và nấm men, tạo ra exopolysaccharide (EPS) đặc biệt là kefiran, có nhiều tác dụng sinh học như kháng khuẩn, chống ung thư và tăng cường miễn dịch. Tuy nhiên, sản phẩm kefir truyền thống chứa cồn, lactose và CO2, không phù hợp với một số nhóm người tiêu dùng châu Á và những người không dung nạp lactose.

Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu phổ biến tại Việt Nam, đồng thời khắc phục hạn chế của sản phẩm kefir truyền thống. Mục tiêu cụ thể gồm tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp kefiran trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân, nghiên cứu điều kiện lên men tối ưu và phát triển quy trình công nghệ sản xuất bột gạo lứt lên men giàu kefiran. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi gạo lứt Khang Dân thu mua tại Nam Định và vi khuẩn lactic phân lập từ hạt kefir tại Hà Nội, trong năm 2020. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đa dạng hóa sản phẩm từ gạo lứt, nâng cao giá trị nông sản và phát triển thực phẩm chức năng phù hợp với thị trường Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vi sinh vật học, đặc biệt là vi khuẩn lactic và quá trình sinh tổng hợp exopolysaccharide (EPS). Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết về vi khuẩn lactic (LAB): LAB là nhóm vi khuẩn Gram dương, không sinh bào tử, có khả năng lên men lactic, chịu được pH thấp và nhiệt độ từ 20-30°C. LAB có vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm nhờ khả năng sinh axit lactic, cạnh tranh với vi sinh vật gây hại và sản xuất các enzym tiêu hóa, vitamin. Lý thuyết này giúp hiểu cơ chế sinh trưởng, phát triển và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến LAB.

2. Mô hình sinh tổng hợp exopolysaccharide (EPS): EPS là polymer polysaccharide được vi sinh vật tiết ra ngoài tế bào, gồm hai loại chính là homopolysaccharide (HoPS) và heteropolysaccharide (HePS). Kefiran là một loại EPS do vi khuẩn lactic trong hạt kefir sinh tổng hợp, có cấu trúc gồm glucose và galactose. Quá trình sinh tổng hợp EPS gồm các bước vận chuyển đường vào tế bào, tổng hợp nucleotide đường, trùng hợp đơn vị tiền chất và bài tiết EPS ra ngoài. Lý thuyết này là cơ sở để tối ưu hóa điều kiện lên men nhằm tăng hàm lượng kefiran trong sản phẩm.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: vi khuẩn lactic, exopolysaccharide, kefiran, lên men lactic, dịch gạo lứt thủy phân, enzyme thủy phân tinh bột, và sấy phun tạo bột.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ nguyên liệu gạo lứt Khang Dân tại Nam Định và vi khuẩn lactic phân lập từ hạt kefir thu thập tại Hà Nội. Nghiên cứu tiến hành trong phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ lên men, Viện Công nghiệp thực phẩm, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn lactic: Sử dụng môi trường MRS bổ sung CaCO3 để phân lập vi khuẩn lactic từ hạt kefir. Các chủng được đánh giá hình thái khuẩn lạc, khả năng sinh trưởng, tạo sinh khối và sản xuất axit lactic.

• Định danh chủng vi khuẩn: Xác định bằng phương pháp giải trình tự gen 16S rRNA, so sánh với cơ sở dữ liệu EzBioCloud và xây dựng cây phát sinh chủng loại bằng phần mềm MEGA7.

• Phân tích hóa lý: Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp DNS, hàm lượng axit tổng theo axit lactic bằng chuẩn độ NaOH, hàm lượng chất khô hòa tan và kefiran bằng phương pháp kết tủa với ethanol và đo quang.

• Quy trình thủy phân bột gạo lứt: Rang gạo lứt ở nhiệt độ 135-195°C trong 30 phút, sau đó thủy phân bằng enzyme Termamyl SC, Neutrase và Dextrozyme GA theo các bước dịch hóa, đạm hóa và thủy phân tinh bột.

• Lên men lactic: Nuôi cấy chủng vi khuẩn lactic tuyển chọn trong môi trường dịch gạo lứt thủy phân, theo dõi pH, sinh khối, hàm lượng kefiran trong quá trình lên men.

• Sấy phun tạo bột: Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ chất khô nguyên liệu, nhiệt độ sấy, tốc độ bơm nhập liệu đến chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm bột gạo lứt lên men giàu kefiran.

• Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Excel và SPSS để xử lý và phân tích thống kê các kết quả thí nghiệm.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2020, với các giai đoạn chính gồm phân lập vi khuẩn, khảo sát điều kiện lên men, xây dựng quy trình công nghệ và đánh giá sản phẩm cuối cùng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic sinh kefiran hiệu quả: Từ 20 chủng vi khuẩn lactic phân lập từ hạt kefir, 6 chủng có khả năng sinh trưởng tốt với OD sinh khối từ 1,135 đến 1,153 và tạo axit lactic trong khoảng 1,15-1,28 g/l. Trong môi trường dịch gạo lứt thủy phân, chủng LK2 (xác định là Leuconostoc mesenteroides) tạo ra hàm lượng kefiran cao nhất đạt 2,76 g/l, vượt trội so với các chủng còn lại (1,81-2,16 g/l).

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ rang gạo lứt đến hiệu suất thủy phân: Rang gạo lứt ở nhiệt độ 165°C trong 30 phút cho hiệu suất thủy phân cao nhất, đồng thời tạo mùi thơm đặc trưng và cải thiện khả năng thủy phân tinh bột. Nhiệt độ rang quá cao (>180°C) làm giảm hiệu suất do biến đổi cấu trúc tinh bột.

3. Điều kiện lên men tối ưu: Nồng độ dịch gạo lứt thủy phân 5°Bx, bổ sung 1% peptone và 0,5% cao nấm men, pH ban đầu 6,5 và nhiệt độ lên men 30°C là điều kiện thích hợp để chủng LK2 sinh tổng hợp kefiran với hàm lượng cao. Thời gian lên men 48 giờ đạt hiệu suất kefiran tối ưu.

4. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ sấy phun: Nồng độ chất khô nguyên liệu 20-25%, nhiệt độ sấy 140-150°C và tốc độ bơm nhập liệu 5-7 ml/phút cho sản phẩm bột gạo lứt lên men có chất lượng tốt, độ ẩm thấp, hàm lượng kefiran giữ được trên 90%, hiệu suất thu hồi sản phẩm đạt khoảng 85%.

Thảo luận kết quả

Kết quả tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic phù hợp với nghiên cứu trước đây cho thấy Leuconostoc mesenteroides là chủng phổ biến trong hạt kefir và có khả năng sinh tổng hợp kefiran cao. Hàm lượng kefiran 2,76 g/l trong môi trường dịch gạo lứt thủy phân tương đương hoặc cao hơn so với các nghiên cứu sử dụng môi trường sữa hoặc lactose, chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của nguồn nguyên liệu gạo lứt.

Nhiệt độ rang gạo lứt ảnh hưởng đến cấu trúc tinh bột và enzyme thủy phân, từ đó tác động đến hiệu suất lên men. Việc tối ưu nhiệt độ rang giúp tăng cường khả năng thủy phân và tạo mùi thơm hấp dẫn, cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Điều kiện lên men được xác định phù hợp với đặc tính sinh trưởng của vi khuẩn lactic, đồng thời đảm bảo môi trường dinh dưỡng và pH ổn định để tối đa hóa sản xuất kefiran. Thời gian lên men 48 giờ là hợp lý để cân bằng giữa sinh khối và sản phẩm kefiran.

Công nghệ sấy phun được điều chỉnh để giữ nguyên tính chất sinh học của kefiran, đồng thời tạo ra sản phẩm bột có độ ổn định cao, dễ bảo quản và sử dụng. Các thông số sấy phù hợp giúp giảm thiểu tổn thất kefiran và duy trì chất lượng dinh dưỡng của bột gạo lứt lên men.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hàm lượng kefiran của các chủng vi khuẩn, bảng hiệu suất thủy phân gạo lứt ở các nhiệt độ rang khác nhau, biểu đồ động học lên men kefiran theo thời gian và bảng phân tích chất lượng sản phẩm bột sau sấy phun.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển quy trình sản xuất quy mô công nghiệp: Áp dụng quy trình lên men lactic với chủng Leuconostoc mesenteroides LK2 trên dịch gạo lứt thủy phân đã tối ưu để sản xuất bột gạo lứt giàu kefiran. Mục tiêu nâng công suất sản xuất lên khoảng 100 kg/ngày trong vòng 12 tháng, do các doanh nghiệp thực phẩm chức năng thực hiện.

2. Nâng cao chất lượng nguyên liệu đầu vào: Khuyến khích các nhà cung cấp gạo lứt áp dụng kỹ thuật canh tác và thu hoạch đảm bảo chất lượng đồng đều, giảm tạp chất và tăng hàm lượng dinh dưỡng. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, phối hợp với các hợp tác xã nông nghiệp.

3. Đa dạng hóa sản phẩm từ bột gạo lứt lên men: Phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng như bột pha uống, bánh ngọt, thực phẩm ăn liền giàu kefiran nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ. Thời gian nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới khoảng 9-12 tháng, do các công ty thực phẩm và viện nghiên cứu phối hợp thực hiện.

4. Tăng cường nghiên cứu ứng dụng kefiran trong y học và dược phẩm: Khai thác các đặc tính kháng khuẩn, chống oxy hóa và hỗ trợ miễn dịch của kefiran để phát triển các sản phẩm điều trị hoặc hỗ trợ sức khỏe. Thời gian nghiên cứu kéo dài 2-3 năm, do các trung tâm nghiên cứu chuyên sâu và bệnh viện thực hiện.

5. Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng và quy chuẩn kỹ thuật: Thiết lập các tiêu chuẩn về hàm lượng kefiran, độ ẩm, vi sinh vật và an toàn thực phẩm cho sản phẩm bột gạo lứt lên men. Thời gian hoàn thiện trong 12 tháng, phối hợp với cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức tiêu chuẩn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành vi sinh vật học, công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về phân lập, tuyển chọn vi khuẩn lactic và quy trình lên men tạo kefiran, hỗ trợ nghiên cứu phát triển sản phẩm lên men mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và đồ uống lên men: Thông tin về quy trình công nghệ, điều kiện lên men và sấy phun giúp doanh nghiệp ứng dụng sản xuất bột gạo lứt giàu kefiran, nâng cao giá trị sản phẩm và đa dạng hóa danh mục.

3. Các cơ quan quản lý và tổ chức tiêu chuẩn: Cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn chất lượng, quy chuẩn kỹ thuật cho sản phẩm bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho người tiêu dùng.

4. Người tiêu dùng quan tâm đến thực phẩm chức năng và dinh dưỡng: Hiểu rõ về lợi ích sức khỏe của gạo lứt và kefiran, lựa chọn sản phẩm phù hợp để cải thiện sức khỏe, phòng ngừa bệnh tật, đặc biệt là nhóm người ăn kiêng, người cao tuổi và bệnh nhân tiểu đường.

Câu hỏi thường gặp

1. Kefiran là gì và có tác dụng gì đối với sức khỏe?
   Kefiran là một loại exopolysaccharide do vi khuẩn lactic trong quá trình lên men sinh ra, có tác dụng kháng khuẩn, chống oxy hóa, hỗ trợ miễn dịch và làm lành vết thương. Ví dụ, kefiran giúp giảm cholesterol và ngăn ngừa sự phát triển tế bào ung thư.

2. Tại sao chọn gạo lứt làm nguyên liệu lên men kefiran?
   Gạo lứt giàu chất xơ, vitamin nhóm B và khoáng chất, là nguồn nguyên liệu phổ biến, giá rẻ tại Việt Nam. Lên men gạo lứt giúp tận dụng nguồn nông sản, tạo sản phẩm không chứa cồn và lactose như kefir truyền thống, phù hợp với nhiều đối tượng người tiêu dùng.

3. Chủng vi khuẩn lactic nào được sử dụng trong nghiên cứu?
   Chủng Leuconostoc mesenteroides được tuyển chọn do khả năng sinh tổng hợp kefiran cao nhất (2,76 g/l) trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân, đồng thời có khả năng sinh trưởng và tạo axit lactic ổn định.

4. Quy trình lên men và sấy phun ảnh hưởng thế nào đến chất lượng sản phẩm?
   Điều kiện lên men như pH, nhiệt độ, nồng độ dịch gạo lứt và thời gian lên men ảnh hưởng đến hàm lượng kefiran. Sấy phun với nhiệt độ và tốc độ bơm phù hợp giúp giữ nguyên hoạt tính kefiran, tạo sản phẩm bột có độ ẩm thấp, dễ bảo quản.

5. Sản phẩm bột gạo lứt lên men giàu kefiran có thể ứng dụng trong lĩnh vực nào?
   Sản phẩm có thể dùng làm thực phẩm chức năng, bổ sung dinh dưỡng cho người ăn kiêng, người cao tuổi, bệnh nhân tiểu đường, hoặc nguyên liệu trong sản xuất bánh, đồ uống lên men, và có tiềm năng ứng dụng trong dược phẩm nhờ đặc tính sinh học của kefiran.

Kết luận

• Đã phân lập và tuyển chọn thành công chủng vi khuẩn lactic Leuconostoc mesenteroides có khả năng sinh tổng hợp kefiran cao trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân.
• Xác định được điều kiện rang gạo lứt, lên men và sấy phun tối ưu để sản xuất bột gạo lứt lên men giàu kefiran với chất lượng và hiệu suất cao.
• Sản phẩm bột gạo lứt lên men giàu kefiran có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng và dược phẩm, phù hợp với nhu cầu thị trường Việt Nam.
• Đề xuất các giải pháp phát triển quy mô công nghiệp, đa dạng hóa sản phẩm và xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nhằm nâng cao giá trị nông sản và sức khỏe cộng đồng.
• Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu ứng dụng kefiran trong y học và phát triển các sản phẩm mới để mở rộng thị trường tiêu thụ.

Hành động tiếp theo là triển khai quy trình sản xuất quy mô lớn, phối hợp với các doanh nghiệp và cơ quan quản lý để đưa sản phẩm ra thị trường, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cao chất lượng và đa dạng hóa sản phẩm. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm liên hệ để hợp tác phát triển sản phẩm bền vững.