ĐẶT VẤN ĐỀ Trên thị trường hiện nay, sữa không chỉ tồn tại ở dạng lỏng mà còn được chế biến thành nhiều dạng sản phẩm khác trong đó phải kể đến là sản phẩm kem tươi. Vì nước ta là một nước có khíhậu nóng ẩm nên kem được khá nhiều người tiêu dùng ưa thích, nhất là vào mùa hè. Chính vìvậy mà công nghệ sản xuất kem tươi không ngừng được cải tiến để nâng cao chất lượng nhằm thu hút sự lựa chọn của người tiêu dùng. Tuy nhiên, hiện nay số lượng người ăn thuần thực vật (plant based) ngày càng gia tăng mà nguồn gốc của các sản phẩm kem tươi đều được làm từ sữa động vật nên hầu hết những người ăn thuần thực vật đều không sử dụng được.
Mặt khác, nguyên nhân chính không thể không nhắc đến là do sự xuất hiện của đường lactose có sẵn tự nhiên trong sữa bò đã làm ảnh hưởng đến hệ tiêu hóa của người tiêu dùng bị dị ứng với đường lactose. Vì vậy, sản phẩm kem tươi không thể đáp ứng được nhu cầu ăn uống của họ. Theo bà Lu Ann Williams, Giám đốc Sáng tạo của Innova Market Insights: “Tăng cường sản phẩm nguồn gốc từ thực vật là một trong những xu hướng tiêu dùng nổi bật của năm 2017. Người tiêu dùng đang ngày càng quan tâm nhiều hơn tới các sản phẩm sữa có nguồn gốc từ thực vật và những sản phẩm không chứa lactose (có nhiều trong sữa động vật)”.
Theo dự đoán, các sản phẩm đồ uống thay thế sữa từ động vật trên thị trường thế giới sẽ đạt 16,3 tỷ USD vào năm 2018. Trong đó, thị trường sữa có nguồn gốc thực vật tăng 20%. Đa phần người tiêu dùng chuyển sang lựa chọn sữa có nguồn gốc thực vật vì các lí do như dị ứng với sữa động vật, ăn thuần thực vật và ăn kiêng (do không chứa thành phần từ động vật). Ngoài ra, người béo phì hay những người đang áp dụng chế độ ăn uống nghiêm ngặt cũng có xu hướng sử dụng sữa thực vật vì có vị ngọt và béo tự nhiên, giúp giảm cảm giác thèm ăn mà vẫn bổ sung năng lượng và khoáng chất cần thiết.
Vì vậy, để tạo ra một sản phẩm không chứa đường lactose, không cholesterol mà vẫn bổ sung thêm hàm lượng chất đạm và chất béo cần thiết cho sức khỏe người tiêu dùng, tôi đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất 1 NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS. TẠ ĐĂNG KHOA kem thuần chay (plant - based)” nhằm đa dạng hóa cho thực phẩm chay và người ăn “plant based” cũng như đáp ứng được nhu cầu sử dụng sản phẩm cho phần lớn người tiêu dùng trên thị trường. 2 NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS. TẠ ĐĂNG KHOA PHẦN 1: TỔNG QUAN 3 NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS.
TẠ ĐĂNG KHOA 1. Khái niệm chung về bọt thực phẩm Các bọt thực phẩm là những hệ phân tán của các bọt khítrong một pha liên tục là lỏng hoặc bán rắn có chứa một chất hoạt động bề mặt hoà tan. Trong nhiều trường hợp khí là không khí (thường là khícarbonic) và pha liên tục là một dung dịch hoặc một huyền phù nước chứa protein. Kích thước các bóng bọt của một bọt thực phẩm có thể có đường kính từ 1µm đến hàng cm phụ thuộc vào sức căng bề mặt, độ nhớt của chất lỏng, sự cung cấp thêm năng lượng v.
Các loại bánh phồng, một số bánh ngọt, lòng trắng trứng đánh dậy bọt, kem đá, bọt bia và ruột bánh mỳ là những loại bọt thực phẩm với kết cấu rất khác nhau. Một số bọt thực phẩm là những hệ thống keo rất phức tạp. Chẳng hạn như kem đá thường chứa một nhũ tương, một huyền phùcác tinh thể đá phân tán, một gel polysaccharide, một dung dịch đường và protein đậm đặc và các bọt không khí. Muốn tạo bọt bền nghĩa là muốn cho bề mặt liên pha chống lại được hiện tượng hợp bọt, người ta phải đưa vào hệ những chất bảo vệ gọi là những chất sinh bọt.
Những chất này có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt liên pha và tạo nên một vật chắn bảo vệ có tính đàn hồi giữa các bọt khí. Một số protein có khả năng tạo ra một màng mỏng bảo vệ khi được hấp thụ vào bề mặt liên pha khí/lỏng. Trong trường hợp này, vách giữa hai bọt kề nhau được cấu tạo từ hai màng mỏng protein ngăn cách nhau bằng một lớp chất lỏng. Sự hình thành bọt * Có thể tạo bọt bằng cách chuyển các bọt của một khíqua một vật rắn có lỗ vào trong một dung dịch nước của protein có nồng độ khoảng 0,01 - 2% P/V.
4 NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS. TẠ ĐĂNG KHOA Hình 1.1: Sơ đồ biểu diễn sự hình thành bọt Ghi chú : A - Thể tích chất lỏng; B - Thể tích của khítham gia; C - Tổng thể tích của hệ phân tán; D - Thể tích chất lỏng trong bọt (D = E - B); E - Thể tích của bọt. Thể tích của bọt được định nghĩa bằng : 100 x E/A. Khả năng giãn nở được tính : 100x(B/A)=100x(C - A)/A Năng suất bọt được tính : 100x(B/D) Thể tích của phần khítrong bọt được tính : 100x(B/E) Các "nhũ tương khí" đầu tiên sẽ bị phá huỷ rồi tiếp đến một lớp bọt thực ở trên cùng tự tách ra.
Lớp này là thể tích lớn của pha bị phân tán, gồm các bóng bọt bị biến dạng thành những cấu trúc đa diện do sức nén. Nếu đưa vào một lượng khírất lớn thì chất lỏng có thể hoàn toàn chuyển thành bọt. Có thể thu được một thể tích bọt rất lớn ngay cả khi đi từ dung dịch protein loãng. * Cũng có thể tạo ra bọt bằng cách khuấy mạnh một dung dịch nước của protein khi có mặt một lượng khírất nhiều.
Sự khuấy mạnh trong nhiều trường hợp là phương pháp thích hợp để tạo bọt cho các sản phẩm thực phẩm. So với phương pháp sục bọt thìkhuấy mạnh sử dụng lực cơ học (nhất là lực cắt) mạnh hơn nên sự phân tán bọt đồng đều hơn. Các lực cơ học tác động đồng thời đến sự hợp giọt và sự tạo ra bóng bọt và cũng ngăn cản sự hấp thụ của protein vào bề mặt liên pha do đó nhu cầu protein lớn hơn (nồng độ từ 1 đến 40% P/V) ở phương pháp này thể tích không khítrộn vào là tối đa do đó sự tăng thể tích là từ 300 đến 2000%. 5 NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS.
TẠ ĐĂNG KHOA * Có thể tạo bọt bằng cách hạ thấp bất thình lình áp suất của một dung dịch đã được nén thích hợp. Chẳng hạn khi làm kem đánh dậy bọt, khí được cấp từ một bơm sục khí. Độ bền của bọt * Các hiện tượng làm cho bọt không bền - Sự rút chất lỏng (hay sự chảy chất lỏng) của vách (màng lỏng) do trọng lực, do hiệu số áp suất và (hoặc) do sự bốc hơi. Trong các hệ bọt mật độ thấp, các bọt khícó xu hướng ép mạnh lẫn nhau làm tăng sự chảy của màng chất lỏng.
Sự chảy sẽ giảm khi pha lỏng có độ nhớt cao và độ nhớt của màng protein bị hấp phụ tăng. Độ nhớt này phụ thuộc vào cường độ của các phản ứng protein-protein và protein-nước. - Sự khuếch tán khítừ các bọt khí có kích thước nhỏ sang các bọt khí có kích thước lớn hơn. Sự khuếch tán xảy ra do sự hòa tan khí trong pha nước.
- Sự phá huỷ của vách lỏng ngăn cách các bọt khí, đưa đến sự hợp nhất, làm tănng kích thước của bọt khívà dẫn đến phá vỡ hệ bọt. Thường thìcó một sự phụ thuộc lẫn nhau giữa sự rút chất lỏng và sự phá huỷ vìsẽ làm tăng và sẽ làm giảm độ dày và độ bền của vách lỏng. Nếu các màng mỏng protein được hấp thụ có độ dày và độ đàn hồi thìsẽ chịu được sự phá huỷ. * Ba nhân tố quan trọng nhất có tác dụng làm cho bọt bền là : - Có sức căng bề mặt liên pha yếu; - Có độ nhớt của pha lỏng cao; - Có màng mỏng protein được hấp thụ bền và đàn hồi.
Để có một bọt bền thìmàng protein tạo thành xung quanh mỗi bọt khíphải dày, cố kết, đàn hồi, liên tục và không thấm khí. Các protein hình cầu có khối lượng phân tử cao và khó bị giãn mạch ở bề mặt sẽ tạo được những màng hấp thụ dày do đó làm cho bọt rất bền. Có thể tạo ra được các màng mỏng bền như thế thìnhiều lớp protein đã bị giãn mạch từng phần trước tiên phải tự liên hợp lại với nhau ở bề mặt liên pha bằng các tương tác ưa béo và có thể bằng cả liên kết hydro và liên kết tĩnh điện. 6 NGUYỄN THỊ NGỌC HUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS.
TẠ ĐĂNG KHOA Để các protein làm bền được bọt tốt, thìcác protein phải có khả năng di chuyển từ vùng có sức căng bề mặt liên pha yếu đến vùng có sức căng bề mặt cao, kéo theo các phân tử nước và tái thiết lập được độ dày ban đầu của vách. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và ổn định bọt Độ hoà tan của protein: protein có độ hoà tan cao sẽ cho năng suất tạo bọt tốt và độ bền của bọt cao, song các tiểu phần protein không hoà tan (như các protein của tơ cơ, các micelle và các protein khác ở điểm đẳng nhiệt) dường như cũng có tác dụng làm bền bọt do khả năng làm tăng độ nhớt bề mặt của chúng. Độ pH: ở pH đẳng điện của protein độ giãn nở không cao lắm nhưng độ bền của bọt lại khá tốt (đó là trường hợp của globin ở pH=5÷6, của gluten ở pH=6,5÷7,5) là do ở pI các lực hút tĩnh điện giữa các phân tử sẽ làm tăng độ dày và độ cứng của màng mỏng protein ở bề mặt liên pha không khí/nước. Song với một số protein độ bền của bọt tăng lên khi pH cực đại có lẽ là do sự tăng độ nhớt.
Lòng trắng trứng có khả năng tạo bọt tốt ở pH tự nhiên (pH=8÷9) cũng như ở pH đẳng nhiệt của nó (pH=4÷5). Phần lớn các bọt thực phẩm được tạo ra ở những pH khác với pI của các hợp phần protein của chúng. Các muối: cũng có thể ảnh hưởng đến độ hoà tan, độ nhớt, độ giãn mạch, và khả năng tập hợp của protein do đó mà làm thay đổi tính chất tạo bọt, NaCl thường làm tăng độ giãn nở và làm giảm độ bền của bọt, có lẽ là do nó làm giảm độ nhớt của dung dịch protein. Các ion Ca2+ cũng làm tăng độ bền do chúng có khả năng tạo ra các cầu nối giữa các nhóm carboxyl của protein.
