Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Quy trình sản xuất yaourt bổ sung probiotic" được thực hiện bởi sinh viên Trần Phong Lan Đài (MSSV: 0811110012) tại TP. Hồ Chí Minh vào tháng 05 năm 2011, thuộc chuyên ngành Công nghệ thực phẩm / Công nghệ sinh học.

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn: Lịch sử nghiên cứu probiotic bắt đầu từ nhà khoa học Ilya Metchnikov (đoạt giải Nobel năm 1908) khi ông khám phá hoạt tính tiêu diệt vi sinh vật gây hại trong đường ruột của một số vi khuẩn lactic. Sữa lên men được xác định là chất mang vi khuẩn probiotic thuận lợi nhất để đưa các lợi khuẩn này đến đường ruột của vật chủ. Trong bối cảnh đời sống hiện đại, yaourt và các sản phẩm sữa lên men chứa probiotic ngày càng được quan tâm và sử dụng như thực phẩm chức năng giúp phòng ngừa bệnh tật. Theo nghiên cứu từ Đại học California được tác giả trích dẫn, việc sử dụng yaourt mỗi ngày hỗ trợ giảm các triệu chứng dị ứng và giảm 25% nguy cơ cảm lạnh so với người không sử dụng; hiệu quả điều hòa miễn dịch tăng cao khi bổ sung vi khuẩn probiotic vào sản phẩm. Đồng thời, xu hướng tiêu dùng hiện đại ưu tiên các sản phẩm "bio" (không sử dụng chất phụ gia và chất bảo quản tổng hợp), thúc đẩy việc tối ưu hóa vai trò của vi sinh vật và cấu trúc tự nhiên trong chế biến sữa.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Khảo sát cơ sở lý luận về phân loại sản phẩm yaourt, vi sinh vật khởi động (starter culture) và các chủng vi khuẩn probiotic.
  2. Phân tích bản chất hóa sinh của quá trình lên men lactic đồng hình, dị hình, cơ chế tạo hương (acetaldehyde), tạo vị và tạo cấu trúc gel protein cùng polysaccharide ngoại bào (EPS).
  3. Thiết lập và mô tả chi tiết quy trình công nghệ nhân giống, tăng sinh sinh khối vi sinh vật ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp.
  4. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất yaourt dạng truyền thống (set type) và yaourt dạng khuấy (stirred type) có bổ sung vi khuẩn probiotic.
  5. Tổng hợp các thông số kỹ thuật kiểm soát chất lượng và tiêu chuẩn quốc gia đối với sản phẩm sữa chua (TCVN 7030:2002 và TCVN 7030:2009).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các chủng vi khuẩn lactic khởi động (Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus), các chủng vi sinh vật probiotic (Lactobacillus casei Shirota, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium spp., Lactococcus lactis, Enterococcus faecium, Bacillus subtilis, Escherichia coli Nissle 1917, nấm men Saccharomyces boulardii), nguyên liệu sữa và quy trình công nghệ chế biến yaourt.
  • Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào các giải pháp kỹ thuật, thông số công nghệ chế biến, thiết bị sản xuất và tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp sữa tại Việt Nam tính đến năm 2011.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và khái niệm chuyên ngành:

  • Định nghĩa Probiotic: Khóa luận sử dụng định nghĩa theo Holzapfel et al. (2001), xác định probiotic là vi sinh vật sống đơn lẻ hoặc hỗn hợp mà khi cung cấp cho người hoặc động vật với liều lượng thích hợp sẽ mang lại hiệu quả có lợi cho vật chủ thông qua việc cải thiện hệ vi sinh vật đường tiêu hóa.
  • Cơ chế lên men lactic:
    • Lên men đồng hình: Glucose được chuyển hóa theo con đường Embden-Meyerhof dưới tác dụng của enzyme aldolase và lactate dehydrogenase, tạo thành acid lactic (chiếm hơn 90% sản phẩm): $$\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\text{CH}_3\text{CHOHCOOH} + 21{,}8 \cdot 10^4\text{ J}$$
    • Lên men dị hình: Xảy ra khi vi khuẩn thiếu các enzyme của chu trình Embden-Meyerhof, chuyển hóa đường qua con đường pentose phosphate tạo xylulose-5-phosphate; acid lactic chỉ chiếm khoảng 50%, kèm theo acid succinic, acid acetic, ethanol, acid formic và $\text{CO}_2$: $$\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6 \rightarrow \text{CH}_3\text{CHOHCOOH} + \text{HOOC(CH}_2\text{)}_2\text{COOH} + \text{CH}_3\text{COOH} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{CO}_2$$
  • Cơ chế tạo hương, vị và cấu trúc:
    • Tạo vị và đông tụ: Acid lactic làm giảm pH môi trường sữa xuống điểm đẳng điện của casein ($\text{pI} = 4{,}6$), làm protein mất điện tích và đông tụ tạo cấu trúc mạng gel.
    • Tạo hương: Acetaldehyde (nồng độ khoảng 25 ppm) là cấu tử hương chính, sinh ra từ pyruvate qua pyruvate decarboxylase/acetyl-CoA (ở vi khuẩn lên men dị hình) hoặc chuyển hóa từ threonine nhờ enzyme serine hydroxymethyl transferase (đòi hỏi hoạt tính protease của vi khuẩn).
    • Tạo độ dẻo mịn bằng polysaccharide ngoại bào (EPS): Vi khuẩn tổng hợp EPS có khối lượng phân tử từ 10 kDa đến hơn 1.000 kDa, cấu tạo từ 50 đến hơn 5.000 monomer gồm glucose, galactose, rhamnose, mannose, fructose, arabinose, xylose, N-acetylgalactosamine và N-acetylglucosamine.
  • Quan hệ cộng sinh hiệp lực (Synergistic growth): S. thermophilus tăng trưởng trước làm giảm thế oxy hóa khử và giảm nhẹ pH, tạo điều kiện cho L. bulgaricus phát triển; L. bulgaricus có hoạt tính protease mạnh phân giải casein thành peptide và acid amin cung cấp ngược lại cho S. thermophilus.

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phân tích và tổng hợp lý thuyết công nghệ chế biến thực phẩm và vi sinh vật học ứng dụng.
  • Phương pháp phân tích quy trình công nghệ và cân bằng vật chất kỹ thuật cho các công đoạn sản xuất.
  • Phương pháp kiểm tra hóa lý: Xác định độ chua chuẩn độ (TA - Total Acidity bằng dung dịch NaOH 0,1N), đo hàm lượng chất khô hòa tan (°Brix), đo độ chua theo độ Thorner (°T) và độ Dornic (°D), đo pH môi trường.
  • Phương pháp kiểm tra vi sinh: Pha loãng mẫu bậc 10 (từ $10^{-1}$ đến $10^{-9}$), cấy trang/đổ đĩa đếm khuẩn lạc (cfu/ml, cfu/g) ủ ở 37°C trong 24 giờ; kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn bacteriocin; phương pháp bảo quản giống bằng lạnh đông và đông khô.

Nguồn dữ liệu: Tài liệu tham khảo chuyên khảo về công nghệ chế biến sữa (Lê Văn Việt Mẫn, 2010), các công bố khoa học quốc tế (Applied and Environmental Microbiology, 2009; Holzapfel et al., 2001; Robert W. Hutkins), dữ liệu từ các trường đại học (Đại học California, Đại học Bang Utah, Đại học Nebraska, Caltech) và hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam (TCVN 7030:2002, TCVN 7030:2009).

Nội dung chính theo từng chương

Tổng quan về yaourt, vi sinh vật khởi động và probiotic

Phần này phân loại toàn diện sản phẩm yaourt và trình bày chi tiết đặc điểm các chủng vi sinh vật:

  • Phân loại theo phương thức lên men: Yaourt truyền thống (set type - lên men trực tiếp trong bao bì tạo gel mịn đặc trưng), yaourt dạng khuấy (stirred type - lên men trong bồn lớn rồi khuấy trộn phá vỡ một phần khối đông trước khi rót hộp), yaourt dạng uống (drink type - khối đông bị phá hủy hoàn toàn bằng khuấy trộn hoặc đồng hóa để giảm độ nhớt).
  • Phân loại theo trạng thái và cấu trúc: Yaourt lạnh đông (frozen type - xử lý và làm đông tương tự kem) và yaourt cô đặc (concentrated yaourt / strained yaourt / labneh - tách bớt huyết thanh sữa để tăng nồng độ chất khô).
  • Phân loại theo hàm lượng chất béo: Yaourt béo (chất béo $\ge 3%$), yaourt bán gầy (chất béo $0{,}3 - 0{,}5%$), yaourt gầy (chất béo $\le 0{,}5%$).

Đặc điểm các chủng vi sinh vật probiotic được phân tích chi tiết trong tài liệu:

  1. Lactobacillus acidophilus: Cư trú ở ruột non, lên men được cellobiose, galactose, lactose, maltose, sucrose; sinh các chất kháng sinh tự nhiên gồm acidophilin, acidolin, lactocidin và bacteriocin ức chế Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus; sinh enzyme lactase và giảm cholesterol.
  2. Lactobacillus rhamnosus: Hỗ trợ giảm rối loạn tiêu hóa và không dung nạp lactose, kích thích miễn dịch làm tăng bạch huyết cầu lên 3 lần, tăng lưu thông chất kháng sinh lên 6–8 lần, tăng mức globulin miễn dịch và hoạt hóa đại thực bào.
  3. Lactobacillus casei / L. casei Shirota: Có thành tế bào chứa acid teichoic giúp bám dính biểu mô ruột, tiết peptidoglycan kích thích thực bào, tăng tế bào sinh IgA chống rotavirus gây tiêu chảy.
  4. Lactobacillus plantarum (chủng 299 và 299V): Dị hóa arginine qua 6 con đường tạo nitric oxide (NO) giúp ức chế Candida albicans, E. coli, Shigella, Helicobacter pylori; có khả năng phân hủy acid mật giúp giảm cholesterol.
  5. Bifidobacterium (B. bifidum, B. longum, B. infantis, B. adolescentis): Trực khuẩn gram dương hình chữ Y hoặc gậy phân nhánh; B. longum ngăn chặn độc tố vero cytotoxin từ E. coli và ức chế Salmonella typhimurium; B. infantis chiếm ưu thế ở ruột già trẻ em, hỗ trợ điều trị hội chứng ruột kích thích (IBS).
  6. Các chủng khác: Lactococcus lactis (sinh nisin), Enterococcus faecium, Bacillus subtilis, Escherichia coli Nissle 1917 và nấm men Saccharomyces boulardii (cạnh tranh vị trí bám dính chống nấm Candida).

Chương II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Chương II là trọng tâm kỹ thuật của khóa luận, mô tả chi tiết từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, nhân giống men đến quy trình vận hành sản xuất 2 dòng yaourt và tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng.

1. Nguyên liệu và phụ gia sản xuất

  • Sữa nguyên liệu: Sữa bò tươi, sữa nguyên kem, sữa tách béo hoặc sữa gầy. Yêu cầu không chứa kháng sinh, hóa chất tẩy rửa, thể thực khuẩn (bacteriophages), sữa non (colostrum). Hàm lượng chất khô không béo đạt $> 8{,}2%$.
  • Chất tăng vị ngọt: Đường tinh luyện (glucose, saccharose), puree trái cây (chứa $50 - 55%$ đường: dứa, dâu, sơ ri, táo), aspartame cho người ăn kiêng.
  • Chất ổn định cấu trúc: Gelatin (tạo gel và tan chảy ở nhiệt độ miệng), pectin, agar, carrageenan, alginate, CMC-Na; chất hoạt động bề mặt Monodiglyceride E471 (làm bền hệ nhũ tương); chất ổn định thương mại mã hiệu 5846 (chứa pectin và gelatin).

2. Quy trình sản xuất men giống và probiotic

  • Quy mô phòng thí nghiệm (6 bước):
    1. Phân lập và chọn tạo chủng thuần khiết trong tủ cấy vô trùng.
    2. Nhân giống tăng sinh: Sử dụng môi trường MRS cho Lactobacillus spp. và môi trường Elliker hoặc M17 cho cầu khuẩn lactic.
    3. Lên men thu sinh khối.
    4. Ly tâm thu sinh khối và đông khô mẫu.
    5. Kiểm tra chất lượng: Định lượng mật độ vi sinh vật qua dãy pha loãng $10^{-1}$ đến $10^{-9}$ (cấy $100,\mu\text{l}$, ủ 37°C/24h) và kiểm tra hoạt tính bacteriocin.
    6. Giữ giống bằng phương pháp lạnh đông.
  • Quy mô công nghiệp:
    • Chuẩn bị giống cấp 2: Phối trộn sữa bột gầy và đường theo tỷ lệ 11 : 3,3 (kg), hòa tan với nước nóng 70°C, tiệt trùng gián tiếp ở 120°C trong 20 phút, pha loãng thành 120 lít rồi chia vào 2 bồn (tank) 60 lít. Cấy giống cấp 1 (chuẩn bị từ 2 bình tam giác 300 ml đã hoạt hóa giống gốc nhập khẩu từ Yakult Honsha hoặc các hãng quốc tế) dưới ngọn lửa cồn vô trùng. Lên men 24 giờ ở 37°C đạt mật độ $10^9\text{ cfu/ml}$, sau đó hạ nhiệt độ xuống $< 10^\circ\text{C}$.
    • Lên men chính (tăng sinh): Phối trộn 525 kg sữa bột gầy và 125 kg đường (tổng mẻ 2.350 kg) trong bồn hòa tan 3.350 lít với nước nóng 90°C trong 30 phút. Tiệt trùng UHT ở 120°C trong 3 giây. Chuyển sang bồn tăng sinh, cấy giống cấp 2 và lên men trong 7 ngày để đạt mật độ sinh khối $10^9\text{ cfu/ml}$.
    • Đồng hóa và tàng trữ: Đồng hóa ở áp suất 15 MPa, phối trộn với nước đường theo tỷ lệ 1/2 (thể tích sau đồng hóa đạt 4.050 lít), chuyển sang bồn tàng trữ lạnh ở 10°C (dung tích bồn trữ 7.400 lít).

3. Quy trình công nghệ sản xuất yaourt truyền thống (Set type) bổ sung probiotic

  • Chuẩn hóa: Điều chỉnh hàm lượng chất béo trong thành phẩm dao động từ $0{,}5 - 3{,}5%$.
  • Hiệu chỉnh chất khô: Nâng hàm lượng chất khô tổng số bằng các giải pháp: cô đặc chân không (giảm $10 - 20%$ thể tích, tăng tổng chất khô từ 1,5–2 lần), bổ sung sữa bột gầy ($\le 3%$), hoặc áp dụng kỹ thuật màng (siêu lọc - UF, thẩm thấu ngược - RO).
  • Bài khí: Thực hiện ở nhiệt độ 70°C kết hợp áp suất chân không để loại bỏ bọt khí hòa tan, nâng cao hiệu quả truyền nhiệt và tránh biến tính mùi.
  • Đồng hóa: Gia nhiệt lên $65 - 70^\circ\text{C}$, áp suất $200 - 250\text{ bar}$ (đồng hóa 1 cấp hoặc 2 cấp) nhằm phân tán đều các cầu mỡ và tăng độ bền gel.
  • Xử lý nhiệt (Thanh trùng): Thực hiện trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm hoặc ống lồng ở $90 - 95^\circ\text{C}$ trong $3 - 5\text{ phút}$ để ức chế enzyme, tiêu diệt vi sinh vật đối kháng và làm biến tính sơ bộ whey protein giúp khối đông giữ nước tốt hơn.
  • Cấy giống và phối trộn: Làm nguội dịch sữa về 42°C. Cấy men giống L. bulgaricus và S. thermophilus theo tỷ lệ $1{,}5 - 2%$ (tỷ lệ giống 1:1), đồng thời bổ sung vi khuẩn probiotic đạt khoảng $10^6\text{ cfu/g}$ và hương liệu.
  • Rót bao bì và lên men: Rót vào hũ nhựa vô trùng, đóng kín. Quá trình lên men thực hiện ở nhiệt độ $43 - 45^\circ\text{C}$ trong $5 - 6\text{ giờ}$, kết thúc khi pH đạt $4{,}5 - 4{,}6$ và độ chua đạt $70 - 80^\circ\text{D}$.
  • Làm lạnh và bảo quản: Hạ nhanh nhiệt độ từ 43°C xuống 15°C trong bồn, sau đó bảo quản ổn định ở $6 - 8^\circ\text{C}$. Mật độ probiotic trong yaourt thành phẩm đạt tối thiểu $10^7\text{ cfu/g}$ theo TCVN 7030:2009.

4. Quy trình công nghệ sản xuất yaourt dạng khuấy (Stirred type) bổ sung probiotic

  • Trộn tuần hoàn và lọc: Nước và sữa bột gầy được tuần hoàn qua thiết bị lọc túi kích thước lỗ $250 - 300,\mu\text{m}$ ở áp suất $100 - 110\text{ bar}$, nhiệt độ $60 - 70^\circ\text{C}$ để loại bỏ hoàn toàn cặn thô.
  • Đồng hóa 2 cấp: Thực hiện ở nhiệt độ 70°C, áp suất $100 - 110\text{ bar}$.
  • Thanh trùng - làm nguội: Thanh trùng bằng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (PHE) ở 95°C trong 5 phút, sau đó làm nguội nhanh về $42 - 46^\circ\text{C}$.
  • Lên men trong bồn chuyên dụng: Chuyển sữa vào bồn lên men 4.000 lít. Bơm men cái tỷ lệ 1:1 với liều lượng $90 - 100\text{ kg}$ men cái cho bồn 4.000 lít. Bật cánh khuấy trong 15 phút để phân tán đều, sau đó tắt cánh khuấy để khối sữa lên men tĩnh. Quá trình kết thúc khi pH đạt 4,6 (đối với sữa chua trắng) hoặc pH đạt 4,5 (đối với sữa chua trái cây).
  • Làm lạnh và phối trộn: Mở hệ thống làm lạnh bồn đưa nhiệt độ xuống $< 5^\circ\text{C}$. Bơm vi khuẩn probiotic từ bồn tàng trữ, puree trái cây và phụ gia vô trùng vào bồn lên men, bật cánh khuấy trộn đều thành trạng thái đồng nhất, sền sệt.
  • Đóng gói và bảo quản: Đóng gói tự động trong phòng vô trùng. Bảo quản trong kho lạnh ở nhiệt độ $< 8^\circ\text{C}$, thời hạn bảo quản 45 ngày kể từ ngày sản xuất.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã tổng hợp và hệ thống hóa đầy đủ các thông số công nghệ cốt lõi phục vụ thiết kế và vận hành quy trình sản xuất yaourt bổ sung probiotic:

1. Bảng thông số công nghệ chính của 2 quy trình sản xuất

Công đoạn công nghệ Quy trình Yaourt truyền thống (Set type) Quy trình Yaourt dạng khuấy (Stirred type)
Lọc và xử lý thô Lọc chuẩn bị nguyên liệu Lọc túi tuần hoàn $250 - 300,\mu\text{m}$, $60 - 70^\circ\text{C}$
Đồng hóa $65 - 70^\circ\text{C}$, áp suất $200 - 250\text{ bar}$ 70°C, áp suất $100 - 110\text{ bar}$ (2 cấp)
Xử lý nhiệt (Thanh trùng) $90 - 95^\circ\text{C}$ trong $3 - 5\text{ phút}$ 95°C trong $5\text{ phút}$ (thiết bị PHE)
Nhiệt độ cấy giống Làm nguội về $42^\circ\text{C}$ Làm nguội về $42 - 46^\circ\text{C}$
Tỷ lệ cấy giống $1{,}5 - 2%$ hỗn hợp men cái (tỷ lệ 1:1) $90 - 100\text{ kg}$ men cái / bồn $4.000\text{ lít}$
Chế độ lên men Lên men trong bao bì: $43 - 45^\circ\text{C}$, $5 - 6\text{ giờ}$ Lên men bồn có khuấy: kết thúc khi pH 4,5–4,6
Bổ sung Probiotic Bổ sung đồng thời khi cấy men ($\sim 10^6\text{ cfu/g}$) Phối trộn sau khi lên men và làm lạnh $< 5^\circ\text{C}$
Điểm kết thúc lên men $\text{pH} = 4{,}5 - 4{,}6$; Độ chua $70 - 80^\circ\text{D}$ Sữa chua trắng: $\text{pH} = 4{,}6$; Trái cây: $\text{pH} = 4{,}5$
Bảo quản thành phẩm $6 - 8^\circ\text{C}$ Kho lạnh $< 8^\circ\text{C}$, hạn dùng 45 ngày

2. Thành phần hóa học dòng Retentate khi xử lý màng sữa gầy

Bảng số liệu hóa học (g/100g) của dòng sản phẩm không qua màng (retentate) ứng dụng trong công đoạn hiệu chỉnh hàm lượng chất khô:

Phương pháp xử lý Hệ số cô đặc Tổng chất khô (g/100g) Protein (g/100g) Nitơ phi protein (g/100g) Lactose (g/100g)
Siêu lọc (Ultra-filtration) 3,0 15,7 9,2 0,18 4,8
Thẩm thấu ngược (Reverse osmosis) 2,3 20,4 7,8 0,38 9,7

3. Chỉ tiêu kiểm soát chất lượng theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 7030)

  • Chỉ tiêu hóa lý (TCVN 7030:2002):
    • Hàm lượng chất khô không chứa chất béo: Không nhỏ hơn $8{,}2%$ khối lượng cho tất cả các loại sữa chua.
    • Hàm lượng chất béo: Sữa chua thông thường $> 2{,}0%$; Sữa chua tách một phần béo $0{,}5 - 2{,}0%$; Sữa chua gầy $< 0{,}5%$.
    • Độ acid: Dao động trong khoảng $75 - 140^\circ\text{T}$.
  • Chỉ tiêu vi sinh vật (TCVN 7030:2002 và TCVN 7030:2009):
    • Tổng số vi sinh vật hiếu khí: $\le 10\text{ cfu/g}$ (đối với mẫu không xử lý nhiệt) và $10\text{ cfu/g}$ (mẫu có xử lý nhiệt).
    • Nhóm Coliform: $\le 10\text{ cfu/g}$ (không xử lý nhiệt) và $0\text{ cfu/g}$ (có xử lý nhiệt).
    • Staphylococcus aureus: $0\text{ cfu/g}$.
    • Escherichia coli: $0\text{ cfu/g}$.
    • Salmonella: $0\text{ cfu/25g}$.
    • Nấm men và nấm mốc: $\le 10\text{ cfu/g}$ (không xử lý nhiệt) và $0\text{ cfu/g}$ (có xử lý nhiệt).
    • Mật độ tế bào vi khuẩn probiotic sống trong sản phẩm thành phẩm: Đạt tối thiểu $10^7\text{ cfu/g}$ (TCVN 7030:2009).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đề tài tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp cơ sở lý thuyết, mô hình hóa quy trình kỹ thuật và thiết lập sơ đồ khối thiết bị công nghệ. Khóa luận chưa thực hiện các mẻ thực nghiệm kiểm chứng quy mô pilot để đánh giá tốc độ suy giảm mật độ vi khuẩn probiotic sống theo từng tuần trong suốt 45 ngày bảo quản ở nhiệt độ $< 8^\circ\text{C}$.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Triển khai nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng sống sót của vi khuẩn probiotic trong sản phẩm khi đi qua môi trường dịch vị dạ dày nhân tạo và muối mật in vitro.
    • Khảo sát ảnh hưởng của các loại puree trái cây nhiệt đới khác nhau đến động học sinh acid và cấu trúc nhớt của yaourt dạng khuấy.
    • Nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn các chất ổn định tự nhiên nhằm thay thế hoàn toàn phụ gia tổng hợp mà vẫn ngăn chặn được hiện tượng tách pha huyết thanh.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho các đối tượng sau:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học và Quản lý chất lượng: Nắm vững các bước tính toán công nghệ, cơ chế lên men đồng hình/dị hình và hệ thống chỉ tiêu TCVN đối với nhóm sản phẩm sữa lên men.
  • Kỹ sư công nghệ và cán bộ R&D tại các nhà máy chế biến sữa: Tham khảo các thông số vận hành thiết bị thực tế như áp suất đồng hóa (100–250 bar), nhiệt độ thanh trùng PHE (95°C/5 phút), chế độ nhân giống cấp 1, cấp 2 và kỹ thuật bổ sung vi khuẩn probiotic để đảm bảo mật độ sống $\ge 10^7\text{ cfu/g}$.

Câu hỏi thường gặp

1. Hai chủng vi khuẩn lactic khởi động truyền thống trong sản xuất yaourt là gì và tỷ lệ phối trộn được khuyến cáo là bao nhiêu? Hai chủng vi khuẩn khởi động chính là Lactobacillus bulgaricus (trực khuẩn, lên men dị hình) và Streptococcus thermophilus (cầu khuẩn, lên men đồng hình). Hai giống này được nuôi cấy riêng biệt và phối trộn theo tỷ lệ 1:1 trước khi cấy vào sữa lên men với tỷ lệ cấy $1{,}5 - 2%$ nhằm đảm bảo tốc độ sinh acid nhanh và giá trị cảm quan tối ưu.

2. Hợp chất tạo hương đặc trưng của yaourt là gì và được hình thành qua những con đường nào? Hợp chất tạo hương chính của yaourt là acetaldehyde (hàm lượng khoảng 25 ppm). Hợp chất này được tạo thành qua 2 con đường: (1) Chuyển hóa trực tiếp từ pyruvate nhờ enzyme pyruvate decarboxylase hoặc qua trung gian acetyl-CoA nhờ aldehyde decarboxylase ở vi khuẩn lên men dị hình; (2) Chuyển hóa từ amino acid threonine nhờ enzyme serine hydroxymethyl transferase khi vi khuẩn khởi động có hoạt tính protease thủy phân protein sữa.

3. Quy trình nhân giống probiotic ở quy mô công nghiệp được vận hành qua những cấp nào? Quy trình công nghiệp gồm 2 cấp chính trước khi vào sản xuất: Cấp 2 được chuẩn bị từ sữa bột gầy và đường (tỷ lệ 11 : 3,3 kg), tiệt trùng 120°C/20 phút, pha thành 120L phân vào 2 tank 60L, cấy giống cấp 1 và lên men 24 giờ ở 37°C đạt $10^9\text{ cfu/ml}$. Cấp lên men chính sử dụng 525 kg sữa bột gầy và 125 kg đường hòa tan ở 90°C, tiệt trùng UHT 120°C/3s, cấy giống cấp 2 và lên men trong tank 3.350L trong 7 ngày để đạt mật độ sinh khối $10^9\text{ cfu/ml}$.

4. Điểm khác biệt mấu chốt về thời điểm bổ sung probiotic giữa quy trình yaourt truyền thống và yaourt dạng khuấy là gì? Trong quy trình yaourt truyền thống (set type), probiotic được bổ sung đồng thời cùng men cái (mật độ khoảng $10^6\text{ cfu/g}$) trước khi rót hộp và lên men trong bao bì. Trong quy trình yaourt dạng khuấy (stirred type), quá trình lên men sữa trắng diễn ra trước trong bồn lớn; sau khi lên men kết thúc và khối đông được làm lạnh xuống $< 5^\circ\text{C}$, sinh khối probiotic mới được bơm từ bồn tàng trữ vào để phối trộn cùng puree trái cây và phụ gia trước khi đóng gói.

5. Mật độ tế bào probiotic sống trong sản phẩm yaourt thành phẩm được quy định tối thiểu là bao nhiêu? Theo tiêu chuẩn viện dẫn trong văn bản (TCVN 7030:2009), sản phẩm yaourt thành phẩm bổ sung probiotic phải đảm bảo chứa lượng vi khuẩn probiotic sống với mật độ tối thiểu là $10^7\text{ cfu/g}$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Phong Lan Đài đã trình bày một cách có hệ thống cơ sở sinh hóa, vi sinh vật học và quy trình công nghệ sản xuất yaourt bổ sung vi khuẩn probiotic. Tác giả đã phân tích sâu cơ chế hiệp lực của các chủng vi khuẩn lactic, quá trình tạo hương vị, tạo gel và vai trò của polysaccharide ngoại bào trong việc định hình chất lượng sản phẩm. Các sơ đồ công nghệ cho cả hai dạng sản phẩm yaourt truyền thống và yaourt khuấy cùng hệ thống thông số kỹ thuật, phương pháp nhân giống và tiêu chuẩn TCVN cung cấp tài liệu tham khảo hoàn chỉnh cho lĩnh vực công nghệ chế biến sữa.