Tối ưu hóa quy trình sấy khô đông lạnh cho snack kefir sữa

Khóa luận tốt nghiệp công nghệ sinh học tối ưu hóa quy trình sấy đông cho món ăn nhẹ từ sữa kefir, mang lại giá trị dinh dưỡng cao.

• Tác giả: Pham Van Toan
• Người hướng dẫn: Dr. Cao Thi Thanh Loan
• Trường học: Nong Lam University - Ho Chi Minh City
• Chuyên ngành: Biotechnology
• Đề tài: Tối ưu hóa quy trình sấy khô đông lạnh cho snack kefir sữa
• Loại tài liệu: Graduate thesis
• Năm xuất bản: 2018-2022
• Địa điểm: Thu Duc City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENT
• AFFIRMATION AND COMMITMENT
• ABSTRACT
• TÓM TẮT
• CONTENTS
• 1. Chapter 1: PROBLEM STATEMENT
• 2. Chapter 2: OVERVIEW OF KEFIR MILK
• 2.1. Definition
• 2.2. Source
• 2.3. Nutritional characteristics
• 2.4. KEFIR FERMENTATION PATHWAYS
• 2.5. Health Benefits
• 3. Chapter 3: MATERIALS AND METHODS
• 3.1. Material
• 3.2. Freeze-drying process
• 3.3. Technique of Spreading on Plate for microbial analysis
• 3.4. Analyze the hardness of the snack bite
• 3.5. Determine the moisture content of the snack bite
• 4. Chapter 4: RESULTS AND DISCUSSION
• 4.1. Evaluated the effects of food additives on the freeze-drying process and quality
• 4.2. Structure evaluation and shape observations of freeze-dried kefir
• 4.3. Moisture Content and texture hardness
• 4.4. Viability of lactic acid bacteria (LAB)
• 4.5. Optimizing the Freeze-Drying Process
• 4.6. Determination of the shelf life of the freeze-dried kefir snacks
• 5. Chapter 5: CONCLUSION AND SUGGESTION
• LIST OF ABBREVIATIONS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES

Tóm tắt

I. Tổng quan về quy trình sấy khô đông lạnh cho snack kefir sữa

Quy trình sấy khô đông lạnh cho snack kefir sữa đang trở thành một chủ đề nóng trong ngành thực phẩm. Snack kefir sữa không chỉ mang lại hương vị thơm ngon mà còn cung cấp nhiều lợi ích sức khỏe nhờ vào các vi sinh vật có lợi. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa quy trình này là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian bảo quản. Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình sấy khô đông lạnh và cách cải thiện chúng.

1.1. Định nghĩa và lợi ích của snack kefir sữa

Snack kefir sữa là sản phẩm từ sữa lên men, chứa nhiều vi khuẩn có lợi cho sức khỏe. Chúng không chỉ giúp cải thiện tiêu hóa mà còn tăng cường hệ miễn dịch. Việc sử dụng kefir trong chế biến snack mang lại giá trị dinh dưỡng cao và hương vị độc đáo.

1.2. Tại sao cần tối ưu hóa quy trình sấy khô đông lạnh

Tối ưu hóa quy trình sấy khô đông lạnh giúp bảo tồn chất lượng sản phẩm, giảm thiểu tổn thất vi sinh vật có lợi và tiết kiệm năng lượng sản xuất. Điều này không chỉ nâng cao giá trị sản phẩm mà còn tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.

II. Vấn đề và thách thức trong quy trình sấy khô đông lạnh

Mặc dù quy trình sấy khô đông lạnh mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức lớn. Các vấn đề như giảm mật độ vi sinh vật có lợi, thay đổi cấu trúc sản phẩm và chi phí sản xuất cao cần được giải quyết. Những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến sự chấp nhận của người tiêu dùng và khả năng thương mại hóa sản phẩm.

2.1. Giảm mật độ vi sinh vật có lợi trong sản phẩm

Trong quá trình sấy khô đông lạnh, mật độ vi sinh vật có lợi như vi khuẩn lactic acid (LAB) có thể giảm đáng kể. Điều này làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm và ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.

2.2. Thay đổi cấu trúc và chất lượng sản phẩm

Quá trình sấy khô có thể dẫn đến sự thay đổi về cấu trúc và độ cứng của snack kefir sữa. Sự thay đổi này có thể làm giảm sự hấp dẫn của sản phẩm đối với người tiêu dùng.

III. Phương pháp tối ưu hóa quy trình sấy khô đông lạnh

Để tối ưu hóa quy trình sấy khô đông lạnh cho snack kefir sữa, nghiên cứu đã áp dụng một số phương pháp như sử dụng phụ gia thực phẩm và điều chỉnh nhiệt độ đông lạnh. Những phương pháp này giúp cải thiện tính ổn định cấu trúc và bảo tồn vi sinh vật có lợi.

3.1. Sử dụng phụ gia thực phẩm để cải thiện chất lượng

Việc thêm các phụ gia như trehalose và maltodextrin vào công thức sản xuất giúp cải thiện độ cứng và bảo vệ vi sinh vật trong sản phẩm. Các phụ gia này đã được chứng minh là hiệu quả trong việc duy trì chất lượng sản phẩm sau khi sấy khô.

3.2. Điều chỉnh nhiệt độ và thời gian sấy khô

Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh nhiệt độ đông lạnh và thời gian sấy khô có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ -20 °C và thời gian 12 giờ là điều kiện tối ưu để duy trì chất lượng của snack kefir sữa.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng quy trình sấy khô đông lạnh được tối ưu hóa không chỉ giúp bảo tồn chất lượng sản phẩm mà còn kéo dài thời gian bảo quản. Snack kefir sữa sau khi sấy khô vẫn giữ được cấu trúc và hương vị, đồng thời đảm bảo mật độ vi sinh vật có lợi trong khoảng chấp nhận được.

4.1. Đánh giá chất lượng sản phẩm sau sấy

Sản phẩm sau khi sấy khô cho thấy độ cứng và hương vị tốt, đáp ứng được yêu cầu của người tiêu dùng. Mật độ vi sinh vật có lợi vẫn nằm trong khoảng chấp nhận được, đảm bảo lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng.

4.2. Khả năng thương mại hóa sản phẩm

Với quy trình sấy khô đông lạnh được tối ưu hóa, snack kefir sữa có tiềm năng lớn trong thị trường thực phẩm dinh dưỡng. Sản phẩm có thể được sản xuất với chi phí hợp lý và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

V. Kết luận và tương lai của snack kefir sữa

Nghiên cứu về tối ưu hóa quy trình sấy khô đông lạnh cho snack kefir sữa đã mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành thực phẩm. Việc cải thiện quy trình sản xuất không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giúp tăng cường sức khỏe cho người tiêu dùng. Tương lai của snack kefir sữa hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ với sự gia tăng nhu cầu về thực phẩm dinh dưỡng.

5.1. Hướng đi mới cho nghiên cứu và phát triển

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hơn nữa quy trình sản xuất và khám phá các ứng dụng mới cho snack kefir sữa. Việc nghiên cứu thêm về các chỉ tiêu dinh dưỡng và an toàn thực phẩm cũng rất quan trọng.

5.2. Tăng cường nhận thức về lợi ích sức khỏe

Cần có các chiến dịch truyền thông để nâng cao nhận thức của người tiêu dùng về lợi ích sức khỏe của snack kefir sữa. Điều này sẽ giúp tăng cường sự chấp nhận và tiêu thụ sản phẩm trên thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY-HO CHI MINH CITY FACULTY OF BIOLOGICAL SCIENCES OPTIMIZING THE FREEZE-DRYING PROCESS FOR KEFIR MILK SNACK BITES Major : BIOTECHNOLOGY Student : PHAM VAN TOAN Student ID : 18126182 Academic year : 2018-2022 Thu Duc City, 09/2023 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY-HO CHI MINH CITY FACULTY OF BIOLOGICAL SCIENCES GRADUATE THESIS OPTIMIZING THE FREEZE-DRYING PROCESS FOR KEFIR MILK SNACK BITES Advisor Student CAO THI THANH LOAN, PH. PHAM VAN TOAN Thu Duc City, 09/2023 ACKNOWLEDGEMENT I would like to express my deepest gratitude and appreciation to the following individuals and organizations for their invaluable support and contributions throughout my journey in completing this graduate thesis. First and foremost, I am profoundly thankful to my thesis advisor, Dr. Cao Thi Thanh Loan, for her unwavering guidance, patience, encouragement, and expertise.

Her dedication and mentorship played a pivotal role in shaping the direction ofthis research. My heartfelt thanks go to my family for their endless love, support, and belief in my abilities. Their encouragement sustained me during the challenging phases of this journey. I would also like to thank the participants of this study, express to Mr.

Quoc Thang, Mr. Minh Sang and my friends for their willingness to share their insights and supports. Their contributions are highly valued. I am grateful to the Kefir Home company for their material support, which made it possible to conduct this research.

I would like to acknowledge Nong Lam University for providing the necessary resources, facilities, and opportunities that allowed me to undertake this research. Particularly the administrators of the Faculty of Biological Sciences and all the lecturers, for their invaluable support and resources throughout their studies. They acknowledge that the guidance and teaching they received from these individuals played a critical role in their ability to apply their knowledge, particularly during their thesis work. I would like to thank Dr.

Phan Dang Thai Phuong - academic mentor of class DH18SHC for taking care of me during 5 years of university. This thesis would not have been possible without the collective efforts and support of all those mentioned above. Thank you for being a part of this important milestone in my academic career. AFFIRMATION AND COMMITMENT My name is Pham Van Toan, student ID: 18126182, class: DH18SHC (Phone: [phone], email: [e-mail]), Faculty of Biological Sciences, Nong Lam university Ho Chi Minh City.

I declared that all results presented in this graduate thesis were conducted by myself. All the data and information are entirely accurate and unbiased. I fully accept responsibility for these commitments in front of the committee. Thu Duc City, September 7th, 2023 Student’s signature Pham Van Toan 1 ABSTRACT Kefir milk snack bites are gaining popularity as a convenient and healthy dairy- based snack.

However, ensuring the product's quality and shelf-life 1s crucial to meet consumer demands and regulatory requirements. This study aimed to optimize the freeze-drying process for kefir milk snack bites by incorporating food additives (trehalose, maltodextrin, and tapioca starch) to enhance structural stability and preserve beneficial microorganisms. In addition, the freezing temperature (-10 °C, -20 °C, -30 °C) and drying time (12, 18, 24 hrs) were also evaluated to determine the optimal conditions to maintain the quality of the kefir snack. Lactic acid bacteria (LAB) and yeast were isolated from freeze-dried kefir samples to evaluate their viability during the freeze-drying process.

The study demonstrated that freeze-dried kefir snack bites with either 15% trehalose or maltodextrin provided the best structure but trehalose protects more LAB and yeast density. The optimal freeze-drying conditions were determined at -20 °C for 12 hours, resulting in the highest product quality. The freeze-dried kefir products maintained their structure but were decreased 2 logs of LAB density during 28 days of storage in aluminum foil bags at room temperature but remained within an acceptable range for beneficial bacteria. These findings offer valuable insights for developing high-quality, long-lasting kefir milk snack bites, and should be considered for commercial production, and further research on nutritional and food safety aspects is also recommended to ensure the product's overall excellence.

Keywords: Freeze-drying, food additives, hardness, kefir, lactic acid bacteria, trehalose, yeast. il TÓM TẮT Snack kefir sấy khô đang ngày càng phé biến như một loại snack tiện lợi và bổ dưỡng dựa trên sữa. Tuy nhiên, đảm bao chất lượng và tuổi thọ sản phẩm là rất quan trọng dé đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và yêu cầu của các cơ quan quản lý. Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quy trình sấy khô bằng đông lạnh cho snack kefir sữa bằng cách sử dụng các chất phụ gia (trehalose, maltodextrin và bột năng) dé cải thiện tính 6n định cấu trúc và bảo tồn vi sinh vật có lợi.

Ngoài ra, nhiệt độ đông lạnh (-10 °C, -20 °C, -30 °C) và thời gian say khô (12, 18, 24 giờ) cũng được đánh giá dé xác định điều kiện tối ưu dé duy trì chất lượng của snack kefir. Vi khuẩn lactic acid (LAB) và nam men đã được phân lập từ các mẫu kefr sấy khô dé đánh giá khả năng sống sót của chúng trong quá trình sấy khô. Nghiên cứu đã chứng minh rang snack kefir sấy đông khô với 15% trehalose hoặc maltodextrin cung cấp cấu trúc tốt nhất, nhưng trehalose bảo vệ mật độ LAB và nam men tốt hơn. Điều kiện tối ưu của quá trình sấy đông khô được xác định là đông lạnh tại -20 °C và sấy khô trong 12 giờ, dẫn đến chất lượng sản phẩm cao nhất.

Snack kefir say khô duy trì cau trúc của mình nhưng mật độ LAB giảm khoảng 2 log trong vòng 28 ngày lưu trữ trong túi nhôm ở nhiệt độ phòng (25 + 1 °C), nhưng vẫn nằm trong khoảng chấp nhận được cho vi khuẩn có lợi. Những kết quả này cung cap thông tin hữu ích dé phát triển snack kefir sữa chất lượng cao, bền vững và nên được xem xét cho việc sản xuất thương mai và nghiên cứu thêm về các chỉ tiêu đinh dưỡng và an toàn thực phẩm khác. Từ khoá: độ cứng, kefir, nam men, phụ gia thực phẩm, sấy đông khô, trehalose, vi khuẩn lactic acid. IV CONTENTS Page.

1 AFFIRMATION AND COMMITMENT .:c:c::cescecescesseseeseeseeseeseeeceseseeceseeeaseneees il ABS TRACT aonunanunans aman om nee ern een 1H 772.ÔÔÔÔỎ V LIST OF ABBREVIATIONS. 22 1212121121121111 211111211 81101101121 e2 vill LIST (OF TABLE wrccescssacsassnsrasmnnconsssesssusuecanteass acumen ccna meme amaaeear eam maaeeaN 1x LIST 0138516101100 ẺẺẺẻẻốẻẻốẻẺẻẻẻẻẻẻ X 0. Problenn SIa[GTIIGTIbsssosistisetblioigrtSiiTSEIEESGSIESEIEBINAEEGIDBGGISGESESNGEHRSERSRlSfESegsSitsm 1 LBs OD] GV oiroergberstinineODDEEiSS-EETUlRGPEstotiRudtrradiptpsgdbStsrdosingiÐlg3 oer reeset 2 Ve Sig CGIIIETTEỗoossnissebssbbisbttttbsstiseotggtias6nddosbstbrtsilsDtsiiggstBSD8LG0E00830504285EDIJBDESiiESDDHGILGSĐSSEH2HHHg01400. LITERATURE RE VIE W sscsevssnwesscevessnsinsesconeonsoncenscsmvensexvesonssnesunescamusteuusses 3 2.

Overview of kefir milk 22. 3 Pee Males) MU cet te i ie Tl A a i Silo cet 3 2. Mealtt Bete its sausseraosoyrodobeoasitsaitdndsiogtslrltsgastDalsyiStiteBqEtSiSGISJSSEEBERMEENHSSGilpsrigisgi 5 22, OVERVIEW OL PTEGDIO HỆ sung tú v0 0i werner ae ee 7 s2La PEOBIOEl6: CEL NU OM ee esssceescssmecsereecanseeese seesece:mconweeaesememreeaenennies amveenemeN 7 2.5020: DIGHIEIES OF PLO DIOUCS) sence mnseasssesnensssionssten snwamtustecantienssinenteneners dn teueniessanreeessoaamcmaenss 7 2. Overview of lactic acid DaCẨCT14.- ác 12x 2v v2 2v nh HH HH re 7 “94-11.

8 DA, PUCEZS IVINS TDHG GEN cac scsice cnc va sevasitah aniusindna 330B. 12 2505: LẠITUWDNISEBT(GHEsrazbstotorrorsiltiiezrraeltbsgoolý/23gzxppzs:psirfoslparlilbygosgszasgiibostosgipe@sitatteGbBsseienisi 12 c0ke CWA OSS Ï sgrrgoisoisiEtEDEHENRUANHIAIEGRSIEBENBHGNEGENNEEIEAESRIIGIDESSEENDENHEGIAEGNGISIGSIEREENGIDSIGMERS 13 Chapter 3. AND METHODS sczeseseseaeeasisosssaeiesronosaee 14 Sila Lie atid; lô6ấtióRR GÍ THe SH seesessesdeseooinsseGiotoishBLSBSEUDS. 14 SA Material Said tm Cth OS TƯ ỚỚỚớỚợẢ xa ốc 14 31/51 VIRECELAssxssssuzexessisieSbsxbiibiiusokssisdd2.

Freeze-drying DFOC€SS. Experimental design sasssspsssesssisessgg515505610845339584/95165143551S01603939455E53836345555585139855458 17 3. Technique of Spreading on Plate for microbial ©OUH. Analyze the hardness of the snack bite.

Determine the moisture content of the snack bIfe. RESULTS AND DISCUSSIƠN. Lactic acid bacteria (LAT).egšt-and;THO sssassessssbieas640166S5101G001833018 moma ROE Es 25 4. Evaluated the effects of food additives on the freeze-drying process and quality of i0.

Structure evaluation and shape observations of freeze-dried kefir. Moisture Content and texture hardness .-- -- 5-52 +++xs+ssreeerrrerrrrrrrrrree 28 vi 4:2:3› Viability Of HHGfOOT0NH1SHIS sussddrbsos Big 0g 1800 0018141040150001814G013410)00003308903401888 29 4. Optimizing the Freeze-Drying Process. Structural and shape Obs€rVAfIOTIS.- ---- 5 5+ 32x sen 32 SÀN ii.

Viability of mICTOOTBATN1SINS. Determination ofthe shelf life of the freeze-drying kefir snaeks. LEXIUIES HA LOTHỆŠÃösssssnnniseiide s06 t0n3063099553606939404915E43993308S83499S950NSSSSEE43935003.3 Viability GiT110fEGGTFBBIHRHHEonsesseeooiseioibseisetePiistcdbb2sdg8BS050508.GSH4GI2ĐSEEHSP 39 Chapter 5. CONCLUSION AND SUGGESTION .cccececeeseeseeceeceeeeeeeeeeneeeeeesteaees 41 S0 MCGTEIIS TOTS: 5 nan seneinsith ốốốố ốc CC 4] 5.

sácececsaiionnsbiosii165114616360943995653514393395855859893894389303935918SXS5N433333053803355553838 47 Vil LIST OF ABBREVIATIONS CFU : Colony-forming unit DRBC : Dichloran-rose bengal chloramphenicol FAO : Agriculture Organization of the United Nations LAB : Lactic acid bacteria MRS : Man, Rogosa and Sharpe SD : Standard deviations WHO : World Health Organization of the United Nations vill LIST OF TABLE Page Table 3. Mixing recipe for snack producfIOH. The formulations were set up under different dry time and freeze (eniperalite CONGMONS:.<5 252s oe eee ee eee ee ee eee eee, 19 Table 4. The hardness and moisture of freeze-dried kefir products.

Yeast density (CFU/mg) of freeze-dried kefir products after freeze- 6227. The influence of temperature and drying time on the hardness (g) of freeze- dfL6d KEHF SIPUCHIEE sasnerseeiaoeniinsiDDL00810181180386330118898548365535033K011908SE434S8480105858360/0848590888/0Ể0 34 Table 4. The effect of temperature and drying time on the yeast density (CFU/g) of PES TEAC TEM, GEE scscescesnssannssisnncsaswaansics sas uancawae sxssucas sence 315629388 Sh2HE4182:G883140673605981064935586g8858 35 Table 4. The effect of temperature and drying time on the LAB density (CFU/g) of ANEEZE- CELE IES LIT.

sneneisnnssoinnnnsitenonsineiinniassnnninesienasidnaieninaslonainsnseinnnnitenalians nebtinenanindt npeaeainnnannsnanan 36 IX LIST OF FIGURES Page Figure 2. Different fermentation pathways follow from the main microbial contained in kefir and kefir grains. Biological properties, nutritional value, and macro- and micronutrient CONPOSILON Of KENT wsememmncscmamnemcavenmeemnenemne eee erm 6 Figure 2. Lactic acid bacteria.

Cryo-SEM of Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus CFL1, frozen in a TiTGGGHIWGITTIRHTNobisnoieebbbiG Go tenioSaliesbgfoBqusisgidbioiohlgeusEo:Rbssgbio3i8oz8g33sEpcRglgigssstsssiSenl 10 Figure 3. ETIệE 6 DIV Ei cua ga hán ngà H1 g4101415. Flowchart of snacks produ€tION.

Snack bites hardness measurement by fruit hardness tester. LAB resolves CaCOs3 in MRS medium.-- cece cece ceeteeeeeeeees 24 ETipure:4:2; Gram=positive’ bactertascacsscmpe eae ne RRO ES 24 Figure 4. The catalase reaction. Colony of yeast in DRBC.

Yeast morphology observed under a m1ICrOSCOD€. The appearance of fresh kefir after freeze-drying when removed from the SIIIIfET TH) l6]: ee etter eee nna ee een ner eee ance ee ene See ee ee ene Eee 26 Figure 4. The structure and shape of kefir snack bites when removed from the milbte(oii (og16(0) (0 Reece eee eee eee ee ee ee ee ee 27 Figure 4. LAB density after freeze drying.

Freeze-dried kefir (T15) under different drying conditions. Preserve kefir dried using aluminum foil bags. Texture hardness on 28 store days. Yeast density (CFU/g) after 28 store days.

LAB density (CFU/g) after 28 store days. Problem statement In today's fast-paced lifestyle, consumers increasingly demand nutritious and convenient snack options that align with their health-conscious choices. Kefir milk snack bites have emerged as a promising product, combining the goodness of probiotics and the delectable taste of kefir milk, making them an attractive choice for health- conscious individuals seeking on-the-go sustenance. Freeze-drying has been identified as an effective preservation technique for kefir milk snack bites, allowing for extended shelf life while preserving the product's nutritional value and sensory attributes.

However, the current freeze-drying protocols for kefir milk snack bites present challenges that hinder widespread adoption and commercial success. Recent studies have highlighted several critical issues concerning the freeze- drying process for kefir milk snack bites. Despite its potential benefits, the existing protocols may not adequately preserve the product's quality attributes, leading to inconsistencies in texture, taste, and appearance. Consumers' acceptance of these snack bites depends on their sensory appeal and any negative impact on these attributes may hamper market acceptance and commercial viability.

Moreover, kefir milk snack bites are often formulated with live probiotic cultures that confer numerous health benefits, including improved gut health and immune function. However, during the freeze-drying process, the viability of these beneficial microorganisms may be compromised, reducing the product's overall health-promoting potential.