TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về sữa chua
Sữa chua là một phần quan trọng trong chế độ ăn uống toàn cầu, được sản xuất chủ yếu từ sữa bò, mặc dù cũng có thể từ sữa của các động vật khác như trâu, dê và cừu Mặc dù có sự khác biệt về độ đặc và hương vị ở các vùng khác nhau, quy trình sản xuất và thành phần cơ bản của sữa chua vẫn giống nhau Chưa có ai được công nhận là người phát minh ra sữa chua, nhưng nhiều nền văn hóa, đặc biệt là Thổ Nhĩ Kỳ và Bulgaria, tự nhận là nơi khởi nguồn của món ăn này Từ "sữa chua" bắt nguồn từ từ "yoğurmak" trong tiếng Thổ Nhĩ Kỳ, có nghĩa là làm đông đặc, và lần đầu tiên xuất hiện trong tài liệu vào năm 1072 Tuy nhiên, thuật ngữ yogurt chỉ được biết đến ở phương Tây từ đầu thế kỷ XX.
Sữa chua, mặc dù cùng tồn tại với nhiều loại sữa lên men khác, nổi bật nhờ vào chủng vi khuẩn nuôi cấy đặc biệt của nó, bao gồm Streptococcus thermophilus và Lactobacillus delbrueckii subsp Bulgaricus (Marette và cộng sự, 2017) Vẫn chưa có bằng chứng rõ ràng về việc người Bulgari và người Thổ Nhĩ Kỳ cổ đại có sử dụng hai loại vi khuẩn này trong quá trình lên men Thông thường, hai chủng vi khuẩn này được nuôi cấy cùng với các vi khuẩn axit lactic khác để tạo ra hương vị đặc trưng và mang lại lợi ích cho sức khỏe.
Lactobacillus acidophilus (LA), Lactobacillus casei và Bifidobacterium (Fatih Yıldız, 2009)
Những vi khuẩn này sau đó được lên men trong điều kiện nhiệt độvà môi trường có kiểm soát
Vi khuẩn tiêu thụ đường tự nhiên và sản xuất axit lactic, dẫn đến sự gia tăng độ axit trong dung dịch sữa, làm đông tụ protein Sự gia tăng độ axit này cũng giúp ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật có khả năng gây bệnh.
Sữa chua đã trải qua sự phát triển đáng kể theo thời gian, từ việc chỉ có mặt ở một số cửa hàng tạp hóa hay cửa hàng thực phẩm sức khỏe, đến nay đã trở thành sản phẩm phổ biến và dễ dàng tìm thấy trong hầu hết các siêu thị và cửa hàng thực phẩm.
Việc tiêu thụ sữa chua toàn cầu đã bắt đầu gia tăng mạnh mẽ từ những năm 1950, với sự khác biệt về nhu cầu ở các khu vực địa lý khác nhau Theo nghiên cứu của Euromonitor/AC Nielsen năm 2014, những quốc gia có mức tiêu thụ sữa chua cao nhất thế giới bao gồm Hà Lan, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp và Đức.
Tiêu chuẩn thành phần sữa chua được quy định trong Codex Alimentarius, yêu cầu sữa chua phải chứa ít nhất 10^7 cfu/g vi sinh vật, tối thiểu 2,7% protein sữa, dưới 15% chất béo sữa và tối thiểu 0,6% độ axit có thể chuẩn, được biểu thị bằng phần trăm axit lactic Ngoài ra, các quốc gia có quy định khác nhau và sự khác biệt trong quy trình xử lý các chất phụ gia, tiêu chí phân tích và số lượng vi khuẩn sống cần thiết.
Phân lo ạ i s ữ a chua
Sản phẩm sữa chua hiện nay xuất hiện rất đa dạng trên thịtrường với nhiều loại khác nhau
Sản phẩm có thể phân chia thành những loại như sau (Fatih Yıldız, 2009; Lê Văn Việt Mẫn, 2010):
Sữa chua truyền thống, hay còn gọi là set yogurt, có cấu trúc gel mịn đặc trưng Trong quy trình sản xuất, sữa nguyên liệu được xử lý và cấy giống trước khi được rót vào bao bì Quá trình lên men diễn ra trong bao bì, tạo ra khối đông và hình thành cấu trúc đặc trưng của sản phẩm.
Sữa chua dạng khuấy là loại sản phẩm mà khối đông sau quá trình lên men bị phá hủy một phần do khuấy trộn cơ học Quy trình sản xuất bắt đầu bằng việc xử lý sữa nguyên liệu, cấy giống và lên men trong thiết bị chuyên dụng Sau đó, sản phẩm được làm lạnh và đóng gói Khác với sữa chua truyền thống, sữa chua dạng khuấy không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất.
Sữa chua uống, hay còn gọi là sữa chua dạng lỏng, là sản phẩm được tạo ra từ quá trình lên men mà khối đông đã bị phá hủy hoàn toàn, mang lại dạng lỏng cho sản phẩm Người tiêu dùng có thể sử dụng sữa chua này mà không cần đến muỗng Sự khác biệt chính nằm ở việc sau quá trình lên men, người ta áp dụng phương pháp khuấy trộn hoặc đồng hóa áp suất cao để phá vỡ cấu trúc gel của khối đông, đồng thời giảm độ nhớt của sản phẩm.
Sữa chua lạnh đông là sản phẩm có kết cấu tương tự như kem, được chế biến qua quá trình lên men sữa trong thiết bị chuyên dụng Sau khi lên men, hỗn hợp được xử lý và làm lạnh đông để tăng độ cứng, trước khi được đóng gói.
Sữa chua cô đặc, hay còn gọi là strained sữa chua hoặc labneh, được sản xuất qua quy trình gồm các giai đoạn quan trọng như lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và bao gói Trong quá trình cô đặc, huyết thanh sữa sẽ được tách bớt, tạo ra sản phẩm có độ đặc hơn và hương vị phong phú.
Sữa chua trái cây là một món ăn hấp dẫn, có thể được kết hợp với nhiều loại trái cây tươi, xi-rô trái cây hoặc bánh pie Những thành phần này có thể được thêm vào sữa chua theo nhiều cách khác nhau, như đặt lên trên, khuấy vào hoặc để ở dưới, tạo nên hương vị phong phú và hấp dẫn cho món ăn.
Phô mai sữa chua, hay còn gọi là yogurt cheese, là một loại phô mai tươi được chế biến bằng cách để ráo qua đêm nhằm tách váng sữa Sản phẩm này có hương vị tương tự như kem chua và có kết cấu mềm mại giống như kem phô mai.
Sữa chua khô (Dried yogurt): Sữa chua được làm khô để bảo quản được lâu hơn
Sữa chua được phân loại theo hàm lượng chất béo, thường dao động từ 0-10%, với mức phổ biến từ 0,5-3,5% (White và Hui, 2008) Theo Tổ chức Y tế Thế giới WHO và Tổ chức Nông lương FAO, sản phẩm sữa chua được chia thành ba nhóm dựa trên lượng chất béo trong sản phẩm.
Sữa chua béo (fat sữa chua): Hàm lượng chất béo trong sản phẩm không thấp hơn 3%.
Sữa chua bán gầy (pagially skimmed sữa chua): Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng 0,5-3,0%
Sữa chua gầy (skimmed sữa chua): Hàm lượng chất béo không lớn hơn 0,5%
Sữa chua cũng được phân biệt dựa trên trạng thái vật lý Theo đó, sữa chua được chia thành 4 loại (Tamime và Deeth, 1980):
Sữa chua dạng lỏng: sữa chua khuấy, sữa chua truyền thống
Sữa chua dạng bán rắn: Sữa chua cô đặc
Sữa chua dạng rắn: Sữa chua đông lạnh
Sữa chua dạng bột: sữa chua khô
Giá trị dinh dưỡng của sữa chua
Sữa chua là một sản phẩm lên men giàu dinh dưỡng, nổi bật với hàm lượng protein, vitamin và khoáng chất thiết yếu, đặc biệt là canxi.
Sữa chua không chỉ chứa lợi khuẩn mà còn mang lại nhiều lợi ích tiềm năng cho sức khỏe (Gómez-Gallego và cộng sự, 2018) Các loại sữa chua bổ sung như nước ép trái cây và ngũ cốc có thể tăng cường giá trị dinh dưỡng, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Nghiên cứu cho thấy, sữa chua hỗ trợ quá trình trao đổi chất và có tác dụng tích cực trong việc cân bằng đường huyết (Panahi và cộng sự, 2017).
Sữa chua nguyên chất chứa lactose là nguồn carbohydrate chính, chiếm khoảng 98% tổng lượng carbohydrate và 54% tổng chất rắn sữa không béo Ngoài lactose, sữa chua còn có một lượng nhỏ galactose, glucose và oligosaccharides Lactose đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp chất nền cho men lactic, với khoảng 6% lactose có mặt trong sữa trước khi lên men.
20% –30% lactose bị thủy phân một phần thành glucose và galactose (Marette và cộng sự, 2017)
Do đó, sau khi lên men hàm lượng lactose còn lại là 4.1- 4.7% (Gómez-Gallego và cộng sự,
Sữa chua thường chứa hàm lượng protein cao hơn sữa tiêu chuẩn nhờ vào việc bổ sung sữa không béo và protein sữa, giúp cải thiện cấu trúc sản phẩm (Marette và cộng sự, 2017) Protein trong sữa không chỉ có chất lượng cao mà còn mang lại nhiều lợi ích sinh lý, như vai trò chất mang ion, yếu tố tăng trưởng, hormone, tiền chất cho các peptit hoạt tính sinh học, và các tác dụng điều hòa miễn dịch, bảo vệ, chống ung thư, kháng vi-rút và chống oxy hóa (Yildiz, 2010) Các sản phẩm từ sữa, đặc biệt là sữa chua, cung cấp axit amin chuỗi nhánh (leucine, isoleucine và valine) cùng với lysine, làm tăng giá trị sinh học khi kết hợp với ngũ cốc và các loại đậu (Gómez-Gallego và cộng sự).
Casein trong sữa không chỉ là nguồn dinh dưỡng quan trọng mà còn góp phần nâng cao sức khỏe con người Nhờ vào các phosphopeptit casein được tạo ra sau khi thủy phân bằng enzyme, casein giúp tăng khả năng hòa tan và hấp thụ canxi, từ đó hỗ trợ tích cực cho quá trình khoáng hóa xương (Marette và cộng sự, 2017).
Quá trình lên men trong sữa không chỉ biến đổi chất béo mà còn làm tăng hàm lượng axit béo tự do và linoleic liên hợp, góp phần nâng cao sức khỏe, cải thiện chức năng gan, chuyển hóa glucose và giảm stress oxi hóa Bên cạnh đó, sữa chua còn cung cấp nhiều vitamin và khoáng chất quan trọng cho cơ thể (Gómez-Gallego và cộng sự, 2018).
Nguyên liệu sản xuất sữa chua
Sữa chua, một sản phẩm dinh dưỡng phổ biến, thường được làm từ các nguyên liệu như sữa tươi nguyên kem, sữa gầy, sữa bột nguyên kem hoặc sữa bột gầy Trong số đó, sữa tươi là nguyên liệu được ưa chuộng nhất, mang lại cho sữa chua cấu trúc và hương vị tốt nhất.
S ữa tươi
Sữa là chất lỏng được tiết ra từ tuyến vú của động vật, chủ yếu để cung cấp dinh dưỡng cho con non và thực hiện một số chức năng sinh lý Các loại sữa từ động vật như bò, dê, trâu, và lạc đà thường được sử dụng để sản xuất sữa chua Thành phần chính của sữa bao gồm nước, lipid, lactose, protein và khoáng chất, với sự khác biệt về thành phần hóa học giữa các loài động vật Những khác biệt này có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sữa chua, bao gồm mức độ tách whey và độ nhớt của gel.
Theo thống kê từ công ty nghiên cứu thị trường VIRAC, sản lượng sữa tươi tại Việt Nam năm 2019 đạt trên 1 triệu lít, tăng 8,32% so với năm 2018 Dự báo năm 2020, sản lượng sữa tươi trong nước sẽ đạt 1 tỷ lít, đáp ứng 38% nhu cầu tiêu dùng sữa trong nước.
Với giá trị khoảng 120 - 130 triệu USD, thị trường sữa nội địa hiện chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ trong nước Các sản phẩm từ sữa như sữa chua, phô mai và kem chủ yếu được sản xuất từ nguyên liệu sữa bột Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng sữa bột làm nguyên liệu chính.
Bảng 2.1: Thành phần của sữa từ các loài động vật có vú khác nhau (g/100g sữa)
Loài Nước Protein Lipid Lactose Tro
S ữ a b ộ t
Sữa bột là sản phẩm được tạo ra từ quá trình tách nước của sữa nguyên liệu, với nhiều loại như sữa bột nguyên kem, sữa bột gầy và bột kem Các thành phần hóa học của một số loại sữa bột được trình bày chi tiết trong bảng 2.2.
Bảng 2.2: Thành phần hóa học (% w/w) của các loại sữa bột
Thành phần Sữa bột nguyên kem
Sữa bột gầy Bột whey protein
Sản xuất sữa bột đang trở thành một phân khúc quan trọng trong ngành công nghiệp sữa, với dự báo tiếp tục phát triển nhờ vào ưu điểm như giữ chất lượng tốt hơn, tiết kiệm không gian lưu trữ và giảm chi phí vận chuyển, mang lại tính kinh tế và tiện lợi trong sản xuất (Sharma và cộng sự, 2012) Sữa bột được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm như bánh, kẹo, sữa công thức và thực phẩm dinh dưỡng Theo thống kê năm 2019 từ trang điện tử Statistic, New Zealand là nhà xuất khẩu sữa bột lớn nhất thế giới, với giá trị xuất khẩu đạt 6.3 tỷ USD.
Chất lượng sữa bột phụ thuộc vào thành phần hóa học và tính chất vật lý như kích thước hạt, tỷ trọng, độ chảy, độ hòa tan và hoạt độn nước Đặc tính này có thể thay đổi do nguyên liệu thô, phương pháp làm khô và các phản ứng hóa học trong quá trình bảo quản, ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm và thời gian (Nielsen và cộng sự, 1997) Khả năng hòa tan của sữa bột giảm do biến tính hoặc kết tụ protein, với sữa bột gầy khô dạng phun, sữa bột nguyên kem và sữa bột bán gầy có khả năng hòa tan trên 99%, trong khi sữa bột sấy dạng thùng quay thường thấp hơn khoảng 85% (Tamime và Deeth, 1980).
Protein đóng vai trò quan trọng trong sữa, đặc biệt là trong quá trình tạo gel khi sản xuất sữa chua Sự khác biệt về hàm lượng và thành phần protein góp phần tạo nên sự khác biệt rõ rệt về tính chất vật lý và cảm quan giữa các loại sữa chua trên thị trường (Jűrgensen và cộng sự, 2019).
Protein trong sữa được chia thành hai loại chính: casein và whey protein, với casein chiếm khoảng 80% tổng hàm lượng protein trong sữa Casein bao gồm bốn loại protein phospho: α-S1, α-S2, β, và κ-casein Khoảng 80-95% casein tồn tại dưới dạng micelle, và tính ổn định của micelle casein phụ thuộc vào sự hiện diện của κ-casein trên bề mặt Casein có độ bền cao với nhiệt và ít bị biến tính do cấu trúc bậc hai và bậc ba của nó rất hạn chế Ở pH 6.7, sữa có thể được đun nóng mà không làm hỏng chất lượng của casein.
Nhiệt độ 100 °C trong 24 giờ không gây đông tụ, trong khi casein có khả năng chịu nhiệt lên đến 140 °C trong tối đa 20 phút Việc xử lý nhiệt cao trong thời gian dài sẽ dẫn đến nhiều thay đổi trong thành phần sữa (Broyard và cộng sự).
Whey protein in milk consists of β-lactoglobulin, α-lactalbumin, immunoglobulin, and serum albumin (Madureira et al., 2007) Notably, β-lactoglobulin and α-lactalbumin are rich sources of essential amino acids β-lactoglobulin undergoes irreversible denaturation at pH 7.0 and 70 °C, while α-lactalbumin denatures at pH 6.7 and 65 °C (Bertrand-Harb et al.).
Chủng vi khuẩn khởi động
Phần lớn vi sinh vật trong sản xuất sữa chua là vi khuẩn axit lactic (LAB), bao gồm các loài như Lactobacillus, Lactococcus và Streptococcus Mặc dù chi Bifidobacterium khác biệt với LAB, nhưng nhiều loài trong nhóm này cũng có khả năng lên men sữa.
Streptococcus thermophilus (Str thermophilus) và Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus (L bulgaricus) là hai chủng vi khuẩn phổ biến trong sản xuất sữa chua, như đã được nghiên cứu bởi A Zourari và cộng sự vào năm 1992 Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành lên men kết hợp giữa hai vi khuẩn Str thermophilus và L bulgaricus.
Str thermophilus là một vi khuẩn Gram dương, có hình dạng tế bào giống như trứng, thường xếp thành cặp hoặc chuỗi ngắn Loại vi khuẩn này ưa nhiệt, với nhiệt độ phát triển tối ưu khoảng 42 °C, và nó thuộc nhóm sinh vật kỵ khí Str thermophilus đóng vai trò quan trọng như một trong những vi khuẩn khởi động chính trong sản xuất sữa chua, chỉ đứng sau Lactococcus lactic trong danh sách các loài LAB công nghiệp quan trọng.
Trong sản xuất sữa chua, Str thermophilus đóng vai trò quan trọng trong việc axit hóa nhanh chóng để tạo ra axit lactic Ngoài ra, vi khuẩn này cũng sản xuất các sản phẩm lên men phụ như formate, acetaldehyde và diacetyle, góp phần vào hương vị và cấu trúc của sản phẩm lên men.
L bulgaricus là vi khuẩn Gram dương, kị khí, hình sợi, không di động và không hình thành bào tử, không gây bệnh L bulgaricus phát triển hiệu quảở pH 5.4-4.6 Khi phát triển trên các sản phẩm sữa tươi, nó tạo ra và duy trì môi trường axit cần thiết để phát triển thông qua việc sản xuất axit lactic Nhiệt độ tối ưu cho chúng phát triển nằm trong khoảng 40–44 °C trong điều kiện kị khí (Hao và cộng sự, 2011)
Str thermophilus và L bulgaricus có khả năng phát triển độc lập trong sữa, nhưng khi được nuôi cấy cùng nhau, chúng tạo ra sự tương tác hỗ trợ lẫn nhau, mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp sản xuất sữa chua Sự kết hợp này không chỉ cải thiện kết cấu sản phẩm thông qua việc sản xuất exopolysaccharide mà còn tạo ra hương vị đặc trưng nhờ vào các hợp chất thơm L bulgaricus với hoạt tính enzyme protease cao giúp tăng cường sự sinh trưởng của Str thermophilus bằng cách cung cấp các peptide mạch ngắn, trong khi đó, Str thermophilus cũng hỗ trợ L bulgaricus thông qua việc hình thành axit formic.
- Cơ chếđông tụ trong sản xuất sữa chua
Trong quá trình sản xuất sữa chua, protein casein trong sữa sẽ bị đông tụ, tạo thành cấu trúc gel Quá trình đông tụ có thể được thực hiện bằng enzyme, xử lý axit hoặc xử lý nhiệt-axit Khi enzyme được sử dụng, sự thủy phân κ-casein làm giảm độ ổn định keo của micelle casein, dẫn đến việc các phân tử này kết tụ Sử dụng axit làm tác nhân đông tụ sẽ thay đổi nhiều tính chất lý hóa của micelle casein, đặc biệt trong khoảng pH từ 5.5 đến 5.0 Ở nhiệt độ 22 ºC, khi pH đạt 5.1, hầu hết canxi photphat dạng keo sẽ hòa tan, giải phóng casein vào whey và làm thay đổi cấu trúc micelle casein Khi pH giảm xuống 4.6 (điểm đẳng điện của casein), lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử casein giảm, dẫn đến sự chiếm ưu thế của các tương tác kỵ nước, khiến casein chuyển từ trạng thái tan sang không tan và tạo ra các khối đông tụ trong sữa.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất đông tụ của sữa bao gồm bản chất và nồng độ enzyme đông tụ, nhiệt độ sữa, pH, protein (casein và các phân đoạn của nó), cũng như hàm lượng canxi và phospho (Beux và cộng sự, 2017).
Thành ph ầ n hóa h ọ c
Protein đậu nành là một thành phần dinh dưỡng và chức năng quan trọng, có khả năng thay thế protein động vật từ sữa, thịt và trứng (Cai và cộng sự, 1996).
Thành phần hóa học của đậu nành khô chứa khoảng 40% protein, 20% béo, 35% carbohydrate và 5% tro Trên thịtrường có các chế phẩm protein đậu nành dạng bột (56% protein, 1% béo,
33.5% carbohydrate), protein đậu nành concentrate (72% protein, 1% béo, 17.5% carbohydrate) và protein đậu nành isolate (96% protein, 0.1% béo, 0.3% carbohydrates) (John E Kinsella,
Soybeans contain important non-essential amino acids such as arginine, alanine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamine, glutamic acid, glycine, proline, serine, and tyrosine, alongside the nine essential amino acids required by humans: histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, and valine (William Monte Singer et al., 2019) With its complete amino acid profile, soybean protein serves as an ideal plant-based alternative to partially replace animal protein.
Phân lo ạ i
Có nhiều cách phân loại protein đậu nành (Guo và Mingruo, 2009):
Protein đậu nành được phân loại thành hai loại chính: protein chuyển hóa và protein dự trữ Protein chuyển hóa bao gồm các protein cấu trúc và enzyme như hemagglutinin, trypsin và lipoxygenase, có vai trò quan trọng trong các hoạt động bình thường của tế bào Trong khi đó, protein dự trữ chiếm 80% tổng lượng protein trong đậu nành, với các loại điển hình như glycinin và conglycinin.
Protein đậu nành có thể được phân loại thành albumin (hòa tan trong nước) và globulin (hòa tan trong dung dịch muối), trong đó phần lớn protein đậu nành là globulin Globulin trong cây họ đậu được chia thành hai loại chính là legumin và vicilin Legumins có kích thước phân tử lớn hơn, ít hòa tan hơn trong dung dịch muối và có độ bền nhiệt cao hơn vicilin, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc globulin hạt.
Protein đậu nành được phân loại theo hệ số lắng thành bốn loại: 2S, 7S, 11S và 15S Trong đó, 7S (β-conglycinin) và 11S (glycinin) chiếm hơn 80% tổng lượng protein, với tỷ lệ 7S/11S dao động từ 0.5 đến 1.3 tùy thuộc vào giống, theo nghiên cứu của Nishinari và cộng sự (2014) cũng như Silva (2017).
Tính ch ấ t ch ức năng của protein đậ u nành
Các đặc tính chức năng của protein đậu nành, chủ yếu do glycinin và β-conglycinin quyết định, bao gồm khả năng hòa tan, giữ nước, độ nhớt, tạo gel, tạo bọt và tạo nhũ tương Độ hòa tan không chỉ quan trọng cho việc tối ưu hóa chức năng của protein mà còn là tiêu chí quyết định trong việc xây dựng công thức đồ uống có nồng độ protein cao Tuy nhiên, việc sản xuất đồ uống này gặp thách thức lớn do độ hòa tan bị ảnh hưởng bởi nồng độ protein; khi nồng độ protein tăng, khả năng tương tác giữa các phân tử protein cũng tăng, dẫn đến giảm độ hòa tan.
Protein đậ u nành th ủ y phân
Protein đậu nành thủy phân (SPH) là sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân protein đậu nành bằng axit hoặc enzyme, với các đặc tính như ngoại quan, độ hòa tan và hương vị thay đổi tùy theo phương pháp và mức độ thủy phân Phương pháp thủy phân bằng enzyme được coi là an toàn và phù hợp cho thực phẩm, đã được nghiên cứu chứng minh là cải thiện các đặc tính chức năng như độ hòa tan, nhũ hóa và tạo bọt, giúp sản phẩm thủy phân an toàn và đồng nhất hơn Các protease thường được sử dụng cho thủy phân đậu nành bao gồm alcalase, bromelain, papain, ficin, pepsin, trypsin và chymotrypsin, với nguồn gốc từ thực vật hoặc vi sinh vật.
Vi khuẩn axit lactic đóng vai trò quan trọng trong việc thủy phân protein đậu nành thông qua các enzyme mà chúng sản sinh trong quá trình lên men (Sara và cộng sự, 2000; Aguirre và cộng sự, 2008).
Nghiên cứu của Drake và cộng sự (2000), Pham và cộng sự (2009), Dabija và cộng sự (2018), cùng Akin và cộng sự (2017) cho thấy hàm lượng protein đậu nành có thể bổ sung vào sữa chua dao động từ 4-5% Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát các tỷ lệ thay thế protein sữa bằng protein đậu nành với hàm lượng từ 0-5% để xác định hàm lượng tối ưu cho quy trình sản xuất sữa chua.
Alcalase là chế phẩm enzyme thương mại từ Bacillus licheniformis, chủ yếu chứa subtilisin A, một endopeptidase có tác dụng rộng (Liu và cộng sự, 2006) Alcalase được xác định là một trong những enzyme hiệu quả nhất trong sản xuất protein thủy phân (Mười và Vy, 2018) Enzyme này hoạt động tối ưu trong khoảng nhiệt độ từ 50 độ C.
Nhiệt độ 70 °C và pH từ 8 đến 10 giúp giảm nguy cơ lây nhiễm vi sinh vật (See và cộng sự, 2011) Enzyme này được ứng dụng phổ biến trong việc tổng hợp hóa chất, sản xuất chất tẩy rửa và tạo ra các sản phẩm thủy phân protein chứa peptide hoạt tính sinh học (Dos Santos Kimberle và cộng sự, 2020).
Một số nguồn protein thường được sử dụng để thủy phân bởi Alcalase là whey sữa dê, đậu nành, đậu xanh, cá,… (Dos Santos Kimberle và cộng sự, 2020)
Gi ớ i thi ệ u v ề transglutaminase
Transglutaminase (E.C 2.3.2.13) là một enzyme thuộc nhóm transferase, được tìm thấy rộng rãi trong tự nhiên ở nhiều loài sinh vật như động vật có xương sống, động vật không xương sống, thực vật và vi sinh vật Enzyme này tham gia vào các quá trình sinh học quan trọng như đông máu, chữa lành vết thương và làm cứng màng hồng cầu Trước đây, nghiên cứu về transglutaminase chủ yếu sử dụng nguồn từ gan chuột hoặc huyết tương bò, nhưng nguồn cung hạn chế đã cản trở việc thương mại hóa Tuy nhiên, vào năm 1989, transglutaminase đã được phân lập từ vi khuẩn Streptomyces mobaraensis và từ đó đã trở thành một chế phẩm enzyme thực phẩm được thương mại hóa.
MTGase là một enzyme quan trọng trong việc tạo liên kết ngang giữa các phân tử protein, ảnh hưởng đến tính chất như khả năng tạo gel, độ bền nhiệt và khả năng giữ nước (Kuraishi và cộng sự, 2001) Enzyme này có khả năng kết hợp các axit amin hoặc peptide thông qua liên kết cộng hóa trị, giúp cải thiện giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, vì các axit amin này có thể hoạt động như axit amin nội sinh (Yokoyama và Kikuchi, 2004) MTGase có thể liên kết với nhiều loại protein trong thực phẩm như casein, globulin đậu nành, gluten, actin, myosin và protein từ trứng, thông qua việc hình thành liên kết ε-(γ-glutamyl), với khả năng xúc tác tương tự như transglutaminase động vật, mặc dù thành phần axit amin của chúng có sự khác biệt (Kieliszek và Misiewicz, 2014) Đặc biệt, MTGase không phụ thuộc vào canxi và có trọng lượng phân tử thấp, điều này mang lại lợi ích lớn trong ứng dụng công nghệ thực phẩm (Yokoyama và Kikuchi, 2004; Kuraishi và cộng sự, 2001).
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chọn sử dụng enzyme MTGase do khả năng hoạt động của nó trong khoảng pH rộng từ 4 đến 9, với độ pH tối ưu là từ 5 đến 8 (Yokoyama và Kikuchi, 2004) Đặc biệt, nhiệt độ 40 °C ở pH 5.5 được xác định là điều kiện thuận lợi nhất cho hoạt tính xúc tác của MTGase.
Enzyme này không bền ở nhiệt độ 50 °C, MTGase sẽ bị bất hoạt khi xử lý nhiệt sản phẩm đạt đến 70 o C trong vài phút (Kuraishi và cộng sự, 2001; Yokoyama và Kikuchi, 2004)
MTGase có khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp đến 10 °C và vẫn duy trì hoạt động gần điểm đóng băng Trong ứng dụng thực tế, hầu hết các axit amin cần có nhóm α-cacboxyl hoặc được xử lý để loại bỏ điện tích âm trước khi tương tác với MTGase Peptide chứa lysine và glutamine có thể hoạt động như chất nền mà không cần thay đổi cấu trúc, trong đó peptide chứa lysine đóng vai trò là chất nhận acyl và peptide chứa glutamine là chất cho acyl Cơ chế hoạt động của MTGase chủ yếu liên quan đến quá trình polyme hóa, dẫn đến sự thay đổi tính kỵ nước của phân tử MTGase cũng ảnh hưởng đến các đặc tính chức năng như độ hòa tan, khả năng tạo gel, nhũ tương, bọt, độ nhớt và khả năng giữ nước của protein.
Cơ chế tác d ụ ng c ủ a MTGase
MTGase có khả năng xúc tác hầu hết các loại thực phẩm thông qua cơ chế chuyển nhóm acyl, tạo liên kết ngang giữa các gốc glutamine và lysine trong protein hoặc peptide (Yokoyama và Kikuchi, 2004).
MTGase là một enzyme xúc tác phản ứng, trong đó các nhóm γ-carboxyamide của glutamine đóng vai trò là chất cho acyl Các chất nhận acyl phổ biến của MTGase bao gồm nhóm amin của lysine trong peptide hoặc nhóm amin chính của một số polyamine tự nhiên Khi lysine trong protein hoạt động như chất nhận acyl, các liên kết ε-(γ-glutamyl) giữa các phân tử hoặc nội phân tử sẽ được hình thành (Kashiwagi và cộng sự, 2002) Nếu không có amin chính phù hợp hoặc khi các ε-amin của lysine bị chặn bởi hóa chất, nước sẽ trở thành chất nhận acyl, dẫn đến sự khử amide của glutamine thành axit glutamic và amoniac (Jaros và cộng sự, 2006).
(A): Phản ứng chuyển nhóm Acyl; (B): Phản ứng tạo liên kết ngang; (C): Phản ứng khử amin
Hình 2.1: Phản ứng được xúc tác bởi MTGase
Ứ ng d ụ ng c ủ a MTGase
MTGase là một phụ gia thực phẩm phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp như hải sản, sản phẩm surimi, thịt, mì, sản phẩm từ sữa và bánh nướng Nó có khả năng cải thiện đáng kể các đặc tính của thực phẩm chế biến như độ rắn chắc, độ đàn hồi, độ nhớt, độ bền nhiệt và khả năng giữ nước (Kuraishi và cộng sự, 2001).
MTGase là enzyme có khả năng tái cấu trúc thịt và cá bằng cách liên kết các miếng thịt nhỏ, cho phép sản xuất các sản phẩm lớn như bò bít tết và cá phi lê từ các mảnh vụn Tại Nhật Bản, MTGase đã được ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm để chế biến surimi, và nhiều nghiên cứu đã chỉ ra vai trò quan trọng của enzyme này trong việc tạo nên cấu trúc cho surimi Ngoài ra, MTGase còn tham gia vào phản ứng tạo liên kết ngang trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm như cá khô ướp muối, giăm bông, thịt bò hầm và gà rán, với sự hình thành các liên kết ε- (γ -Glu) Lys nhờ vào tác động của MTGase nội sinh.
MTGase đã được nghiên cứu rộng rãi trong sản phẩm từ sữa, đặc biệt là trong sản xuất sữa chua Nhiều nghiên cứu cho thấy MTGase không chỉ cải thiện đặc tính tạo gel mà còn tăng cường tính nhũ hóa của protein sữa (Kuraishi và cộng sự, 2001) Các báo cáo chỉ ra rằng việc sử dụng MTGase trong sữa chua dẫn đến sự gia tăng độ cứng nhờ vào sự hình thành liên kết ngang ε-(γ-Glu) Lys (Kuraishi và cộng sự, 2001) Hơn nữa, MTGase giúp giảm quá trình axit hóa sau bảo quản, giảm sự tách whey, đồng thời tạo ra hương vị nhẹ hơn và bề mặt khô mịn hơn cho sản phẩm (Ozer và cộng sự, 2007).
Sản phẩm từ đậu nành, đặc biệt là protein đậu nành như 11S và 7S globulin, là nền tảng lý tưởng cho phản ứng enzyme MTGase Đậu hũ, một sản phẩm tiêu biểu, được sản xuất thông qua quá trình đông tụ protein Việc sử dụng MTGase không chỉ giúp đậu hũ có cấu trúc mịn mà còn tăng cường độ chắc chắn, đồng thời giúp kiểm soát quá trình đông tụ một cách dễ dàng hơn (Kuraishi và cộng sự, 2001).
MTGase đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất bánh nướng, giúp tạo ra bột nhào dai hơn và ổn định cấu trúc bánh, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm Mì được sản xuất với sự hỗ trợ của MTGase có khả năng duy trì kết cấu vững chắc trong nước nóng, giúp giữ tinh bột tốt hơn trong mạng gluten, giảm thiểu thất thoát tinh bột và mang lại giá trị kinh tế cao hơn cho nhà sản xuất (Kuraishi và cộng sự, 2001).
Theo nghiên cứu tổng quan của Pakseresht và cộng sự (2017), Tarapatskyy và cộng sự (2019), Temiz và cộng sự (2018), hàm lượng MTGase thích hợp để bổ sung vào sữa chua dao động trong khoảng 0 – 2 IU/g protein Nghiên cứu này khảo sát các tỷ lệ nồng độ MTGase 0; 0.5; 1; 1.5; 2 IU/g protein nhằm xác định nồng độ MTGase tối ưu cho sản xuất sữa chua, trong đó một phần protein sữa được thay thế bằng protein đậu nành.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Tình hình nghiên c ứu trong nướ c
Hiện nay, sản xuất sữa chua từ nguồn thực vật đang được nghiên cứu tại Việt Nam, với một số báo cáo đáng chú ý Năm 2013, Hằng và cộng sự đã nghiên cứu sản xuất sữa chua đậu đỏ kết hợp với sữa đặc có đường Đến năm 2015, Phạm và cộng sự tiếp tục nghiên cứu sữa chua đậu nành bổ sung thạch sương sâm và nha đam Năm 2019, Huỳnh và cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến chất lượng sữa chua từ các giống đậu nành Mặc dù có nghiên cứu của Phạm Kim Chi (2018) về tác động của transglutaminase đến chất lượng phô mai tươi, nhưng việc ứng dụng MTGase trong sản xuất sữa chua từ protein thực vật, đặc biệt là protein đậu nành, vẫn là một lĩnh vực mới và chưa được khai thác nhiều trong nước.
Tình hình nghiên c ứu ngoài nướ c
Nghiên cứu của Hu và cộng sự (2020) chỉ ra rằng việc bổ sung peptides đậu nành có tác động tích cực đến sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic trong quá trình lên men sữa chua Kết quả cho thấy, peptides đậu nành không chỉ hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn lactic tốt hơn so với mẫu đối chứng, mà còn tạo ra nhiều hợp chất hương vị phong phú hơn.
Nghiên cứu của Fan và cộng sự (2005) chỉ ra rằng khả năng tạo gel của hỗn hợp protein đậu nành thủy phân (SPI và SPH) giảm khi tỷ lệ phần trăm khối lượng chất thủy phân tăng Tuy nhiên, việc bổ sung MTGase đã cải thiện khả năng tạo gel của SPH.
Nghiên cứu của Liu và cộng sự (2006) cho thấy rằng việc bổ sung 7.5-10% protein đậu nành thủy phân vào sữa chua làm tăng ứng suất cắt khi tỷ lệ SPH thay thế sữa tăng Tuy nhiên, điều này không còn đúng khi mức độ thủy phân protein đậu nành gia tăng, dẫn đến kết quả ngược lại.
Nghiên cứu của Siyi và cộng sự (2003) cho thấy việc bổ sung protein đậu Hà Lan thủy phân (7.5-10%) vào sữa chua không chỉ tạo ra axit mà còn rút ngắn thời gian lên men Cụ thể, độ nhớt của sữa chua tăng lên khi bổ sung 7.5% protein thủy phân (3.76% DH), và ứng suất cắt cũng gia tăng với dịch thủy phân có DH 8.89%.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung MTGase vào sữa chua trước quá trình lên men có ảnh hưởng tích cực đến tính chất chất lượng của sản phẩm Theo báo cáo của Ziarno và Zaręba (2020), MTGase không chỉ giúp ổn định cấu trúc của sữa chua mà còn không làm thay đổi tính axit của sữa chua khi được bảo quản trong điều kiện lạnh.
Năm 2018, Gharibzahedi và Chronakis đã nghiên cứu về các tính chất của sữa chua sử dụng MTGase, cho thấy enzyme này hình thành liên kết ngang giữa các protein, ổn định cấu trúc ba chiều của sữa chua Sữa chua xử lý bằng MTGase không chỉ tăng khả năng giữ nước và độ nhớt mà còn có cấu trúc đồng nhất, kết cấu mịn hơn Hơn nữa, enzyme này giúp tăng cường độ ổn định các tính chất hóa lý trong thời gian bảo quản và bảo vệ giống khởi động cùng các lợi khuẩn trong sữa chua.
Nghiên cứu của Demirkaya và cộng sự (2009) đã chỉ ra rằng MTGase có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính vi sinh, hóa học, kết cấu và cảm quan của sữa chua Cụ thể, MTGase tác động đến độ chua chuẩn độ, độ bền gel, độ đặc và cải thiện cảm giác ngon miệng của sản phẩm sữa chua.
Nghiên cứu về sản xuất sữa chua bổ sung protein đậu nành kết hợp với MTGase vẫn còn hạn chế Việc nghiên cứu vấn đề này có thể mang lại lợi ích trong việc phát triển sản phẩm mới cho thị trường tiêu thụ Do đó, chúng tôi đã tiến hành đánh giá chất lượng sữa chua từ sữa kết hợp protein đậu nành thủy phân và MTGase.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu
Sữa bột nguyên kem được sử dụng trong nghiên cứu này có nguồn gốc từ New Zealand và được mua từ Công ty TNHH Froterra Brands, có địa chỉ tại số 2 Hải Triều, Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh.
SPI (SUPRO® EX 33) được mua tại Công ty Cổ Phần Xuất Nhập Khẩu Hoá Chất Việt
Mỹ, địa chỉ13 đường Số5, Bình Hưng, Quận 8, Thành phố Hồ Chí Minh Thành phần hóa học của SPI được trình bày trong bảng 3.1 (phụ lục 1)
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của SPI
Chỉ tiêu thử nghiệm Số liệu tử COA Độ ẩm
