VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Vật liệu
Sữa bột gầy (skimmilk powder)
Hình 2.1 - Sữa bột gầy Devondale Instant Skim Milk Powder
Sữa bột gầy Devondale Instant Skim Milk Powder, sản xuất tại Úc, hiện có sẵn tại hệ thống siêu thị Tuticare ở quận Tân Bình, Tp Hồ Chí Minh.
Kem tươi President whipping cream, có hàm lượng chất béo 35,1%, được sản xuất tại Pháp Sản phẩm này hiện có mặt tại siêu thị Coop Mart, quận 9, TP Hồ Chí Minh.
Môi trường tăng sinh: sử dụng sữa tươi 100% tách béo tiệt trùng của Vinamilk với hàm lượng chất béo được ghi nhận trên bao bì là 2,3g/100ml
Giống vi khuẩn Lactobacillus acidophilus được sử dụng dưới dạng đông khô nhãn hiệu pms –probio, nguồn nguyên liệu từ Mỹ
Chất ổn định gelatin lá, vani được mua tại tiệm bánh Bạch Mai, quận Thủ Đức, TP
Hóa chất
Môi trường dùng để đếm khuẩn lạc: Môi trường Lactobacillus MRSA của hãng Himedia, xuất xứ từ Ấn Độ Thành phần của môi trường được trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1 - Thành phần của môi trường Lactobacilus MRS Agar
Chiết xuất từ thịt bò 10,000
Dụng cụ thí nghiệm
Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Hoàn thiện quy trình sản xuất kem
Quy trình sản xuất kem trong công nghiệp được mô tả như hình 2.3.
Hình 2.3- Quy trình công nghệ sản xuất kem
Các nguyên liệu sẽ được định lượng chính xác theo từng công thức Dụng cụ được tiệt trùng ở nhiệt độ 121 0 C trong 15 phút sau đó sấy khô
Hoàn nguyên sữa bột và phối trộn 1 Sữa bột được hoàn nguyên với nước ấm
(nhiệt độ 50 0 C) Bổ sung đường và gelatin theo định lượng vào trong sữa đã hoàn nguyên
Phối trộn 2 Ủ chín Đóng hôp và bảo quản
Sau đó hỗn hợp được phối trộn bằng máy đánh trứng HMB – 6333S 7 tốc độ, sử dụng tốc độ 3,160 vòng/phút
Thanh trùng là quá trình quan trọng trong sản xuất kem, theo Goff H.D và Richard W.H (2013), hỗn hợp kem thường được thanh trùng ở nhiệt độ 80°C trong 30 giây, giúp giảm mật độ vi sinh vật trong sản phẩm Sau khi thanh trùng, hỗn hợp được làm nguội xuống nhiệt độ phòng (28 – 29°C) để chuẩn bị cho giai đoạn phối trộn tiếp theo Giai đoạn đánh kem (whipping) sử dụng kem tươi có 35,1% chất béo, được đánh bông với tốc độ 360 vòng/phút trong 3 phút, tạo ra kem mịn và chứa đầy không khí, với thể tích tăng lên 1,5 lần sau khi đánh bông.
Hình 2.4 - Kem tươi sau khi được đánh bông (whipped cream)
Để tạo ra kem, đầu tiên, hỗn hợp thu được từ bước phối trộn 1 được trộn đều với whipped cream trong khoảng thời gian từ 3 đến 5 phút, tùy thuộc vào khối lượng nguyên liệu Sau đó, hỗn hợp kem được bao gói trong hộp có nắp để chuẩn bị cho giai đoạn ủ chín Quá trình ủ chín diễn ra ở nhiệt độ từ 2 đến 4 độ C, kéo dài từ 4 đến 24 giờ, tùy thuộc vào khối lượng kem Trong thời gian này, hỗn hợp kem cần được đánh đều trong 1 phút sau mỗi 30 phút để tạo cấu trúc tốt Cuối cùng, kem thành phẩm được đóng vào hộp theo định lượng và bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ -18 độ C.
2.2.2 Lựa chọn phương pháp thích hợp để bổ sung Lactobacillus acidophilus vào trong kem
Nghiên cứu của Sharareh H và Donald J.M cho thấy kem Probiotic được sản xuất từ kem truyền thống thông qua quá trình lên men với hai chủng vi khuẩn Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium bifidum ở nhiệt độ 42 độ C trong 5 giờ Kem probiotic có thể được tạo ra bằng cách bổ sung probiotic vào cả hỗn hợp đã lên men và chưa lên men.
Phương pháp 1: Lên men kem bằng Lactobacillus acidophilus
Bổ sung 2% vi khuẩn Lactobacillus acidophilus vào hỗn hợp kem sau khi đã phối trộn Tiến hành trộn đều và lên men hỗn hợp ở nhiệt độ 37°C trong một khoảng thời gian nhất định.
6 giờ Quan sát và đánh giá trạng thái, xác định pH, độ chua và tổng số vi khuẩn sau mỗi 2 giờ
Phương pháp 2: Lên men sữa bằng Lactobacillus acidophilus
Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus sẽ được lên men với sữa tươi (sữa tươi tiệt trùng ở nhiệt độ 121 0 C trong 15 phút, có hàm lượng chất béo 2,3g/l) Hàm lượng
Lactobacillus acidophilus được bổ sung vào sữa tươi với các tỷ lệ 1%, 2% và 3% Sau đó, trạng thái của hỗn hợp được đánh giá bằng cách xác định pH và độ chua sau mỗi 2 giờ Đồng thời, tổng số vi khuẩn cũng được xác định sau mỗi 4 giờ.
2.2.3 Xác định các tính chất hóa lý của sản phẩm kem
Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp Kjeldahl (AOAC, 2000, method 930.33)
Giai đoạn 1 của quy trình là vô cơ hóa mẫu, diễn ra hoàn toàn trong tủ Hotte Sử dụng khoảng 4 – 5g mẫu, quá trình này sẽ hoàn tất khi dung dịch trong ống vô cơ hóa trở nên trong suốt.
Hệ thống vô cơ hoá mẫu Ống Kjeldahl Mẫu Ống Kjeldahl
Giai đoạn 2: Cất đạm Sau khi chuẩn bị máy xong lấy vào erlen 10ml dung dịch
H2SO4 0.1N, lắp vào máy Chú ý nhúng ngập ống vào dịch lỏng Tiến hành: Định mức 100ml dung dịch mẫu sau khi vô cơ hóa xong
Giai đoạn 3: Định phân Sau khi đã rửa sạch erlen bằng nước cất để loại bỏ mẫu bám trên ống, cho 10 giọt phenolphthalein vào bình Tiến hành định phân bằng NaOH 0.1N để chuẩn độ lượng axit H2SO4 0.1N dư, sử dụng phenolphthalein làm chỉ thị, cho đến khi dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng.
Hàm lượng phần trăm Nitơ tổng có trong mẫu:
Hàm lượng Nitơ (N) được tính bằng phần trăm khối lượng, dựa trên số ml dung dịch chuẩn H2SO4 0.1N (a) dùng để hấp thụ NH3 và số ml dung dịch NaOH 0.1N (b) sử dụng trong quá trình chuẩn độ Khối lượng mẫu đem vô cơ hóa được ghi nhận là (m) tính bằng gram.
V - tổng thể tích định mức dung dịch vô cơ hóa (100ml) v - thể tích dung dịch vô cơ hóa dùng chưng cất (10ml)
0,0014 - lượng Nitơ (gam) ứng với 1ml H2SO4 0.1N
K - hệ số hiệu chỉnh nồng độ NaOH 0.1N
Xác định hàm lượng chất béo bằng phương pháp Adam – Rose
Để thực hiện thí nghiệm, đầu tiên lấy 10mL kem cho vào bình Erlen 250ml Tiếp theo, bổ sung lần lượt 1,5 ml NH3 và cồn, sau đó lắc đều hỗn hợp trong 1 phút Tiếp tục thêm từ từ 25 ml diethyl ether và lắc đều trong 10 phút Cuối cùng, cho 25ml petroleum ether vào và lắc đều trong 10 phút trước khi chuyển toàn bộ hỗn hợp vào phễu.
Lấy vào ống phản ứng 10ml dung dịch định mức trên
Lắp vào hệ thống chưng cất đạm BUCHI Distallation Unit
Chiết xuất chất béo từ bình thủy tinh được thực hiện bằng cách tráng nhiều lần với ether petroleum, sau đó để hỗn hợp ở điều kiện thường trong 30 phút để tách thành hai pha Pha nhẹ bao gồm dung môi diethyl ether, ether petroleum và chất béo, trong khi pha nặng chứa protein, cồn, NH3 và các thành phần khác của sữa Pha nhẹ được thu lại và cho vào đĩa petri, sau đó đặt trong tủ hút để bay hơi dung môi hoàn toàn Cuối cùng, đĩa petri được sấy ở nhiệt độ 102°C cho đến khi đạt khối lượng không đổi, sau đó làm nguội về nhiệt độ phòng và tiến hành cân định lượng.
Hàm lượng chất béo có trong 100ml kem:
M – khối lượng đĩa petri và béo sau khi sấy (g) m – Khối lượng đĩa petri và béo ban đầu (g) v - Thể tích kem đem phân tích (ml)
Xác định độ chua bằng phương pháp chuẩn độ Acid – Bazo
Lấy 10ml kem cho vào erlen và thêm vào đó 20ml nước cất để pha loãng, cho thêm
Để tiến hành chuẩn độ, cho 5 giọt phenolphtalein vào dung dịch và lắc đều Sử dụng NaOH 0,1N đã được pha bằng ống chuẩn, tiếp tục chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng bền trong 30 giây Ghi lại thể tích NaOH đã sử dụng để tính độ chua T = (0 T).
Xác định hàm lượng chất khô bằng phương pháp sấy khô (AOAC, 2000, method 941.08)
Cân 1 – 2g mẫu để vào trong dụng cụ chứa có đường kính nhỏ hơn 5cm, đáy bằng Gia nhiệt tủ sấy trước 30 phút Tiến hành sấy trong 3,5h ở nhiệt độ 105 0 C Để nguội trong bình hút ẩm để tránh việc hấp thu độ ẩm sau đó cân khối lượng
Xác định pH bằng pH kế
Mẫu kem được để chảy tự nhiên khi đạt đến nhiệt độ phòng thì lấy 25 – 30 ml đem đi đo pH bằng pH kế
Phương pháp xác định độ nhớt
Dùng 200ml mẫu kem đã ra đông và đo bằng máy đo độ nhớt Brookfield [18]
Phương pháp xác định độ tan chảy (meltdown)
Sử dụng 50g kem đặt trên tấm lưới 4x4cm, kem sẽ tan chảy tự nhiên ở nhiệt độ phòng Ghi nhận khối lượng kem chảy sau mỗi 5 phút bằng cân điện tử.
Hình 2.6 - Bố trí thí nghiệm xác định độ tan chảy của kem
2.2.4 Khảo sát khả năng sinh tồn của Lactobacillus acidophilus trong trong quá trình bảo quản
Các mẫu kem được bảo quản ở nhiệt độ -18 0 C (hình 2.6) Tiến hành đếm tổng số vi khuẩn Lactobacillus acidophilus tại các thời điểm 0, 1, 8 ,15, 22, 29, 36 và 42 ngày
Hình 2.2 - Kem được bảo quản ở nhiệt độ -18 0 C
Sử dụng phương pháp đếm khuẩn lạc bằng môi trường MRSAgar
Để chuẩn bị môi trường, cần tiệt trùng ở nhiệt độ 121 độ C trong 15 phút bằng nồi hấp, sau đó làm nguội ở nhiệt độ phòng Gieo cấy vi sinh vật ngay hoặc bảo quản trong tủ lạnh ở khoảng 4 độ C Dung dịch pha loãng sử dụng nước cất.
Rửa sạch và tiệt trùng các dụng cụ (hộp Petri, pipet, ống nghiệm, các dụng cụ chứa mẫu) cũng như các dung dịch pha loãng
Pha loãng đến nồng độ thích hợp cho việc dễ dàng quan sát khuẩn lạc Thời gian thao tác không quá 30 phút
Cấy giống trong môi trường thạch
Lấy 1ml mẫu đã pha loãng cho vào hộp Petri (mỗi độ pha loãng nên làm đồng thời
2 - 3 hộp và nên làm hai độ pha loãng liên tiếp nhau)
Rót môi trường thạch dinh dưỡng đã nóng chảy có nhiệt độ 45 – 50 0 C vào các đĩa Petri đã có mẫu, mỗi đĩa cho 15 – 20 ml môi trường
Xếp các đĩa trên mặt phẳng ngang và để yên trong điều kiện vô trùng cho đến khi thạch nguội và đông hoàn toàn Sau đó, lật ngược đĩa và đặt vào tủ ẩm với nhiệt độ 37 ± 1 0 C trong 48 giờ.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Thiết lập công thức của kem
Bảng 3.1 - Thành phần trong 100gr sữa bột gầy Devondale Instant Skim Milk Powder
Bảng 3.2 - Thành phẩn dinh dưỡng trong 100g kem tươi President
Thành phần Khối lượng Độ ẩm, % 49,5
Tiến hành lựa chọn hàm lượng các nguyên liệu:
- Hàm lượng chất ổn định gelatin: 0,4%
Dựa vào các thông số đã chọn và thành phần dinh dưỡng của sữa bột gầy và kem tươi, chúng tôi đã tiến hành tính toán khối lượng các nguyên liệu cần thiết cho công thức làm kem Cụ thể, chúng tôi tính toán cho 1kg kem với 10% chất béo, đồng thời áp dụng phương pháp tương tự cho hai hàm lượng chất béo còn lại là 8% và 12% Trong đó, x đại diện cho khối lượng kem tươi (whipping cream), y là khối lượng sữa bột gầy, và z là khối lượng nước.
Ta có các phương trình sau:
- Khối lượng của chất béo (2): 0,351x + 0,01y = 0,1.1000 = 100 x - Tổng khối lượng nước (3): z + 0,595x + 0,04y = 0,6.000 = 600 z = 430,5 – 0,023y
Từ phương trình (2),(3) suy ra (1): + y + 430,5 – 0,023y + 134,5 = 1000
0,949y = 150,5 y = 158,5 g x = 280 g z = 427 g Bảng 3.3 - Khối lượng thành phần các công thức kem
Sữa bột gầy (skimmilk powder) (g) 184 158.5 135 Đường (g) 130 130 130
Kết quả đánh giá cảm quan các mẫu kem từ ba công thức cho thấy sản phẩm từ công thức số 2 được yêu thích nhất với 15/20 người đánh giá nhờ độ ngọt vừa phải và cấu trúc xốp, mịn Sản phẩm từ công thức số 1 có vị ngọt cao hơn do hàm lượng đường trong sữa bột lớn hơn, trong khi sản phẩm từ công thức số 3 có độ xốp cao nhất nhờ tỉ trọng không khí tăng do tỷ lệ whipping cream cao Tuy nhiên, sản phẩm này lại có độ béo lớn, không được người tiêu dùng Việt Nam ưa chuộng.
Như vậy công thức số 2 với chất béo công thức 2 với chất béo chiếm 10% được chúng tôi lựa chọn sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Lựa chọn phương pháp thích hợp để bổ sung Lactobacillus acidophilus vào trong
Phương pháp 1: Lên men kem bằng Lactobacillus acidophilus
Sau khi hoàn thành giai đoạn phối trộn 2, Lactobacillus acidophilus được bổ sung vào kem để tiến hành quá trình lên men Trong suốt 6 giờ, cần quan sát trạng thái kem và xác định các chỉ số pH, độ chua cũng như tổng số vi khuẩn Nhiệt độ ủ kem được duy trì ở mức 37 độ C, với tỷ lệ bổ sung vi khuẩn Lactobacillus acidophilus là 2%.
Trong quá trình ủ kem bổ sung vi khuẩn Lactobacillus acidophilus ở nhiệt độ 37°C trong 6 giờ, kem đã thay đổi cấu trúc ban đầu, trở nên lỏng hơn và không còn sệt như trước Kem chuyển thành một hỗn hợp chất lỏng không chứa các phân tử khí Quá trình này là quá trình lên men lactic, trong đó đường lactose được chuyển hóa thành acid lactic, dẫn đến việc giảm pH và tăng độ chua của sản phẩm.
Sự biến đổi của pH và độ chua được thể hiện rõ trong bảng 3.3 Hỗn hợp kem có pH giảm
Kết quả nghiên cứu cho thấy pH giảm từ 6,29 xuống 5,78 và độ chua giảm từ 27 xuống 47 0 D (bảng 3.4) Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của V.Vijayageetha và cộng sự năm 2011, trong đó sử dụng 2% Lactobacillus acidophilus lên men trong 6 giờ, cho pH đạt 5,56 và độ chua là 43 0 D.
Ban đầu, số lượng vi khuẩn Lactobacillus acidophilus là 6,92 log(CFU/g), nhưng giảm xuống còn 6,22 log(CFU/g) sau 4 giờ do vi khuẩn chưa thích nghi với môi trường Từ 4 đến 6 giờ, số lượng vi khuẩn tăng 0,66 log(CFU/g), cho thấy chúng đang trong pha lag của đường cong sinh trưởng Tuy nhiên, sau 4 giờ lên men, cấu trúc kem trở nên lỏng và không xốp Khi quá trình lên men kết thúc sau 6 giờ, sản phẩm kem được đưa vào giai đoạn lạnh đông, dẫn đến kem thu được cứng hơn, không xốp và không đạt tiêu chuẩn cảm quan mong muốn.
Bảng 3.4 - Sự thay đổicủa pH, độ chua và tổng số vi khuẩn Lactobacillus acidophilus trong quá trình khảo sát
Thời gian 0h 2h 4h 6h pH 6,29 ± 0,01 a 6,21 + 0,00 b 6,19b + 0,01 b 5,78a + 0,01 c Độ chua 27 ± 0,00 a 36 ± 1,00 b 41 ± 0,00 c 47 ± 1,00 d Tổng số vi khuẩn
Ghi chú: Các chữ số khác nhau trong cùng một hàngthể hiện sự khác biệt có nghĩa ở mức p
