Thử nghiệm tạo sữa bột synbiotic bằng phương pháp sấy phun

THỬ NGHIỆM TẠO SỮA BỘT SYNBIOTIC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY PHUN<br /> Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Đào Thị Mỹ Linh, Trần Thị Thùy, Phạm Thị Hồng Thoa<br /> Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM<br /> Ngày nhận bài: 09/5/2016<br /> <br /> Ngày chấp nhận: 28/9/2016<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Nghiên cứu khảo sát hàm lượng FOS thích hợp để tạo sữa chua synbiotic. Sữa chua sau lên men được sấy<br /> phun và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy nhằm thu bột sữa chua đảm bảo chất lượng. Kết quả<br /> khảo sát cho thấy, hàm lượng FOS thích hợp để tạo bột sữa chua synbiotic là 1% (w/v). Quá trình sấy được thực<br /> hiện với các thông số: nhiệt độ đầu vào 100oC, nhiệt độ đầu ra 60oC, lưu lượng dịch phun 5 vòng/phút, áp suất 2<br /> atm. Sản phẩm bột sữa chua đạt yêu cầu về các tiêu chí chất lượng: hiệu suất thu hồi 70,3%, tỷ lệ sống sót của B.<br /> bifidum 87,62%, độ ẩm 3,68%. Bột sữa chua được hoàn nguyên ở tỉ lệ 1:2 tạo dạng sữa chua uống liền với giá trị<br /> cảm quan tốt.<br /> Từ khóa: Bifidobacterium bifidum, Bột sữa chua, Fructooligosaccharide (FOS), Synbiotic, Sấy phun,…<br /> PRODUCING SYNBIOTIC- YOGURT POWDER BY SPRAY DRYING<br /> This study investigated the effects of FOS concentrations and drying conditions on synbiotic yogurt cell<br /> density, and found suitable conditions to obtain yogurt powder. The results showed that the appropriate<br /> concentration of FOS to create synbiotic yogurt powder is 1% (w/v). Other conditions for drying process<br /> include: inlet temperature at 100°C, outlet temperature at 60°C, spray fluid flow of 5 rpm, and pressure of 2 atm.<br /> Application of these condition resulted in yogurt powder product with high quality: 70,3% recovery efficiency,<br /> the survival rate of B. bifidum of 87,62%, with humidity of 3,68%. Finally, reconstitution of yogurt powder at<br /> the ratio of 1: 2 showed the best organoleptic estimation.<br /> Keywords: Bifidobacterium bifidum, FOS, Fructooligosaccharide (FOS), Synbiotic, Spray drying, Yogurt<br /> powder,<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Từ lâu sữa chua đã được công nhận là một sản phẩm lên men từ sữa mang nhiều giá trị<br /> dinh dưỡng có tác dụng tốt đối với sức khỏe người con người. Sữa chua cung cấp cho cơ thể<br /> một lượng lớn protein, vitamin A, B, D và nhiều khoáng chất cần thiết khác. Ngoài ra, sữa<br /> chua còn giúp kích thích tiêu hóa, tăng hiệu quả hấp thu dưỡng chất từ thực phẩm. Đặc biệt<br /> với sự có mặt của các loài vi khuẩn lactic trong quá trình lên men đã giúp sữa chua tạo nên<br /> đặc tính chuyên biệt về hương và vị của sản phẩm. Do vậy tại nhiều nước trên thế giới, đặc<br /> biệt ở các nước Châu Âu, Châu Á Thái Bình Dương, Châu Mỹ, sữa chua rất được ưu chuộng<br /> với mức tiêu thụ ngày càng tăng cao (Charteris và cs, 1997).<br /> Việc bổ sung các lợi khuẩn probiotic vào sữa chua đã góp phần làm gia tăng giá trị dinh<br /> dưỡng cho sản phẩm này đồng thời mang nhiều lợi ích cho sức khỏe người dùng. Tuy nhiên,<br /> khả năng sống sót của vi khuẩn probiotic có thể được duy trì với một số lượng lớn khi đi qua<br /> đường tiêu hóa của người hay không vẫn còn là một thách thức lớn đối với việc phân phối<br /> một cách hiệu quả những vi khuẩn có lợi này. Nồng độ acid thấp và muối mật trong hệ tiêu<br /> hóa có tác động không nhỏ đến nhiều vi khuẩn probiotic (Berrada và cs, 1991; Rokka và cs,<br /> 2010). Để tăng hoạt tính probiotic và cải thiện sinh trưởng, người ta thường bổ sung prebiotic<br /> (FOS) để tạo ra chế phẩm synbiotic có tác dụng cải thiện khả năng sống sót và bám trụ của vi<br /> sinh vật sống trong đường ruột, kích thích phát triển một cách có chọn lọc hoạt động trao đổi<br /> chất của một hay một vài loại vi khuẩn có lợi, do đó cải thiện sức khỏe vật chủ (Vanderhoof<br /> và cs, 2001).<br /> <br /> 83<br /> <br /> Thông thường, sữa chua có thời gian bảo quản rất ngắn, khoảng một ngày ở điều kiện<br /> nhiệt độ thường (25-30oC) và khoảng 5 ngày ở 7oC hoặc 10-14 ngày ở 4oC. Cùng với đó, việc<br /> chuyên chở sản phẩm cũng gặp nhiều hạn chế do thể tích và khối lượng lớn cũng như phải<br /> bảo quản trong điều kiện lạnh trong suốt quá trình vận chuyển. Những lý do đó trở thành rào<br /> cản kinh tế để phát triển nhóm sản phẩm này. Sản phẩm bột sữa chua đã ra đời không những<br /> tăng thời gian bảo quản dài hơn gần 6 lần mà còn thuận lợi hơn trong phân phối vì trọng<br /> lượng giảm đi rất nhiều so với sữa chua tươi và không cần chuyên chở trong điều kiện lạnh<br /> (Kearney và cs, 2009).<br /> Sữa chua thường được làm khô bằng phương pháp sấy thăng hoa hoặc sấy phun. Sữa<br /> chua sấy thăng hoa có hương vị tốt nhất và giữ được khả năng tồn tại cao cũng như hoạt tính<br /> tốt nhất của các chủng vi sinh vật nhưng chi phí sản xuất cho sản phẩm tốn kém (Kumar và<br /> cs, 2004). Vì vậy, hiện nay, sấy phun là một phương pháp phổ biến và được nghiên cứu khá<br /> nhiều để thay thế cho sấy thăng hoa vì chi phí thấp, tốc độ sấy cao, dễ vận hành và đơn giản<br /> khi chuyển lên quy mô lớn (Anal, 2007). Đây cũng là một quá trình đặc biệt phù hợp với sữa<br /> chua sấy khô vì nó cho phép tạo ra các sản phẩm ổn định và hữu dụng.<br /> Xuất phát từ các vấn đề trên, nghiên cứu được thực hiện nhằm bước đầu xác định một số<br /> thông số sấy phun phù hợp để tạo bột sữa chua đạt yêu cầu của một sản phẩm probiotic.<br /> 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Chủng vi sinh vật<br /> Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophillus ở dạng giống đông khô hỗn hợp<br /> (công ty Nam Giang). Giống được hoạt hóa trong môi trường sữa trước khi sử dụng.<br /> Bifidobacterium bifidum (bộ sưu tập giống probiotic của Bộ môn Công nghệ sinh học,<br /> trường ĐH Bách khoa Tp. HCM) giữ giống trên môi trường MRS-agar ở 4oC và trong<br /> glycerol 10% ở -18oC. Giống đã được kiểm tra có hoạt tính probiotic. B.bifidum được nuôi<br /> trong môi trường MRS dịch thể ở 37oC trong 18h, sau đó ly tâm 5000 vòng/phút trong 20<br /> phút, thu sinh khối, rửa nước muối sinh lý 2 lần trước khi sử dụng lên men.<br /> 2.2. Lên men tạo sữa chua synbiotic<br /> Sữa tươi được phối trộn với 1,5% (w/v) sữa bột gầy, 10% (w/v) đường sacharose và bổ<br /> sung FOS theo hàm lượng 0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2% (w/v). Nguyên liệu được thanh trùng ở<br /> 95oC, trong 5 phút, sau đó được làm nguội và cấy 2% (v/v) hỗn hợp giống khởi động sữa chua<br /> và 1% (v/v) B.bifidum. Hỗn hợp được lên men ở 43oC trong 4h (dừng lên men khi giá trị pH<br /> sữa chua đạt khoảng (4,2 – 4,6). Chỉ tiêu theo dõi là xác định pH và mật độ B.bifidum tối ưu<br /> cho quá trình lên men sữa chua<br /> 2.3. Khảo sát quá trình sấy phun tạo bột sữa chua synbiotic<br /> Sữa chua sau lên men được sấy bằng máy sấy phun model SD06AG (Labplant, Anh).<br /> Trong quá trình sấy, thực hiện khảo sát 3 thông số, bao gồm:<br /> - Hàm lượng maltodextrin, khảo sát trong khoảng 0 - 25% (w/v). Các thông số cố định:<br /> lưu lượng dịch phun 5 rpm, đường kính kim phun 0,5mm, áp suất 2 atm, nhiệt độ đầu vào<br /> 100oC, nhiệt độ đầu ra là 60oC.<br /> - Nhiệt độ đầu vào, khảo sát trong khoảng 90 - 120oC. Các thông số cố định: lưu lượng<br /> dịch phun 5 rpm , đường kính kim phun 0,5mm, áp suất 2 atm, nhiệt độ đầu vào 100oC, nhiệt<br /> độ đầu ra là 60oC, maltodextrin theo hàm lượng đã khảo sát.<br /> <br /> 84<br /> <br /> - Lưu lượng dịch phun, khảo sát trong khoảng 4 - 6 rpm. Các thông số được cố định<br /> đường kính kim phun 0,5mm, áp suất 2 atm, nhiệt độ đầu vào theo số liệu khảo sát, nhiệt độ<br /> đầu ra là 60oC, maltodextrin theo hàm lượng đã khảo sát.<br /> Tiêu chí đánh giá các thí nghiệm gồm hiệu suất thu hồi, độ ẩm, mật độ tế bào vi khuẩn<br /> B.bifidum.<br /> 2.4. Hoàn nguyên bột sữa chua<br /> Bột sữa chua được pha loãng với nước ấm vô trùng 40 – 450C, ở các tỉ lệ 1:1, 1:2, 1:3.<br /> Sản phẩm được đánh giá pH, mật độ B.bifidum, cảm quan.<br /> 2.5. Phương pháp phân tích<br /> Xác định mật độ tế bào: Phương pháp trải đĩa (Trần Linh Thước, 2009).<br /> Xác định pH : pH của sữa chua được đo bằng máy đo pH InoLab 02.<br /> Xác định độ chua: Chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1 N theo TCVN 6509.<br /> Xác định độ ẩm: Sử dụng cân sấy ẩm AMB50<br /> Phương pháp đánh giá cảm quan<br /> Phương pháp cảm quan thị hiếu (Hà Duyên Tư, 2010).<br /> Phương pháp thống kê xử lý số liệu<br /> Tất cả các thí nghiệm được lặp lại 3 lần, thực hiện theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên.<br /> Kết quả được xử lý bằng phần mềm thống kê Statgraphics Centurion XV.I với độ tin cậy 95%.<br /> 3. KẾT QUẢ & THẢO LUẬN<br /> 3.1. Ảnh hưởng hàm lượng FOS đến mật độ B.bifidum trong quá trình lên men sữa chua<br /> Kết quả ở bảng 1 cho thấy, sau 4h lên men, mật độ B. bifidum trong các nghiệm thức dao<br /> động trong khoảng 8,56 – 9,57 log(CFU/ml), đều đạt yêu cầu về mật độ probiotic trong sản<br /> phẩm (theo tổ chức WHO là 106 CFU/ml, theo Hiệp hội Sữa chua Quốc gia của Hoa Kỳ là 108<br /> CFU/g) (Kumar và cs, 2004). Ở các nghiệm thức có bổ sung FOS cho mật độ B.bifidum cao<br /> hơn mẫu đối chứng, chứng tỏ FOS có vai trò nhất định trong kích thích, duy trì mật độ<br /> probiotic. Sự kết hợp hài hòa giữa probiotic và prebiotic trong lên men sữa chua tạo sản phẩm<br /> synbiotic tốt cho tiêu hóa của con người. Khi kết hợp với nhau, FOS sẽ kích thích sự phát<br /> triển của probiotics trong ruột kết và có tác dụng có lợi nhất định lên sức khỏe con người<br /> (Adriane, 2005).<br /> Bảng 1. Ảnh hưởng của hàm lượng FOS đến mật độ B.bifidum trong quá trình lên men<br /> Hàm lượng<br /> FOS (%)<br /> 0,0%<br /> 0,5%<br /> 1,0%<br /> 1,5%<br /> 2,0%<br /> <br /> Sau 4h lên men<br /> Mật độ B. bifidum<br /> pH<br /> Log (CFU/ml)<br /> d<br /> 4,66 ± 0,06<br /> 8,56 ± 0,42a<br /> 4,60 ± 0,05c<br /> 9,32 ± 0,07b<br /> 4,55 ± 0,03c<br /> 9,53 ± 0,02b<br /> 4,38 ± 0,05b<br /> 9,55 ± 0,05b<br /> 4,27 ± 0,05a<br /> 9,57 ± 0,04b<br /> <br /> Các ký tự (abcde) khác nhau biễu diễn mức độ sai biệt có ý nghĩa ở độ tin cậy 95%<br /> <br /> 85<br /> <br /> Trong các nghiệm thức bổ sung FOS, mật độ B.bifidum tăng dần theo hàm lượng bổ<br /> sung, kèm theo đó là sự giảm dần pH trong sữa chua. Mật độ B.bifidum tăng làm tăng quá<br /> trình lên men dẫn tới pH môi trường giảm (Soukoulis và cs, 2007). Mật độ B.bifidum trong<br /> các nghiệm thức bổ sung FOS đều đạt trên 109 CFU/ml. Trong đó, nghiệm thức 0,5% FOS<br /> cho mật độ B.bifidum thấp nhất. Các nghiệm thức bổ sung FOS 1%; 1,5% và 2%, mật độ<br /> B.bifidum tăng nhẹ, nhưng không có sự khác biệt về mặt thống kê nên xét về hiệu quả kinh tế<br /> chúng tôi chọn hàm lượng FOS bổ sung là 1%.<br /> 3.2. Ảnh hưởng của quá trình sấy phun đến chất lượng sữa chua synbiotic<br /> Ảnh hưởng của chất trợ sấy maltodextrin<br /> <br /> tỉ lệ %<br /> <br /> Sản phẩm có hàm lượng chất khô thấp sẽ gây rất nhiều khó khăn cho quá trình sấy phun<br /> (Kumar và cs, 2014). Do vậy, maltodextrin được sử dụng làm chất trợ sấy bằng cách phối trộn<br /> vào sữa chua nhằm làm tăng hàm lượng chất khô giúp quá trình sấy dễ dàng và đạt hiệu suất<br /> thu hồi sản phẩm cao hơn. Hiệu quả của maltodextrin đối với quá trình sấy được thể hiện rõ<br /> trong hình 1.<br /> 100<br /> 80<br /> 60<br /> 40<br /> 20<br /> 0<br /> <br /> 84.99<br /> 79.01<br /> 73.5<br /> 71.8<br /> <br /> 81.32<br /> <br /> 74.29<br /> 46.5<br /> 5.26<br /> <br /> 74.29<br /> 67.7<br /> <br /> 52.7<br /> tỉ lệ sống sót<br /> 4.43<br /> <br /> 3.52<br /> <br /> 3.22<br /> <br /> 2.83<br /> <br /> Hiệu suất thu hồi<br /> Độ ẩm<br /> <br /> 0<br /> <br /> 10<br /> <br /> 15<br /> <br /> 20<br /> <br /> 25<br /> <br /> Hàm lượng maltodextrin (%)<br /> Hình 1. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng maltodextrin đến<br /> chất lượng sản phẩm<br /> <br /> Khi không bổ sung maltodextrin vào sữa chua, hiệu suất thu hồi bột sữa là thấp nhất<br /> (46,5%). Bắt đầu bổ sung maltodextrin với hàm lượng thấp 10% đến 20%, hiệu suất thu hồi<br /> tăng dần và đạt giá trị cao nhất ở hàm lượng 20%. Tuy nhiên, khi hàm lượng maltodextrin<br /> tăng lên 25% thì hiệu suất thu hồi lại giảm xuống 67,7%. Nguyên nhân là do hàm lượng chất<br /> khô quá ít hoặc quá nhiều cũng đều gây ra hiện tượng kết dính trên thành thiết bị sấy (Goula,<br /> 2009).<br /> Chỉ tiêu quan trọng nhất được quan tâm ở đây là mật độ tế bào Bifidobacterium bifidum.<br /> Ở nghiệm thức phối trộn maltodextrin 15% cho tỉ lệ sống sót là cao nhất (84,99%). Tăng hàm<br /> lượng maltodextrin lên 20%, 25% thì tỉ lệ sống sót bắt đầu giảm xuống 81,32% và 79,54%.<br /> Điều này được giải thích dựa vào tác dụng bảo vệ của maltodextrin. Trong khi sấy,<br /> maltodextrin hình thành cấu trúc dạng gel làm lớp màng bao bọc bên ngoài các vi sinh vật<br /> giúp bảo vệ chúng khỏi tác động nhiệt của quá trình sấy (Burgain và cs, 2011), vì vậy giúp gia<br /> tăng tỉ lệ sống sót của chúng hơn so với khi không bổ sung maltodextrin. Khi hàm lượng chất<br /> khô trong dịch phun quá cao sẽ làm tăng kích thước của các hạt và làm gia tăng diện tích tiếp<br /> xúc của dịch phun với nhiệt độ nóng của không khí. Do đó chúng phải chịu thiệt hại nhiệt lớn<br /> hơn những hạt nhỏ, vi sinh vật kẹt trong hạt cũng sẽ phải chịu thiệt hại nhiều nhiệt hơn (Lian<br /> và cs, 2002).<br /> <br /> 86<br /> <br /> Xét về chỉ tiêu độ ẩm, bột sữa chua phải đạt độ ẩm từ 3 – 5% (Childs và Drake, 2008),<br /> ngoại trừ nghiệm thức không bổ sung maltodextrin vượt quá 5%, các tỉ lệ phối trộn khác đều<br /> đạt độ ẩm quy định.<br /> Kết hợp các tiêu chí về hiệu suất thu hồi sản phẩm, tỉ lệ sống sót của vi khuẩn B.bifidum,<br /> độ ẩm của bột sữa và tính kinh tế, chúng tôi chọn hàm lượng maltodextrin 15% bổ sung vào<br /> dịch trước sấy phun cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo.<br /> Ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào<br /> Số liệu ở bảng 2 cho thấy nhiệt độ đầu vào ảnh hưởng đáng kể đến các tiêu chí khảo sát.<br /> Nhiệt độ càng cao thì hiệu suất thu hồi sản phẩm càng tăng đạt cao nhất ở 120oC (74,04%).<br /> Nguyên nhân là do khi nhiệt độ càng tăng thì hơi nước bốc hơi nhanh làm cho độ ẩm giảm<br /> xuống, do đó sản phẩm ít bị bám dính vào thành thiết bị.<br /> Bảng 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến chất lượng bột sữa chua<br /> Nhiệt độ đầu vào (oC)<br /> <br /> Tiêu chí theo dõi<br /> 90<br /> <br /> 100<br /> <br /> 110<br /> <br /> 120<br /> <br /> Mật độ (log (CFU/g))<br /> <br /> 8,47 ± 0,02d<br /> <br /> 8,35 ± 0,02c<br /> <br /> 8,12 ± 0,03b<br /> <br /> 7,16 ± 0,09a<br /> <br /> Tỷ lệ sống sót (%)<br /> <br /> 88,88<br /> <br /> 87,62<br /> <br /> 85,20<br /> <br /> 75,13<br /> <br /> Độ ẩm (%)<br /> <br /> 5,98 ± 0,85b<br /> <br /> 3,68 ± 0,59a<br /> <br /> 3,55 ± 0,44a<br /> <br /> 3,00 ± 0,74a<br /> <br /> Hiệu suất thu hồi sản phẩm (%)<br /> <br /> 66,12<br /> <br /> 70,03<br /> <br /> 71,20<br /> <br /> 74,01<br /> <br /> Các ký tự (abcd) khác nhau biễu diễn mức độ sai biệt có ý nghĩa ở độ tin cậy 95%<br /> Xét về hai chỉ tiêu hiệu suất thu hồi và độ ẩm của sản phẩm thì nhiệt độ sấy 100, 110 và<br /> 1200C được lựa chọn.<br /> Đối với chỉ tiêu mật độ B.bifidum, nhiệt độ sấy có ảnh hưởng lớn sự sống của vi sinh vật.<br /> Tỷ lệ sống sót của B.bifidum giảm dần từ 88,88% còn 75,13% theo sự tăng nhiệt độ sấy. Điều<br /> này là do chúng bị yếu tố bất hoạt bởi nhiệt độ khi tiếp xúc trực tiếp với dòng không khí nóng.<br /> Nhiệt độ sấy 100oC được lựa chọn vì vẫn đảm bảo hiệu suất thu hồi 70%, mật độ probiotic ở<br /> mức 108 CFU/g, độ ẩm sản phẩm phù hợp cho điều kiện bảo quản lâu dài.<br /> Ảnh hưởng của lưu lượng dịch phun<br /> Chúng tôi thực hiện thay đổi lưu lượng dịch phun xoay quanh các giá trị thông số riêng<br /> của máy sấy phun Lab Plant SD06 từ 4 đến 6rpm để khảo sát ảnh hưởng của nó lên hiệu suất<br /> thu hồi, độ ẩm sản phẩm và tỉ lệ sống sót của B.bifidum.<br /> Từ số liệu thực nghiệm cho thấy rằng khi tăng lưu lượng dịch phun thì hiệu suất thu hồi<br /> bột sữa càng giảm đi trong khi độ ẩm của bột lại càng tăng lên (hình 2). Nguyên nhân được<br /> giải thích là do khi lưu lượng dịch phun tăng lên thì thời gian lưu của dịch trong buồng sấy<br /> giảm, lượng hơi nước trong dịch phun thoát ra ít hơn làm độ ẩm tăng lên, phần hạt ẩm dính lại<br /> trong buồng sấy nhiều dẫn đến hiệu suất thu hồi sản phẩm sau quá trình sấy phun giảm<br /> (Rokka, 2010). Nhưng cũng vì thời gian lưu của dịch ngắn nên làm giảm tác động của không<br /> khí nóng lên tế bào vi sinh vật, do đó mật độ B.bifidum cao nhất ở nghiệm thức 6rpm. Khi lưu<br /> lượng dịch phun thấp thì hiệu suất thu hồi sẽ cao hơn do lưu lượng thấp làm cho quá trình<br /> phun tạo hạt sương nhỏ, các hạt phun này được tiếp xúc hoàn toàn với nhiệt độ nóng trong<br /> buồng sấy dẫn đến sản phẩm sau sấy có độ ẩm thấp. Tuy nhiên các tế bào vi sinh vật bên<br /> trong giọt phun bị đốt nóng trực tiếp bởi nhiệt độ sấy nên tỉ lệ sống sót của vi sinh vật giảm.<br /> 87<br /> <br />