TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GÓP PHẦN ĐA DẠNG HÓA CÁC SẢN PHẨM
KEFIR TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU ĐẬU NÀNH
CBHD: ThS. TRẦN THỊ TƯỞNG AN
KS. QUÁCH ĐỨC TÍNH
SVTH: TĂNG THỊ YẾN PHƯƠNG
MSSV: 60604312 Tp. Hồ Chí Minh, 1/2011
ii
L
L
Cảm ơn tất cả các bạn lớp HC06BSH, những người bạn đã gần gũi, chia sẻ, giúp
đỡ, và đồng hành với tôi trong suốt quãng đời đại học.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy cô trong hội đồng phản biện đã dành thời gian
đọc và nhận xét luận văn này. Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 1 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Tăng Thị Yến Phươngiii
T
T
Ó
Ó
M
MT
T
Ắ
Ắ
T
T
Kefir là sản phẩm sữa được lên men từ tổ hợp hệ vi khuẩn lactic và nấm men được
cố định tự nhiên trong khối hạt kefir. Ngoài việc cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu,
C trong 13 giờ.
Thời gian tách nước cho khối đông là 8 giờ. iv
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ viii
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Lịch sử hình thành kefir. 3
1.2. Công dụng của kefir 3
1.3. Giới thiệu hạt kefir 5
1.3.1. Đặc điểm của hạt kefir. 5
1.3.2. Hệ vi sinh vật trong hạt kefir. 7
1.3.3. Kefiran 13
1.3.4. Bảo quản hạt kefir. 14
1.4. Bản chất của quá trình lên men . 15
1.4.1. Lên men lactic. 15
1.4.2. Lên men ethanol. 19
1.5. Giá trị probiotic của sản phẩm kefir. 19
1.6. Giới thiệu về nguyên liệu đậu nành. 21
1.6.1. Tìm hiểu chung về cây đậu nành. 21
1.6.2. Các thành phần dinh dưỡng có trong đậu nành. 22
1.7. Giới thiệu chung về phô mai. 24
PHỤ LỤC 79
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng trong 100g kefir. 4
Bảng 1.2 Hệ vi sinh vật có trong 8 mẫu hạt Kefir khác nhau thu nhận từ Nam Mỹ 8
Bảng 1.3 Trình bày tóm lược hệ vi sinh vật phân lập được trên hạt kefir . 9
Bảng 1.4 Thành phần các acid amin không thay thế trong đậu nành. 23
Bảng 1.5 Phân loại phô mai theo giá trị MFFB. 25
Bảng 1.6 Phân loại phô mai theo giá trị FDB. 25
Bảng 1.7 Phân loại phô mai theo quá trình ủ chín. 26
Bảng 2.1 Đánh giá cảm quan sản phẩm kefir đậu nành 43
Bảng 2.2 Đánh giá mức độ yêu thích giữa các hương liệu bổ sung 44
Bảng 2.3 Đánh giá cảm quan sản phẩm phô mai kefir đậu nành 45
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 46
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến cấu trúc sản phẩm 49
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 51
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến cấu trúc của sản phẩm 52
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ 53
Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian lên men phụ đến cấu trúc của sản phẩm 56
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ 57
Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến cấu trúc của sản phẩm 59
Bảng 3.9 Kết quả đánh giá cảm quan cấu trúc, mùi, vị của sản phẩm 59
Bảng 3.10 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm 60
Bảng 3.11 Chất lượng sản phẩm trong điều kiện cất giữ ở nhiệt độ 4÷6
0
C 61
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng CaCl
2
Ì
N
N
H
H
Hình 1.1 Hạt kefir . 6
Hình 1.2 Đặc điểm hình thái của một số hạt kefir . 7
Hình 1.3 Quan sát bên ngoài hạt kefir dưới kính hiển vi. 10
Hình 1.4 Hình quan sát bên trong hạt kefir dưới kính hiển vi. 11
Hình 1.5 Cấu trúc của kefiran 14
Hình 1.6 Cơ chế lên men lactic 16
Hình 1.7 Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate 17
Hình 1.8 Sinh tổng hợp acetaldehyde ở một số vi khuẩn lactic ưa nhiệt 18
Hình 1.9 Quả và hạt đậu nành 21
Hình 3.1 Sản phẩm kefir đậu nành .70
Hình 3.2 Sản phẩm phô mai kefir đậu nành 70viii
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1 Quy trình thu dịch sữa đậu nành 30
Sơ đồ 2.2 Quy trình lên men kefir đậu nành 31
Sơ đồ 2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 32
Sơ đồ 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 33
Sơ đồ 2.5 Khảo sát thời gian lên men phụ thích hợp 34
L
L
Ờ
Ờ
I
IM
M
Ở
ỞĐ
Đ
Ầ
Ầ
U
U
Kefir là thức uống lên men từ sữa rất phổ biến ở các nước Đông Âu, thức uống
này khác với các sản phẩm từ sữa khác bởi vì nó không do hoạt động chuyển hóa của
một giống vi sinh vật. Sữa được lên men với hệ vi sinh vật gồm vi khuẩn lactic và nấm
men được cố định tự nhiên thành một khối hạt được gọi là hạt kefir [6].
Kefir được xem như là một chất probiotic tự nhiên. Nó có vai trò hỗ trợ hệ tiêu
hóa và giúp cải thiện hệ thống miễn dịch. Qua quá trình xét nghiệm và thử nghiệm ở
động vật cho thấy kefir và các thành phần của nó có tính kháng ung thư, kháng đột
biến, kháng virus và kháng nấm [26].
Kefir chứa khoáng, các loại amino acid cần thiết cho cơ thể, và đặc biệt có rất
nhiều canxi và magie. Ngoài ra kefir còn có những protein hoàn thiện đã được thủy
-
-
Khảo sát hàm lượng muối CaCl
2
bổ sung vào sữa nguyên liệu để sản phẩm phô
mai có cấu trúc tốt.-
-
Khảo sát thời gian tách nước thích hợp.Chương 1. Tổng quan tài liệu
3
C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
T
À
À
I
IL
L
I
I
Ệ
Ệ
U
U
1.1. Lịch sử hình thành kefir.
Kefir là một sản phẩm truyền thống có nguồn gốc cách đây từ hàng ngàn năm
và từ vùng núi Caucasian của đông Châu Âu. Sản phẩm kefir được những người dân
tộc Moslem của Caucasian xem như một loại thuốc có thể chữa rất nhiều loại bệnh vào
khoảng thế kỉ 18 [10].
Tháng 9/1908, trung tâm sản xuất sữa tại Moscow đã tiến hành sản xuất những
chai kefir uống đầu tiên. Một số lượng nhỏ kefir đã được sản xuất ở vài thành phố ở
Nga, và mọi người sử dụng kefir như một loại thuốc chữa bệnh.
Người ta bắt đầu sản xuất kefir trên quy mô lớn ở Nga khoảng 1930. Tuy nhiên
khi họ tiến hành sản xuất kefir ở quy mô công nghiệp thì gặp rất nhiều khó khăn, và
họ thấy là không phù hợp.
Năm 1930 kefir đã được tiến hành nghiên cứu sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên,
quy trình này cho chất lượng sản phẩm cũng không tốt như cách truyền thống. Vào
1950 những người ở viện nghiên cứu của Nga đã phát triển quy trình sản xuất kefir
thương mại. Khi đó, kefir được sản xuất trong các thùng có cánh khuấy. Quá trình lên
Acid lactic (g) 1 Cu (µg) 12
Cholesterol (mg) 13 Mn (µg) 5
Photphate (mg) 40 Zn (mg) 0.36
Molip (mg) 5.5 Thành phần tạo mùi thơm
Amino acid cần thiết Acetaldehyd
Tryptophan 0.05 Diacetyl
Phenyalanin 0.35 Acetoin
Leucine 0.34 Vitamin
Isoleucine 0.21 E 0.11
Threonine 0.17 D 0.08
Lysine 0.27 B6 0.05
Valine 0.22 B2 0.17
Vitamin C 1
A 0.06 B1 0.04
Carotene 0.02 B12 0.05
[32].
Chương 1. Tổng quan tài liệu
5
Kefir có vai trò hỗ trợ hệ tiêu hóa và giúp cải thiện hệ thống miễn dịch. Kefir
chứa khoáng, các loại amino acid cần thiết cho cơ thể, và đặc biệt có rất nhiều canxi
và magie. Ngoài ra kefir còn có những protein hoàn thiện đã được thủy phân một
phần, nên cơ thể có thể dễ dàng hấp thu. Ví dụ như tryptophan, một amino acid cần
thiết cho cơ thể có rất nhiều trong kefir, đã được biết đến với khả năng giảm căng
thẳng cho hệ thần kinh.
Trong sản phầm kefir có rất nhiều vitamin B1, B12, amino acid, acid folic, và
vitamin K, đây là nguồn biotin rất tốt giúp cho sự đồng hóa các loại vitamin B khác
cho cơ thể. Vì thế mà kefir giúp cơ thể giảm đi sự lão hóa da, cung cấp nguồn năng
bệnh mà còn có khả năng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh như
Salmonella hay Sigella.
Hình 1.1 Hạt kefir [16].
Những cấu trúc này đều co giãn và tương đối dai. Cấu trúc được mô tả trong
hình 1.2 cho là hạt kefir được phát sinh từ các cấu trúc dạng cuộn, hay dạng miếng có
bề mặt phẳng với các nếp gấp cuộn xảy ra tiếp sau đó là do bởi sự tăng độ dày khi
nhân đôi số lượng vi sinh vật và tích lũy các carbohydrate không tan. Dưới kính hiển
vi quét điện tử, Lactobacillus chiếm ưu thế ở bên ngoài hạt kefir và nấm men ở trung
tâm hạt kefir, nhưng do quá trình cuộn thì đôi khi bề mặt bên ngoài lại trở thành bên
trong. Do đó người ta mong đợi rằng dưới kính hiển vi điện tử truyền suốt có thể phát
hiện các vi khuẩn Lactobacillus dạng cong dài chiếm ưu thế ở bên trong cấu trúc hạt
kefir [28, 33].
Chương 1. Tổng quan tài liệu
7
Hình 1.2 Đặc điểm hình thái của một số hạt kefir [33].
Các dạng khác nhau của hạt kefir từ dạng miếng mỏng (hình 1.2a) đến dạng
cuộn (hình 1.2b, c) và dạng hoa chou-fleur (hình 1.2d, e, f).
1.3.2. Hệ vi sinh vật trong hạt kefir.
Nhóm vi khuẩn Lactobacillus chiếm khoảng 65-80% tổng số vi sinh vật trong
hạt. Chúng gồm những loài ưa ấm và ưa nhiệt. Nhóm Lactococcus chiếm 20% tổng số
8
của 8 mẫu hạt kefir thu từ Nam Mỹ được lưu trữ tại Dairy Research Institute, Pretoria,
Nam Mỹ được trình bày trong bảng 1.2.
Ngoài ra, sự phân bố hệ vi sinh vật trên hạt kefir cũng rất phức tạp, có sự khác
biệt giữa vùng này và vùng khác, cũng như giữa bên trong và bên ngoài mẫu. Điều đó
được thể hiện qua một số hình ảnh minh họa ở hình 1.3.
Bảng 1.2 Hệ vi sinh vật có trong 8 mẫu hạt kefir khác nhau thu nhận từ Nam Mỹ.
Loài vi sinh vật Môi trường nhận danhTỉ lệ phân bố
trong hạt kefir (%)
Lb. delbrueckii ssp. delbrucekii YELN 37.8
Zygosaccharomyces APM 62.2
Lb. delbrueckii ssp. delbrueckii YELN 10.0
Leuc. lactis KCA + TTC 3.2
Lb. curvatus YELN 2.8
C. kefyr APM 29.8
C. kekyr MRS 64.2
Lb. delbrueckii ssp. lactis KCA + TTC 42.9
KCA + V 57.0
C. kefyr MRS 1.4
KCA + TTC 2.6
Lc. lactis ssp. lactis KCA + TTC 78.5
C. lipolytica YELN 20.1
YEC 27.0
C. kefyr MRS 20.3
Saccharomyces cerevisiae YEC 26.3
Pichia fermentans
Saccharomyces subsp. Torulopsis holmii
Sacc. carlsbergensis
Sacc. uniporus
Sacc. lactic
Sacc. globosus
Sacc. cerevisiae
Sacc. exiguous
Sacc. dairensis
Torulaspora delbrueckii
Zygosaccharomyces rouxii
Các chủng khác
Enterococcus durans
Leuconostoc cremoris
Leuc. mesenteroides
Micrococcus sp.
Bacillus subtilis
Escherichia coli
LACTOBACILLUS
Lactobacillus acidophilus
Lb. brevis
Lb. casei
Lb. casei subsp. rhamnosus
Lb. casei subsp. pseudoplantarum
Lb. paracasei subsp. paracasei
Lb. cellobiosus
Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus
Lb. delbrueckii subsp. lactis
Lb. fructivorans
Lb. helveticus subsp. lactis
Hình 1.3 Quan sát bên ngoài hạt kefir dưới kính hiển vi [33].
a: Bên ngoài hạt kefir chiếm ưu thế là các vi khuẩn dạng que dài và các nấm men đính vào
các vật liệu dạng hột một cách tự nhiên.
b, c: Các vùng chiếm ưu thế của nấm men và nhóm Lactobacillus.
d: Các tế bào Lactococcus, dưới dạng từng tế bào riêng lẻ, hay từng cặp hoặc chuỗi đính vào
các vật liệu dạng hạt, bên cạnh đó cũng quan sát thấy có một vài tế bào vi khuẩn hình que
hoặc nấm men.
Chương 1. Tổng quan tài liệu
11 Hình 1.4 Hình quan sát bên trong hạt kefir dưới kính hiển vi [33].
a, b: các vùng dày đặc các tế bào nấm men với các vật liệu dạng sợi.
c, d: các vùng dày đặc các tế bào vi khuẩn hình que giữa các vật liệu sợi như mạng nhện, kết
nối các vi sinh vật lại với nhau.
1.3.2.1. Thuyết cộng sinh: sự tương tác giữa các loài vi sinh vật trong hạt kefir.
Hệ vi sinh vật trong kefir là một ví dụ minh chứng cho tính cộng sinh của vi
sinh vật. Mối quan hệ cộng sinh của hệ vi sinh vật trên hạt kefir được minh họa trong
một số nghiên cứu sau đây:
Tính cộng sinh của vi khuẩn lactic và nấm men được thể hiện rõ rệt khi chúng
được tách rời như những giống thuần chủng thì không thể phát triển trong sữa hay
hoạt tính lên men có thể giảm ngay so với khi nuôi cấy tổ hợp. Theo Pablo Alvarez và
cộng sự (2007 ) đã cho thấy rằng Lactobacillus kefir phát triển tốt hơn khi có Candida
kefir được bổ sung vào sữa. Sự hiện diện của nấm men trong hỗn hợp với nhiệt độ lên
men là 21-23
0
C, thúc đẩy sự phát triển Streptococci dị hình tạo các hợp chất thơm.
Quá trình lên men, sự phát triển của vi khuẩn lactic thì thúc đẩy sự phát triển của nấm
hạt mẹ ban đầu. Sau một thời gian có thể do chấn thương hoặc những tác động bên
ngoài, một phần thùy con gắn với hạt mẹ bị tách ra thành hạt tự do. Những hạt con
này lại tiếp tục nhân giống thành hạt mẹ. Chu kỳ phát triển được lặp lại với chu trình
gần giống nhau (tự nhân giống). Trong vài trường hợp đặc biệt, có những hạt không
thể cho ra bất cứ hạt con nào trong một thời gian dài mà thay vào đó, chúng hình
thành nên một khối lớn (khối hạt kefir).
Chương 1. Tổng quan tài liệu
13
Bề mặt ngoài của hạt biến đổi từ dạng phẳng đến không đồng đều gồm nhiều
thứ phức tạp, có những chỗ lồi lõm rải rác khắp bề mặt. Một vài hạt có thể có những
vùng rộng phẳng, trong khi từ mẻ tương tự có thể có những hạt có bề mặt không đồng
đều. Nếu điều kiện thuận lợi, sau một thời gian, những hạt nhẵn này thường trở lại
dạng nguyên thể, sau đó hình thành các hạt bao quanh, nơi mà có thể nhân giống lên.
Thường ở những vùng không phẳng, xù xì thường có sự hoạt động mạnh của nấm
men, trong khi ở vùng phẳng vi khuẩn lại chiếm ưu thế. Nấm men hình thành những
khóm nhỏ nhô ra trên bề mặt, Streptococcus thì bện vào nhau với các vi khuẩn khác
chứ không hình thành dạng cụm.
Ở sâu bên trong hạt, Lactobacillus chiếm ưu thế và có rất ít tế bào nấm men,
chúng được gói gọn trong dịch polysaccharide, các vi khuẩn hình que và nấm men
hình thành các cụm riêng biệt bên ngoài và bên trong hạt. Trong đó Lactobacillus
kefiranoficients được xem là nguyên nhân hình thành polysaccharide hòa tan kefiran.
Trong khi đó Lactobacillus acidophilus là nguyên nhân hình thành vỏ bọc bên ngoài
polysaccharide mà có thể giúp hạt co giãn. Một số nghiên cứu cho rằng vi khuẩn có
thể gây ra sự nhân giống hạt kefir vì việc nhân giống của hạt không xảy ra khi vắng
mặt Lactobacillus kefiranoficients - là vi khuẩn sinh ra kefiran ở trung tâm hạt
[15, 20, 28].
1.3.3. Kefiran.
Kefirian được biết đến là polysaccharide được cấu tạo từ hai đường đơn glucose
sẽ có các quá trình sinh, lý, hóa y như ban đầu nếu gặp được điều kiện môi trường
dinh dưỡng thích hợp. Hạt kefir khi đem bảo quản phải ở trạng thái sinh lý tốt.
Hoạt tính của hạt kefir phụ thuộc vào điều kiện bảo quản và hoạt tính của hạt
quyết định chất lượng của sản phẩm sữa lên men.
Các phương pháp thường được sử dụng bảo quản hạt kefir :
Phương pháp làm khô bằng không khí.
Phương pháp bảo quản lạnh.
Phương pháp đông sâu.
Phương pháp đông khô.
Chương 1. Tổng quan tài liệu
15
1.4. Bản chất của quá trình lên men .
Mặc dù kefir thương mại được sản xuất là từ sữa bò, nhưng nó cũng có thể
được làm từ sữa cừu, dê và trâu. Hơn thế nữa, gần đây người ta còn sản xuất kefir từ
sữa đậu nành.
Kích thước của hạt kefir có ảnh hưởng đến pH, tính dẻo và số lượng vi sinh vật
trong sản phẩm cuối. Người ta thấy rằng tỉ lệ hạt kefir và sữa là 1:30 đến 1:50 là tối ưu
cho sự lên men kefir. Sự lên men sữa là quá trình ủ khoảng 24 giờ, trong suốt thời gian
đó, vi khuẩn lactic đồng hình Streptococcus phát triển khá nhanh vào lúc ban đầu làm
cho pH môi trường giảm xuống. Việc giảm pH này tạo thuận lợi cho sự phát triển của
Lactobacillus và đây là nguyên nhân làm Streptococcus đồng hình giảm số lượng.Và
sự hiện diện của nấm men trong hỗn hợp, cùng với nhiệt độ lên men 21-23
0
C đã kích
thích sự phát triển Streptococcus dị hình tạo mùi thơm sản phẩm. Trong quá trình lên
men sự gia tăng của vi khuẩn lactic tạo điều kiện cho sự phát triển của nấm men và vi
khuẩn sinh acetic.
Ngày nay các vi khuẩn lactic và nấm men đông khô đã được bán rộng rãi trên
cumoris, Lactobacillus brevis,…. Do không có một số enzyme của chu trình đường
phân nên chúng chuyển hóa glucose giai đoạn đầu theo chu trình pentose-phtophate và
tạo ra sản phẩm trung gian là xylulose-5-P, chất này sẽ được chuyển hóa tiếp thành
glyceraldehydes-3-P rồi tiếp tục đi theo giai đoạn cuối của chu trình đường phân để tạo
thành acid pyruvic rồi acid lactic như trong quá trình lên men đồng hình. Theo một
con đường trao đổi chất khác, xylulose-5-P sẽ được chuyển hóa thành acetyl-P và tiếp
Chương 1. Tổng quan tài liệu
17
theo sau đó là thành ethanol. Sản phẩm của quá trình này là: acid lactic, ethanol,
CO2…
Lên men lactic là một quá trình trao đổi năng lượng. các phân tử ATP được
hình thành trong quá trình chuyển hóa cơ chất (lactose) sẽ được vi khuẩn giữ lại trong
tế bào để phục vụ cho các họat động trao đổi chất và sinh trưởng của vi sinh vật.
Ngược lại, các sản phẩm như acid lactic, ethanol và CO2 sẽ được vi khuẩn thải vào môi
trường lên men. Kết quả hàm lượng acid lactic tích lũy trong môi trường lên men càng
tăng, làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi hóa lý khác.
Trong quá trình lên men lactic, ngoài sản phẩm acid lactic (lên men đồng hình),
acid lactic, ethanol, CO2 (lên men dị hình), trong dịch lên men còn xuất hiện cả trăm
hợp chất hóa học mới khác. Chúng là những sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ
của quá trình lên men. Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài
ppm hoặc ít hơn). Một số hợp chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi. Chúng đóng vai trò
quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi, vị đặc trưng cho sản phẩm lên
men lactic. Đáng chú ý nhất là diacetyl và acetaldehyde.
Quá trình sinh tổng hợp diacetyl liên quan đến sự chuyển hóa citrate.
Hình 1.7 Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate [34].
Copyright: Tài liệu đại học ©