Khảo sát hiệu quả vi gói vi khuẩn lactic nhằm nâng cao hoạt tính probiotic và ứng dụng lên men sữa chua đậu nành

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN LƯU HIỀN TRANG

KHẢO SÁT HIỆU QUẢ VI GÓI VI KHUẨN LACTIC
NHẰM NÂNG CAO HOẠT TÍNH PROBIOTIC VÀ ỨNG
DỤNG LÊN MEN SỮA CHUA ĐẬU NÀNH
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2009.


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: GV – TS Nguyễn Thúy Hương

Chữ ký:.................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1:

Chữ ký:.................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2:

Chữ ký:.................................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 200…

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Lưu Hiền Trang

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 04 – 1981

Nơi sinh: Long An

Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học

I. TÊN ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT HIỆU QUẢ VI GÓI VI KHUẨN LACTIC NHẰM NÂNG CAO
HOẠT TÍNH PROBIOTIC VÀ ỨNG DỤNG LÊN MEN SỮA CHUA ĐẬU NÀNH

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Vi gói vi khuẩn lactic
2. Khảo sát hiệu quả vi gói nhằm nâng cao hoạt tính probiotic
3. Khảo sát hoạt lực lên men của chế phẩm vi gói

4. Ứng dụng vi gói lên men sữa chua đậu nành

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 01 tháng 06 năm 2008
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 03 tháng 08 năm 2009
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thúy Hương
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. Nguyễn Thúy Hương

GS. TS. Nguyễn Đức Lượng


LỜI CÁM ƠN
Lời tri ân này tôi xin trân trọng kính gửi đến tất cả q thầy cơ Bộ mơn Công
nghệ sinh học, trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, q thầy cơ
trong và ngồi trường đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho tơi trong suốt
q trình học tập.
Tơi xin ghi sâu và bày tỏ lịng biết ơn, sự ngưỡng mộ với cơ Nguyễn Thúy
Hương, người đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tơi rất nhiều trong q
trình học tập và làm việc.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của tất cả các bạn, thành viên lớp cao
học Công nghệ sinh học khóa 2007.


TÓM TẮT
Đề tài do học viên Nguyễn Lưu Hiền Trang thực hiện, giáo viên hướng dẫn: TS.
Nguyễn Thúy Hương, nhằm mục tiêu thử nghiệm vi gói vi khuẩn lactic Lactobacillus

bulgaricus, Streptococcus thermophilus bằng gel Na-alginate với phương pháp nén ép.
Sau đó khảo sát hoạt lực lên men, hiệu quả probiotic của chế phẩm này và ứng dụng lên
men sữa chua đậu nành, nâng cao chất luợng sản phẩm ở chỉ tiêu vi sinh vật.
Trong phạm vi đề tài, để đạt những mục tiêu trên chúng tôi thực hiện các nghiên cứu
cụ thể và đạt được kết quả như sau:
1. Khảo sát hiệu quả probiotic của vi gói vi khuẩn lactic trong môi trường dạ dày nhân
tạo SGJ (pH = 2 và pH = 3). Ở 370C, vi gói 1mm giữ được hơn 30% tế bào sống sót
bên trong nó với thời gian khảo sát là 60 phút.
2. Quá trình thu dịch sữa đuợc đề nghị với các cơng đoạn chính là chần đậu nành trong
dung dịch NaHCO3 0,2%, 800C và xay nóng, nhiệt độ nuớc xay ban đầu là 1000C.
3. Hoạt lực lên men của vi gói vi khuẩn khơng khác biệt với tế bào tự do. Vi gói có kích
thuớc 1mm lên men tối ưu ở 420C trong 9 giờ với mật độ tế bào giống khởi động là
5.105 tế bào/ ml dịch lên men, tạo sản phẩm có chất luợng cảm quan khá tốt.
4. Vi gói đã cải thiện thời gian bảo quản sản phẩm cuối đáng kể, tăng 2 lần khi so sánh
với sản phẩm lên men bằng tế bào tự do truyền thống.
Một phần kết quả được đăng trên bài báo: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng sữa
chua đậu nành bằng phương pháp vi gói vi khuẩn lactic”, tạp chí Khoa học và cơng nghệ
Bộ nơng nghiệp và phát triển nông thôn, số 1/ 2008, trang 43 – 48.


SUMMARY
This research studied by Nguyễn Lưu Hiền Trang, instructed and supervised by
Nguyễn Thúy Hương PhD, in order to achieve the main targets, we encapsulated
Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus cells in alginate gel by extrusion
method. And then, we studied fermentation ability of these capsules, its probiotic effect
and fermented soy yoghurt by lactic acid bacterium inside the capsules in order to
improve quality of soy yoghurt via the following microorganism criterion.
With experiments, we suggested results as below:
1. Studied probiotic effect of lactic acid bacteria capsules in simulated gastric
juice medium (SGJ) (pH = 2 and pH = 3). At 370C, 1mm sized capsules kept over than

30% viable cells inside after 60 minutes in SGJ.
2. The soymilk processing were suggested with main steps as follow: blanch
soybean in NaHCO3 0,2% at 800C and use hot grind at initial water temperature around
1000C.
3. Fermentation ability of these capsules did not differ meaningly as compare to
free cells. 1mm sized capsules fermented at 420C, 9 hours with 5.105 cells/ ml of
cultured milk of start variety, produced good sense quality for yoghurt.
4. Lactic acid bacterium encapsules improved 2 times of storage time of yoghurt as
compare to free cell culture.
Some of the results published in Science and Technology Journal of Agriculture
and Rural Development, number 1/ 2008 with name: “Research on improving quality of
soy yoghurt by microencapsulation of lactic acid bacteria” (43 – 48).


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

TRANG

Bảng 2.1: Thành phần của các hợp phần trong hạt đậu nành (% so với
khối lượng chất khô của hạt)

4

Bảng 2.2: Một số phương pháp sản xuất dịch sữa đậu.

12

Bảng 2.3: Ưu và nhược điểm của hai phương pháp vi gói cơ bản.

28

Bảng 3.1: Hố chất sử dụng

36

Bảng 4.1: Một số cơng đoạn chính của kỹ thuật vi gói được thực hiện

50

Bảng 4.2: Nhận xét một số tính chất chế phẩm vi gói vi khuẩn lactic

52

Bảng 4.3: Mật độ tế bào L.bulgaricus tồn tại trong điều kiện cực đoan

53

Bảng 4.4: Mật độ tế bào S.thermophilus tồn tại trong điều kiện cực
đoan

53

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ chần

57

Bảng 4.6: Kết quả cảm quan ảnh hưởng của nhiệt độ chần

57

Bảng 4.7: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaHCO3

59

Bảng 4.8: Kết quả cảm quan ảnh hưởng của nồng độ dung dịch
NaHCO3

59

Bảng 4.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước xay

61

Bảng 4.10: Kết quả cảm quan ảnh hưởng của nhiệt độ xay

61

Bảng 4.11: So sánh khả năng lên men của 2 hình thức tiếp giống bởi tế
bào tự do và chế phẩm vi gói

64

Bảng 4.12: Kết quả cảm quan so sánh chất lượng của các hình thức tiếp
giống

67

Bảng 4.13: Kết quả cảm quan sản phẩm cuối của các mật độ giống khảo
sát

69

Bảng 4.14: Kết quả cảm quan sản phẩm cuối của các chế độ nhiệt khảo
sát

73

Bảng 4.15: Các chỉ tiêu cảm quan của sữa chua

75

Bảng 4.16: Chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm

76


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Cơ chế oxi hóa acid linoleic của LOX sản sinh

TRANG
7

Hình 2.2: Phân loại vi khuẩn lactic

13

Hình 2.3: L. bulgaricus.

14

Hình 2.4: S. thermophilus

15

Hình 2.5: Sơ đồ chuyển hóa sinh acid lactic

16

Hình 2.6: Cấu trúc hạt vi gói

22

Hình 2.7: Kỹ thuật vi gói tế bào vi sinh vật được sử dụng phổ biến

25

Hình 2.8: Cấu trúc của gel alginate với mơ hình “ hộp trứng ”

29

Hình 2.9: Gel alginate hình hành khi có mặt ion Ca2+

31

Hình 3.1: Hình thái Lactobacillus bulgaricus

34

Hình 3.2: Hình thái Streptococcus thermophilus

35

Hình 3.3: Sơ đồ nội dung nghiên cứu

37

Hình 3.4: Sơ đồ quy trình vi gói nén ép vi khuẩn lactic bằng màng bao
alginate

38

Hình 3.5: Sơ đồ quá trình thu dịch sữa

41

Hình 4.1: Chế phẩm vi gói quan sát bằng mắt thường

51

Hình 4.2: Chế phẩm vi gói quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét

51

Hình 4.3: Mật độ tế bào L. bulgaricus trong mơi trường dạ dày nhân tạo
(SGJ)

54

Hình 4.4: Mật độ tế bào S. thermophilus trong môi trường dạ dày nhân
tạo (SGJ)

55

Hình 4.5: Biểu đồ so sánh hàm lượng acid lactic sinh ra của tế bào tự
do và các kích thước vi gói khác nhau

65

Hình 4.6: Biểu đồ theo dõi kết quả pH, hàm lượng acid lactic sinh ra
theo thời gian của các mật độ giống khảo sát

69

Hình 4.7: Biểu đồ kết quả pH, hàm lượng acid lactic sinh ra theo thời
gian của nhiệt độ khảo sát

73


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................... 1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ....................................................... 2
2.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU ĐẬU NÀNH ........................................2
2.1.1 Giá trị kinh tế của đậu nành ........................................................................2
2.1.2 Thành phần hố học của đậu nành và vấn đề hình thành mùi ....................3
2.1.2.1 Thành phần hoá học và một số đặc tính nổi bật ....................................3
2.1.2.2 Lipoxygenase (LOX) và hoạt động gây mùi .........................................6
2.1.3 Sự tạo gel của potein đậu nành ...................................................................8
2.1.4 Sản phẩm từ đậu nành và các phương pháp thu dịch sữa ...........................10
2.2 VI KHUẨN LACTIC VÀ QUÁ TRÌNH LÊN MEN ...................................13

2.2.1 Hệ vi khuẩn lactic và giống vi sinh vật lên men sữa chua đậu nành ...........13
2.2.1.1 Hệ vi khuẩn lên men lactic ....................................................................13
2.2.1.2 Giống vi sinh vật sử dụng trong sữa chua đậu nành ..............................14
2.2.2 Cơ chế của quá trình lên men lactic .............................................................16
2.3 SẢN PHẨM SỮA CHUA ĐẬU NÀNH VÀ VẤN ĐỀ NÂNG CAO CHẤT
LƯỢNG SẢN PHẨM ............................................................................................17
2.3.1 Sữa chua, một dạng sản phẩm probiotic .....................................................17
2.3.2 Sữa chua đậu nành và vấn đề nâng cao chất lượng sản phẩm ....................19
2.4 PHƯƠNG PHÁP VI GÓI ...............................................................................19
2.4.1 Tổng quan về vi gói .....................................................................................20
2.4.1.1 Cấu trúc hạt vi gói .................................................................................21
2.4.1.2 Nguyên vật liệu cho vi gói .....................................................................22
2.4.1.3 Ứng dụng của vi gói ..............................................................................23
2.4.2 Các phương pháp vi gói ..............................................................................25
2.4.2.1 Phương pháp nén ép ..............................................................................26


2.4.2.2 Phương pháp vi gói với hệ nhũ tương (nhũ tương hóa) ........................26
2.4.2.3 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật hai phương pháp vi gói .........................27
2.4.2.4 Một số nghiên cứu về vi gói đã cơng bố .............................................. 28
2.4.3 Alginate và sự tạo gel alginate .....................................................................29
2.4.3.1 Cấu tạo của alginate ...............................................................................29
2.4.3.2 Tính chất của alginate ............................................................................29
2.4.3.3 Một số kỹ thuật tạo gel alginate ............................................................30
2.4.4 Ảnh hưởng của vi gói đến hoạt động tế bào vi sinh vật và quá trình lên
men ..........................................................................................................................32
2.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả vi gói và các phương pháp đánh giá hiệu
quả ...........................................................................................................................33

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN

CỨU .............................................................................................. 34
3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM ..........................................................................34
3.2 NGUYÊN VẬT LIỆU – THIẾT BỊ SỬ DỤNG ............................................34
3.3 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............36
3.3.1 Mục tiêu đề tài .............................................................................................36
3.3.2 Sơ đồ nội dung nghiên cứu .........................................................................37
3.3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................38
3.3.3.1 Nghiên cứu tạo vi gói vi khuẩn lactic, khảo sát khả năng tồn tại của vi
khuẩn vi gói trong môi trường dạ dày nhân tạo ................................................38
3.3.3.2 Khảo sát các thơng số chính ảnh hưởng đến chất lượng dịch sữa .........40
3.3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của 2 hình thức tiếp giống bởi tế bào tự do và chế
phẩm vi gói ........................................................................................................44
3.3.3.4 Khảo sát các thơng số ảnh hưởng đến quá trình lên men ......................45
3.3.3.5 Đánh giá chất lượng ...............................................................................47


3.3.4 Các phương pháp lấy mẫu và phân tích ......................................................47
3.3.4.1 Phương pháp lấy mẫu ............................................................................47
3.3.4.2 Các phương pháp vi sinh .......................................................................48
3.3.4.3 Các phương pháp hóa sinh ...................................................................48
3.3.4.4 Các phương pháp khác ..........................................................................49

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .................................... 50
4.1 TẠO HẠT VI GÓI VI KHUẨN LACTIC ....................................................50
4.2 KHẢO SÁT HIỆU QUẢ PROBIOTIC VÀ ỨNG DỤNG LÊN MEN SỮA
CHUA ĐẬU NÀNH ...............................................................................................52
4.2.1Khảo sát hiệu quả vi gói vi khuẩn probiotic trong môi trường dạ dày nhân
tạo .........................................................................................................................52
4.2.2 Khảo sát các thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng của dịch sữa ........56
4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của 2 hình thức tiếp giống bởi tế bào tự do và chế

phẩm vi gói ...........................................................................................................63
4.2.4 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình lên men .......................... 69
4.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM .................................................75
4.3.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm sữa chua đậu nành .....................................75
4.3.2 Khảo sát thời gian bảo quản sản phẩm lên men bởi vi gói vi khuẩn lactic..77

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................. 79
5.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................79
5.2 KIẾN NGHỊ......................................................................................................80
5.3 DANH MỤC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CƠNG BỐ ...................80

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................... 81 - 85


1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
Sữa chua đậu nành là một dạng sản phẩm lên men tận dụng ưu điểm của nguồn
dinh dưỡng đậu nành và cả đặc tính quý giá của sữa chua vốn được xem là loại thực
phẩm chức năng được ưa chuộng. Sản phẩm này được sản xuất từ nguồn dưỡng chất
thực vật đầy đủ, cân đối và có giá trị sinh học cao, mang lại nhiều hy vọng cho những
vấn đề sức khỏe của con người. Mặt khác, sữa chua đậu nành còn cung cấp nguồn chế
phẩm vi khuẩn lactic sống cho hệ tiêu hóa một cách đơn giản và dễ dàng, nhất là với
trẻ nhỏ. Đó là một sản phẩm Probitic dạng thực phẩm.
Nhưng trong thực tế sản xuất, hiện nay, để tối ưu nhiều yếu tố chất lượng quan
trọng của sản phẩm như giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan và giá trị sinh học phải đạt
được khá nhiều chỉ tiêu, khó khăn nhất là việc giảm thiểu mùi khó chịu của đậu nành
và bảo vệ hệ vi khuẩn lactic sống trong sản phẩm.
Từ lâu người ta đã biết rằng do đặc tính nguyên liệu, enzyme lipoxygenase trong
đậu nành sẽ oxy hóa các acid béo khơng no hình thành mùi khó chịu cho sản phẩm,

ngay khi cấu trúc hạt vừa bị bẽ gãy [16].
Với chỉ tiêu vi sinh vật, dù hệ vi khuẩn lactic rất có lợi cho sức khỏe con người, là
một sảm phẩm Probiotic, nhưng qua quá trình hạn chế khả năng, bảo quản và sử dụng,
nguồn vi khuẩn này bị yếu đi và sống sót trong mơi trường acid cao của dạ dày để phát
huy hiệu quả của nó trong cơ thể [17].
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Khảo sát hiệu
quả vi gói vi khuẩn lactic nhằm nâng cao hoạt tính probiotic và ứng dụng lên men
sữa chua đậu nành”


2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU ĐẬU NÀNH
Cây đậu nành hoặc đậu tương tên khoa học là Glycine max (L) Merrill, thuộc họ
đậu (Leguminosae), họ phụ cánh bướm (Papilionodae) có nguồn gốc từ cây đậu tương
hoang dại (Glycine ussuriensis), du nhập vào Việt Nam từ rất lâu và có nhiều chủng
loại khác nhau [1].
Hiện nay ở các chợ lớn của thành phố Hồ Chí Minh người mua chỉ tìm thấy chủ
yếu là ba loại đậu nành: đậu Miên, đậu Phương Lâm và Trung Quốc vì có số lượng
cung cấp lớn, giá thành ổn định, hạt to, phẩm chất tốt. Vì thế, chúng tơi chọn ngun
liệu trên cơ sở chọn lọc từ ba loại giống trên.
Với giá trị kinh tế cao, đậu nành đã trở thành nguồn nguyên liệu q trong cơng
nghiệp thực phẩm, đây là lý do chúng tôi chọn mảng đề tài này.
2.1.1 Giá trị kinh tế của đậu nành
Hạt đậu nành có giá trị kinh tế cao, là một trong những nguồn thực phẩm tự nhiên
giàu dinh dưỡng nhất. Hàm lượng protein từ 38 - 40% là cao hơn cả ở cá, thịt, gấp hai
lần các loại đậu đỗ khác. Trong đậu nành có mặt rất nhiều các loại acid amin quý với
hàm lượng cao như methionine, cistein, cistyl…
Đậu nành còn là cây cung cấp dầu thực vật, giúp phòng tránh những bệnh liên

quan đến chất béo. Lipid của đậu nành chứa nhiều các acid béo chưa no có hệ số đồng
hóa cao, mùi vị thơm ngon.
Ngoài ra, trong hạt đậu nành nhiều loại vitamin cần thiết đã được tìm thấy như:
B1, B2, PP, A, E, K, D, C… và các loại muối khoáng khác.
Với lĩnh vực thực phẩm, người ta có thể chế biến ra trên 600 sản phẩm khác nhau
dưới dạng tươi, khô, lên men như làm giá, bột, tương, …các sản phẩm cao cấp gián
tiếp như cà phê, sôcôla, bánh kẹo, patê, thịt nhân tạo…và là nguồn cung cấp protein có
giá trị cho người ăn chay.


3

Đậu nành còn là vị thuốc chữa bệnh, đặc biệt là đậu nành hạt đen có tác dụng tốt
cho tim, gan, thận, dạ dày, ruột, làm thức ăn tốt cho người bị bệnh tiểu đường, thấp
khớp, mới ốm dậy hoặc do lao động quá sức. Các chất lecithin và cazein có trong hạt
đậu nành cịn có thể dùng riêng hoặc phối hợp để làm thuốc bổ dưỡng có tác dụng làm
cơ thể trẻ lâu, làm tăng trí nhớ, tái sinh các mô, làm cứng xương và tăng sức đề kháng
của cơ thể.
Protein và lipid đậu nành dễ tiêu hóa hơn thịt, khơng có các thành phần tạo thành
cholesterol, hoặc dạng acid uric…
Đậu nành sau khi đã ép lấy dầu, bã vẫn cịn hàm lượng protein cao chính vì thế
người ta sử dụng nó như nguồn thức ăn giàu đạm để nuôi gia súc, gia cầm.
Ở nhiều nước phát triển người ta cịn sử dụng đậu nành vào các ngành cơng
nghiệp khác như chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân
tạo, chất đốt lỏng, dầu bơi trơn trong ngành hàng khơng.
Ngồi ra đậu nành cịn có tác dụng tích cực trong việc cải tạo đất nhờ khả năng cố
định đạm của bộ rễ [10].
Tuy có gía trị cao nhưng quy trình chế biến sản phẩm từ đậu nành phải tuân thủ
nhiều giải pháp công nghệ khá nghiêm ngặt vì đặc thù thành phần hóa học của hạt.
2.1.2 Thành phần hoá học của đậu nành và vấn đề hình thành mùi

Hạt đậu nành gồm có ba bộ phận chính: vỏ, phơi và lá mầm. Thành phần hóa học
quan trọng gồm protein, lipide, glucide và khống chất, trong đó protein chiếm tỉ lệ cao
nhất.
2.1.2.1 Thành phần hố học và một số đặc tính nổi bật
Trên phương diện hóa học, mỗi thành phần của hạt đậu nành cùng với đặc tính
của chúng đều có ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất.


4

Bảng 2.1: Thành phần của các hợp phần trong hạt đậu nành (% so với khối lượng
chất khô của hạt)[12].
Thành phần
hóa học

Protein

Lipid

(Nx6,25)

Glucid

Khống

Tổng

(Cả xơ)

Thành

phần hạt
Lá mầm

43

23

29

5

90

Vỏ

8,8

1

86

4,3

8

Trụ dưới lá mầm

41

11

43

4,4

2

Hạt ngun

40

20

35

4,9

100

Với tỉ lệ cao nhất, protein đậu nành có khá nhiều đặc tính ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm.
™ Protein đậu nành và các đặc tính chung
Trong lá mầm, protein tồn tại dưới dạng thể hình cầu đường kính 2 – 10 µm.
Globulin 7S (β-conglycynine) và 11S (glycinine) là hai loại protein chính trong đậu
nành, có nhiệt độ biến tính lần lượt là 63 – 680C và 80 – 880C [58]. Hai hợp phần này
có thể được tách riêng bằng cách sử dụng ion H+ hay Ca2+. Một số đặc điểm của chúng
sẽ được trình bày trong phụ lục 1.
Với cấu tạo là hai hợp phần trên, protein đậu nành có các đặc tính chức năng
chính như: tính tan - sự hydrat hóa, sự tạo gel, tạo bọt, tạo nhũ… Trong phạm vi đề tài
này, chúng tôi sử dụng chủ yếu khả năng tạo gel của protein từ dịch sữa để tạo sản

phẩm lên men đặc trưng giàu dinh dưỡng.
Protein được tập hợp bởi nhiều acid amin nên trong phân tử protein chứa đồng
thời các nhóm acid (-COOH) và nhóm bazơ (-NH2). Trong mơi trường acid sự phân ly
của các nhóm acid bị kìm hãm nên phân tử protein tích điện dương. Ngược lại trong


5

mơi trường bazơ sự phân ly của các nhóm bazơ bị kìm hãm nên protein tích điện âm.
Như vậy sẽ có một giá trị pH mà tại đó phân tử protein trung hoà về điện và người ta
gọi giá trị pH đó là pH đẳng điện (pHI). Ở pH = pHI các phân tử protein trung hoà về
điện nên chúng có thể kết hợp thành tập hợp lớn và kết tủa. Điểm đẳng điện của protein
đậu nành là 4,5 và đây là cơ sở cho những ứng dụng protein đậu nành.
Protein trong đậu nành một số mang tính kỵ nước dù gần 90% tổng lượng protein
có khả năng hồ tan trong nước nên tính hồ tan khá phức tạp. Tính tan của protein đậu
nành phụ thuộc nhiều vào pH môi trường, giá trị pH càng xa pHI protein càng dễ hòa
tan. Ở pH = 7, 85% protein trong đậu nành hồ tan (globulin); pH = 3,7 – 5,2, protein ít
hồ tan.
Protein đậu nành chứa đầy đủ và cân đối các acid amin khơng thay thế vì thế rất
có giá trị cho cuộc sống con người (phụ lục 2).
Protein trong đậu nành cịn có các enzyme và các chất kìm hãm enzyme. Hệ
enzyme hiện diện trong đậu nành thường bao gồm: allantoinase, amylase, ascorbicase,
chalcone-flavanone isomerase, coenzyme Q… trong đó đáng chú ý nhất là
lipoxygenase, đây là enzyme oxi hoá tác động lên acid béo đơn giản đặc biệt là acid
linoleic, tạo mùi khó chịu cho sản phẩm [35].
Ngồi ra trong hạt đậu nành còn chứa một lượng nhỏ các hợp chất như: fitat,
saponin, các chất phản vitamin… Về phương diện dinh dưỡng thì các hợp chất này
cũng như các chất kìm hãm enzyme và một số oligosaccharide khác khơng có lợi và
đơi khi cịn là chất độc. Do vậy thường người ta phải làm biến tính chúng bằng gia
nhiệt hoặc loại trừ bằng phương pháp chiết [12].

™ Lipide
Lipide đậu nành được biết có khá nhiều loại acid béo hàm lượng cao (phụ lục 3),
đặc biệt là các acid béo không no, chúng rất dễ bị oxi hóa bởi chính nguồn enzyme nội
tại dồi dào tạo ra những hợp chất hình thành mùi khó chịu của đậu nành.


6

™ Hydratcacbon
Hydratcacbon chiếm khoảng 34% hạt đậu nành chia làm hai loại tan và không tan
trong nước. Loại tan trong nước chỉ chiếm 10% nhưng lại ảnh hưởng rất lớn đến cơng
nghệ lên men (phụ lục 4).
Ngồi ra, hàm lượng khoáng chất và vitamin trong đậu nành cũng rất phong phú
(phụ lục 5).
Do hạt có cấu tạo đặc thù, việc phá vỡ cấu trúc hạt thu dịch sữa phải tuân thủ quy
trình cơng nghệ nghiêm ngặt để giảm thiểu ảnh hưởng khơng mong muốn của những
thành phần hoạt tính cao.
2.1.2.2 Lipoxygenase (LOX) và hoạt động gây mùi
Hiện nay, người ta biết rằng mùi khó chịu của đậu nành là do hoạt động của
enzyme lipoxygenase có sẵn trong loại nguyên liệu này.
Lipoxygenase (E.C.1.13.11.12) là protein thuộc nhóm 7S của protein đậu nành, có
nhiệt độ biến tính vào khoảng 63 – 680C [58], là một dioxyzenase mang Fe thúc đẩy
oxi hố nhóm methylen của các acid béo khơng bão hồ và các ester của chúng như
acid linoleic, linolenic. LOX có nhiệt độ hoạt động khoảng 35 – 400C, pH tối ưu là 8,5.
LOX có thể tác dụng đến màu sắc, mùi vị và tính chất của các protein. LOX hoạt động
khi mơ bào bị tổn thương, phóng thích acid béo ra ngồi.
LOX sẽ chuyển cơ chất của nó thành các dẫn xuất hydroperoxide qua ba bước: 1:
hoạt hóa; 2: lấy một proton từ nhóm methylene của cơ chất; 3: gắn oxi tự do vào cơ
chất. Sản phẩm tạo thành tiếp tục bị phân huỷ bởi hydroperoxide lyase, hydroperoxide
isomerase, tạo thành hàng loạt hợp chất phân tử lượng thấp khác như: aldehyde,

ketone, alcohol, ... đặc biệt là hỗn hợp của hexanal sẽ hình thành mùi khó chịu của đậu
nành.


7

Hình 2.1: Cơ chế oxi hóa acid linoleic của LOX sản sinh
13-hydro-peroxy-cis-9, trans-11-octadecadienoic (13-HPOD) [41].
LOX là một enzyme có hoạt động tương tự như hiện tượng tự oxy hoá của các
acid béo khơng bão hồ. Tuy nhiên LOX có khả năng chọn lựa và tấn công cơ chất đã
chọn. Trong đậu nành có ít nhất 3 loại isoenzyme nhưng chỉ có LOX-1 và cơ chất của
nó, acid linoleic được quan tâm nhiều nhất. Chuỗi cis, cis 1 – 4 pentadeine của linoleic
có chứa một nhóm methylen tại vị trí 8 tính từ đầu methyl của chuỗi và đây là điều
kiện rất tốt cho hoạt động LOX, sản phẩm oxy hoá thường là các đồng phân
hydroperoxyde 9 và 13. Còn lại, hầu hết acid béo đều bị oxy hoá tại vị trí C6 ngoại trừ
acid linolenic có thể bị tấn cơng tại C6 lẫn C10.
Trong q trình oxy hố lipid cịn có sự hiện diện của sắt, có vai trị chuyển tải
electron khi kết hợp oxy vào acid béo không bão hồ có chứa nhóm cis, cis 1 – 4
pentadeine.
Trước khi hoạt động, LOX phải biến đổi thành dạng đã oxy hố (mang Fe3+). Sau
đó, LOX thúc đẩy q trình di chuyển H+ của nhóm methylen của acid linoleic hoặc
acid linolenic. Gốc tự do được tạo thành và LOX được khử thành dạng bình thường.
Sau đó dưới điều kiện vi hiếu khí hoặc kỵ khí các phản ứng dây chuyền khác sẽ tiếp tục
và các hydroperoxyde tạo thành các sản phẩm gây mùi.


8

Hiện tượng LOX là nguyên nhân gây ra mùi khó chịu đã khiến việc ức chế chúng
trở thành một vấn đề lớn đối với các sản phẩm có chứa chất béo. LOX có thể bị ức chế

bởi nhiều cách khác nhau như: sử dụng chất chống oxy hoá, thay đổi pH hoặc tác dụng
nhiệt. Tuy nhiên, đối với các sản phẩm chứa protein như đậu nành thì việc tác dụng
nhiệt có tác dụng bất lợi đến khả năng ly trích và tính chất của protein. Ví dụ 99%
LOX có thể bị ức chế khi đưa nhiệt độ đến 910C hoặc cao hơn nhưng chỉ còn thu được
70% hàm lượng protein [33].
2.1.3 Sự tạo gel của potein đậu nành
Một cách tổng quát sự hình thành mạng lưới gel protein phụ thuộc vào sự cân
bằng giữa liên kết protein – nước và liên kết protein – protein.
Để tạo gel, nhất thiết phải xử lý nhiệt để protein bị biến tính. Với các liên kết
trong protein: liên kết hydrogen, tương tác tĩnh điện, liên kết disulfur…, chúng bền ở
nhiệt độ thấp nhưng không bền ở nhiệt độ cao. Ngược lại, tương tác kỵ nước lại không
bền ở nhiệt độ thấp mà bền ở nhiệt độ cao. Do vậy khi đun nóng dung dịch sữa, các
liên kết hydrogen bị cắt đứt, có sự giãn mạch một phần để lộ các nhóm kỵ nước lên bề
mặt tạo điều kiện cho tương tác kỵ nước giữa các protein. Từ đó sẽ tạo thành khối kết
tụ và khi dung dịch được làm nguội sẽ tạo thành gel. Loại gel này cần có nồng độ dung
dịch cao để tạo thành.
Tuy nhiên việc tạo gel trong dung dịch còn phụ thuộc vào khả năng lại gần nhau
của protein. Với sữa đậu nành, do có nồng độ thấp nên khi đun sôi protein giãn mạch
và ở trạng thái tan. Các protein vẫn tích điện khá cao tạo lực đẩy tĩnh điện mạnh khơng
cho chúng lại gần nhau. Có thể giảm lực đẩy bằng các dung dịch muối để trung hoà các
điện tích, dùng ion như cầu nối giữa các phân tử hoặc bằng cách giảm pH [58].
Khi nồng độ protein trong dung dịch tương đối cao (≥ 5% P/ V), sự tạo gel xảy ra
khi đun nóng ở pH gần trung tính. Trước hết độ nhớt của dung dịch này sẽ tăng cao
(trạng thái “tiền gel”). Khi lực ion còn thấp trạng thái này xuất hiện ở nhiệt độ 7000C


9

trở đi và tương ứng với sự giãn mạch của β-conglycinine. Khi lực ion có giá trị cao
phải ở nhiệt độ cao hơn mới xuất hiện sự tăng độ nhớt.

Vấn đề độ chặt của gel, khi nồng độ muối xử lý tăng, độ chặt gel sẽ giảm do ảnh
hưởng của lực ion lên cấu trúc bậc 2 và bậc 4. Độ chặt này cũng giảm đi khi bị xử lý
nhiệt mạnh. Vì thế tùy dung dịch, nồng độ protein tương đối cao, ta sẽ thu được gel có
độ chặt cao khi gia nhiệt ở 800C. Tuy nhiên độ chặt này lại giảm đi ở 1200C do một số
liên kết phân tử bị phá vỡ. Cần lưu ý là thời gian xử lý nhiệt cũng có ảnh hưởng đến
kết cấu gel.
Gel của glycinin chặt hơn và đàn hồi hơn so với β-conglycinin. Có thể do độ bền
của phân tử glycinine cao hơn và độ bền gel còn được củng cố bằng các liên kết S-S
liên phân tử. Đối với glycinin độ chặt của gel cực đại đạt được ở 800C và nhiệt độ cao
không phá huỷ được gel của loại protein này. Tuy nhiên, gel glycinin chỉ được hình
thành ở nồng độ và nhiệt độ cao hơn so với β-conglycinin.
Bằng cách acid hoá (ở pH 5,5) hay bằng cách thêm ion canxi vào dung dịch
protein đậu nành, người ta có thể thu các khối protein đông tụ. Các khối đông này kém
chặt hơn các gel thu được bằng phương pháp nhiệt. Các khối đông bằng canxi đàn hồi
hơn do liên kết ion giữa canxi với các nhóm carboxyl. Khi gia nhiệt các khối đông đã
thu được bằng phương pháp canxi hay bằng pH đẳng điện, các mạch polypeptid sẽ bị
giãn ra và hình thành mạng lưới protein 3 chiều. Nồng độ canxi tối ưu tăng theo nồng
độ protein.
Quá trình tạo gel cũng có thể được thực hiện bằng những phương pháp khác: kìm
hố rồi trung hịa, thuỷ phân nhẹ protein, thêm vào dung dịch các dung môi tan trong
nước như alcohol hay glycol.
Cả glycinine và β-conglycinin đều biến tính khi hồ vào hỗn hợp nước – alcohol
với nồng độ alcohol lớn hơn 20%. Khi tính kỵ nước của alcohol tăng, sự dãn mạch xảy
ra nhanh hơn và độ chặt của gel cũng tăng theo. Điều này có thể do các liên kết kỵ
nước giữa dây R của alcohol và các acid amin không phân cực. Điều này chỉ xảy ra khi


10

nồng độ protein lớn hơn 8%. Tuy vậy khi nồng độ rượu cao hơn 40% thì xảy ra hiện

tượng đơng tụ nhưng không tạo gel, do hoạt độ nước giảm đi nên các liên kết protein nước bị thay thế bằng liên kết protein – protein
Người ta cũng nghiên cứu tạo gel từ các tiểu đơn vị của glycinin đậu nành và của
các thành phần 11S của các loại cây họ đậu khác, kết hợp các tiểu đơn vị này theo
những tỉ lệ khác nhau để thu được nhiều loại gel khác nhau [12].
2.1.4 Sản phẩm từ đậu nành và các phương pháp thu dịch sữa
Sữa đậu nành là nguồn nguyên liệu chủ yếu của ngành công nghiệp thực phẩm,
việc ly trích dịch sữa thực hiện nhờ một số phương pháp:
™ Các phương pháp thu dịch sữa:
Từ lâu người ta biết rằng, dịch sữa đậu nành ly trích theo phương pháp truyền
thống mang nặng mùi là nguyên nhân chính hạn chế việc sử dụng nguồn ngun liệu
q giá này.
Chính vì thế, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, từ đầu những năm 20
của thế kỷ trước đã có nhiều nghiên cứu để giảm bớt mùi đậu trong sản phẩm. Tuy đã
có rất nhiều phương pháp được đề nghị nhưng chỉ có một vài phương pháp được nhiều
người sử dụng rộng rãi (bảng 2.2)


11

™ Một số sản phẩm từ đậu nành
Từ đậu nành, người ta chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau
- Sữa đậu nành: một trong những sản phẩm xuất hiện đầu tiên được làm từ đậu
nành bằng cách xay đậu đã qua ngâm và gia nhiệt dịch lọc
- Đậu hũ: sản phẩm ép loại nước dịch sữa đông tụ bởi tác nhân gây đông.
- Chao: dạng bánh, nước, vi sinh vật có thể là mốc (Mucor hiemalis, M.silvaticus)
hoặc vi khuẩn (Bacillus subtilis)
- Nước chấm: đậu nành qua hai giai đoạn thủy phân và chín tới tạo hương. Hệ vi
sinh vật sử dụng: Asp.orizae, Pediococcus halophilus, Sac.rouxii
- Tương: sản phẩm còn nguyên hạt sau khi lên men
- Dầu đậu nành: thu bằng phương pháp ép hoặc trích ly

- Bột sữa đậu nành có thể thu được bằng cách sấy phun dịch sữa cô đặc
- Bột dinh dưỡng: là bột sữa đậu nành phối hợp với một số chất dinh dưỡng khác
- Sữa chua đậu nành: là sản phẩm dùng dịch sữa đậu nành cho lên men, sản phẩm
ngoài giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp hệ vi sinh vật đường ruột giúp tiêu hố tốt cịn
có giá trị sinh học đặc trưng của đậu nành rất tốt cho sức khoẻ con người
Một số sản phẩm khác ứng dụng tính chất của protein đậu nành như phụ gia thực
phẩm. Ngoài ra đậu nành cũng có thể sử dụng trong các ngành cơng nghiệp khác


12

Bảng 2.2: Một số phương pháp sản xuất dịch sữa đậu [3,40].
Phương pháp

Truyền thống

Thực hiện

Illinois 1976

Instoy 1997

Nảy mầm 3 ngày

Đậu nành

Đậu nguyên hoặc
bóc vỏ

Đậu nguyên hoặc

bóc vỏ

Đậu nành

Ngâm

Chần với kiềm

Chần với kiềm 2
lần

Ngâm mước ấm
(500C/3h)

Xay lạnh

Xay lạnh

Xay nóng

Ươm mầm
T = 250C, t = 72h

Nấu

Nấu, Lọc

Lọc

Tách vỏ để ráo

nước

Nấu

Lọc

Đồng hóa

Protein thu hồi Cao
Mùi đậu

Rất mạnh

Đồng hóa

Thanh trùng
(1210C/15’)

Rất cao

Vừa đến rất cao

Cao

Giảm

Khơng

Đặc trưng (mất mùi
ngái)

Cảm giác

Mịn

Lợn cợn

Mịn

?

Cao

Giảm

Thấp

Cao

miệng
Hàm lượng
đường đơn


13

2.2 VI KHUẨN LACTIC VÀ QUÁ TRÌNH LÊN MEN
Vi khuẩn lactic có vai trị rất quan trọng trong lên men tạo sản phẩm
2.2.1 Hệ vi khuẩn lactic và giống vi sinh vật lên men sữa chua đậu nành
Giống như sữa chua, sữa chua đậu nành cũng sử dụng khuẩn lactic làm tác nhân

đơng tụ sữa trong q trình lên men
2.2.1.1 Hệ vi khuẩn lên men lactic
a. Vị trí phân loại
Vi khuẩn lactic được xếp vào các nhóm giống và giống phụ sau:

Hình 2.2: Phân loại vi khuẩn lactic [2]
b. Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic
Nhìn chung, vi khuẩn lactic được xếp vào hệ vi sinh vật có lợi, thường dùng để
sản xuất chế phẩm probiotic quý giá cho sức khỏe con người, gồm hai nhóm chính: cầu
khuẩn và trực khuẩn, dạng hình cầu, nối nhau thành chuỗi hay hình que ngắn xếp đơi.
Đa số tế bào lactic khơng có khả năng di động, khơng tạo bào tử, thuộc nhóm Gram
dương, kị khí tuỳ ý.
Trong tự nhiên, vi khuẩn lactic sống hoại sinh nhờ nguồn protein, hydratcacbon,
acid amin từ xác động thực vật. Biên độ nhiệt phát triển thích hợp từ 10 – 400C. Trong
công nghiệp, do nhu cầu dinh dưỡng phức tạp, vi khuẩn lactic không thể phát triển trên
mơi trường thuần khiết chứa khống, glucose, amon, mà phải cần hàng loạt vitamin
nhóm B, H, acid folic, acid nicotinic và các acid amin khác.


14

Trong cơng nghệ lên men, vi khuẩn lactic có thể lên men dễ dàng các loại đường
đơn (glucoza, galactoza, manoza…). Đường kép (sacaroza, mantoza, lactoza…) được
đồng hoá chọn lọc hơn. Còn polysaccharide (dextrin, tinh bột, …) chỉ được lên men
lactic bởi một số loại vi khuẩn.
Mặt khác, vi khuẩn lactic thường đòi hỏi nguồn dinh dưỡng đạm hữu cơ. Chỉ có
một số ít lồi có khả năng sinh trưởng trên môi trường đạm vô vơ là nguồn đạm duy
nhất. Chúng cũng thường đòi hỏi một số chất sinh trưởng. Một số loại vi khuẩn lactic
(L.leichmannii, L. casei, L. rabinous…) có tính mẫn cảm rất cao đối với những chất
sinh trưởng nào đó và vì thế loại này được dùng để định lượng các chất sinh trưởng

này.
Ngoài ra, vi khuẩn lactic còn sống cộng sinh rất chặt chẽ. Mặc dù cạnh tranh
nhưng lại hỗ trợ nhau rất tốt trong quá trình sinh trưởng. Khi sử dụng hệ công sinh các
vi khuẩn lactic sẽ cho năng suất, sản phẩm tốt hơn khi chúng sống riêng rẽ.
2.2.1.2 Giống vi sinh vật sử dụng trong sữa chua đậu nành
Trong công nghiệp sản xuất sữa chua, sữa chua đậu nành người ta thường dùng
Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus, chúng có một số đặc điểm
sau:
™ Lactobacillus bulgaricus (L. bulgaricus)
L. bulgaricus là vi khuẩn Gram dương, có khả năng tạo lớp vỏ nhầy, lên men các
loại đường như glucose, lactose, galactose, khơng có khả năng lên men xylose,
arabinose, sorbose,… nhiệt độ phát triển tối ưu là 45 – 500C, sinh ra acetaldehyde tạo
mùi hương cho sản phẩm.

Hình 2.3: L. Bulgaricus [ 49].