Tài liệu Nghiên cứu sản xuất sữa chua bổ sung carrageenan

i LỜI CÁM ƠN Sau thời gian dài học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành đề tài này với sự giúp đỡ tận tình từ các quý thầy cô giáo, gia đình và bè bạn. Qua đây tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ thực phẩm cùng các thầy cô trong Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Đỗ Văn Ninh đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Tôi xin cám ơn các thầy, cô giáo, cán bộ Trung Tâm Thí Nghiệm của trường đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập tại phòng thí nghiệm. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình đã tạo điều kiện về tinh thần và vật chất giúp tôi hoàn thành đề tài này. Tôi xin chân thành cám ơn các bạn đã luôn bên tôi trong những lúc gặp khó khăn trong nghiên cứu và học tập. Nha Trang, tháng 7 năm 2012 Sinh viên thực hiện Lê Thị Mừng ii MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN .........................................................................................................i MỤC LỤC..............................................................................................................ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT ......................................................................iv DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................v DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................vi LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................3 1.1. KHÁI QUÁT VỀ CARRAGEENAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ................3 1.1.1. Nguồn ngốc ............................................................................................3 1.1.2. Đặc điểm cấu tạo, tính chất và ứng dụng của Carrageenan ......................4 1.1.2.1. Đặc điểm cấu tạo ..........................................................................4 1.1.2.2. Tính chất hóa học..............................................................................8 1.1.2.3. Ứng dụng của carrageenan ..............................................................10 1.1.2.4. Phân biệt Carrageenan và các chất khác .........................................12 1.2. GIỚI THIỆU VỀ SỮA CHUA VÀ SẢN XUẤT SỮA CHUA ....................14 1.2.1 Khái niệm chung ....................................................................................14 1.2.2. Giá trị dinh dưỡng của sữa chua ............................................................15 1.2.3. Qúa trình lên men lactic ........................................................................17 1.2.3.1. Lịch sử của quá trình lên men lactic ................................................17 1.2.3.2. Đặc điểm của vi khuẩn lactic...........................................................18 1.2.3.3. Cơ chế của quá trình lên men lactic.................................................18 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……….......24 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .....................................................................24 2.1.1. Nguyên liệu .............................................................................................24 2.1.1.1. Carrageenan .......................................................................................24 2.1.1.2. Sữa đặc có đường ...............................................................................24 2.1.1.3. Nước ..................................................................................................24 2.1.1.4. Chủng vi khuẩn lactic.........................................................................25 2.1.2. Bao bì.......................................................................................................25 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................25 iii 2.2.1 Các phương pháp phân tích ....................................................................25 2.2.2. Quy trình dự kiến ..................................................................................25 2.2.3. BTTN thăm dò ảnh hưởng của công đoạn pha loãng đến chất lượng sản phẩm……………………………………………………………………………………………………………27 2.2.4. BTTN thăm dò ảnh hưởng của nồng độ carrageenan bổ sung đến chất lượng sản phẩm ..............................................................................................28 2.2.5. Bố trí thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong công đoạn phối trộn…. ............................................................................................29 2.2.6. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian lên men .........................................30 2.2.7. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan..........................................31 2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu. ....................................................................34 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................35 3.1. Kết quả thăm dò ảnh hưởng của công đoạn pha loãng đến chất lượng sản phẩm. .................................................................................................................35 3.2. Kết quả thăm dò ảnh hưởng của nồng độ carrageenan bổ sung đến chất lượng sản phẩm. ...........................................................................................................37 3.3. Kết quả thí nghiệm bố trí theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong công đoạn phối trộn............................................................................................39 3.4. Kết quả xác định thời gian lên men..............................................................45 3.5. Đề xuất quy trình thực nghiệm sản xuất sữa chua bổ sung carrageenan .......48 3.5.1. Quy trình sản xuất .................................................................................48 3.5.2. Thuyết minh quy trình...........................................................................49 3.6. Đánh giá chất lượng của sản phẩm. .............................................................51 3.7. Sơ bộ tính giá thành sản phẩm. ....................................................................53 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ..................................................................54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................55 PHỤ LỤC.............................................................................................................56 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT VK : Vi khuẩn CPVK : Chế phẩm vi khuẩn BTTN : Bố trí thí nghiệm TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TB : Trung bình TV : Thành viên TL : Tỉ lệ ĐCQ : Điểm cảm quan v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau ......................8 Bảng 1.2. Tính chất tạo gel khác nhau của các loại Carrageenan .............................9 Bảng 1.3. Cơ cấu thị trường tiêu thụ carrageenan năm 2006 .................................12 Hình 2.5. Sơ đồ BTTN xác định thời gian lên men. ...............................................31 Bảng 2.1. Tiêu chuẩn chất lượng quy định cấp chất lượng.....................................32 Bảng 2.2. Các chỉ tiêu cảm quan của sữa chua.......................................................32 Bảng 2.3. Các chỉ tiêu vi sinh của sữa chua không xử lý nhiệt. ..............................32 Bảng 2.4 Bảng điểm cảm quan các chỉ tiêu của sản phẩm sữa chua bổ sung Carrageenan...........................................................................................................33 Bảng 3.1. Đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm với tỉ lệ phối trộn nước/sữa đặc khác nhau. .......................................................................................................35 Bảng 3.2. Đánh giá chất lượng cảm quan về trạng thái của sản phẩm với nồng độ carrageenan khác nhau...........................................................................................37 Bảng 3.4. Kết quả phân tích ANOVA thực nghiệm cho công đoạn phối trộn .........41 Bảng 3.4. Các giải pháp tối ưu...............................................................................43 Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra thực nghiệm đánh giá cảm quan sản phẩm. .................45 Bảng 3.6. Điểm cảm quan của sản phẩm với thời gian lên men khác nhau............46 Bảng 3.7. Xác định pH của sữa chua (sử dụng máy đo pH) ...................................51 Bảng 3.8. Xác định protein tổng số trong sản phẩm theo phương pháp Kjeldahl. ...........51 Bảng 3.9. Xác định độ acid của sản phẩm..............................................................51 Bảng 3.10. Đánh giá cảm quan chung sản phẩm sữa chua bố sung Carrageenan....52 Bảng 3.11. Chi phí nguyên vật liệu để sản xuất 1.000 hủ sữa chua Carrageenan ....53 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Rong sụn.....................................................................................3 Hình 1.2. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan. ....................................7 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến.............................................................26 Hình 2.2. Sơ đồ BTTN xác định tỉ lệ pha loãng. .......................................28 Hình 2.3. Sơ đồ BTTN xác định tỉ lệ carrageenan.....................................29 Hình 2.4. Sơ đồ BTTN xác định tỉ lệ phối trộn. ........................................30 Hình 3.2. Điểm cảm quan của sản phẩm khi bổ sung carrageenan với các tỉ lệ khác nhau. ............................................................................................38 Hình 3.3. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ carrageenan và tỉ lệ vi khuẩn đến điểm cảm quan.........................................................41 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các yếu tố đến điểm cảm quan của sản phẩm. ..................................................................42 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình thực nghiệm. ....................................................48 1 LỜI MỞ ĐẦU Từ xa xưa quá trình lên men lactic đã được con người biết đến ứng dụng như một hình thức lên men tự phát để chế biến, bảo quản thực phẩm có nguồn gốc từ ngũ cốc, thịt, cá, rau quả và sản xuất đồ uống. Ngày nay một trong những ứng dụng quan trọng của lên men lactic là tạo ra các sản phẩm lên men giàu dinh dưỡng và có tác dụng chữa bệnh cao có nguồn gốc từ nguyên liệu động vật và thực vật. Như sản phẩm sữa chua có nguồn gốc phương Tây đến nay đã trở thành món ăn ưa thích ở khắp mọi nơi, ngay cả Việt Nam. Sữa chua là sản phẩm được xếp hạng trong 10 thực phẩm bổ dưỡng nhất thế giới. Sữa chua không chỉ là món ăn ngon miệng, cung cấp nhiều dưỡng chất mà còn là một sản phẩm Probiotics có khả năng giúp con người tăng cường hệ miễn dịch, ngăn ngừa bệnh tật, cải thiện hệ tiêu hóa…Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại sữa chua khác nhau đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng về màu sắc hương vị khác nhau. Tuy nhiên, khi sản xuất sữa chua luôn gặp phải vấn đề về độ đồng nhất trong thời gian bảo quản, thực tế cho thấy có những hộp sữa chua thành phẩm rất sánh ngay cả khi ở điều kiện thường một số khác thì ngược lại. Vì vậy đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng các chất ổn định cho sữa chua như pectin, gelatin,…nhưng chưa đạt được kết quả mong muốn, độ đồng nhất của sữa chua chưa cao và sữa chua có thể bị phân lớp trong thời gian bảo quản. Carrageenan tách chiết từ nguồn rong sụn (Kappahycus alvarerii) sẵn có ở Việt Nam đã được xem là một trong những phụ gia trong công nghệ thực phẩm và phi thực phẩm để làm chất đồng hóa, ổn định, tạo gel, tạo độ nhớt, tạo kết cấu,…đồng thời tạo cho sản phẩm một số tính chất chức năng như cung cấp năng lượng, tăng như động ruột… Xuất phát từ vấn đề trên, được sự đồng ý của Khoa Chế Biến – Đại Học Nha Trang, tôi bước đầu triển khai đề tài: “Nghiên cứu sản xuất sữa chua bổ sung Carrageenan”. 2 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu xác định nồng độ Carrageenan thích hợp và các yếu tố công nghệ khác nhằm nâng cao chất lượng cảm quan của sản phẩm sữa chua. Nội dung của đề tài:  Xác định công thức phối chế nguyên liệu để sản xuất sữa chua.  Xác định thời gian lên men.  Đề xuất quy trình sản xuất Sữa chua bổ sung Carrageenan.  Sơ bộ tính giá thành sản phẩm. Ý nghĩa khoa học.  Tìm được nồng độ Carrageenan sử dụng để bổ sung vào sữa chua, nhằm cải thiện giá trị cảm quan cho sữa chua.  Đưa ra quy trình sản xuất sữa chua bổ sung Carrageenan đạt giá trị thương phẩm. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài  Đa dạng hóa các chất ổn định trên thị trường, nhất là trên lĩnh vực thực phẩm và các sản phẩm từ sữa.  Tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có, tăng giá trị sử dụng của cây rong, góp phần phát triển ngành sản xuất và tinh chế Carrageenan ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. Bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu nhằm vận dụng lý thuyết đã học vào thực hành. Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô cùng tất cả các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Nha Trang, tháng 7 năm 2012 Sinh viên thực hiện Lê Thị Mừng 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ CARRAGEENAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ 1.1.1. Nguồn ngốc [11] Nguyên liệu sản xuất Carrageenan là các loại rong đỏ, rong sụn. Rong đỏ thường có ở Canada, Tây Phi, Indonesia, Malaysia, Philipines. Ở Việt Nam nguồn rong sụn được chú trọng phát triển hơn. Rong sụn có tên thương mại là Cottonii, ký hiệu là KA thuộc : Ngành : Rhodophyta Lớp : Rhodophyceae Phân lớp: Florideophycidae Bộ: Gigartinales Họ: Areschougiaceae Giống: Kappaphycus Loài: Alvarerii Hình 1.1. Rong sụn (Kappaphycusalvarezii) Rong sụn là loài rong phát triển rất nhanh, tốc độ tăng trưởng khoảng 3-6% ngày. Sản lượng có thể đạt 30 tấn khô/hecta/năm. Năm 2003 tổng sản lượng trên thế giới (chủ yếu là Philipine, Indonesia, Tanzania) đạt khoảng 150 nghìn tấn khô. Ở Việt Nam, từ giữa năm 2003 đến 2004, sản lượng rong sụn xuất khẩu đạt khoảng 1.000 tấn khô (chủ yếu do các công ty ở Ninh Thuận, Khánh Hòa, Phú Yên xuất khẩu), 6 tháng đầu năm 2005, sản lượng xuất khẩu tăng vọt lên khoảng 2000 tấn khô, giá xuất khẩu tăng từ 50USD lên 700USD/tấn FOB. Chất lượng của rong sụn Việt Nam hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu của thị trường thế giới cho công nghiệp sản xuất Kappa-Carrageenan. Theo ghi nhận của các nhà khoa học, trong rong sụn có nhiều axit amin không thay thế, các khoáng chất đa lượng và vi lượng, các hợp chất hoạt động sinh học rất cần thiết và bổ dưỡng đối với con người. Một trong những bí quyết sống lâu của người Nhật Bản là ăn nhiều rong biển. 4 Thành phần hóa học chủ yếu của rong sụn là Carrageenan, chiếm 40-50% trọng lượng rong khô. Hiện nay, các nước sản xuất carrageenan nhiều nhất là Philipin, Mỹ, Đan Mạch, Pháp… Năm 2001, tổng sản lượng Carrageenan trên thế giới là 42.390 tấn; trong đó Châu Âu chiếm 32%, Mỹ 21%, Châu Á - Thái Bình Dương 47%. 1.1.2. Đặc điểm cấu tạo, tính chất và ứng dụng của Carrageenan 1.1.2.1. Đặc điểm cấu tạo [5] Carrageenan là một loại colloid thuộc nhóm phycocolloid có cấu trúc mạch polymer mạch thẳng với liên kết luân phiên của β-D-galactopyranora qua liên kết 1,3 và α-D-galactopyranose qua liên kết 1,4. Các liên kết ở vị trí số 3 xuất hiện ở các gốc có 2 và 4 sunphat, gốc 2,6 disunphat, gốc 2,6 anhydrit và 3,6 anhydrit-2sunphat. Sunphat hóa ở vị trí số 3 không bao giờ có. Carrageenan tạo thành chủ yếu nhờ các mạch poly D-glactose bị sunphat hóa có phân tử lượng từ 500-700đvC kết hợp với nhau bằng liên kết β-1,4 và C-1,3 luân phiên nhau. Hợp phần cấu tạo của Carrageenan gồm có D-galactose (17 – 31%) còn L-galactose chiếm lượng nhỏ. Ngoài ra các thành phần của Carrageenan còn có H2SO4, Ca2+, và 3,6 anhydro-D-galactose. Dạng tồn tại trong tế bào rong đỏ của Carrageenan luôn gắn với Ca2+, K+, Na+ như R-(OSO3)2Ca, hoặc R-OSO3Na, ROSO3K (trong đó R là gốc hydro cacbon). Trong các công trình ban đầu thủy phân Carrageenan cho thấy có hai phân đoạn là kappa-Carrageenan và lamda-Carrageenan. Kappa được định nghĩa là phân đoạn kết tủa trong dung dịch KCl, trong khi lamda là phân đoạn tan trong dung dịch này. Về cấu trúc hóa học gần một nửa gốc đường trong kappa là 3,6 anhydro-Dgalactose trong khi lamda chứa ít hoặc không chứa gốc đường này. Các công trình nghiên cứu trong hai thập niên 60 và 70 cho thấy Carrageenan có nhiều cấu trúc khác nhau và do đó Carrageenan được định nghĩa theo các thuật ngữ cấu trúc hóa học. Người ta phân ra các loại Carrageenan là mu, nu, iota, lamda, theta và xi-Carrageenan. Các loại này chỉ khác nhau ở mức độ sunphat hóa, vị trí sunphat hóa, mức độ dehydrat hóa. Từ những loại tảo Đỏ 5 (Rhodophyceae) người ta đã phát hiện ra các loại Carrageenan khác nhau được trích ra từ chúng. Các loại chính gồm: iota-Carrageenan, lamda-Carrageenan, kappaCarrageenan.  Kappa-Carrageenan Là một loại polymer mạch ngắn xen kẽ giữa D-galactose-4-sunphate (Gal S) và 3,6-anhydro-D-galactose (Gal A). Cấu trúc phân tử kappa-Carrageenan là một vòng xoắn kép bậc 3.  Iota-Carrageenan Cũng giống như Kappa-Carrageenan nhưng gốc 3,6-anhydro-galactose lại ở vị trí carbon số 2. Iota-Carrageenan là Carrageenan có nhóm SO42- nhiều nhất, trong mạch phân tử, cấu trúc là vòng xoắn kép bậc 2, gel iota-Carrageenan có tính chất đàn hồi và mềm hơn so với Kappa-Carrageenan.  Lamda-Carrageenan Trong mạch phân tử, các đơn vị monomeric được xen kẽ với nhau, các đơn vị gồm D – galactose – 2 – sunphate (1,3) và D – galactose – 2,6 – disunphate (1,4). 6 Các phân đoạn này đều có tính đa phân tán, nhưng chúng khác nhau về thành phần ester sunphat và gốc quay quang. Lamda – Carrageenan có khối lượng phân tử cao và mạch dài hơn Kappa – Carrageenan. Thành phần này cũng phụ thuộc vào phương pháp, chế độ xử lý, nấu chiết và loại rong nguyên liệu. Ở Kappa – Carrageenan và Iota – Carrageenan các gốc D – galactose có hình thể 4C1, còn gốc 3,6–anhydro–D–galactose có hình thể 1C4. Trong Lamda – Carrageenan thì chỉ có D-galactose có hình thể 4C1. Các Carrageenan khác nhau về mức độ sunphate hóa, Kappa – Carrageenan thường được sunphate hóa một phần ở nhóm – OH của C6 ở gốc D – galactose và ở nhóm –OH của C2 ở cả 2 gốc. Trong đó Iota–Carrageenan thì nhóm OH ở C2 của gốc anhydro galactose luôn luôn được sunphate hóa còn gốc galactose chỉ được sunphate hóa 10% ở C2 và C6 và gốc kia thì chỉ một phần ở vị trí C2. Thị trường thế giới chủ yếu có 3 chủng loại Carrageenan là Kappa– Carrageenan, Lamda–Carrageenan, Iota-Carrageenan. Trong đó Kappa-Carrageenan chiếm thị trường phần lớn nhất (80%), Kappa–Carrageenan có cấu trúc gần giống với phân tử Agar. Kappa-Carrageenan có cầu 3,6-anhydro tại α–D–galactose, nhưng khác với Agar là lại có một gốc sunphate tại vị trí C4 của β–D–galactose. Bởi vậy Kappa–Carrageenan thường chứa nhiều sunphate hơn so với Agar (20-24% so với 4-6% trong Agar). Carrageenan được chia thành hai nhóm chính  Nhóm 1: Chứa các loại mu, nu, iota và các dẫn xuất lai giữa chúng. Các Carrageenan này tạo gel với ion K+ hoặc có thể xử lý kiềm để có tính chất tạo gel, chúng có đặc điểm là: gốc đường có liên kết 1,3 hoặc là không có nhóm sunfat hoặc chỉ sunfat hóa ở vị trí C4.  Nhóm 2: Chứa các loại lamda, xi, theta và các dẫn xuất lai giữa chúng. Nhóm này không có khả năng tạo gel ngay cả trước và sau khi xử lý kiềm. Đặc trưng cấu trúc của chúng là cả 2 loại gốc đường liên kết 1,4 và 1,3 đều có nhóm sunfat ở vị trí C2, tuy vậy cái sau thỉnh thoảng không có nhóm sunfat. Carrageenan có tính chất tạo gel đông giống như agar-agar nhưng sức đông kém hơn vì ảnh hưởng bởi lực đẩy tĩnh điện của các nhóm SO32-. Tuy nhiên trong 7 môi trường có canxi thì sức đông tăng lên rất lớn (800 – 1000 g/cm 2) do có sự tạo thành cầu nối liên kết canxisunphat giữa các phân tử Carrageenan trong dung dịch. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan mang tính chất thuận nghịch nó được thể hiện ở Hình 1.2 Hình 1.2. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan. [5] Hình 1.2 được giải thích như sau  Carrageenan ở thể dung dịch, phân tử hòa tan ở cấu trúc bậc 1, vô định hình.  Khi nhiệt độ bắt đầu hạ xuống, các sợi đơn lẻ hình thành xoắn kép với nhau nhờ liên kết hydro của oxy ở C6, tạo cấu trúc bậc 2, bậc 3, lúc này trong dung dịch có sự sắp xếp vô trật tự các phân tử vừa có cấu trúc bậc 1 vừa có cấu trúc bậc 2, tạo dung dịch có cấu trúc bậc 3.  Khi nhiệt độ lại tiếp tục hạ xuống, độ nhớt của dung dịch tăng cao, các xoẳn khép lại có xu thế định hướng liên kết với nhau qua các nhóm –OH mạch bên, tạo nên trạng thái ổn định, trật tự và ở trạng thái gel đông. Trường hợp có mặt Ca+ gel đông bền vững do tạo thành các cầu liên kết Canxi suphat giữa 2 phân tử carrageenan hoặc giữa các cặp xoắn kép. 8 1.1.2.2. Tính chất hóa học  Tính chất của một polymer [8] Carrageenan là một polymer mang điện tích âm, được hình thành trong quá trình đồng trùng hợp. Khi thêm vào dung dịch Carrageenan những chất điện phân thì dung dịch kém bền (độ nhớt giảm) thậm chí chỉ với những vết điện phân. Sự trương: Carrageenan hút nước mạnh và sự hút kèm theo trương phồng đáng kể tạo thành gel theo thời gian khi nó tiếp xúc với dung môi. Carrageenan là polysaccharide có cực nên trương nở trong dung môi có cực (nước).  Tính tan [8] Carrageenan tan trong nước nước đặc biệt là nước nóng, tuy nhiên tính tan còn phụ thuộc vào từng loại carrageenan điều này được thể hiện ở bảng sau Bảng 1.1. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau [8] KappaCarrageenan Môi trường Nước nóng Tan ở >700C IotaCarrageenan Tan ở >700C Nước lạnh LamdaCarrageenan Tan Tan trong các loại muối Sữa nóng Tan Tan Tan Sữa lạnh Không tan Không tan Phân tán dày Sữa lạnh (tetrasodium pyrophosphat Đặc hoặc tạo gel Đặc hoặc tạo gel Tạo độ đặc hoặc tạo gel Dung dịch đường Tan trong dung dịch lạnh và nước nóng Khó tan Tan trong dung dịch nóng Dung dịch muối Không tan trong dung Tan trong dung dịch nóng và lạnh dịch nóng Tan trong dung dịch nóng Dung dịch hữu cơ Không tan Không tan Không tan Kappa- carrageenan và lamda- carrageenan hòa tan trong dung dịch sucrose nóng ở nồng độ > 65% và ở nhiệt độ 70oC, trong khi iota- carrageenan không hòa tan dễ dàng trong dung dịch sucrose nóng ở bất cứ nhiệt độ nào. 9 Iota- carrageenan có thể chịu được nồng độ cao của các chất điện phân như là NaCl ở nồng độ 20-25%, trong khi Kappa- carrageenan sẽ bị kết tủa. Theo lý thuyết thì lamda- Carrageenan cũng có thể hòa tan được ở nồng độ muối cao, nhưng trên thực tế Lamda- carrageenan luôn luôn chứa đựng một phần kappa- carrageenan vì thế làm cho chúng kém tương thích với muối.  Tính chịu nhiệt [8, 9] Gel Carrageenan không bền với nhiệt, nhiệt độ nóng chảy của gel Carrageenan thấp hơn nhiều so với agar. Chúng tan chảy khi nhiệt độ tăng lên và tạo gel trở lại khi nhiệt độ lạnh đi. Nhiêt độ tạo gel của Kappa- carrageenan trong khoảng 35-65oC và nhiệt độ tan chảy khoảng 50-85oC. Ion K+ làm tăng nhiệt độ tạo gel của kappa- carrageenan và Ca2+ làm tăng nhiệt độ tạo gel của iota- carrageenan.  Sự tạo gel – sự keo hóa [8, 9] Khả năng keo hóa của Carrageenan nằm trung gian giữa agar và gelatin nhưng nó gần giống gelatin hơn. Sự hình thành gel của dung dịch Carrageenan là một quá trình nhiệt thuận nghịch, khi nhiệt độ cao hơn giá trị nhiệt độ tạo gel thì gel sẽ tan chảy (cân bằng bị phá vỡ). Tuy nhiên khoảng cách nhiệt từ trạng thái tạo gel đến tan chảy là một giá trị không đổi, một thí nghiệm cho biết giá trị này khoảng 5-22 0F. Khả năng tạo thành gel Carrageenan phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dung dịch, nồng độ dung dịch tạo gel và nhiệt độ tạo gel phụ thuộc vào loại và số lượng muối có trong dung dịch. Ngoài ra tính chất tạo gel còn phụ thuộc chủ yếu vào loại rong, độ nhớt và phụ thuộc rất lớn vào công nghệ trích chiết, phụ thuộc vào sự hình thành và phân bố các gốc galactose trong mạch polymer. Bảng 1.2. Tính chất tạo gel khác nhau của các loại Carrageenan [9] Sự tạo gel Gel chắc nhất Kappa Với K + Iota Lamda 2+ Với Ca Không tạo gel Giòn, dễ vỡ Đàn hồi Đông lại sau khi kéo Có Không Không Sự đông đặc Có Không Không Cấu trúc gel 10 Tính ổn định khi làm đông/ tan giá Không Có Có  Tính bền acid [3] Với hệ pH thấp cùng với sự tác dụng của nhiệt độ thì sự thủy phân carrageenan xảy ra nhanh hơn do gel carrageenan kém bền trong môi trường acid. Trong môi trường acid yếu Carrageenan chuyển thành Carrageenic acid ROSO3H7, còn trong môi trường kiềm Carrageenan bị khử bởi gốc –SO3- và hình thành liên kết anhydro.  Độ nhớt [4] Độ nhớt của dung dich Carrageenan phụ thuộc rất lớn vào mạch polymer , khối lượng phân tử, nhiệt độ, các ion có mặt và hàm lượng Carrageenan. Trong đó đáng chú ý phải kể đến sự có mặt của các muối trong dung dịch. Độ nhớt dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.  Phản ứng tạo tủa Carrageenan là một polymer mang điện tích âm nên sẽ kết tủa trong các đại phân tử mang điện tích dương như: metylen xanh, safranine, mauvine, những phẩm màu azo, thiazo khác, tính chất này giống một vài alkaloid và protein  Một vài tính chất khác Carrageenan cho ba phản ứng màu đặc trưng: oerin, carbazol, diphenylamin. Tất cả các cation có trong polymer của Carrageenan có thể bị ion hóa như những muối monometallic, Carrageenan khi bị thủy phân cho các sản phẩm như: glucose, pentose, fructose, acid ketogluconic,… 1.1.2.3. Ứng dụng của carrageenan [12] Với các tính chất đặc trưng trên carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thực phẩm và phi thực phẩm.  Trong thực phẩm Carrageenan đóng vai trò là chất phụ gia quan trọng để tạo đông tụ, tạo tính mềm dẻo, đồng nhất cho sản phẩm và cho điểm nóng chảy thấp. 11 Carrageenan được dùng làm các món ăn trong thực phẩm như: làm món thạch nước uống. Trong sản xuất bánh mì, bánh quy, bánh cuốn… Carrageenan tạo sản phẩm có cấu trúc xốp và mềm. Trong sản xuất kẹo, carrageenan có tác dụng tăng độ chắc và độ đặc cho cây kẹo. Carrageenan còn được sử dụng trong các loại mứt… Trong các ứng dụng đầu tiên của carrageenan là dùng để tạo gel với protein của sữa. Trong ứng dụng này k-carrageenan tạo gel chủ yếu trong pha sữa và nó tác dụng với nhóm amino acid điện tích dương của protein ở lớp ngoài cùng của các mixen casein. Ở nồng độ rất nhỏ khoảng 150-250ppm, carrageenan có ý nghĩa ngăn ngừa sự phân tách của các sản phẩm sữa trong quá trình sản xuất và bảo quản. Các sản phẩm này bao gồm: kem, phomat, và các sản phẩm tráng miệng từ sữa. Trong sản phẩm chocolate milk, nồng độ carrageenan thấp có khả năng ngăn ngừa sự phân riêng và tạo ra một mạng lưới gel bền. Điều đó giúp cho quá trình duy trì các phần tử cacao ở trạng thái lơ lửng. Ngoài ra Carrageenan còn được dùng để trang trí các món ăn, các loại dầu giấm để trộn salad, món thịt đông có trứng. Carrageenan được ứng dụng để mạ băng cho sản phẩm đông lạnh nhằm giảm hao hụt trọng lượng do bay nước và giảm biến đổi chất lượng sản phẩm do oxy hóa.  Trong y dược Do carrageenan mang điện tích âm của gốc OSO3- nên có khả năng liên kết với protein qua gốc amin mang diện tích dương, dựa vào đặc tính này người ta điều chế thuốc chữa loét dạ dày và đường ruột: khi dạ dày bị loét, men pepsin (men thủy phân protein) cũng sẽ tấn công protein tại chỗ loét làm cho độ acid tăng lên, dẫn tới vết loét càng nặng hơn. Carrageenan tương tác với pepsin và ức chế tác dụng của nó.  Trong mỹ phẩm Carrageenan được sử dụng trong các loại kem như kem dưỡng da, trong các loại nước hoa… 12  Trong nghiên cứu Carrageenan là môi trường để nuôi cấy các loài vi sinh vật, môi trường cố định các loại enzyme, là chất xúc tác trong công nghiệp tổng hợp và chuyển hóa các chất khác. Từ carrageenan người ta đã khám phá phương pháp tạo chất đồng trùng hợp dùng như một chất trung gian, các chất này có thể ứng dụng để làm giảm sức ỳ cho tàu thuyền khi có sự tập trung huyền phù có độ đặc cao.  Trong các ngành khác: Carrageenan được dùng để sản xuất các sợi nhân tạo, sơn nước, phim ảnh, giấy viết… Nhờ các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt của Carrageenan mà nó được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm để làm chất đồng hóa, ổn định, tạo gel, tạo độ nhớt, tạo kết cấu trong sản xuất bánh mì, bơ sữa, đồ hộp uống, nước sốt… Carrageenan là một trong những phụ gia tốt nhất trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác, danh mục các ứng dụng của Carrageenan là vô cùng lớn. nhưng có thể tóm tắt lại như bảng sau Bảng 1.3. Cơ cấu thị trường tiêu thụ carrageenan năm 2006 [8] Lĩnh vực ứng dụng Tấn % Bơ sữa 11.000 33 Thịt và gia cầm 5.000 15 Nước giải khát 5.000 15 Thực phẩm sử dụng Carrageenan tinh khiết 8.000 25 Kem đánh răng 2.000 6 Khác 2.000 6 Tổng cộng 33.000 100 1.1.2.4. Phân biệt Carrageenan và các chất khác [9] Trong công nghiệp thực phẩm và đặc biệt trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, mứt đông, fromage, sản xuất bánh kem đòi hỏi cần phải đạt được cấu trúc đông tụ dạng keo, tạo sản phẩm có dạng đồng nhất cao. Do đó Carrageenan phải có phụ gia tạo gel đông, trong đó chất tạo gel đông gồm: Carrageenan, Alginate, Pectin, 13 Gelatin. Đây là những chất tạo đông cơ bản nhưng đôi khi nó lại quyết định rất lớn đến chất lượng sản phẩm. Các chất tạo keo đông này đều có màu sắc và dạng tinh thể (bột) giống nhau nên khó phân biệt. Người ta dựa vào những tính chất đặc trưng để phân biệt chúng.  Pectin Là một polysaccharide được tạo thành bởi các đơn vị galacturonic C6H10O7 có nhóm -COOH có thể bị ester hóa bởi các rượu. Pectin có khả năng tạo keo đông khi có mặt một lượng đường và nước khá cao. Khả năng keo hóa của pectin chỉ xuất hiện trong môi trường acid. Dung dịch pectin bị kết tủa trong dung dịch cồn 50 0, trong khi Agar thì không bị kết tủa ở nồng độ này.  Natri Alginate Natri Alginate có bản chất là polymer, có tính háo nước, khi hòa tan trong nước tạo dung dịch có độ nhớt cao, trong suốt và chuyển thành acid alginic kết tủa ở pH<3. Natri Alginate bị đề polymer hóa ở nhiệt độ lớn hơn hoặc bằng 700C, kết tủa với cồn, Ca2+.  Gelatin Là một protein được sản xuất từ da và xương động vật. Nó là chất tạo đông (gel) ưa nước điển hình, thuộc loại polymer nhiệt dẻo, có thể nóng chảy hoặc đông tụ. Gelatin phản ứng với theonin cho maù xanh đen và dễ dàng bị các vi sinh vật xâm nhập và phá hủy.  Agar Là những phức polysaccharide mạch thẳng. Những đường chủ yếu là β-Dgalactopyranose và 3,6-anhydro-α-L-galactopyranose. Agar bền vững trong phạm vi xử lý nhiệt độ thậm chí ở 1000C. Agar phản ứng theonin tạo thành dung dịch có màu tím. 14 1.2. GIỚI THIỆU VỀ SỮA CHUA VÀ SẢN XUẤT SỮA CHUA 1.2.1 Khái niệm chung Sữa chua (hay Yaourt) được chế biến bằng cách cho sữa lên men chua lactic. Trong quá trình lên men, casein trong sữa đông đặc, khuẩn lactic phát triển. Sữa chua được những người du mục vùng Mount Elbus phát hiện từ xưa. Ngày nay, sữa chua được tiêu thụ mạnh tại các nước vùng Địa Trung Hải, trung tâm Châu Âu và Châu Á. Trên thị trường hiện nay sản phẩm sữa chua rất đa dạng về chủng loại. Cấu trúc và mùi vị sữa chua luôn được các nhà sản xuất thay đổi để phù hợp với thị hiếu và thói quen sử dụng của khách hàng tại các nước khác nhau. Ở các nước Tây Âu, sữa chua được sử dụng khá phổ biến từ đầu thế kỷ XX. Trạng thái, mùi vị của sữa chua có khác nhau ở mỗi vùng, đặc biệt độ đặc, độ loãng phụ thuộc vào thị hiếu của mỗi nước. Sản phẩm sữa chua có thể được phân loại như sau [4]  Yaourt truyền thống (Set type): Sản phẩm có cấu trúc gel mịn. Trong quá trình sản xuất sữa nguyên liệu sau khi được xử lí, cấy giống rồi được rót vào bao bì. Qúa trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm.  Yaourt dạng khuấy (Stired type): Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy một phần do sự khuấy trộn cơ học. Trong quá trình sản xuất, sữa nguyên liệu được xử lý và cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì. Yaourt dạng uống không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như yaourt truyền thống.  Yaourt uống (drinking type) hay yaourt dạng lỏng: Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy hoàn toàn. Sản phẩm dạng lỏng, khi sử dụng người tiêu dùng không cần dùng muỗng. Điểm khác biệt là sau quá trình lên men, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hóa để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm.