Tối ưu hóa điều kiện lên men lactic trong sản xuất nước uống lên men lactic từ gạo lứt

Nguyễn Thị Đoàn và Đtg Tạp chớ KHOA HỌC & CễNG NGHỆ 188(12/1): 61 - 65 61 TỐI ƯU HểA ĐIỀU KIỆN LấN MEN LACTIC TRONG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG LấN MEN LACTIC TỪ GẠO LỨT Nguyễn Thị Đoàn*, Nguyễn Văn Bỡnh, Phạm Thị Phương Trường Đại học Nụng Lõm – ĐH Thỏi Nguyờn TểM TẮT Phương phỏp lờn men lactic từ gạo lứt khụng dựng sữa mà dựng gạo lứt làm nguyờn liệu lờn men, sẽ làm cho điều kiện lờn men lactic bị thay đổi và do vậy sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Trờn cơ sở khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện lờn men, chỳng tụi nhận thấy tỷ lệ giống, nhiệt độ, thời gian là những yếu tố ảnh hưởng đến mật độ của vi khuẩn lactic trong sản phẩm. Mục đớch của nghiờn cứu nhằm xỏc định được điều kiện lờn men lactic tối ưu cho việc sản xuất nước uống lờn men lactic từ gạo lứt. Kết quả nghiờn cứu đó đưa ra được điều kiện lờn men lactic tối ưu như sau: Dịch chỏo sau khi thanh trựng, làm nguội xuống 40oC, bổ sung giống với tỷ lệ giống 5,1%, lờn men ở điều kiện nhiệt độ 43,22oC, thời gian lờn men là 23,95 giờ, sau lờn men pH sản phẩm đạt 3,42 và mật độ vi khuẩn lactic đạt 1,24.109 CFU/ml. Sản phẩm sau lờn men được bảo quản ở 4 – 6oC. Từ khúa: Lờn men lactic, gạo lứt, tối ưu húa, nhiệt độ lờn men, thời gian lờn men MỞ ĐẦU* Phương phỏp lờn men lactic từ gạo lứt khụng dựng sữa mà dựng gạo lứt làm nguyờn liệu, vỡ vậy cú thể tận dụng khả năng chữa bệnh của gạo lứt kết hợp hoạt động cú lợi cho đường ruột của vi khuẩn lactic để tạo thành một loại thực phẩm cú lợi đối với sức khỏe là một hướng đi mới trong ngành thực phẩm của Việt Nam. Những sản phẩm lờn men lactic từ gạo lứt đang được sử dụng rộng rói ở nhiều nước trờn thế giới như là một siờu thực phẩm tốt cho sức khỏe, giỳp phũng chống bệnh tim mạch và ung thư [10], [11], điển hỡnh là đồ uống Boza ở Bulgari, Serbia, Montenegro, Thổ Nhĩ Kỳ, đồ uống Amazake Nhật Bản. Ở Việt Nam gạo lứt xem như là thực phẩm chữa bệnh, tốt cho người ăn chay, ăn kiờng hỗ trợ nhu cầu giảm cõn, làm đẹp mà vẫn đủ dinh dưỡng, lành với cả người già yếu, trẻ em, bệnh nhõn tiểu đường, tim mạch, huyết ỏp [3]. Quỏ trỡnh lờn men lactic bị ảnh hưởng bởi cỏc yếu tố như tỷ lệ giống, thời gian, nhiệt độ lờn men do đú mục tiờu của đề tài là tối ưu húa được điều kiện lờn men lactic để sản xuất nước uống lờn men lactic từ gạo lứt. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU * Tel: 0978 320020, Email: nguyenthidoan@tuaf.edu.vn Vật liệu nghiờn cứu Gạo lứt: Sử dụng gạo lứt đỏ mua tại chợ Đồng Quang, Thỏi Nguyờn. Vi khuẩn lactic: Lactobacillus bulgaricus mua tại Viện Vi sinh vật – Đại học Quốc gia Hà Nội. Phương phỏp nghiờn cứu Phõn tớch chỉ tiờu vi khuẩn lactic tổng số: Cấy chớnh xỏc một thể tớch mẫu (hoặc dịch pha loóng) vào trong hoặc lờn trờn bề mặt mụi trường thạch MRS. Từ mỗi độ pha loóng cần cấy lặp lại ớt nhất là 2 hộp. Mỗi mẫu cần làm ớt nhất 2 độ pha loóng liờn tiếp sao cho trờn mỗi hộp cú từ 30-300 khuẩn lạc/hộp. Nuụi cấy mẫu ở nhiệt độ 37oC trong thời gian 48 giờ, quan sỏt và đếm khuẩn lạc [4]. Phương phỏp xỏc định pH: Xỏc định pH của mẫu bằng mỏy đo pH. Phương phỏp đỏnh giỏ cảm quan: Sử dụng phương phỏp cho điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm theo TCVN 10565-1 : 2015 cho sản phẩm sữa chua uống [8], [9]. Quy trỡnh sản xuất dự kiến: Nguyờn liệu gạo lứt đem rửa sạch, ngõm trong nước sạch, gạn nước, nghiền nhỏ, sau đú nấu theo đỳng tỷ lệ gạo: nước, rồi xay nhuyễn, lọc bằng vải vụ trựng, phối trộn đường, thanh trựng ở 95oC, để nguội xuống khoảng 40oC, cấy giống, lờn Nguyễn Thị Đoàn và Đtg Tạp chớ KHOA HỌC & CễNG NGHỆ 188(12/1): 61 - 65 62 men, sản phẩm thu được bảo quản ở 4 – 6oC [5], [10], [11]. Phương phỏp xử lý số liệu: Số liệu được xử lý trờn phần mềm SPSS và Design - Expert version 7.0. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trờn cơ sở khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện lờn men, nhận thấy tỷ lệ giống, nhiệt độ, và thời gian lờn men là những yếu tố ảnh hưởng đến mật độ của vi khuẩn lactic cú trong sản phẩm. Nghiờn cứu khảo sỏt đơn yếu tố cho kết quả như sau: Tỷ lệ giống sử dụng là 5%; nhiệt độ lờn men là 43oC; thời gian lờn men là 24 giờ. Để tối ưu húa điều kiện lờn men chỳng tụi sử dụng phương phỏp bề mặt chỉ tiờu theo thiết kế thớ nghiệm của Box- Behnken với ba biến ba cấp độ. Cỏc số liệu được xử lý trờn phần mền Design Expert 7.0 để đỏnh giỏ mật độ vi sinh vật lactic thu được. Áp dụng phương phỏp hồi quy cỏc số liệu thực nghiệm, thu được trong mụ hỡnh đa thức bậc hai thể hiện ảnh hưởng của cỏc điều kiện lờn men đến mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm như sau: Y=124+4*A+6,62*B-0,63*C-0,50*A*B- 2,50*A*C-5,25*B*C-20,62*A 2 -15,87*B 2 - 18,88*C 2 (Trong đú Y: Mật độ của vi khuẩn lactic; A: Nhiệt độ; B: Thời gian; C: Tỷ lệ giống). Để đỏnh giỏ mụ hỡnh chỳng tụi sử dụng phõn tớch ANOVA. Kết quả phõn tớch ANOVA thể hiện ở bản Kiểm tra sự cú ý nghĩa và sự tương thớch của mụ hỡnh được tiến hành bằng phõn tớch bảng 1. Từ kết quả phõn tớch ANOVA ta thấy giỏ trị xỏc suất của mụ hỡnh p – value = 0,0001 < 0,005 do đú mụ hỡnh được lựa chọn để giải thớch cho kết quả thớ nghiệm. Hệ số tương quan bội của mụ hỡnh là R2 = 0,9799 và Adj R 2 = 0,9598 cho thấy mức độ phự hợp của mụ hỡnh trong việc giải thớch cỏc giỏ trị thớ nghiệm. Giỏ trị của thụng số Pred R-square được sử dụng để đỏnh giỏ khả năng dự bỏo của mụ hỡnh trong cỏc điều kiện thớ nghiệm mới. Nếu sự khỏc nhau giữa Adj R-square và Pred R-square < 0,2 thỡ chỳng ta cú thể kết luận là mụ hỡnh lựa chọn là phự hợp để dự bỏo trong cỏc điều kiện khỏc của thớ nghiệm. Sự khỏc nhau giữa Adj R-square (0,9598) và Pred R- Squared (0,8496) là 0, 1102< 0,2 điều đú chứng tỏ mụ hỡnh lựa chọn cú thể sử dụng để dự đoỏn cỏc điều kiện khỏc của thớ nghiệm. Bảng 1. Kết quả phõn tớch ANOVA cho mụ hỡnh mật độ vi khuẩn lactic Nguồn Tổng phương sai Bậc tự do trung bỡnh phương sai F- Value P-value Mụ hỡnh A-ty le giong B-nhiet do C-thoi gian B*C A*C B*A A2 B2 C2 Residual Lack of Fit Pure Error Cor Total R-Squared Adj R- Squared Pred R- Squared 0,39 0,013 0,035 3,125E-004 0,011 0,16 0,093 0,13 8,025E-003 7,425E-003 6,000E-004 0,40 7 1 1 1 1 1 1 1 7 5 2 14 0,056 0,013 0,035 3,125E-004 0,011 0,16 0,093 0,13 1,146E-003 1,485E-003 3,000E-004 48,72 11,17 30,63 0,27 9,62 137,01 81,17 114,74 4,95 < 0,0001 0,0124 0,0009 0,6177 0,0173 < 0,0001 < 0,0001 < 0,0001 0,1766 0,9799 0,9598 0,8496 Nguyễn Thị Đoàn và Đtg Tạp chớ KHOA HỌC & CễNG NGHỆ 188(12/1): 61 - 65 63 Cuối cựng là tối ưu để tỡm cỏc giỏ trị của biến độc lập để đạt được giỏ trị tối ưu của chỉ tiờu đồng thời đỏnh giỏ bằng hỡnh ảnh ảnh hưởng của cỏc biến độc lập đến chỉ tiờu. Sử dụng phương phỏp hàm kỳ vọng để tối ưu húa mật độ vi khuẩn lactic cú trong sản phẩm bằng phần mềm Design – Expert 7.0. Điều kiện tối ưu lựa chọn được là tỷ lệ giống 5,05%, thời gian lờn men 23,95 giờ, nhiệt độ lờn men là 43,22oC thụng qua kết quả thể hiện trờn hỡnh 1, hỡnh 2 và hỡnh 3. Design-Expertđ Software mat do vi sinh vat 125 75 X1 = A: ty le giong X2 = B: nhiet do Actual Factor C: thoi gian = -0.05 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 mat do vi sinh vat A: ty le giong B : n h i e t d o 84.1072 92.2709 92.2709 100.434 100.434108.598 116.762 Prediction 124.927 Hỡnh 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ giống đến mật độ vi khuẩn lactic Qua hỡnh 1 cho thấy tỷ lệ giống sử dụng và nhiệt độ lờn men giảm thỡ mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm cũng giảm theo. Khi tăng đồng thời tỷ lệ giống sử dụng và nhiệt độ lờn men thỡ mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm cũng giảm. Thời gian tối ưu xỏc định được là 23,95 giờ. Design-Expertđ Software mat do vi sinh vat 125 75 X1 = A: ty le giong X2 = C: thoi gian Actual Factor B: nhiet do = 0.22 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 mat do vi sinh vat A: ty le giong C : t h o i g i a n 87.9478 95.3436 95.3436 95.3436 102.739 102.739 102.739 110.135 117.531 Prediction 124.927 Hỡnh 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống và thời gian đến mật độ vi khuẩn lactic Qua hỡnh 2 cho thấy tỷ lệ giống sử dụng giảm, thời gian lờn men giảm thỡ mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm cũng giảm. Khi tăng tỷ lệ giống sử dụng và thời gian lờn men, mật độ vi khuẩn lactic giảm, lờn men lõu sản phẩm dễ bị tạp nhiễm. Nhiệt độ lờn men tối ưu xỏc định được là 43,22 o C. Nguyễn Thị Đoàn và Đtg Tạp chớ KHOA HỌC & CễNG NGHỆ 188(12/1): 61 - 65 64 Design-Expertđ Software mat do vi sinh vat 125 75 X1 = B: nhiet do X2 = C: thoi gian Actual Factor A: ty le giong = 0.10 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 mat do vi sinh vat B: nhiet do C : t h o i g i a n 86.226 93.9658 93.9658 101.706 101.706 101.706 109.446 117.185 Prediction 124.927 Hỡnh 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến mật độ của vi khuẩn lactic Hỡnh 3 cho thấy nhiệt độ lờn men giảm, thời gian lờn men giảm mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm thấp. Khi tăng nhiệt độ lờn men mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm cao, nhưng nếu càng tăng thỡ mật độ vi khuẩn lactic lại giảm. Thời gian lờn men càng tăng thỡ mật độ vi khuẩn lactic trong sản phẩm giảm. Tỷ lệ giống tối ưu xỏc định được là 5,1%. KẾT LUẬN Điều kiện tối ưu để lờn men lactic trong sản xuất nước uống lờn men lactic từ gạo lứt là: Tỷ lệ giống sử dụng là 5,1%, nhiệt độ lờn men là 43,22 oC, thời gian lờn men là 23,95 giờ, mật độ vi khuẩn lactic đạt 1,24.109 CFU/ml, pH của sản phẩm đạt 3,42. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Thị Đoàn, Nguyễn Thị Dương, Trần Thị Tuyết, Phạm Thị Phương (2016), “Nghiờn cứu một số điều kiện thớch hợp để sản xuất nước uống lờn men lactic từ gạo lứt”, Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ, Đại học Thỏi Nguyờn, số 12/1, tr. 83 – 87. 2. Hoàng Đỡnh Hũa, (2016), Tối ưu húa trong cụng nghiệp thực phẩm, Nxb Khoa học và Kỹ thuật. 3. Đào Thị Lương, Nguyễn Thị Anh Đào, Nguyễn Thị Kim Quy, Trần Thị Lệ Quyờn, (2010), “Phõn lập và tuyển chọn vi khuẩn lactic dựng trong chế biến và bảo quản thức ăn thụ xanh và phụ phẩm nụng nghiệp”, Tạp chớ khoa học - Đại học Quốc gia Hà Nội, số 6, tr. 1 – 6. 4. Lờ Thanh Mai, Nguyễn Thị Hiền, Phạm Thu Thủy, Nguyễn Thanh Hằng, Lờ Thị Lan Chi, (2007), Cỏc phương phỏp phõn tớch nghành cụng nghệ lờn men, Nxb Khoa học và Kỹ thuật. 5. Đỗ Thị Quý, (2010), Hoàn thiện quy trỡnh chế biến đồ uống lờn men lactic từ gạo lứt, Luận văn thạc sĩ Khoa học Nụng nghiệp, Mó số 60.54.10, Trường Đại học Nụng nghiệp 1 Hà Nội. 6. Lờ Thị Liờn Thanh, Lờ Văn Hoàng, (2002), Cụng nghệ chế biến sữa và cỏc sản phẩm từ sữa, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 7. Nguyễn Văn Thanh, Huỳnh Ngọc Lan, (2001), “Nghiờn cứu phối hợp Bifidobacterium bifidum và Lactocbacillus acidophilus để sản xuất chế phẩm trị loạn đường ruột”, Bỏo cỏo khoa học, Hội nghị khoa học – cụng nghệ Dược, 6 (3), tr. 30 – 35. 8. Tổng cục tiờu chuẩn Đo lường Chất lượng, TCVN 10565-1 : 2015. 9. Hà Duyờn Tư, (2010), Kỹ thuật phõn tớch cảm quan thực phẩm, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 10. Yuji O. D. A., Yasunori Ichinose and Hiroaki Yamauchi, (2002), “Utilization of Lactobacillus amylovorus as an alternative microorganism for saccharifying boiled rice”, Food Science and Technology Research, 8(2), pp. 166 – 168. 11. Yoshihide Hagiwara, Miyauchi Tetsuji, Yuki Morimasa, (1977), “Procecss for preparing food product containing a lactic acid bacteria – fermented product of cereal – germ”, Us4056637A, Us 05/693, pp. 761. Nguyễn Thị Đoàn và Đtg Tạp chớ KHOA HỌC & CễNG NGHỆ 188(12/1): 61 - 65 65 SUMMARY OPTIMIZATION OF LACTIC FERMENTATION CONDITION FOR PRODUCING A BEVERAGE LACTIC ACID FERMENTATION FROM BROWN RICE Nguyen Thi Doan * , Nguyen Van Binh, Pham Thi Phuong University of Agriculture and Forestry - TNU Lactic fermentation method used brown rice as raw materials for fermentation, will make technological elements of fermentation lactic to change and therefore will affect product quality. The purpose of this research is to determine the optimal conditions for producting fermented lactic drink from brown rice. Results of this study showed the optimal lactic fermentation conditions as follows: After pasteurizing, porridge was cooled down to 40 o C, after that it was added with the rate of 5.1% lactic acid bacteria, then it was fermented at 43.22 o C and 23.95 hours, concentration of lactic acid bacteria was 1.24.10 9 CFU/ml after fermentation, pH reached 3.42. The fermented product was stored at 4 - 6 o C. Keywords: Lactic acid fermentation, brown rice, optimal conditions, lactic acid bacteria Ngày nhận bài: 20/8/2018; Ngày phản biện: 11/9/2018; Ngày duyệt đăng: 12/10/2018 * Tel: 0978 320020, Email: nguyenthidoan@tuaf.edu.vn