Nghiên cứu phương pháp sản xuất sữa thực vật bổ sung axit béo chứa nối đôi liên hợp

TÓM TẮT:

Trong nghiên cứu này, phương pháp tạo hệ nhũ tương bền có đặc tính cảm quan giống sữa đã được nghiên cứu bằng cách tổ hợp các thành phần protein, Tween 80 và dầu thực vật trong dung môi nước để tạo thành các hạt cầu béo (oil bodies) phân tán trong dung dịch. Protein ướt thu được sau khi chiết từ hạt đậu nành bằng dung môi nước được sử dụng để làm chất nhũ hóa cho quá trình. Dầu đậu nành được bổ sung dầu hạt lựu (chiếm trên 70% hàm lượng axit punicic) được sử dụng trong lõi của các hạt cầu béo. Các thông số của quá trình tạo hệ nhũ tương bền chứa 4,5% hàm lượng dầu béo đã được tối ưu hóa, bao gồm: tỷ lệ protein ướt/dầu 2:1; hàm lượng Tween 80: 1%; nồng độ CMC:0,4% và đường. Từ những thông số tối ưu, chúng tôi đề xuất quy trình sản xuất sữa thực vật có bổ sung axit punicic.  

Từ khóa: sữa thực vật, dầu hạt lựu, axit punicic, axit béo chứa nối đôi liên hợp, hạt cầu béo (oil bodies).

1. Đặt vấn đề

Ngày nay, các sản phẩm sữa có nguồn gốc thực vật đang rất được quan tâm do có nhiều ưu điểm như: sản phẩm đa dạng, có nhiều tác động tích cực đến sức khỏe con người, tránh được hiện tượng bị dị ứng sữa bò, không dung nạp lactose. Sữa thực vật là một hệ nhũ tương ổn định chứa các hạt cầu béo (oil bodies) [1] với các đặc tính cảm quan giống với sữa [2]. Hiện nay, có 2 cách tiếp cận chung để sản xuất sữa thực vật: (1) chiết các hạt cầu béo tự nhiên (natural oil body) từ những loại hạt ăn được bằng cách ngâm và nghiền trong nước để giải phóng các hạt cầu béo khỏi các mô xung quanh và (2) tổ hợp các hạt cầu béo từ các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật để thu được một hệ nhũ tương ổn định có màu sắc và đặc tính cảm quan giống sữa sử dụng các công nghệ đồng nhất khác nhau [3]. Khi đó, pha dầu và nước được đồng nhất với nhau khi có mặt của chất nhũ hóa ưa nước để tạo thành hệ nhũ tương có nhiều đặc điểm giống sữa động vật. Với phương pháp này, có thể tạo thành các hệ nhũ tương với hàm lượng chất béo cao hơn các phương pháp truyền thống, dễ dàng bổ sung các chất mong muốn, tốt cho sức khỏe [4], [5], bao gồm việc bổ sung, thay thế các chất béo thông thường trong sữa hạt bằng nguồn chất béo có giá trị dinh dưỡng cao hơn hoặc có hoạt tính sinh học. 

Các axit béo chứa nối đôi liên hợp gần đây đã được chứng minh là có nhiều hoạt tính sinh học quý [6], [7]. Một số axit béo liên hợp được tìm thấy trong sữa bò với hàm lượng nhỏ (<1%), trong khi đó một số dầu hạt chứa hàm lượng cao các axit béo liên hợp [6]. Trong đó, dầu hạt lựu là một nguồn giàu axit punicic (hàm lượng acid punicic chiếm 65-82% tổng lượng axit béo trong dầu hạt lựu) [8]. Thành phần axit punicic trong dầu hạt lựu đã được chứng minh có khả năng gây độc với một số tế bào ung thư [9], khả năng tăng cường hệ miễn dịch, giảm lượng mỡ thừa, giảm béo phì [10]. Chính vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi phát triển phương pháp sản xuất hệ nhũ tương ổn định chứa các hạt cầu béo (với vỏ ngoài là các phân tử protein và chất nhũ hóa và lõi bên trong là các phân tử triglixerit chứa các axit béo có nối đôi liên hợp). Cách tiếp cận này nhằm tận dụng các nguồn nguyên liệu hạt không truyền thống (chưa được sử dụng trong thực phẩm) và phát triển loại sản phẩm mới cho thị trường.

2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Nguyên liệu

Dầu hạt lựu (Punica granatum) thu được bằng phương pháp ép lạnh được mua từ hãng Shams Natural Oils với thành phần axit béo: axit punicic 78,9%, axit oleic 5%, axit linoleic 6%, palmitic axit 3,5% và stearic axit 2,5% được sử dụng.

Hóa chất: NaOH rắn, HCl, Tween 80, CMC tinh khiết hóa học. 

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Chiết protein từ hạt đậu nành sử dụng làm chất nhũ hóa

Cân 100g đậu nành đã được nghiền nhỏ (kích thước 0.5 mm), thêm nước theo tỷ lệ 1:7. Điều chỉnh pH của dung dịch đến pH 9-10 bằng dung dịch NaOH 1N. Hỗn hợp được khuấy và giữ ở nhiệt độ 80^OC trong 30 phút, siêu âm 20 phút trong bể siêu âm. Sau đó, hỗn hợp được ly tâm để loại bỏ phần bã. Protein được kết tủa từ dung dịch khi điều chỉnh pH về 3-4 bằng dung dịch HCl 1N. Tiến hành ly tâm, tách kết tủa và rửa bằng nước đến khi loại bỏ hoàn toàn chất tan, thu được protein ướt (PW). Protein ướt có độ ẩm 40% ± 2.0 (n=3), hàm lượng protein 38.75% ± 1.23 (n=3) (xác định theo phương pháp Kjeldah).

2.2.2. Phương pháp tạo hệ nhũ tương chứa axit béo có nối đôi liên hợp

Cân khối lượng protein ướt (MP) phù hợp và khuấy trộn với 100 ml nước cất, sau đó hiệu chỉnh pH của dung dịch đến 6-7. Khối lượng dầu lựu và Tween 80 thích hợp được trộn trong khoảng 5 ml nước. Nhỏ từ từ hỗn hợp Tween, dầu trong nước vào dung dịch protein trong khi đồng hóa trong thời gian 10 phút (tốc độ 7.000 vòng/phút). Hỗn hợp thu được tiến hành siêu âm sử dụng máy Sonic VC750. Hệ nhũ tương thu được đem đi nghiên cứu độ bền (khả năng tách lớp) và đo độ nhớt.

2.2.3. Các phương pháp đánh giá thành phần, tính chất của sữa thực vật

- Phương pháp đánh giá độ bền của hệ nhũ tương: khả năng tách lớp (đông tụ) của hệ nhũ tương được đánh giá bằng chiều cao lớp tách của hệ nhũ tương sau 24 tiếng. Hệ nhũ tương được cho vào trong ống đong 25 ml. Để hỗn hợp trong điều kiện tĩnh, ở nhiệt độ thường. Sau 24 tiếng, tiến hành đo chiều cao lớp nước bị tách ra (cm) [11].

- Độ nhớt của hệ nhũ tương được đo trên máy đo độ nhớt BROOKFIELD DVEELVTJ0.

- Hàm lượng dầu béo trong mẫu sữa được xác định lại bằng phương pháp Roese- Gottlieb [12]. Hàm lượng dầu lựu trong chất béo sau khi chiết ra từ mẫu sữa thực vật được xác định bằng phương pháp quang phổ UV ở bước sóng 270nm.

- Phương pháp cho điểm thị hiếu người tiêu dùng với thang điểm 9 [13] được sử dụng để tối ưu hàm lượng đường và CMC sử dụng. Số lượng người thử là 30 người. Kết quả thu được tiến hành phân tích ANOVA bằng phần mềm minitab.

- Hàm lượng protein trong sữa được xác định lại bằng phương pháp Kjedahl theo TCVN 10791:2015 [14]

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Kết quả nghiên cứu các thông số tối ưu của quá trình tạo hệ nhũ tương bền

Tiến hành tối ưu hóa các thông số của quá trình tạo hệ nhũ tương theo phương pháp luân phiên từng biến. Các thông số được tiến hành khảo sát bao gồm: hàm lượng Tween 80, công suất quá trình siêu âm, thời gian siêu âm, tỷ lệ protein ướt/dầu béo.

Khảo sát hàm lượng Tween 80

Hàm lượng Tween được khảo sát bằng cách cố định các thông số: tỷ lệ MP/dầu béo (3:1), hàm lượng dầu béo 4%; thời gian siêu âm 3p và công suất siêu âm 300W. Thay đổi các nồng độ Tween 80 khác nhau để xác định nồng độ tối ưu cho hệ nhũ tương ổn định. (Hình 1)

Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Tween 80 đến độ bền của hệ nhũ tương cho thấy, tăng nồng độ tween từ 0,2 đến 1,0% độ nhớt của dung dịch tăng dần, đồng thời độ bền của hệ nhũ tương cũng tăng lên. Điều này có thể được giải thích bởi sự tăng nồng độ chất nhũ hóa giúp tăng khả năng tạo hạt cầu béo trong dung dịch [2]. Nồng độ hạt cầu béo trong dung dịch tỷ lệ với độ nhớt của dung dịch, đồng thời khả năng tách lớp của dung dịch giảm dần cho thấy độ bền của hệ nhũ tương tăng lên. Với nồng độ cao hơn của Tween (1,2%) thì độ nhớt của dung dịch thay đổi không đáng kể, đồng thời độ tách lớp của dung dịch gần như không thay đổi. Vì vậy, nồng độ được khảo sát ở mức 1% cho kết quả tối ưu nhất. Kết quả này khá tương đồng với kết quả thu được khi tiến hành tối ưu hóa quá trình tạo hệ nhũ tương của dầu hạt ngô trong nước [11].

 Khảo sát tỷ lệ MP/dầu béo (w/w)

Để khảo sát tỷ lệ tối ưu MP/dầu béo, tiến hành cố định hàm lượng dầu ở 2 hàm lượng khác nhau: hàm lượng dầu 2% (tương ứng với hàm lượng chất béo thường thấy trong sữa thực vật); hàm lượng dầu 4,5% (hàm lượng chất béo cao so với hàm lượng chất béo thường thấy trong sữa thực vật). Tiến hành cố định của hàm lượng chất béo, vào khảo sát tỷ lệ protein/chất béo tại các mức 1:1; 2:1; 3:1; 4:1; 5:1 để tìm ra tỷ lệ tối ưu cho độ bền của hệ nhũ tương. (Hình 2)

Khảo sát tỷ lệ MP/dầu béo tại các nồng độ dầu khác nhau cho thấy, các mức độ tách lớp tại tỷ lệ 1:1 và 1:2 ít nhất, hệ nhũ tương bền và có đặc tính cảm quan ít biến đổi nhất so với các mẫu còn lại. Tỷ lệ 1:1 có hiện tượng dư dầu xuất hiện trên bề mặt hệ nhũ tương cho thấy lượng protein cho vào còn thấp chưa đủ để tạo hạt cầu béo bao bọc với toàn bộ lượng dầu thêm vào. Đồng thời ngoài hiện tượng động tụ của hệ nhũ tương, sau thời gian khoảng 5 ngày lưu giữ, ở tỷ lệ 1:1 có hiện tượng tạo lớp cream nổi nên trên mặt dung dịch. Giá trị độ nhớt của hệ nhũ tương cũng được khảo sát. Kết quả cho thấy, khi tăng tỷ lệ MP/dầu béo độ nhớt của hệ nhũ tương tăng dần, điều này phù hợp với kết luận tăng nồng độ của các hạt phân tán trong dung dịch. Tuy nhiên, độ nhớt của hệ nhũ tương khi thay đổi tỷ lệ MP/dầu béo từ 1:1 đến 1:2 tăng khá nhanh so với những tỷ lệ sau đó. Điều này có thể do sự tăng nhanh nồng độ của các hạt cầu béo khi thay đổi từ tỷ lệ 1:1 lên 1:2. Chính vì vậy, tỷ lệ protein/dầu béo 1:2 được sử dụng để khảo sát các thông số tiếp theo.

Khảo sát thời gian siêu âm

Thời gian siêu âm được khảo sát bằng cách cố định các thông số: tỷ lệ MP/dầu béo 1:2, nồng độ dầu 4.5%, nồng độ Tween 80 1% và công suất siêu âm 300W. Thay đổi thời gian siêu âm để tìm ra thời gian siêu âm tối ưu nhất đạt được hệ nhũ tương ổn định.

Khảo sát thời gian siêu âm cho thấy các mức độ tách thời gian siêu âm 2.5 phút có hiện tượng tách lớp ít nhất, hệ nhũ bền và có cảm quan gần như là ít biến đổi nhất so với các mẫu còn lại. Không có sự khác biệt có ý nghĩa giữa thời gian siêu âm 4 phút và 2.5 phút. Vì vậy, thời gian siêu âm 2.5 phút cho kết quả tối ưu nhất. (Hình 3)

Khảo sát công suất siêu âm

Công suất siêu âm được khảo sát bằng cách cố định các thông số về tỷ lệ MP/dầu béo 1:2, nồng độ dầu 4,5%, nồng độ Tween 1%. Thay đổi các công suất siêu âm để tìm ra công suất siêu âm tối ưu nhất cho hệ nhũ tương ổn định.

Kết quả chỉ ra rằng, tăng dần công suất siêu âm, độ bền của nhũ tương tăng dần. Khảo sát công suất siêu âm cho thấy các mức độ tách lớp công suất siêu âm 300W có hiện tượng tách lớp ít nhất, hệ nhũ bền và có cảm quan gần như là ít biến đổi nhất so với các mẫu còn lại. Vì vậy, công suất siêu âm 300W cho kết quả tối ưu.

Nghiên cứu bổ sung các thành phần vào hệ nhũ tương để đạt được yêu cầu cảm quan của sữa

Để cải thiện các đặc tính cảm quan của sản phẩm, tiến hành bổ sung đường để đạt được các độ Brix khác nhau và CMC để tăng độ đặc của sữa. Phương pháp đánh giá cảm quan cho điểm thị hiếu người tiêu dùng được sử dụng để khảo sát 2 thông số này. Kết quả đánh giả điểm cảm quan chỉ ra, nồng độ CMC và độ Brix tối ưu tương ứng là 0,4% và 12. Sau khi bổ sung CMC và đường, hệ nhũ tương tạo thành được tiến hành thanh trùng ở 90^oC trong 15 phút. Mẫu được gửi đi kiểm tra 1 số chỉ tiêu theo tiêu chuẩn quốc gia và các sản phẩm sữa.

3.2. Các đặc tính của mẫu sữa thực vật thu được

Mẫu sữa thực vật có bổ sung dầu lựu được chuẩn bị từ các thông số tối ưu đã xác định ở trên với hàm lượng tổng dầu béo thêm vào là 4,5% trong đó chứa 1% dầu hạt lựu được tiến hành phân tích một số chỉ tiêu vi sinh, hàm lượng kim loại nặng và hàm lượng protein và chất béo trong sữa. Kết quả thu được ở Bảng 1.

Bảng 1. Một số chỉ tiêu của mẫu sữa thực vật được

bổ sung dầu hạt lựu

^* Xác định bởi Công ty TNHH DV Khuê Nam

^** Tiến hành lặp 3 lần, mean±SD

                                                             Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện

Kết quả cho thấy, các thông số chỉ tiêu tổng số vi sinh vật hiếu khí, và Coliforms đều đạt theo yêu cầu về tiêu chuẩn sản phẩm đối với sữa. Tổng hàm lượng chất béo trong sữa đạt mức 4,23%, trong đó phần trăm dầu lựu đạt 0,8%. Hàm lượng protein trong sữa được xác định 3,4%.

Từ những thông số khảo sát đưa ra quy trình công nghệ để sản xuất sữa thực vật có bổ sung axit punicic (Hình 5).

Thuyết minh quy trình: Trước tiên, tiến hành khuấy trộn protein ướt với nước bằng máy khuấy từ, sau đó điều chỉnh pH của dung dịch thu được đến pH 6-7. Cân khối lượng dầu (dầu lựu và dầu đậu nành) và khối lượng Tween 80 thích hợp trộn đều và nhỏ từ từ vào hỗn hợn protein và nước đang được đồng hóa (tốc độ 7000 vòng/phút). Hỗn hợp đồng hóa chứa: Tween 80: 1%, dầu béo 4.5% trong đó chứa 1% dầu hạt lựu, tỷ lệ protein ướt/dầu béo: 1:2 phù hợp. Sau đó đem hỗn hợp đã được đồng hóa đi siêu âm với công suất 300W trong 2p30s. Hỗn hợp thu được đem phối trộn với CMC và đường và được rót chai, ghép nắp. Sau đó tiến hành thanh trùng sản phẩm ở nhiệt độ 90^o trong vòng 15 phút.  (Hình 5)

4. Kết luận

Một hệ nhũ tương bền chứa các hạt cầu béo (oil bodies) đã được tổng hợp thành công từ các thành phần protein, Tween 80 và dầu béo. Protein được chiết từ hạt đậu tương (độ ẩm 40%, hàm lượng protein 38,75%) đã được sử dụng kết hợp với chất nhũ hóa Tween 80 và dầu béo được bổ sung dầu chứa axit béo có nối đôi liên hợp để tạo thành hệ nhũ tương bền. Quy trình sản xuất sữa thực vật có bổ sung axit béo có nối đôi liên hợp đã được đề xuất trên cơ sở tối ưu các thông số của quá trình tạo hệ nhũ tương bền. Sử dụng quy trình trên, mẫu sữa thực vật được bổ sung axit punicic đã được đề xuất. Các chỉ tiêu vi sinh, hàm lượng kim loại nặng, đều đạt tiêu chuẩn cho sản phẩm sữa thực vật. Tổng hàm lượng chất béo trong sữa đạt mức 4,23%, trong đó phần trăm dầu lựu đạt 0,8% và hàm lượng protein trong sữa là 3,4%.

Lời cảm ơn:

Bài báo được thực hiện trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên mã số 107/HĐ-DCT ngày 10/6/2022 của Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Nikiforidis C. V. (2019). Structure and functions of oleosomes (oil bodies). Advances in Colloid and Interface Science, 274. 102039, doi: 10.1016/J.CIS.2019.102039.
2. McClements D. J., Newman E., McClements I. F. (2019). Plant-based Milks: A Review of the Science Underpinning Their Design, Fabrication, and Performance. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 18(6). 2047- doi: 10.1111/1541-4337.12505.
3. Aydar E. F., Tutuncu S., Ozcelik B. (2020). Plant-based milk substitutes: Bioactive compounds, conventional and novel processes, bioavailability studies, and health effects. Journal of Functional Foods. 70. 103975. doi: 10.1016/J.JFF.2020.103975.
4. Aswathanarayan J. B., Vittal R. R. (2019). Nanoemulsions and Their Potential Applications in Food Industry. Frontiers in Sustainable Food Systems. 3. 95. doi: 10.3389/FSUFS.2019.00095/BIBTEX.
5. Yao Y., He W., X. Cai et. al. (2022). Sensory, physicochemical and rheological properties of plant-based milk alternatives made from soybean, peanut, adlay, adzuki bean, oat and buckwheat. International Journal of Food Science and Technology. 58(8). 4868- doi: 10.1111/IJFS.15814.
6. Yuan G.-F, Chen X.-E., and Li D, (2014). Conjugated linolenic acids and their bioactivities: a review. Food & Function. 5(7). 1360- doi: 10.1039/c4fo00037d.
7. Hennessy A.A., Ross R.P., Devery R., et. al. (2016). The Health Promoting Properties of the Conjugated Isomers of α-Linolenic Acid. Lipids, 46(2), 105- doi: 10.1007/s11745-010-3501-5.
8. Khemakhem M., Zarroug Y., Jabou K., et. al. (2021). Physicochemical characterization of oil, antioxidant potential, and phenolic profile of seeds isolated from Tunisian pomegranate (Punica granatum L.) cultivars. Journal of Food Science, 86(3). 852- doi: 10.1111/1750-3841.15636.
9. Boussetta T. Houssam Raad, Philippe Lettéron. et al. (2009). Punicic Acid a Conjugated Linolenic Acid Inhibits TNFα-Induced Neutrophil Hyperactivation and Protects from Experimental Colon Inflammation in Rats. PLoS One, 4(7) e6458, doi: 10.1371/journal.pone.0006458.
10. Holic R. Yang Xu, Kristian Mark P Caldo. et al. (2018). Bioactivity and biotechnological production of punicic acid. Applied Microbiology and Biotechnology, 102(8). 3537–3549. doi: 10.1007/s00253-018-8883-y.
11. Koocheki A. Kadkhodaee R. (2011). Effect of Alyssum homolocarpum seed gum, Tween 80 and NaCl on droplets characteristics, flow properties and physical stability of ultrasonically prepared corn oil-in-water emulsions. Food Hydrocolloids. 25(5). 1149- doi: 10.1016/J.FOODHYD.2010.10.012.
12. W. Ed (2000). AOAC Official Method 905.02 Fat in milk. Official Methods of Analysis of AOAC International.
13. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12751:2019 ISO 11136:2014. Phân tích cảm quan - Phương pháp luận - Hướng dẫn chung để tiến hành các phép thử thị hiếu với người tiêu dùng trong khu vực được kiểm soát.
14. Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10791:2015. Malt - Xác định hàm lượng nitơ tổng số và tính hàm lượng protein thô - Phương pháp Kjeldahl.

A study on the production of plant milk supplemented with conjugated fatty acids

Le Thi Phuong Dung¹

Pham Dinh Chuong¹

Dinh Nguyen Thanh Thanh¹

Nguyen Dong Trieu¹

Nguyen Thi Kim Ngoc¹

Nguyen Van Anh¹

¹ Ho Chi Minh City University of Food Industry

ABSTRACT:

This study investigates a method to create a stable emulsion system with sensory properties similar to milk by combining protein, Tween 80, and vegetable oil in water to form oil bodies dispersed in solution. Moist protein obtained by aqueous extraction from soybeans are used as emulsifiers. Soybean oil supplemented with pomegranate seed oil, containing over 70% punicic acid, are used in the core of the oil bodies. The parameters of the production of stable emulsion containing 4.5% fatty oil content have been optimized, including the weight ratio of moist protein to oil 2:1, the Tween 80 1% mass percentage, the concentration of CMC: 0.4%, and sugar. From the optimal parameters, the study proposes the production process of plant milk with the addition of punicic acid.

Keywords: plant milk, pomegranate seed oil, punicic acid, fatty acids containing conjugated double bonds, oil bodies.

[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 25 tháng 11  năm 2022]