Luận án Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của bột nhào lạnh đông và định hướng ứng dụng vào sản xuất bánh mì

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA    HOÀNG THỊ THU NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA BỘT NHÀO LẠNH ĐÔNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG VÀO SẢN XUẤT BÁNH MÌ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG - 2024 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA    HOÀNG THỊ THU NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA BỘT NHÀO LẠNH ĐÔNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG VÀO SẢN XUẤT BÁNH MÌ Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9540101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS ĐẶNG MINH NHẬT 2. PGS.TS NGUYỄN HOÀNG DŨNG ĐÀ NẴNG - 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Người cam đoan Hoàng Thị Thu ii MỤC LỤC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ................................................................................................ I LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... I MỤC LỤC ................................................................................................................. II DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT ................................................. VIII DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... X DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... XII MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI......................................................................................... 1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................. 2 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 3 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ................................. 3 6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN ............................................................................... 4 CHƯƠNG 1................................................................................................................ 5 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................................... 5 1.1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NHÀO BÁNH MÌ LẠNH ĐÔNG............. 5 1.1.1. Lịch sử phát triển và triển vọng ........................................................................ 5 1.1.2. Quy trình công nghệ sản xuất bánh mì truyền thống và bánh mì từ bột nhào lạnh đông ..................................................................................................................... 6 1.1.3. Những thách thức khi sản xuất bánh mì từ bột nhào lạnh đông ....................... 8 1.1.3.1. Sự suy giảm độ mạnh của bột nhào .................................................... 8 1.1.3.2. Sự hư hỏng cấu trúc của bột nhào ....................................................... 8 1.1.3.3. Sự sống sót của nấm men và khả năng sinh khí ............................... 10 1.1.3.4. Chất lượng của bánh mì sau khi nướng ............................................ 11 1.1.5.5. Chất lượng của bánh mì khi bảo quản .............................................. 12 1.2. VAI TRÒ CỦA CÁC THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU LÊN CHẤT LƯỢNG CỦA BÁNH MÌ TỪ BỘT NHÀO LẠNH ĐÔNG ................................ 13 1.2.1. Bột mì .............................................................................................................. 13 1.2.2. Nước ................................................................................................................ 15 iii 1.2.3. Nấm men ......................................................................................................... 15 1.2.4. Muối ................................................................................................................ 16 1.2.5. Đường .............................................................................................................. 16 1.2.6. Shortening ....................................................................................................... 16 1.3. CÁC CHẤT PHỤ GIA..................................................................................... 17 1.3.1. Các chất nhũ hóa ............................................................................................. 17 1.3.1.1. DATEM (E472 (e)) ........................................................................... 18 1.3.1.2. Sorbitan monostearate (SMS - E491) ............................................... 19 1.3.1.3. Natri stearoyl-2-lactylat (SSL – E482) ............................................. 19 1.3.1.4. Glycerol MonoStearate (GMS – E471) ............................................ 19 1.3.2. Nhóm chất keo (hydrocolloids) ....................................................................... 20 1.3.2.1. Carageenan ........................................................................................ 22 1.3.2.2. Guargum (E412) ............................................................................... 22 1.3.2.3. Sodium alginate (E401) .................................................................... 22 1.3.2.4. CMC (Carboxymethyl Cellulose) ..................................................... 23 1.3.2.5. Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC): ...................................... 23 1.3.3. Nhóm enzyme ................................................................................................. 24 1.3.4. Một số chất khác ............................................................................................. 26 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI VỀ CÔNG NGHỆ BỘT NHÀO BÁNH MÌ LẠNH ĐÔNG. ................................................... 26 1.4.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới .......................................................... 26 1.4.1.1. Ảnh hưởng của quá trình cấp đông, bảo quản lạnh đông và rã đông lên bột nhào bánh mì và chất lượng bánh mì .................................................................. 27 1.4.1.2. Ảnh hưởng của các phụ gia lên bột nhào lạnh đông ......................... 31 1.4.1.3. Ảnh hưởng của các nguyên liệu lên bột nhào lạnh đông .................. 42 1.4.1.4. Nghiên cứu cải thiện quy trình làm bột nhào .................................... 46 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................... 47 CHƯƠNG 2.............................................................................................................. 49 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 49 iv 2.1. NGUYÊN LIỆU ................................................................................................ 49 2.1.1. Nguyên liệu chính ................................................................................. 49 2.1.2 Các gia vị: ............................................................................................. 49 2.1.3. Phụ gia nghiên cứu .............................................................................. 49 2.2. HOÁ CHẤT, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ .............................................................. 51 2.2.1. Hoá chất ............................................................................................... 51 2.2.2. Thiết bị phục vụ nghiên cứu ................................................................. 51 2.3. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT ........................................................... 51 2.4. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM ................................................................................... 53 2.4.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bánh mì từ bột nhào lạnh đông .............. 53 2.4.2. Mô tả thí nghiệm ............................................................................................. 53 2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ............................................................. 62 2.5.1. Các phương pháp phân tích vật lý ................................................................... 62 2.5.1.1. Phương pháp đo thể tích bánh mì ..................................................... 62 2.5.1.2. Phương pháp đo đường kính, chiều cao, khối lượng bánh mì .......... 62 2.5.1.3. Xác định độ ẩm của bột mì hoặc ruột bánh mì ................................. 62 2.5.1.4. Phương pháp đo độ xốp bánh mì ..................................................... 62 2.5.1.5. Phương pháp đo độ cứng ruột bánh mì ............................................ 62 2.5.1.6. Phương pháp đo hàm lượng tro toàn phần ....................................... 62 2.5.1.7. Phương pháp xác định đặc tính hút nước và đặc tính lưu biến bằng Farinograph ............................................................................................................... 63 2.5.1.8. Phương pháp xác định đặc tính lưu biến bằng Extensograph ........... 63 2.5.1.9. Xác định hàm lượng gluten ướt ........................................................ 64 2.5.1.10. Xác định chỉ số gluten ..................................................................... 64 2.5.1.11. Xác định hình ảnh vi cấu trúc của bột nhào bằng kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscopy) ............................................................. 64 2.5.1.12. Xác định phần trăm khối lượng dịch thoát bột nhào....................... 65 2.5.2. Phương pháp hóa học - xác định độ acid của bánh mì................................... 65 2.5.3. Phương pháp phân tích vi sinh ........................................................................ 65 v 2.5.4. Phương pháp phân tích cảm quan ................................................................... 65 2.5.5. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm.......................................................... 66 2.5.6. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hoá ....................................... 66 CHƯƠNG 3.............................................................................................................. 67 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................................. 67 3.1. ĐÁNH GIÁ SỰ PHÙ HỢP CỦA NGUYÊN LIỆU BỘT MÌ CHO SẢN XUẤT BỘT NHÀO LẠNH ĐÔNG ....................................................................... 67 3.2. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN LÊN MEN SƠ BỘ ........... 68 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian lên men sơ bộ đến số lượng nấm men .................... 68 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian lên men sơ bộ đến thể tích bánh mì ....................... 69 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian lên men sơ bộ đến độ xốp bánh mì ........................ 71 3.3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC LOẠI PHỤ GIA VÀ XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC TỔ HỢP PHỤ GIA TỐI ƯU CHO BỘT NHÀO BÁNH MÌ LẠNH ĐÔNG .......................................................................................................... 72 3.3.1. Xác định hàm lượng trehalose .............................................................. 72 3.3.2. Đánh giá hiệu quả và xác định hàm lượng sử dụng của các chất nhũ hóa .................................................................................................................. 75 3.3.2.1. Khảo sát đặc tính lưu biến của bột mì khi bổ sung chất nhũ hóa ..... 75 3.3.2.2. Ảnh hưởng của Sodium Stearoyl-2- Lactylate (SSL) ....................... 78 3.3.2.3. Ảnh hưởng của Glycerol Monostearate (GMS) ................................ 79 3.3.2.4. Ảnh hưởng của Sorbitan monostearate (E491) ................................. 81 3.3.2.5. Ảnh hưởng của Diacetyl Tartaric Acid Ester của Monoglyceride (DATEM) .................................................................................................................. 82 3.3.2.6. So sánh hiệu quả các chất nhũ hoá ở hàm lượng thích hợp của mỗi chất ............................................................................................................................ 84 3.3.3. Đánh giá hiệu quả và xác định hàm lượng sử dụng của các loại chất keo..... 85 3.3.3.1. Khảo sát đặc tính lưu biến của bột mì khi bổ sung các loại chất keo ............................................................................................................................. 86 3.3.3.2. Ảnh hưởng của chất keo Carrageenan (CAR) .................................. 88 vi 3.3.3.3. Ảnh hưởng của chất keo Guargum (GG) .......................................... 89 3.3.3.4. Ảnh hưởng của chất keo Sodium alginate (SA) ............................... 90 3.3.3.5. Ảnh hưởng của chất keo Carboxymethyl Cellulose (CMC) ............. 91 3.3.3.6. Ảnh hưởng của chất keo Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) ..................................................................................................................... 93 3.3.3.7. So sánh hiệu quả các chất keo ở hàm lượng thích hợp của mỗi chất 94 3.3.4. Đánh giá hiệu quả và xác định hàm lượng sử dụng các loại enzyme ...... 95 3.3.4.1. Khảo sát đặc tính lưu biến của bột mì khi bổ sung các loại enzyme 95 3.3.4.2. Ảnh hưởng của enzyme transglutaminase (TG) ............................... 98 3.3.4.3. Ảnh hưởng của enzyme glucose oxydase (GOX) ............................. 99 3.3.4.4. Ảnh hưởng của enzyme xylanase (XYL) ....................................... 101 3.3.4.5. Ảnh hưởng của enzyme lipase (LP) ............................................... 102 3.3.4.6. Ảnh hưởng của enzyme hemicellulase (HC) .................................. 103 3.3.4.7. So sánh hiệu quả của các enzyme ở hàm lượng thích hợp của chúng ....................................................................................................................... 104 3.3.5. Đánh giá lựa chọn phụ gia để phát triển công thức tổ hợp phụ gia cho bột nhào lạnh đông định hướng ứng dụng làm bánh mì ........................................................ 105 3.3.6. Đánh giá tác dụng tương hỗ của các loại phụ gia ......................................... 106 3.3.6.1 Phân tích tác động tương hỗ của các phụ gia trong các tổ hợp hai phụ gia ............................................................................................................................ 111 3.3.6.2 Phân tích tác động tương hỗ khi sử dụng tổ hợp 3 phụ gia ............. 113 3.3.6.3 Phân tích tác động tương hỗ khi kết hợp sử dụng tổ hợp 4 phụ gia với nhau từ tổ hợp 3 phụ gia .......................................................................................... 116 3.3.7. Xác định thành phần tối ưu của tổ hợp 3 phụ gia: HPMC, DATEM, GOX. 119 3.4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG MEN TƯƠI SỬ DỤNG ..................................................................................................................... 124 3.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng men sử dụng đến số lượng và tỉ lệ phần trăm nấm men sống sót ............................................................................................................ 125 3.4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng men tươi đến thể tích bánh mì........................... 127 vii 3.5. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP RÃ ĐÔNG .............. 128 3.6. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BÁNH MÌ SẢN XUẤT THEO QUY TRÌNH CẢI TIẾN VÀ SỰ THOÁI HOÁ CỦA SẢN PHẨM ......................................... 130 3.6.1. Đánh giá sự thoái hóa của bánh mì làm từ bột nhào lạnh đông có công thức phụ gia tối ưu .................................................................................................................. 130 3.6.1.1. Đánh giá sự thay đổi về thể tích bánh ............................................. 130 3.6.1.2. Đánh giá sự thay đổi về độ xốp bánh .............................................. 131 3.6.1.3. Đánh giá sự thay đổi về độ cứng của bánh ..................................... 132 3.6.2. Khảo sát lượng dịch thoát ra từ bột nhào lạnh đông ..................................... 133 3.6.3. Ảnh vi cấu trúc bột nhào lạnh đông (SEM) .................................................. 135 3.7. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ CẢI TIẾN CÔNG THỨC VÀ QUY TRÌNH TRONG SẢN XUẤT BÁNH MÌ BAGUETTE VÀ BÁNH MÌ HAMBURGER ...................................................................................................... 139 3.7.1. Kết quả kiểm tra thể tích và đánh giá cảm quan bánh mì Baguette .............. 139 3.7.2. Kết quả kiểm tra thể tích và đánh giá cảm quan bánh mì Hamburger .......... 140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 143 A. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 143 B. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ................................................ 144 C. KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................. 144 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............................................. A TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... B viii DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT AFPs Antifreeze peptides BaAFP-1 Antifreeze protein obtained from barley BN Bột nhào BQLĐ Bảo quản lạnh đông CAR Carageenan CFU Colony Forming Unit (đơn vị hình thành khuẩn lạc) CMC Carboxymethyl cellulose CMCNa Carboxymethyl cellulose natri CSL Calci stearoyl lactylate DATEM Diacetyl Tartaric Acid Este của Mono và Diglycerid ĐC Đối chứng ĐK Đường kính DS Degree of substitution E Extensibility (độ giãn dài) E491 Sorbitan mono stearate EHG Enzymatically hydrolyzed vital wheat gluten (Gluten thuỷ phân bằng protein) Extenso Extensograph F/T Freezing/Thawing (lạnh đông /xả đông) Farino Farinograph FU Farinograph unit G’ Elastic modulus (Modul đàn hồi) G’’ Viscous modulus (Modul nhớt) GG Guargum GMS Glycerol Monostearate GOX Glucose oxidase HC Hemicellulase ix HPMC Hydroxypropyl methyl cellulose LĐ Lạnh đông LP Lipase NC Nghiên cứu NL Nguyên liệu bột mì nghiên cứu PG Phụ gia PPHD Partial preheated dough (bột nhào được làm nóng trước một phần) rCaAFP Recombinant carrot antifreeze protein Rm Resistance to extension (Max): Độ bền tối đa RTE Ready-to-eat (sẵn sàng để ăn) SA Sodium alginate SD Độ lệch chuẩn SDS Sodium dodecylsulphate SEM ScaNLing electron microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) SSL Sodium stearoyl lactilate SX Sản xuất TB Trung bình TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TG Trangslutaminase Tỉ số R/E Resistance to extension (5cm)/Extensibility = Ratio Number 5cm Tỉ số R/E tối đa Resistance to extension (Max)/Extensibility = Ratio Number max UAF Ultrasonic-assisted freezing (cấp đông có hỗ trợ siêu âm) V Thể tích WPI Whey protein isolate (protein phân lập từ váng sữa) XYL Xylanase γ-PGA Acid gamma-polyglutamic x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Các phụ gia sử dụng trong nghiên cứu. ................................................... 49 Bảng 2. 2. Các hoá chất sử dụng trong nghiên cứu................................................... 51 Bảng 2. 3. Các nguyên liệu chuẩn bị ......................................................................... 53 Bảng 2. 4. Hàm lượng men cho 1 kg bột mì ............................................................. 54 Bảng 2. 5. Các chất keo và hàm lượng sử dụng ........................................................ 57 Bảng 2. 6. Các enzyme và hàm lượng sử dụng ......................................................... 58 Bảng 3.1. Kết quả phân tích các chỉ tiêu hoá lý của bột mì Nguyên liệu ................. 67 Bảng 3. 2. Các thông số Farinograph của bột Nguyên liệu ...................................... 67 Bảng 3. 3. Các