Công thức Thực phẩm Thay thế Thịt và Phân tích trong Phòng thí nghiệm

Các sản phẩm thay thế thịt có nguồn gốc thực vật thường sử dụng ngũ cốc hoặc các loại đậu hạt. Các loại ngũ cốc được sử dụng bao gồm lúa mì, yến mạch và ngô. Đậu hạt bao gồm các loại hạt có thể ăn được của cây họ đậu, ví dụ như thấu đậu, đậu đen, đậu nành và đậu hà lan.

Các loại đậu hạt/họ đậu rất giàu protein, vitamin, khoáng chất, chất xơ và carbohydrate phức hợp; trong đó các sản phẩm thay thế từ đậu nành và đậu hà lan có xu hướng được người tiêu dùng ưa chuộng hơn. Chúng được bán dưới dạng tinh chất (concentrates) chứa khoảng 65% protein hoặc dạng phân lập (isolates) chứa khoảng 85% protein. Đậu nành và đậu hà lan có khả năng cố định nitơ, giúp hỗ trợ sức khỏe của đất và đa dạng sinh học, khiến chúng trở thành một trong những loại cây họ đậu có mức độ tác động tiêu cực đến môi trường thấp nhất.

Giá thành thấp, ít hoặc không có lo ngại về dị ứng, cùng với các khoản đầu tư trên toàn bộ chuỗi giá trị đã khiến protein thực vật hiện là một trong những lựa chọn thay thế thịt tốt nhất cho những người tiêu dùng có ý thức.

Mặc dù côn trùng là nguồn thực phẩm phổ biến của 2 tỷ người trên toàn cầu, nhưng các sản phẩm từ côn trùng vẫn được coi là mới lạ ở các nước phương Tây. Protein côn trùng tinh chất có dấu chân môi trường thấp hơn so với protein động vật nhưng lại cao hơn so với các nguồn protein thực vật. Do tính hòa tan thấp và các đặc tính dinh dưỡng biến thiên, protein côn trùng là lựa chọn lý tưởng để làm nguồn bổ sung protein trong các sản phẩm mô phỏng thịt khi chúng được kết hợp với protein đậu nành hoặc protein thực vật. Thực phẩm có nguồn gốc từ côn trùng, dù là một nguồn protein thú vị, cũng tiềm ẩn một số rủi ro về phản ứng dị ứng hoặc nhiễm kim loại nặng và vi khuẩn tạo bào tử.

Trong khi protein thực vật và côn trùng thường được chiết xuất từ cây trồng hoặc côn trùng chăn nuôi, thì các sản phẩm thay thế thịt từ nấm, tảo và thịt nuôi cấy tế bào chủ yếu được sản xuất trong các lò phản ứng sinh học thông qua quá trình xử lý sinh học.

Các sản phẩm thay thế thịt từ nấm thường sử dụng mycoprotein làm thành phần chính. Mycoprotein là tên gọi của nguồn protein thực phẩm được tạo ra từ loài nấm Fusarium venenatum, vốn được tìm thấy trong tự nhiên và được phát triển để sản xuất protein dùng cho thực phẩm.

Mycoprotein có thể được chuyển đổi thành nhiều loại thực phẩm mô phỏng khác nhau. Chiều dài của sợi nấm có thể được kiểm soát thông qua quá trình lên men: nấm càng được để phát triển lâu thì các sợi nấm càng dài, tạo ra kết cấu thô hơn cho thành phẩm.

Mycoprotein là lựa chọn lý tưởng để thay thế thịt vì trọng lượng khô của chúng chứa khoảng 50% protein, tương đương với thành phần của một miếng bít tết nướng. Hơn nữa, chúng có hàm lượng chất béo thấp hơn bít tết, chỉ với 13% chất béo thực vật, không chứa cholesterol và có hàm lượng chất xơ là 25%.

Thực phẩm thay thế thịt từ tảo — Mặc dù một số loài tảo đã được sử dụng làm phụ gia thực phẩm trong quá khứ, nhưng hiện nay vi tảo đang thu hút sự chú ý của các nhà xây dựng công thức thực phẩm như một thành phần mới đầy hứa hẹn cho việc tạo ra các sản phẩm mô phỏng thịt. Các loại vi tảo như chlorella (tảo lục) và spirulina (tảo xoắn) có tốc độ tăng trưởng vượt trội, hàm lượng protein cao hơn và chất lượng dinh dưỡng tốt hơn so với các cây trồng trên cạn được sử dụng để sản xuất protein thực vật. Ngoài hàm lượng protein cao, vi tảo còn chứa các vi chất dinh dưỡng, axit béo không bão hòa đa, carotenoid và các hợp chất hoạt tính sinh học với đặc tính chức năng mang lại thêm nhiều lợi ích cho sức khỏe.

Mặc dù protein tảo tinh chất có màu xanh lục hoặc vàng và nhìn chung có mùi tanh không mấy hấp dẫn, nhưng chúng có thể làm tăng giá trị dinh dưỡng cho các sản phẩm mô phỏng thịt từ thực vật khi đáp ứng được các điều kiện quy trình phù hợp.

Thịt nuôi cấy là một lựa chọn thay thế khác cho các sản phẩm thịt chăn nuôi. Tuy nhiên, khác với một số loại sản phẩm khác, phương pháp này không phải là một dạng mô phỏng dựa trên protein thực vật, mà là một sản phẩm có nguồn gốc động vật nhưng tránh được việc nhân giống, chăn nuôi và giết mổ số lượng lớn động vật.

Với thịt nuôi cấy, các công ty đang hướng tới việc sản xuất các loại thịt dựa trên tế bào có đặc tính sinh học tương đương với thịt chăn nuôi thông qua việc nuôi cấy tế bào động vật. Thịt được tạo ra bằng cách nuôi cấy các tế bào gốc động vật trong lò phản ứng sinh học trước khi kích thích quá trình biệt hóa thành các tế bào cơ để hình thành mô trên một khung giàn (scaffold) cụ thể.

Mặc dù hiện tại thịt nuôi cấy vẫn có giá thành cao, nhưng các quy trình dựa trên tế bào đang được tối ưu hóa về mặt chi phí để trở nên cạnh tranh hơn trên thị trường thực phẩm thay thế thịt.

Việc xây dựng công thức cho các sản phẩm thay thế thịt là một thách thức lớn khi xét đến hương vị, cấu trúc, cảm giác trong khoang miệng và giá trị dinh dưỡng.

Thịt và cá chứa nhiều loại dưỡng chất, bao gồm các vitamin và khoáng chất thiết yếu, vốn có thể bị thiếu hụt trong các sản phẩm "không thịt" tương ứng. Cảm giác béo ngậy trong miệng, độ mọng nước, độ săn chắc và độ dai của các sản phẩm thịt cũng có thể rất khó để tái tạo. Do đó, khi phát triển các sản phẩm thay thế thịt, các nhà xây dựng công thức thực phẩm phải bổ sung thêm các thành phần khác để hỗ trợ protein nhằm mang lại cho sản phẩm vẻ ngoài, hương vị, độ đồng nhất và thành phần dinh dưỡng phù hợp. Các mối quan tâm bổ sung bao gồm việc giữ cho hàm lượng natri ở mức thấp nhất có thể.

Để giải quyết các mối quan ngại về sức khỏe trong quá trình phát triển thực phẩm thay thế thịt, việc đảm bảo sản phẩm đạt được sự đồng nhất trong sản xuất và đáp ứng các tiêu chuẩn ghi nhãn tại địa phương là vô cùng quan trọng, bao gồm cả việc đảm bảo hàm lượng dinh dưỡng ghi trên bao bì là chính xác. Do đó, phân tích phòng thí nghiệm, kiểm soát trong quá trình sản xuất và kiểm soát chất lượng đối với các sản phẩm thay thế thịt đóng vai trò then chốt.

Nhiều phương pháp phân tích được sử dụng để đánh giá hương vị và đặc tính của thực phẩm thay thế thịt, cũng như đánh giá xem các yêu cầu về dinh dưỡng, cấu trúc và cảm giác trong miệng có được đáp ứng hay không.

• Cân đo: Đóng vai trò quan trọng trong xây dựng công thức, chuẩn bị môi trường nuôi cấy hoặc kiểm soát chất lượng khi chuẩn bị mẫu và chất chuẩn cho các phân tích như HPLC/GC (thuốc trừ sâu, kim loại vết), xác định protein, cân vật chất khô, xác định hàm lượng chất béo trước và sau khi chiết Soxhlet hoặc đánh giá tổng hàm lượng khoáng sau khi nung thành tro.
• Phân tích độ ẩm và nước: Sử dụng máy phân tích độ ẩm halogen, phương pháp sấy hao hụt khối lượng hoặc chuẩn độ Karl Fischer để đo hàm lượng độ ẩm hoặc nước của nguyên liệu thô hoặc sản phẩm trong các bước xây dựng công thức khác nhau. Phân tích độ ẩm bằng công nghệ halogen giúp đảm bảo chất lượng nguyên liệu và sản phẩm, đồng thời xác định thời hạn sử dụng.
• Xác định pH có thể quan trọng trong quá trình phát triển sản phẩm để đảm bảo tính hòa tan của các protein thay thế trong công thức. Ví dụ: trong khi protein đậu nành hòa tan ở pH 4.5–6.0, protein từ tảo lục lại hòa tan ở pH 2.0–12.0. Xác định pH cũng quan trọng trong kiểm soát chất lượng để đánh giá xem thành phẩm có bị hỏng hay không.
• Phân tích định lượng: Các phép thử như chuẩn độ để xác định hàm lượng natri, xác định protein theo phương pháp Kjeldahl, UV-Vis cho hàm lượng glucose/fructose và vitamin, cân xác định hàm lượng chất béo theo phương pháp Soxhlet cũng như hàm lượng tro và chất xơ thường được thực hiện trong kiểm soát chất lượng thực phẩm thay thế thịt.
• Phân tích vật lý: Như tỷ trọng, chỉ số khúc xạ, điểm nóng chảy hoặc UV-Vis, cung cấp các chỉ số về độ tinh khiết của thành phần và nguyên liệu thô.
• Nghiên cứu vi sinh: Quan trọng để đánh giá bản chất và mức độ nhiễm khuẩn tiềm ẩn, cũng như đánh giá thời hạn sử dụng của thành phẩm. Các thiết bị như pipettes, cân và máy đo pH thường được sử dụng để chuẩn bị môi trường thạch.
• Phân tích nhiệt: Được sử dụng để đánh giá thời hạn sử dụng của sản phẩm cũng như đặc tính của các phụ gia thực phẩm trong suốt quá trình sản xuất. TGA (phân tích nhiệt trọng trường) có thể được dùng để nghiên cứu sự thay đổi khối lượng và sự phân hủy của thực phẩm thay thế thịt khi bị đun nóng, trong khi DSC có thể được dùng để đánh giá sự biến tính protein, đặc tính kết tinh của chất béo hoặc những thay đổi nhiệt mà phụ gia trải qua trong quá trình gia nhiệt và làm nguội khi sản xuất.
• Theo dõi nuôi cấy tế bào: Quan trọng đối với các loại protein thay thế thịt được xử lý bằng công nghệ sinh học. Các thông số như pH và oxy hòa tan giúp đánh giá sự phát triển của tế bào và nên được theo dõi trực tuyến (inline) trong suốt quá trình nuôi cấy.

Danh mục thiết bị phòng thí nghiệm của METTLER TOLEDO được thiết kế để hỗ trợ bạn trong suốt vòng đời phát triển và kiểm soát chất lượng thực phẩm thay thế thịt. Các sản phẩm của chúng tôi đồng hành cùng bạn từ phòng thí nghiệm đến nhà xưởng, giúp bạn đánh giá chính xác nguyên liệu thô và các thành phần mới, bao gồm cả việc định lượng từng dưỡng chất riêng lẻ để đảm bảo tính chính xác của nhãn mác.