Tải bản đầy đủ

BÁO CÁO VI SINH QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC ỨNG DỤNG VÀO LÊN MEN SỮA CHUA

Lời nói đầu
Chúng ta đã biết một nguồn thực phẩm rất giàu dinh dưỡng đó là sữa. Trong sữa có
chứa nhiều chất dinh dưỡng như glucid, protein, lipid, khoáng, vitamin,…Những hợp
chất này rất có lợi, cần thiết cho sức khỏe và sự tăng trưởng, phát triển của con người
và các loài động vật. Là nguồn thực phẩm quan trọng, nên các sản phẩm từ sữa đã
được đa dạng hóa như phô mai, bơ, sữa lên men yaourt, kefir (Chú thích: Kefir là
một thực phẩm vừa lên men lactic nhờ vi khuẩn ưa ấm lactic vừa lên men rượu nhờ
nấm men, rất giàu Enzim với các vi khuẩn có lợi, giúp bạn cân bằng hệ tiêu hóa),…
là các sản phẩm truyền thống đã có từ rất lâu trước đây cho đến các sản phẩm hiện đại
được sản xuất theo dây chuyền công nghiệp như sữa tươi thanh trùng, tiệt trùng, sữa
nguyên kem, sữa bột, sữa gầy, sữa cô đặc,…Tất cả nhằm nâng cao chất dinh dưỡng và
bảo quản sữa tốt hơn.
Trong đó sữa chua là một trong những thực phẩm được quan tâm hàng đầu, bởi nó
được xem như là một dạng thực phẩm chức năng chứa các vi khuẩn probiotic có lợi
cho sức khỏe con người, sữa chua còn có thể được dùng như mỹ phẩm làm đẹp, thuốc
chữa bỏng và gia vị chế biến món ăn tuyệt vời mà không phải ai cũng biết,...
Đôi khi đại đa số chúng ta ai cũng biết làm ra sản phẩm yaourt bằng cách lên men
sữa. Nhưng ít ai biết cụ thể về thành phần vi sinh vật tham gia quá trình lên men.
Trong bài này nhóm chúng tôi làm về lên men lactic.

v


A/ Khái quát chung về vi khuẩn lactic
I/ Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic là vi khuẩn lên men thuộc họ lactobacterium, là vi khuẩn G(+).
Vi khuẩn lactic là trực khuẩn hoặc cầu khuẩn, đa số không sinh bào tử.
Đa số chúng lên men được mono và disaccharide, một số không lên men được
saccharose, số khác không lên men được đường maltose.
• Vi khuẩn lactic có dạng hình cầu, hình oval và hình que, đường kính của dạng
cầu khuẩn lactic từ 0,5-1,5 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặc
chuỗi có chiều dài khác nhau. Kích thước tế bào trực khuẩn lactic từ 1-8 μm,
trực khuẩn thường đứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi.
• Vi khuẩn lactic có hoạt tính protease, chúng phân hủy được protein của sữa tới
peptide và acid amin.













Một số loại có khả năng tạo màng nhầy.
Vi khuẩn lactic còn có khả năng sản sinh ra các chất kháng khuẩn gọi là
bacteriocin và được ứng dụng nhiều trong y học cũng như trong bảo quản thực
phẩm.
Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là C
Hô hấp tùy tiện
Không di động
Sản sinh bằng hình thức phân đôi tế bào

II. Phân loại
1/Xét theo hình thái cấu trúc thì vi khuẩn lactic được chia ra hai nhóm
-

Liên cầu khuẩn lactic : Tế bào hình tròn, oval, thường xếp thành đôi hoặc thành

chuỗi. Nhiệt độ phát triển tối ưu là 30-350C và được ứng dụng nhiều trong sản
xuất sữa chua, bơ, pho mát

.

-

-

Trực khuẩn lactic : Chúng đứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi và gồm ba nhóm
nhỏ là trực khuẩn ưa nhiệt (nhiệt độ tối ưu là 40-45 độ C), nhóm trực khuẩn ưa
ấm (nhiệt độ tối ưu là khoảng 30 độ C) và nhóm Beta bacterium

2/ Xét theo cách thức lên men
- Vi khuẩn lactic được chia thành hai nhóm :


Vi khuẩn lactic lên men đồng hình




Vi khuẩn lactic lên men dị hình

III. Hoạt động sinh hóa, trao đổi chất của vi khuẩn lactic

-

-

Đó là quá trình lên men lactic, diễn ra trong tế bào vi khuẩn. Đường đưa vào
bên trong tế bào vk nhờ cơ chế vận chuyển đặc trưng của màng tế bào (đường
đơn như glucose thì sẽ vào thẳng chu trình chuyển hóa, còn đường đôi hay các
dạng đường khác thì sẽ bị thủy phân thành các monosaccharide sau đó mới vào
chu trình chuyển hóa), phân tử đường này sẽ đi vào chu trình chuyển hóa khác
nhau và cuối cùng cho sản phẩm là acid lactic, acid acetic, CO2,…
Dựa vào sản phẩm tạo thành của quá trình lên men, chia làm hai nhóm là vi
khuẩn lactic lên men đồng hình hay vi khuẩn lactic lên men dị hình

Lên men lactic đồng hình: Quá trình lên men tạo acid lactic theo chu
trình EMP. Trong tế bào vi khuẩn lên men lactic đồng hình có đủ
enzyme carboxylase, do vậy pyruvate không bị phân giải sâu hơn, mà
thay vào đó nó nhận hydro được tách ra và chuyển tới pyruvate để tạo
thành acid lactic. Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90% sản phẩm,
chỉ một phần nhỏ pyruvate còn lại bị khử cacbon chuyển thành acid
acetic, ethanol, CO2 và acetone,…
C6H12O6 → CH3-CO-COOH → CH3-CHOH-COOH + Năng lượng
(glucose)
(acid lactic)
• Lên men lactic dị hình: Xảy ra khi vi khuẩn lactic không có đủ các
enzyme

bản
của
chu
trình
EMP
(andolase

trizaphosphattizomeras), vì vậy Xilulose-5-phosphate sẽ được tạo thành
theo con đường pento-photphat(PP), ngoài ra còn có các sản phẩm phụ
khác như: axit axectic, etanol, CO2. Các sản phẩm phụ tương tác với
nhau tạo thành ester có mùi hương.


-

-

Lượng sản phẩm phụ của quá trình lên men dị hình lactic như sau: acid lactic
chiếm 40% (thấp hơn nhiều so với lên men lactic đồng hình), acid sucxinic
chiếm 20%, ethanol chiếm 10%, acid acetic chiếm 10% và khoảng 20% còn lại
là các loại khí.
-Vi khuẩn lactic sinh trưởng ở nhiệt độ tầm trung từ C, pH từ 4,5-4,8.

=>Tóm lại vi khuẩn lactic nhận năng lượng từ quá trình phân giải đường và tạo
acid lactic.

B/ Vi khuẩn Lactic và ứng dụng của chúng trong chế biến sữa
chua (yaourt)
Trong thực phẩm thì việc lên men lactic không chỉ nhằm mục đích bảo quản nhằm
chống làm hư hỏng sản phẩm thì còn tác dụng tạo hương và các tính chất đặc trưng
cho sản phẩm.
Nhắc đến là sữa thì lên men lactic có nhiều ứng dụng dụng đặc biết khác như là khả
năng tạo vị, tạo mùi thơm của khuẩn Leuconostoc để sản xuất bơ sữa, phomat …
Đặc biệt hơn hết mà chúng ta nhắc đến chủ đề này là khả năng đông tụ của khuẩn
Streptococcus lactic để sản xuất sữa chua .
I/ Tổng quan về sản phẩm sữa chua
-Sữa chua lên men (hay còn gọi là yaourt) là một sản phẩm rất phổ biến trên
thế giới . Là sản phẩm bơ sữa được sản xuất bởi vi khuẩn lên men của sữa (cụ thể là vi
khuẩn lactic)
-Sữa chua là sản phẩm lên men lactic từ sữa bò tươi, sữa bột hay sữa động vật
nói chung sau khi đã khử chất béo và thanh trùng vi khuẩn gây bệnh bằng phương
pháp tiệt trùng Pasteur ở nhiệt độ 80-90 °C.
- Nguyên tắc làm sữa là do sự phát triển của vi khuẩn lactic làm pH giảm
mạnh, casein trong sữa bị đông tụ.Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt và có
mùi thơm ngon. Quá trình sữa chua người ta sử dụng chủng vi khuẩn lactic đồng hình
và dị hình. Vi khuẩn lactic đồng hình lên men nhanh làm giảm pH, vi khuẩn lactic dị
hình lên men chậm và tạo mùi thơm đặc trưng của sữa.


-Nó có một số đặc điểm sau:
• Trạng thái: Sữa chua là đồng nhất, mịn, sệt, không vón cục, không tách
lớp.

Mùi: Có mùi thơm đặc trưng của sản phẩm lên men nhờ sự có mặt của
các hợp chất như acid lactic, acid acetic,…
• Vị: Sữa chua có vị hơi chua của acid lactic, vị ngọt nhẹ của đường và vị
béo của lipid trong sữa chua.

Màu sắc: Sữa chua thường có màu trắng ngà và màu đặc trưng của
hương liệu bổ sung.
- Hiện nay có rất nhiều loại sữa chua khác nhau như, dựa vào cấu trúc và mùi vị mà
sữa chua có thể được phân loại như sau:
• Sữa chua truyền thống
• Sữa chua dạng khuấy
• Sữa chua uống hay sữa chua lỏng
• Sữa chua lạnh đông
• Sữa chua cô đặc
- Dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm, theo WHO/FAO được chia làm ba
nhóm chính:
• Sữa chua gầy: Hàm lượng chất béo <0,5%.
• Sữa chua bán gầy Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng 0,5-3,0%.
• Sữa chua béo: Hàm lượng chất béo trong sản phẩm > 3%
II/ Quá trình lên men sữa chua.
Nguyên liệu
Ageing
men

-

-

-

Phối trộn
Gia nhiệt
Đồng hóa1
làm lạnh
thanh trùng
Đồng hóa 2
hạ nhiệt
Cấy
Làm lạnh
Bồn rót
Đóng gói, dán nhãn

Nguyên liệu: Nếu nguyên liệu là sữa bột không đường thì thêm đường để đạt
nồng độ 8-10%.
Phối trộn: Bột, đường, sữa, bơ, chất ổn định phối ở nhiệt độ 45 độ C để quá
trình hòa tan đồng đều.
Gia nhiệt: nâng nhiệt độ lên 60 độ C cho thích hợp quá trình đồng hóa.
Đồng hóa 1: được thực hiện trong máy đồng hóa tạo áp suất cao khoảng 200
bar bằng hệ thống bơm pitton để phá vỡ các hạt béo trong nguyên liệu và phân
tán các chất khác tạo thành hỗn hợp đồng nhất.
Làm lạnh: Dòng sữa chua cho qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng vĩ có nước lạnh
bên ngoài để nhiệt độ còn 5 độ C. Dẫn đến bồn ageing.
Ageing: Sữa để yên trong bồn 1-2 giờ, ở 5 độ C.
Thanh trùng: Biện pháp xử lí nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật, tăng khả năng
hydrat hóa của casein. Nâng nhiệt lên 95 độ C trong 1 phút, sau đó làm nguội
đến nhiệt độ lên men 40-50 độ C.
Đồng hóa 2: ở 95 độ c, 200 bar.
Hạ nhiệt: tới nhiệt độ thích hợp quá trình lên men của vi khuẩn lactic (43 độ
C).


Cấy men: men được sử dụng là giống vi khuẩn lactobacillus bulgaricus và
Streptococcus thermophilus. Sữa sau khi được hạ nhiệt xuống còn 43 độ C,
pH= 4,4-4,5 cùng lúc lên men từ bồn men được bơm vào bồn cấy men. Lượng
men bơm vào chiếm 5% tổng khối lượng sản phẩm.
- Ủ: 43 độ C, 4-5h, pH ủ khoảng 4,7-4,8. Ủ nhằm mục đích tạo đủ điều kiện
thích hợp cho quá trình lên men chuyển hóa đường lactose thành acid lactic.
- Làm lạnh: 15 độ C hạn chế quá trình lên men.
- Bồn rót: Sau làm lạnh, sữa được chuyển sang bồn rót để chuẩn bị đóng gói.
- Đóng gói, dán nhãn: cuộn nhựa được tiệt trùng ở 115 độ C, đem dập khuôn và
chuyển đến bồn rót. Sữa chua được rót vào dán nhãn. Bảo quản ở 0-5 độ C
trước khi xuất xưởng.
*Lên men
- Chuẩn bị chủng vi sinh vật:
• Chủng bao gồm Sreptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus, tỉ lệ
thường là 1:1 hoặc 1:2. Thời gian phải tuân thủ nghiêm ngặt bởi lẽ khi cấy trở
lại dễ bị nhiễm.
• Khi dùng chuẩn bột thương mại người ta cấy chuyển tiếp một vài lần để tăng
hoạt tính của chủng và để rút ngắn thời gian lên men trong sản xuất.
• Thông thường, từ chủng bột người ta cấy lần 1- chủng đầu, rồi cấy tiếp lần 2,
chủng thứ 2 hay chủng trung gian và cấy lần 3- chủng sử dụng.
• Thời gian cấy lần lượt là 8-10h, 6-8h và lần 3 khoảng 3-4h.
-Lên men
• Thời gian lên men phụ thuộc vào các yếu tố như loại vi khuẩn, lượng chủng…
và có thể kéo dài từ 3 đến 20h.
• Giữ nhiệt độ đúng, ổn định. Trong quá trình lên men, vi khuẩn phát triển rất
nhanh và sẽ lên men lactoza thành acid lactic. Các vi khuẩn chất thơm sẽ cho
các sản phẩm như diaxetyl, acid axetic, propionic,…
• Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của 2 loại vi khuẩn này theo tỉ lệ 1:1 là từ
43-45 độ C.
-



Để thỏa mãn nhu cầu về độ chua và hương thơm cho yaourt.


Để sản phẩm có độ chua nhẹ và thơm: dùng tế bào vi khuẩn Strepcoccus ở giai
đoạn trẻ, môi trường lên men có độ axit thấp.
• Sản phẩm có độ acid cao, dùng tế bào của Streptococcus già hơn hoặc dùng
Lactobaccillus.
• Lactobacillus bulgaricus phát triển ở 45-50 độ C, trong môi trường có độ acid
cao.
• Sreptococcus thermophilus phát triển tốt ở 50 độ C, phát triển trong môi trường
có độ acid thấp hơn L.bulgaricus.


Đây là hai loài vi khuẩn đặc trưng sử dụng trong sản xuất sữa chua.
Sử dụng hỗn hợp cho kết quả sinh ra acid lactic tốt hơn là chỉ sử dụng riêng
từng loài

Giai đoạn đầu của quá trình sản xuất, pH của sữa thích hợp cho loài
Stretococcus hoạt động chiếm ưu thế, và quá trình lên men lactic bắt đầu.
• Lactobacillus có chứa enzim phân giải protein nên có khả năng phân tách một
số acid amin từ casein, kích thích sự phát triển của Streptococcus, làm cho độ
acid tăng lên.
• pH sữa thay đổi Streptococcus khó phát triển, Lactobacillus chiếm ưu thế.



III/ Cơ chế lên men
Trong các sản phẩm lên men từ sữa, người ta nhận thấy có 3 dạng lên men chính:
lên men rượu, lên men lactic ( thường gặp), lên men butyric ..
Nhưng ở đây ta chỉ nghiên cứu về lên men lactic bởi nó là chủ đề chính của
nội dung.
1/ Lên men lactic là gì ?


-Lên men lactic: là quá trình lên men chủ yếu của các sản phẩm sữa chua. Dựa vào
thành phần của sản phẩm lên men mà người ta chia thành: lên men lactic điển hình và
lên men lactic không điển hình.
- Trong môi trường sữa, vi khuẩn lactic tổng hợp enzyme lactase.
Enzim galactase
+ Lactose
Glucose + galactose
- Đường galactose sinh ra sẽ được chuyển hóa thành đường glucose
+ Galactose + ATP

Galactose – 1 – phosphate + ADP

+ Galactose – 1 – phosphate
+ Glucose – 1 – phosphate
+ Glucose – 6 – phosphate

Glucose -1 –phosphat
Glucose – 6 – phosphate
Glucose+ H3PO4

- Sau đó glucose sẽ được chuyển hóa thành acid pyruvic
- Tiếp tục thì acid pyruvic sẽ được tiếp tục chuyển thành acid lactic đưới tác dụng của
enzyme lactase dehydrogenase.

CH3

CH3
Enzim lactase dehydrogenase

C

O

HC

COOH

OH
COOH

Acid pyruvic

Acid lactic

- Bên cạnh đó, dưới tác dụng của enzyme decarboxylase của vi khuẩn lactic, acid
pyruvic cũng chuyển thành andehyt acetic

CH3

CH3
Enzim lactase dehydrogenase

C

O

COOH
Acid pyruvic

CH

O
H

andehyt acetic


2/ Cơ chế đông tụ của sữa đặc
-Acid lactic đóng vai trò rất quan trọng đối với sự đông tụ sữa trong quá trình sản xuất
sữa chua đặc.
-Bình thường các casein trong sữa tích điện âm nên chúng đẩy nhau và điều đó làm
cho các casein tồn tại dưới dạng keo (Casein là tên của một nhóm protein chủ yếu
trong sữa. Trong sữa bò casein chiếm gần 80% tổng số protein hay khoảng 26 g cho 1
lít sữa)
- Acid lactic tạo ra từ quá trình lên men sẽ làm giảm pH của sữa, khi pH của sữa bằng
pI ( pI là điểm mà tại đó điện tích của protein = 0, protein mất đặc tính sinh hóa của
chúng và có xu hướng tạo tủa) của micelle casein (casein dễ dàng tạo chuỗi polymer
có chứa một vài loại casein giống hay khác nhau. Do có nhiều nhóm phosphate và
những nhóm kỵ nước trong phân tử casein, các phân tử polyme được hình thành từ
casein rất đặc biệt và bền. Những phân tử này được cấu tạo từ hàng trăm và hàng
nghìn những phân tử đơn lẻ và hình thành nên dung dịch keo, tạo nên màu trắng của
sữa. Những phức chất này được gọi là các micelle casein) bị trung hoà về điện tích và
micelle casein sẽ đông tụ tạo thành gel. Khi pH giảm xuống dưới pl, các micelle
casein được tái hoà tan. Và cơ sở này được ứng dụng trong sản xuất sữa chua khi
dừng quá trình lên men của sữa chua đặc ở pH= 4.7. Còn ở sữa chua uống pH= 4.1
- Ngoài ra Acid lactic còn tham gia phản ứng với caseinate calcium tạo quện sữa
-RCa + 2

-R + Ca

Caseinate calcium
Acid lactic
Acid ceiseic(quện sữa)
Lactate calcium
=> Các calcium phosphate keo sẽ làm hoà tan và tạo ra Ca2+. Các ion này làm cho
khối đông tụ bền chặt hơn.
IV/ Cấy giống vi khuẩn lactic
- Trong sản xuất yaourt, sử dụng nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình.
- Hiện nay, các nhà máy sản xuất yaourt với năng suất lớn thường mua chế phẩm
lactic để sử dụng. Như vậy, họ không cần đầu tư chi phí nhân công, nhà xưởng và
nguyên liệu cho quá trình giữ giống và nhân giống tại nhà máy. Để rút ngắn thời gian
lên men và tiết kiệm lượng chế phẩm vi khuẩn cần dùng, các nhà sản xuất thường hoạt
hóa vi khuẩn giống trên môi trường được pha chế từ bột sữa gầy.
- Hàm lượng chất khô trong môi trường hoạt hóa dao động từ 9-12%. Trước khi hoạt
hóa giống, môi trường cần phải được thanh trùng ở nhiệt độ 90-950C trong thời gian
30-45 phút. Quá trình hoạt hóa này được thực hiện trong thiết bị vô trùng có dạng
hình trụ, đáy côn và được chế tạo bằng vật liệu thép không rỉ. Nhiệt độ hoạt hóa được
duy trì ở 430C.


- Quá trình được xem là kết thúc khi độ chua canh trường đạt 85-900D. Giống vi
khuẩn lactic sau khi được hoạt hóa, được cấy vào bồn chứa sữa nguyên liệu ( trường
hợp sản xuất yaourt truyền thống) hoặc bồn lên men( trường hợp sản xuất yaourt dạng
khuấy hoặc yaourt uống) với tỷ lệ tối thiểu 0.5% và tối đa là 0.7% (v/v).
-Sau quá trình nhân giống hoặc hoạt hóa giống, nếu chưa sử dụng ngay , ta cần làm
lạnh giống để hạn chế sự gia tăng nhanh độ chua của canh trường. Việc tăng nhanh độ
chua của canh trường giống sẽ ức chế hoạt tính lên men của vi khuẩn lactic. Trường
hợp giống được sử dụng trong 6 giờ tiếp theo, ta chỉ cần làm lạnh canh trường về 10120C. Nếu thời gian bảo quản giống dài hơn 6 giờ, nhiệt độ canh trường nên được duy
trì ở 5 0C. Cần chú ý khi tiến hành cấy giống, ta nên cho cánh khuấy của thiết bị hoạt
động trong một khoảng thời gian nhất định để phân bố đều các tế bào vi khuẩn lactic
trong môi trường sữa
=> Nhờ đó, quá trình lên men diễn ra nhanh và đồng đều hơn.

D/ Tài liệu tham khảo
1/ Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa- TS Lâm Xuân Thành.
2/ Bài giảng hóa sinh thực phẩm
3/ Bài giảng vi sinh thực phẩm
4/ Bài giảng hóa học thực phẩm




Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×