LÊN MEN LACTIC & ỨNG DỤNGLÊN MEN LACTIC & ỨNG DỤNG

I. MỞ ĐẦUI. MỞ ĐẦU

I.1. Định nghĩa

• Là sự chuyển hoá đường thành acid lactic trong điều kiện không có oxy nhờ các vi khuẩn lactic.

• Vi khuẩn lactic Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc• Lên men lactic

– Lên men lactic đồng hình: đa số là acid lactic, chỉ một phần nhỏ pyruvate được decacboxyl hóa acid acetic, ethanol, và CO2…

CH3COCOOH + NADH2 CH3CHOHCOOH + NAD+

– Lên men lactic dị hình: 40% acid lactic, 20% acid succinic & ethanol, 10% acid acetic, 20% các chất khí…

C6H12O6 CH3CHOHCOOH + C2H5OH + CO2 + ATP

• ƯD: sản xuất acid lactic, sữa chua, phomat, nem chua, muối chua rau quả...

EMP

Lactate dehydrogenase

Lên men lactic đồng hình

• Sự lên men tạo sản phẩm chính là acid lactic (chiếm từ 90-98%) sản phẩm phụ là ethanol, acid acetic, CO2…

• Các chủng vi khuẩn tham gia vào quá trình này chủ yếu là 2 giống:– Lactobacterium (trực khuẩn) các

loài điển hình:• Lactobacterium casei (ưa nóng,

to 40-45oC)• Lactobacterium plantarum (ưa

ấm, to 30oC)

– Streptococcus (liên cầu khuẩn):• Streptococcus cremoric• Streptococcus thermophilus • Streptococcus lactic

Lên men lactic dị hình

• Sự lên men tạo sản phẩm đa dạng ngoài acid lactic còn hàng loạt các sản phẩm khác với tỷ lệ khá cao: acid lactic 40%, acid succinic và ethanol 20%, acid acetic 10%, các chất khí 20%.

• Đường chuyển hóa theo con đường PP• Các chủng điển hình:

– Bacterium coli– Bacterium aerogenes– Lactobacillus brevis

– Leuconostoc mesenteroides

I.2. Vi sinh vật

• 1780 Schaele (Thụy Điển), lần đầu tiên tách được acid lactic từ sữa bò chua.

• 1857 Pasteur, CM sự lên men sữa chua là do nhóm vi khuẩn lactic.

• 1878 Lister, phân lập thành công vi khuẩn lactic, Streptococcus lactis.

• Về sau, các nhà khoa học liên tiếp phân lập được nhiều loài vi khuẩn lactic khác nhau.

• Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaceae.

• Các giống quan trọng nhất: Lactococcus, Streptococus (hình cầu), Lactobacillus (hình que), Leuconostoc, Bifidobacterium (hình gậy)…

• Về hình thái, nhóm vi khuẩn này không đồng nhất: hình cầu, hình que ngắn, hình que dài…

• Về sinh lý, lại tương đối đồng nhất: là VK Gram (+), không tạo bào tử, hầu hết không di động.

Leuconostoc mesenteroidesLactobacillus acidophilus

Lactococcus lactis LactobacillusStreptococus

Bifidobacterium longum

• Sinh sản, vô tính• Môi trường dinh dưỡng, giàu chất dinh dưỡng & đầy

đủ các yếu tố sinh trưởng.– Cacbon: đường đơn, đường đôi (lactose)– Nitơ: hữu cơ (acid amin, peptid…), NH4

+ (một vài giống)

– Khoáng & yếu tố sinh trưởng: vitamin, purine, pyrimidine

• Sinh trưởng – pH 5,3-8,8 (có thể sống được ở pH thấp 2,9-3,2)– Nhiệt độ 3oC, 30-45oC, 50oC (ưa ấm hoặc ưa nhiệt)

• Trao đổi năng lượng:– Trong điều kiện không có oxy: quá trình lên men lactic

gồm 2 kiểu lên men:• Đồng hình (EMP): chủ yếu tạo acid lactic• Dị hình (PP): tạo ra một lượng tương đương acid lactic, ethanol,

acid acetic, CO2.

– Trong điều kiện có oxy: ức chế hoạt tính trao đổi chất của vi khuẩn không thực hiện quá trình hô hấp hiếu khí vì không có cytochrome.

I.3. Ứng dụng

• Sản xuất acid lactic (Lactococus lactis), dextran (Leuconostoc mesenteroides)…

• Sản xuất các sản phẩm lên men truyền thống: nem chua, xúc xích lên men, muối chua rau quả, muối cà, sữa chua (yaourt), phô mai…

II. SẢN XUẤT YOGURTII. SẢN XUẤT YOGURT

• Lên men lactic được sử dụng rộng rãi trong chế biến sữa SP sữa chua, phômai,… vừa tăng giá trị dinh dưỡng, vừa có tính chất chữa bệnh (bệnh đường ruột), vừa còn có tác dụng bảo quản lâu hơn.

• Sữa chua: là SP lên men lactic từ sữa bò tươi (hay sữa động vật khác, sữa bột… có độ đường 8-10%) thanh trùng hạ đến nhiệt độ ấm.

Sự thay đổi các thành phần sữa trong quá trình chế biến

• Sự thay đổi đường sữa:– Lactose acid malic, acid acetic, acid lactic, acid propionic

• Sự thay đổi protein sữa:– Acid hữu cơ làm giảm pH sữa pH = pI casein quá trình

tách Ca ra khỏi casein sữa bị vón cục lại (đông tụ).– Nếu tiếp tục lên men casein sẽ bị phân hũy pepton,

acid amin, khí H2S, NH3…

Casein

• Casein là một phosphoprotein (có chứa gốc a.phosphoric),• Trong sữa, casein tồn tại ở dạng canxi caseinate + canxi

phosphate phức canxi phosphate caseinate (micelle).

Quá trình lên men tạo sữa chua

• Đông tụ sữa:– Sữa thanh trùng

Pasteur 72-76C/15-20’ làm nguội 40-50C cấy giống vào lên men 29-35C/8-12h pH giảm đông tụ sữa.

– Dựa vào cục đông (đặc, đồng nhất, không có hiện tượng nước – sữa tách rời nhau) và độ chua của sữa (60-80oT) kết thúc quá trình lên men – đưa vào tủ lạnh.

• Ủ chín: kết thúc lên men, dịch lên men chuyển sang điều kiện lạnh 6-8C/12-14h.– Quá trình lên men lactic xảy ra yếu sữa

tiếp tục đông tụ,– Lipid trong sữa trở nên rắn, – Nước tự do liên kết với protein sữa

đông đặc thêm, – Xảy ra các quá trình tạo hương sữa có

mùi đặc trưng. Sự hình thành các chất thơm trong sữa chua là do Streptococcus, Lactobacillus acetaldehyde – tạo hương đặc trưng.

– Vi khuẩn sinh hương S.diacetilactic diacetyl, mùi dễ chịu. Thường kết hợp với S.lactic và S.cremoris

– Có thể bổ sung thêm hương tổng hợp hoặc trái cây tự nhiên tăng thêm hương vị.

Live lactic acid bacteria in yogurt

Casein micelles –modified by bacteriaso they stick togetherand form yogurt

Yogurt has differenttexture than cheesebecause the micelledistribution isdifferent

Structure of mature yogurt

Sữa chua (Việt Nam)

• Nguyên liệu: sữa bột gầy, sữa tươi, đường, các gia vị.

• VSV: Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus.

• Yêu cầu thành phẩm: loại kem đặc, vị chua, ngọt, pH 4,4-4,5;

độ acid (acid lactic 0,85-0,95%), calo 50, protein 3,5-4%, lipid

2-3% trong 100g sản phẩm.

• Thời hạn sử dụng: 2 tuần 4-6oC, 1 tuần 8oC

• Sản xuất: công nghiệp 10%, gia đình 90%

Sữa Thanh trùng 85oC/30’ Để nguội xuống 42oC

Cấy VK gây chua

Lên men ở 42-45oC/3-4h

Ủ chín 8-10oC/1-2 ngày

Sữa chua

Yoghurt (Úc)

Sữa đã được

chuẩn hóa

Thanh trùng ở 90oC/30’

Khuấy đều

Để nguội xuống 43oC

Cấy giống (3-5%)

Trộn nước hoa quả

Lên men ở 43oC/3-6h, pH 4,7 kết thúc

Làm lạnh 4oC, pH đạt 4,1-4,3

YOGHURT

• Yêu cầu thành phẩm: – Dạng lỏng, màu kem (phụ thuộc nước hoa quả), – Mùi chua (acid lactic), mùi hoa quả cho vào, – Nước 80-86%, Ca 180mg, calo 62, lipid 1,5g; protein 5g, lactose 4,6g;

galactose 1,6g; Vit.A 12mg, Vit.B1 65mg, Vit.B2 270mg trong 100g sản phẩm, pH 4,1-4,3.

• VSV: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus acidophilus.

• Thời hạn sử dụng: 3-6 tuần.

Dadhi, Dahi (Bangladesh)

• Nguyên liệu: sữa bò 95–100%, đường 0–5%• VSV: Lactobacillus sp., Streptococcus sp.• Cách làm: sữa đun sôi làm nguội đến 45oC cấy VK

lactic lên men 37-42oC/6-12h, pH 3,5-5.• Yêu cầu thành phẩm: dung dịch màu trắng hoặc kem, vị chua

ngọt; pH 3,5-5.• Thời hạn sử dụng: dưới 24h.

Curd (Srilanka)

• Nguyên liệu: sữa bò hay sữa trâu đậm đặc 100%• VSV: Lactobacillus, Streptococcus.• Cách làm: sữa đun sôi/24h làm lạnh đến 30oC cấy

giống vào lên men 30oC/24h.• Yêu cầu thành phẩm: dạng kem đặc, vị acid nhẹ.• Thời hạn sử dụng: phụ thuộc vào điều kiện bảo quản và tàng

trữ.

SP synbiotic = probiotic + prebiotic

• ProbioticSản phẩm chứa một hay nhiều

loại VSV sống, có tác động tốt cho sức khỏe con người hay động vật tiêu thụ bằng cách cải thiện hệ VSV bên trong cơ thể.

• Prebiotic Là thành phần thực phẩm

không tiêu hóa được, có tác dụng kích thích có chọn lọc lên sự phát triển hay hoạt hóa các quá trình chuyển hóa của một hay một số VK có lợi trong đường tiêu hóa của vật chủ.

Bifidobacteria - probiotic

• Sản sinh acid lactic, acid acetic làm giảm pH môi trường ức chế các VSV khác,

• Tạo sự cạch tranh với các VK đường ruột khác

• Hạn chế amoniac vào máu do chuyển NH3 NH4+,

• Tổng hợp được các vitamin nhóm B và enzyme tiêu hóa: caseinphosphatase, lysozyme

• Một số thành phần tế bào có khả năng kích thích hệ miễn dịch của cơ thể,

Một số chất sử dụng như prebiotic để kích thích Bifidobacteria

• N-acetyl-D-glucosamine có nguồn gốc từ sữa đầu và dạng tổng hợp,

• Lactulose trong sữa UHT,• Các gluco-oligosaccharide (GOS) từ đậu nành,• Xylo-oligosaccharide (XO) từ ngũ cốc,• Isomalto-oigosaccharide (IMO) từ tinh bột.

III. SỮA CHUA KEFIRIII. SỮA CHUA KEFIR

Nguồn gốc

• Miền núi Caucasus, Liên Xô cũ, lên men trong túi da thú, thùng gỗ

• Cuối thế kỉ 19 trở nên quen thuộc với người dân Đông Âu

• Thế kỉ 20 được sản xuất theo qui mô công nghiệp

Vai trò của Kefir

• Món ăn bổ dưỡng có lợi cho sức khỏe và có khả năng chữa bệnh Dinh dưỡng: protein, chất béo, khoáng chất và

vitamin… Tăng cường tiêu hóa, khả năng miễn dịch, giảm

căng thẳng thần kinh…

Nguyên liệu

SỮA• Sữa dê, bò, cừu…• Yêu cầu chung:

Không được chứa kháng sinh Đạt chỉ tiêu về VSV

VI SINH VẬT:• Tổ hợp VSV dưới dạng hạt kefir

Hạt kefir

• Màu từ trắng đến vàng nhạt, thường kết chùm, hình dạng không ổn định

• Thành phần:Vi khuẩn lactic (65-80%)Nấm men (5-10%)Một số VK khác:A.aceti, A.racensProtein (30%) và cacbohydrat (25-50%)

• Phức hệ vi sinh vật gắn với nhau bởi chất polisacharide

Hình dạng hạt kefir

Hạt Kefir sau khi được vớt ra khỏi sữa

Phân bố thành phần trên hạt• Vùng xù xì:hoạt động

nấm men• Vùng phẳng: vi khuẩn

chiếm ưu thế

• Sâu trong hạt: nhiều VK,ít nấm men

• Bên ngoài: nấm men hình thành các cụm riêng biệt

Hạt giống Kefir dưới kính hiển vi điện tử

TỔ HỢP VSV TRONG HẠT KEFIR

Phân loại

Lên men từ đường và trái

cây

Lên men từ sữa

HẠT KEFIR

Chu kỳ phát triển của hạt Kefir

• Hạt Kerir được hình thành từ màng bao bọc mỏng không theo qui tắc gồm: protein,lipid,polisacharide

• Màng phát triển hình không đồng nhất hình thành các thùy.

• Các thùy có xu hướng trở về nguyên bản tạo thành thùy con

Các loại vi khuẩn có trong hạt kefir

Lactobacilii

Các loại nấm men

Quá trình nhân giống VSVSữa

nguyên liệu

Sữa nguyên

liệu

Hạt kefirHạt kefir

Thanh trùngThanh trùng

Xử lýXử lý

Cấy giốngCấy giống

Nhân giốngNhân giống

Lọc thôLọc thôHạt kefirHạt kefir

Hạt kefir 5%

Hạt kefir 5%

Phương pháp bảo quản

• Làm khô bằng không khí, gói trong giấy và bảo quản nơi khô mát

• Đặt trong tủ đông (không cần tái kích hoạt giống)

• Để trong sữa ở 4oC

Bản chất sinh hóa của QTLM

2 quá trình lên men:• Lên men lactic• Lên men cồn

Lên men lactic

• Vi khuẩn lactic dị hình đa dạng hóa mùi vị, cấu trúc sản phẩm

• Quá trình diễn ra trong tế bào chất• Là quá trình trao đổi năng lượng• Sản phẩm: lactic, cồn, CO2

Lên men cồn

• Nấm men: Sachromyces và Kluyvermyces• Quá trình trao đổi năng lượng trong điều kiện kị khí• Phương trình tổng quát lên men trong môi trường

acid

Các yếu tố ảnh hưởng

• Giống thích hợp• Môi trường tối ưu• Điều kiện lên men: nhiệt độ, pH, Oxi, khuấy

trộn…

QUI MÔ CÔNG NGHIỆPSữa nguyên liệuSữa nguyên liệu

Chuẩn hoáChuẩn hoá

48

• Hàm lượng chất béo trong sữa nguyên liệu

– Thấp: bố sung cream

– Cao:• Bổ sung sữa gầy• Ly tâm tách bớt

chất béo

Máy ly tâmMáy ly tâm

Dây chuyền sx hiện đại

Sữa gầySữa

giàu béo CreamPhối trộn

Sữa đạtgiá trị mong muốn

Xử lý hoàn thiệnsp Cream

QUI MÔ CÔNG NGHIỆP

Sữa nguyên liệuSữa nguyên liệu

Chuẩn hoáChuẩn hoá

Đồng hoáĐồng hoá

• Đồng hóa– Tránh qt tách pha của

chất béo– Tăng độ đồng nhất cho

kefir

QUI MÔ CÔNG NGHIỆP

Sữa nguyên liệuSữa nguyên liệu

Chuẩn hoáChuẩn hoá

Đồng hoáĐồng hoá

• Điều kiện: 90-95 độ C 5 phút

• Mục đích– Tiêu diệt VSV, enzyme– Biến tính protein, cải

thiện cấu trúc sản phẩm Thanh trùngThanh trùng

QUI MÔ CÔNG NGHIỆPSữa nguyên liệuSữa nguyên liệu

Chuẩn hoáChuẩn hoá

Đồng hoáĐồng hoá

Thanh trùngThanh trùng

Blue.rosa

Cấy giốngCấy giốngGiống VSV 3-5%Giống VSV 3-5%

Lên men,ủ chínLên men,ủ chín

* 23-25o C, 12h* khuấy trộn, 14-16 o C* ủ chín:12-14h, độ chua tăng

* 23-25o C, 12h* khuấy trộn, 14-16 o C* ủ chín:12-14h, độ chua tăng

Làm lạnhLàm lạnh* 5-8o C* Hạn chế hoạt động trao đổi chất

* 5-8o C* Hạn chế hoạt động trao đổi chất Sản phẩm KefirSản phẩm Kefir

Bao bì

Chất lượng sản phẩm• Chỉ tiêu cảm quan: màu sắc, mùi vị…• Chỉ tiêu hóa lý:độ chua, độ cồn, hàm lượng

chất khô, chất béo, CO2..o 0.8- 0.9% acid lactico 0.5-2.0% cồno 0.08-0.2% CO2

o 110- 120 o Th

• Chỉ tiêu vi sinh: tổng số vi khuẩn, nấm men…

Bảo quản sản phẩm

• Nhiệt độ 4-6 0c• Thời gian sử dụng 1-2 tuần

• Có nguồn gốc từ Thổ Nhỉ Kỳ và Mông Cổ

• Sữa bò, sữa dê hoặc sữa cừu + hạt kefir tỷ lệ 5% lên men 18-20oC/12h

• Hệ VSV trong hạt kefir:– Lactococcus lactis– Lb. cremoris– Lb. diacetylactis– Leuconostoc mesenteroides– Lactobacillus kefir– Kluyveromyces marxianus– Saccharomyces unisporus– Candida kefir