Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu hệ vi sinh vật kefir trong sữa chua...

Tài liệu Nghiên cứu hệ vi sinh vật kefir trong sữa chua

.PDF
32
4483
74

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG TIỂU LUẬN VI SINH VẬT Đề Tài NGUYỄN THỊ QUỲNH MAI GVHD: SVTH: MSSV HUỲNH QUỐC VIỆT 2008100018 TÔ CẨM THUẬN 2008100087 PHẠM THÀNH PHÁT 2008100137 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011 0 Mục Lục  LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................ 3 1. GIỚI THIỆU VỀ KEFIR ........................................................................................ 4 1.1. Nguồn gốc hạt kefir ................................................................................................ 4 1.2. Cấu tạo hạt kefir...................................................................................................... 4 1.3. Vi sinh vật trong hạt kefir ....................................................................................... 6 1.3.1. Acid lactic ............................................................................................................ 7 1.3.2. Nấm men ............................................................................................................. 10 1.4.Chu trình phát triển của giống kefir .......................................................................... 10 2. QUÁ TRÌNH LÊN MEN ......................................................................................... 11 2.1. Quá trình lên men lactic .......................................................................................... 13 2.1.1. Lên men lactic đồng hình ..................................................................................... 12 2.1.2. Lên men lactic dị hình .......................................................................................... 13 2.1.3. Ứng dụng của quá trình lên men lactic ................................................................. 13 2.1.4. Sơ đồ thể hiện sự chuyển hóa lactoza, axit xitric, protein, lipit trong sữa .............. 14 2.2. Quá trình lên men rượu ........................................................................................... 17 2.2.1. Hiệu ứng pasteur .................................................................................................. 19 2.2.2. Ứng dụng của quá trình lên men rượu .................................................................. 19 3. GIỚI THIỆU SẢN PHẨM SỮA CHUA KEFIR .................................................... 20 3.1. Thành phần nguyên liệu .......................................................................................... 20 3.1.1. Nguyên liệu chính ................................................................................................ 20 3.1.2. Nguyên liệu phụ ................................................................................................... 22 3.2. Quy trình công nghệ sản xuất .................................................................................. 23 3.2.1 Quy trình............................................................................................................... 23 3.2.2. Giới thiệu về quy trình ......................................................................................... 24 4. MỘT SỐ NGUYÊN CỨU CỦA KEFIR ỨNG DỤNG VÀO THỰC PHẨM ............. 25 4.1. sản phẩm Kefir d’Uva hay Grape Juice Kefir (nước nho lên men Kefir) ................. 25 4.1.1. Giới thiệu về nguyên liệu chính ........................................................................... 25 4.1.2. Thành phần nguyên liệu lên men nước nho Kefir ................................................. 26 4.1.3. Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua kefir từ dịch trái nho ............................... 26 1 4.2. Nghiên cứu dịch lên men kefir bưởi (Phạm Thị Thùy Trang-Đại học khoa học tự nhiên-2011) ................................................................................................................... 27 4.2.1. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 27 4.2.2. Nguyên liệu ......................................................................................................... 28 4.2.3. Quy trình công nghệ của sữ chua kefir bưởi ......................................................... 28 LỜI KẾT ...................................................................................................................... 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 31 LỜI NÓI ĐẦU 2 Khoa học ngày càng phát triển, các vi sinh vật hữu ích được con người hiểu biết , khai thác và sử dụng ngày càng nhiều hơn. Đặc biệt là các sản phẩm lên men truyền thống. Một trong những sản phẩm đó là sản phẩm sữa chua kefir, nó có nguồn gốc từ những người dân sống trên miền núi của nước Nga. Ngày nay, trên thế giới đã biết nhiều đến sản phẩm này vì những giá trị sinh học mà sản phẩm này mang lại: - Tăng tuổi thọ, làm giảm bớt bệnh tật, tăng sức đề kháng cho cơ thể chống lại một số bệnh tật. - Giảm cholesterol trong máu. - Đường lactose của sữa được thủy phân thành acid lactic nên tránh được tình trạng bất dung nạp đường lactose của sữa cho những người chưa có khả năng thích ứng với sữa - Ức chế vi trùng gây bệnh đường ruột (vi khuẩn gây ung thối và gây bệnh ở ruột già), giúp ổn định vi khuẩn đường ruột, điều hòa tiêu hóa, vừa chống tiêu chảy, vừa chống táo bón. Một trong những nhân tố giúp cho sản phẩm sữa chua kefir có giá trị cao hơn các loại sữa chua thông thường đó là hệ vi sinh vật hữu ích tồn tại trong sản phẩm. Do đó, nhóm chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu hệ vi sinh vật kefir trong sữa chua” để thực hiện tiểu luận vi sinh vật. Các nội dung thực hiện trong đề tài: - Giới thiệu sản phẩm sữa chua kefir (nguồn gốc xuất xứ, giá trị sinh học,…) - Khảo sát hệ vi sinh vật trong sản phẩm sữa chua kefir (vi khuẩn lactic, nấm men, cơ chất cho vi sinh vật hoạt động,…) - Tìm hiểu một số kết quả nghiên cứu ứng dụng hệ vi sinh vật kefir để sản xuất các sản phẩm sữa chua. 1. GIỚI THIỆU VỀ KEFIR 1.1. Nguồn gốc hạt kefir 3 Kefir có nguồn gốc từ miền núi Caucasus – Nga. Kefir là phức hệ vi sinh vật nấm vi khuẩn. Vì thế, không chỉ đơn thuần là một sản phẩm thông thường như những sản phẩm khác, nó còn có vai trò sinh học rất cao đối với cơ thể trong trong việc chống lão hóa và phòng ngừa một số bệnh mãng tính phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Cách đây hàng nghìn năm, Kefir được biết đến như một thứ nấm dùng chữa bệnh, nó xuất xứ từ cách nuôi riêng của các tu sĩ Ấn Tạng. Đây là loại nấm vi khuẩn có thể làm biến đổi sữa nhờ một hệ vi sinh vật phức tạp gồm nhiều loài vi khuẩn và nấm men được chứng minh là rất có lợi cho sức khoẻ. Nó được lên men trong các túi da thú với môi trường sữa bởi một số loài vi sinh vật sống cộng sinh trong hạt kefir. Đối với họ, hạt kefir được xem như quà tặng của đấng allah ban cho họ. Điều thú vị là người dân ở đây không hề biết tới bệnh tật là gì và tuổi thọ trung bình của họ rất cao khoảng 110 tuổi và các bác sĩ ở Nga tin rằng tuổi thọ và bệnh tật thì liên quan đến kefir. Nguyên liệu để sản xuất Kefir có thể lên men là sữa dê, sữa cừu hay sữa bò. Theo Oberman H và Libudiziz Z (1998), người ta lên men sữa thành Kefir trong các túi bằng da thú hoặc bồn bằng gỗ sồi mà không dùng kim loại trong quá trình lên men tại vì dùng kim loại sẽ làm hỏng quá trình lên men. Chính vì vậy, một phương pháp sản xuất Kefir mới đã được công nhận về chất lượng đó là phương pháp lên men có khuấy trộn. 1.2. Cấu tạo hạt kefir Hạt Kefir là phức hệ vi sinh vật gồm vi khuẩn lactic (Lactobacilli, Lactococci, Leuconostoc..) và nấm men được gắn với nhau bởi chất polisacharide. Các hạt Kefir có màu từ trắng đến vàng nhạt với đường kính trung bình 0,3÷2 cm.. Tuy vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn nhưng từ hàng nghìn năm qua sự tiêu thụ đa chứng minh được rằng hệ vi sinh vật trong Kefir là không gây bệnh mà còn có khả năng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh như Salmonella hay Singella. 4 (http://user.chairot.net.au/~dna/thumb3-WKG.jpi) Hình 1.2: Hệ vi sinh vật sau khi được vớt ra khỏi sữa (www.Kleibers.de/.../guido/4a_kefir_tibet.jpg) Bề mặt ngoài của hạt có nhiều dạng, từ dạng phẳng đến không đồng đều gồm nhiều thứ phức tạp, có những chỗ lồi lõm rải rác khắp bề mặt. Nếu điều kiện thuận lợi, sau một thời gian, những hạt nhẵn này thường trở lại dạng nguyên thể, sau đó hình thành các hạt bao quanh mình, nơi mà có thể nhân giống lên. Thường ở những vùng không phẳng, xù xì thường có sự hoạt động mạnh của nấm men, trong khi ở vùng phẳng vi khuẩn lại chiếm ưu thế. Nấm men hình thành những khóm nhỏ nhô ra trên bề mặt, Streptococci thì bện vào nhau với các vi khuẩn khác chứ không hình thành dạng cụm. Ở sâu bên trong hạt, Lactobacilli chiếm ưu thế (65-80% tổng số vi sinh vật trong hạt Kefir ) và có rất ít tế bào nấm men, chúng được gói gọn trong dịch polisacharide, các vi khuẩn hình que và nấm men hình thành các cụm riêng biệt bên ngoài và bên trong hạt. Ở đó Lb.Kefiranoficients được xem là nguyên nhân hình thành polisacharide hòa tan Kefiran. Trong khi đó L. bacitophilus hình thành vỏ bọc bên ngoài polisacharide mà có thể giúp hạt co giãn. Polisacharide chủ yếu là nước, vật chất hoà tan được biết là Kefiranofaciens và 5 L. kefir sản sinh ra polisacharide này. Chúng là một phần của hạt, nếu không có sự hiện diện của chúng thì hạt Kefir không thể hình thành. Ngoài tế bào vi sinh vật, hạt Kefir còn chứa protein (chiếm khoảng 30% tổng chất khô) và Carbohydrate (25÷50%). Như vậy từ một số thông tin đa đưa ra thành phần hợp thành của hạt giống Kefir là phức protein Polisacharide béo. 1.3. Vi sinh vật trong hạt kefir Bảng dưới đây thể hiện tóm gọn sự có mặt của hệ vi sinh vật có trong hạt kefir Bảng 1.1: Các vi sinh vật có trong hạt Kefir (Oberman H và cộng sự, 1998) Giống vi sinh vật Loài Lb. brivis, Lb. cellobiosus, Lb. acidepphilus, Lb. Kefir, Lb. casei ssp. Alactosus, Lb. casei ssp. Rhamnosus, Lb. helveticus. Ssplactis, Lactobacilli Lb. delbruevii.ssp.lactic, Lb. paracasei.ssp.paracasei, Lb. casei, Lb. lactis, Lb. plantarum, Lb. delbrueckii. ssp. Hulgaricus, Lb. fructivorans, Lb. hilgardii, Lb. kefiranofaciens, Lb. kefirgarnum sp.nov, Lb. parakefir Vi khuẩn lactic sp.nov Streptococci S. thermophilus, S. lactis, S. filant, S. durans Lc. lactis.ssp.lactis Lactococci Lc. lactis.ssp.lactis var diacetylactis Lc. lactis.ssp.cremoris Leuconostoc Acetobacter Kluyveromyces Leuc. mesesteroides.ssp.dextranicum Leuc. mesenteroides.ssp.cremoris Acetobacters casei K. lactis, K. marxinnus. ssp. bulgaricus K.morxianus. ssp. marxianus S. lactis, S. cerevisiae, S. florentinus, Nấm men Saccharomyces S. globosus, S. unisporus, S.carlsbergensis, S. ssp. torulopsis holmii Candida Torulaspora C. kefir, C. pseudotropicalis, C. tenuis,C. rancens T. delbrueckii 6 1.3.1. Acid lactic Điển hình một số loài vi khuẩn lactic đóng vai trò quan trọng trong lên men sữa chua kefir như: - Streptococcus lactic: vi khuẩn này phát triển tốt trong sữa bò và một số môi trường pha chế từ sữa, trong khi lại phát triển kém trong môi trường nước thịt pepton. Đây là loại vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện nên có thể phát triển sâu trong thạch và cho khuẩn lạc hình cây có nhánh. Đặc điểm sinh hoá quan trọng là lên men glucose, lactose, galactose, maltose, dextrin, không lên men saccharose. Vì vậy Streptococcus lactic đóng vai trò quan trọng trong Hình 2.3: Streptococcus lactic việc chế biến sữa chua. Phát triển tốt ở nhiệt độ 30÷350C, ở nhiệt độ này vi khuẩn gây đông tụ sữa sau 10÷12 giờ, độ acid giới hạn do Streptococcus lactic tạo nên thường dao động trong khoảng 110-1200T. Ở nhiệt độ tối ưu Streptococcus lactic phát triển trong sữa có thể đạt đến số lượng tối đa 1,2÷2 tỷ tế bào/ml sau 10÷12 giờ. Sữa được lên men chua bởi Streptococcus lactic luôn luôn có hương vị đặc trưng của sản phẩm sữa chua. Thời gian này tương ứng với thời gian lên men chua sữa đến 600T. Độ acid sữa tăng lên rất nhanh trong vài giờ đầu, sau đó giảm dần và ngừng hẳn khi đạt đến gần 1200T. - Streptococcus cremoris: là loại liên cầu khuẩn này thường thấy trong sữa dưới dạng chuỗi dài hoặc hiện diện dưới dạng song cầu khuẩn, phát triển tốt ở 20÷250C. Tuy nhiên, ảnh hưởng của chúng đối với sữa hơi khác, chúng thường làm đông sữa nhưng chúng cũng có thể làm cho sữa bị nhớt. Một số chủng loại này phát triển trong sữa cho mùi đặc biệt dễ Hình 2.4: Streptococcus cremoris chịu được ứng dụng trong chế biến bơ. Cũng như S.lactic, S. cremoris lên men lactose thành acid lactic nhưng không lên men saccharose, maltose, dextrin. Streptococcus cremoris làm cho sữa có độ chua thấp hơn (110÷1150T) tạo nên sản phẩm có vị ngon thường được dùng trong sản xuất bơ chua. 7 - Streptococcus thermophillus và Streptococcus bovis đây là hai vi khuẩn thuộc nhóm Viridams Streptococci chúng không phát triển ở 100C, phát triển tốt ở 40÷450C khi lên men sữa tạo được khối đông, không phát triển khi có sự hiện diện của 0,1% xanh methylen, 6,5%NaCl, pH = 9,6, arginin, pepton, không tạo thành amoniac. + Streptococcus thermophillus là vi sinh Hình 2.5: Streptococcus thermophillus vật ưa nhiệt giống như tên chủng, nhiệt độ thích hợp khoảng 40÷450C và bị tiêu diệt ở nhiệt độ 530C. loại này là một vi sinh vật quan trọng trong sản xuất yaourt, phomat, nó bị ngăn cản sự hoạt động bởi 0,01 mg penicillin ha 5 mg streptomycin/ml. + Streptococcus bovis được tìm thấy trong sữa bò và có thể xâm nhập vào sữa từ Hình 2.6: Streptococcus bovis nguồn này hay nguồn khác, nó sống sót trong sữa thanh trùng, có thể tách chúng từ sữa thanh trùng hay một số loại phomat - Nhờ nhiều loại enzim thích hợp nên các vi khuẩn lactic điển hình có khả năng phân giải các đường đơn (glucose, galactose, levulose...) thành acid lactic. Các loại khác nhau có thể tích tụ lượng acid khác nhau: obacterium bulgaricum tích tụ đến 3,5%, Thermobacter, Ribirium cerea là 2,2%, Lactobacterium plantarum là 1%. - Các trực khuẩn lactic ưa nhiệt phát triển tốt ở môi trường acid yếu (pH=6,5). Tuy nhiên có loài phát triển ở pH = 5,4 như Lactobacillus bulgaricus, cũng có loại phát triển tốt ở pH =3,8 trong khi các trực khuẩn xếp chuỗi không thể phát triển được, nhiệt độ tối ưu là 40÷450C, đây là vi khuẩn tạo được độ acid rất cao 300÷3500T. Lactobacterium helveticum (trực khuẩn phomat) phát triển ở 22-510C, làm cho sữa chua tới 200÷3000T, Lactobacterium bulgarium phát triển ở 22÷530C tạo độ acid trong sữa 200÷3000T, độ giới hạn là 200÷2500T. Lactobacterium lactic phát triển ở 22÷500C độ acid giới hạn là 110÷1800T. 8 - Betabacterium trên môi trường thạch tạo những khuẩn lạc giống như khuẩn lạc của trực khuẩn lactic ưu nhiệt. Khi phát triển trong sữa vi khuẩn này cho ít acid, nếu cho dịch tự phân của nấm men vào môi trường, vi khuẩn này phát triển mạnh hẳn lên, đường sữa bị lên men bởi vi khuẩn này không chỉ tạo thành acid lactic mà còn tạo nhiều acid dễ bay hơi. Trong sữa thường có hai loại chính là Betabacterium causasium và Betabacterium breve. - Leuconostoc: là nhóm gồm những vi khuẩn lên men lactic không điểnhình. Chúng có dạng hình cầu nhưng trong môi trường acid chúng nhọn ở hai đầu và dài ra sinh ra lượng acid có hạn vì thế không làm đông sữa. Mặt khác, chúng hình thành từ đường, acetyl metyl carbonyl hoặc acetoin làm cho bơ thơm. Loại vi khuẩn điển hình của giống này là Leuconostoc citrovorium được ứng dụng trong sản xuất bơ. Bảng 1.2: Giá trị nhiệt độ và pH tối ưu cho sự sinh trưởng của một số loài vi khuẩn lactic Loài vi sinh vật Topt, (0C) pHopt Lactococcus lactis 29 ÷ 34 6,0÷6,5 Lactococcus cremoris 28÷32 6,0÷6,5 Lactococcus diacetylactis 30÷34 6,0÷6,5 Streptococcus thermophilus 40÷42 6,0÷6,5 Lactobacillus bulgaricus 43÷46 5,5÷6,0 Lactobacillus helveticus 43÷46 5,5÷6,0 Lactobacillus casei 30÷37 - Lactobacillus kefir 30 - Lactobacillus acidophilus 37 5,5÷6,0 Lauconotoc lactis 20÷27 5,5÷6,0 Lauconotoc cremoris 25÷30 - Bifidobacterium bifidum 37÷41 - 1.3.2. Nấm men Nấm men thường dùng trong sản xuất sữa kefir là Saccharomyces cerevisiae dùng để lên men rượu tạo hương vị cồn cho sản phẩm kefir. Nấm men này có một số đặc điểm sau: 9 - Kích thước khoảng 2,5-10µm × 4,5-2,1 µm. Tùy theo loài mà nấm men có nhiều loài khác nhau chẳng hạn như hình cầu, hình elip, hình ovan… Những nang bào tử hình cầu với kích thước từ 2÷4µm, sinh sản theo hình thức nảy chồi. - Các nấm men loại này sử dụng cacbon của gluxit mà số nguyên tử cacbon trong phân tử chia hết cho 3, trong môi trường lỏng nấm men này sẽ lên men, trong môi trường rắn chúng sẽ oxi hóa những gluxit sau: glucoza, fructoza, mantoza, glactoza, sacaroza, maltoza nhưng không ổn định. - Đối với các loại rượu, bia, loại nấm men này lên men được destrin, oxy hóa glyxerin và cồn etylic vì thế loại nấm men này có khả năng chịu đựng đối với cồn etylic cao độ, không chịu được môi trường axit mạnh nhưng chịu được trong môi trường axit yếu. - Một số yếu tố ảnh hưởng đến nấm men (Saccharomyces cerevisiae): + Nhiệt độ tối ưu từ 28 ÷ 320C; nhiệt độ thấp, khả năng lên men kém và kéo dài hơn; nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men giảm nhanh. + pH tối ưu để lên men kefir là 4,5-5,2; nếu tăng pH cho môi trường lên men thì lúc này môi trường đễ bị nhiễm khuẩn; pH nhỏ hơn 4,2 nấm men hầu như không phát triển. + Nồng độ dịch đường khá cao sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất cân bằng về trạng thái sinh lý của nấm men, có thể ức chế nấm men. + Khí CO2 được tạo thành trong quá trình lên men rượu từ dịch đường. Khi môi trường chứa hàm lượng đường cao sẽ cản trở CO2 thoát ra ngoài, ức chế sự sinh sản của nấm men dẫn đến hiệu suất thấp. Khí CO2 nằm trong khoảng không gian giữa môi trường và không khí có tác dụng kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật. + Nấm men là loại hô hấp hiếu khí tùy tiện, do đó phải cung cấp O2 đầy đủ và đúng thời điểm tránh xảy ra hiệu ứng pasteur 1.4. Chu trình phát triển của giống kefir Kefir là những giống gốc tự nhiên, chúng được hình thành từ những màng bao bọc mỏng không theo một quy tắc nào cả bao gồm hỗn hợp protein, lipid, polisacharide. Những màng bao bọc phát triển với hình dạng không nhất định, hình thành các thuỳ phức tạp và không đồng đều, các thuỳ này lại có xu hướng trở về nguyên bản tạo thành cấu trúc sinh học bao gồm nhiều thuỳ con bao quanh mình. Với dấu hiệu phát triển đặc biệt như thế chúng hình thành những hạt con, mỗi tiểu thuỳ được kết nối với nhau ở phần giữa, xòe ra trong khi nó được gắn với các điểm trung tâm của hạt giống mẹ. Nhờ sự kết hợp đó mà các hạt con tách ra có mẫu phát triển giống như nhạt mẹ ban đầu. một vàu hạt kefir cũng được tách ra giống cấu trúc vật lý của não người, 10 tuyến tụy và các cơ quan bên trong. Sau một thời gian có thể do những chấn thương hoặc tác động bên ngoài, một phần thùy con gắn với hạt mẹ tách ra thành hạt tự do. Các hạt con này tiếp tục được nhân giống thành hạt mẹ. chui trình phát triển được lặp đi lặp lại với chu trình gần giống nhau (tự nhân giống). Mặt khác, nếu các hạt con không thể hình thành thì thay vào đó chúng hình thành nên một khối lớn (khối hạt kefir). 2. CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN CỦA HỆ VI SINH VẬT KEFIR 2.1. Quá trình lên men lactic Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật, tiêu biểu là vi khuẩn lactic. Trong quá trình lên men lactoza, nhiều chủng vi khuẩn không chỉ sản sinh ra acid lactic mà còn cho hàng loạt các sản phẩm khác như acid hữu cơ, rượu, este, CO2,… Dựa vào các sản phẩm của quá trình lên men mà người ta chia thành 2 dạng lên men là lên men lactic đồng hình và lên men lactic dị hình. Quá trình lên men diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn. Đầu tiên đường lactose trong sữa được vi khuẩn lactic đưa vào tế bào nhờ cơ chế vận chuyển đặc trưng của màng tế bào chất (cytoplasmic membrane). Tiếp theo lactose sẽ được phân thành 2 monosacharide rồi đi vào các chu trình chuyển hóa khác nhau. Cơ chế của quá trình lên men lactic được thể nhiện như sau: Axit lactic Tinh bột, Thủy phân thính, Glucose đường. Các phản ứng chính xảy ra: Vi khuẩn lactic [Sản phẩm chính] Acetaldehyt Rượu etylic Axit succinic [Sản phẩm phụ] Axit acetic Formic CO Sơ đồ 2.1: Mô hình biểu diễn quá trình lên men lactic của vi khuẩn lactic Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic đồng hình từ glucozơ có thể viết là: C6H12O6 → 2C3H6O3 + 136kJ (32,4kcal) 11 Đường được vi khuẩn lactic lên men chủ yếu thành axit lactic. Khi lên men đồng hình, đường sẽ đi theo con đường EMP để biến thành axit lactic, còn khi lên men lactic dị hình thì con đường pentozophosphat sẽ được sử dụng để hình thành lactat, etanol và axetat. Mức năng lượng: A. Trong lên men đồng hình: 2 ATP cho một glucozơ 5ATP cho 1 phân tử lactozơ. B. Trong lên men dị hình: 1 ATP cho 1 glucozơ và 3 ATP cho phân tử lactozơ. Ngoài vi khuẩn còn có một số cơ thể bậc cao có thể tạo được axit lactic, ví dụ một số loài nấm Rhizopus như Rh.oryzae có thể tạo ra được khoảng 60% axit lactic so với lượng đường sử dụng, nhưng ở đây là lên men oxi hoá. 2.1.1. Lên men lactic đồng hình: Axit piruvic được tạo thành theo sơ đồ Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP). Sau đó axit piruvic sẽ tạo thành axit lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase. Lượng axit lactic tạo thành chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ piruvat bị khử cacbon để tạo thành axit axetic, etanol, CO2 và axeton. Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào sự có mặt của oxy. Đối với nhóm vi khuẩn lactic đồng hình như giống Lactococcus, các loài streptococcus thermophylus, Lactobacilus bulgaricus, Lactobacilus helveticus, Lactobacilud lactic,… 12 C6H12O6 → 2 CH3CHOHCOOH. Cơ chế lên men lactic đồng hình: C6H12O6 glucose CH3-CHOH-COOH Axit lactic CH3-CO-COOH Axit pyruvic HOOC-CH2-CH2-COOH Axit succinic Sản phẩm chính CH3-COOH Axit acetic CH3-CH2-OH Rượu etylic Sản phẩm phụ 2.1.2. Lên men lactic dị hình: Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ bản của sơ đồ Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP), vì vậy xilulozơ-5 photphat sẽ được tạo thành theo con đường pento-photphat (PP). C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + C2H5OH + CO2 Quá trình lên men lactic tạo thành axit lactic và các axit hữu cơ khác làm cho sản phẩm có vị chua đặc trưng. Ngoài ra, điều này còn giúp cho vi khuẩn lactic tiếp tục hoạt động. Đồng thời tạo môi trường có pH axit cũng có tác dụng ức chế hoạt động của hệ vi sinh vật gây thối rửa, giúp bảo vệ sản phẩm không bị hỏng. 2.1.3. Ứng dụng của quá trình lên men lactic: - Sử dụng vi khuẩn lactic để muối chua rau, quả, ủ chua thức ăn gia súc. Đây là hình thức bảo quản thực phẩm bằng công nghệ lên men vi sinh vật. Vi khuẩn lactic không phá vỡ tế bào thực vật nên dưa, quả muối chua vẫn có hình dạng gần như không đổi. - Để kích thích vi khuẩn lactic phát triển nhanh, ta có thể muối dưa, quả bằng nước ấm, để vại muối ở nơi kín gió, gần bếp, thêm một ít đường, cấp giống bằng ít nước dưa chua của mẻ trước. - Ủ chua thức ăn cho gia súc thực chất cũng là sử dụng vi khuẩn lactic để giữ cây cỏ dùng trong chăn nuôi được tươi “sinh học”, tức là không bị giảm chất lượng dinh dưỡng, ngược lại được bổ sung nhiều loại vitamin do vi khuẩn tổng hợp nên. - Sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất sữa chua (yaourt) 13 - Vi khuẩn lactic phát triển, làm pH hạ thấp, cùng với pH và các yếu tố khác, casein của sữa sẽ đông tụ, làm sữa chuyển trạng thái từ lỏng sang keo sệt, sản phẩm yaourt hơi chua, keo sệt và có hương vị thơm ngon. - Cũng bằng phương pháp lên men lactic người ta còn tạo ra được các sản phẩm khác như kem chua, fomat (fromage), làm nem chua... - Sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất axit lactic - Axit lactic được dùng rộng rãi trong công nghiệp nhuộm, thuộc da, trong y học, chế tạo chất dẻo, sơn… Nguyên liệu chủ yếu để lên men lactic trong công nghiệp là ngô, khoai, sắn, khoai tây. - Tác dụng gây hại của vi khuẩn lactic - Ngoài những tác dụng có lợi của vi khuẩn lactic, một số vi khuẩn lactic còn làm chua rượu vang, bia, nước ngọt. 2.1.4. Sơ đồ thể hiện sự chuyển hóa lactoza, axit xitric, protein, lipit trong sữa. Lactoza Glucoza Galactoza Axit pyruvic Axetaldehyt axeton diaxetyl Sơ đồ 2.2: Sơ đồ chuyển hóa Lactoza trong 14 Axit xitric Axit oxalaxetic Axit pyruvic Axetaldehyt Axeton Diaxetyl Sơ đồ 2.3: Sơ đồ chuyển hóa axit xitric trong sữa protein Hydroxylaxit Methanethiol Axit Amin lacton -Xetoaxit Hợp chất S aldehyt Axit Rượu Este Sơ đồ 2.4: Sơ đồ chuyển hóa protein trong sữa 15 Thio este Lipit Axit béo 5 -xetoaxit Axit béo chưa no 4-, 5- hydroxy axit hydroperoxit Methyl xeton Lacton Rượu bậc 2 Aldehyt 7 Axit béo tự do Rượu Sơ đồ 2.5: Sơ đồ chuyển hóa lipit trong sữa 16 Axit 2.2. Quá trình lên men rượu: Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sũa, quá trình lên men ethanolđược thực hiện chủ yếu bởi các nấm men thuộc giống Sacharomyces và Kluyveromyces. Sau khi được vận chuyển vào trong tế bào chất, đường hexose được chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic. Tiếp theo acid pyruvic sẽ được chuyển hóa thành acetaldehyde rồi thành ethanol. Dihydroxyacetone phosphat là một sản phẩm trung gian trong chu trình đường phân, hợp chất này có thể chuyển hoá thành glyxerol. Trong môi trường pH acid, glycerol chỉ được tạo ra với hàm lượng nhỏ. Ngược lại, trong môi trường pH kiềm lượng glyxerol sinh ra sẽ tăng lên rất nhiều và glycerol sẽ trở thành một trong những sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men. Sự chuyển hóa đường hexose thành ethanol và khí CO2 diễn ra trong tế bào chất của nấm men. Đây là quá trình trao đổi năng lượng của nấm men trong điều kiện kỵ khí. Ethanol và CO2 trong tế bào chất sẽ được nấm men thải vào môi trường lên men. Ngoài ra tế bào nấm men còn tổng hợp và thải vào dịch lên men hàng trăm sản phẩm phụ và sản phẩm lên men khác, những hợp chất này được tìm thấy với hàm lượng rất nhỏ, chúng được chia thành 4 nhóm: glyxerol cùng rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và este. Trong quá trình lên men ethanol, nhiều acid hữu cơ được tạo thành (The Moll, 1990). Một số acid hữu cơ được sinh tổng hợp từ chu trình Crebs nếu như quá trình lên men không diễn ra trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt, các acid hữu cơ chiếm hàm lượng cao nhất trong dịch lên men là: acid citric, malic, acetic, lactic. - Trong giai đoạn ủ chín vi khuẩn lactic không hoạt động, nhưng nấm men kefir hoạt động mạnh, tạo ra rượu, cacbondioxyt và các chất thơm khác. 17 Sơ đồ 3.6: Con đường trao đổi chất của nấm men trong sản xuất ethanol Bảng 3.1. Các hợp chất thơm trong kefir Chất bay hơi Axetaldehyt Diacetyl Axetoin Vai trò Tác nhân vi sinh vật Lb.bulgaricus, Lb.jugurti, Str.thermophilus trong chất thơm Hợp chất thơm chủ yếu Str.thermophilus, Là mùi thơm chính Lb.bulgaricus, Lb.jugurti, trong các sản phẩm Lb.accidophilus từ sữa Nguồn cơ chất Lactoza Axit amin Axit xitric Lactoza Str.thermophilus Các axit bay Lb.bulgaricus Tạo ra sự cân đối Lactoza - chất hơi Lb.jugurti cho hợp chất thơm béo và protein Lb.acidophilus Axeto, Rất ít Butanon-2 VSV trong lên men sữa Tạo mùi nấm men, Chất béo, Axeton chua đặc trưng của sữa lactoza Ethanol chua kefir 18 Các loài S.cerevisiae lên men rượu theo con đường EMP, trong khi vi khuẩn Zymomonas mobilis lại phân giải glucozơ theo con đường xetodioxiphotphogluconat (XDPG), còn các nấm mốc như Mucor lên men glucozơ chủ yếu (70% cơ chất) theo EMP và phần khác (30% cơ chất) theo HMP. Hiệu suất năng lượng khi nấm men rượu sống trong điều kiện hiếu khí: Glucozơ → 6CO2 + 6H2O + 36(38)ATP Còn trong điều kiện kị khí: Glucozơ → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP 2.2.1. Hiệu ứng Pasteur Như trên đã trình bày, muốn biến thành rượu, axetanđehit phải nhận hiđro từ NAD–H2 (NAD + H + H khử) dưới sự xúc tác của ancol đehiđrogenaza. Khi môi trường hiếu khí, phần lớn nucleotit khử phải đi vào con đường hô hấp hiếu khí, do đó làm giảm lượng NAD–H2 cho quá trình biến axetanđehit thành rượu, vì vậy mà lượng rượu giảm đi, sinh khối tăng và glyxêrin cũng tăng, cho nên thực chất của hiệu ứng Pasteur là sự cạnh tranh của NAD–H2 trong quá trình hô hấp đối với quá trình lên men ở nấm men S.cerevisiae. Chính L.Pasteur là người đầu tiên phát hiện ôxi tự do cảm ứng quá trình hô hấp và ức chế quá trình lên men ở nấm men; về sau này Custeurs đã bổ sung thêm những điều kiện của quá trình lên men rượu: kị khí; đường có thể lên men; pH giữ ở 4,5–5,5; nhiệt độ ở khoảng 25–300C; số lượng nấm men giống là 0,26% trọng lượng cơ chất. Khi pH trở nên kiềm (khoảng 7,5–8) thì nấm men sẽ tạo thành glyxerin là sản phẩm chủ yếu. 2.2.2. Ứng dụng của quá trình lên men rượu:  Sản xuất công nghiệp rượu etylic Rượu etylic là một dung môi rất phổ biến, người ta sử dụng rượu trong công nghiệp chế biến cao su nhân tạo, este… Rượu vang là loại rượu lên men dịch quả không qua chưng cất; hiện nay ở nước ta đang nghiên cứu chế tạo vang điều, vang 236 vải…  Sản xuất bia Bia là một loại nước giải khát lên men rượu nhẹ không chưng cất gồm; 92% nước, 2–9% rượu etylic và các loại đường sót, rất nhiều vitamin nhóm B, nên là loại nước uống rất được ưa chuộng ở nhiều nước. Bốn nguyên liệu cơ bản quyết định chất lượng bia: lúa mạch (orge) mọc mầm, hoa houblon, nấm men và nước. 19
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan