tổng quan về kefir và các ứng dụng của kefir trong thực phẩm

Những màng bao bọc phát triển với hình dạng không nhất định, hìnhthành các thuỳ phức tạp và không đồng đều, các thuỳ này lại có xu hướng trở vềnguyên bản tạo thành cấu trúc sinh học bao

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay trên thế giới, các sản phẩm từ hạt Kefir (Kefir Grains) đang rấtđược ưa chuộng bởi giá trị dinh dưỡng mà nó còn đem lại cho con người Ngoài việccung cấp các vi sinh vật có lợi, kefir còn có tác dụng chống lão hóa và tăng cườngkhả năng tiêu hóa Với những ứng dụng có tính phục vụ cho sức khỏe con người,kefir được một số công ty nghiên cứu và phát triển nên một số sản phẩm có giá trịdinh dưỡng cao như sữa chua kefir Khác với sữa chua thông thường, kefir là sảnphẩm vừa lên men lactic nhờ nhóm vi khuẩn lactic ưa ấm, vừa lên men rượu nhờnấm men Đây là, sản phẩm được biết đến như một loại thực phẩm chức năng giúptăng cường khả năng miễn dịch, giảm căng thẳng thần kinh, điều hoà huyết áp vànhững lợi ích sức khoẻ khác mà cho đến nay vẫn còn được xem là những điều bímật

Song, sản phẩm này tuy đã có mặt từ rất lâu đời trên thế giới, nhưng vẫncòn rất mới trên thị trường tiêu thụ Việt Nam Do đó, để góp phần giúp cho sản phẩmKefir ngày càng phổ biến và quen thuộc với người tiêu dùng, việc nghiên cứu nângcao chất lượng và làm đa dạng phong phú cho sản phẩm Kefir là điều cần thiết Với ýnghĩa khoa học và thực tiễn nêu trên đồng thời được sự chấp nhận của Khoa Môitrường và Công nghệ Sinh học, chúng tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài

“Tổng quan về kefir và các ứng dụng của kefir trong thực phẩm”

1.2 Mục đích

Tìm hiểu về kefir và những ứng dụng của kefir trong lĩnh vực thực phẩm vàcác lĩnh vực khác của cuộc sống

1.3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu thành phần, tính chất, hệ vi sinh vật, công dụng của hạt Kefir(Kefir Grains), quy trình chế biến và bảo quản giống Kefir Quy trình chế biến sữachua Kefir (Kefir) Quy trình chế biến nước nho lên men Kefir Nghiên cứu khả năng

trung hòa tính gây độc tế bào của các yếu tố ngoại bào B cereus của kefiran.

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN2.1 Giới thiệu về hạt kefir

họ thọ đến trung bình là 110 tuổi Núi Caucasus là vùng duy nhất trên địa cầu màngười ta đạt sức khoẻ hoàn toàn ở lứa tuổi này Từ rất sớm các bác sĩ Nga đã rất tintưởng rằng Kefir có lợi cho sức khoẻ và có khả năng chữa bệnh

Mãi đến những năm đầu của thế kỷ 20 hạt Kefir mới được sản xuất với sốlượng nhỏ ở Moscow Nguyên liệu để sản xuất Kefir có thể là sữa dê, sữa cừu haysữa bò Theo Oberman H và Libudiziz Z (1998) đầu tiên người ta lên men sữa thànhKefir trong các túi bằng da thú hoặc bồn bằng gỗ sồi Đến cuối thế kỉ 19, Kefir trởthành sản phẩm quen thuộc của dân các nước vùng đông âu (Nga, Ucraina, Balan,Czech, Hungari ) và các nước vùng Scandinavia Tuy nhiên để sản xuất sản phẩmKefir cho mục đích thương mại mà vẫn giữ được chất lượng như sản phẩm truyềnthống là một điều không dễ dàng vì theo truyền thống thì người ta không sử dụngnhững vật dụng bằng kim loại cho quá trình chế biến mà chỉ từ các dụng cụ bằng gỗ,đất sét hoặc da thú Đến 1950, một phương pháp sản xuất Kefir mới đã được côngnhận về chất lượng đó là phương pháp lên men có khuấy trộn

Hiện nay có hai loại Kefir, một loại có vị ngọt được lên men với nước tráicây và đường, một loại được lên men từ sữa Hệ vi sinh vật sử dụng trong sản phẩmKefir bao gồm vi khuẩn lactic và nấm men Chúng cùng phát triển cộng sinh trên môitrường sữa Do đó sản phẩm Kefir có vị chua đặc trưng và thoảng nhẹ mùi nấm men

2.1.2 Hạt Kefir

Trong sản xuất Kefir, người ta sử dụng tổ hợp giống vi sinh vật dưới dạnghạt Kefir ( Kefir Grains) Các hạt Kefir có màu từ trắng đến vàng nhạt, hình dạngkhông ổn định và thường kết thành chùm với nhau tạo dạng tương tự hoa Chou-fleurvới đường kính trung bình 0,3÷2 cm Hạt Kefir là phức hệ vi sinh vật gắn với nhaubởi chất polisaccharide Các hạt này bao gồm chủ yếu là vi khuẩn lactic

(Lactobacilli, Lactococci, Leuconostoc ) và nấm men Đôi khi ta còn tìm thấy vi khuẩn A.aceti và A.racens cùng với các vi sinh vật khác tổ chức thành khối cầu vi

sinh vật Tuy vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn nhưng từ hàng nghìn năm qua sựtiêu thụ đã 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 Shigella.

user.chairot.net.au/~dna/thumb3-Thành phần, cấu trúc chính tạo nên cấu trúc hạt kefir là polisaccharide

Polisacharide chủ yếu là nước, vật chất hoà tan được biết là Kefiranofaciens và 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 Kefircòn chứa protein (chiếm khoảng 30% tổng chất khô) và Carbohydrate (25÷50%).Như vậy từ một số thông tin đã đưa ra thành phần hợp thành của hạt giống Kefir làphức protein Polisacharide béo Thành phần hạt giống sấy khô đông lạnh với hàm ẩm3,5% được tìm thấy bao gồm: béo 4,4%, tro: 12,1%, Muco-polisacharide (Kefiran):45,7%, protein tổng số 34,3% gồm có: protein không hoà tan 27%, protein hoà tan1,6% và acid amin tự do là 5,6%

2.1.3 Chu kỳ phát triển của giống Kefir

Kefir là những giống gốc tự nhiên, chúng được hình thành từ những màngbao 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, hìnhthành các thuỳ phức tạp và không đồng đều, các thuỳ này lại có xu hướng trở vềnguyên 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 tiểuthuỳ được kết nối với nhau ở phần giữa, xòe ra trong khi nó được gắn với các điểmtrung tâm của hạt giống mẹ.

Hình 2.2: Sự hình thành hạt kefir

Nhờ sự xuất hiện đó mà các hạt con tách ra có mẫu hình phát triển giống

như hạt mẹ ban đầu Sau một thời gian có thể do chấn thương hoặc những tác độngbên ngoài, một phần thùy con gắn với hạt mẹ bị tách ra thành hạt tự do Những hạtcon này lại tiếp tục nhân giống thành hạt mẹ Chu kỳ phát triển được lặp lại với chutrình gần giống nhau (tự nhân giống) Trong vài trường hợp đặc biệt, có những hạtkhông thể cho ra bất cứ hạt con nào trong một thời gian dài mà thay vào đó, chúnghình thành nên một khối lớn (khối hạt Kefir)

Hình 2.3: Hạt Kefir sau khi được vớt

ra khỏi sữa và nước đường (www.Kleibers.de/ /guido/4a_kefir_tibet.jpg)

Bề mặt ngoài của hạt biến đổi từ dạng phẳng đến không đồng đều gồmnhiều thứ phức tạp, có những chỗ lồi lõm rải rác khắp bề mặt Một vài hạt có thể cónhững vùng rộng phẳng, trong khi từ mẻ tương tự có thể có những hạt có bề mặtkhông đồng đều Nếu điều kiện thuận lợi, sau một thời gian, những hạt nhẵn nàythường trở lại dạng nguyên thể, sau đó hình thành các hạt bao quanh mình, nơi mà cóthể nhân giống lên Thường ở những vùng không phẳng, xù xì thường có sự hoạtđộng 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 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 là nguyên nhân hình thành vỏ bọc bên ngoài polisacharide mà có thể

giúp hạt co giãn Một số nghiên cứu cho rằng vi khuẩn có thể gây ra sự nhân giống

hạt Kefir vì việc nhân giống của hạt không xảy ra khi vắng mặt Lb kefiranoficients

-là vi khuẩn sinh ra Kefiran ở trung tâm hạt

Một vài loài Lactobaccilli khác cũng sinh ra polisaccharide như Lb brevis, Lb sp.

Các loài Lactobaccilli khác nhau có thể sản sinh ra dạng gel polisaccharide

gần giống nhau ở tốc độ khác nhau Đây là một phần trong cơ chế phức tạp của hạt

kefir Có thể do những khuynh hướng khác nhau này mà Lactobaccilli sản sinh các

phần ở trung tâm hạt

Một thử nghiệm trên chuột đã phát hiện tính kháng ung bứu của Kefiran.Trong thử nghiệm này kefiran được cung cấp từ đường miệng của chuột và kết quảcho thấy kích thước khối u đã giảm đi rõ

2.1.5 Hệ vi sinh vật trong hạt Kefir

Nhóm vi khuẩn lactic lactobacillus chiếm khoảng 65-80% tổng số vi sinh

vật trong hạt Kefir Chúng gồm những loài ưa ẩm và ưa nhiệt thực hiện quá trình lênmen lactic theo cơ chế lên men đống hình lẫn dị hình Nhóm vi khuẩn lactic

Lactococci chiếm 20% tổng số tế bào, Bacilli 69%, Streptococci 11-12%, nấm men

chiếm 16-20%

Hình 2.5: Ảnh chụp hạt Kefir dưới kính hiển vi điện tử gồm vi khuẩn, nấm men, và các chất gian bào

(Kefir.vilabo.oul.com)

Riêng nấm men chiếm 5÷10% tổng số vi sinh vật trong hạt gồm những loàilên men được lẫn không lên men được đường lactose Các loài nấm men lên menđược đường lactose thường được tìm thấy tại các vị trí gần bề mặt hạt Kefir

Ngược lại, các loài nấm men không lên men được đường lactose lại tìm thấytại các vị trí sâu bên trong tâm hạt Các tế bào nấm men tạo ra rượu và cacbondioxyt Protein bị phân giải một phần do quá trình trao đổi chất của nấm men mà kếtquả làm cho kefir có mùi rất đặc trưng của nấm men Hàm lượng acid lactic, alcol vàcacbon dioxyt được điều chỉnh bằng nhiệt độ lên men

Bảng 2.1: Các vi sinh vật có trong hạt Kefir (Oberman H và cộng sự, 1998)

Giống vi sinh vật Loài

K marxinnus ssp bulgaricus K.morxianus ssp Marxianus

a Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic

Vi khuẩn lactic là những vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium,

là vi khuẩn Gram (+) Đây là những trực khuẩn hoặc cầu khuẩn, đa số không sinhbào tử, thường không chuyển động và kị khí tùy tiện, vi hiếu khí, chúng không chứacytochrom và enzyme catalase, chúng có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydaserất mạnh, phân giải H2O2 để phát triển Đa số chúng lên men được mono vàdisaccharide, một số không lên men được saccharose, số khác không lên men đượcđường maltose Các vi khuẩn lactic không có khả năng lên men tinh bột và các

polysaccharide khác (chỉ có loài L delbruckii là đồng hóa được tinh bột)

Vi khuẩn lactic thường có dạng hình cầu, hình oval và hình que, đường kínhcủa dạng cầu khuẩn lactic từ 0,5-1,5 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặcm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặcchuỗi có chiều dài khác nhau Kích thước tế bào trực khuẩn lactic từ 1-8 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặcm, trựckhuẩn thường đứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi

Các loài vi khuẩn lactic có khả năng rất khác nhau tạo thành acid trong môitrường và sức chịu đựng acid cũng khác nhau Đa số các trực khuẩn lactic đồng hìnhtạo thành acid cao hơn (khoảng 2-3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%) Các trực

khuẩn này có thể phát triển được ở pH = 4-3,8 còn cầu khuẩn không thể phát triểnđược ở môi trường này Hoạt lực lên men tốt nhất của trực khuẩn lactic ở vùng pH =5,5-6

Đa số vi khuẩn lactic (đặc biệt là trực khuẩn đồng hình) rất kén chọn thànhphần dinh dưỡng, chúng chỉ phát triển khi trên môi trường có tương đối đầy đủ cácyếu tố dinh dưỡng cần thiết như acid amin, peptide, protein, vitamin (B1, B2, B6, PP,các acid pantotenic và acid folic)…

Vi khuẩn lactic có hoạt tính protease, chúng phân hủy được protein của sữatới peptide và acid amin Hoạt tính này ở các loài có khác nhau, thường trực khuẩn làcao hơn Chúng chịu được trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn ethylic,nhiều loài vẫn sống được trong môi trường có 10-15% cồn hoặc cao hơn, một số trựckhuẩn bền với NaCl tới 7-10% Các vi khuẩn lactic ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối

ưu là 25-350C, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ tối ưu là 40-450C, loài ưa lạnh có thểphát triển được ở nhiệt độ tương đối thấp (khoảng 50C hoặc thấp hơn) Khi gia nhiệttới 60-800C hầu hết chúng bị chết sau 10-30 phút

Một số loại có khả năng tạo màng nhầy Một số khác có khả năng đối khángvới thể hoại sinh và các vi sinh vật gây bệnh và làm thối rữa thực phẩm Vi khuẩnlactic ngoài khả năng lên men lactic, chúng còn có khả năng sản sinh ra các chấtkháng khuẩn gọi là bacteriocin và được ứng dụng nhiều trong y học cũng như trongbảo quản thực phẩm

Vi khuẩn lactic phân bố rộng trong thiên nhiên, trong đất, trong nước, trongkhông khí, chủ yếu có mặt trên thực vật (đặc biệt có là ở trên cỏ), trong thực phẩm(rau, quả, sữa, thịt,…), một số chủng có mặt trong hệ thống đường ruột của cơ thểngười và động vật Trong cơ thể người và động vật, ngoài đường ruột chúng còn tồn

tại trong khoang miệng Các dạng cầu khuẩn đường ruột được gọi là Enterococus hay Streptococus fecalis

Phân loại vi khuẩn lactic hiện nay chưa hoàn thiện và còn nhiều tranh cãi,chủ yếu phân loại dựa theo hình dáng tế bào Thí dụ: cầu khuẩn xếp các giống

Streptococcus và Leuconostoc, còn trực khuẩn xếp thành một giống Lactobacillus.

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

Hoạt động sinh hóa, trao đổi chất tiêu biểu nhất của vi khuẩn lactic chính là

cơ chế của quá trình lên men lactic Qúa trình lên men lactic diễn ra trong tế bào vikhuẩn Đầu tiên, đường sẽ được vi khuẩn lactic đưa vào bên trong tế bào nhờ cơ chếvận chuyển đặc trưng của màng tế bào Nếu phân tử đường là đường đơn nhưglucose thì sẽ vào thẳng chu trình chuyển hóa, còn nếu phân tử đường là đường đôihay các dạng đường khác thì sẽ bị thủy phân thành các monosaccharide sau đó mớivào chu trình chuyển hóa Sau đó, phân tử đường này sẽ đi vào chu trình chuyển hóakhác nhau và cuối cùng cho sản phẩm là acid lactic, acid acetic, CO2,…

Dựa vào sản phẩm tạo thành của quá trình lên men, mà người ta chia chúng

ra hai nhóm là vi khuẩn lactic lên men đồng hình hay vi khuẩn lactic lên men dị hình

- Trường hợp lên men lactic đồng hình: Quá trình lên men tạo acid lactictheo chu trình Embden-Meyerhorf (con đường EMP) Trong tế bào vi khuẩn lên menlactic đồng hình có đủ enzyme carboxylase, do vậy pyruvate không bị phân giải sâuhơn, mà thay vào đó nó nhận hydro được tách ra và chuyển tới pyruvate để tạo thànhacid lactic Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90% sản phẩm, chỉ một phần nhỏpyruvate 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)

- Trường hợp lên men lactic dị hình: Xảy ra khi vi khuẩn lactic không có đủcác enzyme cơ bản của chu trình EMP là andolase và trizaphosphattizomerase Dokhông theo con đường EMP nên chúng chuyển hóa theo con đường Pentose-Phosphate ở giai đoạn đầu, từ glucose-6-phosphate, 6-phosphoglucose và ribuloae-5-phosphate dưới tác dụng của enzyme epimerase chuyển thành xilulose-5-phosphate.Xilulose-5-phosphate sẽ đi theo hai con đường chuyển hóa khác nhau:

+ Xilulose-5-phosphate sẽ được chuyển hóa tiếp thành 3-phosphate Sau đó bị thủy phân tiếp theo con đường EMP để tạo thành acid lactic

glyceraldehydes-+ Xilulose-5-phosphate bị thủy phân tiếp theo một con đường khác đểtạo acetyl phosphate Sau đó, dưới tác dụng của acetatkinase sẽ tạo thành acetatehoặc bị khử tiếp thành acetaldehyde rồi thành ethanol, acid acetic, CO2,…

C6H12O6 → CH3-CHOH-COOH + HOOC-CH2-CH2-COOH + CH3-COOH (glucose) (acid lactic) (acid sucxinic) (acid acetic)

+ CH3-CH2OH + CO2 +H2 (ethanol)

+ Lượng sản phẩm phụ của quá trình lên men dị lactic như sau: acidlactic chiếm 40% (thấp hơn nhiều so với lên men lactic đồng hình), acid sucxinicchiếm 20%, ethanol chiếm 10%, acid acetic chiếm 10% và khoảng 20% còn lại là cácloại khí

2.1.5.2 Một số chủng vi khuẩn lactic

a Streptococcus sp

Streptococcus lactic: vi khuẩn này phát triển tốt trong sữa và một số môi

trường pha chế từ sữa, trong khi lại phát triển kém trong môi trường nước thịtpepton Đây là loại vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện nên có thể phát triển sâu trong thạch vàcho 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 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, mặc dù có những chủng yếu chỉ tạo khoảng 90-1000T

Sữa được lên men chua bởi vi khuẩn streptococcus lactic luôn luôn có hương vị đặc trưng của sản phẩm sữa chua Ở nhiệt độ tối ưu Streptococcus lactic

phát triển trong sữa có thể đạt đến số lượng tối đa là 1,2÷2 tỷ tế bào/ml sau 10÷12giờ Thời gian này tương ứng với thời gian lên men chua sữa đến 600T Độ acid sữatăng lên rất nhanh trong vài giờ đầu, sau đó giảm dần và ngừng hẳn khi đạt đến gần

1200T Đường biểu thị acid trong sữa lên men không có hướng đi xuống vì sau khiđạt cực đại độ chua được giữ nguyên theo thời gian mà không giảm đi

Streptococcus cremoris: 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

Các điều kiện nuôi cấy khác với giống S.lactic 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 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 ngonthường được dùng trong sản xuất bơ chua

Streptococcus diacetylatic: thuộc nhóm vi khuẩn không điển hình, tạo nên

diacety, tạo hương cho sản phẩm

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÷450Ckhi 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 vật ưa nhiệt giống như tên chủng, nhiệt độ

thích hợp khoảng 40÷450C và bị tiêu diệt ở nhiệt độ 530C Khi làm môi trường nuôicấy từ sữa thanh trùng và ủ ở 320C số lượng lớn khuẩn lạc của Streptococcus

thermophillus xuất hiện Streptococcus thermophillus là một vi sinh vật quan trọng

trong sản xuất yaourt, phomat, nó bị ngăn cản sự hoạt động bởi 0,01 mg penicillin

hay 5 mg streptomycin/ml Streptococcus bovis được tìm thấy trong sữa bò và có thể

xâm nhập vào sữa từ 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

Hình 2.6: Vi khuẩn Streptococcus thermophillus

Trực khuẩn lactic cũng chia thành nhóm điển hình và nhóm không điển hìnhtuỳ thuộc vào khả năng tạo thành sản phẩm phụ Nhóm trực khuẩn lactic gồm cáctrực khuẩn ưa nhiệt, trực khuẩn xếp chuỗi cần nhiệt độ trung bình (ưa ẩm),

Bacterium thuộc nhóm trực khuẩn không điển hình.

Nhờ nhiều loại enzim thích hợp nên các vi khuẩn lactic điển hình có khảnăng phân giải các đường đơn (glucose, galactose, levulose ) thành acid lactic Các

loại khác nhau có thể tích tụ lượng acid khác nhau: Lactobacterium 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 pháttriển được, nhiệt độ tối ưu là 40÷450C, đây là vi khuẩn tạo được độ acid rất cao300÷3500T Lactobacterium helveticum (trực khuẩn phomat) phát triển ở 22- 510C,làm cho sữa chua tới 200÷3000T, Lactobacterium bulgarium phát triển ở 22÷530Ctạo 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

c Lactobaccillus

Lactobaccillus brevis: Là trực khuẩn Gram dương, kích thước rộng 0.7-1.0

m, dài 2.0-4.0m, thể hình que, không sinh bào tử, không di động Chúng không

sinh sản nitrate (Kandler và Weiss, 1986) Lb Brevis là vi khuẩn lên men lactic dị

hình, sử dụng đường hexoses qua con đường 2-keto-3-deoxy-6phosphogluconate(KDPG) hay Entenr Doudoroff (ED) sản sinh ra acid lactic, CO2, ethanol, acid acetic(Kandler, 1983) Chúng có thể lên men các loại đường như arbinose, xylose, glucose,fructose, maltose, nhiệt độ phát triển tối đa là 30oC

Lactobaccillus casein: Là trực khuẩn Gram dương, kỵ khí tùy tiện, không

sinh nha bào, không di động.Nó thường gặp ở dạng chuỗi dài hoặc ngắn, tích tụ tới

1,5% acid Lb Casein thuộc nhóm lên lên lactic dị hình Nhiệt độ tối ưu cho phát

triển là 30-350C Trực khuẩn này dùng nhiều trong chế biến pho mát, nhờ nó có hoạttính protease nên có thể phân hủy casein của sữa thành acid amin

Hình 2.7: Vi khuẩn Lactobaccillus casein Lactobaccillus acidophilus: Là trực khuẩn, kích thước trung bình 0.6-0.9 x

1.5-6m, thuộc nhóm vi hiếu khí, lên men đồng hình; phát triển tốt ở 37-40oC, không

phát triển ở 4% muối Lb acidophilus là một một chuỗi, dài chỉ kết hạt khi nhuộm

với xanh methylene pHtối ưu=5,8-6,6 Nhiệt độ tối thích là 450C Khi nuôi trong sữagầy ở 370C, trong vòng 36 giờ, chúng sinh sản được 13,33g acid lactic/l Trong sữa

nó tích tụ tới 2,2% acid Trực khuẩn này được phân lập từ ruột trẻ em và bê non mới

đẻ, dùng trong sản xuất sữa, acidophin có khả năng sinh bacteriocin có hoạt tính ứcchế vi khuẩn gây bệnh đường ruột Một số chủng có khả năng tạo thành màng nhầy

Lactobaccillus delbrukii: Là trực khuẩn lactic chịu nhiệt, thường gặp trên

hạt đại mạch Đây là trực khuẩn lớn (2,7 x 0,4-0,8 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặcm) Trong quá trình lên menchúng có khả năng tạo thành hình sợi dài 100 – 1000 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặcm không lên men lactic,không tạo acid từ maltose Trong môi trường dịch thể chúng có khả năng tạo 70%acid latic so với đường.Có lẽ đây là giống vi khuẩn lactic duy nhất có thể đồng hóa được tinh bột Nó không lên men và đồng hóa được lactose, vì vậy không dùng trongcông nghiệp sữa Nhiệt độ tối ưu là 45-500C, tối thiểu là 200C, tích tụ 2,5% acid.Được dùng nhiều trong sản xuất acid lactic từ tinh bột và sản xuất bánh mì

Lactobaccillus paracasei subsp Paracasei: Tăng trưởng tốt khi nuôi cùng

Lb Acidophilus và delbrukii subsp Bulgaricus Chúng thuộc nhóm lên men lactic

đồng hình, có khả năng sử dụng đường glucose, fructose, saccharose để thực hiệnquá trình lên men, không tăng trưởng trên raffinose, stachyrose

Lactobacillus bulgaricus: Là trực khuẩn tròn (đôi khi ở dạng hạt), thường

kết thành chuỗi dài, không lên men được saccharose Đây là giống ưa nhiệt, nhiệt độtối ưu là 40-450C, tối thiểu là 15-200C Nó tạo thành acid mạnh, tích tụ ở trong sữatới 2,5-3,5% acid lactic Dùng trong chế biến sữa chua phương nam, sữa ngựa.

Lactobacillus helveticus : Là trực khuẩn, có kích thước 0.7-0.9 m; 2.0-6.0

m, nhiệt độ phát triển của vi khuẩn này là 40-420C; tạo độ chua đến 200-3000T Nó

có khả năng lên men được glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose

d Leuconostoc

Là nhóm gồm những vi khuẩn lên men lactic không điển hình Chúng códạng hình cầu nhưng trong môi trường acid chúng nhọn ra ở hai đầu và dài ra sinh ralượng acid có hạn vì thế không làm đông sữa Khi cho vào môi trường nấm men và

cao thực vật chúng phát triển rất mạnh Những vi khuẩn thuộc loài Leuconostoc trong hạt Kefir gồm có: Leuconostoc lactic, Leuconostoc cremoris, Leuconostoc

mensenteroides.

Leuconostoc mensenteroides: Là vi khuẩn Gram dương, kỵ khí tùy tiện,

thường được tìm thấy trong sản phẩm rau và trái cây lên men Leuc mensenteroides

thường sản sinh ra lớp màng nhầy làm cho thực phẩm kém chất lượng

Hình 2.8: Vi khuẩn Leuconostoc mensenteroides Leuconostoc dextranicum: Là vi khuẩn gram dương, đường kính từ 0.6-1

μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặcm Nó phát triển tốt ở nhiệt độ 25-300C và phát triển chậm ở 80C, ở 450C ngừngphát triển, không tồn tại khi thanh trùng, rất nhạy cảm với chất kháng sinh penicillin

e 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, đườngsữa 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

37÷41

6,0÷6,56,0÷6,56,0÷6,56,0÷6,55,5÷6,05,5÷6,0-

5,5÷6,05,5÷6,0-

-2.1.5.3 Acetobacter acetic

Acetobacter aceti: là những trực khuẩn ngắn, không chuyển động, có thể

liên kết với nhau thành chuỗi dài Tốc độ sinh trưởng của chúng rất nhanh, từ một tếbào sau 12 giờ có thể sinh sản thành 17 triệu tế bào Chúng bắt màu vàng với iod,sống ở nồng cồn khá cao (11%) và có khả năng ôxy hóa cồn để tạo thành 6% acidacetic T0 op= 23-30 0C, pH op= 5,5-6,2 (có loài chịu pH < 3,2) Nếu T > 400C sẽ gây ra

hiện tượng co tế bào và tạo thành hình quả lê

A aceti có khả năng chịu acid cao, có khả năng đồng hóa đạm hữu cơ và có

khả năng đồng hóa các nguồn cacbon như ethanol, glucose, fructose, saccharose,maltose, glycerin, lactose…

A aceti phải có acid pantothenic và các chất khoáng (K, Mg, Ca, Fe, S, P…)

mới đồng hóa được khoáng, vitamin và không có khả năng sử dụng tinh bột

2.1.5.4 Nấm men

Nấm men thuộc đơn bào, tế bào có hình elip hoặc hình trứng, đường kính

10-15m, không di chuyển được Một vài loài nấm men tạo bào tử túi (thường 4 tế

bào), chúng sinh sản chủ yếu bằng cách nẩy chồi Nấm men phát triển tốt ở 24-40oC

và có thể chịu được acid cao, pH=3.5 Chúng oxi hóa và lên men mạnh mẽ nguồnnguyên liệu carbonhydate và acid hữu cơ Nhìn chung, chúng không phân giảiprotein, một vài loài có thể phân giải lipid

a Saccharomyces

Saccharomyces cerevisiae: Là loài nấm men lên men nổi, kỵ khí không bắt

buộc Sinh sản theo kiểu nảy chồi, phân đôi bào tử Saccharomyces cerevisiae được

ứng dụng rộng rãi trong sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men… Chúng có dạngcầu, ovan, elip… kích thước khoảng 2,5-10 x 4,5-21 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặcm, đơn bào, sinh sản chủ yếu

bằng hình thức sinh sản vô tính theo lối nảy chồi Saccharomyces cerevisiae có thể

lên men nhiều loại đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose,galactose, raffinose Nhưng không lên men đường lactose, cellobiose, Inulin… Loàinày chịu được độ acid cao, T0 op= 25-30 0C, T0 min = 2-3 0C, ở 400C ngừng sinh trưởng vàmen bị chết

Hình 2.9: Nấm men Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces fragitis: Nó có hình trứng hay hình thuôn dài, đường kính

1.8-5.6m, được đặc trưng bởi khả năng tạo cồn và CO2 Nhiệt độ tối thích là 37oC,không phát triển ở 5oC hay 43oC và không bị tiêu diệt khi thanh trùng

Candida pseudotropicalis var lactose: Nó là tế bào hình trứng, dài từ

7-15m, lên men tạo ra cồn và CO2 Nhiệt độ tối thích 37oC, không phát triển ở 5oC hay

43oC Nó không sinh bào tử, về mặt sinh hóa Candida oxy hóa tốt hơn lên men và

được xem là nấm mốc hơn nấm men Tế bào có hình hình trụ tròn và sinh sản bằngcách nhân đôi Tế bào con được tách ra từ sự phân chia tế bào mẹ Loài vi sinh vậtnày oxy hóa acid lactic thành CO2 và H2O

b Kluyveroyces

Kluyveroyces: hình thái tế bào rất giống với Saccharomyces cerevisiae, sinh

sản bằng bào tử túi có thể có 1-60 bào tử túi, trong khi Saccharomyces chỉ có 1-4 bào

tử túi

2.1.6 Sự tiêu thụ kefir

Kefir đã được tiêu thụ hàng ngàn năm và có nguồn gốc từ miền núiCaucasus Mặc dù, kefir vừa mới được khám phá ở một vài khu vực trên thế giới,nhưng nó đã phổ biến ở Liên Xô, Hungary và Phần Lan được nhiều năm (Komai vàNanno, 1992) Sau đó, nó được biết đến ở Thụy Điển, Na Uy, Phần Lan và Đức(Kroger, 1993) và Hy Lạp, Áo, Brazil, Israel (Hllé, 1994) Sau đó thì phổ biến ở cả

Mỹ và Nhật

Ở nhiều nước, những sản phẩm liên quan đến kefir được sản xuất rất nhiềunhư kefir đông lạnh và khô được cô đặc từ sữa (360 g/kg tổng thể tích) và được lênmen bởi những giống truyền thống, bơ sữa kefir là một sản phẩm truyền thống đượcchế biến từ sữa được lắng hết kem, sữa kefir nuôi cấy được sản xuất đặc biệt từ việcpha trong nấm men bánh mì với kem hoặc yaourt ban đầu, những sản phẩm giốngkefir được sản xuất bằng hỗn hợp vi sinh vật và nó cho kết quả cảm quan khác nhau,nhưng nó thiếu những đặc điểm điển hình của kefir truyền thống, ví dụ như Omaere(ở Tây Nam Châu Phi), Rob hay Roba (ở một vài nước Ả Rập), KjaKlder MjoKlk (ở

Na Uy), Kellermilch (ở Đức), Tarag (ở Mông Cổ), kefir (ở Thổ Nhĩ Kỳ), Osobyi (ởNga) Mặc dù, sữa bò, sữa dê, sữa cừu được sử dụng một cách rộng rãi cho nhiều loạisản phẩm sữa lên men khác nhau, nhưng những thông tin về chất lượng cảm quancủa kefir trong việc sử dụng nhiều loại sữa từ động vật có vú khác nhau thì rất ít.(Semih Ot.es, Oz.em Cagindi, 2003)

2.1.7 Dinh dưỡng và những lợi ích về sức khoẻ của Kefir

Bên cạnh những vi khuẩn có lợi và nấm men, Kefir còn chứa nhiều khoángchất và những acid amin cần thiết giúp chữa bệnh và duy trì các chức năng cho cơthể Các protein hoàn chỉnh trong Kefir được tiêu hoá hoàn toàn, vì thế cơ thể hấpthu một cách dễ dàng Tryptophan là một trong những acid amin cần thiết rất phongphú trong Kefir, có tác dụng xoa dịu hệ thống thần kinh Kefir rất giàu Ca và Mg, lànhững chất quan trọng cho một hệ thần kinh khoẻ mạnh, nếu dùng Kefir thườngxuyên sẽ có tác dụng tốt cho hệ thần kinh

Kefir cung cấp một lượng lớn phospho, đây là khoáng chất cần thiết thứ haitrong cơ thể con người, nó giúp sử dụng carbohydrat, chất béo, protein giúp tế bàophát triển tốt, duy trì và cân bằng năng lượng

Kefir rất giàu vitamin B12, B1 và vitamin K Đây là một nguồn Biotin tuyệtvời giúp cơ thể hấp thu những loại vitamin khác như acid folic, acid pantothenic vàB12

Kefir chứa nhiều chất cần thiết như: đường sữa, khoáng chất, vitamin, béo

Vị chua và men của Kefir giúp dễ dàng tiêu hóa những thức ăn khác Hơn nữa, Kefirchứa một lượng khổng lồ nhũ khuẩn đối kháng với những vi trùng gây bệnh đã rõràng cấu tạo

Kefir còn có những tác dụng tốt cho sức khỏe như:

+ Ức chế vi trùng gây bệnh đường ruột (vi khuẩn gây bệnh ở ruột già),giúp ổn định vi khuẩn đường ruột, điều hòa tiêu hóa, vừa chống tiêu chảy, vừa chốngtáo bón

+ Đường lactose của sữa được thủy phân thành acid lactic nên tránhđược tình trạng bất dung nạp đường lactose của sữa cho những người không có menlactose trong đường ruột

+ Kích thích hệ thống miễn dịch giúp tạo khánh thể chống lại các khối u

và ung thư

+ Giảm cholesterol trong máu, giảm tress, bớt căng thẳng

Bảng 2.3: Các thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của kefir

2.1.8 Phương pháp chế biến và bảo quản giống Kefir

Giống vi sinh vật rất dễ bị thoái hóa và bất hoạt, do đó công tác bảo quảngiống vi sinh vật thì cần thiết và bắt buộc Bảo quản hạt kefir trên môi trường dinhdưỡng phải đảm bảo được các điều kiện để hạt kefir có thể sống sót và giữ được cácđặc tính ban đầu của hạt kefir.

Có nhiều phương pháp bảo quản giống vi sinh vật, nhưng sẽ có phươngpháp kinh tế và chưa kinh tế Việc lựa chọn phương pháp bảo quản phụ thuộc vàonhiều điều kiện khách quan của phòng thí nghiệm, khả năng sống sót của từng giống

và sự ổn định di truyền của giống

a Phương pháp lạnh đông

Là một phương pháp có thể trữ hạt kefir trong thời gian khoảng 2 tháng

Để đông lạnh hạt kefir một cách có hiệu quả chúng ta phải rửa sạch hạt kefir vớinước được đun sôi để nguội, sau đó vỗ nhẹ chúng cho khô nước Chúng ta có thể bảoquản hạt kefir trong một dụng cụ thủy tinh hoặc bao nylon, và cho thêm vào hạt kefirmột ít bột sữa khô để bao bọc lấy hạt kefir, sau đó đông lạnh chúng Bột sữa khôthêm vào đóng vai trò như một tác nhân bảo vệ Nếu không thêm bột sữa khô vào hạtkefir khi bảo quản lạnh thì sau khoảng thời gian không quá một tháng thì hạt kefir sẽ

bị thoái hóa và thành phần nấm men của hạt kefir trở nên hư hại (Greeting &Welcome to Dom’s kefir FAQ in-site)

Hình 2.10: Hạt kefir được bảo quản bằng phương pháp lạnh đông

Ưu điểm: Đơn giản dễ làm, hạt Kefir phát triển nhanh, mạnh hơn so với bảo

quản bằng phương pháp đông khô

Nhược điểm: Tốn kém (do phải thay sữa liên tục), bảo quản được ít thời

gian hơn (khoảng vài tháng) sau đó, các vi sinh vật trong hạt Kefir sẽ tự chết ( khôngcòn hoạt động nếu đem vào quy trình chế biến)

b Phương pháp đông khô

Hạt kefir bị khử nước có thể trữ được trong khoảng thời gian dài từ 12 – 18tháng Để khử nước hạt kefir tươi, chúng ta phải rửa sạch hạt với nước đã được đunsôi và làm lạnh Sau đó, có thể vỗ nhẹ hoặc lau khô bằng khăn lau làm bằng vải tuatrắng Giúp cho hơi nước thoát ra ngoài cho đến khi hạt kefir trở nên rắn chắc hơn vàhạt có màu vàng Tùy thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, kích cỡ của hạt mà chúng ta có thểkhử nước hoàn toàn cho hạt kefir từ 2 – 5 ngày Ta có thể trữ hạt kefir khô trong mộtdụng cụ thủy tinh kín gió và trữ trong nơi mát như trong tủ ướp lạnh (không trữ trong

tủ lạnh) (Greeting & Welcome to Dom’s kefir FAQ in-site)

Hình 2.11: Hạt kefir được bảo quản bằng phương pháp đông khô

Ưu điểm: Hạt Kefir sẽ sống lâu hơn (khoảng vài năm) so với bảo quản bằng

phương pháp lạnh đông, đỡ tốn kém hơn

Nhược điểm: Trong quá trình nuôi Kefir trong sữa bột thì gần như các vi

sinh vật trong hạt Kefir sẽ vô hoạt hoàn toàn ( nghĩa là trong trạng thái chết giả), nếumuốn hạt Kefir có thể hoạt động trở lại bình thường thì phải mất vài tuần nuôi trongmôi trường sữa Tốn nhiều thời gian hơn so với phương pháp lạnh đông

2.1.9 Phục hồi hoạt động của hạt kefir

Để phục hồi hoạt động của hạt kefir được đông lạnh, chúng ta cho vào hạtkefir đông lạnh một ít nước lạnh trong vài phút và bột sữa sẽ được rửa sạch trong giaiđoạn này Sau đó cho thêm sữa tươi vào giống với tỷ lệ 1: 3 (1/2 cốc sữa với 2muỗng giống) Sau 24h, lọc sữa và tiến hành qui trình này lại nhiều lần, sữa lúc này

có thể đông hoặc không đông Trong những lần tiếp theo, có thể cho thêm sữa vớithể tích nhiều hơn Khi trong sữa xuất hiện nhiều cục đông sau 24h thì hạt kefir củabạn đã được phục hồi Ở thời điểm này sữa có mùi chua tinh khiết và mùi thơm củanấm men tươi Điều này có thể làm được trong 1 tuần và trong một số trường hợp cóthể kéo dài hơn (Greeting & Welcome to Dom’s kefir FAQ in-site)

b Phục hồi hoạt động của hạt kefir được đông khô

Để phục hồi hoạt động của hạt kefir đã được đông khô thì ta thêm một ít sữatươi vào ly trữ hạt kefir Hạt kefir sẽ được phục hồi sau mỗi mẻ, trong những mẻ đầu

ta có thể thu được hay không được những cục đông, ta không nên uống sữa được lênmen trong giai đoạn này, lúc này có xuất hiện màu vàng bẩn và có sự hình thành bọttrên bề mặt sữa và ta có thể uống sữa lên men khi nó có mùi thơm, chua tinh khiết.Hạt kefir được đông khô có thể được phục hồi lại sau 4 ngày và trong một số trườnghợp có thể kéo dài từ nửa tuần đến một tuần Khi sữa bắt đầu tạo những cục đông sau24h, tạo được mùi thơm chua tinh khiết, với một mùi thơm của nấm men tươi Lúc

đó, hạt kefir được phục hồi hoạt động và có thể lên men liên tục Tỷ lệ phát triển củahạt kefir thì khác nhau, trong một vài trường hợp có thể kéo dài đến 3 tuần Thời gian

có thể kéo dài như vậy là do điều kiện trữ hạt kefir đông khô (Greeting & Welcome

to Dom’s kefir FAQ in-site)

2.2 Cơ sở khoa học của quá trình lên men

2.2.1 Lên men lactic

Trong công nghệ vi sinh vật, nhìn chung vi khuẩn lactic đồng hình luônchiếm ưu thế Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất các thực phẩm lên men truyềnthống như phomai, Kefir, vi khuẩn lactic dị hình đôi khi vẫn được sử dụng nhằmmục đích đa dạng hoá chỉ tiêu về mùi vị và cấu trúc cho sản phẩm.

Quá trình lên men diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn Đầu tiên đườnglactose trong sữa được vi khuẩn lactic đưa vào tế bào nhờ cơ chế vận chuyển đặctrưng của màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane) Tiếp theo, lactose sẽ đượcphân thành 2 monosacharide rồi đi vào các chu trình chuyển hoá khác nhau Đối với

nhóm vi khuẩn lactic đồng hình như giống Lactococcus, các loài Streptococcus

helveticus, Lactobacilus bulgaricus, Lactobacilus lactic, Lactobacilus thermophylus lactic chu trình đường phân là con đường chính chuyển hoá glucose thành acid

lactic

Phương trình tổng quát của lên men đồng hình:

C6H12O6+ 2ADP + 2Pi  2CH3-CH-COOH + 2ATP

OH

Lên men lactic là một quá trình trao đổi năng lượng Các phân tử ATP đượchình thành trong quá trình chuyển hóa cơ chất (lactose) sẽ được vi khuẩn giữ lạitrong tế bào để phục vụ cho quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của vi sinh vật.Ngược lại, các sản phẩm như acid lactic, ethanol, CO2 được vi khuẩn thải vào môitrường lên men Kết quả là hàm lượng acid lactic tích luỹ trong môi trường lên menngày càng tăng, làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi hóa lý khác

Trong quá trình lên men lactic ngoài sản phẩm acid lactic (lên men đồnghình), acid acetic, ethanol, CO2 (lên men dị hình) trong dịch lên men còn xuất hiện

cả trăm hợp chất hóa học mới khác Chúng là sản phẩm trung gian hoặc sản phẩmphụ của quá trình lên men Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp(vài ppm hoặc ít hơn) Một số hợp chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi Chúng đóngvai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi vị đặc trưng cho nhữngsản phẩm lên men lactic Đáng chú ý nhất là diacetyl và acetaldehyde, đây là nhữnghợp chất quan trọng quyết định đến mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men từ sữa

Lactose

Glucose Galactose

Sản phẩm trung gian Acetaldehyde C2H5OH

CH3CHO

+CO2,CH3CHO Axit Pyruvic

CH3COCOOH Acetoin +1/2O2 CH3COCHOHCH3 + 2H

+2H2O +1/2O2 - 2H

+2H2

Axit lactic axit lactic CO2 + CH3COOH CH3COOH Diaxetyl

CH3COCOCH3 Lên men Lên men dị thể

đồng thể

Hình 2.12: Sơ đồ tóm lược chuyển hoá các chất trong quá trình lên men sữa

Tỷ lệ hàm lượng diacetyl và acetaldehyde ảnh hưởng đến giá trị cảm quancủa yaourt và bơ Tỷ lệ này phụ thuộc vào thành phần các vi sinh vật sử dụng trong

tổ hợp giống và các thông số kĩ thuật của quá trình lên men như nhiệt độ, pH đầu,lượng giống cấy

2.2.2 Lên men ethanol

Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, quá trình lên men

ethanol được thực 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 acidpyruvic sẽ được chuyển hoá thành acetaldehyde rồi thành ethanol

Dihydroxyacetone phosphat là một sản phẩm trung gian trong chu trìnhđường 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 vàglycerol sẽ trở thành một trong những sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men

Phương trình tổng quát của quá trình lên men trong môi trường pH acidC6H12O6 + 2ADP +2Pi  2 C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

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 lênmen Ngoài ra tế bào nấm men còn tổng hợp và thải vào dịch lên men hàng trăm sảnphẩm phụ và sản phẩm lên men khác, những hợp chất này được tìm thấy với hàmlượng rất nhỏ, chúng được chia thành 4 nhóm: glyxerol cùng rượu bậc cao, aldehyde,acid hữu cơ và ester

Trong quá trình lên men ethanol, nhiều acid hữu cơ được tạo thành (TheMoll, 1990) Một số acid hữu cơ được sinh tổng hợp từ chu trình Crebs nếu như quátrình lên men không diễn ra trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt, các acid hữu cơchiếm hàm lượng cao nhất trong dịch lên men là: acid citric, malic, acetic, lactic

2.2.3 Quá trình đông tụ casein

Hình 2.13: Cấu trúc Casein

Casein là một phosphoprotein Trong thành phần của nó có chứa phosphoricCasein có nhiều nhóm chức tự do khác nhau như -CO2, -NH2, -NH, -NH-CO-, -SH,…chính nhờ các nhóm này mà casein có khả năng tham gia các phản ứng hóa học.Trong số các nhóm trên nhóm -COOH, -NH có ý nghĩa nhất vì một phần các nhómnày ở trạng thái tự do và quyết định tính chất của casein Casein được xem như mộtchất điện li lưỡng tính đa hóa trị, dễ dàng tham gia các phản ứng với các kim loạikiềm, kiền thổ, casein hòa tan trong nước Trong sữa, casein ở dạng canxi caseinat và

nó lại kết hợp với canxi phosphate tạo thành phức hợp canxi phosphate caseinat (các

micelle casein) Các micelle casein mang điện tích âm Vì tất cả các micelle đềumang điện tích âm nên chúng đẩy nhau, điều đó khiến các micelle casein tồn tại dướidạng keo.

Quá trình đông tụ casein của sữa dưới tác dụng của enzyme (thường dùng làrenin là một protease được chiết xuất từ dạ dày bê) thực chất là quá trình thủy phânhạn chế casein κ, vỏ háo nước bị phá hủy do đó các ion Ca2+ dễ dàng tiếp cận với cáccasein α, β và paracasein κ và làm cho chúng tạo gel Casein κ có đầu amino (đầu ưabéo) được liên kết với các phân tử αs và β-casein trong micelle luôn hướng về phíatâm micelle, còn đầu carboxy ( đầu ưa nước) luôn hướng ra ngoài vùng biên micelle Quá trình đông tụ casein bởi renin được chia thành 3 giai đoạn như sau:

- Giai đoạn 1: Renin thủy phân liên kết peptide Phe-Met (2 acid amin nằm vịtrí 105-106 trong phân tử casein κ) tạo thành caseinoglucopeptide (106-169) hòa tan

và paracasein κ (1-105) không hòa tan Phản ứng không phụ thuộc Ca2+

- Giai đoạn 2: Đông tụ casein Ở giai đoan này các micelle sau khi bị mấtphân đoạn caseinoglucopeptide trong phân tử casein κ bắt đầu liên kết lại với nhau

Đó là do hiện tượng giảm sự tích điện bề mặt của micelle, từ đó lực đẩy tĩnh điệngiữa các micelle cũng bị giảm Bề mặt micelle trở nên ưa béo hơn do chỉ chứa phânđoạn paracasein κ và chúng có thể liên hợp lại với nhau một cách dễ dàng hơn.Ngoài ra, phần điện tích dương của phân đoạn paracasein κ có thể tương tác với phầnđiện tích âm của phân tử casein α, β Cầu calci phosphate sẽ xuất hiện giữa cácmicelle và góp phần làm tăng kích thước đông tụ

- Giai đoạn 3: kết thúc quá trình đông tụ và tách huyết thanh sữa

Bảng 2.4: Thành phần casein trong sữa bò

Casein Hàm lượng

(%)

Dạng Phân tử lượng

Số acid amin trong phân tử

glucid, có tínhlưỡng cực

phẩm của quá trình thủy phân β-casein bởi

plasmine từ trong máu động vật

Nước Lactose

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên men lactic

a Nguồn glucid

Để duy trì sự sống, điều hòa các quá trình chuyển hóa trong tế bào vi khuẩncần sử dụng nguồn glucid có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon.Nguồn cung cấp glucid quan trọng cung cấp cho vi khuẩn là đường lactoza Hầu hếtcác vi khuẩn lactic đều có enzyme lactose, nên thủy phân được lactose thành glucose

và galactose

C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6

Lactose Glucose Galactose

Glucose và galactose VK Các hợp chất khác + Sinh năng lượngMột số loại đường khác vi khuẩn lactic sử dụng rất chọn lọc:

+ Đisaccharide: saccharose, maltose…

+ Polysaccharide: dextrin, tinh bột…

Đối với lên men lactic đồng hình vi khuẩn lactic chuyển hóa được khoảng98% glucid thành acid lactic

b Nguồn Azot

Các nguồn Azot có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật,nếu không có các nguồn này thì sẽ không tổng hợp được các chất phức tạp cấu tạonên nguyên chất trong tế bào vi sinh vật

Vi sinh vật đòi hỏi nguồn Azot rất cao đặc biệt là:

Protit: Sự tương tác giữa Casein trong sữa với vi khuẩn lactic khi có sự hiện

diện của ion H+ trong môi trường làm tăng khả năng lên men lactic Ngoài ra, Caseincòn là chất đệm có tính trung hòa một lượng acid sinh ra trong quá trình lên men

Pepton: Trong môi trường sữa đã có sẵn nguồn pepton nhưng do nhu cầu

peptone đối với vi khuẩn rất cao do đó cần bổ sung peptone từ bên ngoài vào môitrường sữa để đảm bảo lượng peptone đủ để làm tăng tốc độ lên men

Acid amin: Vi khuẩn lactic hấp thụ dễ dàng Theo các nghiên cứu, vi khuẩn

lactic phát triển tốt nhất trong môi trường có đầy đủ 16 loại acid amin Đối với các vikhuẩn sinh hương, acid amin ngoài sự cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn mà nócòn kích thích sự tạo hương thơm Trong acid amin, senin có tác dụng ức chế sự phát

triển của nhiều loài Streptococcus.

c Vitamin

Vi khuẩn lactic không có khả năng sinh tổng hợp vitamin và do môi trườngsữa có đầy đủ các loại vitamin cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn lactic nênkhông cần bổ sung thêm từ bên ngoài

Bảng 2.5: Các vitamin được các loài vi khuẩn sử dụng

Riboflavin Piridoxin Acid fomic B12 Tiamin

d Muối khoáng và các nguyên tố vi lượng

Nhu cầu này không lớn do đó không cần bổ sung thêm từ ngoài vào mà chỉcần sử dụng những chất có sẵn trong môi trường sữa

Trong các loai muối khoáng P chiếm tỉ lệ cao nhất

Chú ý: Nồng độ NaCl trong môi trường không được quá 6,5% nó sẽ tiêu diệt hếttất cả các loại vi khuẩn lactic

e Nhu cầu oxy

Vi khuẩn lactic vừa có khả năng sống được trong môi trường có oxy và vừasống được trong môi trường không có oxy

Theo nghiên cứu cho rằng vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong môitrường có oxy thấp

+ Ảnh hưởng trực tiếp lên bề mặt của tế bào làm thay đổi sự tích điện trên

bề mặt của màng từ đó dẫn đến hoạt độ của các loại enzyme bị giảm

+ Nồng độ ion H+ ảnh hưởng đến độ phân ly của các chất dinh dưỡng trongmôi trường

+ pH môi trường khác còn làm độ phân tán chất keo và độ xốp của thành tếbào không đồng đều cho nên việc chống lại các tác động bên ngoài sẽ khác nhau dẫnđến làm thay đổi hình dạng của tế bào Với vi khuẩn lactic thì các loại cầu khuẩnchịu pH kém hơn so với các trực khuẩn

Bảng 2.6: Các giá trị pH mà vi sinh vật phát triển được

Trực khuẩn ưu nhiệt 3,5 – 4,25 5,5 – 6,5 7 – 8

+ Khi pH môi trường cao thì sản phẩm tạo thành chủ yếu là acid lactic.+ Khi pH môi trường thấp thì sản phẩm tạo thành ngoài acid lactic còn cóthêm acid acetic và nhiều sản phẩm khác.

Qua nhiều nghiên cứu người ta nhận thấy rằng lượng di-acetyl tạo ra nhiềunhất tại pH = 4.6-5,2 Đây chính là yếu tố làm tăng mùi hương cho sản phẩm

Tác dụng của chất kháng sinh do các vi khuẩn lactic sinh ra cũng bị ảnhhưởng bởi pH môi trường

h Các chất kháng sinh

Các chất kháng sinh ảnh hưởng rất lớn đến vi khuẩn lactic

+ Penicilin: chỉ một lượng rất nhỏ cũng đủ làm ức chế nhiều loài vikhuẩn lactic

+ Streptomycin: có tính kháng sinh rất mạnh, có khả năng tiêu diệt cả vikhuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm

Trong quá trình lên men, hàm lượng chất kháng sinh tạo ra trong môi

trường đủ lớn sẽ làm giảm hiệu xuất lên men.

Bảng 2.7: Biến đổi các thành phần từ sữa tạo thành Kefir

Chất béo Phụ thuộc nguồn sữa ban đầu (bò, dê ) và lượng béo

của sữa được dùng (nguyên béo, tách béo một phầnhay không béo)

Lactose Tiêu thụ một phần lactose, bởi vi khuẩn lactic và nấm

men Lactose trên 100 g sản phẩm sữa Kefir: 2÷2,5 g.Acid lactic Hình thành bởi vi khuẩn lactic Trên 100 g sản phẩm

sữa Kefir có 0,6÷1 g

Potein Chiếm 3÷3,4 g/100g sản phẩm sữa Kefir

Ethanol Sản sinh bởi nấm men nếu dùng men: lượng cồn là

0,01÷0,1g/100g sữa, nếu dùng hạt Kefir lượng cồn là0,02÷1,8 g/100g sữa

Các acid hữu cơ

khác

Axetic, fomic, propionic, Succinic, pyruvic, isobutyric, caproic, acid lauric…góp phần tạo hương choKefir hay được tiêu thụ bởi chính loài vi khuẩn trongsuốt quá trình lên men

CO2 Sinh ra nhờ nấm men và vi khuẩn lactic lên men dị thể

sinh CO2 tạo tính đặc trưng cho Kefir

Hợp chất thơm Acetaldehyde, diacetyl, acetone góp phần vào hương

của sản phẩmVitamin Tăng vitamin B (đối với sữa cừu), pyridoxine (từ sữa

cừu, dê, ngựa), acid folic (trừ sữa ngựa), orotic,nicotinic, acid pantothenic: không đổi hay giảm khi côđặc

(Nguyễn Tú Thanh, 2003)

CHƯƠNG III: CÁC ỨNG DỤNG CỦA KEFIR

3.1 Qui trình chế biến Kefir

3.1.1 Qui trình sản xuất men giống Kefir

a Quy trình

Sữa tươi tiệt trùng

Hạt Kefir(5%)

Hạt Kefir