Thực phẩm lên men

Khái niệm Thực phẩm lên men là thực phẩm mà chúng lợi dụng vi sinh vật có ích một cách khéo léo để chế tạo ra một loại thực phẩm có phong vị độc đáo, phong phú mức sống ẩm thực của

PHẠM MINH TUẤN 1

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH

KHOA: CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KTMT

TIỂU LUẬN:

THỰC PHẨM LÊN MEN

GVHD: PHẠM MINH TUẤN

Sinh viên thực hiện:

Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2012

PHẠM MINH TUẤN 2

MỤC LỤC

Lời nói đầu 2

I Khái quát về thực phẩm lên men 3

II Vai trò của công nghệ sinh học trong sản xuất thực phẩm lên men 8

III Tình hình ở Việt Nam và xu hướng phát triển 11

Kết luận 13

Tài liệu tham khảo 14

PHẠM MINH TUẤN 3

LỜI NÓI ĐẦU

WHO đưa ra khuyến cáo nên ưu tiên nghiên cứu quá trình lên men như là một kỹ thuật để chuẩn bị / lưu trữ thực phẩm Một trong những lý do chính cho điều này là ở các nước đang phát triển, 1/10 trẻ em dưới năm tuổi chết do mất nước Mất nước chủ yếu là

do tỷ lệ mắc bệnh tiêu chảy Nguyên nhân chính cho bị tiêu chảy là ăn phải thực phẩm không có tiêu chuẩn thích hợp về điều kiện vệ sinh Tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm được dựa vào chế biến và xử lý thực phẩm, cũng như trên các điều kiện của các nguyên liệu thô Một mặt hàng thực phẩm chế biến từ nước bị ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh sẽ tiếp bị

ô nhiễm, và nguy cơ sức khỏe Axit lactic lên men của thực phẩm đã được tìm thấy để giảm nguy cơ có vi sinh vật gây bệnh phát triển trong thực phẩm

Thực phẩm lên men đã có từ thời cổ đa ̣i và thâ ̣m chí có thể xuất hiê ̣n trước khi con người biết dùng ký tự để ghi chép Mô ̣t loa ̣i rượu vang đỏ 8.000 năm tuổi đã được tìm thấy ta ̣i khu vực Caucasus củ a Georgia Ta ̣i Babylon, sữa lên men đã xuất hiê ̣n 3.000 năm trước công nguyên và ta ̣i Ai Câ ̣p, men bánh mì có niên đa ̣i đến 1.500 năm trước công nguyên

Các châu lục có điề u kiê ̣n khí hậu và nền văn hóa ẩm thực khác nhau nên những sản phẩm lên men cũng rất khác nhau Người châu Âu thích nhâm nhi mô ̣t chút rươ ̣u vang trước khi dùng bữa và kế t thúc bữa ăn bằng mô ̣t chút pho mát Trong khi đó, người Châu Á la ̣i yêu thích vị ngo ̣t đâ ̣m đà của các loa ̣i nước chấm lên men như nước tương, nước mắm và những gia vi ̣ này gần như là không thể thiếu trong các bữa cơm truyền thống Đối vớ i mô ̣t châu lu ̣c đa sắc tô ̣c như châu Mỹ, dường như có sự giao thoa về ẩm thực và do vâ ̣y, sản phẩm lên men cũng rất phong phú Đế n đây, người ta có thể tìm thấy

từ sữa chua, pho mát, rượu vang, bánh mì, giấm và rất nhiều loa ̣i nước chấm lên men của

các quốc gia châu Á như nước tương, nước mắm

Như vậy “Thực phẩm lên men” đã trở thành thành phần không thể thiếu với con

người hiện đại

PHẠM MINH TUẤN 4

I Khái quát về thực phẩm lên men

1 Khái quát về quá trình lên men

a Khái niệm lên men

Lên men là một quá trình sinh học, mà ở đó phản ứng oxy hóa khử xảy ra trong tế bào vi sinh vật, trong đều kiện không có chất oxy hóa nào Một phần chất hữu cơ bị phân giải thành chất khử, phần còn lại bị phân giải thành chất oxy hóa

Lên men là phương thức chủ yếu của vi sinh vật yếm khí, đặc điểm của lên men là không thể nhận điện tử bên ngoài, oxy hóa không triệt để, năng lượng sinh ra không nhiều

Trong công nghiệp, quá trình lên men nhân tạo dù là vi sinh vật hiếu khí hay kị khí đều gọi là lên men

b Cơ chế quá trình lên men

Quá trình lên men tự nhiên là một quá trình phức tạp với thực phẩm và tế bào phản ứng với nhau một cách hỗn độn

Sơ đồ tổng quát của quá trình lên men vi sinh vật

PHẠM MINH TUẤN 5

2 Thực phẩm lên men

a Khái niệm

Thực phẩm lên men là thực phẩm mà chúng lợi dụng vi sinh vật có ích một cách khéo léo để chế tạo ra một loại thực phẩm có phong vị độc đáo, phong phú mức sống ẩm thực của chúng ta, như sữa chua, pho mát, rượi nếp,chao, đậu phụ, rượu vàng, rượu nho… tất cả các thực phẩm này đều là thực phẩm có sức hấp dẫn kỳ lạ mà còn để cho con người yêu thích thời gian dài

Các sản phẩm lên men

Hình 1: Các sản phẩm lên men

b Lịch sử phát triển của thực phẩm lên men

Thực phẩm lên men đã có từ thời cổ đa ̣i và thâ ̣m chí có thể xuất hiê ̣n trước khi con người biết dùng ký tự để ghi chép Mô ̣t loa ̣i rượu vang đỏ 8.000 năm tuổi đã được tìm

PHẠM MINH TUẤN 6

thấy ta ̣i khu vực Caucasus củ a Georgia Ta ̣i Babylon, sữa lên men đã xuất hiê ̣n 3.000 năm trước công nguyên và ta ̣i Ai Câ ̣p, men bánh mì có niên đa ̣i đến 1.500 năm trước công nguyên Từ 2.500 năm trước, người La Mã cổ đại đã biết làm cho bữa ăn của mình thêm đậm đà, ngon miệng cùng với Garum – một loại nước chấm lên men từ cá Quá trình lên men dựa vào hệ vi sinh vật của ruột cá và dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời, tương tự như quá trình sản xuất nước mắm của Việt Nam đã giúp tạo ra Garum có hàm lượng Glutamate cao, vị Umami đậm đà và trở thành một loại nước chấm được yêu thích Mọi tầng lớp xã hội La Mã cổ đại đều sử dụng Garum như một thành phần không thể thiếu trong bữa ăn Một vài món ăn còn kết hợp Garum cùng với rượu, dấm, tiêu đen hoặc dầu

ăn để giúp mang đến những hương vị hài hòa, đặc trưng, ví dụ: thịt bê hầm, trai hấp… Một trong những đại diện của dòng sản phẩm thực phẩm lên men từ sữa, pho mát với hậu

vị ngọt đặc trưng đã trở thành một nguồn nguyên liệu không thể thiếu đối với các món ăn phương Tây và giờ đây cũng chiếm một vị trí ngày càng quan trọng trong văn hóa ẩm thực Châu Á Pho mát xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng 7.000 năm trước công nguyên, khi mà con người bắt đầu biết lấy túi làm từ dạ dày của một vài loài động vật để đựng sữa

và nhận thấy sữa đựng trong những túi đó có thể chuyển thành dạng chất rắn với hương

vị mới, thơm ngon mà lạ miệng Như vậy thực phẩm len men đã xuất hiện từ rất lâu và cùng tồn tại theo sự phát triển của lịch sử

Ngày nay, với sự phát triể n của nền công nghiệp thực phẩm, cũng như những đòi hỏi ngày càng cao của con người, có nhiều loa ̣i thực phẩm mới đã ra đời Tuy nhiên, thực phẩm lên men vẫn luôn giữ một vi ̣ thế rất quan trọng không thể thay thế đươ ̣c bở i những

ưu thế đă ̣c trưng như dễ dàng tiêu hóa, giúp làm cân bằng hê ̣ vi sinh vật đường ruô ̣t, dễ bảo quản và đă ̣c biệt quan tro ̣ng là thực phẩm lên men luôn có hương vi ̣ khó quên

PHẠM MINH TUẤN 7

c Phân loại thực phẩm lên men

Theo nguyên liệu được chọn

− Từ ngũ cốc: rượu,

− Từ thịt:

Theo chủng vi sinh vật

− Vi khuẩn

− Vi nấm

− Xạ khuẩn

− Virut

Theo quy mô

− Truyền thống

− Công nghiệp

d Quá trình lên men

PHẠM MINH TUẤN 8

Hình 2 minh họa các phần của một quá trình lên men tổng quát Phần trung tâm của hệ thống là hệ lên men, trong đó cơ thể được sinh trưởng dưới các điều kiện tối ưu để tạo thành sản phẩm Trước khi sự lên men bắt đầu, môi trường phải được pha chế và khử trùng, hệ lên men đã vô trùng, và nuôi cấy khởi đầu phải có một số lượng vi sinh vật vừa

đủ ở trong một trạng thái sinh lý phù hợp để cấy truyền vào hệ lên men sản xuất Kết thúc quá trình lên men các sản phẩm phải được tinh sạch và xử lý thêm

Hình 2: Sơ đồ chung của một quá trình lên men

e Lợi ích của thực phẩm lên men

Tăng khả năng tiêu hóa hấp thụ: Dưới tác dụng của men vi sinh vật, gluxit dạng

phức hợp được cắt nhỏ thành các đường mạch ngắn, chất đạm được cắt nhỏ thành các axit amin dễ tiêu hóa hấp thụ Lactose là đường chỉ có trong sữa, để tiêu hóa đường sữa cần men lactaza, nhưng men này lại thường thiếu hụt ở người lớn và người ít sử dụng

PHẠM MINH TUẤN 9

sữa, tạo ra tình trạng rối loạn tiêu hóa sau khi uống sữa Khi làm sữa chua, 70% đường lactose đã bị lên men và chuyển thành axit lactic, nên ăn sữa chua dễ dung nạp hơn Trong môi trường axit của thực phẩm lên men, các khoáng chất như canxi, kẽm, tăng khả năng hòa tan giúp dễ dàng hấp thụ hơn

Tăng sức đề kháng: Thực phẩm lên men còn là nguồn cung cấp vi khuẩn lactic -

loại vi khuẩn có lợi trong đường ruột Theo quy luật sinh tồn, vi khuẩn lactic bám vào niêm mạc đường tiêu hóa, cạnh tranh chỗ bám làm kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh như Ecoli, Salmonella (gây tiêu chảy), vi khuẩn Pylori (gây viêm loét dạ dày)

và nấm Candida Quá trình lên men còn tạo ra các chất kháng thể, chất kháng sinh ức chế

vi khuẩn có hại

Tạo ra chất dinh dưỡng: Quá trình lên men làm tăng hàm lượng một số vitamin

Sữa lên men thường giàu vitamin nhóm B Nhờ các men, chất đạm được cắt nhỏ thành các axit amin được hấp thu trực tiếp và dễ dàng Các thực phẩm giàu đạm lên men là nguồn cung cấp các axit amin như nước mắm, tương, chao, phô-mai

Loại trừ vi khuẩn có hại và các độc tố: Quá trình lên men có thể phân hủy các

độc tố có trong thực phẩm như cyanogenic glucosid có trong khoai mì, măng hay mycotoxin trong hạt ngũ cốc

II Vai trò của công nghệ sinh học trong sản xuất thực phẩm lên men

Công nghệ lên men là một lĩnh vực quan trọng trong sản xuất thực phẩm Việc tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng lên men tốt, đem lại hiệu quả cao là rất cần thiết Các nghiên cứu sử dụng công nghệ di truyền phục vụ cho công nghệ lên men chủ yếu đi vào hai hướng chính là:

- Phân tích di truyền các loại vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men, xác định các gen mã hóa cho các tính trạng mong muốn nhằm tạo ra năng suất và chất lượng sản phẩm lên men

PHẠM MINH TUẤN 10

- Tạo ra các vi sinh vật chuyển gen phục vụ cho các qui trình lên men Ví dụ trong sản xuất rượu, ngày nay người ta đã dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tạo rượu cao

và cho hương vị tốt Phần lớn các chủng đó được nghiên cứu, tuyển chọn, lai tạo bằng công nghệ di truyền

Để sản xuất rượu vang, trước đây, người ta phải dùng hai loại vi sinh vật là S

cerevisiae để tạo ra hàm lượng rượu trong dịch lên men và sau đó, sử dụng Leuconostos

trong lên men phụ ở quá trình tàng trữ, nhằm nâng cao chất lượng của rượu Ngày nay, người ta tiến tới dùng một chủng vi sinh vật chuyển gen để thực hiện cả hai quá trình

Đối với các sản phẩm lên men sữa như phomat và sữa chua, trước kia, người ta thường sử dụng những vi sinh vật tự nhiên có mặt trong sữa để lên men Do vậy, người ta khó lòng kiểm soát quá trình lên men và hiệu quả không cao Ngày nay người ta

đã tạo được các chủng mới với các tính chất xác định và đã điều khiển được quá trình lên men theo định hướng mong muốn Bằng công nghệ vi sinh vật, công nghệ gen người ta

đã tạo ra những chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp các enzyme chịu nhiệt, chịu axit, chịu kiềm tốt để sản xuất enzyme Enzyme λ-amylase chịu nhiệt đã và đang được sử dụng nhiều để sản xuất mạch nha, đường glucose từ tinh bột Trước đây, trong công nghiệp thực phẩm các nghiên cứu công nghệ sinh học được sử dụng chủ yếu để hoàn thiện các quy trình công nghệ lên men truyền thống Còn hiện nay, các nghiên cứu công nghệ sinh học chủ yếu liên quan đến việc tạo ra các chủng mới có năng suất sinh học cao

và việc áp dụng chúng vào các công nghệ lên men hiện đại, trong sản xuất và chế biến các loại sản phẩm sau:

- Công nghiệp sản xuất sữa, Công nghệ sinh học trong chế biến tinh bột, Sản xuất nước uống lên men, như: bia, rượu nho, rượu chưng cất

- Sản phẩm chứa protein, như: protein vi khuẩn đơn bào, protein từ tảo lam cố định đạm cyanobacteria và vi tảo

- Sản xuất các chất tăng hương vị thực phẩm, như: axit citric, axit amino, vitamin

và màu thực phẩm, chất tăng vị ngọt thực phẩm, keo thực phẩm

- Chế biến rau quả

Vi sinh vật là một phần của hệ thống xử lý trong quá trình sản xuất thực phẩm lên men Phương pháp nuôi cấy của vi sinh vật có thể được cải thiện di truyền bằng cách sử dụng cả hai phương pháp truyền thống và phân tử, và cải thiện của vi khuẩn, nấm men và

PHẠM MINH TUẤN 11

nấm mốc là chủ đề của nhiều nghiên cứu học tập và công nghiệp Những đặc điểm đã được xem xét cho các ứng dụng thực phẩm thương mại ở cả các nước phát triển và đang phát triển bao gồm chất lượng giác (hương vị, hương thơm, bề ngoài, kết cấu và tính thống nhất), virus (vi khuẩn) sức đề kháng trong trường hợp của quá trình lên men sữa,

và khả năng để sản xuất các hợp chất kháng sinh (ví dụ như bacteriocins, hydrogen peroxide) để ức chế vi sinh vật không mong muốn Ở nhiều nước phát triển, tập trung vào suy thoái hoặc ngừng hoạt động của độc tố tự nhiên (ví dụ như cyanogenic glucosides trong khoai mì), độc tố nấm mốc (trong quá trình lên men ngũ cốc) và các yếu tố dinh dưỡng chống (ví dụ như phytates)

Phương pháp truyền thống cải tiến gen như đột biến cổ điển và sự kết hợp đã được các cơ sở phát triển công nghiệp văn hóa lúc đầu cho vi khuẩn (nuôi cấy được sử dụng để bắt đầu một quá trình lên men thực phẩm được biết đến như một sự nuôi cấy khởi động), trong khi lai giống đã được sử dụng trong việc cải thiện các chủng nấm men được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp trong các ứng dụng để ủ

Đột biến gen

Điều này liên quan đến việc sản xuất các đột biến bằng cách tiếp xúc của các chủng vi sinh vật với hóa chất gây đột biến hoặc tia cực tím để tạo ra những thay đổi trong hệ gen của chúng Chủng được cải thiện do đó sản xuất được lựa chọn trên cơ sở các đặc tính cụ thể chẳng hạn như khả năng hương vị sản xuất cải thiện hoặc kháng virus

vi khuẩn Đột biến như vậy có thể, tuy nhiên, cho thấy đột biến không mong muốn thứ cấp mà có thể ảnh hưởng đến tính trạng của sự nuôi cấy trong quá trình lên men

Đây là một quá trình tự nhiên, theo đó vật liệu di truyền được chuyển giao giữa các loài

vi sinh vật liên quan chặt chẽ như là một kết quả của sự tiếp xúc vật lý giữa các sinh vật cho vi sinh vật sinh vật nhận kết hợp gen trao đổi cho phép cả hai chuyển gen plasmid và nhiễm sắc thể (plasmid là một vòng tròn không tự sao chép phân tử DNA nhiễm sắc thể