QUÁ TRÌNH lên MEN LACTIC ỨNG DỤNG vào lên MEN sữa CHUA

Là nguồn thực phẩm quan trọng, nên các sản phẩm từ sữa đã được đa dạng hóa như phô mai, bơ, sữa lên men yaourt, kefir Chú thích: Kefir là một thực phẩm vừa lên men lactic nhờ vi khuẩn ưa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



MÔN: VI SINH THỰC PHẨM

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ:

QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC ỨNG DỤNG VÀO LÊN MEN SỮA CHUA

GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Hải

LỚP 56.TP2

1 Nguyễn Thị Hồ Nguyên

2 Hoàng Thanh Phong

3 Đặng Thị Thiên Phú

4 Lê Hồng Phúc

5 Lê Thị Bích Phương

Chủ Đề : Vi khuẩn Lactic và ứng dụng của

chúng trong sữa chua

Lời nói đầu

Chúng ta đã biết một nguồn thực phẩm rất giàu dinh dưỡng đó là sữa Trong sữa có chứa nhiều chất dinh dưỡng như glucid, protein, lipid, khoáng, vitamin,…Những hợp chất này rất có lợi, cần thiết cho sức khỏe và sự tăng trưởng, phát triển của con người

và các loài động vật Là nguồn thực phẩm quan trọng, nên các sản phẩm từ sữa đã

được đa dạng hóa như phô mai, bơ, sữa lên men yaourt, kefir (Chú thích: Kefir là

một thực phẩm vừa lên men lactic nhờ vi khuẩn ưa ấm lactic vừa lên men rượu nhờ nấm men, rất giàu Enzim với các vi khuẩn có lợi, giúp bạn cân bằng hệ tiêu hóa),… là các sản phẩm truyền thống đã có từ rất lâu trước đây cho đến các sản phẩm hiện đại được sản xuất theo dây chuyền công nghiệp như sữa tươi thanh trùng, tiệt trùng, sữa nguyên kem, sữa bột, sữa gầy, sữa cô đặc,…Tất cả nhằm nâng cao chất dinh dưỡng và bảo quản sữa tốt hơn

Trong đó sữa chua là một trong những thực phẩm được quan tâm hàng đầu, bởi nó được xem như là một dạng thực phẩm chức năng chứa các vi khuẩn probiotic có lợi cho sức khỏe con người, sữa chua còn có thể được dùng như mỹ phẩm làm đẹp, thuốc chữa bỏng và gia vị chế biến món ăn tuyệt vời mà không phải ai cũng biết,

Đôi khi đại đa số chúng ta ai cũng biết làm ra sản phẩm yaourt bằng cách lên men sữa Nhưng ít ai biết cụ thể về thành phần vi sinh vật tham gia quá trình lên men Trong bài này nhóm chúng tôi làm về lên men lactic

v

A/ Khái quát chung về vi khuẩn lactic

I/ Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic

 Vi khuẩn lactic là vi khuẩn lên men thuộc họ lactobacterium, là vi khuẩn G(+)

 Vi khuẩn lactic là trực khuẩn hoặc cầu khuẩn, đa số không sinh bào tử

 Đa số chúng lên men được mono và disaccharide, một số không lên men được saccharose, số khác không lên men được đường maltose

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

 Vi khuẩn lactic có hoạt tính protease, chúng phân hủy được protein của sữa tới peptide và acid amin

 Một số loại có khả năng tạo màng nhầy

 Vi khuẩn lactic còn có khả năng sản sinh ra các chất kháng khuẩn gọi là bacteriocin và được ứng dụng nhiều trong y học cũng như trong bảo quản thực phẩm

 Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là C

 Hô hấp tùy tiện

 Không di động

 Sản sinh bằng hình thức phân đôi tế bào

II Phân loại

1/Xét theo hình thái cấu trúc thì vi khuẩn lactic được chia ra hai nhóm

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

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

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

ấm (nhiệt độ tối ưu là khoảng 30 độ C) và nhóm Beta bacterium

2/

Xét theo cách thức lên men

- Vi khuẩn lactic được chia thành hai nhóm :

 Vi khuẩn lactic lên men đồng hình

 Vi khuẩn lactic lên men dị hình

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

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

- Dựa vào sản phẩm tạo thành của quá trình lên men, chia làm hai nhóm là vi khuẩn lactic lên men đồng hình hay vi khuẩn lactic lên men dị hình

 Lên men lactic đồng hình: Quá trình lên men tạo acid lactic theo chu trình EMP Trong tế bào vi khuẩn lên men lactic đồng hình có đủ enzyme carboxylase, do vậy pyruvate không bị phân giải sâu hơn, mà thay vào đó nó nhận hydro được tách ra và chuyển tới pyruvate để tạo thành acid lactic Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90% sản phẩm, chỉ một phần nhỏ pyruvate còn lại bị khử cacbon chuyển thành acid acetic, ethanol, CO2 và acetone,…

C6H12O6 → CH3-CO-COOH → CH3-CHOH-COOH + Năng lượng (glucose) (acid lactic)

 Lên men lactic dị hình: Xảy ra khi vi khuẩn lactic không có đủ các enzyme cơ bản của chu trình EMP (andolase và trizaphosphattizomeras),

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

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

là các loại khí

- -Vi khuẩn lactic sinh trưởng ở nhiệt độ tầm trung từ C, pH từ 4,5-4,8

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

B/ Vi khuẩn Lactic và ứng dụng của chúng trong chế biến sữa chua (yaourt)

Trong thực phẩm thì việc lên men lactic không chỉ nhằm mục đích bảo quản nhằm chống làm hư hỏng sản phẩm thì còn tác dụng tạo hương và các tính chất đặc trưng cho sản phẩm

Nhắc đến là sữa thì lên men lactic có nhiều ứng dụng dụng đặc biết khác như là khả

năng tạo vị, tạo mùi thơm của khuẩn Leuconostoc để sản xuất bơ sữa, phomat …

Đặc biệt hơn hết mà chúng ta nhắc đến chủ đề này là khả năng đông tụ của khuẩn

Streptococcus lactic để sản xuất sữa chua

I/ Tổng quan về sản phẩm sữa chua

-Sữa chua lên men (hay còn gọi là yaourt) là một sản phẩm rất phổ biến trên thế giới Là sản phẩm bơ sữa được sản xuất bởi vi khuẩn lên men của sữa (cụ thể là vi khuẩn lactic)

-Sữa chua là sản phẩm lên men lactic từ sữa bò tươi, sữa bột hay sữa động vật nói chung sau khi đã khử chất béo và thanh trùng vi khuẩn gây bệnh bằng phương pháp tiệt trùng Pasteur ở nhiệt độ 80-90 °C

- Nguyên tắc làm sữa là do sự phát triển của vi khuẩn lactic làm pH giảm mạnh, casein trong sữa bị đông tụ.Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt và có mùi thơm ngon Quá trình sữa chua người ta sử dụng chủng vi khuẩn lactic đồng hình

và dị hình Vi khuẩn lactic đồng hình lên men nhanh làm giảm pH, vi khuẩn lactic dị hình lên men chậm và tạo mùi thơm đặc trưng của sữa

-Nó có một số đặc điểm sau:

 Trạng thái: Sữa chua là đồng nhất, mịn, sệt, không vón cục, không tách lớp

 Mùi: Có mùi thơm đặc trưng của sản phẩm lên men nhờ sự có mặt của các hợp chất như acid lactic, acid acetic,…

 Vị: Sữa chua có vị hơi chua của acid lactic, vị ngọt nhẹ của đường và vị béo của lipid trong sữa chua

 Màu sắc: Sữa chua thường có màu trắng ngà và màu đặc trưng của hương liệu bổ sung

- Hiện nay có rất nhiều loại sữa chua khác nhau như, dựa vào cấu trúc và mùi vị mà sữa chua có thể được phân loại như sau:

 Sữa chua truyền thống

 Sữa chua dạng khuấy

 Sữa chua uống hay sữa chua lỏng

 Sữa chua lạnh đông

 Sữa chua cô đặc

- Dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm, theo WHO/FAO được chia làm ba nhóm chính:

 Sữa chua gầy: Hàm lượng chất béo <0,5%

 Sữa chua bán gầy Hàm lượng chất béo nằm trong khoảng 0,5-3,0%

 Sữa chua béo: Hàm lượng chất béo trong sản phẩm > 3%

II/ Quá trình lên men sữa chua.

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

- Nguyên liệu: Nếu nguyên liệu là sữa bột không đường thì thêm đường để đạt nồng độ 8-10%

- Phối trộn: Bột, đường, sữa, bơ, chất ổn định phối ở nhiệt độ 45 độ C để quá trình hòa tan đồng đều

- Gia nhiệt: nâng nhiệt độ lên 60 độ C cho thích hợp quá trình đồng hóa

- Đồng hóa 1: được thực hiện trong máy đồng hóa tạo áp suất cao khoảng 200 bar bằng hệ thống bơm pitton để phá vỡ các hạt béo trong nguyên liệu và phân tán các chất khác tạo thành hỗn hợp đồng nhất

- Làm lạnh: Dòng sữa chua cho qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng vĩ có nước lạnh bên ngoài để nhiệt độ còn 5 độ C Dẫn đến bồn ageing

- Ageing: Sữa để yên trong bồn 1-2 giờ, ở 5 độ C

- Thanh trùng: Biện pháp xử lí nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật, tăng khả năng hydrat hóa của casein Nâng nhiệt lên 95 độ C trong 1 phút, sau đó làm nguội đến nhiệt độ lên men 40-50 độ C

- Đồng hóa 2: ở 95 độ c, 200 bar

- Hạ nhiệt: tới nhiệt độ thích hợp quá trình lên men của vi khuẩn lactic (43 độ C)

- Cấy men: men được sử dụng là giống vi khuẩn lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus Sữa sau khi được hạ nhiệt xuống còn 43 độ C,

pH= 4,4-4,5 cùng lúc lên men từ bồn men được bơm vào bồn cấy men Lượng men bơm vào chiếm 5% tổng khối lượng sản phẩm

- Ủ: 43 độ C, 4-5h, pH ủ khoảng 4,7-4,8 Ủ nhằm mục đích tạo đủ điều kiện thích hợp cho quá trình lên men chuyển hóa đường lactose thành acid lactic

- Làm lạnh: 15 độ C hạn chế quá trình lên men

- Bồn rót: Sau làm lạnh, sữa được chuyển sang bồn rót để chuẩn bị đóng gói

- Đóng gói, dán nhãn: cuộn nhựa được tiệt trùng ở 115 độ C, đem dập khuôn và chuyển đến bồn rót Sữa chua được rót vào dán nhãn Bảo quản ở 0-5 độ C trước khi xuất xưởng

*Lên men

- Chuẩn bị chủng vi sinh vật:

 Chủng bao gồm Sreptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus, tỉ lệ

thường là 1:1 hoặc 1:2 Thời gian phải tuân thủ nghiêm ngặt bởi lẽ khi cấy trở lại dễ bị nhiễm

 Khi dùng chuẩn bột thương mại người ta cấy chuyển tiếp một vài lần để tăng hoạt tính của chủng và để rút ngắn thời gian lên men trong sản xuất

 Thông thường, từ chủng bột người ta cấy lần 1- chủng đầu, rồi cấy tiếp lần 2, chủng thứ 2 hay chủng trung gian và cấy lần 3- chủng sử dụng

 Thời gian cấy lần lượt là 8-10h, 6-8h và lần 3 khoảng 3-4h

-Lên men

 Thời gian lên men phụ thuộc vào các yếu tố như loại vi khuẩn, lượng chủng…

và có thể kéo dài từ 3 đến 20h

 Giữ nhiệt độ đúng, ổn định Trong quá trình lên men, vi khuẩn phát triển rất nhanh và sẽ lên men lactoza thành acid lactic Các vi khuẩn chất thơm sẽ cho các sản phẩm như diaxetyl, acid axetic, propionic,…

 Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của 2 loại vi khuẩn này theo tỉ lệ 1:1 là từ 43-45 độ C

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

 Để sản phẩm có độ chua nhẹ và thơm: dùng tế bào vi khuẩn Strepcoccus ở giai

đoạn trẻ, môi trường lên men có độ axit thấp

 Sản phẩm có độ acid cao, dùng tế bào của Streptococcus già hơn hoặc dùng Lactobaccillus.

cao

có độ acid thấp hơn L.bulgaricus

 Đây là hai loài vi khuẩn đặc trưng sử dụng trong sản xuất sữa chua

 Sử dụng hỗn hợp cho kết quả sinh ra acid lactic tốt hơn là chỉ sử dụng riêng từng loài

 Giai đoạn đầu của quá trình sản xuất, pH của sữa thích hợp cho loài

Stretococcus hoạt động chiếm ưu thế, và quá trình lên men lactic bắt đầu

số acid amin từ casein, kích thích sự phát triển của Streptococcus, làm cho độ

acid tăng lên

 pH sữa thay đổi Streptococcus khó phát triển, Lactobacillus chiếm ưu thế

III/ Cơ chế lên men

Trong các sản phẩm lên men từ sữa, người ta nhận thấy có 3 dạng lên men chính: lên men rượu, lên men lactic ( thường gặp), lên men butyric

Nhưng ở đây ta chỉ nghiên cứu về lên men lactic bởi nó là chủ đề chính của nội dung

1/ Lên men lactic là gì ?

-Lên men lactic: là quá trình lên men chủ yếu của các sản phẩm sữa chua Dựa vào thành phần của sản phẩm lên men mà người ta chia thành: lên men lactic điển hình và lên men lactic không điển hình

- Trong môi trường sữa, vi khuẩn lactic tổng hợp enzyme lactase

Enzim galactase

+ Lactose Glucose + galactose

- Đường galactose sinh ra sẽ được chuyển hóa thành đường glucose

+ Galactose + ATP Galactose – 1 – phosphate + ADP

+ Galactose – 1 – phosphate Glucose -1 –phosphat

+ Glucose – 1 – phosphate Glucose – 6 – phosphate

+ Glucose – 6 – phosphate Glucose+ H3PO4

- Sau đó glucose sẽ được chuyển hóa thành acid pyruvic

- Tiếp tục thì acid pyruvic sẽ được tiếp tục chuyển thành acid lactic đưới tác dụng của enzyme lactase dehydrogenase

Enzim lactase dehydrogenase

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

Enzim lactase dehydrogenase

2/ Cơ chế đông tụ của sữa đặc

-Acid lactic đóng vai trò rất quan trọng đối với sự đông tụ sữa trong quá trình sản xuất sữa chua đặc

-Bình thường các casein trong sữa tích điện âm nên chúng đẩy nhau và điều đó làm cho các casein tồn tại dưới dạng keo (Casein là tên của một nhóm protein chủ yếu trong sữa Trong sữa bò casein chiếm gần 80% tổng số protein hay khoảng 26 g cho 1 lít sữa)

- Acid lactic tạo ra từ quá trình lên men sẽ làm giảm pH của sữa, khi pH của sữa bằng

pI ( pI là điểm mà tại đó điện tích của protein = 0, protein mất đặc tính sinh hóa của chúng và có xu hướng tạo tủa) của micelle casein (casein dễ dàng tạo chuỗi polymer

có chứa một vài loại casein giống hay khác nhau Do có nhiều nhóm phosphate và những nhóm kỵ nước trong phân tử casein, các phân tử polyme được hình thành từ casein rất đặc biệt và bền Những phân tử này được cấu tạo từ hàng trăm và hàng

nghìn những phân tử đơn lẻ và hình thành nên dung dịch keo, tạo nên màu trắng của sữa Những phức chất này được gọi là các micelle casein) bị trung hoà về điện tích và micelle casein sẽ đông tụ tạo thành gel Khi pH giảm xuống dưới pl, các micelle casein được tái hoà tan Và cơ sở này được ứng dụng trong sản xuất sữa chua khi dừng quá trình lên men của sữa chua đặc ở pH= 4.7 Còn ở sữa chua uống pH= 4.1

- Ngoài ra Acid lactic còn tham gia phản ứng với caseinate calcium tạo quện sữa -RCa + 2 -R + Ca

Caseinate calcium Acid lactic Acid ceiseic(quện sữa) Lactate calcium

=> Các calcium phosphate keo sẽ làm hoà tan và tạo ra Ca2+ Các ion này làm cho khối đông tụ bền chặt hơn

IV/ Cấy giống vi khuẩn lactic

- Trong sản xuất yaourt, sử dụng nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình

- Hiện nay, các nhà máy sản xuất yaourt với năng suất lớn thường mua chế phẩm lactic để sử dụng Như vậy, họ không cần đầu tư chi phí nhân công, nhà xưởng và nguyên liệu cho quá trình giữ giống và nhân giống tại nhà máy Để rút ngắn thời gian lên men và tiết kiệm lượng chế phẩm vi khuẩn cần dùng, các nhà sản xuất thường hoạt hóa vi khuẩn giống trên môi trường được pha chế từ bột sữa gầy

- Hàm lượng chất khô trong môi trường hoạt hóa dao động từ 9-12% Trước khi hoạt hóa giống, môi trường cần phải được thanh trùng ở nhiệt độ 90-950C trong thời gian 30-45 phút Quá trình hoạt hóa này được thực hiện trong thiết bị vô trùng có dạng hình trụ, đáy côn và được chế tạo bằng vật liệu thép không rỉ Nhiệt độ hoạt hóa được duy trì ở 430C

- Quá trình được xem là kết thúc khi độ chua canh trường đạt 85-900D Giống vi khuẩn lactic sau khi được hoạt hóa, được cấy vào bồn chứa sữa nguyên liệu ( trường hợp sản xuất yaourt truyền thống) hoặc bồn lên men( trường hợp sản xuất yaourt dạng khuấy hoặc yaourt uống) với tỷ lệ tối thiểu 0.5% và tối đa là 0.7% (v/v)

-Sau quá trình nhân giống hoặc hoạt hóa giống, nếu chưa sử dụng ngay , ta cần làm lạnh giống để hạn chế sự gia tăng nhanh độ chua của canh trường Việc tăng nhanh độ chua của canh trường giống sẽ ức chế hoạt tính lên men của vi khuẩn lactic Trường hợp giống được sử dụng trong 6 giờ tiếp theo, ta chỉ cần làm lạnh canh trường về 10-120C Nếu thời gian bảo quản giống dài hơn 6 giờ, nhiệt độ canh trường nên được duy trì ở 5 0C Cần chú ý khi tiến hành cấy giống, ta nên cho cánh khuấy của thiết bị hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định để phân bố đều các tế bào vi khuẩn lactic trong môi trường sữa

=> Nhờ đó, quá trình lên men diễn ra nhanh và đồng đều hơn