Các quá trình lên men lactic

lên men lactic 1. Cơ chế lên men lactic Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành axit lactic nhờ vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic. Lên men lactic là một trong những loại hình lên men phát triển nhất trong thiên nhiên, có hai kiểu lên men lactic chính là lên men đồng hình và lên men dị hình. a. Lên men lactic đồng hình (điển hình) Trong trường hợp này axit pyruvic được tạo thành theo sơ đồ EmbdenMayerhorfParnas (EMP).

CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC Lên men lactic 1.1 Vi khuẩn lactic Nhóm vi khuẩn lactic đa dạng gồm nhiều giống khác nhau, tế bào chúng có thề hình cầu, hình que, phân biệt chúng khả lên men đồng hình hay dị hình có ý nghĩa mặt cơng nghiệp.Lên men đồng hình thực tế xuất axit lactic Lên men dị hình sản phẩm cuối đa dạng axit lactic, etanol, axit acetic, CO2 Tất vi khuẩn lactic có đặc điểm chung là: - Đó vi khuẩn Gram dương, nói chung bất động, không sinh bào tử - Khả tổng hợp nhiều hợp chất cần cho sống vi khuẩn yếu - Do đó, chúng vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, hiếu khí, loại có khả lên men hiếu khí kỵ khí 1.2 Cơ chế sinh hóa q trình lên men lactic Phương trình tóm tắt q trình lên men lactic: C6H12O6 -> 2C3H6O3+136 Kj (32,4 Kcal) 1.3 Ứng dụng lên men lactic 1.3.1 Sử dụng vi khuẩn để muối chua rau quả, ủ chua thức ăn gia súc (làm chín sinh học loại quả) Đây hình thức bảo quản thực phẩm cơng nghệ lên men vi sinh vật Q trình chuyển hóa sinh học muối rau chia làm giai đoạn: a Muối ăn (NaCl) có nồng độ 2,5 – 3% muối dưa làm cho môi trường ưu trương đường chất từ tế bào rau phần khuếch tán môi trường, vi khuẩn lactic vi sinh vật khác phát triển b Do vi khuẩn lactic phát triển mạnh, nên pH môi trường giảm xuống – 3,5, làm ức chế vi khuẩn khác, vi khuẩn lactic phát triển, chúng chiếm ưu tuyệt đối, rau trở nên chua, ngon Đây giai đoạn định, không tạo ưu vi khuẩn lactic, vi khuẩn khác phát triển làm rau, dưa khú nguyên nhân sau: - Rau rửa khơng kỹ, làm dập nát, có nhiều tạp khuẩn - Cho muối không 2,5 – 3% (nếu – 6% ức chế vi khuẩn lactic, 3% nhiều tạp khuẩn phát triển lấn át) - Không đậy, nén kỹ, không tạo điều kiện kỵ khí cho vi khuẩn lactic phát triển - pH yếu tố quan trọng, vi khuẩn lactic phát triển ưu pH – 3,5, khơng vi sinh vật khác phát triển (pH 4,5 – 5: vi khuẩn gây thối hoạt động, pH – 5,5: vi khuẩn đường ruột phát triển, pH 2.5 – 3: nấm men dại hoạt động, pH 1,2 – 3: nấm mốc phát triển) c Giai đoạn 3: Khi rau chua, pH giảm xuống đến 3, vi khuẩn lactic bị ức chế, để tự nhiên nấm men dại, nấm mốc bắt đầu phát triển phân giải axit lactic thành CO2 H2O, pH tăng lên, sản phẩm bắt đầu có váng (váng dưa, váng cá) mơi trường giảm chua, có mùi mốc, có nhiều bọt khí (nấm men dại thường có Geotrichumcandidum) Khi muối rau lên men lactic có thành phẩm đạt yêu cầu: - Tạo sinh khối vi khuẩn có ích, át sinh vật gây thối - Gây chua, tạo hương vị thơm ngon cho sản phẩm - Chuyển rau dạng “chín sinh học” mà hiệu suất tiêu hóa tăng Nếu muốn giữ sản phẩm khơng cho “q lactic” giữ nhiệt độ thấp (2-4oC) đồng thời bổ sung chất diệt nấm Bensozt natri 1%, dịch chiết tỏi, gừng, giềng Cần nói thêm vi khuẩn lactic khơng phá vỡ tế bào thực vật, nên dưa muối chua có hình dạng gần khơng thay đổi 1.3.2 Sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất sữa chua (yaourt) 1.3.3 Sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất axit lactic Axit lactic dùng rộng rãi công nghiệp nhuộm, thuộc da, y học, chế tạo chất dẻo, sơn Nguyên liệu chủ yếu để lên men lactic công nghiệp ngô, khoai, sắn, khoai tây Trước cho lên men, nguyên liệu phải thủy phân sơ để thu dịch thủy phân chứa loại đường khác Lên men focmic Một số loại vi khuẩn, vi khuẩn thuộc họ trực khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) có khả lên men đường tạo thành axit focmic (HCOOH) & số sản phẩm khác Quá trình lên men gọi trình lên men focmic Axit focmic sau sinh tích lũy lại mơi trường chuyển hóa thành H2 CO2 (nếu mơi trường có phản ứng axit) tác dụng men focmiat hidrogenliaza: HCOOH H2 +CO2 Các chi vi khuẩn đường ruột có khả lên men focmic có hình thái giống Đó trực khuẩn Gram âm, chu mao, di động mạnh, khơng sinh bào tử, kỵ khí khơng bắt buộc, phát triển mơi trường đơn giản không chứa đạm hữu Sản phẩm trình lên men focmic bao gồm nhiều loại khác nhau: axit focmic, axit acetic, axit xucxinic, axit lactic, etanol, glixerin, axetoin (axetyl metylcacbinol) 2,3 – butadiol, CO2 H2 Tùy loại vi khuẩn đường ruột mà sản phẩm lên men khác nhiều Lên men butiric lên men axeton – butanol Axit butiric, butanol, axeton, izopropanol số loại rượu, axit hữu khác sản phẩm trình lên men hidratcacbon thực nhóm vi khuẩn kí khí sinh bào tử thuộc chi Clostridium Quá trình lên men tạo axit butiric số sản phẩm khác gọi trình lên men butiric Chi Clostridium bao gốm vi khuẩn G+, có khả di động nhờ tiên mao mọc khắp quanh thể, tế bào dinh dưỡng hình que bào tử có kích thước lớn chiều ngang tế bào dinh dưỡng nên mang bào tử tế bào có dạng hình thoi hay hình dùi trống Đa số lồi Clostridium kỵ khí bắt buộc, có số lồi (như C pectinovorum, C histolyticum ) kỵ khí khơng bắt buộc Một số lồi Clostridium (điển hình C pasteurianum) có khả cố định nitrogen khơng khí Chúng có mặt hầu hết mẫu đất (kể đất có độ pH thấp) có ý nghĩa tích cực việc làm cao dự trữ đạm đất Quá trình lên men butiric lên men axeton – butiric từ lâu ứng dụng rộng rãi công nghiệp Axit butiric sử dụng công nghiệp sản xuất bánh kẹo, nước giải khát, chất thơm, công nghiệp thuộc da Axeton dung môi quan trọng sử dụng nhiều ngành sàn xuất thuốc nổ, chất dẻo, tinh luyện dầu hỏa, chiết rút dầu thực vật, xử lý phim ảnh, chế tạo chất thơm Axeton dùng nhiều phân tích hóa học nghiên cứu khoa học Butanol dung mơi phổ biến để hòa tan chất sơn, chất màu, chất bèo, nhựa, sáp Butalnol nguyên liệu để tổng hợp butadien dùng tổng hợp cao su nhân tạo Vi khuẩn thường dùng để lên men butiric loài Clostridium butyricum (tên cũ Granulobacter saccharobutylicus) Loại vi khuẩn có hình que Bào tử có hình bầu dục Bào tử chịu đựng cao điều kiện bất lợi ngoại cảnh (trong nước sơi sống đến – phút) Vi khuẩn lên men butilic thuộc loại kỵ khí bắt buộc Nhiệt độ thích hợp để phát triển 30 – 37oC Trong sản xuất, để lên men butilic người ta thường sử dụng rỉ đường, nguyên liệu giàu tinh bột (khoai tây ngũ cốc) bã thải nhà máy bột, nhà máy sản xuất axit lactic Để dùng làm nguồn thức ăn nitơ, người ta thường bổ sung đậu, khô đậu khô lạc Vi khuẩn butilic phân bố rộng rãi tự nhiên Chúng phát triển làm ảnh hưởng tới số trình lên men khác (như trình sản xuất rượu, bia, men ăn ) Vi khuẩn butilic nguyên nhân trực tiếp việc làm hư hỏng rau quả, thịt cá, đồ hộp (các sản phẩm lên men butilic có mùi chua ủng) Vi khuẩn thường dùng để lên men aceton – butilic loài C acetobutylicum lồi C saccharo – acetobutylicum Đó vi khuẩn hình quy kỵ khí, có khả di động Nhiệt độ thích hợp với lồi đầu 38oC lồi thứ hai 30oC Vi khuẩn axeton – butilic phân bố rộng rãi tự nhiên, bùn ruộng, bùn ao Lên men metan Vi khuẩn sinh metan vi khuẩn kỵ khí bắt buộc Chúng chuyển hóa rượu axit hữu thành CH4, CO2 sinh số axit hữu oxi hóa triệt để Metan sinh trình khử CO2 tác dụng chủng Methanobacterium M.O.H Quá trình lên men đơn giản, chất cho hidro hidro phân tử: CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O Vi khuẩn sinh metan chứng minh loại vi sinh vật có khả sinh tổng hợp mạnh mẽ vitamin B12 Lên men q trình trao đổi chất, qua chất hữu bị biến đổi tác dụng men (enzyme) vi sinh vật Các vi sinh vật thường sử dụng để lên men vi khuẩn, nấm men, nấm mốc Lợi ích thực phẩm lên men Tăng khả tiêu hóa hấp thụ: Dưới tác dụng men vi sinh vật, gluxit dạng phức hợp cắt nhỏ thành đường mạch ngắn, chất đạm cắt nhỏ thành axit amin dễ tiêu hóa hấp thụ Lactose đường có sữa, để tiêu hóa đường sữa cần men lactaza, men lại thường thiếu hụt người lớn người sử dụng sữa, tạo tình trạng rối loạn tiêu hóa sau uống sữa Khi làm sữa chua, 70% đường lactose bị lên men chuyển thành axit lactic, nên ăn sữa chua dễ dung nạp Trong môi trường axit thực phẩm lên men, khoáng chất canxi, kẽm, tăng khả hòa tan giúp dễ dàng hấp thụ sức đề kháng: Thực phẩm lên men nguồn cung cấp vi khuẩn lactic loại vi khuẩn có lợi đường ruột Theo quy luật sinh tồn, vi khuẩn lactic bám vào niêm mạc đường tiêu hóa, cạnh tranh chỗ bám làm kìm hãm phát triển vi sinh vật gây bệnh Ecoli, Salmonella (gây tiêu chảy), vi khuẩn Pylori (gây viêm loét dày) nấm Candida Q trình lên men tạo chất kháng thể, chất kháng sinh ức chế vi khuẩn có hại Tạo chất dinh dưỡng: Quá trình lên men làm tăng hàm lượng số vitamin Sữa lên men thường giàu vitamin nhóm B Nhờ men, chất đạm cắt nhỏ thành axit amin hấp thu trực tiếp dễ dàng Các thực phẩm giàu đạm lên men nguồn cung cấp axit amin nước mắm, tương, chao, phô-mai Loại trừ vi khuẩn có hại độc tố: Q trình lên men phân hủy độc tố có thực phẩm cyanogenic glucosid có khoai mì, măng hay mycotoxin hạt ngũ cốc Nếu sử dụng thực phẩm mà chưa qua chế biến chế biến khơng cách cyamid giải phóng vào thể gây ngộ độc Việc muối chua loại thực phẩm giúp loại bỏ 90-95% cyanogenic glucoside vòng ngày Cụ thể: lượng cyanogen glucoside măng tươi ngâm chua 2,2 mg/100g măng tươi chưa luộc 32-38 mg/100g Lên men lactic làm tăng nồng độ pH ức chế vi khuẩn gây thối, vi khuẩn có hại ký sinh trùng Lưu ý Các loại mắm, dưa, cà muối thường chứa nhiều muối Bệnh nhân cao huyết áp, tim mạch, bệnh thận cần ăn chế độ muối không nên sử dụng hạn chế loại thực phẩm Muối chưa đạt độ chua vi khuẩn gây bệnh, ký sinh trùng gây nhiễm trùng Đối với loại rau quả, đặc biệt loại rau thường sử dụng phân đạm urê để chăm bón, q trình lên men khiến hàm lượng nitrat có rau bị khử thành nitrit Hàm lượng nitrit tăng cao vài ngày đầu giảm dần dưa vàng Khi ăn dưa muối chưa đạt, nitrit vào thể tác dụng với gốc amin có thịt, cá, trứng… mắm tơm để tạo thành nitrosamin, chất có khả gây ung thư cho người Q trình lên men khơng khơng đảm bảo vệ sinh thực phẩm Trong trường hợp này, vi khuẩn gây thối phát triển nhanh, thực phẩm không tạo môi trường axit nên không ức chế vi khuẩn gây bệnh, ký sinh trùng, không phân hủy độc tố chất hấp thụ, ngược lại tạo số chất độc nitrosamin ... loại có khả lên men hiếu khí kỵ khí 1.2 Cơ chế sinh hóa q trình lên men lactic Phương trình tóm tắt trình lên men lactic: C6H12O6 -> 2C3H6O3+136 Kj (32,4 Kcal) 1.3 Ứng dụng lên men lactic 1.3.1... trực khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) có khả lên men đường tạo thành axit focmic (HCOOH) & số sản phẩm khác Quá trình lên men gọi trình lên men focmic Axit focmic sau sinh tích lũy lại mơi... đường ruột mà sản phẩm lên men khác nhiều Lên men butiric lên men axeton – butanol Axit butiric, butanol, axeton, izopropanol số loại rượu, axit hữu khác sản phẩm trình lên men hidratcacbon thực