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

1 Lên men lactic

1.1 Vi khuẩn lactic

Nhóm vi khuẩn lactic rất đa dạng gồm nhiều giống rất khác nhau, tế bào của chúng có thề là hình cầu, hình que, phân biệt chúng về khả năng lên men đồng hình hay dị hình

có ý nghĩa về mặt công nghiệp.Lên men đồng hình thực tế chỉ xuất hiện axit lactic

Lên men dị hình các sản phẩm cuối cùng khá đa dạng axit lactic, etanol, axit acetic, CO2

Tất cả vi khuẩn lactic đều có đặc điểm chung là:

- Đó là những vi khuẩn Gram dương, nói chung là bất động, không sinh bào

1.2 Cơ chế sinh hóa của quá trình lên men lactic

Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic:

C6H12O6 -> 2C3H6O3+136 Kj (32,4 Kcal)

1.3 Ứng dụng của 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 các loại quả)

Đây là hình thức bảo quản thực phẩm bằng công nghệ lên men vi sinh vật Quá trình chuyển hóa sinh học trong khi muối rau quả có thể chia làm các giai đoạn:

a Muối ăn (NaCl) có nồng độ 2,5 – 3% khi muối dưa sẽ làm cho môi trường

ưu trương đường và các chất từ tế bào rau quả một phần sẽ khuếch tán ra

môi trường, do đó vi khuẩn lactic cùng các vi sinh vật khác cùng phát triển

b Do vi khuẩn lactic phát triển mạnh, nên pH môi trường giảm xuống 3 – 3,5, làm ức chế các vi khuẩn khác, chỉ còn vi khuẩn lactic phát triển, chúng chiếm ưu thế tuyệt đối, rau quả trở nên chua, ngon

Đây là giai đoạn quyết định, nếu không tạo được ưu thế của vi khuẩn lactic, thì các vi khuẩn khác sẽ phát triển làm rau, dưa khú bởi các nguyên nhân sau:

- Rau quả rửa không kỹ, làm dập nát, có nhiều tạp khuẩn

- Cho muối không đúng 2,5 – 3% (nếu quá 5 – 6% sẽ ức chế cả vi khuẩn lactic, nếu dưới 3% thì nhiều tạp khuẩn sẽ phát triển lấn át)

- Không đậy, nén kỹ, không tạo được điều kiện kỵ khí cho vi khuẩn lactic phát triển

- pH là yếu tố rất quan trọng, nếu vi khuẩn lactic phát triển ưu thế thì pH sẽ

là 3 – 3,5, còn nếu không thì vi sinh vật khác sẽ phát triển (pH 4,5 – 5: vi khuẩn gây thối hoạt động, pH 5 – 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 quả đã chua, pH giảm xuống đến 3, thì ngay cả vi khuẩn lactic cũng bị ức chế, nếu cứ để tự nhiên như vậy thì các nấm men dại, nấm mốc sẽ bắt đầu phát triển phân giải axit lactic thành CO2 và H2O,

pH tăng lên, sản phẩm bắt đầu có váng (váng dưa, váng cá) và môi trường giảm chua, có mùi mốc, có nhiều bọt khí (nấm men dại thường có là

Geotrichumcandidum)

Khi muối rau quả lên men lactic ra sẽ có thành phẩm đạt yêu cầu:

- Tạo được sinh khối vi khuẩn có ích, át các sinh vật gây thối

- Gây chua, tạo hương vị thơm ngon cho sản phẩm

- Chuyển rau quả về dạng “chín sinh học” do đó mà hiệu suất tiêu hóa tăng Nếu muốn giữ sản phẩm không cho “quá lactic” thì có thể giữ ở nhiệt độ thấp (2-4oC) đồng thời bổ sung chất diệt nấm như Bensozt natri 1%, dịch chiết tỏi, gừng, giềng

Cần nói thêm rằng vi khuẩn lactic không phá vỡ tế bào thực vật, nên dưa quảmuối chua vẫn có hình dạng gần như không 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 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 Trước khi cho lên men, các

nguyên liệu này phải được thủy phân sơ bộ để thu được dịch thủy phân chứacác loại đường khác nhau

2 Lên men focmic

Một số loại vi khuẩn, nhất là các vi khuẩn thuộc họ trực khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) có khả năng lên men đường tạo thành axit focmic (HCOOH) & một số sản phẩm khác Quá trình lên men này gọi là quá trình lên men focmic Axit focmic sau khi sinh ra sẽ tích lũy lại trong môi trường hoặc chuyển hóa thành H2 và CO2 (nếu môi trường có phản ứng axit) dưới tác dụng của men focmiat hidrogenliaza:

HCOOH H2 +CO2

Các chi vi khuẩn đường ruột có khả năng lên men focmic có hình thái rất giống nhau Đó là những trực khuẩn Gram âm, chu mao, di động mạnh, không sinh bào tử, kỵ khí không bắt buộc, có thể phát triển được cả trên những môi trường đơn giản không chứa đạm hữu cơ

Sản phẩm của quá trình lên men focmic bao gồm rất nhiều loại khác nhau: axit focmic, axit acetic, axit xucxinic, axit lactic, etanol, glixerin, axetoin (axetyl metylcacbinol) 2,3 – butadiol, CO2 và H2 Tùy từng loại vi khuẩn đường ruột mà các sản phẩm lên men có thể khác nhau rất nhiều

3 Lên men butiric và lên men axeton – butanol

Axit butiric, butanol, axeton, izopropanol và một số loại rượu, axit hữu cơ khác là sản phẩm của quá trình lên men hidratcacbon thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn kí khí sinh bào tử thuộc chi Clostridium Quá trình lên men tạo axit butiric và một số sản phẩm khác được gọi là quá trình lên men butiric

Chi Clostridium bao gốm các vi khuẩn G+, có khả năng di động nhờ các tiênmao mọc khắp quanh cơ thể, tế bào dinh dưỡng hình que nhưng vì bào tử có kích thước lớn hơn chiều ngang của tế bào dinh dưỡng nên khi mang bào tử

tế bào sẽ có dạng hình thoi hay hình dùi trống Đa số các loài Clostridium là

kỵ khí bắt buộc, chỉ có một số ít loài (như C pectinovorum, C

histolyticum ) là kỵ khí không bắt buộc

Một số loài Clostridium (điển hình nhất là C pasteurianum) có khả năng cố định nitrogen không khí Chúng có mặt ở hầu hết các mẫu đất (kể cả những đất có độ pH khá thấp) và có ý nghĩa rất tích cực đối với việc làm năng cao

dự trữ đạm của đất

Quá trình lên men butiric và lên men axeton – butiric từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Axit butiric sử dụng trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, nước giải khát, chất thơm, công nghiệp thuộc da Axeton là dung môi quan trọng được sử dụng nhiều trong các 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 còn được dùng nhiều trong phân tích hóa học trong nghiên cứu khoa học Butanol cũng là một dung môi rất phổ biến để hòa tan chất sơn, chất màu, chất bèo, nhựa, sáp Butalnol còn là nguyên liệu để tổng hợp butadien dùng trong tổng hợp cao su nhân tạo

Vi khuẩn thường được dùng để lên men butiric là loài Clostridium butyricum(tên cũ là Granulobacter saccharobutylicus) Loại vi khuẩn này có hình que Bào tử có hình bầu dục Bào tử có thể chịu đựng được khá cao đối với

những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh (trong nước sôi có thể sống được đến

Vi khuẩn butilic phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên Chúng có thể phát triển

và làm ảnh hưởng tới một số quá trình lên men khác (như quá trình sản xuất

rượu, bia, men ăn ) Vi khuẩn butilic còn là một trong những nguyên nhân trực tiếp trong việc làm hư hỏng rau quả, thịt cá, đồ hộp (các sản phẩm lên men butilic sẽ có mùi chua ủng)

Vi khuẩn thường được dùng để lên men aceton – butilic là loài C

acetobutylicum hoặc loài C saccharo – acetobutylicum Đó là những vi khuẩn hình quy kỵ khí, có khả năng di động Nhiệt độ thích hợp với loài đầu

là 38oC còn đối với loài thứ hai là 30oC Vi khuẩn axeton – butilic phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên, nhất là trong bùn ruộng, bùn ao

4 Lên men metan

Vi khuẩn sinh metan cũng là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc Chúng chuyểnhóa rượu và axit hữu cơ thành CH4, CO2 và có thể còn sinh ra một số axit hữu cơ được oxi hóa triệt để

Metan có thể được sinh ra do quá trình khử CO2 dưới tác dụng của chủng Methanobacterium M.O.H Quá trình lên men này rất đơn giản, chất cho hidro ở đây là hidro phân tử:

CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O

Vi khuẩn sinh metan được chứng minh là loại vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp mạnh mẽ vitamin B12

Lên men là quá trình trao đổi chất, qua đó chất hữu cơ bị biến đổi dưới tác dụng của các men (enzyme) vi sinh vật.

Các vi sinh vật thường được sử dụng để lên men là vi khuẩn, nấm men, nấm mốc.

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 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

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 lacticbám 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 Nếu sử dụng những thực phẩm này

mà chưa qua chế biến hoặc chế biến không đúng cách thì cyamid sẽ giải phóng vào trong cơ thể và gây ngộ độc Việc muối chua những loại thực phẩm này giúp loại bỏ được 90-95% cyanogenic glucoside trong vòng 3

ngày Cụ thể: lượng cyanogen glucoside trong măng tươi ngâm chua là 2,2 mg/100g trong khi măng tươi chưa luộc là 32-38 mg/100g.

Lên men lactic làm tăng nồng độ pH đã ức chế các vi khuẩn gây thối, các vi khuẩn có hại và 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 ít muối không nên sử dụng hoặc hạn chế loại thực phẩm này

Muối chưa đạt độ chua có thể còn vi khuẩn gây bệnh, ký sinh trùng gây nhiễm trùng Đối với các loại rau quả, đặc biệt những loại rau thường sử dụng phân đạm urê để chăm bón, quá trình lên men sẽ khiến hàm lượng nitrat có trong rau bị khử thành nitrit Hàm lượng nitrit tăng cao trong một vài ngày đầu và giảm dần khi dưa đã vàng Khi ăn dưa muối chưa đạt, nitrit vào cơ thể sẽ tác dụng với các gốc amin có trong thịt, cá, trứng… và nhất là

mắm tôm để tạo thành nitrosamin, một chất có khả năng gây ung thư cho người.

Quá trình lên men không đúng có thể không đảm bảo được vệ sinh thực phẩm Trong trường hợp này, các vi khuẩn gây thối phát triển nhanh, thực phẩm không tạo ra môi trường axit nên không ức chế được các vi khuẩn gây bệnh, ký sinh trùng, không phân hủy được các độc tố và các chất hấp thụ, ngược lại còn có thể tạo ra một số chất độc như nitrosamin