BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA, Đề tài: QUY TRÌNH SÀN XUẤT SỮA YAOURT, KEFIR VA YAKULT

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU 6 1.1. Sữa: 6 1.1.1. Thành phần hóa học của sữa: 6 1.1.1.1. Nước: 7 1.1.1.2. Lipid: 8 1.1.1.3. Protein: 12 1.1.1.4. Glucid: 16 1.1.1.5. Chất khoáng và muối: 18 1.1.1.6. Vitamin: 19 1.1.1.7. Enzyme: 20 1.1.1.8. Các chất khí và sắc tố trong sữa: 21 1.1.1.9. Các hợp chất khác: 22 1.1.2. Các tính chất hóa lý của sữa: 23 1.1.2.1. Sữa là hệ phân tán cao: 23 1.1.2.2. Độ chua của sữa: 23 1.1.2.3. Tính oxi hóa- khử của sữa: 23 1.1.2.4. Khối lượng riêng: 23 1.1.2.5. Áp suất thẩm thấu và nhiệt độ đóng băng: 24 1.1.2.6. Tính kháng khuẩn: 24 1.1.3. Các hệ trong sữa: 24 1.1.3.1. Hệ keo: 24 1.1.3.2. Hệ nhũ tương: 25 1.1.4. Những biến đổi thành phần của sữa trong quá trình bảo quản: 28 1.2. Vi sinh vật: 29 1.2.1. Chủng vi sinh vật dùng trong sản xuất yaourt: 29 1.2.2. Chủng vi sinh vật dùng trong sản xuất sữa Kefir: 34 1.2.2.1. Vi sinh vật trong hạt Kefir: 34 1.2.2.2. Chu kì phát triển của giống Kefir: 36 1.2.2.3. Kefiran: 37 1.2.2.4. Vi khuẩn lactic: 37 1.2.2.5. Dinh dưỡng và lợi ích sứa khỏe từ Kefir: 42 1.2.2.6. Phương pháp chế biến và bảo quản giống Kefir: 43 1.2.3. Chủng vi sinh vật dùng trong sản xuất sữa yakult: 44 1.2.3.1. Probiotic: 44 1.2.3.2. Vi khuẩn lactic và một số chủng làm probiotic cho người: 47 1.3. Quá trình lên men: 50 1.3.1. Lên men lactic: 50 1.3.2. Lên men ethanol: 53 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men: 54 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA: 55 2.1. Quy trình sản xuất yaourt: 55 2.1.1. Quy trình sản xuất tiền sữa nguyên liệu: 55 2.1.1.1 Quy trình sản xuất sữa chua dạng tĩnh 61 2.1.2.2. Quy trình sản xuất sữa chua dạng khuấy (stirred yaourt) : 66 2.1.2.3. Quy trình sản xuất sữa chua dạng uống (drinking yaourt) : 69 2.1.2.4. Sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng. 72 2.2. Quy trình sản xuất sữa Kefir: 77 2.2.1. Quy trình sản xuất sữa men giống Kefir: 77 2.2.2. Quy trình sản xuất sữa Kefir: 79 2.2.3. Các chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm: 87 2.3. Quy trình sản xuất yakult: 88 2.4. Các thiết bị sử dụng trong sản xuất sữa: 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 105 LỜI MỞ ĐẦU Sữa là loại thực phẩm bổ dưỡng và cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể, giúp trẻ em có được sự phát triển toàn diện về trí tuệ và thể lực. Đồng thời cũng đáp ứng nhu cầu sử dụng cho mọi lứa tuổi bởi thành phần đặc biệt trong chính các sản phẩm sữa và đã góp phần cải thiện chất lượng cuộc sống nói chung và chất lượng bữa ăn nói riêng. Ngoài việc sử dụng sữa dạng tươi, ngày nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều dạng sản phẩm từ sữa đễ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, từ sữa bột, sữa tách béo, sữa tươi trái cây, sữa chua, phomat... trong số đó, các sản phẩm dữa dạng lên men có thể nói là một sản phẩm mang tính chất toàn diện. Lên men sữa là một trong những phương thức lâu đời nhất mà con người đã thực hiện để chuyển đổi sữa thành những loại sản phẩm khác. Quá trình lên men sữa cũng thật sự là một trong những phương thức bảo quản sữa. Trong khi nguồn sữa tươi pH vào khoảng 6.5 – 6.7 chỉ với thời gian bảo quản ngắn thì sữa chua sẽ có một thời hạn bảo quản dài hơn do đặc tính môi trường pH thấp của sản phẩm vào khoảng 4.4 – 4.7). Ngoài việc kéo dài thời gian bảo quản, sữa chua còn làm đa dạng và cải thiện khả năng lựa chọn sản phẩm của người tiêu dùng. Hơn nữa, lợi ích từ sữa chua còn mang đến cho người tiêu dùng cái gọi là “probiotics”. Về mặt vi sinh vật tồn tại trong sữa chua, do là thực phẩm phục vụ cho nhu cầu con người, sữa chua chỉ được và nên sử dụng một số loài vi khuẩn đã được kiểm tra độ an toàn và khả năng giúp ích cho sức khỏe khi vào bên trong cơ thể người, người ta thường hay nhắc đến đó là “Probiotics”. Trong cơ thể người, cụ thể hơn là ở dạ dày và ruột non, tồn tại song song vi khuẩn tốt và vi khuẩn hại. Probiotics là một vi khuẩn lợi có khả năng xâm nhập vào môi trường bao tử với độ acid cao do dịch vị tiết ra, tiếp tục sống sót và thực hiện nghĩa vụ chuyển hóa lactose (loại đường chiếm chủ yếu trong sữa) thành đường đơn giản, đồng thời tiết các chất “antibacteria” để làm suy giảm khả năng tác động xấu của vi khuẩn có hại lên chức năng hoạt động của hệ tiêu hóa. Tình trạng bất dung nạp lactose ở một số người gây chứng đầy bụng, tiêu chảy, nôn mửa khi sử dụng sữa nguyên nhân do trong cơ thể thiếu hụt enzyme lactase giúp phân giải lactose, sẽ thật thiệt thòi cho những người không sử dụng được sữa vì triệu chứng này, vì họ đã bỏ qua một nguồn dinh dưỡng phong phú, một nguồn calcium dồi dào. Tuy vậy, vẫn có giải pháp cho người mắc chứng bất dung nạp lactose. Sữa chua lên men là giải pháp tối ưu nhất, trong thành phần của nó hàm lượng lactose đã giảm thiểu đáng kể do vi sinh vật đã sử dụng để tiến hành quá trình lên men. Người mắc chứng bất dung nạp lactose được khuyên rằng nên ăn một hũ sữa chua trước khi uống sữa sẽ cải thiện đáng kể tình trạng đào thải. Ngành công nghiệp thực phẩm đã nắm bắt được nhu cầu thiết yếu này của cuộc sống nên đã nghiên cứu và tạo ra hàng loạt các sản phẩm với những đặc trưng khác nhau nhằm đáp ứng một cách đầy đủ nhất về thị hiếu và ích lợi cho sức khỏe. Và ngành công nghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm sữa lên men (trong đó là yaourt, kefir và yahult) ngày một phát triển và chiếm lĩnh thị trường thực thực phẩm nhanh, thực phẩm chức năng trong nước và cả trên thế giới.   CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU Sữa: Thành phần hóa học của sữa: Ngoài thành phần chủ yếu là nước, trong sữa còn chứa những thành phần chất khô quan trọng khác và chúng chịu ảnh hưởng nhiều của quá trình lên men hình thành nên cấu trúc sản phẩm sữa chua. Có thể tham khảo thành phần chính trong sữa theo bảng dưới đây: Bảng 1.1: Thành phần chính của 1 lít sữa. Thành phần Trọng lượng % Nước Pha lỏng 902 87,4 Glucid (40 – 60 g/l) Dạng tự do: lactose (galactose và glucoza) ở trạng thái phân tử. Dạng kết hợp: galactose, galactosamin, acid sialic ở trạng thái keo, được liên kết với protein < 1g/l. 49 4,75 Chất béo (25 – 45 g/l) Ở dạng cầu béo: là những giọt chất béo có đường kính từ 1 – 10μm, được bao bằng một màng lipoprotein, ở dạng nhũ tương. Ở dạng các hợp chất hòa tan trong chất béo: các sắc tố (β caroten), sterol (cholesterol), các vitamin... 39 3,78 Hợp chất chứa nitơ (25 – 40 g/l) Ở dạng mixen (~ 28g): ở dạng huyền phù, là phức của phosphat canxi liên kết với một liên hợp của các casein. Ở dạng hòa tan (~ 4,7g): là những cao phân tử của albumin và imunoglobulin. Dạng Nitơ phi protein (~ 0,3g): ure, acid uric, creatin... 33 3,2 Chất khoáng (25 – 40 g/l) Ở trạng thái keo và hoàn tan: Ở dạng phân tử và ion: acid xitric, K, Ca, P, Na, Cl, Mg... Ở dạng nguyên tô trung lượng (oligo – element): Zn, Al Fe, Cu, I,... 9 0,87 Chất khô tổng số (MST) Sữa đã được làm bốc hơi nước. 130 12,6 Các chất khác Các chất xúc tác sinh học: các vitamin (A, D, E, K, B1, B2, PP, B6, B12, C...) và các enzyme. Các khí hòa tan: CO2, O2, N¬2, ...(4 – 5% thể tích của sữa). Vết Nước: Nước là thành phần chiếm chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng, là dung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh hóa. Hàm lượng nước trong sữa chiếm khoảng 87%/lit sữa. Phần lớn lượng nước ở trong sữa có thể thoát ra ngoài khi đun nóng, người ta làm bốc hơi nước ở sữa tươi để chế biến thành sữa đặc, sữa bánh hoặc sữa bột là những sản phẩm dễ vận chuyển và dễ bảo quản hơn sữa tươi. Lipid: Lipid là một trong những thành phần quan trọng và có ảnh hưởng đặc biệt đến cấu trúc sữa chua. Nó tồn tại ở 2 dạng chính: Lipid đơn giản: các glyceride và steride. Lipid phức tạp: các phosphatide, đại diện là lecithin, cephalin. Cấu tạo một tiểu cầu lipid: Chất béo trong dữa tồn tại dưới dạng các tiểu cầu phân tán trong sữa và trong các tiểu cầu này có sự sắp xếp khá trật tự. Hình 1.1 : Cấu trúc một tiểu cầu béo. Sơ đồ trên cho phép ta xác định được cấu trúc của một tiểu cầu chất béo, các tiểu cầu này được bao quanh bởi một màng, thành phần của nó bao gồm protein, lipoprotein, acid nucleic…, chúng gồm có hai phần ưa nước và kị nước[1]. Bề mặt trong của màng này có liên hệ mật thiết với một lớp phụ có bản chất là phospholipid hay còn gọi là phosphatide có thành phần chủ yếu là lecithin và cephalin. Hai thành phần này đóng vai trò rất quan trọng đến việc gia tăng tính bền vững của sản phẩm. Sự phân bố các triglyceride trong lòng các tiểu cầu mang đặc điểm sau: phần trung tâm của các tiểu cầu chứa glyceride có điểm nóng chảy thấp, giàu acid oleic và luôn ở trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ môi trường. Trong khi đó phần ngoại vi nơi tiếp xúc với màng chứa các glyceride có điểm nóng chảy cao và có thể đông đặc lại ở nhiệt độ thường. Sự toàn diện về cấu trúc của các tiểu cầu là điều kiện quyết định cho sự ổn định chất béo trong sữa. Đặc biệt sự biến chất của màng sẽ làm thay đổi các tính chất vật lý một cách sâu sắc gây ra hiện tượng tiến lại gần rồi kết dính các tiểu cầu với nhau dẫn đến quá trình tách chất béo làm mất đi tính đồng nhất của sữa. Ảnh hưởng đến tính bền vững của sản phẩm: ** Sức căng bề mặt và năng lượng bề mặt. Do không cân bằng về lực tương tác phân tử nên các phân tử ở bề mặt chất chịu tác dụng của lực hút vào trong bề mặt chất. Nói cách khác mỗi phân tử ở bề mặt chất lỏng tồn tại một năng lượng lớn hơn so với các phân tử trong lòng chất lỏng. Năng lượng dư của tất cả các phân tử bề mặt chất lỏng so với năng lượng của tất cả các phân tử trong lòng chất được gọi là năng lượng tự do bề mặt, ký hiệu F. Nếu chỉ quy về một đơn vị diện tích thì năng lượng bề mặt được gọi là sức căng bề mặt, kí hiệu σ. Trong hệ SI thì thứ nguyên của sức căng bề mặt là N/m, do đó định nghĩa của sức căng bề mặt như sau: sức căng bề mặt là lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài bề mặt phân chia hai pha để chống lại sự kéo dãn bề mặt. Quan hệ giữa năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt theo công thức: F = σ.S (S: Diện tích bề mặt của hệ). Đối với hệ phân tán thì S là bề mặt dị thể của hệ. Sữa và sữa chua là một hệ phân tán dị thể phức tạp, do đó diện tích bề mặt dị thể rất lớn dẫn đến năng lượng bề mặt của hệ cũng rất lớn. Vì vậy theo nhiệt động lực học thì hệ phân tán là một hệ không bền vững, sẽ xảy ra các quá trình làm giảm sức căng bề mặt của hệ, làm giảm diện tích bề mặt dị thể để tối thiểu hóa năng lượng dư bề mặt để hệ đạt trạng thái bền vững. Sữa và sữa chua nếu để lâu sẽ xảy ra hiện tượng tách lớp nguyên nhân là do quá trình này. Thực chất trong bản thân sữa cũng có chứa các thành phần giúp kháng cự lại hiện tượng tách lớp nhưng chỉ với một hàm lượng nhỏ, các chất này có hoạt động được xem tương tự như chất hoạt động bề mặt. ** Chất hoạt động bề mặt trong sữa: Chất hoạt động bề mặt là một chất khi cho vào một môi trường phân tán lỏng chúng sẽ làm giảm sức căng bề mặt của hệ từ đó làm hệ bền vững hơn. Đặc tính quan trọng này của được quy bởi cấu tạo của chúng, với một đầu phân cực và một đầu không phân cực. Khi tồn tại trong một hệ phân tán chúng sẽ tập trung tại bề mặt phân chia pha và quay đầu tương ứng tương tác với pha tương ứng. Kết quả là sự phân tán giữa các pha trong hệ bền vững hơn và hạn chế được sự tách pha.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC MỞ TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU 6

1.1 Sữa: 6

1.1.1 Thành phần hóa học của sữa: 6

1.1.1.1 Nước: 7

1.1.1.2 Lipid: 8

1.1.1.3 Protein: 12

1.1.1.4 Glucid: 16

1.1.1.5 Chất khoáng và muối: 18

1.1.1.6 Vitamin: 19

1.1.1.7 Enzyme: 20

1.1.1.8 Các chất khí và sắc tố trong sữa: 21

1.1.1.9 Các hợp chất khác: 22

1.1.2 Các tính chất hóa lý của sữa: 23

1.1.2.1 Sữa là hệ phân tán cao: 23

1.1.2.2 Độ chua của sữa: 23

1.1.2.3 Tính oxi hóa- khử của sữa: 23

1.1.2.4 Khối lượng riêng: 23

1.1.2.5 Áp suất thẩm thấu và nhiệt độ đóng băng: 24

1.1.2.6 Tính kháng khuẩn: 24

1.1.3 Các hệ trong sữa: 24

1.1.3.1 Hệ keo: 24

1.1.3.2 Hệ nhũ tương: 25

1.1.4 Những biến đổi thành phần của sữa trong quá trình bảo quản: 28

1.2 Vi sinh vật: 29

1.2.1 Chủng vi sinh vật dùng trong sản xuất yaourt: 29

1.2.2 Chủng vi sinh vật dùng trong sản xuất sữa Kefir: 34

1.2.2.1 Vi sinh vật trong hạt Kefir: 34

1.2.2.2 Chu kì phát triển của giống Kefir: 36

1.2.2.3 Kefiran: 37

1.2.2.4 Vi khuẩn lactic: 37

1.2.2.5 Dinh dưỡng và lợi ích sứa khỏe từ Kefir: 42

1.2.2.6 Phương pháp chế biến và bảo quản giống Kefir: 43

1.2.3 Chủng vi sinh vật dùng trong sản xuất sữa yakult: 44

1.2.3.1 Probiotic: 44

1.2.3.2 Vi khuẩn lactic và một số chủng làm probiotic cho người: 47

1.3 Quá trình lên men: 50

1.3.1 Lên men lactic: 50

1.3.2 Lên men ethanol: 53

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men: 54

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA: 55

2.1 Quy trình sản xuất yaourt: 55

2.1.1 Quy trình sản xuất tiền sữa nguyên liệu: 55

2.1.1.1 Quy trình sản xuất sữa chua dạng tĩnh 61

2.1.2.2 Quy trình sản xuất sữa chua dạng khuấy (stirred yaourt) : 66

2.1.2.3 Quy trình sản xuất sữa chua dạng uống (drinking yaourt) : 69

2.1.2.4 Sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng 72

2.2 Quy trình sản xuất sữa Kefir: 77

2.2.1 Quy trình sản xuất sữa men giống Kefir: 77

2.2.2 Quy trình sản xuất sữa Kefir: 79

2.2.3 Các chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm: 87

2.3 Quy trình sản xuất yakult: 88

2.4 Các thiết bị sử dụng trong sản xuất sữa: 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 105

LỜI MỞ ĐẦU

Sữa là loại thực phẩm bổ dưỡng và cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể,giúp trẻ em có được sự phát triển toàn diện về trí tuệ và thể lực Đồng thời cũng đáp ứngnhu cầu sử dụng cho mọi lứa tuổi bởi thành phần đặc biệt trong chính các sản phẩm sữa

và đã góp phần cải thiện chất lượng cuộc sống nói chung và chất lượng bữa ăn nói riêng.Ngoài việc sử dụng sữa dạng tươi, ngày nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều dạng sảnphẩm từ sữa đễ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, từ sữa bột, sữa tách béo,sữa tươi trái cây, sữa chua, phomat trong số đó, các sản phẩm dữa dạng lên men có thểnói là một sản phẩm mang tính chất toàn diện

Lên men sữa là một trong những phương thức lâu đời nhất mà con người đã thựchiện để chuyển đổi sữa thành những loại sản phẩm khác Quá trình lên men sữa cũng thật

sự là một trong những phương thức bảo quản sữa Trong khi nguồn sữa tươi pH vàokhoảng 6.5 – 6.7 chỉ với thời gian bảo quản ngắn thì sữa chua sẽ có một thời hạn bảoquản dài hơn do đặc tính môi trường pH thấp của sản phẩm vào khoảng 4.4 – 4.7) Ngoàiviệc kéo dài thời gian bảo quản, sữa chua còn làm đa dạng và cải thiện khả năng lựa chọnsản phẩm của người tiêu dùng Hơn nữa, lợi ích từ sữa chua còn mang đến cho người tiêudùng cái gọi là “probiotics”

Về mặt vi sinh vật tồn tại trong sữa chua, do là thực phẩm phục vụ cho nhu cầucon người, sữa chua chỉ được và nên sử dụng một số loài vi khuẩn đã được kiểm tra độ antoàn và khả năng giúp ích cho sức khỏe khi vào bên trong cơ thể người, người ta thườnghay nhắc đến đó là “Probiotics” Trong cơ thể người, cụ thể hơn là ở dạ dày và ruột non,tồn tại song song vi khuẩn tốt và vi khuẩn hại Probiotics là một vi khuẩn lợi có khả năngxâm nhập vào môi trường bao tử với độ acid cao do dịch vị tiết ra, tiếp tục sống sót vàthực hiện nghĩa vụ chuyển hóa lactose (loại đường chiếm chủ yếu trong sữa) thành đườngđơn giản, đồng thời tiết các chất “antibacteria” để làm suy giảm khả năng tác động xấucủa vi khuẩn có hại lên chức năng hoạt động của hệ tiêu hóa Tình trạng bất dung nạplactose ở một số người gây chứng đầy bụng, tiêu chảy, nôn mửa khi sử dụng sữa nguyênnhân do trong cơ thể thiếu hụt enzyme lactase giúp phân giải lactose, sẽ thật thiệt thòi chonhững người không sử dụng được sữa vì triệu chứng này, vì họ đã bỏ qua một nguồn dinh

dưỡng phong phú, một nguồn calcium dồi dào Tuy vậy, vẫn có giải pháp cho người mắcchứng bất dung nạp lactose Sữa chua lên men là giải pháp tối ưu nhất, trong thành phầncủa nó hàm lượng lactose đã giảm thiểu đáng kể do vi sinh vật đã sử dụng để tiến hànhquá trình lên men Người mắc chứng bất dung nạp lactose được khuyên rằng nên ăn một

hũ sữa chua trước khi uống sữa sẽ cải thiện đáng kể tình trạng đào thải

Ngành công nghiệp thực phẩm đã nắm bắt được nhu cầu thiết yếu này của cuộcsống nên đã nghiên cứu và tạo ra hàng loạt các sản phẩm với những đặc trưng khác nhaunhằm đáp ứng một cách đầy đủ nhất về thị hiếu và ích lợi cho sức khỏe Và ngành côngnghiệp sản xuất sữa và các sản phẩm sữa lên men (trong đó là yaourt, kefir và yahult)ngày một phát triển và chiếm lĩnh thị trường thực thực phẩm nhanh, thực phẩm chứcnăng trong nước và cả trên thế giới

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU 1.1 Sữa:

1.1.1 Thành phần hóa học của sữa:

Ngoài thành phần chủ yếu là nước, trong sữa còn chứa những thành phần chất khô quantrọng khác và chúng chịu ảnh hưởng nhiều của quá trình lên men hình thành nên cấu trúcsản phẩm sữa chua Có thể tham khảo thành phần chính trong sữa theo bảng dưới đây:

Dạng tự do: lactose (galactose và

glucoza) ở trạng thái phân tử

Ở dạng cầu béo: là những giọt chất

béo có đường kính từ 1 – 10μ m, đượcbao bằng một màng lipoprotein, ởdạng nhũ tương

Ở dạng các hợp chất hòa tan trong chất béo: các sắc tố ( β caroten), sterol(cholesterol), các vitamin

Ở dạng hòa tan (~ 4,7g): là những cao

phân tử của albumin vàimunoglobulin

Dạng Nitơ phi protein (~ 0,3g): ure,

acid uric, creatin

Chất khoáng

(25 – 40 g/l)

Ở trạng thái keo và hoàn tan:

- Ở dạng phân tử và ion: acidxitric, K, Ca, P, Na, Cl, Mg

- Ở dạng nguyên tô trung lượng(oligo – element): Zn, Al Fe,

Vết

1.1.1.1 Nước:

Nước là thành phần chiếm chủ yếu của sữa và đóng một vai trò quan trọng, là dungmôi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, là môi trường cho các phản ứng sinh hóa Hàmlượng nước trong sữa chiếm khoảng 87%/lit sữa Phần lớn lượng nước ở trong sữa có thểthoát ra ngoài khi đun nóng, người ta làm bốc hơi nước ở sữa tươi để chế biến thành sữađặc, sữa bánh hoặc sữa bột là những sản phẩm dễ vận chuyển và dễ bảo quản hơn sữatươi

1.1.1.2 Lipid:

Lipid là một trong những thành phần quan trọng và có ảnh hưởng đặc biệt đến cấutrúc sữa chua Nó tồn tại ở 2 dạng chính:

Lipid đơn giản: các glyceride và steride

Lipid phức tạp: các phosphatide, đại diện là lecithin, cephalin

 Cấu tạo một tiểu cầu lipid:

Chất béo trong dữa tồn tại dưới dạng các tiểu cầu phân tán trong sữa và trong cáctiểu cầu này có sự sắp xếp khá trật tự

Hình 1.1 : Cấu trúc một tiểu cầu béo

Sơ đồ trên cho phép ta xác định được cấu trúc của một tiểu cầu chất béo, các tiểucầu này được bao quanh bởi một màng, thành phần của nó bao gồm protein, lipoprotein,acid nucleic…, chúng gồm có hai phần ưa nước và kị nước[1] Bề mặt trong của màng này

có liên hệ mật thiết với một lớp phụ có bản chất là phospholipid hay còn gọi làphosphatide có thành phần chủ yếu là lecithin và cephalin Hai thành phần này đóng vaitrò rất quan trọng đến việc gia tăng tính bền vững của sản phẩm

Sự phân bố các triglyceride trong lòng các tiểu cầu mang đặc điểm sau: phần trungtâm của các tiểu cầu chứa glyceride có điểm nóng chảy thấp, giàu acid oleic và luôn ở

trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ môi trường Trong khi đó phần ngoại vi nơi tiếpxúc với màng chứa các glyceride có điểm nóng chảy cao và có thể đông đặc lại ở nhiệt độthường Sự toàn diện về cấu trúc của các tiểu cầu là điều kiện quyết định cho sự ổn địnhchất béo trong sữa Đặc biệt sự biến chất của màng sẽ làm thay đổi các tính chất vật lýmột cách sâu sắc gây ra hiện tượng tiến lại gần rồi kết dính các tiểu cầu với nhau dẫn đếnquá trình tách chất béo làm mất đi tính đồng nhất của sữa

 Ảnh hưởng đến tính bền vững của sản phẩm:

** Sức căng bề mặt và năng lượng bề mặt.

Do không cân bằng về lực tương tác phân tử nên các phân tử ở bề mặt chất chịutác dụng của lực hút vào trong bề mặt chất Nói cách khác mỗi phân tử ở bề mặt chất lỏngtồn tại một năng lượng lớn hơn so với các phân tử trong lòng chất lỏng

Năng lượng dư của tất cả các phân tử bề mặt chất lỏng so với năng lượng của tất

cả các phân tử trong lòng chất được gọi là năng lượng tự do bề mặt, ký hiệu F

Nếu chỉ quy về một đơn vị diện tích thì năng lượng bề mặt được gọi là sức căng bềmặt, kí hiệu σ Trong hệ SI thì thứ nguyên của sức căng bề mặt là N/m, do đó định nghĩacủa sức căng bề mặt như sau: sức căng bề mặt là lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài bềmặt phân chia hai pha để chống lại sự kéo dãn bề mặt

Quan hệ giữa năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt theo công thức:

F = σ.S (S: Diện tích bề mặt của hệ)

Đối với hệ phân tán thì S là bề mặt dị thể của hệ Sữa và sữa chua là một hệ phântán dị thể phức tạp, do đó diện tích bề mặt dị thể rất lớn dẫn đến năng lượng bề mặt của

hệ cũng rất lớn Vì vậy theo nhiệt động lực học thì hệ phân tán là một hệ không bền vững,

sẽ xảy ra các quá trình làm giảm sức căng bề mặt của hệ, làm giảm diện tích bề mặt dị thể

để tối thiểu hóa năng lượng dư bề mặt để hệ đạt trạng thái bền vững

Sữa và sữa chua nếu để lâu sẽ xảy ra hiện tượng tách lớp nguyên nhân là do quátrình này Thực chất trong bản thân sữa cũng có chứa các thành phần giúp kháng cự lại

hiện tượng tách lớp nhưng chỉ với một hàm lượng nhỏ, các chất này có hoạt động đượcxem tương tự như chất hoạt động bề mặt

** Chất hoạt động bề mặt trong sữa:

Chất hoạt động bề mặt là một chất khi cho vào một môi trường phân tán lỏngchúng sẽ làm giảm sức căng bề mặt của hệ từ đó làm hệ bền vững hơn Đặc tính quantrọng này của được quy bởi cấu tạo của chúng, với một đầu phân cực và một đầu khôngphân cực Khi tồn tại trong một hệ phân tán chúng sẽ tập trung tại bề mặt phân chia pha

và quay đầu tương ứng tương tác với pha tương ứng Kết quả là sự phân tán giữa các phatrong hệ bền vững hơn và hạn chế được sự tách pha

Hình 1.2: Sơ đồ đơn giản của một chất hoạt động bề mặt

Khi một hệ phân tán nếu được tối thiểu hóa năng lượng dư bề mặt thì sẽ đạt trạngthái bền vững hơn Dựa theo công thức F = σ.S ta dễ dàng nhận ra nếu muốn giá trị Fgiảm thì một trong hai đại lượng σ và S hoặc cả hai đại lượng này phải giảm Nhưng khixem xét lại về khía cạnh sản phẩm sữa chua của chúng ta, chúng ta mong muốn một sảnphẩm với cấu trúc mịn màng, đồng nhất Điều này có nghĩa là ta mong muốn sự phân táncủa các pha trong sản phẩm đạt trạng thái tối đa, tức diện tích bề mặt dị thể ở đây rất lớn.Vậy thực chất ta sẽ không can thiệp vào để làm giảm giá trị S này với mục đích làm bềnsản phẩm, ta vẫn còn một cách là tác động làm giảm giá trị sức căng bề mặt của các thànhphần trong sản phẩm Chất hoạt động bề mặt làm được điều này

Với bản chất là photpholipid, lecithin và cephalin trong sữa cũng có tác dụng nhưchất hoạt động bề mặt và phần nào đó làm ổn định trạng thái nhũ tương của sữa

Hình 1.3: Cấu trúc phân tử của lecithin và cephalinNguyên nhân tạo ra sức căng bề mặt của một chất là do các phân tử trong lòngchất đó tương tác với nhau theo mọi phía, dẫn đến chúng cân bằng về lực, trong khi đócác phân tử chất tập trung tại bề chỉ có thể tương tác qua lại với nhau và một phần tươngtác với các phân tử trong lòng chất Dẫn đến tình trạng tại bề mặt của chất này sẽ tồn tạinhững vectơ lực dư và gây ra lực đè nén lên bề mặt gọi là sức căng bề mặt

Hình 1.4: Sự tương tác không đều giữa các phân tử trong lòng và trên bề mặt

Trong sữa có cả pha phân cực là nước và pha không phân cực ví dụ như chất béo.Lecithin và cephalin sẽ tập trung tại bề mặt phân chia pha của các pha này và quay đầuphân cực vào nước, đầu không phân cực vào chất béo Tiếp đó, chúng sẽ tương tác vàtriệt tiêu bớt các vectơ lực dư thừa vốn gây ra sức căng bề mặt của pha và do đó sức căng

bề mặt của các pha này được làm giảm xuống Và nếu sức căng bề mặt được hạn chế thìnhư đã phân tích hệ có thể trở nên bền hơn trước quá trình tách pha tự nhiên

Đối với các sản phẩm sữa chua, người ta thường dùng sữa đã tách bớt béo để giảm

sự ảnh hưởng của quá trình tác pha đến sản phẩm Quá trình đồng hóa làm giảm kíchthước các cầu béo, giúp phân tán đều chúng là hệ nhũ tương sữa chua được bền vữnghơn Mặt khác các sản phẩm này cũng sẽ bổ sung thêm các chất làm ổn định hệ nhũtương như các thành phần có hoạt tính bề mặt đã kể trên

1.1.1.3 Protein:

Nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất cửa sữa là protein Hàm lượng protein của cácloại sữa không chênh lệch nhiều, chúng thường nằm trong giới hạn 3.0-4.6% Riêng đốivới sữa bò hàm lượng protein khoảng 3.3-3.5% Các protein của sữa là những proteinhoàn thiện Trong thành phần protein của sữa có đến 19 loại axit amin khác nhau, trong

đó có đầy đủ các acid amin không thay thế được như: valin, leucine, izoleucine,methionine, threonine, phenylalanin, triptophan và lysine

Bảng 1.2: Hệ thống các thành phần protein chính trong sữa.

sữa (g/kg)

Tỷ lệ so với tổng sốprotein (%)

30.68.030.810.179.5

3.79.81.22.1

Dựa vào bảng trên, ta thấy trong sữa có 2 kiểu protein khác nhau:

 Protein hòa tan (whey protein) chiếm khoảng 20% tổng số protein trong sữa

 Lactoglobulin còn gọi là globulin của sữa Hàm lượng lactoglobulin trong

sữa khoảng 0,1% theo khối lượng và chiếm tỉ lệ 3% so với lượng protein chung.Globulin sữa có nhiều trong sữa non, thuộc loại protein đơn giản và là proteinhoàn thiện Trong sữa, globulin tồn tại dưới dạng keo và có độ phân tán kém hơn

so với albumin sữa khoảng 18.000 Globulin có 3 dạng đồng phân: glactoglobulin, epglobulin và pseudogglobulin Chúng khác nhau về khả năng hòatan nước và tính kháng trùng  lactoglobulin không tan trong nước, hòa tan tốttrong dung dịch muối loãng, epglobulin tan trong nước khi có mặt muối.Pseudoglobulin hòa tan trong nước nguyên chất

 Lactoalbumin còn gọi là albumin của sữa Hàm lượng lactoalbumin trong

sữa không nhiều khoảng 0.5-1.0% tùy từng loại sữa Trong sữa non cónhiềulactoalbumin hơn sữa thường Khác với casein, lactoalbumin ở trong sữadưới dạng hòa tan Dưới tác dụng của nhiệt độ cao lactoalbumin bị đông tụ Trongmôi trường acid, khi tăng nhiệt độ thì mức độ đông tụ nhanh và mau Các enzimlàm đông tụ casein không có khả năng làm đông tụ lactoalbumin Sau khi đông tụ,lactoalbumin mất khả năng hòa tan lại trong nước, nó chỉ có thể hòa tan lại trongmột vài loại dung môi

 Protein ở trạng thái keo không bền: gồm phức hệ micelle hữu cơ của cáccaseinate và calcium phosphate Casein chiếm đến 80% trong tổng số proteintrong sữa Với một tỷ lệ đa phần trong protein sữa, casein đóng vai trò cực kìquan trọng trong việc hình thành cấu trúc của sản phẩm sữa chua khi tiến hànhđông tụ chúng bằng acid từ vi sinh vật

Casein là nhóm protein chủ yếu trong protein của sữa Nó bao gồm nhiều loại casein

khác nhau,  casein,  casein,  casein, casein là thể phức hợp phosphoryl gồm có S1,

S2, S3, S4, S5, S6 – casein -casein là thành phần chủ yếu có trong sữa bò nhưng lại

là thứ yếu trong sữa người -casein là một glycoprotein và nó hiện diện khắp nơi trongthể micelle casein Chính vì vậy mà micelle ở trạng thái ổn định

 casein và  casein không tan trong sữa tươi Các protein này chứa nhóm photphat(photpho chiếm khoảng 0.8% trong toàn casein) và nhóm photphat này kết hợp với ion

Ca2+ Sự trung hòa một phần lớn các điện tích âm ngăn ngừa  casein và  casein kếtkhối và kết tủa

Hai phân tử casein có thể tồn tại một cách ổn định trong sữa là do có sự hiện diện của casein Casein không tồn tại tự do trong sữa nhưng tồn tại dưới dạng các hạt micelle cókích thước từ 0.003m đến 0.3m Trung bình mỗi hạt chứa hàng ngàn phân tử  casein

và  casein Hiệu quả bảo vệ của  casein có thể là do nó góp phần gia tăng điện tích âmcủa hạt mà không kết hợp với ion Ca2+ Mỗi hạt casein chứa khoảng 70% nước và 30%chất khô Trong thành phần chất khô casein chiếm khoảng 93% và muối (chủ yếu làcanxi photphat) chiếm khoảng 7%

Khả năng tạo cấu trúc của protein:

 Tính lưỡng tính của protein:

Protein là một đại phân tử hữu cơ với các đơn phân là các amino acid Do đóprotein bản chất cũng là một chất điện ly lưỡng tính nguyên nhân bởi sự có mặt của gốccarboxyl (-COOH) và gốc amine (NH2) Trạng thái tích điện của các nhóm này phụ thuộc

vào pH môi trường Ở một pH nào đó mà tổng điện tích dương và điện tích âm của phân

tử protein bằng 0 thì phân tử protein sẽ không chuyển động và dễ dàng đông tụ, giá trịnày được gọi là pI (điểm đẳng điện) của protein

Ở môi trường có giá trị pH < pI của protein, do số tiện tích dương nhiều hơn sovới điện tích âm của protein nên protein mang điện dương Ngược lại protein sẽ mangđiện tích âm khi giá trị pH> pI

Hình 1.5: Sự mang điện của protein trong môi trường pH tương ứng

 Khả năng đông tụ của casein:

Casein có thể bị đông tụ do nhiều yếu tố, trong đó 2 yếu tố chính là đông tụ bởi acid vàenzyme

Đông tụ do acid: do một số nguyên nhân như quá rình lên men kéo dài hoặc do con người

đưa vào làm giảm pH của dung dịch sữa, các iôn

H+ của acid sẽ liên kết với micelll casein mangđiện tích âm và làm giảm điện tích của micellcasein Khi tới giới hạn (ở pH 4,5 – 4,7) cácmicell casein sẽ bị đông tụ.Tuy nhiên khi cho dưacid vào casein đã đông tụ thì casein sẽ bị tái hòatan, tạo thành muối và acid

Đông tụ bởi enzyme: casein bị đông tụ bởi

enzyme rennin (rennin là một protease được chiếtxuất từ ngăn thứ 4 của dạ dày bê)

Hình 1.6: Biến tính protein bởi pH.

Tác động của rennin đối với casein gồm 3 giai đoạn:

– Giai đoạn 1: Enzyme chymosin xúc tác thủy phân liên kết peptide tại vị trí đặc hiệugiữa acid amin 105 (phe) và acid amin số 106 (met) trong phân tử κ -casein Kết quả làphân đoạn caseinomaropeptide được tách ra và hòa tan vào dung dịch Riêng phân đoạnparacasein (gồm, -casein và phần –casein còn lại) vẫn còn gắn trên các gốc micelle vàlàm cho micelle dễ tập hợp lại với nhau hơn để tạo thành khối đông

– Giai đoạn 2: Đông tụ casein Do hiện tượng giảm sự tích điện bề mặt của micelle,làm cho lực đẩy tĩnh điện giữa các micelll giảm dẫn đến bề mặt micelll trở nên ưa béohơn và từ đó làm cho chúng có thể tập hợp lại với nhau một cách dễ dàng Ngoài ra, cầucalci phosphate xuất hiện cũng góp phần làm cho kích thước của khối đông tụ tăngnhanh

– Giai đoạn 3: Kết thúc quá trình đông tụ và tách huyết thanh ra

1.1.1.4 Glucid:

–Glucid có ở trong sữa chủ yếu là lactose Hàm lượng lactose trong sữa khoảng 5.1% tùy theo từng loại sữa Đối với sữa bò hàm lượng này khoảng 4.9% Lactose ở trongsữa dưới dạng hòa tan Lactose khó bị thủy phân hơn các loại đường khác Lactose bịthủy phân sẽ cho một phân tử glucose và một phân tử galactose

4.5-C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6

Lactose Glucose Galactose

–Ở nhiệt độ cao, lactose bị biến thành caramen Vì vậy khi khử trùng sữa, một phầnlactose bị caramen hóa nên màu của sữa sau khi đã khử trùng thường sẫm hơn lúc chưakhử trùng, đồng thời lactose còn có thể kết hợp với các nhóm amin của protein sữa(casein) để tạo thành hợp chất melanoidin có màu sẫm Dưới tác dụng của vi khuẩn

Hình 1.7: Cấu trúc cấu tạo phân tử và -lactose

Hình 1.8: Cấu hình không gian của đường

lactose

của vi khuẩn propionic, acid lactic có thể chuyển hóa thành acid propionic, acid acetic vàkhí cacbonic Phản ứng này là cơ sở của quá trình chế biến một số loại phômai Sự lênmen lactic được ứng dụng rộng rãi vào việc sản xuất ra các sản phẩm chế biến của sữanhư sữa chua, phômai…

–Lactose là một disaccharide do liên kết 1,4-O-glucosisde của một phân tử glucose và một phân tử β-galactose liên kết với nhau tạo thành

–Khả năng hoà tan của đường lactose phụ thuộc vào tỷ lệ hai dạng đường là: lactose monohydrate (C12H22O11.H2O) và β-lactose anhydrous (C12H22O11)

α-–Đường lactose của sữa rất nhạy

cảm với nhiệt độ, giữa 110-130oC sẽ

xảy ra dạng mất nứơc của tinh thể

đường, trên 150oC sẽ nhận được màu

vàng và ở 170oC màu nâu đậm được hình thành bởi quá trình caramel hoá

–Vi khuẩn lactic có chứa enzyme lactase Lactase tấn công vào lactose và tách phân

tử này thành glucose và galactose Các enzyme khác từ vi khuẩn lactic sẽ phân hủyglucose và galactose thành acid lactic làm tăng độ chua của sữa

1.1.1.5 Chất khoáng và muối:

Trong sữa, các muối khoáng tồn tại ở dạng dung dịch hòa tan trong nước sữa hoặctrong các hợp chất casein Nhiều công trình nghiên cứu đã xác nhận lượng chất khoángcủa sữa có thể thỏa mãn đầy đủ nhu cầu về chất khoáng cho cơ thể Hàm lượng chấtkhoáng trong sữa khoảng 0.6-0.8% tùy từng loại sữa Hàm lượng khoáng trong sữa bòkhoảng 0.7%

Chất khoáng trong sữa gồm: 25 nguyên tố thuộc nhóm vi lượng và 40 nguyên tốthuộc nhóm đa lượng Trong đó nhiều nhất là Ca và K.Các loại muối khoáng quan trọng

là muối của Ca, K, Na, Mg, bao gồm muối phosphate, citrate, và caseinate

Bảng 1.3: Thành phần các khoáng đa lượng có trong sữa bò

Thành

phần

Hàm lượng trung bình

(mg/l)

Giá trị thông thường

Thành phần

Hàm lượng trung bình (mg/l)

Giá trị thông thường

1400

Vitamin A có nhiều trong sữa, nhất là trong sữa non và có nhiều trong các sản

phẩm chế biến từ sữa nhất là trong bơ Hàm lượng vitamin A trong sữa khoảng 0.2-2 mg/

l sữa Hàm lượng vitamin A trong sữa nhiều hay ít thường phụ thuộc vào hàm lượngcarotene có trong thức ăn của gia súc

Vitamin D hàm lượng vitamin D trong sữa khoảng 0.002 mg/l sữa Vitamin D

không bị biến đổi trong quá trình khử trùng sữa

Vitamin B1 trong sữa khoảng 0.4 mg/l sữa Trong quá trình khử trùng và bảo

quản, hàm lượng vitamin B1 giảm dần, có thể giảm tới 15-20% hoặc hơn nữa

Vitamin B2 trong sữa khoảng 1.7 mg/l sữa Hàm lượng vitamin B2 có nhiều nhất

là trong sữa non, những ngày vắt sữa tiếp theo thì hàm lượng vitamin B2 giảm dần

Vitamin B12 trong sữa khoảng 0.1-0.3 mg/l sữa.

Vitamin PP trong sữa khoảng 1.5 mg/l sữa Thức ăn của bò không ảnh hưởng đến

hàm lượng của vitamin PP trong sữa Vitamin PP được tổng hợp ngay trong cơ thể conbò

Vitamin C hàm lượng vitamin C trong sữa tahy đổi trong một giới hạn rất rộng,

khoảng 5-20 mg/l sữa Trong sữa non có nhiều vitamin C, nhưng càng về cuối thời kỳ tiết

Enzim lipaza có tác dụng xúc tác quá trình thủy phân chất béo của sữa, tạo thành

glixerin, acid béo và một số sản phẩm khác Những chất này gây cho sữa có mùi vị lạ vàlàm giảm chất lượng của sữa Nhiều vi sinh vật có khả năng sản xuất enzim lipaza, đặcbiệt là vi khuẩn bacillus sản xuất ra enzim lecithinase tấn công vào hợp chất licethin, mộtloại phospholipids chứa trong màng hạt béo Lecithin là hợp chất của glycerol hai acidbéo, acid phosphoric và choline, enzim lecithinase hydrate hóa hợp chất này thànhdiglycerid và phosphoryl choline Lớp màng chất béo do đó bị phá hủy, các hạt béo kết tụlại tách thành lớp kem trên bề mặt dịch sữa

Enzim photphataza có trong sữa tươi, nó có tác dụng xúc tác quá trình thủy phân

photpho glycerin của sữa, tạo thành glycerin, acid béo, acid photphatrit và một số một sốsản phẩm khác Sự hiện diện của enzim phosphataza trong sữa được xác định bằng cáchthêm vào sữa ester của acid photphoric và chất chỉ thị màu có màu sắc thay đổi khi tácdụng với rượu được giải phóng Phosphataza bị phân hủy bởi nhiệt độ cao trong thời gianngắn

Enzim peroxidaza trong sữa tươi mới vắt, chưa khử trùng đã có mặt của enzim

peroxidaza Enzim này có tác dụng xúc tác quá trình oxi hóa chất béo của sữa, làm chochất lượng của sữa giảm dần Enzim peroxidaza bị phá hủy ở nhiệt độ 800C trong vàigiây Vì vậy, người ta dựa trên sự có mặt của enzim này ở trong sữa để xác định xem sữa

đã qua khử trùng hay chưa Nếu đã qua khử trùng, sữa không còn hoạt tính enzimperoxidaza

Enzim lactaza đường lactose thuộc nhóm hydratcacbon, là nguồn năng lượng lớn

trong chế độ ăn Nó phân hủy thành những hợp chất có năng lượng cao, có thể tham giavào các phản ứng sinh học, hydratcacbon là nguyên liệu tổng hợp nên các hợp chất hóahọc quan trọng trong cơ thể Lactose bị tấn công bởi vi khuẩn lên men lactic, vi khuẩnnày sản sinh ra enzim phân hủy lactose gọi là lactaza thành glucose và galactose.Galactose chuyển thành các acid khác nhau trong đó có acid lactic rất quan trọng khi sữa

bị chua tức là đã có sự lên men lactose thành acid lactic Nếu sữa bị xử lý nhiệt độ cao vàlưu ở nhiệt độ đó, nó trở nên có màu nâu và có vị caramel, quá trình này gọi là caramelhóa và là kết quả của phản ứng giữa lactose và protein gọi là phản ứng maillard

1.1.1.8 Các chất khí và sắc tố trong sữa:

– Trong sữa tươi thường có chứa một số chất khí như khí nitơ, khí cacbonic, khíoxi… Hàm lượng các chất khí trong sữa không nhiều: trong một lít sữa có khoảng50-90 ml các chất khí Các chất khí thường tạo thành các bọt khí ở trong sữa,chính những bọt khí này là nơi thích hợp cho các loại vi sinh vật “ẩn nấp” và pháttriển Vì vậy sữa càng có nhiều chất khí càng không có lợi Trong quá trình khửtrùng, hàm lượng các chất khí ở trong sữa giảm

 Hormone:

Hormone do cac tuyến nội tiết tiết ra và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của động vật Trong sữa bò ta có thể tìm thấy nhiều loại hormone, chúng được chia thành 3 nhóm: proteohormone, hormone peptide và hormone steonide, trong số đó prolactine được nghiên cứu nhiều hơn cả.

Hàm lượng trung bình prolactine trong sữa bò là g/l, trong sữa non là

23mg/l Đa số bị mất hoạt tính khi thanh trùng ở nhiệt độ thấp (60-65oC).

 Acid citric: Nó đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường mùi thơm của các sản phẩm bơ nhờ sự tạo thành axetol, diacetyl và 2,3-butylen-glycol

 Các hợp chất hóa học khác:

 Chất kháng sinh: penicilline, chloramphenicol…

 Chất tẩy rửa: nước Javel, kiềm…

 Pesticide: heptalore và các epoxyde, aldride duldrine, chlordane…

 Kim loại nặng.

 Nguyên tố phóng xạ, nitrat, độc tố vi sinh vật

Những chất này gây độc cho người sử dụng hàm lượng chúng trong sữa

bò thường có dạng vết và nhiễm vào sữa từ nguồn thức ăn, thiết bị, dụng

cụ chứa và môi trường chuồng trại…

1.1.2 Các tính chất hóa lý của sữa:

1.1.2.1 Sữa là hệ phân tán cao:

Các thành phần của sữa tuy có tính chất khác nhau nhưng khi hòa tan vào môi trường nước được thể đồng nhất và phân tán cao Lactose và glucose tan trong nước ở dạng phân tử, còn muối của acid hữu cơ, vô cơ tồn tại ở dạng ion Proten dạng keo, chất béo sữa dạng hạt phân tán cao.

1.1.2.2 Độ chua của sữa:

Có nhiều đơn vị để biểu diễn độ chua của sữa như độ Soxhlet Henkel (0SH), độ Thorner (oT), độ Dornic (oD) Thông thường độ chua của chuẩn độ được định nghĩa là số

2.5 1 10/9

2.25 0.90 1

1.1.2.3 Tính oxi hóa- khử của sữa:

Do trong sữa chứa nhiều chất có khả năng khử hay oxi hóa như: acid ascorbic, tocopherol, riboflavin, systin, men… làm cho sữa cũng có tính chất đó

1.1.2.4 Khối lượng riêng:

Khối lượng riêng của sữa phụ thuộc hàm lượng chất béo cũng như các chất tan trong sữa Trung b.nh sữa có khối lượng riêng d = 1,027÷1,032, số liệu này thay đổi tùy giống, loài, thời kỳ cho sữa Khi pha thêm nước vào sữa sẽ làm thay đổi giá trị này

1.1.2.5 Áp suất thẩm thấu và nhiệt độ đóng băng:

Áp suất thẩm thấu (Ptt) của sữa được tạo ra bởi những chất phân tán cao như đường lactose, muối Bình thường Ptt= 6 atm ở 00C Nhiệt độ đóng băng của sữa là -0,550C Căn cứ vào nhiệt độ đóng băng có thể biết được sữa có bị pha thêm nước vào hay không

1.1.2.6 Tính kháng khuẩn:

Sữa khi mới vắt xong, thường vi sinh vật không phát triển được mà có thể bị tiêu diệt vì trong sữa có chất kháng thể

1.1.3 Các hệ trong sữa:

1.1.3.1 Hệ keo:

Trong sữa các phân tử nước sẽ hình thành nên lớp hydrate bao bọc xung quanh các micelle casein Đó là các đầu ưa nước của κ casein được bố trí trên bề mặt micelle và chúng luôn hướng ra bên ngoài

Trong quá trình bảo quản, micelle trong sữa sẽ thay đổi thành phần hóa học Các tiểu micelle từ bên trong cấu trúc micelle có thể khuếch tán ra bên ngoài Tương tự, phân

tử casein và những chất khoáng ở dạng kép như Ca và phosphate từ bên trong micelle có thể dịch chuyển vào bên trong huyết thanh sữa Ngược lại, các phân tử casein cùng với

Ca, phosphate đang ở dạng hòa tan trong huyết thanh sữa có thể khuếch tán vào bên trongcác tiểu micelle Và tiểu micelle có thể khuếch tán và tái lên kết với các micelle có trong sữa

Sự thay đổi về thành phần hóa học của các micelle casein sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có nhiệt độ và pH là quan trọng nhất

Khi giảm nhiệt độ sữa từ giá trị nhiệt độ phòng về 40C, các phân tử β casein sẽ từ từ thoát ra khỏi cấu trúc của micelle Do đó, hàm lượng “β casein hòa tan trong huyết thanh”

sẽ gia tăng Nguyên nhân của hiện tượng này là do β casein có các gốc ưa béo và sự tương tác giữa các góc ưa béo trong tiểu micelle thường bị yếu đi khi nhiệt độ giảm Tương tự, hàm lượng Ca liên kết với αs1 casein trong micelle cũng giảm đi khi sữa được bảo quản ở nhiệt độ thấp

Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ của sữa sau thời gian bảo quản lạnh ở 40C, việc tái cấu trúc của các micelle có thể không giống các micelle trong sữa trước khi làm lạnh

Khi nhiệt độ giảm, các tính chất hóa lý của hệ keo sẽ thay đổi theo như độ nhớt tăng, độ bền hệ keo tăng do đó hiệu suất đông tụ casein đối với tác nhân chymosin sẽ bị giảm đi đáng kể

Khi tăng nhiệt độ, các micelle bị co lại, trong quá trình bị biến tính nhiệt, whey protein có thể kết hợp với bề mặt của micelle thông qua sự hình thành liên kết -S-S- Những biến đổi này đều là những biến đổi không thuận nghịch

Khi giảm giá trị pH của sữa “phosphate dạng keo” sẽ chuyển sang “phosphate hòa tan”, để tách hoàn toàn phosphate ra khỏi micelle cần giảm giá trị pH của sữa về 5.25 tương tự hàm lượng Ca trong micelle cũng giảm khi giảm pH của sữa, tuy nhiên để tách

Ở giá trị pH tự nhiên của sữa, micelle tích điện âm Lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle giữ vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa đông tự casein.

1.1.3.2 Hệ nhũ tương:

Sữa là hệ nhũ tương dầu trong nước Mặc dù các hạt béo trong sữa đã được bao bọc bởi lớp màng với thành phần chủ yếu là membrane protein, chúng luôn có xu hướng kết hợp lại với nhau và dẫn tới hiện tượng sữa bị tách pha

Quá trình tách pha ở sữa bao gồm nhưng giai đoạn sau:

 Khi sữa được bảo quản lạnh, các phân tử cryoglobulin sẽ kết tủa lên bề mặt các hạt trong sữa, trong đó có các hạt béo Phức hợp cryoglobulin (thành phần chính là immunoglobulin M) và lipoprotein còn có tên khác là agglutinin

 Các hạt béo có cryoglobulin trên bề mặt sẽ kết hợp lại với nhau để tạo thành những hạt béo có kích thước lớn hơn

 Hạt béo có kích thước lớn bắt đầu nổi lên bề mặt của hệ nhũ tương

 Các hạt béo có kích thước lớn sẽ tiếp tục kết hợp với những hạt béo có kíchthước nhỏ hơn, chúng sẽ nổi lên bề mặt hệ nhữ tương với tốc độ nhanh hơn.Cuối cùng, sữa bị tách pha với lớp chất béo trên bề mặt

Các yếu tố ảnh tưởng tới quá trình tách pha của sữa:

 Nhiệt độ: khi nhiệt độ cáng thấp thì quá trình tách pha trong sữa càng dễ dàng xảy ra Ở 370C sự tách pha trong sữa ít xảy ra

 Nồng độ agglutinin trongt sữa: nồng độ agglutinin càng cao thì sự tách phaxảy ra càng nhanh Thông thường, sữa non có hàm lượng agglutinin cao, các về cuối chu kì tiết sữa thì hàm lượng agglutinin trong sữa cáng thấp

 Kích thước hạt béo: tốc đọ lăng tỉ lệ ngịch với kích thướng hạt béo Ngoài

ra nếu như các hạt béo càng nhỏ thì diện tích bề mặt của chúng càng lớn Khi đó, chúng phải cần 1 lượng agglutinin nhiều hơn để kết hợp với nhau làm cho hiện tượng tách pha xảy ra

 Hàm lượng béo trong sữa: khi làm tăng hàm lượng béo trong sữa thì sự táchpha xảy ra nhanh hơn

 Sự khuấy trộn: trong quá trình bảo quản sữa ở nhiệt dộ thấp, sự khuấy trộn

sẽ làm cho agglutinin kết hợp lại với nhau, do đó sự tách pha của của chât béo xảy ra chậm hơn

 Sự xứ lý nhiệt: agglutinin có thể biến tính bất thuận nghịch khi nhiệt độ tăng cao Nếu sữa được xử lý ở 730C hoặc cao hơn thì sự tách pha sẽ chậm hẳn

 Sự đồng hóa: phương pháp đồng hóa sữa bằng áp lực cao có thể làm mất đi chức năng thúc đẩy hiện tượng tách pha trong sữa của agglutinin

1.1.4 Những biến đổi thành phần của sữa trong quá trình bảo quản:

Thay đổi khi bảo quản:

Chất béo và protein sữa bị thay đổi hóa học trong quá trình bảo quản Những thayđổi này có 2 dạng: sự ôi hóa và sự phân giải lipit Sản phẩm tạo nên có mùi khó chịu vàthường xảy ra đối với bơ sữa và bơ

 Sự ôi hóa chất béo: xảy ra tại các nối đôi của các acid béo không no tạo nênmùi kim loại, trong đó lecithin là chất dễ tấn công nhất

 Sự ôi hóa protein: do sự ôi hóa amino acid dưới tác dụng của ánh sáng, gây

ra mùi khó chịu Chỉ một vài phút để dưới ánh sáng cũng đủ gây ra phản ứng này, do đósữa không nên để trực tiếp dưới ánh sáng

 Sự phân giải lipit: là sự phân cắt chất béo thành glycerol và acid béo, tạomùi vị chua, mùi này gây ra bởi sự hiện diện của các acid béo tự do thấpphân tử Sựphân cắt này tạo ra dưới tác dụng của enzim lipaza Tuy nhiên quá trình này không xảy racho đến khi lớp màng của hạt béo bị phá hủy và chất béo bị lộ ra Trong công nghệ sữa sựphá hủy màng rất dễ xảy ra dưới tác dụng cơ học như: bơm, khuấy, đánh sữa… Để tránhxảy ra quá trình này sữa nên được thanh trùng ở nhiệt độ cao để phân hủy enzim lipaza

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt lên các thành phần hóa học:

 Chất béo: chất béo không bị ảnh hưởng ở nhiệt độ dưới 1000C Sự kết tụcác hạt béo xảy ra ở nhiệt độ cao Sự phân tách chất béo bị giảm nếu sữa bị gia nhiệt caohơn 750C

 Protein: Casein không thấy bị thay đổi ở nhiệt độ dưới 1000C, nhưng rất dễthấy sự biến đổi của casein micelle khi nhiệt độ của sữa trên 650C Protein dịch sữa bịbiến tính ở nhiệt độ trên 650C và hầu như bị biến tính hoàn toàn ở nhiệt độ 900C trong 60phút Vài protein có thể khôi phục một phần tính chất của nó trong thời gian lưu trữ vàingày hoặc vài tuần sau khi bị xử lý nhiệt Sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ 750C và lưunhiệt ở đó trong một phút hoặc ít hơn sữa bắt đầu có mùi nấu, đó là do sự giải phóng hợpchất chứa sulphur từ -lactoglobulin và các protein chứa sunphur khác

 Enzim: các enzim bị vô hoạt bởi nhiệt Nhiệt độ vô hoạt phụ thuộc kiểu

enzim

 Vitamin: vitamin C rất nhạy với nhiệt độ, đặc biệt là khi có mặt của không

khí và kim loại Thanh trùng nhiệt độ cao trong thời gian ngắn trong thiết bị trao đổi nhiệtdạng đĩa hầu như không làm mất vitamin C Vitamin khác chịu ảnh hưởng hoặc không bịảnh hưởng dưới sự xử lý nhiệt vừa phải

 Lactose: ở nhiệt độ cao trên 1000C lactose phản ứng với protein gây ra màunâu của sữa

-Chúng có khả năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nhưng không cókhả năng lên men các loại glucid phức tạp và tinh bột

-Sự phát triển của nó cần có sự có mặt của peptone, axit amin hay muối amôn.Chúng có yêu cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, axit amin và khoáng chất -Quá trình lên men xảy ra tốt nhất trong môi trường axit pH từ 5,5 ÷ 6, khi pH nhỏhơn 5,5 quá trình lên men bị dừng lại Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men từ 15 ÷

50oC

-Tuy nhiên, mỗi loài có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau,dãy nhiệt độ tối ưucho sự phát triển của vi khuẩn lactic nhiệt trung( Mesophilic) là 28-45oC và của vi khuẩnlactic chịu nhiệt( Thermophilic) là 45-62oC,nếu nhiệt độ lớn hơn 80oC vi khuẩn lactic bịtiêu diệt hoàn toàn

 Phân lọai:

Giống Lactobacterium ( trực khuẩn)

+ Lactobacterium casei: đây là những trực khuẩn rất ngắn gây chua sữa tự nhiên.

Yếm khí tuỳ tiện, lên men tốt glucose, maltose, lactose tạo ra môi trường có từ 0,8 ÷ 1%axit lactic Ở điều kiện bình thường gây chua sữa trong vòng 10 đến 12 giờ Nguồn nitơcho vi khuẩn này là peptone Nhiệt độ tối thiểu cho chúng phát triển là 10oC, tối ưu là

35oC và tối đa là 45oC, chúng thuỷ phân casein và gelatin rất yếu

Hình 1.9 :Lactobacterium casei + Lactobacterium bulgaricus: đây là trực khuẩn rất dài, nhiệt độ phát triển tối ưu

là 20oC, có khả năng lên men glucose, lactose Có khả năng tạo độ axit cao (3,7% acid lactic)

Hình 1.10: Lactobacterium bulgaricus

+ Lactobacterium delbruckii: thường gặp trên hạt đại mạch, đây là trực khuẩn

lớn Trong quá trình phát triển của mình chúng có khả năng tạo thành sợi Nhiệt độ tối ưucho chúng phát triển từ 45 ÷ 50oC, khác với các loài khác chúng không có khả năng lênmen đường lactose vì vậy chúng không được dùng trong chế biến sữa

Hình 1.11:Lactobacterium delbruckii + Lactobacterium cueumeris fermenti: thường tìm thấy chúng trong sữa ủ chua Là

trực khuẩn không chuyển động, thường tạo thành tế bào đơn và có khi tạo thành chuỗi.Thường chúng tạo thành chuỗi trong quá trình lên men Khả năng tạo axit tối đa trongmôi trường từ 0,9 ÷ 1,2%

Giống Streptococcus

+ Streptococcus cremoris: thường tạo thành chuỗi dài, thường phát triển ở nhiệt độ

thấp hơn Lactobacterium casein, tối ưu từ 25oC ÷ 30oC, lên men glucose, galactose

 Vi khuẩn lên men dị hình :

+ Streptobacterium hassice fermentatae: thường thấy chúng trong các dịch lên men

chua rau cải Chúng tồn tại từng tế bào riêng biệt hoặc ghép thành từng đôi, hoặc chuỗi ngắn có khi ghép thành từng chuỗi dài hình sợi Khi lên men rau cải chua tạo thành axit lactic, axit axetic, rượu etylic và CO2 Lên men đường saccarose tốt hơn lên men đường lactose

+ Lactobacterium lycopersici: là trực khuẩn gram dương, sinh hơi, tế bào tạo thành

chuỗi hay đơn, có khi ghép thành đôi một Khi lên men chúng tạo thành acid lactic, rượu

etylic, acid acetic và CO2 Chúng có khả năng tạo bào tử, tế bào sinh dưỡng thường chết

ở nhiệt độ 80oC

Sự phối trộn các giống vi khuẩn trong sản xuất yaourt:

Ngoài các yếu tố như nồng độ chất khô, thời gian lên men thì lượng vi khuẩn cấyvào cũng như tỷ lệ giữa các giống vi khuẩn sử dụng cũng rất ảnh hửong đến cấu trúc vàhương vị của sản phẩm sau khi lên men Một số nhà nghiêm cứu cho rằng nếu lên men ởnhiệt độ 40oC thì tỷ lệ giữa Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophillus là4:1 còn nếu lên men ở 45oC thì tỷ lệ là 1:2 Còn nếu sử dụng với tỷ lệ 1:1 và lượng men

sử dụng khoảng 2,5-3% trong khoảng thời gian lên men là 2,5-3 giờ thì nhiệt độ thíchhợp sẽ là 43oC Tuy nhiên, các giá trị này sẽ thay dổi thùy theo chủng loại vi khuẩn sửdụng và công nghệ của nhà sản xuất

Trong giai đoạn đầu của quá trình sản xuất sữa chua, pH của sữa sẽ thích hợp cho

loài Streptococcus phát triển đảm bảo cho quá trình lên men lactic được bắt đầu khi pH của môi trường thay đổi làm cho Streptococcus khó phát triển và Lactobacillus sẽ thế

chỗ

Trước đây người ta cho rằng sự tạo hương cho sản phẩm là do vi khuẩn

Streptococcus Nhưng một số tác giả như Petter và Lolkema lại nhấn mạnh đếm vai trò của Lactobacillus trong việc tạo hương thơm cho sản phẩm, trong đó thành phần

acetaldehyde được coi là thành phần quan trọng tạo hương thơm cho sản phẩm sữa chua

Vì vậy, một số nghiêm cứu cho rằng Streptococcus được sử dụng nhằm tạo aicd cho sản phẩm, còn Lactobacillus được dùng chủ yếu tạo hương cho sản phẩm Tuy nhiên, việc sử dụng kết hợp Lb.bulgaricus và Str Thermophillus sẽ tạo ra nhiều acetaldehyde nhiều hơn khi chỉ sử dụng Lb bulgaricus

1.2.2 Chủng vi sinh vật dùng trong sản xuất sữa Kefir:

1.2.2.1 Vi sinh vật trong hạt Kefir:

Trong sản xuất Kefir, người ta sử dụng tổ hợp giống vi sinh vật dưới dạng hạt Kefir( Kefir Grains) Các hạt Kefir có màu từ trắng đến vàng nhạt, hình dạng không ổn định vàthường kết thành chùm với nhau tạo dạng tương tự hoa Chou-fleur với đường kính trungbình 0,3÷2 cm Hạt Kefir là phức hệ vi sinh vật gắn với nhau bởi chất polisacharide.Giống này bao gồm vi khuẩn lactic (Lactobacilli, Lactococci, Leuconostoc ) và nấmmen 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 từhàng nghìn năm qua sự tiêu thụ đã chứng minh được rằng hệ vi sinh vật trong Kefir làkhông gây bệnh mà còn có khả năng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh nhưSalmonella hay Singella

Hình1.14 : Hình dạng, kích thước hạt Kefir nguyên vẹn và sau khi đã cắt đôi

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 diệncủa chúng thì hạt Kefir không thể hình thành Ngoài tế bào vi sinh vật, hạt Kefir còn chứaprotein (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 là phức proteinPolisacharide béo Thành phần hạt giống sấy khô đông lạnh với hàm ẩm 3,5% được tìmthấy 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 tan 1,6% và acid amin tự do là5,6%

S thermophilus

S filant

S durans Leuc.

mesesteroides.ssp.dextranicum Leuc.

mesenteroides.ssp.cremoris

Kluyveromyces lactics

K marxianus ssp bulgaricus

K marxianus ssp marxianus

S florentinus

S globosus Candidam kefir

C pseudotropicalis

Torulaspora delbrueckii

(Lê Văn Việt Mẫn, 2004 và các nguồn trên internet)

Bảng 1.6: Các vi sinh vật có trong hạt Kefir (Oberman H và cộng sự, 1998)

Nhóm vi khuẩn lactic lactobacilli chiếm khoảng 65-80% tổng số vi sinh vật tronghạt Kefir Chúng gồm những loài ưa ẩm và ưa nhiệt thực hiện quá trình lên men lactictheo 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% Riêng nấm men chiếm 5÷10% tổng số

vi sinh vật trong hạt gồm những loài lên men được lẫn không lên men được đườnglactose Các loài nấm men lên men được đường lactose thường được tìm thấy tại các vị trígần bề mặt hạt Kefir Ngược lại, các loài nấm men không lên men được đường lactose lạitìm thấy tại các vị trí sâu bên trong tâm hạt

1.2.2.2 Chu kì phát triển của giống Kefir:

Kefir là những giống gốc tự nhiên, chúng được hình thành từ những màng bao bọcmỏng 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, hình thành các thuỳ phứctạp và không đồng đều, các thuỳ này lại có xu hướng trở về nguyên bản tạo thành cấutrúc sinh học bao gồm nhiều thuỳ con bao quanh mình Với dấu hiệu phát triển đặc biệtnhư thế chúng hình thành những hạt con, mỗi tiểu thuỳ được kết nối với nhau ở phầngiữa, xòe ra trong khi nó được gắn với các điểm trung tâm của hạt giống mẹ

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

mẹ ban đầu Một vài hạt Kefir cũng tách ra giống với cấu trúc vật lý của não người, tuyếntụy và các cơ quan bên trong Sau một thời gian có thể do chấn thương hoặc những tácđộng bên 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 chu trìnhgần giống nhau (tự nhân giống) Trong vài trường hợp đặc biệt, có những hạt không thểcho ra bất cứ hạt con nào trong một thời gian dài mà thay vào đó, chúng hình thành nênmột khối lớn (khối hạt Kefir)

Bề mặt ngoài của hạt biến đổi từ dạng phẳng đến không đồng đều gồm nhiều thứphức tạp, có những chỗ lồi lõm rải rác khắp bề mặt Một vài hạt có thể có những vùngrộng phẳng, trong khi từ mẻ tương tự có thể có những hạt có bề mặt không đồng đều Nếuđiều kiện thuận lợi, sau một thời gian, những hạt nhẵn này thường trở lại dạng nguyênthể, sau đó hình thành các hạt bao quanh mình, nơi mà có thể nhân giống lên Thường ởnhững vùng không phẳng, xù xì thường có sự hoạt động mạnh của nấm men, trong khi ởvùng 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 dạngcụm Ở sâu bên trong hạt, Lactobacilli chiếm ưu thế và có rất ít tế bào nấm men, chúngđược gói gọn trong dịch polisacharide, các vi khuẩn hình que và nấm men hình thành cáccụm 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 nguyênnhân hình thành vỏ bọc bên ngoài polisacharide mà có thể giúp hạt co giãn Một sốnghiên cứu cho rằng vi khuẩn có thể gây ra sự nhân giống hạt Kefir vì việc nhân giốngcủa hạt không xảy ra khi vắng mặt Lb kefiranoficients - là vi khuẩn sinh ra Kefiran ởtrung tâm hạt

1.2.2.3 Kefiran:

Cơ chế phức tạp về cấu trúc gian bào vi sinh vật trong hạt Kefir hiện nay chưa được giải thích rõ ràng Người ta khám phá được gel hòa tan polisaccharode trong hạt Kefir là điều duy nhất đủ cho tên gọi Kefiran (KGFC) Hạt Kefir sấy khô bao gồm chất gian bào khoảng 45% là Kefiran Polisachcharide này gồm 2 đường đơnglucose và galactose với tỉ

lệ cân đối

Kefiran hình thành ở trung tâm hạt với điều kiện kị khí thuận lợi cho việc tổng hợp

Kefiran trong sự hiện diện của ethanol Một vài loài Lactobacillus khác cũng sinh ra polisaccharide như Lb brevis, Lv sp.

Các loài Lactobacillus 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 Lactobacillus sản sinh các phần ở trung

tâm hạt

Một thử nghiệm trên chuột đã phát hiện tính kháng ung bướu của Kefiran Trong thử nghiệm này Kefiran được cung cấp từ đường miệng của chuột và kết quả cho thấy khối u đã giảm đi thấy rõ

1.2.2.4 Vi khuẩn lactic:

 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 sinh bào tử,thường không chuyển động và kị khí tùy tiện, vi hiếu khí, chúng không chứa cytochrom

và enzyme catalase, chúng có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh, phângiải H O để phát triển Đa số chúng lên men được mono và disaccharide, một số không

lên men được saccharose, số khác không lên men được đường 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 kính củadạng cầu khuẩn lactic từ 0,5-1,5 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặc chuỗim, 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, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp hoặc chuỗim, trực khuẩn thườngđứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi

Các loài vi khuẩn lactic có khả năng rất khác nhau tạo thành acid trong môi trường

và sức chịu đựng acid cũng khác nhau Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình tạo thànhacid cao hơn (khoảng 2-3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%) Các trực khuẩn này có thểphát triển được ở pH = 4-3,8 còn cầu khuẩn không thể phát triển được 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 thành phầndinh dưỡng, chúng chỉ phát triển khi trên môi trường có tương đối đầy đủ các yếu tố dinhdưỡng cần thiết như acid amin, peptide, protein, vitamin (B1, B2, B6, PP, các acidpantotenic và acid folic)…

Vi khuẩn lactic có hoạt tính protease, chúng phân hủy được protein của sữa tớipeptide và acid amin Hoạt tính này ở các loài có khác nhau, thường trực khuẩn là caohơn Chúng chịu được trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn ethylic, nhiều loàivẫn sống được trong môi trường có 10-15% cồn hoặc cao hơn, một số trực khuẩn bền vớiNaCl tới 7-10% Các vi khuẩn lactic ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 25-350C, cácloài ưa nhiệt có nhiệt độ tối ưu là 40-450C, loài ưa lạnh có thể phát triển được ở nhiệt độtương đối thấp (khoảng 50C hoặc thấp hơn) Khi gia nhiệt tới 60-800C hầu hết chúng bịchết sau 10-30 phút

Một số loại có khả năng tạo màng nhầy Một số khác có khả năng đối kháng với thểhoại sinh và các vi sinh vật gây bệnh và làm thối rữa thực phẩm Vi khuẩn lactic ngoàikhả năng lên men lactic, chúng còn có khả năng sản sinh ra các chất kháng khuẩn gọi làbacteriocin và được ứng dụng nhiều trong y học cũng như trong bảo quản thực phẩm

Vi khuẩn lactic phân bố rộng trong thiên nhiên, trong đất, trong nước, trong khôngkhí, 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 thể người và độngvật 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.

 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 chếcủa quá trình lên men lactic Qúa trình lên men lactic diễn ra trong tế bào vi khuẩn Đầutiên, đường sẽ được vi khuẩn lactic đưa vào bên trong tế bào nhờ cơ chế vận chuyển đặctrưng của màng tế bào Nếu phân tử đường là đường đơn như glucose thì sẽ vào thẳngchu trình chuyển hóa, còn nếu phân tử đường là đường đôi hay các dạng đường khác thì

sẽ bị thủy phân thành các monosaccharide sau đó mới vào chu trình chuyển hóa Sau đó,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, mà người ta chia chúng ra hainhóm 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 lactic theo chutrình Embden-Meyerhorf (con đường EMP) Trong tế bào vi khuẩn lên men lactic đồnghình có đủ enzyme carboxylase, do vậy pyruvate không bị phân giải sâu hơn, mà thayvào đó nó nhận hydro được tách ra và chuyển tới pyruvate để tạo thành acid lactic Lượngacid lactic tạo thành chiếm hơn 90% sản phẩm, chỉ một phần nhỏ pyruvate còn lại bị khửcacbon 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 đủ cácenzyme cơ bản của chu trình EMP là andolase và trizaphosphattizomerase Do khôngtheo con đường EMP nên chúng chuyển hóa theo con đường Pentose-Phosphate ở giaiđoạn 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 phosphate Sau đó bị thủy phân tiếp theo con đường EMP để tạo thành acid lactic

glyceraldehydes-3-+ Xilulose-5-phosphate bị thủy phân tiếp theo một con đường khác để tạo acetylphosphate Sau đó, dưới tác dụng của acetatkinase sẽ tạo thành acetate hoặc bị khử tiếpthành 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: acid lactic chiếm40% (thấp hơn nhiều so với lên men lactic đồng hình), acid sucxinic chiếm 20%, ethanolchiếm 10%, acid acetic chiếm 10% và khoảng 20% còn lại là các loại khí

 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 tế bào sau 12giờ có thể sinh sản thành 17 triệu tế bào Chúng bắt màu vàng với iod, sống ở nồng cồnkhá cao (11%) và có khả năng ôxy hóa cồn để tạo thành 6% acid acetic T0

op= 23-300C,

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

 Nấm men