1.3.2.1. Vai trò của acid lactic do vi khuẩn lactic tạo ra và acid vô cơ / hữu cơ bổ
sung trong quá trình lên men
Trong quá trình lên men lactic ở thời gian đầu tiên có bổ sung acid vô cơ nhằm mục đích hạ thấp pH ban đầu để khống chế quá trình gây thối do vi sinh vật gây thối,
bảo quản nguyên liệu đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho chủng vi khuẩn lactic được bổ sung vào thực hiện quá trình lên men hiệu quả, đồng thời enzyme nội tại hoạt động.
Thông thường người ta sử dụng acid formic với hàm lượng 3% (w/v) làm tác nhân để hạ pH xuống 4, acid formic chứa một số thành phần có tác dụng khử trùng, ức chế vi khuẩn và bảo quản phế liệu [8].
Việc sử dụng các acid hữu cơ như acid formic để bảo quản phế liệu từ nguyên liệu tươi đã được dùng trong thực phẩm bắt đầu từ sau chiến tranh thế giới thứ II. Với những lợi ích của acid formic như không tạo ra thành phần acid thừa trong dịch ủ nên không cần phải trung hòa bằng một bazơ trước khi sử dụng sản phẩm thu được. Nhìn chung giá thành của acid hữu cơ này tương đối cao nên người ta đã kết hợp thêm các thành phần acid vô cơ khác để có thể giảm bớt giá thành sử dụng [69]. Vì vậy, khi ủ phế liệu tôm, có thể sử dụng hỗn hợp acid hữu cơ và vô cơ như là acid formic, acid chlohydric, và/hoặc acid sunfuric, acid propyonic và hydrochloric và/hoặc acid sunfuric với các nồng độ khác nhau [8].
Sự hiện diện của acid hữu cơ do chủng vi khuẩn lactic tạo ra và acid vô cơ bổ sung vào trong quá trình lên men lactic sẽ làm giảm pH của môi trường, ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, và do đó kéo dài thời gian bảo quản cho nguyên liệu. Việc hạ pH môi trường ủ bằng acid vô cơ và lên men bằng chủng vi khuẩn lactic trong quá trình ủ có những tác dụng sau:
+ Khi hạ pH bằng acid vô cơ ở giai đoạn đầu tiên trong quá trình lên men có tác dụng thủy phân đường thành những đường đơn nhằm cung cấp nguồn cacbon dồi dào cho sự phát triển của vi khuẩn lactic. Đồng thời ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, tạo môi trường thích hợp cho vi khuẩn lactic phát triển.
+ Tác dụng thủy phân protein trong phế liệu tôm do hoạt động của enzyme protease trong bản thân nguyên liệu, hạ pH thúc đẩy lên mem lactic nhờ quá trình ủ có bổ sung rỉ đường.
+ Ức chế hoạt động, sự phát triển của vi sinh vật gây thối, nấm mốc, bảo quản cho vỏ tôm không bị hư hỏng, đảm bảo chất lượng chitin sau này.
+ Với acid hữu cơ do vi khuẩn lactic tạo ra có tác dụng kháng khuẩn, decalxi hóa, tách khoáng ra khỏi vỏ tôm tạo điều kiện thuận lợi khi sản xuất chitin.
+ Mặt khác còn tạo thành dịch chứa protein, astaxanthin lỏng có giá trị về mặt dinh dưỡng khi thu hồi tận dụng làm thức ăn cho gia súc động vật nuôi, có tác dụng ngăn chặn sự oxy hóa astaxanthin, ổn định hàm lượng này để có thể tận thu dịch.
Như vậy, có thể sử dụng phương pháp lên men lactic cho nguyên liệu đầu tôm nhằm tách protein, astaxanthin và khoáng trước khi sử dụng sản xuất chitin. Dịch lên men thu được sẽ chứa các sản phẩm được tách từ phế liệu tôm như khoáng, protein và astaxanthin có hàm lượng cao trong dịch ủ [84]. Bên cạnh đó là việc lợi dụng bản thân enzyme protease trong phế liệu tôm để thủy phân protein; kết hợp với một lượng acid lactic sinh ra trong quá trình lên men và ủ trong một thời gian nhất định thì sẽ có bã tôm với hàm lượng khoáng, protein, sắc tố,… tách ra đáng kể do đó quá trình sản xuất chitin tiếp theo sẽ ít tốn kém hóa chất hơn, thời gian sản xuất ngắn.
1.3.2.2. Vai trò của enzyme có trong phế liệu tôm
Trong quá trình lên men phế liệu tôm thì các enzym trong đầu, vỏ tôm đóng
vai trò quan trọng của quá trình phân giải protein. Cơ chế phân giải protein cũng giống như sử dụng xút để khử protein. Tuy nhiên, việc sử dụng enzyme đem đến nhiều mặt tích cực hơn như nâng cao chất lượng chitin, chitosan, hàm lượng protein-astaxanthin [21], [32]. Trong phế liệu tôm có chứa một số loại enzyme, theo tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy sản (số 05/1993) thì hoạt độ enzyme của protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Trong đầu tôm có chứa enzyme tiêu hóa chymotrypsin và một vài loại enzyme khác có mặt trong phế liệu tôm như alkaline phosphatase, ß-N-acetyl glucosaminse, chitinase.
1.3.2.3. Quá trình ủ lên men lactic
Quá trình tạo ra các acid, chủ yếu là acid lactic là tác nhân chủ yếu trong việc sử dụng lên men lactic. Các chủng lactic có mặt trong sản phẩm sẽ làm thay đổi các tính chất cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Các sản phẩm sinh ra trong quá trình lên men sẽ ức chế sự hoạt động của đa số các vi sinh vật gây thối khác, do đó làm tăng tính an toàn và kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm. Các loài vi khuẩn lactic bao
gồm: Lactococcus, Leuconostoc, Bifidobacterium, Carnobacterium, Enterococcus,
Lên men lactic được thực hiện trong điều kiện có mặt của hệ vi khuẩn lactic và nguồn cơ chất là cacbonhydrate như: Saccharose, glucose, fructose, tinh bột ngô, tinh bột sắn…kết quả là trong điều kiện thích hợp cho sự hoạt động của vi khuẩn lactic sẽ tạo ra acid lactic và một số loại protease [80]. Acid lactic sẽ làm hạ pH và ức chế sự hoạt động của các vi sinh vật gây thối rữa. Thành phần canxicacbonat trong vỏ tôm sẽ
tác dụng với acid lactic để tạo ra lactatcanxi ở dạng không hoà tan. Phản ứng này gần tương tự như quá trình khử khoáng bởi HCl trong phương pháp hoá học. Sơ đồ của phản ứng như sau:
Đồng thời trong quá trình lên men này protein cũng bị hoá lỏng do hệ enzyme có sẵn trong nguyên liệu và do vi khuẩn lactic sinh ra [39].
Trong quá trình lên men lactic ở giai đoạn đầu vi khuẩn lactic và vi khuẩn khác đều hoạt động, số lượng vi khuẩn lactic chiếm đa số khi được bổ sung từ nguồn ngoài vào, nhờ số lượng vượt trội này mà vi khuẩn lactic sẽ hấp thu cơ chất để hạ pH của môi trường. Vì vậy, trong giai đoạn này cần tạo điều kiện tốt cho vi khuẩn lactic phát triển. Vi khuẩn lactic hô hấp yếm khí tuyệt đối nên tạo ra môi trường không có oxy [28]. Trong công nghệ lên men lactic người ta thường nghiền nguyên liệu nhỏ để tăng bề mặt tiếp xúc, hạn chế oxy. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lactic là: Nguồn dinh dưỡng cacbon, nitơ, vitamin, các hợp chất vô cơ, oxy, nhiệt độ, pH môi trường.
Sau khi lên men lactic một thời gian thì chính môi trường pH thấp sẽ ức chế hoạt động của vi khuẩn lactic, vi khuẩn lactic sẽ bị dừng hoạt động ở pH môi trường nhỏ hơn 3. Do vậy việc kiểm soát quá trình lên men lactic là vô cùng quan trọng. Trong thực tế, người ta có thể khắc phục hiện tượng này bằng cách tăng pH môi trường để tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic tiếp tục hoạt động sinh tổng hợp enzyme.