Nhóm vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lên men lactic có trong nhiều môi trường tự nhiên đã được Pasteur tìm ra từ sữa bị chua. Vi khuẩn lactic gồm những loài có cơ thể hình cầu, hình que ngắn. Thuộc loài gram dương, phần lớn không có khả năng chuyển động, không sinh bào
tử, yếm khí.
- Dạng hình cầu (cocci): dạng hình cầu nhỏ, đường kính 0,5 – 1,5µm. Sự phân chia bằng cách nhân đôi.
- Dạng hình que (bacille): dạng hình que nhỏ, đường kính 0,3 – 2µm, dài 1,5 – 10µm. Chiều dài có thể thay đổi.
Các loài vi khuẩn lactic có khả năng rất khác nhau khi tạo thành acid lactic trong môi trường. Đa số các trực khuẩn đồng hình tạo acid cao hơn (khoảng 2 – 3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%). Các trực khuẩn này có thể phát triển ở pH = 3,8 – 4 (cầu khuẩn không thể phát triển được trong môi trường này). Nhiệt độ sinh trưởng tối thích của loài vi khuẩn lactic ưa ấm là khoảng 25 – 350C, ưa nhiệt khoảng 40 – 550C và ưa lạnh thì thấp hơn 50C. Khi gia nhiệt khoảng 60 – 800C, thì hầu hết vi khuẩn lactic bị chết sau 10 – 30phút.
Vi khuẩn lactic có 4 nhóm chính:
Streptococcus Leuconostoc Pediococcus
Giống Lactobacillus
Lactobacillus là vi khuẩn Gram dương, không tạo bào tử (Walter P.Hammes và Christian Hertel, 2006). Giống Lactobacillus (Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilum) là giống được sử dụng rộng rãi, là loài có khả năng chịu
đựng acid nhiều nhất. Fleming cùng cộng sự (1982) đã kết luận rằng, sự gốp phần
quan trọng nhất của vi khuẩn L. plantarum trong việc tạo mùi vị của sản phẩm lên
men, là sự sinh ra hàm lượng acid làm giảm pH, để bảo quản và ngăn cản những vi sinh vật không mong muốn có thể sinh ra mùi vị xấu cho sản phẩm. Chúng có dạng hình que thẳng hoặc cong. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển: loại ưa ấm: 28 – 350C, loại ưa nóng: 40 – 600C. Lactobacillus lên men lactic ở cả hai dạng: lên men
đồng thể và lên men dị thể.
Giống Streptococcus
Giống Streptococcus (Streptococcus lactis, Streptococcus thermophilus) là loài vi
khuẩn không nha bào, dạng liên cầu khuẩn, có khả năng lên men nhiều loại đường như: glucose, lactose, mantose..., nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của chúng là 300C.
Giống Leuconostoc
Giống Leuconostoc có dạng hình cầu, nhưng trong môi trường acid tế bào dài ra và nhọn ở 2 đầu. Trong số đó loài Leuconostoc mesenteroides cùng với một số vi khuẩn lactic đồng hình khác như Lactobacillus plantarum, tham gia nhiều vào việc
chế biến rau muối chua.
Giống Pediococcus
Pediococcus cũng là loại vi khuẩn lên men lactic, Gram dương, không sản sinh
enzyme catalase và oxidase. Chúng có thể phát triển trong điều kiện nuôi cấy không sản xinh CO2 từ glucose (Wilhelm H. Holzapfel et al, 2006).
Hình 2.6: Giống Lactobacillus Hình 2.7: Giống Streptococcus
(Nguồn: www.en.wikipedia.org/wiki) (Nguồn: www.en.wikipedia.org/wiki)
Hình 2.8: Giống Leuconostoc Hình 2.9: Giống Pediococcus
(Nguồn: www.en.wikipedia.org/wiki) (Nguồn: www.en.wikipedia.org/wiki)
Vi khuẩn lactic được chia làm 2 nhóm lên men: nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình và nhóm vi khuẩn lên men lactic dị hình.
Nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình
Lên men đường, cho sản phẩm chủ yếu là acid lactic (90 – 98%). Gồm một số loại
vi khuẩn sau: Streptococcus lactics, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilum, Pediococcus cereviceae, Bacterium cucumeris fermentati, Bacterium brassiceae fermentati.
Có khả năng phân hủy đường theo con đường đơn giản và tạo nên sản phẩm chủ yếu là acid lactic, đây là quá trình lên men lactic điển hình và được tóm tắt như sau:
C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 22,5 kcal
Do hệ enzyme trong những vi khuẩn khác nhau nên cơ chế hóa học của quá trình lên men lactic ở các giống vi khuẩn thường không giống nhau. Ở vi khuẩn lactic điển hình, sự chuyển hóa đường thành acid lactic đi theo con đường lên men rượu đến giai đoạn tạo thành acid pyruvic, acid này được khử bằng 2 nguyên tử hydro nhờ vào enzyme Lacticodehydrogenase để trở thành acid lactic.
CH3COCOOH + 2H CH3CHOHCOOH
(acid pyruvic) (acid lactic)
Nhóm vi khuẩn lên men lactic dị hình
Nhóm vi khuẩn lactic không điển hình tạo ra quá trình lên men phức tạp hơn, gọi là lên men lactic không điển hình, hay là lên men lactic dị thể. Chúng tạo nên trong môi trường ngoài acid lactic còn nhiều sản phẩm phụ như: acid acetic, rượu ethylic, CO2, H2, dextran,...
Vi khuẩn lên men lactic dị hình cần thiết trong lên men nem chua vì chúng sinh ra các acid dễ bay hơi và các hợp chất thơm (ester, diacetyl, acetaldehyde...) tạo mùi vị ưa thích cho sản phẩm, chúng xuất hiện sớm trong quá trình lên men.
2C6H12O6 CH3CHOHCOOH + COOHCH2CH2COOH + CH3CH2OH (đường) (acid lactic) (acid succinic) (ethylic)
+ CO2 + H2 + Q
Số lượng các sản phẩm phụ hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật và vào môi trường dinh dưỡng. Thông thường nhóm vi khuẩn lên men dị hình cho ra 40% acid lactic, acid succinic gần 20%, acid acetic khoảng 10%, rượu ethylic khoảng 10% và các loại khí gần 20%.
Lên men lactic cần cả sự lên men đồng thời của vi khuẩn lactic đồng hình và dị hình. Vì quá trình lên men dị hình ngoài việc tạo thành acid lactic còn tạo ra các sản phẩm phụ như acid và rượu hợp thành ester có mùi thơm làm cho sản phẩm có hương vị đặc trưng.
Vi khuẩn butyric
Là loài vi khuẩn yếm khí, vi khuẩn này xâm nhập vào sản phẩm, biến đường và acid lactic thành các acid bay hơi và acid butyric, H2, CO2, H2O dưới tác dụng của vi khuẩn butyric.
Clostridium pasteurianum Clostridium butyricum
Nhiệt độ tối ưu của nhóm vi khuẩn này thường từ 30 – 400C. Khả năng dinh dưỡng nitơ của vi khuẩn này rất rộng, chúng có khả năng sử dụng protein, peptone, muối amon, muối nitrat, một số còn sử dụng cả nitơ phân tử. Acid butyric làm cho sản phẩm có mùi ôi thối, khó chịu. Vi khuẩn này tạo bào tử có khả năng chịu nhiệt cao. Vi khuẩn gây thối
Nhóm vi khuẩn này có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ tạo ra hợp chất H2S, indol, NH3 gây mùi thối cho sản phẩm. Các vi khuẩn này có khả năng sinh bào tử, chịu nhiệt độ cao, gây hại cho sản phẩm trong quá trình bảo quản.
Loại hiếu khí: Mesentericus, Bacillus subtilis
Loại yếm khí: Bacillus putrificus, Bacillus botulinum
Nấm men
Nấm men là tên chung để chỉ nhóm nấm có cấu tạo đơn bào và thường sinh sản theo lối nẩy chồi. Nấm men phân bố rộng rãi trong tự nhiên (đất, nước, rau quả). Nấm men có thể hoạt động trong hầu hết quá trình lên men rau cải. Nấm men thường hoạt động ở giai đoạn lên men chính của quá trình, cho đến khi lượng carbohydrat không còn nữa.
Lodder (1970) đã phân loại một số loài nấm men chủ yếu: Saccharomyces rosei, Saccharomyces delbrueckii, Torulopsis versatilis, Torulopsis caroliniana, Torulopsis holmii,...
Nấm men oxy hóa có thể sử dụng acid lactic và hạ thấp acid của nước muối tạo điều kiện cho các vi khuẩn gây hư hỏng phát triển. Acid sorbic được sử dụng để làm giảm sự phát triển của nấm men oxy hóa.
Nấm mốc
Nấm mốc phân bố rộng rãi trong tự nhiên, có cấu trúc hình sợi phân nhánh, phát triển rất nhanh tạo thành màng sợi chằng chịt gọi là hệ sợi nấm. Nấm mốc là nhóm tạo khuẩn ty ở dạng bột màu xanh, màu vàng, trắng, đen,...Nấm mốc là loại vi sinh vật hiếu khí. Nhiều loại nấm mốc có lợi được sử dụng trong công nghiệp sản xuất các chế phẩm enzyme tổng hợp acid hữu cơ... Nhưng bên cạnh đó, một số loại gây hại như làm mốc thực phẩm, có thể gây bệnh cho người. Trong và sau quá trình lên