Vi khuẩn lactic (Lactic acid bacteria, LAB) được sử dụng trên toàn thế giới trong các quá trình lên men thức ăn công nghiệp. Đóng góp chủ yếu của chúng bao gồm sự hình thành acid lactic từ nguồn cacbon có sẵn (Kleerebezem và Hugenholtz, 2003) nhưng LAB cũng được biết đến với quy trình sản xuất các chất chuyển hóa khác, bao gồm cả chất hoạt động bề mặt (như glycolipids, lipopeptide, polysacarit, lipoprotein) (Moldes và cộng sự, 2000) và bacteriocin (Yang và Ray, 1994).
Vi khuẩn lactic là những vi khuẩn Gram dương, không chuyển động và không sinh bào tử, âm tính với catalase, nitrate – reductase và cytochrome oxidase, không hóa lỏng gelatin hoặc sinh indol (TCVN 9633:2013). LAB là vi khuẩn kị khí tùy ý, có khả năng lên men đường để tạo acid lactic, khả năng chịu đựng cao với môi trường acid. Một số LAB có hoạt tính protease giúp thủy phân protein của sữa thành peptit và acid amin. Đặc biệt một số chủng lactic có khả năng ức chế vi sinh vật gây bệnh (Lahtinen và cộng sự, 2011). Hầu hết, chúng bị tiêu diệt khi gia nhiệt lên đến 70oC, một số loài có thể chịu được nhiệt độ 80oC.
LAB ưu tiên sử dụng lactose như là nguồn carbon. Chúng lên men lactose thành acid lactic. Quá trình lên men có thể thuần khiết hoặc không, sản phẩm cuối cùng có thể duy nhất là acid lactic (lên men đồng hình) hoặc có chứa các hợp chất khác như acid acetic, CO2, ethanol (lên men dị hình) (Bylund, 1995).
14
Một số chủng vi khuẩn lên men lactic thường sử dụng trong quá trình đông tụ sữa như Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium,... Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng chủng
Streptococcus thermophilus và Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, loại dùng bổ sung trực tiếp vào dung dịch sữađể lên men.
Streptococcus thermophilus
Streptococcus thermophilus (Str. thermophilus) được coi là loài vi khuẩn acid lactic quan trọng thứ hai sau Lactococcus lactis trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm sữa lên men (De Vuyst và Tsakalidou, 2008; Hols và cộng sự, 2005).
Str. thermophilus là vi khuẩn Gram dương, kị khí, không có khả năng di chuyển, tế bào có dạng hình cầu hoặc hình trứng với đường kính 0,7 – 0,9 μm. Str. thermophilus có thể chịu được nhiệt độ 60oC trong 30 phút và không thể sinh trưởng tại 10oC. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của Str. thermophilus là 37oC và pH 6,5. Tuy nhiên khi cộng sinh với
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus trong lên men sữa chua ở 43oC, Str. thermophilus sinh trưởng khá tốt (Nauth, 2004).
Str. thermophilus có tầm quan trọng lớn đối với ngành công nghiệp thực phẩm vì nó được sử dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm từ sữa. Bên cạnh việc sử dụng truyền thống kết hợp với L. bulgaricus trong sữa chua, Str. thermophilus còn được sử dụng để sản xuất một số loại phô mai, như phô mai Thụy Sĩ, Brick cheese, Parmesan, Provolone, Mozzarella, and Asiago (Parente và Cogan, 2004). Gần đây, nó cũng đã được sử dụng để sản xuất phô mai Cheddar (Awad và cộng sự, 2005).
Str. thermophilus có thể lên men glucose, fructose, mannose, sucrose và lactose. Lactose được vận chuyển qua màng tế bào nhờ vào enzyme galactoside permease nằm trong màng, sau đó bị thủy phân bởi enzyme lactase hoặc β-galactosidase thành glucose và galactose. Glucose sẽ được chuyển hóa thành pyruvate. Pyruvate tiếp tục chuyển hóa thành acid lactic nhờ vào enzyme lactic dehydrogenase (De Ramesh và cộng sự, 2006).
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (L. bulgaricus) là vi khuẩn Gram dương, dạng sợi, không di chuyển và không hình thành bào tử, hoạt động mạnh tại pH acid 4,6 - 5,4. Vi khuẩn này đòi hỏi yêu cầu dinh dưỡng phức tạp (De Ramesh và cộng sự, 2006).
15
L. bulgaricus sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ 45oC, nhưng trong quá trình sản xuất các sản phẩm từ sữa chúng thường được sử dụng kết hợp với Str. thermophilus nên quá trình lên men thường diễn ra ở nhiệt độ 42 - 43oC, để phù hợp với nhiệt độ sinh trưởng của Str. thermophilus (De Ramesh và cộng sự 2006).
Tương tự như Str. thermophilus, L. bulgaricus cũng có khả năng tạo ra enzyme lactase để thủy phân lactose thành glucose và galactose. Glucose chuyển hóa thành acid lactic.
L. bulgaricus sử dụng lactose, glucose, fructose và một ít galactose để tạo ra D(-) acid lactic. L. bulgaricus có thể chịu được pH thấp hơn Str. thermophilus. Khác với Str. thermophilus, L. bulgaricus có thể thủy phân casein (β-casein) thành peptides, tuy nhiên để phân giải peptides thành amino acids tự do, phải nhờ vào peptidase của Str. thermophilus. Bởi vậy, trong sản phẩm sữa lên men như sữa chua hay phô mai, người ta thường sử dụng kết hợp cả Str. thermophilus và L. bulgaricus, điều kiện nhiệt độ tối ưu là 43oC (De Ramesh và cộng sự 2006).