Vi khuẩn lactic (Lactic acid bacteria) là vi khuẩn gram dương, không sinh bào tử, âm tính với catalase, không có cytochrome, axit lactic là sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men carbohydrate (Seppo Salminen và cộng sự, 2004).
Vi khuẩn lactic tạo hương vị đặc trưng cho phô mai, là kết quả của quá trình lên men carbohydrate, ưu tiên lactose là nguồn carbon chính, chuyển hóa lactose thành axit lactic, sản phẩm cuối cùng ngoài axit lactic còn có thêm một sản phẩm phụ như axit acetic, CO2, ethanol…(Bylund, 1995). Một số quá trình trao đổi chất của vi khuẩn lactic có các chức năng đặc biệt tác động đến hương vị của các sản phẩm từ sữa, các chức năng chính như là lên men lactose, giảm thế oxi hóa khử, phân hủy casein… (Edmund R.S. Kunji và cộng sự, 1996).
Nhiều quá trình lên men các sản phẩm thực phẩm được thực hiện bằng cách sử dụng nuôi cấy hỗn hợp vi khuẩn lactic, sự tương tác giữa chúng có tầm quan trọng đối với việc thực hiện các quá trình lên men. Lên men kết hợp giữa chủng vi khuẩn Streptococcus thermophilus và Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (Lactobacillus bulgaricus) là một trong những sự lên men hoàn hảo, hỗn hợp của những loài này được cho là kích thích sự tăng trưởng của nhau bằng cách trao đổi chất chuyển hóa axit folic và CO2 (Sander Sieuwerts và cộng sự, 2010). Trong nghiên cứu này chúng tôi xin sử dụng hai loại chủng trên, loại bổ sung trực tiếp vào dung dịch sữa để lên men.
Streptococcus thermophilus
Streptococcus thermophilus là vi khuẩn ưa nhiệt, gram dương, âm tính với catalase, không phát triển ở nhiệt độ dưới 10oC, phát triển tốt ở 45oC, hầu hết chủng này tồn tại ở 60oC trong vòng 30 phút, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 37oC và pH tối ưu là 6,5 (De
Ramesh và cộng sự 2006). Tế bào có dạng hình cầu hoặc hình trứng, có đường kính từ 0,7 – 0,9 µm, rất nhạy cảm với các chất kháng sinh như là penicilin (0,005 IU/ml). Vi khuẩn này thường được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất sữa chua và phô mai (Nauth, 2004).
Trong quá trình lên men sữa, nhu cầu sử dụng nguồn nitơ ban đầu của Str. thermophilus sẽ được cung cấp bởi các axit amin có trong sữa, khi quá trình lên men diễn ra, các peptide do L. bulgaricus tạo ra bị thủy phân bởi các peptidase của Str. thermophillus và tạo ra các axit amin tự do đáp ứng cho nhu cầu dinh dưỡng của nó. Str. thermophills lên men glucose, fructose, mannose, sucrose và lactose (De Ramesh và cộng sự, 2006). Lactose được vận chuyển qua màng tế bào với sự trợ giúp của enzyme galactoside permease nằm trong màng, lactose trong tế bào sau đó bị thủy phân bởi enzyme lactase hoặc β- galactosidase, Str.thermophillus còn tạo thành lactase, xúc tác cho quá trình thủy phân đường sữa thành glucose và galactose. Glucose được chuyển thành pyruvate và chuyển hóa thành axit lactic nhờ vào enzyme lactic dehydrogenase (De Ramesh và cộng sự 2006).
Do hoạt tính axit hóa cao Str.thermophilus thường được sử dụng kết hợp với các vi khuẩn lactic khác để tăng tốc độ lên men (Rginia S. o'leary và cộng sự, 1976). Hầu hết các
Str. thermophilus phát triển tốt hơn trong sữa so với lactococci và tạo ra axit mạnh hơn, những chủng này sử dụng đường glucose có trong sữa. Sinh tổng hợp các axit amin (Leucinem isoleucine và valine) như một con đường thiết yếu để tăng trưởng tối ưu trong sữa. Con đường này được cho là có vai trò trong việc duy trì độ pH bên trong của sinh vật bằng cách chuyển đổi acetolactate thành các axit amin (Nauth, 2004).
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
L. bulgaricus là vi khuẩn gram dương, âm tính với catalase, kỵ khí, không có khả năng di chuyển, tạo ra một lượng lớn axit lactic và hydro peroxide (H2O2). Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của L. bulgaricus là 45oC nhưng trong lên men sữa nhiệt độ là 42-43oC. L. bulgaricus có mức độ hoạt động của enzyme protase cao và đạt đến tối đa ở pha sinh trưởng. L. bulgaricus sản xuất ra lactase để thủy phân lactose thành glucose và galactose. Glucose được chuyển hóa thành axit lactic, trong khi galactose tích lũy trong môi trường tăng trưởng, L. bulgaricus chịu được pH thấp tốt hơn nhiều so với Str. Thermophillus. Khác với Str. thermophillus, L. bulgaricus có thể thủy phân casein thành peptide, sử dụng
proteinase gắn trên thành tế bào của nó. Nhưng để chuyển đổi các peptide thu được thành các axit amin tự do, L. bulgaricus phải kết hợp với Str. Thermophillus, có peptidase hoạt động (De Ramesh và cộng sự 2006).
Sự kết hợp giữa hai chủng Str. thermophilus và L. bulgaricus tạo ra CO2, formate, peptide và nhiều axit amin được giải phóng khỏi casein, người ta xác định rằng nhiều axit amin được giải phóng khỏi casein nhờ các protase của L. bulgaricus kích thích tăng trưởng cho Str. thermophillus, đổi lại Str. thermophillus tạo ra CO2 và formate kích thích cho L. bulgaricus. Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ, phát triển nhanh hơn và loại bỏ oxy dư thừa tạo ra các chất kích thích. Đối với việc sử dụng kết hợp các loại giống này thì thời gian, nhiệt độ ủ phải được kiểm soát và sau quá trình ủ phải được làm mát kịp thời (Nauth, 2004).