1.4. Tổng quan về quá trình lên men
1.4.3. Vi sinh vật trong lên men lactic
Có rất nhiều sản phẩm thực phẩm được sản xuất nhờ vi sinh vật, trong đó muối chua rau quả là một trong những quá trình lên men chủ yếu là nhờ vào vi khuẩn.
Vi khuẩn lactic
Được Pasteur tìm ra từ sữa chua, có dạng hình cầu và hình que ngắn, kích thước của chúng phụ thuộc vào mơi trường và điều kiện nuôi cấy. Vi khuẩn lactic thường thấy trong môi trường nhiều dinh dưỡng như sữa, sản phẩm sữa, xác thực vật đang bị phân hủy, cả trong ruột và một vài lớp màng nhày của người và động vật. Có thể gặp chúng trong mơi trường tự nhiên như dưa chua, sữa chua, thức ăn ủ cho gia súc [46].
Vi khuẩn lactic lên men ở điều kiện yếm khí, hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ từ 20 - 35ºC chịu được mặn, chịu được acid nhưng khi lượng acid tạo thành quá nhiều làm vi khuẩn lactic hoạt động yếu đi và bị tiêu diệt. Vì vậy, khi muối chua cần chú ý đến lượng nước cho vào, lượng muối và nhiệt độ của môi trường lên men. Vi khuẩn lactic có bốn nhóm chính: Lactobacillus, Steptococcus, Leuconostoc, Pediococcus.
Trong tự nhiên vi khuẩn lactic tồn tại dưới hai dạng:
Nhóm vi khuẩn lactic đồng hình
Có khả năng phân hủy đường đơn giản, tạo nên acid lactic và một lượng nhỏ acid acetic, aceton, diacetyl.
Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucose chuyển hóa theo chu trình Embden – Mayerhof – Parnas để tạo thành acid pyruvic. Vì vi khuẩn lactic khơng có enzyme cacboxylase nên khơng chuyển acid pyruvic thành aldehyl acetic và CO2 mà khử thành acid lactic.
Phương trình biểu diễn quá trình lên men [47] : C6H12O6 → 2CH3COCOOH + 4H
2CH3COCOOH + 4H → 2CH3CHOHCOOH + Q Một số giống vi khuẩn lactic đồng hình tiêu biểu như:
Giống Streptococcus: Là loại giống không nha bào, dạng liên cầu khuẩn, có khả năng lên men nhiều loại đường. Tiêu biểu như:
Streptococcus lactic lên men tốt các đường glucose, mantose, lactose và làm chua sữa
tự nhiên. Nhiệt độ thích hợp cho chúng phát triển là 10 - 45 ºC.
Streptococcus cremoris lên men glucose và galactose. Phát triển ở nhiệt độ
25 - 38 ºC.
Giống Lactobacillus: Là giống được sử dụng rộng rãi, có dạng hình que thẳng hay hơi cong, có khả năng chịu đựng acid nhiều nhất. Nhiệt độ phát triển thích hợp là 40 - 60 ºC .
Lactobacillus casei có khả năng tích tụ tới 1.5% acid. Nhiệt độ tối thích cho phát triển
là 30 - 35 ºC.
Lactobacillus plantarum tích tụ tới 1.3% acid. Nhiệt độ tối thích cho sinh trưởng là
30 ºC. Giống này được tìm thấy chủ yếu trong rau quả muối chua.
Giống Pediococcus: Là loại vi khuẩn lên men lactic, có hình cầu, Gram dương, khơng sinh bào tử và kỵ khí khơng bắt buộc. Chúng sinh trưởng tốt ở 25 - 40 ºC. Tùy thuộc vào từng lồi chúng có thể lên men các loại đường khác nhau như saccharose, glucose, xylose, ribose tạo thành acid lactic. Trong đó P.pentosaceus và P.acidilactici được sử dụng trong lên men rau quả, thịt, ngũ cốc và một số thực phẩm khác. Chúng cũng tham gia vào sự chín và tạo hương vị cho một số loại phomat. Còn P.halophilus được sử
dụng để lên men các sản phẩm có nồng độ muối cao [48].
Nhóm vi khuẩn lactic dị hình
Tạo ra quá trình lên men phức tạp hơn, ngồi sản phẩm axit lactic cịn tạo ra nhiều sản phẩm phụ đáng kể như axit acetic, etanol, axit succinic, CO2.
Phương trình biểu diển quá trình lên men
C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + HOOC(CH2)2COOH + CH3COOH + C2H5OH + CO2 + H2
Một số lồi vi khuẩn lactic dị hình tiêu biểu như:
Giống Leuconostoc: Các tế bào Gram dương có dạng hình cầu, kỵ khí khơng bắt buộc. Lồi sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 20 - 30 ºC. Glucose được lên men hình thành acid lactic, CO2, ethanol, acid acetic với pH giảm tới 4,5 - 5. Các loài Leuconostoc thường gặp ở thực vật, rau, cỏ ủ chua, sữa và một số sản phẩm sữa, thịt tươi,… Tiêu biểu là
L.mesenteroides và L.lactis được sử dụng trong lên men sữa và rau quả. Bacterium coli arogenes: Có dạng hình que, lên men lactose để tạo thành rƣợu, acid acetic, acid
lactic, khí H2, CO2. Ngồi ra, chúng cịn có khả năng tạo thành khí metan, acid succinic,… Nhiệt độ thích hợp phát triển là 35 ÷ 38 ºC.
Lactobacterium lycopersici: là trực khuẩn gram dương, sinh hơi, có khả năng tạo
thành bào tử. Khi lên men tạo thành rượu, acid lactic, CO2.
Nấm men
Có cấu tạo đơn bào, sinh sản bằng cách nảy chồi và phân cắt. Nhóm này có nhiều trong tự nhiên. Trong thực tế hiện nay giống nấm men thường gặp là Saccharomyces là một trong những loài quan trọng ứng dụng trong sản xuất rượu và lên men. Tuy nhiên cũng có nhiều loại nấm men gây hư hỏng sản phẩm thực phẩm. Các lồi nấm men oxy hóa như: Debaryomyces memdarnaefcien, Saccharomyces rouxii, Pichia ohmeri,
Candida krusei,… có thể sử dụng acid lactic và hạ thấp độ acid của nước muối, tạo
điều kiện cho các vi khuẩn gây hư hỏng khác phát triển.
Nấm mốc
Phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Có cấu trúc hình sợi phân nhánh, chúng mọc trên cơ chất dinh dưỡng. Đặc tính của nấm móc là hơ hấp hiếu khí và mọc ở cơ chất có độ ẩm thấp như quả khơ, bánh mì, đồ da,… Ngồi ra, cịn phát triển ở các loại thực phẩm có mơi trường acid như hoa quả, dưa muối chua, phomat,… Các loại mốc thường gặp trong và sau quá trình lên men lactic là: Aspergillus, Penicillium, Aspergillus cidium
lactic.
1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men cà pháo
Muối
Trong q trình muối chua rau quả, muối giữ vai trị rất quan trọng không những quyết định q trình lên men tốt hay xấu mà cịn ảnh hưởng đến hương vị của dưa chua. Muối có nhiều tác dụng:
Gây ra hiện tượng co nguyên sinh ở tế bào rau, làm cho nước, đường và một số chất dinh dưỡng ở trong rau quả tiết ra, tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật lactic phát triển, giúp sản phẩm đạt được chất lượng cao.
Giúp bảo quản sản phẩm do nó hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật gây thối. Khi nồng độ muối trong dung dịch cao sẽ làm ngừng sự phát triển của vi sinh vật kể cả vi khuẩn gây chua lactic. Vì vậy khi muối chua phải đảm bảo sao cho vi khuẩn gây chua lactic phát triển đồng thời hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng, do đó nồng độ muối khơng được cao lắm.
Ở nồng độ muối 2% có ảnh hưởng đến vi khuẩn Butyric và nhóm Coli. Ở nồng độ muối lên đến 5-6% thì hồn tồn ức chế vi khuẩn Butyric và trực khuẩn đường ruột nhưng làm giảm vi khuẩn lactic.
Tạo hương vị cho sản phẩm.
Đường
Tính chất quan trọng của đường là áp suất thẩm thấu cao, có vị ngọt, khơng có màu mùi, có giá trị dinh dưỡng đối với sự phát triển của vi sinh vật.
Quá trình lên men diễn ra là nhờ lượng đường trong dung dịch. Nó là nguồn quan trọng để vi khuẩn sử dụng tạo ra nhiều acid lactic. Trường hợp lượng đường trong ngun liệu khơng đủ thì độ muối chua sẽ khơng đảm bảo làm cho chất lƣợng sản phẩm kém đi. Lượng đường lên men lactic tốt nhất là 1.5 - 3%.
Độ acid và điều kiện lên men
Mỗi loại vi sinh vật lên men đều thích ứng ở một độ acid khác nhau. Đối với vi khuẩn lactic, khi lên men tạo ra acid lactic làm pH giảm xuống khoảng 3 - 4 nếu tích tụ quá nhiều từ 1 - 2% acid lactic trong sản phẩm thì làm ngừng hoạt động của vi khuẩn lactic và q trình lên men lactic ngừng lại nhưng khơng kìm hãm được sự phát triển của nấm mốc. Nồng độ acid lactic phụ thuộc vào lượng đường ban đầu, nồng độ muối của dung dịch và điều kiện tiến hành lên men. Giá trị pH thích hợp cho hoạt động của một số loại sinh vật được thể hiện ở bảng 1.4 [49].
Bảng 1.4: Giá trị pH phù hợp cho từng loại vi sinh vật
Loại vi sinh vật pH
Nấm mốc 1.2 - 2.5
Nấm men 2.5 - 3.0
Vi khuẩn gây chua 3.0 - 4.5
Vi khuẩn gây thối 4.5 - 5.0
Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn lactic lên men là 25ºC. Ở 30 - 40oC nó vẫn phát triển nhưng với nhiệt độ này có tác dụng kích thích sự phát triển của vi khuẩn Butyric. Đa số các vi khuẩn lactic bị chết ở 45ºC, riêng loài Lactobacillus delbrueckii phát triển tốt ở nhiệt độ 55ºC.
Oxy
Đa số các loài vi khuẩn lactic đều lên men tốt trong điều kiện yếm khí, tuy nhiên chúng có thể dùng một ít oxy nếu trong mơi trường giàu oxy sẽ tạo điều kiện cho một số loại vi khuẩn, nấm men và nấm mốc phát triển. Do đó, làm giảm chất lượng và rút ngắn thời gian bảo quản sản phẩm. Vì thế, để vi khuẩn lactic hoạt động tốt và ít lên
men tạp cần phải hạn chế sự có mặt của oxy bằng cách đậy kỹ và nén chặt khi muối cũng rất quan trọng.
1.4.5. Những hư hỏng xảy ra trong quá trình lên men
Sản phẩm thực phẩm khi được tồn trữ ở điều kiện bình thƣờng thì chất lượng của chúng sẽ giảm dần và dẫn đến hư hỏng hồn tồn. Có 2 ngun nhân cơ bản dẫn đến giảm chất lượng và hư hỏng sản phẩm thực phẩm: đó là do hoạt động sinh lý, sinh hóa của nguyên liệu sống và do hoạt động của vi sinh vật.
Rất nhiều trường hợp, cho dù nguyên liệu đã đƣợc hạn chế q trình sinh lý, sinh hóa của nguyên liệu sống đến mức tốt nhất, nhưng khi vi sinh vật có điều kiện hoạt động tốt thì chúng sẽ gây bệnh dẫn đến hư hỏng. Đối với rau muối chua, ngoài những hƣ hỏng do nguyên liệu bị va chạm cơ học, tác động của nhiệt, nhiễm vi sinh thì trong quá trình lên men cũng xảy ra hiện tượng như:
Bề mặt nước có màng: Do một số nấm men và nấm mốc như Aspergillus, Torula,
Oidium lactis, Penicilium chúng tạo ra các màng trên mặt nước và chứa nhiều vi sinh
vật gây hại.
Rau quả muối chua bị sẫm màu là do: Trong q trình muối chua ngun liệu khơng ngập nước toàn phần, bề mặt rau quả tiếp xúc với khơng khí nên chúng dễ dàng bị oxy hóa,... Đặc biệt, cà pháo rất dễ bị hóa nâu gây giảm chất lượng của sản phẩm.
Sản phẩm xuất hiện hương vị lạ: không đủ ngập nước, nồng độ muối phân bố không đồng đều sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây thối phát triển, ức chế vi khuẩn lên men lactic vì thế chúng gây ra mùi thối làm hỏng sản phẩm. Hoạt động của một số nấm men và nấm mốc gây hại như: Mycoderma, Debaromyces, Hansenua, Pychya cùng một số vi sinh vật khác làm tăng pH sản phẩm gây ra mùi lạ. Ngoài ra, chế độ lên men không tốt và thực hiện kém vệ sinh cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình muối chua rau quả.
Hiện tượng mềm của rau quả muối chua: Do trong quá trình muối chua enzyme pectinesterase phân giải protopectin của rau quả thành pectin hịa tan. Do đó, trong q trình muối chua cần phải quan tâm đến vấn đề an toàn vệ sinh và thực hiện đúng cách thức lên men để tránh các hư hỏng làm giảm chất lượng sản phẩm cũng như tổn thất về mặt kinh tế.