PHẦN 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
2.2. Tổng quan về lên men lactic
2.2.1. Quá trình lên men lactic trong sản xuất sữa chua
Lactose được coi là nguồn năng lượng cần thiết cho vi khuẩn trao đổi chất cũng như nguồn gốc tạo nên hàng loạt các phản ứng tổng hợp các chất. Trong các sản phẩm lên men, người ta nhận thấy có 3 dạng lên men chính: Lên men rượu, lên men lactic, lên men butylic. Lên men lactic là quá trình lên men chủ yếu của các sản phẩm sữa chua.
Dưới tác dụng của enzyme lactase, từ một phân tử lactose tạo thành 1 glucose và 1 galactose. Tiếp đó, dưới tác dụng của galactokinase và chất cho gốc photphat là ATP, glucose bị photphoryl hóa tạo thành glucose-6-photphat. Galactose khơng thể lên men trực tiếp mà trước hết được chuyển hóa thành glucose.
Glucose-6-photphat dưới tác dụng của enzyme đồng phân hóa chuyển thành fructose-6-photphat, rồi từ đó tiếp tục bị photphoryl hóa chuyển thành fructose-1,6-photphat. Phản ứng tạo thành fructose-1,6-photphat là phản ứng rất quan trọng cho quá trình phân giải tiếp theo, làm cho fructose-1,6-photphat trở nên kém bền và dễ dàng tham gia vào quá trình lên men tiếp theo. Rồi trải qua các giai đoạn tiếp theo sau đó để tạo thành acid pyruvic (chu trình glycolisis của Embden - Meyerhof).
Sau đó, acid pyruvic dưới tác dụng của lactasedehydrogenase của vi khuẩn sẽ tạo thành acid lactic. Trong quá trình lên men lactose, nhiều chủng vi khuẩn khơng chỉ sản sinh ra acid lactic mà còn cho ra hàng loạt sản phẩm khác nhau như các acid hữu cơ (acetic, propionic, succinic…), rượu este, CO2… Dựa vào các sản phẩm của quá trình lên men mà người ta chia vi khuẩn thành vi khuẩn lên men lactic đồng hình và vi khuẩn lên men lactic dị hình.
Vk lactic đồng hình
Glucose CH3CHOHCOOH + Q + H2O Vk lactic dị hình
Lên men lactic là quá trình lên men chủ yếu của các sản phẩm sữa lên men. Vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn quan trọng nhất đối với công nghiệp sữa [3, 123].
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Nguồn glucid
Để duy trì sự sống, điều hịa các q trình chuyển hóa trong tế bào vi khuẩn cần sử dụng nguồn glucid có trong mơi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon. Nguồn cung cấp glucid quan trọng là đường lactose. Với kiểu lên men lactic đồng hình vi khuẩn lactic chuyển hóa được khoảng 98% glucid thành acid lactic.
Nguồn nitơ
Các nguồn nitơ có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật nếu khơng có các nguồn này thì khơng thể tổng hợp được các chất phức tạp cấu tạo nên nguyên chất trong tế bào vi sinh vật. Trong đó, có protid, pepton, acid amin là những nguồn mà vi sinh vật đòi hỏi rất cao.
Vitamin
Vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp các vitamin và do mơi trường sữa bên ngồi có đầy đủ các loại vitamin cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn lactic nên không cần bổ sung từ bên ngồi vào.
Muối khống và các ngun tố vi lượng
Nhu cầu này không lớn nên khơng cần bổ sung thêm từ ngồi vào mà chỉ cần sử dụng những chất có sẵn trong mơi trường sữa.
Nhu cầu oxy
Vi khuẩn lactic vừa có khả năng sống được ở mơi trường có oxy cũng như khơng có oxy, theo nghiên cứu cho rằng vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong mơi trường có nồng độ oxy thấp.
Nhiệt độ
Tùy theo từng loại vi khuẩn mà có từng nhiệt độ thích hợp phát triển khác nhau (có 3 loại: Ưa lạnh, ưa ẩm, ưa nóng), nhiệt độ khơng chỉ ảnh hưởng đến cường độ phát triển mà còn ảnh hưởng đến khả năng phát triển của chúng.
Điều chỉnh nhiệt độ thích hợp sẽ rút ngắn thời gian lên men, hạn chế sự nhiễm các vi sinh vật lạ, sản phẩm thu được đạt được kết quả mong muốn.
pH môi trường
pH môi trường ảnh hưởng đến hoạt động phát triển của vi sinh vật, sự có mặt của ion H+ sẽ tác động lên tế bào vi sinh vật theo nhiều cách, trong đó ảnh hưởng lên bề mặt tế bào làm thay đổi sự tích điện trên bề mặt của màng dẫn đến hoạt độ của các loại enzyme bị giảm, ảnh hưởng đến độ phân ly của các chất dinh dưỡng trong môi trường, làm độ phân tán chất keo và độ xốp của thành tế bào không đồng đều nên việc chống lại các tác động bên ngồi sẽ khác nhau làm thay đổi hình dạng tế bào.
Đối với các vi khuẩn lên men lactic đồng hình, pH mơi trường thường không ảnh hưởng đến các sản phẩm đặc trưng của q trình lên men, cịn đối với các vi khuẩn lên men lactic thì khi pH mơi trường cao sản phẩm tạo thành chủ yếu là acid lactic, khi pH thấp thì có thêm acid acetic và các sản phẩm khác.
Người ta nhận thấy rằng, lượng di-acetyl tạo ra nhiều nhất tại pH = 4,6 - 5,2, đây chính là yếu tố làm tăng mùi hương cho sản phẩm.
Tác dụng của chất kháng sinh do các vi khuẩn lactic sinh ra cũng bị ảnh hưởng bởi pH môi trường.
Chất kháng sinh
Các chất kháng sinh ảnh hưởng rất lớn đến vi khuẩn lactic: Penicilin chỉ một lượng nhỏ cũng làm ức chế nhiều loại vi khuẩn lactic, Streptomycin có tính kháng sinh rất mạnh có khả năng tiêu diệt vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm trong quá trình lên men hàm lượng chất kháng sinh tạo ra trong môi trường đủ lớn sẽ làm giảm hiệu suất lên men.
2.2.3. Cơ chế đông tụ sữa chua
Acid lactic đóng vai trị quan trọng đối với sự đơng tụ sữa trong q trình sản xuất sữa chua đặc. Bình thường các micelle casein trong sữa tích điện âm nên chúng đẩy nhau và điều đó làm cho các micelle tồn tại dưới dạng keo.
Acid lactic tạo ra từ quá trình lên men làm giảm pH của sữa. Khi pH của sữa bằng pI của casein (pI = 4,6), các micelle casein bị trung hịa về điện tích và micelle casein sẽ đông tụ thành gel. Khi pH giảm xuống dưới pI, các micelle casein được tái hòa tan. Cơ sở này được ứng dụng trong sản xuất sữa chua khi dừng quá trình lên men của sữa chua đặc ở pH = 4,7, sữa chua uống pH = 4,1.
Caseinate calcium + acid lactic acid celseic + lactate calcium Các calcium phosphate keo sẽ làm hòa tan và tạo ra Ca2+. Các ion này làm cho khối đông tụ bền chặt hơn.
Vi sinh vật chuyển hóa tiếp tục thì casein sẽ bị chuyển hóa thành acid amin và các khí NH3, H2S tạo mùi vị khó chịu cho sản phẩm [3,16].