1.4.1. Hiểu biết chung về vi khuẩn Lactic.
Vi khuẩn lactic được ứng dụng rất nhiều trong việc chế biến các loại thức ăn chua như sữa chua, muối chua rau quả, thịt chua, nem chua…
Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ lactobacter teriaceac. Mặc dù các vi khuẩn này không đồng nhất về mặt hình thái nhưng về sinh lý chúng tương
đối đồng nhất. Tất cả đều có đặc điểm chung là vi khuẩn gram dương, không tạo bào tử. Trừ Sporolactobacilus inunilus, hầu hết không có khả năng chuyển động.
Chúng thu nhận năng lượng nhờ phân giải các hợp chất cacbonhydrat và bài tiết acid lactic ra môi trường. Vi khuẩn lactic là nhóm lên men bắt buộc không chứa các xitocrom và enzyme catalaza. Tuy nhiên, chúng có thể sinh trưởng và phát triển khi có mặt của oxy không khí. Mặc dù chúng thuộc nhóm kỵ khí nhưng cũng thuộc nhóm hiếu khí. Nhu cầu về chất dinh dưỡng của vi khuẩn lactic rất phức tạp, không có một loài nào có thể phát triển thuần khiết trên môi trường chứa glucoza và ion NH+4. Đa số chúng cần hàng loạt các vitamin và acid amin. Vì thế người ta thường nuôi cấy chúng trên các môi trường phức tạp chứa một lượng cao nấm men, dịch cà chua hoặc thậm chí cả máu. Nhìn chung các vi khuẩn lactic là nhóm khó nuôi, dễ giảm hoạt lực.
1.4.2. Bản chất của quá trình lên men.
Lên men là một quá trình oxy hóa khử xảy ra trong cơ thể sinh vật nhằm cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào vi sinh vật, bởi lẽ cơ thể sống luôn cần năng lượng mà năng lượng đó tàng trữ dưới dạng ATP.
Các phản ứng hóa sinh trong quá trình lên men là phản ứng tách và vận chuyển hydro ở dạng (H+ +e) dưới tác dụng của enzyme dehydrogenaza. Trong quá trình đó hydro được tách ra khỏi cơ chất chuyển đến tiếp nhận cuối cùng là chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ đó được khử tạo thành sản phẩm lên men rồi tích tụ lại trong môi trường dinh dưỡng. Tùy theo sản phẩm tích lũy nào chiếm ưu thế mà ta có lên men lactic, lên men rượu...
Vì vậy bản chất của quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử, quá trình oxy hóa đó lại xảy ra trong cơ thể vi sinh vật dưới tác dụng của hệ thống enzyme, cho nên quá trình lên men còn gọi là quá trình oxy hóa khử sinh học.
Lên men khác với hô hấp yếm khí và hô hấp hiếu khí. Hô hấp yếm khí được tiến hành trong điều kiện không có oxy tham gia. Hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc sunfat.
Hô hấp hiếu khí được tiến hành trong điều kiện có oxy tham gia. Hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp nhận cuối cùng là oxy tạo thành nước.
Còn lên men có thể thực hiện cả trong điều kiện yếm khí và hiếu khí, nhưng hydro trung chuyển qua hệ thống enzyme oxy hóa khử và chất tiếp nhận cuối cùng là một chất hữu cơ, chất hữu cơ bị khử tạo thành sản phẩm lên men tích lũy trong môi trường. Tuy nhiên, lên men và quá trình hô hấp đều là quá trình oxy hóa khử sinh học.
Cần phân biệt sự khác nhau giữa quá trình oxy hóa khử sinh học và quá trình đốt cháy các vật liệu tương tự trong lò hay nhiệt lượng kế mặc dù các chất ban đầu và các sản phẩm cuối cùng giống nhau. Khi đốt cháy năng lượng tỏa ra cùng một lúc dưới dạng nhiệt, trong đó lên men và hô hấp chỉ có một phần năng lượng thoát ra dưới dạng nhiệt. Phần nhiệt chủ yếu được tích lũy dưới dạng những hợp chất photpho giàu năng lượng hoặc trong các liên kết cao năng. Từ đó có thể chuyển thành hóa năng, nhiệt năng hoặc cơ năng để cung cấp cho hoạt động sống. Hợp chất giàu năng lượng quan trọng của cơ thể ATP. Trong cơ thể sinh vật sự tích lũy năng lượng và giải phóng năng lượng sử dụng cho hoạt động sống của cơ thể là những quá trình thuận nghịch theo sơ đồ như:
Oxy hóa khử sinh học Năng lượng
ADP + H3PO4 ATP
Năng lượng cung cấp cho hoạt
động sống của cơ thể
Như vậy, lên men và sự hô hấp tế bào đều là những quá trình oxy hóa khử sinh học.
Qua đó tế bào vi sinh vật thu được năng lượng.
1.4.3. Cơ chế của quá trình lên men.
Lên men lactic là quá trình chuyển hoá gluxit thành acid lactic nhờ hoạt động của các khuẩn lactic. Tuỳ theo đặc điểm lên men của vi khuẩn lactic mà người ta chia thành hai kiểu lên men: lên men lactic đồng hình và lên men lactic dị hình.
Trong lên men lactic đồng hình thì sản phẩm chỉ là acid lactic. Các vi khuẩn lactic lên men đồng hình có thể kể đến là Streptococus, Str.Cremoris, lactobacterium Bulgaricus, L.acidophilus, L.delbruclkii, L.cucumerisfermentati.
Còn trong lên men lactic dị hình thì sản phẩm cuối cùng khá đa dạng bao gồm: acid lactic, axetal, acid sucsinic, các este, điaxetyl, CO2, H2… Các vi khuẩn lên men lactic dị hình gồm có Es Cherichia Coli và nhiều vi khuẩn trong giống Leuconostoc và giống phụ Beta bacterium.
Các vi khuẩn lên men đồng hình thì thiếu enzyme phosphoketolaza là một enzyme tồn tại trong các vi khuẩn lên men dị hình. Mặt khác, các vi khuẩn lên men dị hình lại thiếu enzyme aldolaza có tác dụng phân cắt hợp chất fructoza –1,6 điphosphat trong lên men đồng hình.
1.4.4. Các vi khuẩn lactic sử dụng trong công nghệ sản xuất sữa chua.
Trong sản xuất sữa chua thường dùng các chủng vi khuẩn lactic là Streptococus Salivarus Thermophilus, Lactobacillus delbrueckii Bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Bifidobacteria. Trong quá trình lên men sữa chua có hình thành các hợp chất bay hơi tạo hương vị đặc trưng của sữa chua như axetaldehyd, exeton, diaxetyl. Trong sữa chua có các hợp chất axetaldehyd và điaxetyl sinh ra bởi các khuẩn trong khi axeton sinh ra bởi các hợp chất lipid.
Trong sản xuất sữa chua ta thường gặp các chủng vi khuẩn lactic quan trọng sau:
- Chủng Streptococcus Thermophilus.
Đối với chủng này môi trường dung dịch và nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hình thái của chúng. Trong sữa ở nhiệt độ 450C, nó tạo thành những chuỗi ngắn.
Còn ở những nơi tự nhiên với nhiệt độ 300C, nó ở dạng cầu đôi. Nó có thể tạo thành những chuỗi dài ở nồng độ acid cao trong sữa.
S.Thermophilus thuộc nhóm vi khuẩn lactic lên men đồng hình sản xuất acid lactic từ đường với hàm lượng từ 85÷98% và một lượng nhỏ các sản phẩm phụ khác. Vi khuẩn này thể hiện hoạt tính phân giải protein rất yếu trong sữa.
- Chủng lactobacillus Bulgaricus và L.acidophillus.
Đây là hai loài vi khuẩn lactic được sử dụng phổ biến trong sản xuất sữa chua.
L.Bulgaricus là một vi khuẩn lên men điển hình được phân lập từ sữa chua. Còn L.acidophilus là vikhuẩn lactic đường ruột. Các chủng không có khả năng sử dụng raffinoza và stachyoza. L.Bulgaricus thuộc nhóm vi khuẩn lên men đồng hình sản xuất 1,7% D(-) acid lactic ttrong sữa. Còn L.acidophilus sản xuất từ 0.3÷1.9% DL acid lactic.
Khối lượng nhỏ các sản phẩm phụ tạo thành các hợp chất thơm chủ yếu là các axetaldehyd do enzyme Threonin thành axetaldehyd và glyxerin. Các sản phẩm phụ tiếp theo có thể là: axeton butanol_2 và chút ít axetoin. Các acid béo quan trọng nhất là các acid axetic, propionic, butyric, isovaleric caproic. L.Bulgaricus thể hiện hoạt tính phân giải protein trung bình trong sữa dẫn đến sự tích luỹ các acid amin tự do cao. Khi sử dụng hỗn hợp các chủng có S.Thermophilus thì sự giảm hàm lượng đường Saccaroza thành đường hexoza như fructoza thì nhanh chóng hơn môi trường chỉ có một chủng S.Thermophilus. Điều này thể hiện vai trò gián tiếp của L.Bulgaricus.
- Các chủng Bifidobacterium.ssp.
Các vi khuẩn Bifidobacterium không thuộc nhóm Clostridium của các vi khuẩn Gram dương giống như các vi khuẩn lactic khác. Tế bào của vi khuẩn này có dạng hình que, hơi cong, có phân nhánh, không điển hình. Mặc dù vậy người ta vẫn xem chúng như là các vi khuẩn lactic vì có khả năng tạo ra phần lớn các vi khuẩn lactic trong quá trình lên men.
Bifidobacteria không phát triển trong môi trường sữa bò do trong sữa bò thiếu các yếu tố sinh trưởng cần thiết như N_axetyl_D_glucozamin.
Qua việc tìm hiểu về đặc điểm sinh trưởng và phát triển của các vi khuẩn có khả năng lên men tạo sữa chua ta thấy việc phối hợp một số chủng vi khuẩn lactic sẽ góp phần làm tăng khả năng lên men của sữa chua.