Lên men bột và nước dựa trên một quá trình tức thời để tạo ra bột nhào chua là một phương pháp quan trọng hiện nay (Vogel và cộng sự, 1999). Khối bột lỏng sẽ được bổ sung chủng khởi động, sử dụng các công thức và điều kiện lưu giữ để làm mới men cái theo chu kỳ (Hammes & Ganzle, 1995; Onno & Rouseel, 1994;
Ottogalli, Galli, & Foschino, 1996). Trong các vi khuẩn lên men chính, ngoại trừ nấm men còn có vi khuẩn sinh acid lactic (LAB). Trong quá trình tạo bột chua truyền thống, một phần bột được trộn lẫn với men và bổ sung đủ nước để tạo độ xốp, sau đó để lên men trong vài giờ, thường là để qua đêm và cho tiếp xúc với không khí. Khối bột xốp sau đó sẽ được trộn chung với phần bột còn lại, ngoài ra còn có nước, muối và chất béo đến một độ dẻo nhất định và được cho lên men trong một thời gian ngắn trước khi kiểm tra lại và đem đi nướng. Kết quả, bánh mì có hương vị tuyệt vời hơn nhờ vi khuẩn lên men xâm nhập từ không khí hoặc do việc bổ sung vào 2-5% phần sản phẩm lên men của mẻ trước (Bruemmer & Lorenz, 1991). Trong quá trình chuẩn bị nướng bánh mì, một khối bột nhào xốp nên có mật độ vi khuẩn lactic vào khoảng 108 – 109 cfu/g còn nấm men thì 106 – 107 cfu/g, để có thể làm acid hóa giúp lên men khối bột và làm nở bột. Tuy nhiên, LAB có thể nhiễm vào bột 1 cách tự nhiên, từ 1 sản phẩm sữa lên men hoặc từ các chủng khởi động thương mại có chứa các dòng LAB đặc trưng được sản xuất trong quá trình lên men công nghiệp (Vuyst & Neysens, 2005).
1.2.1 Đặc tính của bột chua
Đặc trưng điển hình bột chua (bột bánh mì) chủ yếu là do VSV của nó, về cơ bản đại diện bởi LAB và nấm men. Do sự có mặt của VSV, bột được chuyển hóa.
Những VSV này đảm bảo sản xuất acid khi đun sôi hỗn hợp bột và nước. Cơ chế chua rất phức tạp (Hammes và Gọnzle, 1998). Trong quỏ trỡnh lờn men, cỏc thay đổi
17
sinh hóa xảy ra trong các thành phần carbohydrate và protein của bột nhờ hoạt động của vi khuẩn và các enzyme (Spicher, 1983). Nhiều tính chất vốn có của bột chua dựa vào các hoạt động trao đổi chất của LAB: lên men lactic, thủy phân protein, và tổng hợp các hợp chất dễ bay hơi, chất chống mốc là một trong những hoạt động quan trọng nhất trong quỏ trỡnh lờn men chua (Hammes và Gọnzle, 1998; Gobbetti và cộng sự, 1999). Sự lên men bột, cụ thể là bột chua, bị chi phối bởi LAB đặc biệt với nồng độ thích hợp 108 cfu/g, có thể cùng tồn tại hoặc có thể cộng sinh với các loại nấm men thông thường có nồng độ thấp hơn (Gobbetti và cộng sự, 1999; Vogel và cộng sự, 2002). Nấm men thường kết hợp với LAB trong bột chua với tỷ lệ nấm men / LAB thường là 1:100 (Gobbetti và cộng sự, 1994; Ottogalli và cộng sự, 1996).
1.2.2 Các loại hợp chất hương liệu trong bột chua
Quá trình lên men bột chua là yếu tố quan trọng trong việc tạo ra mùi vị cho bánh mì (Lund và cộng sự, 1989; Rothe & Ruttloff, 1983). Các hoạt động trao đổi chất kết hợp của các vi sinh vật, tạo ra sự acid hóa hoặc tạo chua có ảnh hưởng đến đặc tính của bánh mì, đặc biệt là kết cấu, tăng thời hạn sử dụng bằng cách giảm sự tăng trưởng của nấm mốc trong quá trình bảo quản (Corsetti và cộng sự, 2000; Oura, Soumalainen & Wiskari, 1982; Rochenck và Voysey, 1995) và tạo ra các thành phần hương vị điển hình mang lại đặc điểm cảm quan chua đặc trưng (Gobbetti, 1998;
Katina và cộng sự, 2005). Trong quá trình lên men có hai loại hợp chất hương vị được sản xuất. Hợp chất không bay hơi bao gồm acid hữu cơ được sản xuất bởi vi khuẩn đồng hình (Gobbetti, Corsetti, & De Vincenzi, 1995a) và dị hình (Gobbetti, Corsetti,
& De Vincenzi, 1995b) làm acid hóa, giảm độ pH và đóng góp hương vị cho bột bánh mì (Barber, Benedito de Barber, Martinez-Anaya, Martinez, và Alberola, 1985;
Galal, Johnson, và Varriano-Marston, 1978). Loại thứ hai các hợp chất dễ bay hơi của bánh mì từ bột chua chứa rượu, aldehyde, ketones, este và lưu huỳnh. Tất cả các hợp chất này được sản xuất bằng phương pháp sinh học và các hoạt động sinh hóa trong quá trình lên men và đóng góp vào hương vị (Spicher, 1983).
18
❖ Hợp chất không bay hơi
Phản ứng giữa vi khuẩn lactic với các enzyme ngoại bào ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong quá trình acid hóa, sản sinh acid acetic và các đặc tính kết cấu bánh mì. Nó thể hiện sự tăng cường các hoạt động enzyme nội sinh trong bột đã thu được khi kết hợp LAB với glucose oxidase, lipase, endo xylanase, amylase và protease.
❖ Hợp chất bay hơi
Sự chuyển hóa ở vi khuẩn chứng minh việc sản xuất các hợp chất dễ bay hơi khác nhau cho sự lên men của nhóm vi khuẩn lactic. Các sản phẩm được tạo ra của quá trình lên men là 2-metyl-1-propanol; 2,3 methyl-1-butanol và các iso-alkoho khác. Các dòng LAB có sự khác biệt trong sự trao đổi chất và các hợp chất thơm. Sản xuất các hợp chất thơm dễ bay hơi trong quá trình lên men với sự kết hợp của các chủng đơn lẻ S. cerevisiae và C. guilliermondii, L. plantarum đã được thử nghiệm, được sử dụng trong cả bột lúa mì và các chất nền đơn giản như maltose và glucose (Stolz và cộng sự, 1993). Chỉ sử dụng men trong bánh mì, bảy chất dễ bay hơi đã được tìm thấy nhiều: acetaldehyde, aceton, ethyl acetat, ethanol, hexanal, rượu isobutyl, và propanol.
1.2.3 Ảnh hưởng của phản ứng giữa Maillard và Caramel hóa đối với hương vị của bánh mì
Các phản ứng Maillard và Caramel hóa ảnh hưởng chính đối với sự hình thành hương vị trong các sản phẩm khi có sự đun nóng thì phản ứng liên quan đến các tiền chất đơn giản như acid amin và aldose đơn giản hoặc ketose đường (Rothe
& Ruttloff, 1983). Số lượng acid amin tự do cao nhất đã được tạo ra trong quá trình lên men bột chua với sự kết hợp giữa LAB và S. exigus M14 (Gobbetti, Corsetti và cộng sự, 1994; Gobbetti, Simonetti và cộng sự, 1994; Kratochivil & Holas, 1983, Rothe, 1974). Các acid amin này là đơn chất của iso-alcohols (Gobbetti, Corsetti, &
De Vincenzi, 1995b; Hansen & Schieberle, 2005) góp phần trực tiếp cho hương vị
19
bánh mì trong quá trình lên men và nướng bánh mì (Bredie, Mottram & Guy, 2002;
Damiani và cộng sự, 1996). Các sản phẩm phản ứng Maillard từ quá trình xử lý nhiệt độ cao bao gồm pyrazines, pyrrole, furan và các hợp chất chứa sunfur và các sản phẩm khác như alkanals, alkenals 2 và 2,4-alkadienal (Parker, Hassell, Mottram, &
Guy, 2000). Hơn nữa, ở nhiệt độ cao hơn thì pyrrole, thiophenes, thiophenones, thiapyrans và thiazolines tăng lên và furan và aldehyde giảm (Bredie và cộng sự, 2002). Pyrazin là các hợp chất có chứa nitơ có đặc tính mùi và hương vị rất mạnh (Ji và Berhard, 1992). Do đó, việc sản xuất các hợp chất này có ảnh hưởng đáng kể đến hương vị của bánh mì.
1.2.4 Con đường trao đổi chất của vi khuẩn LAB trong bột chua
Các carbohydrate có trong bột mì gồm maltose tiếp theo sucrose, glucose, fructose và, cùng với một số trisaccharides như maltotriose và raffinose. Lượng glucose tăng trong quá trình lên men, trong khi giảm sucrose trong sự hiện diện của nấm men do tác động của VSV. Các nấm men có mặt trong bột chua không thể lên men maltose, một loại đường phổ biến trong bột. Tuy nhiên, tế bào nấm men vẫn có thể phát triển vì glucose cung cấp vào môi trường bởi một số loài LAB, đáng chú ý L. sanfranciscensis. Bắt đầu từ glucose, LAB lên men đồng hình sản xuất acid lactic qua đường phân (lên men đồng hình), trong khi LAB lên men dị hình cũng sản xuất, ngoài acid lactic, CO2, acid acetic, và/hoặc ethanol thông qua con đường 6- phosphogluconate/phosphoketolase(6-PG/PK) (lên men dị hình). Hexoses khác với glucose đi vào những con đường chính ở mức glucose-6-phosphate hoặc fructose-6- phosphate sau khi đồng phân hóa và/hoặc phosphoryl (Axelsson, 1999). Disaccharides được chia bởi hydrolases và/hoặc phosphohydrolases cụ thể đối với monosacarit, sau đó nhập vào con đường chính. Pentoses là phosphoryl hóa và chuyển đổi sang ribulose-5-phosphate hoặc xylulose-5-phosphate bởi epimerases hoặc isomerase và sau đó chuyển hóa phần sau của con đường 6-PG/PK (Axelsson, 1999). Sử dụng pentoses không chỉ giới hạn đối với các loài LAB có chứa phosphoketolase cấu thành, các enzyme quan trọng của con đường 6-PG/PK (lên men
20
dị hình bắt buộc); LAB lên men dị hình tùy nghi, tạo ra hexose lên men thông qua glycolysis vì chúng có chứa một aldolase fructose-1,6-diphosphate cấu thành (enzyme chính của glycolysis), pentoses lên men giống như loài lên men dị hình bắt buộc. Trong những trường hợp như vậy, phosphoketolase của LAB lên men dị hình tùy nghi được gây ra bởi các đường pentose sẵn có (Hammes và Vogel, 1995). Quá trình lên men của pentoses tạo ra một lượng cân bằng của acid lactic và acid axetic; không có CO2 được hình thành, và vì không có bước khử là cần thiết để đạt được các trung gian xylulose-5-phosphate, acetyl phosphate được sử dụng bởi kinase acetate trong một bước phosphoryl mức bề mặt năng suất acetate và adenosine triphosphate, buộc LAB lên men đồng hình không lên men pentoses (Axelsson, 1999). Cho đến nay, một số nghiên cứu đã được nhắm vào các trình tự của bộ gen hoàn chỉnh của Lactobacilli, bao gồm L. brevis (Makarova và cộng sự, 2006), L.
plantarum (Kleerebezem và cộng sự, 2004), và L. reuteri cũng được tìm thấy trong bột chua hoàn chỉnh.
Hình 1.7: Các con đường lên men dị hình bột chua điển hình bởi vi khuẩn sinh acid lactic (được chuyển thể từ Liu và cộng sự, 2008)
21
Các con đường trao đổi chất của LAB ảnh hưởng đến chất lượng bánh mì được kết hợp với nguồn cacbon trung tâm sẵn có của các đồng yếu tố ảnh hưởng đến thế oxi hóa khử tế bào và môi trường. Chuyển hóa đồng hình và dị hình khác nhau về yêu cầu tái tạo đồng phân giảm, giảm nicotinamide adenine dinucleotide hoặc nicotinamide adenine dinucleotide phosphate. Việc sử dụng các chất đồng nhất, như oxy hoặc fructose, như chất nhận electron bởi LAB lên men dị hình bắt buộc phải kết hợp với việc gia tăng sản xuất acetat trong bột nhão. Dựa trên các yêu cầu trao đổi chất khác nhau cho sự tái tạo cofactor, LAB lên men đồng hình và dị hình có ảnh hưởng đến các phản ứng oxi hóa khử trong bột chua ảnh hưởng đến chất lượng bánh mì ngoài sự hình thành của acetate.