Quá trình lên men được tóm tắt theo sơ đồ cân bằng vật chất tổng quát như sau:
Môi trường trước khi lên men Môi trường sau khi lên men Cơ chất + giống vi sinh vật Cơ chất sót + sinh khối vi sinh vật
+ các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do vi sinh vật tổng hợp nên.
Trong sản xuất sữa chua, sản phẩm cuối cùng bao gồm cả sinh khối vi sinh vật, các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do vi sinh vật tiết ra và cơ chất sót. Thành phần và hàm lượng từng chất sẽ góp phần hình thành nên hương vị sản phẩm. Do đó, để sản xuất ra sản phẩm lên men có chất lượng tốt, chúng ta cần phải:
- Chọn giống vi sinh vật thích hợp.
- Xác định được môi trường lên men với thành phần cơ chất đầy đủ theo tỷ lệ tối ưu.
- Xác định được các điều kiện lên men thích hợp như lượng giống cấy, nhiệt độ và thời gian lên men. Ngoài ra, ta còn phải quan tâm đến những vấn đề khác như việc cung cấp oxy, sự khuấy trộn…
a. Giống vi sinh vật
Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, người ta thường sử dụng tổ hợp VSV gồm nhiều loài khác nhau. Khi đó mối tương tác sinh học giữa các loài sẽ mang lại những tác động có lợi cho quá trình sinh trưởng và trao đổi chất của tổ hợp giống.
b. Môi trường lên men
Một môi trường với thành phần cơ chất đầy đủ, theo tỷ lệ tối ưu sẽ giúp cho quá trình lên men diễn ra nhanh và sản phẩm lên men đạt chất lượng tốt. Sữa chứa đầy đủ các nguyên tố cơ bản, khoáng và các yếu tố sinh trưởng cần thiết, được xem là môi trường hoàn hảo cho quá trình trao đổi chất của VSV.
Hai chỉ tiêu hóa lý quan trọng nhất của môi trường lỏng ảnh hưởng đến quá trình lên men là hàm lượng chất khô và pH.
Khi hàm lượng các chất hòa tan trong môi trường quá cao, màng tế bào VSV không thể duy trì sự cân bằng áp lực thẩm thấu được nữa, tế bào chất có thể bị co lại, tế bào bị biến dạng và hoạt tính trao đổi chất của VSV giảm đi. Do đó, để quá trình lên men diễn ra nhanh và chất lượng sản phẩm tốt, ứng với mỗi loại VSV, ta cần xác định hàm lượng chất khô tối ưu cho môi trường trước khi lên men.
Hoạt tính trao đổi chất và sinh trưởng của VSV phụ thuộc vào pH môi trường do pH ảnh hưởng đến hoạt tính các enzyme trong tế bào và cơ chế vận
chuyển các chất của màng tế bào chất. Mỗi loài VSV sẽ có một khoảng giá trị pH tối thích tương ứng. nhìn chung các VSV sử dụng trong các sản phẩm lên men từ sữa có khoảng pH tối ưu nằm trong vùng acid hoặc acid yếu (pH=4÷6).
c. Điều kiện lên men
Lượng giống cấy: Nếu lượng giống cấy quá ít, thời gian lên men sẽ kéo dài.
Các VSV tạp nhiễm trong quá trình lên men dễ phát triển và có thể gây hư hỏng sản phẩm. Ngược lại nếu lượng giống cấy quá nhiều, thời gian lên men được rút ngắn. tuy nhiên hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành sẽ thay đổi cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Hơn nữa, việc tăng lượng giống cấy làm tăng chi phí cho quá trình sản xuất.
Nhiệt độ: Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa thường
sử dụng tổ hợp VSV và nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng của mỗi loài có thể khác nhau. Do đó, ứng với từng quá trình lên men và tổ hợp VSV sử dụng người ta xác định nhiệt độ lên men tối ưu bằng thực nghiệm. Thông thường khi nhiệt độ thấp quá trình lên men sẽ kéo dài, nhưng nếu nhiệt độ quá cao hoạt tính trao đổi chất của VSV bị giảm và những hợp chất tạo hương dễ thất thoát hơn.
Thời gian lên men: Tùy thuộc vào loại sản phẩm và hoạt tính loài VSV sử
dụng. Trong sản xuất, người ta xác định thời điểm kết thúc quá trình lên men và ủ chín sản phẩm thông qua việc lấy mẫu đánh giá kiểm tra một số chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và cảm quan.