Whey là chất lỏng được được tách ra sau quá trình đông tụ sữa trong quy trình sản xuất phô mai. Quá trình tách dịch whey là một trong nhiều bước của quy trình sản xuất phô mai và casein. Đầu tiên sữa sẽ được thanh trùng để tiêu diệt vi sinh vật có hại. Sau đó người ta cấy vi sinh vật vào để tiến hành lên men lactose thành acid lactic. Hệ enzyme rennet được sử dụng để đông tụ sữa, sữa tươi sẽ chuyển thành một hệ gồm có hai pha: khối đông (curd) và pha lỏng là huyết thanh sữa (whey). Hệ enzyme rennet có thể từ nhiều nguồn khác nhau: rennet dạ dày bê, rennet nấm mốc hoặc rennet nấm men chuyển gen chymosin. Whey là một sản phụ của quy trình nhưng lại chiếm khoảng 85÷90% thể tích sữa và chứa 55% thành phần dinh dưỡng của sữa. Các chất dinh dưỡng quan trọng trong thành phần whey bao gồm lactos (4.5÷5.0%, w/v), protein hòa tan (0.6÷0.8%), chất
béo và muối khoáng [13, 14]. Hàm lượng protein hòa tan chủ yếu trong sữa là β-
lactoglobulin và α-lactalbumin. Trong đó, β-lactoglobulin có cấu trúc bậc hai gồm
10÷50% xoắn α, 20÷30% lá xếp β, 50÷60% vòng cung β và phần còn lại có cấu trúc
không trật tự. β-lactoglobulin có dạng hình cầu. Các gốc phân cực, không phân cực và các gốc ion hóa được phân bố đều trong phân tử, riêng các gốc ưa béo tập trung ở phần
bên trong của cấu trúc hình cầu nên β-lactoglobulin ít tương tác hoặc kết hợp với các
phân tử khác. α-lactalbumin là protein dạng hình cầu. Cấu trúc của nó gần giống với
lysozyme. α-lactalbumin là một metalloprotein. Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử calci. α-lactalbumin là một protein có giá trị dinh dưỡng cao. Thành phần các acid amin trong phân tử của nó rất cân đối [5].
113 Vào những năm trước đây, whey là chất thải của ngành công nghiệp sản xuất phô mai, gây ra những vấn đề ô nhiễm môi trường hết sức nghiêm trọng. Mỗi năm, ngành công nghiệp phô mai và casein thải ra 130 triệu tấn whey. Bên cạnh đó, tốc độ tăng trưởng của ngành sản xuất phô mai mỗi năm vào khoảng 3%. Mặt khác, whey lại chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ, là chất thải có BOD và COD cao (COD = 60,000÷80,000 ppm) [13, 14]. Các giá trị này cao chủ yếu là do hàm lượng lactose quá cao trong whey gây ra [42]. Do những áp lực về vấn đề môi trường lên ngành công nghiệp sữa, đồng thời hàm lượng lactose và các chất dinh dưỡng còn lại trong whey khá cao; người ta đã bắt đầu nghiên cứu việc xử lý nguồn chất thải này theo những hướng khác nhau. Whey có thể được xử lý với enzyme lactase và sau đó cô đặc tạo thành syrup sử dụng như chất tạo ngọt trong nhiều loại thực phẩm. Whey có thể làm khô tạo thành dạng bột và sử dụng làm chất tạo gel để giúp tạo hệ nhũ tương béo-nước trong các sản phẩm pate thịt đóng hộp, xúc xích và lạp xưởng. Ancohol cũng có thể lên men từ whey, các vi sinh vật như
Kluyveromyces lactis hay Kluyveromyces fragillis có thể lên men lactose tạo thành
alcohol – đay là loại thức uống rất quen thuộc: rượu sữa như “Baileys Irish Cream”.
Whey có thể xử lý với enzyme lactase sau đó trở thành cơ chất cho quá trình sản xuất
alcohol từ nấm men Saccharomyces cerevisiae. Các thí nghiệm cho thấy whey có thể sử
dụng để thay thế khoảng 20% nguồn dinh dưỡng ko có nguồn gốc từ malt cho nấm men trong quá trình lên men bia.
Một lĩnh vực hiện đang được quan tâm là lên men thức uống có cồn từ whey, bao gồm rượu chưng cất và thức uống tương tự kefir từ whey. Cơ sở của nghiên cứu phát triển thức uống tương tự kefir từ whey là sử dụng hệ vi sinh vật trong hạt kefir. Hạt kefir là phức hệ vi sinh vật bao gồm vi khuẩn lactic, nấm men và acetobacter. Trong đó nấm men là vi sinh vật quan trọng trong quá trình lên men whey bởi vì chúng tổng hợp ethanol và
CO2. Hệ vi nấm men trong hạt kefir bao gồm nấm men lên men lactose (Kluyveromyces
lactis, Kluyveromyces marxianus và Torula kefir) cũng như nấm men không lên men
lactose (Saccharomyces cerevisiae) [14, 23]. Quá trình lên men diễn ra theo các phản ứng
như sau.
Ban đầu các nấm men lên men lactose sẽ sinh ra enzyme β-galactosidase thủy phân lactose thành glucose và galactose:
114 Sau đó, 2 loại monosaccharide này sẽ tham gia vào con đường đường phân tạo ra acid
pyruvic và tiếp tục đi đến sản phẩm ethanol và CO2. Ngoài ra trong whey còn có quá
trình lên men lactic với sự tham gia của vi khuẩn lactic. Tạo cho sản phẩm có vị đặc
trưng của kefir truyền thống.
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp lên men khác nhau để sản xuất thức uống lên men từ whey sử dụng hệ vi sinh vật trong hạt kefir [14]