Tiểu luận vi sinh vật học thực phẩm đề tài ứng dụng của vi sinh vật trong sản xuất sữa chua

Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất sữa chua, giúp tăng giátrị dinh dưỡng, chất lượng và an toàn cho sản phẩm.. Lên men sữa chua và ứng dụng vi sinh vật trong sả

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BẢNG PHÂN CÔNG

Tham gia Mức độ

Một số dòng sản phẩmthường gặp)Tìm tài liệu, thuyết trình

2 2005224768 Trần Đặng Yến Nhi (2.1 Lên men lactic, 2.2 Vi X 100%

sinh vật lên men lactic)

Thiết kế Powerpoint

Tìm tài liệu, thuyết trình

3 2005223433 Trần Thị Kim Nhung (2.3 Cơ chế lên men), phân X 100%

chia công việc nhóm, tổng

hợp word

Tìm tài liệu, thuyết trình

4 2005224761 Ngô Thị Thanh Thảo (2.4 Ứng dụng vi sinh vật X 100%

trong sản xuất sữa chua - ưuđiểm), làm bảng phân công

Tìm tài liệu, thuyết trình

2005221495 Đỗ Văn Hoàng (2.4 Ứng dụng vi sinh vật

hạn chế và nhược điểm, 3

Kết luận), hỗ trợPowerpoint

2

Đồng thời cho chúng em gửi lời cảm ơn đến các anh chị, các bạn sinh viên hỗ trợnhững ý kiến đóng góp cho bài tiểu luận.

Cuối cùng chúng em xin gửi đến tất cả thầy, cô, các anh chị, các bạn lời chúc sứckhỏe và thuận lợi trên con đường sự nghiệp và học tập của bản thân

Nhóm tác giả

Mục lục

1 Giới thiệu về sữa chua 7

1.1.Lịch sử hình thành 7

1.2.Vai trò và giá trị dinh dưỡng của sữa chua 7

2 Lên men sữa chua và ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất sữa chua 8

2.1.Lên men lactic 8

2.2.Vi sinh vật lên men lactic 9

2.2.1 Chi Lactobacillus 9

2.2.2 Chi Streptococcus 11

2.3.Cơ chế lên men 12

2.4.Lên men lactic đồng hình 13

2.4.1 Lên men lactic dị hình 13

2.5.Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất sữa chua 14

2.5.1 Ưu điểm 14

2.5.2 Hạn chế và nhược điểm 16

2.5.3 Một số dòng sản phẩm thường gặp 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

Mục lục hình ảnh

Hình 1.1 Thành phần dinh dưỡng điển hình của 100g sữa chua, theo Tài liệu “Sữa chua tốt cho sức khỏe” của Hội đồng Sáng kiến về Sữa chua trong dinh dưỡng

(YINI) 8

Hình 2.1 Vi khuẩn Lactobacillus 9

Hình 2.2 Vi khuẩn L bulgaricus 10

Hình 2.3 Vi khuẩn L casei 11

Hình 2.4 Vi khuẩn S thermophilus 11

Hình 2.5 Cơ chế lên men lactic 13

Hình 2.6 Sữa chua Kefir 15

Hình 2.7 Nấm men ( Saccharomyces cerevisiae ) 15

Lời mở đầu

Sữa chua là một trong những sản phẩm dinh dưỡng phổ biến và được ưa chuộngtrên toàn thế giới Được chế biến từ sữa bằng quy trình lên men vi sinh vật, sữa chuakhông chỉ có hương vị thơm ngon mà còn có nhiều lợi ích cho sức khỏe Nó là một trongnhững loại thực phẩm rất quan trọng và cần thiết cho cơ thể để tăng cường sức khỏe,ngăn ngừa bệnh tật, giữ một vóc dáng cân đối và gọn gàng Rất nhiều bác sĩ, chuyên giadinh dưỡng trên thế giới khuyến khích hình thành ăn sữa chua mỗi ngày

Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất sữa chua, giúp tăng giátrị dinh dưỡng, chất lượng và an toàn cho sản phẩm Trong bài tiểu luận này, chúng ta sẽtìm hiểu về ứng dụng của vi sinh vật trong sản xuất sữa chua và những lợi ích mà nómang lại

1 Giới thiệu về sữa chua

1.1 Lịch sử hình thành

Sữa chua là một trong các loại thực phẩm lên men lâu đời và phổ biến nhất đượcbiết đến trên thế giới Sữa chua được phát hiện tình cờ bởi bộ tộc Balkan từ hàng ngànnăm trước và đã trở thành một loại thực phẩm của Đông Âu Đến những năm 1900, vaitrò của vi khuẩn lactic trong lên men sữa chua thật sự được biết đến với những phát hiệncủa nhà sinh vật học Nga Metchnikoff (1845-1916) Khi làm việc tại viện Pasteur (Pháp)

ông đã nhận thấy rằng vi khuẩn L bulgaricus trong sữa chua là nguyên nhân về tuổi thọ

dài bất thường của những người Bulgaria [1]

Năm 1919, Isaac Carasso (Tây Ban Nha) thành lập xưởng sản xuất sữa chua đầutiên có tên là Dannon Năm 1930, bác sĩ Minoru Shirota (Nhật Bản) lần đầu tiên phân lập

được chủng L casei Shirota Ông đã sử dụng chủng vi khuẩn này lên men sữa dạng dịch

và đây là bước khởi đầu cho việc thành lập công ty Yakult ở Nhật Bản năm 1935 Chođến nay, Yakult đã có 80 năm hoạt động và có đại diện trên 40 quốc gia trên khắp thếgiới [2]

1.2 Vai trò và giá trị dinh dưỡng của sữa chua

Sữa chua rất giàu acid amin thiết yếu, canxi, vitamin D, vitamin B2, vitamin B6 vàvitamin B12 Những người không dung nạp được lactose dung nạp được sữa chua vìlactose được chuyển hóa thành glucose và galactose, sau đó là quá trình lên men để tạo raacid lactic

Mức độ hàm lượng chất béo khác nhau trong sữa chua mang lại sự linh hoạt trongviệc tiêu thụ cho các nhóm khỏe mạnh và bệnh tật khác nhau

Sữa chua là thực phẩm độc đáo có giá trị dành cho trẻ nhỏ vì có tác dụng kiểm soátbệnh tiêu chảy Nó còn có thể giúp ngăn ngừa loãng xương bằng cách tăng cường hấp thụcanxi và giảm nguy cơ hủy xương Nó cũng làm giảm huyết áp cao và kiểm soát mứccholesterol bằng đặc tính hạ cholesterol của nó

Sữa chua còn có tác dụng tốt cho sức khỏe đường ruột Nó giúp kiểm soát bệnh tiểuđường bằng cách tăng độ nhạy insulin

Sữa chua được khuyên dùng nên tiêu thụ nó trước bữa ăn và trong bữa ăn để tạocảm giác no và ngăn ngừa việc nạp quá nhiều năng lượng và kiểm soát tình trạng béo phì.[3]

Hình 1.1 Thành phần dinh dưỡng điển hình của 100g sữa chua, theo Tài liệu “Sữa chua tốt cho sức

khỏe” của Hội đồng Sáng kiến về Sữa chua trong dinh dưỡng (YINI)

2 Lên men sữa chua và ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất sữa chua

Nguyên tắc làm sữa chua là do sự phát triển của vi khuẩn lactic trong quá trình lênmen làm pH giảm mạnh, casein trong sữa bị đông tụ Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạngkeo sệt và có mùi vị thơm ngon Quá trình làm sữa chua người ta phải sử dụng hai chủng

vi khuẩn lactic đồng hình và dị hình Vi khuẩn lactic đồng hình lên men nhanh làm giảm

pH, vi khuẩn lactic dị hình lên men chậm và tạo thành mùi thơm đặc trưng của sữa chua

2.1 Lên men lactic

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa kỵ khí đường với sự tích lũy acid lactictrong môi trường, sản phẩm tạo thành là acid lactic dưới tác dụng của vi khuẩn lactic.Trong môi trường lên men sữa chua, vi khuẩn lactic sẽ tổng hợp enzyme lactose.Tiếp theo, đường galactose chuyển hóa thành đường glucose Đường glucose lại tiếp tụcchuyển hóa thành acid pyruvic Acid pyruvic chuyển hóa thành acid lactic dưới tác dụngcủa enzyme lactatedehydrogenase

Ngoài ra, dưới tác dụng của enzyme decarboxylase của vi khuẩn lactic acid pyruvicchuyển hóa thành acetic aldehyde Đặc biệt, khi nồng độ của acid lactic đạt 2-3% sẽ ức

chế hoạt động của các vi sinh vật khác, kể cả E.Coli (Escherichia coli) Chính vì thế

ngoài sản xuất sữa chua người ta còn ứng dụng quá trình lên men lactic để sản xuất nhiềusản phẩm thực phẩm khác nhau như bơ, phomai, dưa chua

Nhờ có quá trình lên men lactic mà những người không dung nạp được lactose vẫn

có thể bổ sung thêm dưỡng chất từ sữa chua Khi lên men sữa chua cũng tạo ra rất nhiều

vi khuẩn có lợi cho đường ruột

2.2 Vi sinh vật lên men lactic

Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium Đây là những trực khuẩn, cầu

khuẩn không tạo bào tử và hầu hết không di động, hô hấp tùy tiện Chúng có khả nănglên men nhiều loại đường đôi nhưng không có khả năng lên men các loại glucid phức tạp

và tinh bột Sự phát triển của chúng cần có sự có mặt của peptone, acid amin hay muốiamoni Chúng có yêu cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, acid amin vàkhoáng chất Các chi vi khuẩn lactic phổ biến được nghiên cứu sử dụng trong quá trình

lên men là Lactobacillus và Streptococcus.

2.2.1 Chi Lactobacillus

Là vi khuẩn lactic phổ biến nhất, tế bào có dạng hình que Tùy điều kiện môitrường, hình dạng của chúng thay đổi từ que ngắn đến que dài, đứng riêng lẻ hay xếpthành chuỗi Kích thước tế bào 0,5 – 1,2 x 1,0 - 10µm Các chủng thuộc chi

Lactobacillus là những vi khuẩn Gram (+) và catalase âm tính, sinh trưởng bằng hình

thức lên men carborhydrate tạo acid lactic (Nguyễn Văn Thanh, Trần Cát Đông 2011)

Hình 2.2 Vi khuẩn Lactobacillus

Lactobacillus sinh trưởng tại các môi trường có thành phần carborhydrate hòa tan

cao, có mặt các sản phẩm của quá trình phân giải protein, các vitamin và ít oxy hòa tan.Đặc điểm của nhóm là tạo acid lactic trong quá trình sinh trưởng, do vậy về bản chất đều

là các loài ưa acid, sinh trưởng tối ưu ở pH 4,5 – 6,2 Các loài mẫn cảm với oxy đượcnuôi trong bầu khí quyển N2 90% và CO2 10% để có sinh trưởng tốt nhất Mặc dù khôngthể hiện hoạt tính superoxide dismutase để tránh độc bởi các superoxide tạo ra khi có mặc

khí oxy, tuy nhiên nhờ hoạt tính của một số peroxydase và catalase mà Lactobacillus có

thể sinh trưởng được trong môi trường có hàm lượng oxy ở mức thấp Một số loài phổbiến trong lên men sữa chua:

L bulgaricus là trực khuẩn gram dương, lên men lactic từ đường Nhiệt độ sinh

trưởng tối ưu là 40 - 44°C trong môi trường có độ acid cao L bulgaricus có thể tạo ra trong khối sữa đến 2,7% acid lactic từ đường lactose, pH tối ưu của L bulgaricus là 5,2 –

5,6 [4]

Hình 2.3 Vi khuẩn L bulgaricus

L acidophilus là trực khuẩn gram dương, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 37°C Tế

bào hình que, đầu tròn, kích thước 0,6 – 0,9 x 1,5 – 6,0 µm, đứng riêng lẻ hay thành

chuỗi ngắn, không di động, không sinh bào tử L acidophilus là một dạng probiotic được

sử dụng thường xuyên nhất Là vi khuẩn có lợi cư trú trong ruột, âm đạo, trong phânngười và động vật Có khả năng lên men các loại đường: glucose, fructose, galactose,mannose, maltose, lactose [5]

L casei là một trong nhiều loài vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus Đây là một vi

khuẩn kỵ khí tùy tiện, Gram dương, không hoạt hóa, hình que, không di chuyển, và

không chứa cytochrome L casei có thể được tìm thấy trong các môi trường khác nhau

như các sản phẩm từ sữa, lên men, hệ thống tiêu hóa và hệ thống sinh sản của người vàđộng vật, và sản phẩm lên men hoặc tươi [6]

L casei có thể được sử dụng lên men phomat và sữa chua, giúp hỗ trợ tăng cường

đáp ứng miễn dịch, giảm lượng cholesterol, kiểm soát bệnh tiêu chảy, ức chế các mầmbệnh đường ruột, giảm sự không dung nạp lactose và làm probiotic Đây là chủng vikhuẩn an toàn, tìm thấy nhiều trong ruột người và động vật [7]

Hình 2.4 Vi khuẩn L casei

2.2.2 Chi Streptococcus

Vào đầu những năm 1900, S thermophilus đã được sử dụng để làm sữa chua Mục

đích của nó là để biến lactose, một loại đường có trong sữa, thành acid lactic Sự gia tăngacid lactic hình thành nên cấu trúc đặc trưng của sữa chua [8]

Hình 2.5 Vi khuẩn S thermophilus

S thermophilus được đặc biệt quan tâm trong lên men sữa chua, đại diện này không

chỉ gắn liền với lịch sử lên men yourt tại Bulgaria cùng với L bulgaricus mà những

nghiên cứu hiện nay đã làm rõ vai trò đặc biệt quan trọng của loài này khi lên men sữa

kết hợp với Lactobacillus Lactose là nguồn đường chủ yếu trong sữa cho lên men sữa chua Nếu như các chủng Lactobacillus lên men mạnh glucose thành acid lactic thì S.

Tế bào Streptococcus có dạng hình cầu hoặc ovan, đường kính 0,5 – 1,0µm Sau khi

phân chia theo một hướng nào đó, các tế bào đứng riêng lẻ, xếp thành đôi hoặc tạo thành

chuỗi ngắn Streptococcus là vi khuẩn không sinh bào tử. [10] Hiện nay chỉ có S.

thermophilus là được sử dụng trong sản xuất sữa chua (cùng với L bulgaricus) và phô

mai (Vương Thị Việt Hoa, 2009)

S thermophilus phát triển tốt ở nhiệt độ 50°C và sinh sản tốt ở nhiệt độ 37 – 40°C.

Đây cũng là vi khuẩn lactic lên men điển hình có khả năng chịu nhiệt đến 65°C trong 30

phút, pH tối thích của S thermophilus là 6,6 – 6,8.

S thermophilus có nhiều đặc tính có ích như sinh các polysaccharide ngoại bào, các

enzyme phân giải protein, sinh acid hữu cơ và các chất tạo hương vị ảnh hưởng quantrọng đến chất lượng sữa chua trong quá trình lên men Việc sinh polysaccharide ngoạibào góp phần tạo nên kết cấu của các sản phẩm chua, các chất tạo hương vị làm tăng sựhấp dẫn của sản phẩm sữa chua khi đưa ra thị trường [11]

Để thích ứng với các môi trường khác nhau, các bộ gen của các chủng S.

thermophilus khác nhau đã được tìm thấy thay đổi trong suốt quá trình tiến hóa, và tạo

các thành phần di truyền độc đáo và các hệ thống điều khiển tương ứng đặc biệt Cácchủng này còn có các đặc tính lên men khác nhau, bao gồm khả năng sản xuất acid, khảnăng thích ứng với môi trường khắc nghiệt, khả năng phân hủy protein, khả năng sử dụngđường, [12]

Trong quá trình lên men công nghiệp, S thermophilus có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ

acid trong sữa Tỷ lệ acid hóa của các chủng phụ thuộc vào khả năng sử dụng đường của

chúng Một số nghiên cứu hiện nay chỉ ra rằng hầu hết các chủng S thermophilus sử

dụng đường glucose, lactose và fructose, trong khi một số khác sử dụng galactose,mannose, sucrose, maltose, melibiose và raffinose [8], [13]

2.3 Cơ chế lên men

Quá trình lên men lactic chỉ xảy ra trong điều kiện yếm khí, gồm hai bước chính:

- Glucose được chuyển hóa theo chu trình đường phân

- Pyruvate bị khử trực tiếp nhờ NADH để tạo ra lactate như một sản phẩm cuối cùng và không giải phóng CO2

Hình 2.6 Cơ chế lên men lactic

2.4 Lên men lactic đồng hình

Trong trường hợp này acid pyruvic được tạo thành Sau đó acid pyruvic sẽ tạo thànhacid lactic dưới tác dụng của enzyme lactatedehydrogenase

Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90% Chỉ một lượng nhỏ pyruvic bị khửcacbon để tạo thành acid acetic, ethanol, CO2 và aceton Lượng sản phẩm phụ tạo thànhphụ thuộc vào sự có mặt của oxy

2.4.1 Lên men lactic dị hình

Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ aldolase vàtriozophotphatizomerase, vì vậy xylulose 5 – photphat sẽ được tạo thành theo con đườngpentose – photphat (PP)

Trong trường hợp này chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngoài ra còn

có các sản phẩm phụ khác như; acid acetic, ethanol, CO2 Các sản phẩm phụ tương tác vsnhau tạo thành ester có mùi thơm

Phương trình tổng quát:

C6H12O6  CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH + COOH(CH2)2COOH + CO2

Glucose acid lactic acid acetic ethanol acid succinic

Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, vào môitrường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh, nói chung thì acid lactic thường chiếm 40%

2.5 Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất sữa chua

2.5.1 Ưu điểm

Lên men tự nhiên: các vi sinh vật như vi khuẩn lactic giúp thúc đẩy quá trình lênmen tự nhiên trong sữa chua Quá trình này giúp chuyển hóa lactose trong sữa thành acidlactic, acid acetic, acid propionic và các hợp chất hữu cơ khác Những hợp chất này tạo rahương vị và mùi thơm đặc trưng của sữa chua

Tạo cấu trúc cho sữa chua: Trong quá trình lên men hai vi khuẩn Lactobacillus

bulgaricus và Streptococcus thermophilus còn tạo ra các phân tử protein và

polysaccharide, giúp tạo thành cấu trúc gel trong sữa chua Cấu trúc gel này làm cho sữachua có độ đặc và độ nhớt cao Hai vi khuẩn này còn có khả năng tạo thành màng bọcbao quanh các hạt sữa, giúp tạo độ đặc và mịn cho sản phẩm

Vi sinh vật còn có vai trò quan trọng trong việc tạo ra sữa chua có chất lượng cao và

ổn định Chúng giúp ổn định cấu trúc và hình dạng của sản phẩm, ngăn chặn sự phân tách

và lắng đọng của các thành phần trong sữa

Cải thiện tiêu hóa: Sản phẩm từ vi sinh vật như sữa chua được dùng để cải thiện hệtiêu hoá, tăng cường hệ miễn dịch và cân bằng vi khuẩn trong ruột Đồng thời cũng tạo racác chất chống oxy hóa, giúp bảo vệ sữa chua khỏi quá trình oxy hóa và giữ được hương

vị và chất lượng tốt hơn

Tạo chất dinh dưỡng: Vi khuẩn lactic tạo ra các enzyme và chất chuyển hóa có thểtăng cường hấp thụ các chất dinh dưỡng từ sữa như: canxi, protein và các vitamin, giúpcải thiện giá trị dinh dưỡng của sữa chua Các enzyme này còn có khả năng phân giảilactose - một loại đường tự nhiên trong sữa giúp sữa chua dễ tiêu hóa hơn đối với nhữngngười không dung nạp được lactose [15]

Tăng cường hệ miễn dịch: Vi khuẩn lactic trong sữa chua có thể sinh ra các thànhphần hữu cơ như: acid hữu cơ như lactic, acetic, ethanol có tác dụng ức chế vi sinh vậtgây bệnh và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng [16]

Giảm cholesterol trong máu và hạn chế các bệnh liên quan đến tim mạch: Vi khuẩnprobiotic được biết có vai trò sinh ra acid hữu cơ, làm giảm acid béo, thành phầncholesterol trong máu và ức chế quá trình phát triển của các khối u, ung thư Các nghiên

cứu chỉ ra rằng các vi khuẩn Lactobacillus và Bifidobacterium không chỉ sinh ra các acid

hữu cơ mà còn trực tiếp sử dụng lipid và các thành phần cholesterol trong máu [17]Phục hồi cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột sau khi sử dụng chất kháng sinh: Saukhi sử dụng chất kháng sinh, thông thường cơ thể dễ bị tiêu chảy do các chất độc sinh ra

từ sự phát triển của Clostridium Việc xử lý với probiotic có chứa Lactobacillus và

Sacchromycess cerevisiae có tác dụng giải độc tố ammonia và phenol cũng như ức chế sự