Đề tài: Ứng dụng của vi khuẩn Lactic trong lên men sữa

Sự lên men lactic được sử dụng rộng rãi trong việc chế biến sữa thành các loại sản phẩm như sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá trị dinh dưỡng, vừa có tính chất chữa bệnh đường ruột gi

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KTMT

-ššššš -TIỂU LUẬN VI SINH VẬT HỌC

GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai

Lớp: 01DHSH1

Đề tài: Ứng dụng của vi khuẩn Lactic trong lên men sữa

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Cẩm Duyên (2008100050)

Lê Thị Thu Hà (2008100038)

Nguyễn Vương Anh Khoa (2008100121)

TPHCM, Tháng 12 Năm 2011

Mục lục:

LỜI MỞ ĐẦU……… 2

NỘI DUNG I Vi khuẩn Lactic và Cơ chế lên men Lactic 1 Vi khuẩn Lactic……… 3

1.1 Vi khuẩn Lactic là gì? 3

1.2 Đặc điểm và phân loại vi khuẩn Lactic……….3

2 Cơ chế lên men Lactic………5

2.1 Lên men Lactic……… 5

2.2 Hoạt tính lên men Lactic………6

2.3 Cơ chế lên men Lactic………6

II Ứng dụng của vi khuẩn Lactic trong quá trình lên men sữa 1 Sản xuất sữa chua……… 8

1.1 Giới thiệu về sữa chua………8

1.2 Ảnh hưởng của vi khuẩn Lactic trong việc sản xuất sữa chua…8 2 Sản xuất Bơ và phô mai………9

2.1 Giới thiệu bơ và phô mai……… 9

2.2 Ảnh hưởng của vi khuẩn Lactic có trong Bơ và phô mai………10

III Những đối tượng nghiên cứu khác của quá trình lên men Lactic……….11

KẾT LUẬN……….14

TÀI LIỆU THAM KHẢO………15

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, sữa tươi là một loại thực

phẩm quý, giàu chất dinh dưỡng như đạm,

đường, khoáng, vitamin và các chất khoáng…

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật trong điều kiện yếm khí Sự lên men lactic đã được biết và ứng dụng từ lâu đời trong dân gian như lên men chua rau quả, làm sữa chua, sữa đông

Sự lên men lactic được sử dụng rộng rãi trong việc chế biến sữa thành các loại sản phẩm như sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá trị dinh dưỡng, vừa có tính chất chữa bệnh đường ruột giúp ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa

mà còn có tác dụng bảo quản lâu hơn sữa tươi

Để hiểu rõ hơn về quá trình lên men lactic và các ứng dụng của vi khuẩn lactic, đặc biệt là trong lên men sữa nên chúng em đã chọn đề tài

NỘI DUNG

I Vi khuẩn Lactic và Cơ chế lên men Lactic:

1 Vi khuẩn Lactic

1.1 Vi khuẩn lactic là gì?

Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillaceae Acid lactic được phát

hiện vào năm 1780 nhờ nhà hóa học Sheele người Thụy Điển Ở sữa chua, acid lactic được thừa nhận là các sản phẩm của quá trình lên men vào năm 1847

Các chủng vi khuẩn thuộc nhóm này có đặc điểm sinh thái khác nhau nhưng đặc tính sinh lý tương đối giống nhau

Nhóm vi khuẩn lactic bao gồm nhiều giống khác nhau: Streptococcus,

Pediococcus, Lactobacillus, Leuconostoc Ngày nay người ta bổ sung vào

nhóm vi khuẩn lactic những chủng vi khuẩn thuộc giống Bifidobacterium.

1.2 Đặc điểm và phân loại vi khuẩn Lactic

1.2.1 Đặc điểm chung:

Vi khuẩn Lactic là vi khuẩn Gram dương, không tạo bào tử, không

di động, hô hấp tùy tiện ( kị khí và hiếu khí ) và không chứa các men hô hấp như xitoccrom và catalaza

Chúng thu nhận năng lượng nhờ quá trình phân giải hydrat cacbon và sinh ra axit lactic, sinh sản bằng hình thức phân đôi tế bào

1.2.2 Phân loại vi khuẩn Lactic

Tùy thuộc vào hình dạng tế bào mà người ta chia vi khuẩn lactic thành dạng hình cầu và hình que

Kích thước của chúng thay đổi tùy từng loài

- Giống Streptococcus có dạng hình tròn hoặc hình ovan, đường kính tế

bào 0.5-1µm Sau khi phân chia theo một phương chúng thường xếp riêng biệt, cặp đôi hoặc chuỗi ngắn

Streptococcus Leuconostoc

- Giống Leuconostoc có hình dạng hơi dài hoặc hình ovan, đường kính

từ 0.5-0.8µm và chiều dài khoảng 1.6µm trong một số điều kiện chúng cũng

có dạng hơi tròn, chiều dài khoảng 1-3µm Sau khi phân chia chúng thường sắp xếp thành chuỗi, không tạo thành đám tập trung

- Giống Lactobacillus có dạng hình que Tùy vào điều kiện của môi

trường sống mà hình dạng của chúng thay đổi từ hình que ngắn đến dài Sắp xếp thành chuỗi hay đứng riêng lẽ

Lactobacillus Pedicoccus Bifidobacterium

- Giống Pedicoccus là những tứ cầu khuẩn hoặc song cầu khuẩn Có

hoạt tính thủy phân protein rất yếu

- Giống Bifidobacterium là những trực khuẩn, khi mới phân lập có thể

phân nhánh dạng chữ Y, V và tập hợp thành khối Sau nhiều lần cấy truyền chúng trở thành dạng trực khuẩn dạng thẳng hoặc hơi uốn cong

2 Cơ chế lên men Lactic

2.1 Lên men Lactic

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic Lên men lactic là một trong những loại hình lên men phát triển nhất trong thiên nhiên

Lên men lactic là một quá trình trao đổi năng lượng Các phân tử ATP được hình thành trong quá trình chuyển hóa cơ chất (lactose) sẽ được vi khuẩn giữ lại trong tế bào để phục vụ cho quá trình trao đổi và sinh trưởng của vi sinh vật

Ngược lại các sản phẩm như acid lactic, ethanol, CO2 được vi khuẩn thải vào môi trường lên men Kết quả là hàm lượng acid lactic tích lũy trong môi trường lên men ngày càng tăng, làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi hóa lý khác

Trong quá trình lên men lactic, ngoài sản phẩm là acid lactic, acid acetic, ethanol, CO2 trong dung dịch lên men còn xuất hiện cả trăm hợp chất hóa học mới khác Chúng là sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc ít hơn) Một số hợp chật trong nhóm trên rất dễ bay hơi Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi vị đặc trưng cho nhưng sản phẩm lên men lactic

Khi nồng độ của acid lactic đạt 2-3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh vật

khác, kể cả E coli Chính vì thế, Lên men lactic được ứng dụng để sản xuất

nhiếu sản phẩm khác nhau như: sữa chua, bơ, phô mai,…

Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 136 Kj (32,4 Kcal)

Lên men lactic gồm có lên men đồng hình và lên men dị hình

Lên men đồng hình: Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90%, chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon chuyển thành acid acetic, ethanol và CO2

và acetone Lượng sản phẩm phụ tạo ra phụ thuộc sự có mặt của oxy

Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong lên men đồng hình như:

Lactobacterium casei, Lactobacterium cremoris, Lactobacterium bulgaricus, Lactobacterium delbruckil,….

Phương trình tổng quát trong quá trình lên men đồng hình:

C6H12O6 + 2 ADP + 2Pi → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP

Trong một số trường hợp, lên men đồng hình có thể chuyển sang dạng di hình khi điều khiện lên men thay đổi

Lên men dị hình: Chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngoài ra còn có các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm Phương trình tổng quát trong quá trình lên men dị hình:

C6H12O6 → CH3CHOCOOH + CH3COOH + C2H5OH

Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật , môi trường dinh dưỡng phụ thuộc và điều kiện ngoại cảnh Acid lactic thường chiếm 40% lượng đường đã được phân hủy, acid suecinic 20%, rượu etylic 10%, acid acetic 10% và các loại khí khác gần 20%

2.2 Hoạt tính lên men Lactic

Vi khuẩn lactic có hoạt tính proteaza: phân hủy được protein của sữa thành các peptit và các acid amin Hoạt tính này ở các loài là khác nhau, thường trực khuẩn là cao hơn

2.3 Cơ chế lên men Lactic

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic Lên men lactic là một trong những loại hình lên men phát triển nhất trong thiên nhiên Có hai kiểu lên men lactic: lên men đồng hình và lên men dị hình

a Lên men lactic đồng hình (điển hình)

Trong trường hợp này, acid pyruvic được tạo thành theo sơ đồ Embden –Mayerhorf –Parnas (EMP) Sau đó, acid pyruvic sẽ tạo thành acid lactic dưới tác dụng của enzyme lactadehydrogenase

Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90% Chỉ một lượng nhỏ pyruvic bị khử cacbon để tạo thành acid lactic, etanol, CO2 và acetone Lượng sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào sự có mặt của O2

b Lên men lactic dị hình (không điển hình)

Xảy ra ở trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ bản của

sơ đồ Embden –Mayerhorf –Parnas (aldolase và triozophotphattizomerase),

vì vậy xilulose 5-photphat sẽ được tạo thành theo con đường pento-photphat(PP)

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

có các sản phẩm phụ khác như: acid axetic, etanol, CO2 Các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm

Phương trình tổng quát:

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

Glucose acid lactic (40%), acid acetic, etanol, acid sucxinic Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào giống vi sinh vật, vào môi trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh, nói chung là acid lactic thường chiếm 40% lượng đường đã phân hủy, acid suxinic 20%, rượu etylic chiếm 10%, acid acetic 10% và các loại khí gần 20%

II Ứng dụng của vi khuẩn lactic trong lên men sữa

1 Sản xuất sữa chua

1.1 Giới thiệu về sữa chua

Sữa chua ( sữa lên men), là tên goi chung

cho các sản phẩm từ sữa nhờ quá trình lên men bởi:

nhóm vi khuẩn lactic hoặc tổ hợp vi khuẩn lactic và

nấm men

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại sữa chua,

đa dạng về chủng loại Cấu trúc và mùi vị luôn được

các nhà sản xuất để thay đồi để phù hợp với thị hiếu

và thói quen sử dụng của khách hàng Sản phẩm sữa

chua được phân loại như sau:

Dựa trên cấu trúc, mùi vị có 5 loại: Hình Sữa chua Vinamilk

+ Sữa chua truyền thống: sản phẩm có cấu trúc gel mịn Trong quy trình sản xuất sữa chua truyền thống, sữa nguyên liệu sau khi được xử lý rồi được rót vào bao bì Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông( coagulum) và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm

+ Sữa chua dạng khuấy: khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phân hủy một phần do sự khuấy trộn cơ học Trong quy trình sản xuất sữa chua dạng khuấy, sữa nguyên liệu được xử

lý rồi lên men trong thiết bị chuyên dụng Tiếp theo

là quá trình làm sạch và rót sản phẩm vào bao bì Sữa chua dạng khuấy sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như sữa chua truyền thống

+ Sữa chua uống hay sữa chua dạng lỏng: khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy hoàn toàn Sản phẩm có dạng lỏng Điểm khác biệt là quá trình lên men, sử dụng phương pháp khuấy trộn và đồng hóa để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ nhớt cho sản phẩm

+ Sữa chua lạnh đông: sản phẩm có dạng như kem Quá trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dụng, tiếp theo hỗn hợp sau lên menđược đem đi xử lý và lạng đông và làm tăng độ cứng cho sản phẩm rồi bao gói

+ Sữa chua có đặc: quy trình sản xuất bao gồm các giai đoạn như lên men sữa, có đặc, làm lạnh và bao gói sản phẩm Trong quá trình cô đặc, người ta

sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm

1.2 Ảnh hưởng của vi khuẩn lactic trong sản xuất sữa chua

Chất lương sữa phụ thuôc vào nhiều chất lượng của chúng Đối với từng loại sữa chua, người ta dùng các chủng khác nhau, đảm bảo sao cho sữa chua có mùi vị đặc trưng

Một số chủng vi sinh vật thường dùng: Streptococcus lactic, Streptococcus

cremoric, Streptococcus diacetyl lactic, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus,…

Trong quá trình lên men, các chủng vi sinh vật này không chỉ sản sinh ra acid lactic mà còn có các acid bay hơi, khí CO2, este, diacetyl Kết quả tạo cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưng Vi khuẩn cần thiết cho quá trình sản

xuất sữa chua là Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus.

Hai loài vi khuần nói trên thuộc loài vi khuẩn hiếu khí và chịu được môi trường có độ acid thấp (pH = 4 ÷ 4,5)

L bulgaricus có khả năng thủy phân casein thành một số acid amin do đó

tạo điều kiện cho S thermophilus phát triển.

Trong sản xuất sữa chua bằng nuôi cấy hỗn hợp, hai loài trên cho thấy: ở giai đoạn đầu của quá trình sản xuất, pH của sữa thích hợp cho loài

Streptococcus hoạt động chiếm ưu thế và đảm bảo cho quá trình lên men

lactic được bắt đầu Hoạt động của các enzyme phân hủy casein của

Lactobacillus kích thích sự phát triển của Streptococcus, độ acid tăng lên.

pH của sữa thay đổi làm cho Streptococcus khó phát triển Lúc này

Lactobacillus sẽ thay thế chỗ và sự vón cục của sữa bắt đầu.

Sữa chua có thể được sản xuất từ sữa tươi tự nhiên hoặc sữa bột hòa tan với sữa tươi Sau khi thanh trùng ở nhiệt độ 95 ̊C, sữa được làm lạnh đến nhiệt

độ 42- 46̊ C,và cấy hai loại vi khuẩn trên để thực hiện quá trình lên men ở nhiệt độ 40 – 50 ̊C trong thời gian 2 – 3h

Để sản phẩm có độ chua nhẹ và thơm, người ta có thề sử dụng tế bào vi

khuẩn Streptococcus ở giai đoạn non và khi môi trường lên men có độ acid

thấp Ngược lại, muốn sữa chua có độ acid cao thì cần sử dụng tế bào

Streptococcus già hơn hoặc sử dụng Lactobacillus.

Nhiều người cho rằng Streptococcus tạo ra acid lactic còn Lactobacillus

quyết định mùi vị và cấu trúc sản phẩm, nhưng cũng có cấu trúc cho rằng

Streptococcus thúc đẩy nhiều quá trình sinh hóa tạo hương thơm đặc trưng

Khi lấy từng giống riêng lẻ thì mùi vị và cấu trúc không bằng sự kết hợp giữa 2 loài Do đó, tỉ lệ giữa 2 giống thích hợp nhất là 1: 1

Lactobacillus bulgaricus là vi khuẩn lên men điển hình, phát triển tốt nhất ở

nhiệt độ 45 – 50 ̊C trong môi trường có độ acid cao và có thể tạo đến 2,7% acid lactic từ đường lactose

Streptococcus thermophilus là vi khuẩn lactic chịu nhiệt lên men điển hình,

phát triển tốt ở nhiệt độ 50̊C và sản sinh tốt ở nhiệt độ 37 ÷ 40 ̊C nhưng chỉ

phát triển được trong môi trường có độ acid thấp hơn lactobacillus

bulgaricus

2 Sản xuất bơ và phô mai

2.1 Giới thiệu bơ và phô mai

Bơ là một sản phẩm làm từ mỡ sữa

Có nhiệt năng lớn, độ tiêu hóa cao, giàu các loại

vitamin A,E,B1,B2,C,D

Bơ có nhiều loại, khác nhau về thành phần, mùi vị

và phương pháp chế biến Phân loại bơ:

Theo mùi vị: Hình Miếng bơ vuông

Bơ ngọt

Bơ chua

Bơ mặn

Bơ có gia vị

Phô mai là một dạng thức ăn giàu

dinh dưỡng được chế biến từ sữa và cũng là

một phương pháp bảo quản sữa

Phô mai là sản phẩm đặc hay bán lỏng, dạng

tươi hoặc chín được làm từ việc đông tụ sữa

bằng rennet hay các chất gây đông tụ khác rồi

làm ráo nước

Phân loại phô mai:

Loại rất cứng (độ ẩm dưới 41%)

Loại cứng (49-56%)

Loại bán cứng (54-63%) Hình Phô mai

Loại bán mềm (61-69%)

Loại mềm (>67%)

2.2 Ảnh hưởng của vi khuẩn lactic có trong bơ và phô mai

 Bơ:

Ảnh hưởng của vi khuẩn lactic thể hiện rõ nhất ở quá trình lên men

bơ, mục đích là tạo cho bơ có mùi đặc trưng

Mức độ tạo hương của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào giai đoạn này, nếu làm bơ không qua giai đoạn lên men sẽ tạo ra sản phẩm không có mùi thơm

Quá trình làm giảm độ acid giúp tăng giá trị cảm quan của bơ

Bơ thành phẩm có mùi thơm chủ yếu là nhờ quá trình lên men của một số loài vi khuẩn lactic như : Streptococcus diacetylactic, Leuconostos citrovorum

 Phô mai:

Tương tự như bơ, trong phô mai tồn tại các chủng vi khuẩn lactic

chủ yếu:Lactobacillus: L.lactic, L.bulgaricus, L.helveticus, L.casei…

Streptococus: S.lactic subsp diacetilactic, S.cremoris, S.thermophillus

Leuconostoc

Đây là những vi khuẩn ưa ấm hoặc ưa nhiệt với cơ chế lên men đồng hình hoặc dị hình

Vai trò chính của chúng là tạo acid lactic trong quá trình lên men góp phần gây đông tụ sữa và tạo độ chua cho khối đông

Một số chủng còn tham gia vào quá trình chuyển hóa acid lactic, phân giải protein… để tạo nên màu sắc, mùi vị, hình dạng cũng như các chỉ tiêu hóa lý đặc trưng cho phomai thành phẩm