lên men lactic và ứng dụng trong sản xuất sữa chua

Ở Việt Nam, hệ vi khuẩn lactic xuất hiện chủ yếu trong sản phẩm lên men truyền thống như dưa cải muối chua, sữa chua, cơm mẻ, nem chua và một số sản phẩm men tiêu hoá đông khô.. Và trong

BÀI TIỂU LUẬN:

CHỦ ĐỀ: LÊN MEN LACTIC VÀ ỨNG DỤNG TRONG

SẢN XUẤT SỮA CHUA

I Mở Đầu

Lên men ứng dụng rất rộng rãi trong chế biến thực phẩm, sản phẩm của lên men góp phần làm gia tăng giá trị dinh dưỡng, chất lượng và an toàn cho sản phẩm Đặc biệt lên men lactic là loại lên men ứng dụng rộng rãi và tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị Có nhiều loại thức uống truyền thống được lên men lactic từ ngũ cốc như: “Boza” của Thổ Nhĩ Kỳ, Rumani,… “Kunun zaki” của Nigieria… các đồ uống này không chứa cồn, có vị ngọt và giàu năng lượng

Ngày xưa con người đã biết sử dụng lên men lactic để tạo

ra những loại thức uống bổ dưỡng Sau đó con người đã nghiên cứu về việc bổ sung hệ vi sinh vật trong quá trình lên men nhằm cải tiến và làm gia tăng quá trình lên men, làm cho sản phẩm lên men ngày càng hoàn thiện hơn, gần đây con người còn bổ sung thêm các chế phẩm có lợi như: Probiotic, Prebiotic, Bactoriocin vào thức uống làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm tốt cho

hệ tiêu hóa và tăng cường sức đề kháng cho cơ thể Điều này đã

mở ra bước ngoặt mới quan trọng về vai trò tạo đồ uống nhờ lên men lactic

Ở Việt Nam, hệ vi khuẩn lactic xuất hiện chủ yếu trong sản phẩm lên men truyền thống như dưa cải muối chua, sữa chua, cơm mẻ, nem chua và một số sản phẩm men tiêu hoá đông khô

Và trong bài tiểu luận này sẽ trình bày về ứng dụng của lên men lactic trong sản xuất sữa chua

II Acid lactic:

1 Giới thiệu chung về acid lactic:

Acid lactic (acid 2- hydroxypropionic) có CTTQ: C3H6O3 , CTCT: CH3 – CH – COOH

OH

Hiện nay được sản xuất thông qua tổng hợp hóa học hoặc theo phương pháp lên men Trong 2 dạng đồng phân đối ảnh acid L-(+) và D-(-) – lactic, cơ thể người chỉ hấp thụ được dạng LL-(+) Ngoài ra dạng D-(-) cũng có độc tính nhất định, chính vì vậy dạng L-(+) thường được lựa chọn trong thực phẩm Tuy vậy, sản phẩm thương mại chủ đạo hiện nay là sản phẩm hỗn hợp DL tổng hợp bằng con đường hóa học Acid lactic được sử dụng để tạo vị chua và làm chất bảo quản trong một số sản phẩm như pho mát, thịt, jele và bia Lactate amoni được dùng như nguồn nito phi protein trong thức ăn gia súc Các muối natri, canxi stearoyl lactylat được sử dụng làm chất tạo nhũ hoặc chất ổn định trong bột bánh Gần đây người ta quan tâm đến acid lactic nhiều hơn bởi những ứng dụng trong sản xuất các loại nhựa và bao bì tự phân chống ô nhiễm môi trường

2 Tính chất:

DL acid lactic là dịch lỏng dạng tinh thể, tan trong H2O, cồn, không tan trong CH3Cl, nhiệt độ nóng chảy 16,80C, nhiệt độ sôi 1220C

Acid lactic có khối lượng phân tử là 98,08, là chất hữu cơ không màu, mùi nhẹ

Acid lactic là một chất có độ hút ẩm cao là chất lỏng sánh đặc có sẵn trên thị trường ở những dạng khác nhau về chất

lượng; và phụ thuộc vào độ tinh sạch, và có nhiều tiêu chuẩn khác nhau: acid lactic kỹ thuật, thực phẩm, dược phẩm và acid lactic plastic

Chú ý là ở dạng đồng phần D-acid lactic hoặc L-acid lactic lần lượt có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi là 28 và 103 (0C)

Một tiêu chuẩn chất lượng quan trọng của acid lactic tinh sạch cao là sự bền nhiệt, ví dụ: không màu tạo thành khi làm nóng dung dịch 80% acid lactic đến 1800C

3 Lịch sử phát triển của quá trình lên men:

- Năm 1780 nhà bác học Thuỵ Điển Shale lần đầu tiên đã tách được acid lactic từ sữa bò lên men chua

- Năm 1857 Pasteur đã chứng minh được lên men sữa là do nhóm vi khuẩn lactic

-Năm 1878 Joseph Lister(1827 – 1912) đã phân lập thành công vi khuẩn lactic đặt tên là Bacterium lactic nay gọi là Streptococcus lactic

II Quá trình lên men lactic

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường glucoza thành axit 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 2 kiểu lên men lactic là lên men đồng hình và lên men dị hình

1 Lên men lactic đồng hình(điển hình)

Ở sự lên men lactic đồng hình glucoza bị phân giải theo con đường Embden – Mayerhof –Parnas(EMP) tạo thành acid

pyruvic và acid pyruvic bị khử thành acid lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase Lượng axit lactic tạo thành chiếm hơn 90% tổng các sản phẩm lên men và một lượng nhỏ axit acetic, aceton, di-acety…

Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men:

C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 21,8.104J

Vì trong vi khuẩn lên men lactic đồng hình không có enzyme cacboxylase cho nên axit pyruvic không phân hủy nữa mà tiếp tục khử thành axit lactic theo sơ đồ chuyển hóa dưới đây:

2CH3COCOOH Acid pyruvic

NAD.H NAD+

C6H12O6 (glucoza) 2CH3CHOHCOOH(acid lactic)

Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào sự có mặt của oxy Và tùy theo tinhs đặc hiệu quang học của enzyme lactate-dehydrogenase và sự có mặt cảu lactataxemase mà loại axit lactic dạng nào được tạo ra: D(-), L(+) hoặc DL

Quá trình lên men lactic đồng hình được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn lactobacterium và streptococcus

2 Lên men lactic dị hình(không điển hình)

Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme

cơ bản của sơ đồ Embden-Mayerhorf-Parnas(aldolase và triozophotphatizomerase), 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 thành axit lactic, ngoài ra còn có các sản phẩm phụ khác như: axit axetic, etanol, CO2 Các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm

Phương trình tổng quát:

C6H12O6 -> CH3CHOHCOOH + CH3COOH + CH3CH2OH + CH2OHCHOHCH2OH + CO2 +Q

Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống

vi sinh vật, vào môi trường dinh dưỡng và điêu fkieenj ngoại cảnh, nói chung thì axit lactic thường chiếm 40% lượng đường

đã được phân hủy, axit sucxinic 20%, rượu etylic chiếm 10%, axit axetic 10% và các loại khí gần 20%

3 Vi khuẩn lên men lactic

a) Đặc điểm

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(giải thích) Chúng có khả năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nhưng không có khả năng lên men các loại glucid phức tạp và tinh bột sự phát triển của nó cần sự có mặt của peptone, axit amin hay muối amon Chúng có yêu cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, axit amin

và khoáng chất Quá trình lên men xảy ra tốt trong môi trường axit pH từ 5,5 – 6, khi pH nhỏ hơn 5,5 quá trình lên men bị dừng lại nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men từ 15-50oC Tuy nhiên, mỗi loài có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau, nếu nhiệt độ lớn hơn 80oC vi khuẩn lactic bị tiêu diệt hoàn toàn

b)Phân loại

Người ta dựa vào quá trình lên men, chia vi khuẩn thành 2 loại:

vi khuẩn lactic lên men đồng hình và dị hình

Lên men đồng hình:

Lactobacterium casei: đây là những trực khuẩn rất ngắn gây chua sữa tự nhiên Yếm khí tùy tiện, lên men tốt glucose, maltose, lactose tạo môi trường có từ 0,8-1% axit lactic ở điều kiện bình thường gây chua sữa trong vòng 10-12 giờ Nguồn nito cho vi khuẩn này là pepton, nhiệt độ tối thiểu cho chúng phát triển là 10oC, tối ưu là 35oC và tối đa là

45oC, chúng thủy phân casein và gelatin rất yếu

Streptococcus cremoris: thường tạo thành chuỗi dài, thường phát triển ở nhiệt độ thấp hơn Lactobacterium casei, tối ưu

từ 25-30oC, leen men glucose, galactose

Lactobacterium bulgaricus: đây là trực khuẩn rất dài, nhiệt

độ phát triển tối ưu là 20oC, có khả năng len men glucose, lactose Chúng có khả năng tạo độ axit cao(3,7% axit lactic)

Lactobacterium delbruckii: thường gặp trên hạt đại mạch, đây là trực khuẩn lớn Trong quá trình phát triển của mình chúng có khả năng tạo thành sợi Nhiệt độ thích hợp cho chúng phát triển là 45-50oC, khác với những loài khác chúng không có khả năng lên men đường lactose, vì vậy chúng không được dùng trong chế biến sữa

Lactobacterium cueumeris fermenti: thường tìm thấy chúng trong sữa ủ chua Là trực khuẩn không chuyển động, thường tạo thành tế bào đơn và có khi tạo thành chuỗi Thường chúng tạo thành chuỗi trong quá trình lên men Khả năng tạo axit tối đa trong môi trường từ 0,9 ÷ 1,2% Lên men dị hình:

 Streptobacterium hassice fermentatae: thường thấy chúng trong các dịch lên men chua rau cải.Chúng tồn tại từng tế bào riêng biệt hoặc ghép thành từng đôi, hoặc chuỗi ngắn

có khi ghép thành từng chuỗi dài hình sợi Khi lên men rau cải chua tạo thành axit lactic, axit axetic, rượu etylic và CO2 Lên men đường saccarose tốt hơn lên men đường lactose

 Lactobacterium lycopersici: là trực khuẩn gram dương, sinh hơi, tế bào tạo thành chuỗi hay đơn, có khi ghép thành đôi một Khi lên men chúng tạo thành axit lactic, rượu êtylic, axit axetic và CO2 Chúng có khả năng tạo bào tử, tế bào sinh dưỡng thường chết ở nhiệt độ 80oC

Sự lên men Lactic là quá trình lên men yếm khí, sản phẩm tạo thành là acid lactic dưới tác dụng của vi khuẩn lactic

C6H12O6 → CH3CHOHCOOH Khi nồng độ của acid lactic đạt 2-3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh khác, kể cả E.Coli Chính vì thế người ta ứng dụng quá trình lên men lactic để sản xuất nhiều sản phẩm thực phẩm khác nhau như sữa chua, bơ, phomai, dưa chua rau quả ngoài

ra, lên men lactic còn được ứng dụng như: sản xuất axit lactic, trong công nghiệp nhẹ(sản xuất sơn, vecni, nhuộm và thuốc da), công nghiệp rượu(rượu vang…), ủ chua thức ăn cho gia súc…

IV Ứng dụng lên men lactic trong sản xuất sữa chua.

1 Khái niệm

Sữa chua đặc và yaourt là sản phẩm lên men lactic từ sữa

bò tươi, sữa bột hay sữa động vật nói chung sau khi đã khử chất béo và thanh trùng vi khuẩn gây bệnh bằng phương pháp Pasteur ở nhiệt độ 80 - 90oC

2 Phân loại

a Sữa chua truyền thống:

- Sản phẩm có cấu trúc gel

- Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện khối đông tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm

b Sữa chua dạng khuấy:

- sữa nguyên liệu được xử lý, cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì

c Sữa chua uống:

- khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men

bị phá hủy hoàn toàn

- sử dụng phương pháp khuấy trộn hoặc phương pháp đồng hóa để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và giảm độ nhớt cho sản phẩm

d Sữa chua cô đặc:

huyết thanh sữa được tách ra khỏi sản phẩm

3 Các nguyên liệu sản xuất sữa chua

- Chất tạo ngọt: đường kính, glucose

- Sữa: về nguyên tắc có thể sử dụng các loại sữa động vật để làm sữa hua nhưng loại được sử dụng nhiều nhất là sữa bò,

có thể dùng sữa nguyên kem, sữa tách béo một phần hoặc sữa gầy

- Chất ổn định: gelatin, cacboxymethyl, cellulose…

- Hương liệu: cam, dâu, đào, táo…

- Dịch que cô đặc: có thể dùng thêm cả màu và mùi tự nhiên hay nhân tạo để tăng cường

- Vi sinh vật: streptococcus salivarius subsp.thermophilus(ST), Lactobacillus delbrueckii subsp.dulgaricus(LB)

4 Các điều kiện của nguyên liệu sản xuất sữa chua

- Lượng vi sinh vật càng thấp càng tốt: nhỏ hơn 100cfu/100ml là mức tốt nhất theo đề nghị của Codex

- Không chứa dư lượng thuốc kháng sinh, hóa chất vệ sinh, sữa ôi

- Không chứa các thể sống ăn vi khuẩn thường là các virus

- Không chứa các enzym

5 Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua

Quy trình sản xuất sữa chua tùy thuộc vào từng loại sữa khác nhau và quy mô sản xuất Đây là các bước cơ bản để sản xuất sữa chua công nghiệp:

Nguyên liệu → chuẩn hóa→ hiệu chỉnh SNF → bài khí  → đồng hóa → Thanh trùng → cấy giống→ lên men → phối trộn

→ đồng hóa→ tiệt trùng UHT→rót sản phẩm → Đóng gói, dán nhãn bảo quản ở nhiệt độ phòng

Sơ đồ:

 Nguyên liệu: Nếu nguyên liệu là sữa bột không đường thì thêm đường để đạt nồng độ 8 - 10 % Sữa tươi sử dụng trong sản xuất sữ chua phải có chất lượng tốt

 Chuẩn hóa: mục đích điều chỉnh hàm lượng chất béo.Do nhu cầu khách hàng ngày càng nâng cao, họ đòi hỏi sự an toàn khi dùng sản phẩm, hàm lượng béo là một trong những điều mà họ quan tâm hàng đầu do nó có thể làm thay đổi dáng người mảnh mai của một người con gái và gây ra bệnh béo phì ở trẻ em Hàm lượng chất béo cao rất

dễ gây ra hiện tượng tách pha ở sản phẩm sữa chua

Nguyên tắc thực hiện:

 Nếu hàm lượng chất béo thấp ta tiến hành tính toán và

bổ sung thêm cream

 Nếu hàm lượng chất béo cao ta tiến hành tính toán và tách bớt cream ra

 Hiệu chỉnh SNF Mục đích :xác định hàm lượng chất khô có trong sữa yếu

tố này rất quan trọng nó quyết định đến độ cứng của sản phẩm sữa chua tạo thành Nếu hàm lượng chất khô quá thấp thì khả năng đông tụ của sản phẩm sữa chua sẽ rất thấp nếu hàm lượng chất khô quá cao thì sản phẩm sữa chua tạo thành có độ cứng cao

Giải pháp kỹ thuật:cô đặc chân không, bổ sung bột sữa gầy,

bổ sung sữa cô đặc, siêu lọc

 Bài khí:

Mục đích: trong sữa có nhiếu khí lạ cần được loại trừ nếu không sẽ phá vỡ mùi hương đặc trưng của sữa chua Khi trong sữa có nhiều khí nó sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt, nghĩa là làm tăng chi phí cho quá trình sản xuất như bước thanh trùng, đồng hóa…trong trường hợp thanh trùng sau khi đã đóng hộp, tại nhiệt độ thanh trùng thể tích của khí sẽ tăng lên làm vỡ hộp

Nguyên tắc thực hiện: ổn định hệ nhũ tương, hạn chế hiện tượng tách pha

Thông số kỹ thuật: T=55-70oC, P=100-250bar

Phương pháp thực hiện:

Đồng hóa toàn phần:1 cấp hoặc 2 cấp

Đồng hóa một phần: dòng cream(10%max), dòng sữa gầy

Thiết bị: rất đơn giản chỉ cần có sự thay đổi tiết diện đột ngột tạo nên sự va đập, hiện tượng chảy rối, hiện tượng xâm thực

 Thanh trùng:

Mục tiêu: tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và ức chế hoạt động của vi sinh vật khác

Phương pháp thực hiện: HTST(High Temperater Short Time): 72-75oC trong vòng 15-20s

Thiết bị thanh trùng: ống lồng ống, bản mỏng

 Cấy giống: giống sau khi được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau, sẽ được lựa chọn loại có khả năng cao nhất đồng thời tìm môi trường thích hợp để tiến hành nhân giống đến lượng cần thiết dung dịch sữa sau khi thanh trùng cần được làm nguội xuống đến khoảng 42oC(nhiệt độ này sẽ không làm ảnh hưởng đến chất lượng giống) rồi tiến hành cấy giống vào với tỷ lệ 0,5-7%

 Lên men: quá trình lên men được thực hiện trong bioreactor có các bộ phận điều khiển : nhiệt độ tự động, pH môi trường tự động quá trình lên men được thực hiện ở nhiệt độ T=42oC, thời gian lên men t=5-6h, pH=4,5-4,6

 Rót sản phẩm:

Bao bì được sử dụng: nhựa (sữa chua đặc), giấy(sữa chua uống)

Yêu cầu của bao bì:kín, phải vô trùng, thiết bị rót cũng phải

vô trùng

6 Các loại sữa chua trên thị trường hiện nay

Hiện nay loại sữa chua được ưa chuộng và sản xuất với thiết bị hiện đại nhất là VINAMILK Được sản xuất trên dây chuyền kỹ thuật hiện đại của châu Âu cho ra đời các sản phẩm dinh dưỡng chất lượng tốt nhất sữa chua VINAMILK được là từ men vi sinh vật sống, gây dựng men có lợi cho đường ruột và hỗ trợ tiêu hóa Sử dụng sữa chua mối ngày giúp cho bạn có làn da mịn màng, tươi tắn đồng thời chữa được chứng hôi miệng

Các loại trên thị trường như:

 Sữa chua đặc : với 3 mặt hàng:

+ Sữa chua trắng(2500đ) + Sữa chua có bổ sung mứt dâu(3000đ) + Sữa chua có bổ sung hương trái cây(3000đ) Sữa chua PLUS là sản phẩm sữa chua mới có bổ sung canxi, chất xơ và rất ít béo.KEFIR cũng là một loại men vi sinh rất có lợi cho cơ thể

 Sữa chua uống: như sữa chua Yao, sữa chua uống tiệt trùng Yomilk…

7 Lợi ích mà sữa chua mang lại

Sữa chua có tác dụng hữu hiệu đối với sức khỏe nhờ có thành phần chính là Lactobacillus Acidophilus và Bifido Bacterium Chúng giúp tạo sự cân bằng và bồi bổ cho những vi khuẩn tốt hiện hữu có sẳn trong ruột sữa chua có chứa một lượng rất ít chất lactose Đây chình là điều kiện tốt nhất cho những ai có vấn

đề về tiêu hóa mỗi khi ăn một sản phẩm được chế biến từ bơ, sữa