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.
Trang 1Chủ đề:
Công nghệ lên men sản xuất đồ uống lên men từ
vi khuẩn lactic.
Trang 2I ĐẶT VẤN ĐỀ
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 Vi khuẩn lactic và cơ chế len men lactic
2.1 Vi khuẩn Lactic
Khái niệm
Vi khuẩn lactic là vi khuẩn gram dương, vi khuẩn này thường được tìm thấy trong quá trình phân hủy thực vật và trong các sản phẩm sữa chua, tạo ra axit lactic là sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men carbohydrate.
2.2 Đặc điểm và phân loại vi khuẩn lactic
Đặc điểm vi khuẩn lactic.
Vi khuẩn lactic có một số đặc điểm nổi bật dưới đây:
• Hầu hết là thuộc họ Lactobacillaceae
• Có dạng hình cầu hoặc hình que đứng đơn độc thành chuỗi với nhau
Trang 3• Là vi khuẩn gram dương, không sinh bào từ, không di động.
• Lên men lactic.
Phân loại:
Vi khuẩn lactic hình thành một nhóm vi khuẩn làm giảm carbohydrate (ví dụ, trong quá trình lên men) nhờ sản xuất các axit lactic Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillus, các chi tiêu biểu có chứa vi khuẩn lactic phân loại như sau: Streptococcus, Lactobacillus, Lactococcus, và Leuconostoc.
2.3 Khái niệm lên men lactic
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa cacbohydrat thành axit lactic nhờ vào hoạt động của các vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn lactic Lên men lactic có 2 dạng chính là đồng hình và dị hình, cả 2 cũng diễn ra trong điều kiện yếm khí.
Tại quá trình này, đường lactose sẽ được chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật nhờ các
cơ chế chuyên biệt Sau đó, chúng sẽ được phân hủy và chuyển hóa thành các axit Quá trình này được sử dụng để sản xuất các loại sữa chua, phô mai hay bơ,
2.4 Quá trình lên men lactic
Quá trình lên men axit lactic là quá trình trao đổi chất nhờ đó glucose và các loại đường 6-carbon khác (cũng như disaccharides của các loại đường 6-carbon, ví dụ: sucrose hoặc lactose) được chuyển thành năng lượng tế bào và chất chuyển hóa lactate, là axit lactic trong dung dịch Nó là một phản ứng lên men kỵ khí xảy ra ở một số vi khuẩn và tế bào động vật, chẳng hạn như các tế bào cơ.[1][2][3]
Trang 4One isomer of lactic acid
Hoạt hình này tập trung vào một phân tử glucose chuyển thành pyruvate sau đó thành axit lactic Trong quá trình này có một phân tử glucose 6 phân tử và 2 phân tử NAD + 2 photphat gắn vào đầu của phân tử glucose, tách phân tử glucose thành 2 phân tử pyruvate Các phân tử NAD + thêm một phosphate khác vào đầu mở của 2 phân tử pyruvate, chuyển 2 NAD + thành 2 NADH Sau đó ADP đến và lấy phốt phát, tạo ra 2 phân tử ATP Pyruvate được biến thành 2 quá trình phân tử lactate rồi lặp lại, bắt đầu với một phân tử glucose khác
Nếu oxy có trong tế bào, nhiều sinh vật sẽ bỏ qua quá trình lên men và trải qua quá trình
hô hấp tế bào; tuy nhiên, các vi sinh vật kỵ khí có cấu trúc sẽ lên men và trải qua sự hô hấp khi có oxy Đôi khi ngay cả khi oxy có mặt và chuyển hóa hiếu khí đang xảy ra trong
ti thể, nếu pyruvate đang xây dựng nhanh hơn nó có thể được chuyển hóa, thì quá trình lên men sẽ xảy ra.
Lactate dehydrogenase xúc tác sự biến đổi của pyruvate và lactate với sự tương tác đồng thời của NADH và NAD+ Trong quá trình lên men homolactic, một phân tử glucose cuối cùng được chuyển thành hai phân tử axit lactic Ngược lại, quá trình lên men dị thể
Trang 5tạo ra carbon dioxide và ethanol ngoài axit lactic, trong quá trình gọi là đường
phosphoketolase.
2.5 Cơ chế lên men Lactic
Khi việc lên men xảy ra, đường lactose sẽ được vận chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật dựa vào các cơ chế chuyên biệt Sau đó, chúng sẽ được phân hủy và chuyển hóa thành các axit Quá trình này được sử dụng để sản xuất các loại sữa chua, phô mai, bơ,…Sau đây là 2 cơ chế lên men lactic.
Lên men đồng hình:
Quá trình lên men đồng hình dựa trên sơ đồ EMP (Embden Mayerhorf Parmas)
Phương trình tổng quát:
C6H12O6 + 2NAD → 2CH3COCOOH + 2NADH2
CH3COCOOH +H2 → CH3CHOHCOOH.
Lên men dị hình:
Là quá trình lên men mà không chứa các emzym theo sơ đồ EMP
Phương trình tổng quát
C6H1206 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5O + COOH(CH2)2COOH +CO2
Điều kiện: khả năng tổng hợp chất cần cho sự sống của vi khuẩn rất yếu Do đó, chúng là những vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, vi hiếu khí, là loại có khả năng lên men hiếu khí cũng như kỵ khí.
Phương trình tiếp theo cho sản xuất axit lactic từ glucose là:
C6H12O6 (glucose) → 2 CH3CHOHCOOH (lactic acid)
Trang 6Việc sản xuất axit lactic từ lactose và nước có thể được tóm tắt như sau:
C12H22O11 (lactose) + H2O (water) → 4 CH3CHOHCOOH (lactic acid)
III Ứng dụng của vi khuẩn lactic trong quá trình len men sữa chua uống, 3.1 Giới thiệu về sữa chua,sữa chua uống
Giới thiệu sữa chua
Sữa chua (sữa lên men) là tên gọi chung cho sản phẩm từ sữa nhờ quá trình lên men bởi nhóm vi khuẩn lactic hoặc tổ hợp vi khuẩn lactic và nấm men
Sữa chua uống
Sữa chua được phân thành nhiều loại,trong đó sữa chua uống là thức uống bổ dưỡng tiện lợi cho người dùng
Sữa chua uống (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 trinh lên men sử dụng phương pháp khuấy trộn và đồng hóa để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm độ nhớt cho sản phẩm
3.2 Dinh dưỡng có trong sữa chua uống
3.2.1 Protein
Sữa chua nguyên chất làm từ sữa nguyên chất có thể chứa khoảng 8,5 g protein trong mỗi 245g sữa chua Protein này chia thành 2 loại:
• Whey (váng sữa): là nhóm protein hòa tan nhỏ hơn trong các sản phẩm sữa, chiếm 20% hàm lượng protein trong sữa chua Protein whey từ lâu đã là sản
Trang 7phẩm bổ sung phổ biến đối với các vận động viên và người tập thể hình, còn giúp hạ huyết áp, giảm cân
Sữa chua cung cấp chất dinh dưỡng tốt cho người sử dụng
• Casein: là các protein sữa không hòa tan
Tuy vậy thì cả 2 loại protein này đều có chất lượng tốt, giàu axit amin thiết yếu và khả năng tiêu hóa tốt
3.1.2 Chất béo
Có tới 400 loại chất béo khác nhau trong sữa chua, phụ thuộc vào loại sữa làm ra
nó Sữa chua có thể sản xuất từ tất cả các loại sữa như sữa nguyên kem, sữa ít béo hoặc không béo Hàm lượng chất béo trong sữa chua như sau:
• Chiếm từ 0,4% trong sữa chua không béo đến 3,3% hoặc hơn trong sữa chua chứa nhiều chất béo
• Phần lớn chất béo trong sữa chua đều là chất béo bão hòa (70%) nhưng cũng chứa một lượng chất béo không bão hòa đơn hợp lý
• Chất béo trong sữa chua có thể cung cấp tới 400 loại axit béo khác nhau
3.1.3 Đường (Carbohydrat)
Trang 8Sữa chua chứa ít đường tự nhiên, trong sữa chua nguyên nhất chủ yếu ở dạng đường đơn lactose và galactose Hàm lượng các chất như sau:
• Hàm lượng lactose trong sữa chua thấp hơn sữa, do quá trình lên men vi khuẩn của sữa chua làm cho lactose bị phá vỡ và chuyển hóa thành galactose
và glucose
• Hầu hết glucose sẽ chuyển hóa thành axit lactic làm nên vị chua của sản phẩm
• Các loại sữa chua cũng chứa một lượng chất làm ngọt bổ sung đáng kể như sucrose (đường trắng) và đường hương liệu
• Lượng đường trong sữa chua thường không cố định và có thể dao động từ 4,7% đến 18,6% hoặc cao hơn
Sữa chua cung cấp lượng đường vừa đủ cho cơ thể con người
3.1.4 Vitamin và khoáng chất
Tùy vào loại sữa chua khác nhau sẽ có thành phần vitamin và khoáng chất khác nhau Sữa chua làm từ sữa tươi nguyên chất sẽ chứa hàm lượng lớn vitamin và khoáng chất rất lớn như:
• Vitamin B12
• Canxi
• Photpho: sữa chua là nguồn cung cấp photpho đáng kể, đây là khoáng chất thiết yếu trong quá trình sinh học của cơ thể
• Riboflavin: còn gọi là vitamin B2 được cung cấp chủ yếu nhờ sản phẩm từ sữa trong chế độ ăn hiện đại
2.5 Probiotic
Là vi khuẩn sống có ảnh hưởng tích cực đến sức khỏe, giúp cải thiện hệ tiêu hóa và được tìm thấy trong các sản phẩm sữa lên men như sữa chua Các probiotic ở trong
Trang 9sản phẩm lên men chủ yếu là vi khuẩn axit lactic và bifidobacteria Một số lợi ích của probiotic đem lại gồm có:
• Tăng cường hệ miễn dịch
• Giảm cholesterol
• Tổng hợp vitamin: lợi khuẩn bifidobacterium có thể tổng hợp hoặc tạo ra nhiều loại vitamin như thiamin, niacin, vitamin B6, vitamin B12, folate và vitamin K
• Bifidobacterium còn có lợi cho hệ tiêu hóa giúp giảm các triệu chứng của hội chứng ruột kích thích
• Giúp điều trị tiêu chảy gây ra do kháng sinh
• Chống lại bệnh táo bón
• Tăng khả năng tiêu hóa lactose
3.3 Ảnh hưởng của vi khuẩn lactic trong việc sản xuất sữa chua
Ảnh hưởng của vi khuẩn lactic trong sản xuất sữa chua:
• Chất lượng sữa phụ thuộc vào nhiều chất lượng của chúng
• Một số chủng VSV: Streptococcus lactic, Streptococcus diacetyl lactic,
Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus
• Trong đó VK cần thiết cho quá trình sản xuất sữa chua là Streptococcus
thermophilus và Lactobacillus bulgaricus
• Hai loài trên là VK hiếu khí và chịu được môi trường có độ acid thấp (pH=4-4,5)
• L.bulgaricus có khả năng thủy phân casein thành 1 số acid amine 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 sữa thích hợp cho loài Streptococcus hoạt động chiến ưu thể và đảm bảo cho quá trình lên men lactic bắt đầu
Trang 10• 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 vón cục của sữa bắt đầu
• Sữa chua có thể sản xuất từ sữa tươi tự nhiên hoặc sữa bột hòa tan với sữa tươi
• Sau khi thanh trùng ở nhiệt độ 95oC, sữa được làm lạnh đến nhiệt độ 42-46oC và cấy hai loại VK trên để thực hiện quá trình lên men ở nhiệt độ 40-500C trong thời gian 2-3h
• Để sản phẩm có độ chua nhẹ và thơm, người ta sử dụng 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
3.4 Quy trình sản xuất sữa chua
Quá trình lên men sữa chua:
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
Qui trình công nghệ sản xuất sữa chua như sau:
Nguyên liệu → Phối trộn → Gia nhiệt → Đồng hoá 1 → Làm lạnh → Ageing → Thanh trùng → Đồng hoá 2 → Hạ nhiệt → Cấy men → Ủ → Làm lạnh → Bồn rót
→ Đóng gói, dán nhãn
+ Nguyên liệu: Nếu nguyên liệu là sữa bột không đường thì thêm đường để đạt nồng độ 8 - 10 %
+ Phối trộn: Bột sữa, đường, bơ, chất ổn định phối ở nhiệt độ 45oC để quá trình hoà tan đồng đều
+ Gia nhiệt: nâng nhiệt độ lên 60oC cho thích hợp quá trình đồng hoá
Trang 11+ Đồng hoá: được thực hiện trong máy đồng hoá tạo áp suất cao khoảng 200 bar bằng hệ thống bơm pitton để phá vỡ các hạt béo vào trong nguyên liệu và phân tán các chất khác nhau tạo thành hỗn hợp đồng nhứt
+ Làm lạnh: Dòng sữa được cho qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng vĩ có nước lạnh bên ngoài để nhiệt độ còn 5oC Dẫn tới bồn ageing
+ Ageing: Sữa để yên trong bồn 1-2 giờ, ở 5oC
+ Thanh trùng: nâng nhiệt lên 95oC trong 1 phút
+ Đồng hoá 2: ở 95oC, 200 bar
+ Hạ nhiệt: tới nhiệt độ thích hợp quá trình lên men của vi khuẩn lactic (43oC) + Cấy men: Men được sử dụng là giống vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus (hình que) và Streptococus thermophilus (hình cầu) thuộc chủng Streptococea, họ
Lactobacteriaceas Sữa sau khi được hạ nhiệt xuống còn 43oC (pH lúc này phải đạt khoảng 4,4 – 4,5) cùng lúc men từ bồn men được bơm vào bồn cấy men Lượng men bơm vào chiếm 5% tổng khối lượng sản phẩm
+ Giai đoạn ủ: 43oC; 4 -5 giờ, pH sau ủ khoảng 4,7 - 4,8 Ủ nhằm mục đích tạo đủ thời gian, tạo điều kiện thích hợp cho quá trình lên men chuyển hoá đường lactose thành acid lactic
+ Làm lạnh: 15oC để hạn chế quá trình lên men
+ Bồn rót: Sau làm lạnh, sữa được chuyển sang bồn rót để chuẩn bị đóng gói
+ Đóng gói, dán nhãn: Cuộn nhựa được tiệt trùng ở 115oC, đem dập khuôn và chuyển đến bồn rót Sữa chua được rót vào và dán nhãn (nhãn được tiệt trùng bằng tia hồng ngoại)
3.5 Một số sản phẩm sữa chua uống trong nước được ưa chuộng
Trong nước:
1 Sữa chua uống Yoyo
Trang 122 Sữa chua uống Betagen
3 Sữa chua uống Vinamilk probi
Trang 134 Sữa chua uống thanh trùng Ba Vì
Rất nhiều sản phẩm sữa chua uống trên thị trường Việt như: sữa chua uống Vinamik,sữa chua uống Kun,sữa chua uống Susu,Sữa chua uống men sống nuti,Sữa chua uống TH True Yogurt-TOPTEEN,Sữa chua uống Yomost