Nghiên cứu hệ vi sinh vật Kefir trong sữa chua

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG
TIỂU LUẬN VI SINH VẬT
Đề Tài
GVHD: NGUYỄN THỊ QUỲNH MAI
SVTH: MSSV
HUỲNH QUỐC VIỆT 2008100018
TÔ CẨM THUẬN 2008100087
PHẠM THÀNH PHÁT 2008100137
1
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011
năm2011
Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU
1. GIỚI THIỆU VỀ KEFIR
4
1.1. Nguồn gốc hạt kefir
4
1.2. Cấu tạo hạt kefir
4
1.3. Vi sinh vật trong hạt kefir
6
1.3.1. Acid lactic
7
1.3.2. Nấm men
10
1.4.Chu trình phát triển của giống kefir
10
2. QUÁ TRÌNH LÊN MEN

11
2.1. Quá trình lên men lactic
13
2.1.1. Lên men lactic đồng hình
12
2.1.2. Lên men lactic dị hình
13
2.1.3. Ứng dụng của quá trình lên men lactic
13
2.1.4. Sơ đồ thể hiện sự chuyển hóa lactoza, axit xitric, protein, lipit trong sữa
14
2
2.2. Quá trình lên men rượu
17
2.2.1. Hiệu ứng pasteur
19
2.2.2. Ứng dụng của quá trình lên men rượu
19
3. GIỚI THIỆU SẢN PHẨM SỮA CHUA KEFIR
20
3.1. Thành phần nguyên liệu
20
3.1.1. Nguyên liệu chính
20
3.1.2. Nguyên liệu phụ
22
3.2. Quy trình công nghệ sản xuất
23
3.2.1 Quy trình
23

3.2.2. Giới thiệu về quy trình
24
4. MỘT SỐ NGUYÊN CỨU CỦA KEFIR ỨNG DỤNG VÀO THỰC PHẨM
4.1. sản phẩm Kefir d’Uva hay Grape Juice Kefir (nước nho lên men Kefir)
4.1.1. Giới thiệu về nguyên liệu chính
4.1.2. Thành phần nguyên liệu lên men nước nho Kefir
4.1.3. Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua kefir từ dịch trái nho
4.2. Nghiên cứu dịch lên men kefir bưởi (Phạm Thị Thùy Trang-Đại học khoa học tự
nhiên-2011)
4.2.1. Nội dung nghiên cứu 27
4.2.2. Nguyên liệu
4.2.3. Quy trình công nghệ của sữ chua kefir bưởi 28
LỜI KẾT
TÀI LIỆU THAM KHẢO
3
LỜI NÓI ĐẦU
Khoa học ngày càng phát triển, các vi sinh vật hữu ích được con người hiểu biết ,
khai thác và sử dụng ngày càng nhiều hơn. Đặc biệt là các sản phẩm lên men truyền
thống. Một trong những sản phẩm đó là sản phẩm sữa chua kefir, nó có nguồn gốc từ
những người dân sống trên miền núi của nước Nga. Ngày nay, trên thế giới đã biết
nhiều đến sản phẩm này vì những giá trị sinh học mà sản phẩm này mang lại:
- Tăng tuổi thọ, làm giảm bớt bệnh tật, tăng sức đề kháng cho cơ thể chống lại
một số bệnh tật.
4
- Giảm cholesterol trong máu.
- Đường lactose của sữa được thủy phân thành acid lactic nên tránh được tình
trạng bất dung nạp đường lactose của sữa cho những người chưa có khả năng thích
ứng với sữa
- Ức chế vi trùng gây bệnh đường ruột (vi khuẩn gây ung thối và gây bệnh ở ruột
già), giúp ổn định vi khuẩn đường ruột, điều hòa tiêu hóa, vừa chống tiêu chảy, vừa

chống táo bón.
Một trong những nhân tố giúp cho sản phẩm sữa chua kefir có giá trị cao hơn các
loại sữa chua thông thường đó là hệ vi sinh vật hữu ích tồn tại trong sản phẩm. Do đó,
nhóm chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu hệ vi sinh vật kefir trong sữa chua” để thực
hiện tiểu luận vi sinh vật. Các nội dung thực hiện trong đề tài:
- Giới thiệu sản phẩm sữa chua kefir (nguồn gốc xuất xứ, giá trị sinh học,…)
- Khảo sát hệ vi sinh vật trong sản phẩm sữa chua kefir (vi khuẩn lactic, nấm
men, cơ chất cho vi sinh vật hoạt động,…)
- Tìm hiểu một số kết quả nghiên cứu ứng dụng hệ vi sinh vật kefir để sản xuất
các sản phẩm sữa chua.
1. GIỚI THIỆU VỀ KEFIR
1.1. Nguồn gốc hạt kefir
Kefir có nguồn gốc từ miền núi Caucasus – Nga. Kefir là phức hệ vi sinh vật nấm
vi khuẩn. Vì thế, không chỉ đơn thuần là một sản phẩm thông thường như những sản
phẩm khác, nó còn có vai trò sinh học rất cao đối với cơ thể trong trong việc chống lão
hóa và phòng ngừa một số bệnh mãng tính phổ biến ở nhiều nước trên thế giới.
Cách đây hàng nghìn năm, Kefir được biết đến như một thứ nấm dùng chữa
bệnh, nó xuất xứ từ cách nuôi riêng của các tu sĩ Ấn Tạng. Đây là loại nấm vi khuẩn
có thể làm biến đổi sữa nhờ một hệ vi sinh vật phức tạp gồm nhiều loài vi khuẩn và
5
nấm men được chứng minh là rất có lợi cho sức khoẻ. Nó được lên men trong các túi
da thú với môi trường sữa bởi một số loài vi sinh vật sống cộng sinh trong hạt kefir.
Đối với họ, hạt kefir được xem như quà tặng của đấng allah ban cho họ. Điều thú vị là
người dân ở đây không hề biết tới bệnh tật là gì và tuổi thọ trung bình của họ rất cao
khoảng 110 tuổi và các bác sĩ ở Nga tin rằng tuổi thọ và bệnh tật thì liên quan đến
kefir.
Nguyên liệu để sản xuất Kefir có thể lên men là sữa dê, sữa cừu hay sữa bò. Theo
Oberman H và Libudiziz Z (1998), người ta lên men sữa thành Kefir trong các túi
bằng da thú hoặc bồn bằng gỗ sồi mà không dùng kim loại trong quá trình lên men tại
vì dùng kim loại sẽ làm hỏng quá trình lên men. Chính vì vậy, một phương pháp sản

xuất Kefir mới đã được công nhận về chất lượng đó là phương pháp lên men có khuấy
trộn.
1.2. Cấu tạo hạt kefir
Hạt Kefir là phức hệ vi sinh vật gồm vi khuẩn lactic (Lactobacilli, Lactococci,
Leuconostoc ) và nấm men được gắn với nhau bởi chất polisacharide. Các hạt Ker
có màu từ trắng đến vàng nhạt với đường kính trung bình 0,3÷2 cm
Tuy vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn nhưng từ hàng nghìn năm qua sự tiêu thụ đa
chứng minh được rằng hệ vi sinh vật trong Kefir là không gây bệnh mà còn có khả
năng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh như Salmonella hay Singella.
( />6
Hình 1.2: Hệ vi sinh vật sau khi được vớt ra khỏi sữa
Hình 1.1: Hình dạng kích thước hạt kefir nguyên vẹn và sau khi đã cắt đôi
(www.Kleibers.de/ /guido/4a_kefir_tibet.jpg)
Bề mặt ngoài của hạt có nhiều dạng, từ dạng phẳng đến không đồng đều gồm
nhiều thứ phức tạp, có những chỗ lồi lõm rải rác khắp bề mặt. Nếu điều kiện thuận lợi,
sau một thời gian, những hạt nhẵn này thường trở lại dạng nguyên thể, sau đó hình
thành các hạt bao quanh mình, nơi mà có thể nhân giống lên. Thường ở những vùng
không phẳng, xù xì thường có sự hoạt động mạnh của nấm men, trong khi ở vùng
phẳng vi khuẩn lại chiếm ưu thế. Nấm men hình thành những khóm nhỏ nhô ra trên bề
mặt, Streptococci thì bện vào nhau với các vi khuẩn khác chứ không hình thành dạng
cụm.
Ở sâu bên trong hạt, Lactobacilli chiếm ưu thế (65-80% tổng số vi sinh vật trong
hạt Kefir ) và có rất ít tế bào nấm men, chúng được gói gọn trong dịch polisacharide,
các vi khuẩn hình que và nấm men hình thành các cụm riêng biệt bên ngoài và bên
trong hạt. Ở đó Lb.Kefiranoficients được xem là nguyên nhân hình thành polisacharide
hòa tan Kefiran. Trong khi đó L. bacitophilus hình thành vỏ bọc bên ngoài
polisacharide mà có thể giúp hạt co giãn.
Polisacharide chủ yếu là nước, vật chất hoà tan được biết là Kefiranofaciens và
L. kefir sản sinh ra polisacharide này. Chúng là một phần của hạt, nếu không có sự
hiện diện của chúng thì hạt Kefir không thể hình thành. Ngoài tế bào vi sinh vật, hạt

Kefir còn chứa protein (chiếm khoảng 30% tổng chất khô) và Carbohydrate (25÷50%).
Như vậy từ một số thông tin đa đưa ra thành phần hợp thành của hạt giống Kefir là
phức protein Polisacharide béo.
1.3. Vi sinh vật trong hạt kefir
Bảng dưới đây thể hiện tóm gọn sự có mặt của hệ vi sinh vật có trong hạt kefir
7
Bảng 1.1: Các vi sinh vật có trong hạt Kefir (Oberman H và cộng sự, 1998)
Giống vi sinh vật Loài
Vi khuẩn
lactic
Lactobacilli
Lb. brivis, Lb. cellobiosus, Lb. acidepphilus,
Lb. Kefir, Lb. casei ssp. Alactosus, Lb. casei ssp.
Rhamnosus, Lb. helveticus. Ssplactis,
Lb. delbruevii.ssp.lactic, Lb. paracasei.ssp.paracasei,
Lb. casei, Lb. lactis, Lb. plantarum, Lb. delbrueckii.
ssp. Hulgaricus, Lb. fructivorans, Lb. hilgardii, Lb.
kefiranofaciens, Lb. kefirgarnum sp.nov, Lb. parakefir
sp.nov
Streptococci S. thermophilus, S. lactis, S. filant, S. durans
Lactococci
Lc. lactis.ssp.lactis
Lc. lactis.ssp.lactis var diacetylactis
Lc. lactis.ssp.cremoris
Leuconostoc
Leuc. mesesteroides.ssp.dextranicum
Leuc. mesenteroides.ssp.cremoris
Acetobacter Acetobacters casei
Nấm men
Kluyveromyces

K. lactis, K. marxinnus. ssp. bulgaricus
K.morxianus. ssp. marxianus
Saccharomyces
S. lactis, S. cerevisiae, S. florentinus,
S. globosus, S. unisporus, S.carlsbergensis,
S. ssp. torulopsis holmii
Candida C. kefir, C. pseudotropicalis, C. tenuis,C. rancens
Torulaspora T. delbrueckii
1.3.1. Acid lactic
Điển hình một số loài vi khuẩn lactic đóng vai trò quan trọng trong lên men sữa chua
kefir như:
- Streptococcus lactic: vi khuẩn này phát triển
tốt trong sữa bò và một số môi trường pha chế từ
sữa, trong khi lại phát triển kém trong môi trường
nước thịt pepton. Đây là loại vi khuẩn hiếu khí tuỳ
tiện nên có thể phát triển sâu trong thạch và
cho khuẩn lạc hình cây có nhánh. Đặc điểm
sinh hoá quan trọng là lên men glucose,
8
Hình 2.3: Streptococcus lactic
lactose, galactose, maltose, dextrin, không lên men saccharose. Vì vậy Streptococcus
lactic đóng vai trò quan trọng trong việc chế biến sữa chua. Phát triển tốt ở nhiệt độ
30÷35
0
C, ở nhiệt độ này vi khuẩn gây đông tụ sữa sau 10÷12 giờ, độ acid giới hạn do
Streptococcus lactic tạo nên thường dao động trong khoảng 110-120
0
T. Ở nhiệt độ tối
ưu Streptococcus lactic phát triển trong sữa có thể đạt đến số lượng tối đa 1,2÷2 tỷ tế
bào/ml sau 10÷12 giờ. Sữa được lên men chua bởi Streptococcus lactic luôn luôn có

hương vị đặc trưng của sản phẩm sữa chua. Thời gian này tương ứng với thời gian lên
men chua sữa đến 60
0
T. Độ acid sữa tăng lên rất nhanh trong vài giờ đầu, sau đó giảm
dần và ngừng hẳn khi đạt đến gần 120
0
T.
- Streptococcus cremoris: là loại liên cầu khuẩn này thường thấy trong sữa dưới
dạng chuỗi dài hoặc hiện diện dưới dạng song cầu khuẩn, phát triển tốt ở 20÷25
0
C.
Tuy nhiên, ảnh hưởng của chúng đối với sữa hơi khác, chúng thường làm đông sữa
nhưng chúng cũng có thể làm cho sữa bị nhớt. Một số chủng loại này phát triển trong
sữa cho mùi đặc biệt dễ chịu được ứng dụng trong chế biến bơ. Cũng như S.lactic, S.
cremoris lên men lactose thành acid lactic nhưng không lên men saccharose, maltose,
dextrin. Streptococcus cremoris làm cho sữa
có độ chua thấp hơn (110÷115
0
T) tạo nên sản
phẩm có vị ngon thường được dùng trong sản xuất bơ chua.
- Streptococcus thermophillus và
Streptococcus bovis đây là hai vi khuẩn thuộc
nhóm Viridams Streptococci chúng không phát
triển ở 10
0
C, phát triển tốt ở 40÷45
0
C khi lên
men sữa tạo được khối đông, không phát triển
khi có sự hiện diện của 0,1% xanh methylen,

6,5%NaCl, pH = 9,6, arginin, pepton, không tạo
thành amoniac.
+ Streptococcus thermophillus là vi sinh
vật ưa nhiệt giống như tên chủng, nhiệt độ
thích hợp khoảng 40÷45
0
C và bị tiêu diệt ở
nhiệt độ 53
0
C. loại này là một vi sinh vật quan
9
Hình 2.4: Streptococcus cremoris
Hình 2.5: Streptococcus thermophillus
trọng trong sản xuất yaourt, phomat, nó bị ngăn cản sự hoạt động bởi 0,01 mg
penicillin ha 5 mg streptomycin/ml.
+ Streptococcus bovis được tìm thấy trong sữa bò và có thể xâm nhập vào sữa từ
nguồn này hay nguồn khác, nó sống sót trong
sữa thanh trùng, có thể tách chúng từ sữa thanh trùng hay một số loại phomat
- Nhờ nhiều loại enzim thích hợp nên các vi khuẩn lactic điển hình có khả năng
phân giải các đường đơn (glucose, galactose, levulose ) thành acid lactic. Các loại
khác nhau có thể tích tụ lượng acid khác nhau: obacterium bulgaricum tích tụ đến
3,5%, Thermobacter, Ribirium cerea là 2,2%, Lactobacterium plantarum là 1%.
- Các trực khuẩn lactic ưa nhiệt phát triển tốt ở môi trường acid yếu (pH=6,5).
Tuy nhiên có loài phát triển ở pH = 5,4 như Lactobacillus bulgaricus, cũng có loại
phát triển tốt ở pH =3,8 trong khi các trực khuẩn xếp chuỗi không thể phát triển được,
nhiệt độ tối ưu là 40÷45
0
C, đây là vi khuẩn tạo được độ acid rất cao 300÷350
0
T.

Lactobacterium helveticum (trực khuẩn phomat) phát triển ở 22-51
0
C, làm cho sữa
chua tới 200÷300
0
T, Lactobacterium bulgarium phát triển ở 22÷53
0
C tạo độ acid
trong sữa 200÷300
0
T, độ giới hạn là 200÷250
0
T. Lactobacterium lactic phát triển ở
22÷50
0
C độ acid giới hạn là 110÷180
0
T.
- Betabacterium trên môi trường thạch tạo những khuẩn lạc giống như khuẩn lạc
của trực khuẩn lactic ưu nhiệt. Khi phát triển trong sữa vi khuẩn này cho ít acid, nếu
cho dịch tự phân của nấm men vào môi trường, vi khuẩn này phát triển mạnh hẳn lên,
đường sữa bị lên men bởi vi khuẩn này không chỉ tạo thành acid lactic mà còn tạo
nhiều acid dễ bay hơi. Trong sữa thường có hai loại chính là Betabacterium causasium
và Betabacterium breve.
- Leuconostoc: là nhóm gồm những vi khuẩn lên men lactic không điểnhình.
Chúng có dạng hình cầu nhưng trong môi trường acid chúng nhọn ở hai đầu và dài ra
sinh ra lượng acid có hạn vì thế không làm đông sữa. Mặt khác, chúng hình thành từ
đường, acetyl metyl carbonyl hoặc acetoin làm cho bơ thơm. Loại vi khuẩn điển hình
của giống này là Leuconostoc citrovorium được ứng dụng trong sản xuất bơ.
Bảng 1.2: Giá trị nhiệt độ và pH tối ưu cho sự sinh trưởng của một số loài vi khuẩn

lactic
Loài vi sinh vật Topt, (0C) pHopt
Lactococcus lactis 29 ÷ 34 6,0÷6,5
Lactococcus cremoris 28÷32 6,0÷6,5
Lactococcus diacetylactis 30÷34 6,0÷6,5
10
Hình 2.6: Streptococcus bovis
Streptococcus thermophilus
40÷42 6,0÷6,5
Lactobacillus bulgaricus
43÷46
5,5÷6,0
Lactobacillus helveticus 43÷46 5,5÷6,0
Lactobacillus casei 30÷37 -
Lactobacillus kefir 30 -
Lactobacillus acidophilus 37 5,5÷6,0
Lauconotoc lactis 20÷27 5,5÷6,0
Lauconotoc cremoris 25÷30 -
Bifidobacterium bifidum 37÷41 -
1.3.2. Nấm men
Nấm men thường dùng trong sản xuất sữa kefir là Saccharomyces cerevisiae
dùng để lên men rượu tạo hương vị cồn cho sản phẩm kefir. Nấm men này có một số
đặc điểm sau:
- Kích thước khoảng 2,5-10µm × 4,5-2,1 µm. Tùy theo loài mà nấm men có
nhiều loài khác nhau chẳng hạn như hình cầu, hình elip, hình ovan… Những nang bào
tử hình cầu với kích thước từ 2÷4µm, sinh sản theo hình thức nảy chồi.
- Các nấm men loại này sử dụng cacbon của gluxit mà số nguyên tử cacbon trong
phân tử chia hết cho 3, trong môi trường lỏng nấm men này sẽ lên men, trong môi
trường rắn chúng sẽ oxi hóa những gluxit sau: glucoza, fructoza, mantoza, glactoza,
sacaroza, maltoza nhưng không ổn định.

- Đối với các loại rượu, bia, loại nấm men này lên men được destrin, oxy hóa
glyxerin và cồn etylic vì thế loại nấm men này có khả năng chịu đựng đối với cồn
etylic cao độ, không chịu được môi trường axit mạnh nhưng chịu được trong môi
trường axit yếu.
- Một số yếu tố ảnh hưởng đến nấm men (Saccharomyces cerevisiae):
+ Nhiệt độ tối ưu từ 28 ÷ 32
0
C; nhiệt độ thấp, khả năng lên men kém và kéo dài
hơn; nhiệt độ cao, hoạt tính của nấm men giảm nhanh.
+ pH tối ưu để lên men kefir là 4,5-5,2; nếu tăng pH cho môi trường lên men thì
lúc này môi trường đễ bị nhiễm khuẩn; pH nhỏ hơn 4,2 nấm men hầu như không phát
triển.
+ Nồng độ dịch đường khá cao sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu và làm mất cân
bằng về trạng thái sinh lý của nấm men, có thể ức chế nấm men.
+ Khí CO
2
được tạo thành trong quá trình lên men rượu từ dịch đường. Khi môi
trường chứa hàm lượng đường cao sẽ cản trở CO
2
thoát ra ngoài, ức chế sự sinh sản
của nấm men dẫn đến hiệu suất thấp. Khí CO
2
nằm trong khoảng không gian giữa môi
trường và không khí có tác dụng kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật.
11
+ Nấm men là loại hô hấp hiếu khí tùy tiện, do đó phải cung cấp O
2
đầy đủ và
đúng thời điểm tránh xảy ra hiệu ứng pasteur
1.4. Chu trình phát triển của giống kefir

Kefir là những giống gốc tự nhiên, chúng được hình thành từ những màng bao
bọc mỏng không theo một quy tắc nào cả bao gồm hỗn hợp protein, lipid,
polisacharide. Những màng bao bọc phát triển với hình dạng không nhất định, hình
thành các thuỳ phức tạp và không đồng đều, các thuỳ này lại có xu hướng trở về
nguyên bản tạo thành cấu trúc sinh học bao gồm nhiều thuỳ con bao quanh mình. Với
dấu hiệu phát triển đặc biệt như thế chúng hình thành những hạt con, mỗi tiểu thuỳ
được kết nối với nhau ở phần giữa, xòe ra trong khi nó được gắn với các điểm trung
tâm của hạt giống mẹ.
Nhờ sự kết hợp đó mà các hạt con tách ra có mẫu phát triển giống như nhạt mẹ
ban đầu. một vàu hạt kefir cũng được tách ra giống cấu trúc vật lý của não người,
tuyến tụy và các cơ quan bên trong. Sau một thời gian có thể do những chấn thương
hoặc tác động bên ngoài, một phần thùy con gắn với hạt mẹ tách ra thành hạt tự do.
Các hạt con này tiếp tục được nhân giống thành hạt mẹ. chui trình phát triển được lặp
đi lặp lại với chu trình gần giống nhau (tự nhân giống). Mặt khác, nếu các hạt con
không thể hình thành thì thay vào đó chúng hình thành nên một khối lớn (khối hạt
kefir).
2. CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN CỦA HỆ VI SINH VẬT KEFIR
2.1. Quá trình lên men lactic
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật,
tiêu biểu là vi khuẩn lactic.
Trong quá trình lên men lactoza, nhiều chủng vi khuẩn không chỉ sản sinh ra acid
lactic mà còn cho hàng loạt các sản phẩm khác như acid hữu cơ, rượu, este, CO
2
,…
Dựa vào các sản phẩm của quá trình lên men mà người ta chia thành 2 dạng lên
men là lên men lactic đồng hình và lên men lactic dị hình.
Quá trình lên men diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn. Đầu tiên đường lactose
trong sữa được vi khuẩn lactic đưa vào tế bào nhờ cơ chế vận chuyển đặc trưng của
màng tế bào chất (cytoplasmic membrane). Tiếp theo lactose sẽ được phân thành 2
monosacharide rồi đi vào các chu trình chuyển hóa khác nhau.

Cơ chế của quá trình lên men lactic được thể nhiện như sau:
12
Các phản ứng chính xảy ra:
Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic đồng hình từ glucozơ có thể
viết là:
C
6
H
12
O
6
→ 2C
3
H
6
O
3
+ 136kJ (32,4kcal)
Đường được vi khuẩn lactic lên men chủ yếu thành axit lactic. Khi lên men đồng
hình, đường sẽ đi theo con đường EMP để biến thành axit lactic, còn khi lên men
lactic dị hình thì con đường pentozophosphat sẽ được sử dụng để hình thành lactat,
etanol và axetat.
Mức năng lượng:
A. Trong lên men đồng hình: 2 ATP cho một glucozơ 5ATP cho 1 phân tử
lactozơ.
13
Tinh bột,
thính,
đường.
Glucose

Thủy phân
Axit lactic
Acetaldehyt
Rượu etylic
Axit succinic
Axit acetic
Formic
CO
2
[Sản phẩm chính]
[Sản phẩm phụ]
Vi khuẩn lactic
Sơ đồ 2.1: Mô hình biểu diễn quá trình lên men lactic của vi khuẩn lactic
B. Trong lên men dị hình: 1 ATP cho 1 glucozơ và 3 ATP cho phân tử lactozơ.
Ngoài vi khuẩn còn có một số cơ thể bậc cao có thể tạo được axit lactic, ví dụ một số
loài nấm Rhizopus như Rh.oryzae có thể tạo ra được khoảng 60% axit lactic so với
lượng đường sử dụng, nhưng ở đây là lên men oxi hoá.
2.1.1. Lên men lactic đồng hình:
Axit piruvic được tạo thành theo sơ đồ Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP). Sau
đó axit piruvic sẽ tạo thành axit lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase.
Lượng axit lactic tạo thành chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ piruvat bị khử cacbon
để tạo thành axit axetic, etanol, CO
2
và axeton. Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ
thuộc vào sự có mặt của oxy.
Đối với nhóm vi khuẩn lactic đồng hình như giống Lactococcus, các loài
streptococcus thermophylus, Lactobacilus bulgaricus, Lactobacilus helveticus,
Lactobacilud lactic,…
C
6

H
12
O
6
→ 2 CH
3
CHOHCOOH.
Cơ chế lên men lactic đồng hình:
2.1.2. Lên men lactic dị hình:
Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ bản của sơ đồ
Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP), vì vậy xilulozơ-5 photphat sẽ được tạo thành theo
con đường pento-photphat (PP).
C
6
H
12
O
6
→ CH
3
CHOHCOOH + C
2
H
5
OH + CO
2
Quá trình lên men lactic tạo thành axit lactic và các axit hữu cơ khác làm cho sản
phẩm có vị chua đặc trưng. Ngoài ra, điều này còn giúp cho vi khuẩn lactic tiếp tục
14
HOOC-CH2-CH2-COOH

C
6
H
12
O
6
CH3-CO-COOH
CH3-CHOH-COOH
CH3-CH2-OH
CH3-COOH
Axit succinic
Rượu etylic
Axit acetic
Axit pyruvic
Axit lactic
glucose
Sản phẩm phụ
Sản phẩm chính
hoạt động. Đồng thời tạo môi trường có pH axit cũng có tác dụng ức chế hoạt động
của hệ vi sinh vật gây thối rửa, giúp bảo vệ sản phẩm không bị hỏng.
2.1.3. Ứng dụng của quá trình lên men lactic:
- Sử dụng vi khuẩn lactic để muối chua rau, quả, ủ chua thức ăn gia súc. Đây là
hình thức bảo quản thực phẩm bằng công nghệ lên men vi sinh vật. Vi khuẩn lactic
không phá vỡ tế bào thực vật nên dưa, quả muối chua vẫn có hình dạng gần như không
đổi.
- Để kích thích vi khuẩn lactic phát triển nhanh, ta có thể muối dưa, quả bằng
nước ấm, để vại muối ở nơi kín gió, gần bếp, thêm một ít đường, cấp giống bằng ít
nước dưa chua của mẻ trước.
- Ủ chua thức ăn cho gia súc thực chất cũng là sử dụng vi khuẩn lactic để giữ cây
cỏ dùng trong chăn nuôi được tươi “sinh học”, tức là không bị giảm chất lượng dinh

dưỡng, ngược lại được bổ sung nhiều loại vitamin do vi khuẩn tổng hợp nên.
- Sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất sữa chua (yaourt)
- Vi khuẩn lactic phát triển, làm pH hạ thấp, cùng với pH và các yếu tố khác,
casein của sữa sẽ đông tụ, làm sữa chuyển trạng thái từ lỏng sang keo sệt, sản phẩm
yaourt hơi chua, keo sệt và có hương vị thơm ngon.
- Cũng bằng phương pháp lên men lactic người ta còn tạo ra được các sản phẩm
khác như kem chua, fomat (fromage), làm nem chua
- Sử dụng vi khuẩn lactic để sản xuất axit lactic
- Axit lactic được dùng rộng rãi trong công nghiệp nhuộm, thuộc da, trong y học,
chế tạo chất dẻo, sơn… Nguyên liệu chủ yếu để lên men lactic trong công nghiệp là
ngô, khoai, sắn, khoai tây.
- Tác dụng gây hại của vi khuẩn lactic
- Ngoài những tác dụng có lợi của vi khuẩn lactic, một số vi khuẩn lactic còn làm
chua rượu vang, bia, nước ngọt.
2.1.4. Sơ đồ thể hiện sự chuyển hóa lactoza, axit xitric, protein, lipit trong
sữa.
15
Galactoza
Glucoza
axeton
diaxetyl
Axetaldehyt
Axit pyruvic
Lactoza
Sơ đồ 2.2: Sơ đồ chuyển hóa Lactoza trong
sữa
16
17
Axit oxalaxetic
Axit xitric

Axetaldehyt
Sơ đồ 2.3: Sơ đồ chuyển hóa axit xitric
trong sữa
Axit pyruvic
Diaxetyl Axeton
Sơ đồ 2.4: Sơ đồ chuyển hóa protein
trong sữa
protein
Axit Amin
α-Xetoaxit
Methanethiol
Hydroxylaxit
lacton
Hợp chất S
aldehyt
Rượu
Axit
Thio este
Este
18
7
5
Lipit
Axit béo chưa no
Rượu
4-, 5- hydroxy axit
Axit
δ−,γ−Lacton
Axit béo tự do
β-xetoaxit

Axit béo
hydroperoxit
Aldehyt
Methyl xeton
Rượu bậc 2
Sơ đồ 2.5: Sơ đồ chuyển hóa lipit
trong sữa
2.2. Quá trình lên men rượu:
Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sũa, quá trình lên men
ethanolđược thực hiện chủ yếu bởi các nấm men thuộc giống Sacharomyces và
Kluyveromyces. Sau khi được vận chuyển vào trong tế bào chất, đường hexose được
chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic. Tiếp theo acid
pyruvic sẽ được chuyển hóa thành acetaldehyde rồi thành ethanol. Dihydroxyacetone
phosphat là một sản phẩm trung gian trong chu trình đường phân, hợp chất này có thể
chuyển hoá thành glyxerol. Trong môi trường pH acid, glycerol chỉ được tạo ra với
hàm lượng nhỏ. Ngược lại, trong môi trường pH kiềm lượng glyxerol sinh ra sẽ tăng
lên rất nhiều và glycerol sẽ trở thành một trong những sản phẩm chủ yếu của quá trình
lên men. Sự chuyển hóa đường hexose thành ethanol và khí CO
2
diễn ra trong tế bào
chất của nấm men. Đây là quá trình trao đổi năng lượng của nấm men trong điều kiện
kỵ khí. Ethanol và CO
2
trong tế bào chất sẽ được nấm men thải vào môi trường lên
men. Ngoài ra tế bào nấm men còn tổng hợp và thải vào dịch lên men hàng trăm sản
phẩm phụ và sản phẩm lên men khác, những hợp chất này được tìm thấy với hàm
lượng rất nhỏ, chúng được chia thành 4 nhóm: glyxerol cùng rượu bậc cao, aldehyde,
acid hữu cơ và este. Trong quá trình lên men ethanol, nhiều acid hữu cơ được tạo
thành (The Moll, 1990). Một số acid hữu cơ được sinh tổng hợp từ chu trình Crebs nếu
như quá trình lên men không diễn ra trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt, các acid hữu

cơ chiếm hàm lượng cao nhất trong dịch lên men là: acid citric, malic, acetic, lactic.
- Trong giai đoạn ủ chín vi khuẩn lactic không hoạt động, nhưng nấm men kefir
hoạt động mạnh, tạo ra rượu, cacbondioxyt và các chất thơm khác.
19
Bảng 3.1. Các hợp chất thơm trong kefir
Chất bay hơi
Tác nhân vi sinh vật
Vai trò
trong chất thơm
Nguồn cơ chất
Axetaldehyt
Lb.bulgaricus, Lb.jugurti,
Str.thermophilus
Hợp chất thơm chủ yếu
Lactoza
Axit amin
Diacetyl
Axetoin
Str.thermophilus,
Lb.bulgaricus, Lb.jugurti,
Lb.accidophilus
Là mùi thơm chính
trong các sản phẩm
từ sữa
Axit xitric
Lactoza
Các axit bay
hơi
Str.thermophilus
Lb.bulgaricus

Lb.jugurti
Lb.acidophilus
Tạo ra sự cân đối
cho hợp chất thơm
Lactoza - chất
béo và protein
Axeto,
Butanon-2
Axeton
Ethanol
VSV trong lên men sữa
chua
Rất ít
Tạo mùi nấm men,
đặc trưng của sữa
chua kefir
Chất béo,
lactoza
Các loài S.cerevisiae lên men rượu theo con đường EMP, trong khi vi khuẩn
Zymomonas mobilis lại phân giải glucozơ theo con đường xetodioxiphotphogluconat
20
Sơ đồ 3.6: Con đường trao đổi chất của nấm men trong sản xuất ethanol
(XDPG), còn các nấm mốc như Mucor lên men glucozơ chủ yếu (70% cơ chất) theo
EMP và phần khác (30% cơ chất) theo HMP.
Hiệu suất năng lượng khi nấm men rượu sống trong điều kiện hiếu khí:
Glucozơ → 6CO
2
+ 6H
2
O + 36(38)ATP

Còn trong điều kiện kị khí:
Glucozơ → 2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ 2ATP
2.2.1. Hiệu ứng Pasteur
Như trên đã trình bày, muốn biến thành rượu, axetanđehit phải nhận hiđro từ
NAD–H
2
(NAD + H + H khử) dưới sự xúc tác của ancol đehiđrogenaza. Khi môi
trường hiếu khí, phần lớn nucleotit khử phải đi vào con đường hô hấp hiếu khí, do đó
làm giảm lượng NAD–H
2
cho quá trình biến axetanđehit thành rượu, vì vậy mà lượng
rượu giảm đi, sinh khối tăng và glyxêrin cũng tăng, cho nên thực chất của hiệu ứng
Pasteur là sự cạnh tranh của NAD–H
2
trong quá trình hô hấp đối với quá trình lên men
ở nấm men S.cerevisiae. Chính L.Pasteur là người đầu tiên phát hiện ôxi tự do cảm
ứng quá trình hô hấp và ức chế quá trình lên men ở nấm men; về sau này Custeurs đã
bổ sung thêm những điều kiện của quá trình lên men rượu: kị khí; đường có thể lên
men; pH giữ ở 4,5–5,5; nhiệt độ ở khoảng 25–300C; số lượng nấm men giống là
0,26% trọng lượng cơ chất. Khi pH trở nên kiềm (khoảng 7,5–8) thì nấm men sẽ tạo
thành glyxerin là sản phẩm chủ yếu.
2.2.2. Ứng dụng của quá trình lên men rượu:
 Sản xuất công nghiệp rượu etylic
Rượu etylic là một dung môi rất phổ biến, người ta sử dụng rượu trong công

nghiệp chế biến cao su nhân tạo, este… Rượu vang là loại rượu lên men dịch quả
không qua chưng cất; hiện nay ở nước ta đang nghiên cứu chế tạo vang điều, vang 236
vải…
 Sản xuất bia
Bia là một loại nước giải khát lên men rượu nhẹ không chưng cất gồm; 92%
nước, 2–9% rượu etylic và các loại đường sót, rất nhiều vitamin nhóm B, nên là loại
nước uống rất được ưa chuộng ở nhiều nước. Bốn nguyên liệu cơ bản quyết định chất
lượng bia: lúa mạch (orge) mọc mầm, hoa houblon, nấm men và nước.
3. GIỚI THIỆU SẢN PHẨM SỮA CHUA KEFIR
3.1. Thành phần nguyên liệu chính
21
3.1.1. Nguyên liệu chính:
a. Kefir được nghiên cứu dưới dạng hạt giống (hạt kefir).
b. Sữa bò
- Các thành phần của sữa tuy có tính chất khác nhau nhưng khi hòa vào môi
trường nước được thể đồng nhất và phân tán cao. Lactose và glucose tan trong nước ở
dạng phân tử, còn muối của acid hữu cơ, vô cơ tồn tại ở dạng ion.
- Nguyên liệu sử dụng chính trong sản xuất sữa chua Kefir là sữa bò, sữa bò đóng
vai trò là cơ chất cho hệ vi sinh vật, tạo cồn cũng như hượng vị đặc trưng cho sản
phẩm sữa chua kefir.
- Sau đây là một số thành phần có trong sữa, các thành phần dinh dưỡng này cần
thiết cho sức khỏe con người
Bảng 3.1: Thành phần hóa học cơ bản của một số loại sữa
Loại sữa
Protein
(%)
Casein
(%)
Whey
protein (%)

Chất béo
(%)
Cacbonhydrat
(%)
Tro
(%)
Sữa mẹ 1.2 0.5 0.7 3.8 7.0 0.2
Sữa ngựa 2.2 1.3 0.9 1.7 6.2 0.5
Sữa bò 3.5 2.8 0.7 3.7 4.8 0.7
Sữa trâu 4.0 3.5 0.5 7.5 4.8 0.7
Sữa dê 3.6 2.7 0.9 4.1 4.7 0.8
Sữa cừu 5.8 4.9 0.9 7.9 4.5 0.8
- Người ta sử dụng sữa bò để lên men kefir vì trong sữa bò có hàm lượng vitamin
nhóm B như B
1
, B
2
, B
3
, B
5
, B
6
, C… trong sữa bò thường ổn định, do chúng được tổng
hợp chủ yếu bởi vi khuẩn trong ngăn thứ nhất dạ dày của nhóm động vật nhai lại và
không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Ngoài ra còn có những vitamin hoà tan
trong chất béo như A, D, E, K.
- Casein là một thành phần dinh dưỡng trong sữa chiếm khoảng 2÷4,5%. Casein
tồn tại ở dạng phức chất casein-calci-phosphat bền vững với hai lớp bảo vệ, các phức
chất liên kết lại với nhau tạo thành kết tủa (keo hoá) và được ứng dụng rộng rãi trong

công nghiệp chế biến sữa. Casein được tách khỏi sữa còn lại nước có chứa các protein
hoà tan như α-lactose-globulin và globulin kháng thể được gọi là các protein nước sữa
(whey). Ngoài các chất chứa trong protein hữu ích, còn có những chất phi protein bao
gồm các acid amin tự do, creatin, acid uric, polipeptit, ure…không có lợi cho sức khỏe
con người.
22
- Trong sữa có 18 loại acid béo, trong đó có tới 98÷99% chất béo là triglyxerid,
1÷2% còn lại là các phospholipid, cholesterol và các vitamin trong chất béo (A, D, E,
K). Chất béo ảnh hưởng tới mùi vị cũng như trạng thái sản phẩm khi sản phẩm sữa
được lên men. Ngoài ra, dinh dưỡng chất béo có độ sinh năng lượng cao.
- Trong sữa bò các nguyên tố khoáng chiếm hàm lượng cao nhất là calci,
phospho và magie. Một phần chúng tham gia vào cấu trúc micelle, phần còn lại nằm
dưới dạng muối hoà tan trong sữa. Các khoáng khác như K, Na, Cl đóng vai trò chất
điện ly cùng với lactose chúng góp phần cân bằng áp lực thẩm thấu của sữa trong bầu
vú động vật với áp lực máu.
- Sau đây là thành phần chính trong một lít sữa
Bảng 3.2: Các thành phần chính của một lít sữa
Các thành
phần
Mô tả
Trọng
lượng
%
Nước Pha lỏng 902 87,40
Glucid
(40-60g/l)
- Dạng tự do: lactose ( do galactose và glucose) ở
trạng thái phân tử.
- Dạng kết hợp: galactose, galactozamin, acid sialic
ở trạng thái keo, được liên kết với protein <1g/l.

49 4,75
Chất béo
(25-45 g/l)
- Ở dạng cầu béo: là những giọt chất béo có đường
kính từ 1÷10μm, được bao bằng một màng
lipoprotein, ở dạng nhũ tương.
- Ở dạng các hợp chất hoà tan trong chất
39 3,78
Hợp chất
Nitơ
(25-40 g/l)
- Ở dạng mixen 28g: dạng huyền phù, là phức của
phosphat canxi liên kết với một liên hợp của casein.
- Ở dạng hoà tan 4,7g: là những cao phân tử của
albumin và immunoglobulin
- Nitơ phi protein 0,3g: ure axit uric creatin
33 3,20
Chất khô
tổng số
(MST)
Sữa đa được làm bốc hơi nước 130 12,00
Các chất
Khác
- Các chất xúc tác sinh học: các vitamin (A, D, E,
K, B
1
, B
2
, PP, B
6

, B
12
, C…) và các enzim.
- Các khí hoà tan: CO
2
, O
2
, N
2
chiếm 4÷5% thể tích
Vết
23
sữa
3.1.2. Nguyên liệu phụ:
- Đường: Thường là đường lactose (chiếm thành phần lớn trong sữa), saccharose,
glucose (hàm lượng trung bình 70mg/l), galactose (20mg/l) và các hợp chất glucid
chứa Nitơ như N-acetyl glucosamine, Nacetyl galactosamine, acid N-acetyl
neuraminic Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất thấp, chỉ ở dạng vết.
- Trái cây: Chanh dây, bưởi, cam, táo, dâu tây…, đều có thể được sử dụng trong
sữa kefir để tạo vị đồng thời cũng là tăng giá trị dinh dưỡng.
3.2. Quy trình công nghệ sản xuất
3.2.1 Quy trình
24
Sữa tươi
Phối chế
Đồng hóa
Thanh trùng
Làm nguội
Cấy giống
Lên men chính

Ủ chin
Rót chai
Đường phụ gia
Giống vi sinh
vật
kefir
Bao bì
Sơ đồ 3.1: Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua kefir

3.2.2. Giới thiệu về quy trình
- Sữa tươi nguyên liệu: Trong các thí nghiệm này, sử dụng nguyên liệu là sữa bò
tươi tiệt trùng không đường của Vinamilk.
- Phối chế: Sữa tươi nguyên liệu được bổ sung thêm đường saccharose nhằm tạo
điều kiện tối ưu cho vi khuẩn lactic và nấm men phát triển và tạo hương vị đặc trưng
cho sản phẩm.
25
Sản phẩm
sữa chua
kefir
Sản phẩm
sữa chua
kefir