Hoá sinh học lên men lactic trong sản xuất sữa chua

Hoá sinh học lên men lactic
trong sản xuất sữa chua
MỤC LỤC
Phần I: QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA CHUA 5
I.Khái niệm 5
II.Phân loại 5
III.Các nguyên liệu sản xuất sữa chua 5
3.1.Nguyên liệu 5
3.1.1.Sữa 5
3.1.2.Chất tạo ngọt 6
3.1.3.Chất ổn định 6
3.1.4.Hương liệu 7
3.1.5.Dịch quả cô đặc 7
3.1.6.Vi sinh vật 7
3.2.Các điều kiện của nguyên liệu sản xuất sữa chua 8
IV.Quy trình sản xuất sữa chua 8
Phần II: QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TRONG SẢN XUẤT SỮA 9
I.Giới thiệu về acid lactic 9
1.1.Khái niệm 9
1.2.Lịch sử phát triển 9
1.3.Công thức hóa học 9
1.4.Phân loại 10
1.5.Tính chất của acid lactic 11
II.Vi khuẩn lactic 11
2.1.Khái niệm 11
2.2.Đặc điểm 12
2.3.Phân loại 12
1
2.3.1.Vi khuẩn dị hình 12
2.3.2.Vi khuẩn dồng hình 13
2.4.Nhu cầu dinh dưỡng 16

2.4.1.Nhu cầu dinh dưỡng cacbon 16
2.4.2.Nhu cầu dinh dưỡng nitơ 17
2.4.3.Nhu cầu dinh dưỡng vitamin 17
2.4.4.Nhu cầu dinh dưỡng các chất hữu cơ 17
2.4.5.Nhu cầu dinh dưỡng muối vô cơ 17
III. Lên men Lactic 18
3.1.Cơ lên men lactic………………………………………………………… 18
3.1.1.Lên men lactic đồng hình (điển hình) 18
3.1.2. Lên men lactic dị hình (không điển hình) 20
3.2.Các yếu tố ảnh hưởng 22
3.2.1.Nồng độ đường 22
3.2.2.Nhiệt độ 22
3.2.3. pH của môi trường 22
3.2.4.Oxy 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Hóa sinh công nghiệp_Lê Ngọc Tú (chủ biên) –Nhà xuất bản Khoa học
kỹthuật Hà Nội.
Vi sinh thực phẩm _dhcntphcm
/>ex.php/lactic-acid.html?directory=56
/> /> /> /> />men-do-vi-sinh-vat.66922.html
/>%E1%BB%A7a-qua-trinh-len-men-lactic
http://congnghesinhh°C24h.com/tai-lieu/khao-sat-qua-trinh-len-men-acid-
lactic-lactobacillus-delbrueckii-327.html
2
Phần I: QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA CHUA
I. 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 80-90
o

C.
II. Phân loại
- Yaourt truyền thống (set type)
+ 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.
- Yaourt dạng khuấy (stirred type)
+ 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.
3
- Yaourt uống (drinking type)
+ 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.
- Yaourt cô đặc (concentrated yaourt)
+ Huyết thanh sữa được tách ra khỏi sản phẩm
III. Các nguyên liệu sản xuất sữa chua
III.1. Nguyên liệu
III.1.1. Sữa:
Về nguyên tắc có thể sử dụng các loại sữa động vật để làm sữa chua
nhưng loại được sử dụng nhiều nhất là sữa bò, có thể dùng sữa nguyên
kem, sữa tách béo một phần hoặc sữ gầy
III.1.2. Chất tạo ngọt:
Đường kính hoặc glucose
4
III.1.3. Chất ổn định:
Gelatin, cacboxymethyl, cellulose
III.1.4. Hương liệu:

Cam, dâu, đào, táo
III.1.5. Dịch quả cô đặc:
Có thể dùng thêm cả màu và mùi tự nhiên hay nhân tạo để tăng cường.
III.1.6. Vi sinh vật:
- Streptococus salivarius subsp. Thermophilus (ST), Lactobacillus
delbrueckii subsp. Bulgaricus (LB) đều là hai chủng vi khuẩn lên men lactic
đồng hình.
- Nhiệt độ lên men tối ưu của ST là 40-45
o
C lượng acid tạo thành là 0.7%,
pH=4.32
- Nhiệt độ lên men tối ưu của LB là 40-45
o
C, lượng acid tạo thành là 1.5%,
pH=4.29
- Hai chủng vi khuẩn này có thể phát triển độc lập nhưng khi nuôi cấy chung
tốc độ sản sinh ra acid lactic coa hơn nhiều khi nuôi cấy riêng.
5
III.2. Các điều kiện của nguyên liệu sản xuất sữa chua
- Lượng vi sinh vật thấp
- 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
IV. Quy trình sản xuất 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 – 90
0
C.
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 45
0
C để
quá trình hoà tan đồng đều
+ Gia nhiệt: nâng nhiệt độ lên 60
0
C cho thích hợp quá trình đồng hoá
+ 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 5
0
C. Dẫn tới bồn ageing.
+ Ageing: Sữa để yên trong bồn 1-2 giờ, ở 5
o
C
+ Thanh trùng: nâng nhiệt lên 95
o
C trong 1 phút
6
+ Đồng hoá 2: ở 95
0
C, 200 bar

+ Hạ nhiệt: tới nhiệt độ thích hợp quá trình lên men của vi khuẩn lactic
(43
o
C)
+ 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 43
0
C (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: 43
0
C; 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
Phần II: QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC TRONG SẢN XUẤT SỮA CHUA
I. Giới thiệu về acid lactic
I.1. Khái niệm
Acid lactic, 2-hydroxypropionic acid (CH3CHOHCOOH) là acid tồn tại rộng
rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở ng ời, động vật, thực vật và vi sinh vật.ƣ
Được phát hiện vào năm 1780 do nhà hóa học Thụy Điển Sheele ở trong
sữa chua. Acid lactic được chấp nhận là sản phẩm của một quá trình lên
men vào năm 1847. Acid lactic là một hợp chất hóa học được sinh ra trong
quá trình lên men của vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá
trình sinh hóa và acid lactic là một acid carboxylic.
I.2. Lịch sử phát triển
Acid lactic đã được tinh chế lần đầu tiên bởi nhà hóa học Thụy Điển
CarWihelm Scheele vào năm 1780 từ sữa chua. Năm 1808 Jón Jacob

Berzelius phát hiện ra rằng acid lactic (L-lactate) cúng được sản xuất trong
cơ bắp trong quá trình cơ thể hoạt động nhiều. Cấu trúc của nó được xây
dựng lại bởi Johannes Wislicenus vào năm 1873. Năm 1856, Louis
Pasteur phát hiện ra Lactobacillus và vai trò của nó trong việc tạo ra acid
lactic. Acid lactic bắt đầu được sản xuất thương mại Boehringer Ingelheim
của Đức vào năm 1895
.
I.3. Công thức hóa học
Công thức hóa học tổng quát CH
3
CH(OH)COOH, nó có một nhóm hydroxy
đứng gần nhóm cacboxyl khiến nó là một acid alpha hydroxy (AHA). Trong
dung dịch, nó có thể mất một proton từ nhóm acid, tạo ra ion lactate
7
CH
3
CH(OH)COO
-
Acid lactic
Trong cấu tạo phân tử của acid lactic có một carbon bất đối xứng nên
chúng có hai đồng phân quang học: D - acid lactic và L - acid lactic. Hai
đồng phân quang học này có tính chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau
khả năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, một sang phải và một
sang trái. Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác nhau.
Loại L-acid lactic ở dạng tinh thể. Chúng có khả năng tan trong nước, tan
trong cồn, tan trong eter, không tan trong CHCl
3
, nhiệt độ nóng chảy 28
O
C.

L-acid lactic được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.
Hầu hết các sinh vật lên men lactic đồng hình đều tạo ra được các dạng
đồng phân quang học.
Loại D-acid lactic là dạng tinh thể, tan trong nước tan trong cồn. Nhiệt độ
nóng chảy 28
o
C.
Nếu D - acid lactic và L - acid lactic có trong một hỗn hợp theo tỉ lệ 50/50
người ta gọi là hỗn hợp Raxemic. Trong quá trình lên men không khi nào
có một hỗn hợp có tỉ lệ lý tưởng này mà chỉ có được hỗn hợp này khi tiến
8
hành tổng hợp hữu cơ. DL-acid lactic có khả năng tan trong nước, trong
cồn, không tan trong CHCl
3
.
I.4. Tính chất của acid lactic.
Là chất hữu cơ không màu, có độ hút ẩm cao, là chất lỏng sánh, có mùi
nhẹ, tan trong nước và cồn, có nhiệt độ sôi vào khoảng 122°C, có điểm
tan ở 17°C, có khối lượng phân tử 98,08dvc, ở đồng phân dạng D-
acid lactic: ở dạng tinh thể tan trong nước, cồn, nhiệt độ nóng chảy là
28°C, nhiệt độ sôi là 28°C, còn đối với tinh thể đồng phân dạng L-acid
lactic thì ngoài tan trong nước và cồn thì chúng còn tan trong các hợp
chất etylic, eter… Đố i vớ i đồ ng phân dạ ng L-acid lactic thì tan
trong nước không tan trong CH
3
Cl có nhiệt độ nóng chảy 16,8°C, sôi ở
122°C có khả năng ức chế vi sinh vật (làm giảm pH môi trường) cao hơn
so vơi các acid tartic, acid acetic, hay acid citric, mà không gây mất
giá trị cảm quan của sZản phẩm, không gây ảnh hưởng đến mùi vị,
màu sắc của sản phẩm và không ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

I.5. Nguồn gốc hình thành.
Là sản phâm do quá trình lên men đường, quá trình oxy hóa
glucid yếm khí này là một quá trình oxy hóa không hoàn toàn hay
là một quá trình tự lên men lactic. Kết quả của sự phân giải 1 phân tử
glucose tự do cung cấp cho tế bào 2 phân tử ATP và tạo ra 2 phân tử acid
lactic. Nếu quá trình này bắt đầu từ glycogen dự trữ trong cơ thì cung cấp
cho tế bào được 3 phân tử ATP và cũng tạo ra 2 phân tử acid Lactic.
9
II. Vi khuẩn lactic
II.1. Khái niệm
Những vi khuẩn gây lên men sinh acid lactic được gọi là vi khuẩn lactic. Vi
khuẩn lactic được đặc trưng bỏi khả năng sinh acid lactic rất mạnh từ các
quá trình chuyển hóa các loại đường đơn hay đường đôi khác nhau, đặc
biệt là đường lactose
II.2. Đặc điểm
Hầu hết các vi sinh vật sinh acid lactic đều thuộc về họ
Lactobacillaceae và được xếp bốn chi: Streptococus, Pediococcus,
Lactobacillus và Leuconostoc. Chúng có dạng hình cầu hoặc hình que
đứng đơn độc thành chuỗi với nhau,đều là vi khuẩn Gram dương, không
sinh bào tử, không di động. Tuy nhiên, hiện nay người ta tìm thấy một số
giống trong họ vi khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử. Vi khuẩn lactic
không khử nitrate, phản ứng catalase âm tính, kỵ khí tuỳ ý, một vài loài ký
khí sống trong hệ tiêu hoá của con người.chúng chủ yếu phân phải các
dạng cacbonhydrat đơn giản để lấy năng lượng đồng thời cũng sản sinh ra
10
acidlactic, etanol, acid acetic, CO
2
…, chúng dễ dàng lên men chuyển
hóa các dạng đường đơn: glucoza, frutoza, manose, galatose…đường
đôi saccaroza, mantoza…Nhưng không có khả năng chuyển hóa các loai

gluxit phức tạp hay tinh bột, dextrin. Vi khuẩn lactic lên men tốt nhất ở điều
+\kiện là 15-50°C, pH = 5,5 - 6, phụ thuộc vào mỗi loài thì có một
ngưỡng tối ưu khác nhau, ở nhiệt độ 80
o
C thì vi khuẩn lactic bị tiêu diệt.
Chúng khôn chứa cytochrome và enzyme catalase nhưng nhờ khả năng
tự tổng hợp được enzyme peroxidase và qua đó các vi khuẩn lactic có khả
năng phân giải được H
2
O
2
để tạo thành H
2
O và O
2
để phục vụ cho quá
trình sống nên đa số vi khuẩn lactic thuộc và nhóm hiếu khí tùy tiện.
II.3. Phân loại
Người ta dựa vào quá trình lên men chia vi khuẩn lactic thành hai loại:
vikhuẩn lactic lên men đồng hình và dị hình.
II.3.1. Vi khuẩn lactic dị hình
Khi tiến hành lên men các dung dịch đường, các vi khuẩn lactic dị hình
thường tạo ra lượng acid lactic không lớn lắm. Ngoài acid lactic chúng còn
tạo ra hàng loạt các sản phẩm khác như acid acetic, ethanol, CO
2.
Một số
loài vi khuẩn lactic dị hình được nghiên cứu như sau:
- Lactobacillus pasteurianus
Trực khuẩn, gram dương, kích thước rộng 0,5 – 1μm; dài 7,0 – 35μm.
Trong thiên nhiên chúng tồn tại riêng lẽ, không di động. Có khả năng lên

men được, glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, mannitol,
dextrin. Trong quá trình lên men tạo một số sản phẩm như CO
2
, alcohol,
acid lactic, acid acetic. Nhiệt độ thích hợp 29 - 33
o
C, pH thích hợp
- Lactobacillus brevis
Thuộc trực khuẩn, gram dương, không có khả năng di động, kích thước
rộng 0,7 - 1,0μm, dài 2,0 - 4,0 μm. Trong thiên nhiên chúng liên kết với
nhau thành chuỗi. Trong quá trình phát triển, chúng có thể sử dụng lactat
canxi như nguồn cung cấp cacbon. Chúng có khả năng lên men các loại
đường như glucose, fructose, galactose, maltose. Chúng hiếm khi lên men
mannitol, glycerol, dextrin, và tinh bột. Chúng không hóa lỏng gelatin.
- Lactobacillus lycopessici
Trực khuẩn, gram dương, trong thiên nhiên chúng tồn tại từng đôi một, có
khả năng tạo bào tử. Trong quá trình lên men đường, chúng tạo ra cồn,
acid lactic, acid acetic và CO
2
.
- Streptococcus cumoris
11
Thuộc loài cầu khuẩn, trong thiên nhiên chúng tồn tại thành từng chuỗi rất
dài. Thuộc gram dương, nhiệt độ thích hợp phát triển là 30
o
C, không phát
triển ở nồng độ NaCl 4%. Khi lên men đường tạo ra acid acetic, diacetyl,
CO2. Chúng có khả năng tạo ra những chất kháng khuẩn .
- Streptolacticus lactic
Thuộc chồi cầu khuẩn, gram dương, nhiệt độ phát triển từ 10 – 45

0
C, có
khả năng chịu được nồng độ NaCl 4%. Khi lên men đường glucose,
maltose, lactose, xylose, saccharose, mannitol, tạo ra acid lactic, acid
acetic, diacetyl, CO
2
. Chúng không có khả năng lên men được glycerol,
sorbitol .
- Streptococcus faecalis
Chúng tạo thành chuỗi tế bào hình cầu, gram dương. Nhiệt độ tối ưu 37
0
C,
nhiệt độ sinh trưởng 10 – 45
0
C, có thể phát triển duới hoặc 5
0
C, hiếm khi
phát triển ở 50
o
C. Có khả năng sống sót ở 62,8
o
C trong 30 phút. Phát triển
ở pH 9,6. Chịu được nồng độ NaCl 2%, 4% và 6,5%. Có khả năng lên men
đường glucose, maltose, lactose và luôn luôn lên men mannitol; có hoặc
không thể lên men sucrose, glycerol, sorbitol.
II.3.2. Vi khuẩn lactic đồng hình
Khi tiến hành lên men các dung dịch đường thì vi khuẩn lactic đồng hình
thường tạo ra acid lactic là chủ yếu. Một số loài vi khuẩn lactic điển hình
được nghiên cứu kỹ như sau:
- Lactobacillus acidophilus

Lần đầu tiên được phân lập bởi Moro được phân lập từ phân của trẻ sơ
sinh đã qua phẩu thuật và bê mới đẻ . Có dạng hình que, chịu nhiệt, quá
trình lên men tạo ra 2,2 % acid lactic. Chúng có kích thước rộng 0,6 - 0,9
μm, dài 1,5 - 6,0μm. Trong thiên nhiên chúng tồn tại riêng lẽ. Đôi khi chúng
tạo thành những chuỗi ngắn. Trên môi trường gelatin: chúng không phát
triển ở 20
0
C, không có khả năng hóa lỏng. Trên môi trường khoai tây thì
không phát triển. Chúng thuộc nhóm vi khuẩn gram dương và không di
động. Chúng có khả năng lên men đường như glucose, fructose,
galactose, maltose, lactose, để tạo acid lactic. Chúng không có khả năng
lên men glycerol, mannitol, sorbitol. Không thể phát triển được trong môi
trường không có carbohydrate. Nhiệt độ tối ưu 37
o
C. Nó phát triển từ 20 –
22
o
C. Nhiệt độ phát triển tối đa 43 – 48
O
C
- Lactobacillus bulgaricus
12
Chúng được tìm ra do Mesnhicov ở sữa chua Bungari. Thuộc loại trực
khuẩn có kích thước rất dài, liên kết với nhau tạo thành chuỗi, gram
dương. Chúng không có khả năng di động, có khả năng lên men các loại
đường như glucose, lactose, galactose. Có thể hoặc không thể lên men
fructose, maltose và sucrose. không lên men được xylose, mannitol,
dextrin. Chúng không có khả năng tạo ra nitrit từ nitrate.
Quá trình lên men tạo 3,7% acid lactic. Trên môi trường khoai tây, có
khuẩn lạc trắng vàng, pH thích hợp cho sự phát triển là pH = 5,2 - 5,6.

Nhiệt độ tối ưu 45 – 50
o
C. Tối thiểu 22
o
C. Trong sản xuất qui mô lớn,
chúng thường được chọn để lên men tạo acid lactic, sau đó dùng Ca(OH)
2
để trung hòa lượng acid lactic tạo thành. Nhiệt độ lên men 43
0
C, với nhiệt
độ này đủ để ức chế các vi sinh vật gây nhiễm mà không ức chế L.
bulgaricus.
- Lactobacillus bifidus
Trực khuẩn rất nhỏ, kích thước trung bình khoảng 4μm, không có khả
năng di động, thuộc gram dương. Chúng có thể đứng riêng lẽ, cặp và
chuỗi ngắn. Có khả năng lên men được các loại đường như glucose,
fructose, galactose, saccharose, dextrin, tinh bột và maltose.
- Lactobacillus casei
Vi khuẩn được phân lập từ sữa, sản phẩm của sữa, ủ xylo- thức ăn xanh
dung trong chăn nuôi, vi khuẩn dạng hình que, kích thước 0,7 - 1,1μm; 2,0
- 4,0μm, trực khuẩn nhỏ thường gặp ở dạng chuỗi dài hay chuỗi ngắn.
Chúng thuộc gram dương, không có khả năng lên men được các loại
đường như glucose, fructose, galactose, maltose, lactose và mannitol; có
hoặc không thể lên men sucrose. Nhiệt độ phát triển tối ưu là 30
o
C, thấp
nhất 10
O
C. Tối đa 37 – 40
O

C và vài chủng có thể 45
O
C. Quá trình lên men
tạo khoảng 1,5 % acid lactic.
- Lactobacillus causaciccus
Trực khuẩn ngắn, không có khả năng di động, gram dương. Chúng có khả
năng lên men các loại đường như glucose, fructose, galactose, maltose,
lactose, mannitol. Nhiệt độ phát triển tối ưu là 48 – 55
o
C.
- Lactobacillus delbrueckii
Thường gặp chúng trên hạt đại mạch. Vi khuẩn chịu nhiệt, được tìm thấy ở
các loài hạt ngũ cốc và tinh bột, đây là một giống vi khuẩn có khả năng
đồng hóa được tinh bột. Trực khuẩn dài, kích thước 0,5 - 0,8 μm; 2,0 - 9,0
μm, không di động, gram dương. Quá trình lên men tạo 2,5 % acid lactic.
13
Chúng có khả năng lên men được glucose, fructose, maltose, sucrose,
galactose và dextrin. Chúng không có khả năng lên men xylose, lactose,
tinh bột, mannitol. Nhiệt độ tối ưu 45
o
C
- Lactobacillus leichmannii
Trực khuẩn gram dương. Kích thước tế bào 0,6 – 2 μm. Vi khuẩn này có
khả năng tạo thành chuỗi ngắn, không di động, gram dương. Nhiệt độ tối
ưu 36
o
C. Tối đa 40 – 46
o
C. Chúng không có khả năng tạo nitrit từ nitrate.
Có khả năng lên men glucose, fructose, maltose, saccharose. Trong môi

trường khoai tây chúng tạo 1,3 % acid lactic.
- Lactobacillus helveticcus
Thuộc trực khuẩn có kích thước 0,7 - 0,9 μm; 2,0 - 6,0 μm. Trong thiên
nhiên chúng có thể tồn tại riêng từng tế bào, cũng có thể tồn tại thành từng
chuỗi tế bào. Nhiệt độ phát triển 40 – 42
O
C. Chúng có khả năng lên men
được glucose, fructose, galactose, maltose và lactose.
- Lactobacillus thermophillus
Trực khuẩn, gram dương, kích thước tế bào 0,5 - 3,0 μm, không có khả
năng di động. Lên men được glucose, lactose, sucrose, tinh bột và dạng
glycerol. Không tạo acid từ mannitol. Lên men được fructose, galactose,
maltose và dextrin. Không tạo nitrit từ nitrate. Nhiệt độ tối ưu 50 - 62,8
o
C.
Nhiệt độ tối thiểu 30
O
C, nhiệt độ tối đa 65
o
C. Điểm nhiệt độ chết khoảng
71
o
C trong 30 phút
- Lactobacillus plantanrum
Trực khuẩn, gram dương, kích thước tế bào 0,7 - 1,0 μm; 3,0 - 8,0 μm.
Nhiệt độ tối ưu 30
o
C. Tối thiểu 10
o
C, tối đa 40

o
C. Điểm nhiệt độ chết từ 65
– 75
o
C trong 15 phút. Có khả năng chịu nồng độ NaCl 5,5%. Chúng có khả
năng lên men glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose và lactose.
Tinh bột thì không lên men. Không tạo được nitrit từ nitrate.
- Lactobacillus sporogenes
Thuộc giống Lactobacillus dựa trên các đặc tính bởi Nakayama và Yanoshi
(1967). Chúng thuộc Gram dương, có khả năng sinh bào tử, có dạng hình
que, kích thước 3 - 5 μm, thuộc vi khuẩn hiếu khí, là vi khuẩn lactic đồng
hình sản xuất ra axít lactic L(+) - (dextrorotraytory), phát triển ở nhiệt độ
dao động từ 35-50
o
C, pH tối ưu dao động từ 5,5 - 6,5, phản ứng với
catalase dương tính. Tạo acid từ glucose, galactose, fructose, maltose và
sucrose. Không có thủy phân tinh bột hoặc casein, không hóa lỏng gelatin.
Phản ứng indol âm tính và không tạo khí
14
II.4. Nhu cầu dinh dưỡng
Vi khuẩn lactic là những vi sinh vật có nhu cầu dinh dưỡng cao. Để sinh
trưởng bình thường, ngoài nguồn cacbon, chúng cần nitơ, một phần dưới
dạng các acid amin, một số vitamin, các chất sinh trưởng, và các chất
khoáng… Chúng không thể phát triển trong môi trường có thành phần đơn
giản như glucose và NH
4
+
như một số loài khác. Vì thế người ta phải cho
vào môi trường một số chất giàu dinh dưỡng: trong sữa, trong ruột, cao
nấm men, cao thịt, các loại đường để chúng có thể lên men.

Vi khuẩn lactic có thể tồn tại trong môi trường khô, có thể chịu được hàm
lượng cồn từ 10 - 15% và có thể chịu được nồng độ CO
2
cso. Chúng được
tìm thấy khắp nơi trong tự nhiên, dưới da, trong hệ tiêu hóa…Lactobacillus
có vai trò quan trọng nhất trong lên men lactic.
Vi khuẩn lactic có nhu cầu về dinh dưỡng rất phức tạp, không một đại diện
nào thuộc nhóm này có thể phát triển được chỉ có chứa glucose và NH
4
+ Đa số, chúng cần hàng loạt vitamin (lactoflavin, tiamin, acid
pantotenic, acid nicotinic, acid folic, biotin) và các acid amin. Vì thế
người ta thường nuôi cấy chúng trên các môi trường phức tạp chứa
một số lượng tương đối lớn cao nấm men, dịch cà chua hoặc thậm
chí máu. Một số loài vi khuẩn lactic có những nhu cầu về yếu tố tăng
trưởng chính xác hơn động vật hữu nhũ.
II.4.1. Nhu cầu dinh dưỡng cacbon
Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được nhiều carbohydrate như glucose,
fructose, maltose, saccharose…các nguồn carbon này dùng để cung cấp
năng lượng và tham gia vào hầu hết các cấu trúc của tế bào. Vì vậy đây là
nguồn thức ăn có ý nghĩa hàng đầu đối với sự sống của tế bào vi sinh vật .
Nguồn carbon tốt nhất là các loại đường và ở mức độ nhỏ các đường
chứa nhóm rượu, còn polysaccharide thì thực chất không thể lên men. Tốc
độ lên men các loại mono-, di- và oligosaccharide khác nhau đến mức có
thể dùng tiêu chuẩn này để có thể phân biệt giữa các loài.
II.4.2. Nhu cầu dinh dưỡng nitơ
Đa số vi khuẩn lactic không có khả năng sinh tổng hợp được các hợp chất
hữu cơ phức tạp có chứa nitơ, chỉ có một số loài có khả năng sinh tổng
hợp các hợp chất nitơ hữu cơ từ nguồn vô cơ. Vì vậy, để đảm bảo sự phát
triển của mình, vi khuẩn lactic phải sử dụng nguồn nitơ có sẵn trong môi
trường. Tuy nhiên, để sinh trưởng và phát triển bình thường thì ngoài nitơ

dưới dạng hỗn hợp các acid amin, vi khuẩn lactic còn cần những cơ chất
hữu cơ phức tạp có chứa nitơ như: cao thịt, cao nấm men, pepton,
casein…
II.4.3. Nhu cầu về vitamin
Vi khuẩn lactic rất cần vitamin cho sự phát triển và các vitamin này đóng
vai trò là coenzym trong quá trình trao đổi chất của chúng. Rất ít vi khuẩn
lactic có khả năng sinh tổng hợp được vitamin, phần lớn chúng cần nhiều
loại vitamin như: riboflavin, tiamin, biotin.
II.4.4. Nhu cầu về các chất hữu cơ
Ngoài các nguồn dinh dưỡng trên, vi khuẩn lactic còn có nhu cầu rất lớn
về các hợp chất hữu cơ khác cần cho sự phát triển của chúng như purine,
pyrimidine. Acid hữu cơ như acid acetic và nhiều acid hữu cơ không bay
hơi khác. Tween 80 là một dẫn xuất của acid oleic, là một loại acid hữu cơ
quan trọng có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của hầu hết các loại vi
khuẩn lactic. Ngoài ra các acid béo cũng ảnh hưởng lên sinh trưởng của
các vi khuẩn lactic nhưng cơ chế còn chưa được biết rõ.
II.4.5. Nhu cầu các muối vô cơ
Để đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển, vi khuẩn lactic cần rất nhiều
các hợp chất vô cơ. Phosphat là loại muối quan trọng nhất mà các vi
khuẩn lactic yêu cầu. Các muối amôn không thể được dùng làm nguồn
nitơ duy nhất song hình như chúng gây một ảnh hưởng nhất định lên sự
chuyển hóa một số acid amin. Đối với Lactobacillus thì Mn
2+
, Fe
2+
, Mg
2+
có
tác dụng tích cực lên sự phát triển và sinh ra acid lactic. Sự vắng mặt
glucose thì Mg

2+
không ảnh hưởng đến sự ổn định của Lactobacillus
delbrueckii nhưng khi có glucose thì nó làm ổn định quá trình thủy phân.
Cơ chế của sự ổn định này chưa được xác định, nhưng tất cả các các
trình tự thủy phân của kinase xem Mg
2+
như là đồng nhân tố. Sự đòi hỏi
Mg
2+
bởi Lactobacillus delbrueckii không thể thay thế bằng Mn
2+
III. Lên men Lactic
III.1. Cơ chế 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. Dựa trên cơ chế là chuyển
hóa đường thành acid lactic người ta chia các phản ứng lên men lactic
thành 2 kiểu đó là lên men lactic điển hình và len men lactic không
điển hình. Hai kiểu lên men này khác nhau ở chỗ: lên men lactic điển hình
chỉ tạo ra acid lactic còn lên men lactic không điển hình ngoài tạo
ra acid lactic còn tạo ra ethanol, acid acetic, glycerol và một số chất khác
nhưng chỉ có lên men lactic điển hình là có nghĩa về mặt ứng dụng trong
sản xuất công nghiệp. Nhóm vi khuẩn lactic rất đa dạng gồm nhiều giống
rất khác nhau, tế bào củachúng có thể là hình cầu, hình que, phân
biệt chúng về khả năng lên men đồng hình hay dị hình.
3.1.1. Lên men lactic đồng hình
Quá trình lên men lactic đồng hình nhờ có enzyme aldolase và hexose
isomerase nhưng thiếu phosphoketolase. Chúng sử dụng con đ ờngƣ
Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) để tạo 2 phân tử lactat từ 1 phân tử
glucose. Quá trình chuyển hóa được trình bày như sau:

Glucose
Glucose-6-phosphate
Fructose-6-phosphate
Fructose-1,6-diphosphate
Glyceraldehyde-3-phosphate Dyhydroxy-acetone-phóphate
2 1,3-diphosphoglycerate
2 3-phosphoglycerate
2 2-phosphoglycerate
2 Phosphoeolpyruvate
2 Pyruvat
2 Acid lactic
3.1.2. Lên men lactic dị hình (không điển hình)
Tất cả các vi khuẩn lactic dị hình thường thiếu hai loại enzym quan trọng
đó là aldolase và hexose isomerase. Do đó trong giai đoạn đầu của quá
trình lên men, chúng thường được tiến hành theo con đ ờng hexoseƣ
monophosphate hay gọi là con đường pentose phosphate (PP ). Trong
trường hợp này chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngoài ra
còn có các sản phẩm phụ khác như: axic axetic, etanol, CO
2
. Các
sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm. Phương
trình tổng quát:
C
6
H
12
O
6
CH
3

CHOHCOOH + CH
3
COOH + C
2
H
5
OH → COOH(CH
2
)
2
COOH +
CO
2
Glucose acid lactic (40%) acid acetic ethanol acid sucxinic. Lượng sản
phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống giống vi sinh vật, vào
môi trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh, nói chung thì acid lactic
thường chiếm 40% lượng đường đã được phân hủy, acid sucxinic 20%,
rượu etylic chiếm 10%, acid acetic 10% và các loại khí gần 20%.
Quá trình chuyển hóa đường được trình bày như sau:
Glucose
Glucose-6-phosphate
6-phosphogluconate
Ribolose-5-phosphate
Xylulose-5-phosphate
Glyceraldehyde-3-phosate Acertyl-phosphate
1,3-diphosphoglycerate Acetyl-CoA
3-phosphoglycerate Acetaldedyde
2-phosphoglycerate Ethnol
Phosphoeolpyruvate
Pyruvat

Acid lactic
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng
Các quá trình lên men dù khác nhau về cơ chế điều kiện nhưng đều bị ảnh
hưởng bởi các nhân tố:
3.2.1. Nồng độ đường.
- Nồng độ đường để lên men xê dịch từ 5 - 20%. nếu nồng độ đường ít hơn
5% thì không đủ dưỡng chất cho quá trình lên men, ngược lại nồng
độ đường cao hơn 20% thì nó ức chế quá trình lên men. Nếu
nguyên liệu là mật rỉ hay rỉ đường cần phải làm trong. Vì trong
những nguyên liệu đó, đặc biệt là rỉ đường chứa những hợp chất
chứa nitơ có hại cho sản xuất acid lactic. Những hợp chất đó như acid
amin khi tương tác với đường sẽ tạo ra melanoidin. Khi tương tác với acid
lactic tạo ra chất gần giống như acid humic. Tất cả những sản phẩm này
sẽ làm cho thành phẩm có màu nâu sẫm khó loại bỏ.
3.2.2. Nhiệt độ.
Mỗi loài vi sinh vật đều có một yêu cầu nhiệt độ thích hợp cho sự
phát triển của mình.
- Vi sinh vât ưa lạnh: t
min
=0°C, t
max
=20 – 30°C, top=5 -10°C
- Vi sinh vật ưa ẩm: t
min
= 3
o
C, t
max
= 45 - 50
o

C, top = 20 - 35
O
C
- Vi sinh vật ưa nóng: t
min
= 30
O
C, t
max
= 80oC, top = 50
0
C - 60
o
C
Ví dụ: Vi khuẩn lactic nhiệt độ từ 30 ÷ 32°C, nhiệt độ không thích
hợp enzyme giảm đôi khi xảy ra hiện tượng lên men phụ.
+ Điều chỉnh nhiệt độ thích hợp sẽ:
• Rút ngắn thời gian lên men.
• Hạn chế sự nhiễm các vi sinh vật lạ khác.
• Sản phẩm thu được đạt kết quả như mong muốn.
3.2.3. pH của môi trường.
pH của môi trường ảnh hưởng đến hoạt động phát triển của vi sinh vật, sự
có mặt của ion H+ sẽ tác động lên tế bào vi sinh vật theo nhiều cách:
+ Ảnh hưởng trực tiếp lên bề mặt tế bào làm thay đổi sự tích điện trên
bề mặt củamàng từ đó dẫn đến hoạt động của các loại enzim bị
giảm.Ví dụ : pH<4 vi khuẩn lactic ngừng hoạt động.
+ Nồng độ ion H
+
ảnh hưởng đến độ phân ly của các chất dinh dưỡng
trong môi trường.

+ Với vi khuẩn lactic thì các loại cầu khuẩn chịu pH của các chất dinh
dưỡng trong môi trường. Đối với các vi khuẩn lên men lactic đồng
hình, pH môi trường không ảnh hưởng đến các sản phẩm đặc
trưng của quá trình lên men còn đối với các vi khuẩn lên men
lactic dị hình, ngược lại.
+ Khi pH môi trường cao thì sản phẩm tạo thành chủ yếu là acid lactic.
+ Khi pH môi trường thấp thì sản phẩm tạo thành ngoài acid
còn có thêm acid acetic, và nhiều sản phẩm khác. Chính quá trình
lên men lactic tiến hành thuận lợi trong môi trường acid, tuy nhiên vi
khuẩn lactic sẽ không chịu được nồng độ acid trong dịch lên
men lớn. Do đó lượng acid thừa không được trung hòa thì quá
trình lên men sẽ dừng lại trước khi toàn bộ đường chuyển thành
acid lactic. Vì vậy, biện pháp kĩ thuật tương ứng trong sản
xuất là phải trung hòa acid thừa đến 6.3 - 6.5. Thường người ta
dùng vôi tôi hoặc caxi cacbonat để trung hòa và cho vào trước hoặc
cho vào từ từ trong suốt quá trình lên men. Song cách trung hòa thứ
hai tốt hơn vì giữ được phản ứng acid của môi trường lên men làm
cho các sinh vật ngoại không phát triển được.
3.2.4. Oxy
+ Vi khuẩn lactic vừa có khả năng sống được trong môi trường có oxy
và vừa sống được trong môi trường không có oxy.
+ Nó quyết định chiều hướng lên men diễn ra theo kiểu yếm khí hay
kỵ khí.
- Theo nghiên cứu cho rằng vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong môi
trường có nồng độ oxy thấp.
=>Yếu tố quan trọng nhất trong 4 nhân tố là pH vì nếu vi khuẩn lactic phát
triển ưu thế thì pH sẽ là 3 – 3,5, còn nếu không thì vi sinh vật khác
sẽ phát triển (pH4,5 – 5: vi khuẩn gây thối hoạt động, pH 5 – 5,5: vi
khuẩn đường ruột phát triển, pH 2.5 – 3: nấm men dại hoạt động, pH 1,2 –
3: nấm mốc phát triển).