Góp phần đa dạng hóa các sản phẩm kefir từ nguồn nguyên liệu đậu nành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


GÓP PHẦN ĐA DẠNG HÓA CÁC SẢN PHẨM
KEFIR TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU ĐẬU NÀNH

CBHD: ThS. TRẦN THỊ TƯỞNG AN
KS. QUÁCH ĐỨC TÍNH
SVTH: TĂNG THỊ YẾN PHƯƠNG
MSSV: 60604312








Tp. Hồ Chí Minh, 1/2011

ii

L
L

Ờ
Ờ
I
I


C
C
Ả
Ả
M
M


Ơ
Ơ
N
N



Để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn cô
Nguyễn Thúy Hương, chị Trần Thị Tưởng An, anh Quách Đức Tính đã dành nhiều
thời gian, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp thông tin và kiến thức thật hữu ích
cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cảm ơn tất cả các thầy cô của bộ môn Công Nghệ Sinh Học Trường Đại Học
Bách Khoa đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu, cũng như đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Xin ghi nhớ công ơn ba mẹ, người đã sinh thành, dưỡng dục, dìu dắt tôi những
bước đi đầu đời, tạo cho tôi hành trang vô giá để bước vào cuộc sống.

Cảm ơn tất cả các bạn lớp HC06BSH, những người bạn đã gần gũi, chia sẻ, giúp
đỡ, và đồng hành với tôi trong suốt quãng đời đại học.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các thầy cô trong hội đồng phản biện đã dành thời gian
đọc và nhận xét luận văn này.


Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 1 năm 2011
Sinh viên thực hiện

Tăng Thị Yến Phương


iii

T
T
Ó
Ó
M
M


T
T
Ắ
Ắ
T
T
Kefir là sản phẩm sữa được lên men từ tổ hợp hệ vi khuẩn lactic và nấm men được
cố định tự nhiên trong khối hạt kefir. Ngoài việc cung cấp nguồn dinh dưỡng thiết yếu,

nó còn được biết đến với tính chất kháng một số bệnh: ung thư, chống lão hoá và tăng
cường tiêu hoá.
Sản phẩm này tuy đã có mặt từ rất lâu đời trên thế giới, nhưng vẫn còn rất mới trên
thị trường tiêu thụ Việt Nam. Hiện nay ở nước ta, người tiêu dùng mới chỉ được làm
quen với dòng sản phẩm sữa chua kefir không đường của Vinamilk.
Do đó, chúng tôi đã tiến hành đề tài: “ Góp phần đa dạng hóa các sản phẩm kefir
từ nguồn nguyên liệu đậu nành” nhằm nghiên cứu nâng cao chất lượng và làm đa
dạng, phong phú cho sản phẩm kefir để góp phần giúp cho sản phẩm này ngày càng
phổ biến và quen thuộc với người tiêu dùng hơn.
Nội dung đề tài: Tiến hành lên men kefir từ sữa đậu nành và bước đầu thử nghiệm
tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành.
Kết quả đề tài: kết quả thu được sau quá trình thí nghiệm:
 Quá trình lên men kefir đậu nành được tối ưu với các thông số:
 Tỉ lệ cấy giống: 7% (w/w).
 Thời gian lên men chính: 13 giờ.
 Nhiệt độ lên men chính: 30°C.
 Thời gian lên men phụ: 12 giờ.
 Nhiệt độ lên men phụ: 14
0
C.
 Sản phẩm được bổ sung dịch sucrose có nồng độ 30%, tỉ lệ dịch bổ sung vào
là 30% thể tích sản phẩm.
 Để tăng mùi hương hấp dẫn, sản phẩm được bổ sung thêm 0.15% hương vải.
 Quy trình thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành được tối ưu với các
thông số:
 Hàm lượng CaCl
2
bổ sung cho sữa đậu nành nguyên liệu: 0.025 g/l.
 Sữa đậu nành được lên men với tỉ lệ cấy giống 7% w/w ở 30
0

C trong 13 giờ.
 Thời gian tách nước cho khối đông là 8 giờ.


iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ viii
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Lịch sử hình thành kefir. 3
1.2. Công dụng của kefir 3
1.3. Giới thiệu hạt kefir 5
1.3.1. Đặc điểm của hạt kefir. 5
1.3.2. Hệ vi sinh vật trong hạt kefir. 7
1.3.3. Kefiran 13
1.3.4. Bảo quản hạt kefir. 14
1.4. Bản chất của quá trình lên men . 15
1.4.1. Lên men lactic. 15
1.4.2. Lên men ethanol. 19
1.5. Giá trị probiotic của sản phẩm kefir. 19
1.6. Giới thiệu về nguyên liệu đậu nành. 21
1.6.1. Tìm hiểu chung về cây đậu nành. 21
1.6.2. Các thành phần dinh dưỡng có trong đậu nành. 22
1.7. Giới thiệu chung về phô mai. 24

1.8. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về hướng của đề tài. 27

v

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 29
2.1. Vật liệu, hóa chất, môi trường. 29
2.1.1. Giống vi sinh vật. 29
2.1.2. Hóa chất, nguyên vật liệu. 29
2.2. Phương pháp thí nghiệm. 29
2.2.1. Lên men kefir từ sữa đậu nành. 30
2.2.2. Thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành. 38
2.3. Các phương pháp phân tích. 41
2.3.1. Phương pháp hóa lý. 41
2.3.2. Phương pháp vi sinh. 42
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 46
3.1. Lên men kefir từ sữa đậu nành. 46
3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 46
3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính đến chất lượng sản phẩm. 50
3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ (ủ chín) 53
3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ (ủ chín) 56
3.1.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối chế sau lên men . 59
3.1.6. Khảo sát hương liệu bổ sung thích hợp cho sản phẩm. 60
3.1.7. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến chất lượng sản phẩm. 61
3.2. Thử nghiệm tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành. 62
3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng bổ sung CaCl
2
đến cấu trúc sản phẩm. 62
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian tách nước đến cấu trúc sản phẩm 66
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 79

vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng trong 100g kefir. 4
Bảng 1.2 Hệ vi sinh vật có trong 8 mẫu hạt Kefir khác nhau thu nhận từ Nam Mỹ 8
Bảng 1.3 Trình bày tóm lược hệ vi sinh vật phân lập được trên hạt kefir . 9
Bảng 1.4 Thành phần các acid amin không thay thế trong đậu nành. 23
Bảng 1.5 Phân loại phô mai theo giá trị MFFB. 25
Bảng 1.6 Phân loại phô mai theo giá trị FDB. 25
Bảng 1.7 Phân loại phô mai theo quá trình ủ chín. 26
Bảng 2.1 Đánh giá cảm quan sản phẩm kefir đậu nành 43
Bảng 2.2 Đánh giá mức độ yêu thích giữa các hương liệu bổ sung 44
Bảng 2.3 Đánh giá cảm quan sản phẩm phô mai kefir đậu nành 45
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 46
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến cấu trúc sản phẩm 49
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 51
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến cấu trúc của sản phẩm 52
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ 53
Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian lên men phụ đến cấu trúc của sản phẩm 56
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ 57
Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến cấu trúc của sản phẩm 59
Bảng 3.9 Kết quả đánh giá cảm quan cấu trúc, mùi, vị của sản phẩm 59
Bảng 3.10 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm 60
Bảng 3.11 Chất lượng sản phẩm trong điều kiện cất giữ ở nhiệt độ 4÷6
0
C 61
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng CaCl
2

63
Bảng 3.13 Kết quả phân tích cảm quan sản phẩm 65
Bảng 3.14 Ảnh hưởng của thời gian tách nước 65
Bảng 3.15 Kết quả phân tích cảm quan sản phẩm 67



vii

D
D
A
A
N
N
H
H


M
M
Ụ
Ụ
C
C


H
H
Ì

Ì
N
N
H
H




Hình 1.1 Hạt kefir . 6
Hình 1.2 Đặc điểm hình thái của một số hạt kefir . 7
Hình 1.3 Quan sát bên ngoài hạt kefir dưới kính hiển vi. 10
Hình 1.4 Hình quan sát bên trong hạt kefir dưới kính hiển vi. 11
Hình 1.5 Cấu trúc của kefiran 14
Hình 1.6 Cơ chế lên men lactic 16
Hình 1.7 Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate 17
Hình 1.8 Sinh tổng hợp acetaldehyde ở một số vi khuẩn lactic ưa nhiệt 18
Hình 1.9 Quả và hạt đậu nành 21
Hình 3.1 Sản phẩm kefir đậu nành .70
Hình 3.2 Sản phẩm phô mai kefir đậu nành 70


viii

DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1 Quy trình thu dịch sữa đậu nành 30
Sơ đồ 2.2 Quy trình lên men kefir đậu nành 31
Sơ đồ 2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men 32
Sơ đồ 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 33
Sơ đồ 2.5 Khảo sát thời gian lên men phụ thích hợp 34

Sơ đồ 2.6 Khảo sát nhiệt độ lên men phụ thích hợp 35
Sơ đồ 2.7 Khảo sát tỉ lệ phối chế thích hợp 36
Sơ đồ 2.8 Quy trình tạo sản phẩm phô mai kefir đậu nành 38
Sơ đồ 2.9 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CaCl
2
bổ sung 40
Sơ đồ 2.10 Khảo sát thời gian tách nước 41
Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến thời gian lên men 47
Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến hàm lượng cồn của sản phẩm 48
Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến mật độ vi khuẩn và nấm men 50
Đồ thị 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính 51
Đồ thị 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men chính đến mật độ vi khuẩn và nấm men.52
Đồ thị 3.6 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ đến độ acid của sản phẩm 54
Đồ thị 3.7 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ đến độ cồn của sản phẩm 55
Đồ thị 3.8 Ảnh hưởng của thời gian lên men phụ đến mật độ vi khuẩn và nấm men 55
Đồ thị 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến độ acid của sản phẩm 57
Đồ thị 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến độ cồn của sản phẩm 58
Đồ thị 3.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men phụ đến mật độ vi khuẩn và nấm men.58
Đồ thị 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng CaCl
2
bổ sung đến độ chua sản phẩm 64
Đồ thị 3.13 Ảnh hưởng của hàm lượng CaCl
2
bổ sung 64
Đồ thị 3.14 Ảnh hưởng của thời gian tách nước đến độ chua của sản phẩm 67
Đồ thị 3.15 Ảnh hưởng của thời gian tách nước đến mật độ vi khuẩn và nấm men 68
Lời mở đầu

1

L
L
Ờ
Ờ
I
I


M
M
Ở
Ở


Đ
Đ
Ầ
Ầ
U
U
Kefir là thức uống lên men từ sữa rất phổ biến ở các nước Đông Âu, thức uống
này khác với các sản phẩm từ sữa khác bởi vì nó không do hoạt động chuyển hóa của
một giống vi sinh vật. Sữa được lên men với hệ vi sinh vật gồm vi khuẩn lactic và nấm
men được cố định tự nhiên thành một khối hạt được gọi là hạt kefir [6].
Kefir được xem như là một chất probiotic tự nhiên. Nó có vai trò hỗ trợ hệ tiêu
hóa và giúp cải thiện hệ thống miễn dịch. Qua quá trình xét nghiệm và thử nghiệm ở
động vật cho thấy kefir và các thành phần của nó có tính kháng ung thư, kháng đột
biến, kháng virus và kháng nấm [26].
Kefir chứa khoáng, các loại amino acid cần thiết cho cơ thể, và đặc biệt có rất
nhiều canxi và magie. Ngoài ra kefir còn có những protein hoàn thiện đã được thủy

phân một phần, nên cơ thể có thể dễ dàng hấp thu.
Trong sản phẩm kefir có rất nhiều vitamin B1, B12, amino acid, acid folic, và
vitamin K , đây là nguồn biotin rất tốt giúp cho sự đồng hóa các loại vitamin B khác
cho cơ thể. Vì thế mà kefir giúp cơ thể giảm đi sự lão hóa da, cung cấp nguồn năng
lượng, kéo dài tuổi thọ cho con người [32].
Ngoài nguồn nguyên liệu sữa động vật như: sữa bò, dê, cừu…hạt kefir còn lên
men được sữa đậu nành, nước trái cây, nước dừa, sữa dừa…Vì vậy để đa dạng hóa sản
phẩm kefir, chúng tôi đã sử dụng sữa đậu nành làm nguyên liệu để lên men. Sữa đậu
nành là một thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, giàu protein, vitamin, chất khoáng,
chất xơ…Sự kết hợp này tận dụng những ưu điểm của nguyên liệu đậu nành và được
lên men bằng hệ vi sinh vật hạt kefir sẽ tạo ra sản phẩm có hương vị mới lạ và tốt cho
sức khỏe, góp phần đa dạng hóa sản phẩm kefir, giúp sản phẩm này gần gũi hơn với
người tiêu dùng.
Sữa kefir đậu nành sẽ được nghiên cứu chế biến ở phòng thí nghiệm với trọng
tâm là giải quyết các vấn đề có liên quan đến chất lượng và thời gian bảo quản. Trên
cơ sở đó đề tài nghiên cứu các vấn đề sau:
Lời mở đầu

2

- Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấy giống đến quá trình lên men và chất lượng sản
phẩm.
- Khảo sát nhiệt độ lên men chính tối ưu cho quá trình lên men.
- Khảo sát thời gian lên men phụ (ủ chín) tối ưu.
- Khảo sát nhiệt độ lên men phụ (ủ chín) tối ưu.
- Khảo sát nồng độ dịch sucrose phối chế sau lên men.
- Khảo sát hương liệu bổ sung thích hợp cho sản phẩm.
- Khảo sát thời gian bảo quản sản phẩm.
Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đã tiến hành bước đầu thử nghiệm tạo sản phẩm phô
mai kefir đậu nành:

-
-

Khảo sát hàm lượng muối CaCl
2
bổ sung vào sữa nguyên liệu để sản phẩm phô
mai có cấu trúc tốt.


-
-

Khảo sát thời gian tách nước thích hợp.


Chương 1. Tổng quan tài liệu

3

C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G

G


1
1
.
.


T
T
Ổ
Ổ
N
N
G
G


Q
Q
U
U
A
A
N
N


T

T
À
À
I
I


L
L
I
I
Ệ
Ệ
U
U
1.1. Lịch sử hình thành kefir.
Kefir là một sản phẩm truyền thống có nguồn gốc cách đây từ hàng ngàn năm
và từ vùng núi Caucasian của đông Châu Âu. Sản phẩm kefir được những người dân
tộc Moslem của Caucasian xem như một loại thuốc có thể chữa rất nhiều loại bệnh vào
khoảng thế kỉ 18 [10].
Tháng 9/1908, trung tâm sản xuất sữa tại Moscow đã tiến hành sản xuất những
chai kefir uống đầu tiên. Một số lượng nhỏ kefir đã được sản xuất ở vài thành phố ở
Nga, và mọi người sử dụng kefir như một loại thuốc chữa bệnh.
Người ta bắt đầu sản xuất kefir trên quy mô lớn ở Nga khoảng 1930. Tuy nhiên
khi họ tiến hành sản xuất kefir ở quy mô công nghiệp thì gặp rất nhiều khó khăn, và
họ thấy là không phù hợp.
Năm 1930 kefir đã được tiến hành nghiên cứu sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên,
quy trình này cho chất lượng sản phẩm cũng không tốt như cách truyền thống. Vào
1950 những người ở viện nghiên cứu của Nga đã phát triển quy trình sản xuất kefir
thương mại. Khi đó, kefir được sản xuất trong các thùng có cánh khuấy. Quá trình lên

men, đông tụ, làm chín và làm mát được thực hiện trong thùng chứa lớn, và sau đó
kefir được đóng chai.
Hiện tại kefir là một trong những loại sữa lên men rất được yêu thích ở Nga.
Ngoài ra kefir cũng đang được sản xuất một số lượng lớn ở Tiệp Khắc, Phần Lan,
Hungary, Nauy, Hà Lan, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Đan Mạch, Mĩ, Pháp, Tây Đức, Canada
và những nước ở Nam Á [6].
1.2. Công dụng của kefir.
Kefir được xem như là một chất probiotic tự nhiên. Nó chứa hệ sinh vật còn
sống và hoạt động, tồn tại trong hệ tiêu hóa và tham gia hỗ trợ việc tiêu hóa thức ăn
trong dạ dày [22, 27].
Đây là một sản phẩm cao cấp hơn yaourt bởi vì yaourt được làm trong thời gian
ngắn, chứa ít vi khuẩn có hoạt tính mạnh. Hệ vi khuẩn trong yaourt sẽ giảm dần vài
ngày trong hệ tiêu hóa. Còn kefir thì chứa nhiều hệ vi sinh vật hơn, hơn thế nữa hệ vi
Chương 1. Tổng quan tài liệu

4

sinh vật có mặt trong kefir được tạo từ một chuỗi vi sinh vật có hoạt tính rất mạnh,
các chủng vi sinh vật này sẽ giúp tiêu diệt hay bất hoạt các vi sinh vật gây bệnh.

Bảng 1.1 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng trong 100g kefir.

Năng lượng 65 kcal Thành phần khoáng (g)
Chất béo (%) 3.5 Ca 0.12
Protein (%) 3.3 P 0.1
Lactose (%) 4.0 Mg 12
Nước (%) 87.5 K 0.15
Natri 0.05 Chloride 0.1
Acid sữa (g) 0.8 Yếu tố vi lượng
Rượu (g) 0.9 Fe (mg) 0.05

Acid lactic (g) 1 Cu (µg) 12
Cholesterol (mg) 13 Mn (µg) 5
Photphate (mg) 40 Zn (mg) 0.36
Molip (mg) 5.5 Thành phần tạo mùi thơm
Amino acid cần thiết Acetaldehyd
Tryptophan 0.05 Diacetyl
Phenyalanin 0.35 Acetoin
Leucine 0.34 Vitamin
Isoleucine 0.21 E 0.11
Threonine 0.17 D 0.08
Lysine 0.27 B6 0.05
Valine 0.22 B2 0.17
Vitamin C 1
A 0.06 B1 0.04
Carotene 0.02 B12 0.05
[32].

Chương 1. Tổng quan tài liệu

5

Kefir có vai trò hỗ trợ hệ tiêu hóa và giúp cải thiện hệ thống miễn dịch. Kefir
chứa khoáng, các loại amino acid cần thiết cho cơ thể, và đặc biệt có rất nhiều canxi
và magie. Ngoài ra kefir còn có những protein hoàn thiện đã được thủy phân một
phần, nên cơ thể có thể dễ dàng hấp thu. Ví dụ như tryptophan, một amino acid cần
thiết cho cơ thể có rất nhiều trong kefir, đã được biết đến với khả năng giảm căng
thẳng cho hệ thần kinh.
Trong sản phầm kefir có rất nhiều vitamin B1, B12, amino acid, acid folic, và
vitamin K, đây là nguồn biotin rất tốt giúp cho sự đồng hóa các loại vitamin B khác
cho cơ thể. Vì thế mà kefir giúp cơ thể giảm đi sự lão hóa da, cung cấp nguồn năng

lượng, kéo dài tuổi thọ cho con người.
Ngoài ra kefir còn có các lợi ích như cân bằng ổn định đường ruột, và giảm sự
dị ứng lactose của nhiều người, các loại vi khuẩn lactic trong sản phẩm sữa lên men
có thể làm giảm bớt dị ứng lactose bằng cách cung cấp enzyme lactase cho ruột và dạ
dày. Hệ vi sinh vật có trong kefir phát triển cực mạnh trong môi trường bơ sữa, sử
dụng lactose và protein, tạo ra những sản phẩm mà con người có thể dễ dàng tiêu hóa
và sử dụng. Ngoài ra hệ vi sinh vật kefir cũng có thể tiêu hóa nước dừa hoặc các sản
phẩm sữa khác [32].
Kefir còn loại trừ các chất độc không mong muốn trong cơ thể, ngăn ngừa sự
oxy hóa. Ngoài ra kefir còn giúp giảm cholesterol trong máu, kích thích hệ miễn dịch
tạo ra kháng thể, giúp giảm stress, căng thẳng do có độ rượu nhẹ. Chính vì nhiều đặc
điểm như thế nên kefir được yêu thích trên toàn thế giới [6].
1.3. Giới thiệu hạt kefir.
1.3.1. Đặc điểm của hạt kefir.
FAO/WHO (2001) đã định nghĩa kefir dựa trên thành phần hệ vi sinh vật của cả
hạt kefir và trong sản phẩm kefir cuối cùng. Trong sản xuất kefir, người ta sử dụng tổ
hợp giống vi sinh vật dưới dạng hạt kefir. Các hạt kefir có màu từ trắng đến vàng
nhạt, hình dạng không ổn định và thường kết thành chùm với nhau tạo dạng tương tự
hoa choufleur với đường kính trung bình 0.3÷2 cm [16]. Thành phần hóa học hạt kefir
bao gồm 89-90% nước, 0.2% lipid, 3% protein, 6% đường (chủ yếu là
polysaccharide ) và 0.7% chất tro [10]. Hạt kefir là phức hệ vi sinh vật gắn với nhau
Chương 1. Tổng quan tài liệu

6

bởi chất polysaccharide. Giống này bao gồm các nhóm vi khuẩn lactic (Lactobacillus,
Lactococcus, Leuconostoc ) và nấm men. Đôi khi, còn tìm thấy vi khuẩn
Acetobacter aceti và Acetobacter racens cùng với các vi sinh vật khác tổ chức thành
khối cầu vi sinh vật. Tuy vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn nhưng từ hàng nghìn
năm qua sự tiêu thụ đã 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 Sigella.

Hình 1.1 Hạt kefir [16].
Những cấu trúc này đều co giãn và tương đối dai. Cấu trúc được mô tả trong
hình 1.2 cho là hạt kefir được phát sinh từ các cấu trúc dạng cuộn, hay dạng miếng có
bề mặt phẳng với các nếp gấp cuộn xảy ra tiếp sau đó là do bởi sự tăng độ dày khi
nhân đôi số lượng vi sinh vật và tích lũy các carbohydrate không tan. Dưới kính hiển
vi quét điện tử, Lactobacillus chiếm ưu thế ở bên ngoài hạt kefir và nấm men ở trung
tâm hạt kefir, nhưng do quá trình cuộn thì đôi khi bề mặt bên ngoài lại trở thành bên
trong. Do đó người ta mong đợi rằng dưới kính hiển vi điện tử truyền suốt có thể phát
hiện các vi khuẩn Lactobacillus dạng cong dài chiếm ưu thế ở bên trong cấu trúc hạt
kefir [28, 33].

Chương 1. Tổng quan tài liệu

7







Hình 1.2 Đặc điểm hình thái của một số hạt kefir [33].
Các dạng khác nhau của hạt kefir từ dạng miếng mỏng (hình 1.2a) đến dạng
cuộn (hình 1.2b, c) và dạng hoa chou-fleur (hình 1.2d, e, f).
1.3.2. Hệ vi sinh vật trong hạt kefir.
Nhóm vi khuẩn Lactobacillus chiếm khoảng 65-80% tổng số vi sinh vật trong
hạt. Chúng gồm những loài ưa ấm và ưa nhiệt. Nhóm Lactococcus chiếm 20% tổng số

tế bào. Nấm men chiếm 5-10% trong tổng số vi sinh vật trong hạt bao gồm những loài
lên men hoặc không lên men được đường lactose [6].
Mật độ nhóm vi khuẩn lactic Lactobacillus đạt 10
8
– 5x10
9
(cfu/g) gồm nhóm
lên men đồng hình và dị hình. Nhóm vi khuẩn lactic Lactococcus và Leuconostoc với
mật độ 10
8
–10
9
(cfu/g) và nấm men với mật độ 10
6
– 10
8
(cfu/g) gồm nhóm nấm men
có khả năng chuyển hóa đường lactose và nhóm nấm men không có khả năng chuyển
hóa đường lactose. Ngoài ra, một số nghiên cứu còn phát hiện sự hiện diện của nhóm
vi khuẩn Acetobacter với mật độ 10
5
– 10
6
(cfu/g). Tỉ lệ vi khuẩn lactic : nấm men
thường đạt là 250:1.
Hệ vi sinh vật trong hạt kefir xuất xứ từ các nguồn gốc khác nhau thì khác
nhau, thậm chí cùng một vùng nhưng khi hạt kefir được thu nhận từ các nhà khác
nhau cũng có hệ vi sinh vật khác nhau, mật độ vi sinh vật khác nhau. Hệ vi sinh vật
Chương 1. Tổng quan tài liệu

8

của 8 mẫu hạt kefir thu từ Nam Mỹ được lưu trữ tại Dairy Research Institute, Pretoria,
Nam Mỹ được trình bày trong bảng 1.2.
Ngoài ra, sự phân bố hệ vi sinh vật trên hạt kefir cũng rất phức tạp, có sự khác
biệt giữa vùng này và vùng khác, cũng như giữa bên trong và bên ngoài mẫu. Điều đó
được thể hiện qua một số hình ảnh minh họa ở hình 1.3.
Bảng 1.2 Hệ vi sinh vật có trong 8 mẫu hạt kefir khác nhau thu nhận từ Nam Mỹ.
Loài vi sinh vật Môi trường nhận danh


Tỉ lệ phân bố
trong hạt kefir (%)

Lb. delbrueckii ssp. delbrucekii YELN 37.8
Zygosaccharomyces APM 62.2
Lb. delbrueckii ssp. delbrueckii YELN 10.0
Leuc. lactis KCA + TTC 3.2
Lb. curvatus YELN 2.8
C. kefyr APM 29.8
C. kekyr MRS 64.2
Lb. delbrueckii ssp. lactis KCA + TTC 42.9
KCA + V 57.0
C. kefyr MRS 1.4
KCA + TTC 2.6
Lc. lactis ssp. lactis KCA + TTC 78.5
C. lipolytica YELN 20.1
YEC 27.0
C. kefyr MRS 20.3
Saccharomyces cerevisiae YEC 26.3

Leuc. mesenteroidrs ssp.
mesenteroides/dextranicum 2
MRS

45.6

[32]

Chương 1. Tổng quan tài liệu

9

Bảng 1.3 Trình bày tóm lược hệ vi sinh vật thường phân lập được trên hạt kefir có
nguồn gốc khác nhau.
NẤM MEN
Brettanomyces anomalus
Candida kefir
C. pseudotropicalis
C. rancens
C. tenuis
C. inconspicua
C. maris
C. lambica
C. tannotelerans
C. valida
Debaryveromyces lactic
Kluyveromyces lactic
K. bulgaricus
K. marxianus
Issatchenkia occidentalis

Pichia fermentans
Saccharomyces subsp. Torulopsis holmii
Sacc. carlsbergensis
Sacc. uniporus
Sacc. lactic
Sacc. globosus
Sacc. cerevisiae
Sacc. exiguous
Sacc. dairensis
Torulaspora delbrueckii
Zygosaccharomyces rouxii
Các chủng khác
Enterococcus durans
Leuconostoc cremoris
Leuc. mesenteroides
Micrococcus sp.
Bacillus subtilis
Escherichia coli
LACTOBACILLUS
Lactobacillus acidophilus
Lb. brevis
Lb. casei
Lb. casei subsp. rhamnosus
Lb. casei subsp. pseudoplantarum
Lb. paracasei subsp. paracasei
Lb. cellobiosus
Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus
Lb. delbrueckii subsp. lactis
Lb. fructivorans
Lb. helveticus subsp. lactis

Lb. hilgardii
Lb. kefiri
Lb. kefiranofaciens subsp. kefirgranum.
Lb.kefirgranum.
Lb. parakefir sp.
Lb. lactis
Lb. plantarum
ACETOBACTER
Acetobacter aceti
A. rasens
Acetobacter pasteurianus
STREPTOCOCCUS/LACTOCOCCUS
Lactococci lactis subsp. lactis
Lc. lactis subsp.lactis blovar diacetylactis
Lc. lactis subsp. cremoris
Streptococc lactis
St. salivarius subsp. thermophilus

[7,15]

Chương 1. Tổng quan tài liệu

10

Có sự khác biệt về sự phân bố nấm men và Lactobacillus. Ở vùng nấm men
chiếm ưu thế thì có ít Lactobacillus và ở vùng Lactobacillus chiếm ưu thế thì có ít
nấm men. Nấm men không phân bố dày đặc ở bên ngoài hạt kefir, chủ yếu tồn tại ở
bên trong hạt. Các loài nấm men lên men được đường lactose thường được tìm thấy
tại các vị trí gần bề mặt hạt kefir. Ngược lại, các loài nấm men không lên men được
đường lactose lại tìm thấy tại các vị trí sâu bên trong tâm hạt [15, 32, 33].

Hình 1.3 Quan sát bên ngoài hạt kefir dưới kính hiển vi [33].
a: Bên ngoài hạt kefir chiếm ưu thế là các vi khuẩn dạng que dài và các nấm men đính vào
các vật liệu dạng hột một cách tự nhiên.
b, c: Các vùng chiếm ưu thế của nấm men và nhóm Lactobacillus.
d: Các tế bào Lactococcus, dưới dạng từng tế bào riêng lẻ, hay từng cặp hoặc chuỗi đính vào
các vật liệu dạng hạt, bên cạnh đó cũng quan sát thấy có một vài tế bào vi khuẩn hình que
hoặc nấm men.
Chương 1. Tổng quan tài liệu

11


Hình 1.4 Hình quan sát bên trong hạt kefir dưới kính hiển vi [33].
a, b: các vùng dày đặc các tế bào nấm men với các vật liệu dạng sợi.
c, d: các vùng dày đặc các tế bào vi khuẩn hình que giữa các vật liệu sợi như mạng nhện, kết
nối các vi sinh vật lại với nhau.
1.3.2.1. Thuyết cộng sinh: sự tương tác giữa các loài vi sinh vật trong hạt kefir.
Hệ vi sinh vật trong kefir là một ví dụ minh chứng cho tính cộng sinh của vi
sinh vật. Mối quan hệ cộng sinh của hệ vi sinh vật trên hạt kefir được minh họa trong
một số nghiên cứu sau đây:
Tính cộng sinh của vi khuẩn lactic và nấm men được thể hiện rõ rệt khi chúng
được tách rời như những giống thuần chủng thì không thể phát triển trong sữa hay
hoạt tính lên men có thể giảm ngay so với khi nuôi cấy tổ hợp. Theo Pablo Alvarez và
cộng sự (2007 ) đã cho thấy rằng Lactobacillus kefir phát triển tốt hơn khi có Candida
kefir được bổ sung vào sữa. Sự hiện diện của nấm men trong hỗn hợp với nhiệt độ lên
men là 21-23
0
C, thúc đẩy sự phát triển Streptococci dị hình tạo các hợp chất thơm.
Quá trình lên men, sự phát triển của vi khuẩn lactic thì thúc đẩy sự phát triển của nấm

men và vi khuẩn acetic.
Chương 1. Tổng quan tài liệu

12

Nấm men đóng vai trò quan trọng trong sản phẩm sữa lên men, chúng cung cấp
một số chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển như amino acid và vitamin, thay
đổi pH, tạo CO
2
, ethanol. Nấm men trong kefir thì ít được nghiên cứu hơn vi khuẩn
trong kefir, mặc dù rõ ràng nấm men cung cấp môi trường phát triển cho vi khuẩn và
sản phẩm chuyển hóa đóng góp vai trò tạo hương vị và cảm quan cho sản phẩm. Tính
chất của nấm men trong kefir rất đa dạng. Ví dụ một số loại nấm men thì có khả năng
lên men lactose, trong khi đó một số thì không. Một số thì hiện diện bên ngoài hạt
kefir còn một số thì nằm sâu bên trong. Nấm men hiện diện ở những vị trí khác nhau
của hạt kefir có thể chúng thực hiện các quá trình lên men khác nhau.
Quan hệ cộng sinh còn được thể hiện giữa các nhóm vi khuẩn lactic. Trong suốt
quá trình lên men 24 giờ thì vi khuẩn Streptococcus đồng hình phát triển nhanh chóng
làm giảm pH, pH này thích hợp cho sự phát triển của Lactobacillus, nhưng lúc này
Streptoccoccus giảm đi [24, 26].
1.3.2.2. Chu kì phát triển của giống kefir.
Hạt 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,
polysaccharide. Những màng bao bọc phát triển với hình dạng không nhất định, hình
thành các thùy phức tạp và không đồng đều, các thùy này lại có xu hướng trở về
nguyên bản tạo thành cấu trúc sinh học bao gồm nhiều thùy con bao quanh. Với dấu
hiệu phát triển đặc biệt như thế chúng hình thành những hạt con, mỗi tiểu thùy 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 xuất hiện đó mà các hạt con tách ra có mẫu hình phát triển giống như

hạt mẹ ban đầu. Sau một thời gian có thể do chấn thương hoặc những tác động bên
ngoài, một phần thùy con gắn với hạt mẹ bị tách ra thành hạt tự do. Những hạt con
này lại tiếp tục nhân giống thành hạt mẹ. Chu kỳ phát triển được lặp lại với chu trình
gần giống nhau (tự nhân giống). Trong vài trường hợp đặc biệt, có những hạt không
thể cho ra bất cứ hạt con nào trong một thời gian dài mà thay vào đó, chúng hình
thành nên một khối lớn (khối hạt kefir).
Chương 1. Tổng quan tài liệu

13

Bề mặt ngoài của hạt biến đổi từ dạng phẳng đến không đồng đều gồm nhiều
thứ phức tạp, có những chỗ lồi lõm rải rác khắp bề mặt. Một vài hạt có thể có những
vùng rộng phẳng, trong khi từ mẻ tương tự có thể có những hạt có bề mặt không đồng
đều. 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, 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, Streptococcus thì bện vào nhau với các vi khuẩn khác
chứ không hình thành dạng cụm.
Ở sâu bên trong hạt, Lactobacillus chiếm ưu thế và có rất ít tế bào nấm men,
chúng được gói gọn trong dịch polysaccharide, các vi khuẩn hình que và nấm men
hình thành các cụm riêng biệt bên ngoài và bên trong hạt. Trong đó Lactobacillus
kefiranoficients được xem là nguyên nhân hình thành polysaccharide hòa tan kefiran.
Trong khi đó Lactobacillus acidophilus là nguyên nhân hình thành vỏ bọc bên ngoài
polysaccharide mà có thể giúp hạt co giãn. Một số nghiên cứu cho rằng vi khuẩn có
thể gây ra sự nhân giống hạt kefir vì việc nhân giống của hạt không xảy ra khi vắng
mặt Lactobacillus kefiranoficients - là vi khuẩn sinh ra kefiran ở trung tâm hạt
[15, 20, 28].
1.3.3. Kefiran.
Kefirian được biết đến là polysaccharide được cấu tạo từ hai đường đơn glucose

và galactose, do Lactobacillus kefiranofaciens và Lactobacillus kefir sản sinh ra.
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 đã đưa
ra thành phần hợp thành của hạt giống kefir là phức protein-polysaccharide. Thành
phần hạt giống sấy khô đông lạnh với hàm ẩm 3.5% được tìm thấy bao gồm: béo
4.4%, tro: 12.1%, muco-polysaccharide (Kefiran) 45.7%, protein tổng số 34.3% gồm
có: protein không hòa tan 27%, protein hòa tan 1.6% và acid amin tự do là 5.6%.
Cơ chế phức tạp về sự hình thành cấu trúc gian bào vi sinh vật trong hạt kefir
hiện nay chưa được giải thích rõ ràng. Người ta khám phá được gel hòa tan
Chương 1. Tổng quan tài liệu

14

polysaccharide trong hạt kefir với tên gọi là kefiran (KGF-C). Hạt kefir sấy khô bao
gồm chất gian bào khoảng 45% là kefiran. Polysaccharide này gồm hai đường đơn
glucose và galactose với tỉ lệ cân đối. Kefiran hình thành ở trung tâm hạt, với điều
kiện kỵ khí thuận lợi cho việc tổng hợp kefiran trong sự hiện diện của ethanol. Một
vài loài Lactobaccillus khác cũng sinh ra polysaccharide như Lactobaccillus brevis
[17, 18, 21].

Hình 1.5 Cấu trúc của kefiran [16].

Một thử nghiệm trên chuột đã phát hiện tính kháng ung bướu của kefiran.
Trong thử nghiệm này kefiran được cung cấp từ đường miệng của chuột và kết quả
cho thấy kích thước khối u đã giảm đi rõ [23, 25, 29].
1.3.4. Bảo quản hạt kefir.
Mục đích của quá trình bảo quản là làm chậm quá trình hô hấp và trao đổi chất
của tế bào hệ vi sinh vật có trong hạt kefir, ngăn cản sự sinh sản của chúng, đồng thời
không làm thay đổi phẩm chất ban đầu của hạt. Chế phẩm giống được bảo quản tốt thì

sẽ có các quá trình sinh, lý, hóa y như ban đầu nếu gặp được điều kiện môi trường
dinh dưỡng thích hợp. Hạt kefir khi đem bảo quản phải ở trạng thái sinh lý tốt.
Hoạt tính của hạt kefir phụ thuộc vào điều kiện bảo quản và hoạt tính của hạt
quyết định chất lượng của sản phẩm sữa lên men.
Các phương pháp thường được sử dụng bảo quản hạt kefir :
 Phương pháp làm khô bằng không khí.
 Phương pháp bảo quản lạnh.
 Phương pháp đông sâu.
 Phương pháp đông khô.
Chương 1. Tổng quan tài liệu

15

1.4. Bản chất của quá trình lên men .
Mặc dù kefir thương mại được sản xuất là từ sữa bò, nhưng nó cũng có thể
được làm từ sữa cừu, dê và trâu. Hơn thế nữa, gần đây người ta còn sản xuất kefir từ
sữa đậu nành.
Kích thước của hạt kefir có ảnh hưởng đến pH, tính dẻo và số lượng vi sinh vật
trong sản phẩm cuối. Người ta thấy rằng tỉ lệ hạt kefir và sữa là 1:30 đến 1:50 là tối ưu
cho sự lên men kefir. Sự lên men sữa là quá trình ủ khoảng 24 giờ, trong suốt thời gian
đó, vi khuẩn lactic đồng hình Streptococcus phát triển khá nhanh vào lúc ban đầu làm
cho pH môi trường giảm xuống. Việc giảm pH này tạo thuận lợi cho sự phát triển của
Lactobacillus và đây là nguyên nhân làm Streptococcus đồng hình giảm số lượng.Và
sự hiện diện của nấm men trong hỗn hợp, cùng với nhiệt độ lên men 21-23
0
C đã kích
thích sự phát triển Streptococcus dị hình tạo mùi thơm sản phẩm. Trong quá trình lên
men sự gia tăng của vi khuẩn lactic tạo điều kiện cho sự phát triển của nấm men và vi
khuẩn sinh acetic.
Ngày nay các vi khuẩn lactic và nấm men đông khô đã được bán rộng rãi trên

thị trường. Trong vài trường hợp người ta còn thêm vào một số chủng vi sinh vật bên
ngoài để có được sản phẩm với những đặc điểm mong ước. Người ta thấy rằng sản
phẩm cuối cùng làm từ những hạt kefir cho số lượng vi sinh vật đa dạng và nhiều hơn
so với kefir làm từ hỗn hợp vi sinh vật riêng lẻ [6, 15].
1.4.1. Lên men lactic.
Trong công nghệ vi sinh vật, nhìn chung các vi khuẩn lactic đồng hình luôn
chiếm ưu thế. Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất một số thực phẩm lên men truyền
thống như phô mai, yoghurt,… trong đó có kefir, các vi khuẩn lactic dị hình lại được
xét đến nhằm mục đích da dạng hóa các chỉ tiêu về mùi, vị và cấu trúc cho sản phẩm.
Cơ chế tổng quát của quá trình lên men lactic đồng hình và dị hình có thể được
tóm tắt trên hình 1.6.
Chương 1. Tổng quan tài liệu

16



Hình 1.6 Cơ chế lên men lactic [27].

Quá trình lên men lactic diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn. Đầu tiên, đường
lactose trong sữa sẽ được vi khuẩn lactic đưa vào bên trong tế bào nhờ những cơ chế
vận chuyển đặc trưng của màng tế bào chất. Tiếp theo, lactose sẽ được thủy phân
thành hai monosaccharide rồi đi vào các chu trình chuyển hóa khác nhau.
Đối với nhóm vi khuẩn lactic đồng hình như giống Lactococcus, các loài
Streptococcus thermophilus, Lactobacillus helveticus, Latobaccillus acidophilus,
Latobaccillus bulgaricus, Latobaccillus casei, Latobaccillus delbruckii subsp.
Lactic,…và các cầu khuẩn : Steptococcus latic, Steptococcus cermoris
Phương trình tổng quát của quá trình lên men lactic:

Các vi khuẩn lactic dị hình như giống Leunoconostoc và các loài Streptococcus

cumoris, Lactobacillus brevis,…. Do không có một số enzyme của chu trình đường
phân nên chúng chuyển hóa glucose giai đoạn đầu theo chu trình pentose-phtophate và
tạo ra sản phẩm trung gian là xylulose-5-P, chất này sẽ được chuyển hóa tiếp thành
glyceraldehydes-3-P rồi tiếp tục đi theo giai đoạn cuối của chu trình đường phân để tạo
thành acid pyruvic rồi acid lactic như trong quá trình lên men đồng hình. Theo một
con đường trao đổi chất khác, xylulose-5-P sẽ được chuyển hóa thành acetyl-P và tiếp
Chương 1. Tổng quan tài liệu

17

theo sau đó là thành ethanol. Sản phẩm của quá trình này là: acid lactic, ethanol,
CO2…
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 các họat động trao đổi chất và sinh trưởng của vi sinh vật.
Ngược lại, các sản phẩm như acid lactic, ethanol và CO2 sẽ được vi khuẩn thải vào môi
trường lên men. Kết quả hàm lượng acid lactic tích lũy trong môi trường lên men 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 acid lactic (lên men đồng hình),
acid lactic, ethanol, CO2 (lên men dị hình), trong dịch lên men còn xuất hiện cả trăm
hợp chất hóa học mới khác. Chúng là những 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 chất 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 sản phẩm lên
men lactic. Đáng chú ý nhất là diacetyl và acetaldehyde.
Quá trình sinh tổng hợp diacetyl liên quan đến sự chuyển hóa citrate.

Hình 1.7 Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate [34].