Cơ chế của quá trình lên men vi khuẩn lactic

1. Cơ chế của quá trình lên men vi khuẩn Lactỉc:
1.1 Lên men lactỉc đồng hình (điển hình):
Lên mem lactic đồng hình là quá trình lên men trong đó các sản phẩm axit lactic tạo
ra chiếm 90% tổng số các sản phẩm lên men và một lượng nhỏ axit acetic, aceton, di-acetyl,
Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men:
2CH3CHOHCOOH + 21,8.104J

C6HI206

Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucoza được chuyển hoá theo chu trình EmbdenMayerhoff, vi khuẩn sử dụng cho qui trinh này tất cả các loai enzym aldolase, còn hydro tách
ra khi dehydro hoá triozophophat dược chuyển đến pyruvat. Vì trong vi khuẩn lên men lactic
đồng hình không có enzyme cacboxylase cho nên axit pynivic không phân huỷ nữa mà tiếp
tục khử thành axit lactic theo sơ đồ chuyển hoá dưới đây:
Sơ đồ 1:

C6H12O6

2 CH3CHOHCOOH

Sơ đồ 2:

Glucose
Glucose - 6 - photphat
Fructose - 6 - photphat
Fructose -1, 6 - diphotphat

Photpho dioxyaceton

Photphoglyceraldehyde
Axit - 1,3 - diphotphoglyceric
Axit pyruvic

Axit lactic


Giai đoan 1: thời kỳ sinh trưởng cấp sô" mũ của vi khuẩn, từ hexoza nhờ sự oxi hoá
photphoglyceraldehyde kèm theo việc khử pividinnucleotide (PN) để tạo axit
photphoglyceriaic.
PCH2-CHOH + H20 + PN

P.CH2CHOG-COOH + PNH2

Giai đoan 2: do chất nhận hydro là PN-H2 tăng mà thế oxy hoá khử của môi trường
giảm xu ông dẫn đến sự nhường hydro từ PN-H2 cho axit photphoglycerinic để khử nó thành
axit lactic.
CH2OP-CHOH-COOH + H20(PN-H2) CH3CHOHCOOH + H3PO4 + PN+ H20

Tuỳ thuộc vào tính đặc hiệu quang học của enzym lactate- dehydrogenase và sự có mặt của
lactataxemase mà loại axit lactic dạng nào được tạo ra D(-), L(+) hoặc DL.
1.2 Lên men lactic dị hình:
Lên men lactic dị hình là quá trình lên men trong đó ngoài sản phẩm axit lactic còn tạo
ra một lượng đáng kể các sản phẩm phụ như axit acetic, etanol, axit xucxinic, CO2,...
Phương trình chung biển diễn quá trình lên men:
CâHi206

CH3CHOHCOOH + HOOC(CH2)COOH + CH3COOH + C2H5OH + C02...

Trong đó, axit lactic chiếm khoảng 40%, axit xucxinic khoảng 20%, rượu êtylic và
axit acetic 10% các laọi khí 20%.... đôi khi không có các khí mà thay vào đó là sự tích luỹ một
lượng ít axit foocmic. Như vậy, các sản phẩm phụ khác nhau đáng kể tạo thành trong quá trình
lên men lactic dị hình chứng tỏ rằng quá trình này phức tạp hơn so vđi lên men lactic đồng

hình.
Trong vi khuẩn lên men lactic dị hình không có các enzyme cơ bản của sơ đồ
Embden-marehof là aldolase triozophotphatizomerase bưđc đầu phân giải đường glucose ở
những vi khuẩn này theo con đường pentozophotphat, tức là thông qua glucose- ôphotphat, 6photphogluconat và ribulose-5-photphat chuyển thành xilulose -5-photphat, hợp chất này tiếp
tục biến đổi thành photphoglyceraldehyde và acetylphotphat dưới tác dụng của enzyme
pentozophotpho xelolase. Những vi khuẩn dị hình thành axit acetic kèm theo sự tổng hợp
ATP. Acetylphophat được khử thành etanol thông qua acetyldehyt photphoglyceraldehyde
thông qua axit pynivic mà tạo thành axit lactic.


CôHnOõ
Ribuloza -5 -photphat
Xilulosse - 5 - photphat

+NADH(+H+)

Photphoglycerraldehyt

Acety photphat

CH3COCOOOH

CH3CHO

+ C02

-2H
+2H20

+2H+

CH3CHOHCOOOH HOOCCH2COCOOH

+ H+

CH3CH2OH

Etanol

CH3COOOH

Axit acetic

HOOC(CH2)2COOH
Axit xucxinic

+ Axit lactic được tạo thành từ axit pynivic do sự tiếp nhận trực tiếp hydrogen từ dehydrase
theo phương trình :
CH3COCOOH + dehydrase-H2

CH3CHOHCOOH + dehydrase

+ Axit xucxinic tạo thành từ axit pynivic do tác dụng vđi CO2 và tiếp theo là sự tiếp nhận
hydrogen từ dehydrase theo phương trình sau:
CH3COCOOH + C02
COOHCH2COCOOH+2 Dehỹdrase -H2

COOH-CH2-CO-COOH
COOH(CH2 )2 COOH + H20 + 2Dehydrase

+ Etanol và axit acetic tạo thành nhờ men aldehydrase từ acetaldehyde theo phương trình
2 CH3CHO + H20 + aldehydrase

C2H5OH + CH3COOH + aldehydrase

+ Việc sinh ra các khí hên quan đến điều kiện yếm khí tí lệ các hợp chất phụ sinh ra phụ thuộc
vào môi trường dinh dưỡng và các loại vi khuẩn lactic.


=> Theo quan điểm tiến hoá sinh lý trong vi sinh vật học người ta cho rằng lên men lactic
đồng hình là hướng tiến hoá độc lập của lên men dị hình. [ 1,2,3 ]
1.3 Ctf chê' của quá trình chuyển hoá đường trong sữa do Vi khuẩn lactỉc gây nên
có thể biểu diễn theo stf đổ sau:

Lactose
Glucose

Galactose

Các sản phẩm trung gian

CH3COOH

Acid pyruvic H20
CH3CHO

CH3CHOHCOOH
Acid lactic

+H

+0

Acetaldehyde

+2H
CH3CHOHCOOH

+o

+0
+CH3OH

CHsCOOH Acid acetic
C02
CH3CH2OH CH3COOH CH3CHOHOCCH3

Êtanol

Aceton
-2H

Lên men đổng hình

CH3COCOCH

Di-acetyl
Lên men dị hình

Acetadehyde, Êtanol, Acid Acetic, Aceton, Di-acetyl chính là tổ hợp tạo ra mùi vị đặc
trưng cho sữa chua, giúp sữa chua có mùi vị khác hẳn các sản phẩm khác. [ 2 ]

2. Các yếu tố ảnh hưởng lên men lactic:
2.1 Nguồn glucỉd:
Để duy trì sự sông, điều hoà các quá trình chuyển hoá trong tế bào vi khuẩn cần sử dụng
nguồn glucid có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon. Nguồn cung cấp glucid
quan trọng cung cấp cho vi khuẩn là đường lactoza. Hầu hết các vi khuẩn lactic đều có
enzyme lactose nên thuỷ phân được lactose thành glucose và galactose.
CI2H220II
Lactose

Nưđc

Lactose

C6H1206 +
glucose

C6H1206
galactose

VK
Glucose và galactose
Các hợp chất khác + Sinh năng lượng
Một số loại đường khác vi khuẩn lactic sử dụng rất chọn lọc:
+ Đisaccarit: Saccarose, maltose.....
+ Polysaccarit: dextrin, tinh bột,......
Đối với lên men lactic đồng hình vi khuẩn lactic chuyển hoá được khoảng 98% Glucid thành
acid lactic.

2.2 Nguồn Azốt:
Các nguồn Azốt có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật nếu không có các
nguồn này thì không thể tổng hợp được các chất phức tạp cấu tạo nên nguyên chất trong tế
bào vi sinh vật.
Vi sinh vật đòi hỏi nguồn Azốt rất cao đặc biệt là:
+ Profit:
Sự tương tác giữa Casein trong sữa với vi khuẩn lactic khi có sự hiện diện của ion H + trong
môi trường làm tăng khả năng lên men lactic. Ngoài ra, Casein còn là chất đệm có tính trung
hoà một lượng acid sinh ra trong quá trình lên men.
+ Pepton:
Trong môi trường sữa đã có sẳn nguồn pêpton nhưtig do nhu cầu peptone đối với cơ thể vi
khuẩn rất cao do đó cần bổ sung peptone từ bên ngoài vào môi trường sữa để đảm bảo lượng
peptone đủ để làm tăng tốc độ lên men.
+ Acid amin:
Vi khuẩn lactic hấp thụ được dễ dàng.
Theo các nghiên cứu, vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong môi trường có đầy đủ 16 loại
acid amin.


Đối với các vi khuẩn sinh hương, acid amin ngoài việc cần thiết cho sự phát triển của vi
khuẩn mà nó còn kích thích sự tạo hương thơm.
Trong các acid amin, senin có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều loài Streptococus.
2.3 Vitamin:
Vi khuẩn lactic không có khả năng sinh tổng hợp vitamin và do môi trường sữa bên ngoài có
nay đủ các loại vitamin cần thiết cho sự phátt triển của vi khuẩn lactic nên không cần bổ sung
thêm từ bên ngoài.
Loài vi khuẩn
LactJugurti
Lact.Lulveticum

Lact.Bulgaricum
Lact.Lactis
Lact.Acidphilus

Ribiflavin
+
+
+
+
+

Vitamin
Acid folic

Bl2

Tianin

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-

-

+

Piridoxin
+
+

+
+

-

-

2.4 Muổì khoáng và các nguyên tổ' vi lượng:
+ Nhu cầu này không lđn do đó không cần bổ sung thêm từ ngoài vào mà chỉ cần sử
dụng những chất có sẳn trong môi trường sữa .

+ Trong các loai muối khoáng p chiếm tỉ lệ cao nhất.
Chú V : Nồng độ muối NaCl trong môi trường không được quá 6.5% nó sẽ tiêu diệt hết các
loại vi khuẩn lactic.
2.5 Nhu cầu Oxy:
+ Vi khuẩn lactic vừa có khả năng sông được trong môi trường có oxy và vừa sống
được trong môi trường không có oxy.
+ Theo nghiên cứu cho rằng vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong môi trường có
nồng độ oxy thấp.
2.6 Nhiệt độ:


V

o

o
II

.9

+ Tuỳ từng loại vi khuẩn khác nhau mà nhiệt độ thích hợp cho nó sẽ khác nhau:
VSV ưa lạnh:

©

cn
1
o
CN
II

X

P3

vsv ưa ấm:

5 -10°c
tmin = 3°c
tmax =45 - 50 °c
top =

20 -35°c
tmin = 30°c
tmax =80°c
top =

vsv ưa nóng:

top = 50 -60°c
độ không chỉ ảnh hưđng đến cường độ phát triển mà còn ảnh hưởng đến
khả năng phát triển của chúng nữa.

+ Nhiệt

+ Điều chỉnh nhiệt độ thích hợp sẽ:
* Rứt 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.
2.7 pH 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 của màng
từ đó dẫn đến hoạt độ của các loại enzym bị giảm.
+ Nồng độ ion H+ ảnh hưởng đến độ phân ly của các chất dinh dưỡng trong môi
trường.
+ pH môi trường khác còn làm độ phân tán chất keo và độ xốp của thành tế bào không
đồng đều cho nên việc chống lại các tác động bên ngoài sẽ khác nhau dẫn đến làm thay đổi hình
dạng của tế bào.
Vđi vi khuẩn lactic thì các loại cầu khuẩn chịu pH kém hơn so với các trực khuẩn.

Loài vi khuẩn
Trực khuẩn ưa nhiệt
Strep.Lactic
Strep.Thermophilus
Strep.Faccalis

pHmin

pH0D

pHmax

3.5 - 4.25
4.75
4.75
4.5

5.5 - 6.5
6-6.5
6-7

6-7

7-8
8.5
8.5
10

Đối với các vi khuẩn lên menlactic đồng hình, pH môi trường thường không ảnh hưuđng đến
các sản phẩm đặc trưng của quá trình lên men còn đối vđi các vi khuẩn lên men lactic dị hình
thì 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 lactic còn có thêm acid
acetic, và nhiều sản phẩm khác.


Qua nhiều nghiên cứu người ta nhận thấy rằng lượng di-acetyl tạo ra nhiều nhất tại pH = 4.6 3. Qui trình sản xuất sữa chua:
5.2 , đây chính là yếu tô" làm tăng mùi hương cho sản phẩm.
3.1 Theo quỉ mô gia đình:
Tác dụng của chất kháng sinh do các vi khuẩn lactic sinh ra cũng bị ảnh hưởng bởi pH môi
trường.
2.8 Các chất kháng sinh:
Các chất kháng sing ảnh hưởng rất lớn đến vi khuẩn lactic
+ Penicilin: chỉ một lượng rất nhỏ cũng đủ để ức chế nhiều loài vi khuẩn lactic.
+ Streotomycin: có tính kháng sinh rất mạnh, có khả năng tiêu diệt cả vi khuẩn gram +
và vi khuẩn gram -

trông quá trình lên men, hàm lượng chất kháng sinh tạo ra trong môi
trường đủ lớn sẽ làm giảm hiệu suất lên men.

Sữa đặc có
đường

1 lon nước sôi

Khuấy đều

1,5 lon nước nguội
T = 60-70° c

ủ

1 hủ cái

Sữa chua Khuấy đều
t=3h
Chiết hủ
Bảo quản lạnh


3.2 Theo qui mô công nghiệp:

(^TT) Qui trình sản xuất sữa chua đặc: [ 4 ]
Sữa nsuvên liêu

Puree quả

Hương liệu

Sữa chua

C^^Sữa neuvên liêu

Chuẩn hoá

Hiệu chỉnh SNF

Bài khí

Đồng hoá

Thanh trùng

Cấy giống

Lên men
Puree quả
Chất Ổn định

Phôi trộn
Hương liệu

Đồng hoá

Tiệt trùng UHT


Bảo quản
Tphồng

Giải thích từng bước của quỉ trình :

3.2.1 Chuẩn hoá:
+ Mục đích:điều chỉnh hàm lượng chất béo
Do nhu cầu khách hàng ngày càng nâng cao, họ đòi hỏi sự an toàn khi dùng sản phẩm,
hàm lượng béo là một trong những điều mà họ quan tâm hàng đầu do nó cổ thể làm thay đổi
dáng người mảnh mai của người con gái và gây ra bệnh béo phì ở trẻ em.
Hàm lượng béo cao rất dễ gây ra hiện tượng tách pha ở sản phẩm sữa chua.
+ Ngyên tắc thực hiện:
Nếu hàm lượng béo thấp ta tiến hành tính toán và bổ sung thêm cream.
Nếu hàm lượng béo cao ta tiến hành tính toán và tách bđt cream ra.
3.2.2 Hiệu chình SNF:
+ Mục đích :xác định hàm lượng chất khô có trong sữa. Yếu tô" này rất quan trọng nó quyết
định đến độ cứng của sản phẩm sữa chua tạo thành.
Nếu hàm lượng chất khô quá thấp thì khả năng đông tụ của sản phẩm sữa chua sẽ rất
thấp.
Nếu hàm lượng chất khô quá cao thì sản phẩm sữa chua tạo thành có độ cứng cao. +
Giải pháp kỷ thuật:
Cô đặc chân không
Bể sung bột sữa gầy
Bể sung sữa cô đặc
Siêu lọc
3.2.3 Bài khí:
+ Mục đích:
Trong sữa có nhiều khí lạ cần được loại trừ nếu không sẽ phá vỡ mùi hương đặc trưng
của sữa chua.
Khi trong sữa có nhiều khí nó sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt nghĩa là làm tăng chi
phí cho quá trình sản xuất như bước thanh trùng, đồng hoá,.......................

Trong trường hợp thanh trùng sau khi đã đóng hộp, tại nhiệt độ thanh trùng thể tích
của khí sẽ tăng lên làm vỡ hộp.
+ Nguyên tắc thực hiện: kết hợp giữa nhiệt độ với áp lực chân không + Thông
sô"kỷ thuật: T=70°c, áp suất tương ứng.
+ Thiết bị gia nhiệt: ông lồng ống, bản mỏng tác nhân gia nhiệt là hơi nước.
3.2.4
Đồng hoá:
+ Mục đích: ổn định hệ nhủ tương, hạn chế hiện tượng tách pha + Nguyên tắc
thực hiện: sử dụng áp lực cao.
+ Thông số kỷ thuật: T=55-70°C, p = 100-250 bar.
+ Phương pháp thực hiên:
Đồng hoá toàn phần : 1 cấp hoặc 2 cấp
Đồng hoá một phần: dòng cream (10% max), dòng sữa gầy.
+ Thiết bị: rất đơn giản chỉ cần có sự thay đổi tiết diện đột ngột tạo nên sự va đập, hiện tượng
chảy rốì, hiện tượng xâm thực.

3.2.5
Thanh trùng:
+ Mục đích: tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và ức chế hoạt động của các vi sinh vật khác.
+ Phương pháp thực hiện: HTST( High Temperater Short Time) : 72-75°C trong vòng 15- 20 s
+ Thiết bị thanh trùng: ống lồng ống, bản mỏng.
3.2.6
Cấy giống:
Giống sau khi được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau, sẽ được lựa chọn loại có khả năng
cao nhất đồng thời tìm môi trường thích hợp để tiến hành nhân giông đến lượng cần thiết.
Dung dịch sữa sau khi thanh trùng cần được làm nguội xuống đến khoảng 42°c (nhiệt độ này
sẽ không làm ảnh hưởng đến chất lượng giông ) rồi tiến hành cấy giông vào với tỉ lệ 0.5 -7 %.
3.2.7
Lên men:

Quá trình lên men được thực hiện trong bioreactor có các bộ phận điều khiển: nhiệt độ tự
động, pH môi trường tự động
Quá trình lên men được thực hiện ỏ nhiệt độ T = 42°c, thời gian lên men t = 5 -6 h , pH = 4,5 4,6.
3.2.8
Rót sản phẩm:
Bao bì thường được sử dụng: nhựa ( sữa chua đặc), giấy (sữa chua uống)
Yêu cầu của bao bì: + Kín
+ Phải vô trùng

Thiết bị rót: cũng phải vô trùng.


4. Sản phẩm sữa chua VỈNAMĨLK có mặt trên thị trtíờng:

4,1 Sữa

chua đặc:
Sữa chua Vỉnamỉlk được sản xuất trêu dâỵ chuyền kĩ thuật hiện đại của Châu Âu cho
ra đời các sẵn phẩm dinh dưỡng chất lượng tốt nhất. Sữa chua Vỉnamilk được lầm từ men vi
sinh vật sống, gây dựng men cổ lợi cho đường ruột và hổ trợ tiêu hoá. Sử dụng sữa chua mỗi
ngày giúp cho bạn cố làn da mịn màng, tươi tấn đổng thời chữa được chứng hổi miệng.
Hãng Vỉnamỉlk cố 3 mặt hàng sữa chua đặc:

Sữa chua Pỉus là sản phẩm sữa chua mới có bể sung
anxi, chất xơ, và rất ít béo.
Sữa chua này cố tác dụng:
+ Tăng cường hấp thụ canxi đồng thời đốt cháy
lượng mỡ dư.

+ Trị các bệnh về đường tiêu hoá.

+ Giảm choỉesterol, chống bếo phì, ngăn ngừa
Giá 1 hộp:3000đ

ung thư.
+ Tăng cường hệ miễn dịch của cơ thể.

Kepr là một laoi men vi sinh vật rất cố lợi cho cơ thể:
+ ức chế vi khuẩn gây bệnh đường ruột phát triển.
+ Kích thích hệ thống miễn dịch, sản xuất ra kháng thể.
+ Giảm choỉesterol có trong máu.
+ Giảm stress, bớt căng thẳng do cố độ rượu nhẹ.
+ Không đường rất thích hợp cho những bị bệnh tiểu đường.
Giá 2000đ 1 hộp


4,2 Sữa chua uống:
xuất từ nguồn sữa tươi
ếp trái cây tươi, được
nước uống thơm ngon,
hoạt động tiêu hoá cố bổ
sung thêm Canxi, tối ưu
về chiều cao và bé.

Sữa chua YaO
đượ giàu dinh dưỡng
kết hợp vé lên men
lactỉc tạo thành bể
dưỡng hộ trợ và của bể
mỗi ngày. Đặc vỉtamỉn
c đảm bẵo sự tăng

cường sức đề
Sữa chua YaO
ml với các hương vị: cam, dâu, và trái cây

trong chai nhựa 110

Sữa chua uống tiệt trùng Yomilk được chế biến từ sữa bò
tươi nguyên chất và nước ép trái cây tươi. Yomilk cố hương
vị thơm ngon giúp bạn cổ những giây phút thoải mái và
sảng khoái đổng thời còn cho bạn một vốc dáng khẻo đẹp,
tính cách năng động.
Yomilk có 4 hương vị: cam, dâu, chanh, trái cây với
hộp giấy 180 ml

Sữa chua tiệt trùng Yomilk * được sản xuất từ sữa bò tươi nguyên chất, men lactic và nưđc ép
trái cây tươi. Đặc biệt có bố sung thêm chất xơhoà tan được chiết xuất từ thực vật, cố tác dụng
hỗ trợ đường tiêu hoá hoạt động tốt hơn, giúp bạn luồn cố làn da
mịn màng, thân hình cân đốì đồng thời mang đên cho bạn vẻ đẹp
tự nhiên.
Yomilk có 4 hương vị: cam, dâu, chanh, và trái cây đông
strong bao bì 180 ml
[5]