Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm lactic ứng dụng trong chế biến sản phẩm lên men truyền thống

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iv
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................... v
Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................ vi
Danh mục các bảng ......................................................................................... vii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị ..................................................................... viii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LACTOBACILLUS PLANTARUM B33..... 2
1.1.1. Đặc điểm của chủng Lactobacillus plantarum b33 .......................... 2
1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo sinh khối vi khuẩn lactic .....
....................................................................................................... 3
1.1.3. Ứng dụng chủng L.plantarum b33 .................................................. 3
1.2. QUÁ TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM VI KHUẨN LACTIC ......................... 4
1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo chế phẩm vi khuẩn lactic .. 4
1.2.1.1. Phƣơng pháp sấy ........................................................................ 4
1.2.1.2. Chất mang .................................................................................. 8
1.2.2. Các nghiên cứu tạo chế phẩm L.plantarum trong và ngoài nƣớc ... 13
1.2.3. Ứng dụng của chế phẩm vi khuẩn lactic ....................................... 15
1.3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT NEM CHUA .............................................. 16
2.1. VẬT LIỆU ............................................................................................ 18
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................... 18
2.1.2. Hóa chất, môi trƣờng và thiết bị ................................................... 18
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 19
2.2.1. Phƣơng pháp vi sinh ..................................................................... 19
2.2.1.1. Hoạt hoá, làm sạch và giữ giống ............................................... 19
2.2.1.2. Xác định lƣợng tế bào sống theo phƣơng pháp Korch............... 19
2.2.1.3. Quan sát hình thái tế bào bằng phƣơng pháp nhuộm Gram ....... 20
2.2.1.4. Phƣơng pháp nuôi cấy tạo sinh khối ......................................... 21

i

2.2.2. Phƣơng pháp hoá lý ...................................................................... 21
2.2.2.1. Xác định pH bằng máy đo pH .................................................. 21
2.2.2.2. Xác định khả năng sinh trƣởng của vi khuẩn lactic bằng phƣơng
pháp đo OD (Optical Density)................................................................... 21
2.2.2.3. Xác định khả năng sinh axit lactic ............................................ 22
2.2.2.4. Xác định khả năng kháng khuẩn ............................................... 23
2.2.2.5. Xác định sinh khối vi khuẩn lactic ............................................ 24
2.2.2.6. Xác định độ ẩm chế phẩm ........................................................ 24
2.2.2.7. Xác định tỷ lệ sống sót của vi khuẩn L.plantarum b33 trong chế
phẩm

................................................................................................. 25

2.2.3. Quy trình tạo chế phẩm vi khuẩn L.plantarum b33 ....................... 25
3.1. XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TẠO SINH KHỐI CHỦNG L.PLANTARUM
b33

............................................................................................................. 27
3.1.1. Kiểm tra đặc tính chủng L.plantarum b33 ..................................... 27
3.1.1.1. Hình thái vi khuẩn L.plantarum b33 ......................................... 27
3.1.1.2. Xác định khả năng sinh trƣởng của L.plantarum b33 ................ 28
3.1.1.3. Khả năng sinh axit lactic .......................................................... 29
3.1.1.4. Khả năng ức chế một số vi sinh vật gây bệnh ........................... 29
3.1.2. Xác định khả năng tạo sinh khối của chủng L.plantarum b33 .......... 30

3.2. HOÀN THIỆN QUY TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM VI KHUẨN LACTIC ....
............................................................................................................. 31
3.2.1. Ảnh hƣởng của loại chất mang đến quá trình tạo chế phẩm .......... 32

3.2.1.1. Ảnh hƣởng của maltodextrin .................................................... 32
3.2.1.2. Ảnh hƣởng của trehaloza .......................................................... 33
3.2.1.3. Ảnh hƣởng kết hợp hai chất mang maltodextrin và trehaloza ... 35
3.2.2. Kiểm tra đặc tính chủng L.plantarum b33 trong chế phẩm ............ 36
3.2.2.1. Xác định đặc điểm hình thái của chủng trong chế phẩm ........... 36
3.2.2.2. Khả năng sinh axit lactic của chủng trong chế phẩm................. 37
3.2.2.3. Khả năng kháng khuẩn của chủng trong chế phẩm ................... 38

ii


3.3. XÁC ĐỊNH THỜI GIAN BẢO QUẢN CHẾ PHẨM ............................ 39
3.3.1. Hiệu quả bảo quản chế phẩm khi phối trộn chất độn vào chế phẩm
sau sấy

..................................................................................................... 40

3.3.2. Hiệu quả bảo quản chế phẩm sau khi phối trộn chất độn vào chế
phẩm và bảo quản chế phẩm trong các bao bì khác nhau .............................. 42
3.4. ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM TRONG LÊN MEN NEM CHUA.................... 43
1.

Kết luận ................................................................................................ 45

2.

Kiến nghị .............................................................................................. 46

Ứng dụng các kết qủa nghiên cứu của luận văn vào thực tiễnTÀI LIỆU THAM
KHẢO ................................................................................................................... 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 47

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu của luận văn này là hoàn toàn có thật, do chính bản
thân tôi tổ chức thí nghiệm và nghiên cứu theo sự hƣớng dẫn của PGS.TS.Lê Thanh
Mai. Các số liệu tham khảo từ các tài liệu đều đƣợc liệt kê ở phần tài liệu tham khảo
Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2012
Ngƣời thực hiện

Trịnh Thị Thảo

iv


LỜI CẢM ƠN
Luận văn này là kết quả của một thời gian dài nghiên cứu và làm việc để áp dụng
những kiến thức đã học vào thực tiễn dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của PGS.TS. Lê
Thanh Mai, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo Trƣờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội.
Với tình cảm chân thành, ngƣời viết xin gửi lời cảm ơn đến:
- PGS.TS. Lê Thanh Mai là ngƣời hƣớ+97 ng dẫn khoa học đã rất tận tình hƣớng
dẫn và cho những lời khuyên sâu sắc không những giúp tôi hoàn thành luận văn mà
còn truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu về nghề nghiệp.
- Các thầy cô giáo của trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy,
hƣớng dẫn, giúp đỡ trong suốt hai năm học để tôi có đƣợc những kiến thức ứng
dụng trong công tác và là cơ sở thực hiện luận văn này.
- Quý thầy cô đã dành thời gian quý báu để đọc và phản biện luận văn này, xin

cảm ơn những ý kiến nhận xét sâu sắc của quý thầy cô.
Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng do thời gian có hạn, kinh nghiệm và trình độ bản
thân còn nhiều hạn chế nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác
giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến góp ý của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp
để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày 25 tháng 09 năm 2012
Học viên

v


Danh mục các chữ viết tắt
MD
TH
E.coli
L.plantarum b33
MSK
OD
Cfu
MRS
MPA
NB

Maltodextrin
Trehaloza
Escherichia coli
Lactobacillus plantarum b33
Môi trƣờng nuôi cấy tạo sinh khối
Optical density

Clony forming unit
Deman Rogosa Sharpe
Meat peptone agar
Nutrient broth

vi


Danh mục các bảng
Trang
Bảng 1.1:Các phƣơng pháp sấy phổ biến hiện nay…………………………..5
Bảng 1.2: Thành phần nguyên liệu sản xuất nem chua………………………16
Bảng 3.1: Lựa chọn môi trƣờng thích hợp cho nuôi cấy tạo sinh khối vi
khuẩn lactic……………………………………………………………..............31
Bảng 3.2: So sánh đặc điểm hình thái L.plantarum b33 trƣớc và sau sấy đông
khô…………………………………………………………………….............…36
Bảng 3.3:Các tính chất cảm quan của nem chua…...………………………...44

vii


Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Trang
Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn các giai đoạn của quá trình sấy đông khô …….7
Hình 1.2: Công thức cấu tạo của maltodextrin …………………………..10
Hình 1.3:Cấu trúc của trehaloza

…………………………………………13

Sơ đồ 1.1:Quy trình sản xuất nem chua truyền thống…………………….17

Sơ đồ 2.1: Xác định khả năng kháng khuẩn của L.plantarum b33

…….23

Sơ đồ 2.2:Quy trình tạo chế phẩm vi khuẩn L.plantarum b33…………...26
Hình 3.1:Hình dạng khuẩn lạc và tế bào của chủng vi khuẩn L.plantarum
b33……………………………………………………………………………..27
Hình 3.2: Khả năng sinh trƣởng của vi khuẩn L.plantarum b33 theo thời
gian…………………………………………………………………………….28
Hình 3.3: Khả năng phân giải CaCO3 của vi khuẩn lactic………………..29
Hình 3.4: Khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh của vi khuẩn L.plantarum
b33…………………………………………………………………………...30
Hình 3.5: Ảnh hƣởng của nồng độ maltodextrin đến tỷ lệ tế bào sống sót
trong quá trình sấy đông khô tạo chế phẩm……………………………….33
Hình 3.6: Ảnh hƣởng của nồng độ trehaloza đến tỷ lệ tế bào sống sót trong
quá trình sấy đông khô tạo chế phẩm………………………………………34
Hình 3.7: Ảnh hƣởng của nồng độ trehaloza và maltodextrin đến quá trình
sấy đông khô tạo chế phẩm………………………………………………….35
Hình 3.8: Khả năng kháng Staphylococus aureus của vi khuẩn L.plantarum
b33
……………………………………………………………………….38
Hình 3.9: Xác định khả năng kháng E.coli của chế phẩm L.plantarum b33
sau quá trình sấy đông khô…..………………………………………………39

viii


Hình 3.10: Ảnh hƣởng của các loại chất độn khác nhau lên quá trình bảo
quản khi sử dụng bao bì túi thiếc……………………………………………41
Hình 3.11: Ảnh hƣởng của chế phẩm khi đƣợc bảo quản trong lọ đông

khô……………………………………………………………………………..42
Hình 3.12: Sự biến đổi số lƣợng tế bào vi khuẩn L.plantarum b33 trong
nem chua theo thời gian……………………………………………………...44

ix


MỞ ĐẦU
Từ ngàn đời xƣa, cha ông ta đã biết dự trữ thực phẩm để sử dụng lâu dài.
Phƣơng pháp dự trữ không chỉ đơn thuần là phơi khô hay ƣớp muối mà còn biết
muối chua (lên men). Quá trình muối chua chỉ đƣợc chú ý và quan sát rất đơn
giản nhƣ biến đổi màu sắc, mùi vị hay tuổi thọ của sản phẩm đƣợc dự trữ.
Năm 1857 Louis Pasteur phát hiện ra vi khuẩn lactic có trong sữa chua thì
loài ngƣời mới bƣớc đầu hiểu biết thực sự quá trình lên men. Ngày nay, các sản
phẩm lên men truyền thống không chỉ dừng lại ở lên men tự nhiên mà còn cần
đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Tại Việt Nam, có rất nhiều sản phẩm nhƣ
vậy nhƣ: nem chua, tôm chua, dƣa chua, cà muối, tƣơng… Trong các sản phẩm
này, có lẽ nem chua là phổ biển nhất trong các sản phẩm lên men truyền thống
của nƣớc ta đƣợc nhiều bạn bè trên thế giới biết đến. Tuy nhiên, quá trình sản
xuất nem chua không gia nhiệt, lên men diễn ra bởi các vi sinh vật tự nhiên,
nguyên liệu sản xuất lại giàu dinh dƣỡng, độ ẩm lại cao. Cho nên, quá trình lên
men đã tạo điều kiện thích hợp cho hệ vi sinh vật gây bệnh phát triển. Vì vậy,
chất lƣợng nem chua thƣờng không đồng đều và không đảm bảo vệ sinh an toàn
thực phẩm.
Vậy làm thế nào để nem chua không chỉ có chất lƣợng đồng đều, giữ đƣợc
hƣơng vị thơm ngon truyền thống, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm mà vẫn
kéo dài thời gian sử dụng. Để giải quyết vấn đề này, trong những năm gần đây
đã có không ít các nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn lactic làm chủng khởi
động cho quá trình lên men sản xuất nem chua công nghiệp. Tuy nhiên, các
nghiên cứu chỉ là bƣớc đầu nên chúng tôi quyết định “Hoàn thiện quy trình

công nghệ sản xuất chế phẩm lactic ứng dụng trong chế biến sản phẩm lên
men truyền thống”

1


Chƣơng 1: TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LACTOBACILLUS PLANTARUM B33
Vi khuẩn đầu tiên đƣợc sử dụng phổ biến trong các sản phẩm lên men truyền
thống chính là vi khuẩn lactic. Tuy nhiên, năm 1857 Louis Pasteur lần đầu tiên
chứng minh sữa chua đƣợc tạo thành do hoạt động của một số nhóm vi sinh vật đặc
biệt, ông đặt tên là vi khuẩn lactic nhƣng ông chƣa phân lập đƣợc chúng. Năm
1878, J.Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên là Bacterium lactic[14].
Từ đó cho đến nay có rất nhiều chủng vi khuẩn mới đƣợc phân lập. Vi khuẩn lactic
nói chung đƣợc xếp vào họ Lactobacteriacae, chúng không đồng nhất về hình thái,
hình dạng và kích thƣớc tế bào vi khuẩn còn phụ thuộc vào môi trƣờng, điều kiện
nuôi cấy, sự có mặt oxy và tuổi tế bào. Tuy nhiên, về mặt sinh lý chúng là các vi
khuẩn Gram dƣơng, không tạo bào tử, không di động, thu năng lƣợng nhờ phân giải
hydratcacbon và tiết axit lactic.
1.1.1. Đặc điểm của chủng Lactobacillus plantarum b33
Lactobacillus plantarum là loài lớn trong họ Lactobacillus, đây là họ lớn nhất
trong họ thuộc loài vi khuẩn lactic, là trực khuẩn gram dƣơng, lên men đồng hình
[18]. Hình dạng của chúng chủ yếu là hình que dài, kích thƣớc 0,7- 1,1µm đến 38µm, sắp xếp thành chuỗi hoặc đứng riêng lẻ. Nhiệt độ tối ƣu cho sinh trƣởng của
L.plantarum là 30-40oC, chúng có khả năng sinh trƣởng đƣợc ở 15oC nhƣng lại
không sinh trƣởng tại 45oC. L.plantarum có khả năng tổng hợp axit lactic ở cả hai
dạng đồng phân D và L. Đây là loài vi hiếu khí nên nó có thể lên men kỵ khí hoặc
hiếu khí (do có thể sử dụng oxy nhƣng không có chuỗi hô hấp và cytochrome).
L.plantarum b33 mang đầy đủ các đặc điểm chung của loài Lactobacillus
plantarum nhƣ: là trực khuẩn Gram dƣơng, không có hoạt tính catalaza, không sinh

bào tử, không sinh khí, không có khả năng di động.

2


Hình thái chủng L.plantarum b33 sau khi đƣợc nhuộm Gram và soi tiêu bản
trên kính hiển vi với vật kính 1000 có đặc điểm: bắt màu tím tinh thể, tế bào hình
que, có màu tím, thƣờng xếp song song thành từng cặp hoặc riêng rẽ, kích thƣớc tế
bào khoảng 0,8-1.5 µm.
Hình thái khuẩn lạc L.plantarum b33 nhỏ, đƣờng kính khoảng 0,5-1mm, tròn,
mép trong, khuẩn lạc có màu trắng ngà.
Đặc điểm sinh trƣởng: chủng sinh trƣởng ở nhiệt độ thích hợp nhất là 30oC; pH
thích hợp 6,2; có khả năng lên men tạo axit lactic là chủ yếu. Sinh trƣởng tốt nhất
trên môi trƣờng MRS trong điều kiện kỵ khí hoặc hiếu khí [31].Quá trình sinh
trƣởng của chủng vi khuẩn này đạt cân bằng sau 24h nuôi cấy [2; 9; 5] và pH đạt
đƣợc khoảng 3,5-4. Ngoài ra, chủng có khả năng sinh bacteriocin mạnh [2; 9]

1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo sinh khối vi khuẩn lactic
1) Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng lên quá trình sinh trưởng phát triển vi khuẩn
lactic
 Ảnh hƣởng của nguồn cacbon
 Ảnh hƣởng của nguồn nitơ
 Ảnh hƣởng có các yếu tố khác
2) Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy
 Ảnh hƣởng của nhiệt độ
 Ảnh hƣởng của pH
 Ảnh hƣởng của tỷ lệ tiếp giống
1.1.3. Ứng dụng chủng L.plantarum b33

Cũng nhƣ nhiều vi khuẩn lactic khác thì L.plantarum b33 cũng có một số

ứng dụng trong thực tiễn:Trong ngành công nghiệp sản xuất axit lactic, đây là
nguồn nguyên liệu rất cần thiết cho ngành công nghiệp thuộc da, công nghiệp
dệt, in ấn, sơn và công nghiệp chế tạo chất dẻo có khả năng phân hủy sinh
học.

3


 Trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm


L.plantarum b33 có khả năng lên men galacza, glucoza, fructoza….

nên chúng có mặt trong hầu hết các sản phẩm lên men nhƣ các sản phẩm nguồn
gốc động vật (nem chua, xúc xích, salami, tôm chua…), các sản phẩm có nguồn
gốc thực vật (kim chi Hàn quốc, bắp cải muối, ngũ cốc lên men, tƣơng…) và
một số sản phẩm từ sữa khác.


L. plantarum b33 đƣợc sử dụng để ủ thức ăn gia súc trong điều kiện

kỵ khí, các vi khuẩn này lên men nhanh và át hẳn các vi khuẩn khác trong vòng
48h. Hơn nữa, do có khả năng lên men lactic sinh ra axit hữu cơ làm giảm pH
môi trƣờng khiến các vi sinh vật gây thối, hỏng thực phẩm hay vi sinh vật gây
bệnh bị tiêu diệt do đó đƣợc sử dụng trong công nghiệp chế biến và bảo quản
thực phẩm. Năm 2010, Nguyễn Thế Trang đã tiến hành sử dụng vi khuẩn lactic
tạo chế phẩm bảo quản cá.


Hơn nữa, một số chủng thuộc loài L.plantarum có khả năng sinh

bacteriocine nhóm IIB (<10kDa) nhƣ: plantaricins loại S và T[22], plantaricins
LR14 [32], plantaricins TF711 [21]. Đây là các bacteriocin bền nhiệt có thể
chịu pH 100oC trong 30 phút và có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ pH = 27[21; 32]. Riêng chủng L.plantarum b33 cũng có khả năng sinh bacteriocin và
cũng đƣợc ứng dụng trong sản xuất nem chua, tôm chua[2; 9].
1.2.

QUÁ TRÌNH TẠO CHẾ PHẨM VI KHUẨN LACTIC

1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo chế phẩm vi khuẩn lactic
1.2.1.1.

Phương pháp sấy

Dựa vào phƣơng pháp tạo động lực cho quá trình sấy có thể chia thành hai
phƣơng pháp sấy[9]:
- Phƣơng pháp sấy lạnh: gồm sấy chân không, sấy đông khô, sấy ở nhiệt độ
thấp (nhiệt độ>0).
- Phƣơng pháp sấy nóng:sấy tầng sôi, sấy khí, sấy trống, sấy phun, sấy hầm,
sấy tháp …

4


Hiện nay, có bốn phƣơng pháp sấy đƣợc sử dụng phổ biến để tạo chế phẩm vi sinh vật:
Bảng 1.1: Các phƣơng pháp sấy phổ biến hiện nay

Phƣơng pháp sấy
Sấy tầng sôi
(Fluidized bed

drying)

Cấu tạo
-Cấu tạo dạng hộp hay buồng
hình trụ, trong có lớp lƣới để
đỡ vật liệu và phân phối dòng
tác nhân
sấy.

Nguyên lý hoạt động
-Không khí nóng đƣợc thổi
từ đáy buồng, thổi bung lớp vật
liệu lên, làm vật liệu ở trạng
thái lơ lửng

Sấy phun
(Spray drying)

-Mỗi hệ thống bao gồmcác bộ
phận riêng biệt:
+Bộ phận đốt nóng không
khí(air heater)
+Bộ phận nhập liệu (feeding)
+Cơ cấu phun (atomization)
+Bộ phận thu hồi sản phẩm
(powder collection),
+Cyclon tách bụi (dust
separation).
-Gồm một buồng sấy, trong có
giá đỡ đựng các khay. Vỏ của

buồng sấy là lớp vỏ áo.
-Những thiết bị đi kèm: bơm
chân không, thiết bị ngƣng

-Gồm ba giai đoạn cơ bản:
+Phun sƣơng: tạo sƣơng mù
cho nguyên liệu ở dạng lỏng,
huyền phù thành dạng hạt.
+ Trộn mẫu và tác nhân sấy:
sau khi trộn, ẩm trong mẫu bốc
hơi
+Thu hồi sản phẩm

Sấy chân không
(Vacuum drying)

-Áp suất trong buồng sấy là áp
suất chân không, vỏ áo đƣợc
gia nhiệt bằng hơi nƣớc bão
hoà hay nƣớc nóng. Khi đƣợc
gia nhiệt dƣới áp suất chân

5

Ƣu điểm
- Rẻ tiền, đơn giản
- Cƣờng độ sấy lớn, cho
phép sấy ở nhiệt độ cao hơn
nhiệt độ cho phép vì thời
gian tiếp xúc ngắn

-Hiệu quả sử dụng cao
-Có khả năng điều khiển tự
động
-Thời gian sấy cực ngắn
-Chất lƣợng sản phẩm đồng
đều
-Hoạt động liên tục và điều
khiển tự động.

Nhƣợc điểm
- Phạm vi sử dụng hẹp:
chỉ dùng cho nguyên liệu
kích thƣớc nhỏ, độ ẩm
thấp
-Máy sấy lớn, dễ vỡ
-Thiết bị nhanh hao mòn

-Nhiệt độ sấy thấp
-Lƣợng ẩm bốc ra nhiều,
không gây ô nhiễm môi
trƣờng
-Sấy đƣợc vật liệu không

-Chi phí năng lƣợng và
chi phí thiết bị cao
-Chỉ dùng cho một số sản
phẩm chất lƣợng cao

-Phạm vi sử dụng hẹp,
thiết bị mang tính đặc thù

-Vốn đầu tƣ lớn.
- Hiệu suất thu hồi thấp


tụ,bộ phận gia nhiệt, áp kế.

Sấy đông khô
(Freeze drying)

không, ẩm từ vật liệu thoát ra
và liên tục đƣợc hút ra ngoài
nhờ bơn chân không. Nhiệt độ
sấy nhỏ hơn 100°C.
-Gồm ba giai đoạn:
+Giai đoạn lạnh đông
+ Giai đoạn thăng hoa
+Giai đoạn tách hơi ẩm

6

chịu đƣợc nhiệt độ cao

- Nhiệt độ sấy thấp nên bảo
toàn đƣợc giá trị dinh
dƣỡng và màu sắc, cấu tử
hƣơng, cấu trúc vật liệu
không thay đổi đáng kể.

-Chi phí cho thiết bị và
năng lƣợng cao dẫn tới

giá thành sản phẩm đắt


 Sấy đông khô
Sấy đông khô gồm 3 giai đoạn chính [8]:
 Giai đoạn làm lạnh (giai đoạn lạnh đông)
Trong giai đoạn này vật liệu sấy đƣợc làm lạnh từ nhiệt độ môi trƣờng xuống nhiệt
độ -20°C. Ở giai đoạn này không gian của bình thăng hoa đƣợc hút chân không và áp
suất trong bình giảm. Do áp suất giảm (gồm áp suất hơi nƣớc và áp suất trong lòng vật
liệu sấy) dẫn tới hiện tƣợng thoát ẩm từ vật liệu sấy cho nên nhiệt độ vật liệu sấy nhỏ
hơn điểm 3 thể (T<273k, p>610Pa).

Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn các giai đoạn của quá trình sấy đông khô
 Giai đoạn thăng hoa
Đây là giai đoạn tách ẩm chính của phƣơng pháp sấy đông khô. Ở giai đoạn này, áp
suất hơi nƣớc đƣợc giữ dƣới 4,58 mmHg (610,5 Pa) và nƣớc ở dạng băng, khi sản
phẩm đƣợc cung cấp nhiệt, thì băng rắn sẽ thăng hoa trực tiếp thành hơi mà không bị
tan chảy. Hơi nƣớc tiếp tục đƣợc tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suất
trong buồng thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nƣớc trên bề mặt của băng, đồng thời tách
hơi nƣớc bằng máy bơm chân không và ngƣng tụ nó bằng các ống xoắn ruột gà lạnh.
Quá trình sấy tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đông lạnh,

7


làm sản phẩm đƣợc sấy khô. Hơi nƣớc di chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh và đến
bình ngƣng, sau đó thành băng bám trên bề mặt ống.
 Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại
Là giai đoạn làm bay hơi ẩm liên kết, nhiệt độ của vật liệu sấy tăng nhanh. Tốc độ
sấy phụ thuộc phần lớn vào tính cản trở nhiệt của sản phẩm và ở mức độ thấp hơn vào

độ cản trở dòng hơi (dịch chuyển khối) ra khỏi bề mặt thăng hoa.
Sau giai đoạn thăng hoa do trạng thái của nƣớc trong vật liệu nằm trên điểm 3 thể
nên ẩm trên vật liệu trở về dạng lỏng. Vì khi đó áp suất trong bình thăng hoa vẫn đƣợc
duy trì bé hơn áp suất khí quyển nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn tiếp tục đƣợc
gia nhiệt nên ẩm vẫn không ngừng biến từ dạng lỏng sang dạng hơi và đi vào không
gian bình thăng hoa. Nhƣ vậy giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại chính là quá trình sấy chân
không bình thƣờng.
Phƣơng pháp này đã đƣợc chứng minh là cho tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi sấy
cao nhất. Năm 2011, Papanna cùng cộng sự đã tiến hành nghiên cứu sấy vi khuẩn
Leuconostoc mesenteroides MTCC 5209 sử dụng cả bốn phƣơng pháp sấy nêu trên.
Kết quả cho thấy chỉ có phƣơng pháp sấy đông khô khi sử dụng chất mang là sucrose
7% cho thấy có hiệu quả sống sót 72% và sau 6 tháng bảo quản ở 4oC chỉ giảm
1log[28]. Bên cạnh đó, không chỉ phƣơng pháp sấy có ảnh hƣởng tới quá trình tạo chế
phẩm mà chất mang cũng có ảnh hƣởng không nhỏ tới quá trình tạo chế phẩm. Và
cũng đã có không ít các nghiên cứu về ảnh hƣởng của chất mang khi sử dụng phƣơng
pháp sấy đông khô tạo chế phẩm vi khuẩn lactic [14; 11; 18; 25; 31; 36; 28; 26].
1.2.1.2.

Chất mang

Chất mang có vai trò rất lớn trong quá trình sấy và bảo quản vi khuẩn lactic. Do đó
việc lựa chọn chất mang phù hợp với chủng vi khuẩn nghiên cứu là rất cần thiết. Có ba
loại hợp chất thƣờng đƣợc sử dụng làm chất mang:

8


 Chất có khả năng hấp thụ qua thành và màng nguyên sinh chất làm thành tế bào
dẻo hơn, chúng ngăn sự tách nƣớc, giảm tính độc của muối và ngăn sự tạo thành tinh
thể bên trong tế bào trong quá trình sấy. Các chất thuộc loại này bao gồm:

monosaccharide, disaccharide, glycerol….[28]
 Chất thấm qua thành tế bào nhƣng không qua màng nguyên sinh chất gây co
nguyên sinh tế bào trƣớc khi lạnh đông, tập trung vào giữa màng tế bào và thành tế bào
nhƣ lớp đệm chống lại sự tạo thành băng vì vậy tạo thành sự bảo vệ cơ học dƣới màng
nhƣ maltodextrin
 Chất không thấm qua thành tế bào hoặc không trực tiếp tƣơng tác với thành
hoặc đƣợc hấp thụ trên bề mặt của các vi sinh vật ở đó chúng tạo thành lớp gel, do đó
kìm hãm đƣợc tốc độ tạo tinh thể thông qua sự gia tăng tính nhầy của dung dịch và giữ
cấu trúc vô định hình của tinh thể gần nhƣ trạng thái của tế bào nhƣ protein,
polysaccharide…
Ngoài ra còn có một số loại đƣờng và dẫn xuất của đƣờng (glucose, fructose,
lactose, manose...), rƣợu có gốc đƣờng (sorbitol, inositol) và đƣờng không khử
(trehaloza) [17; 10] với các tính năng nhƣ giá thành rẻ, không độc hại, đƣợc sử dụng
rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và đƣợc bổ sung vào chế phẩm trƣớc khi sấy nhằm
bảo vệ vi khuẩn trong quá trình sấy và bảo quản chế phẩm sau này. Qua nghiên cứu các
tài liệu chúng tôi nhận thấy hai chất mang không những mang đầy đủ các đặc tính có
lợi trên mà còn góp phần nâng cao tỷ lệ sống sót của tế bào vi khuẩn lactic trong quá
trình sấy và bảo quản chế phẩm là trehaloza và maltodextrin.
1. Maltodextrin
Maltodextrin là polysaccharide có giá trị dinh dƣỡng cao, có độ ngọt thấp, đƣợc
cấu thành từ D-glucose nhờ các liên kết α-1,4 glucozit và có chỉ số DE<20 (Dextrose
Equivalent: chỉ số đƣơng lƣợng khử quy ra D-glusoce đƣợc tạo thành trong quá trình

9


thủy phân tinh bột tính theo % chất khô). Maltodextrin đƣợc sản xuất bằng nhiều
phƣơng pháp khác nhau nhƣ: Lý hóa học, sinh học.

Hình 1.2: Công thức cấu tạo của maltodextrin

Maltodextrin đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:
 Maltodextrin đƣợc dùng để sản xuất thức ăn trẻ em và đồ ăn kiêng
 Maltodextrin đƣợc sử dụng trong sản xuất các loại bánh kẹo và đồ uống
 Maltodextrin có tác dụng trong dƣợc phẩm nhƣ làm màng bao, tá dƣợc
 Cuối cùng một đặc tính vô cùng quý báu đó là maltodextrin đƣợc dùng làm chất
ổn định, giữ hƣơng vị hay giữ tinh dầu trong sản xuất sôcôla, cà phê, nƣớc quả… Hơn
thế nó còn là chất mang bảo vệ vi khuẩn và các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh
học trong suốt quá trình sấy tạo chế phẩm ứng dụng rất lớn trong đời sống và sản xuất.
Trong nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn lactic, maltodextrin đƣợc coi là một trong
những chất mang đƣợc sử dụng rộng rãi.
 Năm 2005, Harrie Oldenhof cùng cộng sự đã nghiên cứu thành công sấy khí
(air drying) vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus sử dụng chất mang maltodextrin 5%
(w/w) và kết hợp maltodextrin với sucrose 5% (w/w) cho hiệu quả sống sót của vi
khuẩn này sau sấy là cao nhất trong các loại chất mang đƣợc nghiên cứu[20].

10


 Năm 2007, Chavez và cộng sự nghiên sử dụng protein đậu nành kết hợp với
maltodextrin cho tỷ lệ sống sót của tế bào vi khuẩn Bifidobacterium lactis BB12 là cao
nhất trong các chất mang đƣợc tiến hành nghiên cứu [15].
 Năm 2009, Ibourahema cùng cộng sự năm 2009 đã tiến hành tạo chế phẩm vi
khuẩn L.plantarum bằng phƣơng pháp sấy đông khô và cho tỷ lệ tế bào sống sót sau
sấy lên đến 97% khi sử dụng kết hợp hai loại chất mang maltodextrin 5% với glycerol
2%. Chế phẩm L.plantarum đƣợc bảo quản trong 4oC sau 3 tháng mà tỷ lệ sống sót chỉ
giảm 1 log [25].
2. Trehaloza
Trehaloza là chất mang đƣợc ứng dụng nghiên cứu nhiều nhất trong nghiên cứu tạo
chế phẩm vi khuẩn lactic do mang các đặc tính thực sự cần thiết giúp tế bào vi khuẩn
chống chịu đƣợc với điều kiện khắc nghiệt của quá trình sấy đông khô. Trehaloza đƣợc

thấy nhƣ là chất bổ trợ cần thiết, do nó thế chỗ các phân tử nƣớc trong màng tế bào khi
quá trình loại nƣớc và các liên kết hidro liên kết của các phân tử protein ở hai đầu cực
bị phá vỡ [29]. Theo kết quả nghiên cứu này cũng cho thấy, các tác nhân bảo vệ đặc
biệt là các đƣờng tạo nhiệt độ thấp hơn của màng tế bào khi chuyển trạng thái (Tm:
transition temperature) và bảo vệ cấu trúc protein trong quá trình sấy. Hầu hết các phân
tử nƣớc đều bị giữ ở trong giữa các phân tử đƣờng và các tinh thể đá [16]. Samuel và
cộng sự đã công nhận trehaloza có khả năng bảo vệ tế bào khô hơn các loại đƣờng
khác, nó có thể bảo vệ liposom, cô lập màng sinh học và bảo vệ nguyên vẹn tế bào khỏi
sự ảnh hƣởng của quá trình lạnh đông và sấy [29]. Đến năm 2003, Hubalek cũng khẳng
định khả năng bảo vệ của đƣờng là do đƣờng ngăn sự tạo thành các tinh thể khi mà
chúng giữ các dung môi đặc biệt là muối tránh hiện tƣợng tạo tinh thể [24].
Hơn thế nữa trehaloza còn có tác dụng làm ổn định màng tế bào trong quá trình
lạnh đông là do: trong quá trình ƣu trƣơng khi các tinh thể đá đƣợc hình thành chúng

11


liên kết với các nhóm phospholipid ở đầu cực. Trehaloza cũng góp phần ngăn sự hình
thành tinh thể đá. Bên cạnh đó, trehaloza còn đƣợc sử dụng để thay thế một phần lớn
các phần ion trong môi trƣờng vì vậy hiệu quả của đƣờng này còn thấy làm giảm tối đa
quá trình tạo tinh thể trong dung môi một cách chậm chạp [19].
Tác dụng của trehaloza cũng đã đƣợc rất nhiều nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn
lactic khẳng định.
 Năm 2005, Hsi-Chia Chen và cộng sự đã chứng minh khi sử dụng trehaloza
10% làm chất mang bổ sung vào quá trình sấy Lactobacillus helveticus, Leuconostoc
mesenteroides thì tỷ lệ sống sót của tế bào sau sấy đông khô là 35% [23].
 Ngay năm sau đó, Tri Duong cùng cộng sự cũng đã khẳng định khả năng bảo vệ
của trehaloza khi tiến hành sấy đông khô vi khuẩn L.axitophylus sử dụng trehaloza
20% cho tỷ lệ sống sót của vi khuẩn này 94% [34].
 Năm 2008, Xiao và cộng sự sử dụng trehaloza 5% cho hiệu quả sấy đông khô

cao, tỷ lệ tế bào Lactobacillus casei ATCC 393 sống sót sau 1 tuần tạo chế phẩm là
3,57E+7 cfu/g và sau 2 tháng bảo quản ở 4oC giảm số lƣợng tế bào khoảng 1log [35].
 Đến năm 2009, Siaterlis cùng cộng sự đã nghiên cứu và cho thấy sử dụng
trehaloza 5% cho tỷ lệ sống sót của vi khuẩn L.plantarum NCIMB sau quá trình sấy
đông khô là 75% [35].
 Jalali và cộng sự, năm 2012 nghiên cứu sử dụng kết hợp 6% sữa gầy, 8%
trehaloza và 4% vitamin C bổ sung cùng với vi khuẩn Lactobacillus paracasei subsp.
tolerance (DSM 20258) trƣớc khi tiến hành sấy đông khô cho hiệu quả sau sấy là tế
bào vi khuẩn sống sót là 82% và sau 3 tháng bảo quản ở 4oC tỷ lệ sống sót của vi
khuẩn này còn 76% [26].

12


Hình 1.3: Cấu trúc của trehaloza
1.2.2. Các nghiên cứu tạo chế phẩm L.plantarum trong và ngoài nƣớc
 Nghiên cứu ngoài nước
Các nghiên cứu sử dụng chủng L.plantarum làm đối tƣợng nghiên cứu không còn
quá mới mẻ nhƣng những thành tựu thu đƣợc từ các nghiên cứu nhằm mục đích thu
chế phẩm phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo cũng nhƣ ứng dụng trong công nghiệp
và đời sống còn rất hạn chế.
 Linder và cộng sự, năm 1995 sử dụng phƣơng pháp sấy tầng sôi tạo chế phẩm vi
khuẩn lactic L.plantarum, sử dụng chất bảo vệ là carbonhydrate (maltose, sorbitol,
maltose, sucrose) kết hợp với tinh bột và thu đƣợc kết quả. Sorbitol kết hợp với tinh
bột (tỷ lệ theo trọng lƣợng khô 1: 3,5: 0,8 theo thứ tự là tế bào:tinh bột: sorbitol) cho
hiệu quả thu chế phẩm lactic cao nhất và kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu [27;
12]. Đến năm 1997, ông cùng cộng sự cũng khẳng định thêm khi tiến hành sấy thông
thƣờng ở 22oC, thời gian 18-22h, L.plantarum P743 có khả năng chống chịu cao hơn
do có đƣợc bổ sung chất bảo vệ là các loại đƣờng .
 Thêm vào đó, Carvalho và cộng sự, năm 2002 đã tiến hành sấy L.plantarum LRESB sử dụng phƣơng pháp sấy đông khô và trong quá trình sấy có bổ sung thêm các

chất mang nhƣ trehaloza 5.6% (w/w) và fructose, inositol, sorbitol đều là 20% (w/w)

13


thì sorbitol cũng có kết luận tƣơng tự về hiệu quả sử dụng sorbitol làm chất bảo vệ. Có
đƣợc kết quả này là do trong suốt quá trình bảo quản nó đã ngăn sự phá hủy màng tế
bào bằng các phản ứng với màng và làm ổn định cấu trúc và chức năng của protein
[13].
 Năm 2009, Siaterlis và cộng sự đã nghiên cứu L.plantarum NCIMB 8826 cho
thấy có khả năng sinh trƣởng mạnh trên môi trƣờng MRS chỉ sau 12h nuôi cấy có thể
đạt đc 10E10 cfu/ml. Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng, trehaloza 5% và 10%
(w/w), sau khi sấy đông khô cho hiệu quả sống sót của tế bào là: 75% với nồng độ 10%
trehaloza và chỉ 60% với 5% trehaloza và sau quá trình bảo quản 3 tháng ở 4oC thì tỷ lệ
tế bào sống sót vẫn là 93.5%. Tác giả cũng chỉ ra rằng một nguyên nhân quan trọng
dẫn tới tỷ lệ sống sót của tế bào sau sấy và trong quy trình bảo quản chính là sự thay
đổi của nồng độ các axit béo trong tế bào vi khuẩn trƣớc và sau khi sấy đông khô (do
các aicd béo có chứa các gốc tự do, trong quá trình sấy và bảo quản các gốc này bị ôxi
hóa do ảnh hƣởng của nhiệt độ, độ ẩm, hoạt độ nƣớc) [31].
 Đến năm 2011 trên tạp chí khoa học thực phẩm, đã đƣa ra quy trình chuẩn sử
dụng chế phẩm L.plantarum trong sản xuất dƣa chuột và cho hiệu quả rất cao sau 6
tháng bảo quản chế phẩm vẫn giữ đƣợc 50% hoạt tính [30].
 Nghiên cứu trong nước
Ở Việt nam các nghiên cứu về vi khuẩn lactic đƣợc bắt đầu khá sơm và rộng rãi
trong các phòng thí nghiệm, nhà máy hay thậm chí cả các cơ sở sản xuất. Tuy nhiên,
nghiên cứu tạo chế phẩm lactic chỉ mới bắt đầu đầu thế kỷ XXI.
 Năm 2005, Vũ Hồng Minh đƣa ra kết quả nghiên cứu tạo chế phẩm
Streptococcus thermophilus. Tác giả tiến hành nghiên cứu cả hai phƣơng pháp sấy
đông khô và sấy phun với việc bổ sung thêm sữa gầy và tinh bột. Chế phẩm đƣợc thu
hồi bằng phƣơng pháp đông khô có tỷ lệ sống sót, hiệu suất cao hơn so với phƣơng

pháp sấy chân không. Trong đó, chế phẩm thu đƣợc có hỗn hợp tinh bột và sữa gầy ở

14


tỷ lệ 1:1, hàm lƣợng chất bổ trợ bao gồm glutamat natri 2% (w/w), glucoza 5% (w/w),
bảo quản tại nhiệt độ 5ºC. Sau thời gian 3 tháng hoạt lực của chế phẩm thu đƣợc vẫn
khá tốt không thua kém gì hoạt lực của chế phẩm có nguồn gốc từ Pháp [6].
 Năm 2008, Phan Thanh Tâm đã định tên vi khuẩn lactic đƣợc phân lập từ nem
chua là vi khuẩn L.plantarum. Sau đó, tác giả tiến hành phƣơng pháp sấy chân không
(độ chân không 200-250mmHg, nhiệt độ sấy 40oC trong 2h) thì thu đƣợc chế phẩm có
độ ẩm 8% và mật độ tế bào là 2x10E+9 cfu/g [9].
 Đến năm 2009, Đinh Thị Hƣờng đã nghiên cứu tạo chế phẩm từ vi khuẩn
L.plantarum b33 sử dụng phƣơng pháp sấy phun với nhiệt độ đầu vào 120C, chất
mang sử dụng là maltodextrin 18% cho tỷ lệ số tế bào sống sót đạt tới 25% [5].
 Năm 2010, Nguyễn Thế Trang phân lập đƣợc chủng L.plantarum và tiến hành
tạo chế phẩm vi khuẩn lactic theo hai dạng: dạng bột và dạng ƣớt. Tức là sau khi ly tâm
thu sinh khối tế bào vi khuẩn: nếu trộn vi khuẩn với chất mang (có độ ẩm <13%) đến
khi có độ ẩm <25% thì tiến hành bỏ vào túi nilon và bảo quản thì đƣợc gọi là chế phẩm
dạng bột; hoặc nếu phối trộn 400ml dịch vi khuẩn với 1kg chất mang (bột ngô: bột đậu
tƣơng= 4:1) rồi thêm 20g đƣờng, 15g muối cho vào túi. Thì sau quá trình phối trộn cho
thấy: chế phẩm dạng ƣớt cho mật độ tế bào 3,2x10E8 cfu/g và dạng bột là 6,1x10E9
cfu/g [10].
Tuy nhiên các nghiên cứu vẫn chỉ bƣớc đầu do các hạn chế về mặt công nghệ,
cũng nhƣ kinh phí. Vì vậy việc tiến hành hoàn thiện hơn chế phẩm vi khuẩn lactic phục
vụ cho đời sống và công nghiệp lên men là một việc làm cần thiết.
1.2.3. Ứng dụng của chế phẩm vi khuẩn lactic
 Lên men tạo axit lactic ứng dụng trong công nghiệp sản xuất axit lactic, công
nghiệp chế biến sữa và chế phẩm sinh học ứng dụng trong y tế: biolactaxyl

15


 Sử dụng chế phẩm trong bảo quản và chế biến thức ăn chăn nuôi: bảo quản chế
phẩm cá, bổ sung vào thức ăn cho gia súc
 Tạo chủng khởi động cho quá trình lên men: nem chua, dƣa chua, tƣơng, sữa
chua
 Tạo chế phẩm probiotic ứng dụng trong thực phẩm và y tế: cốm vi sinh, sữa
chua probi, men tiêu hóa, thực phẩm chức năng
1.3.

QUY TRÌNH SẢN XUẤT NEM CHUA
Bảng 1.2: Thành phần nguyên liệu sản xuất nem chua

Hàm lƣợng (%)

Thành phần
Thịt lợn nạc

55-60

Bì lợn

30-35

Thính

1.5-2

Muối

2-2.5

Đƣờng

1.5-2

Gia vị (tiêu, tỏi, ớt)

0.3-0.4

Lá ổi, lá đinh lăng
Thuyết minh quy trình [3]:
 Nguyên liệu: Thịt nạc mông đƣợc rửa sạch, thấm khô, lọc gân, sụn, máu tụ.
 Xử lý bì lợn: Bì tƣơi đƣợc làm sạch lông rồi đem luộc cho chín tới (bì chuyển
sang màu trong, trạng thái rắn không quá mềm) để thái sợi dễ và tạo cấu trúc giòn
dai cho sản phẩm. Để nguội, thái sợi. Trộn tỷ lệ thịt: bì= 2,2: 1.

16