Công nghệ lên men sản xuất đồ uống lên men từ vi khuẩn lactic

Chủ đề:
Công nghệ lên men sản xuất đồ uống lên men từ
vi khuẩn lactic.


I ĐẶT VẤN ĐỀ
Lên men ứng dụng rất rộng rãi trong chế biến thực phẩm, sản phẩm của lên men góp
phần làm gia tăng giá trị dinh dưỡng, chất lượng và an toàn cho sản phẩm. Đặc biệt lên
men lactic là loại lên men ứng dụng rộng rãi và tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị. Có nhiều
loại thức uống truyền thống được lên men lactic từ ngũ cốc như: “Boza” của Thổ Nhĩ Kỳ,
Rumani,... “Kunun zaki” của Nigieria... các đồ uống này khơng chứa cồn, có vị ngọt và
giàu năng lượng.
Ngày xưa con người đã biết sử dụng lên men lactic để tạo ra những loại thức uống bổ
dưỡng. Sau đó con người đã nghiên cứu về việc bổ sung hệ vi sinh vật trong quá trình lên
men nhằm cải tiến và làm gia tăng quá trình lên men, làm cho sản phẩm lên men ngày
càng hoàn thiện hơn, gần đây con người còn bổ sung thêm các chế phẩm có lợi như:
Probiotic, Prebiotic, Bactoriocin vào thức uống làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm
tốt cho hệ tiêu hóa và tăng cường sức đề kháng cho cơ thể. Điều này đã mở ra bước ngoặt
mới quan trọng về vai trò tạo đồ uống nhờ lên men lactic.
Ở Việt Nam, hệ vi khuẩn lactic xuất hiện chủ yếu trong sản phẩm lên men truyền thống
như dưa cải muối chua, sữa chua, cơm mẻ, nem chua và một số sản phẩm men tiêu hố
đơng khơ.
Và trong bài tiểu luận này sẽ trình bày về ứng dụng của lên men lactic trong sản xuất sữa
chua ...

II Vi khuẩn lactic và cơ chế len men lactic
2.1 Vi khuẩn Lactic
Khái niệm
Vi khuẩn lactic là vi khuẩn gram dương, vi khuẩn này thường được tìm thấy trong quá
trình phân hủy thực vật và trong các sản phẩm sữa chua, tạo ra axit lactic là sản phẩm
cuối cùng của quá trình lên men carbohydrate.

2.2 Đặc điểm và phân loại vi khuẩn lactic
Đặc điểm vi khuẩn lactic.
Vi khuẩn lactic có một số đặc điểm nổi bật dưới đây:
•

Hầu hết là thuộc họ Lactobacillaceae

•

Có dạng hình cầu hoặc hình que đứng đơn độc thành chuỗi với nhau


•

Là vi khuẩn gram dương, không sinh bào từ, không di động.

•

Lên men lactic.

Phân loại:
Vi khuẩn lactic hình thành một nhóm vi khuẩn làm giảm carbohydrate (ví dụ, trong q
trình lên men) nhờ sản xuất các axit lactic. Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillus, các chi
tiêu biểu có chứa vi khuẩn lactic phân loại như sau: Streptococcus, Lactobacillus,
Lactococcus, và Leuconostoc.
2.3 Khái niệm lên men lactic
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa cacbohydrat thành axit lactic nhờ vào hoạt động
của các vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn lactic. Lên men lactic có 2 dạng chính là đồng
hình và dị hình, cả 2 cũng diễn ra trong điều kiện yếm khí.
Tại q trình này, đường lactose sẽ được chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật nhờ các

cơ chế chuyên biệt. Sau đó, chúng sẽ được phân hủy và chuyển hóa thành các axit. Q
trình này được sử dụng để sản xuất các loại sữa chua, phô mai hay bơ,...
2.4 Quá trình lên men lactic
Quá trình lên men axit lactic là q trình trao đổi chất nhờ đó glucose và các loại đường
6-carbon khác (cũng như disaccharides của các loại đường 6-carbon, ví dụ: sucrose hoặc
lactose) được chuyển thành năng lượng tế bào và chất chuyển hóa lactate, là axit lactic
trong dung dịch. Nó là một phản ứng lên men kỵ khí xảy ra ở một số vi khuẩn và tế bào
động vật, chẳng hạn như các tế bào cơ.[1][2][3]


One isomer of lactic acid
Hoạt hình này tập trung vào một phân tử glucose chuyển thành pyruvate sau đó thành axit lactic.
Trong q trình này có một phân tử glucose 6 phân tử và 2 phân tử NAD +. 2 photphat gắn vào
đầu của phân tử glucose, tách phân tử glucose thành 2 phân tử pyruvate. Các phân tử NAD +
thêm một phosphate khác vào đầu mở của 2 phân tử pyruvate, chuyển 2 NAD + thành 2 NADH.
Sau đó ADP đến và lấy phốt phát, tạo ra 2 phân tử ATP. Pyruvate được biến thành 2 quá trình
phân tử lactate rồi lặp lại, bắt đầu với một phân tử glucose khác..

Nếu oxy có trong tế bào, nhiều sinh vật sẽ bỏ qua quá trình lên men và trải qua q trình
hơ hấp tế bào; tuy nhiên, các vi sinh vật kỵ khí có cấu trúc sẽ lên men và trải qua sự hơ
hấp khi có oxy. Đơi khi ngay cả khi oxy có mặt và chuyển hóa hiếu khí đang xảy ra trong
ti thể, nếu pyruvate đang xây dựng nhanh hơn nó có thể được chuyển hóa, thì q trình
lên men sẽ xảy ra.
Lactate dehydrogenase xúc tác sự biến đổi của pyruvate và lactate với sự tương tác đồng
thời của NADH và NAD+. Trong quá trình lên men homolactic, một phân tử glucose cuối


cùng được chuyển thành hai phân tử axit lactic. Ngược lại, quá trình lên men dị thể tạo ra
carbon dioxide và ethanol ngồi axit lactic, trong q trình gọi là đường phosphoketolase.
2.5 Cơ chế lên men Lactic

Khi việc lên men xảy ra, đường lactose sẽ được vận chuyển vào bên trong tế bào vi sinh
vật dựa vào các cơ chế chuyên biệt. Sau đó, chúng sẽ được phân hủy và chuyển hóa thành
các axit. Q trình này được sử dụng để sản xuất các loại sữa chua, phô mai, bơ,…Sau
đây là 2 cơ chế lên men lactic.
Lên men đồng hình:
Quá trình lên men đồng hình dựa trên sơ đồ EMP (Embden Mayerhorf Parmas)
Phương trình tổng quát:
C6H12O6 + 2NAD → 2CH3COCOOH + 2NADH2

CH3COCOOH +H2 → CH3CHOHCOOH.

Lên men dị hình:
Là quá trình lên men mà không chứa các emzym theo sơ đồ EMP
Phương trình tổng quát
C6H1206 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5O + COOH(CH2)2COOH +CO2

Điều kiện: khả năng tổng hợp chất cần cho sự sống của vi khuẩn rất yếu. Do đó, chúng là
những vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, vi hiếu khí, là loại có khả năng lên men hiếu khí cũng
như kỵ khí.

Phương trình tiếp theo cho sản xuất axit lactic từ glucose là:

C6H12O6 (glucose) → 2 CH3CHOHCOOH (lactic acid)


Việc sản xuất axit lactic từ lactose và nước có thể được tóm tắt như sau:

C12H22O11 (lactose) + H2O (water) → 4 CH3CHOHCOOH (lactic acid)

III Ứng dụng của vi khuẩn lactic trong quá trình len men sữa chua uống,

3.1 Giới thiệu về sữa chua,sữa chua uống
Giới thiệu sữa chua
Sữa chua (sữa lên men) là tên gọi chung cho sản phẩm từ sữa nhờ q trình lên
men bởi nhóm vi khuẩn lactic hoặc tổ hợp vi khuẩn lactic và nấm men
Sữa chua uống
Sữa chua được phân thành nhiều loại,trong đó sữa chua uống là thức uống bổ
dưỡng tiện lợi cho người dùng.
Sữa chua uống (dạng lỏng)
• Khối đơng xuất hiện trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy hồn tồn
• Sản phẩm có dạng lỏng
• Điểm khác biệt là quá trinh lên men sử dụng phương pháp khuấy trộn và đồng
hóa để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm độ nhớt cho sản phẩm
3.2 Dinh dưỡng có trong sữa chua uống
3.2.1 Protein
Sữa chua nguyên chất làm từ sữa nguyên chất có thể chứa khoảng 8,5 g protein
trong mỗi 245g sữa chua. Protein này chia thành 2 loại:
•

Whey (váng sữa): là nhóm protein hịa tan nhỏ hơn trong các sản phẩm sữa,
chiếm 20% hàm lượng protein trong sữa chua. Protein whey từ lâu đã là sản


phẩm bổ sung phổ biến đối với các vận động viên và người tập thể hình, cịn
giúp hạ huyết áp, giảm cân.
Sữa chua cung cấp chất dinh dưỡng tốt cho người sử dụng

•

Casein: là các protein sữa khơng hịa tan.

Tuy vậy thì cả 2 loại protein này đều có chất lượng tốt, giàu axit amin thiết yếu và
khả năng tiêu hóa tốt.

3.1.2 Chất béo
Có tới 400 loại chất béo khác nhau trong sữa chua, phụ thuộc vào loại sữa làm ra
nó. Sữa chua có thể sản xuất từ tất cả các loại sữa như sữa nguyên kem, sữa ít béo
hoặc không béo. Hàm lượng chất béo trong sữa chua như sau:
•

Chiếm từ 0,4% trong sữa chua khơng béo đến 3,3% hoặc hơn trong sữa chua
chứa nhiều chất béo.

•

Phần lớn chất béo trong sữa chua đều là chất béo bão hòa (70%) nhưng cũng
chứa một lượng chất béo khơng bão hịa đơn hợp lý.

•

Chất béo trong sữa chua có thể cung cấp tới 400 loại axit béo khác nhau.


3.1.3 Đường (Carbohydrat)
Sữa chua chứa ít đường tự nhiên, trong sữa chua nguyên nhất chủ yếu ở dạng
đường đơn lactose và galactose. Hàm lượng các chất như sau:
•

Hàm lượng lactose trong sữa chua thấp hơn sữa, do quá trình lên men vi
khuẩn của sữa chua làm cho lactose bị phá vỡ và chuyển hóa thành galactose
và glucose.

•

Hầu hết glucose sẽ chuyển hóa thành axit lactic làm nên vị chua của sản
phẩm.

•

Các loại sữa chua cũng chứa một lượng chất làm ngọt bổ sung đáng kể như
sucrose (đường trắng) và đường hương liệu.

•

Lượng đường trong sữa chua thường khơng cố định và có thể dao động từ
4,7% đến 18,6% hoặc cao hơn.

Sữa chua cung cấp lượng đường vừa đủ cho cơ thể con người.

3.1.4 Vitamin và khoáng chất
Tùy vào loại sữa chua khác nhau sẽ có thành phần vitamin và khống chất khác
nhau. Sữa chua làm từ sữa tươi nguyên chất sẽ chứa hàm lượng lớn vitamin và
khoáng chất rất lớn như:

•

Vitamin B12.

•

Canxi.

•

Photpho: sữa chua là nguồn cung cấp photpho đáng kể, đây là khống chất
thiết yếu trong q trình sinh học của cơ thể.

•

Riboflavin: cịn gọi là vitamin B2 được cung cấp chủ yếu nhờ sản phẩm từ
sữa trong chế độ ăn hiện đại.

2.5 Probiotic


Là vi khuẩn sống có ảnh hưởng tích cực đến sức khỏe, giúp cải thiện hệ tiêu hóa và
được tìm thấy trong các sản phẩm sữa lên men như sữa chua. Các probiotic ở trong
sản phẩm lên men chủ yếu là vi khuẩn axit lactic và bifidobacteria. Một số lợi ích
của probiotic đem lại gồm có:
•

Tăng cường hệ miễn dịch

•

Giảm cholesterol

•

Tổng hợp vitamin: lợi khuẩn bifidobacterium có thể tổng hợp hoặc tạo ra
nhiều loại vitamin như thiamin, niacin, vitamin B6, vitamin B12, folate và

vitamin K

•

Bifidobacterium cịn có lợi cho hệ tiêu hóa giúp giảm các triệu chứng của
hội chứng ruột kích thích

•

Giúp điều trị tiêu chảy gây ra do kháng sinh

•

Chống lại bệnh táo bón

•

Tăng khả năng tiêu hóa lactose

3.3 Ảnh hưởng của vi khuẩn lactic trong việc sản xuất sữa chua
Ảnh hưởng của vi khuẩn lactic trong sản xuất sữa chua:
• Chất lượng sữa phụ thuộc vào nhiều chất lượng của chúng
• Một số chủng VSV: Streptococcus lactic, Streptococcus diacetyl lactic,
Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus .....
• Trong đó VK cần thiết cho quá trình sản xuất sữa chua là Streptococcus
thermophilus và Lactobacillus bulgaricus
• Hai lồi trên là VK hiếu khí và chịu được mơi trường có độ acid thấp (pH=4-4,5)
• L.bulgaricus có khả năng thủy phân casein thành 1 số acid amine do đó tạo điều
kiện cho S.thermophilus phát triển

• Trong sản xuất sữa chua bằng nuôi cấy hỗn hợp, hai loài trên cho thấy: Ở giai
đoạn đầu của q trình sản xuất, pH sữa thích hợp cho lồi Streptococcus hoạt
động chiến ưu thể và đảm bảo cho quá trình lên men lactic bắt đầu
• Hoạt động của các enzyme phân hủy casein của Lactobacillus kích thích sự phát
triển của Streptococcus, độ acid tăng lên pH của sữa thay đổi làm cho
Streptococcus khó phát triển. Lúc này Lactobacillus sẽ thay thế chỗ và vón cục của
sữa bắt đầu
• Sữa chua có thể sản xuất từ sữa tươi tự nhiên hoặc sữa bột hịa tan với sữa tươi.
• Sau khi thanh trùng ở nhiệt độ 95oC, sữa được làm lạnh đến nhiệt độ 42-46oC và
cấy hai loại VK trên để thực hiện quá trình lên men ở nhiệt độ 40-500C trong thời
gian 2-3h
• Để sản phẩm có độ chua nhẹ và thơm, người ta sử dụng Streptococcus ở giai
đoạn non và khi mơi trường lên men có độ acid thấp. Ngược lại, muốn sữa chua có
độ acid cao thì cần sử dụng tế bào Streptococcus già hơn hoặc sử dụng
Lactobacillus.
3.4 Quy trình sản xuất sữa chua
. Quá trình lên men 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 - 90oC.
Qui trình cơng 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 khơng đường thì thêm đường để đạt
nồng độ 8 - 10 %
+ Phối trộn: Bột sữa, đường, bơ, chất ổn định phối ở nhiệt độ 45oC để quá trình
hồ tan đồng đều

+ Gia nhiệt: nâng nhiệt độ lên 60oC cho thích hợp q trình đồng hố
+ Đồng hố: 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 ngồi để nhiệt độ cịn 5oC. Dẫn tới bồn ageing.
+ Ageing: Sữa để yên trong bồn 1-2 giờ, ở 5oC
+ Thanh trùng: nâng nhiệt lên 95oC trong 1 phút
+ Đồng hoá 2: ở 95oC, 200 bar
+ Hạ nhiệt: tới nhiệt độ thích hợp q trình lên men của vi khuẩn lactic (43oC)
+ 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 43oC (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: 43oC; 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 q trình lên men chuyển hố đường lactose
thành acid lactic.
+ Làm lạnh: 15oC để hạn chế q trình lên men.
+ Bồn rót: Sau làm lạnh, sữa được chuyển sang bồn rót để chuẩn bị đóng gói
+ Đóng gói, dán nhãn: Cuộn nhựa được tiệt trùng ở 115oC, đem dập khn và
chuyển đến bồn rót. Sữa chua được rót vào và dán nhãn (nhãn được tiệt trùng bằng
tia hồng ngoại).
3.5 Một số sản phẩm sữa chua uống trong nước được ưa chuộng
Trong nước:
1 Sữa chua uống Yoyo


2 Sữa chua uống Betagen

3 Sữa chua uống Vinamilk probi

4 Sữa chua uống thanh trùng Ba Vì

Rất nhiều sản phẩm sữa chua uống trên thị trường Việt như: sữa chua uống
Vinamik,sữa chua uống Kun,sữa chua uống Susu,Sữa chua uống men sống
nuti,Sữa chua uống TH True Yogurt-TOPTEEN,Sữa chua uống Yomost