Vi khuẩn lactic và ứng dụng trong chế biến thực phẩm

VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

MỤC LỤC
MỤC LỤC..........................................................................................................................1

A. KHÁI QUÁT................................................................................................3
B. VI KHUẨN LACTIC...................................................................................4
I. ĐẶC ĐIỂM...............................................................................................4
II. SỰ PHÂN BỐ...........................................................................................4
III. PHÂN LOẠI.............................................................................................4
1. Phân loại vi khuẩn theo Bergey.............................................................4
2. Phân loại vi khuẩn lactic theo khả năng lên men...................................10
a. Vi khuẩn đồng hình............................................................................10
b. Vi khuẩn dị hình.................................................................................13
IV. NHU CẦU DINH DƯỠNG......................................................................14
1. Chất dinh dưỡng đa lượng.....................................................................14
2. Chất dinh dưỡng vi lượng.....................................................................15
3. Nhu cầu về các chất hữu cơ khác..........................................................17
V. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG..................................................................17
1. Nhiệt độ...............................................................................................17
2. Chất ức chế...........................................................................................17
3. Oxy.......................................................................................................17
4. pH.........................................................................................................17
5. Độ ẩm...................................................................................................17
6. Áp suất thẩm thấu.................................................................................17
7. Nguồn glucid.........................................................................................18
8. Nguồn Nitơ...........................................................................................18
9. Vitamin.................................................................................................18
10. Muối khoáng và các nguyên tố vi lượng.............................................19

C. ỨNG DỤNG CỦA VI KHUẨN LACTIC....................................................20
I. QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC...........................................................20
1. Khái niệm về lên men lactic..................................................................21
2. Bản chất của quá trình lên men.............................................................21
3. Các sản phẩm của quá trình lên men.....................................................21
4. Sinh khối...............................................................................................21
5. Các sản phẩm trao đổi chất...................................................................22
6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic...............................22
II. SẢN XUẤT ACID LACTIC.....................................................................23

III. TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA............24
1. Sữa chua................................................................................................24
2. Fromage................................................................................................25
Page 1


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

IV. TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN RAU QUẢ.......................................26
V. SẢN XUẤT TƯƠNG...............................................................................27
VI. ĐẬU PHỤ.................................................................................................27
VII. TRONG CHẾ BIẾN THỨC ĂN GIA SÚC...............................................27
VIII. TRONG Y HỌC........................................................................................27
1. Ứng dụng vi khuẩn lactic để chữa bệnh đường ruột..............................27
2. Ứng dụng acid lactic theo phương pháp vi lượng đồng cân..................29
3. Ứng dụng acid lactic trong phẫu thuật chỉnh hình.................................29
4. Ứng dụng acid lactic trong nha khoa.....................................................29
5. Ứng dụng trong sản xuất vật liệu sinh học............................................29

6. Ứng dụng trong sản xuất các loại sữa bột giàu Calci............................29
IX. CÁC ỨNG DỤNG KHÁC........................................................................29
1. Chất dẻo trong tương lai........................................................................29
2. Ứng dụng trong mỹ phẩm.....................................................................29
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................30

A.

KHÁI QUÁT
Năm 1872, nhà Hoá học Thụy Điển Karl W. Scheele lần đầu tiên tách được axit
lactic từ sữa bò lên men chua. Năm 1857, Louis Pasteur chứng minh được rằng sự
hình thành axit lactic trong quá trình lên men sữa chua có liên quan đến một nhóm vi
Page 2


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

sinh vật đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic. Năm 1878, Joseph Lister phân lập thành công
vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là Bacterium lactis ( iện nay gọi là Streptococcus
lactis). Từ đó đến nay các nhà hố học liên tiếp phân lập được các loại vi khuẩn khác
nhau.
Vi khuẩn lactic là tên gọi chung của những vi khuẩn có khả năng sinh ra axit
lactic, sản phẩm chính trong q trình chuyển hố carbonhydrate. Chúng được xếp
vào họ Lactobacteriaccae , có thể là cầu khuẩn (lưỡng cầu, tứ cầu, liên cầu…), trực
khuẩn ngắn hoặc dài đứng đơn độc thành chuỗi nhưng đều là vi khuẩn gram dương,
không tạo bào tử (tuy nhiên hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ vi
khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử) và hầu hết không chuyển động. Chúng không
chứa cytochrom và enzyme catalase nhưng vì có khả năng sinh tổng hợp enzyme

peroxydase rất mạnh và chính enzyme này đã phân giải H 2O2 tạo thảnh H2O và O2
nên chúng có thể sống trong điều kiện có oxy khơng khí. Vì vậy vi khuẩn lactic được
gọi là vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện.
Vi khuẩn lactic thu nhận năng lượng nhờ chuyển hoá đường thành axit lactic,
ngồi sản phẩm chính là axit lactic, q trình lên men đường cịn cho nhiều sản phẩm
đường khác như: etanol, axit axetic, CO 2 …Chính vì vậy nhóm vi khuẩn lactic là
nhóm vi sinh vật có ý nghĩa rất quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều
lĩnh vực như: thực phẩm, y học, sản xuất acid lactic và cả lactate nữa.
Khi nghiên cứu về khả năng lên men lactic từ các nguyên liệu chứa đường , người
ta thấy có 2 nhóm vi khuẩn lactic chuyển hóa đường hồn tồn khác nhau. Vì vậy vi
khuẩn lactic được chia làm 2 nhóm :
-Vi khuẩn lên men lactic đồng hình: gồm những vi khuẩn trong tế bào của
chúng có chứa enzyme aldolase và enzyme triosophosphattizomerase. Khi tiến hành
lên men các loại đường chúng tạo ra chủ yếu axit lactic (85-95% axit lactic) . Thuộc
nhóm này gồm các trực khuẩn: Lactobacillus axitophilus, Lactobacillus bulgaricus,
Lactobacillus bifidus, Lactobacillus casei, Lactobacillus delbrucki… và các cầu
khuẩn Streptococcus lactic, Streptococcus cremoris.
- Vi khuẩn lên men dị hình thường tạo ra lượng acid lactic khơng lớn lắm.
Nguồn acid lactic chúng còn tạo ra hàng loạt các sản phẩm khác nhau như acid
acetic, acid propionic, etanol, CO 2…. Thuộc nhóm này gồm các cầu khuẩn:
Streptococcus curmoris, Streptococcus falecalis, Streptococcus lacticus lactic và trực
khuẩn, Lactobacillus brevis, Lactobacillus lycopessici.
Trong thực tế do tạo nhiều acid lactic trong quá trình lên men nên chỉ có nhóm vi
khuẩn lên men lactic đồng hình là có ý nghĩa về mặt cơng nghệ .

B.

VI KHUẨN LACTIC

I. ĐẶC ĐIỂM

Page 3


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaceae. Mặc dù nhóm vi
khuẩn này khơng đồng nhất về mặt hình thái, gồm cả vi khuẩn dạng que ngắn, que
dài lẫn các vi khuẩn hình cầu, song về mặt sinh lý chúng lại tương đối đồng nhất.
- Là vi khuẩn Gram dương.
- Không tạo bào tử (tuy nhiên hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ lactic
có khả năng tạo bào tử).
- Hầu hết không di động.
- Thu nhận năng lượng nhờ phân giải hydratcacbon và tiết ra acid lactic.
- Khác với vi khuẩn đường ruột là bọn cũng sinh ra acid lactic, các vi khuẩn lactic
lên men bắt buộc, chúng không chứa các citochrom và enzyme catalase.
- Là vi sinh vật vi hiếu khí.
- Có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh. Chúng phân giải H 2O2 và
oxy để phát triển.

II. SỰ PHÂN BỐ
Vi khuẩn lactic thường ít gặp trong đất và trong nước, chúng thường phát triển
trên những mơi trường có chứa nhiều chất hữu cơ phức tạp như :
-

Trong sữa và các sản phẩm từ sữa thường gặp Lactobacillus lactis, Lactobacillus
bulgarius, Lactobacillus helviticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus ferment,
Lactobacillus brevis, Streptococcus diacetyllactis. Để tồn tại trong môi trường sữa vi

khuẩn lactic tổng hợp ATP từ cơ chất lactose.

-

Trên bề mặt thực vật và xác thực vật đang bị phân giải hay có Lactobacillus
plantanium, Lactobacillus delnikii, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis,
Streptococcus lactis…Chúng cịn được tìm thấy trên các loại rau quả, trái cây.

-

Trong ruột và các niêm dịch ở người và động vật có Lactobacillus acidophilus,
Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus salivanius, Streptococcus
pyogenes, Bifidobacterium, Pneumococcus.

III. PHÂN LOẠI
1. Phân loại vi khuẩn theo Bergey:

Theo khóa phân loại của Bergey thì vi khuẩn lactic được xếp vào các giống và
các giống phụ như sau: [1]

Họ Lactobacteriaceae

Page 4


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Họ phụ Streptococcaceae

Giống Streptococcus

Giống Leuconostoc

Họ phụ Lactobacteriaceae

Giống Lactobacillus

Giống phụ
Giống phụ
Giống phụ
Thermobacterium Streptobacterium Betabacterium
Các giống theo phân loại Bergey:
a. Lactobacillus:
Tế bào hình que, đây là vi khuẩn phổ biến
nhất (chúng có tên như vậy bởi vì hầu hết các
vi khuẩn thuộc giống này đều có khả năng
chuyển hóa lactose và một số đường khác thành
acid lactic) và được ứng dụng nhiều nhất trong
thực tế.
Nhiều loài trong số chúng đóng vai trị trong
việc phân hủy các nguyên liệu từ thực vật, sản
phẩm thu được là acid lactic. Acid lactic đóng
vai trị quan trọng trong việc ngăn chặn sự phát
triển của các vi khuẩn có hại khác.

Kingdom : Bacteria
Division : Firmicutes
Class

: Bacilli
Order : Lactobacillales
Family : Lactobacillaceae
Genus : Lactobacillus
( Beijernck 1901)
Một số lồi : L.acidophilus
L.brevis
L.casei
L.delbrueckii
L.fermentum

Kích thước tế bào phụ thuộc mơi trường ni cấy; có vi khuẩn dài 7 – 10µm, có
loại hình que ngắn, có loại sợi dài.

b. Leuconostoc :
Tế bào hình ovan, đường kính 0.5- 0.8µm, dài khoảng 1.6µm.
Tế bào xếp thành đơi, chuỗi ngắn hay dài ; không tạo thành một đám tập trung

Page 5


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Kingdom : Bacteria
Division : Firmicutes
Class
: Bacilli
Order : Lactobacillales

Family : Leuconostocaceae
(van Tieghem 1878)

Một số loài :

L.carnosum
L.citreum
L.durionis
L.fructosum
L.garlicum
L.lactis

c. Streptococcus :
Tế bào hình cầu hay ovan, đường kính
khoảng 0.5- 1µm, thường tạo thành đơi hay tạo
thành chuổi ngắn dài (bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp
là Streptos, có nghĩa là “tập trung” hay cuộn lại
một cách dễ dàng để tạo thành chuỗi).
Đa số không tạo nha bào; không chuyển
động.
Giống này có khả năng lên men sữa.
Nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của
Streptococcus là 30oC.
Nó cịn có khả năng phân giải glucose,
mantose, lactose, hình thành acid lactic.

Kingdom : Eubacteria
Division : Firmicutes
Class
: Bacilli

Order
: Lactobacillales
Family : Lactobacillaceae
Genus : Streptococcaceae

(Rosenbach, 1884)
Một số loài: S. pneumoniae
S. mutans
S. pyogenes
S. agalactiae
S. faecalis
…..

Bảng 1: Đặc điểm một số loài Streptococcus (Str.) lên men Lactic

Page 6


Kingdom:

Bacteria

Division:

Firmicutes

Class:

Bacilli

Order:

Lactobacillales

Family:

Lactobacillaceae

Genus:

Pediococcus

(Claussen 1903)

25
25 - 35
25 - 35
40 - 45
37
35
37

Str. citrovonis

Str. paracitrovonis

Str. diacetylactis

Str. thermophilus

Str. faecalis

Str. Bovis

Str. liquefaciens

40

25

Str. cremoris

Str. durans

30 - 35

110 - 115

110 - 115

100 - 110

100 - 110

110 - 115

90 - 100

70 - 80

-

110 - 115

120

+

+

-

+

-

-

-

-

-

-

+

+

-

+

-

-

-

-

-

-

Phát triển ở
môi trường
chứa 6.5%
NaCl

-

-

-

-

-

-

-

±

± ± ±

-

+ + ± ±

+ +

-

-

-

-

+

-

±

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-

±

-

±

-

-

-

-

-

-

-

-

-

± + +

-

± + +

-

-

-

± ±

+ ± ± ± +

+

± ± ±

-

-

-

-

± ± ± ±

+

+ +

-

± ± ±

+ +

-

±

-

+

-

±

+

±

+

-

-

-

-

Tinh Bột
Dextrine
Glycerine
Salicine
Sorbit
Mannose
Rhamnose
Rafinose
Xylose

Arabinose
Mannit
Mantose
Saccharose

Str. lactis

Tên vi khuần

Nhiệt độ
Phát
Giới hạn độ
thích hợp
triển ở
acid (0T)
(0C)
pH 9.6

Lên men

VI KHUẨN LACTIC
GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

d. Pediococcus [6]
Ngồi ra, cịn có chi Pediococcus nhưng theo
khóa phân loại của Bergey thì khơng có chi này …
Là vi khuẩn G(+)

Page 7

VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Khuẩn pediococcus thường được xem là làm hỏng rượu bia mặc dù sự có mặt của
chúng thỉnh thoảng được mong muốn có trong sản xuất bia như Lambic.
Pediococcus nhất định cô lập sản xuất diacetyl cung cấp hương bơ và hương kẹo
mứt cho 1 số rượu như là Chardonnay và một số loại bia.
Chủng Pediococcus thường đc sử dụng trong ủ ngũ cốc

Bảng 2: Đặc điểm một số loài thuộc giống phụ Thermobacterium
(viết tắt Lactobacillus - L.)

+

Salicine

+
±
+
+
+
+

Rafinose

DL
DL
D(-)

D(-)
D(-)
D(-)
DL
DL,L(+)

Saccharose

L. helveticus
L. jugurti
L. bulgarius
L. lactis
L. delbruckii
L. leichmanii
L. acid phylus
L. salvarius

Mantose

Phát
triển ở
45oC

Lactose

Loài vi khuẩn

Loại acid
lactic
sinh ra

Galactose

Lên men

+
+
+
+
±
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+

+

+
+
+
+

±
+

+
+
+
+

Bảng 3: Đặc điểm một số loài thuốc giống phụ Betabacterium
Loài vi khuẩn

Phát

Phát

Lên men

Page 8


Xenlobiose

Saccharose

Rafinose

Xylose

Sacilline

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Lactose

VI KHUẨN LACTIC

L. fermenti

DL

+

±

-

±

+

-

-

L. buchneri

DL

±

±

-

+

+

±

-

L. breviss
L. allobiosus

D(-)

-

±

-

±

-

+

-

D(-)
D(-)

-

+
-

+
-

+
±

+
-

±
+

+
-

triển ở

45oC

L. viridescens

triển ở
15oC

Bảng 4: Đặc điểm một số loài thuộc giống phụ Streptobacterium

Phát
triển ở
45oC

Lactose

Saccarose

Rafinose

Arabinose

Xylose

Rhamnose

Lên men

Loại
acid
lactic

sinh ra

L. plantanium

DL

+

±

-

±

+

-

-

L. casei var casei

L(+)

±

±

-

+

+

±

-

L. c.v.rhamnosus

L(+)

-

±

-

±

-

+

-

L. alactosus

L(+)

-

+

+

+

+

±

+

Loài vi khuẩn

Bảng 5: Nhiệt độ tối ưu đối với sinh trưởng của chi Lactobacillus [5]
Kiểu homolactic
Thermobacterium
Streptobacterium
L. causasicus
L. casei
28-32
0
C
L. lactis
L. plantarum
37-45
L. helveticus
L. leichmanii

0
C
L. acidophilus
L. bifidus
L. bulgaricus
45-62
L. thermophilus
0
C
L. delbrueckii

Kiểu heterolactic
Betabacterium
L. brevis
28-32
L. buchneri
0
C
L. pastorianus
35-40
L. fermenti
0
C

trung
sinh

ưa nhiệt

2. Phân loại vi khuẩn lactic theo khả năng lên men:

Bảng 6: Bảng phân loại vi khuẩn lactic theo khả năng lên men [2]

Cầu khuẩn

Trực khuẩn
Page 9


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Lên men đồng hình: C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH
Streptococcus lactis
Streptococcus faecalis
Streptococcus salivarius
Streptococcus pyogenes
Streptococcus cremoris
Streptococcus thermophilus
Streptococcus diacetilactis
Pediococcus cerevisiae

Vi khuẩn ưa nhiệt (Topt = 400C,
không mọc ở 150C)
Lactobacillus lactis
Lactobacillus helveticus
Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus bulgaricus
Lactobacillus delbruckii
Vi khuẩn ưa ấm (Topt = 30-700C,

mọc ở 150C)
Lactobacillus casei
Lactobacillus plantarum
Lactobacillus inulinus

Lên men dị hình
C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH + CH3CH2OH + CO2 + CH3COOH
Leuconostoc mesenteroides
(Betacoccus)
Leuconostoc citrovorum

Lactobacillus brevis
Lactobacillus viridescens
Lactobacillus fermenti

a. Vi khuẩn đồng hình:
Lactobacillus bulgaricus: [6]
Thuộc loại trực khuẩn có kích thước rất dài 5 20μm, liên kết với nhau tạo thành chuỗi, Gram (+),
khơng có khả năng di động.

Kingdom:
Bacteria
Division:
Class:
Order:
Family:
Genus:
Species:
Subspecies:

Firmicutes
Bacilli
Lactobacillales
Lactobacillaceae
Lactobacillus
L. delbrueckii
bulgaricus

Lactobacillus delbrueckii subsp.
bulgaricus

Chúng có khả năng lên men được các loại đường như glucose, lactose, galactose.
Không lên men được xylose, arabinose, sorbose, dulcitol, mannitol, dextrine, inulin.
Chúng khơng có khả năng tạo ra initrit từ nitrate.
Không phát triển ở nhiệt độ dưới 20 0C và trong mội trường chứa 2% NaCl. Nhiệt độ
tối thích cho sinh trưởng là 40-500C, nhiệt độ tối thiểu là 200C, pH thích hợp là 5,5-6.
Chúng có khả năng tạo thành acid mạnh (3,7% axit lactic), tích tụ tới 3.7% acid
lactic. Trực khuẩn này được Mesnhicov phân lập
Kingdom:
từ sữa chua Bulgary.
Bacteria
Lactobacillus acidophilus: [6]
Division:
Firmicutes
Thuộc loại trực khuẩn Gram dương, kích
Class:
Bacilli
thước: rộng từ 0.6 - 0.9 μm; dài 1.5 - 6.0 μm.
Order:
Lactobacillales

Chúng tồn tại riêng lẻ, đôi khi kết thành đôi
Family:
Lactobacillaceae
hay tạo thành chuỗi ngắn.
Genus:
Lactobacillus
Species:

L. acidophilus

Page 10

Lactobacillus acidophilus


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Lactobacillus acidophilus khi còn non thì Gram (+), khi già thì Gram (-), khơng sinh
sản bào tử.
Phát triển tốt nhất ở 450C. Có thể phát triển ở pH 4 - 5 hoặc thấp hơn.
Có khả năng lên men một số loại đường như glucose, fructose, galactose, mantose,
mannose, lactose, saccharose để tạo ra acid lactic và có thể tích tụ tới 2.2% acid lactic
trong mơi trường, người ta thường dung để sản xuất sữa axitophin.
Không có khả năng lên men một số loại đường như xylose, arabinose, rahamnose,
glycerol, mannitol, sorbitol, dulcitol, inositol.
Trực khuẩn này có ở trong ruột động vật, dễ dàng phân lập từ ruột trẻ con và bê mới
đẻ. Có thể dung vi khuẩn này để trị bệnh đường ruột.

Lactobacillus casei: [6]
Thuộc loại trực khuẩn nhỏ có kich thước rất ngắn(1,15μm x 0,5 μm x 1 μm) gây lên
men chua sữa tự nhiên.
Kingdom:
Bacteria
Nguồn Nitơ cho vi khuẩn này cần cung cấp là
Division:
Firmicutes
pepton.
Class:
Bacilli
Chúng có thể tạo thành chuỗi, khơng di động, gram
Order:
Lactobacillales
Family:
Lactobacillaceae
(+). Có khả năng lên men một số loại đường như
Genus:
Lactobacillus
glucose, fructose,
galactose, mantose, mannose,
Species:
L. casei
lactose. Chúng thuỷ phân casein và gelatin rất yếu.
Trong q trình lên men chúng tạo ra D-acid lactic.
Có thể phát triển được ở nhiệt độ 10 - 550C, nhiệt độ phát triển tối ưu là 38 -400C.
Nhờ có hoạt tính enzyme protease mà có thể dễ phân huỷ casein tới acid amin. Nhờ
vậy, Lactobacillus casei được dùng rộng rãi trong sản xuất fromage (phomat) nên còn
được gọi là trực khuẩn fromage. Trực khuẩn fromage rất chịu được acid, tốc độ phát
triển của giống này tương đối chậm, gây chua sữa sau 3 - 5 ngày.

Page 11


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Streptococcus lactis: [6]
Là vi khuẩn có hình bầu dục hay hình trứng. Là vi sinh vật kỵ khí tùy tiện.
Lên men tốt đường glucose, mantose, lactose và có thể tạo được 0.8 - 1% acid lactic.
Phát triển được ở khoảng nhiệt độ 10 - 450C, tối thích ở 30 - 350C. Ở nhiệt độ tối
thích vi khuẩn này gây đóng vón sữa sau 10 - 12 giờ.
Nguồn nitơ thích hợp cho loại này là peptone.
Casein và Gelatin bị phân huỷ nhẹ nên ít được sử dụng.
Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sữa.

Streptococcus thermophilus: [6]
Có tế bào hình cầu hoặc hình trứng, đường kính từ
0.7 - 0.9μm, khơng chuyển động, thường kết thành
chuỗi ngắn, gram (+).
Phát triển tốt ở nhiệt độ 40 - 450C, pH 5.8 - 6.0.
Phát triển được ở 500C, không phát triển được ở 53 0C
và dưới 200C, sống được ở 650C trong 30 phút.

Kingdom:
Bacteria
Phylum:
Class:
Order:

Family:
Genus:
Species:

Firmicutes
Bacilli
Lactobacillales
Streptococcaceae
Streptococcus
S. salivarius

Streptococcus salivarius subsp.
thermophilus
(ex Orla-Jensen 1919)
Page 12
Schleifer et al. 1995


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Rất nhạy cảm với muối, không phát triển
được trong môi trường chứa 2% NaCl. Chúng
không phát triển trong môi trường sữa chứa
0.01% methylen blue, cũng không phát triển
được trong môi trường thạch máu chứa 10%
mật. Khi phát triển trong môi trường thịt
glucose, pH cuối có thể đạt được là 4 - 4.5.
Có khả năng lên men glucose, fructose,

lactose, saccharose. Streptococcus thermophilus
có thể phân giải tinh bột ở mơi trường thích hợp
nhưng khơng phân giải gelatin và esculin.
Độ acid tạo được tối đa là 300 - 3500T trong
mơi trường thích hợp. Khi lên men thường tạo
mộ lượng nhỏ aceton và các chất tạo hương.
Streptococcus thermophilus rất nhạy cảm với các chất kháng sinh 0.01µg/ml
tetracycline hay 0.1 µg/ml chloramphenicol là đã có thể ức chế được sự phát triển của
loài vi khuẩn này.
b. Vi khuẩn dị hình:
Lactobacillus brevis: [6]
Kingdom:
Bacteria
Division:
Class:
Order:
Family:
Genus:
Species:

Firmicutes
Bacilli
Lactobacillales
Lactobacillaceae
Lactobacillus
L. brevis

Lactobacillus brevis

Leuconostoc mesenteroides: [6]

Kingdom:
Bacteria
Division:
Class:
Order:
Family:
Genus:
Species:

Firmicutes
Bacilli
Lactobacillales
Leuconostocaceae
Leuconostoc
L. mesenteroides

Leuconostoc mesenteroides

Page 13


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

IV. NHU CẦU DINH DƯỠNG
Vi khuẩn lactic có nhu cầu về chất sinh trưởng phức tạp. Khơng một đại diện nào
thuộc nhóm này có thể phát triển trên mơi trường muối khống thuần khiết chứa
glucose và NH4+. Đa số chúng cần hàng loạt vitamin (lactoflavin, tiamin, acid
pantotenic, acid nicotinic, acid folic, biotin) và các acid amin. Vì thế người ta ni

cấy chúng trên các môi trường phức tạp chứa một số lượng tương đối lớn cao nấm
men, dịch cà chua hoặc thậm chí máu. Điều đáng ngạc nhiên là một số vi khuẩn
lactic khi sinh trưởng trên các mơi trường chứa máu có thể tạo thành các xitocrom
hoặc thậm chí tiến hành q trình phosphoryl hóa chuỗi hơ hấp. Rõ ràng các vo
khuẩn lactic khơng có khả năng tổng hợp pocphirin, song nếu bổ sung các pocphirin
vào mơi trường ni cấy thì một số vi khuẩn lactic có thể tạo nên các sắc tố hemin
tương ứng. [3]
1. Chất dinh dưỡng đa lượng:
a. Carbon: Carbon có trong tế bào chất, thành tế bào, trong tất cả các phân tử
enzym, acid nucleic và các sản phẩm trao đổi chất. Khoảng một nửa chất khô của tế bào
là carbon. Chính vì vậy những hợp chất chứa carbon có ý nghĩa hàng đầu trong sự sống
của vi sinh vật.
Vi khuẩn lactic là vi sinh vật dị dưỡng, nguồn năng lượng cần thiết cho hoạt động
sống và phát triển của chúng là nguồn năng lượng do trao đổi chất với mơi trường bên
ngồi. Để duy trì sự sống, điều hịa các q trình chuyển hóa trong tế bào vi khuẩn lactic
cần sử dụng nguồn glucid có trong mơi trường làm nguồn carbon. Nguồn glucid quan
trọng cung cấp cho vi khuẩn lactic là đường lactose. Chúng thủy phân lactose thành
glucose và galactose.
C12H22O11 → C6H12O6 + C6H12O6
Glucose và galactose tiếp tục được vi khuẩn lactic sử dụng chuyển hóa thành các hợp
chất khác sinh năng lượng để giúp chúng phát triển. Ngồi lactose, vi khuẩn lactic cịn
dung một số đường disaccarit như saccarose, maltose; các polysaccarit như dextrin, tinh
bột thì được chúng sử dụng một cách chọn lọc. Đối với quá trình lên men lactic đồng
hình, vi khuẩn lactic có thể chuỵển hố khoảng 98% glucid có trong mơi trường thành
acid amin.
b. Nitơ: phần lớn các vi khuẩn lactic khơng có khả năng sinh tổng hợp chất nitơ hữu
cơ phức tạp, chỉ một số ít lồi có khả năng này. Vì vậy, vi khuẩn lactic phải sử dụng
nguồn nitơ có sẵn trong môi trường. Tuy nhiên, để sinh trưởng và phát triển bình
thường, ngồi nitơ dưới dạng hỗn hợp acid amin, vi khu ẩn lactic còn cần đến các hợp
chất hữu cơ phức tạp chứa nitơ như: cao thịt, cao nấm men, pepton,casein…

Vai trò của một số nguồn nitơ khác nhau đối với vi khuẩn lactic:
Protide: protide là chất cơ sở của chất nguyên sinh. Protide trong sữa là nguồn nitơ
rất cần thiết cho vi khuẩn lactic. Sự tương tác giữa casein với vi khuẩn lactic trong sữa
khi có mặt ion H+ trong môi trường làm tăng khả năng lên men lactic. Ngồi ra casein
cịn là chất đệm có tính trung hồ một lượng acid sinh ra trong q trình lên men.
Pepton: việc bổ sung pepton vào môi trường giúp cho sự phát triển mạnh cuả vi
khuẩn lactic, làm tăng tốc độ lên men. Nhưng cũng có một số vi khuẩn lactic vẫn phát
Page 14


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

triển kém trong môi trường có pepton. Trong mơi trường tự nhiên pepton thường không
đủ cho vi khuẩn phát triển ở mức độ mạnh nhất.
c. Phospho: Cần cho sự tổng hợp DNA và RNA, ATP, tổng hợp phospholipid của
màng tế bào. Phospho có trong thiên nhiên ở dạng hữu cơ và vô cơ. Phospho luôn được
thu nhận ở dạng muối vô cơ là muối phosphate, thường dùng KH2PO4.
d. Lưu huỳnh: là nhu cầu thiết yếu của vi sinh vật nhờ vai trò cấu trúc của nó trong
acid amin cystein và methionin và trong một số vitamin. Có thể cung cấp lưu huỳnh
dưới dạng hữu cơ hay vô cơ, thường dùng MgSO4.7H2O.
e. Kali: là nhu cầu phổ biến, thường dùng K2HPO4.
f. Magie: có chức năng ổn định các ribosome, màng tế bào và acid nucleic, và cũng
cần cho các hoạt động của enzyme, thường dùng MgSO4.7H2O.
2. Chất dinh dưỡng vi lượng
a. Vitamin: hàm lượng vitamin của mơi trường giữ một vai trị quan trọng trong sự
tổng hợp các acid amin. Cũng như các vi sinh vật khác, vi khuẩn lactic rất cần vitamin
cho sự phát triển. Rất ít vi khuẩn lactic tự tổng hợp được vitamin, phần lớn chúng cần
các loại vitamin như vitamin B1, B2, B3, PP, C, H, acid folic…

Nhu cầu vitamin còn chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: nhiệt độ nuôi cấy, pH môi
trường nuôi cấy, lượng CO2 ban đầu và thế oxi hố khử của mơi trường.
b. Acid amin: thường được cung cấp ở dạng acid amin tổng hợp hoá học trong môi
trường nuôi cấy. Những nguyên liệu phức tạp như cao nấm men, pepton thường có cả 20
acid amin ở dạng tự do hoặc peptide ngắn, hoặc protein.
Acid amin là nguồn nitơ được vi khuẩn lactic hấp thụ dễ dàng. Khi nghiên cứu nhu
cầu của vi khuẩn này về acid amin thì các nhà khoa học nhận thấy rằng một lượng lớn vi
khuẩn lactic để phát triển tốt nhất cần 16 loại acid amin.
Str. lactis và Str. cremoris phát triển trong mơi trường cần có các acid amin: proline,
phenylalanine, acid glutamic, valine, methionine, leucine, isoleusine, histidine, arginine.
Với các vi khuẩn lactis sinh hương, acid amin ngoài việc sử dụng làm nguồn dinh
dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào còn được dùng để tạo hương thơm.

Bảng 7: Một số chất dinh dưỡng ảnh hưởng tới sự phát triển của
vi khuẩn lactic:
Hợp chất
Acid amin

Lysine
Leusine
Histidine
Valine
Cystein
Aspartate

Lc.
lactis
+
+
+

S

Lc.
Str.
Lactobacillus
Ln.
cremoris thermophilus
sp.
cremoris
+
+
V (+S)
+
+
+
V (+S)
+
+
+
V (+S)
+
+
+
+
+
+
V
V (+S)
+
+

V (+S)
Page 15


VI KHUẨN LACTIC

Glutamate
Isoleusine
Tyrosine
Methionine
Arginine
Vitamin
B12
Biotin
Niacin
Pantothenat
Riboflavine
Thiamine
Pyridoxal
Acid folic
Baz nucleic Adenin
Guanin
Thymine
Thymidine
Uracil
Khoáng
Mn
Mg
Ca
Fe

Lc.
Str.
Ln.
+
V
S

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

+
+

+
+

+
V
V
+, S
+
+
V
V
+, S
V
S
S
S
S
S

+
S

+
V
V
+, S
+
+
V
V
+, S
V
S
+
S
-, S

-, S

V
V
V
V

+
+
+
+

V
+, S
+, S
+
+
+, S
+, S
V
+
S
V
-

V
V
+
+
+
V
V
V

+
+
S
-

+
V (+S)
V (+S)

V (+S)
V (+S)

+
+
+
+
+
S
S
-, S
-, S
S
+
-

Lactococcus
Streptococcus
Leuconostoc
Cần thiết cho sự tăng trưởng
Không cần thiết cho sự tăng trưởng
Thay đổi tùy theo giống gốc hoặc những ý kiến chưa thống nhất giữa các tác giả
Kích thích sự tăng trưởng nhưng khơng phải là nhu cầu tuyệt đối

3. Nhu cầu về các chất hữu cơ khác :
Ngoài các nguồn dinh dưỡng trên,vi khuẩn lactic cịn có nhu cầu rất lớn về các chất
hữu cơ cho sự phát triển của chúng.
a. Citrate : có ảnh hưởng thuận lợi tới tốc độ phát triển của vi khuẩn lactic. Vì vậy
người ta thường sử dụng các muối citrate trong thành phần môi trường nuôi cấy, phân
lập và bảo quản các chủng vi khuẩn lactic .

b. Acetate : cũng ảnh hưởng tốt đến sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic. Các muối
acetate còn được dùng làm chất đệm cho môi trường nuôi cấy nhiều loại vi khuẩn.
c. Tween 80 : Polyxyetylen Sorbitan Monooleat có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng
của vi khuẩn lactic.
Page 16


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

V. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
1. Nhiệt độ
nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới sinh trưởng. Mỗi
loài vi sinh vật có những khoảng nhiệt độ tối thích khác nhau. Tuỳ thuộc vào nhiệt độ tối
ưu cho lên men và cho sinh trưởng, vi khuẩn lactic được chia thành 2 nhóm:
-Nhóm ưa ấm (mesophilic) : 25-350C
-Nhóm ưa nhiệt (thermophilic): 37-450C
2. Chất ức chế
Các chất kháng sinh (penicillin, chloramphenycol…) và nồng độ muối cao
(6,5%NaCl) có thể ức chế sự sinh trưởng của nhóm vi khuẩn lactic.
3. Oxy
Vi khuẩn lactic thuộc loại vi hiếu khí, hàm lượng oxy nhiều sẽ là một chất độc đối
với vi khuẩn lactic.
4. pH
Có ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng của các vi khuẩn lactic. pH tối ưu cho sự
phát triển của chúng nằm trong khoảng 5,5-6,5. Quá trình lên men bị ức chế mạnh tại pH
dưới 4,5.
5. Độ ẩm
Nước là môi trường cho các phản ứng trong tế bào do đó độ ẩm là một yếu tố quan

trọng cho sự phát triển của vi khuẩn lactic.
6. Áp suất thẩm thấu
Màng tế bào chất của vi khuẩn là màng bán thấm. Khi nồng độ muối trong môi
trường nuôi cấy cao (trên 2%) sẽ ức chế sự phát triển của vi khuẩn lactic.

7. Nguồn glucid
Các lồi vi khuẩn nói trên thc loại vi sinh vật dị dưỡng. Nguồn năng lượng cần
thiết cho hoạt động sống và phát triển của chúng là nguồn năng lượng do trao đổi chất
với mơi trường ngồi. Để duy trì sự sống, điều hịa các q trình chuyển hóa 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 cho vi khuẩn lactic là đường lactose. Hầu hết
vi khuẩn lactic đều có enzyme lactose nên thủy phân được lactose thành glucose và
galactose.
Glucose và galactose tiếp tục được vi khuẩn chuyển hóa thành các hợp chất khác
sinh năng lượng để giúp chúng phát triển. Đối với quá trình lên men lactic đồng hình, vi
khuẩn lactic có thể chuyển hóa khoảng 98% gluxit có trong mơi trường thành axit
Page 17


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

lactic.Như vậy có thể nói glucid là nguồn cacbon hết sức quan trọng và là chất khơng thể
thiếu được trong q trình lên men lactic.
8. Nguồn Nitơ
Các nguồn Nitơ có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật, nếu
không có nguồn này thì khơng thể tổng hợp các chất phức tạp cấu tạo nên nguyên sinh
chất trong tế bào vi sinh vật. Vi khuẩn lactic có địi hỏi cao về nguồn nitơ có trong mơi
trường và đặc biệt là các Nitơ tự nhiên nhơ pepton, acid amin. Hầu hết các vi khuẩn

lactic đều không phát triển được trong môi trường tổng hợp glucose và NH 4+ mà thường
phải nuối cấy trong mơi trường có giàu nguồn Nitơ như sữa, dịch thủy phân nấm men,
nước ép cà chua…Vai trò một số nguồn nitơ khác nhau đối với vi khuẩn lactic.
Protide : là chất cơ sở của nguyên sinh chất. Protide trong sữa là nguồn nitơ rất cần
thiết cho các vi khuẩn lactic. Sự tương tác giữa casein với vi khuẩn lactic có trong sữa
khi có mặt ion H+ trong mơi trường làm tăng khả năng lên men lactic. Ngoài ra casein
cịn là chất đệm có tính trung hịa một lượng acid sinh trong quá trình lên men.
Pepton : việc bổ sung pepton vào môi trường giúp cho sự phát triển mạnh của vi
khuẩn lactic, làm tăng tốc độ lên men. Trong các môi trường tự nhiên, nguồn pepton
thường không đủ để phát triển ở tốc độ mạnh nhất
Acid amin: là nguồn nitơ được hấp thụ dễ dàng. Khi nghiên cứu như cầu các vi
khuẩn này về acid amin, các nhà khoa học nhận thấy rằng một số lớn các vi khuẩn lactic
để phát triển tốt nhất cần đến 16 loại acid amin. Với các vi khuẩn sinh hương acid amin
ngoài việc sử dụng làm nguồn cần thiết cho hoạt động sống của tế bào và tạo hương.
9. Vitamin
Ngoài nhu cầu về nguồn gluxit và nitơ, vi khuẩn lactic cũng cần nhiều loại vitamin
có mặt trong mơi trường dinh dưỡng, khoảng 5-6 loại vitamin. Vitamin B là loại nhân tố
sinh trưởng đầu tiên phát hiện thấy ở vi sinh vật.
Đối với các loại vi sinh vật khác như nấm men, vi khuẩn acetic, vi khuẩn propionic
có thể tổng hợp vitamin cần thiết cho tế bào phát triển, còn vi khuẩn lactic khơng có khả
năng đó. Với các vi khuẩn sinh hương, vitamin rất có ích cho q trình tạo hương.
Nhờ nhu cầu về vitamin của vi khuẩn lactic mà người ta có thể bổ sung các vitamin
cần thiết vào mơi trường với lượng thích hợp nhất giúp vi khuẩn lactic phát triển tốt có
lợi cho q trình lên men, nâng cao hiệu suất lên men.

Bảng 8: Vitamin, các chất sinh trưởng cần thiết cho sự phát triển
của các vi khuẩn lactic [5]
(theo K.Buchta,1983)
Vi sinh vật điển hình
Lactobacteriaceae plantarum

Lactobacteriaceae arabinorus
Lactobacteriaceae casei
Streptococus faecalis
Leuconostoc citrovorum
Streptococus faecalis

Chất
Acid p- amino benzoic
Acid folic
Acid 5-focmyl – 5,6,7,8 tetrahydro folic

Page 18


VI KHUẨN LACTIC

LactoBacteriaceae casei
Lactobacteriaceae arabinorus
Leuconostoc mesenteroides
Streptococus faecalis
Lactobacteriaceae casei
Leuconostoc mesenteroides
Streptococus faecalis
LactoBacteriaceae axitophilus
LactoBacteriaceae bulgarius
LactoBacteriaceae casei
LactoBacteriaceae casei
Streptococus lactics
Streptococus lactics
Streptococus faecalis

LactoBacteriaceae fermenti
Streptococus lactics
LactoBacteriaceae planturum
Leuconostoc mesenteroides
Streptococus faecalis
Lacto Bacteriaceae arabinorus
Lacto Bacteriaceae casei

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Locovorin
Acid nicotinic
Acid pantothenic
Pantetein, Pantein
Riboflavin
Acid Lipoic
Tiamin
Biotin
Bioxitin

10. Muối khoáng và các nguyên tố vi lượng
Nhu cầu về chất khoáng của vi khuẩn lactic khơng lớn lắm.
Trong các loại chất khống, photpho chiếm tỉ lệ cao nhất. Photpho có mặt trong
nhiều hợp chất quan trọng của tế bào như : axit nucleic, phospholipid, ATP, ADP….
Với muối NaCl ở hàm lượng 6.5% trong môi trường đã ức chế hầu hết vi khuẩn
lactic. Phần lớn vi khuẩn lactic còn sử dụng Mg2+, Na+ ở dạng dễ đồng hóa.
Ngồi các khống vi khuẩn lactic cịn cần một số nguyên tố vi lượng như : đồng,
kẽm, mangan, coban, sắt…. Sự có mặt đầy đủ các chất khống trong mơi trường dinh
dưỡng ít nhiều cũng giúp cho vi khuẩn lactic hoạt động tốt trong quá trình lên men
lactic.

C.

ỨNG DỤNG CỦA VI KHUẨN LACTIC

I. QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC

Page 19


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

1. Khái niệm về lên men Lactic:
Lên men lactic là q trình chuyển hố đường yếm khí với sự tích lũy của acid lactic
trong mơi trường lên men. Tuỳ thuộc q trình lên men này mà người ta chia quá trình
lên men lactic thành 2 kiểu:
Page 20


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Lên men lactic đồng hình: là quá trình lên men mà lượng acid lactic hình thành
chiếm 90 - 98% trong sản phẩm. Các vi khuẩn lactic đồng hình phân giải đường glucose
theo quá trình EMP (Embden - Meyerhof - Parnas, hay còn gọi là chu trình đường phân
Glucolysis) thành Pyruvate, chuyển chủ yếu Pyruvate thành acid lactic và chỉ một phần
nhỏ chuyển thành etanol, CO2…

Lên men lactic dị hình: là quá trình lên men mà ngồi acid lactic tạo thành cịn có
hàng loạt các sản phẩm khác nhau chiếm tỉ lệ khá cao như: acid acetic, glycerin, etanol,
CO2… Sở dĩ như vậy vì vi khuẩn lactic dị hình khơng có hai enzyme cơ bản của sơ đồ
EMP là aldolase và triosaphosphate isomerase.
2. Bản chất của quá trình lên men:
Sự lên men theo nghĩa rộng là q trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ mà
trước tiên là đường bị biến đổi dưới tác dụng của vi sinh vật. Biết rằng xúc tác của quá
trình lên men là do enzyme tiết ra từ vi sinh vật. Vì thế trong nhiều trường hợp cịn gọi
là q trình sinh hố; đúng hơn là q trình vi sinh vật.
Q trình lên men ln kèm theo sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, còn q
trình sinh hố khơng nhất thiết phải có mặt của vi sinh vật sống. Nói cách khác q trình
lên men địi hỏi phải ni cấy, nhân giống vi sinh vật tới mức cần thiết, sau đó các vi
sinh vật sẽ tiếp tục phát triển và đồng hoá các chất dinh dưỡng trong canh trường, thơng
qua q trình hố sinh ở nội tế bào để cuối cùng tạo ra chất mới mà ta mong muốn.
Đối tượng của quá trình lên men là đường, cịn đối tượng của q trình hố sinh là
chất bất kỳ.
3. Các sản phẩm của quá trình lên men
Dựa vào cơ chế của q trình, có thể chia thành : lên men hiếu khí và lên men yếm
khí. Từ đó, các sản phẩm thu được từ q trình lên men cũng rất đa dạng.
Trong quá trình lên men hiếu khí cũng như q trình lên men kỵ khí bao giờ cũng
xảy ra hai q trình song song, đó là: quá trình tạo sinh khối và quá trình tạo ra các sản
phẩm trao đổi chất.
Để tiện việc nghiên cứu và ứng dụng người ta tiến hành phân loại các sản phẩm lên
men dựa vào các tiêu chuẩn sinh lý trao đổi chất của vi sinh vật.
4. Sinh khối
Mục đích của q trình ni cấy chủ yếu là thu nhận sinh khối vi sinh vật. Do sự sinh
sản phát triển của các tế bào của giống vi sinh vật, các chất dinh dưỡng được chuyển hóa
thành vật chất của tế bào.
Cơ chế quá trình :

Lên men O2

Cơ chất

Sinh khối

Sinh khối khơng ảnh hưởng tới sự phát triển tế bào. Vì vậy trong q trình ni cấy
cần tạo điều kiện sao cho càng nhiều cơ chất chuyển hóa càng nhiều sinh khối càng tốt.
Các sản phẩm loại này có thể là : protein đơn bào ở dạng nấm men (nấm men chăn
ni-các tế bào sống), men bánh mì (các tế bào sống), các tế bào vi khuẩn trong thuốc
trừ sâu vi sinh, chế phẩm phân bón cố định đạm, các chế phẩm có tế bào sống của nấm
men hoặc vi khuẩn làm tăng men tiêu hóa, các chế phẩm làm vacxin trong y học….
5. Các sản phẩm trao đổi chất
Page 21


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Gồm có :
-

Các sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi năng lượng : đó là sản phẩm của q
trình lên men như : axit lactic, axit propionic….

-

Các chất trao đổi bậc I : là các loại axit amin, nucleotit, các vitamin, đường….

-

Các chất trao đổi bậc II : là các chất kháng sinh, các chất sinh trưởng, các độc
tố….

-

Enzym : gồm có eznym nội bào và enzyme ngoại bào
6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic
a. Ảnh hưởng của thành phần môi trường nuôi cấy
Trong nghiên cứu vi khuẩn lactic, thường sử dụng các môi trường như :MRS, MRS
tổng hợp, M17, môi trường cao nấm men, nước chiết cà chua, mơi trường sữa, huyết
thanh sữa….Mỗi mơi trường có đặc điểm riêng phù hợp với từng loại vi khuẩn lactic.
Do đó viêc lựa chọn mơi trường phù hợp cho chúng là một yếu tố quan trọng.
Vi khuẩn lactic thuộc loai vi sinh vật dị dưỡng. Nguồn năng lượng cần thi ết cho hoạt
động sống và phát triển của chúng là nguồn năng lượng do trao đổi chất với mơi trường
ngồi. Để duy trì sự sống, điều hịa q trình chuyển hóa trong tế bào, chúng cần sử
dụng nguồn gluxid có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon (chủ yếu là
đường glucose), nguồn nitơ (cao nấm men, axit amin…), vitamin, muối khoáng và các
nguyên tố vi lượng.
Mặt khác, khi nồng độ muối cao ( > 6.5%) hoặc khi có mặt các chất kháng sinh
(penicillin, chloramphenicol…) có thể ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn
lactic. Vì vậy, ta cần bổ sung các nguồn dinh dưỡng trên với liều lượng thích hợp nhất
giúp vi khuẩn lactic phát triển tốt, nâng cao hiệu suất lên men.
b.

Ảnh hưởng của pH mơi trường

Mỗi loại vi sinh vật thích hợp với một giá trị pH nhất định của môi trường nuôi cấy.
Với vi khuẩn lên men lactic đồng hình, pH mơi trường không ảnh hưởng đến các sản

phẩm đặc trưng của quá trinh lên men, còn đối với vi khuẩn lên men lactic dị hình, pH
mơi trường có ảnh hưởng đến việc tạo thành các sản phẩm lên men. Khi pH môi trường
quá cao thì sản tạo ra chủ yếu là axit lactic, cịn khi pH mơi trường thấp thì ngồi axit
lactic cịn có axit acetic và các sản phẩm phụ khác. pH tối ưu cho sự phát triển của vi
khuẩn nằm trong khoảng 5.5- 6.5, quá trình lên men bị ức chế mạnh ở pH dưới 4.5.
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ của mơi trường có ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động sống của tế bào vi
khuẩn. Nếu nhiệt độ quá thấp sẽ gây ức chế đến sự sinh trưởng của tế bào. Nếu nhiệt độ
quá cao ngoài việc gây ức chế cịn có thể gây chết tế bào. Nhưng nhìn chung, khoảng
nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của tế bào vi khuẩn khá rộng, nó thay đổi từ 15 0C - 500C
tùy theo loài.
d. Ảnh hưởng của oxy khơng khí

Dựa trên nhu cầu về oxy, người ta chia vi sinh vật thành:
-

Hiếu khí bắt buộc: chỉ có thể sinh trưởng trong điều kiện có oxy

-

Kỵ khí bắt buộc: sinh trưởng trong điều kiện khơng có oxy
Page 22


VI KHUẨN LACTIC

-

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Kỵ khí tùy tiện: có khả năng phát triển trong điều kiện có hoặc khơng có oxy.
Vi hiếu khí: có thể sinh trưởng ở điều kiện áp lực oxy thấp, cần CO 2 nhiều hơn
các vi sinh vật khác

Vi khuẩn lactic thuộc nhóm đặc biệt. Khi tế bào tiếp xúc với oxy khơng khí nó sẽ
sinh ra H2O2, một chất độc đối với tế bào. Chất loại bỏ H 2O2 hữu hiệu nhất là enzyme
catalase. Tuy nhiên, rất ít lồi vi khuẩn có khả năng tạo ra enzyme này, chúng thường chỉ
có enzyme peroxydase nhưng hiệu quả kém hơn. Do đó chúng phát triển tốt nhất khi
nồng độ oxy có mặt trong mơi trường thấp nên dược gọi là vi sinh vật vi hiếu khí. Trong
q trình lên men lactic ta cần chú ý đến đặc điểm này để thu nhận sản phẩm đạt hiệu
quả cao nhất.
e. Ảnh hưởng của nồng độ axit
Axit lactic là sản phẩm chính của q trình lên men lactic do hoạt động sống của vi
khuẩn lactic tạo nên. Các vi khuẩn này chịu được axit, tuy nhiên với lượng axit tích lũy
trong mơi trường ngày càng nhiều sẽ làm ức chế sự phát triển của chúng. Điều này giải
thích được sự thay đổi hình thái của vi khuẩn lactic khi ủ chua thức ăn hay ủ chua rau
quả.
Để giúp vi khuẩn lactic phát triển bình thường, khơng bị chính các sản phẩm do
chính bản thân chúng tạo ra ức chế, người ta cho vào môi trường các chất đệm thích hợp
với một lượng vừa đủ để trung hồ lượng axit sinh ra.Điều này được ứng dụng trong sản
xuất axit lactic. Người ta dùng chất đệm là CaCO 3 để chuyển axit lactic sang dạng
lactate canxi, sau đó là quá trình xử lý lactate canxi để thu hồi axit lactic.

II. SẢN XUẤT ACID LACTIC
Sản xuất công nghiệp axit lactic được bắt đầu từ cuối thế kỉ 19. Avery là người đầu
tiên tìm ra cách sản xuất axit lactic ở quy mô thương mại ở Littleton (Mỹ) vào năm
1881, nhưng không thành công. Nhà máy đầu tiên thực sự mang lại thành công đã được
Boehringer xây dựng vào năm 1895 ở Ingelheim thuộc nước Đức.
Tại nhà máy Ingelheim, Lactobacillus delbruecki đã được sử dụng để sản xuất axit
lactic. Ngày nay ngoài Lactobacillus leichmanii và Lactobacillus bulgaricus, loài vi

khuẩn Lactobacillus delbruecki vẫn cịn được sử dụng.
Với mỗi loại vi khuẩn có những khả năng lên men các loại đường khác nhau nên tùy
thuộc vào nguồn nguyên liệu sẽ chọn giống vi khuẩn dùng vào sản xuất cho thích hợp.
Nếu nguyên liệu là huyết thanh sữa thì chọn các chủng Streptococcus lactic,
Lactobacillus bulgaricus .
Trong quá trình lên men với nguyên liệu chứa tinh bột và rỉ đường, người ta dùng
giống vi khuẩn lactic ưa nhiệt lactobacillus delbruecki. Tóm lại trong cơng nghiệp sản
xuất axit lactic, người ta thường sử dụng các loài vi khuẩn lactic điển hình . Sau đây là
đặc điểm của một số loài vi khuẩn lactic thường được sử dụng trong sản xuất:

1. Lactobacillus delbruecki:
Là trực khuẩn dài, không di động, gram (+), kích thước: rộng 0,5-0,8μm, dài 2,0-9,0
μm.
Khoảng nhiệt độ phát triển của nó là : tmax=550C, tmin=180C và topt=45-500C.

Page 23


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Chúng lên men được các loại đường glucose , fructose, maltose, saccharose,
galactose và dextrin.
Chúng khơng có khả năng lên men được xylose, arabinose, rahamnose, lactose,
raffinose, trehalose, inulin, mannital.
Điều khác nhau cơ bản của Lactobacillus delbruecki với các vi khuẩn khác là nó
khơng lên men được lactose, vì vậy khơng được dùng trong cơng nghiệp sữa. Nhưng nó
lại lên men mạnh các đường glucose, maltose, saccharose nên được dùng trong sản xuất
axit lactic. Tích tụ được 2,2% axit lactic.

Trong dịch nuôi cấy trực khuẩn này có thể tạo thành axit lactic với hiệu suất chuyển
hố so với đường là 70%.
Trực khuẩn này thường gặp ở các loại hạt cốc, đặc biệt là đại mạch.
2. Lactobacillus leichmannii:
Trực khuẩn, gram (+), kích thước tế bào 0,6-2,0μm, trong thiên nhiên chúng có khả
năng tạo thành chuỗi ngắn.
Có khả năng lên men một số loại đường như glucose, fructose, maltose, saccharose,
trehalose.
Chúng không lên men được lactose, arabinose, rahamnose, galactose, dextrin, inulin.
Nhiệt độ phát triển tối ưu là 360C.
Trong quá trình lên men chúng tạo ra L-axit lactic.
Chúng khơng có khả năng tạo intrit từ nitrate. Nó khơng lên men được lactose, vì vậy
khơng được dùng trong cơng nghiệp sữa, nhưng dùng để sản xuất axit lactic.

III.

TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN CÁC SẢN PHẨM SỮA

Vi khuẩn lactic có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong công nghiệp sữa. Nhờ chúng mà
ta có thể chế biến được hàng loạt các sản phẩm sữa khác nhau như các loại sữa chua,
phomat, bơ chua…
1. Sữa chua: Một số chủng vi khuẩn lactic thường dùng: [4]
 Sữa chua:
Streptococcus lactis
Streptococcus cremoric`
Streptococcus diacetyllactic
Betacoccus citrovorus

30-35oC
25oC

20-30oC
20-30oC

 Sữa chua Yogurt
Streptococcus thermophilus
Lactobacillus bulgaricus

42-45oC
42-45oC

 Sữa chua acidophilus
Lactobacillus acidophilus

42-45oC

 Sữa chua keir
Streptococcus lactis
Lactobacillus caucasicus
 Sữa chua kumiss
Thermobactarium bulgaricus

42-45oC
Page 24


VI KHUẨN LACTIC

GVHD: TS. NGUYỄN THÚY HƯƠNG

Sữa chua là sản phẩm thu được thông qua một số hoạt động của một số vi sinh vật

lên men sữa trong đó chủ yếu là khu hệ vi khuẩn lactic và nấm men (men sữa).
Vì có hàm lượng acid lactic cao nên protein sữa khơng tiếp tục phân giải, mặt khác vì
có q trình lên men phụ tạo ra diacetyl, các ester, các acid hữu cơ bay hơi nên sữa giờ
cũng có nhiễm ít nhiều vi khuẩn (từ không khí, từ tay người hoặc từ dụng cụ vắt sữa). Vi
khuẩn mau chóng phát triển. Nhóm vi khuẩn gây thối sẽ phân giải một số protein của
sữa và vì vậy tạo điều kiện cho nhóm vi khuẩn lactic phát triển.
Vi khuẩn lactic sẽ làm tích lũy dần acid lactic, do đó ngăn cản sự phát triển của nhóm
vi khuẩn gây thối. Khi acid lactic được tích lũy nhiều rồi thì vi khuẩn lactic khơng thể
tiếp tục phát triển được nữa.
2. Fromage (Phomat) [3]
Fromage cũng là một sản phẩm có giá trị chế biến từ sữa. Để làm fromage người ta
phải dùng enzyme đông tụ sữa (presure) lấy từ dạ dày bê con để tách casein từ sữa ra,
sau đó tiếp tục cho lên men với một nồng độ muối loãng.
Tùy loại fromage mà quá trình làm chín có thể do những tập đồn vi sinh vật khác
nhau tham gia. Có loại fromage (fromage Hà Lan) được lên men nhờ vi khuẩn lactic
(nhóm ưa ẩm và nhóm ưa nóng) cùng với vi khuẩn propionic. Có loại vi khuẩn lên men
nhợ vi khuẩn lactic (nhóm ưa ấm), vi khuẩn sinh sắc tố đỏ và nấm mốc ( Penicillium
candium, P.camenberti). Có loại fromage (fromage Roquefort) được lên men nhờ vi
khuẩn lactic và nấm penicillinum roqueforti.
Bảng 9: Vi sinh vật sử dụng trong sản xuất các sản phẩm lên men sữa
Lactobacillus

Lactococcus
Leuconostoc
Streptococcus
Pediococcus
Acetobacter

Lactobacillus delbrueckii
Lactobacillus delbrueckii ssp.lactis

Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus
Lactobacillus helveticus
Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus casei
Lactobacillus kefir
Lactococcus lactis ssp.lactis
Lactococcus lactis ssp.lactis var diacetylatis
Lactococcus lactis ssp.cremovis
Leuconostoc mesenteroides
Leuconostoc mesenteroides ssp.destranicum
Leuconostoc mesenteroides ssp.cremoris
Streptococcus thermophilus
Pediococcus pentosaceus
Pediococcus acidilactis
Acetobacter aceti

Bảng 10: Một số sản phẩm lên men từ sữa phổ biến trên thế giới
Vi sinh vật sử dụng
Vi khuẩn ưa ấm
 Lactococci

Tên sản phẩm
Buttermilk, Kjaddermilk,
Smetanka, Teretmjolk.

Viili,

Arenin,

Page 25