Ứng dụng vi sinh vật trong chế biến thực phẩm.

Chương 5: Ứng dụng VSV trong
chế biến thực phẩm.
1. Lên men ethanol và các ứng dụng
2. Lên men lactic và các ứng dụng
3. Vi khuẩn acetic và quá trình oxy hóa
ethanol thành acid acetic


1. Lên men ethanol và các ứng
dụng
Vi sinh vật trong sản xuất ethanol
Sản xuất ethanol
Sản xuất bánh mì
Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên men



Vi sinh vật dùng trong lên men ethanol


Nhóm vi sinh vật chuyển hóa đường thành
ethanol:
Nấm men: Saccharomyces cerevisiae,
Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces
marxianus…
 Vi khuẩn: Zymomonas mobilis, Clostridium
sporogenes…



Nấm men S. cerevisiae



Nguồn cơ chất:
Carbon: khả năng lên men
• Glucose (+), Fructose (+), Galactose (+/-), Xylose (-)
• Sucrose (+/-), Maltose (+/-), Trehalose (+), Melibiose
(+/-), Lactose (-), Cellobiose (-)
• Raffinose (+/-), Maltotriose (+/-)
 Nitơ:
• Hữu cơ: acid amin, peptide
• Vơ cơ: muối NH4+ dạng sulfate, phosphate, không sử
dụng nitrate và nitrite
 Khoáng và các yếu tố sinh trưởng: vitamine (+/-)…



Xylose (C5H10O5)


Raffinose

Maltotriose


Nấm men S. cerevisiae


Sinh trưởng:




Topt = 28 – 30 oC, pHopt = 4.0 – 5.5

Trao đổi năng lượng:
Trong điều kiện kỵ khí: sử dụng cơ chất – đường và
con đường chuyển hóa – EMP.
Sản phẩm chính: ATP, ethanol và khí carbonic
 Trong điều kiện hiếu khí: sử dụng cơ chất – đường và
con đường chuyển hóa – EMP và chu trình Crebs.
Sản phẩm chính: ATP, nước và khí carbonic.



Nấm men S. cerevisiae





Hiệu ứng Pasteur: oxy ức chế quá trình chuyển hóa
đường thành ethanol và làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp
ethanol
Hiệu ứng Crabtree: trong điều kiện có oxy, một phần
đường sẽ được chuyển hóa thành ethanol
Ứng dụng:
 Sản xuất ethanol
 Sản xuất thức uống lên men không qua chưng cất
(vang, bia, nước trái cây lên men có độ cồn thấp), thức
uống lên men qua chưng cất (cognac, rhum, wishky…)

 Chế biến TP truyền thống: bánh mì, cơm rượu, kefir…


Sản xuất ethanol


Nguyên liệu:
Chứa đường:
 Chứa tinh bột:
 Chứa cellulose:
 Các thành tựu về vi sinh vật chuyển gen cho phép sử
dụng các nguyên liệu mới: hemicellulose, huyết thanh
sữa (whey)…



Sản xuất ethanol


Chuẩn bị môi trường lên men:
Nguyên liệu chứa đường: tách tạp chất, bổ sung và
hiệu chỉnh hàm lượng cơ chất, chỉnh pH, diệt vi sinh
vật…
 Nguyên liệu chứa tinh bột: thủy phân, bổ sung và hiệu
chỉnh hàm lượng cơ chất, chỉnh pH…



Sản xuất ethanol


Lên men:

Canh trường giống: 120 triệu tế bào/mL, cấy giống 610% v/v
 Phương pháp lên men: gián đoạn, liên tục hoặc lên
men bằng vi sinh vật cố định
 Sản phẩm phụ trong quá trình lên men: hàng trăm chất
khác nhau được chia thành 4 nhóm: aldehyde, rượu
cao phân tử, acid hữu cơ và ester.
 Chỉ tiêu quan trọng nhất trong sản xuất cồn: hiệu suất
sinh tổng hợp ethanol
 Xử lý sau khi lên men:
 chưng cất và tinh luyện ethanol, bảo quản sản phẩm



Sản xuất ethanol


Phương pháp truyền thống ở Việt Nam: nguyên
liệu chứa tinh bột
Phương pháp Amilo: sử dụng Mucor và S. cerevisiae;
thủy phân tinh bột và lên men đồng thời trong cùng 1
thiết bị
 Phương pháp Mucomalt: sử dụng A. oryzae và S.
cerevisiae; thủy phân tinh bột trước rồi lên men sau
(thường sử dụng hai thiết bị)
 Vấn đề: hiệu suất thủy phân tinh bột thấp, đường sót
cao… nên hiệu quả kinh tế rất thấp và ít được áp dụng
trên thế giới




Sản xuất bánh mì


Các vấn đề quan trọng trong quá trình lên men:
Bột nhào (hỗn hợp bột mì, nấm men, nước và phụ gia)
với hàm lượng đường khoảng 1% nên lượng CO2 thốt
ra khơng đủ làm nở bột
 Hệ amylase trong bột mì (-amylase) xúc tác làm thủy
phân tinh bột để cung cấp đường cho quá trình lên
men



Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên
men ethanol




CNSX saccharose từ mía/ củ cải đường
CN chế biến trái cây (nước trái cây, đồ hộp trái
cây…)
CNSX syrup và nước giải khát


2. Lên men lactic và các ứng
dụng

Vi khuẩn lactic
Sản xuất rau quả muối chua
Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên men lactic



Vi khuẩn lactic


Theo khóa phân loại của Bergey (1994), vi khuẩn
lactic gồm 11 giống, với 5 giống được sử dụng
trong công nghiệp:
Streptococcus
 Lactococcus
 Lactobacillus
 Leuconostoc
 Bifidobacterium



Vi khuẩn lactic


Hình thái: Gram dương (G+)
Hình cầu: Streptococcus, Lactococcus , Leuconostoc
 Hình gậy: Lactobacillus, Bifidobacterium





Sinh sản: vơ tính
Vi khuẩn lactic khơng có cytochrome và catalase,
khơng thực hiện q trình hơ hấp hiếu khí  hàm
lượng oxy cao có thể ức chế quá trình trao đổi
chất của vi khuẩn


Streptococcus

Lactobacillus


Vi khuẩn lactic


Nguồn cơ chất:
Carbon: đường đơn (glucose…) và đường đơi (lactose,
sucrose)
 Nitơ: hữu cơ (acid amine, peptide…). Chỉ có 1 vài lồi
thuộc giống Streptococcus có thể sinh trưởng trên mơi
trường chứa amơn là nguồn nitơ duy nhất.
 Khống và các yếu tố sinh trưởng: vitamin, purine,
pyrimidine…



Vi khuẩn lactic





Thuộc nhóm ưa ấm hoặc ưa nhiệt
pH tối thích nằm trong vùng acid, 1 số lồi có thể
chịu được pH = 2,9 – 3,2
Lên men lactic là quá trình trao đổi năng lượng.
Có 2 kiểu lên men: đồng hình và dị hình
Lên men đồng hình: phân giải glucose theo con đường
E.M.P
1glucose  2 acid lactic
 Lên men dị hình: phân giải glucose theo con đường
pentose phosphate
1 glucose  1 a.lactic + 1 ethanol + 1 CO2



Vi khuẩn lactic




Giống vi khuẩn lactic công nghiệp:
 Dạng O (Lactococcus lactis, Lactococus cremoris): sử
dụng nhằm mục đích sinh tổng hợp acid lactic
 Dạng
D (Lactococus diacetylactis), dạng DL
(Lactococus diacetylactis và Leuconostoc…): sử dụng
nhằm mục đích tạo hương cho thực phẩm lên men
Ứng dụng:
 Sản xuất acid lactic, dextran

 Sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa: yaourt, kefir,
bơ,…
 Sản xuất các sản phẩm lên men truyền thống: rau quả
muối chua, nem…


Sản xuất rau quả muối chua


Quá trình lên men: 3 giai đoạn
Vi khuấn lactic và nhóm vi sinh vật có trong nguyên liệu
cùng phát triển
 Vi khuẩn lactic tiếp tục phát triển vào tạo acid lactic ức
chế vi sinh vật gây thối
 Vi khuẩn lactic bị ức chế bởi chính sản phẩm trao đổi
chất của chúng




Mục đích: chế biến và bảo quản


Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên
men lactic





CNSX saccharose
CNSX đồ uống (thức uống lên men: bia, vang…;
thức uống không lên men: nước ngọt)
CN chế biến rau quả
CN chế biến thịt cá


3. Vi khuẩn acetic và q trình
oxy hóa ethanol thành acid acetic
Vi khuẩn acetic
Oxy hóa khơng hồn tồn ethanol thành acid
acetic
Hư hỏng thực phẩm do q trình oxy hóa
ethanol thành acid acetic



Vi khuẩn acetic.



Gồm 2 giống: Acetobacter và Gluconobacter
Hình thái:
Hình gậy (Acetobacter 0,6 – 0,8 x 1,0 – 3,0mm và
Gluconobacter 0,6 – 0,8 x 1,5 – 2,0mm)
 Dạng đôi hoặc dạng chuỗi, Gram (-)
 Một số lồi có thể chuyển động, một số khác có thể
sinh tổng hợp polysaccharide ngoại bào (levan,
cellulose)





Sinh sản: vơ tính
Thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc