TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KTMT -š›&š› - TIỂU LUẬN VI SINH VẬT HỌC GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai Lớp: 01DHSH1 Đề tài: Ứng dụng vi khuẩn Lactic lên men sữa Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Cẩm Duyên (2008100050) Lê Thị Thu Hà (2008100038) Nguyễn Vương Anh Khoa (2008100121) TPHCM, Tháng 12 Năm 2011 Mục lục: LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………… NỘI DUNG I 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 II 1.1 1.2 2.1 2.2 III Vi khuẩn Lactic Cơ chế lên men Lactic Vi khuẩn Lactic………………………………………………… Vi khuẩn Lactic gì? .3 Đặc điểm phân loại vi khuẩn Lactic………………………….3 Cơ chế lên men Lactic……………………………………………5 Lên men Lactic………………………………………………… Hoạt tính lên men Lactic…………………………………………6 Cơ chế lên men Lactic……………………………………………6 Ứng dụng vi khuẩn Lactic trình lên men sữa Sản xuất sữa chua……………………………………………… Giới thiệu sữa chua……………………………………………8 Ảnh hưởng vi khuẩn Lactic việc sản xuất sữa chua…8 Sản xuất Bơ phô mai…………………………………………9 Giới thiệu bơ phơ mai……………………………………… Ảnh hưởng vi khuẩn Lactic có Bơ phô mai………10 Những đối tượng nghiên cứu khác trình lên men Lactic…………………………………………………………….11 KẾT LUẬN……………………………………………………………….14 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………15 LỜI MỞ ĐẦU Như biết, sữa tươi loại thực phẩm quý, giàu chất dinh dưỡng đạm, đường, khoáng, vitamin chất khống… Lên men lactic q trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật điều kiện yếm khí Sự lên men lactic biết ứng dụng từ lâu đời dân gian lên men chua rau quả, làm sữa chua, sữa đông Sự lên men lactic sử dụng rộng rãi việc chế biến sữa thành loại sản phẩm sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá trị dinh dưỡng, vừa có tính chất chữa bệnh đường ruột giúp ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa mà cịn có tác dụng bảo quản lâu sữa tươi Để hiểu rõ trình lên men lactic ứng dụng vi khuẩn lactic, đặc biệt lên men sữa nên chúng em chọn đề tài NỘI DUNG I Vi khuẩn Lactic Cơ chế lên men Lactic: Vi khuẩn Lactic 1.1 Vi khuẩn lactic gì? Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillaceae Acid lactic phát vào năm 1780 nhờ nhà hóa học Sheele người Thụy Điển Ở sữa chua, acid lactic thừa nhận sản phẩm trình lên men vào năm 1847 Các chủng vi khuẩn thuộc nhóm có đặc điểm sinh thái khác đặc tính sinh lý tương đối giống Nhóm vi khuẩn lactic bao gồm nhiều giống khác nhau: Streptococcus, Pediococcus, Lactobacillus, Leuconostoc Ngày người ta bổ sung vào nhóm vi khuẩn lactic chủng vi khuẩn thuộc giống Bifidobacterium 1.2 Đặc điểm phân loại vi khuẩn Lactic 1.2.1 Đặc điểm chung: Vi khuẩn Lactic vi khuẩn Gram dương, không tạo bào tử, không di động, hô hấp tùy tiện ( kị khí hiếu khí ) không chứa men hô hấp xitoccrom catalaza Chúng thu nhận lượng nhờ trình phân giải hydrat cacbon sinh axit lactic, sinh sản hình thức phân đơi tế bào 1.2.2 Phân loại vi khuẩn Lactic Tùy thuộc vào hình dạng tế bào mà người ta chia vi khuẩn lactic thành dạng hình cầu hình que Kích thước chúng thay đổi tùy lồi - Giống Streptococcus có dạng hình trịn hình ovan, đường kính tế bào 0.5-1µm Sau phân chia theo phương chúng thường xếp riêng biệt, cặp đôi chuỗi ngắn Streptococcus Leuconostoc - Giống Leuconostoc có hình dạng dài hình ovan, đường kính từ 0.5-0.8µm chiều dài khoảng 1.6µm số điều kiện chúng có dạng trịn, chiều dài khoảng 1-3µm Sau phân chia chúng thường xếp thành chuỗi, không tạo thành đám tập trung - Giống Lactobacillus có dạng hình que Tùy vào điều kiện mơi trường sống mà hình dạng chúng thay đổi từ hình que ngắn đến dài Sắp xếp thành chuỗi hay đứng riêng lẽ Lactobacillus Pedicoccus Bifidobacterium - Giống Pedicoccus tứ cầu khuẩn song cầu khuẩn Có hoạt tính thủy phân protein yếu - Giống Bifidobacterium trực khuẩn, phân lập phân nhánh dạng chữ Y, V tập hợp thành khối Sau nhiều lần cấy truyền chúng trở thành dạng trực khuẩn dạng thẳng uốn cong Cơ chế lên men Lactic 2.1 Lên men Lactic Lên men lactic q trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình vi khuẩn lactic Lên men lactic loại hình lên men phát triển thiên nhiên Lên men lactic trình trao đổi lượng Các phân tử ATP hình thành trình chuyển hóa chất (lactose) vi khuẩn giữ lại tế bào để phục vụ cho trình trao đổi sinh trưởng vi sinh vật Ngược lại sản phẩm acid lactic, ethanol, CO2 vi khuẩn thải vào môi trường lên men Kết hàm lượng acid lactic tích lũy mơi trường lên men ngày tăng, làm giảm pH môi trường kéo theo biến đổi hóa lý khác Trong trình lên men lactic, ngồi sản phẩm acid lactic, acid acetic, ethanol, CO2 dung dịch lên men xuất trăm hợp chất hóa học khác Chúng sản phẩm trung gian sản phẩm phụ trình lên men Hàm lượng chúng dịch lên men thường thấp (vài ppm hơn) Một số hợp chật nhóm dễ bay Chúng đóng vai trị quan trọng việc góp phần hình thành nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men lactic Khi nồng độ acid lactic đạt 2-3% ức chế hoạt động vi sinh vật khác, kể E coli Chính thế, Lên men lactic ứng dụng để sản xuất nhiếu sản phẩm khác như: sữa chua, bơ, phơ mai,… Phương trình tóm tắt q trình lên men lactic: C6H12O6 → 2C3H6O3 + 136 Kj (32,4 Kcal) Lên men lactic gồm có lên men đồng hình lên men dị hình Lên men đồng hình: Lượng acid lactic tạo thành chiếm 90%, lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon chuyển thành acid acetic, ethanol CO acetone Lượng sản phẩm phụ tạo phụ thuộc có mặt oxy Các chủng vi sinh vật sử dụng lên men đồng hình như: Lactobacterium casei, Lactobacterium cremoris, Lactobacterium bulgaricus, Lactobacterium delbruckil,… Phương trình tổng quát trình lên men đồng hình: C6H12O6 + ADP + 2Pi → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP Trong số trường hợp, lên men đồng hình chuyển sang dạng di hình điều khiện lên men thay đổi Lên men dị hình: Chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngồi cịn có sản phẩm phụ tương tác với tạo thành ester có mùi thơm Phương trình tổng qt trình lên men dị hình: C6H12O6 → CH3CHOCOOH + CH3COOH + C2H5OH Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn tồn phụ thuộc vào giống vi sinh vật , mơi trường dinh dưỡng phụ thuộc điều kiện ngoại cảnh Acid lactic thường chiếm 40% lượng đường phân hủy, acid suecinic 20%, rượu etylic 10%, acid acetic 10% loại khí khác gần 20% 2.2 Hoạt tính lên men Lactic Vi khuẩn lactic có hoạt tính proteaza: phân hủy protein sữa thành peptit acid amin Hoạt tính lồi khác nhau, thường trực khuẩn cao 2.3 Cơ chế lên men Lactic Lên men lactic trình chuyển hóa đường acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình vi khuẩn lactic Lên men lactic loại hình lên men phát triển thiên nhiên Có hai kiểu lên men lactic: lên men đồng hình lên men dị hình a Lên men lactic đồng hình (điển hình) Trong trường hợp này, acid pyruvic tạo thành theo sơ đồ Embden –Mayerhorf –Parnas (EMP) Sau đó, acid pyruvic tạo thành acid lactic tác dụng enzyme lactadehydrogenase Lượng acid lactic tạo thành chiếm 90% Chỉ lượng nhỏ pyruvic bị khử cacbon để tạo thành acid lactic, etanol, CO acetone Lượng sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào có mặt O2 b Lên men lactic dị hình (khơng điển hình) Xảy trường hợp vi khuẩn lactic khơng có enzyme sơ đồ Embden –Mayerhorf –Parnas (aldolase triozophotphattizomerase), xilulose 5-photphat tạo thành theo đường pentophotphat(PP) Trong trường hợp có 50% lượng đường tạo acid lactic Ngồi ra, cịn có sản phẩm phụ khác như: acid axetic, etanol, CO Các sản phẩm phụ tương tác với tạo thành ester có mùi thơm Phương trình tổng quát: CH 3CHOHCOOH + CH3COOH → C6H12O6 + C2H5OH + COOH(CH2)2COOH + CO2 Glucose acid lactic (40%), acid acetic, etanol, acid sucxinic Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào giống vi sinh vật, vào mơi trường dinh dưỡng điều kiện ngoại cảnh, nói chung acid lactic thường chiếm 40% lượng đường phân hủy, acid suxinic 20%, rượu etylic chiếm 10%, acid acetic 10% loại khí gần 20% II Ứng dụng vi khuẩn lactic lên men sữa Sản xuất sữa chua 1.1 Giới thiệu sữa chua Sữa chua ( sữa lên men), tên goi chung cho sản phẩm từ sữa nhờ trình lên men bởi: nhóm vi khuẩn lactic tổ hợp vi khuẩn lactic nấm men Trên thị trường có nhiều loại sữa chua, đa dạng chủng loại Cấu trúc mùi vị nhà sản xuất để thay đồi để phù hợp với thị hiếu thói quen sử dụng khách hàng Sản phẩm sữa chua phân loại sau: Dựa cấu trúc, mùi vị có loại: Hình Sữa chua Vinamilk + Sữa chua truyền thống: sản phẩm có cấu trúc gel mịn Trong quy trình sản xuất sữa chua truyền thống, sữa nguyên liệu sau xử lý rót vào bao bì Q trình lên men diễn bao bì làm xuất khối đơng( coagulum) tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm + Sữa chua dạng khuấy: khối đông xuất sản phẩm sau trình lên men bị phân hủy phần khuấy trộn học Trong quy trình sản xuất sữa chua dạng khuấy, sữa nguyên liệu xử lý lên men thiết bị chuyên dụng Tiếp theo trình làm rót sản phẩm vào bao bì Sữa chua dạng khuấy khơng có cấu trúc gel mịn đồng sữa chua truyền thống + Sữa chua uống hay sữa chua dạng lỏng: khối đông xuất sản phẩm sau q trình lên men bị phá hủy hồn tồn Sản phẩm có dạng lỏng Điểm khác biệt trình lên men, sử dụng phương pháp khuấy trộn đồng hóa để phá hủy cấu trúc gel khối đông làm giảm độ nhớt cho sản phẩm + Sữa chua lạnh đơng: sản phẩm có dạng kem Quá trình lên men sữa thực thiết bị chuyên dụng, hỗn hợp sau lên menđược đem xử lý lạng đông làm tăng độ cứng cho sản phẩm bao gói + Sữa chua có đặc: quy trình sản xuất bao gồm giai đoạn lên men sữa, có đặc, làm lạnh bao gói sản phẩm Trong q trình đặc, người ta tách bớt huyết sữa khỏi sản phẩm 1.2 Ảnh hưởng vi khuẩn lactic sản xuất sữa chua Chất lương sữa phụ thuôc vào nhiều chất lượng chúng Đối với loại sữa chua, người ta dùng chủng khác nhau, đảm bảo cho sữa chua có mùi vị đặc trưng Một số chủng vi sinh vật thường dùng: Streptococcus lactic, Streptococcus cremoric, Streptococcus diacetyl lactic, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus,… Trong trình lên men, chủng vi sinh vật khơng sản sinh acid lactic mà cịn có acid bay hơi, khí CO 2, este, diacetyl Kết tạo cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưng Vi khuẩn cần thiết cho trình sản xuất sữa chua Streptococcus thermophilus Lactobacillus bulgaricus Hai loài vi khuần nói thuộc lồi vi khuẩn hiếu khí chịu mơi trường có độ acid thấp (pH = ÷ 4,5) L bulgaricus có khả thủy phân casein thành số acid amin tạo điều kiện cho S thermophilus phát triển Trong sản xuất sữa chua ni cấy hỗn hợp, hai lồi cho thấy: giai đoạn đầu trình sản xuất, pH sữa thích hợp cho lồi Streptococcus hoạt động chiếm ưu đảm bảo cho trình lên men lactic bắt đầu Hoạt động enzyme phân hủy casein Lactobacillus kích thích phát triển Streptococcus, độ acid tăng lên pH sữa thay đổi làm cho Streptococcus khó phát triển Lúc Lactobacillus thay chỗ vón cục sữa bắt đầu Sữa chua sản xuất từ sữa tươi tự nhiên sữa bột hòa tan với sữa tươi Sau trùng nhiệt độ 95 ̊C, sữa làm lạnh đến nhiệt độ 42- 46̊ C,và cấy hai loại vi khuẩn để thực trình lên men nhiệt độ 40 – 50 C ̊ thời gian – 3h Để sản phẩm có độ chua nhẹ thơm, người ta có thề sử dụng tế bào vi khuẩn Streptococcus giai đoạn non mơi trường lên men có độ acid thấp Ngược lại, muốn sữa chua có độ acid cao cần sử dụng tế bào Streptococcus già sử dụng Lactobacillus Nhiều người cho Streptococcus tạo acid lactic Lactobacillus định mùi vị cấu trúc sản phẩm, có cấu trúc cho Streptococcus thúc đẩy nhiều q trình sinh hóa tạo hương thơm đặc trưng Khi lấy giống riêng lẻ mùi vị cấu trúc khơng kết hợp lồi Do đó, tỉ lệ giống thích hợp 1: Lactobacillus bulgaricus vi khuẩn lên men điển hình, phát triển tốt nhiệt độ 45 – 50 ̊C môi trường có độ acid cao tạo đến 2,7% acid lactic từ đường lactose Streptococcus thermophilus vi khuẩn lactic chịu nhiệt lên men điển hình, phát triển tốt nhiệt độ 50̊C sản sinh tốt nhiệt độ 37 ÷ 40 ̊C phát triển mơi trường có độ acid thấp lactobacillus bulgaricus Sản xuất bơ phô mai 2.1 Giới thiệu bơ phô mai Bơ sản phẩm làm từ mỡ sữa Có nhiệt lớn, độ tiêu hóa cao, giàu loại vitamin A,E,B1,B2,C,D Bơ có nhiều loại, khác thành phần, mùi vị phương pháp chế biến Phân loại bơ: Theo mùi vị: Bơ Bơ chua Bơ mặn Bơ có gia vị 10 Hình Miếng bơ vng Phơ mai dạng thức ăn giàu dinh dưỡng chế biến từ sữa phương pháp bảo quản sữa Phô mai sản phẩm đặc hay bán lỏng, dạng tươi chín làm từ việc đơng tụ sữa rennet hay chất gây đông tụ khác làm nước Phân loại phô mai: Loại cứng (độ ẩm 41%) Loại cứng (49-56%) Loại bán cứng (54-63%) Loại bán mềm (61-69%) Loại mềm (>67%) 2.2 Hình Phơ mai Ảnh hưởng vi khuẩn lactic có bơ phơ mai • Bơ: Ảnh hưởng vi khuẩn lactic thể rõ trình lên men bơ, mục đích tạo cho bơ có mùi đặc trưng Mức độ tạo hương sản phẩm phụ thuộc nhiều vào giai đoạn này, làm bơ không qua giai đoạn lên men tạo sản phẩm khơng có mùi thơm Quá trình làm giảm độ acid giúp tăng giá trị cảm quan bơ Bơ thành phẩm có mùi thơm chủ yếu nhờ trình lên men số loài vi khuẩn lactic : Streptococcus diacetylactic, Leuconostos citrovorum • Phơ mai: Tương tự bơ, phô mai tồn chủng vi khuẩn lactic chủ yếu:Lactobacillus: L.lactic, L.bulgaricus, L.helveticus, L.casei… Streptococus: S.lactic subsp diacetilactic, S.cremoris, S.thermophillus Leuconostoc Đây vi khuẩn ưa ấm ưa nhiệt với chế lên men đồng hình dị hình Vai trị chúng tạo acid lactic q trình lên men góp phần gây đông tụ sữa tạo độ chua cho khối đông Một số chủng cịn tham gia vào q trình chuyển hóa acid lactic, phân giải protein… để tạo nên màu sắc, mùi vị, hình dạng tiêu hóa lý đặc trưng cho phomai thành phẩm 11 III Những đối tượng nghiên cứu khác trình lên men lactic Nhờ khả tạo acid lactic từ nguồn cacbon hydrat khác mà chủng vi khuẩn lactic ứng dụng nhiều ngành sản xuất chế biến Những ứng dụng công nghệ thực phẩm Trong công nghệ thực phẩm, việc sử dụng q trình lên men lactic khơng nhằm mục đích bảo quản mà cịn nhằm đưa thị trường loại thực phẩm có tính chất hương vị mong muốn Các ứng dụng chủ yếu gồm: 1.1 Sản xuất bánh mỳ đen Đây loại bánh mỳ có chất lượng cao bên cạnh trình lên men nấm men tạo rượu etylic CO2 Người ta sử dụng trình lên men vi khuẩn lactic để tạo vị chua hương thơm đặc trưng cho sản phẩm 1.2 Ủ thức ăn gia súc Đây phương pháp sử dụng phổ biến trang trại chăn nuôi Thức ăn ủ giảm tổn thất giá trị dinh dưỡng mà bổ sung nhiều loại vitamin vi sinmh vật tổng hợp Phương pháp dựa vào chuyển hóa đường có sẵn nguyên liệu vi khuẩn lactic Để khối ủ chua thức ăn gia súc có chất lượng tốt, người ta thường sử dụng vi khuẩn lactic khiết như:Lactobacillus plantarm, Thermobacterium cerealle 1.3 Muối chua rau Cũng ủ chua thức ăn gia súc, vấn đề muối chua rau nhằm thực hai mục đích: - Bảo quản nguyên liệu 12 - Làm tăng giá trị dinh dưỡng giá trị cảm quan Đây phương pháp vừa chế biến vừa bảo quản rau phổ biến, sử dụng nhiều gia đình kĩ nghệ đồ hộp Hiện có nhiều sản phẩm muối chua sản xuất sử dụng rộng rãi dưa cải muối chua, dưa chuột muối chua 1.4 Sản xuất axit lactic muối lactat Ngoài việc ứng dụng sản phẩm lên men, người ta sử dụng chủng lactic Lactobacterium coaglulans Lactobacillus delbrueckii để sản xuất lượng lớn axit lactic muối lactat dùng làm chất phụ gia thực phẩm Ứng dụng y học Bằng hàng loạt thí nghiệm, nhà nghiên cứu rằng, cần ngâm thực phẩm môi trường chứa vi khuẩn lactic 10 – 15 phút trước chiên, nướng giảm hình thành acrylamide đến 90% sản phẩm cuối Acrylamide tạo thành từ phản ứng amino axit asparagine đường nhiệt độ 1200C Quá trình này, gọi phản ứng Maillard, tạo màu nâu đặc trưng hương vị thơm ngon cho chiên, nướng Một số ứng dụng khác vi khuẩn lactic Ứng dụng ngành công nghệ vật liệu Ứng dụng ngành mỹ phẩm Ngồi mặt có lợi ứng dụng phát huy, vi khuẩn lactic cịn gây tác dụng có hại Gây tượng đục bị chua công nghệ sản xuất bia, nước ngọt, rượu vang, làm ảnh hưởng 13 xấu đến chất lượng sản phẩm Do cần phải có biện pháp phịng chống lại ảnh hưởng xấu KẾT LUẬN Ứng dụng vi khuẩn lactic công nghiệp đời sống vô đa dạng, phong phú Vi khuẩn lactic gồm nhiều chủng loại Trong đó, có nhiều vi sinh vật có lợi cho sức khỏe người nên áp dụng nhiều lĩnh vực thực phẩm, y học, cơng nghệ,… 14 Trong q trình lên men sữa, lactic đóng vai trị quan trọng việc hình thành phát triển vi sinh vật có lợi, trao đổi chất với môi trường tạo thành chất có lợi Qua tiểu luận này, nhóm em hiểu rõ vi khuẩn lactic, hiểu trình, chế lên men vi khuẩn lactic ứng dụng thực tế… TÀI LIỆU THAM KHẢO http://lambachdt1987.blogspot.com/2010/10/vi-khuan-lactic.html http://tailieu.vn/tag/tai-lieu/vi%20khu%E1%BA%A9n%20lactic.html 15 16 ... dụng bảo quản lâu sữa tươi Để hiểu rõ trình lên men lactic ứng dụng vi khuẩn lactic, đặc biệt lên men sữa nên chúng em chọn đề tài NỘI DUNG I Vi khuẩn Lactic Cơ chế lên men Lactic: Vi khuẩn Lactic. .. II Ứng dụng vi khuẩn lactic lên men sữa Sản xuất sữa chua 1.1 Giới thiệu sữa chua Sữa chua ( sữa lên men) , tên goi chung cho sản phẩm từ sữa nhờ trình lên men bởi: nhóm vi khuẩn lactic tổ hợp vi. .. đường acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình vi khuẩn lactic Lên men lactic loại hình lên men phát triển thiên nhiên Có hai kiểu lên men lactic: lên men đồng hình lên men dị hình a Lên men lactic