Đồ án Nâng cao chất lượng sữa chua bằng phương pháp vi gói vi khuẩn lactic
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
--------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG SỮA CHUA
BẰNG PHƢƠNG PHÁP VI GÓI
VI KHUẨN LACTIC
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số ngành: 111
GVHD: TS. Nguyễn Thúy Hƣơng
SVTH: Đỗ Quốc Cƣờng
TP. Hồ Chí Minh, 7 / 2009
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thúy Hương đã tận tình giúp đỡ, hướng
dẫn và truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu trong suốt quá trình làm Đồ án tốt
nghiệp.
Em xin cảm ơn các thầy, cô phụ trách Phòng Thí nghiệm Công nghệ sinh học,
Bộ môn Công nghệ sinh học, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Bách khoa
Tp. HCM đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất về phương tiện để em hoàn thành
Đồ án này.
Em xin cảm ơn các thầy, cô thuộc Khoa Môi trường và Công nghệ sinh học,
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp. HCM đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt kiến
thức cho em trong suốt thời gian em học tập tại trường.
Em xin cảm ơn các anh, chị lớp Cao học Công nghệ sinh học niên khóa 2006
và 2007, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM đã giúp đỡ em trong suốt thời gian
làm Đồ án tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các bạn Nguyễn Mạnh Tùng, Trần Thu Trang, Nguyễn Thị Bé,
Nguyễn Thị Quỳnh Ly và tất cả các bạn thuộc lớp Công nghệ sinh học niên khóa
2005, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp. HCM đã giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian học tập tại trường và thời gian làm Đồ án tốt nghiệp.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bố mẹ tôi và toàn thể đại gia đình của tôi đã động
viên và giúp đỡ tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6/2009
Đỗ Quốc Cường
i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………..1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU……………………………………………... 2
1.1 Tổng quan về vi khuẩn lactic……………………………………………………..3
1.1.1 Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic………………………………………….3
1.1.2 Hoạt động sinh hóa, trao đổi chất của vi khuẩn lactic và một số chủng
vi khuẩn lactic điển hình……………………………………………………...4
1.1.3 Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus……………………………………….....7
1.2 Tổng quan về sữa và sữa chua……………………………………………………9
1.2.1 Thành phần dinh dưỡng, đặc điểm của sữa và sữa chua…………………….. 9
1.2.2 Hệ vi sinh vật tồn tại trong sữa và sữa chua………………………………...17
1.2.3 Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua……………………………………..18
1.3 Tổng quan về vi gói……………………………………………………………..21
1.3.1 Khái niệm, đặc điểm, ưu và nhược điểm của vi gói………………………...21
1.3.2 Các phương pháp vi gói hiện nay…………………………………………...24
1.3.2.1 Phương pháp nhỏ giọt…………………………………………………24
1.3.2.2 Phương pháp polymer hóa liên kết bề mặt……………………………26
1.3.2.3 Phương pháp ngưng tụ polymer hóa…………………………………..27
1.3.2.4 Phương pháp tách pha đông tụ……………………………………….. 27
1.3.3 Vật liệu vi gói, đặc điểm của vật liệu vi gói………………………………...30
1.3.3.1 Gelatin………………………………………………………………... 30
1.3.3.2 Alginate………………………………………………………………. 32
1.3.3.3 Các hợp chất vi gói khác……………………………………………... 34
Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM…………………..39
2.1 Trang thiết bị, hóa chất, vật liệu………………………………………………...40
2.2 Nội dung thí nghiệm…………………………………………………………….40
2.2.1 Sơ đồ nội dung thí nghiệm…………………………………………………..40
2.2.2 Bố trí thí nghiệm…………………………………………………………….40
2.2.2.1 Hoạt hóa, tăng sinh và giữ giống vi khuẩn L. acidophilus……………40
2.2.2.2 Khảo sát sinh học giống vi khuẩn L. acidophilus……………………. 41
2.2.2.3 Thu sinh khối tế bào………………………………………………….. 42
ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2.2.4 Vi gói vi khuẩn L. acidophilus……………………………………….. 43
2.2.2.5 Khảo sát chất lượng hạt vi gói………………………………………...44
2.3 Các phương pháp liên quan……………………………………………………..47
2.3.1 Các phương pháp vi sinh……………………………………………………47
2.3.1.1 Phương pháp pha chế môi trường dinh dưỡng MRS………………….47
2.3.1.2 Phương pháp nghiên cứu hình thái vi sinh vật……………………….. 48
2.3.1.3 Phương pháp kiểm tra số lượng tế bào………………………………..49
2.3.2 Phương pháp hóa sinh – Phương pháp kiểm tra quá trình lên men lactic….. 50
2.3.3 Các phương pháp khác……………………………………………………... 51
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN…………………………………………..53
3.1 Khảo sát đặc điểm sinh học của giống vi khuẩn L. acidophilus………………...54
3.1.1 Tăng sinh và giữ giống trên môi trường MRS………………………………54
3.1.2 Quan sát vi thể, đại thể vi khuẩn L. acidophilus…………………………….54
3.1.3 Khảo sát khả năng lên men lactic của L. acidophilus……………………….55
3.2 Khảo sát quy trình vi gói vi khuẩn L. acidophilus………………………………56
3.2.1 Khảo sát nồng độ gelatin……………………………………………………56
3.2.2 Tạo chế phẩm vi gói và khảo sát kích thước hạt gel……………………….. 57
3.3 Khảo sát chất lượng hạt vi gói…………………………………………………..58
3.3.1 Khảo sát khả năng tồn tại của vi khuẩn lactic trong môi trường dạ dày
nhân tạo SGJ………………………………………………………………...58
3.3.2 Khảo sát biến động pH, acid lactic trong quá trình lên men……………….. 60
3.3.3 Khảo sát đánh giá chất lượng cảm quan trong sản phẩm sữa lên men……...60
Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………….. 63
4.1 Kết luận………………………………………………………………………….64
4.2 Kiến nghị……………………………………………………………………….. 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………66
PHỤ LỤC
iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 – Một số chỉ tiêu vật lý của sữa bò…………………………………………9
Bảng 1.2 – Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò………………………….. 10
Bảng 1.3 – Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò………………………………..12
Bảng 1.4 – Thành phần một số nguyên tố vi lượng trong sữa bò…………………...12
Bảng 1.5 – Thành phần dinh dưỡng của sữa chua…………………………………..15
Bảng 1.6 – Một vài loại vitamin có mặt trong sữa chua…………………………….16
Bảng 3.1 – Bảng giá trị đo pH, VNaOH và hàm lượng acid lactic (Σ a)……………...55
Bảng 3.2 – Một số tính chất của chế phẩm vi gói………………………………….. 57
Bảng 3.3 – Kết quả mật độ tế bào sống sót sau khi khảo sát trong môi trường
dạ dày nhân tạo SGJ……………………………………………………. 58
Bảng 3.4 – % tế bào tồn tại so với mật độ ban đầu ở pH=2………………………...58
Bảng 3.5 – So sánh khả năng lên men của hai hình thức tiếp giống là tế bào
tự do và các chế phẩm vi gói…………………………………………... 60
Bảng 3.6 – Bảng tổng hợp thứ tự so hàng………………………………………….. 61
Bảng 3.7 – Bảng kết quả cảm quan theo phương pháp cặp đôi……………………..61
iv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 – Lactobacillus acidophilus………………………………………………...8
Hình 1.2 – Quy trình công nghệ sản xuất yaourt……………………………………19
Hình 1.3 – Các loại vi gói…………………………………………………………...21
Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp nhỏ giọt……………………………24
Hình 1.5 – Sơ đồ mô tả phương pháp polymer hóa…………………………………26
Hình 1.6 – Sơ đồ mô tả quá trình ngưng tụ polymer hóa liên kết bề mặt………….. 27
Hình 1.7 – Các giai đoạn của quá trình tách pha đông tụ đơn………………………28
Hình 1.8 – Sơ đồ quy trình điều chế vi gói bằng phương pháp tách pha đông
tụ đơn……………………………………………………………………28
Hình 1.9 – Sơ đồ quy trình điều chế vi gói bằng phương pháp tách pha đông
tụ phức…………………………………………………………………..29
Hình 1.10 – Thành phần các acid amin trong gelatin……………………………….30
Hình 1.11 – Cấu trúc hóa học của gelatin…………………………………………...30
Hình 1.12 – Thành phần cấu trúc của alginate……………………………………... 33
Hình 2.1 – Sơ đồ nội dung thí nghiệm………………………………………………41
Hình 3.1 – Môi trường tăng sinh và giữ giống L. acidophilus………………........... 54
Hình 3.2 – Hình chụp vi thể, đại thể tế bào vi khuẩn L. acidophilus………………. 55
Hình 3.3 – Hình chụp chế phẩm vi gói……………………………………………...57
v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC ĐỒ THỊ
Đồ thị 1 – Biểu diễn giá trị pH của mẫu đối chứng và mẫu dịch lên men…………. 56
Đồ thị 2 – Biểu diễn hàm lượng acid lactic sinh ra trong thời gian nuôi cấy……….56
Đồ thị 3 – Biểu diễn mật độ tế bào trong môi trường dạ dày nhân tạo
SGJ ở pH=2……………………………………………………………... 59
vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỞ ĐẦU
Từ rất lâu trong lịch sử loài người, chúng ta đã biết đến một nguồn thực phẩm
rất giàu dinh dưỡng đó là sữa. Sữa là nguồn thực phẩm dành cho các loài động vật có
vú còn non mới sinh chưa thể sử dụng các loại thực phẩm khác. Trong sữa có chứa
nhiều chất dinh dưỡng như glucid, protein, lipid, khoáng, vitamin,…Những hợp chất
này rất có lợi và cần thiết cho sức khỏe và sự tăng trưởng, phát triển của con người
và các loài động vật. Là nguồn thực phẩm quan trọng, nên các sản phẩm từ sữa đã
được đa dạng hóa như phô mai, bơ, sữa lên men yaourt, kefir là các sản phẩm truyền
thống đã có từ rất lâu trước đây cho đến các sản phẩm hiện đại được sản xuất theo
dây chuyền công nghiệp như sữa tươi thanh trùng, tiệt trùng, sữa nguyên kem, sữa
bột, sữa gầy, sữa cô đặc,…Tất cả nhằm nâng cao chất dinh dưỡng và bảo quản sữa
tốt hơn.
Trong đó sữa chua là một trong những thực phẩm được quan tâm hàng đầu,
bởi nó được xem như là một dạng thực phẩm chức năng chứa các vi khuẩn probiotic
có lợi cho sức khỏe con người. Tuy nhiên, sản phẩm sữa chua được sản xuất theo
kiểu truyền thống, cộng với việc phân phối và bảo quản không tốt nên làm cho vi
khuẩn probiotic không được bảo vệ, dẫn đến không phát huy được tác dụng tích cực
khi đi vào môi trường cực đoan trong cơ thể con người như môi trường dạ dày, muối
mật,…Đề tài “Nâng cao chất lượng sữa chua bằng phương pháp vi gói vi khuẩn
lactic” đã mở ra một hướng nghiên cứu mới để bảo vệ vi khuẩn probiotic và nâng
cao giá trị của sữa chua về chỉ tiêu vi sinh vật.
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.1. Tổng quan về vi khuẩn lactic.
1.1.1. Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic.
Vi khuẩn lactic là những vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium, là
vi khuẩn Gram (+). Đây là những trực khuẩn hoặc cầu khuẩn, đa số không sinh bào
tử, thường không chuyển động và kị khí tùy tiện, vi hiếu khí, chúng không chứa
cytochrom và enzyme catalase, chúng có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase
rất mạnh, phân giải H2O2 để phát triển. Đa số chúng lên men được mono và
disaccharide, một số không lên men được saccharose, số khác không lên men được
đường maltose. Các vi khuẩn lactic không có khả năng lên men tinh bột và các
polysaccharide khác (chỉ có loài L. delbruckii là đồng hóa được tinh bột).
Vi khuẩn lactic thường có dạng hình cầu, hình oval và hình que, đường kính
của dạng cầu khuẩn lactic từ 0,5-1,5 μm, các tế bào hình cầu xếp thành từng cặp
hoặc chuỗi có chiều dài khác nhau. Kích thước tế bào trực khuẩn lactic từ 1-8 μm,
trực khuẩn thường đứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi.
Các loài vi khuẩn lactic có khả năng rất khác nhau tạo thành acid trong môi
trường và sức chịu đựng acid cũng khác nhau. Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình
tạo thành acid cao hơn (khoảng 2-3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%). Các trực
khuẩn này có thể phát triển được ở pH = 4-3,8 còn cầu khuẩn không thể phát triển
được ở môi trường này. Hoạt lực lên men tốt nhất của trực khuẩn lactic ở vùng pH =
5,5-6.
Đa số vi khuẩn lactic (đặc biệt là trực khuẩn đồng hình) rất kén chọn thành
phần dinh dưỡng, chúng chỉ phát triển khi trên môi trường có tương đối đầy đủ các
yếu tố dinh dưỡng cần thiết như acid amin, peptide, protein, vitamin (B1, B2, B6, PP,
các acid pantotenic và acid folic),…
Vi khuẩn lactic có hoạt tính protease, chúng phân hủy được protein của sữa tới
peptide và acid amin. Hoạt tính này ở các loài có khác nhau, thường trực khuẩn là
cao hơn. Chúng chịu được trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn ethylic,
nhiều loài vẫn sống được trong môi trường có 10-15% cồn hoặc cao hơn, một số trực
khuẩn bền với NaCl tới 7-10%. Các vi khuẩn lactic ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối
ưu là 25-350C, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ tối ưu là 40-450C, loài ưa lạnh có thể
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
phát triển được ở nhiệt độ tương đối thấp (khoảng 50C hoặc thấp hơn). Khi gia nhiệt
tới 60-800C hầu hết chúng bị chết sau 10-30 phút.
Một số loại có khả năng tạo màng nhầy. Một số khác có khả năng đối kháng
với thể hoại sinh và các vi sinh vật gây bệnh và làm thối rữa thực phẩm. Vi khuẩn
lactic ngoài khả năng lên men lactic, chúng còn có khả năng sản sinh ra các chất
kháng khuẩn gọi là bacteriocin và được ứng dụng nhiều trong y học cũng như trong
bảo quản thực phẩm.
Vi khuẩn lactic phân bố rộng trong thiên nhiên, trong đất, trong nước, trong
không khí, chủ yếu có mặt trên thực vật (đặc biệt có là ở trên cỏ), trong thực phẩm
(rau, quả, sữa, thịt,…), một số chủng có mặt trong hệ thống đường ruột của cơ thể
người và động vật. Trong cơ thể người và động vật, ngoài đường ruột chúng còn tồn
tại trong khoang miệng. Các dạng cầu khuẩn đường ruột được gọi là Enterococus
hay Streptococus fecalis.
Phân loại vi khuẩn lactic hiện nay chưa hoàn thiện và còn nhiều tranh cãi, chủ
yếu phân loại dựa theo hình dáng tế bào. Thí dụ: cầu khuẩn xếp các giống
Streptococcus và Leuconostoc, còn trực khuẩn xếp thành một giống Lactobacillus [1,
2, 3, 4, 7].
1.1.2. Hoạt động sinh hóa, trao đổi chất của vi khuẩn lactic và một số chủng vi
khuẩn lactic điển hình.
1.1.2.1. Hoạt động sinh hóa, trao đổi chất của vi khuẩn lactic.
Hoạt động sinh hóa, trao đổi chất tiêu biểu nhất của vi khuẩn lactic chính là cơ
chế của quá trình lên men lactic. Qúa trình lên men lactic diễn ra trong tế bào vi
khuẩn. Đầu tiên, đường sẽ được vi khuẩn lactic đưa vào bên trong tế bào nhờ cơ chế
vận chuyển đặc trưng của màng tế bào. Nếu phân tử đường là đường đơn như
glucose thì sẽ vào thẳng chu trình chuyển hóa, còn nếu phân tử đường là đường đôi
hay các dạng đường khác thì sẽ bị thủy phân thành các monosaccharide sau đó mới
vào chu trình chuyển hóa. Sau đó, phân tử đường này sẽ đi vào chu trình chuyển hóa
khác nhau và cuối cùng cho sản phẩm là acid lactic, acid acetic, CO2,…
Dựa vào sản phẩm tạo thành của quá trình lên men, mà người ta chia chúng ra
hai nhóm là vi khuẩn lactic lên men đồng hình hay vi khuẩn lactic lên men dị hình.
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Trường hợp lên men lactic đồng hình: Quá trình lên men tạo acid lactic theo
chu trình Embden-Meyerhorf (con đường EMP). Trong tế bào vi khuẩn lên men
lactic đồng hình có đủ enzyme carboxylase, do vậy pyruvate không bị phân giải sâu
hơn, mà thay vào đó nó nhận hydro được tách ra và chuyển tới pyruvate để tạo thành
acid lactic. Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90% sản phẩm, chỉ một phần nhỏ
pyruvate còn lại bị khử cacbon chuyển thành acid acetic, ethanol, CO2 và acetone,…
C6H12O6 → CH3-CO-COOH → CH3-CHOH-COOH + Năng lượng
(glucose)
(acid lactic)
- Trường hợp lên men lactic dị hình: Xảy ra khi vi khuẩn lactic không có đủ
các enzyme cơ bản của chu trình EMP là andolase và trizaphosphattizomerase. Do
không theo con đường EMP nên chúng chuyển hóa theo con đường Pentose-
Phosphate ở giai đoạn đầu, từ glucose-6-phosphate, 6-phosphoglucose và ribuloae-5-
phosphate dưới tác dụng của enzyme epimerase chuyển thành xilulose-5-phosphate.
Xilulose-5-phosphate sẽ đi theo hai con đường chuyển hóa khác nhau:
+ Xilulose-5-phosphate sẽ được chuyển hóa tiếp thành glyceraldehydes-3-
phosphate. Sau đó bị thủy phân tiếp theo con đường EMP để tạo thành acid lactic.
+ Xilulose-5-phosphate bị thủy phân tiếp theo một con đường khác để tạo
acetyl phosphate. Sau đó, dưới tác dụng của acetatkinase sẽ tạo thành acetate hoặc bị
khử tiếp thành acetaldehyde rồi thành ethanol, acid acetic, CO2,…
C6H12O6 → CH3-CHOH-COOH + HOOC-CH2-CH2-COOH + CH3-COOH
(glucose)
(acid lactic)
+ CH3-CH2OH + CO2 +H2
(ethanol)
(acid sucxinic)
(acid acetic)
+ Lượng sản phẩm phụ của quá trình lên men dị lactic như sau: acid lactic
chiếm 40% (thấp hơn nhiều so với lên men lactic đồng hình), acid sucxinic chiếm
20%, ethanol chiếm 10%, acid acetic chiếm 10% và khoảng 20% còn lại là các loại
khí [1, 2, 3, 4, 7].
1.1.2.2. Một số chủng vi khuẩn lactic điển hình.
a. Các vi khuẩn lactic lên men đồng hình.
Streptococcus lactis: Là cầu khuẩn hoặc trực khuẩn rất ngắn khi còn non, kết
đôi hoặc thành chuỗi ngắn. Chúng là giống ưa ấm, phát triển tốt ở 30-350C, làm đông
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
tụ sữa ở điều kiện này sau 10-12 giờ. Trong môi trường nó tích tụ được 0,8-1% acid
lactic. Nhiệt độ tối thiểu cho phát triển là 100C, tối đa là 45-450C. Một số chủng tạo
thành bacteriocin ở dạng nizin.
Streptococus lactis: Là liên cầu khuẩn lactic được sử dụng rộng rãi trong chế
biến các sản phẩm sữa như sữa chua, crem-bơ chua, phomat. Khi đông tụ sữa các cục
vón chặt và nhẵn được tạo thành.
Streptococcus cremoris: Là tế bào hình cầu, kết thành chuỗi dài, ưa ấm và tạo
ít acid trong môi trường. Nhiệt độ thích hợp cho phát triển là 250C, tối thiểu là 100C,
tối đa là 36-380C. Khi sử dụng được phối trộn với Str. lactis. Một số chủng thuộc
giống Diplococus sinh bacteriocin ở dạng diplococin.
Streptococcus thermophilus: Có dạng hình cầu, kết thành chuỗi dài, phát triển
tốt ở nhiệt độ 40-450C, tích tụ khoảng 1% acid. Dùng phối hợp với trực khuẩn lactic
để chế biến sữa chua nói chung và các loại đặc biệt, sữa chua nấu chín và pho mát.
Lactobacillus bulgaricus: Là trực khuẩn tròn (đôi khi ở dạng hạt), thường kết
thành chuỗi dài, không lên men được saccharose. Đây là giống ưa nhiệt, nhiệt độ tối
ưu là 40-450C, tối thiểu là 15-200C. Nó tạo thành acid mạnh, tích tụ ở trong sữa tới
2,5-3,5% acid lactic. Dùng trong chế biến sữa chua phương nam, sữa ngựa.
Lactobacillus casei: Là trực khuẩn nhỏ, thường gặp ở dạng chuỗi dài hoặc
ngắn, tích tụ tới 1,5% acid. Nhiệt độ tối ưu cho phát triển là 30-350C. Trực khuẩn
này dùng nhiều trong chế biến pho mát, nhờ nó có hoạt tính protease nên có thể phân
hủy casein của sữa thành acid amin.
Lactobacillus acidophilus: Là trực khuẩn dài chịu nhiệt, nhiệt độ tối ưu cho
phát triển là 37-400C, tối thiểu là 200C. Trong sữa nó tích tụ tới 2,2% acid. Trực
khuẩn này được phân lập từ ruột trẻ em và bê non mới đẻ, dùng trong sản xuất sữa,
acidophin có khả năng sinh bacteriocin có hoạt tính ức chế vi khuẩn gây bệnh đường
ruột. Một số chủng có khả năng tạo thành màng nhầy.
Lactobacillus delbriieckii: Là trực khuẩn lactic chịu nhiệt, thấy nhiều ở các
loại hạt ngũ cốc và bột. Có lẽ đây là giống vi khuẩn lactic duy nhất có thể đồng hóa
được tinh bột. Nó không lên men và đồng hóa được lactose, vì vậy không dùng trong
công nghiệp sữa. Nhiệt độ tối ưu là 45-500C, tối thiểu là 200C, tích tụ 2,5% acid.
Được dùng nhiều trong sản xuất acid lactic từ tinh bột và sản xuất bánh mì.
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Lactobacillus plantarum: Là trực khuẩn nhỏ, thường kết đôi hoặc chuỗi. Nhiệt
độ tối ưu cho sinh trưởng là 300C, tích tụ 1,3% acid. Giống này chủ yếu trong muối
chua rau dưa và ủ chua thức ăn dùng trong chăn nuôi [1, 2, 3, 4, 7].
b. Các vi khuẩn lactic lên men dị hình.
Lactobacillus brevis (L. brassica fermentati ): Được tìm thấy chủ yếu trong
muối chua bắp cải, rau củ,…Vì vậy, nó còn được gọi là trực khuẩn bắp cải. Trong
lên men, ngoài acid lactic (khoảng 1,2%) nó còn tạo thành acid acetic, rượu ethylic
(khoảng 2,4%) và CO2, nó còn tạo hương làm cho sản phẩm có hương vị dễ chịu.
Lactobacillus lycopersici: Là trực khuẩn sinh hơi, đứng riêng lẻ hoặc kết thành
chuỗi, gây hư hỏng thực phẩm như thối nhũn cuống cà chua, cũng như làm hư hỏng
cà chua đóng hộp, nước cà chua đã qua thanh trùng chưa triệt để. Ngày nay, giống
này được coi như là các biến chủng của Lactobacillus brevis.
Ngoài ra, còn có các liên cầu khuẩn tạo hương như Str. citrovorus, S.
diacetilactis, S. cremoris,...nhiệt độ tối ưu cho các vi khuẩn sinh hương này phát
triển là từ 25-300C (riêng đối với S. diacetilactis phát triển tốt nhất ở nhiệt độ là
300C). Chúng có kích thước tế bào nhỏ hơn so với các giống vi khuẩn lên men lactic
khác, thường đứng riêng lẻ hoặc xếp thành đôi hay thành chuỗi dài ngắn khác nhau.
Điểm đặc biệt ở vi khuẩn này là phần lớn chúng có các enzyme citritase, chính nhờ
các enzyme này mà chúng mới có thể lên men được acid citric. Sản phẩm của quá
trình lên men citric của các liên cầu khuẩn sinh hương là các acid bay hơi như acid
acetic, acid propionic, các chất thơm như este, diacetyl,... làm cho hương vị của sản
phẩm lên men được nâng cao và hoàn thiện [1, 2, 3, 4, 7].
1.1.3. Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus.
1.1.3.1. Phân loại.
Loài Lactobacillus acidophilus thuộc giới vi khuẩn (bacteria), ngành
Fermicutes, lớp Bacilli, bộ Lactobacillilales, họ Lactobacillaceae, giống
Lactobacillus. Nó thường được sử dụng cùng với Streptococcus salivarius và
Lactocbacillus delbrueckii spp.bulgaricus trong sản xuất yaourt kiểu acidophilus.
Vi khuẩn này được mô tả lần đầu tiên do công của một bác sĩ là Bruno Oppler
và một nhà nghiên cứu dạ dày ruột là Ismar Isidor Boas. Tên gọi Lactobacillus
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
acidophilus bắt nguồn từ lacto có nghĩa là sữa, bacillus chỉ hình dáng giống cây gậy
và acidophilus nghĩa là một “acid đằm thắm” (acid loving).
Lactobacillus acidophilus là vi khuẩn Gram (+), hình que, không sinh bào tử.
Nó có khả năng lên men cả hiếu khí lẫn kỵ khí. Trong trường hợp lên men đồng
hình, glucose được sử dụng để tạo acid lactic, hoặc tạo thành nhiều sản phẩm khác
nhau như acid acetic, ethanol, CO2,…trong trường hợp lên men dị hình [7, 16].
1.1.3.2. Hình thái.
Lactobacillus acidophilus là trực khuẩn, có kích thước rộng 0,6-0,9µm, dài
1,5-6µm, lên men đồng hình, nhiệt độ phát triển tối ưu là 37-420C. Trong tự nhiên,
chúng tồn tại riêng lẻ, đôi khi tạo thành chuỗi ngắn có khả năng chuyển động [7, 16].
Hình 1.1 - Lactobacillus acidophilus [33].
1.1.3.3. Đặc điểm sinh lý sinh hóa.
L. acidophilus có thể phát triển ở nhiệt độ cao như 450C nhưng tối ưu là 35-
400C. Tính chịu acid của nó từ 0,3-1,9% chuẩn độ acid, với pH tối ưu từ 5,5-6.
Chúng có những yêu cầu phát triển phức tạp như yêu cầu áp lực oxygen thấp, có thể
lên men carbohydrate, protein và các phần tử bị phá vỡ từ các chất này, một số
vitamin và khoáng như B-complex, acid nucleic, Mg, Mn, Fe cần cho sự phát triển.
Lactobacillus acidophilus phát triển ở pH thấp <3,5 và lên men trong điều kiện
yếm khí. Lactobacillus acidophilus thiếu cytochrome, prophyrin, những enzyme hô
hấp kết quả là nó không thể kinh qua sự oxy hóa phosphoryl hóa hoặc hô hấp. Vì
vậy, nó sử dụng đường như một cơ chất cho sự lên men và sống được ở môi trường
phong phú đường. Mỗi phân tử glucose trải qua sự lên men trong Lactobacillus
acidophilus tạo ra năng lượng là 2ATPs. Ngoài glucose, Lactobacillus acidophilus
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
còn sử dụng aesculin, cellobiose, galactose, lactose, maltose, salicin, sucrose và
trehalose cho sự lên men [7, 16, 33].
1.1.3.4. Đặc điểm sinh thái.
L. acidophilus được biết như một loài có vai trò probiotic. Sự bám dính và
khả năng liên kết với nhau tạo thành một tập đoàn của vi khuẩn lactic là cơ chế hữu
hiệu để hạn chế vi khuẩn có hại. Khi vi khuẩn lactic vào trong cơ thể, định cư ở
đường ruột chúng cạnh tranh vị trí gắn kết trên thành ruột với vi sinh vật có hại, làm
hạn chế số lượng tế bào vi sinh vật có hại trong đường ruột. Ngoài ra, L. acidophilus
khả năng sinh tổng hợp một số chất có khả năng kháng khuẩn như acid lactic,
hydrogen peroxide, diacetyl và bacteriocin làm hạn chế sự phát triển của vi khuẩn có
hại. Ngoài ra, L. acidophilus còn có vai trò như một chất bổ trợ cho những người
không chịu được lactose. Chúng tập hợp ở đường tiêu hóa, góp phần chuyển hóa và
phân giải lactose trong quá trình tiêu hóa thức ăn ở dạ dày và ruột [32].
1.2. Tổng quan về sữa và sữa chua.
1.2.1. Thành phần dinh dƣỡng, đặc điểm của sữa và sữa chua.
1.2.1.1. Một số tính chất vật lý, đặc điểm của sữa bò tƣơi.
Sữa là chất lỏng đục. Độ đục của nó là do các chất béo, protein và một số chất
khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-
caroten có trong chất béo của sữa. Sữa bò thường có màu từ trắng ngà đến vàng nhạt,
có mùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ nhàng. Sữa có một số tính chất sau:
Bảng 1.1 – Một số chỉ tiêu vật lý của sữa bò
Đại lƣợng
pH
Đơi vị đo
-
Giá trị
6,5-6,7
Độ chua
0 D
15-18
Tỷ trọng
g/cm2
0 C
1,028-1,036
-0,54÷-0,59
0,10-0,20
50
Điểm đông đặc
Thế oxy hóa - khử
Sức căng bề mặt ở 20 0C
Độ dẫn điện
V
Dynes/cm
1/ohm.cm
Cal/g.0c
0,004-0,005
0,933-0,954
Nhiệt dung riêng
[1].
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2.1.2. Thành phần hóa học, dinh dƣỡng của sữa bò tƣơi.
Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein,
và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ
như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí. Hàm
lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như chủng giống vật nuôi, tình trạng sức khỏe, điều kiện chăn nuôi,
thành phần thức ăn chăn nuôi, chế độ ăn, thời tiết,…[1, 2, 4].
Bảng 1.2 – Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng)
Các thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung bình
Nước
Tổng các chất khô
Lactose
85,5-89,5
10,5-14,5
3,6-5,5
87,5
13,0
4,8
Protein
2,9-5,0
3,4
Chất béo
2,5-6,0
3,9
Khoáng
0,6-0,9
0,8
[1].
a. Đƣờng lactose.
Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới hai dạng: Dạng α-lactose monohydrate
C12H22O11.H2O và dạng β-lactose anhydrous C12H22O11. Lactose là đường khử nên có
độ ngọt thấp hơn nhiều các loại disaccharide và monosaccharide khác. Khác với các
loại đường khác, đường lactose chỉ xuất hiện duy nhất trong sữa động vật. Ngoài
lactose, trong sữa còn chứa glucose (hàm lượng trung bình 70mg/l), galactose
(20mg/l) và các hợp chất glucid chứa nitơ như N-acetyl glucosamine, N-acetyl
galactosesamine, acid N-acetyl neuraminic,…Tuy nhiên, hàm lượng của chúng rất
thấp, chỉ ở dạng vết [1, 2, 4].
b. Các hợp chất có chứa nitơ.
Casein là thành phần protein chủ yếu trong sữa. Chúng tồn tại dưới dạng
micelle. Mỗi micelle chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein và
khoáng (gồm calci, magie, phosphate và citrate). Casein trong sữa có nguồn gốc từ
những chủng, giống bò khác nhau có thể có cấu trúc bậc một khác nhau.
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Các protein hòa tan trong sữa: β-lactoglobulin và α-lactalbumin là protein có
dạng hình cầu, chúng có cấu trúc của nó gần giống với lysozyme, α–lactalbumin là
một metalloprotein, trong mỗi phân tử của nó có chứa một nguyên tử calci nên α-
lactalbumin là một protein có giá trị dinh dưỡng cao, thành phần các acid amin trong
phân tử của nó rất cân đối. Peptone-proteose là những phân đoạn protein khác nhau,
chúng là sản phẩm thuỷ phân tử β-casein bởi phasmine. Người ta còn tìm thấy trong
sữa có ba loại immunoglobulin là IgG, IgA và IgM. Trong đó IgG là có hàm lượng
cao nhất, đặc biệt trong sữa non, hàm lượng của IgG1 có thể lên đến 80% tổng khối
lượng các protein hoà tan trong sữa. IgM là một glyco-protein, cả IgG và IgM đều
hoạt động như kháng thể theo cùng một cơ chế là liên kết với kháng nguyên và tạo ra
mạng lưới không gian ba chiều không tan. Còn IgA, nó có chức năng chống nhiễm
trùng đường ruột, rất có lợi cho cơ thể. Serum-albumin là protein phân tử lượng lớn
có nguồn gốc từ máu và không đặc trưng cho sữa. Ngoài ra, trong sữa còn có các
protein màng, hàm lượng của chúng rất thấp. Protein màng tạo nên một lớp màng
mỏng bao quanh các hạt béo, góp phần làm ổn định hệ nhũ tương trong sữa.
Năm 1881, lần đầu tiên Arnold phát hiện sự có mặt của enzyme trong sữa bò.
Enzyme đầu tiên đó là enzyme lactoperoxydase. Từ đó đến nay, rất nhiều nghiên cứu
trên thế giới đã tìm ra thêm hơn 60 loại enzyme khác nhau trong sữa. Phần lớn
enzyme trong sữa làm hư hỏng sữa nhanh hơn. Tuy nhiên, một số enzyme trong sữa
như lactoperoxydase, lysozyme có vai trò kháng khuẩn. Chúng tham gia vào việc ổn
định chất lượng sữa tươi trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. Một số loại
enzyme chủ yếu trong sữa như: lactoperoxydase, catalase, lipase, phosphatase,
lysozyme, protease [1, 2, 4].
c. Chất béo.
Chất béo trong sữa gồm hai nhóm chính là nhóm hợp chất với glycerol và
nhóm hợp chất với sphingosine. Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu, có
đường kính từ 0,1-20μm. Trong 1ml sữa có khoảng 10-15 tỷ hạt cầu béo. Các hạt cầu
béo có thành phần chủ yếu là glyceride, phospholipid và protein [1, 2, 4].
d. Vitamin và khoáng.
Các vitamin trong sữa được chia làm hai nhóm: vitamin hoà tan trong nước
(B1, B6, B12, C,…) và vitamin hoà tan trong chất béo (A, D, E, K). Các vitamin được
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
tổng hợp chủ yếu từ các VSV trong ngăn thứ nhất dạ dày của bò và không phụ thuộc
vào điều kiện ngoại cảnh. Nhưng bị ảnh hưởng bởi thành phần thức ăn và điều kiện
thời tiết,…[1, 2, 4].
Bảng 1.3 – Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò
Vitamin Hàm lƣợng
Vitamin Hàm lƣợng
Vitamin
Hàm lƣợng
(mg/l)
(μg/l)
4,3
20
A
D
E
0,2-2,0 mg/l
0,375-0,5 μg/l
0,75-1,0 mg/l
80 μg/l
B1
B2
B3
B5
B6
0,44
1,75
0,94
3,46
0,5
B12
C
Biotine
Acid folic
30
K
2,8
[1].
Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8-10g/l. Các muối trong sữa ở
dạng hoà tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein). Trong các nguyên tố khoáng
trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là Ca, P, Mg, các khoáng khác như K, Na, Cl
đóng vai trò như các chất điện ly. Ngoài ra, sữa còn chứa các nguyên tố khác như
Zn, Fe, I, Cu,…chúng rất cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người [1, 2, 4].
Bảng 1.4 – Thành phần một số nguyên tố vi lượng trong sữa bò (mg/l)
Nguyên tố
Sữa bò
2-5
Nguyên tố
Sữa bò
0,05-0,08
0,1-0,2
Zn
Si
Mo
F
1,5-7,0
Al
Fe
Cu
I
0,5-1,0
Se
Cr
Co
Pb
As
0,01-0,05
0,01-0,02
0,5.10-3-1,0.10-3
0,04-0,08
0,03-0,05
0,2-0,5
0,02-0,15
0,015-0,050
0,03-0,05
Mn
[1].
e. Các hợp chất khác.
Trong sữa bò còn chứa các hormone, chúng được chia làm ba nhóm là
proteohormone, hormone peptide và hormone steoride, trong số đó prolactine là
được biết đến và nghiên cứu nhiều hơn cả, hàm lượng trung bình prolactine trong
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
sữa bò là 50μg/l, trong sữa non là 230μg/l [1, 2, 4]. Ngoài ra, trong sữa bò còn chứa
các chất khí, chủ yếu là CO2, O2 và N2. Tổng hàm lượng của chúng chiếm từ 5% đến
6% thể tích sữa. Chúng thường tồn tại ở các dạng hoà tan, dạng liên kết hoá học với
chất khác và dạng phân tán. Thỉnh thoảng, người ta còn tìm thấy trong sữa bò một số
hợp chất hoá học như: kháng sinh, chất tẩy rửa, kim loại nặng, nguyên tố phóng
xạ,…các chất đó đều là các chất độc cho người sử dụng. Hàm lượng của chúng trong
sữa thường ở dạng vết. Chúng nhiễm vào sữa do thức ăn, thiết bị vắt sữa, môi trường
chuồng trại, nguồn nước,…Các chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi sữa để đảm
bảo vệ sinh an toàn thực phẩm cho người sử dụng [1, 2, 4].
1.2.1.3. Một số tính chất vật lý, đặc điểm của sữa chua.
Sữa chua là sản phẩm chế biến từ sữa nhờ quá trình lên men bởi nhóm vi
khuẩn lactic và một số nhóm vi khuẩn khác. Nó có một số đặc điểm sau:
- Trạng thái: Sữa chua là đồng nhất, mịn, sệt, không vón cục, không tách lớp.
- Mùi: Có mùi thơm đặc trưng của sản phẩm lên men nhờ sự có mặt của các
hợp chất như acud lactic, acid acetic, diacetyl,...chúng có mùi thơm dụi và mùi của
hương liệu bổ sung thêm vào mỗi loại sữa chua.
- Vị: Sữa chua có vị hơi chua của acid lactic, vị ngọt nhẹ của đường và vị béo
của lipid trong sữa chua. Ngoài ra, còn có thêm vị đặc trưng của từng loại sữa chua.
- Màu sắc: Sữa chua thường có màu trắng ngà và màu đặc trưng của hương
liệu bổ sung như màu hồng của sữa chua dâu, màu vàng của sữa chua trái cây,...
Hiện nay có rất nhiều loại sữa chua khác nhau như, dựa vào cấu trúc và mùi vị
mà sữa chua có thể được phân loại như sau:
- Sữa chua truyền thống (set type): Sản phẩm có cấu trúc gel mịn. Trong quy
trình sản xuất, sữa nguyên liệu sau khi được xử lý, cấy giống rồi được rót vào bao bì.
Quá trình lên men diễn ra trong bao bì làm xuất hiện các khối đông (coagulum) và
tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm.
- Sữa chua dạng khuấy (stirred type): Khối đông xuất hiện trong sản phẩm sau
quá trình lên men bị phá hủy một phần do sự khuấy trộn cơ học. Trong quy trình sản
xuất, sữa nguyên liệu được xử lý và cấy giống rồi lên men trong thiết bị chuyên
dùng, tiếp theo là quá trình làm lạnh và rót sản phẩm vào bao bì. Sữa chua dạng
khuấy sẽ không có cấu trúc gel mịn và đồng nhất như sữa chua truyền thống.
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Sữa chua uống (dringking type) hay sữa chua lỏng: Khối đông xuất hiện
trong sản phẩm sau quá trình lên men bị phá hủy hoàn toàn. Sản phẩm có dạng lỏng.
Điểm khác biệt là sau quá trình lên men, người ta sử dụng phương pháp khuấy trộn
hoặc phương pháp đồng hóa để phá hủy cấu trúc gel của khối đông và làm giảm độ
nhớt cho sản phẩm.
- Sữa chua lạnh đông (frozen type): Sản phẩm có dạng tương tự như kem. Quá
trình lên men sữa được thực hiện trong thiết bị chuyên dùng, tiếp theo hỗn hợp sau
lên men sẽ được xử lý và lạnh đông để làm tăng độ cứng cho sản phẩm rồi bao gói.
- Sữa chua cô đặc (concentrated yaourt): Quy trình sản xuất bao gồm các giai
đoạn quan trọng như lên men sữa, cô đặc, làm lạnh và bao gói sản phẩm. Trong quá
trình cô đặc, người ta sẽ tách bớt huyết thanh sữa ra khỏi sản phẩm.
Dựa vào hàm lượng chất béo trong sản phẩm, lượng chất béo trong sữa chua từ
0-10%. Theo WHO/FAO, sản phẩm sữa chua được chia làm ba nhóm chính:
- Sữa chua gầy (skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo không lớn hơn 0,5%.
- Sữa chua bán gầy (partially skimmed yaourt): Hàm lượng chất béo nằm
trong khoảng 0,5-3,0%.
- Sữa chua béo (fat yaourt): Hàm lượng chất béo trong sản phẩm không thấp
hơn 3% [1, 2, 4, 15].
1.2.1.4. Gía trị dinh dƣỡng của sữa chua.
a. Carbohydrate.
Trong sữa chua tự nhiên có sự có mặt của một vài mono và disaccharide
nhưng đường lactose lại có hàm lượng nhiều hơn hẳn. Thậm chí sau quá trình lên
men, sản phẩm có thể chứa tới 4-5g lactose trong 100g sản phẩm. Bởi vì phần còn lại
của quá trình lên men có thể chứa tới 14-16g TS (Total solid: tổng số chất khô) trong
100g sản phẩm nghĩa là có thể chứa tới 8g lactose. Vì vậy mà lượng lactose có trong
sản phẩm cuối cùng có ít khác biệt so với sữa bình thường. Nhiều nghiên cứu chỉ ra
rằng, khi so sánh với sữa, khả năng phân giải lactose của sữa chua phụ thuộc vào khả
năng phân giải của β-galactosidase do những vi sinh vật có trong sữa chua tiết ra và
những lactase do những vi sinh vật trong sữa chua tiết ra là để kích thích cho những
lactase ngoại sinh hoạt động chuẩn bị cho khả năng phân giải lactose [15].
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 1.5 – Thành phần dinh dưỡng của sữa chua (trong 100g)
Sữa chuaa
Thành phần
Chất béo
Chất béo Chất béo thấp/ Kiểu Hy
cao
thấp
84.9
56
hương trái cây
Lạp
77.0
115
6.4
9.1
-
Nước (g)
Năng lượng (kcal)
Protein (g)
81.9
79
77.0
90
5.7
3.0
7.8
200
170
80
5.1
0.8
7.5
190
160
83
4.1
Chất béo (g)
Carbohydrate (g)
Canxi (mg)
0.7
17.9
150
120
64
150
130
-
Phospho (mg)
Natri (mg)
Kali (mg)
280
0.7
250
0.6
210
0.5
-
Kẽm (mg)
0.5
[15].
Giá trị dinh dưỡng của sữa chua trái cây phụ thuộc vào loại trái cây và độ ổn định.
b. Protein.
Hàm lượng protein trong sữa chua cao hơn protein trong sữa bởi trong quá
a
trình sản xuất sữa chua có sự bổ sung sữa gầy và sữa cô đặc để đồng hóa nguyên liệu
sữa. Mỗi ngày sử dụng khoảng 200-250ml sữa chua có thể cung cấp tối thiểu khoảng
15g protein. Protein trong sữa chua dễ tiêu hóa, rất tốt cho sức khỏe con người [15].
c. Lipid.
Lượng chất béo có trong sữa chua tùy thuộc vào loại sản phẩm sữa chua được
sản xuất. Mặc dù phần lớn sữa chua bán ở những nước công nghiệp được làm từ sữa
gầy, thế nhưng sữa chua truyền thống cũng chứa khoảng 3-4g sữa béo trong 100g
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
sữa chua và sữa chua cô đặc hay sữa chua làm theo kiểu của Hy Lạp chứa khoảng 9-
10g chất béo [15].
d. Vitamin và khoáng vi lƣợng.
Canxi có trong sữa chua là dạng canxi dễ hấp thu hơn bất kì dạng canxi được
cung cấp bởi các nguồn khác. Ngoài ra sữa chua còn cung cấp một số nguyên tố vi
lượng khác như Na, Mg, Zn, P đều ở dạng dễ hấp thu và sử dụng [15].
Bảng 1.6 – Một vài loại vitamin có mặt trong sữa chua (trong 100g)
Sữa chua
Vitamin
Chất béo cao Chất béo thấp Chất béo thấp/
hương trái cây
Retinol (µg)
Carotene (µg)
28
21
8
5
10
4
Thiamin (B1) (µg)
Riboflavin (B2) (µg)
Pyridoxine (B6) (µg)
Cyanocobalamine (B12) (µg)
Vitamin C (mg)
60
50
50
270
100
0.2
1
250
90
210
80
0.2
1
0.2
1
Vitamin D (µg)
0.04
50
0.01
10
0.01
10
Vitamin E (µg)
Acid Folic (µg)
18
17
16
Acid Nicotinic (µg)
Acid Pantothenic (µg)
Biotin (µg)
200
500
2.6
-
100
450
2.9
0.6
100
330
2.3
-
Choline (mg)
[15].
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sữa chua là sản phẩm lên men nhờ vi khuẩn lactic. Hoạt động của hệ VSV
trong sữa và sữa chua làm cho giá trị dinh dưỡng của sữa không những không mất đi
mà còn tăng thêm. Hoạt động của vi khuẩn lactic thủy phân protein, glucid, lipid
trong sữa thành các chất đơn giản dễ tiêu hóa hơn như peptide và acid amin. Ngoài
ra, do trong sữa chua có sự hiện diện của VSV có lợi là nhóm vi khuẩn lactic làm
tăng sự ổn định của hệ VSV đường ruột, tăng khả năng hấp thu chất dinh dưỡng từ
thức ăn. Và đặc biệt, các vi khuẩn lactic còn sản sinh ra các loại acid hữu cơ như acid
lactic, các enzyme tiêu hóa, các chất kháng khuẩn như lactoccidine giúp chống lại
các tác nhân xâm nhập từ bên ngoài, bảo vệ hệ VSV đường ruôt có lợi.
1.2.2. Hệ vi sinh vật tồn tại trong sữa và sữa chua.
1.2.2.1. Hệ vi sinh vật tồn tại trong sữa.
Trong sữa thường chứa các VSV như vi khuẩn và một số nhóm khác. Trong
đó nhóm vi khuẩn lactic là phổ biến hơn cả, ít hơn là vi khuẩn butyric, propionic, vi
khuẩn gây thối, trực khuẩn đường ruột,…
Vi khuẩn lactic: Vi khuẩn lactic có dạng hình cầu hoặc hình que, đứng riêng
lẻ hoặc tạo thành chuỗi, Gram (+). Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 25-470C.
Xét theo cách thức lên men, vi khuẩn lactic được chia thành hai nhóm là vi
khuẩn lactic lên men đồng hình và vi khuẩn lactic lên men dị hình.
Xét theo hình thái cấu trúc thì vi khuẩn lactic được chia ra hai nhóm:
- Liên cầu khuẩn lactic ( Streptococcus lactic): Tế bào hình tròn, oval, thường
xếp thành đôi hoặc thành chuỗi. Nhiệt độ phát triển tối ưu là 30-350C và được ứng
dụng nhiều trong sản xuất sữa chua, bơ, pho mát.
- Trực khuẩn lactic (Lactobacillus): Chúng đứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi
và gồm ba nhóm nhỏ là trực khuẩn ưa nhiệt (nhiệt độ tối ưu là 40-450C), nhóm trực
khuẩn ưa ấm (nhiệt độ tối ưu là khoảng 300C) và nhóm Beta bacterium.
Vi khuẩn Coliform: Tồn tại trong hệ tiêu hóa của động vật. Là vi khuẩn
Gram (-), kỵ khí tùy tiện, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 30-440C. Trong sữa, vi khuẩn
Coliform chuyển hóa đường lactose thành acid lactic, acid hữu cơ khác, CO2,
H2,…chúng giải phóng protein trong sữa tạo mùi khó chịu.
Vi khuẩn sinh acid butyric (giống Clostridium): Là vi khuẩn Gram (+), kỵ
khí bắt buộc, có khả năng sinh bào tử. Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 370C. Tế bào có
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
dạng hình que, đôi khi có dạng hình thoi hoặc hình trống. Vi khuẩn Clostridium
chuyển hóa đường thành acid butyric, butanol, ethanol, acetone, CO2, H2,…
Vi khuẩn Propionic (giống Propionibacterium): Được tìm thấy trong dạ dày
của các loài nhai lại như trâu bò. Chúng có hình cầu, xếp thành từng đôi hoặc chuỗi,
Gram (+), kỵ khí không bắt buộc, nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 300C. Vi khuẩn này
chuyển hóa đường thành acid propionic, acid acetic, CO2,…làm hư hại sữa.
Vi khuẩn gây thối: Là các vi khuẩn có dạng hình cầu, hình gậy, hiếu khí lẫn
kỵ khí, chúng có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa.
Protease xúc tác thủy phân protein tới peptide và acid amin, acid amin tiếp tục bị
thủy phân thành NH3, H2S,…làm cho sữa có mùi khó chịu. Vài giống vi khuẩn gây
thối có khả năng tổng hợp lipase xúc tác phân giải chất béo trong sữa và tạo mùi ôi
cho sữa. Ngoài ra, các vi khuẩn gây thối còn tạo ra khí CO2, H2, sinh tổng hợp acid
hữu cơ làm giảm pH sữa và gây đông tụ protein. Một số khác có thể sinh tổng hợp
protease xúc tác tương tự như renin làm đông tụ casein trong sữa [1, 2, 3, 4].
1.2.2.2. Hệ vi sinh vật tồn tại trong sữa chua.
Trong sữa chua, hệ VSV bao gồm nhiều nhóm khác nhau nhưng trong đó phổ
biến và tiêu biểu hơn hết là nhóm vi khuẩn lactic, ngoài ra còn có mặt một số nhóm
vi khuẩn khác. Vi khuẩn lactic trong sữa chua có mặt tự nhiên trong sữa và qúa trình
lên men lactic. Chúng sử dụng cơ chất là đường lactose và các chất khác trong sữa để
làm cơ chất phất triển, sản phẩm tạo thành là acid lactic, acid acetic,…các chất sinh
hương,…Vi khuẩn lactic trong sữa chua thuộc các nhóm khác nhau như nhóm ưu
ấm, nhóm ưa nhiệt [1, 2, 3, 4].
1.2.3. Quy trình công nghệ sản xuất sữa chua.
Sữa nguyên liệu: Có thể là nguồn sữa tươi, sữa bột, sữa cô đặc, sữa hoàn
nguyên hoặc sữa tái chế. Sữa được dùng làm nguyên liệu phải đạt được các yêu cầu
như: tổng số tế bào VSV trong sữa càng thấp càng tốt, không chứa thực khuẩn thể
(Bacteriophage), không chứa kháng sinh, không chứa enzyme, không có dư lượng
chất tẩy rửa, hàm lượng chất béo phù hợp, hàm lượng chất khô phù hợp (8,2%),…
Chuẩn hóa: Là công đoạn hiệu chỉnh hàm lượng chất béo cho sản phẩm sữa
chua. Nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo thấp ta sẽ bổ sung thêm cream
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
vào. Ngược lại, nếu sữa nguyên liệu có hàm lượng chất béo cao thì ta có thể bổ sung
thêm sữa gầy hoặc ly tâm để loại bớt chất béo ra khỏi sữa.
Sữa nguyên liệu
Chuẩn hóa
Hiệu chỉnh
Bài khí
Đồng hóa
Vi khuẩn
lactic
Xử lý nhiệt
Cấy giống
Phối trộn
Hoạt hóa
Hương liệu
Bao bì
Rót sản phẩm
Lên men
Làm lạnh
Bảo quản lạnh
Sữa chua
truyền thống
Hình 1.2 – Quy trình công nghệ sản xuất yaourt [1].
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hiệu chỉnh hàm lƣợng chất khô: Nhằm điều chỉnh hàm lượng chất khô trong
sữa về giá trị lý tưởng cho quá trình sản xuất sữa chua.
Bài khí: Là loại bỏ bớt chất khí trong sữa càng nhiều càng tốt. Khi đó, hiệu
quả của các quá trình đồng hóa và thanh trùng sẽ tăng, các hợp chất bay hơi có mùi
khó chịu trong sữa sẽ được tách bỏ và chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn.
Đồng hóa: Mục đích của quá trình đồng hóa là tránh hiện tượng tách pha của
chất béo xảy ra trong quá trình lên men sữa và làm tăng độ đồng nhất cho sản phẩm.
Quá trình đồng hóa sữa sẽ ảnh hưởng tốt đến cấu trúc micelle trong sữa và cải thiện
cấu trúc gel của sữa chua thành phẩm. Thường đồng hóa ở áp suất 200-250 bar, nhiệt
độ từ 65-700C.
Xử lý nhiệt: Để tiêu diệt và ức chế đến mức tối đa hệ VSV và các enzyme có
trong sữa. Hơn nữa, quá trình xử lý nhiệt sẽ làm biến đổi một phần các protein sữa.
Nhờ đó, quá trình lên men sẽ tốt hơn, khối đông được hình thành với cấu trúc ổn
định do β–lactoglobulin trong whey protein tương tác với κ–casein trong cấu trúc
micelle, hạn chế thất thoát huyết thanh ra khỏi cấu trúc gel khi bảo quản sữa chua.
Quá trình này thường được thực hiện ở nhiệt độ 90-950C trong 3-5 phút.
Cấy giống vi khuẩn lactic: Trong sản xuất sữa chua ta thường dùng nhóm vi
khuẩn lactic lên men đồng hình như Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus
thermophillus và Lactobacillus acidophilus,.... Để rút ngắn thời gian lên men và tiết
kiệm lượng chế phẩm vi khuẩn cần dùng, người ta thường hoạt hóa giống vi khuẩn
lactic trước khi chuyển qua giai đoạn lên men.
Phối trộn: Ở giai đoạn này có thể phối trộn thêm những hương liệu khác nhau
để sản xuất ra các loại yaourt có hương vị khác nhau.
Rót sản phẩm: Sau thời gian hoạt hóa, hỗn hợp sữa và giống vi khuẩn lactic
được chiết rót vào các hũ sữa chua nhỏ và được chuyển qua phòng lên men.
Lên men: Nhiệt độ lên men tối ưu trong phòng lên men là từ 42-430C. Thời
gian lên men phụ thuộc vào chủng vi khuẩn lactic sử dụng, trạng thái sinh lý của
giống và yêu cầu về độ chua của sản phẩm yaourt thành phẩm, thông thường thời
gian lên men là từ 4-6 giờ.
Làm lạnh và bảo quản: Sau thời gian lên men, sản phẩm được làm lạnh để
ổn định cấu trúc gel của sản phẩm và tránh hiện tượng tách huyết thanh sữa trong sản
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
phẩm, đồng thời làm chậm tốc độ sinh tổng hợp acid lactic của vi khuẩn. Các bao bì
chứa yaourt sẽ được đưa vào phòng làm lạnh để đưa về nhiệt độ 18-200C trong vòng
30-40 phút. Cuối cùng, hạ nhiệt độ sản phẩm xuống 40C và bảo quản trong kho lạnh
ở nhiệt độ 2-40C [1, 2, 4].
1.3. Tổng quan về vi gói.
1.3.1. Khái niệm, đặc điểm, ƣu và nhƣợc điểm của việc vi gói.
a. Khái niệm vi gói.
Vi gói là một trong những phương pháp cố định tế bào được sử dụng rộng rãi
hiện nay. Vi gói là phương pháp sử dụng các chất tạo màng (gel) là các polymer có
nguồn gốc tự nhiên như gelatin, alginate, chitosan, cellulose,…hoặc có nguồn gốc
nhân tạo như polyamide, polystyrene, polyacrylate, polyacrylamide, polyester,
polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyethylene glycol (PEG),…để bẫy, nhốt và bao gói
các tế bào, cơ thể vi sinh vật sống trong các nang nhỏ. Giúp tế bào cách ly với môi
trường xung quanh, làm giảm sự tổn thương cũng như sự tổn thất số lượng tế bào,
bằng cách này các tế bào sẽ được bảo vệ tốt hơn trong các môi trường cực đoan như
acid cao, pH thấp, muối mật, sốc nhiệt,...và phóng thích tại những nơi ta mong
muốn. Ngoài ra, vi gói còn giúp ổn định, tăng giá trị về mặt cảm quan cho sản phẩn.
a)
b)
c)
d)
e)
Hình 1.3 – Các loại vi gói [5].
a) Vi gói dạng lỏng; b) Vi gói dạng rắn; c) Vi gói nhiều lớp;
d) Vi gói đa nhân; e) Vi gói trong vi gói
Vi gói có nhiều loại: vi gói đơn nhân là phần nhân bên trong vi gói chỉ chứa
một khối dung dịch hoặc chất rắn, vi gói đa nhân là bên trong vi gói có chứa nhiều
nhân nhỏ (vi gói trong vi gói), vi gói nhiều lớp là vi gói được thiết kế với nhiều lớp
bao khác nhau [5].
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
b. Đặc điểm vi gói.
Mỗi loại vật liệu vi gói và mỗi loại tế bào sống lại hoạt động ở các điều kiện
khác nhau nên phải lựa chọn điều kiện để tạo thành vi gói như pH, nhiệt độ, thời
gian,…
Vi gói không làm tổn hại đến các tế bào sống mà còn bảo vệ tế bào sống.
Vi gói cho phép cố định số lượng tế bào sống lớn hơn các phương pháp cố
định tế bào khác.
Độ bền cơ học của lớp màng bao vi gói là một đặc điểm quan trọng. Nó phải
có độ bền tương đối để có thể bảo vệ được các tế bào sống, tuy nhiên lớp màng vi
gói này lại không được quá vững chắc vì như thế sẽ ảnh hưởng đến khả năng phóng
thích tế bào khi cần thiết.
Kích thước hạt vi gói cũng là đặc điểm cần lưu ý. Giữa kích thước hạt vi gói,
độ bền vững của hạt và khả năng phóng thích tế bào có mối quan hệ với nhau. Kích
thước hạt vi gói càng lớn thì độ bền vững của hạt càng cao, khả năng bảo vệ tế bào
sống càng cao, nhưng khả năng phóng thích tế bào càng khó. Kích thước hạt vi gói
càng nhỏ thì độ bền càng thấp, khả năng bảo vệ tế bào sẽ thấp đi nhưng khả năng
phóng thích tế bào sẽ dễ dàng hơn.
Ngoài ra còn có một số đặc điểm khác như sự mài mòn của các hạt vi gói do
sự va chạm và ma sát vào nhau, khả năng kháng khuẩn của hạt vi gói,…[5].
c. Ƣu điểm của vi gói.
Vi gói giúp bảo vệ tế bào sống, tạo ra mật độ vi sinh vật lớn, hạt vi gói như
tấm áo choàng bảo vệ các tế bào sống chống chịu được điều kiện khắc nghiệt của
môi trường cực đoan như acid, nhiệt độ,…
Tạo ra các gradient nồng độ cơ chất, nồng độ sản phẩm, nồng độ oxy hòa tan,
pH môi trường lên men. Từ đó có thể tạo ra các môi trường khác nhau cho tế bào
trong các lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng khác nhau.
Bảo vệ tế bào chống lại tác nhân bacteriophage, từ đó đảm bảo cho quá trình
lên men không bị tạp nhiễm, hư hại.
Cho phép điều chỉnh tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật.
Cho phép sử dụng tế bào ở một pha riêng biệt đối với môi trường lên men, do
đó khả năng dừng phản ứng nhanh.
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Có thể sử dụng các kỹ thuật tập hợp vi sinh vật để thu được hoạt tính cao nhất.
Tạo điều kiện cho việc định vùng từng bộ phận trong tế bào đối với các chủng
loại vi sinh vật khác nhau, các số lượng vi sinh vật khác nhau.
Tăng độ ổn định hoạt tính trao đổi chất của tế bào khi có sự thay đổi pH, nhiệt
độ hay sự có mặt các chất ức chế trong môi trường lên men.
Vi gói có thể làm cho tế bào kéo dài khả năng tồn tại, từ đó giúp cho thời gian
bảo quản chủng, giống tế bào vi sinh vật được lâu dài.
Trong các ngành sản xuất, đặc biệt là nghành sản xuất các sản phẩm liên quan
đến probiotic, thì việc vi gói tế bào có ý nghĩa rất quan trọng. Nó giúp cho sản phẩm
khi đến tay người tiêu dùng vẫn còn nguyên giá trị sử dụng.
Trong các ngành thực phẩm có các sản phẩm lên men như sản xuất bia,
rượu,… thì kỹ thuật vi gói là một trong những lựa chọn để cố định tế bào vi sinh vật
sử dụng trong công đoạn lên men, từ đó sử dụng vi sinh vật tiết kiệm, tối ưu và hiệu
quả hơn [5, 17].
d. Nhƣợc điểm của vi gói.
Tế bào vi sinh vật sản sinh ra nhiều enzyme trong quá trình trao đổi chất của
nó, có những enzyme có thể cho xúc tác các phản ứng không mong muốn có thể làm
tổn hại đến lớp vật liệu vi gói và cả chính tế bào. Để giải quyết vấn đề này phải chọn
lựa giống vi sinh vật cho thích hợp (có thể biến đổi hoặc xử lý giống) để tế bào vi
sinh vật không tạo ra các enzyme không mong muốn và tăng hoạt tính của các
enzyme mong muốn.
Màng hay thành tế bào nguyên vẹn thường chống lại sự thảm thấu của chất
nền, sản phẩm và những phản ứng thích hợp trước hoặc sau khi cố định đòi hỏi phá
hủy rào cản để thảm thấu.
Có thể làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm nếu kích thước vi gói quá lớn.
Đa số các vật liệu vi gói như gelatin, thạch, các loại tinh bột,…đều là các
nguồn dinh dưỡng mà vi sinh vật có thể tiêu hóa được. Điều này khá nghiêm trọng vì
như thế vi sinh vật được vi gói bên trong hoặc vi sinh vật tạp nhiễm từ bên ngoài có
thể tiêu hóa lớp vi gói và làm cho lớp vi gói bị rách, thủng và như vậy hiệu quả vi
gói sẽ giảm xuống đáng kể. Có bằng chứng cho thấy một số chủng vi khuẩn có khả
23
Tải về để xem bản đầy đủ
85 trang
23/10/2024
150
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nâng cao chất lượng sữa chua bằng phương pháp vi gói vi khuẩn lactic", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- do_an_nang_cao_chat_luong_sua_chua_bang_phuong_phap_vi_goi_v.pdf
