MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trên thế giới, ngành công nghiệp sữa lên men đã phát triển từ rất lâu đời, tạo ra rất nhiều mặt hàng đa dạng về chủng loại.Tại Việt Nam, trong những năm gần đây nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm từ sữa đã tăng lên đáng kể, tác động tích cực đến sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến sữa.Tuy nhiên, nguồn giống khởi động cho các sản phẩm sữa lên men chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài.Hiện nay, ở nước ta chưa có nhiều nghiên cứu và công bố đến sản xuất giống khởi động vì đây là lĩnh vực khá mới mẻ. Một trong những sản phẩm của ngành công ngiệp chế biến sữa phải kể đến sữa chua. Sữa chua là sản phẩm thu được khi lên men lactic sữa động vật, có nhiều lợi ích đến sức khỏe con người.
Nhờ quá trình lên men lactic, đường trong sữa chuyển hóa thành đường lactose dễ tiêu hóa và các chất thơm như diacetyl. Sữa chua trở thành món ăn dinh dưỡng, dễ hấp thụ, và nhờ có vi khuẩn lactic (một loại lợi khuẩn) nên sữa chua hỗ trợ cho đường ruột, dạ dày và vấn đề tiêu hóa. Giống khởi động ứng dụng trong sản xuất sữa chua bao gồm hai chủng vi sinh vật là Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus. Để thu được lượng sinh khối tối đa ứng dụng trong sản xuất giống khởi động lên men sữa chua tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ lên men sinh khối và thu hồi chủng Streptococcus thermophilus VNY3 có ứng dụng trong nghiên cứu lên men sữa chua” để kết hợp với chủng Lactobacillus bulgaricus VNY4.
Nhiệm vụ Nghiên cứu các điều kiện lên men thích hợp của chủng Streptococcus thermophilus (VNY3) để đạt được mật độ tế bào sau khi lên men là cao nhất; 1 Tạ Thị Thu Huyền, Lớp 12.01-K19, khoa Công nghệ sinh học tiếp đó tiến hành tối ưu hóa quá trình thu hồi sinh khối sau lên men để đạt tỷ lệ tế bào sống cao nhất. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ lên men tăng sinh khối: khảo sát sự ảnh hưởng từ các điều kiện môi trường, nhiệt độ, pH, thiết bị, tỷ lệ tiếp giống, thời gian… tác động đến khả năng lên men tăng sinh khối của chủng Streptococcus thermophilus (VNY3). Từ đó, tối ưu hóa các điều kiện trong lên men tăng sinh khối để đạt được mật độ tế bào ở mức tối ưu nhất. Nghiên cứu công nghệ thu hồi sinh khối: sau khi kết thúc lên men, chủng VNY3 được ly tâm và rửa, lượng sinh khối này được đưa vào môi trường bảo quản thích hợp nhằm đạt tỷ lệ sống cao nhất trước khi tiến hành sấy chế phẩm.
Nội dung nghiên cứu Xácđịnh thời gian sinh trưởng của chủng VNY3 Ảnh hưởng của sự thông khí Ảnh hưởng của pH môi trường Ảnh hưởng của tỷ lệ tiếp giống Ảnh hưởng của môi trường lên men Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men Nghiên cứu động học quá trình lên men VNY3 Nghiên cứu và lựa chọn điều kiện tạo chế phẩm VNY3 2 Tạ Thị Thu Huyền, Lớp 12.01-K19, khoa Công nghệ sinh học PHẦN 2:TỔNG QUAN 2.Vi khuẩn lactic 2.1 Tổng quan chung về vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillaceae, có dạng hình cầu hoặc hình que, Gram dương, không bào tử, không di động. Vi khuẩn lactic không khử nitrate, phản ứng catalase âm tính, kị khí tuỳ ý, một vài loài kị khí sống trong hệ tiêu hoá của con người. Đặc điểm hình thái: khuẩn lạc tròn, đôi khi có ria xung quanh, thường có màu trắng hoặc vàng kem, một số chủng có màu trong, khuẩn lạc lồi.Đặc biệt khuẩn lạc tỏa ra mùi chua của acid.Vi khuẩn lactic là những vi sinh vật có nhu cầu dinh dưỡng phức tạp. Để sinh trưởng bình thường, ngoài nguồn cacbon, chúng cần nitơ, một phần dưới dạng các amino acid, một số vitamin, các chất sinh trưởng, và các chất khoáng… Chúng không thể phát triển được trong môi trường có thành phần đơn giản như glucose và NH4+ như một số loài khác.
Các vi khuẩn lactic lên men được đường monno và disaccharide nhưng không lên men được tinh bột và các polysaccharide khác, ngoại trừ L. delbrueckii đồng hóa được tinh bột.Vì thế người ta phải cho vào môi trường một số chất giàu dinh dưỡng: cao nấm men, cao thịt, các loại đường để chúng có thể lên men.Vi khuẩn lactic có thể lên men đồng hình hoặc dị hình. Một số vi khuẩn lactic có thể tồn tại trong môi trường khô, có thể chịu được hàm lượng cồn từ 10 – 15% và có thể chịu được nồng độ CO2 cao. Chúng được tìm thấy khắp nơi trong tự nhiên, dưới da, trong hệ tiêu hoá…[8].2 Các chủng vi khuẩn lactic trong sản xuất sữa chua Vi khuẩn lactic được coi là vi sinh vật an toàn và đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và bảo quản thực phẩm.
Trong sản xuất sữa chua, vi khuẩn lactic thường được sử dụng là hai loài ưa nhiệt 3 Tạ Thị Thu Huyền, Lớp 12.01-K19, khoa Công nghệ sinh học Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus. Ở một vài nước, Lactobacillus helveticus và Lactobacillus delbrueckii sbsp.lactisđôi khi cũng được bổ sung cùng với giống lên men [24]. Hiện nay cũng có nhiều sản phẩm sữa chua probiotic. Đây là kết quả của việc sử dụng hỗn hợp chủng giống lên men có kết hợp các loài có khả năng probiotic: Lactobacillus acidophilus, Lb.
Giống lên men cho sản xuất sữa chua được cho là mang lại lợi ích về sức khỏe và dinh dưỡng do có khả năng thích nghi và sống sót qua một thời gian dài trong hệ tiêu hóa của con người [29]. Theo Chaves và cộng sự (2002), vai trò chính của giống lên men là acid hóa nguyên liệu sữa thông qua quá trình chuyển lactose thành lactic acid, tạo nên cấu trúc nhớt bằng việc sản sinh ra exopolysaccharide và phát triển hương thơm đặc trưng của sữa chua [31]. Chủng Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus bulgaricus (L. bulgaricus)được phân lập từ pho mát và các sản phẩm sữa lên men khác, là trực khuẩn, Gram (+), lên men lactic đồng hình, có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 42 – 45ºC.
bulgaricus không sử dụng được đường galactose.Khi sinh trưởng trong sữa, lactose được chuyển vào trong tế bào nhờ các kênh vận chuyển và galactose sẽ được giải phóng ra ngoài giống như ở S.Trong tế bào, lactose bị thủy phân bởi enzyme galactosidase nhưng chỉ có glucose được lên men tạo thành D – axit lactic thông qua con đường E-M. bulgaricus có hoạt tính phân giải protein mạnh hơnStreptococcus thermophilus (S.Hệ enzyme protease chủ yếu được tìm thấy trên thành tế bào và được điều hòa bởi nhiệt độ và thời gian sinh trưởng.Trong lên men sữa, nó cung cấp một loạt các amino acid thúc đẩy sự phát triển của các chủng S. 4 Tạ Thị Thu Huyền, Lớp 12.01-K19, khoa Công nghệ sinh học 2. Mối liên hệ giữa Lactobacillus bugaricus và Streptococcus thermophilus Một trong những sản phẩm của ngành công ngiệp chế biến sữa phải kể đến sữa chua.
Trong sản xuất sữa chua, thường sử dụng L. thermophilus để lên men.Việc nuôi cấy hỗn hợp hai loại vi khuẩn này cho kết quả tốt hơn là sử dụng riêng từng loài vì hai loài này hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình đông tụ sữa. thermophilus có hoạt tính enzyme protease rất thấp, trong khi đó, khả năng thủy phân protein bởi hệ enzyme protease của L.Sự sinh trưởng của vi khuẩn L. bulgaricus sẽ làm tăng lượng peptide mạch ngắn và amino acid tự do (đặc biệt là valine) trong sữa, từ đó cung cấp nguồn cơ chất có chứa nitơ dễ hấp thu và thúc đẩu sự sinh trưởng của S.Sự sinh trưởng của vi khuẩn S.
thermophilus sẽ thúc đẩy quá trình sinh trưởng của vi khuẩn L. bulgaricus thông qua việc hình thành formic acid. Khi sử dụng hai loại vi khuẩn lactic trên: ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, pH của sữa thích hợp cho S. thermophilus hoạt động, chiếm ưu thế và đảm bảo cho quá trình lên men lactic được bắt đầu.
Hoạt động của các enzyme thủy phân casein của L. bulgaricus kích thích sự phát triển của S. thermophilus và làm cho độ acid tăng lên.Khi này pH trong môi trường thấp cộng với điều kiện thiếu oxy sẽ tạo điều kiện tốt cho L. bulgaricus phát triển mạnh mẽ và sự đông tụ của sữa bắt đầu.
Sự hình thành chất thơm trong sản phẩm sữa chua trước đây người ta cho rằng chỉ có vai trò của S. Nhưng các nghiên cứu gần đây cũng đã nhấn mạnh đến vai trò của L.bulgaricus trong việc tạo nên hương thơm cho sản phẩm, trong đó thành phần acetaldehyde được coi là thành phần quan trọng góp phần tạo nên hương thơm đặc trưng của sữa chua. 5 Tạ Thị Thu Huyền, Lớp 12.01-K19, khoa Công nghệ sinh học Kinh nghiệm cho thấy sữa chua sẽ đạt tiêu chuẩn tốt nhất (về pH, mùi vị, hương thơm) khi tỷ lệ S. Chủng vi khuẩn Streptococcus thermophilus Các chi Streptococcus bao gồm một số loài gây bệnh, như S.
pyogenes, nhưng ngành công nghiệp thực phẩm xem xét và đánh giá S. thermophilus không gây bệnh. thermophilus được cho là đã phát triển riêng biệt từ các loài Streptococcus gây bệnh cách đây ít nhất 3. Các nhóm nghiên cứu đã giải mã bộ gen của hai chủng S.
thermophilus CNRZ1066 và LMG13811, và tuyên bố rằng các chủng vi khuẩn này không gây nguy hiểm [27]. Phân tích bộ gen cũng đã chỉ ra rằng bằng cách thích ứng với môi trường sữa, các loài này đã có những gen khác mà các loài mang gen gây bệnh không có. thermophilus có thể sử dụng năng lượng lactose để giúp bản thân phát triển [10]. Đặc điểm của chủng Streptococcus thermophilus 2.
Tên gọi Streptococcus thermophilus (Streptococcus salivarius subsp.thermophilus) là một loại vi khuẩn lactic[20,28]. "Streptococcus" xuất phát từ chữ Hy lạp có nghĩa là "twisted berry" là vi khuẩn được nhóm lại trong chuỗi giống như một chuỗi hạt. "thermophilus" xuất phát từ tiếng Hy Lạp “Therme “, có nghĩa là "nhiệt". “Streptococcus thermophilus“là khả năng của một sinh vật phát triển mạnh ở nhiệt độ cao, là tên cũ trong phân loại học [13,21].Tuy nhiên trong lĩnh vực giống khởi động cho lên men sữa, tên cũ này vẫn được sử dụng trong các tài liệu hiện hành.
6 Tạ Thị Thu Huyền, Lớp 12.01-K19, khoa Công nghệ sinh học 2. Đặc điểm, hình thái, kích thước S. thermophilus có tế bào hình cầu hoặc hình trứng, đường kính 0,7-0,9 µm, thường kết thành chuỗi dài, và là vi khuẩn gram (+). thermophilus là vi khuẩn yếm khí tùy ý, không hình thành bào tử, và là vi khuẩn ưa nhiệt (phát triển tốt ở 40-45˚C, không phát triển ở 53˚C và dưới 20˚C, sống được ở 65˚C trong 30 phút.
PH tối ưu cho sự phát triển của S. thermophilus là 6,6 – 6,8, chúng không phát triển được trong môi trường sữa chứa 0,01% methylene blue, môi trường máu chứa 10% mật và đa số các chủng Streptococcus có khả năng lên men glucose, lactose, fructose, sacharose [6]. Cấu trúc bộ gen S.