Nghiên Cứu Đặc Điểm Sinh Học Của Vi Khuẩn Lactic Từ Thực Phẩm Lên Men

Khóa luận nghiên cứu đặc điểm sinh học của vi khuẩn lactic từ thực phẩm lên men, góp phần hiểu rõ vai trò của chúng trong chế biến thực phẩm.

• Tác giả: Trần Thị Hồng Vân
• Người hướng dẫn: GVHD: Trần Thanh Thủy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vi Sinh
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Điểm Sinh Học Của Vi Khuẩn Lactic Từ Thực Phẩm Lên Men
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 1996 - 2000
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• 1. PHẦN I: MỞ ĐẦU
• 2. PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Sơ lược về vi khuẩn lactic
• 2.2. Đặc điểm của quá trình lên men lactic
• 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
• 2.4. Thành phần và đặc điểm của nhóm vi khuẩn lactic thường gặp trong lên men thực phẩm
• 2.4.1. Chi Streptococcus
• 2.4.2. Chi Lactobacillus
• 2.4.3. Chi Peptidococcus
• 2.4.4. Các vi khuẩn trong lên men sữa
• 2.4.4.1. Streptococcus lactic
• 2.4.4.2. Streptococcus cremoris
• 2.4.4.3. Streptococcus thermophilus
• 2.4.4.4. Lactobacillus acidophilus
• 2.4.4.5. Lactobacillus sp.
• 2.4.4.6. Lactobacillus casein
• 2.4.5. Các vi khuẩn trong lên men rau quả
• 2.4.5.1. Lactobacillus plantarum
• 2.4.5.2. Leuconostoc mensenteroides
• 2.5. Vai trò của vi khuẩn lactic
• 2.6. Công nghiệp sản xuất acid lactic
• 2.7. Chế biến và bảo quản rau quả
• 2.8. Lên men lactic trong ngành sữa

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Vi Khuẩn Lactic Từ Thực Phẩm Lên Men

Vi khuẩn lactic là nhóm vi sinh vật quan trọng trong quá trình lên men thực phẩm. Chúng không chỉ giúp bảo quản thực phẩm mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng. Nghiên cứu về đặc điểm sinh học của vi khuẩn lactic từ thực phẩm lên men đang ngày càng trở nên cần thiết. Các sản phẩm như sữa chua, phomat, và các loại rau củ lên men đều có sự tham gia của nhóm vi khuẩn này. Việc hiểu rõ về chúng sẽ giúp cải thiện quy trình sản xuất và chất lượng sản phẩm.

1.1. Đặc Điểm Sinh Học Của Vi Khuẩn Lactic

Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillaceae, có hình dạng đa dạng từ hình cầu đến hình que. Chúng không hình thành bào tử và thường là gram dương. Đặc điểm sinh lý của chúng cho phép phát triển trong môi trường có oxy nhưng không cần thiết.

1.2. Vai Trò Của Vi Khuẩn Lactic Trong Thực Phẩm

Vi khuẩn lactic đóng vai trò quan trọng trong việc lên men thực phẩm, giúp bảo quản và tăng cường giá trị dinh dưỡng. Chúng tạo ra acid lactic, giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn có hại, đồng thời tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Vi Khuẩn Lactic Từ Thực Phẩm Lên Men

Mặc dù vi khuẩn lactic có nhiều lợi ích, nhưng việc nghiên cứu và ứng dụng chúng trong thực phẩm vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như sự biến đổi gen, khả năng kháng thuốc, và sự phát triển không đồng đều của các chủng vi khuẩn là những yếu tố cần được xem xét. Việc hiểu rõ các thách thức này sẽ giúp cải thiện quy trình sản xuất và chất lượng sản phẩm.

2.1. Vấn Đề Biến Đổi Gen Của Vi Khuẩn Lactic

Sự biến đổi gen có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và sản xuất của vi khuẩn lactic. Việc kiểm soát và nghiên cứu các biến thể gen là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.2. Khả Năng Kháng Thuốc Của Vi Khuẩn Lactic

Một số chủng vi khuẩn lactic có thể phát triển khả năng kháng thuốc, gây khó khăn trong việc kiểm soát sự phát triển của chúng trong môi trường sản xuất thực phẩm.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vi Khuẩn Lactic Từ Thực Phẩm Lên Men

Để nghiên cứu đặc điểm sinh học của vi khuẩn lactic, các phương pháp nuôi cấy, phân lập và phân tích gen thường được sử dụng. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại như giải trình tự gen giúp xác định chính xác các chủng vi khuẩn và đặc điểm của chúng. Các phương pháp này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về vi khuẩn mà còn cải thiện quy trình sản xuất thực phẩm.

3.1. Phương Pháp Nuôi Cấy Vi Khuẩn Lactic

Việc nuôi cấy vi khuẩn lactic thường được thực hiện trong môi trường dinh dưỡng phức tạp, giúp tối ưu hóa sự phát triển và sản xuất acid lactic. Các yếu tố như nhiệt độ, pH và nồng độ oxy cần được kiểm soát chặt chẽ.

3.2. Phân Tích Gen Của Vi Khuẩn Lactic

Phân tích gen giúp xác định các chủng vi khuẩn lactic và đặc điểm sinh học của chúng. Công nghệ giải trình tự gen hiện đại cho phép nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc di truyền và khả năng sinh sản của vi khuẩn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Vi Khuẩn Lactic Trong Thực Phẩm

Vi khuẩn lactic được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, từ sản xuất sữa chua đến chế biến rau củ lên men. Chúng không chỉ giúp bảo quản thực phẩm mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng và hương vị. Việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm từ vi khuẩn lactic sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong ngành công nghiệp thực phẩm.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Sữa

Vi khuẩn lactic là thành phần chính trong sản xuất sữa chua và phomat. Chúng giúp lên men sữa, tạo ra acid lactic và các sản phẩm phụ có giá trị dinh dưỡng cao.

4.2. Ứng Dụng Trong Chế Biến Rau Củ

Vi khuẩn lactic được sử dụng trong quá trình lên men rau củ, giúp bảo quản và tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Các sản phẩm như dưa, cà muối đều có sự tham gia của nhóm vi khuẩn này.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Vi Khuẩn Lactic Từ Thực Phẩm Lên Men

Nghiên cứu về vi khuẩn lactic từ thực phẩm lên men không chỉ giúp cải thiện quy trình sản xuất mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Việc hiểu rõ về đặc điểm sinh học và ứng dụng của chúng sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong ngành thực phẩm. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe cộng đồng.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Vi Khuẩn Lactic

Nghiên cứu vi khuẩn lactic sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều ứng dụng mới trong ngành thực phẩm và y tế. Việc cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ là mục tiêu hàng đầu.

5.2. Lợi Ích Của Vi Khuẩn Lactic Đối Với Sức Khỏe

Vi khuẩn lactic không chỉ giúp bảo quản thực phẩm mà còn có tác dụng tích cực đối với sức khỏe con người. Chúng có thể cải thiện hệ tiêu hóa và tăng cường sức đề kháng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình lên men lactic giữ vai trò nền tảng trong công nghệ sinh học và chế biến thực phẩm toàn cầu, với nhu cầu tiêu thụ acid lactic trên thế giới đạt khoảng 30.000 tấn mỗi năm, trong đó hơn 70% sản lượng được cung ứng thông qua con đường lên men vi sinh vật. Tại Việt Nam, nguồn nông sản nhiệt đới phong phú đã tạo tiền đề cho sự phát triển của hàng loạt thực phẩm lên men truyền thống như sữa chua, nem chua, tôm chua, dưa cải và nước trái cây. Tuy nhiên, hơn 85% cơ sở sản xuất trong nước thời kỳ này vẫn hoạt động ở quy mô thủ công, phụ thuộc vào hệ vi sinh vật tự nhiên, dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều và tiềm ẩn rủi ro về an toàn vệ sinh thực phẩm.

Vấn đề cốt lõi của công nghệ lên men hiện đại nằm ở việc tuyển chọn và thuần hóa các chủng giống vi sinh vật có hoạt lực cao. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm phân lập, tuyển chọn và khảo sát toàn diện các đặc điểm sinh học, sinh lý, sinh hóa cũng như động học tăng trưởng của các chủng vi khuẩn lactic từ các nguồn thực phẩm lên men quen thuộc. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào 13 chủng vi sinh vật được thu thập tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn niên khóa 1996 - 2000.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc cung cấp cơ sở dữ liệu vi sinh chuẩn xác, tối ưu hóa các thông số nuôi cấy với mục tiêu đạt mật độ tế bào cực đại trên 900 triệu tế bào/ml. Kết quả đạt được đóng góp thiết thực vào mục tiêu công nghiệp hóa các quy trình lên men truyền thống, rút ngắn thời gian lên men từ 30% đến 50% và nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh hóa vi sinh vật học kinh điển về quá trình chuyển hóa carbohydrate kị khí của vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacteriaceae. Khung lý thuyết phân chia quá trình lên men thành hai cơ chế chính:

1. Thuyết lên men lactic đồng hình: Các chủng vi khuẩn như Streptococcus lactis, Streptococcus thermophilus hay Lactobacillus bulgaricus tiến hành phân giải glucose theo con đường Embden - Meyerhof - Parnas (EMP). Dưới tác dụng xúc tác của enzyme aldolase và lactate dehydrogenase, phân tử glucose chuyển hóa trực tiếp thành acid lactic, chiếm tỷ lệ từ 90% đến 98% tổng sản phẩm chuyển hóa, đồng thời giải phóng 75,6 kJ năng lượng tự do cho mỗi phân tử glucose.
2. Thuyết lên men lactic dị hình: Các vi khuẩn lactic dị hình không sở hữu enzyme aldolase nên phân giải đường qua con đường Pentose phosphate và phản ứng phosphoketolase đặc trưng. Sản phẩm cuối cùng không chỉ có acid lactic (khoảng 50%) mà còn tạo ra acid acetic, ethanol và khí carbon dioxide ($CO_2$), mang lại hương vị đặc trưng cho sản phẩm rau củ quả muối chua.

Ba khái niệm trung tâm chi phối mô hình nghiên cứu bao gồm: tính chất vi sinh vật kị khí không bắt buộc (nhờ sự hiện diện của enzyme peroxidase thay thế catalase), biên độ thích ứng môi trường (nhiệt độ, pH, áp suất thẩm thấu muối NaCl) và động học tích lũy sinh khối trong pha sinh trưởng lũy thừa.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu gồm 13 chủng vi sinh vật được phân lập từ 7 nhóm nguồn cơ chất thực phẩm lên men thực tế: sữa chua Vinamilk và Foremost, nước dưa cải muối chua, dưa giá, nem chua, nước dứa, nước cà chua lên men và men bánh mì. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng theo trạng thái cơ chất (rắn, lỏng, sệt). Mẫu rắn như nem chua được nghiền vô trùng, pha loãng liên tục theo bậc 10 từ nồng độ $10^{-1}$ đến $10^{-6}$ trước khi gieo cấy gạt đều trên đĩa petri chứa môi trường MRS đặc.

Lý do lựa chọn môi trường MRS (chứa pepton 10g/l, cao thịt 10g/l, cao nấm men 5g/l, Tween 80 1ml/l) và môi trường carbonate-agar là nhằm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng phức tạp đòi hỏi nhiều acid amin và vitamin của vi khuẩn lactic. Quy trình phân tích bao gồm:

• Sơ tuyển hoạt lực sinh acid dựa trên đường kính vòng phân giải canxi cacbonat ($CaCO_3$) trong suốt sau 4 ngày nuôi ở 30°C.
• Xác định định tính acid lactic bằng thuốc thử Uffelmann (hỗn hợp phenol 5% và $FeCl_3$ 5%).
• Định danh hình thái tế bào qua phương pháp nhuộm đơn, nhuộm Gram và thử hoạt tính catalase bằng dung dịch $H_2O_2$.
• Định lượng mật độ tế bào theo thời gian bằng buồng đếm Goriaev-Thoma theo công thức $N = 0,25a \times 10^7$ tế bào/ml. Toàn bộ timeline thực nghiệm được tiến hành liên tục trong thời gian 24 tháng tại phòng thí nghiệm chuyên ngành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận các kết quả nổi bật về khả năng phân lập, sinh lý và động lực học tăng trưởng của các chủng vi khuẩn lactic:

• Tuyển chọn thành công 3 chủng ưu việt từ 13 chủng ban đầu: Sau khi sàng lọc qua phản ứng tạo vòng tan $CaCO_3$ và đổi màu vàng đậm với thuốc thử Uffelmann, 3 chủng có hoạt lực mạnh nhất được lựa chọn là chủng S (từ sữa chua), chủng D1 (từ nước dứa lên men) và chủng G (từ nước dưa giá).
• Tốc độ tăng trưởng và mật độ sinh khối vượt trội của chủng S: Chủng S (Streptococcus) đạt mật độ tế bào cực đại lên tới 955 triệu tế bào/ml tại thời điểm 10 giờ nuôi cấy ở 30°C. So với thời điểm kết thúc pha lag tại 2 giờ (đạt 8,9 triệu tế bào/ml), mật độ tế bào tại đỉnh pha log đã tăng trưởng gấp hơn 100 lần (tương đương mức tăng trên 10.600%).
• Động thái tăng trưởng của chủng D1 và G (Lactobacillus): Chủng D1 đạt mật độ cực đại 607 triệu tế bào/ml ở 10 giờ tại 30°C, cao hơn 81% so với mức sinh khối đạt được ở 35°C (335 triệu tế bào/ml) và vượt trội hơn 405% so với mức 120 triệu tế bào/ml ở 25°C. Trong khi đó, chủng G đạt đỉnh sinh khối sớm hơn tại 8 giờ với 170 triệu tế bào/ml.
• Sự khác biệt về khả năng thích ứng sinh lý: Chủng S thể hiện khả năng thích nghi rộng nhất với dải pH từ 5,0 đến 10,0 và chịu được dải nhiệt độ từ 20°C đến 50°C. Về khả năng chịu mặn, chủng S và chủng G sinh trưởng tốt ở nồng độ muối NaCl 6,5%, trong khi chủng D1 hoàn toàn bị ức chế ở nồng độ NaCl 4,0% và 6,5%.

Thảo luận kết quả

Các phát hiện thực nghiệm phản ánh rõ nét mối tương quan giữa đặc điểm di truyền và cơ chất nguồn gốc phân lập của từng chủng. Chủng S phân lập từ sữa chua có khả năng đồng hóa toàn bộ các loại đường khảo sát (glucose, fructose, galactose, saccharose, maltose, sorbitol, mannitol), nhờ sở hữu hệ enzyme chuyển hóa carbohydrate hoàn chỉnh. Ngược lại, chủng D1 từ nước dứa không lên men được maltose và chủng G từ dưa giá không lên men được fructose, chứng minh sự chuyên biệt hóa enzyme theo nguồn cơ chất tự nhiên.

Nguyên nhân chủng D1 nhạy cảm với muối NaCl cao (trên 4,0%) là do cấu trúc màng tế bào của trực khuẩn này chưa thích nghi với áp suất thẩm thấu lớn, khiến tế bào bị mất nước và ức chế quá trình vận chuyển chất dinh dưỡng. Trong khi đó, khả năng sống ở nồng độ muối 6,5% của chủng G lý giải vì sao chủng này tồn tại ưu thế trong môi trường dưa muối mặn.

Các dữ liệu động thái sinh trưởng được biểu diễn trực quan thông qua 6 đồ thị tăng trưởng và 12 bảng số liệu trong nghiên cứu. Đường cong sinh trưởng của cả 3 chủng đều thể hiện rõ nét 4 pha: pha lag (0 - 2 giờ), pha log (2 - 10 giờ với S và D1; 2 - 8 giờ với G), pha cân bằng (10 - 12 giờ) và pha suy vong (sau 12 giờ). Kết quả này hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu vi sinh quốc tế, khẳng định thời điểm thu nhận sinh khối tối ưu nhất để làm giống sản xuất là từ giờ thứ 8 đến giờ thứ 10.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các đặc tính sinh học đã được làm sáng tỏ, 4 khuyến nghị ứng dụng thực tiễn được đề xuất như sau:

1. Ứng dụng chủng S trong sản xuất sữa chua công nghiệp: Doanh nghiệp chế biến sữa cần sử dụng chủng thuần khiết S với tỷ lệ cấy giống 5%, duy trì nhiệt độ lên men tối ưu ở 30°C - 35°C và pH 6,0. Giải pháp này giúp rút ngắn thời gian đông tụ sữa xuống dưới 6 giờ, đạt mật độ lợi khuẩn trên $9 \times 10^8$ tế bào/ml, triển khai đồng bộ trong vòng 6 tháng tới.
2. Khai thác chủng G và S trong quy trình muối chua rau quả và chế biến nem chua: Các cơ sở chế biến thực phẩm nên bổ sung chế phẩm vi khuẩn lactic chịu mặn (chủng G hoặc S) vào môi trường có nồng độ muối từ 4,0% đến 6,5%. Mục tiêu nhằm kiểm soát độ acid nhanh, ức chế vi khuẩn gây thối và rút ngắn thời gian lên men từ 48 giờ xuống còn 24 giờ, thực hiện trong lộ trình 12 tháng.
3. Chuẩn hóa quy trình lên men nước trái cây với chủng D1: Các nhà máy nước giải khát cần ứng dụng chủng D1 lên men dịch quả dứa và cà chua ở nhiệt độ 30°C trong 10 giờ, kiểm soát nồng độ muối dưới 2,0%, tạo sản phẩm nước uống lên men giàu probiotic với tỷ lệ sống sót của lợi khuẩn đạt trên 85%.
4. Áp dụng phương pháp bảo quản giống bằng glycerin 15% ở nhiệt độ -20°C: Phòng thí nghiệm và trung tâm lưu giữ giống vi sinh vật cần thực hiện quy trình trộn dịch tế bào pha log với glycerin 15%, làm lạnh đông sâu ở -20°C đến -25°C trong 2 phút để duy trì tỷ lệ sống sót của giống vi khuẩn lactic đạt trên 71,86% sau 12 tháng lưu trữ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

• Sinh viên và học viên cao học ngành Công nghệ sinh học và Vi sinh học: Tiếp cận phương pháp luận nghiên cứu chuẩn mực về quy trình phân lập vi sinh vật từ thực phẩm, kỹ thuật nhuộm Gram, định danh theo khóa Bergey và kỹ năng tính toán động thái sinh trưởng bằng buồng đếm Goriaev-Thoma.
• Kỹ sư R&D tại các nhà máy chế biến thực phẩm và đồ uống: Nắm bắt chính xác các thông số nhiệt độ (30°C - 35°C), ngưỡng chịu muối (2% - 6,5%) và thời điểm thu sinh khối cực đại (giờ thứ 8 - 10) để thiết kế quy trình sản xuất sữa chua, nem chua và nước lên men quy mô công nghiệp.
• Cán bộ quản lý chất lượng và chủ cơ sở sản xuất thực phẩm lên men truyền thống: Nhận diện tầm quan trọng của việc chuyển đổi từ lên men tự nhiên sang cấy giống thuần khiết, giúp kiểm soát nguy cơ nhiễm khuẩn ngoại lai và chuẩn hóa chất lượng cảm quan của sản phẩm.
• Giảng viên và nghiên cứu viên tại các viện nghiên cứu vi sinh: Sử dụng hệ thống bảng biểu và đồ thị thực nghiệm trong luận văn làm tài liệu giảng dạy chuyên đề vi sinh vật học ứng dụng và phát triển các đề tài chọn tạo chủng vi sinh vật probiotic.

Câu hỏi thường gặp

Làm thế nào để phân biệt vi khuẩn lactic lên men đồng hình và dị hình trong thực nghiệm? Vi khuẩn lên men đồng hình chuyển hóa glucose theo con đường EMP, tạo sản phẩm chính là acid lactic chiếm 90% - 98% và không sinh khí. Ngược lại, vi khuẩn lên men dị hình đi qua con đường pentose phosphate, tạo ra hỗn hợp gồm acid lactic, acid acetic, ethanol và sủi bọt khí $CO_2$.

Ý nghĩa thực tiễn của phản ứng tạo vòng tan trên môi trường carbonate-agar là gì? Canxi cacbonat ($CaCO_3$) không tan làm môi trường có màu đục. Khi vi khuẩn lactic sinh acid, acid này hòa tan $CaCO_3$ tạo thành canxi lactat tan, xuất hiện vòng trong suốt xung quanh khuẩn lạc. Đường kính vòng tan càng lớn chứng tỏ khả năng sinh acid của chủng đó càng mạnh sau 4 ngày nuôi cấy.

Thời điểm nào là tối ưu nhất để thu nhận sinh khối vi khuẩn lactic phục vụ nhân giống? Thời điểm tối ưu là cuối pha logarit, từ giờ thứ 8 đến giờ thứ 10 của quá trình nuôi cấy ở 30°C. Lúc này tế bào đạt trạng thái sinh lý sung mãn nhất, mật độ đạt cực đại từ 607 đến 955 triệu tế bào/ml trước khi chuyển sang pha cân bằng và suy vong sau 12 giờ.

Tại sao chủng vi khuẩn S có thể ứng dụng đa dạng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau? Chủng S sở hữu dải thích nghi sinh thái rộng với khả năng sống ở nhiệt độ từ 20°C đến 50°C, dải pH từ 5,0 đến 10,0 và chịu được nồng độ muối NaCl lên tới 6,5%. Đồng thời, chủng này lên men được 7 loại đường phổ biến, tạo độ chua nhanh và ổn định.

Phương pháp bảo quản nào duy trì tỷ lệ sống sót cao nhất cho vi khuẩn lactic trong phòng thí nghiệm thông thường? Phương pháp lạnh đông sâu ở nhiệt độ từ -20°C đến -25°C sử dụng chất bảo vệ glycerin 15% là giải pháp tối ưu. Phương pháp này ngăn ngừa tinh thể đá phá hủy màng tế bào, giúp duy trì tỷ lệ sống sót của vi khuẩn đạt trên 71,86% sau 12 tháng bảo quản.

Kết luận

• Phân lập thành công 13 chủng vi khuẩn lactic từ 7 nguồn cơ chất thực phẩm lên men dân gian và tuyển chọn được 3 chủng ưu việt gồm S, D1 và G có hoạt lực sinh acid lactic mạnh.
• Định danh chính xác chủng S thuộc chi Streptococcus, chủng D1 và chủng G thuộc chi Lactobacillus dựa trên đặc điểm hình thái, sinh lý và khóa phân loại Bergey.
• Xác định điều kiện sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ 30°C - 35°C, pH 6,0, ghi nhận mật độ sinh khối cực đại đạt 955 triệu tế bào/ml tại thời điểm 10 giờ nuôi cấy đối với chủng S.
• Chứng minh khả năng thích ứng nồng độ muối NaCl 6,5% của chủng S và G, mở ra tiềm năng lớn cho công nghệ chế biến rau quả muối chua và thực phẩm mặn.
• Thiết lập quy trình bảo quản lạnh đông giống vi sinh vật bằng glycerin 15% ở -20°C đạt tỷ lệ sống sót trên 70% sau một năm.

Công trình là đóng góp học thuật quan trọng trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu vi sinh vật học thực phẩm, tạo cầu nối đưa công nghệ lên men truyền thống tiến lên quy mô sản xuất công nghiệp hiện đại. Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tiếp theo, các đơn vị nghiên cứu và sản xuất cần tiến hành thử nghiệm quy mô pilot từ 50 đến 100 lít, đồng thời hoàn thiện quy trình sấy thăng hoa tạo chế phẩm vi sinh dạng bột thương phẩm. Hãy liên hệ với tác giả và đơn vị đào tạo để khai thác toàn văn tài liệu và hợp tác chuyển giao công nghệ lên men vi sinh tiên tiến ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu con đường pentozophotphat oxy hóa. Tiếp sau đó là phản ứng của photphoketolaza đặc trưng cho vi khuẩn lactic dị hình, phân giải pentoza thành glyccrinaldchyt_3 photphat và acetyl_ photphat, Sự oxy hoá trioza tới axit lactic xảy ra như ở lên men lactic đồng hình qua các phản ứng đường phân. Sự phân hủy pentoza từ acetylphotphat sẽ tạo thành acid acetic. Glucoza y Ribulozo - 5 - photphat ’ Xilutozo - 5 - photphat _— —-_> glycerinadehyt ~ 3 ~ photphat Acetylphotphat nh cattle L.actat | Acetaldehyt sant Sơ đổ lên men lactic dị hình LH.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men: HHI.1:Thông khí : Trong quá trình nuôi cấy các chủng vi sinh vật hiếu khí người ta tiến hành cung cấp một lượng lớn các khí vô trùng. Lên men công nghiệp thường thường sử dụng thiết bị lên men có hệ thống khuấy đảo và sục khí. Còn trong điều kiện phòng thí nghiệm, tiến hành nuôi cấy lắc để cung cấp oxy đầy đủ tùỳ theo nhu cầu của từng chúng. Vị khuẩn lactic là loài ki khí không bắt buộc do đó việc cung cấp oxy cho quá trình lên men là không cần thiết.

Niiệt độ : Nhiệt độ là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của vị sinh vật và hiệu quả lên men. Quá trình lên men luôn có sự tỏa nhiệt. làm cho nhiệt độ trong thiết bị lên men có xu hướng gia tăng quá ngưỡng nhiệt độ thích hợp. Nhiệt xuất hiện trong thiết bị lên men liên quan đến sự LUẬN VĂN TỐT NG TRAN T.

NG VA đồng hóa các chất dinh dưỡng của chủng nuôi cấy. Sự gia tăng nhiệt độ xảy ra trước khi quá trình lên men đạt đến pha phát triển ổn định và sau đó sẽ idm xuống. Do đó phải thường xuyên theo đối và điểu chỉnh nhiệt độ phù hợp với quá trình lên men, Thông thường để điểu hòa nhiệt người ta trang bị hệ thống làm nóng và làm nguội ở thiết bị lên men. pH: Mỗi loài vi sinh vật thích hợp với một gid trị pH nhất định của môi trường nuôi cấy.

Nhưng trong quá trình lên men chúng tạo ra các sản phẩm trao đổi chất có tính acid hay kiểm khiến cho pH của môi trường không còn thích hợp cho hoạt động của nhóm vi sinh vật này nữa. Do đó việc chủ động điều chỉnh pH của môi trường là điều rất cần thiết khi thực hiên quá trình lên men.4 Ảnh lường của các chất ức chế : Hiệu suất của quá trình lên men trước tiên phụ thuộc vào năng suất hoạt động của vi sinh vật. Trong quá trình lên men việc cung cấp các chất dinh dưỡng là điểu cần thiết, tuy nhiên nếu lượng này lớn hơn so với nhu cầu có thể làm ức chế sự hoạt động của nhóm vi sinh vật ức chế sự lên men.Thành phần va đặc điểm của nhóm vi khuẩn lactic thường gặp trong lên men thực phẩm : Có nhiều loài vi khuẩn lactic tham gia vào quá trình lên men thực phẩm nhưng chủ yếu chúng thuộc các chi Streptococcus, Lactobacillus, Peptidococcus. ® Streptococcus : Tế bao hình cầu hoặc hình trứng, ít khi kéo dài thành hình que, thường xếp thành chuỗi ngắn hoặc chuỗi dài.

Ở một số loài, có thể thấy được vỏ nhầy trong điều kiện đặc biệt nào đó. Không di động ngoại trừ một vài chủng thuộc nhóm Entercoccus. Hydratcacbon và rượu đa chức cần thiết cho sự phát triển của nhóm này trong môi trường nhân tạo. Các chủng tạo khuẩn lạc có bể mặt nhăn và nhỏ thường có khuynh hướng lắng nhanh xuống đáy môi trường.

Ngược lại chủng có bể mặt khuẩn lạc phẳng khi phát triển thường làm đục môi trường đồng đều, chỉ một ít lắng xuống đáy. Bê mặt khuẩn lạc trong cùng một loại cũng thay đổi từ nhăn tới phẳng hoặc nhay ướt. Lên men các hydratcacbon tao sắn phẩm cuối cùng là acid lactic. LUẬN VĂN TỐT NG TRAN ONG VAN Catalaza âm tính, phát triển được trong môi trường có oxygen, Nhu cau dinh dưỡng rất phức tạp đòi hỏi phải có nhiều vitamin và acid amin.

® Chi Lactobacillus : Tế bào hình que thẳng hoặc cong, thường ở dạng đơn lẽ hoặc tạo thành chuỗi. Chúng không di động. Lên men hydratcacbon tạo sản phẩm cuối cùng là acid lactic hoặc một số sản phẩm phụ như acid formic, acid acetic, COx.Vi hiếu khí đến ky khí không bắt buộc. ® Chi Peptidococcus : Tế bào hình câu thường ở dạng đơn, đôi, tcưa đôi khi xếp thành chuỗi ngắn, có thể xếp thành chụm 8 tế bào nhưng hiếm thấy.

Vi hiếu khí, phát triển kém trên bể mặt môi trường, Lên men hydratcacbon tạo sản phẩm cuối cùng là acid lactic, IV. vị nm men sữa: Streptococcus lactic ; Tế bào hình bầu dục, kích thước (1 -l,5)x( 0,5 -l ) micromet tổn tại thành từng đôi hay chuỗi ngắn. Có khả năng lên men sữa, Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển là 30 - 35C. Làm đông tụ sửa sau 12 gid, Độ acid đao động từ 110 - 120°T.

Lên men glucose, mantose, raffinose, lactose. Streptococcus cremoris : Tế bao hình cầu hoặc hình trứng gần giống như S. lactic nhưng kích thước nhỏ hơn, kích thước trung bình 0,6 - 0,7 micromet. Thường tìm thấy trong sữa dưới dạng chuỗi dài hoặc gần đôi.

Không di động. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển là 20 - 25°C, Làm đông tụ sữa sau 12 giờ. Lam cho sữa có độ chua thấp hơn 110 -115°T, Không phát triển ở môi trường chứa NaCl 4%. Lên men các loại đường glucosc, mantose, lactose, galactose.

Streptococcus thermophilus : Tế bao hình cau hoặc hình trứng. Tn tại thành từng đôi hay chuỗi dài. Gram đương, nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển là 40 - 45°C, phát triển được ở 50°C nhưng không phát triển ở 53°C và dưới 20°C. Không phát triển được trong môi trường chứa NaCl 2%, Lên men các loại đường glucose, fructose, lactose và succlose, Ít lên men pentose, raflïnose.

Không LUẬN VĂN TỐT NGHI "RAN ¡ NG VẬN lên men tetralose, mantose, inulin, glycerin, manitol, sorbitol. Nhận biết loài này dựa vào đặc tính phát triển ở nhiệt độ cao và nhạy cảm với NaCl, Lactobacillus acidophicus: Tế bào hình que, kích thước (0,6 - 0,9 ) x (l5 - 6 ) micromet, Chúng thường đứng riêng rẽ, kết đôi hay tạo thành chuỗi ngắn. Khi còn non gram dương về già chuyển gram âm, có thể di động được. Phát triển tốt ở nhiệt độ 37 - 40°C.

Tích tụ 2 % acid lactic trong môi trường. Lên men các loại đường glucose, mantosc, saccharosc ,lactosc. Lactobacillus § _ Tế bao hình que dai, thường xếp thành chuỗi gram dương. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển là 40 — 48°C.

Trong môi trường lên men tạo 3.5% acid lactic, độ acid tạo ra từ 300 -450°T. Làm đông tụ sữa từ 3 - 6 giờ. Lên men glucose, galactose ,lactosc. Thường không lên men sucrose, mantos, fructose khi mới được phân lập.

Lactobacillus casein : Tế bao hình que kích thước không lớn (08 - 0,9) x (2- 6 ) micromet, Nhiệt độ thích hợp cho sự phat triển là 30 — 35 °C, Có thể phát triển ở 22 -55°C. Chịu đựng được độ acid. Lên men tốt các loại đường glucose, lactosse, mantose. Có thể phân hủy cazein đến acid amin, IV.

Các vi khuẩn trong lên men rau quả : Lactobacillus plantarum: Tế bao hình que , kích thước (0,7 -1, 0 ) x (3,0 - 8,5 ) micromet. Tén tại ở dạng đơn lẽ hay kết thành chuỗi ngắn, tế bào ở cuối chuỗi hơi tròn. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển là 30°C không phát triển được ở nhiệt độ dưới 10°C và trên 40°C. Phát triển được ở môi trường chứa NaCl 5,5%.

Lên men tích tụ lượng acid lactic trong môi trường là 1,2%. Lên men đồng hình các loại đường glucose, fructose, mantose, galactose, lactose, mannose, Lên men đường mantose tạo acid lactic và acid acetic. Lên men yếu các loại đường sorbitol, manitol,dextrin, glycerol, xylose. Không lên men tinh bột va inulin, Leuconostoc mensenteroides: _ Tế bao hình cầu, đường kính 0,9 - 1,2 micromet, Tén tại thành đôi, chuỗi ngắn hoặc chuỗi dài.

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển là 21- 25 °C. Lên men được các loại đường glucosc,Írutosc. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRAN THỊ HONG VẬN manose, xylose, arabinose,sucrose ,lactose, raffinose, salicin , rhamnose và glycerol. Đặc điểm phân biệt của chủng này là sinh chất nhẩy trong môi trường dịch thể sucrose.

Có khả năng tạo chất thơm, chịu được néng đô đường và muối cao. Tế bào hình que, hai đầu tròn. Tổn tại thành từng đôi, chuỗi ngắn hay chuỗi dài (thường gặp chúng ở dạng chuỗi), Lên men các loại đường tạo thành acid lactic, acid acetic, rượu êtylic và CO. Lên men đường saccharose mạnh hơn đường lactose.

Acid lactic tích tụ trong môi trường lên men tới 1,2%. Ngoài ra chúng còn có khả năng tao chất thơm làm cho san phẩm có mùi thơm để chịu. Vai trò của vi khuẩn lactic: V, fri V. Công nghiệp sản suất acid lactic: Công nghiệp sản suất acid lactic đã được bắt đầu từ cuối thế kỷ 19, với vi khuẩn lactic là đối tượng được sử dụng để lên men thu nhận acid lactic.

Loài Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus leichmanii, Lactobacillus delbrucki ưu tiên được sử dụng. Đó là những loài vi khuẩn Lactic đồng hình có nhiệt độ tối ưu vào khoảng 45- 48°C, có ưu thế trong phòng ngừa lây nhiễm trong lên men. Nguyên liệu dùng trong sản suất acid lactic là đường, ri đường củ cải, dịch thủy phân bột, dich thủy phân inulin. Cũng có thé sử dụng những nguyên liệu thô chứa tính bột nhưng phải qua giai đoạn xử lý bằng enzim thủy phân tinh bột.

Quá trình lên men thưởng được thực hiện ở các điều kiện: = Nông độ đường trong môi trường: 10-15% " Lượng CaCO; được sử dụng: 10% " Mam đại mach : 0.375% * Photphat amon: (),25% Acid lactic được sử dung nhiều trong công nghiệp thuộc da, công nghiệp dệt và công nghiệp đổ nhựa. Nhu cẩu vé acid lactic trên phạm vi toàn thế giới đạt 30000 tấn/năm. Khoảng 30% nhu cầu này được đáp ứng nhờ acid lactic racemic sản xuất bằng con đường tổng hợp. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRAN THỊ HÔNG VẬN ® Ché biến và bảo quản rau quả: Người ta phối hợp cả qúa trình lên men lactic đồng hình và dị hình vào trong qúa trình chế biến và bảo quản rau quả, Trong môi trường có nồng độ mối, đường thích hợp vi khuẩn lactic phát triển mạnh sinh ra một lương lớn acid lactic, làm pH môi trường ngã vé acid ức chế các vi khuẩn gây thối rau quả.

Sản phẩm tạo thành sẽ có vị mặn, chua, thơm, kích thích ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa đồng thời bảo quản được lên men rau quả trong tự nhiên. Trong sản suất công nghiệp người ta sử dụng chủng giống thuần khiết. Nhân giống trong môi trường nước ép rau cải sau đó cho lên men, cho hiệu quả lên men cao, chất lượng sắn phẩm tốt, nâng cao năng suất qui mô công nghiệp.