Chương 1 TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan vi khuẩn lactic [18]. Lịch sử phát hiện Axit lactic đầu tiên được phát hiện ra ĩữ sữa bò lên men chua bởi nhà toán học Thụy Điển Carl Scheelle năm 1780 và được gọi là axit sữa. Năm 1857, Louis Pasteur lân đâu tiên đã chửng minh răng việc làm ra sữa chua bò là do nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic.
Năm 1878, Josph Lister lẩn đẩu tiên phân lập được một loại vi khuân lactic đặt tên là Bacterium lactic (hiện nay gọi là Streptococcus lactic). Từ đỏ đến nay nhiều loài vi khuẩn lactic khác nhau đã được phân lập và nghiên cứu. Đặc điểm chung Vi khuẩn lactic thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, không sinh bào tử, hầu hết không di động, kích thước nhỏ trung bình từ 0,3 - 1 Ịim, có khà năng lên men đường để tạo axit lactic. Chúng thu nhận năng lượng nhờ phân giải cacbohydrat và tiết ra axit lactic.
Nhóm vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaceae và chia thành bốn chi: Streptococcus, Pedỉococcus, Lactobacillus và Leuconostoc. Chi Lactobacillus có dạng hình que. Tùy vào điều kiện của môi trường sống mà hình dạng của chúng thay đổi từ hình que ngắn đến dài. sắp xếp thành chuỗi hay dửng riêng lẻ.
Chi Streptococcus có dạng hình tròn hoặc hình ovan, đường kính tế bào 0,5 - 1 pm. Sau khi phân chia theo một phương chúng thường xếp riêng biệt, cặp đôi hoặc chuỗi ngắn. Chi Leuconostoc cỏ hình dạng hơi dài hoặc hình ovan, đường kính từ 0,5 - 0,8 pm và chiều dài khoáng 1. Trong một số điều kiện chủng cũng có dạng hơi ưòn, 3 chiêu dài khoảng 1 - 3 pm.
Sau khi phán chia chúng thường sắp xếp thành chuỗi, không tạo thành đám tập trung. Chi Pedicoccus là những tứ cáu khuẩn hoặc song cầu khuẩn. Có hoạt tính thủy phân protein rất yếu. Ngày nay người ta còn bổ sung váo nhóm vi khuẩn lactic những chùng thuộc giông Bifidobacterium.
Nhóm vi khuân nãy có rất nhiều hình dạng khác nhau như hình trực khuân ngăn, dài ở dạng đon, đôi hoặc xếp ìhành dạng chuỗi; hình cầu hoặc cầu trực khuân ở dạng đon, đôi, đám hoặc xếp thành dạne chuồi. Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn lactic sình trưởng 15 - 50°C. Tuy nhiên, mỗi loài có khoảng nhiệt độ khác nhau nhưng nếu nhiệt độ lớn hon 80°C thì vi khuẩn lactic bị tiêu diệt hoàn toàn, pH thích hợp từ 4,5 - 6,8 1. Phân loại vi khuẩn lactic Người ta thường dựa vào quá trình lên men chia vi khuẩn lactic thành hai loại: vi khuẩn lactic lên men đồng hình và dị hình.
Vi khuẩn lactic lên men đồng hình bao gom: ❖ Lactobacterium casei là những trực khuẩn rất ngắn, gây chua sữa tự nhiên. Yem khí tùy tiện, lên men tốt glucose, maltose, lactose tạo ra môi trường có từ 0,81% axit lactic, ở điều kiện bình thường, chúng gây chua sữa ưong vòng 10-12 giờ. Nguồn nitơ của vi khuẩn này là pepton. Nhiệt độ tối thiểu cho chúng phát triển là 10°C, tối ưu là 35°c và tối đa là 45°c.
Chúng thủy phân casein và gelatin rất yếu. ❖ Streptococcus cremorỉs thường tạo thành chuỗi dài, thường phát triển ở nhiệt độ thấp hơn Lactobacterium casei, tối ưu từ 25 - 30°C, lên men đường glucose, galactose. ❖ Lactobacterium bulgaricus cỏ dạng trực khuẩn rất dài, nhiệt độ phát triển tối ưu là 20°C, có khà năng lèn men glucose, lactose. Chúng có khà năng tạo độ axit cao (3,7% axit lactic).
4 ❖ Lactobacterium delbruckii thường gặp ưên hạt đại mạch, đây là trực khuẩn có kích thước lớn. Irong quá trinh phát triển chúng có khả năng tạo sợi. Nhiệt độ toi ưu của chúng phát trién tứ 45 - 56 C, khác với các loài khác chúng không có khả năng lên men đường lactose vi vậy chúng không được dùng trong chế biến sữa. ♦ ĩ* Lactobacterium cueumeris ferment: thướng tim thấy trong sữa ủ chua.
Chúng là trực khuân, không chuyển động, thưởng tạo thành tế bào đơn và có khi tạo thành chuôi. Thường chúng tạo thành chuỗi trong quá ưinh lên men, khả năng tạo axit tối đa trong môi trường từ 0,9 - 1. Vi khuẩn lactic lên men dị hình bao gồm: *** Streptobacterium hassice fermentatae thường thấy ưong dịch lên men chua rau cải. Chúng tồn tại từng tế bào riêng biệt hoặc ghép thành từng đôi hoặc chuỗi ngắn cỏ khi ghép thành chuồi dài hình sợi.
Khi lên men rau cải chua tạo thành axit lactic, axit acetic, rượu etylic và CƠ2 Lên men đường saccarose tốt hơn lên men đường lactose. ❖ Lactobacterium lycopersici là trực khuẩn gram dương, sinh hơi, tế bào tạo thành chuỗi hay đơn, có khi ghép thành đôi một. Khi lên men chúng tạo thành axit lactic, rượu etylic, axit acetic và CO2. Chúng có khà năng tạo bào tử, tế bào sinh dưỡng thường chết ở nhiệt độ 80°C.
Đặc điểm sinh trưởng Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn lactic khác nhau, đặc biệt nhu cầu về vitamin và nitơ. Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được rất nhiều loại hydratcacbon từ các loại hexose, các đường đôi cho đến các polysaccharide. Một vài loại vi khuẩn lactic lên men dị hình phân lập được từ các sàn phẩm thực phẩm trong quá trình trao đổi chất chúng tạo ra CO2, axit acetic và axit lactic. Do chủ yếu các vi khuẩn lên men lactic trong thực phẩm là vi khuẩn lên men lactic dị hình.
Phàn ứng hoá học tạo thành axit lactic: CàHuOó -> 2CH3CH(OH)COOH (axit lactic) Phần lớn vi khuẩn lactic không thể sinh được các hợp chất hữu cơ phức tạp có chứa nitơ. Vì vậy để đàm bảo cho sự phát ừiển của mình, chúng phải sử dụng nguồn 5 mtơ co săn trong môi trưởng. Chỉ một số ít loài vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp cac chât hữu cơ từ nguón nitơ vố cơ. Vi vậy để sinh trưởng và phát triển bình thường ngoai nitơ dưới dạng hôn hợp các axit amin, ví khuẩn lactic còn cần những hợp chất hữu cơ phức tạp chứa nitơ như các sản phẩm thủy phán protein từ thịt, casein, pepton.
Đê đảm bảo sinh trưởng và phát triển đẩ> đũ. vi khuẩn lactic cần rất nhiều các hợp chât vô cơ như đông, săt, natri, kali, lưu huỳnh. Đặc biệt là mangan vì mangan ngăn cản sự tự phân của tế bào và nó cằn thiết cho quá trình sống bình thường của của vi khuân sau này. Mặt khác một vãi enzym cỏ sự tham gia cùa các ion kim loại như Fe2+, Mg2+, Mn2+ trong cấu trúc của trung tám hoạt động.
Ngoài axit amin và vitamin, vi khuẩn lactic còn có nhu cầu rất lớn về các hợp chất hữu cơ khác cho sự phát triển của chúng như: axit hữu cơ (axit acetic.) có tác động đến sự sinh trưởng của tế bào, các bazơ nitơ như adenine, guanine, uracil, thiamin.sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng nhất định của vi khuẩn. Axit amin như L-asparagin kiểm soát hoạt động trao đổi chất trong các te bào chức năng, L-glutamin bảo vệ hệ miễn dịch tiêu hóa. Nhiệt độ, pH là một trong những nhân tố quan ưọng nhất ảnh hưởng tới sinh trưởng của vi khuẩn lactic. Tùy thuộc vào nhiệt độ tối ưu cho lên men và cho sự sinh trưởng, vi khuẩn lactic được chia làm hai loại: loại ưa nhiệt và loại ưa ấm.
Loại ưa nhiệt gồm có: Lactobaterium bulgarỉcus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbruckiỉ. phát triển tốt ở 45 - 62°c. Loại ưa ấm gồm có: Lactobacillus causasicus, Lactobacillus lactic, Lactobacillus helvetỉcus, Lactobacillus axỉtophilus, Lactobacillus bifidus phát triển tốt ở 37 - 45°c, Lactobacillus casein. Lactobacillus plantarum, Lactobacillus leỉchmaniỉ, Lactobacillus brevis, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus pastorỉanus phát triển tốt ở 28 - 32°c, pH thích hợp từ 6,3 - 6,5.
ứng dụng Từ xa xưa, vi khuần lactic dược ứng dụng ưong rất nhiều lình vực. Chúng được dùng để sản xuất axit lactic theo cách lên men đồng hình. Nguyên liệu dùng để sản xuất axit lactic là ri mật, dường, tinh bột đã được đường hỏa. Nồng độ đường sử dụng cho quá trình lên men lactic từ 8 - 20 %.
Nếu nguyên liệu là ri mật thì cần phải làm trong để 6 loại bo cac hợp chai chứa nitơ. Quá trinh lên men lactic xảy ra rất tốt frong môi trường axil, tuy nhien VI khuân lactic khống có khà năng chịu được nồng độ axit quá cao. Khi nông độ axit quá cao sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn lactic vì vậy cần phải dieu chinh đọ pH cua môi trường từ 6,3 - 6,5. Trong thực tế sản xuất người ta thường xuyen bo sung vôi tôi hoặc canxi cacbonat để giữ pH cùa môi trường không thay đổi.
Axit lactic thu được sẽ ở dạng muối lactat canxi. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men lactic là 50 c. Trong quá trình lên men lacdc có nhiều vi khuẩn tham gia vì vậy sàn phâm thu được ngoài axit lactic còn có CO: - mội số sản phẩm phụ khác. 1 rong ngành công nghiệp nhẹ.
axit lactic lả dung môi cho công nghiệp sàn xuất son, vecni, nhuộm. Trong công nghiệp sàn xuất rượu, axit lactic được dùng dưới dạng muối của canxi. Ưng dụng trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm từ sữa, vi khuẩn lactic được sử dụng rất nhiều giống khác nhau tùy theo mục đích sản xuất. Vi khuẩn lactic đồng hình giúp lên men nhanh, làm giảm pH, vi khuẩn lactic lên men dị hình lên men chậm và tạo mùi thom đặc trưng là nguyên tắc làm sữa chua.
Sữa từ dạng lòng chuyển sang dạng sệt và có mùi vị thơm ngon. Ngoài ra để sản xuất phomat người ta dùng enzym đông kết tủa casein ttong sữa, sau đó tiếp tục cho lên men lactic với nồng độ muối loãng. Tùy loại phomat mà ưong quá trình ủ chín người ta sử dụng các loài vi sinh vật khác nhau. Các loại vi sinh vật thường được sử dụng để làm chín phomat là vi khuân propionic, nâm môc.
Vi khuẩn lactic còn được ứng dụng trong việc muổi chua rau quả. Muối chua rau quả nhằm hai mục đích cơ bản: bảo quản nguyên hẹu va lam tăng gia tụ dinh dương, giá ưị cảm quan của rau quà. Nguyên tắc để muối chua rau quả là tạo điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hựn chê tác dụng cua VI khuan gay thoi rưa. Một ứng dụng khác mà từ lâu người ta đã biết sừ dụng quá trình lên men lactic để ủ chua thức ăn gia súc.
Phương pháp ù chua thức ăn gia súc đặc biệt cần thiết đối với các trại chăn nuôi gia súc. Nguyên liệu dùng làm thức ân cho gia súc nếu đem phơi khô sẽ làm giảm 50% giá frị cùa chúng. Nhưng nếu ta đem ủ chua thì chi giảm khoảng 10% 7 giá tn. Đặc biệt băng phương pháp ủ chua sẽ tảng nhiều chì số dinh dưỡng khác của thức ăn.