CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về pho mát 1.1 Pho mát Pho mát là một thực phẩm lên men có nguồn gốc từ sữa của động vật có vú như sữa bò, cừu, lạc đà,dê …nhưng chủ yếu là từ sữa bò. Hiện trên toàn thế giới có hơn 400 loại pho mát được sản xuất với đầy đủ màu sắc, hương vị, cấu trúc khác nhau. Pho mát là một thực phẩm bổ dưỡng, có hàm lượng dinh dưỡng cao: giàu protein, chất béo, các axit amin không thay thế, vitamin , canxi, phot pho, kẽm …[2,27,29].
Pho-mát là thực phẩm có nguồn gốc lâu đời, được phát hiện lần đầu tiên ở Trung Á. Nghề làm pho mát phát triển và được các khách du lịch châu Á đưa nghệ thuật làm pho mát sang châu Âu khoảng từ 8000 đến 3000 năm trước công nguyên. Đặc biệt, trong xã hội đế chế La Mã cổ đại pho mát đã trở thành món ăn hết sức phổ biến, được các tu sĩ trong các tu viện ở châu Âu nghiên cứu và cải thiện chất lượng. Năm 1620, pho mát được các khách du lịch châu Âu đem đến Mỹ.
Việc sản xuất và tiêu thụ pho mát tăng mạnh ở thị trường mới này. Ngành công nghiêp buôn bán pho mát được sinh ra và tăng trưởng ở nửa sau của những năm 1800 và kéo dài đến hiện tại [22,30]. Pho mát được làm bằng cách đông tụ sữa hoặc các nguyên liệu từ sữa như: sữa tách béo, sữa gầy , whey cream, cream, nhờ hoạt động của enzym rennet, pepsin , chymosin hoặc các tác nhân đông tụ thích hợp khác và làm tách một phần nước khỏi quện sữa đông. Pho mát được phân loại theo tên nước sản xuất, loại sữa sử dụng, loài động vật nuôi lấy sữa, hàm lượng chất béo, độ ẩm, cấu trúc, chín bằng nấm mốc hay không, quy trình công nghệ làm pho mát, độ ẩm trong thành phần chất rắn không phải chất béo.
Những tiêu chí này được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau. Việc miêu tả này không thể hiện sự khác nhau về cơ sở lý thuyết tại sao pho mát này lại khác pho mát khác. Nguyễn Mạnh Quỳnh – Lớp KS CNSH 11-01 Page 3 Đề tài: Nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ấm để lên men pho-mát Bảng 1. Các loại pho mát [19] Loại pho mát Độ ẩm, % Chất béo, % Cấu trúc Pho mát mềm 45-75 <40 Mềm, trắng Pho mát bán cứng 35-45 <35 Chắc, có thể cắt lát Pho mát cứng 30-40 <30 Rất chắc, dày, có thể có lỗ Phân loại pho-mát dựa vào cấu trúc và công nghệ sản xuất: - Pho-mát tươi đông tụ bởi axit, không bổ sung rennet hoặc nếu có thì với tỷ lệ rất bé.
Axit được tạo ra thường bằng vi khuẩn lactic. Tuy nhiên có một số loại pho-mát tươi được axit hóa trực tiếp bởi gluconodelta - lactone. Sản phẩm điển hình Cottage, Quark, Cream và pho-mát tươi Bắc Mỹ. - Pho-mát tươi đông tụ bởi rennet là chính, không bổ sung vi khuẩn lactic hoặc nếu có thì rất ít.
Son phẩm điển hình là Quesco, Balnco, Quesco Fresco, Halloumi, pho-mát tươi từ Ý. - Pho-mát đông tụ bởi axit ở nhiệt độ cao. Sản phẩm có độ ẩm cao nhưng chắc. Sản phẩm điển hình như Ricotta (Ý), Channa và Paneer (Ấn Độ), pho-mát trắng Mỹ Latin.
- Pho-mát mềm ủ chín: vi khuẩn lactic được cấy vào để lên men lactic (có kéodài hơn) trước khâu được đông tụ bởi rennet. Sản phẩm điển hình Fetta, Camembert, Brie, Blue. - Pho-mát bán cứng có qua giai đoạn rửa hạt pho-mát sau đông tụ: Sản phẩm điển hình Gouda, Edam, Colby. - Pho-mát cứng nhiệt độ thấp, không qua giai đoạn rửa hạt pho-mát sau đông tụ.
Sản phẩm điển hình Cheddar, Pasta Filata. - Pho-mát cứng nhiệt độ cao, quá trình tách nước hỗ trợ bằng nhiệt độ cao. Sản phẩm điển hình Romano, Swiss, Parmersan. Nguyễn Mạnh Quỳnh – Lớp KS CNSH 11-01 Page 4 Đề tài: Nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ấm để lên men pho-mát Ngoài ra, trên thị trường có loại pho-mát chế biến: tức là pho-mát được bổ sung thêm sữa bột, các sản phẩm từ casein, hương, màu, chất bảo quản, chất ổn định, đóng thành bánh, hoặc đóng khuôn ở dạng tấm mỏng, có bọc sẵn màng film để tiện dùng hoặc được sử dụng như đồ ăn sẵn.
Nội dung nghiên cứu của khóa luận đề cập đến là pho-mát tươi đông tụ bởi axit lactic sinh ra trong quá trình lên men bởi vi khuẩn lactic.Vai trò của vi khuẩn lactic trong sản xuất pho-mát 1.Vi khuẩn lactic Vi khuẩn lactic dùng để chỉ một nhóm lớn các vi khuẩn có lợi, có khả năng chuyển hóa đường hexose thành axit lactic, sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men [27,28]. Vi khuẩn lactic đã được sử dụng rộng rãi trong các quá trình lên men thực phẩm trên toàn thế giới. Vi khuẩn lactic không chỉ đóng góp vào sự phát triển các đặc tính mong muốn của sản phẩm mà còn tăng cường tính an toàn của sản phẩm, kéo dài thời gian sử dụng thông qua các quá trình chuyển hóa. Trong sản xuất pho-mát, các vi khuẩn lactic có thể chủ động bổ sung vào sữa hoặc đã có mặt trong sữa tươi, chúng tham gia vào nhiều quá trình sinh hóa, vi khuẩn lactic đã tạo lập nên các đặc tính cảm quan như: cấu trúc, hương thơm và vị cho pho-mát.
Quá trình sinh hóa cơ bản xảy ra trong sản xuất pho-mát có: quá trình chuyển hóa lactose, quá trình chuyển hóa axit lactic, quá trình chuyển hóa citrate, quá trình phân giải lipit và chuyển hóa axit béo, quá trình phân giải protein.Quá trình chuyển hóa lactose Lên men lactose thành L – axit lactic là chức năng cơ bản của chủng giống khởi động trong sản xuất pho-mát. Sự axit hóa này không chỉ tới ảnh hưởng đến cấu trúc ban đầu của quện sữa mà còn ảnh hưởng tới chất lượng pho-mát do pH quyết định khả năng hòa tan của casein [15]. Ngoài ra, pH còn gián tiếp tác động tới việc tổng hợp chất thơm: tạo ra hệ đệm quy định sự sinh trưởng của vi sinh vật và khả năng hoạt động của các enzym trong quá trình ủ chín. Nguyễn Mạnh Quỳnh – Lớp KS CNSH 11-01 Page 5 Đề tài: Nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ấm để lên men pho-mát Hình 1.
Các con đường lên men hexose (glucose) chính ở vi khuẩn lactic [12] Trong sản xuất, việc vi khuẩn axit lactic vận chuyển lactose vào tế bào thông qua hệ thống phosphotransferase, phosphoenolpyruvate sử dụng một permease dùng triệt để nguồn lactose có trong sữa là điều rất cần thiết để tránh sự phát triển quá mức của hệ vi sinh vật không mong muốn khác cũng như tăng năng suất của quá trình lên men. Vì thế người ta thường sử dụng một hoặc kết hợp nhiều hơn một chủng có khả năng sử dụng lactose, có khả năng tương tác với nhau tạo ra tính đặc trưng cho sản phẩm[6]. Quá trình chuyển hóa axit lactic Lactate cũng là một chất tạo hương vị đặc trưngpho mát. Ở một số pho mát Thụy Sĩ, lactate là nguồn cơ chất chính cho vi khuẩn propionic Propionibacterium sp.
sinh trưởng. Chúng chuyển hóa lactate thành axit propionic (cũng là hợp chất thơm) và CO2 – tạo ra cấu trúc mắt của pho-mát [16]. Ngoài ra, lactate có thể bị oxy hóa theo các con đường khác nhau, tổng hợp nên các hợp chất thơm khác như acetate, ethanol, formate ở giai đoạn ủ chín. Tuy nhiên, mức độ oxy hóa này phụ thuộc vào hệ vi sinh vật và sự có mặt của oxy trong từng loại pho-mát trong quá trình sản xuất.
Một số chủng lactobacili và pediococci phân lập từ pho-mát Cheddar có khả năng oxy hóa lactate thành acetate và CO2 trong điều kiện hiếu khí ở phòng thí nghiệm và hệ thống oxy hóa này được cho là cũng xảy ra dưới những điều kiện ủ chín của pho-mát Cheddar. Khi có mặt của oxy, một Nguyễn Mạnh Quỳnh – Lớp KS CNSH 11-01 Page 6 Đề tài: Nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ấm để lên men pho-mát vài chủng pediococci có thể oxy hóa lactate thành formate và acetate. Sự có sẵn oxy không chỉ phụ thuộc vào kích thước khối pho-mát mà còn do tính thấm oxy của vật liệu bao gói quy định. Ở các loại pho-mát có màng bọc, quá trình oxy hóa lactate xảy ra rất hạn chế do lượng oxy sẵn có thấp [15,18].
Các con đường chuyển hóa lactate trong giai đoạn ủ chín pho-mát [15] 1) Sự raxemic hóa; 2) Chuyển hóa bởi Propionibacterium freudenreichii ở pho-mát Thụy Sĩ; 3) Quá trình oxi hóa lactate; 4) Chuyển hóa thành formate, ethanol và acetate; 5) Chuyển hóa kị khí lactate thành butyrate và H2. Ở một số loại pho-mát rắn, quá trình đường phân có thể tạo ra một số sản phẩm không mong muốn trong giai đoạn ủ chín. Dưới điều kiện kị khí, Clostridium tyrobutyricum chuyển hóa lactate thành butyrate và khí H2. Quá trình này không chỉ tạo ra khí H2 gây hiện tượng vỡ pho-mát mà còn liên quan đến sự phát triển của các hợp chất không có hương vị [15].
Để tránh hiện tượng này, một số kỹ thuật làm giảm số lượng bào tử trong sữa được sử dụng như: vệ sinh sạch sẽ, ngăn cản sự nảy mầm của bào tử bằng việc bổ sung lysozyme hay bổ sung thêm nitrate (NO3-) hoặc loại bỏ cơ học các bào từ bằng vi lọc [18]. Nguyễn Mạnh Quỳnh – Lớp KS CNSH 11-01 Page 7 Đề tài: Nghiên cứu phối hợp các chủng vi khuẩn lactic ưa ấm để lên men pho-mát 1. Quá trình chuyển hóa citrate Hàm lượng citrate trong sữa tươi khoảng 8 mmol/ lít sữa, nhưng 94% trong số này bị mất trong quá trình sản xuất pho-mát do hòa tan vào huyết tương sữa [16]. Tuy nhiên, một lượng ít citrate còn lại trong curd (10mmol/kg quện sữa) lại đóng vai trò quan trọng trong quá trình thành các hợp chất thơm bay hơi.
Một số loài có khả năng chuyển hóa citrate (Cit+) như Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis (trước đây gọi là Streptococcus diacetylactis) và Leuconostoc spp. (như Leuconostoc mesenteriodes subsp. cremoris và Ln.
Các loài này có gen mã hóa cho protein vận chuyển citrate ngoại bào vào tế bào chất nằm trên plasmid. Các chủng Cit+ không sử dụng citrate như là nguồn năng lượng nhưng chúng nhanh chóng chuyển hóa citrate khi có mặt của lactose và một số loại đường khác theo các con đường như hình 3. Sản phẩm của quá trình chuyển hóa là CO2, diacetyl, acetate, acetoin và có thể có 2,3 – butanediol. CO2 đóng vai trò chính trong việc tạo nên cấu trúc “mắt” của một số pho-mát Hà Lan.
Diacetyl là một hợp chất thơm quan trọng của pho-mát, nhưng các phản ứng dẫn đến sự tổng hợp diacetyl thì chưa được nghiên cứu sâu.