Chương 1. Tổng quan tài liệu - Xuất phát từ thói quen: Phô mai là loại thực phẩm rất giàu giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng phô mai của nước ta lại không cao, có thể do mùi vị phô mai không phù hợp với sở thích của người Việt Nam. Nhưng theo ghi nhận, sản phẩm sữa chua lại lại được sự chấp nhận cũng như ưa thích rất cao ở nước ta.
Vì thế, chúng tôi lựa chọn sản xuất loại phô mai với các tiêu chuẩn hướng đến sản phẩm mục tiêu là phô mai Quark – loại phô mai vừa giàu dinh dưỡng vừa có độ chua nhất định, phù hợp với thị hiếu của người Việt Nam. - Đa dạng hóa sản phẩm: Sản phẩm phô mai có thể được sử dụng trực tiếp hoặc được sử dụng kết hợp để làm bánh, làm nhân,. từ đó làm tăng nhu cầu sử dụng phô mai hơn trong đời sống con người Việt. Thành phần của một số sản phẩm sữa bột (%) Các thành phần Sữa bột nguyên kem Sữa bột gầy Nước 3,5 4,3 Protein 25,2 35,0 Lipid 26,2 1,0 Lactoza 38,1 51,9 Chất khoáng 7,0 7,8 Nguồn: Lâm Xuân Thanh, 2003 1.
Cơ chế đông tụ casein trong quá trình sản xuất phô mai Trong quá trình sản xuất phô mai tươi, casein trong sữa được đông tụ bởi hai tác nhân chính là acid hoặc/và enzyme (Fox và cộng sự, 2004). Một trong những ưu điểm của sản phẩm sữa lên men nhờ sử dụng vi khuẩn lactic sẽ ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh. Bên cạnh đó, vi khuẩn lactic cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo kết cấu và hương vị đặc trưng của sản phẩm cuối cùng (Tiina Kriščiunaite, 2013). Hai trong số vi khuẩn lactic thường được tìm thấy trong các sản phẩm sữa lên men là Streptococcus thermophilus (Str.
thermophilus) vàLactobacillus delbrueckii subsp. Tuy nhiên việc sử dụng vi khuẩn lactic như làtác nhân gây đông tụ casein trong quá trình sản xuất phô mai tươi còn chưa phổ biến, vì thế với mong muốn 8 do an LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 1. Tổng quan tài liệu thu được sản phẩm phô mai tươi với hương vị đặc trưng của sản phẩm lên men chúng tôi đề xuất sử dụng tổ hợp chủng vi khuẩn lactic trong nghiên cứu này. Vi khuẩn lactic Một trong những nhóm vi khuẩn sản xuất axit quan trọng nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm làvi khuẩn lactic (Lactic acid bacteria - LAB).
LAB làvi khuẩn gram dương thường không di động, không hình thành bào tử. Vi khuẩn này thuận lợi phát triển trong điều kiện yếm khí, nhưng vẫn có thể phát triển khi có mặt oxy (Khalisanni Khalid, 2011). Chúng gây ra sự axit hóa nhanh chóng các nguyên liệu thô thông qua việc sản xuất axit hữu cơ, chủ yếu là axit lactic (Ahmed and Kanwal, 2004). Ngoài axit lactic, quá trình lên men còn sản xuất axit axetic, ethanol, các hợp chất hương liệu,….và một số enzyme quan trọng góp phần tăng thời hạn sử dụng vàan toàn vi sinh vật, tạo ra sản phẩm cókết cấu vàhương vị mong muốn (Leroy và Vuyst, 2004).
Việc lựa chọn chủng vi khuẩn để sử dụng trong quátrình sản xuất rất quan trọng. Một chủng hiếm khi tạo ra được hiệu quả tốt nhất cho sản phẩm, vìvậy hỗn hợp các chủng vi khuẩn thường được sử dụng (Moon vàcộng sự, 1976). Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng chủng Str. bulgaricus, loại dùng bổ sung trực tiếp vào dung dịch sữa để lên men.
Cómối quan hệ cộng sinh giữa Str. bulgaricus, trong đó cả hai loài vi khuẩn kích thích sự phát triển của nhau (Farnworth, 2003). Các enzyme phân giải protein của Lb. bulgaricus làm suy giảm casein với sự giải phóng các peptide và axit amin trọng lượng phân tử thấp.
Các axit amin phát sinh từ hoạt động phân giải protein này đã được xác định làchất kích thích tăng trưởng cụ thể đối với Str. thermophilus, cho phép Str. thermophilus phát triển nhanh hơn trong giai đoạn đầu của quá trình ủ (Bautista vàcộng sự, 1966; Mitchell vàSandine, 1984). Trong khi đó, Str.
thermophilus tạo ra axit formic, kích thích sự phát triển của Lb. bulgaricus, dẫn đến thời gian lên men được rút ngắn (Farnworth, 2003). Streptococcus thermophilus Streptococcus thermophilus được coi là loài vi khuẩn acid lactic quan trọng thứ hai sau Lactococcus lactis trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm sữa lên men (De Vuyst và Tsakalidou, 2008; Hols và cộng sự, 2005). 9 do an LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 1.
Tổng quan tài liệu Một trong những vai tròchính của Str. thermophilus trong quátrình lên men sữa làthực hiện quá trình axit hóa nhanh chóng. Ngoài ra, Str. thermophilus cũng có một số tính chất công nghệ quan trọng khác như chuyển hóa đường, sử dụng galactose, hoạt động phân giải protein và hoạt hóa urease (Iyer và cộng sự, 2010).
thermophilus chịu nhiệt, nó được nuôi cấy trong môi trường có nhiệt độ 35- 43oC. thermophilus cóthể tồn tại ở 60oC trong 30 phút nhưng không phát triển ở 10oC (De Ramesh vàcộng sự, 2013). Nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của Str. thermophilus là37oC.
Tuy nhiên, khi kết hợp với Lb. thermophilus phát triển tốt ở nhiệt độ ủ là 43oC (De Ramesh và cộng sự, 2013). Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Lactobacillus delbrueckii subsp.
bulgaricus) là vi khuẩn Gram dương, dạng sợi, không di chuyển và không hình thành bào tử, hoạt động mạnh tại pH axit 4,6 - 5,4. bulgaricus sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ 45oC, nhưng trong quá trình sản xuất các sản phẩm từ sữa chúng thường được sử dụng kết hợp với Str. thermophilus nên quátrình lên men thường diễn ra ở nhiệt độ 42- 43oC để phù hợp với nhiệt độ sinh trưởng của Str. Tương tự như Str.
bulgaricus cũng cókhả năng tạo ra enzyme lactase để thủy phân lactose thành glucose và galactose. Glucose chuyển hóa thành axit lactic. Cơ chế đông tụ casein Vignola (2002) định nghĩa sự đông tụ sữa là sự mất ổn định của các micelle casein, kết bông và kết tụ để tạo thành gel bao quanh các thành phần sữa hòa tan. Trong phạm vi của nghiên cứu này, chúng tôi sẽ trình bày về cơ chế đông tụ casein trong nguyên liệu sữa bò dưới tác nhân gây đông tụ là các chủng vi khuẩn lactic.
Trong giai đoạn lên men, vi khuẩn lactic sử dụng cơ chất (chủ yếu làđường lactose) tạo ra sản phẩm trao đổi chất làm thay đổi môi trường lên men vàcác thành phần trong sữa nguyên liệu. Trong đó, lactose dưới tác dụng của enzyme galactosidase tạo thành hai đường đơn là glucose vàgalactose. Hai loại đường này sẽ đi theo hai con đường khác nhau, glucose sẽ đi trực tiếp theo con đường đường phân, còn galactose sau một vài phản ứng tạo thành glucose vàcũng 10 do an LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 1. Tổng quan tài liệu đi theo con đường đường phân tạo ra pyruvate (Baglio, 2014).
Pyruvate trong điều kiện yếm khí sẽ tạo thành axit lactic. Casein là các phosphoprotein chứa khoảng 80% tổng hàm lượng protein sữa. Casein được tạo thành từ nhiều thành phần. Các thành phần chính là αs1-casein, αs2-casein, β-casein và κ-casein với một lượng đáng kể micellar hoặc colloidal calcium phosphate (CCP) dưới dạng tổng hợp gọi là casein micelles.
Sau khi axit hóa, nhiều tính chất hóa lý của micelles casein bị thay đổi đáng kể, đặc biệt là trong phạm vi pH từ 5,0 đến 5,5. Quátrình axit hóa các ion H+ được giải phóng trung hòa dần các điện tích âm: lực đẩy tĩnh điện giảm khi tăng nồng độ H+ và sau đó biến mất. Ở nhiệt độ phòng, các micelles casein bắt đầu tổng hợp ở pH 5,2 (Thibault Troch và cộng sự, 2017). Khi pH đạt 4,6, canxi phosphate bị tách khỏi các hạt micelle, đồng thời casein đạt tới điểm đẳng điện.
Khi đó, micelle không còn tích điện nữa, do đó casein có xu hướng kết tụ lại với nhau, gây ra hiện tượng đông tụ casein (De Ramesh và cộng sự, 2013). Giới thiệu về Transglutaminase (TGase) Transglutaminse (TGase) là enzyme phổ biến trong tự nhiên. Nó đã được tìm thấy trong các mô động vật có vú, ở nhiều động vật không xương sống, cá và trong các mô thực vật như đậu nành, củ cải xanh và táo vườn (Kieliszek và Misiewicz, 2013 ; DeJong và Koppelman, 2002). TGase xúc tác cho sự hình thành các liên kết ngang giữa các phân tử protein làm thay đổi về chức năng của protein như: độ hòa tan, khả năng nhũ hóa, tính chất tạo bọt và tạo gel ( Kieliszek và Misiewicz, 2013).
Bên cạnh đó sự hình thành liên kết ngang còn giúp cải thiện kết cấu, khả năng hydrat hóa và độ ổn định nhiệt của protein trong thực phẩm (Soleymanpuori và cộng sự, 2014). Liên kết ngang gây ra bởi TGase phụ thuộc vào nồng độ enzyme, nồng độ protein, pH, nhiệt độ vàthời gian ủ với enzyme (Domagała vàcộng sự, 2015). Tốc độ tạo liên kết ngang phụ thuộc vào cấu trúc các phân tử của protein (Soleymanpuori và cộng sự, 2014). Hoạt tính của TGase tăng lên khi có mặt Co2+, Ba2+ vàK+ (Kieliszek vàMisiewicz, 2013).
11 do an LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 1. Tổng quan tài liệu Kiểm soát phản ứng TGase Nếu không cóbất kỳ sự can thiệp nào, phản ứng liên kết ngang sẽ tiếp tục đến khi không còn glutamines hay lysine nào cho enzyme (DeJong vàKoppelman, 2002). Để ngăn chặn sự hình thành của các liên kết ngang, ta có thể sử dụng các phương pháp sau (DeJong vàKoppelman, 2002): - Bất hoạt TGase bằng nhiệt là một cách đơn giản để ngăn chặn sự hình thành các liên kết ngang. Tuy nhiên, quy trình này không phải lúc nào cũng có thể áp dụng được vì nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của protein.
- Bất hoạt TGase bằng cách thay đổi độ pH làmột giải pháp thay thế. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có ảnh hưởng rất lớn đối với sự biên tính của protein và có thể dẫn đến kết tủa. - Sử dụng chất ức chế có thể ngăn chặn hoạt động của TGase mà không gây ra bất kỳ thay đổi vật lýhoặc hóa học nào của protein liên kết ngang. Tuy nhiên, tại thời điểm này, chỉ có một số chất ức chế tổng hợp của TGase được biết đến như: N-ethylmaleimide, iodoacetamide vàpara-mercury benzoic acid.
Theo Kieliszek và Misiewicz, 2013 thì nhiệt độ 40°C ở pH 5,5 là thuận lợi nhất cho hoạt động xúc tác của TGase. TGase có nguồn gốc vi sinh (mTGase) là một bước phát triển đáng kể được ứng dụng rộng rãi. Enzyme này có thể được sản xuất với số lượng lớn và có sẵn trên thị trường, do đó có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng một cách triệt để (DeJong và Koppelman, 2002). MTGase có trọng lượng phân tử thấp, trái ngược với TGase phân lập từ mô động vật, mTGase là một protein đơn phân đơn giản (không phải là glycoprotein hoặc lipoprotein) (Motoki và Seguro, 1998) và nó được xác nhận là một thành phần an toàn trong các loại thực phẩm chế biến sẵn ở Mỹ, Nhật Bản và châu Âu (Gharibzahedi và Chronakis, 2018).
Độ pH tối ưu của mTGase làkhoảng 5 đến 8.