Bài tập lớn môn VI sinh thực phẩm VI sinh vật trong sản xuất sữa chua kefir gvhd: Tạ Thị Minh Ngọc Lớp L02 Nhóm 03 hk211
tải về 1.2 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- Tương tác giữa các vi sinh vật
- Các chuyển hoá xảy ra trong kefir
- Quá trình sinh tổng hợp diacetyl liên quan đến sự chuyển hoá citrate
- Khía cạnh công nghệ
- Sản xuất và bảo quản sản phẩm sữa chua kefir
B Hình 3. Một số loại nấm men có trong hạt và sữa chua kefir A) K. marxianus [ CITATION Nas18 \l 1033 ] B) S. cerevisae [ CITATION MDM16 \l 1033 ] C) C. kefyr [ CITATION MGa14 \l 1033 ] Tương tác giữa các vi sinh vật So sánh với một đơn vị phân loài riêng lẻ, các tổ hợp vi sinh vật trong kefir đã được chứng minh là có được khả năng phục hồi cao trong điều kiện bất lợi và linh hoạt trong cơ chế chuyển đổi cơ chất [ CITATION Pad18 \l 1033 ]. Những đặc tính nổi bật này có thể xuất phát từ sự tương tác giữa các vi sinh vật khác nhau, trong đó mỗi vi sinh vật mang vật chất di truyền cụ thể của riêng mình và chia sẻ các đặc điểm trao đổi chất của chúng với những loài khác trong tổ hợp. Mặc dù sự tương tác mạnh mẽ là điều cần thiết để đạt được sự phát triển mạnh mẽ trong hệ sinh thái, nhưng sự phức tạp cũng sẽ do đó mà tăng lên tỉ lệ thuận với lượng vi sinh vật tham gia vào quần xã [ CITATION Mag18 \l 1033 ] từ đó mà nghiên cứu trở nên khó khăn hơn. Trong bất kỳ loại quần xã vi sinh vật nào, tương tác giữa các cá thể cũng được nghiên cứu từ hai khía cạnh: (1) Bản chất của tương tác và (2) các thành phần tham gia. Bản chất của tương tác Các vi sinh vật, với tư cách là thành phần tham gia vào tổ hợp, thường ảnh hưởng đến sự phát triển và trao đổi chất của nhau theo một số phương thức [ CITATION Sie08 \l 1033 ]. Tương tác có thể được phân loại thành hai nhóm là: (i) Trực tiếp, thông qua các va chạm vật lý, và (ii) Gián tiếp, thông qua sự bài tiết các tín hiệu của phân tử (chất ức chế/ kích thích) hoặc thay đổi các yếu tố tăng trưởng môi trường (pH và khí quyển) [ CITATION Zer18 \l 1033 ]. Tương tác trực tiếp hay vật lý: Trong nhiều trường hợp, va chạm và sự gắn kết giữa tế bào với tế bào cho phép vi sinh vật hoạt động hợp tác với nhau và hình thành các cấu trúc phức tạp giống như một màng sinh học [ CITATION Fur15 \l 1033 \m Han18], điều này thường dẫn đến việc cải thiện khả năng tồn tại cũng như khả năng chống lại áp lực của các vi sinh vật trong tổ hợp. Ví dụ, S. cerevisiae có thể cải thiện đáng kể khả năng tồn tại của chủng lợi khuẩn Lb. rhamnosus HN001 trong môi trường acid [ CITATION Lim15 \l 1033 ]. Các quan sát bằng kính hiển vi cho thấy hiệu ứng này là do tế bào tiếp xúc trực tiếp tế bào và quá trình đồng tập hợp sau đó được trung gian bởi polysaccharide của thành tế bào nấm men và các protein bề mặt tế bào vi khuẩn [ CITATION Gol09 \l 1033 \m Xie12]. Mendes và cộng sự đã báo cáo rằng sự tương tác giữa S. cerevisiae và Lb. delbrueckii như một chiến lược để đối phó với điều kiện bất lợi khi độ pH giảm thấp hay sự có mặt của ethanol [ CITATION Men13 \l 1033 ]. Cheirslip và cộng sự cho thầy tầm quan trọng của các tương tác vật lý giữa hai thành phần là S. cerevisiae và Lb. kefiranofaciens trong việc tăng cường sản xuất ra exopolysaccharide kefiran (một trong những thành phần chính của hạt kefir) từ Lb. kefiranofaciens [ CITATION Che03 \l 1033 ]. Tương tác gián tiếp: Các chất chuyển hóa sơ cấp hay thứ cấp ngoại bào có tác động đáng kể đến các thành phần khác của tổ hợp. Johansen và cộng sự đã xem xét các chức năng của một số hệ thống cảm nhận (QS: quorum sensing ) (trung gian truyền thông tin giữa tế bào vi sinh vật bằng cách phát hoặc nhận các tín hiệu phân tử nhỏ) để điều chỉnh các đặc điểm vi sinh vật trong các tổ hợp liên quan đến thực phẩm và các tác động tiềm tàng đến chất lượng của các sản phẩm lên men [ CITATION Joh17 \l 1033 ]. QS đã được nghiên cứu đối với một số vi sinh vật liên quan đến quá trình sản xuất rau lên men, bột chua, rượu vang và một số sản phầm từ sữa [ CITATION Hua19 \l 1033 \m Das19 \m Bai11 \m Liu17]. Mặc dù gần đây không có nghiên cứu kỹ lưỡng nào để tìm hiểu các chức năng truyền tín hiệu của các chất chuyển hóa như trên tại các loài vi sinh vật liên quan đến kefir [ CITATION Bla19 \l 1033 \m Lau14 \m HuJ14]. Thành phần tham gia Các loại tương tác trong tổ hợp vi sinh vật kefir có thể được phân loại như sau: Tương tác nấm men – vi khuẩn: Sự tương tác giữa nấm men và vi khuẩn lactic là nhân tố quan trọng của nhiều loại thực phẩm lên men, đặc biệt là trong kefir [ CITATION Han18 \l 1033 ]. Cả hai nhóm vi sinh vật hỗ trợ nhau theo những cách khác nhau. Đồng hóa acid lactic: Sự tích tụ của acid lactic làm tổn thương và giết chết vi khuẩn lactic ngay cả khi pH của môi trường nuôi cấy được duy trì bằng cách bổ sung các dung dịch kiềm [ CITATION Kat10 \l 1033 ]. Tuy nhiên, acid lactic có thể được tiêu thụ như một nguồn carbon bởi các chủng nấm men không tiêu thụ lactose, chẳng hạn S. cerevisiae, kết quả là pH tăng lên và sự phát triển bền vững của lactobacilli. Cung cấp dinh dưỡng chéo: Tương tác dinh dưỡng và trao đổi các chất chuyển hóa (ăn chéo) cho phép nhiều nhóm vi sinh vật tồn tại mặc cho nguồn tài nguyên hạn chế. Các loài nấm men đã được chứng minh là có khả năng phục vụ vi khuẩn bằng cách cung cấp vitamin, các yếu tố tăng trưởng và các acid amin thiết yếu [ CITATION Pon17 \l 1033 ]. Ví dụ, Ponomareva và cộng sự đã khám phá rằng việc nấm men S. cerevisiae thải nitơ góp phần vào sự xuất hiện mối quan hệ tương hỗ với Lc. Lactis, sự tương hỗ này dễ dàng xuất hiện khi lactose là nguồn carbon chính. Phát hiện này nhấn mạnh thực tế rằng thành phần của môi trường tăng trưởng có vai trò quan trọng đối với sự hình thành tương tác giữa các loài. Tương tác giữa vi khuẩn và vi khuẩn: Gần đây, sự tương tác giữa một số loài vi khuẩn kefir (ví dụ: Lb. kefiranofaciens và L. mesenteroides) kết hợp theo cặp đã là chủ đề của nhiều cuộc thí nghiệm và kết quả chi tiết đã bổ sung vào kiến thức về các tương tác của hệ vi sinh vật trong kefir [ CITATION Gar15 \l 1033 ]. Theo nghiên cứu này, Lb. kefiranofaciens, một dòng vi sinh vật kefir phổ biến, đã kìm hãm sự phát triển của đối thủ cạnh trực tiếp với nó là Lb. kefiri, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của L. mesenteroides. Tương tác nấm men nấm men: Một số chủng S. cerevisiae tiết ra các peptit ức chế sự phát triển của các chủng không cùng loài chẳng hạn như Kl. marxianus [ CITATION Alb10 \l 1033 ]. Khả năng này mang tính đặc thù rất cao [ CITATION Alb11 \l 1033 ]. Như S. cerevisiae, Kl. marxianus và Kazachstania spp. (Kz. turicensis, Kz. unispora và Kz. exigua) là những loài nấm men quan trọng của tổ hợp vi sinh vật kefir [1,8,18][ CITATION Gar15 \l 1033 \m Han18 \m Bla19], qua đó làm sáng tỏ mối tương tác giữa các loài này và mối quan hệ giữa vi sinh vật với chất lượng kefir hay hạt kefir là rất quan trọng. Các chuyển hoá xảy ra trong kefir Cũng giống như các sản phẩm lên men từ sữa, lên men kefir có hai quá trình chuyển hóa chủ đạo là lên men lactic và lên men ethanol. Lên men lactic Quá trình lên men được diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn lactic. Đầu tiên, lactose trong sữa đi vào tế bào nhờ những cơ chế vận chuyển đặc trưng của màng tế bào chất. Sau đó, lactose sẽ được thủy phân thành hai monosaccharide rồi đi vào các chu trình chuyển hóa khác nhau. Có hai con đường để lên men ở vi khuẩn lactic đó là lên men đồng hình và dị hình. Các vi khuẩn lactic lên men đồng hình: Lactococcus, các loài Streptococcus thermophilus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis,…và các cầu khuẩn Streptococcus lactis, ... Sản phẩm của quá trình lên men đồng hình chủ yếu là acid lactic. Các vi khuẩn lactic dị hình như giống Leuconostoc và các loài Streptococcus cumoris, Lactobacillus brevis,... Ở lên men dị hình thì sản phẩm ngoài acid lactic còn có ethanol, CO2. Hình 4. Hai con đường lên men đồng hình và dị hình ở vi khuẩn lactic [ CITATION Lim15 \l 1033 ] Cơ chế của hai con đường đó lần lượt là: Hình 5. Lên men lactic đồng hình bằng con đường Embden – Meyerhoff [ CITATION Rob06 \l 1033 ] Hình 6. Con đường phosphoketolase của vi khuẩn lactic dị hình [ CITATION Rob06 \l 1033 ] Lên men ethanol Nếu lên men lactic được thực hiện bởi vi khuẩn lactic thì lên men ethanol lại được các chủng nấm men thuộc giống Saccharomyces và Kluyveromyces thực hiện. Sau khi vận chuyển vào trong tế bào chất, đường hexose sẽ được chuyển hoá theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic. Tiếp theo, acid pyruvic sẽ được chuyển hoá thành acetaldehyde, rồi thành ethanol. Phương trình tổng quát của quá trình lên men ethanol trong môi trường pH acid như sau: C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP Sự chuyển hóa đường hexose thành ethanol và khí CO2 diễn ra trong tế bào chất của nấm men. Đây là quá trình trao đổi năng lượng của nấm men trong điều kiện kỵ khí. Ethanol và CO2 tạo ra trong tế bào chất sẽ được nấm men thải vào môi trường lên men. Bên cạnh ethanol và khí CO2 tế bào nấm men còn tổng hợp và tạo ra trong dịch lên men hàng trăm sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian khác trong quá trình lên men ethanol. Những hợp chất này được tìm thấy trong dịch lên men với hàm lượng rất nhỏ. Chúng được chia làm 4 nhóm: glycerol cùng các rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và ester [ CITATION LêV10 \l 1033 ] Quá trình sinh tổng hợp diacetyl liên quan đến sự chuyển hoá citrate Hình 7. Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate [ CITATION Rob06 \l 1033 ] Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men lactic, diacetyl được tổng hợp, nồng độ của nó tăng dần rồi lại giảm khi bước vào giai đoạn cuối, đặc biệt khi hàm lượng citrate giảm. Một phần diacetyl sẽ được chuyển hóa thành aceton và 2,3-butanediol. Hàm lượng của hợp chất diacetyl quyết định mùi vị của sản phẩm sữa lên men từ kefir. Khía cạnh công nghệBảo quản hạt kefir Hạt kefir có thể được bảo quản lạnh khô (lyophilized), khô hoặc ẩm [ CITATION Gar10 \l 1033 ], tùy vào từng điều kiện bảo quản mà hệ vi sinh vật sẽ thay đổi khác với hạt kefir tươi [ CITATION Pin96 \l 1033 ]. Hệ vi sinh vật khác nhau sẽ dẫn đến thời gian duy trì hoạt tính khác nhau, hạt kefir khô duy trì hoạt tính của mình trong vòng 12-18 tháng trong khi đó đối với bảo quản ướt là 8-10 ngày [ CITATION Gar10 \l 1033 ]. Đối với phương pháp bảo quản lạnh khô, kết quả thử nghiệm cho thấy có giảm sự trao đổi lactose cũng như sự thay đổi hệ vi sinh vật [ CITATION ERF \l 1033 ]. Sau khi thử nghiệm và so sánh nhiều phương pháp, đông đặc (freezing) được xem như phương pháp bảo quản tốt nhất [ CITATION Gar97 \l 1033 ]. Ngoài ra cũng phải lưu ý rằng nếu như rửa hạt kefir thì sẽ làm giảm khả năng tồn tại của hạt [ CITATION ERF \l 1033 ]. Sản xuất và bảo quản sản phẩm sữa chua kefir Có ba cách chính để sản xuất sữa chua kefir: quy trình thủ công truyền thống, quy trình thương mại theo phương pháp của Nga và quy trình thương mại. Sản xuất theo cách thủ công truyền thống là lên men một lượng hạt kefir trong môi trường sữa trong vòng 18-24 giờ ở 20-25°C. Sau khi kết thúc quá trình lên men, hạt kefir sẽ được lọc ra và có thể tiếp tục được sử dụng để tiếp tục lên men hoặc lưu trữ (từ 1-7 ngày). Còn phần sữa đã được lên men sẽ được lưu trữ ở 4°C sẵn sàng được tiêu thụ [ CITATION Bes02 \l 1033 \m ERF \m Otl03]. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men là tỷ lệ hạt và sữa, khuấy trộn và nhiệt độ. Tỷ lệ hạt và sữa ban đầu sẽ ảnh hưởng đến pH, nồng độ lactose và hệ vi sinh vật trong thành phẩm [ CITATION Gar98 \l 1033 \m Sim02]. Khuấy trộn trong quá trình lên men ảnh hưởng lên thành phần vi sinh vật trong sữa chua, tạo điều kiện cho sự phát triển của lactococci và nấm lên men đồng nhất [ CITATION ERF \l 1033 \m Rat11 \m Tam06]. Lên men ở nhiệt độ cao hơn 30°C sẽ kích thích sự phát triển của LAB ưa nhiệt, ảnh hưởng bất lợi đến sự phát triển của LAB ưa ấm và nấm [ CITATION Rat11 \l 1033 ]. Phương pháp thứ hai, được gọi là “Phương pháp Nga”, cho phép sản xuất sữa chua kefir số lượng lớn. Phương pháp này sử dụng quá trình lên men hàng loạt, sử dụng dịch lọc từ quá trình lên men đầu tiên (lên men mà không sử dụng hạt kefir gốc) [ CITATION ERF \l 1033 \m Rat11]. Các phương pháp khác có thể được sử dụng trong quy trình sản xuất công nghiệp, nhưng tất cả đều dựa trên cùng một nguyên tắc: sữa chua kefir sẽ được cấy bằng các mẫu cấy tinh khiết được phân lập từ hạt kefir hoặc các mẫu cấy thương mại. Giai đoạn trưởng thành duy trì kefir ở 8-10°C trong tối đa 24 giờ cho phép vi sinh vật, chủ yếu là nấm men phát triển góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của sản phẩm. Có thể bỏ qua giai đoạn này trong sản xuất tuy nhiên sẽ ảnh hưởng đến mùi vị sản phẩm [ CITATION Bes02 \l 1033 \m Rat11]. Việc sử dụng các phương pháp nuôi cấy thương mại có thể giúp tiêu chuẩn hóa việc sản xuất sản phẩm trong thương mại, nếu việc lựa chọn các loài và chủng nấm men và vi khuẩn được thực hiện chính xác và cẩn thận, cho phép sản xuất đồ uống “kefir-type” với hương vị chấp nhận được và đặc tính bảo quản tốt. Tuy nhiên, đồ uống “kefir-type” có thể không có các đặc tính trị liệu và lợi khuẩn có trong kefir truyền thống [ CITATION Rat11 \l 1033 ]. Trong quá trình lưu trữ, CO2 tạo ra bởi men hoặc LAB lên men không đồng nhất có thể gây ra “đầy hơi” (bloating) gói sản phẩm, do đó cần suy tính lựa chọn bao bì phù hợp. Bên cạnh đó, các tính chất cảm quan của sản phẩm có thể bị ảnh hưởng bởi mùi và vị đặc trưng của nấm men. Một nguyên nhân nữa là do sự phát triển nhanh chóng của S. cerevisiae kèm theo mùi hương đặc trưng của giấm. Việc sản sinh ra quá nhiều acid acetic do sinh trưởng mạnh của loài Acetobacter hoặc sự hiện diện của loài Dekkera trong hạt kefir cũng là một nguyên nhân gây ảnh hưởng mùi sản phẩm. Ngoài ra, vị đắng của sản phẩm có thể gây ra bởi nấm (ví dụ như Geotrichum candidum) hoặc do hoạt động của một số loại nấm men không điển hình có thể có trong sản phẩm [ CITATION Tam06 \l 1033 ]. Kết luận Tổng quan lại, sữa chua kefir là một sản phẩm giàu tiềm năng. Nhờ vào hệ vi sinh vật, sữa chua kefir mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe người sử dụng, có giá trị dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, do vẫn còn nhiều vấn đề liên quan đến bảo quản, giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan, hiện nay sản phẩm này trên thị trường thực phẩm còn hạn chế, chưa được chú trọng quan tâm khai thác, phát triển đúng với tiềm năng sẵn có của sản phẩm. Thông qua việc nghiên cứu về hệ vi sinh vật trong hạt và sữa chua kefir, chúng ta đã có thêm những kiến thức về hệ vi sinh vật cũng như cách thức sản xuất và bảo quản sữa chua kefir. Hiểu về hệ vi sinh vật tồn tại trong sản phẩm và cách thức hoạt động của chúng sẽ giúp đưa ra được những giải pháp tốt hơn để xử lý những vấn đề còn tồn đọng trong sản phẩm này, qua đó giúp mở ra một hướng phát triển cho dòng sản phẩm này trên thị trường thực phẩm tải về 1.2 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
| ||||||||||