Khóa luận Tổng quan về kefir và các ứng dụng của kefir trong thực phẩm

hạt kefir khô trong một dụng cụ thủy tinh kín gió và trữ trong nơi mát như trong tủ ướp lạnh (không trữ trong tủ lạnh). (Greeting & Welcome to Dom’s kefir FAQ in-site) Hình 2.11: Hạt kefir được bảo quản bằng phương pháp đông khô Ưu điểm: Hạt Kefir sẽ sống lâu hơn (khoảng vài năm) so với bảo quản bằng phương pháp lạnh đông, đỡ tốn kém hơn. Nhược điểm: Trong quá trình nuôi Kefir trong sữa bột thì gần như các vi sinh vật trong hạt Kefir sẽ vô hoạt hoàn toàn ( nghĩa là trong trạng thái chết giả), nếu muốn hạt Kefir có thể hoạt động trở lại bình thường thì phải mất vài tuần nuôi trong môi trường sữa. Tốn nhiều thời gian hơn so với phương pháp lạnh đông. Phục hồi hoạt động của hạt kefir a. Phục hồi hoạt động của hạt kefir được đông lạnh Để phục hồi hoạt động của hạt kefir được đông lạnh, chúng ta cho vào hạt kefir đông lạnh một ít nước lạnh trong vài phút và bột sữa sẽ được rửa sạch trong giai đoạn này. Sau đó cho thêm sữa tươi vào giống với tỷ lệ 1: 3 (1/2 cốc sữa với 2 muỗng giống). Sau 24h, lọc sữa và tiến hành qui trình này lại nhiều lần, sữa lúc này có thể đông hoặc không đông. Trong những lần tiếp theo, có thể cho thêm sữa với thể tích nhiều hơn. Khi trong sữa xuất hiện nhiều cục đông sau 24h thì hạt kefir của bạn đã được phục hồi. Ở thời điểm này sữa có mùi chua tinh khiết và mùi thơm của nấm men tươi. Điều này có thể làm được trong 1 tuần và trong một số trường hợp có thể kéo dài hơn. (Greeting & Welcome to Dom’s kefir FAQ in-site) b. Phục hồi hoạt động của hạt kefir được đông khô Để phục hồi hoạt động của hạt kefir đã được đông khô thì ta thêm một ít sữa tươi vào ly trữ hạt kefir. Hạt kefir sẽ được phục hồi sau mỗi mẻ, trong những mẻ đầu ta có thể thu được hay không được những cục đông, ta không nên uống sữa được lên men trong giai đoạn này, lúc này có xuất hiện màu vàng bẩn và có sự hình thành bọt trên bề mặt sữa và ta có thể uống sữa lên men khi nó có mùi thơm, chua tinh khiết. Hạt kefir được đông khô có thể được phục hồi lại sau 4 ngày và trong một số trường hợp có thể kéo dài từ nửa tuần đến một tuần. Khi sữa bắt đầu tạo những cục đông sau 24h, tạo được mùi thơm chua tinh khiết, với một mùi thơm của nấm men tươi. Lúc đó, hạt kefir được phục hồi hoạt động và có thể lên men liên tục. Tỷ lệ phát triển của hạt kefir thì khác nhau, trong một vài trường hợp có thể kéo dài đến 3 tuần. Thời gian có thể kéo dài như vậy là do điều kiện trữ hạt kefir đông khô. (Greeting & Welcome to Dom’s kefir FAQ in-site) 2.2. Cơ sở khoa học của quá trình lên men 2.2.1. Lên men lactic Trong công nghệ vi sinh vật, nhìn chung vi khuẩn lactic đồng hình luôn chiếm ưu thế. Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất các thực phẩm lên men truyền thống như phomai, Kefir, vi khuẩn lactic dị hình đôi khi vẫn được sử dụng nhằm mục đích đa dạng hoá chỉ tiêu về mùi vị và cấu trúc cho sản phẩm. Quá trình lên men diễn ra trong tế bào chất của vi khuẩn. Đầu tiên đường lactose trong sữa được vi khuẩn lactic đưa vào tế bào nhờ cơ chế vận chuyển đặc trưng của màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane). Tiếp theo, lactose sẽ được phân thành 2 monosacharide rồi đi vào các chu trình chuyển hoá khác nhau. Đối với nhóm vi khuẩn lactic đồng hình như giống Lactococcus, các loài Streptococcus helveticus, Lactobacilus bulgaricus, Lactobacilus lactic, Lactobacilus thermophylus lactic.... chu trình đường phân là con đường chính chuyển hoá glucose thành acid lactic. Phương trình tổng quát của lên men đồng hình: C6H12O6+ 2ADP + 2Pi Æ 2CH3-CH-COOH + 2ATP OH Lên men lactic là một quá trình trao đổi năng lượng. Các phân tử ATP được hình thành trong quá trình chuyển hóa cơ chất (lactose) sẽ được vi khuẩn giữ lại trong tế bào để phục vụ cho quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của vi sinh vật. Ngược lại, các sản phẩm như acid lactic, ethanol, CO2 được vi khuẩn thải vào môi trường lên men. Kết quả là hàm lượng acid lactic tích luỹ trong môi trường lên men ngày càng tăng, làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi hóa lý khác. Trong quá trình lên men lactic ngoài sản phẩm acid lactic (lên men đồng hình), acid acetic, ethanol, CO2 (lên men dị hình) trong dịch lên men còn xuất hiện cả trăm hợp chất hóa học mới khác. Chúng là sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men. Hàm lượng của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc ít hơn). Một số hợp chất trong nhóm trên rất dễ bay hơi. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc góp phần hình thành nên mùi vị đặc trưng cho những sản phẩm lên men lactic. Đáng chú ý nhất là diacetyl và acetaldehyde, đây là những hợp chất quan trọng quyết định đến mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men từ sữa. Lactose Glucose Galactose Sản phẩm trung gian Acetaldehyde C2H5OH CH3CHO +CO2,CH3CHO Axit Pyruvic CH3COCOOH Acetoin +1/2O2 CH3COCHOHCH3 + 2H +2H2O +1/2O2 - 2H +2H2 Axit lactic axit lactic CO2 + CH3COOH CH3COOH Diaxetyl CH3COCOCH3 Lên men Lên men dị thể đồng thể Hình 2.12: Sơ đồ tóm lược chuyển hoá các chất trong quá trình lên men sữa Tỷ lệ hàm lượng diacetyl và acetaldehyde ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của yaourt và bơ. Tỷ lệ này phụ thuộc vào thành phần các vi sinh vật sử dụng trong tổ hợp giống và các thông số kĩ thuật của quá trình lên men như nhiệt độ, pH đầu, lượng giống cấy... 2.2.2. Lên men ethanol Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, quá trình lên men ethanol được thực thực hiện chủ yếu bởi các nấm men thuộc giống Sacharomyces và Kluyveromyces. Sau khi được vận chuyển vào trong tế bào chất, đường hexose được chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic. Tiếp theo acid pyruvic sẽ được chuyển hoá thành acetaldehyde rồi thành ethanol Dihydroxyacetone phosphat là một sản phẩm trung gian trong chu trình đường phân, hợp chất này có thể chuyển hoá thành glyxerol. Trong môi trường pH acid, glycerol chỉ được tạo ra với hàm lượng nhỏ. Ngược lại, trong môi trường pH kiềm lượng glyxerol sinh ra sẽ tăng lên rất nhiều và glycerol sẽ trở thành một trong những sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men. Phương trình tổng quát của quá trình lên men trong môi trường pH acid C6H12O6 + 2ADP +2Pi Æ 2 C2H5OH + 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 trong tế bào chất sẽ được nấm men thải vào môi trường lên men. Ngoài ra tế bào nấm men còn tổng hợp và thải vào dịch lên men hàng trăm sản phẩm phụ và sản phẩm lên men khác, những hợp chất này được tìm thấy với hàm lượng rất nhỏ, chúng được chia thành 4 nhóm: glyxerol cùng rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ và ester. Trong quá trình lên men ethanol, nhiều acid hữu cơ được tạo thành (The Moll, 1990). Một số acid hữu cơ được sinh tổng hợp từ chu trình Crebs nếu như quá trình lên men không diễn ra trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt, các acid hữu cơ chiếm hàm lượng cao nhất trong dịch lên men là: acid citric, malic, acetic, lactic... 2.2.3. Quá trình đông tụ casein Hình 2.13: Cấu trúc Casein Casein là một phosphoprotein. Trong thành phần của nó có chứa phosphoric Casein có nhiều nhóm chức tự do khác nhau như -CO2, -NH2, -NH, -NH-CO-, -SH,…chính nhờ các nhóm này mà casein có khả năng tham gia các phản ứng hóa học. Trong số các nhóm trên nhóm -COOH, -NH có ý nghĩa nhất vì một phần các nhóm này ở trạng thái tự do và quyết định tính chất của casein. Casein được xem như một chất điện li lưỡng tính đa hóa trị, dễ dàng tham gia các phản ứng với các kim loại kiềm, kiền thổ, casein hòa tan trong nước. Trong sữa, casein ở dạng canxi caseinat và nó lại kết hợp với canxi phosphate tạo thành phức hợp canxi phosphate caseinat (các micelle casein). Các micelle casein mang điện tích âm. Vì tất cả các micelle đều mang điện tích âm nên chúng đẩy nhau, điều đó khiến các micelle casein tồn tại dưới dạng keo. Quá trình đông tụ casein của sữa dưới tác dụng của enzyme (thường dùng là renin là một protease được chiết xuất từ dạ dày bê) thực chất là quá trình thủy phân hạn chế casein κ, vỏ háo nước bị phá hủy do đó các ion Ca2+ dễ dàng tiếp cận với các casein α, β và paracasein κ và làm cho chúng tạo gel. Casein κ có đầu amino (đầu ưa béo) được liên kết với các phân tử αs và β-casein trong micelle luôn hướng về phía tâm micelle, còn đầu carboxy ( đầu ưa nước) luôn hướng ra ngoài vùng biên micelle . Quá trình đông tụ casein bởi renin được chia thành 3 giai đoạn như sau: - Giai đoạn 1: Renin thủy phân liên kết peptide Phe-Met (2 acid amin nằm vị trí 105-106 trong phân tử casein κ) tạo thành caseinoglucopeptide (106-169) hòa tan và paracasein κ (1-105) không hòa tan. Phản ứng không phụ thuộc Ca2+. - Giai đoạn 2: Đông tụ casein. Ở giai đoan này các micelle sau khi bị mất phân đoạn caseinoglucopeptide trong phân tử casein κ bắt đầu liên kết lại với nhau. Đó là do hiện tượng giảm sự tích điện bề mặt của micelle, từ đó lực đẩy tĩnh điện giữa các micelle cũng bị giảm. Bề mặt micelle trở nên ưa béo hơn do chỉ chứa phân đoạn paracasein κ và chúng có thể liên hợp lại với nhau một cách dễ dàng hơn. Ngoài ra, phần điện tích dương của phân đoạn paracasein κ có thể tương tác với phần điện tích âm của phân tử casein α, β. Cầu calci phosphate sẽ xuất hiện giữa các micelle và góp phần làm tăng kích thước đông tụ. - Giai đoạn 3: kết thúc quá trình đông tụ và tách huyết thanh sữa Bảng 2.4: Thành phần casein trong sữa bò Casein Hàm lượng (%) Dạng Phân tử lượng Số acid amin trong phân tử Đặc điểm αs 45 - 57 αs1 23.600 199 Phân tử có một đầu mạch có tính ưu nước, một đầu mạch có tính kỵ nước. αs2 25.150-25.390 207 Có tính ưu nước cao nhất. αs3 25.150-25.390 207 αs4 25.150-25.390 207 αs5 25.150-25.390 207 Được tạo thành do phân tử αs3, αs4- casein liên kết với nhau qua cầu disulfune. αs6 25.150-25.390 207 β 25 - 35 24.000 209 Có tính ưu béo cao. κ 8 - 15 κ1, κ2, κ3, κ4, κ5, κ6, κ7. 19.000 169 Không chứa glucid, có tính lưỡng cực. γ 3 - 7 γ1 20.000 181 Là những sản phẩm của quá trình thủy phân β-casein bởi plasmine từ trong máu động vật. γ2 12.000 104 γ3 12.000 102 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng lên men lactic a. Nguồn glucid Nước Lactose Để duy trì sự sống, điều hòa các quá trình chuyển hóa trong tế bào vi khuẩn cần sử dụng nguồn glucid có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon. Nguồn cung cấp glucid quan trọng cung cấp cho vi khuẩn là đường lactoza. Hầu hết các vi khuẩn lactic đều có enzyme lactose, nên thủy phân được lactose thành glucose và galactose. C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6 Lactose Glucose Galactose Glucose và galactose VK Các hợp chất khác + Sinh năng lượng Một số loại đường khác vi khuẩn lactic sử dụng rất chọn lọc: + Đisaccharide: saccharose, maltose… + Polysaccharide: dextrin, tinh bột… Đối với lên men lactic đồng hình vi khuẩn lactic chuyển hóa được khoảng 98% glucid thành acid lactic. b. Nguồn Azot Các nguồn Azot có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật, nếu không có các nguồn này thì sẽ không tổng hợp được các chất phức tạp cấu tạo nên nguyên chất trong tế bào vi sinh vật. Vi sinh vật đòi hỏi nguồn Azot rất cao đặc biệt là: Protit: Sự tương tác giữa Casein trong sữa với vi khuẩn lactic khi có sự hiện diện của ion H+ trong môi trường làm tăng khả năng lên men lactic. Ngoài ra, Casein còn là chất đệm có tính trung hòa một lượng acid sinh ra trong quá trình lên men. Pepton: Trong môi trường sữa đã có sẵn nguồn pepton nhưng do nhu cầu peptone đối với vi khuẩn rất cao do đó cần bổ sung peptone từ bên ngoài vào môi trường sữa để đảm bảo lượng peptone đủ để làm tăng tốc độ lên men. Acid amin: Vi khuẩn lactic hấp thụ dễ dàng. Theo các nghiên cứu, vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong môi trường có đầy đủ 16 loại acid amin. Đối với các vi khuẩn sinh hương, acid amin ngoài sự cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn mà nó còn kích thích sự tạo hương thơm. Trong acid amin, senin có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều loài Streptococcus. c. Vitamin Vi khuẩn lactic không có khả năng sinh tổng hợp vitamin và do môi trường sữa có đầy đủ các loại vitamin cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn lactic nên không cần bổ sung thêm từ bên ngoài. Bảng 2.5: Các vitamin được các loài vi khuẩn sử dụng Loài vi khuẩn Vitamin Riboflavin Piridoxin Acid fomic B12 Tiamin Lc. Jugurti + + − − − Lc. Lulveticum + + − − − Lc. Bulgaricum + − +/− − − Lc. Lactic + − − +/− − Lc. acidepphilus + − + +/− − d. Muối khoáng và các nguyên tố vi lượng Nhu cầu này không lớn do đó không cần bổ sung thêm từ ngoài vào mà chỉ cần sử dụng những chất có sẵn trong môi trường sữa. Trong các loai muối khoáng P chiếm tỉ lệ cao nhất. ­Chú ý: Nồng độ NaCl trong môi trường không được quá 6,5% nó sẽ tiêu diệt hết tất cả các loại vi khuẩn lactic. e. Nhu cầu oxy Vi khuẩn lactic vừa có khả năng sống được trong môi trường có oxy và vừa sống được trong môi trường không có oxy. Theo nghiên cứu cho rằng vi khuẩn lactic phát triển tốt nhất trong môi trường có oxy thấp. f. Nhiệt độ Tùy từng loại vi khẩn khác nhau mà nhiệt độ thích hợp cho nó sẽ khác nhau: VSV ưa lạnh: VSV ưu ấm: VSV ưu nóng: tmin = 00C tmax = 20 – 300C top = 5 – 100C tmin = 30C tmax = 45 – 500C top = 20 – 350C tmin = 300C tmax = 800C top = 50 – 600C Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến cường độ phát triển mà còn ảnh hưởng đến khả năng phát triển của chúng nữa. Điều chỉnh nhiệt độ thích hợp sẽ: + Rút ngắn thời gian lên men. + Hạn chế sự nhiễm các vi sinh vật lạ khác. + Sản phẩm thu được đạt kết quả như mong muốn. g. pH môi trường pH của môi trường ảnh hưởng đến hoạt động phát triển của vi sinh vật, sự có mặt của ion H+ sẽ tác động lên tế bào của vi sinh vật theo nhiều cách: + Ảnh hưởng trực tiếp lên bề mặt của tế bào làm thay đổi sự tích điện trên bề mặt của màng từ đó dẫn đến hoạt độ của các loại enzyme bị giảm. + Nồng độ ion H+ ảnh hưởng đến độ phân ly của các chất dinh dưỡng trong môi trường. + pH môi trường khác còn làm độ phân tán chất keo và độ xốp của thành tế bào không đồng đều cho nên việc chống lại các tác động bên ngoài sẽ khác nhau dẫn đến làm thay đổi hình dạng của tế bào. Với vi khuẩn lactic thì các loại cầu khuẩn chịu pH kém hơn so với các trực khuẩn. Bảng 2.6: Các giá trị pH mà vi sinh vật phát triển được Loài vi khuẩn pHmin pHop pHmax Trực khuẩn ưu nhiệt 3,5 – 4,25 5,5 – 6,5 7 – 8 S. Lactic 4,75 6 – 6,5 8,5 S. thermophilus 4,75 6 – 7 8,5 S. Faecalis 4,5 6 – 7 10 Đối với các vi khuẩn lên men lactic đồng hình, pH môi trường thường không ảnh hưởng đến các sản phẩm đặc trưng của quá trình lên men còn đối với các vi khuẩn lên men lactic dị hình thì ngược lại. + Khi pH môi trường cao thì sản phẩm tạo thành chủ yếu là acid lactic. + Khi pH môi trường thấp thì sản phẩm tạo thành ngoài acid lactic còn có thêm acid acetic và nhiều sản phẩm khác. Qua nhiều nghiên cứu người ta nhận thấy rằng lượng di-acetyl tạo ra nhiều nhất tại pH = 4.6-5,2. Đây chính là yếu tố làm tăng mùi hương cho sản phẩm. Tác dụng của chất kháng sinh do các vi khuẩn lactic sinh ra cũng bị ảnh hưởng bởi pH môi trường. h. Các chất kháng sinh Các chất kháng sinh ảnh hưởng rất lớn đến vi khuẩn lactic + Penicilin: chỉ một lượng rất nhỏ cũng đủ làm ức chế nhiều loài vi khuẩn lactic. + Streptomycin: có tính kháng sinh rất mạnh, có khả năng tiêu diệt cả vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm. Trong quá trình lên men, hàm lượng chất kháng sinh tạo ra trong môi trường đủ lớn sẽ làm giảm hiệu xuất lên men. Bảng 2.7: Biến đổi các thành phần từ sữa tạo thành Kefir Thành phần Chú thích Chất béo Phụ thuộc nguồn sữa ban đầu (bò, dê...) và lượng béo của sữa được dùng (nguyên béo, tách béo một phần hay không béo) Lactose Tiêu thụ một phần lactose, bởi vi khuẩn lactic và nấm men. Lactose trên 100 g sản phẩm sữa Kefir: 2÷2,5 g. Acid lactic Hình thành bởi vi khuẩn lactic. Trên 100 g sản phẩm sữa Kefir có 0,6÷1 g Potein Chiếm 3÷3,4 g/100g sản phẩm sữa Kefir Ethanol Sản sinh bởi nấm men nếu dùng men: lượng cồn là 0,01÷0,1g/100g sữa, nếu dùng hạt Kefir lượng cồn là 0,02÷1,8 g/100g sữa. Các acid hữu cơ khác Axetic, fomic, propionic, Succinic, pyruvic, iso butyric, caproic, acid lauric…góp phần tạo hương cho Kefir hay được tiêu thụ bởi chính loài vi khuẩn trong suốt quá trình lên men. CO2 Sinh ra nhờ nấm men và vi khuẩn lactic lên men dị thể sinh CO2 tạo tính đặc trưng cho Kefir. Hợp chất thơm Acetaldehyde, diacetyl, acetone góp phần vào hương của sản phẩm Vitamin Tăng vitamin B (đối với sữa cừu), pyridoxine (từ sữa cừu, dê, ngựa), acid folic (trừ sữa ngựa), orotic, nicotinic, acid pantothenic: không đổi hay giảm khi cô đặc (Nguyễn Tú Thanh, 2003) CHƯƠNG III: CÁC ỨNG DỤNG CỦA KEFIR 3.1. Qui trình chế biến Kefir 3.1.1. Qui trình sản xuất men giống Kefir a. Quy trình Sữa tươi tiệt trùng Cấy giống Lên men Lọc thô Xử lý Dịch men giống cho sản xuất Hạt Kefir Hạt Kefir (5%) Hạt Kefir Hình 3.1: Sơ đồ quy trình tạo men giống trong sản xuất sữa chua Kefir b. Giải thích qui trình sản xuất men giống § Môi trường chuẩn bị giống Môi trường sử dụng có thể là sữa tươi, sữa gầy hoặc sữa hoàn nguyên. Hàm lượng chất khô trong môi trường khoảng 11÷12%. Sữa được thanh trùng ở 90÷950C trong thời gian 30÷45 phút (thời gian thanh trùng kéo dài nhằm vô hoạt enzyme và ức chế đến mức tối thiểu sự có mặt của vi sinh vật lạ trong môi trường để giúp cho giống phát triển tốt và không bị tạp nhiễm), sau đó đưa về 22÷240C để chuẩn bị cấy giống. Ở đây ta sử dụng sữa tươi tiệt trùng của Vinamilk . § Cấy giống sử dụng hạt Kefir với lượng ban đầu 5% theo khối lượng, quá trình nhân giống cũng được thực hiện ở nhiệt độ phòng (23÷250C) . Do hạt Kefir có kích thước lớn nên chúng thường bị chìm xuống dưới đáy nên cần phải khuấy trộn môi trường trong thời gian 10÷15 phút sau mỗi 2÷5 giờ. Quá trình nhân giống kết thúc khi pH môi trường giảm xuống còn 4,5. § Lọc thô Khi đạt pH yêu cầu, canh trường được lọc. Hạt kefir được xử lý bằng cách rửa trong nước vô khuẩn ở nhiệt độ thấp (6÷100C) để loại bỏ tạp chất bám trên bề mặt hạt (có thể sử dụng sữa gầy vô trùng để rửa hạt, Hạt Kefir đã qua rửa sạch và bảo quản trong nước vô khuẩn hoặc dung dịch muối NaCl 0,9%. Khi cần nhân giống cho mẻ tiếp theo, sử dụng tiếp hạt Kefir trên để nhân giống . Dịch thu được sau quá trình lọc thô chứa các vi khuẩn lactic và nấm men có thể sử dụng để cấy giống vào môi trường sữa nguyên liệu để sản xuất Kefir. Quá trình sản xuất giống cũng được thực hiện ở 25÷300C thời gian nuôi trung bình là 20 giờ (cần kiểm tra giá trị pH của canh trường là 4,5 để xác định thời điểm kết thúc quá trình nuôi 3.1.2. Qui trình chế biến sữa chua Kefir a. Quy trình Sữa tiệt trùng không đường Phối chế Cấy giống Lên men (18 giờ,25 0C) Phối chế, điều vị Vô bao bì Ủ chín (12 giờ, 14-16 0C) Sản phẩm Kefir (bảo quản lạnh) 6% dịch men giống Kefir 10% sirô đường saccharose nồng độ 40%, 10% gelatine 10% sirô đường saccharose nồng độ 60% Hình 3.2: Sơ đồ quy trình sản xuất sữa Kefir b. Giải thích qui trình sản xuất Kefir § Nguyên liệu Sữa có chất lượng cao, không chứa kháng sinh và đạt các mức chỉ tiêu về vi sinh. Hàm lượng chất béo có thể thay đổi tuỳ thị hiếu người tiêu dùng, sản phẩm Kefir thường có hàm lượng chất béo từ 2,5÷3,5%. Trong các thí nghiệm này, sử dụng nguyên liệu là sữa tươi tiệt trùng của Vinamilk. § Phối chế Bổ sung thêm sirô đường saccharose vào sữa nguyên liệu nhằm tạo điều kiện tối ưu cho vi khuẩn lactic phát triển và tạo hương vị đa dạng cho sản phẩm. Dung dịch gelatin được cho vào tỷ lệ 10%(v/v) so với thể tích dịch lên men. § Cấy giống Sữa sau khi đã được điều phối tạo điều kiện tối ưu cho nấm Kefir hoạt động, tiến hành cấy dịch men giống (đã được chuẩn bị ở phần sản xuất dịch men giống (mục 1.6.1) vào để lên men § Lên men Trong quá trình lên men Kefir, vi khuẩn lactic sẽ chuyển đường lactose thành acid lactic, một số loại nấm men sử dụng đường lactose sẽ chuyển hoá lactose thành ethanol và khí CO2. Ngoài ra, trong dịch lên men chứa hàng trăm sản phẩm phụ từ hai quá trình lên men lactic và ethanol nói trên. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên hương vị của sản phẩm, đáng chú ý nhất là các acid hữu cơ như acid propiomic, acid formic, acid succinic, các hợp chất bay hơi thuộc nhóm aldehyde (aldehyde acetic, diacetyl) và rượu cao phân tử, nhiệt độ lên men 25÷300C. § Phối chế Sản phẩm sau lên men sẽ có độ nhớt tương đối cao nên cần bổ sung thêm nước và sirô đường saccharose nồng độ 60% để sản phẩm đạt cấu trúc và hương vị mong muốn § Vô bao bì Bao bì sử dụng là hũ thủy tinh hay hũ nhựa 50ml, được rửa sạch, vô trùng và rót sản phẩm trong điều kiện vô trùng để hạn chế các vi sinh vật từ môi trường xung quanh nhiễm vào sản phẩm. § Ủ chín Sau khi phối chế và vô bao bì tiến hành ủ chín sản phẩm bằng cách đưa sản phẩm về nhiệt độ 14-16 0C. Ở nhiệt độ này tốc độ trao đổi chất của vi khuẩn lactic và nấm men bị chậm lại. Công đoạn ủ chín giúp ổn định cấu trúc của sản phẩm sau quá trình phối chế và vô bao bì, vi khuẩn lactic và nấm men tiếp tục quá trình tạo sản phẩm phụ. Mùi vị sản phẩm Kefir được cải thiện rõ nét. Thời gian ủ chín là 12-14 giờ. § Bảo quản Sản phẩm hoàn thành được bảo quản ở 4÷60C. Trong quá trình bảo quản hệ vi sinh vật Kefir vẫn tiếp tục trao đổi chất với môi trường và làm biến đổi dần các chỉ tiêu hoá lý (độ chua, hàm lượng ethanol) và chỉ tiêu cảm quan (mùi vị...) của sản phẩm. Hình 3.3: Các sản phẩm sữa Kefir 3.2. Hạt Kefir trong môi trường nước đường a. Quy trình chuẩn bị giống Kefir Hạt Kefir Rửa sạch Môi trường nước đường (saccharose, glucose, fructose) Rửa sạch Rửa sạch Rửa sạch Men giống Kefir Hình 3.4: Quy trình chuẩn bị men giống Kefir b. Thuyết minh quy trình trên (Hình 2.12) Hạt Kefir sau khi vớt ra từ sữa, rửa thật sạch bằng nước vô trùng, sau đó thả vào môi trường nước đường đã được chuẩn bị sẵn. Ban đầu lấy khoảng 100ml nước đun sôi để nguội, pha khoảng 10% tương ứng với 10g đường ( loại đường nào cũng được glucose, fructose, saccharose,…) tuy nhiên ở đây chọn loại đường saccharose (đường trắng hoặc vàng tinh luyện của nhà máy đường Biên Hòa) để nuôi hạt Kefir. Sau 2–3 lần nuôi trong môi trường nước đường, hạt Kefir đã có vẻ thích nghi, ta tăng khối lượng đường lên (20g, 30g, 40g va 50g). Sau vài lần nuôi Kefir trong môi trường nước đường, hạt có khả năng phát triển và sinh sản mới cho kefir vao môi trường thí nghiệm. 3.3. Cơ sở khoa học của quá trình lên men Kefir trong môi trường nước đường Nhiều vi khuẩn và nấm men có trong hạt Kefir khi sống trong môi trường dinh dưỡng (như nước đường) sẽ sản sinh ra enzyme invertase thủy phân đường saccharose giải phóng giải phóng glucose và fructose. Đây là nguồn chất dinh dưỡng cơ bản cho các loài vi sinh vật khác có trong hạt Kefir. Cũng có những loài sử dụng nguồn năng lượng chính từ nguồn đường saccharose làm nguồn năng lượng và trao đổi cấu trúc. 3.3.1. Lên men lactic. Tác nhân gây lên men hay là tác nhân cung cấp hệ enzyme là các vi khuẩn họ Lactobacteriaccae (vi khuẩn này là vi khuẩn yếm khí hoặc vi khuẩn hiếu khí). Phụ thuộc vào hệ enzyme của từng nòi vi khuẩn mà trong môi trường lên men hoặc chỉ có acid lactic (lên men đồng hình) hoặc ngoài acid lactic còn có sản phẩm khác và CO2 (lên men dị hình). Tuy hệ vi khuẩn trong hạt Kefir rất phong phú nên trong sản phẩm lên men thường có chứa rất nhiều chất khác ngoài acid lactic. Có hai cơ chế tạo acid lactic: Acid lactic được tạo thành theo sơ đồ Embden-meyerhoff. Hydro đã được tách ra khi dehydro hóa triosephosphat, được chuyển đến pyruvat. Acid lactic tạo thành chiếm hơn 90% tổng sản phẩm lên men. Chỉ một phần nhỏ pyruvat bị khử cacbonxyl để chuyển thành acid acetic, ethanol, CO2 và acetoin. Lượng phẩm vật phụ tạo phụ thuộc vào sự có mặt của O2. Cơ chế thứ hai, xảy ra khi các vi khuẩn lactic không có enzyme cơ bản của sơ đồ Embden-meyerhoff là aldose và triosephosphatizomerase. Nói khác ra, acid lactic tạo thành ở đây theo chu trình pentosephosphat: nghĩa là qua glucose, 6-phosphogluconat và ribulose-5-phosphat. Xilulose-5-phosphat dưới tác dụng của enzyme pentosephosphocetolase (trong phản ứng phụ thuộc tiaminpirophosphat), bị phân ly để tạo thành aldehyd phosphoglycerinic va acetylphosphat. Acetylphosphat hoặc bị phân ly dưới tác dụng của acetatkinase (có phosphoryl hóa ADP) sẽ tạo thành acetate (L.brevis), hoặc bị khử để tạo thành acetaldehyde rồi thành rượu ethanol (L.mesenteroides). Còn aldehyd phosphoglycerinc thì bị ôxy hóa thành lactat theo con đường thông thường của sơ đồ Embden-meyerhoff. 3.3.2. Lên men ethanol. Nấm men chính cung cấp hệ enzyme đặc thù đề tạo thành ethanol trong giai đoạn lên men Saccharosemyces Cerevisiae. Nấm men có đặc điểm là trong điều kiện sinh hoạt yếm khí, chúng có khả năng chuyển đường thành ethanol và CO2 một cách hợp thức. Diễn biến của quá trình lên men như sau: Đường cùng các chất dinh dưỡng khác của môi trường lên men, trước tiên được hấp phụ vào trên bề mặt của tế bào nấm men, sau đó khuyếch tán qua màng bề mặt bán thấm đó mà vào bên trong tế bào. Trong khi nước được vào ra tế bào một cách tự