Các quá trình vi sinh quan trọng liên quan đến thực phẩm

Các quá trình vi sinh quan trọng liên quan đến thực phẩm QUÁ TRÌNH LÊN MEN KỴ KHÍ Lên men rượu: 1.1. Cơ chế 1.2.Vi sinh vật lên men rượu Nấm men Nấm men lên men nổi: Người ta thường sử dụng để sản xuất cồn và bánh mì. Tiêu biểu là loài Saccharomyces cerevisiae. Nấm men chìm: Tiêu biểu là loài Saccharomyces ellipsoideus. Nấm men chìm thường dùng trong sản xuất bia, rượu vang, sâmpanh. 1.2.Vi sinh vật lên men rượu 2. Nấm mốc Hiện nay người ta thường sử dụng một số loài nấm mốc sau: Aspergillus oryzae Aspergillus awamori Aspergillus usamii 1.2.Vi sinh vật lên men rượu 3. Vi khuẩn Một số vi khuẩn: Sasina ventriculi, Zymononas mobylis, ngoài ra còn có vi khuẩn lactic dị hình, vi khuẩn đường ruột hay Clostridium 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu a. Nồng độ đường Nồng độ đường thích hợp nhất : 8 ÷ 20%. sản xuất cồn, nồng độ đường từ 14 ÷ 20% sx rượu vang, nồng độ đường 16 ÷ 25% sản xuất bia, nồng độ đường từ 9 ÷ 12%. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu b. Oxy c. Độ rượu d. Độ pH e. Nhiệt độ nấm men nổi nhiệt độ thích hợp 20 ÷ 28oC, nấm men chìm từ 5 ÷ 10oC 1.4. Ứng dụng Sx rượu và cồn Sản xuất bia Sản xuất rượu vang và sampanh Sản xuất bánh mỳ 2. Lên men lactic 2.1. Cơ chế Lên men đồng hình 2. Lên men lactic Lượng axit lactic tạo thành chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon để tạo thành axit axetic, etanol, CO2 và axeton. 2. Lên men lactic b. Lên men lactic dị hình (không điển hình) Trong trường hợp này chỉ có 40% lượng đường tạo thành axit lactic. Ngoài ra còn có các sản phẩm phụ khác như: axit axetic, etanol, axit sucxinic, CO2. 2. Lên men lactic 2.2. Vi khuẩn lên men lactic Đặc điểm Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium Quá trình lên men xảy ra trong môi trường pH từ 5,5 ÷ 6 Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men từ 15 ÷ 50oC. 2. Lên men lactic b. Phân loại Lên men đồng hình: + Lactobacterium casei + Streptococcus cremoris + Lactobacterium delbruckii + Lactobacterium cueumeris fermenti 2. Lên men lactic Lên men dị hình: + Streptobacterium hassice fermentatae: lên men chua rau cải. Khi lên men rau cải chua tạo thành axit lactic, axit axetic, rượu etylic và CO2. + Lactobacterium lycopersici 2. Lên men lactic 2.3. Ứng dụng a. Sản xuất axit lactic b. Chế biến các sản phẩm sữa c. Muối chua rau quả d. Ủ chua thức ăn gia súc 3.Lên men butyric Quá trình lên men butyric là quá trình phân giải yếm khí đường cho axit butyric và một số sản phẩm phụ dưới tác dụng của vi sinh vật. C6H12O6  2CH3COCOOH 2CH3CHO Glucose axit pyruvic axetaldehit axetaldola  CH3CHOHCH2CHO  CH3CH2CH2COOH Axit butyric Ngoài axit butyric còn có rượu etylic, rượu butylic, axeton, axit axetic… 3.1.Cơ chế của quá trình lên men 3.Lên men butyric 3.2. Vi sinh vật lên men butyric Chủ yếu là các vi khuẩn butyric, chúng rất phổ biến trong tự nhiên như đất, nước bẩn, sữa, phomat… Một số loài thường gặp: Clostridium saccharobutyricum Clostridium pasteurianum Clostridium butyricum. 3.Lên men butyric 3. Ứng dụng Trong công nghiệp được dùng làm hương liệu ở dạng ester như butyrat metan có mùi táo, butyrat etan có mùi lê, butyrat amin có mùi dứa… đây là những chất thơm dùng để sản xuất bánh kẹo, nước hoa, nước giải khát… 3.Lên men butyric Quá trình lên men butyric có nhiều mặt gây hại cho công nghiệp thực phẩm. Chúng cản trở sự hoạt động của nấm men, gây mùi khó chịu và cay trong sản phẩm sữa, làm hư hỏng đồ hộp rau quả và thịt cá. II. QUÁ TRÌNH LÊN MEN HIẾU KHÍ 1. Lên men acetic Vi khuẩn lên men axetic Có hàng chục loài vi khuẩn axetic thuộc họ Acetobacter. Gồm các loài sau đây: Acetobacter aceti Acetobacter pasteurianum Acetobacter xylinum Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men axit axetic a. Nồng độ rượu Nồng độ rượu phù hợp cho quá trình lên men từ 6÷15%, thường trung bình là 13%. b. Nhiệt độ Nhiệt độ thích ứng cho quá trình oxi hoá rượu thành axit axetic từ 30÷34oC. c. Nồng độ axit Quá trình lên men bị ức chế khi nồng độ axít đạt hơn 8% d. Oxi bắt buộc phải cung cấp vừa đủ lượng oxi để oxi hoá rượu thành axit axetic. Trong sản xuất cần cung cấp 2,5m3 không khí khi oxi hoá 1 kg rượu khan thành axit axetic. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men axit axetic e. Môi trường dinh dưỡng Trong 100 lít rượu 10% cồn cần 500g đường glucose hay tinh bột đã thuỷ phân, 25g superphotphat, 25g sunfat amôn, ngoài ra còn bổ sung thêm một số chất sinh trưởng khác. 2. Lên men citric Có nhiều loài nấm mốc có khả năng oxy hóa gluxit thành axit citric như Rhizopus, Aspergillus, Penicillium. Trong đó quan trọng nhất là Aspergillus niger. Các yếu tố ảnh hưởng a. Môi trường dinh dưỡng Nấm mốc cần đường, tinh bột và các muối vô cơ. Trong trường hợp môi trường nhiều cabon và ít nitơ (lượng đường 4 ÷ 20%, nitơ 0.07%, ngoài ra còn bổ sung thêm nguyên tố khoáng như P, Fe, Zn…) thì quá trình tổng hợp axit citric xảy ra mạnh. Các yếu tố ảnh hưởng b. pH môi trường pH thích hợp cho Aspergillus niger tạo thành axit citric từ 3 ÷ 4 Trong quá trình lên men do sự tạo thành axit citric nên pH giảm mạnh, vì vậy cần phải điều chỉnh pH của môi trường cho thích hợp. Các yếu tố ảnh hưởng c. Sự thoáng khí cần phải cung cấp không khí cho quá trình lên men bằng cách thông thoáng khí môi trường. d. Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men tạo axit citric là 31 – 37oC. Thời gian lên men khoảng 7 – 10 ngày. 3. Phân hủy hiếu khí cenlulose & pectin a. Cơ chế Phân hủy cenlulose và các chất pectin ở điều kiện hiếu khí dưới tác dụng của những vi sinh vật có hoạt tính enzyme pectinase và cenlulase. b. Vi sinh vật phân giải cenlulose và pectin Những nấm khác nhau, một số vi khuẩn và xạ khuẩn. Vi khuẩn nhầy Micrococcus Hutchinonii có khả năng phân giải hiếu khí cenlulose mạnh mẽ một số nấm như: Tricoderma. c. Ứng dụng Kết quả là cenlulose và các chất hữu cơ trong đất bị vi sinh vật phân hủy tạo thành chất mùn Vi sinh vật phân giải cenlulose – pectin có thể làm giảm chất lượng đáng kể các nguồn nguyên liệu thực phẩm là thực vật (rau quả). 4. Phân hủy chất béo và axit béo a. Cơ chế Tác động của vi sinh vật bắt đầu là sự thủy phân chất béo thành glyxerin và axit béo tự do. Glyxerin được nhiều vi sinh vật sử dụng và có thể bị oxy hóa hoàn toàn tới CO2 và H2O. Một số vi sinh vật xúc tác quá trình peoxyt của axit béo được tạo thành. Các peoxyt này dễ dàng bị oxy hóa tiếp theo để tạo thành những sản phẩm trung gian – oxy axit, aldehyt, xeton và …làm cho chất béo có những mùi vị khó chịu. Những sản phẩm trung gian tiếp tục được vi sinh vật sử dụng trong trao đổi chất của chúng và cuối cùng tạo thành CO2 và H2O. b. Vi sinh vật phân hủy chất béo và axit béo Pseudomonas fluorescens các vi khuẩn: Micrococcus, Chromobacterium, Prodigioscens; xạ khuẩn và một số nấm men. nhiều loài nấm: Oidium lactis, Clasdosporium hebarium, Aspergilus và Penicillium. c.Ứng dụng Phân hủy chất béo do vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên (ở đất và nước) xảy ra thường xuyên và có ý nghĩa rất lớn trong vòng tuần hoàn vật chất nói chung. Trong bảo quản dầu mỡ dài ngày ở điều kiện không cho phép vi sinh vật phát triển thì sự làm hỏng chất béo có thể là do tác động của ánh sáng hoặc oxy không khí. 3. QUÁ TRÌNH THỐI RỮA Thối rữa là quá trình phân hủy các chất protein dưới tác dụng của vi sinh vật. Quá trình này được tiến hành thường xuyên trong tự nhiên, đất, nước, trong cả điều kiện yếm khí và hiếu khí. Sản phẩm thối rữa có thể làm ô nhiễm môi trường sống và các vi sinh vật gây thối là nguyên nhân làm hỏng thực phẩm giàu protein. 1.Cơ chế Giai đoạn 1: Sự thuỷ phân do enzyme protease ngoại bào. Quá trình thuỷ phân tạo thành các sản phẩm trung gian khác nhau. Protid  peptone  polypeptit  axit amin Giai đoạn 2: Các axit amin sau khi được tạo thành do quá trình thủy phân trên sẽ khuếch tán vào trong tế bào vi sinh vật và được phân hủy tiếp bằng cách khử nhóm amin hoặc khử nhóm cacboxyl hoặc đồng thời khử cả hai nhóm để tạo thành NH3, CO2 và các hợp chất hữu cơ tương ứng. Trong protein ngoài monoaminoaxit còn có các diaminoaxit, chúng bị phân huỷ để tạo thành diamin: NH2(CH2)4CHNH2COOH  NH2(CH2)5NH2 + CO2 Lizin  Cadaverin Cadaverin là chất rất độc, còn có tên là chất độc xác chết. Khi phân huỷ protid có chứa lưu huỳnh tạo thành H2S: HSCH2CHNH2COOH  CH3CHNH2COOH + H2S Xistein Nhiều trường hợp tạo thành dẫn xuất của H2S là các mercaptan có mùi tanh và hôi thối với một lượng rất nhỏ. Giai đoạn 3: Trong điều kiện hiếu khí các chất này được oxi hoá và có thể được vô cơ hoá hoàn toàn. Sản phẩm cuối cùng là: NH3, CO2, H2O, H2S, H3PO4. Trong điều kiệm yếm khí các sản phẩm không được oxi hoá hoàn toàn, trong môi trường sẽ tích tụ các axit hữu cơ, rượu, amin, trong đó có nhiều chất độc và gây mùi hôi thối. 2.Vi sinh vật gây ra quá trình phân giải Vi sinh vật hiếu khí Bacillus mycoides (trực khuẩn đất) Bacillus subtilis: phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, phân huỷ protid rất Bacillus mensentericus: Bacillus cereus: là trực khuẩn thường tồn tại từng tế bào riêng lẻ. Tế bào Pseudomonas fluorescens: Cromobacterium prodigiosum Vi sinh vật yếm khí Bacillus putrificum Clostridium sporogenes (Bacillus sporogenes) một vài loài xạ khuẩn, nấm mốc tham gia phân huỷ protid như: Penicillium, Aspergillus, Mucor, Trichoderma