Nghiên cứu sản xuất nước dừa KEFIR có bổ sung nha đam

u đời. Nó đươc xem là quà tặng mà đấng tối cao Alah bạn tặng cho con người. Sản phẩm kefir là kết quả quá trình lên men của vi khuẩn lactic và nấm men. Sản phẩm có vị chua của acid lactic, mùi thơm nhẹ của rượu, diacetyl,…. Khi sử dụng sản phẩm kefir thường xuyên sẽ giúp ổn định hệ tiêu hóa, kích thích tiêu hóa, giảm cholesterol, giúp cơ thể khỏe mạnh và tinh thần thoải mái, tránh mắc các bệnh ung thư,…. Mặt khác còn cung cấp một nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho cơ thể như chất khoáng, vitamin,…cho bạn có một làn da tươi trẻ, mịn màng. Chính những giá trị dinh dưỡng và lợi ích của kefir, mà sản phẩm này rất được ưa chuộng trên thế giới. Hiện nay, ở nước ngoài có rất nhiều sản phẩm lên men từ hạt kefir, như: sữa động vật, nước trái cây, nước dừa, sữa dừa, sữa đậu nành,…, nhưng ở Việt nam sản phẩm này còn quá xa lạ. Trên thị trường ở nước ta, chỉ có sữa chua kefir lên men từ sữa bò mà thôi, nhưng sản phẩm này cũng tiêu thụ rất ít. Để góp phần thay đổi thói quen của người tiêu dùng và làm đa dạng phong phú sản phẩm lên men từ kefir. Em sẽ thử nghiệm kefir trên môi trường nước dừa với sự có mặt của nha đam, đây là hai nguyên liệu rất phổ biến ở Việt nam và mang giá trị dinh dưỡng cao. Mong rằng đề tài Nghiên cứu sản xuất nước dừa kefir có bổ sung nha đam sẽ được đưa vào sản xuất và sản phẩm được người tiêu dùng lựa chọn. 1.2. Mục đích nghiên cứu Sản phẩm kefir được nghiên cứu chế biến ở phòng thí nghiệm với mục đích: Xác định nguyên liệu tốt nhất để lên men. Xác định nồng độ chất khô hòa tan thích hợp trong nguyên liệu để lên men. Xác định tỉ lệ men giống thích hợp dùng trong quá trình lên men. Xác định độ chua thích hợp cho quá trình lên men và sản phẩm. Xác định tỉ lệ phối chế thích hợp cho thành phẩm sau lên men. Xác định thời gian bảo quản thích hợp cho sản phẩm CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu về nước dừa 2.1.1. Thành phần nước dừa [13], [14] Nước dừa là nguyên liệu chính của quá trình lên men tạo sản phẩm. Chúng ta có thể sử dụng nguyên liệu là nước dừa non hoặc nước dừa già. Hình 2.1: Trái dừa [37] Bảng 2.1: Thành phần hoá học của nước dừa theo Satyavati Krishnankutty -1987. Nước dừa già (Mature Coconut Water) Nước dừa non (Tender Coconut Water) Tổng hàm lượng chất rắn % 5.4 6.5 Đường khử (%) 2 4.4 Chất khoáng (%) 0.5 0.6 Protein (%) 0.1 0.01 Chất béo (%) 0.1 0.01 pH 5.2 4.5 K (mg%) 247 290 Na (mg%) 48 42 Ca (mg%) 40 44 Mg (mg%) 15 10 P (mg%) 6.3 9.2 Fe (mg%) 79 106 Cu (mg%) 26 26 ¯ Đường Gồm đường glucose, maltose và sucrose, trong đó glucose và fructose đóng vai trò quan trọng trong thành phần của nước dừa. Nồng độ đường trong nước dừa tăng từ 1.5% đến 5.5% trong những tháng đầu tiên của quá trình chín dừa và giảm dần xuống còn khoảng 2% khi dừa chín hoàn toàn. Thành phần đường trong nước dừa non chủ yếu là glucose, fructose (đường khử) và saccharose (đường không khử) chỉ xuất hiện khi dừa già và khi dừa chín hẳn thì có đến 90% tổng hàm lượng đường là saccharose. Ở nước dừa thì nồng độ đường khử và các chất dinh dưỡng đạt đến nồng độ cao nhất (ngoại trừ S) vào khoảng tháng thứ 8. ¯ Chất khoáng Chất khoáng trong nước dừa gồm K, Na, Ca, P, Fe, S, Cl. Trong đó K chiếm hơn phân nửa lượng khoáng chất và chủ yếu tồn tại dưới dạng K2CO3 . Nước dừa giàu K và một số khoáng chất khác, giữ vai trò quan trọng trong việc tăng sự bài tiết chất thải. ¯ Protein Trong nước dừa hàm lượng protein là không đáng kể. Hàm lượng arginin, alanine, cystine và serine trong protein của nước dừa thì cao hơn trong sữa bò. Bảng 2.2: Thành phần và hàm lượng acid amin có trong nước dừa Thành phần acid amin Hàm lượng acid amin (mg/ml) Dừa già Dừa non Arginin 0.014 0.004 Histamin 0.01 0.009 Lysine 0 0.002 Phenylalanin 0 0.015 Tyrosine 0.004 0.002 Leusin Vết 0.001 Isoleusin 0 0 Valin 0 0 Cystein 0.096 0.068 Alanin 0 0.002 Lycin 0.1 0.001 Prolin 0.06 0.018 Glutamin 0.12 Vết Serin 0.14 0.015 Theonin 0 0 Asparasin 0.012 0.07 ¯ Vitamin Trong nước dừa chủ yếu chứa 2 loại vitamin là vitamin C (acid ascorbic) và vitamin B. Hàm lượng vitamin C từ 2.2 – 3.7 mg/ml và giảm dần khi phần nước càng gần phần thịt quả. Bảng 2.3: Các vitamin có trong nước dừa STT Vitamin Hàm lượng (g/l) 1 Acid ascorbic (Vitamin C) 2.2 – 3.7 2 Acid nicotinic (PP) 0.052 3 Penthothennic 0.064 4 Acid folic (B5) 0.03 5 Riboflavin 0.00001 6 Biotin 0.002 7 Thiamin (B1) Vết 8 Byridoxine (B6) Vết 2.1.2. Giá trị dinh dưỡng và lợi ích của nước dừa [13], [14] Nước dừa là một thức uống bổ dưỡng, làm mát và tăng cường sinh lực cơ thể. Nước dừa chứa lượng đường vừa đủ cung cấp cho cơ thể dưới dạng đường dễ tiêu hóa (chủ yếu là glucose, fructose và saccharose). Nước dừa chứa nhiều đạm cần thiết cho cơ thể dưới dạng nitơ axit amin thay thế và không thay thế. Nước dừa còn chứa nhiều vitamin và chất khoáng. Lượng vitamin C trong 1 trái dừa đủ cung cấp cho nhu cầu cơ thể mỗi ngày. Ngoài ra nước dừa còn chứa một số vitamin nhóm B như niacin, riboflavin, acid folic, thiamin và pyridoxin tìm thấy ở dạng vết. Nước dừa đặc biệt chứa nhiều khoáng chất như natri, kali, canxi, magiê, sắt, đồng, phốt pho, lưu huỳnh và clorua. Nước dừa có nhiều tính năng chữa bệnh như : Nước dừa tốt cho những trẻ bị rối loạn đường ruột. Nước dừa chứa nhiều hợp chất hữu cơ kích thích cho sự phát triển. Nước dừa dùng cho cơ thể bị đau buốt, nóng vì nhiệt và mụn nhọt (nhất là vào mùa hè); làm giảm bớt phát ban, nổi mụn gây bởi bệnh đậu mùa, sởi, thủy đậu… Nước dừa diệt giun, sán, lãi… gây bệnh đường ruột. Nước dừa tốt cho các trường hợp mắc bệnh tả. Nước dừa giúp khử trùng và ngăn nhiễm trùng đường tiết niệu, lợi tiểu. Nước dừa loại trừ chất độc trong trường hợp bị ngộ độc khoáng. Nước dừa dùng hiệu quả trong chữa trị bệnh thận và sỏi bóng đái. Nước dừa có thể được tiêm vào tĩnh mạch trong các trường hợp khẩn cấp thay thế huyết thanh máu bởi vì nó vô trùng, không sinh nhiệt và dễ dàng được cơ thể chấp nhận. Nước dừa làm giảm độ axit trong dạ dày và làm giảm sưng tấy trong dạ dày, làm giảm đau cho những người bị đau dạ dày. 2.2. Thành phần dinh dưỡng và lợi ích của nha đam [38], [39], [40] Nha đam còn có tên gọi là Lô hội, tên tiếng Anh là Aloe vera. Thành phần hóa học của nha đam cực kỳ phức tạp, các chất có lợi thường cao hơn so với các loại thực vật khác. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh thành phần hóa học của nha đam gồm vài trăm loại chất khác nhau, có hơn 160 loại đã được nghiên cứu rõ ràng và đưa vào sử dụng. Hình 2.2: Nha đam [39] ¯ Carbohydrate Gồm có: Mannose, xylose, glucose, galactose, rhamnose, fucose,…Trong đó mannose và glucose là chủ yếu. ¯ Vitamin Nha đam có rất nhiều loại vitamin như A, C, E, B1, B5,…vì vậy có khả năng chống oxy hóa, làm chậm quá trình lão hóa tế bào do các gốc tự do gây ra. ¯ Chất khoáng Có 20 loại chất khoáng như: Ca, K, Zn, Cr, Se,…; Trong đó Se là một nguyên tố vi lượng rất quan trọng tham gia cấu tạo nên enzyme gluthation – peroxydase, phá hủy các gốc tự do, nhờ vậy nó có tác dụng phòng chống bệnh thoái hóa cơ và ung thư. ¯ Acid amin Có 20 loại acid amin cần thiết cho cơ thể, trong đó có 7 loại acid amin thiết yếu. ¯ Enzyme Gồm: oxydase, protease, catalase, lipase,..., trong đó lipase, protease có khả năng tiêu thực và làm khỏe mạnh bộ máy tiêu hóa, rất tốt cho bệnh nhân đau dạ dày, đường ruột. Theo sách Đông y, nha đam có vị đắng, tính hàn nên có tác dụng thông đại tiện, mát huyết, nhuận gan, thông mật, giải nhiệt cho cơ thể trong những ngày hè nóng cho ta có một làn da tươi trẻ và một cơ thể khỏe mạnh. Phần thịt của nha đam có thể chế biến thành rất nhiều món ăn khác như: nấu chè đậu xanh, trộn salad, …, mà tốt nhất nên cắt nhỏ và ướp với đường cát rồi để tủ lạnh ăn. 2.3. Giới thiệu về kefir 2.3.1. Nguồn gốc hạt kefir [19] Sữa lên men kefir đã được người dân vùng núi Caucasus thuộc nước Liên Xô cũ sử dụng từ rất lâu. Họ xem nó như báu vật mà đấng tối cao Alah ban tặng cho con người. Người ta dùng nó làm thức uống và như một loại thuốc để chữa bệnh. Mọi người không hề biết đến bệnh ung thư, bệnh lao, bệnh dạ dày,…và sống thọ đến 110 tuổi. Sữa kefir thường được sản xuất từ nguyên liệu là sữa dê, sữa cừu hay sữa bò. Theo Oberman H và Libudiziz Z (1998) đầu tiên người ta lên men sữa thành kefir trong các túi làm bằng da thú hoặc bồn bằng gỗ sồi. Đến cuối thế kỉ xix, kefir đã trở thành sản phẩm quen thuộc của dân các nước vùng Đông Âu ( Balan, Hungari, Nga,…), và các nước thuộc Scandinavia. Vì lợi ích mà kefir đem lại cho người dùng nên nó nhanh chóng lan rộng đến Thụy Điển, Na Uy, Phần Lan, Đức (1993), Hy Lạp, Áo, Brazil (1994), Và phổ biến cả Mỹ và Nhật. Kefir được sản xuất theo phương pháp truyền thống, không sử dụng những vật dụng bằng kim loại trong quá trình tiến hành mà chỉ dùng các dụng cụ bằng gỗ, da thú. Nên các sản phẩm lên men từ kefir rất khó để giữ được chất lượng và mùi vị như sản phẩm truyền thống khi đem vào sản xuất thương mại. Đến 1950, phương pháp sản xuất kefir mới đã được công nhận về chất lượng đó là phương pháp lên men có khuấy trộn. Kefir thường dùng để lên men các sản phẩm từ sữa là chủ yếu, ngoài ra nó còn dùng để lên men dịch trái cây, nước dừa, sữa dừa, đậu nành,… 2.3.2. Đặc điểm của hạt kefir [4], [12], [18], [19], [20], [21] Các hạt kefir có màu từ trắng đến vàng nhạt, hình dạng không ổn định và chúng thường kết cụm lại với nhau trong giống hoa Choufleur với đường kính trung bình 0.3 - 2.0 cm. Hạt kefir chứa vi khuẩn lactic và nấm men. Đôi khi người ta còn tìm thấy cả vi khuẩn A. aceti và A. racens. Hạt kefir không tan trong nước và hầu hết các dung môi. Khi thả vào sữa thì nó thấm nước (sữa) và trở nên có màu trắng đục. Hình 2.4: Hình dạng hạt kefir [18] ¯ Thành phần hoá học Thành phần hợp thành hạt kefir là phức protein polysacharide béo, protein (chiếm khoảng 30% tổng chất khô) và carbohydrate (25 – 50%). Thành phần hạt giống sấy khô đông lạnh với hàm ẩm 3.5% được tìm thấy bao gồm: béo 4.4%, tro 12.1%, Muco-polysacharide (kefiran) 45.7%; protein tổng số 34.3% gồm có: protein không hoà tan 27%, protein hoà tan 1.6% và acid amin tự do là 5.6%. Thành phần quan trọng của kefir là kefiran: gel hoà tan polisacharide, hình thành ở trung tâm hạt. Polysacharide này gồm hai loại đường đơn glucose và galactose với tỉ lệ cân đối. Cấu trúc phân tử của kefiran có mạch nhánh hexan hoạc heptan saccharide, hoặc do sự liên kết không đặc hiệu của một hay hai đường khử, làm cho kefiran không bị enzyme thuỷ phân. Đó là đặc điểm quan trọng giữ vững cấu trúc và hệ vi sinh vật của hạt kefir. Hình 2.5: Cấu trúc hóa học của kefiran [20] ¯ Vi sinh vật trong hạt kefir Hình 2.6: Vi khuẩn và nấm men trong hạt kefir [23] Phần ngoài của hạt kefir tập trung các tế bào vi khuẩn lactic dạng que, còn phí trong thì nấm men là thành phần chủ chốt. Ở vùng đệm, tỷ lệ vi khuẩn và nấm men thay đổi và phụ thuộc vào khoảng cách tới bề mặt hạt kefir. Nhóm vi khuẩn lactic lactobacilli chiếm khoảng 65-80% tổng số vi sinh vật trong hạt kefir. Chúng gồm những loài ưa ẩm và ưa nhiệt, thực hiện quá trình lên men lactic theo cơ chế lên men đồng hình lẫn dị hình. Nhóm vi khuẩn lactic Lactococci chiếm 20% tổng số tế bào, Bacilli 69%, Streptococci 11-12% Riêng nấm men chiếm 5÷10% tổng số vi sinh vật trong hạt gồm những loài lên men được lẫn không lên men được đường lactose. Các loài nấm men lên men được đường lactose thường được tìm thấy tại các vị trí gần bề mặt hạt kefir. Ngược lại, các loài nấm men không lên men được đường lactose lại tìm thấy tại các vị trí sâu bên trong tâm hạt. Bảng 2.4: Một số vi sinh vật chủ yếu trong hạt kefir [18] Vi khuẩn Nấm men Nhóm Leuconostoc L. dextranicum L. mesenteroides L. kefir Nhóm Lactococcus L. lactis subsp. Lactis biovar diacetylactis L. lactis subsp cremoris L. filant Nhóm Lactobacillus L. caucasicus L. brevis L. kefir L. casei L. plantarum L. aciddophilus L. kefiranofaciens L. helveticus subsp. Jugurti L. lactis subsp. Lactis L. rhamnosus L. fermentum L. paracasei L. parakeffir L. viridescens L. delbrueckii subsp. Bulgaricus Nhóm Streptococcus S. thermophilus S. lactis S. filant S. cremoris Nhóm Acetobacter A.casein A.rasens Nhóm Kluyveromyces K. lactis K.marxianus var. Marxianus K.fragilis Nhóm Candida C. kefir C. holmii C. friedrichii C. valida C. pseudotropicalis Nhóm Saccharomyces S. cerevisiae S. .exiguus S. globus S. dairensis S. unispores S. florentinus Nhóm Torulaspora T. delbrueckii Lactobacillus bulgaricus Streptococcus thermophilus Leuconostoc mesenteroides Kluyveromyces lactis Saccharomyces cerevisiae Candida tropicalis Hình 2.7 : Một số vi sinh vật trong hạt kefir [25], [34] 2.3.3. Sự sinh sản của hạt kefir [12], [18] Kefir bao gồm hỗn hợp protein, lipid, polisaccharide và sự cộng sinh của nấm men với vi khuẩn. Sự kết hợp và liên kết không theo quy tắc đã tạo nên từng hạt, các hạt này liên kết với nhau tạo ra hạt mẹ với các thùy con, những thùy con này có đầy đủ bộ phận như một cơ thể hoàn chỉnh. Khi bị tác động bên ngoài các thùy con này có thể tách ra khỏi hạt mẹ và tồn tại độc lập, chức năng giống hạt mẹ. Chu trình đó cứ lặp đi lặp lại, số lượng hạt kefir càng ngày càng được nhân lên. Mặt ngoài của hạt biến đổi từ dạng phẳng đến không đồng đều, có chổ lồi lõm rải rác khắp bề mặt. Một vài hạt có thể có những vùng rộng phẳng, trong khi cùng môi trường đó lại có những hạt có bề mặt không đồng đều. Nếu gặp điều kiện thuận lợi, sau một thời gian, những hạt nhẵn này trở lại dạng nguyên thể với các thùy con bao quanh mình. Những vùng không phẳng, xù xì thường có sự hoạt động mạnh mẽ của nấm men, trong khi ở vùng phẳng vi khuẩn lại chiếm ưu thế. Streptococci thì bện vào nhau với các vi khuẩn khác chứ không hình thành dạng cụm. Ở sâu bên trong hạt, Lactobacilli chiếm ưu thế và có rất ít tế bào nấm men, chúng được gói gọn trong dịch polysaccharide, các vi khuẩn hình que và nấm men hình thành các cụm riêng biệt bên ngoài và bên trong hạt. Ở đó Lb. Kefiranoficients được xem là nguyên nhân hình thành vỏ bọc bên ngoài polysaccharide mà có thể giúp hạt co giãn. Một số nghiên cứu cho rằng vi khuẩn có thể tạo ra sự nhân giống kefir, vì sự nhân giống của hạt không xảy ra khi vắng mặt Lb. Kefiranoficients – là vi khuẩn sinh ra kefiran ở trung tâm hạt. 2.3.4. Giá trị dinh dưỡng và lợi ích của kefir [29], [30], [31] ¯ Kefir là kết quả cộng sinh của vi khuẩn lactic và nấm men. Nó giống như probiotic, tập hợp của nhiều vi sinh vật sống có lợi, giúp cân bằng hệ vi sinh vật trong đường tiêu hóa, giúp cho việc tiêu hóa dễ dàng, đặc biệt là những người không tiêu hóa được đường lactose. ¯ Kefir là một loại thực phẩm tốt, nếu sử dụng thường xuyên có thể giúp giảm bớt sự xáo trộn đường tiêu hóa, bệnh đau thắt dạ dày, viêm ruột mãn tính và những bệnh về gan, mật, thận; cân bằng sự chuyển động của ruột, làm giảm sự đầy hơi và tạo ra một hệ tiêu hóa khỏe mạnh hơn. Ngoài ra, nó còn cân bằng hệ miễn dịch, giảm tiêu chảy, giúp ăn ngon miệng, có lợi cho những người bị mất ngủ và suy nhược. ¯ Kefir có thể giúp kiểm soát mức cholesterol cao, do đó có thể ngăn chặn được những bệnh về tim mạch. ¯ Kefir chứa nhiều chất khoáng vô cơ như K, Fe, Na, Mg, Ca và các acid amin thiết yếu, giúp duy trì các chức năng sinh hóa của cơ thể. Nói chung, kefir là loại thức uống đơn giản, dễ làm, rẻ tiền mà rất có lợi cho sức khỏe. Nếu bạn muốn mình luôn khỏe mạnh, có làn da đẹp, hệ tiêu hóa tốt và ăn ngon miệng,... thì hãy sử dụng kefir. Ngoài ra, nó có thể giúp bạn sống thọ và luôn vui vẻ nhưng bạn đừng lạm dụng nó nếu không bạn sẽ bị dư acid ở dạ dày. 2.4. Giới thiệu một số vi sinh vật trong hạt kefir 2.4.1. Vi khuẩn lactic [1], [16], [17], [18] Ø Vi khuẩn lactic thường là vi khuẩn gram dương, không tạo bào tử, hầu hết không di động. Ø Hô hấp hiếu khí, kỵ khí hoặc tùy tiện. Chúng ít hay không phân giải protein, không có cytochrome và catalase, không phân giải H2O2. Ø Vi khuẩn lactic có loài lên men đồng hình và có loài lên men dị hình. Lên men đồng hình thì sản phẩm tạo thành chỉ có acid lactic. Nó có thể tạo được trên 85% acid lactic. Lên men dị hình ngoài sản phẩm là acid lactic thì còn có các sản phẩm phụ khác. Nó sản sinh được khoảng 50% acid lactic, 25% cồn,… STREPCOCCUS Từ Strepcoccus bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp. Từ Streptose nghĩa là mềm dẻo và Kokkos nghĩa là hạt – do đó Strepcoccus có nghĩa là một chuỗi hạt mềm dẻo. Streptococcus thermophilus Nó là tế bào hình cầu hoặc hình trứng, đường kính 0.7-0.9mm, không chuyển động được, thường kết thành chuỗi ngắn, thuộc loại vi khuẩn gram dương, phát triển thuận lợi ở nhiệt độ 40-45oC và pH=5.8-6.0. Chúng sẽ bị tiêu diệt ở nhiệt độ trên 53oC và dưới 20oC. Streptococcus thermophilus là loài rất nhạy cảm với muối, không phát triển được trong môi trường chứa 2% NaCl và 0.01% xanh metylen. Nó có khả năng lên men glucose, fructose, saccharose..., phân giải tinh bột ở môi trường thích hợp nhưng không phân giải gelatin và esculin. Khi lên men thường tạo một lượng nhỏ acetone và các chất tạo hương. Chúng là những loài tất nhạy cảm với các chất kháng sinh, dễ dàng bị ngăn chặn bởi 0.01 mg penicillin hay 5mg streptomycin/ml. Streptococcus lactis Thuộc loài vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện, lên men được glucose, lactose, galactose, maltose, dextrin, không lên men được saccharose. Phát triển tốt ở nhiệt độ 30 – 350C, độ chua tạo ra khoảng 110 - 1200T. Streptococcus cremoris Thường tạo thành chuỗi dài, phát triển tốt ở 20 – 250C, lên men lactose,glucose thành acid lactic nhưng không lên men saccharose, maltose, dextrin. LEUCONOSTOC Loại này ban đầu được biết là Betacoccus và tên hiện nay xuất phát từ tiếng Hy lạp. Leucus nghĩa là không màu và nostoc nghĩa là giống có vỏ nang màu xanh da trời. Leuconostoc là tế bào hình cầu tạo thành từng cặp hay chuỗi và có thể xem là Streptococcus lên men dị hình. Chúng tạo ra acid acetic, ethanol, CO2 và acid lactic từ lên men carbonhydrate (thường là glucose). Chúng là loại vi khuẩn đặc trưng tạo hương cho sản phẩm. Leuconostoc dextranicum Leuconostoc dextranicum là vi khuẩn gram dương, đường kính từ 0.6-1m. Nó phát triển tốt ở nhiệt độ 25-300C và phát triển chậm ở 80C, ở 450C ngừng phát triển, không tồn tại khi thanh trùng, rất nhạy cảm với chất kháng sinh penicillin. LACTOBACILLUS Từ này xuất phát từ tiếng Latinh, lac nghĩa là sữa và bacillum nghĩa là hình que. Nó có dạng hình que, dài, nhỏ, thường lên men lactic đồng hình. Lactobacillus acidophilus Nó là trực khuẩn, kích thước trung bình 0.6-0.9 x1.5-6 mm. Khi trẻ là vi khuẩn gram dương, về già trở thành gram âm, phát triển tốt ở 37-40oC, không phát triển ở 4% muối. Lactobacillus acidophilus là một một chuỗi, dài chỉ kết hạt khi nhuộm với xanh methylene. Nó có thể lên men glucose, maltose, saccharose, và lactose, lên men đồng hình tạo sản phẩm chính là acid lactic. Lactobacillus brevis Là trực khuẩn gram dương, kích thước rộng 0.7-1.0m, dài 2.0-4.0m. Chúng có thể lên men các loại đường như arbinose, xylose, glucose, fructose, maltose, nhiệt độ phát triển tối đa là 30oC. Lactobacillus delbrueckii Là vi khuẩn gram dương, không di động, thuộc trực khuẩn dài, kích thước 0.5-0.8mm, 2.0-9.0mm. Nó có khả năng lên men được các loại đường glucose, maltose, fructose, galactose, dextrin; Và không có khả năng lên men xylose, arabinose, rhamnose, lactose, raffinose, mannital. Lactobacillus helveticus Là trực khuẩn, có kích thước 0.7-0.9mm; 2.0-6.0mm, nhiệt độ phát triển cuả vi khuẩn này là 40-42oC. tạo độ chua đến 200-3000T. Nó có khả năng lên men được glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose. 2.4.2. Nấm men [1], [4], [5], [7], [12], [18]. Nấm men thuộc đơn bào, tế bào có hình elip hoặc hình trứng, đường kính 10-15mm, không di chuyển được. Một vài loài nấm men tạo bào tử túi (thường 4 tế bào), chúng sinh sản chủ yếu bằng cách nẩy chồi. Nấm men phát triển tốt ở 24-40oC và có thể chịu được acid cao, pH=3.5. Chúng oxi hóa và lên men mạnh mẽ nguồn nguyên liệu carbonhydate và acid hữu cơ. Nhìn chung, chúng không phân giải protein, một vài loài có thể phân giải lipid. Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ, từ 5-14 mm, sinh sản bằng cách tạo chồi hay bào tử. Nó có khả năng lên men rất nhiều loại đường khác nhau như glucose, saccharose, maltose, fructose, galactose, raffinose. Loài này có nhiệt độ lên men thích hợp 28-320C, chịu được độ acid cao. Saccharomyces fragitis Nó có hình trứng hay hình thuôn dài, đường kính 1.8-5.6mm, được đặc trưng bởi khả năng tạo cồn và CO2. Nhiệt độ tối thích là 37oC, không phát triển ở 5oC hay 43oC và không bị tiêu diệt khi thanh trùng. Candida pseudotropicalis var lactose Nó là tế bào hình trứng, dài từ 7-15mm, lên men tạo ra cồn và CO2. Nhiệt độ tối thích 37oC, không phát triển ở 5oC hay 43oC. Nó không sinh bào tử, về mặt sinh hóa Candida oxy hóa tốt hơn lên men và được xem là nấm mốc hơn nấm men. Tế bào có hình hình trụ tròn và sinh sản bằng cách nhân đôi. Tế bào con được tách ra từ sự phân chia tế bào mẹ. Loài vi sinh vật này oxy hóa acid lactic thành CO2 và H2O . 2.4.3. Vi khuẩn Acetobacter [18] Acetobacter aceti Vi khuẩn này có hình dạng giống như vi khuẩn hình que khác, nhưng có kích thước rất ngắn, không tạo được bào tử. Nó chịu được nồng độ rượu 11%, nhiệt độ thích hợp cho hoạt động sống của vi khuẩn là 34oC. 2.5. Một số quá trình lên men chính tạo nên sản phẩm 2.5.1. Lên men lactic [4] Trong công nghệ vi sinh vật, nhìn chung các vi khuẩn lactic đồng hình luôn chiếm vai trò ưu thế. Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất một số sản phẩm lên men truyền thống như phômai, kefir … các vi khuẩn lactic dị hình đôi khi vẫn được sử dụng nhằm mục đích đa dạng hóa các chỉ tiêu về mùi, vị và cấu trúc cho sản phẩm. Đối với nhóm vi khuẩn kactic đồng hình như giống Lactococcus, các loài Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus lactis,…chu trình đường phân là con đường chính chuyển hóa glucose thành acid lactic. Acid lactic là sản phẩm chủ lực trong quá trình lên men lactic đồng hình. Phương trình tổng quát quá trình lên men lactic đồng hình: C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3-CH-COOH + 2ATP OH Các vi khuẩn lactic dị hình như giống Leuconostoc do không có một số enzyme của chu trình đường phân nên chúng chuyển hóa glucose giai đoạn đầu theo chu trình pentose-phosphate và tạo ra sản phẩm trung gian là xylulose-5-P. Chất này sẽ được chuyển hóa tiếp thành glyceradehyde-3-P rồi tiếp tục đi theo giai đoạn cuối của chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi acid lactic như trong quá trình lên men đồng hình. Theo một con đường trao đổi chất khác, xylulose-5-P sẽ được chuyển hóa thành acetyl-P và sau đó là thành ethanol. 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 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 lũy 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 hàng 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 (CH3COCOCH3) và acetaldehyde (CH3CHO), đây là những hợp chất quan trọng quyết định đến mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men . Quá trình sinh tổng hợp diacetyl liên quan đến sự chuyển hóa citrate. Citrate oxaloacetate acetate CO2 pyruvate CO2 acetaldehyde-TPP Acetyl-CoA CoASH + TPP diacetyl acetoin 2,3 butanediol acetolactate CO2 NAD(P)H NAD(P)H NAD(P+) NAD(P+) Hình 2.8: Sinh tổng hợp các chất tạo hương từ citrate [4] (Cogan và Fordan, 1994) Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, diacetyl được tổng hợp. Hàm lượng diacetyl trong môi trường sẽ tăng dần rồi sau đó sẽ giảm dần vào giai đoạn cuối, đặc biệt khi hàm lượng citrate giảm dần. Một phần diacetyl chuyển hóa thành acetoin và 2,3 butanediol. Acetaldehyde được tổng hợp từ các sản phẩm của quá trình chuyển hóa glucose và một số acid amin. Nhiều loài vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp acetaldehyde. Ngược lại, một số chủng thuộc giống Leuconostoc lại có khả năng sử dụng và chuyển hóa acetaldehyde. Đây là hợp chất quan trọng quyết định đến mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men. Tỷ lệ hàm lượng diacetyl và acetaldehyde ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của sản phẩm. 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... Glucose Glucose 6-phosphate 6-phosphogluconate Xylose-5-phosphate Acetyl-CoA Fructose 1,6-diphosphate Pyruvate Acetate Acetaldehyde Alanin Lysine Serine Hình 2.9: Sinh tổng hợp acetaldehyde ở một số vi khuẩn lactic ưa nhiệt [4] (Varnam và Sutherland, 1994) Glucose Glucose-6-P Fructose 6P Fructose-1,6-DP Dihydroxylacetone-P FDP aldolase Glyceraldehyde-3-P 1,3-diphosphoglycerate 3-phosphoglycerate 2- phosphoglycerate Phosphoenolpyruvate Pyruvate Lactate 6 phosphogluconate 2 ketone-6-phosphogluconate Ribulose 5-P CO2 Xylulose 5-P Acetyl-P Acetyl-CoA Acetaldehyde Ethanlol Hình 2.10: Cơ chế lên men lactic đồng hình và dị hình của vi khuẩn [4] 2.5.2. Lên men ethanol [4] Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men, quá trình lên men ethanol được thực hiện chủ yếu bởi các nấm men thuộc giống Saccharomyces 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 hóa thành acetaldehyde rồi thành ethanol. Dihydroxyacetone phosphat là một sản phẩm trung gian trong chu trình đường phân, hợp chất này có thể chuyển hóa 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 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... Glucose Glucose-6-P Fructose 6P Fructose-1,6-DP Dihydroxylacetone-P FDP aldolase Glyceraldehyde-3-P 1,3-diphosphoglycerate 3-phosphoglycerate 2- phosphoglycerate Phosphoenolpyruvate Pyruvate Acetyl P Acetyl CoA Acetaldehyde Ethanol Hình 2.11: Cơ chế lên men rượu của nấm men [4] 2.6. Qui trình sản xuất 2.6.1. Qui trình sản xuất men giống kefir Nước dừa Thanh trùng Cấy giống Lên men Lọc thô Men giống Kefir Làm nguội Hạt kefir 7% Bảo quản Hạt kefir Hình 2.12: Qui trình sản xuất men giống kefir 2.6.2. Thuyết minh qui trình ¯ Môi trường sản xuất giống Chọn dừa non làm môi trường sản xuất vì trái cho nước ngọt và chứa nhiều chất dinh dưỡng hơn nước dừa già. Ta chọn những trái tươi (cho phép trong 1 tuần sau khi chặt khỏi cây), những trái có độ tuổi 6-7 tháng. Sau khi lấy nước dừa, ta đem đi lọc thô để loại tạp chất làm cho nước trong hơn. ¯ Thanh trùng Sau khi lọc thô xong, ta đem nước dừa đi thanh trùng ở 90-950C, trong thời gian 20 phút. Thanh trùng giúp giảm bớt sự có mặt của vi sinh vật, ức chế hoạt động của enzyme. Sau khi gia nhiệt, ta làm lạnh nhanh để giảm nhiệt độ xuống 20-250C, chuẩn bị cho quá trình cấy giống. ¯ Lên men Sử dụng hạt kefir với lượng ban đầu 7% theo khối lượng, quá trình nhân giống cũng được thực hiện ở nhiệt độ phòng. Do hạt kefir có kích thước lớn, chúng thường bị chìm xuống dưới đáy nên cần phải khuấy trộn môi trường để quá trình lên men xảy ra nhanh. Quá trình nhân giống kết thúc khi pH môi trường giảm xuống trong khoảng 3.8-4.0. ¯ Men giống Khi đạt pH theo yêu cầu, canh trường được lọc. Dịch thu được sau quá trình lọc thô chứa các vi khuẩn lactic và nấm men được sử dụng để cấy vào nước dừa nguyên liệu để sản xuất kefir. Nếu sau quá trình nhân giống như trên vẫn chưa đủ thể tích giống cần dùng, ta tiếp tục nhân giống thêm một cấp nữa. Khi đó ta sẽ sử dụng lượng giống thu được từ qui trình trên để cấy tiếp vào môi trường nước dừa đã thanh trùng. ¯ Bảo quản Sau khi lọc, các hạt kefir được đưa đi xử lý bằng cách rửa chúng trong nước vô trùng ở nhiệt độ thấp (6-100C) để loại bỏ các tạp chất bám trên bề mặt hạt. Hạt kefir đã qua rửa sạch được đem bảo quản trong nước vô trùng hoặc dung dịch NaCl 0.9%. Khi cần nhân giống cho mẻ sản xuất tiếp theo, người ta sẽ sử dụng tiếp các hạt kefir trên để nhân giống. 2.6.3. Qui trình chế biến kefir Nước dừa Thanh trùng Cấy giống Men giống kefir Lên men Ủ lạnh Làm lạnh Phối chế Nha đam Đường Bảo quản Đóng chai Hình 2.13: Qui trình chế biến kefir 2.6.4. Thuyết minh qui trình ¯ Nguyên liệu Nước dừa Sau khi thu mua trái dừa về, ta chỉ lấy nước dừa để làm nguyên liệu chế biến. Để loại b._.