Lên men Lactic là một trong những hình thức biến đổi sinh học quan trọng nhất, tạo ra acid Lactic và hàng loạt sản phẩm có giá trị trong thực phẩm, dược phẩm và công nghiệp. Cơ chế hoạt động đơn giản nhưng mang lại hiệu quả cao khiến phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất yogurt, phô mai, đồ muối và nhiều sản phẩm lên men khác. Nếu bạn muốn hiểu rõ điều kiện, cơ chế và ứng dụng thực tế, hãy theo dõi bài viết dưới đây của MT.
Acid Lactic là gì?
Acid Lactic là một hợp chất hữu cơ thuộc nhóm acid carboxylic, được tạo ra chủ yếu thông qua lên men Lactic, quá trình vi khuẩn Lactic chuyển hóa đường thành acid. Chất này tồn tại tự nhiên trong cơ thể người, trong thực phẩm lên men và trong nhiều sản phẩm công nghiệp.
Acid Lactic giữ vai trò quan trọng vì giúp điều chỉnh độ chua, ức chế vi sinh vật gây hại và cải thiện hương vị sản phẩm. Nhờ khả năng bảo quản tự nhiên và tính an toàn cao, acid Lactic trở thành thành phần thiết yếu trong công nghiệp thực phẩm như sản xuất sữa chua, phô mai, đồ muối chua, nước giải khát lên men và nhiều loại phụ gia thực phẩm khác.
Quá trình lên men Lactic
Lên men Lactic là quá trình lên men chuyển hóa yếm khí các Carbohydrate thành Acid Lactic nhờ hoạt động sống của vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn Lactic. Quá trình này được chia thành hai kiểu chính như sau:
- Lên men Lactic đồng hình: Vi khuẩn Lactic đồng hình (như Lactococcus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus helveticus) phân giải đường theo con đường đơn giản, tạo ra chủ yếu Acid Lactic, chiếm 90–98% sản phẩm. Chu trình đường phân (glycolysis) là cơ chế chính trong quá trình này.
- Lên men Lactic dị hình: Vi khuẩn dị hình (như Leuconostoc) chuyển hóa glucose qua chu trình Pentose-phosphate, tạo ra Acid Pyruvic rồi chuyển hóa thành Acid Lactic cùng với các sản phẩm khác như Ethanol, CO₂, Glycerin, Diacetyl, Ester… Tỷ lệ Acid Lactic trong sản phẩm thấp hơn so với lên men đồng hình nhưng mang lại các hợp chất trung gian quan trọng cho hương vị.
Trong cả hai kiểu lên men, đường Lactose được vi khuẩn vận chuyển vào tế bào, thủy phân thành Monosaccharide rồi trải qua các chu trình trao đổi chất để sinh năng lượng (ATP) phục vụ cho sự phát triển của vi sinh vật. Các sản phẩm như Acid Lactic, Ethanol và CO₂ được “thải” ra môi trường, làm giảm pH và gây ra các biến đổi hóa lý trong dịch lên men.
Đọc thêm: Lên men ethanol
Các tác nhân chính trong quá trình lên men Lactic thuộc họ Lactobacillaceae, gồm bốn nhóm lớn: Streptococcus, Pediococcus, Lactobacillus, và Leuconostoc. Chúng thường là trực khuẩn hoặc cầu khuẩn không tạo bào tử, không di động, sinh trưởng yếm khí và hầu hết không lên men tinh bột hay polysaccharide phức tạp, cần một số acid hoặc hợp chất hữu cơ chứa nitơ để phát triển bình thường.
Kết quả của quá trình lên men Acid Lactic là sản phẩm giàu acid Lactic, các hợp chất tạo hương vị và năng lượng ATP cho vi sinh vật, đóng vai trò quan trọng trong ngành thực phẩm, đồ uống và các sản phẩm sinh học khác.
Điều kiện lên men Acid Lactic
Để quá trình lên men Lactic diễn ra hiệu quả và tạo ra sản phẩm chất lượng cao, các yếu tố môi trường và dinh dưỡng cần được kiểm soát chặt chẽ. Những điều kiện này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật, hàm lượng acid Lactic và các hợp chất phụ trong sản phẩm. Dưới đây là các yếu tố quan trọng
Nhiệt độ thích hợp (30–45°C tùy chủng LAB)
Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh trưởng và hoạt tính enzyme của vi khuẩn lactic. Ví dụ, một số chủng như Lactobacillus bulgaricus hay Streptococcus thermophilus phát triển tốt nhất trong khoảng 30–45°C. Nhiệt độ quá thấp sẽ làm quá trình lên men lactic chậm, trong khi nhiệt độ quá cao có thể làm vi sinh vật ngừng phát triển hoặc chết, làm giảm hiệu suất sản xuất acid lactic.
pH thích hợp (5.5–6.5)
pH môi trường ảnh hưởng đến hoạt động enzyme và sự trao đổi chất của vi khuẩn. pH thích hợp giúp vi khuẩn chuyển hóa đường hiệu quả và kiểm soát tốc độ hình thành acid lactic. Nếu pH quá thấp, vi khuẩn bị ức chế, nếu pH quá cao, sản phẩm lên men có thể mất đi độ ổn định và an toàn thực phẩm.
Oxy (một số chủng kỵ khí tùy nghi)
Quá trình lên men lactic chủ yếu diễn ra trong điều kiện yếm khí, nơi oxy bị hạn chế. Tuy nhiên, một số chủng LAB có thể chịu một lượng oxy nhỏ mà không ảnh hưởng đến quá trình lên men. Kiểm soát oxy giúp ngăn chặn các vi sinh vật không mong muốn phát triển và bảo đảm hương vị ổn định.
Nguồn đường và chất dinh dưỡng
Đường như glucose, lactose, sucrose là nguồn năng lượng chính cho vi khuẩn lactic. Ngoài ra, vi khuẩn cần các chất dinh dưỡng bổ sung như nitơ, khoáng chất và vitamin để tổng hợp protein, enzyme, và các hợp chất trao đổi chất. Chất lượng và nồng độ nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men và hàm lượng acid lactic tạo ra.
Thời gian lên men
Thời gian lên men quyết định mức độ acid lactic tích lũy và sản phẩm phụ hình thành. Ở nhiệt độ thấp, quá trình có thể kéo dài đến 20 ngày để đạt độ axit mong muốn, trong khi ở nhiệt độ cao, chỉ cần 8–10 ngày. Kiểm soát thời gian lên men giúp sản phẩm cuối ổn định về hương vị, cấu trúc và an toàn thực phẩm.
Ứng dụng lên men Acid Lactic
Vi khuẩn lactic tham gia vào nhiều loại thực phẩm, mang lại lợi ích sức khỏe đồng thời cải thiện hương vị, kết cấu và độ an toàn của sản phẩm. Dưới đây là các ứng dụng tiêu biểu của quá trình lên men lactic:
- Sản phẩm đậu tương lên men: Bao gồm tương đậu, sốt đậu, miso, vi khuẩn lactic giúp duy trì môi trường axit ổn định, ngăn ngừa lên men hỏng do nấm men không mong muốn.
- Sản phẩm cá lên men: Quá trình lên men tạo môi trường thuận lợi, kiểm soát vi sinh vật gây hại và đồng thời phát triển hương vị đặc trưng cho cá lên men.
- Sản phẩm rau củ lên men: Kim chi, dưa muối, cà muối… vi khuẩn lactic đóng vai trò chính trong việc tạo acid, giữ màu, cải thiện hương vị và kéo dài thời gian bảo quản.
- Cháo và bánh mì lên men: Men lactic tham gia vào việc cải thiện cấu trúc, độ nở và hương vị sản phẩm, đồng thời giúp hạn chế vi sinh vật gây hư hỏng.
- Đồ uống lên men: Trong sản xuất rượu gạo, bia gạo, men lactic ban đầu tạo môi trường lý tưởng cho lên men cồn, đồng thời góp phần tạo hương vị đặc trưng và kiểm soát vi sinh vật gây hư hỏng.
- Thực phẩm chức năng và mỹ phẩm: Acid lactic được ứng dụng trong các sản phẩm bổ sung dinh dưỡng, cải thiện vi sinh đường ruột và giữ vai trò ổn định pH trong mỹ phẩm.
Quá trình lên men lactic đóng vai trò then chốt trong sản xuất thực phẩm và sinh học, từ việc tạo hương vị, bảo quản tự nhiên đến nâng cao giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm. Nắm vững các điều kiện lên men như nhiệt độ, pH, nguồn dinh dưỡng và kiểm soát oxy sẽ giúp đạt hiệu quả cao và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Trong thực tế sản xuất, các nhà máy thường ứng dụng hệ thống lên men và hệ thống nuôi cấy Bioreactor để kiểm soát chặt chẽ môi trường sinh học, đồng thời sử dụng máy lên men vi sinh fermenter cho các quy trình nghiên cứu và sản xuất quy mô công nghiệp. Song song đó, các thiết bị hỗ trợ như housing lọc, lọc tiếp tuyến và bơm ly tâm GEA giúp đảm bảo dòng chảy ổn định, vô trùng và nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm lên men.
Để được tư vấn giải pháp thiết bị và hệ thống lên men Acid Lactic đạt chuẩn công nghiệp, liên hệ ngay với MT – đối tác uy tín của các nhà máy dược, trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp thực phẩm:
- Địa chỉ: TK40/10 Đường Trần Hưng Đạo, Phường Cầu Ông Lãnh, TP. Hồ Chí Minh, Việt Nam
- Hotline: 0767 067 567
- Email: infor@mtenequip.com
