i) Giới thiệu chung
Khái niệm về giống trong ngầnh công nghệ vi sinh vật có thể được hiểu theo hai nghĩa khác nhau:
- Giống (genus): Là nhóm vi sinh vật bào gồm một số loài (species) có cùng một số tính chất về hình thái và sinh lý. Theo cách hiểu này, thuật ngữ “giống” thường được sử dụng trong lĩnh vực
nghiên cứu phân loại vi sinh vật (taxonomy).
- Giống (starter culture hoặc inoculum)'. Là một lượng sinh khối
vi sinh vật được cho trực tiếp vào môi trường (medium) vàỡ thời điểm đầu của quá trình lên men để thực hiện những chuyểiì hóa cần thiết hoặc thu nhận sản phẩm trao dổi*'chất. Theo cách hiểu này, thuật ngữ
168 PHẨN 2
“giống” được sử dụng trong quá trình giữ giống, nhân giống hoặc cấy giống để phục vụ cho công-việc nghiên cứu lẫn sản xuất. '
Nhân giống vi sinh vật là quá trình làm gia tăng số lượng tế bào (tăng sinh khối). Mục đích của quá trình nhân giống là tích lũy đủ số lượng tế bào cần thiết để cấy giống vào môi trường lên men. Như vậy, nhân giếng là một quá trình chuẩn bị cho lên men để thu nhận sản phẩm.
Thông thường, giống có chất lượng tốt sẽ cho ra những thực phẩm lên men đạt yêu cầu kỹ thuật về các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh và cảm quan. Ngược lại, giống có hoạt tính thấp hoặc bị nhiễm vi sinh vật khác sẽ làm chậm tốc độ lên men và ảnh hưồng xấu đến chất lượng sản phẩm lên men. Chúng ta cần lưu ý rằng kỹ thuật nhân giống vi sinh vật giữ một vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa. Yêu cầu của quá trình nhân giống là làm gia tăng số lượng tế bào trong môi trường nuôi lên một giá trị cao nhất, trong một khoảng thời gian ngắn nhất, với những chi phí thấp nhất về nguyên liệu và năng lượng. Ngoài ra, sinh khối thu được phải có hoạt tính lên men cao, tỷ lệ tế bào chết càng thấp càng tốt. Khi đó, quá trình nhân giống vi sinh vật trong sản xuất mới
được
xem là có hiệu quả kinh tế cao.Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa và công nghệ lên men thực phẩm, giống vi sinh vật sử dụng phải thỏa
mãn các yêu cầu cơ bản như sau:
- Vi sinh vật không sinh tổng hợp độc tô' ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng.
- Tỷ lệ về hàm lượng các sản phẩm trao đổi chất ngoại bào do giống vi sinh vật sinh tổng hợp trong quá trìn h lên men phải cân đối và ảnh hưởng tố t đến các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý của thực phẩm.
- Vi sinh vật phải có hoạt tính lên men cao, nhờ đó chúng ta sẽ hạn chế được sự hư hỏng sản phẩm do nhiễm vi sinh vật lạ vằo môi trường lên men, rút ngắn được thời gian lên men, tiết kiệm chi phí năng lượng và nâng cao năng suất cho cơ sở sản xuất. - Vi sinh vật dễ thích nghi với những biến đổi của môi trường,
hoạt tính của vi sinh vật ổn định và dễ bảo quản trong một khoảng thời gian càng dài càng tốt.
CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA 169 Các vi sinh vật đang được sử dụng trong công nghệ lên men thực phẩm thường có nguồn gốc từ quá trình phân lập từ tự nhiên. Trải qua một thời gian dài được tuyển chọn, thuần hóa, nhiều chủng vi sinh vật (strains) với các đặc tính ưu việt đang được bảo quản và sử dụng trong sản xuất.
Trong những thập niên gần đây, các thành tựu của ngành sinh học phân tử và công nghệ gene đã cho ra đời nhiều chủng vi sinh vật mới nhờ phương pháp gây đột biến (mutation) hoặc tái tổ hợp gene (gene
recombination). Chúng có một số đặc tính vượt trội hơn các vi sinh vật
có nguồn gốc tự nhiên. Tuy nhiên, ở một số nước thuộc Khối Cộng đồng châu Âu như Cộng hòa Pháp, các sinh vật biến đổi gene {genetic
modified organism) bao gồm cả vi sinh vật chuyển gene bị nghiêm cấm
sử dụng trong các quy trình chế biến thực phẩm cho người.
Tham gia vào quá trình sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa gồm có các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn (vi khuẩn lactic,
propionic...), nấm men (giống Saccharomyces, Candida, KLuyveromyces...)
và nấm mốc (giống Penicỉỉỉium, Geotrichum...). Tùy thuộc vào loại sản phẩm và phương pháp chế biến mà các loài vi sinh vật sử dụng có thể thay đổi khác nhau.
2i) Cơ sở khoa học của quá trình nhân giống
Quá trình nhân giống vi sinh vật trong sản xuất công nghiệp dựa trên hai vấn đề chính:
- Chọn môi trường với thành phần cơ chất (chất dinh dưỡng) thích hợp để nuôi vi sinh vật.
- Chọn phương pháp và các điều kiện nuôi tối ưu (nhiệt độ, pH, sự cung cấp oxy...) cho quá trình tăng sinh khối của giống. Trước đây, mỗi cơ sở sản xuất đều có phương pháp và quy trình riêng để bảo quản giống. Khi cần sử dụng, người ta sẽ tiến hành nhân giống qua nhiều giai đoạn theo nguyên tắc thu nhận một canh trường vi sinh vật thuần khiết. Hiện nay, một số nhà máy chế biến thực phẩm (thức uống lên men như bia, vang...) và những nhà máy sản xuất các sản phẩm trao đổi chất từ vi sinh vật (acid amin, acid hữu cơ, kháng sinh, chế phẩm enzyme,...) vẫn đang sử dụng phương pháp này. Khi đó, giống vi sinh vật được xem là sở hữu độc quyền của mỗi nhà máy và chúng dược bảo quản trong điều kiện nghiêm ngặt đề phòng trường hợp giống bị đánh cắp.
Từ những năm 1980, trên thế giới phát triển mạnh một ngành công nghiệp mới - công nghiệp sản xuất và cung cấp giống vi sinh vật. Thực ra, ngành công líghiệp sản xuất giống đã cổ từ cuối th ế kỷ 19 và sản phẩm đầu tiên của nó là sinh khối nấm men bánh mì. Khách hàng của ngành công nghiệp giống vi sinh v ật là các nhà máy sản xuất thực phẩm lên men và các nhà máy thuộc lĩnh vực công nghệ vi sinh nói chung. Các chế phẩm giống thương mại bao gồm đủ loại: vi khuẩn, nấm men và nấm sợi được sản xuất hàng loạt. Mỗi loại chế phẩm sẽ có một địa chỉ ứng dụng riêng.
Trong cồng nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa, các chế phẩm giống vi sinh vật thường có dạng viên/hạt hoặc dạng paste. Các nhà sản xuất có thể dùng chế phẩm giống thương mại để cấy trực tiếp vào môi trường lên men hoặc hoạt hóa chúng trên một môi trường dinh dưỡng trong một khoảng thời gian nh ất định trước khi cấy. Giai đoạn hoạt hóa này có thể xem như là giai đoạn cuối cùng của quá trình nhân giống nhằm phục hồi hoạt tính vi sinh vật sau thời gian dài bảo quản và tạo điều kiện để vi sinh vật tăng sinh khôi. Khi đó, các nhà sản xuất sẽ rú t ngắn được thời gian lên men và tiế t kiệm lượng chế phẩm giống sử dụng so với phương pháp cấy giống trực tiếp không qua hoạt hóa.
B ả n g 2.16 Các công ty cung cấp chế phẩm giống vỉ khuẩn lactic sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến sữa
(Champagne c. p 1998)
T é n c ô n g ty Trụ sd chính đặt tại Chr. H an sen ’s Laboratorium
Wiestry , Equipharm
Rhône - Poulenc (Texel) Gist - b rocades
Institut Rosell Inc.
System s Bio - industries Inc. Vivolac cultures Corporation Waterford food products Inc.
Horsholm, Đan Mạch Tonder, Đan Mạch St-Simon, Pháp D angé s t - Romain, Pháp Delft, Hà Lan Montreal, C anada W aukesha, W isconsin, Mỹ Indianapolis, Indiana, Mỹ Millville, Utah, Mỹ
Các nhà máy chế biến sữa ở Việt Nam thường nhập các chế phẩm giống vi sinh vật từ nước ngoài. Trước khi sử dụng, giống thường được qua giai đoạn hoạt hóa.
CÁC QUÁ TRÌNH c ơ BẢN TRONG CỒNG NGHỆ CHẾ BIẾN SỮA 171