Quy trình sinh học cốt lõi của lên men thực phẩm
1. Lên men rượu (Alcoholic Fermentation)
- Cơ sở sinh hóa & Vi sinh vật: Chuyển đổi đường thành ethanol và
. Nấm men Saccharomyces cerevisiae sử dụng con đường đường phân EMP cổ điển, trong khi một số vi khuẩn như Zymomonas mobilis sử dụng con đường Entner-Doudoroff (ED) cho hiệu suất năng lượng thấp hơn nhưng năng suất ethanol đặc hiệu cao hơn. - Ứng dụng: Sản xuất đồ uống có cồn (bia, rượu, đồ uống chưng cất), đồ uống ít cồn (kombucha, kefir nước), làm bánh (sản sinh làm nở bột), dung môi dược phẩm và nhiên liệu sinh học (bioethanol).
2. Lên men axetic (Acetic Fermentation)
- Cơ sở sinh hóa & Vi sinh vật: Quá trình oxy hóa ethanol thành axit axetic và nước dưới điều kiện hiếu khí, được thực hiện bởi vi khuẩn axit axetic (AAB) thuộc các chi như Acetobacter, Gluconobacter, Komagataeibacter. Cơ chế dựa trên hệ thống enzyme liên kết màng tế bào (PQQ-ADH và ALDH) hướng ra không gian ngoại bào.
- Ứng dụng: Thường đóng vai trò là giai đoạn tiếp theo của lên men rượu. Ứng dụng để sản xuất giấm ăn, bảo quản thực phẩm tự nhiên, và sản xuất axit axetic quy mô lớn cho công nghiệp hóa chất (nhựa PET, dệt nhuộm, mỹ phẩm, dược phẩm).
3. Lên men butyric (Butyric Fermentation)
- Cơ sở sinh hóa & Vi sinh vật: Diễn ra trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt, chuyển đổi carbohydrate thành axit butyric (một axit béo chuỗi ngắn dễ bay hơi). Các vi sinh vật chính bao gồm vi khuẩn thuộc chi Clostridium (như C. tyrobutyricum, C. butyricum).
- Ứng dụng: Tạo hương liệu (este mùi trái cây), sản xuất dung môi/nhiên liệu sinh học thông qua quá trình ABE (acetone-butanol-ethanol), phụ gia thức ăn chăn nuôi thay thế kháng sinh, và ứng dụng y học (axit butyric có đặc tính chống viêm, chống ung thư đại trực tràng và bảo vệ thần kinh). Tuy nhiên, trong sản xuất phô mai, lên men butyric không kiểm soát có thể gây ra hiện tượng căng phồng muộn làm hỏng sản phẩm.
4. Lên men lactic (Lactic Fermentation)
- Cơ sở sinh hóa & Vi sinh vật: Thực hiện bởi vi khuẩn lactic (LAB) bao gồm hai nhóm: đồng hình (homolactic - chuyển hóa hexose qua con đường EMP tạo ra lactate) và dị hình (heterolactic - chuyển hóa qua con đường phosphoketolase tạo ra lactate, ethanol/acetate và ).
- Ứng dụng: Sản xuất thực phẩm lên men truyền thống (sữa chua, phô mai, kim chi, dưa cải muối, bột chua), phát triển thực phẩm chức năng chứa lợi khuẩn (probiotics). Trong công nghiệp, axit lactic là tiền chất để tổng hợp polyme phân hủy sinh học PLA (Polylactic acid) thay thế nhựa dầu mỏ, ngoài ra còn dùng trong mỹ phẩm (tẩy tế bào chết, làm sáng da) và y học (dung dịch truyền Ringer's lactate, chỉ phẫu thuật tự tiêu).
5. Lên men propionic (Propionic Fermentation)
- Cơ sở sinh hóa & Vi sinh vật: Chuyển đổi pyruvate, lactate hoặc glycerol thành axit propionic, axetic và trong điều kiện kỵ khí. Con đường phổ biến nhất là chu trình Wood-Werkman (axit dicarboxylic) ở các loài vi khuẩn chi Propionibacterium. Các con đường thay thế khác bao gồm con đường acrylate và con đường 1,2-propanediol.
- Ứng dụng: Đóng vai trò cốt lõi trong quá trình ủ chín của phô mai kiểu Thụy Sĩ (khí tạo nên các "mắt phô mai đặc trưng", organic acid tạo mùi thơm). Axit propionic và các muối của nó được dùng làm chất bảo quản chống nấm mốc trong làm bánh; dùng trong sinh học để sản xuất vitamin B12; làm tiền chất tổng hợp chất diệt cỏ, sản xuất nhựa cellulose propionate, và dược phẩm/thú y (chống nhiễm trùng da, nấm).
Thách thức và Định hướng tương lai:
- Thách thức hiện tại: Hiện tượng ức chế ngược bởi sản phẩm (axit hữu cơ và dung môi), chi phí xử lý hạ nguồn cao, sự biến động của nguyên liệu thô và khó khăn khi mở rộng quy mô sản xuất từ phòng thí nghiệm lên lò phản ứng công nghiệp.
- Xu hướng tương lai: Ứng dụng kỹ thuật di truyền, sinh học tổng hợp (như công cụ CRISPR/Cas) và sinh học hệ thống để tối ưu hóa các chủng vi sinh vật (nâng cao hiệu suất, khả năng chịu stress, mở rộng phổ cơ chất). Tăng cường tận dụng các dòng chất thải agro-industrial (như mật rỉ, váng sữa, bã trái cây) để phục vụ nền kinh tế tuần hoàn. Đồng thời, tích hợp kỹ thuật số (cảm biến thời gian thực, trí tuệ nhân tạo AI) để kiểm soát quy trình lên men chính xác hơn
CÔNG TY TNHH ISF
www.isf.vn 0866.844.512
