Sữa chua, phô mai, dưa cải, kim chi, nem chua, bánh mì sourdough, rượu vang đều có chung một “công nhân thầm lặng”: vi khuẩn lactic (lactic acid bacteria – LAB). Đây là nhóm vi sinh vật quan trọng bậc nhất của công nghệ thực phẩm, vừa tạo ra sản phẩm, vừa bảo quản, và trong một số trường hợp lại là nguyên nhân gây hư hỏng.

Vi khuẩn lactic là gì?

Vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn có khả năng lên men đường thành axit lactic là sản phẩm chính. Đặc điểm chung: Gram dương, không sinh bào tử, catalase âm tính, dạng hình que hoặc hình cầu, kỵ khí tùy tiện hoặc vi hiếu khí (chịu được oxy nhưng không dùng oxy để hô hấp), chịu axit tốt và đòi hỏi dinh dưỡng phức tạp (cần nhiều axit amin, vitamin).

Phần lớn vi khuẩn lactic dùng trong thực phẩm có lịch sử sử dụng an toàn lâu đời, được xếp vào danh sách QPS của Cơ quan An toàn Thực phẩm châu Âu (EFSA) hoặc có tình trạng GRAS tại Hoa Kỳ.

Các chi vi khuẩn lactic chính

  • Nhóm Lactobacillus: năm 2020 được tách thành 25 chi như Lactobacillus (giữ lại, ví dụ L. delbrueckii subsp. bulgaricus, L. acidophilus), Lacticaseibacillus (L. rhamnosus, L. paracasei), Lactiplantibacillus (L. plantarum), Levilactobacillus (L. brevis), Limosilactobacillus (L. reuteri, L. fermentum).
  • Streptococcus thermophilus: vi khuẩn lactic duy nhất của chi Streptococcus dùng rộng rãi trong thực phẩm, chủ lực của sữa chua và phô mai.
  • Lactococcus lactis: chủ lực trong phô mai cheddar, gouda, bơ lên men; một số chủng sinh nisin.
  • Leuconostoc, Weissella: lên men dị hình, khởi đầu quá trình lên men rau quả, tạo CO2 và hương.
  • Pediococcus: dùng trong xúc xích lên men; một số loài gây hỏng bia.
  • Oenococcus oeni: thực hiện lên men malolactic trong rượu vang, làm giảm độ chua gắt.
  • Enterococcus: có mặt trong phô mai truyền thống, nhưng một số chủng mang yếu tố độc lực, kháng kháng sinh nên cần đánh giá an toàn kỹ.

Bifidobacterium thường được nhắc cùng vi khuẩn lactic vì cũng sinh axit lactic và được dùng làm probiotic, nhưng về phân loại thuộc một nhóm khác.

Lên men đồng hình và dị hình

  • Đồng hình: chuyển glucose gần như hoàn toàn thành axit lactic (khoảng 2 phân tử lactic từ 1 glucose). Axit hóa nhanh, mạnh. Ví dụ S. thermophilus, Lactococcus lactis, L. delbrueckii.
  • Dị hình: tạo axit lactic cùng ethanol hoặc axit acetic và CO2. Cho hương phức tạp hơn và tạo khí. Ví dụ Leuconostoc, L. brevis, L. fermentum.

Vai trò trong thực phẩm

  • Axit hóa và bảo quản: pH giảm ức chế vi khuẩn gây bệnh và gây hỏng; ngoài axit lactic còn có axit acetic, hydrogen peroxide và bacteriocin như nisin, pediocin.
  • Tạo cấu trúc: axit làm protein sữa đông tụ thành khối sữa chua; một số chủng sinh exopolysaccharide (EPS) làm sữa chua sánh mịn mà không cần chất làm dày.
  • Tạo hương: acetaldehyde cho mùi sữa chua đặc trưng; diacetyl cho mùi bơ (từ một số chủng Lactococcus, Leuconostoc); hệ enzyme phân giải protein tạo hương phô mai khi ủ chín.
  • Giá trị dinh dưỡng: giảm lactose, tăng khả năng tiêu hóa; một số chủng có đặc tính probiotic.

Ví dụ ứng dụng

  • Sữa chua: S. thermophilus và L. delbrueckii subsp. bulgaricus hợp tác cùng có lợi: Streptococcus phát triển trước, tạo axit formic và CO2 kích thích Lactobacillus; Lactobacillus phân giải protein cung cấp peptide cho Streptococcus. Ủ ở khoảng 42–43 °C đến pH khoảng 4,5–4,6.
  • Dưa cải, kim chi: Leuconostoc mesenteroides khởi đầu, tạo CO2 đẩy oxy ra và axit hóa nhẹ; sau đó L. plantarum chịu axit tốt hơn chiếm ưu thế, đưa pH xuống thấp hơn.
  • Nem chua, xúc xích lên men: vi khuẩn lactic axit hóa thịt, tạo vị chua, làm protein đông kết; tốc độ axit hóa quyết định an toàn.
  • Phô mai: chủng khởi động axit hóa sữa, hỗ trợ đông tụ và ủ chín.
  • Bánh mì sourdough: vi khuẩn lactic dị hình cùng nấm men tạo vị chua nhẹ, hương phức tạp và kéo dài độ tươi.

Khi vi khuẩn lactic gây hư hỏng

  • Bia: L. brevis, Pediococcus damnosus gây đục, chua, mùi bơ (diacetyl), nhớt.
  • Thịt đóng gói chân không, MAP: làm chua, đổi màu xanh, nhớt khi bảo quản lâu.
  • Nước ép, đồ uống: làm chua, đục, sinh khí.
  • Rượu vang: lên men malolactic ngoài ý muốn hoặc sinh mùi lạ.

Chủng khởi động và vấn đề phage

Ngành sữa thường dùng chủng khởi động dạng đông lạnh hoặc sấy thăng hoa cấy thẳng vào bồn (DVS – direct vat set). Mối đe dọa lớn nhất là bacteriophage, virus tấn công vi khuẩn, có thể làm một mẻ sữa không lên men được. Biện pháp gồm luân phiên chủng, dùng chủng kháng phage, vệ sinh nghiêm ngặt và kiểm soát nguồn sữa tái chế.

Phân tích vi khuẩn lactic

Môi trường MRS thường dùng để đếm nhóm lactobacilli; môi trường M17 phù hợp với Lactococcus và S. thermophilus. Định danh chính xác đến loài và chủng cần phương pháp phân tử như giải trình tự gen 16S rRNA hoặc toàn bộ hệ gen.

Câu hỏi thường gặp

Mọi vi khuẩn lactic đều là probiotic? Không. Chỉ những chủng có bằng chứng lợi ích sức khỏe với liều xác định mới được gọi là probiotic.

Vì sao sữa chua để lâu càng chua? Vi khuẩn lactic vẫn tiếp tục lên men chậm trong tủ lạnh (hậu axit hóa), làm pH giảm thêm. Chọn chủng ít hậu axit hóa và bảo quản lạnh ổn định giúp hạn chế hiện tượng này.

Thuật ngữ liên quan

Đọc thêm: Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Là Gì? Tổng Quan A-Z