Vi khuẩn axit lactic là gì

Tóm tắt

Vi khuẩn axit lactic đóng vai trò quan trọng trong nhiều loại thực phẩm lên men ở châu Á. Ngoài việc là thành phần chính trong Kimchivà các thực phẩm lên men khác, chúng còn được dùng để bảo quản những nguyên vật liệu thực phẩm ăn được thông qua quá trình lên men các nguyên liệu sống như là bia/rượu gạo, bánh gạo và cá bằng cách giải phóng các axit hữu cơ để kiểm soát các vi sinh vật gây thối rữa và tạo mầm bệnh.

Những vi khuẩn axit lactic này cũng cung cấp một môi trường chọn lọc, tạo điều kiện cho các vi sinh vật lên men và tạo ra những hương vị mong muốn trong vô số các thực phẩm lên men. Bài viết này bàn luận về vai trò của vi khuẩn axit lactic trong nhiều sản phẩm thực phẩm lên men không có nguồn gốc từ sữa ở châu Á cũng như là các tác dụng chức năng dinh dưỡng và sinh lý của chúng trong chế độ ăn uống của người dân châu lục này.

Lời dẫn

Lên men thực phẩm là một trong những hình thức bảo quản thức ăn cổ nhất trên thế giới. Người ta đã nghiên cứu rộng rãi về các sản phẩm từ sữa lên men cũng như là các đặc điểm chức năng và vi sinh của chúng. Đa số các loại thực phẩm lên men của Đông-Á là các sản phẩm không có nguồn gốc từ sữa với đặc trưng có đa dạng nguyên liệu thực phẩm sống như là ngũ cốc, đậu tương, trái cây và rau củ, cũng như là cá và các sản phẩm từ biển khác. Trước đây vào đầu những năm 1990, người ta đã đánh giá tầm quan trọng của vi khuẩn aixt lactic trong những loại đồ ăn và thức uống lên men không có nguồn gốc từ sữa trong một bài tổng quan về vai trò của vi khuẩn axit lactic trong kimchi, sản phẩm cá lên men và sữa chua rau củ (vegetable yogurts). Người ta cũng đã báo cáo vai trò của vi khuẩn axit lactic trong quá trình lên men bia/rượu gạo. Bánh hấp làm từ gạo như là bánh idlicủa Ấn Độ vàputocủa Philippine, lên men do Leuconostoc. Sikhaecủa Hàn Quốc và burong isda/dalag của Phillipine, làm từ cá ướp muối trộn với ngũ cốc, cũng được lên men trong các giai đoạn đầu bởi Leuconostoc mesenteroides. L. mesenteroideskích phát tăng sinh tương đối nhanh chóng trong nhiều loại nguyên liệu thực vật (rau củ và ngũ cốc) trong một biên độ nhiệt rộng và khoảng nồng độ muối lớn so với các vi khuẩn axit lactic khác. Trong quá trình tăng sinh, L. mesenteroidessản sinh CO2 và các axit, dẫn đến điều biến môi trường xung quanh cũng như là thay đổi các điều kiện mà làm thuận lợi cho quá trình sinh trưởng của những vi khuẩn axit lactic khác. Tương tự, L. mesenteroideskích phát nhiều con đường lên men bao gồm vai trò nổi trội ở các vi khuẩn axit lactic khác mà thuộc về giống LactobacillusvàPediococcustrong các giai đoạn lên men về sau.

Có thể chia vô vàn các sản phẩm lên men ở châu Á thành năm nhóm: (1) sản phẩm đậu tương lên men, (2) sản phẩm cá lên men, (3) sản phẩm rau củ lên men, (4) cháo và bánh mỳ lên men, và (5) đồ uống lên men. Vi khuẩn axit lactic tham gia vào toàn bộ các quá trình lên men của năm nhóm sản phẩm này theo nhiều mức độ khác nhau, ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến thành phẩm cuối cùng. Khi làm tương đậu và sốt đậu mà diễn ra tình trạng hóa chua thì báo hiệu cho quá trình lên men hỏng và vì thế nên tránh tình trạng này. Nguyên nhân là do nhiễm nấm men không mong muốn, tình trạng này có liên quan đến một thực tế rằng đậu tương không phải là những chất nền tạo điều kiện tốt để tăng sinh vi khuẩn axit lactic. Trong trường hợp lên men cồn, nhìn chung vi khuẩn axit lactic làm xuống cấp chất lượng của sản phẩm. Tuy nhiên, trong quy trình lên men cồn ngũ cốc truyền thống, vi khuẩn axit lactic trong giai đoạn lên men ban đầu cung cấp một môi trường thuận lợi cho việc lên men ở giai đoạn sau trong khi giải phóng cồn, theo đó đóng góp vào hương và vị đặc trưng của đồ uống đó. Khi lên men nguyên liệu sống có nguồn gốc rau củ, vi khuẩn axit lactic đóng vai trò chính và sản lượng axit tối ưu thay đổi theo loại sản phẩm.

Các ưu điểm của việc lên men thực phẩm có tính axit là:

1. Duy trì thực phẩm chống lại được hư hỏng do vi sinh vật gây ra cũng như là chống lại tình trạng phát triển của những độc tố thực phẩm,
2. Khiến thực phẩm ít có khả năng truyền đi các vi sinh vật gây bệnh,
3. Nhìn chung bảo quản được thực phẩm giữa thời gian thu hoạch và thời gian tiêu thụ,
4. Điều biến hương vị của các thành phần ban đầu và thường cải thiện giá trị dinh dưỡng.

Trong Bảng 1 là ví dụ về các thực phẩm lên men axit lactic ở châu Á. Những sản phẩm cùng loại có quy trình chế biến và các vi sinh vật tương tự nhưng có tên và cách dùng khác nhau tại mỗi quốc gia.

Bảng 1

Ví dụ về các thực phẩm lên men axit ở châu Á

Sản phẩmQuốc giaNguyên liệu chínhVi sinh vậtHình thức/Cách dùngBia/rượu gạoTakjuHàn QuốcGạo, lúa mìVi khuẩn axit lactic
Nấm đường/Saccharomyces; Nấm men bia/cerevisiaeChất lỏng đụcTapuyPhilippinesGạo tẻ, gạo nếpSacchromyces,
Mucor, Rhizopus, Aspergilus
Leuconostoc
Lb. plantarumChất lỏng chua, ngọt, sệtBrem baliIndonesiaGạo nếpMucor indicus, CandidaChất lỏng màu nâu đậm, chua, có cồnBánh/ mỳ lên men axitIdliẤn Độ
Sri LankaGạo
Bạch đàn đenL. mesenteroides
S. faecalisBánh hấpPutoPhilippinesGạoL. mesenteroides
Streptococcus faecalisBánh hấpKichuddokHàn QuốcGạoNấm menBánh hấpMungbeanTrung QuốcĐậu xanhL. mesenteroidesMỳMỳ tinh bộtThái Lan, Hàn Quốc, Nhật BảnLb. casei,
Lb. cellobiosus
Lb. fermentiKhanomjeenThái LanGạoLactobacillus sp.
Streptococcus sp.MỳRau củ lên menKimchiHàn QuốcBắp cải Hàn Quốc, củ cải, nhiều loại rau củ, muốiL. mesenteroides
Lb. brevis,
Lb. plantarumSalad, món ăn kèmDưa muốiViệt NamBắp cải, rau củL. mesenteroides
Lb. plantarumSalad, món ăn kèmDakguadongThái LanLá cải bẹLb. plantarumSalad, món ăn kèm muốiBurong mustalaPhilippineCải bẹLb. brevis
Pediococcus cerevisiaeSalad, món ăn kèmCá và thịt lên menSikhaeHàn QuốcCá nước mặn, kê nấu chín, muốiL. mesenteroides
Lb. plantarumMón ăn kèmNarezushiNhật BảnCá nước mặn, kê nấu chín, muốiL. mesenteroides
Lb. plantarumMón ăn kèmBurong-isdaPhilippinesCơm cá nước ngọt, muốiLb. brevis,
Streptococcus sp.Món ăn kèmPla-raThái LanMuối cá nước ngọt, gạo rangPediococcus sp.Món ăn kèmBalao-balaoPhilippineTôm, cơm, muốiL. mesenteroides
P. cerevisiaeGia vịKungchaoThái LanTôm, muối, gạo ngọtP. cerevisiaeMón ăn kèmNhamThái LanThịt lợn, tỏi, muối, gạoP. cerevisiae,
Lb. plantarum
Lb. brevisThịt lợn gói lá chuốiNem chuaViệt NamThịt lợn, muối, cơmPediococcus sp.
Lactobacillus sp.Xúc xích

Xem thêm: tìm hiểu về các sản phẩm lên men truyền thống của Việt Nam ở đây

Bàn luận

Bia/rượu gạo

Rượu gạo là tên gọi chung cho các loại đồ uống có cồn làm từ ngũ cốc, chủ yếu là gạo, ở Đông-Á. Các loại đồ uống có cồn truyền thống đa dạng từ các sản phẩm trong suốt đến dạng lỏng đục hoặc bột và dạng sệt. Những sản phẩm trong suốt, mà thường được gọi là shaosingjiuở Trung Quốc,cheongjuở Hàn Quốc, vàsakeở Nhật Bản, có khoảng 15% cồn và được gọi là rượu gạo, trong khi đó những loại đồ uống đục, takju(haymaggolli) ở Hàn Quốc vàtapuyở Philippines, chứa ít hơn 8% cồn đi kèm với những chất rắn chưa tan hết và các loại nấm men sống, và thường được nhắc đến dưới cái tên là bia gạo.

Quá trình lên men cồn ngũ cốc bao gồm một quá trình lên men hai bước; lên men dạng rắn trong đó các loại mốc sinh trưởng trên ngũ cốc sống hoặc ngũ cốc chín, gọi lànuruk, sau đó là ngâm nurukcùng với ngũ cốc bổ sung để nấm men sản sinh cồn. Người ta vắt Nurukvà nghiền thành bột sau đó trộn với nước và bảo quản nơi khô ráo trong vài ngày để làm men cái (mother brew). Trong giai đoạn này giải phóng các amylase và protease vi khuẩn, làm biến đổi tinh bột có trong nguyên liệu ngũ cốc sống thành các loại đường. Vi khuẩn hình thành axit trong nuruksau đó sản sinh các axit hữu cơ, làm giảm độ pH xuống dưới 4,5 tạo điều kiện tăng sinh nấm men ở giai đoạn lên men cồn về sau. Khoảng hai đến ba khối lượng/dung tích hạt ngũ cốc nấu chín và nước được đổ vào men cái để làm dịch ngâm lên men đầu tiên. Khi bổ sung thêm hạt ngũ cốc mới nấu và nước vào trong dịch ngâm thì thể tích sản lượng tăng lên trong khi cũng làm tăng nồng độ cồn và chất lượng của thành phẩm. Trong các công trình nghiên cứu cũ người ta đã miêu tả nhiều mẻ rượu được nấu bằng cách cho thêm 2 đến 9 phần hạt ngũ cốc mới nấu vào dịch ngâm đang lên men.

Phương pháp nấu rượu gạo truyền thống ban đầu được công nghiệp hóa bởi những người nấu rượu ở Nhật Bản vào đầu thế kỷ 20, những người đã áp dụng một nguồn giống vi sinh vật khởi động thuần (pure starter culture), koji vào gạo, kết hợp với công nghệ sản xuất được phát triển ở châu Âu. Quy trình sản xuất rượu này về sau được chuyển giao cho Hàn Quốc và Trung Quốc. Sản xuất công nghiệp rượu gạo bao gồm công đoạn hấp gạo đã đánh bóng, cấy mốc, Aspergillus oryzaehayAspergillus kawachii, và ủ ở 25°C-30°C trong 2-3 ngày. Men cái được làm bằng cách trộn giống vi sinh vật khởi động,koji, với dịch ngâm hạt có nấm men và nước, sau đó là công đoạn ủ trong 3 đến 4 ngày nữa ở 20°C. Mẻ ủ chính được làm bằng cách thêm xấp xỉ 10 phần khối lượng cơm và nước vào men cái, sau đó để lên men trong 2 đến 3 tuần. Dịch ngâm đã lên men xong sau đó được lọc để thu chất lỏng trong và để chín già trong nơi thoáng mát trong 1 đến 2 tuần, sau đó lọc lại một lần nữa, đóng chai và thanh trùng. Hình 1 so sánh quy trình nấu rượu gạo truyền thống (samhaeju) với rượu gạo công nghiệp (sake).
Hình 1

Lưu đồ sản xuất samhaejucủa Hàn Quốc và sake của Nhật Bản, phỏng theo Lee, 2001

Bảng 2 cho thấy các biến đổi của hệ vi khuẩn trong quá trình nấu rượu gạo truyền thống (samhaeju) của Hàn Quốc khác với hệ vi khuẩn trong sản xuất rượu công nghiệp (cheongjuhay sake kiểu Nhật Bản), bao gồm công đoạn cấy giống vi sinh vật thuần trong một quá trình lên men có kiểm soát. Phần của các vi khuẩn hình thành axit trong cách ủ truyền thống thì nhiều mà trong quy trình sản xuất công nghiệp thì tương đối ít. Khi ủ truyền thống thì giải phóng axit lactic, axit hữu cơ chính, trong khi đó rượu gạo công nghiệp có chứa chủ yếu là axit succinic, đa phần được tạo ra bởi mốc và nấm men (Hình 2). Hơn nữa, rượu gạo truyền thống có nồng độ ethylacetate (75ppm-phần triệu khối lượng) cao hơn nhiều và nồng độ n-propanol (70ppm-phần triệu khối lượng), isobutanol (125ppm-phần triệu khối lượng), và isoamylalcohol (210 ppm-phần triệu khối lượng) tương đối thấp hơn so với các sản phẩm công nghiệp. Khác biệt ở hệ vi khuẩn và nồng độ các hợp chất hương vị tương ứng dẫn đến tính chất cảm quan chênh lệch, trong khi rượu gạo truyền thống có hương vị nồng và đậm thì rượu công nghiệp đặc trưng với hương vị nhẹ và thanh hơn.

Bảng 2

Biến đổi nồng độ vi sinh vật trong quá trình nấu rượusamhaejuvàcheongju.

Vi sinh vật (CFU/mL)SamhaejuCheongju kiểu Nhật BảnMẻ ủỦ lần 1Ủ lần 2Ủ lần 3Men cáiỦ chínhMốcA4.2 x 105< 102NDNDNDB9.8 x 104< 102NDNDNDC3.9 x 105< 102NDNDNDVi khuẩn hình thành axitA3.1 x 1058.9 x 1078.6 x 104ND< 102B7.5 x 1063.3 x 1066.3 x 104ND< 102C3.3 x 1058.5 x 1077.5 x 104ND< 102Nấm menA< 1021.8 x 1061.8 x 1063.2 x1072 x 106B< 1022.4 x 1061.6 x 1061.9 x 1072.5 x 107C< 1024.6 x 1061.4 x 1062.6 x1063.1 x 106

(ND: không có)

Mô phỏng theo Rhee và các cộng sự, 2003

Hình 2

Biến đổi hàm lượng axit lactic () và axit succinic () trong quá trình nấu rượusamhaejuvà cheongju. Mô phỏng theo Rhee và các cộng sự, 2003

Bánh và mỳ lên men axit

Lên men axit lactic khối bột nhào làm bánh có tác dụng gia tăng khả năng duy trì chất lượng và hương vị của sản phẩm bánh sau khi nướng. Quá trình này cũng cải thiện độ ngon miệng của bánh làm từ các loại bột chất lượng thấp và những loại ngũ cốc chưa được tận dụng đúng mức. Bánh và bánh kếp lên men là thực phẩm tinh bột quan trọng với người dân ở châu Phi và một số khu vực thuộc châu Âu và châu Á.

Hàng ngày người dân ở Ấn Độ, Sri-Lanka, Pakistan, Nepal, Sikkim, Tibet, và các quốc gia láng giềng tiêu thụ số lượng lớn bánh và bánh kếp lên men axit.Idli,dosa, vàdhoklachủ yếu được sản xuất ở Nam Ấn Độ và Sri Lanka.Idlilà một loại bánh nhỏ màu trắng lên men axit và đem hấp làm bằng cách cho lên men vi khuẩn bột nhão làm từ gạo rửa sạch và xay thô cũng như là đậu mười bỏ vỏ và xay mịn dhal. Bột nhão dosa rất giống với bột nhão idli, ngoại trừ là gạo và đậu mười đều được xay mịn. Sau khi lên men, người ta rán nhanh dosathành bánh kếp mỏng khá giòn và ăn trực tiếp.Dhokla giống vớiidlingoại trừ là dùng đậu gàbỏ vỏ thay cho đậu mười dhal. Bột nhão đã lên men xong được đổ vào khuôn bánh trước đó đã phết dầu bôi trơn và đem hấp trong nồi mở nắp hơn là trong nồi hấpidliđậy vung.​Hình 3 trình bày lưu đồ của quy trình chế biếnidli.

Đậu mười dhal

Gạo trắng đánh bóng

Rửa và ngâm 5-10 tiếng

Rửa và ngâm trong 5-10 tiếng

Dùng cối xay mịn

Dùng cối xay thô

Trộn hỗn hợp sền sệt thành bột nhão đặc. Trộn kĩ.

Thêm muối để tăng vị (xấp xỉ 1% v/v)

Ủ qua đêm tại nơi ấm ở 30 đến 32

Đổ bột nhão vào cốc đặt trong nồi cơm điện chưa cắm điện

Hấp 10 phút

Xong ăn được

Hình 3

Lưu đồ chế biến bánh hấp idli. Phỏng theo Steinkraus, 1983

L. mesenteroidesvàStreptococcus faecalisđược phát triển đồng thời thông qua việc ngâm và sau đó tiếp tục sinh sôi sau khi đem xay. Cả hai giống vi khuẩn cuối cùng đạt đến tỉ lệ hơn 1×109 tế bào/gam bột nhão trộn xong. L. mesenteroidescùng với S. faecalis được coi như có vai trò thiết yếu để làm lên men bột nhão, và nó cũng được cho là nguyên nhân sản xuất axit trong bánh idli,dosa, và các sản phẩm liên quan.

Những vi sinh vật này dường như có mặt trong các thành phần nguyên liệu sống do đó thường không cần bổ sung chúng làm chất cấy. Các tạp chất hiếu khí mà thường có trong các nguyên liệu sống bị loại bỏ một phần thông qua việc rửa sạch các nguyên liệu và một phần bởi các điều kiện axit do quá trình lên men tạo ra. Tuy nhiên, Batra và Millner đã phân lập được Torulopsis candidavàTrichosporon pulluans từ bột nhãoidli và bánh hấp idli đúng chuẩn chỉ được làm bằng hoạt động liên hợp của cả hai loài nấm men trong hỗn hợp bột. CảT. pullulansvàT. candidađem đến tính axit đặc trưng, trong khi đó thìT. candidacũng sản sinh khí ga trong quá trình lên men.

Những thực phẩm kiểu bánh lên men không phải là thực phẩm tinh bột truyền thống ở Đông Á, mặc dù bánh lên men cũng được dùng phổ biến ngày nay. Người Trung Quốc theo truyền thống đã tiêu thụ bánh hấp,mantou (màn thầu) làm bằng cách đem hấp bột mỳ lên men, có nhân ngọt, thịt và rau củ. Các loại bánh khác được làm chủ yếu bằng quá trình lên men axit khối bột gạo nhào bao gồm kichuddokcủa Hàn Quốc vàputo của Philippines. Những sản phẩm này là những chiếc bánh gạo lên men hấp giống với bánh idli của Ấn Độ, ngoại trừ việc chúng không có chút đậu nào.Putolà món ăn đặc biệt theo phương diện là nó được làm từ lúa trồng một năm và người ta trung hòa bột của gạo này ở điểm giữa của quá trình lên men. Hình 4 trình bày quy trình chế biến kichuddokvàputo.

Gạo xát bóng

Gạo xay (500g)

Rửa và ngâm trong nước (3 đến 4 tiếng)

Rửa. Ngâm nước

Lên men phần 100g

Treo phần còn lại

Vớt gạo đem xay/nghiền

18 tiếng ở nhiệt độ phòng

(900g) để vào túi vải muslin trong 24 tiếng

Thành phần portion

Thêm đường

Trộn với takju và nước

Lên men 6 tiếng

Bột lỏng

Trộn và thêm 30-100ml nước

Hấp theo lớp

Lên men trong 9 tiếng

KichuddokThêm 300g đường, 18g lye, 80ml nước và trộn

Lên men trong 4 đến 5 tiếng

Hấp 30 phút

Puto

Hình 4

Quy trình chế biến kichuddokvàputo. Phỏng theo Lee, 2001

Kichuddokđược làm ở mức làm tại nhà và không thường được ăn vào các dịp đặc biệt ở Hàn Quốc, trong khi đó người dân ở Philippine thường ănputovào bữa sáng và dùng làm đồ ăn vặt.Putolà món ăn phổ biến ở nhóm dân số thu nhập thấp, những loại đặc biệt có cho thêm phô mai, trứng gà, vân vân lại được nhóm dân có thu nhập cao xem như món ăn ngon. Trong nhiều thành phố nhỏ của Philippines, sản xuất chế biến puto là một ngành thủ công hộ gia đình quan trọng.

Mỳ gạo của Thái Lan,khanom-jeen, cũng được làm từ gạo lên men axit. Gạo ngâm được vớt ráo nước và lên men trong ít nhất 3 ngày trước khi đem xay và loàiLactobacilluscùng với loàiStreptococcustham gia vào quá trình lên men axit. Cháo lên men axit như là ogivàujiở các nước châu Phi không phổ biến ở khu vực châu Á Thái Bình Dương.

Đa số các nước châu Á sản xuất tinh bột đậu xanh, và mỳ làm từ tinh bột đậu xanh là thực phẩm tinh bột trong chế độ ăn uống của người Trung Quốc. Quy trình sản xuất tinh bột đậu xanh bao gồm quá trình lên men vi khuẩn axit, trong đó các hạt đậu xanh được cấp nước bằng cách ngâm trong nước có cấy thêm nước ngâm trong 12h từ mẻ lên men lần trước để đảm bảo diễn ra quá trình chua hóa. Các vi sinh vật chính được phát hiện có trong nước ngâm đậu là L. mensenteroides,Lactobacillus casei,Lactobacillus cellobiosus, vàLactobacillusfermentum. Lên men axit lactic mà làm giảm độ pH từ 6 đến khoảng 4 có tác dụng bảo vệ các hạt tinh bột không bị hư hỏng và thối rữa, tình trạng sẽ diễn ra ở những hỗn hợp đậu xay không được cấy lên men.

Thịt và cá lên men axit

Có thể kéo dài hạn sử dụng của thịt và cá dễ hỏng bằng quá trình lên men axit kèm bổ sung muối và carbohydrates. Cả cá nước mặn và nước ngọt đều được bảo quản theo cách này. Gạo, kê, bột và thậm chí là siro hoặc đường đều được dùng làm nguồn cung cấp carbohydrate. Kê được dùng làm nguồn carbohydrate chính ở những quốc gia Đông Bắc Á, trong khi đó ở những nước Đông Nam Á thì gạo được dùng phổ biến để cung cấp carbohydrate. Các axit hữu cơ sản xuất từ các carbohydrates bổ sung khi kết hợp với muối có tác dụng kiểm soát mức độ lên men axit và duy trì chất lượng của sản phẩm.​Hình 5minh họa quy trình sản xuấtsikhaecủa Hàn Quốc vàbalao-balao của Philippines.

Cá bẹt

Tôm sống

Bỏ ruột, rửa, thái và để ráo

Rửa và để ráo

Trộn với muối, để qua đêm

Thêm muối thô (solar salt) 20% (w/w-thể tích/thể tích)

Chắt kiệt

Để yên trong 2 tiếng

Trộn với kê nấu chín, bột ớt đỏ, tỏi và gừng xay

Vớt ráo và cắt râu

Đậy kín trong bình sành

Trộn cơm với tôm (1:4:8)

Ủ ở 20 trong 2 tuần

Đóng vào bình thủy tinh và đậy nắp

Gajami shikhaeLên men ở nhiệt độ phòng nhiệt đới

Balao balao

Hình 5

Quy trình chế biến sikhaecủa Hàn Quốc vàbalao-balao của Philippines. Phỏng theo Lee, 2001.

​Hình 6minh họa những biến đổi hóa sinh và hệ vi khuẩn của một sản phẩm cá lên men axit điển hình,sikhae, được ủ ở 25°C. Độ pH giảm nhanh chóng trong 3 đến 5 ngày từ 6,5 xuống dưới 5, trong khi đó kết cấu mềm đi trong vòng 3 đến 4 ngày. Nồng độ amino-N tăng đều trong 14 ngày, đồng thời cùng với việc sinh ra hương vị tối ưu. Số các vi khuẩn phân giải lipid giảm nhanh trong giai đoạn lên men ban đầu, trong khi đó số lượng các vi khuẩn phân giải protein tăng cho đến 12 ngày lên men, từ đó về sau giảm nhanh. Vi khuẩn hình thành axit tiêu biểu tăng mạnh về số lượng, trở thành hệ vi khuẩn chủ đạo trong vòng 1 tuần lên men và đạt đến mật độ tối đa sau 16 ngày. Thường thì, hương vị của sản phẩm bị suy giảm là do có liên quan đến tình trạng tăng sinh mạnh mẽ của nấm men. Những vi khuẩn quan trọng trong quá trình lên men sikhaeđã được định danh làL.mesenteroidesvàLactobacillus plantarum. Vai trò của những vi khuẩn hình thành axit này trong việc bảo quản cá đã được đưa ra, nhưng một đóng góp/tác dụng thậm chí còn quan trọng hơn là khả năng sản sinh ra hương vị chấp nhận được trong quá trình lên men sản phẩm.

Hình 6

Biến đổi hóa sinh và hệ vi khuẩn trong quá trình lên mensikhae. Phỏng theo Lee, 1994.

Rau củ lên men axit

Rau củ lên men axit là nguồn quan trọng cung cấp các vitamin và khoáng chất. Người ta đã phát hiện ra rằng L. mesenteroidescó vai trò quan trọng trong việc kích phát quá trình lên men của nhiều loại rau củ như là bắp cải, củ cải đường, củ cải tròn, súp lơ trắng, đậu que, cà chua xanh thái lát, dưa chuột, oliu và cỏ chăn nuôi có củ cải đường (sugar beet silages). Trong nhiều loại rau củ,L. mesenteroidestăng sinh nhanh chóng và giải phóng CO2 cùng với các axit mà nhanh chóng làm giảm độ pH, theo đó ức chế tình trạng phát triển của những vi sinh vật và hoạt tính của các enzyme không mong muốn cũng như là ngăn ngừa tình trạng làm mềm nát rau củ không mong muốn. CO2 được sản sinh ra thay thế cho không khí và cung cấp môi trường điều kiện kị khí làm thuận lợi hoạt động ổn định hóa axit ascorbic acid và các màu tự nhiên của rau củ.L. mesenteroidesbiến đổi glucose tới xấp xỉ 45% đồng phân D-acid lactic quay trái (levorotatory D-lactic acid), 25% CO2, và 25% axit axetic cùng với rượu etylic (ethyl alcohol). Hơn nữa fructose một phần bị khử thành mannitol, chất này sau đó trải qua quá trình lên men thứ cấp (xem dưới đây) để sinh ra số lượng đẳng mol (equimolar quantities) của axit lactic và axit axetic. Sự kết hợp các axit và cồn dẫn đến hình thành các este, chất tạo thành hương vị mong muốn. Nhìn chung, tình trạng tăng sinh ban đầu của L. mesenteroidesdẫn đến điều biến môi trường thuận lợi cho sự phát triển sinh sôi của những vi khuẩn axit lactic khác. Giai đoạn lên men thứ cấp trong những quá trình này, đặc biệt do loài Lactobacilluslên men đồng nhất, dẫn đến giảm thêm độ pH và cuối cùng là tăng sinh L. mesenteroides.

Lên men kimchilà phương pháp bảo quản kết cấu tươi giòn của rau củ trong mùa đông khi không có rau củ để ăn tại Hàn Quốc. Gần như mọi loại rau củ đều có thể làm thành kimchi; bắp cải, củ cải dài, dưa chuột, hành hoa, và lá cải bẹ là những nguyên liệu chính phổ biến. Tên của mỗi loạikimchicụ thể được đặt dựa trên các nguyên liệu thành phần chính: kimchi bắp cải(baechukimchi),kimchi củ cải,kimchi dưa chuột, vân vân. Những thành phần phụ như là tỏi, ớt, hành hoa, gừng và muối cũng được cho thêm vào. Các sản phẩm cá lên men và những chất làm tăng vị khác là tùy chọn.Kimchicó vị chua, ngọt cùng với vị ga và thường được ăn lạnh. Nó là một món ăn kèm thường được ăn chung với cơm và canh.

Công thức làm kimchibắp cải có thể gồm 100g bắp cải Hàn Quốc, 2g tỏi, 2g hành hoa, 2g bột ớt, và 0,5g gừng, và hàm lượng muối tối ưu của sản phẩm là 3% (Hình7). Để làm kimchi, người ta cắt đôi bắp cải tươi hoặc thái nhỏ, ngâm trong nước muối có nồng độ khoảng 10% qua đêm (hoặc nước muối 15% trong 5 đến 10 tiếng), và sau đó rửa sạch và vớt ráo. Những nguyên liệu phụ được băm nhỏ và trộn đều cùng với củ cải thái nhỏ, rồi đem phết toàn bộ hỗn hợp gia vị vào giữa các lá bắp cải. Kimchisau đó được đóng vào vại sành,onggihoặcdok, chôn dưới đất, và nén bằng một tảng đá để nhấn chìm hết bắp cải vào trong nước ngâm. Kimchimùa đông được lên men trong 1-2 tháng và tiêu thụ trong 3 đến 4 tháng cho đến cuối mùa xuân. Hình 8 trình bày các biến đổi hóa sinh trong kimchitrong giai đoạn lên men. Vị tối ưu đạt được khi độ pH và độ axit đạt đến xấp xỉ lần lượt là 4.0-4.5 và 0.5-0.6 (% tương đương axit lactic). Hàm lượng Vitamin C đạt đến đỉnh điểm tại khoảng này. Ở nhiệt độ lên men cao hơn, thời gian làm chín kimchi giảm đi;kimchichín trong 1 tuần ở 15 và trong 3 ngày ở 25. Trước khi chín,L. mesenteroideslà vi sinh vật chủ đạo, trong khi đó loàiLactobacilluslà những sinh vật chính có trongkimchibị chín quá (Hình 9).

Hình 7

Lưu đồ quá trình làmkimchi(baechukimchi mùa đông). Phỏng theo Lee, 2001

Hình 8

Biến đổi độ pH, độ axit và giảm hàm lượng đường trong quá trình lên menkimchi. Phỏng theo Lee, 2001

Hình 9

Biến đổi hệ vi khuẩn trong quá trình lên men kimchiở 14°C (NaCl 3.5%). Phỏng theo Lee, 1994

Loài Lactobacilluschủ đạo trong những giai đoạn lên men kimchivề sau thay đổi theo nhiệt độ lên men;Lb. plantarumvàLactobacillus brevischiếm ưu thế khi lên men ở 20-30 trong khi đóLactobacillus maltaromicusvàLactobacillus bavaricuschi phối quá trình lên men ở 5-7.Lb. plantarumlà loài lên men đồng nhất và sản xuất nhiều axit nhất trong nhóm này, sản sinh gấp ba hoặc bốn lần hàm lượng axit lactic-DL (DL-lactic acid) so với loàiLeuconostoc. Người ta ưa lên men kimchi ở nhiệt độ thấp để ngăn sản xuất quá nhiều axit lactic và tình trạng chín quá cũng như là kéo dài giai đoạn hương vị tối ưu.

Gần đây, phương pháp dùng chip ADN dò bộ gien (genome probing DNA chip/GPM) được áp dụng để giám định và theo dõi hành vi của hệ vi khuẩn trong quá trình lên men. Hơn 100 loài vi sinh vật đã được định danh trong quá trình lên men kimchi. Trong số này người ta xác định Weisella confuse,Leuconostoc citreum,Lactobacillus curvatus,Lactobacillus sakai,và Lb. fermentumlà các vi sinh vật quan trọng.

Trong một thử nghiệm cấy vi sinh (inoculation test), người ta đã chứng tỏ được hoạt tính kháng mầm bệnh của kimchi (Bảng 3). Clostridium perfringensđã biến mất sau 2 ngày lên men kimchi,Staphylococcus aureusvàSalmonella typhymuriumsau 4 ngày, cũng như làListeria monocytogenes,Vibrio parahaemolyticus, vàEscherichia colisau 5 ngày; tuy nhiên, số lượng vi khuẩn axit lactic tăng từ 105đến 108. Người ta nhận thức rõ được tác dụng ức chế của những nguyên liệu có trong kimchi, ví dụ như tỏi, và các chất chuyển hóa lên men (axit hữu cơ). Tỏi có hoạt tính kháng khuẩn đặc hiệu với một số mầm bệnh đồng thời cũng không tác động đến các vi khuẩn axit lactic.

Bảng 3

Biến đổi nồng độ của các mầm bệnh đường ruột trong quá trình lên men kimchiở 20°C ((CFU/mL)).

Lên men (ngày)01234567Độ pH5,445,124,113,863,763,703,663,63Cl, perfringens4,3×1042,7×102Staph, aureus2,9×1044,5×1042,8×1035,0×10S, typhimurium3,6×1042,2×1045,8×1031,1×102L, monocytogenes6,3×1043,7×1044,5×1032,6×1024,0×10V, parahaemolyticus2,3×1042,1×1047,3×1035,5×1029,0×10E, coli5,2×1043,3×1042,9×1033,3×1023,0×10Vi khuẩn axit lactic2,0×1057,3×1062,8×1085,7×1086,1×1085,6×1085,8×1086,0×108Tổng số vi khuẩn4,4×1043,6×1079,3×1081,2×1091,5×1091,4×1091,6×1091,4×109

Phỏng theo Lee, 2001

Một số chủng vi sinh vật mà sản xuất bacteriocin (có đặc tính kháng khuẩn-ND) đã được phân lập từ kimchi.Enterococcus faeciumtrongkimchicó phổ hoạt tính bacteriocin rộng và một số loàiLactobacillus đã được chứng minh là tạo ra các hợp chất kháng vi sinh vật. Ví dụ là, người ta đã phân lập được một bacteriocin ổn định nhiệt và ổn định pH, kimchicin GJ7, từ L. citreumGJ7. Đáng chú ý là, sự có mặt của chủng nhạy với bacteriocin,Lb. plantarum, được chỉ ra rằng có vai trò như một chất kích thích môi trường để kích hoạt sản sinh kimchicin GJ7 bởiL. citreum. Hơn nữa, trước đó người ta cũng quan sát được chất lượng và hạn sử dụng của kimchi tăng khi dùng giống khởi động là một chủng sản sinh bacteriocin để lên men. Mới đây, người ta đã xác định được một hợp chất kháng nấm mới 3,6-bis(2-methylpropyl)-2,5-piperazinedion (khối lượng phân tử là 226 kDa) do chủng Lb. plantarumlấy từkimchi sản sinh ra, điều này chứng tỏ rằng hoạt tính kháng vi sinh vật mà được tạo ra trong quá trình lên men kimchicó thể trội hơn hoạt tính kháng khuẩn. Nói chung, sự kết hợp của các axit hữu cơ và hợp chất kháng vi sinh vật mà được giải phóng ra trong quá trình lên men cũng như là hoạt tính kháng vi sinh vật của các nguyên liệu giúp điều biến hệ vi khuẩn có trongkimchi, và kiểm soát tình trạng sinh trưởng của những vi sinh vật gây bệnh mà không tốn chi phí xử lý can thiệp và đóng gói.

Tác dụng sinh lý của các nguyên liệu trong kimchivà các chất chuyển hóa của chúng đã được nghiên cứu chuyên sâu kĩ lưỡng. Các hoạt tính chống u của bắp cải và tỏi đã được ghi nhận báo cáo bởi nhiều nhà nghiên cứu, trong khi đó chiết xuất bột ớt đỏ được chứng minh là có tác dụng ức chế đột biến trung gian độc tố vi nấm B1 (aflatoxin B1-mediated mutagenesis). Thêm nữa,kimchicó đủ nồng độ chất xơ để phòng ngừa táo bón và ung thư đại tràng, cũng như là đem đến các tác dụng prebiotic. Cuối cùng thì tác dụng lợi khuẩn của vi khuẩn axit lactic trong kimchi(tăng đến 108/mL) có thể hỗ trợ chức năng tiêu hóa và chức năng ruột (Bảng 4).

Bảng 4

Các hợp chất hoạt tính sinh học có trongkimchi.

Hợp chất hóa họcVật liệu xuất hiệnTác dụng khả dĩBenzylisothiocyanateCải thảoKháng sinhHợp chất IndolTỏi tâyKháng ung thưThiocyanate, FlavonoidỚt đỏKích thích miễn dịchsistosterolCải thảoHạ nồng độ cholesterolDiallysulfideTỏi tâyKháng ung thưDiallytrisulfideChống oxi hóaDiallymethylsulfidePhân hủy fibrinGingerrolGừngKháng sinhGingerinPhân hủy fibrinCapsaicinỚt đỏNhuận tràng laxativeTách ra các neuropeptideVi khuẩn axit lacticKimchiTính đối khángBacteriocineKimchiKháng sinhAxit lactic L-(+)KimchiĐiều biến chức năng tế bào TAcethylcholineKimchiNhuận tràngDextranKimchiNhuận tràngAxit γ-aminobutyricKimchiNhuận tràngAcetateKimchiKháng sinh

Phỏng theo Lee, 2001

Vì vậy,kimchilà một loại thực phẩm synbiotic được tiêu thụ rộng rãi ở Hàn Quốc. Ngoài những tác dụng sinh lý này ra thì vị mặn, cảm nhận vị ga sủi rõ rệt, và kết cấu giòn củakimchiđã biến nó trở thành đồ ăn ngon miệng và không thể thiếu được với người dân Hàn Quốc. Theo một nghiên cứu khảo sát tiêu thụ thức ăn toàn quốc gần đây, thì một nam giới trưởng thành người Hàn Quốc tiêu thụ kimchiở mức 50-100g/ngàyvào mùa hè và 100-200 g/ngày vào mùa đông.

Sự thích nghi của vi khuẩn axit lactic trong chu trình thức ăn của con người (human food cycle)

Các vi khuẩn phân lập từ kimchiđược định danh trong Bergeys Manual (sách nghiên cứu), nhưng các đặc tính sinh lý của chúng hiếm khi đúng chính xác với những đặc tính mô tả trong Manual (sách nghiên cứu) này.L. mesenteroidesvàLb. barvaricusphân lập từkimchicho thấy nhiều cách biệt ở tình trạng lên men đường và những điều kiện vitamin. Mọi loàiLeuconostoc phân lập từkimchicó thể tăng trưởng ở độ pH dưới 4,8 cũng như là trong môi trường có chứa ethanol 7% hoặc NaCl 6,5%. Một kết quả thú vị đó là phân loài (subspecies) L. mesenteroideschứng tỏ khả năng dung nạp trong dịch tiêu hóa nhân tạo ở độ pH 3 và cũng tăng trưởng trong môi trường có chứa mật 10% hoặc 40%. Những đặc tính này tương tự với đặc tính của những vi sinh vật trong ruột như là Lactobacillus acidophilusvàLb. casei, cũng như là các chủng vi khuẩn trong phân. Những quan sát kết luận này đề xuất rằng những vi sinh vật chính trongkimchiđã thích nghi với môi trường đặc thù của Hàn Quốc với tư cách là một phần trong chu trình thức ăn từ đất đến rau củ, tới kimchi, và sau đó là vào ruột người, xuống phân và lại về với đất. Những thích nghi của các vi sinh vật với các điều kiện môi trường đặc thù đã được ghi nhận trong những thực phẩm lên men khác như là L. mesenteroidestrong nước mía,Leuconostoc. oenostrong nước nho ép,Pediococcus. halophilustrong nước tương, và L. mesenteroidesnêu ở phần trên trong sikhae.

Lời kết

Vi khuẩn axit lactic giữ nhiều vai trò quan trọng trong những thực phẩm lên men của châu Á, đặc biệt là trong những sản phẩm rau củ lên men không có nguồn gốc từ sữa. Các tác dụng probiotic của vi khuẩn axit lactic trong những thực phẩm lên men không có nguồn gốc từ sữa ở châu Á vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Ví dụ nhưL. mesenteroidescó trongkimchi, có thể có các tác dụng probiotic. Thực tế thì những người Hàn Quốc mà đi ra nước ngoài trong vài ngày không được ăn kimchithường thấy xuất hiện những triệu chứng dạ dày không thoải mái và tình trạng tiêu hóa kém. Cần có thêm nghiên cứu để giám định những vi khuẩn axit lactic có trong các loại thực phẩm lên men của châu Á cũng như là các tác dụng sinh lý của chúng trong chế độ ăn uống của con người.

Xung đột lợi ích

Nhóm các tác giả khẳng định rằng không có xung đột lợi ích khi thực hiện bài viết này.

Đóng góp của các tác giả

Sook Jong Rhee hỗ trợ thu thập dữ liệu và biên tập bài đánh giá.

Jang-Eun Lee hỗ trợ thu thập dữ liệu và biên tập bài viết.

Cherl-Ho Lee người nghiên cứu chính và tác giả tương ứng.

Lời cảm ơn

Nhóm các tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Giáo sư Michiel Kleerebezem với những nhận xét có giá trị cũng như là sự hỗ trợ của ông trong việc biên tập chỉnh sửa bài nghiên cứu này, đến Công ty nghiên cứu thực phẩm NIZO (NIZO food research) và Đại học Wageningen, Hà Lan.

• Bài viết gốc:Importance of lactic acid bacteria in Asian fermented foods
• Tác giả: Sook Jong Rhee, Jang-Eun Lee,và Cherl-Ho Lee
• DOI:10.1186/1475-2859-10-S1-S5
• Người dịch: Trần Tuyết Lan, nhóm Hạ Mến, hướng dẫn ăn đúng