Vi khuẩn Lactic thuộc họ Lactobacillus và các chi tiêu biểu có chứa loại vi khuẩn này bao gồm: Lactococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc. Đồ uống  lên men từ ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc sử dụng vi khuẩn Lactic (LAB) ngày càng phổ biến  thay thế cho các sản phẩm lên men làm từ sữa bò. Lên men  làm thay đổi hương vị của đồ uống lên men và tính khả dụng sinh học của các chất dinh dưỡng mà còn góp phần hình thành các hợp chất chức năng. Công nghệ được sử dụng để thu được các chất thay thế sữa từ ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc chủ yếu liên quan đến việc chiết xuất các nguyên liệu thực vật được chọn lọc và các loại đồ uống thu được khác nhau về thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng (hàm lượng protein, lipid và carbohydrate, chỉ số đường huyết, v.v.) do sự đa dạng về mặt hóa học của nguyên liệu ngũ cốc và giả ngũ cốc cũng như các hoạt động được sử dụng để sản xuất chúng.

leftcenterrightdel
Vi khuẩn Lactic là một loại vi khuẩn gram dương 

1. Chuyển hóa Lipid trong quá trình lên men

Biến đổi sinh hóa của LAB không chỉ giới hạn ở quá trình lên men carbohydrate. Trong vi khuẩn này có hệ thống enzyme thủy phân nội bào, đặc biệt là lipase và esterase, xúc tác quá trình chuyển đổi lipid và axit béo được giải phóng dưới dạng triacylglyceride (TAG) trong quá trình sản xuất một số sản phẩm từ sữa như:  pho mát ủ chín bằng rennet ( Holland và cộng sự, 2005 , Treimo và cộng sự, 2006). Enzym Esterase và lipase của LAB có thể thủy phân nhiều este axit béo tự do như tri-, di- và monoacylglycerol. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đây là những enzyme nội bào; do đó, thời gian trưởng thành dài và quá trình phân giải tế bào vi khuẩn sau đó cho phép các enzyme này thể hiện hoạt động phân giải lipid trong quá trình trưởng thành dài hạn, điều này được quan sát thấy trong quá trình sản xuất pho mát ủ chín nhưng không có trong trường hợp đồ uống lên men (Lortal và cộng sự, 2006) . Pérez Pulido và cộng sự, 2007  phát hiện ra một số chủng có thể biểu hiện hoạt động phân giải mỡ trong số các vi khuẩn lactobacilli, chủ yếu là các chủng lên men dị loại của lactobacilli từ  Lactobacillus brevis  (hiện được phân loại là  Levilactobacillus brevis ) và  L. fermentum , mặc dù hoạt động phân giải mỡ quan sát được chỉ giới hạn ở các este axit béo chuỗi ngắn và chuỗi trung bình. Akalin và cộng sự. [ 145 ] phát hiện ra rằng các dạng este hóa của axit linoleic cũng hoạt động như chất nền để tổng hợp axit linoleic liên hợp (CLA) bởi  chủng L. acidophilus  La-5 trong sữa chua sữa. Do quá trình chuyển hóa của các vi khuẩn này, hàm lượng đồng phân axit béo 18:2cis-9, trans-11 tăng gần gấp ba lần trong các sản phẩm được thử nghiệm. Điều này cho thấy rằng hoạt động như vậy cũng nên được quan sát thấy trong đồ uống từ ngũ cốc và giả ngũ cốc. Kết quả do Barampana và Simarda báo cáo Barampama và cộng sự,1995 đồng ý với giả định này. Các tác giả đã sử dụng  chủng L. plantarum  để lên men đậu và quan sát thấy sự thay đổi trong hàm lượng axit béo stearic, palmitic, oleic, linoleic và linolenic sau 16 giờ lên men ở 37°C.

Quá trình lên men axit lactic với lactobacillus cũng gây ra những thay đổi về hàm lượng một số axit béo ở các vị trí sn-2, sn-1 và sn-3 và tỷ lệ các axit béo riêng lẻ ở vị trí sn-2. Điều này rất có thể là do quá trình chuyển este được thực hiện bởi các vi khuẩn này. Lipase có thể tác động đặc hiệu lên một axit béo cụ thể hoặc nói chung là lên một nhóm axit béo nhất định. Tính đặc hiệu về vị trí hoặc tính đặc hiệu về vùng của lipase vi khuẩn được định nghĩa là khả năng của các enzyme này phân biệt giữa hai vị trí bên ngoài (liên kết este chính, vị trí sn-1 và sn-3) và vị trí bên trong (liên kết este thứ cấp, vị trí sn-2) trong xương sống TAG. Ví dụ, lipase đặc hiệu về vùng sn-1,3 thủy phân ưu tiên các vị trí sn-1 và sn-3 trước sn-2 khi chúng thủy phân triacylglycerol (Ziarno và cộng sự, 2020)

2. Biến đổi Vitamin

Mặc dù hầu hết các LAB đều là auxotrophic đối với nhiều loại vitamin, một số có khả năng tổng hợp sinh học các vitamin tan trong nước như vitamin B (bao gồm axit folic, B2 và B12) (Sharma và cộng sự, 1996). Taranto và cộng sự, 2003 đã chỉ ra rằng L. reuteri CRL1098, được phân lập từ bột chua, sản xuất cobalamin, trong khi Burgess và cộng sự, 2004. đã biến đổi gen chủng Lactococcus lactis subsp. cremoris NZ9000 để tổng hợp riboflavin (vitamin B2), mặc dù các đột biến LAB tự phát được biết là sản xuất quá mức riboflavin (Burgess và cộng sự, 2006) . Các chủng khởi đầu như vậy có thể được sử dụng trong tương lai để tăng hàm lượng vitamin trong đồ uống có nguồn gốc thực vật lên men Điều này có lợi vì ngũ cốc và giả ngũ cốc, vốn chứa nhiều chất dinh dưỡng tự nhiên, bao gồm vitamin B (trừ vitamin B12), sẽ mất một lượng đáng kể các chất hoạt tính sinh học này trong quá trình chế biến đồ uống. Quá trình lên men axit lactic có thể làm thay đổi hàm lượng vitamin B trong đồ uống làm từ ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc, nhưng những thay đổi này chịu ảnh hưởng của các chủng LAB có khả năng tổng hợp vitamin B, điều kiện ủ và các thông số được sử dụng để chế biến các vật liệu có nguồn gốc thực vật thành đồ uống. Điều này đã được chứng minh đối với các chất nền thực vật khác ngoài ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc (Capozzi atal, 2011).

3. Phân hủy phytate bằng enzym

Lên men axit lactic cũng có thể cung cấp các điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy phytate bằng enzym có trong đồ uống từ ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc dưới dạng phức hợp với các cation đa hóa trị (ví dụ: sắt, kẽm, canxi và magiê). Quá trình khử phức hợp phytate bằng enzym thậm chí có thể làm tăng đáng kể hàm lượng và khả dụng sinh học của các khoáng chất, điều này đã được xác nhận đối với một số loại đồ uống từ bột mì và ngũ cốc thử nghiệm. Phytase vi sinh có thể thủy phân muối axit phytic trong quá trình lên men axit lactic và điều kiện pH thấp cùng nhiệt độ lên men có thể thúc đẩy hoạt động của enzyme. Điều này đã được này Gotcheva el al, 2001 chứng minh, những người đã lên men bột kê ngọc trai bằng cách sử dụng các chủng L. brevis và L. fermentum ở 30 °C trong 72 giờ. Các tác giả ghi nhận sự giảm đáng kể axit phytic cũng như polyphenol (lên đến 83–88% và 80–91% hàm lượng ban đầu). Điều này có thể cải thiện không chỉ tính khả dụng sinh học của khoáng chất mà còn khả năng tiêu hóa protein và carbohydrate. Nionelli và cộng sự, 2014 đã kiểm tra tính phù hợp của yến mạch để làm đồ uống chức năng lên men bằng L. plantarum LP09. Các nhà nghiên cứu ghi nhận rằng quá trình lên men làm tăng tính khả dụng của polyphenol và hoạt động chống oxy hóa (lần lượt là 25% và 70%).

4. Hoạt động β-Glucosidase của LAB

Một hoạt động đáng kể của LAB, liên quan đến một số carbohydrate, cũng như khả năng chống oxy hóa, là hoạt động β-glucosidase. β-D-glucosidase loại bỏ các gốc glucopyranosyl khỏi đầu không khử của β-D-glucoside bằng cách xúc tác quá trình thủy phân liên kết glycosidic (Michlmayr, H.; Kneifel,2014).  Hầu hết các β-glucosidase thủy phân nhiều loại chất nền (tức là phenol, polyphenol và flavonoid). Theo cách này, quá trình lên men với LAB có thể làm tăng nồng độ phyto-oestrogen, isoflavone hoạt tính sinh học và các hợp chất phenolic trong vật liệu thực vật, dẫn đến đóng góp đáng kể vào các đặc tính dinh dưỡng của thực phẩm thực vật lên men, đồ uống từ ngũ cốc và giả ngũ cốc. Điều đáng chú ý là hoạt động của β-glucosidase có thể giải phóng các hợp chất hương vị hoặc mùi thơm hấp dẫn từ các tiền chất glucosyl hóa của các sản phẩm lên men và làm tăng khả dụng sinh học của các chất chuyển hóa thực vật có lợi cho sức khỏe. Hầu hết các loại nghiên cứu này đã được thực hiện trên các sản phẩm đậu nành lên men hoặc rau lên men (Lorn el al, 2021).

5. Khả năng tiêu hóa protein

Khả năng tiêu hóa protein trong đồ uống làm từ ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc cũng có thể được cải thiện bằng một cơ chế khác ngoài việc phân hủy phytate hoặc polyphenol. Quá trình lên men axit lactic của những đồ uống này dẫn đến những thay đổi về mức độ protein và axit amin. Hệ thống peptidase của vi khuẩn axit lactic khởi đầu có vai trò chính trong việc giải phóng các axit amin tự do (Coda và cộng sự, 2012). Hơn nữa, trong quá trình axit hóa, người ta quan sát thấy sự hoạt hóa của các proteinase nội sinh trong bột ngũ cốc. Ví dụ, người ta đã chỉ ra rằng quá trình lên men axit lactic làm tăng mức lysine khả dụng (một loại axit amin giới hạn đối với protein ngũ cốc), methionine và tryptophan trong ngô, kê, lúa miến và các loại ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc. Hàm lượng lysine, methionine và tryptophan khả dụng (tự do) phụ thuộc vào các thông số của quá trình lên men axit lactic khi họ nghiên cứu quá trình lên men bột ngô. Có thể mong đợi những tác động và mối quan hệ tương tự đối với tất cả các loại đồ uống lên men từ ngũ cốc hoặc giả ngũ cốc, nhưng không có dữ liệu tài liệu nào hỗ trợ cho giả thuyết này. (Gobbetti và cộng sự, 2005).

Tài liệu tham khảo

1.           Barampama, Z.; Simard, R.E. Effects of soaking, cooking and fermentation on composition, in–vitro starch digestibility and nutritive value of common beans. Plant Food Hum. Nutr. 1995, 48, 349–365.

2.           Burgess, C.; O’Connell-Motherway, M.; Sybesma, W.; Hugenholtz, J.; van Sinderen, D. Riboflavin production in Lactococcus lactis: Potential for in situ production of vitamin-enriched foods. Appl. Environ. Microbiol. 2004, 70, 5769–5777.

3.           Burgess, C.M.; Smid, E.J.; Rutten, G.; van Sinderen, D. A general method for selection of riboflavin-overproducing food grade micro-organisms. Microb. Cell Fact. 2006, 5, 24.

4.           Capozzi, V.; Menga, V.; Digesu, A.M.; De Vita, P.; van Sinderen, D.; Cattivelli, L.; Fares, C.; Spano, G. Biotechnological production of vitamin B2-enriched bread and pasta. J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 8013–8020.

5.           Coda, R.; Lanera, A.; Trani, A.; Gobbetti, M.; Di Cagno, R. Yogurt-like beverages made of a mixture of cereals, soy and grape must: Microbiology, texture, nutritional and sensory properties. Int. J. Food Microbiol. 2012, 155, 120–127.

6.           Gobbetti, M.; De Angelis, M.; Corsetti, A.D.; Cagno, R. Biochemistry and physiology of sourdough lactic acid bacteria. Tr. Food Sci. Technol. 2005, 16, 57–69.

7.           Gotcheva, V.; Pandiella, S.S.; Angelov, A.; Roshkova, Z.G.; Webb, C. Monitoring the fermentation of the traditional Bulgarian beverage boza. Int. J. Food Sci. Technol. 2001, 36, 129–134.

8.           Holland, R.; Liu, S. –Q.; Crow, V.L.; Delabre, M.-L.; Lubbers, M.; Bennett, M.; Norris, G. Esterases of lactic acid bacteria and cheese flavour: Milk fat hydrolysis, alcoholysis and esterification. Int. Dairy J. 2005, 15, 711–718.

9.           Lortal, S.; Chapot–Chartier, M.P. Role, mechanisms and control of lactic acid bacteria lysis in cheese. Int. Dairy J. 2005, 15, 857–871

10.         Lorn, D.; Nguyen, T.K.; Ho, P.H.; Tan, R.; Licandro, H.; Waché, Y. Screening of lactic acid bacteria for their potential use as aromatic starters in fermented vegetables. Int. J. Food Microbiol. 2021, 16, 109242.

11.         Marilley, L.; Casey, M.G. Flavours of cheese products: Metabolic pathways, analytical tools and identification of producing strains. Int. J. Food Microbiol. 2004, 90, 139–159.

12.         Michlmayr, H.; Kneifel, W. β-Glucosidase activities of lactic acid bacteria: Mechanisms, impact on fermented food and human health. FEMS Microbiol Lett. 2014, 352, 1–10.

13.         Nionelli, L.; Coda, R.; Curiel, J.A.; Poutanen, K.; Gobbetti, M.; Rizzello, C.G. Manufacture and characterization of a yogurt-like beverage made with oat flakes fermented by selected lactic acid bacteria. Int. J. Food Microbial. 2014, 185, 17–26.

14.         Pérez Pulido, R.; Ben Ornar, N.; Abriouel, H.; Lucas López, R.; Martínez Cañamero, M.; Guyot, J.P.; Gálvez, A. Characterization of lactobacilli isolated from caper berry fermentations. J. Appl. Microbiol. 2007, 102, 583–590.

15.         Sharma, R.; Lal, D.; Malik, R.K. Effect of fermentation on water soluble vitamins in cultured dairy products a review. Indian J. Dairy Biosci. 1996, 7, 1–9.

16.         Taranto, M.P.; Vera, J.L.; Hugenholtz, J.; de Valdez, G.F.; Sesma, F. Lactobacillus reuteri CRL1098 produces cobalamin. J. Bacteriol. 2003, 185, 5643–5647.

17.         Treimo, J.; Vegarud, G.; Langsrud, T.; Rudi, K. Use of DNA quantification to measure growth and autolysis of Lactococcus and Propionibacterium spp. in mixed populations. Appl. Environ. Microbiol. 2006, 72, 6174–6182.

18.         Ziarno, M.; Bryś, J.; Parzyszek, M.; Veber, A.L. Effect of lactic acid bacteria on the lipid profile of bean-based plant substitute of fermented milk. Microorganisms 2020, 8, 1348.