Sản phẩm sữa lên men là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

Định nghĩa sản phẩm sữa lên men

Sản phẩm sữa lên men là nhóm thực phẩm có nguồn gốc từ sữa động vật (bò, dê, cừu) hoặc sữa thực vật (đậu nành, hạnh nhân) đã trải qua quá trình lên men vi sinh vật, trong đó vi khuẩn axit lactic đóng vai trò chủ đạo. Quá trình này chuyển đổi lactose (đường sữa) thành axit lactic, làm giảm pH môi trường, dẫn đến đông tụ protein và hình thành kết cấu, hương vị đặc trưng cho sản phẩm.

Các sản phẩm điển hình của nhóm này gồm sữa chua (yogurt), sữa chua uống, kefir, buttermilk, sữa chua Hy Lạp và các dòng sản phẩm probiotic thương mại. Đây là một trong những loại thực phẩm lâu đời nhất do con người sản xuất, xuất hiện từ hàng ngàn năm trước ở Trung Á và châu Âu.

Sữa lên men không chỉ là thực phẩm thông thường mà còn được xem là thực phẩm chức năng nhờ khả năng cải thiện tiêu hóa, hỗ trợ miễn dịch và duy trì hệ vi sinh đường ruột cân bằng. Theo định nghĩa của FAO, sản phẩm sữa lên men phải có sự tham gia của vi khuẩn sống trong quá trình chế biến và tồn tại với số lượng tối thiểu nhất định trong sản phẩm cuối cùng để mang lại hiệu quả sinh học.

Quá trình lên men và cơ chế vi sinh

Quá trình lên men sữa diễn ra thông qua hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn axit lactic, trong đó lactose được phân giải thành axit lactic theo con đường glycolysis (EMP pathway). Phản ứng tổng quát như sau:

$C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \rightarrow 4CH_3CHOHCOOH$

Sự tạo thành axit lactic dẫn đến giảm pH xuống khoảng 4.0–4.6, phá vỡ liên kết kappa-casein và làm cho casein kết tủa. Kết quả là hệ keo sữa chuyển sang cấu trúc gel đặc trưng. Mức độ đông tụ và độ nhớt của gel phụ thuộc vào tốc độ giảm pH, nồng độ protein, và chủng vi khuẩn sử dụng.

Một số vi khuẩn còn tạo ra các hợp chất thứ cấp như acetaldehyde, diacetyl và axit axetic – đây chính là các thành phần tạo nên mùi thơm đặc trưng cho từng loại sản phẩm. Trong sản xuất kefir hoặc sữa chua uống, quá trình lên men kép diễn ra nhờ sự phối hợp giữa vi khuẩn và nấm men, tạo ra CO₂ và ethanol ở nồng độ thấp.

Đặc điểm	Lên men lactic đồng hình	Lên men lactic dị hình
Sản phẩm chính	Axit lactic	Axit lactic, CO₂, ethanol
Vi khuẩn đặc trưng	Lactobacillus bulgaricus	Leuconostoc mesenteroides
Ứng dụng	Sữa chua đặc, sữa chua khuấy	Kefir, buttermilk

Phân loại sản phẩm sữa lên men

Các sản phẩm sữa lên men có thể được phân loại dựa theo cấu trúc, chủng vi sinh, kỹ thuật sản xuất hoặc đặc tính cảm quan. Trong công nghiệp thực phẩm, ba nhóm phân loại chính là:

1. Theo trạng thái vật lý: gồm sữa chua đặc (set yogurt), sữa chua khuấy (stirred yogurt), sữa chua uống (drinkable yogurt), kefir và dạng kem/sệt.
2. Theo vi sinh vật lên men: phân biệt giữa sản phẩm lên men thuần túy bởi vi khuẩn axit lactic và sản phẩm lên men hỗn hợp có thêm nấm men.
3. Theo mục đích sử dụng: gồm sữa lên men truyền thống và sữa lên men chức năng (có bổ sung probiotic, prebiotic, vitamin, hoặc chất xơ hòa tan).

Sản phẩm tiêu biểu của từng nhóm như sau:

Loại sản phẩm	Đặc điểm chính	Ví dụ thương mại
Sữa chua đặc	Đông kết trực tiếp trong bao bì	Vinamilk ProBeauty, TH True Yogurt
Sữa chua khuấy	Lên men số lượng lớn, sau đó khuấy và đóng gói	Yomost, Nestlé LC1
Kefir	Lên men hỗn hợp bởi nấm men và vi khuẩn	LifeWay, Biokefir

Thông tin chi tiết hơn về phân loại có thể xem tại tài liệu FAO: Milk Processing Guide.

Giá trị dinh dưỡng và lợi ích sức khỏe

Sản phẩm sữa lên men giữ lại đầy đủ thành phần dinh dưỡng của sữa tươi như protein, canxi, kali, vitamin B2, B12, đồng thời còn có thêm lợi khuẩn sống (probiotic) giúp hỗ trợ tiêu hóa. Axit lactic tạo ra trong quá trình lên men giúp giảm độ pH dạ dày và ức chế vi khuẩn gây bệnh.

Đối với người không dung nạp lactose, sữa lên men là lựa chọn lý tưởng vì vi khuẩn đã phân giải phần lớn lactose thành axit lactic, giúp giảm thiểu triệu chứng đầy bụng, tiêu chảy. Ngoài ra, một số nghiên cứu lâm sàng cho thấy sữa chua có thể cải thiện phản ứng miễn dịch, giảm mức cholesterol LDL và ổn định đường huyết.

Các lợi ích chính được công nhận bao gồm:

• Hỗ trợ hệ vi sinh vật đường ruột.
• Cải thiện hấp thu khoáng (đặc biệt là canxi và kẽm).
• Tăng cường miễn dịch thông qua sản sinh cytokine có lợi.
• Giảm nguy cơ mắc hội chứng ruột kích thích và viêm đại tràng.

Nghiên cứu từ NCBI (Marco et al., 2013) đã chứng minh các hiệu ứng tích cực của probiotic trong sản phẩm sữa lên men lên sức khỏe đường ruột và toàn cơ thể.

Các vi khuẩn sử dụng trong sữa lên men

Vi khuẩn axit lactic (LAB – Lactic Acid Bacteria) là nhóm sinh vật chính được sử dụng trong sản xuất sữa lên men. Những vi khuẩn này có khả năng lên men carbohydrate thành axit lactic, giúp bảo quản sản phẩm và tạo ra kết cấu, mùi vị đặc trưng. Ngoài ra, một số chủng còn mang đặc tính probiotic, đem lại lợi ích sức khỏe đáng kể.

Các chủng vi khuẩn phổ biến bao gồm:

• Streptococcus thermophilus: phát triển nhanh trong giai đoạn đầu, tạo điều kiện cho các chủng khác phát triển.
• Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus: sản xuất axit lactic mạnh, tạo hương thơm và đông tụ protein sữa.
• Bifidobacterium bifidum và Lactobacillus acidophilus: được bổ sung vào sản phẩm chức năng với vai trò probiotic.

Sự phối hợp giữa các chủng vi sinh này giúp tối ưu hóa quá trình lên men, cải thiện khả năng sinh trưởng, ức chế vi khuẩn gây hại và duy trì sự ổn định vi sinh trong suốt thời gian bảo quản. Ở sản phẩm kefir, sự xuất hiện của các loài nấm men như Saccharomyces kefir còn tạo thêm khí CO₂, ethanol và các hợp chất thơm, giúp kefir có vị đặc trưng và chứa men sống có lợi.

Vi sinh vật	Vai trò	Sản phẩm phổ biến
Streptococcus thermophilus	Bắt đầu quá trình lên men, giảm nhanh pH	Sữa chua, buttermilk
L. bulgaricus	Tạo mùi thơm đặc trưng và axit hóa môi trường	Sữa chua, sữa chua Hy Lạp
Bifidobacterium	Probiotic, cải thiện sức khỏe ruột	Sữa chua uống bổ sung men sống

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Chất lượng của sản phẩm sữa lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong suốt quá trình chế biến. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến cấu trúc, mùi vị, độ bền và hàm lượng vi sinh vật sống trong sản phẩm bao gồm:

• Nhiệt độ và thời gian lên men: thường nằm trong khoảng 42–45°C trong 4–6 giờ. Nếu nhiệt độ quá cao, vi khuẩn bị ức chế hoặc chết; nếu quá thấp, quá trình lên men chậm và không hoàn thiện.
• Chất lượng sữa đầu vào: độ tươi, độ béo và thành phần protein ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tạo gel và cảm quan.
• Tỷ lệ vi khuẩn cấy giống: cần được chuẩn hóa, tránh cấy quá ít (khó lên men) hoặc quá nhiều (gây chua gắt, mất cân bằng hệ vi sinh).

Việc đồng nhất sữa, chuẩn hóa độ khô và bổ sung chất ổn định như pectin, gelatin cũng giúp cải thiện độ sánh, hạn chế hiện tượng tách nước (syneresis) – một khuyết điểm phổ biến khi sữa lên men không đồng đều.

Ứng dụng công nghệ trong sản xuất sữa lên men

Trong sản xuất hiện đại, các hệ thống công nghệ cao được ứng dụng để kiểm soát chính xác quá trình lên men. Hệ thống bioreactor có khả năng điều chỉnh tự động nhiệt độ, pH, tốc độ khuấy và nồng độ oxy, đảm bảo vi sinh vật phát triển ổn định và đạt hiệu suất cao.

Các công nghệ tiên tiến đang được áp dụng gồm:

1. Đồng hóa cao áp (High Pressure Homogenization): giúp giảm kích thước hạt béo, tăng độ mịn và ổn định cho sữa chua uống.
2. Công nghệ lên men liên tục: rút ngắn thời gian sản xuất và tăng tính đồng nhất giữa các lô sản phẩm.
3. Vi nang hóa probiotic: bảo vệ lợi khuẩn khỏi điều kiện bất lợi trong quá trình bảo quản và tiêu hóa, tăng hiệu quả sinh học.

Ngoài ra, hệ thống cảm biến IoT và điều khiển tự động còn được sử dụng để theo dõi dữ liệu lên men theo thời gian thực. Thông tin chi tiết có thể tham khảo tại ScienceDirect (2018).

An toàn thực phẩm và bảo quản

Sản phẩm sữa lên men là môi trường giàu dinh dưỡng, thuận lợi cho sự phát triển của cả vi khuẩn có lợi lẫn hại. Do đó, việc đảm bảo vệ sinh trong chế biến, đóng gói và bảo quản là yếu tố then chốt để duy trì chất lượng và an toàn thực phẩm.

Các nguy cơ chính bao gồm:

• Nhiễm khuẩn chéo từ thiết bị hoặc nhân công không tuân thủ quy trình vệ sinh.
• Phát triển của vi sinh vật gây bệnh như Listeria monocytogenes, Salmonella nếu nhiệt độ bảo quản không đạt chuẩn.

Các biện pháp kiểm soát:

1. Tiệt trùng sữa ở 85–95°C trước khi cấy men.
2. Sử dụng bao bì kháng khuẩn và đóng gói trong điều kiện vô trùng.
3. Bảo quản sản phẩm ở 4–6°C liên tục, không để nhiệt độ dao động lớn.

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn như ISO 22000 và HACCP giúp doanh nghiệp duy trì an toàn thực phẩm và đáp ứng yêu cầu xuất khẩu quốc tế.

Xu hướng phát triển và nghiên cứu hiện nay

Ngành công nghiệp sữa lên men đang mở rộng mạnh mẽ với các hướng nghiên cứu mới nhằm tối ưu hóa hiệu quả sinh học và phù hợp hơn với người tiêu dùng hiện đại. Một trong những xu hướng nổi bật là phát triển sản phẩm từ sữa thực vật (plant-based), chẳng hạn như sữa chua đậu nành, hạnh nhân, yến mạch, hướng tới đối tượng thuần chay và người không dung nạp lactose.

Ngoài ra, các dòng sản phẩm bổ sung postbiotic (chất chuyển hóa của probiotic), peptide chức năng, hoặc chất xơ hòa tan đang được quan tâm vì tác dụng hỗ trợ miễn dịch và điều hòa chuyển hóa. Công nghệ chỉnh sửa gene vi sinh vật cũng đang được nghiên cứu để tạo ra chủng cấy có khả năng thích nghi tốt hơn và hiệu suất lên men cao hơn.

Xem thêm tại nghiên cứu Frontiers in Microbiology (2020).

Tài liệu tham khảo

1. FAO (Food and Agriculture Organization) – Milk and dairy products in human nutrition.
2. Marco et al. (2013), Health benefits of fermented foods, NCBI.
3. ScienceDirect (2018), Technological advances in dairy fermentation.
4. Frontiers in Microbiology (2020), Probiotics and postbiotics in dairy.
5. ISO 22000:2018 – Food safety management systems.
6. Nguyễn Văn Lân (2018), Công nghệ sữa và sản phẩm sữa lên men, NXB Khoa học và Kỹ thuật.