Báo cáo cuối kì CÔNG NGHỆ VI SINH SẢN XUẤT ACID LACTIC

Quá trình phân lập vi sinh vật ở dạng thuần khiết gồm các bước cơ bản sau: - Tạo ra các khuẩn lạc riêng rẽ từ một quần thể vi sinh vật trong thiên nhiên như đất, nước, không khí, những m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu về acid lactic

1.2 Tình hình sản xuất acid lactic

1.3 Ứng dụng của aicd lactic trong công nghệ thực phẩm

Chương 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC

2.1 Nguyên liệu

2.1.1 Giống

2.1.1.1 Đặc điểm

2.1.1.2 Sinh lí vi khuẩn lactic

2.1.1.3 Phân bố

2.1.1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn lactic

2.1.2 Cơ chế lên men lactic

2.1.2.1 Lên men lactic đồng hình (điển hình)

2.1.2.2 Lên men lactic dị hình (không điển hình)

2.1.2.3 Phân loại:

2.1.2.4 Vi khuẩn trong sản xuất acid lactic:

2.1.3 Chuẩn bị nguồn cơ chất

2.1.3.1 Mật rỉ:

2.1.3.2.Maltose

2.1.4 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy

2.1.5 Giữ giống

2.1.5.1Bảo quản trên môi trường thạch bằng, định kỳ kiểm tra cấy truyền .

2.1.5.2 Giữ giống trong cát hoặc trong đất sét vô trùng

2.1.5.3 Giữ giống bằng phương pháp lạnh đông

2.1.5.4 Giữ giống bằng phương pháp đông khô

2.1.6 các nguyên liệu phụ và chất hỗ trợ kỹ thuật

2.2 Quy trình sản xuất

2.2.1 sơ đồ qui trình

2

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

2.2.2.Thuyết minh quy trình: 13

2.2.2.1 Pha loãng: 13

2.2.2.2 Xử lý dịch pha loãng: 14

2.2.4Nhân giống : 14

2.2.5 Lên men: 15

2.2.6 Tạo lactate canxium 16

2.3 Thành tựu công nghệ 17

Tài liệu tham khảo : 19

Câu hỏi: Làm thế nào để có được chủng vi sinh vật có chất lượng cao ?

Để có được chủng vi sinh vật có chất lượng cao thì ta dùng phương pháp phân lập visinh vật

Nguyên tắc: tách rời các tế bào vi sinh vật, nuôi cấy các tế bào trên trong môi trườngdinh dưỡng đặc trưng để cho khuẩn lạc mọc riêng rẽ, cách biệt nhau Với hầu hết cácloại mẫu nghiên cứu

Quá trình phân lập vi sinh vật ở dạng thuần khiết gồm các bước cơ bản sau:

- Tạo ra các khuẩn lạc riêng rẽ từ một quần thể vi sinh vật trong thiên nhiên như đất, nước, không khí, những mẫu vật và sản phẩm khác…

- Phân lập vi sinh vật thuần khiết

- Kiểm tra độ thuần khiết

Tạo ra các khuẩn lạc riêng rẽ (từ quần thể vi sinh vật) trên các môi trường phân lập:Bước đầu là làm sao cho chúng mọc tách rời nhau Để đạt được mục đích này người taphải pha loãng mẫu cần phân lập Nếu mẫu ở trạng thái đặc phải đưa về dạng lỏngbằng cách:

+ Hòa tan mẫu trong nước cất vô trùng sau đó thực hiện như mẫu ở dạng lỏng

+ Tiếp tục pha loãng ở nồng độ cần thiết

+ Cấy mẫu trên môi trường đặc trưng của nó

SẢN XUẤT ACID LACTIC Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu về acid lactic

Định nghĩa: Acid lactic là hợp chất hữu cơ thu được bằng phương pháp lên men do

tác nhân lên men chủ yếu là vi sinh vật

Công thức cấu tạo:

- Cấu hình không gian: Acid lactic là hỗn hợp của 2 dạng đồng phân D-acid lactic và L-acid lactic

1.2 Tình hình sản xuất acid lactic

- Hiện nay công nghệ sản xuất acid lactic được phổ biến rộng rãi trong việc chếbiến sữa thành các loại sản phẩm như sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá trị dinhdưỡng, vừa có tính chất chữa bệnh đường ruột giúp ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa màcòn có tác dụng bảo quản lâu hơn sữa tươi

- Với quy mô gia đình: Sự lên men sữa chua có thể tiến hành theo kiểu dân gian(lên men tự nhiên – nhờ hệ vi khuẩn lactic có sẵn trong sữa), tuy nhiên kiểu này có

1TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

tính chất gia đình quy mô nhỏ vì trong giai đoạn đầu có vi khuẩn gây thối rữa hoạt động nên làm giảm phẩm chất sản phẩm, đôi khi dẫn đến hư hỏng sản phẩm.

- Với quy mô công nghiệp: sản xuất acid lactic với quy mô lớn và hiện đại, pháttriển nhiều sản phẩm đạt độ ổn định và chất lượng sản phẩm cao, hiện nay trong côngnghiệp người ta phải thanh trùng Pasteur sữa (thanh trùng nhiệt 80 ÷ 900C) để nguộiđến nhiệt độ phù hợp lên men, lúc đó mới cấy vi khuẩn lactic thuần khiết vào Các sảnphẩm sữa có sử dụng quá trình lên men lactic thông thường là: sữa chua đặcaxidophilin, yaourt, fomat, bơ… và sử dụng lên men hỗn hợp gồm lên men lactic vàlên men rượu như kephia, kumi…

1.3 Ứng dụng của aicd lactic trong công nghệ thực phẩm.

Các sản phẩm lên men từ sữa như: sữa chua, phomat, bơ, Các quá trìnhchuyển hóa trong sản xuất đều làm cho sản phẩm thêm giàu dinh dưỡng và tạo hương

- Sản xuất phomat: để sản xuất phomat người ta dùng enzyme đông kết thu cazein

trong sữa, sau đó tiếp tục cho lên men với nồng độ muối loãng Tuỳ loại phomat màtrong quá trình ủ chín người ta sử dụng các loài vi sinh vật khác nhau Các loại vi sinhvật thường được sử dụng để làm chín phomat là: vi khuẩn propionic, nấm mốc…

- Sản xuất dưa chua: Trong rau quả vi khuẩn sẽ phát triển tạo ra acid lactic và acid

acetic cùng với một số chất hữu cơ khác Các acid hữu cơ này làm giảm pH của dịchchống lại hiện tượng gây thối rau quả Bên cạnh đó làm tăng hương vị của khối ủ chuarau quả Vì vậy sản xuất sữa chua cũng như muối chua rau quả là quá trình vừa mang

ý nghĩa chế biến vừa mang ý nghĩa bảo quản

- Sản xuất tương: Trong sản xuất tương quá trình lên men lactic tạo pH thích hợp cho

sản phẩm và tăng hương vị cho sản phẩm

- Muối chua rau quả:

Muối chua rau quả nhằm hai mục đích cơ bản sau đây: bảo quản nguyên liệu vàlàm tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan của rau quả Nguyên tắc để muối chuarau quả là tạo điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hạn chế tác dụng của vi

Chương 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC 2.1 Nguyên liệu.

- Để sản xuất acid lactic cần phải có hai thành phần chính yếu là nguồn cơ chất và tác nhân lên men là vi khuẩn lactic

2.1.1 Giống

- Giới thiệu về vi khuẩn lactic: Năm 1872, nhà Hoá học Thụy Điển Karl W Scheelelần đầu tiên tách được acid lactic từ sữa bò lên men chua Năm 1857, Louis Pasteurchứng minh được rằng sự hình thành acid lactic trong quá trình lên men sữa chua c

ó liên quan đến một nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic Năm 1878,Joseph Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là Bacteriumlactis (hiện nay gọi là Streptococcus lactis) Từ đó đến nay các nhà hoá học liên tiếpphân lập được các loại vi khuẩn khác nhau

- Vi khuẩn lactic có tế bào dạng hình que và hình cầu, kích thước của chúng phụ thuộc vào môi trường và điều kiện nuôi cấy

(+), không tạo thành sắc tố, không khử nitrate thành nitrite, không xó hoạt tínhcatalaza

- Vi khuẩn lactic là thể kị khí, vi hiếu khí Trong điều kiện kị khí chúng sinhtrưởng và hoạt động mạnh, nhưng ở điều kiện hiếu khí chúng vẫn sống nhưng hoạtđộng kém

- Vi khuẩn lactic sinh sản bằng cách phân chia tế bào Với điều kiện thuận lợi thời gian thế hệ của chúng chỉ là 15 phút, không thuận lợi kéo dài đến 24 giờ

2.1.1.2 Sinh lí vi khuẩn lactic

- Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaceae Mặc dù nhóm vikhuẩn này không đồng nhất về mặt hình thái, gồm cả vi khuẩn dạng que ngắn, que dàilẫn các vi khuẩn hình cầu, song về mặt sinh lý chúng lại tương đối đồng nhất

- Khác với vi khuẩn đường ruột cũng sinh ra acid lactic, các vi khuẩn lactic lên men bắt buộc, chúng không chứa các cytochrom và enzyme catalase.

H2O2 và oxy để phát triển

- Trên bề mặt thực vật và xác thực vật đang bị phân giải hay có Lactobacillusplantanium, Lactobacillus delnikii, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis,Streptococcus lactis…Chúng còn được tìm thấy trên các loại rau quả, trái cây

- Trong ruột và các niêm dịch ở người và động vật có Lactobacillus acidophilus,Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus salivanius, Streptococcuspyogenes, Bifidobacterium, Pneumococcus

- Hoạt tính catalaza: vi khuẩn lactic sống ở điều kiện kị khí nên chúng không cóhoạt tính catalaza Song, những năm gần đây một số thông báo tìm thấy hoạt tínhenzyme này ở một số chủng vi khuẩn lactic ở dạng Pseudocatalaza

- Hoạt tính proteas: thấy ở cầu khuẩn, trực khuẩn và liên khuẩn(Streptobacterium), nhưng ở trực khuẩn thường có hoạt lực cao hơn, nhất là các chủngphân lập được từ ruột non của bê nghé Protease của vi khuẩn lactic gồm cảproteinase, peptinase

- Hoạt tính lipase của vi khuẩn lactic có ở nhiều chủng thuộc cầu khuẩn, trựckhuẩn Chế phẩm lipase thu nhận từ dịch chiết không có tế bào vi khuẩn dễ dàng phânhủy những triglycerit đơn giản

2.1.1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn lactic

nguồn đường mono- và disaccharide như glucose, lactose, sacarose, maltose và cácacid hữu cơ như acid citric, malic, pyruvic, fumaric, làm nguồn năng lượng và traođổi cấu trúc Khi không có mặt cơ chất nguồn cacbon vi khuẩn sẽ sử dụng nguồn nănglượng và vật liệu tế bào là các acid amine (acid glutamic, arginin, tirozin, ) và giảiphóng CO2

- Các vi khuẩn không sử dụng được nguồn cacbon là polysaccharide (ngoại trừ

một loài Lactobacillus delbrueckii).

- Nguồn vitamine: vi khuẩn lactic nói chung, đặc biệt là trực khuẩn rất cần

vitamine làm nguồn chất sinh trưởng

- Các chất nitơ: để phát triển và phục vụ các hoạt động sống các vi khuẩn lacticcũng cần các hợp chất vô cơ như: Cu, Fe, Na, P, I2, S, Mn, đặc biệt là Mn có tác dụngphòng chống tế bào bị tự phân.

- Oxy: vi khuẩn latic không có hệ enzyme xitochrom tham gia vào hô hấp, nhưngchúng lại thực hiện được hô hấp nhờ hoạt tính của một số hợp chất có mặt của hệflavoproteit

- Nhiệt độ: Topt = 25oC, đại bộ phận vi khuẩn lactic bị chết từ 45oC trở lên, riêng

loài Lactobacillus delbrueckii là loài chịu được nhiệt độ 50oC phát triển và hoạt độngmạnh mẽ

- pH môi trường: các chủng vi khuẩn lactic chịu được pH thấp khác nhau, đối với

vi khuẩn tách từ rượu vang có thể chịu được ph= 3 ÷ 3.5 hoặc thấp hơn, các chủngloại tách từ dưa, mắm chua chịu được pH= 3.7 trở lên,

2.1.2 Cơ chế lên men lactic

- Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành axit lactic nhờ vi sinh vật,điển hình là vi khuẩn lactic Lên men lactic là một trong những loại hình lên men pháttriển nhất trong thiên nhiên, có hai kiểu lên men lactic chính là lên men đồng hình vàlên men dị hình

2.1.2.1 Lên men lactic đồng hình (điển hình)

- Trong trường hợp này axit pyruvic được tạo thành theo sơ đồ Mayerhorf-Parnas (EMP), hydro được tách ra và chuyển tới pyruvat Sau đó axitpyruvic sẽ tạo thành axit lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase

Embden-Sơ đồ chu trình EMP

Lượng axit lactic tạo thành chiếm hơn 90% Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon

để tạo thành axit axetic, etanol, CO2 và axeton Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụthuộc vào sự có mặt của oxy

C 6 H 12 O enzyme 2CH 3 CHOHCOOH + 225Cal 2.1.2.2 Lên men lactic dị hình (không điển hình)

5TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ bản của sơ đồEmbden – Mayerhorf – Parnas (aldolase và triozophotphatizomerase) Nghĩa là quaglucose- 6 phosphat, 6- phosphoglucose và ribulose-5-phosphat Ribolu-5-phosphatdưới tác dụng của epimerase chuyển thành xilulose 5-photphat Xilulose-5-phosphat

sẽ được tạo thành theo con đường pento-photphat (PP) Dưới tác dụng của enzymepentozaphosphoxetolase bị phân hủy để tạo thành aldehyd phosphoglyxerinic vàacetyl phosphate

Phương trình tổng quát:

C 6 H 12 O 6 → CH 3 CHOHCOOH + CH 3 COOH + C 2 H 5 OH + COOH(CH 2 ) 2 COOH +

CO 2

Glucose axit lactic (40%) axit acetic etanol axit sucxinic

Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, vào môitrường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh, nói chung thì axit lactic thường chiếm40% lượng đường đã được phân hủy, axit sucxinic 20%, rượu etylic chiếm 10%, axitaxetic 10% và các loại khí gần 20%

2.1.2.3 Phân loại:

™ Phân loại theo Bergey:

Phân loại theo khả năng lên men

Bảng phân loại vi khuẩn lactic theo khả năng lên men

Cầu khuẩn Trực khuẩn

Lên men đồng hình: C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 CHOHCOOH

Streptococcus lactis Streptococcus faecalis Streptococcus salivarius Streptococcus pyogenes Streptococcus cremoris

Streptococcus thermophilus Streptococcus diacetilactis Pediococcus cerevisiae

Vi khuẩn ưa nhiệt

Lactobacillus lactis Lactobacillus helveticus Lactobacillus acidophilus Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus delbruckii

Vi khuẩn ưa ấm

Lactobacillus casei Lactobacillus plantarum

Thực tế, chỉ có nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình là có ý nghĩa về mặt công nghệ do nhóm này tạo nhiều acid lactic trong quá trình lên men

2.1.2.4 Vi khuẩn trong sản xuất acid lactic:

- Sản xuất công nghiệp acid lactic được bắt đầu từ cuối thế kỉ 19 Avery là ngườiđầu tiên tìm ra cách sản xuất acid lactic ở quy mô thương mại ở Littleton (Mỹ) vàonăm 1881, nhưng không thành công Nhà máy đầu tiên thực sự mang lại thành công

đã được Boehringer xây dựng vào năm 1895 ở Ingelheim thuộc nước Đức

- Tại nhà máy Ingelheim, Lactobacillus delbrueckii đã được sử dụng để sản xuất acid lactic Ngày nay ngoài Lactobacillus leichmanii và Lactobacillus bulgaricus, loài

vi khuẩn Lactobacillus delbruecki vẫn còn được sử dụng.

galactose và dextrin Chúng không có khả năng lên men được xylose, arabinose,rahamnose, lactose, raffinose, trehalose, inulin, mannital

là nó không lên men được lactose, vì vậy không được dùng trong công nghiệpsữa.Trong dịch nuôi cấy trực khuẩn này có thể tạo thành acid lactic với hiệu suấtchuyển hoá so với đường là 70%

Lactobacillus leichmannii:

7

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

- Trực khuẩn, gram (+), kích thước tế bào 0.6-2.0μm, trong thiên nhiên chúng có khả năng tạo thành chuỗi ngắn.

saccharose, trehalose Chúng không lên men được lactose, arabinose, rahamnose,galactose, dextrin, inulin

- Nhiệt độ phát triển tối ưu là 360C

- Trong quá trình lên men chúng tạo ra L-acid lactic

lactose, vì vậy không được dùng trong công nghiệp sữa, nhưng dùng để sản xuất acidlactic

2.1.3 Chuẩn bị nguồn cơ chất

2.1.3.1 Mật rỉ:

™ Định nghĩa:

- Rỉ đường hay còn gọi là mật rỉ, là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đãtách phần đường kết tinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giốngmía, điều kiện trồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kĩ thuật chế biến của nhà máyđường

- Rỉ đường: ở các nhà máy đường sản xuất saccharose có một phụ phẩm với tỉ lệ khá lớn, đó là rỉ đường Đây là một loại nước cốt được tách ra sau khi kết tinh đường

(glucose và frutose); 3-5% đường không lên men được

Các chất màu của rỉ đường mía bao gồm:

+ Caramen: xuất hiện nhờ quá trình nhiệt phân saccharose kèm theo loại trừ nước và không chứa một chút nito nào

+Phức chất polyphenol-Fe2+: có màu vàng xanh

+Melanodin: đây là sản phẩm ngưng tụ của đường khử và acid amin mà chủ yếu là acid aspartic

8TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

+Melanin: được hình thành nhờ phản ứng oxy hóa khử các acidamin thơm nhờ xúc táccủa enzym polyphenol oxydaza khi có mặt của oxy và Cu+2.

Các acid amin thơm thường bị oxy hóa là tiroxin và brenzcatechin Các melaninthường bị loại hết ở giai đoạn làm sạch nước đường nên chỉ tìm thấy một lượng rấtnhỏ trong rỉ đường

+Humin: được trùng hợp từ 66 - 68 các đơn vị cấu tạo của acid amin

+Chất keo: chủ yếu là pectin, chất sáp và chất nhầy

Yêu cầu của rỉ đường làm nguyên liệu trong sản xuất acid lactic:

- Chất khô >= 75%

- Hàm lượng sacaroza: 50 - 51% lượng đường.pH = 6.5 - 8.5

- Hàm lượng N-chung không ít hơn 1.4 %

- Số lượng vi sinh vật không quá 15000 cfu/1g nguyên liệu

- Khi sử dụng rỉ đường, có thể dùng những con số sau để tính toán pha môi

trường(%)

- Sacaroza = 50 %

2.1.3.2.Maltose

disaccharide chứa 2 gốc α – glucopiranoza, hai gốc này liên kết với nhau nhờ cácnhóm OH ở vị trí C1 và C4. Maltose là sản phẩm khi amylase phá vỡ tinh bột Enzymenày được tìm thấy trong hạt giống nảy mầm như Barley hay các nguồn khác khi họphá vỡ cấu trúc tinh bột sử dụng cho thực phẩm

- Sucrose là một phân tử phức tạp với nhiều stereocenters và rất nhiều dạng phảnứng hoặc có thể được phản ứng mặc dù phân tử tồn tại như là một đồng phân duynhất