Công nghệ sản xuất Acid Lactic pot

Tình hình sản xuất acid latic: Hiện nay công nghệ sản xuất acid lactic được phổ biến rộng rãi trong việc chế biến sữa thành các loại sản phẩm như sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá t

Trang 1

Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 1

Mục Lục:

Chương 1: Mở đầu trang 1

1.1.Giới thiệu về acid lactic trang1

1.2 Tình hình sản xuất acid lactic trang 3

1.3 Ứng dụng của acid lactic trong CNTP trang 4

Chương 2:Công nghệ sản xuất acid lactic trang8

2.1 Nguyên liệu trang 8

2.1.1 Giống vi sinh vật trang 8 2.1.2 Cơ chế lên men trang 12 2.1.3 Chuẩn bị nguồn cơ chất trang 17 2.1.4 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy trang 22 2.1.5 Giữ giống trang 23 2.2 Quy trình sản xuất trang 26

2.2.1 Sơ đồ quy trình trang 26 2.2.2 Thuyết minh quy trình trang 28 2.3 Sản phẩm trang 41

2.4 Các vấn đề tồn tại trang 42

2.5 Thành tựu công nghệ trang 43

2.6 Hướng phát triển trang 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO trang 49

Trang 2

Acid lactic còn có tên gọi khác là 1- hydroxyethanol cacbonxylic hay acid 2-

hydroxypropanoic Trong cấu tạo phân tử của chúng có một cacbon bất đối xứng nên chúng có

hai đồng phân quang học: D –acid lactic và L- acid lactic Hai đồng phân quang học này có tính

chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau khả năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, một

sang phải và một sang trái Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác nhau

Cấu hình không gian:

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

D-acid lactic L-acid lactic

Trang 3

Nếu D-acid lactic và L-acid lactic có trong một hỗn hợp theo tỉ lệ 50:50 người ta gọi là hỗn hợp

raxemic Hỗn hợp này được kí hiệu là DL-acid lactic.Trong quá trình lên men không có một

hỗn hợp lý tưởng này mà chỉ có được khi tiến hành tổng hợp hữu cơ

 Tính chất:

DL acid lactic là dịch lỏng dạng tinh thể, tan trong H2O, cồn, không tan trong CHCl3, nhiệt độ

nóng chảy 16,8oC, nhiệt độ sôi 122oC

Acid lactic có khối lượng phân tử là 98,08 là chất hữu cơ không màu, mùi nhẹ.Acid lactic là

một chất có độ hút ẩm cao là chất lỏng sánh đặc có sẵn trên thị trường ở những dạng khác nhau

về chất lượng; và phụ thuộc vào độ tinh sạch có nhiều tiêu chuẩn khác nhau: acid lactic kỹ

thuật, thực phẩm, dược phẩm và acid lactic plastic

Ở dạng đồng phần D-acid lactic hoặc L-acid lactic lần lượt có nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ

sôi là 28 và 103 (oC)

Một tiêu chuẩn chất lượng quan trọng của acid lactic tinh sạch cao là sự bền nhiệt, ví dụ: không

màu tạo thành khi làm nóng dung dịch 80% acid lactic đến 180oC

1.2 Tình hình sản xuất acid latic:

Hiện nay công nghệ sản xuất acid lactic được phổ biến rộng rãi trong việc chế biến sữa thành

các loại sản phẩm như sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá trị dinh dưỡng, vừa có tính chất

chữa bệnh đường ruột giúp ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa mà còn có tác dụng bảo quản lâu hơn

sữa tươi

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật trong điều kiện

yếm khí Sự lên men lactic đã được biết và ứng dụng từ lâu đời trong dân gian như lên men

chua rau quả, làm sữa chua, sữa đông

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 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, phát triển nhiều sản

phẩm đạt độ ổn định và chất lượng sản phẩm cao, hiện nay trong công nghiệp người ta phải

Trang 4

thanh trùng Pasteur sữa (thanh trùng nhiệt 80 ÷ 900C) để nguội đến nhiệt độ phù hợp lên men,

lúc đó mới cấy vi khuẩn lactic thuần khiết vào

Các sản phẩm sữa có sử dụng quá trình lên men lactic thông thường là: sữa chua đặc

axidophilin, yaourt, fomat, bơ… và sử dụng lên men hỗn hợp gồm lên men lactic và lên men

rượu như kephia, kumi…

1.3 Ứng dụng của acid lactic trong công nghệ thực phẩm:

Sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa:

Các sản phẩm lên men từ sữa như: sữa chua, phomat, bơ, Các quá trình chuyển hóa

trong sản xuất đều làm cho sản phẩm thêm giàu dinh dưỡng và tạo hương vị đặc trưng cho sản

phẩm

Lên men sữa chua:

Lên men sữa chua làm tăng giá trị dinh dưỡng có tác dụng trị bệnh đường ruột giúp

ăn ngon dễ tiêu hóa bảo quản sữa tươi lâu hơn khỏi bị hư hỏng

Sữa tươi sữa chua sau khi lên men

Nguyên tắc làm sữa chua là do sự phát triển của vi khuẩn lactic làm pH giảm mạnh,

cazein trong sữa bị đông tụ Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt và có mùi vị thơm

ngon Quá trình làm sữa chua người ta phải sử dụng hai chủng vi khuẩn lactic đồng hình và dị

hình Vi khuẩn lactic đồng hình lên men nhanh làm giảm pH, vi khuẩn lactic dị hình lên men

chậm và tạo thành mùi thơm đặc trưng của sữa chua

Trang 5

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 mà trong quá trình ủ

chín người ta sử dụng các loài vi sinh vật khác nhau Các loại vi sinh vật 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 dịch chống lại hiện tượng gây thối rau

quả Bên cạnh đó làm tăng hương vị của khối ủ chua rau quả

Rau quả muối chua

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

Trang 6

 Muối chua rau quả

Muối chua rau quả nhằm hai mục đích cơ bản sau đây: bảo quản nguyên liệu và làm

tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan của rau quả Nguyên tắc để muối chua rau quả là tạo

điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hạn chế tác dụng của vi khuẩn gây thối rữa

Hiện nay có rất nhiều sản phẩm rau quả muối chua được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam

cũng như trên thế giới

Quá trình muối chua rau quả được tiến hành như sau:

- Lựa chọn rau quả

Thông thường muối chua rau quả người ta sử dụng 3% lượng muối so với rau quả Nếu

nồng độ muối thấp thì rau quả dễ bị thối Nếu nồng độ muối quá cao thì quá trình lên men

chậm, sự tạo thành axit lactic giảm Tác dụng của một số quá trình cơ bản trong muối chua rau

quả

- Quá trình phơi nắng: làm giảm lượng nước có trong nguyên liệu

- Cho thêm muối, đường: tạo áp suất thẩm thấu, làm nguyên liệu dễ nén chặt, không

bị nát và trở nên giòn Làm tăng nhanh quá trình lên men

Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men là 26 ÷ 35oC Tuy nhiên, ở nhiệt độ này vi

khuẩn butyric có thể phát triển mạnh nên trên thực tế người ta khống chế ở nhiệt độ trong

khoảng 20 ÷ 25oC Thông thường vi khuẩn lactic chịu được nhiệt độ thấp hơn so với vi khuẩn

khác, vì vậy trong muối chua cần tăng nhanh độ axit để loại trừ khả năng nhiễm của một số loài

vi sinh vật khác

Trang 7

 Ứng dụng trong sản xuất các loại sữa bột và bột giàu canxi:

Bổ sung Lactate calcium vào thành phần sữa bột dinh dưỡng, bánh ngọt, bánh nướng,…

Các loại sữa bột giàu canxi

Trang 8

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 Scheele lần đầu tiên tách được acid lactic

từ sữa bò lên men chua Năm 1857, Louis Pasteur chứng minh được rằng sự hình thành acid

lactic trong quá trình lên men sữa chua có 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

Bacterium lactis (hiện nay gọi là Streptococcus lactis) Từ đó đến nay các nhà hoá học liên tiếp

phân lập được các loại vi khuẩn khác nhau

2.1.1.1 Đặc điểm

Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ lactobacterium Đây là những trực khuẩn, cầu khuẩn

không tạo bào tử và hầu hết không di động, hô hấp tùy tiện Chúng có khả năng lên men nhiều

loại đường đơn và đường đôi nhưng không có khả năng lên men các loại glucid phứt tạp và tinh

bột Sự phát triển của nó cần có sự mặt của pepton, axit amin, hay muối amon Chúng có yêu

cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, axit amin và khoáng chất

Vi khuẩn lactic là tên gọi chung của những vi khuẩn có khả năng sinh ra acid lactic,

sản phẩm chính trong quá trình chuyển hoá carbonhydrate Chúng được xếp vào họ

Lactobacteriaccae , có thể là cầu khuẩn (lưỡng cầu, tứ cầu, liên cầu…), trực khuẩn ngắn hoặc

dài đứng đơn độc thành chuỗi nhưng đều là vi khuẩn gram dương, không tạo bào tử (tuy nhiên

hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ vi khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử) và hầu

hết không chuyển động Chúng không chứa cytochrom và enzyme catalase nhưng vì có khả

năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh và chính enzyme này đã phân giải H2O2 tạo

thảnh H2O và O2 nên chúng có thể sống trong điều kiện có oxy không khí Vì vậy vi khuẩn

lactic được gọi là vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện

Vi khuẩn lactic thu nhận năng lượng nhờ chuyển hoá đường thành acid lactic, ngoài

sản phẩm chính là acid lactic, quá trình lên men đường còn cho nhiều sản phẩm đường khác

Trang 9

như: etanol, acid axetic, CO2 …Chính vì vậy nhóm vi khuẩn lactic là nhóm vi sinh vật có ý

nghĩa rất quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, y học,

sản xuất acid lactic và cả lactate nữa

- 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

+ Dạng hình que có thể là ngắn gần như hình cầu, chiều dài khoảng 0.5 – 0.7µm và mọc thành

sợi dài, đôi khi tới 8µm Chúng đứng riêng rẽ, kết đôi hoặc kết thành chuỗi

+ Dạng hình cầu còn có dạng ovan, đường kính 0.5 ÷ 0.6 tới 1µm, đứng riêng lẻ hoặc kết đôi

hay kết chuỗi Chuỗi có chiều dài khác nhau

Thành phần môi trường có ảnh hưởng đến hình dạng tế bào Trong môi trường có

hàm lượng rượu cao sẽ làm cho tế bào dài ra Rượu etylic còn có tác dụng kìm hãm sự phân

chia tế bào mạnh hơn so với sinh trưởng của vi khuẩn

- Các tế bào vi khuẩn lactic không chuyển động, không tạo thành bào tử, gram (+), không tạo

thành sắc tố, không khử nitrate thành nitrite, không xó hoạt tính catalaza

- Vi khuẩn lactic là thể kị khí, vi hiếu khí Trong điều kiện kị khí chúng sinh trưởng và hoạt

động mạnh, nhưng ở điều kiện hiếu khí chúng vẫn sống nhưng hoạt động 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 lý vi khuẩn lactic

Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaceae Mặc dù nhóm vi khuẩn

này không đồng nhất về mặt hình thái, gồm cả vi khuẩn dạng que ngắn, que dài lẫn các vi khuẩn

hình cầu, song về mặt sinh lý chúng lại tương đối đồng nhất

- Là vi khuẩn Gram dương

- Là vi sinh vật vi hiếu khí

- Không tạo bào tử (tuy nhiên hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ lactic có khả

năng tạo bào tử)

- Hầu hết không di động

- Thu nhận năng lượng nhờ phân giải hydratcacbon và tiết ra acid lactic

Trang 10

- 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

- Có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh Chúng phân giải H2O2 và oxy để

phát triển

2.1.1.3 Phân bố:

Vi khuẩn lactic thường ít gặp trong đất và trong nước, chúng thường phát triển trên những môi

trường có chứa nhiều chất hữu cơ phức tạp như :

- Trong sữa và các sản phẩm từ sữa thường gặp Lactobacillus lactis, Lactobacillus

bulgarius, Lactobacillus helviticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus ferment, Lactobacillus

brevis, Streptococcus diacetyllactis Để tồn tại trong môi trường sữa vi khuẩn lactic tổng hợp

ATP từ cơ chất lactose

- Trên bề mặt thực vật và xác thực vật đang bị phân giải hay có Lactobacillus

plantanium, 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, Streptococcus pyogenes,

Bifidobacterium, Pneumococcus

- Hoạt tính catalaza: vi khuẩn lactic sống ở điều kiện kị khí nên chúng không có hoạt tính

catalaza Song, những năm gần đây một số thông báo tìm thấy hoạt tính enzyme này ở một số

chủng vi khuẩn lactic ở dạng Pseudocatalaza Pseudocatalaza thấy ở một số loài thuộc các

giống Leuconostoc và lactobacillus

- 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 chủng phân lập được từ ruột non của bê

nghé Protease của vi khuẩn lactic gồm cả proteinase, peptinase

- Hoạt tính lipase của vi khuẩn lactic có ở nhiều chủng thuộc cầu khuẩn, trực khuẩn Chế

phẩm lipase thu nhận từ dịch chiết không có tế bào vi khuẩn dễ dàng phân hủy những triglycerit

đơn giản

Trang 11

Hoạt tính hóa sinh của vi khuẩn lactic phụ thuộc vào đặc điểm sản phẩm lên men các loại

đường C6 – đường đơn – hexose (glucose, fructose, mannose, galactose), đường kép –

disaccharide (lactose, maltose, sacarose) và polysaccharide (dextrin, tinh bột)

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

- Dinh dưỡng cacbon: vi khuẩn lactic sử dụng nguồn năng lượng chính từ các nguồn đường

mono- và disaccharide như glucose, lactose, sacarose, maltose và các acid hữu cơ như acid

citric, malic, pyruvic, fumaric, làm nguồn năng lượng và trao đổi cấu trúc Khi không có mặt

cơ chất nguồn cacbon vi khuẩn sẽ sử dụng nguồn năng lượng và vật liệu tế bào là các acid

amine (acid glutamic, arginin, tirozin, ) và giải phóng CO2 Các vi khuẩn không sử dụng được

nguồn cacbon là polysaccharide (ngoại trừ một loài Lactobacillus delbrueckii)

- Dinh dưỡng nitơ: theo nhu cầu nguồn dinh dưỡng nitơ vi khuẩn lactic có thể chia thành 3

nhóm

+ Các phức hợp acid amine (nhóm vi khuẩn lactic chịu nhiệt Thermobacterium)

+ Phát triển trên môi trường có sixtein và muối amoni (nhóm Streptobacterium)

+ Phát triển trên môi trường có nguồn nitơ duy nhất là muối amoni (nhóm

Streptococcus)

Do phần lớn vi khuẩn lactic không có khả năng tổng hợp được các dạng nitơ hữu cơ

phức tạp, vì vậy chúng cần hỗn hợp các acid amine, dịch thủy phân protein từ cazein, bột đậu

tương, khô lạc, làm nguồn pepton, peptid và những hợp chất acid amine khác nhau có trong

môi trường

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

nguồn chất sinh trưởng

Người ta xác định được rằng: yêu cầu về vitamine riêng biệt của vi khuẩn lactic có thể

thay đổi khi trong môi trường có các acid amine hoặc acid béo và dezoxyribozit khác nhau

Kiềm purin cũng ảnh hưởng tới nhu cầu của vi khuẩn về acid n-aminobenzoic, nhu cầu về acid

folic giảm nhiều nếu như môi trường có chứa tất cả các acid amine đã biết, timin hoặc timidin,

kiềm purin được tổng hợp nhờ vi khuẩn trong sự tham gia của acid folic

Trang 12

- Các chất nitơ: để phát triển và phục vụ các hoạt động sống các vi khuẩn lactic cũng cần

các hợp chất vô cơ như: Cu, Fe, Na, P, I2, S, Mn, đặc biệt là Mn có tác dụng phòng chống tế bào

bị tự phân

Vi khuẩn làm giảm độ acid có trong môi trường cần có phức hợp các chất khoáng Cầu

khuẩn lên men lactic dị hình không phát triển được ở môi trường đã làm sạch các chất khoáng

nhờ trao đổi ion Khi vi khuẩn đã kém hoạt lực có thể cho chúng hoạt hóa ở môi trường đã được

bổ sung những ion K+ cùng Mg2+ hoặc Mn2+

- Oxy: vi khuẩn latic không có hệ enzyme xitochrom tham gia vào hô hấp, nhưng chúng

lại thực hiện được hô hấp nhờ hoạt tính của một số hợp chất có mặt của hệ flavoproteit

Quan hệ giữa các loài vi khuẩn với oxy ở mức độ hiếu khí của môi trường khác nhau là

khác nhau Trong điều kiện kị khí nghiêm ngặt chỉ làm cho trực khuẩn lên men dị hình chậm

phát triển khi ban đầu, còn đối với trực khuẩn lên men đồng hình sinh trưởng bị giảm 10%, lên

men giảm 23% Các loài lên men dị hình sinh trưởng tốt nhất ở điều kiện kị khí, các loài không

sử dụng pentose thì phát triển kém trong điều kiện này

- 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 động mạnh 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 chủng loại tách từ dưa, mắm

chua chịu được pH= 3.7 trở lên,

Các cầu khuẩn lên men dị hình chịu được acid nhiều nhất, ít hơn là các trực khuẩn lên

men dị hình Các trực khuẩn lên men đồng hình chiếm vị trí trung gian

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 phát triển nhất

trong thiên nhiên, có hai kiểu lên men lactic chính là lên men đồng hình và lên 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

Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP), hydro được tách ra và chuyển tới pyruvat Sau đó axit pyruvic sẽ tạo thành axit

lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase

Trang 13

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 phụ thuộc vào

sự có mặt của oxy

C 6 H 12 O 6 enzyme 2CH 3 CHOHCOOH + 225Cal

2.1.2.2 Lên men lactic dị hình (không điển hình)

Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ bản của sơ đồ

Embden – Mayerhorf – Parnas (aldolase và triozophotphatizomerase) Nghĩa là qua glucose- 6

phosphat, 6- phosphoglucose và ribulose-5-phosphat Ribolu-5-phosphat dưới 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 enzyme pentozaphosphoxetolase bị phân hủy để

tạo thành aldehyd phosphoglyxerinic và acetyl phosphate

Trong trường hợp này chỉ có 50% lượng đường tạo thành axit lactic, ngoài ra còn có

các sản phẩm phụ khác như: axic axetic, etanol, CO2 Dưới tác dụng của axetatkinase (có

phosphoril hóa ADP) sẽ tạo thành axetat (hoặc bị khử thành axetaldehyd rồi thành rượu etanol),

còn aldehyd phosphoglyxerinic theo con đường thông thường của sơ đồ Embden-Meyerhorf

Các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm

 Phương trình tổng quát:

Trang 14

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 môi trường dinh

dưỡng và điều kiện ngoại cảnh, nói chung thì axit lactic thường chiếm 40% lượng đường đã

được phân hủy, axit sucxinic 20%, rượu etylic chiếm 10%, axit axetic 10% và các loại khí gần

20%

2.1.2.3 Phân loại:

Phân loại theo Bergey:

Trang 15

Phân loại theo khả năng lên men:

Bảng phân loại vi khuẩn lactic theo khả năng lên men

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

Vi khuẩn ưa nhiệt

Lactobacillus lactis Lactobacillus helveticus Lactobacillus acidophilus Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus delbruckii

Streptococcus lactis Streptococcus faecalis Streptococcus salivarius Streptococcus pyogenes Streptococcus cremoris Streptococcus thermophilus Streptococcus diacetilactis Pediococcus cerevisiae

Vi khuẩn ưa ấm

Lactobacillus casei Lactobacillus plantarum Lactobacillus inulinus

Lên men dị hình

C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 CHOHCOOH + CH 3 CH 2 OH + CO 2 + CH 3 COOH

Leuconostoc mesenteroides (Betacoccus)

Leuconostoc citrovorum

Lactobacillus brevis Lactobacillus viridescens Lactobacillus fermenti

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 người đầu tiên

tìm ra cách sản xuất acid lactic ở quy mô thương mại ở Littleton (Mỹ) vào năm 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

Trang 16

Với mỗi loại vi khuẩn có những khả năng lên men các loại đường khác nhau nên tùy

thuộc vào nguồn nguyên liệu sẽ chọn giống vi khuẩn dùng vào sản xuất cho thích hợp Nếu

nguyên liệu là huyết thanh sữa thì chọn các chủng Streptococcus lactis, Lactobacillus

bulgaricus Trong quá trình lên men với nguyên liệu chứa tinh bột và rỉ đường, người ta dùng

giống vi khuẩn lactic ưa nhiệt Lactobacillus delbrueckii Tóm lại trong công nghiệp sản xuất

acid lactic, người ta thường sử dụng các loài vi khuẩn lactic điển hình Sau đây là đặc điểm của

một số loài vi khuẩn lactic thường được sử dụng trong sản xuất acid lactic từ nguyên liệu chứa

đường:

 Lactobacillus delbrueckii:

- Là trực khuẩn dài, không di động, gram (+), kích thước: rộng 0.5-0.8μm, dài 2.0-9.0

μm

- Khoảng nhiệt độ phát triển của nó là: tmax=550C, tmin=180C và topt=45-500C

- Chúng lên men được các loại đường glucose, fructose, maltose, saccharose,

galactose và dextrin Chúng không có khả năng lên men được xylose, arabinose, rahamnose,

lactose, raffinose, trehalose, inulin, mannital

- Điều khác nhau cơ bản của Lactobacillus delbrueckii với các vi khuẩn khác là nó

không lên men được lactose, vì vậy không được dùng trong công nghiệp sữa Nhưng nó lại lên

men mạnh các đường glucose, maltose, saccharose nên được dùng trong sản xuất acid lactic

Tích tụ được 2.2% acid lactic trong môi trường

- Trong dịch nuôi cấy trực khuẩn này có thể tạo thành acid lactic với hiệu suất chuyển

hoá so với đường là 70%

- Trực khuẩn này thường gặp ở các loại hạt cốc, đặc biệt là đại mạch

 Lactobacillus leichmannii:

- Trực khuẩn, gram (+), kích thước tế bào 0.6-2.0μm, trong thiên nhiên chúng có

khả năng tạo thành chuỗi ngắn

- Có khả năng lên men một số loại đường như glucose, fructose, maltose,

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

- Chúng không có khả năng tạo nitrit từ nitrate Nó không lên men được lactose, vì

vậy không được dùng trong công nghiệp sữa, nhưng dùng để sản xuất acid lactic

Trang 17

trong phạm vi bài báo cáo này ta chọn loài Lactobacillus delbrueckii để thực hiện quá

trình lêm men tổng hợp acid lactic

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 đã tách phần

đường kết tinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng

trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kĩ thuật chế biến của nhà máy đường

 Phân loại:

Trong công nghiệp đường thường thu được mật rỉ là dịch đường sau khi đã kết tinh Các

loại mật rỉ gồm có:

- Mật rỉ hydrol: dịch thu được sau khi kết tinh glucose ở các xí nghiệp thủy phân bột bằng

acid để sản xuất glucose Trong hydrol có tới 40 - 50% glucose và có một hàm lượng đáng kể

NaCl

- 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 Có hai loại rỉ

đường là rỉ đường củ cải và rỉ đường mía (tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu của nhà máy

đường) Cả hai loại rỉ này đều có màu nâu sẩm do được nấu và cô nhiều lần nên có nhiều

caramen và melanoid tạo thành

 Thành phần hóa học:

Thành phần chính trong rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước 20%

Nước trong rỉ đường gồm phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng thái liên kết

dưới dạng hydrat

Đường trong rỉ đường bao gồm: 25-40% saccharose; 15-25% đường khử (glucose và

frutose); 3-5% đường không lên men được Ở đây do nhiều lần pha loãng và cô đặc, một lượng

nhất định saccharose bị biến thành hợp chất tương tự dextrin do tác dụng của nhiệt Chất này có

tính khử nhưng không lên men được và không có khả năng kết tinh Đường nghịch đảo của rỉ

đường bắt nguồn từ mía và sự thủy phân saccharose trong quá trình chế biến đường Tốc độ

Trang 18

phân giải tăng lên theo chiều tăng của nhiệt độ và độ giảm hay tăng của pH tùy theo thủy phân

bằng acid hay kiềm

Các chất phi đường gồm có các chất hữu cơ và vô cơ Các chất hữu cơ chứa các acid

amin( trừ tiroxin và xistin) cùng một lượng rất nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó.Các

chất phi đường không chứa nitơ bao gồm pectin, araban, galactan hoặc các sản phẩm thủy phân

của chúng là arabinose và galactose, chất nhầy, chất màu và chất thơm Pectin bị kết tủa trong

quá trình chế biến đường nhưng các chất còn lại không kết tủa và gần như hoàn toàn đi vào rỉ

đường (1.22-1.56%)

đường

Saccharose 32 Chất hữu cơ phi đường 10

CaO 1.5 MgO 0.1

Trang 19

Biotin 0.15 Inozit 500.0

Trang 20

 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 Khi pH không đổi, tốc độ tạo chất caramen tỷ lệ thuận với

nhiệt độ phản ứng

+ 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 Sản phẩm ngưng tụ quen biết nhất là acid fuscazinic đóng vai trò quan trọng làm

tăng độ màu của rỉ đường

+Melanin: được hình thành nhờ phản ứng oxy hóa khử các acidamin thơm nhờ xúc tác

của enzym polyphenol oxydaza khi có mặt của oxy và Cu+2

Các acid amin thơm thường bị oxy hóa là tiroxin và brenzcatechin Các melanin thường bị

loại hết ở giai đoạn làm sạch nước đường nên chỉ tìm thấy một lượng rất nhỏ 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 Các chất này ảnh hưởng rất nhiều

đến sự phát triển của vi sinh vật tạo thành màng bao bọc quanh tế bào, ngăn cản quá trình

hấp thụ các chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất của tế bào ra ngoài Ngoài ra

keo là nguyên nhân chính tạo ra một lượng bọt lớn trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật,

giảm hiệu suất sử dụng thiết bị

 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 %

- Đường khử 6-9 %

Trang 21

¾ Cần bổ sung thêm :

- Nguồn N là ure hoặc amoni sulfat

- Nguồn P là supephosphat (khoảng 1 % so với rỉ đường)

Rỉ đường trước khi đem sử dụng cần phải được xử lý: pha loãng với nước theo tỷ lệ 1:1, acid hóa bằng H2SO4 tới pH=2.8-3.0 và gia nhiệt trong vài giờ Nhiệt

độ thấp nhất là 75o C, nếu kết hợp khuấy thì càng tốt (đẩy SO2 ra khỏi rỉ đường)

2.1.3.2 Maltose

Maltose, hoặc đường mạch nha, từ chữ latinh mạch nha là maltum, là một disaccharide

chứa 2 gốc α – glucopiranoza, hai gốc này liên kết với nhau nhờ các nhóm OH ở vị trí C1 và

C4 Maltose là sản phẩm khi amylase phá vỡ tinh bột Enzyme này được tìm thấy trong hạt

giống nảy mầm như Barley hay các nguồn khác khi họ phá vỡ cấu trúc tinh bột sử dụng cho

thực phẩm

Việc bổ sung các đơn vị glucose khác để sản xuất maltotriose; bổ sung thêm nữa sẽ sản

xuất dextrin (còn gọi là maltodextrins) và cuối cùng là tinh bột (glucose polymer)

Thủy phân maltose có thể được tạo thành hai phân tử glucose Trong các sinh vật sống, các

enzyme maltase có thể thủy phân rất nhanh chóng Trong phòng thí nghiệm, đốt nóng một acid

mạnh trong vài phút sẽ sản xuất cùng một kết quả Isomaltose là bị phá vỡ bởi isomaltase

Việc sản xuất maltose từ mầm ngũ cốc, như lúa mạch, là một phần quan trọng của

quá trình sản xuất bia Khi lúa mạch được ủ mạch, nồng độ của amylases maltose sản xuất đã

được tối đa Ngâm là quá trình mà các amylases chuyển đổi tinh bột của ngũ cốc thành

maltose Chuyển hóa bởi men maltose trong quá trình lên men sẽ sản xuất ra ethanol và khí

carbon dioxide

2.1.3.3 Sucrose

Sucrose là một phân tử phức tạp với nhiều stereocenters và rất nhiều dạng phản ứng

hoặc có thể được phản ứng mặc dù phân tử tồn tại như là một đồng phân duy nhất

Sucrose nóng chảy ở 186°C (367°F) để tạo thành caramel

Trang 22

Phương trình phản ứng này là kết quả của nhiệt thủy phân chia các glycosidic,

chuyển đổi sucrose thành glucose và fructose Nếu enzyme sucrase được bổ sung vào thì phản

ứng sẽ tiến xảy ra nhanh chóng Cũng có thể được tăng tốc nếu bổ sung các axít, như cream of

tartar hoặc nước chanh

Các sinh tổng hợp của các chất bằng đường sucrose tiền chất 1-phosphate và

fructose 6-phosphate Sucrose được hình thành bởi thực vật nhưng không phải bởi các sinh vật

khác Sucrose được tìm thấy tự nhiên trong nhiều thực phẩm thực vật cùng với fructose

monosaccharide Có nhiều trong các loại trái cây, chẳng hạn như dứa và quả mơ, sucrose là

đường chính Trong những quả khác, chẳng hạn như nho và lê, fructose là đường chính

2.1.3.4 Lactose

Lactose là một loại đường được tìm thấy nhiều nhất trong sữa Lactose chiếm khoảng

2-8% của sữa (tính theo trọng lượng), mặc dù số lượng khác nhau giữa các loài và cá thể Nó

được chiết xuất từ sữa chua hoặc ngọt Tên lacte, chữ Latin là tên cho sữa, cộng với OSE-kết

thúc được sử dụng để đặt tên đường Nó có công thức C12H22O11

Lactose là một disaccharide bao gồm các galactose và glucose liên kết thông qua một

liên kết glycosidic β-1 → 4 có tên là β-D-galactopyranosyl-(1 → 4)-D-glucose Các đường có

thể ở một trong hai dạng là α-pyranose hoặc pyranose, các galactose chỉ có thể có dạng

2.1.4 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy

- Tất cả vi khuẩn lactic đều có đặc điểm chung là:

+ Là những vi khuẩn gram dương, nói chung là bất động, không sinh bào tử

+ Khả năng tổng hợp nhiều hợp chất cần cho sự sống của những vi khuẩn này rất yếu

+ Chúng là những vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, là loại có khả năng lên men hiếu khí cũng như kỵ

khí

Trang 23

Môi trường MRS: (Môi trường dùng để nuôi cấy vi khuẩn lacti

2.1.5 Giữ giống

Trong sản suất, việc hoạt hoá giống và thường xuyên kiểm tra chất lượng của giống là hết

sức cần thiết và không thể thiếu Muốn làm khâu nầy tốt, cần phải làm các phần việc sau:

- Kiểm tra độ thuần khiết của giống;

- Kiểm tra khả năng hồi biến của giống Hầu hết chủng vi sinh vật (VSV) dùng trong sản xuất là

đột biến, do đó phải kiểm tra xem chúng có hồi trở lại giống gốc của chúng hay không, hiện

tượng này rất hay xảy ra

- Hoạt hóa giống sau một thời gian sử dụng Để hoạt hóa giống người ta thường sử dụng môi

trường nuôi cấy giàu các chất kích thích sinh trưởng như: cao nấm men, nước chiết cà chua, hỗn

hợp vitamin, axit béo

- Giữ giống bằng phương pháp thích hợp có thể duy trì được những hoạt tính ưu việt của chúng,

chống thoái hoá giống, mất hoạt tính

Casein peptone, tryptic digest 10g Cao thịt (Meat extract) 10g Cao nấm men (Yeast extract) 5g Glucose 20g

CH3CO2Na (Acetat Natrium) 5g (NH4)2 citrate (Citrat ammonium) 2g

Nước cất vừa đủ 1000ml Điều chỉnh sao cho pH khoảng 6.2 - 6.5

Trang 24

Hiện nay thường sử dụng 4 phương pháp chính để giữ giống VSV, tuỳ theo điều kiện

mà bạn có thể chọn phương pháp thích hợp

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

- Giống vi sinh vật được giữ trên môi trường thạch nghiêng (đối với các VSV hiếu khí),

hoặc chích sâu vào trong mội trường thạch (đối với VSV yếm khí) Các ống được bảo quản

trong tủ lạnh ở nhiệt độ 3-50C Định kỳ cấy truyền giống, tuỳ từng nhóm VSV khác nhau mà

định kỳ cấy truyền khác nhau, tuy nhiên giới hạn tối đa là 3 tháng;

- Để công tác giữ giống được tốt, lâu hơn và đỡ bị tạp hơn, người ta thường phủ lên môi

trường đã được cấy giống VSV một lớp dầu khoáng như parafin lỏng Lớp parafin nầy sẽ hạn

chế được sự tiếp xúc của VSV đối với oxi không khí và hạn chế sự thoát hơi nước của môi

trường thạch, do vậy giống có thể được bảo quản lâu hơn và ít bị nhiễm tạp, thối hóa

2.1.5.2 Giữ giống trong cát hoặc trong đất sét vô trùng

- Do cấu trúc lý hóa, cát và đất sét là những cơ chất tốt mang các tế bào VSV, chủ yếu là

nhóm VSV có bào tử Cách làm như sau: cát và đất được xử lý sạch, sàng lọc qua rây, xử lý pH

đạt trung tính, sấy khô và khử trùng Sau đó bằng thao tác vô trùng, trộn bào tử vào cơ chất cát

hoặc đất sét trong các ống nghiệm Dùng parafin nóng chảy phết lên nút bông của ống nghiệm

để giúp cho ống nghiệm không bị ẩm trở lại;

- Ngoài giữ giống trong cát và đất sét, người ta còn giữ trong hạt ngũ cốc hay trên

silicagen… Phương pháp bảo quản giống nầy chủ yếu cho nấm mốc và xạ khuẩn

2.1.5.3 Giữ giống bằng phương pháp lạnh đông

- Phương pháp nầy dựa trên nguyên tắc ức chế sự phát triển của VSV, đưa chúng vào điều

kiện lạnh sâu ở khoảng -250C đến -270C Người ta trộn VSV với dung dịch bảo vệ hay còn gọi

là dung dịch nhũ hoá như glycerin 15%, huyết thanh ngựa (loại không có chất bảo quản), dung

dịch glucozơ hoặc lactozơ 10% , việc làm lạnh được tiến hành một cách từ từ Khi nhiệt độ đạt

-200C, nếu tiếp tục làm lạnh thì phải ở tốc độ 1-20C/phút;

- Phương pháp nầy có ưu điểm là bảo quản được lâu

+ Giữ ở nhiệt độ từ -150C đến -200C thì 6 tháng cấy truyền lại 1 lần

+ Giữ ở nhiệt độ -300C thì 9 tháng cấy truyền lại 1 lần

+ Giữ ở nhiệt độ -400C thì 12 tháng cấy truyền lại 1 lần

Tiêu đề	Công nghệ sản xuất Acid Lactic
Người hướng dẫn	Ngô Lâm Tuấn Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
Chuyên ngành	Công nghệ
Thể loại	luận văn
Thành phố	Tp Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	745,11 KB

Công nghệ sản xuất Acid Lactic pot

Xử lý dịch pha loãng: