Quá trình sản xuất Acid lactic

Tác động của nhiều nguồn nitơ lên sự phát triển của tế bào và quá trình sản xuất axit lactic đã được nghiên cứu rất kỹ.. Muối khoáng và các nguyên tố vi lượng Nhu cầu về chất khóang của

BÁO CÁO MÔN VI SINH THỰC

PHẨM

•Sinh viên thực hiện:

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID

LACTIC

• Các loại vi sinh vật dùng để sản

xuất acid lactic

• Điều kiện ảnh hưởng quá trình

VI KHUẨN LACTIC

• Vi khuẩn lactic rất da dạng, được ứng dụng trong việc lên men thực phẩm, là nhóm vi khuẩn gram dương, không hô hấp, không có dạng bào tử, có dạng hình cầu hoặc hình que Trong đó, tất cả vi khuẩn hình que đều không di động và lấy carbohydrate làm nguồn năng lượng chính.

• Vi khuẩn lactic tiến hành phản ứng của nó, làm biến đổi carbohydrate thành acid lactic, CO2 và acid hữu

cơ khác mà không cần đến oxy, vì vậy chúng được xếp vào loại vi khuẩn vi hiếu khí.

• Sản phẩm chính mà vi khuẩn lactic tạo ra là acid lactic – sản phẩm cuối của quá trình lên men carbohydrate Môi trường acid này kiềm hãm sự phát triển của một số vi sinh vật có hại Chúng là nhóm vi khuẩn quan trọng nhất trong việc tạo hương vị cho thực phẩm lên men, làm nhiệm vụ lên men bột nhào chua, bia, tất cả men sữa, tinh bột sắn, …

• Lactobalicillus, Leuconostoc, Pediococcus và Streptococcus là những giống chính thuộc nhóm này

LACTOBALICILLUS

Lactobacillus casei Lactobacillus brevis

Lactococcus lactis Lactobacillus helveticus

• Lactobacilli là vi khuẩn gram dương và có

nhiều hình dạng từ dài, thon, hình que nhưng thông thường là hình cầu, chúng rất phổ biến và thường vô hại

• Sự biến dưỡng của chúng là quá trình lên

men, một số hiếu khí chịu dưỡng và sử dụng oxy nhờ enzyme flavoprotein oxidase, trong khi một số lại kị khí bắt buộc

• Bào tử của vi khuẩn Lactobacilli kị khí tùy

tiện, bộ phận còn lại thì lại kị khí bất buộc

• Sự phát triển thuận lợi nhất ở pH từ 5.5 ÷

5.8 và cấu tạo đòi hỏi nhu cầu về dinh dưỡng phức tạp như amino acids, peptides, nucleotide bases, vitamins, khoáng chất, acid béo, và carbohydrates

Lactobacilli này được chia làm 3 nhóm dựa trên mô hình lên men của chúng:

•Homofermentative: sản xuất ra hơn

80% acid lactic từ glucose

Lactobacilli tồn tại trong sữa làm trung gian cho

các quá trình sau:

• Sự phân giải protein: (proteolysis)

Protein được phân giải thành các tiểu phần dễ tiêu hóa hơn protease

Protein + H2O polypeptide

từ Lactobacilli

Các hoạt động của Lactobacilli trong ruột giúp protein dễ dàng được hấp thu, rất hữu ích cho trẻ em, những người dưỡng bệnh và người cao tuổi vì cơ quan tiêu hóa yếu.

• Sự phân giải lipid: (lipolysis)

Các acid béo phức tạp được phân giải thành các tiểu phân dễ dàng hấp thụ:

lipase

từ Lactobacilli

Triglyceride acid béo + glycerol

Quá trình này giúp ích cho sự giảm béo Nhiều nghiên cứu cho thấy Lactobacilli có thể phân giải cholesterol trong serum lipid Lactobacilli còn trợ giúp trong việc phá vỡ sự liên hợp của muối mật Những phát hiện trên có tầm quan trọng đáng kể trong việc khám và chữa bệnh.

Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm:

• Một vài loài Lactobalicillus được sử dụng

trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm như: yaourt, phomat, món dưa cải bắp (Đức), dưa chua, bia, rượu, kim chi, và những thức ăn lên men khác như thức ăn gia súc ủ xilo

• Tuy nhiên, có hai loại là L.casei và L.brevis

là một trong những vi sinh vật phổ biến làm hỏng bia.

Vấn đề gây sâu răng:

• một vài loài Lactobalicillus lại gây bệnh sâu

răng

• Trái lại, những sản phẩm chứa một loài có

tên là L anticavies lại chống bệnh sâu răng Một số sản phẩm khác chứa loài L brevis ở dạng viên thuốc hình thoi lại chữa được bệnh lở miệng.

LEUCONOSTOC

Leuconostoc mensenteroides

Leuconostoc citreum

Leuconostoc citreum

Leuconostoc lactis

• Leuconostoc là một giống vi khuẩn gram dương

thuộc họ Leuconostocaceae Hầu hết chúng có dạng chuỗi cầu Tất cả loài vi khuẩn thuộc giống này đều lên men dị dưỡng (heterofermentative)

và có thể sản xuất dextran từ đường saccharose Chúng thường có dạng nhớt Leuconostoc là loại vi khuẩn tồn ại nhiều trong

tự nhiên, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và lên men thực phẩm

• Leuconostoc là nguyên nhân gây ra mùi hôi khi

mới làm bột nhào chua Một vài loài có khả năng gây nhiễm trùng ở người.

• Leuconostoc mesenteroides là loài kị khí không

bắt buộc, đòi hỏi các yếu tố sinh trưởng phức tạp Chúng tồn tại trong thiên nhiên ở chủ yếu ở dạng hình tròn, tồn tại riêng rẽ hoặc từng cụm nhỏ, tuy nhiên hình dạng có thể thay đổi tùy theo điều kiện sinh trưởng, trong môi trường chứa nhiều glucose thì hình dạng có thể bị kéo dài ra hoặc biến thành hình que

Pediococcus halophilus Pediococcus pentosaceus

• Pediococcus là giống vi khuẩn gram dương

thuộc họ Lactobacillaceae, chúng thường xuất hiện ở dạng song cầu khuẩn hoặc dạng tứ cầu khuẩn được chia đối xứng qua một hoặc hai mặt phẳng Chúng hoàn toàn là loài homofermentative với đại diện là Pediococcus acidilactici, Pediococcus damnosus, Pediococcus dextrinicus, Pediococcus parvulus

và Pediococcus pentosaceu.

• Pediococcus thường được xem là một tác nhân

làm hư hỏng bia rượu, mặc dù sự có mặt của nó đôi khi tạo nên mùi vị lôi cuốn của nhiều loại bia vì Pediococcus tách diacetyl – chất mang lại hương vị của bơ hoặc hương vị kẹo bơ đường cho một vài loại rượu như Chardonnay

và nhiều loại bia.

• Loài Pediococcus thường được cấy truyền trong

ủ xilo.

STREPTOCOCCUS

Streptococcus thermophilus Streptococcus

Streptococcus Pyogenes Streptococcus pneumoniae

• Streptococcus là một giống vi khuẩn gram

dương hình cầu Những tế bào của nó được chia đối xứng qua một trục, vì vậy nó phát triển ở dạng song cầu khuẩn hoặc song cầu khuẩn Cấu tạo này hoàn toàn trái ngược với tụ cầu khuẩn (vì những tế bào tụ cầu khuẩn được chia theo nhiều trục phức tạp tạo thành hình dạng giống như chùm nho)

• Streptococcus được chia nhỏ thành Lactococcus,

Enterococcus, Vagococcus, dựa trên đặc tính sinh học cũng như cấu tạo phân tử.Trong quá khứ, người ta phân lọai Streptococcus bằng cách phân tích huyết thanh.

• Lactococci được ứng dụng nhiều trong công

nghệ sản xuất bơ sữa với lượng sử dụng hằng năm rất lớn Do sự ảnh hưởng to lớn của loài này đến công nghiệp, cả hai loài phụ của nó là lactis and cremoris cũng được sử dụng rộng rãi.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN MEN

LACTIC

Nguồn nitơ

Nguồn nitơ rất cần thiết cho quá trình lên men Tác động của nhiều nguồn nitơ lên sự phát triển của tế bào và quá trình sản xuất axit lactic đã được nghiên cứu rất kỹ Men chiết là nguồn nitơ hữu hiệu nhất ; càng nhiều men chiết thì tế bào càng phát triển mạnh

và năng suất sản xuất axit lactic càng cao Liều lượng men chiết và sự phát triển của tế bào có tỉ lệ với nhau

ở nòng độ của men chiết là 30g/L , và năng suất sản xuất axit lactic gần như có tương quan ở liều lượng men chiết là 25 g/L Tuy nhiên , việc tăng nhanh lượng men chiết gây ra sự hao phí của axit lactic trong quá trình sản xuất Do đó , người ta đã cố gắng tìm ra liều lượng men chiết tối ưu cho họat động của những mẻ liên tiếp với những tế bào được sử dụng lại Kết quả cho thấy khi sử dụng Enterococcus faecalis RKY1 thì chỉ 26% lượng men chiết cho 1 mẻ lên men truyền thống đã đủ để sản xuất 1 lượng axit lactic tương tự với nòng độ axit lactic trong sản phẩm là 92-94g/L và năng suất là 6.03-6.20 g/L.h

Nguồn glucid

Để duy trì dự sống , điều hòa các quá trình chuyển hóa trong

tế bào vi khuẩn lactic cần sử dụng nguồn glucid có trong môi trường làm nguồn carbon Nguồn gluxit quan trọng cung cấp cho vi khuẩn lactic là đường lactose Hầu hết các vi khuẩn

lactic đều có enzyme lactase nên thủy phân được lactose thành glucose và galactose.

được một số đường disaccharide như saccharose , maltose ,còn các polysaccharide như dextrin , tinh bột thì được chúng sử

dụng một cách chọn lọc Đối với quá trình lên men lactic đồng hình , vi khuẩn lactic có thể chuyển hóa khỏang 98 % gluxit có trong môi trường thành acid lactic

Vitamin nhóm B là loại nhân tố sinh trưởng đầu tiên phát hiện thấy ở vi sinh vật Ngoài nhu cầu về phần gluxit và azốt , vi khuẩn lactic cũng cần nhiều loại vitamin có mặt trong môi trường dinh dưỡng khỏang 5 -6 loại vitamin Đối với các vi sinh vật khác nhau như nấm men , vi khuẩn acetic , vi khuẩn propionic có thể tổng hợp vitamin cần thiết cho tế bào phát triển , còn vi khuẩn lactic không có khả năng đó Hàm lượng vitamin cần thiết đối với các vi khuẩn lactic có khác nhau , các cầu khuẩn lactic như Streptococcus lactis , Streptococcus cremoris , Streptococcus diacetylactis có nhu cầu về niacin , acid nicotinic và biotin nhưng không có nhu cầu về tianin , acid folic va B12

Muối khoáng và các nguyên tố vi

lượng

Nhu cầu về chất khóang của vi khuẩn lactic không lớn lắm , do vi khuẩn lactic chỉ phát triển trong môi trường tự nhiên nên chúng sử dụng các chất khoáng có mặt trong môi trường Trong các loại chất khóang phospho chiếm tỉ lệ cao nhất , P có mặt trong nhiều hợp chất quan trọng của tế bào như trong acid nucleic, phospholipid , ATP, ADP Với muối NaCl ở hàm lượng 6.5 % trong môi trường đã ức chế hầu hết các vi khuẩn lactic , phần lớn vi khuẩn lactic còn sử dụng Mg , Na ở dạng

dễ đồng hóa , Mg là chất họat hóa một số men như hexakinase , peptidase Ngoài các khóang ,

vi khuẩn lactic còn cần một số các nguyên tố vi lượng như Cu ( có trong lactase , oxydase ) , Zn (carboxianhydrase ) , Mn ,C , Fe ( phosphatase,aldolase .) Sự có mặt đầy đủ các chất khóang trong môi trường dinh dưỡng ít nhiều cũng giúp cho vi khuẩn lactic họat động tốt trong quá trình lên men latic.

pH môi trường

• pH môi trường có ảnh hưởng đến họat động phát

triển của vi sinh vật , sự có mặt của các ion H sẽ tác động lên tế bào vi sinh vật theo nhiều cách :

• Ảnh hưởng trực tiế làm bề mặt tế bào tích điện

khác nhau , làm cho hoạt độ của các loại enzyme thay đổi

• pH ảnh hưởng đến sự phân ly của các chất dinh

dưỡng có trong môi trường tác động đến quá

trình dinh dưỡng của tế bào.

• pH môi trường khác nhau còn làm độ phân tán

chất keo và độ xốp của thành tế bào không đều cho nên việc chống lại tác động bên ngoài khác nhau dẫn đến hình dạng tế bào thay đổi.

• Với vi khuẩn lactic thì các loại cầu khuẩn chịu pH

thấp kém hơn so với các loại trực khuẩn

• Vi khuẩn lactic thuộc về nhóm đặc biệt , chúng

phát triển tốt nhất khi nòng độ oxy thấp có trong môi trường và vì thế chúng được gọi là những vi sinh vật vi hiếu khí Do đó trong quá trình lên

men lactic, người ta cũng chú ý đến đặc điểm này của vi khuẩn lactic để thu sản phẩm đạt yêu cầu.

Nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến các phản ứng sinh hóa xảy ra trong tế bào vi sinh vật, tính chất phụ thuộc vào nhiệt độ đã chia vi sinh vật làm 3 nhóm:

• Các vi sinh vật ưa lạnh : nhiệt độ tối thiểu t min =

0 0 C , tối đa tmax = 20 – 30 0 C , tối ưu t op = 5 – 10 0 C.

• Các vi sinh vật ưa ấm : tmin = 3 0 C , tmax = 45 –

Các chất kháng sinh

Các chất kháng sinh có ảnh hưởng lớn đến vi khuẩn lactic Qua nghiên cứu người ta đã tìm ra nhiều loại chất kháng sinh khác nhau : penicilin, tirotrixin, gramixidin, actinomixin, actinomixetin, micromosponin, streptomicin Với penicilin một lượng rất nhỏ cũng đủ để ức chế nhiều loài vi khuẩn lactic , đặc biệt là streptomicin có tính kháng sinh rất mạnh làm ngăn cản hẳn sự phát triển của những loài vi khuẩn , streptomicin có tác dụng tiêu diệt không những vi khẩun gram dương mà còn cả vi khuẩn nhuộm gram âm Trong quá trình lên men lactic , nếu vì lí do nào đó hàm lượng chất kháng sinh tạo ra trong môi trường bởi nhiều vi khuẩn đủ lớn sẽ ảnh hưởng nhiều đến tốc độ của quá trình lên men, làm giảm hiệu suất lên men

Nồng độ acid

Acid lactic là sản phẩm chính của quá trình lên men lactic do họat động sống của vi khuẩn lactic tạo nên Vi khuẩn lactic là loại vi sinh vật phát triển rất mạnh, chịu được acid, tuy nhiên với lượng acid tích lũy trong môi trường ngày một nhiều sẽ dẫn đến chỗ tiêu diệt chúng, điều này có thể giải thích được sự thay đổi hình thái của vi khuẩn lactic khi ủ chua thức ăn hay muối chua rau quả Lượng acid lactic sinh ra tới một nòng độ nào đó sẽ

ức chế hòan toàn vi khuẩn lactic Đây chính là giới hạn độ acid, tùy loài vi khuẩn lactic mà

độ acid tới hạn cũng khác nhau

Vai trò của một số nguồn khác nhau đối với vi khuẩn lactic

• Protide: Protide là chất cơ sở của nguyên sinh chất Protide

trong sữa là nguồn nitơ rất cần thiết cho vi khuẩn lactic Sự tương tác giữa casein với vi khuẩn lactic trong sữa khi có mặt ion H trong môi trường làm tăng khả năng lên men lactic Ngoài ra, casein còn là chất đệm có tính trung hòa một lượng acid sinh ra trong quá trình lên men

• Pepton: Việc bổ sung pepton vào môi trường giúp cho sự phát

triển mạnh của vi khuẩn lactic làm tăng tốc độ lên men, nhưng cũng có một số vi khuẩn lactic vẫn phát triển kém ngay cả trong môi trường pepton Trong các môi trường tự nhiên , nguồn pepton thường không đủ để các vi khuẩn lactic phát triển ở mức độ mạnh nhất.

• Acid amin : Đây là nguồn được vi khuẩn lactic hấp thụ dễ dàng ,

khi nghiên cứu nhu cầu của các vi khuẩn này về các acid amin , các nhà khoa học nhận thấy rằng một số lớn các vi khuẩn lactic

để phát triển tốt nhất cần đến 16 loại acid amin Streptococcus lactis và cremoris phát triển tốt thì trong môi trường cần có các acid amin như prolin , acid glutamic, valin , metionin , loxin , izoloxin , histidin , phenylalanin , acginin Như vậy nguồn gốc acid amin là tốt nhất giúp cho vi khuẩn lactic phát triển mạnh

mẽ làm tăng hiệu suất quá trình lên men Với các loại vi khuẩn sinh hương , acid amin ngoài việc sử dụng làm nguồn dinh dưỡng cần thiết cho họat động sống của tế bào , còn được dùng

để tạo hương thơm Trong các acid amin thì serin có tác dụng

ức chế sự phát triển của nhiều loài Streptococcus

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID LACTIC THEO PHƯƠNG PHÁP

MÀNG MẠ ĐIỆN

I GIỚI THIỆU

Cái mới: sự ngăn cách của các màng mạ điện được điều khiển trong mối liên hệ với quá trình lên men => có thể cùng lúc thu được acid

• Thuận lợi: không cần xử lý loại bỏ vi sinh

vật, protein,… khi tách sản phẩm nhờ vào kỹ thuật chống bẩn tích hợp.