- KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN LÊN MEN ACID LACTIC TỪ RỈ ĐƯỜNG SỬ DỤNG VI KHUẨN LACTIC CHỊU NHIỆT. - Chịu nhiệt, điều kiện thích hợp, lên men lactic, rỉ đường, vi khuẩn lactic. - Lên men acid lactic có khả năng tạo giá trị gia tăng cho rỉ đường và giải quyết ô nhiễm môi trường. - Đề tài này được tiến hành với mục tiêu tuyển chọn và khảo sát quá trình lên men acid lactic từ rỉ đường, một nguồn phụ phẩm thu từ nhà máy đường Phụng Hiệp, sử dụng 7 chủng vi khuẩn lactic chịu nhiệt (L7, L9, L11, L26, L30, L37 và chủng đối chứng Lactobacillus thermotolerans). - Trong đó, Lactobacillus casei L9 có khả năng lên men tốt nhất ở 39ºC tạo hàm lượng acid lactic đạt 10,2 g/L sau 5 ngày lên men, cao hơn so với chủng đối chứng Lactobacillus thermotolerans (9,4 g/L sau 7 ngày). - Điều kiện thích hợp cho lên men acid lactic từ rỉ đường là ở pH 6,0, sucrose 8% (w/v), mật số giống chủng 10 7 tế bào/mL. - Ở điều kiện thích hợp, Lactobacillus casei L9 có khả năng chuyển hoá tạo 18,30 g/L acid lactic sau 6 ngày lên men.. - Khảo sát điều kiện lên men acid lactic từ rỉ đường sử dụng vi khuẩn lactic chịu nhiệt. - Acid lactic là một trong những gốc acid hữu cơ phổ biến nhất trong tự nhiên và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp y dược, mỹ phẩm,. - Theo thống kê, lượng tiêu thụ acid hàng năm tăng từ 12-15% với 50% lượng acid lactic sản xuất mỗi năm được sử dụng vào các ngành công nghiệp thực phẩm và giải khát. - Xu hướng sản xuất acid lactic hiện nay cho thấy phương pháp lên men acid lactic tự nhiên chiếm ưu thế so với phương pháp hóa học vì yếu tố môi trường. - Lên men acid lactic tự nhiên được xem là thân thiện với môi trường vì tận dụng được các phế phụ phẩm nông nghiệp (Tayyba et al., 2014).. - (2004) đã khẳng định vi khuẩn lên men lactic có khả năng sinh acid và nhiều chất kháng khuẩn nhóm bacteriocin như:. - Lên men acid lactic phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như nhiêt độ, thời gian lên men, nồng độ cơ chất, pH môi trường. - Trong đó, nhiệt độ có ảnh hưởng sâu sắc đến lượng acid lactic tạo ra bởi đây là nhân tố tác động mạnh đến sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn acid lactic. - Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ gần mức tối đa (49,5°C) trên Lactobacillus bulgaricus của Robert and Franzier (1941) cho thấy pha log diễn ra nhanh hơn so với ở 37°C, lượng acid sinh ra giảm mạnh sau 1-2 giờ lên men và dừng hoàn toàn sau 4 giờ. - Vi khuẩn lactic chịu nhiệt có khả năng thích ứng lên men ở điều kiện nhiệt độ trên ngưỡng bình quân của các nhóm vi khuẩn thông thường (Miehe, 1907. - Việc nghiên cứu và sử dụng các chủng vi khuẩn acid lactic chịu nhiệt sẽ góp phần nâng cao hiệu suất lên men, hạn chế chi phí phát sinh cho nguyên liệu đầu vào và cho làm mát thiết bị do đó làm giảm giá thành sản phẩm (Wu et al., 2012).. - Trong tình hình biến đổi khí hậu đã và đang tác động lớn lên biên độ nhiệt nước ta, ứng dụng vi khuẩn lactic chịu nhiệt để lên men trong nhiệt độ cao hơn có nhiều ưu thế như hạn chế nhiễm vi sinh vật, thúc đẩy hoạt tính enzyme đang được quan tâm. - cứu này được thực hiện với mục tiêu tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic chịu nhiệt có khả năng lên men acid lactic từ rỉ đường. - Đồng thời xác định điều kiện thích hợp (pH, mật số chủng, hàm lượng đường) cho sản xuất acid lactic từ rỉ đường ứng dụng chủng vi khuẩn đã tuyển chọn.. - Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng lên men acid lactic từ rỉ đường. - Nhằm so sánh và tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic chịu nhiệt có khả năng lên men acid lactic tốt nhất ở 39°C (Trinh et al., 2018) trong dịch rỉ đường.. - Bảy chủng vi khuẩn lactic (Lactobacillus platarum L7, Lactobacillus casei L9, Lactobacillus acidophilus L11, Lactobacillus platarum L26, Lactobacillus platarum L30, Lactobacillus platarum L37, Lactobacillus thermotolerans DC) được tăng sinh trong môi trường MRS broth trong 36 giờ ở 37°C đến khi đạt mật số 10 9 tế bào/mL (xác định bằng buồng đếm hồng cầu). - Pha loãng dịch rỉ đường đến hàm hàm lượng đường 6,0% w/v (xác định bằng phương pháp phenol sulfuric) và điều chỉnh pH 5,3 (Trinh et al., 2018). - Xác định hàm lượng acid lactic và hàm lượng đường còn lại mỗi ngày.. - 2.3 Điều kiện pH thích hợp cho lên men acid lactic từ rỉ đường. - Pha loãng dịch rỉ đường đến hàm lượng đường 6,0% w/v (xác định bằng phương pháp phenol sulfuric). - Nhằm xác định mật số giống chủng ban đầu thích hợp cho lên men acid lactic từ rỉ đường, chủng vi khuẩn lactic tuyển chọn qua nội dung 3.1 được tăng sinh trong môi trường MRS broth trong 36 giờ ở 37°C đến khi đạt mật số 10 9 tế bào/mL (xác định bằng buồng đếm hồng cầu). - và acid lactic). - 2.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng đường đến quá trình lên men acid lactic. - Nhằm xác định hàm lượng đường dịch rỉ thích hợp cho lên men acid lactic từ rỉ đường, chủng vi khuẩn lactic tuyển chọn qua nội dung 3.1 được tăng sinh trong môi trường MRS broth trong 36 giờ ở 37°C đến khi đạt mật số 10 9 tế bào/mL (xác định bằng buồng đếm hồng cầu). - Pha loãng dịch rỉ đường đến hàm hàm lượng đường 5,0%. - M là hàm lượng (g/L). - 3.1 Thử nghiệm quá trình lên men acid lactic chịu nhiệt từ rỉ đường. - Bảng 1 thể hiện khả năng sinh acid lactic của các chủng vi khuẩn sau 7 ngày lên men, chủng L9 có khả năng lên men acid tốt hơn các chủng còn lại với khả năng sinh acid đạt cao nhất ở ngày 5 (đạt 10,20 g/L) cao hơn chủng đối chứng Lactobacillus thermotolerans DC (9,40 g/L đạt được vào ngày 7).. - Các chủng L7, L11, L26 và L37 có thể sinh acid lactic nhanh và đạt cao nhất vào ngày thứ 3 với lượng acid dao động từ 7,05 đến 8,70 g/L. - Hầu hết các chủng đều ghi nhận hàm lượng acid lactic giảm sau khi đạt mức cao nhất. - Lactobacillus casei L9 có khả năng lên men rỉ đường tốt. - (2018) trên môi trường MRS, Lactobacillus casei L9 cũng có khả năng lên men sinh acid cao nhất đạt 21,15 g/L. - Bảng 1: Khả năng sinh acid lactic trong 7 ngày của 7 chủng LAB chịu nhiệt ở 39 ° C Chủng. - LAB Hàm lượng acid lactic (g/L) theo thời gian (ngày). - Các giá trị trung bình trong cùng một cột theo sau các ký tự giống nhau thể hiện sự khác biệt không có ý nghĩa về mặt thống kê ở mức độ 95% (2) đơn vị hàm lượng acid lactic là g/L. - Trong quá trình lên men, sự biến động hàm lượng acid lactic là do khả năng chuyển hoá acid. - lactic thành acid acetic theo tỷ lệ 2:1 làm giảm lượng acid lactic (Elferink et al., 2001). - Hiệu suất lên men acid của 7 chủng tốt nhất được thể hiện qua Bảng 2.. - men Hàm lượng. - đường tiêu thụ (g/L) Hiệu suất lên men. - *Ghi chú: Hiệu suất lên men dựa vào hàm lượng acid sinh ra trên hàm lượng đường mất đi với hàm lượng đường ban đầu là 60g/L. - Qua Bảng 2, hiệu suất lên men acid của Lactobacillus casei L9 đạt 18,11%, cao hơn các chủng còn lại.. - Tuy nhiên so với khả năng chuyển hoá acid lactic của Lactobacillus casei L9 theo nghiên cứu của Trinh et al. - (2018) đạt 80,84% thì hiệu suất lên men trong rỉ đường là thấp hơn. - Khả năng lên men của Lactobacillus casei L9 thấp ở rỉ đường so với MRS là do rỉ đường qua công nghiệp chế biến chứa nhiều nhóm phenol có khả năng ức chế nhiều nhóm vi sinh vật (Kensaku Takara et al., 2007). - 3.2 Điều kiện pH thích hợp cho lên men acid lactic từ rỉ đường. - Khả năng chuyển hoá acid lactic đạt cao nhất ở pH 6 sau 5 ngày lên men đạt 10,64 g/L acid với hiệu suất đạt 43,1%. - Có thể thấy, năng suất và hiệu suất lên men acid được cải thiện khi điều chỉnh pH 6,0. - Trong nghiên cứu của mình trên Lactobacillus sp., Hood and Zoitola (1988) nhận định pH ảnh hưởng khả năng thích ứng của vi khuẩn và hoạt tính của đại phân tử enzyme trong tế bào, từ đó ảnh hưởng khả năng lên men sinh sản phẩm. - Bảng 3 và Bảng 4 cũng cho thấy Lactobacillus casei L9 lên men acid đạt hàm lượng và hiệu suất cao nhất vào ngày 5 tương đồng kết quả ngày lên men tốt nhất ở nội dung 3.1. - Kết quả ở Bảng 3 và Bảng 4 cho thấy pH thích hợp cho quá trình lên men tạo acid lactic có pH = 6,0 (đạt 10,64 g/L) cũng phù hợp với báo cáo của Hofvendahl et al. - (2000) về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sản xuất acid lactic từ nguồn nguyên liệu tái tạo, pH thích hợp cho quá trình lên men acid lactic là từ 5,0 đến 6,5 đối với các chủng Lactobacillus spp. - Trong môi trường MRS, chủng L9 cũng lên men tạo acid tốt nhất ở pH 6,51 (Trinh et al., 2018). - Nhìn chung, Lactobacillus casei L9 có khả năng lên men tốt nhất ở mức pH acid nhẹ.. - Bảng 3: Hàm lượng acid lactic theo thời gian ởcác điều kiện pH khác nhau. - Giá trị pH Hàm lượng acid lactic (g/L) theo thời gian (ngày). - Bảng 4: Hiệu suất lên men acid lactic trong thí nghiệm khảo sát pH. - Giá trị pH Hiệu suất sinh acid lactic. - theo thời gian lên men (ngày). - *Ghi chú: Hiệu suất lên men dựa vào lượng acid sinh ra thực tế so với lý thuyết. - 3.3 Mật số chủng thích hợp cho lên men acid lactic từ rỉ đường. - Trong 4 mức mật số giống chủng ban đầu và 10 7 tế bào/mL, Bảng 8 và Bảng 9 cho thấy năng suất và hiệu suất sinh acid lactic đạt cao nhất ở mật số 10 7 tế bào/mL đạt với 11,85 g/L acid sinh ra đạt hiệu suất 23,53%. - Bảng 8 cũng cho thấy hàm lượng acid tăng lên khi tăng mật số chủng ban đầu. - (2017) từng ghi nhận ảnh hưởng rõ rệt của mật số chủng và thể tích chủng lên quá trình lên men acid lactic từ sữa bởi chủng Lactobacillus platarum Dad 13. - Có thể nói, mật số giống chủng đạt 10 7 (tế bào/mL) là thích hợp nhất để sản xuất acid lactic từ rỉ đường.. - Bảng 5: Hàm lượng acid lactic (g/L) sinh ra ở các mật số chủng ban đầu. - Mật số (10 N ) Hàm lượng acid lactic (g/L) theo thời gian (ngày). - Bảng 6: Hiệu suất sinh acid lactic. - Mật số (10 N ) Hiệu suất sinh acid lactic. - 3.4 Khảo sát lượng đường thích hợp cho lên men vi khuẩn LAB. - Đường là nguyên liệu của phản ứng lên men và là yếu tố thúc đẩy hoạt động của hệ thống enzyme tham gia chuyển hoá acid lactic. - Bảng 7 và Bảng 8 trình bày tác động của hàm lượng đường ban đầu lên nồng độ và hiệu suất lên men acid lactic của Lactobacillus casei L9. - Hàm lượng đường tăng lên. - (từ 5% đến 8% w/v) làm tăng lượng acid sinh ra ờ hầu hết các ngày lên men. - Hàm lượng acid lactic đạt cao nhất ở hàm lượng đường ban đầu 8% (w/v) đạt 18,30 g/L ở ngày 6. - So với năng suất chuyển hoá, hàm lượng đường tăng lên không làm tăng hiệu suất lên men acid. - Có thể thấy, 8% (w/v) đường là hàm lượng thích hợp để sinh lượng acid lactic từ rỉ đường tốt nhất.. - Bảng 7: Hàm lượng acid (g/L) sinh ra theo ngày ở các hàm lượng đường ban đầu khác nhau Hàm lượng. - Hàm lượng acid lactic (g/L) theo thời gian lên men (ngày). - Bảng 8: Hiệu suất lên men. - theo ngày ở các hàm lượng đường ban đầu khác nhau Giá trị lượng. - Hiệu suất sinh acid lactic. - Bảng 9: Hàm lượng đường và hiệu suất lên men qua các giai đoạn tối ưu hoá. - Giai đoạn Lên men. - chủng 10 7 tế bào/mL Tối ưu hoá hàm lượng đường 8% (w/v). - Hàm lượng acid (g/L . - Hiệu suất. - So với hàm lượng acid và hiệu suất lên men ở nội dung 3.1, hàm lượng acid và hiệu suất lên men sau tối ưu hoá các điều kiện pH, mật số chủng và hàm lượng đường (Bảng 8) là cao hơn. - Bảng 9 cho thấy kết quả tối ưu hoá qua các giai đoạn có tác động hiệu quả làm tăng hàm lượng acid lactic sinh ra của Lactobacillus casei L9 lên 79,41% (từ 10,20 g/L ban đầu lên 18,30 g/L sau tối ưu hoá).. - Trong bảy chủng vi khuẩn LAB (L7, L9, L11, L26, L30, L37 và DC) được khảo sát trong môi trường rỉ đường ở 39°C, Lactobacillus casei L9 có khả năng lên men acid tốt nhất đạt 10,20 g/L. - Điều kiện tối ưu cho lên men acid lactic của Lactobacillus casei L9 được xác định ở pH 6,0, mật số giống chủng ban đầu 10 7 tế bào/mL và lượng đường thích hợp là 8% (w/v). - Ở điều kiện tối ưu, hàm lượng acid sinh ra đạt 18,3 g/L với hiệu suất lên men đạt 30,23%. - Nghiên cứu này làm tiền đề cho các nghiên cứu cải thiện hiệu suất lên men thông qua tối ưu hoá nhiệt độ, thành phần và nồng độ khoáng… nhằm tăng khả năng ứng dụng vi khuẩn lactic để sản xuất acid từ dịch rỉ đường ở quy mô công nghiệp.