NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CELLULOSE TỪ VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM ĐỂ CỐ ĐỊNH VI KHUẨN LACTIC ỨNG DỤNG TRONG LÊN MEN SỮA CHUA RESEACH PRODUCED CELLULOSE BY BACTERIUM AXETOBACTER XYLINUM TO
Trang 1NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CELLULOSE TỪ VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM ĐỂ CỐ ĐỊNH VI KHUẨN LACTIC ỨNG DỤNG TRONG LÊN
MEN SỮA CHUA
RESEACH PRODUCED CELLULOSE BY BACTERIUM AXETOBACTER XYLINUM
TO FIXED BACTERIA LACTIC AND APPLICATION YOGURT FERMENTATION
SVTH: Lê Thị Bốn, Lê Thị Diệu
Lớp 09HTP, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng
GVHD: ThS Ngô Thị Minh Phương
Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Cellulose vi khuẩn (BC) có nhiều đặc tính tốt như: Độ tinh khiết cao, có khả năng hút, giữ
ẩm tốt, có khả năng đàn hồi tốt Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm ứng dụng mới của BC: Cố
định tế bào vi khuẩn Lactobaccillus bulgaricus (LB) và Streptococcus thermophillus (ST) và ứng
dụng vi khuẩn cố định được trong lên men sữa chua Kết quả nghiên cứu cho thấy: Mật độ tế bào
vi khuẩn cố định trên chất mang BC là 7,78*10^9/ml (ST) và 7,63*10^9/ml (LB), điều kiện cố định vi
khuẩn bằng phương pháp bẫy – hấp phụ là hấp phụ bằng cánh khuấy, thời gian ủ là 54 giờ, ở nhiệt độ 37 0 C Hiệu quả lên lên men sữa chua tốt nhất với một lượng giống cố định là 0,15 (%) ở
390C Đồng thời góp phần tạo nên một sản phẩm sữa chua mới có bổ sung cellulose giúp đa dạng hóa sản phẩm trên thị trường và tốt cho hệ tiêu hóa
Từ khóa: Cellulose vi khuẩn (BC), sữa chua, Streptococcus thermophillus (ST),
Lactobaccillus bulgaricus (LB)
ABSTRACT
Bacterial cellulose (BC) has many good characteristics such as high purity, can absorb, hold moisture well, with good resilience This study aims to find new applications of BC: Fixed bacterial cells Lactobaccillus bulgaricus (LB) and Streptococcus thermophillus (ST) and application fixing bacteria in fermented yogurt Research results showed that: Bacterial cell
density fixed in BC 7,78*10^9/ml (ST) và 7,63*10^9/ml (LB), conditions fixed by the method
of trapping bacteria - adsorption is absorbed by paddle, the incubation time is 54 hours, at a temperature of 370C The effect on the best yogurt fermented with a fixed amount like that 0,15 (%) At the same time contributing to a new yogurt products help diversify the market and good for the digestive system
Key words: Bacterial cellulose, yogurt, Streptococcus thermophillus (ST), Lactobaccillus
bulgaricus (LB)
1 Đặt vấn đề
Hiện nay kĩ thuật cố định tế bào đang được đề cập và quan tâm rất nhiều, đặc biệt trong quá trình bảo quản và lưu thông cung cấp giống cho lĩnh vực lên men tạo ra sản phẩm thực phẩm Tế bào cố định có nhiều ưu điểm so với tế bào tự do: Tiện lợi trong việc bảo quản, lưu thông và giúp giảm chi phí ở giai đoạn chuẩn bị giống Những chất mang truyền thống trong cố định tế bào: Alginat, xơ dừa, gelatin…vẫn tồn tại những nhược điểm nhất định Cellulose vi khuẩn hội đủ những điều kiện của một chất mang trong cố định tế bào: Giá thành rẻ, có khả năng hút nước và giữ ẩm tốt, có thể bổ sung trực tiếp vào sản phẩm thực phẩm mà không xảy ra bất kỳ phản ứng phụ nào, ngoài ra còn tốt cho hệ tiêu hóa…nên được chọn làm chất mang trong đề tài này Hiện nay trong các nhà máy sản xuất
Trang 2sữa chua, người ta bảo quản giống bằng phương pháp bảo quản lạnh và cấy chuyền để giữ
giống ST và LB là chủ yếu, công việc này tốn nhiều thời gian và chi phí Vì thế cố định tế
bào hai vi khuẩn trên trên một chất mang để tiện bảo quản, lưu thông cung cấp giống và chủ động được nguồn giống cho cho các nhà máy sản xuất sữa chua và các lĩnh vực khác cần đến hai chủng này là điều cần thiết
2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1 Đối tượng nghiên cứu
Chất mang BC tự sản xuất từ vi khuẩn Axetobacter xylinum, môi trường tuyển chọn để hoạt hóa hai chủng vi khuẩn ST và LB được phân lập từ sữa chua vinamilk
2.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được thể hiện cụ thể trong hình 2
Hình 2 Các bước trong phương pháp nghiên cứu
3 Kết quả và thảo luận
3.1 Phân lập vi khuẩn ST và LB từ sữa chua vinamilk
Phân lập vi sinh vật là quá trình tách riêng các loài vi sinh vật từ quần thể ban đầu và đưa về dạng thuần khiết
Khuẩn lạc vi khuẩn ST và LB được thể hiện trong hình 3.1 và hình 3.2
Sữa chua
Phân lập
Vi khuẩn ST
Sữa chua
Phân lập
Vi khuẩn LB
Kiểm tra sự thuần khiếtcủa giống
Cố định trên chất mangBC
Hoạt hóa sau cố định
BC tự sản xuất
Phương pháp - bẫy hấp
phụ
Kiểm tra khả năng sốngsót Xác định hoạt lực lên men
Đánh giá phương pháp
Ứng dụng trong lên men sữa chua
Trang 3Hình 3.1 Khuẩn lạc của ST Hình 3.2 Khuẩn lạc của LB
Kết quả phân lập được thể hiện cụ thể qua bảng 3.1
Bảng 3.1 Đặc điểm khuẩn lạc và hình thái tế bào của 2 chủng vi khuẩn LB và ST
STT Chủng
vi khuẩn
Đặc điểm khuẩn lạc (Hình dạng, màu sắc, bề mặt, độ đặc)
Hình thái tế bào
1 ST Hình tròn, màu trắng đục,mép nhẵn,
bóng, không nhớt, mặt hơi lồi và bám chặt trên môi trường phân lập
Hình cầu, xếp chuỗi liên tiếp nhau
Nhận xét: Từ kết quả nghiên cứu và các tài liệu tham khảo chúng em khẳng định đây là 2 chủng ST và LB cần phân lập
Sau khi phân lập được hai chủng thuần khiết tôi tiến hành cấy chuyền sang ống nghiệm để tiến hành bảo quản và giữ giống
Hình 3.3 Hình ảnh ống giống của ST Hình 3.4 Hình ảnh ống giống của LB
3.2 Khảo sát sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn ST và LB bằng phương pháp đo mật độ quang (OD) trên máy quang phổ UV – Vis
Cách tiến hành: Cho vi khuẩn vào bình tam giác chứa 100ml môi trường dinh dưỡng thích hợp không agar Mẫu chuẩn là mẫu chứa môi trường mà không có vi sinh vật Cài đặt bước sóng cần đo là 600nm Tiến hành đo mật độ quang lần thứ nhất của dung dịch Phần còn lại tiếp tục nuôi cấy ở nhiệt độ 370C và cứ sau 3 giờ thì lại lấy mẫu và đo
một lần Kết quả khảo sát được biểu diễn trong hình 3.5
0 0,2 0,4 0,6 0,8
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
Thời gian t (h)
LB ST
Hình 3.5 Đường cong sinh trưởng của 2 chủng LB và ST trong 72 giờ
Nhận xét: - ST sinh trưởng và phát triển mạnh hơn LB trong cùng điều kiện
- ST và LB đạt mật độ cực đại ở 54 giờ, từ đây ta lựa chọn được thời gian lấy mẫu và ủ 2 vi khuẩn LB và ST là 54 giờ
Trang 43.3 Kết quả lên men và thu nhận màng BC
Thu nhận BC ướt từ môi trường nuôi cấy được thể hiện trong hình 3.6
Hình 3.6 Thu nhận BC ướt từ môi trường nuôi cấy
Nhận xét: Màng BC thu được có cấu trúc sợi, rất dai và có độ chịu lực cao, đàn hồi,
rất thích hợp để cố định vi khuẩn trên giá thể của BC
Kết quả lên men thu nhận sinh khối BC được thể hiện cụ thể trong hình 3.7
Nhận xét: Từ kết quả trên ta chọn được thời gian thu
nhận BC từ môi trường lên men nổi là 15 ngày, nhiệt độ
là 300C, nồng độ Bx là 11,5 – 12, điều chỉnh pH = 5 Sau khi lên men thu nhận BC, tiến hành xử lý BC bằng cách rửa sạch bằng nước sôi để nguội và sấy ở 1050
C
3.4 Cố định vi khuẩn ST và LB trên chất mang BC bằng phương pháp bẫy – hấp phụ
3.4.1 Khảo sát nhiệt độ ủ và thời gian ủ
Tiến hành khảo sát ở các khoảng nhiệt độ ủ ở các mốc nhiệt độ sau 260C, 320C,
340C, 360C, 380C, 390C, 400C tương ứng với thời gian ủ cố định là 54 giờ (dựa vào kết quả đo trong mục 3.2)
Dựa vào một số kết quả nghiên cứu khi tiến hành sấy vi sinh vật và tài liệu tham khảo
về hai chủng vi khuẩn ST và LB, nên chọn nhiệt độ sấy là
380C Kết quả thu được là chế phẩm vi khuẩn lactic cố định
trên BC được thể hiện trong hình 3.8
Nhận xét: Từ hình 3.8 ta thấy rằng chế phẩm vi khuẩn lactic
trên BC sau khi sấy là một màng mỏng và rất tiện trong bảo quản cũng như lấy mẫu lên men sau này
Hình 3.8 Chế phẩm vi khuẩn lactic cố định trên BC.
Sau khi thu nhận được chế phẩm tương ứng với các nhiệt độ ủ thì chúng em tiến hành kiểm
tra khả năng sống sót của vi khuẩn lactic cố định trên
BC tương ứng với các nhiệt độ ủ, kết quả được thể hiện cụ thể trong hình 3.9
Nhận xét: - Ở 370C lượng tế bào vi khuẩn trên chất mang đạt giá trị cực đại
- ST: 7,78*10^9 tế bào/ml, LB: 7,63*10^9 tế bào/ml
6,4
6,6
6,8
7
7,2
7,4
7,6
7,8
8
Nhiệt độ (0C)
ST LB
Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn lượng tế bào vi khuẩn
ST và LB được cố định trên chất mang BC ở các
khoảng nhiệt độ ( 0
C)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Thời gian lên men (ngày)
khối lượng BC
Hình 3.7 Khối BC tạo thành ở các mốc thời gian
Trang 5- Chọn được nhiệt độ ủ thích hợp để lượng tế bào vi khuẩn ST và LB đạt mật độ cao
nhất là 370C, tương ứng với thời gian ủ là 54 giờ
3.4.2 Kiểm tra hiệu quả của quá trình cố định trên giá thể BC
a Kiểm tra khả năng sống sót của vi khuẩn sau quá trình cố định
Kiểm tra khả năng sống sót của chế phẩm vi khuẩn lactic trên chất mang BC, bằng
cách gieo mẫu trên môi trường dinh dưỡng thích hợp và quan sát sự sinh trưởng và phát triển của khuẩn lạc trên đĩa petri
Hình 3.10 Khuẩn lạc chế phẩm vi khuẩn lactic cố định trên chất mang BC sau khi hoạt hóa
Kiểm tra hoạt lực của chế phẩm vi khuẩn lactic so với giống trên ống thạch nghiêng
ở thế hệ thứ nhất Tiến hành lên men với hai mẫu:
- Mẫu 1: Chế phẩm vi khuẩn lactic cố định trên BC
- Mẫu 2 (Mẫu đối chứng): Hai chủng vi khuẩn lactic đã phân lập trong ống
nghiệm ở thế hệ thứ nhất
Kết quả so sánh với mẫu đối chứng được thể hiện cụ thể trong hình 3.11
Nhận xét:
- M1 và M2: khả năng sinh acid lactic xấp xỉ bằng
nhau, sau 6 giờ bắt đầu đông tụ
- Hoạt lực của chế phẩm vi khuẩn lactic cố định
trên BC hầu như không thay đổi gì so với trên ống thạch nghiêng ở thế hệ thứ nhất
Hình 3.11 Khả năng sinh acid lactic của hai mẫu
3.5 Ứng dụng vi khuẩn cố định trên chất mang BC trong lên men sản phẩm sữa chua
3.5.1 Khảo sát khả năng sinh acid lactic phụ thuộc vào nhiệt độ và lượng chế phẩm sử dụng
Tiến hành lên men theo quy trình công nghệ ở các khoảng nhiệt độ 260
C, 390C và
420C cùng với lượng men giống khảo sát là: 0,05 %, 0,15 %, 0,30 % Khả năng sinh acid lactic phụ thuộc vào lượng men giống tương ứng với các khoảng nhiệt độ trên được biểu diễn bằng hình 3.11
0 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1
Thời gian (h)
0,05%
0,30%
0 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1
Thời gian (h)
0,05%
0,30%
0 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1
Thời gian (h)
0,05%
0,30%
Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn hàm lượng acid lactic sinh ra theo thời gian ở các khoảng nhiệt độ
0 2 4 6 8 10 12
Thời gian (h)
M2
Nhận xét: Chế phẩm lactic cố định
trên chất mang BC sau khi hoạt hóa lại cho khả năng sống sót rất cao
Trang 6Dựa vào kết quả thí nghiệm chúng tôi đã lựa chọn được các thông số để lên men
như sau: Lượng vi khuẩn cho vào: 0,15 %, nhiệt độ lên men: 390
C, thời gian ổn định là: 40 phút ở nhiệt độ từ 180
C
3.5.2 Đánh giá chất lượng sữa chua khi có mặt cellulose so với sữa chua bình thường bằng pháp cảm quan
Tiến hành lên men với hai mẫu:
- Mẫu 1: Chế phẩm vi khuẩn lactic cố định trên BC
- Mẫu 2 (Mẫu đối chứng): Hai chủng vi khuẩn lactic đã phân lập được bảo
quản trong ống nghiệm ở thế hệ thứ nhất
Kết quả so sánh với mẫu đối chứng được thể hiện cụ thể trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Giá trị cảm quan của sữa chua khi có mặt cellulose so với sữa chua bình thường
STT Tiêu chí đánh giá Mẫu thí nghiệm
M1
Mẫu đối chứng M2
1 Khả năng đông tụ sữa Đông tụ Đông tụ
3 Trạng thái Không phân lớp Không phân lớp
4 Hương thơm Thơm nhẹ, đặc trưng
của sữa chua
Thơm nhẹ, đặc trưng của
sữa chua
6 Vị Chua nhẹ, ngọt nhẹ Chua nhẹ, ngọt nhẹ
Nhận xét:
- Mẫu M1 có giá trị cảm quan tương đương so với mẫu đối chứng (M2)
- M1 cho một sản phẩm mới có bổ sung cellulose làm cho sữa chua có nét đặc trưng riêng: Giòn dai của cellulose đồng thời tốt cho hệ tiêu hóa
4 Kết luận và kiến nghị
- Từ canh trường sữa chua vinamilk, chúng em đã phân lập được hai chủng vi khuẩn
ST và LB thuần khiết để cố định trên chất mang BC ứng dụng trong lên men sữa chua
- Cố định thành công hai chủng vi khuẩn ST và LB trên chất mang BC với lượng tế bào cố định trên chất mang là: 7,89*10^9 tế bào/ml (ST) và 7,63*10^9 tế bào/ml (LB),
tương ứng với điều kiện cố định tối ưu: Nhiệt độ ủ là 370C, thời gian ủ là 54 giờ Sau đó tiến hành sấy mẫu ở 380C trong thời gian 48 giờ để tiện lợi cho quá trình bảo quản và lưu thông
- Ứng dụng vi khuẩn cố định trên chất mang BC trong lên men sữa chua, với lượng men giống lựa chọn là 0,15 % và nhiệt độ lên men là 390C sẽ cho sữa chua có chất lượng
về mặt cảm quan hầu như không thay đổi khi so sánh với mẫu đối chứng Bên cạnh đó khi
bổ sung vi khuẩn cố định trên chất mang BC vào sữa chua sẽ góp phần tạo ra một sản phẩm sữa chua mới giúp đa dạng hóa sản phẩm sữa chua trên thị trường
Trang 7- Từ kết quả thu được góp phần thăm dò thêm ý tưởng sử dụng vi khuẩn lactic cố
định trên chất mang BC này ứng dụng trong quá trình ủ chín phô mai, lên men kefir và
nhiều lĩnh vực lên men khác cần đến hai chủng vi khuẩn lactic này Đồng thời ứng dụng
chất mang BC vào việc cố định nhiều tế bào vi sinh vật khác
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vương Trọng Hào, Tống Thị Mơ, “Nghiên cứu quá trình lên men sữa chua canxi”,
Tạp chí khoa học số 4 (2002)
[2] Nguyễn Thúy Hương, “Ảnh hưởng của nguồn cơ chất và kiểu lên men đến năng suất
và chất lượng cellulose vi khuẩn”, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên
và Công nghệ 24, (2008), tr 205 – 210
[3] Nguyễn Thúy Hương – Trần Thị Tưởng An, “Thu nhận Bacteriocin bằng phương
pháp lên men bởi tế bào Lactococus lactic cố định trên chất mang BC và ứng dụng trong bảo quản thịt tươi sơ chế tối thiểu”, Science Technology Development, Vol 11,
No.09, (2008), tr.100 – 109
[4] Nguyễn Thúy Hương – Bùi Thị Thanh Hương, “Nghiên cứu điều kiện cố định nấm
men Saccharomyces cerevisae N28 bằng chất mang BC và bước đầu ứng dụng trong lên men rượu vang”, Tạp chí công nghệ sinh học 6(3), (2008), tr.383 – 389
[5] Nguyễn Thúy Hương – Thái Trịnh Thượng Trí, “Cố định vi khuẩn Oenococcus oeni
bằng phức chất mang alginate – bacterial cellulose để ứng dụng lên men malolactic”,
Tạp chí công nghệ sinh học 6(3), (2008), tr 383 – 389
[6] Nguyễn Trung Kiên, Đào Thị Bích Uyên, “Nghiên cứu sử dụng dâu tây và nha đam để
nâng cao chất lượng sản phẩm sữa chua”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng (2010)
[7] Lê Văn Việt Mẫn, 2004, Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống tập 1,
Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách Khoa, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh
[8] Lê Xuân Phương, Vi sinh vật công nghiệp, Đại học Đà Nẵng, Trường Đại học Kỹ
thuật, Nhà xuất bản xây dựng
[9] TS Đinh Văn Thuận cùng những người tham gia, Hà Nội – 2003, “Nghiên cứu thiết
kế, chế tạo thiết bị sản xuất sữa chua 600l/h”, Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu khoa học, Trung tâm nghiên cứu ứng dụng – Viện KH & CN Nhiệt Lạnh
[10] http://vietsciences.free.fr/khaocuu/nguyenlandung/kythuatbaoquanvisinhvat.htm (ngày:27/02/2012; 9:57 am)
[11] Goh, W.N.,Rosma, A., Kaur, B., Fazilah, A., Karim, A.A and * Rajeev Bhat,
“Microstructure and physical properties of microbial cellulose produced during
fermentation of black tea broth, International Food Research Journal 19(1), tr.153 –
158 (2012)
Thông tin liên hệ:
Lê Thị Bốn – Lê Thị Diệu; 0906315308 - 0989030049; Lớp 09HTP, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng; bonle2707@gmail.com
