(TIỂU LUẬN) báo cáo cuối kì CÔNG NGHỆ VI SINH sản XUẤT ACID LACTIC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG KHOA CÔNG NGHỆ Báo cáo cuối kì CƠNG NGHỆ VI SINH SẢN XUẤT ACID LACTIC GVHD: TS VÕ THỊ XUYẾN Tên sinh viên: Nguyễn Thị Ngọc Bích MSSV: S17M868 Chương MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu acid lactic 1.2 Tình hình sản xuất acid lactic 1.3 Ứng dụng aicd lactic công nghệ thực phẩm Chương 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 phát triển 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 (khơng điển hình) 2.1.2.3 Phân loại: 2.1.2.4 Vi khuẩn sản xuất acid lactic: 2.1.3 Chuẩn bị nguồn 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 môi trường thạch bằng, định kỳ kiểm tra cấy truyền 2.1.5.2 Giữ giống cát đất sét vô trùng 2.1.5.3 Giữ giống phương pháp lạnh đông 2.1.5.4 Giữ giống phương pháp đông khô 2.1.6 nguyên liệu phụ chất hỗ trợ kỹ thuật 2.2 Quy trình sản xuất 2.2.1 sơ đồ qui trình 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 để có chủng vi sinh vật có chất lượng cao ? Để có chủng vi sinh vật có chất lượng cao ta dùng phương pháp phân lập vi sinh vật Nguyên tắc: tách rời tế bào vi sinh vật, nuôi cấy tế bào môi trường dinh dưỡng đặc trưng khuẩn lạc mọc riêng rẽ, cách biệt Với hầu hết loại mẫu nghiên cứu Quá trình phân lập vi sinh vật dạng khiết gồm bước sau: - Tạo khuẩn lạc riêng rẽ từ quần thể vi sinh vật thiên nhiên đất, nước, khơng khí, mẫu vật sản phẩm khác… Phân lập vi sinh vật khiết Kiểm tra độ khiết Tạo khuẩn lạc riêng rẽ (từ quần thể vi sinh vật) môi trường phân lập: Bước đầu cho chúng mọc tách rời Để đạt mục đích người ta phải pha lỗng mẫu cần phân lập Nếu mẫu trạng thái đặc phải đưa dạng lỏng cách: + Nghiền mẫu + Hịa tan mẫu nước cất vơ trùng sau thực mẫu dạng lỏng + Tiếp tục pha loãng nồng độ cần thiết + Cấy mẫu mơi trường đặc trưng SẢN XUẤT ACID LACTIC Chương MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu acid lactic Định nghĩa: Acid lactic hợp chất hữu thu phương pháp lên men tác nhân lên men chủ yếu vi sinh vật Công thức cấu tạo: Công thức phân tử: C3H6O3 Công thức tổng qt: CH3-CHOH-COOH Cấu hình khơng gian: Acid lactic hỗn hợp dạng đồng phân D-acid lactic L-acid lactic 1.2 Tình hình sản xuất acid lactic Hiện công nghệ sản xuất acid lactic phổ biến rộng rãi việc chế biến sữa thành loại sản phẩm 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 cịn có tác dụng bảo quản lâu sữa tươi Với quy mơ gia đình: Sự lên men sữa chua tiến hành theo kiểu dân gian (lên men tự nhiên – nhờ hệ vi khuẩn lactic có sẵn sữa), nhiên kiểu có tính chất gia đình quy mơ nhỏ giai đoạn đầu có vi khuẩn gây thối rữa hoạt động nên làm giảm phẩm chất sản phẩm, dẫn đến hư hỏng sản phẩm Với quy mô công nghiệp: sản xuất acid lactic với quy mô lớn đại, phát triển nhiều sản phẩm đạt độ ổn định chất lượng sản phẩm cao, công nghiệp người ta phải trùng Pasteur sữa (thanh trùng nhiệt 80 ÷ 900C) để nguội đến nhiệt độ phù hợp lên men, lúc cấy vi khuẩn lactic khiết vào Các sản phẩm sữa có sử dụng q trình lên men lactic thông thường là: sữa chua đặc axidophilin, yaourt, fomat, bơ… sử dụng lên men hỗn hợp gồm lên men lactic lên men rượu kephia, kumi… 1.3 Ứng dụng aicd lactic công nghệ thực phẩm Sản xuất sản phẩm lên men từ sữa: Các sản phẩm lên men từ sữa như: sữa chua, phomat, bơ, Các q trình chuyển hóa sản xuất làm cho sản phẩm thêm giàu dinh dưỡng 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 khỏi bị hư hỏng Nguyên tắc làm sữa chua phát triển vi khuẩn lactic làm pH giảm mạnh, cazein sữa bị đông tụ Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt có mùi vị thơm ngon Q trình làm sữa chua người ta phải sử dụng hai chủng vi khuẩn lactic đồng hình dị hình Vi khuẩn lactic đồng hình lên men nhanh làm giảm pH, vi khuẩn lactic dị hình lên men chậm tạo thành mùi thơm đặc trưng sữa chua - Sản xuất phomat: để sản xuất phomat người ta dùng enzyme đông kết thu cazein sữa, sau tiếp tục cho lên men với nồng độ muối loãng Tuỳ loại phomat mà q trình ủ chín người ta sử dụng lồi vi sinh vật khác Các loại vi sinh vật thường sử dụng để làm chín phomat là: vi khuẩn propionic, nấm mốc… Sản xuất dưa chua: Trong rau vi khuẩn phát triển tạo acid lactic acid acetic với số chất hữu khác Các acid hữu làm giảm pH dịch chống lại tượng gây thối rau Bên cạnh làm tăng hương vị khối ủ chua rau Vì sản xuất sữa chua muối chua rau trình vừa mang ý nghĩa chế biến vừa mang ý nghĩa bảo quản - Sản xuất tương: Trong sản xuất tương trình lên men lactic tạo pH thích hợp cho sản phẩm tăng hương vị cho sản phẩm -Muối chua rau quả: Muối chua rau nhằm hai mục đích sau đây: bảo quản nguyên liệu làm tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan rau Nguyên tắc để muối chua rau tạo điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hạn chế tác dụng vi khuẩn gây thối rữa - Chương CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC 2.1 Nguyên liệu - Để sản xuất acid lactic cần phải có hai thành phần yếu nguồn chất tác nhân lên men vi khuẩn lactic 2.1.1 Giống - Giới thiệu vi khuẩn lactic: Năm 1872, nhà Hoá học Thụy Điển Karl W Scheele lần tách acid lactic từ sữa bò lên men chua Năm 1857, Louis Pasteur chứng minh hình thành acid lactic trình lên men sữa chua c ó liên quan đến nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi vi khuẩn lactic Năm 1878, Joseph Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đặt tên Bacterium lactis (hiện gọi Streptococcus lactis) Từ đến nhà hố học liên tiếp phân lập loại vi khuẩn khác 2.1.1.1 Đặc điểm Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ lactobacterium Đây trực khuẩn, cầu khuẩn không tạo bào tử hầu hết không di động, hô hấp tùy tiện Vi khuẩn lactic thu nhận lượng nhờ chuyển hố đường thành acid lactic, ngồi sản phẩm acid lactic, q trình lên men đường cho nhiều sản phẩm đường khác như: etanol, acid axetic Vi khuẩn lactic có tế bào dạng hình que hình cầu, kích thước chúng phụ thuộc vào môi trường điều kiện nuôi cấy 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, khơng xó hoạt tính catalaza Vi khuẩn lactic thể kị khí, vi hiếu khí Trong điều kiện kị khí chúng sinh trưởng hoạt động mạnh, điều kiện hiếu khí chúng sống hoạt động Vi khuẩn lactic sinh sản cách phân chia tế bào Với điều kiện thuận lợi thời gian hệ chúng 15 phút, không thuận lợi kéo dài đến 24 2.1.1.2 Sinh lí vi khuẩn lactic Các vi khuẩn lactic xếp chung vào họ Lactobacteriaceae Mặc dù nhóm vi khuẩn khơng đồng mặt hình thái, gồm vi khuẩn dạng que ngắn, que dài lẫn vi khuẩn hình cầu, song mặt sinh lý chúng lại tương đối đồng Là vi khuẩn Gram dương Là vi sinh vật vi hiếu khí Khơng tạo bào tử (tuy nhiên người ta tìm thấy số giống họ lactic có khả tạo bào tử) Hầu hết không di động Thu nhận lượng nhờ phân giải hydratcacbon tiết acid lactic Khác với vi khuẩn đường ruột sinh acid lactic, vi khuẩn lactic lên men bắt buộc, chúng không chứa cytochrom enzyme catalase Có khả sinh tổng hợp enzyme peroxydase mạnh Chúng phân giải H2O2 oxy để phát triển 2.1.1.3 Phân bố Vi khuẩn lactic thường gặp đất nước, chúng thường phát triển mơi trường có chứa nhiều chất hữu phức tạp : Trong sữa sản phẩm từ sữa thường gặp Lactobacillus lactis, Lactobacillus bulgarius, Lactobacillus helviticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis, Streptococcus diacetyllactis Để tồn môi trường sữa vi khuẩn lactic tổng hợp ATP từ chất lactose Trên bề mặt thực vật xác thực vật bị phân giải hay có Lactobacillus plantanium, Lactobacillus delnikii, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis, Streptococcus lactis…Chúng cịn tìm thấy loại rau quả, trái Trong ruột niêm dịch người động vật có Lactobacillus acidophilus, Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus salivanius, Streptococcus pyogenes, Bifidobacterium, Pneumococcus Hoạt tính catalaza: vi khuẩn lactic sống điều kiện kị khí nên chúng khơng có hoạt tính catalaza Song, năm gần số thơng báo tìm thấy hoạt tính enzyme số chủng vi khuẩn lactic dạng Pseudocatalaza Hoạt tính proteas: thấy cầu khuẩn, trực khuẩn liên khuẩn (Streptobacterium), trực khuẩn thường có hoạt lực cao hơn, chủng phân lập từ ruột non bê nghé Protease vi khuẩn lactic gồm proteinase, peptinase Hoạt tính lipase vi khuẩn lactic có nhiều chủng thuộc cầu khuẩn, trực khuẩn Chế phẩm lipase thu nhận từ dịch chiết tế bào vi khuẩn dễ dàng phân hủy triglycerit đơn giản 2.1.1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến phát triển vi khuẩn lactic Dinh dưỡng cacbon: vi khuẩn lactic sử dụng nguồn lượng từ nguồn đường mono- disaccharide glucose, lactose, sacarose, maltose acid hữu acid citric, malic, pyruvic, fumaric, làm nguồn lượng trao đổi cấu trúc Khi khơng có mặt chất nguồn cacbon vi khuẩn sử dụng nguồn lượng vật liệu tế bào acid amine (acid glutamic, arginin, tirozin, ) giải phóng CO2 Các vi khuẩn khơng sử dụng nguồn cacbon polysaccharide (ngoại trừ lồi Lactobacillus delbrueckii) Nguồn vitamine: vi khuẩn lactic nói chung, đặc biệt trực khuẩn cần - vitamine làm nguồn chất sinh trưởng Các chất nitơ: để phát triển phục vụ hoạt động sống vi khuẩn lactic cần hợp chất vô như: Cu, Fe, Na, P, I 2, S, Mn, đặc biệt Mn có tác dụng phịng chống tế bào bị tự phân Oxy: vi khuẩn latic khơng có hệ enzyme xitochrom tham gia vào hô hấp, chúng lại thực hơ hấp nhờ hoạt tính số hợp chất có mặt hệ flavoproteit Nhiệt độ: Topt = 25oC, đại phận vi khuẩn lactic bị chết từ 45 oC trở lên, riêng loài Lactobacillus delbrueckii loài chịu nhiệt độ 50 oC phát triển hoạt động mạnh mẽ pH môi trường: chủng vi khuẩn lactic chịu pH thấp khác nhau, vi khuẩn tách từ rượu vang chịu ph= ÷ 3.5 thấp hơn, chủng loại tách từ dưa, mắm chua chịu pH= 3.7 trở lên, 2.1.2 Cơ chế lên men lactic Lên men lactic q trình chuyển hóa đường thành axit lactic nhờ vi sinh vật, điển hình vi khuẩn lactic Lên men lactic loại hình lên men phát triển thiên nhiên, có hai kiểu lên men lactic lên men đồng hình lên men dị hình 2.1.2.1 Lên men lactic đồng hình (điển hình) Trong trường hợp axit pyruvic tạo thành theo sơ đồ EmbdenMayerhorf-Parnas (EMP), hydro tách chuyển tới pyruvat Sau axit pyruvic tạo thành axit lactic tác dụng enzyme lactatdehydrogenase Sơ đồ chu trình EMP Lượng axit lactic tạo thành chiếm 90% Chỉ lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon để tạo thành axit axetic, etanol, CO2 axeton Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào có mặt oxy C6H12O enzyme 2CH3CHOHCOOH + 225Cal 2.1.2.2 Lên men lactic dị hình (khơng điển hình) Xảy trường hợp vi khuẩn lactic khơng có enzyme sơ đồ Embden – Mayerhorf – Parnas (aldolase triozophotphatizomerase) Nghĩa qua glucose- phosphat, 6- phosphoglucose ribulose-5-phosphat Ribolu-5-phosphat tác dụng epimerase chuyển thành xilulose 5-photphat Xilulose-5-phosphat tạo thành theo đường pento-photphat (PP) Dưới tác dụng enzyme pentozaphosphoxetolase bị phân hủy để tạo thành aldehyd phosphoglyxerinic acetyl phosphate Phương trình tổng quát: C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH + COOH(CH2)2COOH + CO2 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 mơi trường dinh dưỡng điều kiện ngoại cảnh, nói chung axit lactic thường chiếm 40% lượng đường phân hủy, axit sucxinic 20%, rượu etylic chiếm 10%, axit axetic 10% loại khí gần 20% 2.1.2.3 Phân loại: ™ Phân loại theo Bergey: Phân loại theo khả lên men Bảng phân loại vi khuẩn lactic theo khả lên men Cầu khuẩn Trực khuẩn Lên men đồng hình: C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH Vi khuẩn ưa nhiệt Lactobacillus lactis Streptococcus lactis Streptococcus faecalis Lactobacillus helveticus Streptococcus salivarius Lactobacillus acidophilus Streptococcus pyogenes Lactobacillus bulgaricus Streptococcus cremoris Lactobacillus delbruckii Streptococcus thermophilus Streptococcus diacetilactis Vi khuẩn ưa ấm Lactobacillus casei Pediococcus cerevisiae Lactobacillus plantarum Thực tế, có nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình có ý nghĩa mặt cơng nghệ nhóm tạo nhiều acid lactic trình lên men 2.1.2.4 Vi khuẩn sản xuất acid lactic: Sản xuất công nghiệp acid lactic cuối kỉ 19 Avery người tìm cách sản xuất acid lactic quy mô thương mại Littleton (Mỹ) vào năm 1881, không thành công Nhà máy thực mang lại thành công Boehringer xây dựng vào năm 1895 Ingelheim thuộc nước Đức Tại nhà máy Ingelheim, Lactobacillus delbrueckii sử dụng để sản xuất acid lactic Ngày Lactobacillus leichmanii Lactobacillus bulgaricus, lồi vi khuẩn Lactobacillus delbruecki cịn sử dụng ™ Lactobacillus delbrueckii: Là trực khuẩn dài, không di động, gram (+), kích thước: rộng 0.5-0.8μm, dài 2.0-9.0μm - Khoảng nhiệt độ phát triển là: tmax=550C, tmin=180C topt=45500C Chúng lên men loại đường glucose, fructose, maltose, saccharose, galactose dextrin Chúng khơng có khả lên men xylose, arabinose, rahamnose, lactose, raffinose, trehalose, inulin, mannital Điều khác Lactobacillus delbrueckii với vi khuẩn khác khơng lên men lactose, khơng dùng cơng nghiệp sữa.Trong dịch ni cấy trực khuẩn tạo thành acid lactic với hiệu suất chuyển hoá so với đường 70% Lactobacillus leichmannii: Trực khuẩn, gram (+), kích thước tế bào 0.6-2.0μm, thiên nhiên chúng có khả tạo thành chuỗi ngắn Có khả lên men số loại đường glucose, fructose, maltose, saccharose, trehalose Chúng không lên men lactose, arabinose, rahamnose, galactose, dextrin, inulin - Nhiệt độ phát triển tối ưu 360C - Trong trình lên men chúng tạo L-acid lactic Chúng khơng có khả tạo nitrit từ nitrate Nó khơng lên men lactose, không dùng công nghiệp sữa, dùng để sản xuất acid lactic 2.1.3 Chuẩn bị nguồn chất 2.1.3.1 Mật rỉ: ™ Định nghĩa: Rỉ đường hay gọi mật rỉ, phần lại dung dịch đường sau tách phần đường kết tinh Số lượng chất lượng rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, hồn cảnh địa lý trình độ kĩ thuật chế biến nhà máy đường ™ Phân loại: Trong công nghiệp đường thường thu mật rỉ dịch đường sau kết tinh Các loại mật rỉ gồm có: Mật rỉ hydrol: dịch thu sau kết tinh glucose xí nghiệp thủy phân bột acid để sản xuất glucose Trong hydrol có tới 40 - 50% glucose có hàm lượng đáng kể NaCl Rỉ đường: nhà máy đường sản xuất saccharose có phụ phẩm với tỉ lệ lớn, rỉ đường Đây loại nước cốt tách sau kết tinh đường Thành phần hóa học: Thành phần rỉ đường là: đường 62%, chất phi đường 10%, nước 20% Nước rỉ đường gồm phần lớn trạng thái tự số trạng thái liên kết dạng hydrat Đường rỉ đường bao gồm: 25-40% saccharose; 15-25% đường khử (glucose frutose); 3-5% đường không lên men Các chất màu rỉ đường mía bao gồm: + Caramen: xuất nhờ trình nhiệt phân saccharose kèm theo loại trừ nước không chứa chút nito +Phức chất polyphenol-Fe2+: có màu vàng xanh +Melanodin: sản phẩm ngưng tụ đường khử acid amin mà chủ yếu acid aspartic +Melanin: hình thành nhờ phản ứng oxy hóa khử acidamin thơm nhờ xúc tác enzym polyphenol oxydaza có mặt oxy Cu+2 Các acid amin thơm thường bị oxy hóa tiroxin brenzcatechin Các melanin thường bị loại hết giai đoạn làm nước đường nên tìm thấy lượng nhỏ rỉ đường +Humin: trùng hợp từ 66 - 68 đơn vị cấu tạo acid amin +Chất keo: chủ yếu pectin, chất sáp chất nhầy Yêu cầu rỉ đường làm nguyên liệu sản xuất acid lactic: - Chất khô >= 75% - Hàm lượng sacaroza: 50 - 51% lượng đường.pH = 6.5 - 8.5 - Hàm lượng N-chung khơng 1.4 % - Số lượng vi sinh vật không 15000 cfu/1g nguyên liệu - Khi sử dụng rỉ đường, dùng số sau để tính tốn pha mơi trường(%) - Sacaroza = 50 % - Đường khử 6-9 % 2.1.3.2.Maltose Maltose, đường mạch nha, từ chữ latinh mạch nha maltum, disaccharide chứa gốc α – glucopiranoza, hai gốc liên kết với nhờ nhóm OH vị trí C1 C4 Maltose sản phẩm amylase phá vỡ tinh bột Enzyme tìm thấy hạt giống nảy mầm Barley hay nguồn khác họ phá vỡ cấu trúc tinh bột sử dụng cho thực phẩm Sucrose phân tử phức tạp với nhiều stereocenters nhiều dạng phản ứng phản ứng phân tử tồn đồng phân Sucrose nóng chảy 186°C (367°F) để tạo thành caramel 48KNO3 + 5C12H22O11 → 24K2CO3 + 24N2 + 55H2O + 36CO2 Sucrose phản ứng với acid chloric, hình thành phản ứng axít sulfuric clorat kali: 8HClO3 + C12H22O11 → 11 H2O + 12 CO2 + HCl Sucrose khử nước với acid sulfuric để tạo thành màu đen, giàu carbon rắn H2SO4 (Catalyst) + C12H22O11 → 12C + 11 H2O + Q H2O + SO3 Phương trình phản ứng kết nhiệt thủy phân chia glycosidic, chuyển đổi sucrose thành glucose fructose 2.1.4 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy Môi trường MRS: (Môi trường dùng để nuôi cấy vi khuẩn lacti Casein peptone, tryptic digest Cao thịt (Meat extract) Cao nấm men (Yeast extract) Glucose Tween 80 K2HPO4 CH3CO2Na (Acetat Natrium) (NH4)2 citrate (Citrat ammonium) MgSO4 H2O MnSO4 H2O Nước cất vừa đủ Điều chỉnh cho pH khoảng 6.2 6.5 2.1.5 Giữ giống Trong sản suất, việc hoạt hoá giống thường xuyên kiểm tra chất lượng giống cần thiết thiếu Muốn làm khâu nầy tốt, cần phải làm phần việc sau: Kiểm tra độ khiết giống; - Kiểm tra khả hồi biến giống Hầu hết chủng vi sinh vật (VSV) dùng sản xuất đột biến, phải kiểm tra xem chúng có hồi trở lại giống gốc chúng hay không, tượng hay xảy - Hoạt hóa giống sau thời gian sử dụng Để hoạt hóa giống người ta thường sử dụng mơi trường ni cấy giàu chất kích thích sinh trưởng như: cao nấm men, nước chiết cà chua, hỗn hợp vitamin, axit béo - Giữ giống phương pháp thích hợp trì hoạt tính ưu việt chúng, chống thoái hoá giống, hoạt tính 2.1.5.1Bảo quản mơi trường thạch bằng, định kỳ kiểm tra cấy truyền Để công tác giữ giống tốt, lâu đỡ bị tạp hơn, người ta thường phủ lên môi trường cấy giống VSV lớp dầu khoáng parafin lỏng Lớp parafin nầy hạn chế tiếp xúc VSV oxi khơng khí hạn chế 10 nước mơi trường thạch, giống bảo quản lâu bị nhiễm tạp, thối hóa 2.1.5.2 Giữ giống cát đất sét vơ trùng Do cấu trúc lý hóa, cát đất sét chất tốt mang tế bào VSV, chủ yếu nhóm VSV có bào tử Cách làm sau: cát đất xử lý sạch, sàng lọc qua rây, xử lý pH đạt trung tính, sấy khơ khử trùng Sau thao tác vô trùng, trộn bào tử vào chất cát đất sét ống nghiệm Dùng parafin nóng chảy phết lên nút bơng ống nghiệm để giúp cho ống nghiệm không bị ẩm trở lại; 2.1.5.3 Giữ giống phương pháp lạnh đông Phương pháp nầy dựa nguyên tắc ức chế phát triển VSV, đưa chúng vào điều kiện lạnh sâu khoảng -25 0C đến -270C Người ta trộn VSV với dung dịch bảo vệ hay gọi dung dịch nhũ hố glycerin 15%, huyết ngựa (loại khơng có chất bảo quản), dung dịch glucozơ lactozơ 10% , việc làm lạnh tiến hành cách từ từ Khi nhiệt độ đạt -200C, tiếp tục làm lạnh phải tốc độ 1-20C/phút; 2.1.5.4 Giữ giống phương pháp đông khô Về nguyên tắc giống phương pháp lạnh đông, khác chỗ đưa chất bảo vệ vào như: glutamat 3%, lactozơ 1,2%+pepton 1,2%, saccarozơ 8%+sữa 5% +gêlatin,5%; Điều khác biệt thứ với phương pháp lạnh đơng là: để đảm bảo an tồn cho sống tế bào giống, người ta làm phần nước tế bào môi trường có chất bảo vệ thiết bị đơng khơ áp suất 1.10-4mmHg; 2.1.6 nguyên liệu phụ chất hỗ trợ kỹ thuật Canxicacbonat ( CaCO3 ), acid sunfuric ( 78% ), cột trao đổi ion, than lọc hoạt tính, KMnO4, dung mơi hữu ( iso- propyl ether, isobutanol, trialkyl tertiary amines ) 2.2 Quy trình sản xuất 2.2.1 sơ đồ qui trình 11 12 2.2.2.Thuyết minh quy trình: Q trình sản xuất acid lactic gồm cơng đoạn chính: lên men, thu nhận tinh sản phẩm 2.2.2.1 Pha lỗng: Mục đích: chuẩn bị cho q trình xử lý dung dịch Biến đổi: Vật lý: dung dịch tăng thể tích, giảm độ nhớt Hóa học: nồng độ chất tan giảm 13 Hóa lý: tăng độ hịa tan chất Phương pháp thực hiện: Pha loãng với tỉ lệ nước : mật rỉ = 3:1 Yếu tố ảnh hưởng: chất lượng mật rỉ, nước pha loãng 2.2.2.2 Xử lý dịch pha lỗng: Lọc than hoạt tính: Mục đích: tẩy chất màu, tách chất keo có mật rỉ Phương pháp thực hiện: cho dung dịch đường sau pha loãng chảy qua cột than hoạt tính Các biến đổi: Vật lý : tăng độ trong, giảm khối lượng riêng dung dịch Hóa học: tạp chất bị loại bỏ Hóa lý :tách pha rắn khỏi pha lỏng Các yếu tố ảnh hưởng: Chất lượng than hoạt tính Mục đích: chuẩn bị cho q trình lên men tiêu diệt vi sinh vật Phương pháp thực hiện:Tiếp tục pha loãng dung dịch mật rỉ đến nồng độ chất khô 15%,dùng H2SO4 với tỉ lệ 5% so với khối lượng dịch để acid hóa mơi trường.đun nóng dung dịch đến 90-950C giờ.Thực ly tâm lọc để thu dịch Các biến đổi: Hóa học: chuyển hóa đường saccharose thành đường nghịch đảo, pH dung dịch giảm cịn 2,8-3,0 Hóa lý: hệ keo bị phá vỡ Vi sinh: vi sinh vật bị tiêu diệt pH giảm xuống thấp Các yếu tố ảnh hưởng: Tỉ lệ H2SO4 thêm vào so với dung dịch đường Thời gian, nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân Ly tâm thu dịch Mục đích: chuẩn bị cho trình lên men Phương pháp thực hiện: sử dụng thiết bị ly tâm lọc 2.2.3 Chuẩn bị môi trường Mục đích: tạo điều kiện tốt dung dịch để chuẩn bị cho trình lên men Phương pháp thực hiện:Tiếp tục pha loãng dung dịch đường xuống 5-10%.Sử dụng bột CaCO3 để điều chỉnh pH ngược lại 6,3-6,5.Hạ nhiệt độ dung dịch 50oC 2.2.4Nhân giống : Mục đích : tăng sồ lượng tế bào vi khuẩn, chuẩn bị cho trình lên men 14 Phương pháp thực Cũng giống phịng thí nghiệm, muốn thực trình lên men quy mô công nghiệp phải tiến hành nhân giống, đảm bảo số lượng tế bào với tuổi sinh lí thời kỳ hoạt động mạnh để cấy vào mơi trường lên men Nhân giống phải qua 2-3 bước, ta thường gọi nhân giống cấp 1, cấp 2, cấp v.v tuỳ thuộc vào quy mô sản xuất Việc nhân giống thường diễn cách ni chìm Các điều kiện ni lựa chọn cho xảy sinh trưởng không xảy tạo thành sản phẩm Ta tiến hành nhân giống môi trường dịch rỉ đường sản xuất điều kiện nhiệt độ, pH, dinh dưỡng yếu tố sinh trưởng tối ưu cho sinh sản vi khuẩn Canh trường nhân giống vi khuẩn canh trường khiết từ tế bào ban đầu Vi sinh vật nhân giống để đưa vào lên men đảm bảo yêu cầu công nghệ sau: Dịch giống không tạp nhiễm Các tế bào đảm bảo độ tuổi sinh lí thời gian sinh trưởng tốt nhất, có hoạt tính cao nhất, thường sau pha log Các thông số kĩ thuật pH, màu sắc, mùi vị quy định dây chuyền công nghệ Khi lượng giống đảm bảo số lượng tế bào: 106 tế bào / ml Các biến đổi: Sinh học: số lượng tế bào tăng lên nhanh chóng Hố sinh: phản ứng xảy xúc tác hệ enzyme vi khuẩn lactic Các yếu tố ảnh hưởng: Canh trường giống ban đầu Điều kiện nuôi xảy sinh trưởng không xảy tạo thành sản phẩm, nêu tạo sản phẩm chất lượng giống vào quy mơ cơng nghiệp giảm hoạt tính 2.2.5 Lên men: Mục đích: khai thác, tăng nồng độ acid lactic dịch lên men tổng hợp vi khuẩn Phương pháp thực hiện: Lượng giống cấy: 10% thể tích dung dich Nhiệt độ len men 500C trình lên có nhiêt phát sinh phản ứng lên men ta cần làm lạnh trì pH= 5,5Ỉ6 Trong q trình lên men qui mơ sản xuất cơng nghiệp ta ln trì nhiệt độ tương đối cao khoảng 50 0C nhằm tạo nhiệt độ tối ưu cho L.delbrueckii số giống tương tự hoạt động Đồng thời nhiệt độ cao giảm nguy nhiễm vi sinh vật lạ không mong muốn làm ảnh hưởng chất lượng sản phẩm 15 Quá trình lên men bắt đầu sau tiêm giống vào dịch lên men Ta nhận biết lên men dựa vào lượng CO2 sinh phản ứng CaCO3 acid dung dịch Thời gian lên men 2-6 ngày Bổ sung CaCO3 dạng vôi mịn để trung hòa lượng acid tạo thành nhằm tránh tượng ức chế phát triển vi khuẩn lactic, tạo lactate canxium Cho vôi mịn khoảng 3-4 lầ ngày, số lượng cho vào tùy thuộc vào lượng acid sinh ra, trì lượng pH dung dịch len men mức độ 5-6 Thực khuấy trộn q trình lên men Các biến đổi: Hóa học: Phương trình chung biểu diễn trình lên men: Ở thực trình lên men đồng hình Lên men lactic đồng hình q trình lên men sản phẩm acid lactic tạo chiếm 90% tổng số sản phẩm lên men lượng nhỏ acid acetic, aceton, diacetyl Trong trình lên men lactic đồng hình, glucose chuyển hóa theo chu trình Embden – Mayerhoff Vi sinh: vi khuẩn lactic trao đổi chất mạnh, tăng số lượng tế bào vi khuẩn Hóa sinh: phản ứng xảy xúc tác hệ enzyme vi khuẩn lactic 2.2.6 Tạo lactate canxium Mục đích: thu nhận lactate canxium chuẩn bị cho phản ứng thu acid lactic Phương pháp thực Khi lên men xong, đun nóng dung dich lên men đến 80-900C để hòa tan lượng lactate caxium tạo thành trước Dùng CaCO3 để điều chỉnh pH dịch lên men đến 10-11, giữ yên 3-5 để loại sinh khối vi khuẩn chất lắng Tiến hành lọc máy lọc khung nhiệt độ 70-800C Giữ lại sinh khối vi khuẩn để lên men mẻ tiếp theo, lọai hoàn toàn tạp chất Biến đổi: Vật lý: nhiệt độ tăng 16 Hóa học: tăng nồng độ lactate calcium Hóa lý: tăng độ tan lactate calcium 2.3 Thành tựu công nghệ ™ Sản xuất acid lactic từ cám gạo Sản xuất D-acid lactic từ cám gạo Loài Lactobacillus delbrueckii IFO 3202 với vi khuẩn có sẵn cám gạo sản xuất lượng 28 kg/m acid lactic từ 100 kg/m3 36 37oC Hiệu suất trình 78% Độ tinh khiết D-acid lactic sản suất 95% Phương pháp thực : • Nguyên liệu : Vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 +Cám gạo tách dầu với thành phần tinh bột dextrin (46.7%), cellulose hemicellulose (11.3%), protein (18.4%), lipid (1.4%), tro (10.4%) thành phần khác (11.8%) • Q trình đường hóa polysaccharides cám gạo enzyme -Sử dụng enzyme amylase thủy phân tinh bột với hoạt tính 20000AUN/g (Một đơn vị AUN tính cho amylase tương ứng với lượng enzyme thủy phân mg glucose từ 1% tinh bột pH=4.5 40oC, sau 10 phút), pH tối ưu nhiệt độ tối ưu cho amylase pH=4.5 60-65oC Sử dụng enzyme cellulase thủy phân cellulose với hoạt tính 30000U/g Lượng cám gạo sử dụng 100 kg/m3 dung dịch đệm McIlvaine Hỗn hợp đảo trộn với tốc độ 140 vòng/phút 37 oC 48 bình có cánh khuấy ™ Quá trình lên men lactic: Chủng vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 cấy vào môi trường chứa 10 kg pepton, 10 kg dịch chiết từ thịt, kg dịch chiết nấm men, kg K 2HPO4, kg diammonium hydrogencitrate , 0.2 kg MgSO4.7H2O, 0.05 kg MnSO4.4H2O kg Tween 80 ứng với m pH đầu điều chỉnh tương ứng với dd NaOH 4N hay HCl N trước hấp tiệt trùng 121oC 15 phút Sau đó, bổ sung 100 kg/m cám gạo Chủng vi khuẩn cấy vào 10cm3 môi trường bổ sung glucose Môi trường giữ 12 đạt đến pha sinh trưởng log Nhiệt độ giữ 37oC pH môi trường giữ giá trị xác định cách bổ sung dung dịch NaOH 4N.Tiếp theo, dd chứa enzyme amylase cellulase thêm sau lọc màng lọc membrane kích thước 0.2 μm Kết : -Thủy phân : Sau trình thủy phân tinh bột cellulose cám gạo, ta thu glucose disaccharides maltose, cellobiose… Vi khuẩn lactic sử dụng đường để thực trình lên men Lượng enzyme dùng để thủy phân cám gạo thay đổi khoảng 10 g/m3 đến 100 g/m3 Khi dùng hỗn hợp enzyme 17 kết cao so với sử dụng riêng amylase hay cellulose, với hỗn hợp 6.7 g/m amylase 3.3 g/m3 cellulase lượng đường khử thu 28.5 kg/m 3.pH=5 pH tối ưu cho q trình đường hóa - Sự chuyển đồng phân acid lactic vi sinh vật nhiễm vào cám gạo: Vi sinh vật có sẵn cám gạo sinh tổng hợp acid lactic với tỉ lệ gần so với chủng vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 Ở pH 4.5-5.0 chủng sinh tổng hợp acid nhiều chủng L delbrueckii IFO 3202, pH=5.5 ngược lại Do ,cấy chủng vi khuẩn L delbrueckii IFO 3202 với loài vi khuẩn có sẳn cám gạo tách dầu pH=5 kèm theo hỗn hợp enzyme amylase cellulase Acid lactic bắt đầu thu sau sau 12 hàm lượng 26 kg/m3 Sau 36 thu 28 kg/m3 acid lactic với độ tinh khiết 95% Hiệu suất trình 78%, hiệu suất dựa hàm lượng đường hòa tan sau 36 thủy phân cám gạo enzyme amylase cellulase Một số qui trình sản xuất thực phẩm ứng dụng lên men lactic Sản xuất sữa chua : Được tiến hành theo quy trình cơng nghệ với giai đoạn sau: Phối trộn:Trước tiên cho nước nhiệt độ 40 ÷ 45 oC vào nồi nấu, sau cho bột sữa gầy, chất ổn định vào khuấy cho tan, tạo dung dịch đồng nhất, bột khơng bị vón cục Gia nhiệt:Nâng nhiệt độ dịch sữa nồi nấu lên 55 0C giữ nhiệt 60 phút tạo điều kiện thuận lợi để casein bột sữa thủy phân, tăng khả giữ nước tốt, hạn chế tách nước, quện sữa mịn, Sau tiếp tục nâng nhiệt lên 60 0C cho bơ, đường vào Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 90oC phút để trùng dịch sữa nhằm tiêu diệt vi sinh vật gây hại có sữa Ngồi ra, trùng cịn có ý nghĩa làm tăng khả hydrat hóa casein tạo cho sản phẩm có độ quện tốt, bền khơng bị tách nước Đồng hóa:Sau trùng sữa làm nguội đến nhiệt độ thích hợp cho đồng hóa bơm qua máy đồng hóa Tại với áp suất đồng hóa 200 bar giảm kích thước cầu mỡ, phân bố chúng đồng dịch sữa, tránh tượng lên cầu mỡ đồng thời tăng độ nhớt, tăng chất lượng sữa sản phẩm sữa Tăng độ quánh, sữa mịn đồng Làm nguội: Dịch sữa sau đồng hóa làm nguội đến nhiệt độ cấy men (44 ÷ 46)oC, tạo điều kiện nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn lên men lactic hoạt động Cấy men: Men chứa vi khuẩn lactic cấy vào bồn ủ với tỷ lệ ÷ 5% khuấy 10 phút Sau để yên tạo điều kiện cho trình lên men lactic Quá trình ủ men kết thúc PH dịch sữa đạt 4,65 ÷ 4,75 kết hợp với khuấy nhẹ để phá vỡ thể đông tụ sữa Sau giảm nhiệt độ dịch sữa xuống 250C chuyển đến 18 bồn rót Từ nhiệt độ lên men 42 ÷ 460C giảm đột ngột xuống 250C kìm hãm trình lên men tiếp tục vi sinh vật Tài liệu tham khảo: Vi sinh vật công nghệ - Lê Xuân Phương – NXB Xây Dựng Công nghệ vi sinh – Lương Đức Phẩm – NXB Nông Nghiệp 19 ... gian: Acid lactic hỗn hợp dạng đồng phân D -acid lactic L -acid lactic 1.2 Tình hình sản xuất acid lactic Hiện công nghệ sản xuất acid lactic phổ biến rộng rãi vi? ??c chế biến sữa thành loại sản phẩm... 1.1 Giới thiệu acid lactic 1.2 Tình hình sản xuất acid lactic 1.3 Ứng dụng aicd lactic công nghệ thực phẩm Chương CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC 2.1 Nguyên... Thành tựu công nghệ ™ Sản xuất acid lactic từ cám gạo Sản xuất D -acid lactic từ cám gạo Loài Lactobacillus delbrueckii IFO 3202 với vi khuẩn có sẵn cám gạo sản xuất lượng 28 kg/m acid lactic từ