Ket noi lue1baadn20van20tot20nghie1bb87p1 izl2k8vcvv 20131225035530 65671

Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Hiện kỹ thuật cố định tế bào đề cập quan tâm nhiều đặc biệt lĩnh vực lên men sản xuất sản phẩm trao đổi chất Tế bào cố đọnh có nhiều ưu điểm tế bào tự như: Enzyme tế bào ổn định enzyme dạng tự tế bào gắn chất mang polymer tự nhiên, cố định tế bào vi sinh vật không đồi hỏi khâu tách chiết tinh sản phẩm Tế bào vi sinh vật cố định không bị lẫn vào sản phẩm chủ động ngừng phản ứng theo ý muốn Có thể sử dụng nhiều lần theo chu kỳ liên tục Acid lactic sản phẩm trình lên men lactic vi khuẩn lactic Có ứng dụng nhiều công nghiệp, thực phẩm, y dược Trong công nghiệp nhẹ, acid lactic dung môi cho công nghiệp sản xuất sơn, vecni, nhuộm thuộc da…, công nghệ thực phẩm ứng dụng để làm chua quả, sản xuất dưa chua, sản phẩm lên men từ sữa,sản xuất loại sữa bột giàu canxi … Trong y học, người ta sử dụng vật liệu có tên purasorb ( hợp chất cao phân tử sản xuất từ acid lactic) Purasorb sử dụng đinh gim, gắn phần xương lại với Ngoài nhà khoa học nghiên cứu tạo vật liệu sinh học dùng y học copolyme acid lactic, chất dẻo thay cho chất dẻo cũ khó phân hủy… Tuy acid lactic ứng dụng nhiều chưa có nhiều phương nghiên cứu ứng dụng phương pháp khác vào trình lên men nhằm làm tăng hiệu suất lên men thu nhận acid lactic Trên sở vấn đề đặt ra, việc áp dụng phương pháp cố định tế bào sản xuất lên men acid lactic hướng nghiên cứu việc tìm kiếm phương pháp lên men nhằm làm tăng hiệu suất lên men acid lactic 1.2 Mục tiêu đề tài Với mục tiêu đề tài sử dụng chế phẩm Lactobacillus delbrueckii cố định để lên men liên tục thu nhận acid lactic Đề tài tiến hành với thí nhiệm sau: _Khảo sát trình ảnh hưởng đến lên men acid lactic ( lên men theo mẻ): Độ Brix, pH, thời gian lên men _ Xác định tốc độ pha loãng tối ưu hệ thống lên men liên tục _Kiểm tra tính ổn định hệ thống lên men liên tục SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu lên men acid lactic 2.1.1 Đặc điểm acid lactic Acid lactic chất hữu không màu, mùi nhẹ, tan nước cồn Cơng thức hóa học acid lactic CH3CHOHCOOH Khối lượng phân tử acid lactic 98,08 Nhiệt độ sôi 122oC, điểm tan 17oC Acid lactic cịn có tên gọi khác 1-hydroxyethanol cacboxylic hay acid 2hydroxypropanoic Trong cấu tạo phân tử chúng có cacbon bất đối xứng nên chúng có đồng phân quang học: D-acid lactic L-acid lactic Hai đồng phân quang học có tính chất hoá lý giống nhau, khác khả làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng Do tính chất sinh học chúng hồn tồn khác Loại L-acid lactic dạng tinh thể, tan nước, cồn etylic, eter, không tan CHCl3 Nhiệt độ nóng chảy 28oC, góc quay cực 15oC 2,67 o Loại D-acid lactic dạng tinh thể, tan nước, cồn Nhiệt độ nóng chảy 28 oC, nhiệt độ sơi 103 oC, góc quay cực 15 oC -2,26 o Nếu D-acid lactic L-acid lactic có hỗn hợp theo tỷ lệ 50/50 người ta gọi hỗn hợp Raxemic Hỗn hợp ký hiệu D1 acid lactic Trong trình lên men khơng có hỗn hợp có tỷ lệ lý tưởng mà có hỗn hợp tiến hành tổng hợp hữu DL-acid lactic dịch lỏng dạng siro, có khả tan nước, cồn, không tan CHCl Nhiệt độ nóng chảy chúng 16,7 oC, nhiệt độ sôi 122 oC [6] 2.1.2 Lên men lactic Lên men lactic q trình chuyển hố đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình vi khuẩn lactic Lên men lactic loại hình lên men phát triển thiên nhiên Lên men lactic trình trao đổi lượng Các phân tử ATP hình thành trình chuyển hoá chất (lactose) vi khuẩn giữ lại tế bào để phục vụ cho trình trao đổi sinh trưởng vi sinh vật Ngược lại sản phẩm acid lactic, ethanol, CO vi khuẩn thải vào môi trường lên SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com men Kết hàm lượng acid lactic tích lũy môi trường lên men ngày tăng, làm giảm pH môi trường kéo theo biến đổi lý hố khác Trong q trình lên men lactic, ngồi sản phẩm acid lactic, acid acetic, ethanol, CO2 dịch lên men cịn xuất trăm hợp chất hố học khác Chúng sản phẩm trung gian sản phẩm phụ trình lên men Hàm lượng chúng dịch lên men thường thấp ( vài ppm ) Một số hợp chất nhóm dễ bay Chúng đóng vai trị quan trọng việc góp phần hình thành nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm lên men lactic Khi nồng độ acid lactic đạt – 3% ức chế hoạt động vi sinh vật khác, kể E.coli Chính nên lên men lactic ứng dụng để sản xuất nhiều sản phẩm khác như: sữa chua, bơ, dưa chua… Phương trình tóm tắt q trình lên men lactic: C6H12O6→2C3H6O3 + 136Kj (32,4 Kcal) Lên men lactic gồm có lên men đồng hình lên men dị hình Lên men đồng hình: Lượng acid lactic tạo thành chiếm 90%, lượng nhỏ pyruvat bị khử carbon chuyển thành acid acetic, ethanol, CO 2, acetoin Lượng sản phẩm phụ tạo phụ thuộc có mặt oxy Các chủng vi sinh vật sử dụng lên men đồng hình như: Lactobacterium casei, Lactobacterium cremoris, Lactobacterium bulgaricus, Lactobacterium delbruckii… Phương trình tổng quát trình lên men đồng hình: C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2CH3CHOHCOOH + 2ATP Trong số trường hợp, Lên men đồng hình chuyển sang dạng dị hình điều kiện lên men thay đổi Lên men dị hình: Chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngồi cịn có sản phẩm phụ tương tác với tạo thành ester có mùi thơm Phương trình tổng quát trình lên men dị hình: C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, môi trường dinh dưỡng điều kiện ngoại cảnh Acid lactic thường chiếm 40% SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com lượng đường phân huỷ, acid suecinic 20%, rượu etylic 10%, acid acetic 10%, loại khí gần 20% [6] 2.1.3 Vi khuẩn lên men lactic 2.1.3.1 Đặc điểm chung Vi khuẩn lactic thuộc Lactobacilliaceae Acid lactic phát vào năm 1780 nhờ nhà hoá học Sheele người Thụy Điển, sữa chua, acid lactic thừa nhận sản phẩm trình lên men vào năm 1847 Vi khuẩn lactic thuộc vi khuẩn Gram (+), không di động, khơng có khả tạo bào tử ( nhiên người ta tìm thấy số giống thuộc họ vi khuẩn lactic có khả tạo bào tử) Vi khuẩn lactic thuộc vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện, khơng chứa cytochrom enzyme catalase, có khả sinh tổng hợp enzyme peroxydase mạnh Chúng phân giải H2O2 để tạo H2O O2 để phát triển Theo khóa phân loại Bergay, họ Lactobacilliaceae chia làm họ: Streptococeae Lactobacieae Streptococeae lại chia Streptococcus Leuconostoc Lactobacileae có lồi Lactobacillus Vi khuẩn lactic có nhiều thiên nhiên Chúng tồn nhiều cỏ, cỏ khô, thể người động vật, miệng, ruột Một số loài họ vi khuẩn lactic Streptococcus có khả gây bệnh Nhóm vi khuẩn lactic đa dạng gồm nhiều giống khác nhau, tế bào chúng hình cầu, hình que Phân biệt chúng khả lên men đồng hình hay dị hình Khả tổng hợp nhiều hợp chất cần cho sống vi khuẩn yếu.[7] Các loài vi khuẩn lactic khác tạo thành acid lactic môi trường sức chịu acid khác Đa số trực khuẩn lactic đồng hình tạo thành acid cao ( khoảng 2-3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%) Các trực khuẩn phát triển pH: 3.8 – 4, cầu khuẩn phát triển môi trường Hoạt lực lên men tốt vùng pH: 5.5 – 6.0 Đa số vi khuẩn lactic, đặc biệt trực khuẩn đồng hình kén chọn thành phần dinh dưỡng môi trường phát triển mơi trường có tương đối đầy đủ acid amin hợp chất nitơ phức tạp Ngồi ta chúng cịn nhu SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com cầu vitamin (B1, B2, B6, PP), acid pantotenic folic Bởi vậy, môi trường nuôi vi khuẩn lactic có thành phần phức tạp [1] Vi khuẩn lactic chịu trạng thái khô hạn, bền vững với CO cồn etylic, nhiều loài sống mơi trường có 10 – 15% cồn cao hơn, số trực khuẩn bền với NaCl (tới – 10%) Các vi khuẩn lactic ưa lạnh phát triển nhiệt độ tương đối thấp (5 oC thấp hơn), lồi ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích 25 - 35 oC, lồi ưa nhiệt có nhiệt độ tối thích 40 – 45 oC Khi gia nhiệt tới 60 – 80 oC hầu hết chúng bị chết sau 10 – 30 phút Sự phát triển cần có có mặt peptone, acid amin hay muối amơn Chúng có u cầu đặc biệt chất dinh dưỡng giàu vitamin, acid amin khống chất Q trình lên men xảy tốt môi trường acid pH từ 5.5 – 6, pH nhỏ 5.5 trình lên men bị dừng lại Vi khuẩn lactic có hoạt tính proteaza: phân huỷ protein sữa thành peptid acid amin Hoạt tính lồi khác nhau, thường trực khuẩn cao Vi khuẩn lactic lên men đa số disacarit Chúng có khả lên men nhiều loại đường đơn đường đôi khả lên men loại glucid phức tạp tinh bột, có lồi L.delbrueckii đồng hố tinh bột Một số vi khuẩn lên men lactic dị hình sử dụng pentoza acid citric Một số lồi có khả tạo thành màng nhầy Một số khác có khả đối kháng với thể hoại sinh vi sinh vật gây bệnh làm thối rửa thực phẩm Như vậy, khả tạo thành acid lactic, lồi cịn có khả sinh hợp chất có hoạt tính kháng sinh ( người ta gọi hợp chất bacteriocin) Những chất kháng sinh không dùng y học mà dùng bảo quản thực phẩm có hiệu khả quan Các vi khuẩn lactic việc tạo thành acid cịn có số lồi tạo chất thơm ( diacetyl, acetoin, acid bay ) Streptococcus diacetylactic Vi khuẩn Lactobacillus làm giảm hội chứng nhạy cảm đường ruột Các vi khuẩn có nhiệm vụ biến đổi chất xơ thực phẩm, thức ăn chưa tiêu hoá hết ruột non thành acid lactic, acetic, butyric, hàng loạt vitamin, acid amin, men, hocmon chất dinh dưỡng quan trọng khác, sinh khí NH3, CO2, H2S SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com 2.1.3.2 Các chủng vi sinh vật sử dụng lên men lactic Lactobacillus Lactobacillus tên giống vi khuẩn, giống có nhiều lồi Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus sporogenes, Lactobacillus kefir Trong đường ruột ln có nhiều loại vi khuẩn ký sinh, có loại có ích có hại cho sức khỏe người Sự tồn vi khuẩn lactic tạo thành cân vi khuẩn đường ruột Vi khuẩn Lactobacillus làm giảm hội chứng nhạy cảm đường ruột.[6] Các vi khuẩn có nhiệm vụ biến đổi chất xơ thực phẩm, thức ăn chưa tiêu hoá hết ruột non thành acid lactic, acetic, butyric, hàng loạt vitamin, acid amin, men, hocmon chất dinh dưỡng quan trọng khác Nó sinh khí NH3, CO2, H2S Q trình biến đổi gọi chung q trình lên men, mà nhờ nó, thức ăn tiêu hố hồn tồn Trong mơi trường hoạt động đại tràng, vi khuẩn có ích có khả lấn áp, đè bẹp tiêu diệt nhiều loại vi trùng gây bệnh Lactobacillus giúp tiêu hoá đường lactose sữa cách dễ dàng Loại vi khuẩn có ích đem lại hiệu cao cho người bị đau bụng tiêu chảy loạn khuẩn đường ruột hậu việc dùng q nhiều kháng sinh khiến vi khuẩn có ích bị tiêu diệt Một nghiên cứu gần cho thấy, vi khuẩn Lactobacillus cịn có tác dụng chữa bệnh chàm trẻ em Một số chủng Lactobacillus thường dùng lên men lactic như: Lactobacillus bulgaricus: Lên men đồng hình, trực khuẩn trịn, đơi dạng hạt, thường kết thành chuỗi dài, Gram (+), khơng có khả di động.Chúng có khả lên men loại đường glucose, lactose, galactose, không lên men sacaroza, xylose, arabinose, sorbose, dulcitol, mannitol, dextrin, inulin Chúng khơng có khả tạo nitrit từ nitrate Đây giống ưa nhiệt, nhiệt độ tối thích cho phát triển 40 – 45 oC, tối thiểu 15 – 20 oC SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com Hình 2.1 : Vi khuẩn Lactobacillus bulgaricus [10] Lactobacillus casei: Lên men lactic đồng hình, trực khuẩn nhỏ, Gram (+), thường gặp dạng chuỗi dài ngắn, tích tụ tới 1,5% acid Chúng khơng có khả chuyển động Có khả lên men loại đường glucose, fructose, mannose, galactose, maltose, lactose, salicin Trong trình lên men chúng tạo D-acid lactic Nhiệt độ tối thích cho phát triển 38 – 40 oC, nhờ có hoạt tính proteaza nên phân hủy protein sữa thành acid amin Hình 2.2 : Vi khuẩn Lactobacillus casei [10] Lactobacillus lycopersici: lên men lactic dị hình, trực khuẩn Gram (+), sinh hơi, thiên nhiên chúng tồn thành đơi một, có khả tạo bào tử Trong trình lên men đường, chúng tạo cồn, acid lactic, acid acetic CO Ngày chúng coi biến chủng Lactobacillus brevis.[6] Lactobacillus pasteurianus: trực khuẩn Gram (+), có kích thước rộng: 0.5 – 1.0µm, dài: 7.0 - 35µm Trong thiên nhiên chúng tồn riêng lẻ, khơng di động Chúng có khả lên men arabinose, glucose, fructose, galactose, maltose, SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com tạo loạt sản phẩm như: CO 2, alcohol, acid lactic, acid acetic, acid formic Nhiệt độ thích hợp từ 29 – 33 oC Lactobacillus bifidus: trực khuẩn nhỏ, thuộc loại Gram (+) Chúng khơng có khả di động, có khả lên men loại đường glucose, fructose, galactose, saccharose, inulin, dextrin Nhiệt độ phát triển tốt vi khuẩn 37 oC Lactobacillus causaciccus: Trực khuẩn Gram (+) ngắn, khơng có khả chuyển động, có khả lên men loại đường glucose, fructose, mannose, galactose, maltose, lactose, mannitol Nhiệt độ phát triển tối ưu 48 – 50 oC Latobacillus brevis: lên men lactic dị hình, loại trực khuẩn Gram (+), khơng có khả di động, có kích thước rộng: 0.7 – 1.0µm, dài: 2.0 – 4.0µm, tìm thấy chủ yếu muối chua bắp cải Trong thiên nhiên chúng thường lêi kết với thành chuỗi Trong q trình phát triển chúng sử dụng lactate canxi nguồn cung cấp carbon Chúng có khả lên men loại đường arbinose, xylose, gluxose, fructose, galactose, maltose Trong lên men ngồi acid lactic (1,2%), cịn tạo thành acid acetic, rượu etylic (2,4%), CO 2, cịn tạo hương làm cho sản phẩm có hương vị dễ chịu Nhiệt độ phát triển tối đa 30 oC, vi khuẩn có nhiều sữa, kefia, dưa chua… Hình 2.3 Vi khuẩn Latobacillus brevis [10] Lactobacillus leichmannii: trực khuẩn Gram (+) Trong tự nhiên chúng có khả tạo thành chuỗi ngắn, kích thước tế bào từ 0.6 – 2.0µm Chúng có khả lên men glucose, fructose, maltose, saccharose, trehalose khơng có khả lên men lactose, galactose, raffinose, arabinose, rhamnose, dextrin, inulin Trong trình lên SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com men, chúng tạo L-acid lactic, khơng có khả tạo nitrit từ nitrat Nhiệt độ phát triển tối ưu 36 oC Lactobacillus helveticcus: trực khuẩn, có kích thước rộng: 0.7 – 0.9µm, dài: 2.0 – 6.0µm Trong thiên nhiên chúng tồn riêng lẻ tế bào, tạo thành chuỗi tế bào Chúng có khả lên men loại đường glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose Nhiệt độ phát triển từ 40 – 42 oC Vi khuẩn sử dụng nhiều sản xuất sữa chua phomai cứng Lactobacillus thermophilus: trực khuẩn Gram (+), kích thước tế bào 0.5 – 3.0µm, khơng có khả di động Nhiệt độ phát triển tối ưu 30 oC, chịu nhiệt độ 65 – 75 oC Vi khuẩn sử dụng nhiều sản xuất sữa chua phomai Lactobacillus plantarum: trực khuẩn Gram (+), kích thước tế bào rộng: 0.7 – 1µm, dài – 8µm Nhiệt độ phát triển tối ưu 30 oC, có khả chịu nồng độ NaCl 5,5% Vi khuẩn dùng nhiều chế biến sữa.[6] Hình 2.4 Vi khuẩn Lactobacillus plantarum [9] Leuconostoc Leuconostoc gồm liên cầu khuẩn lên men lactic đồng dạng, lên men đường sinh acid lactic lượng lớn acid acetic, cồn etylic, khí CO Khả loài Leuconostoc dextranicium Leuconostoc citrovorum lên men acid citric sữa với sản sinh chất có mùi thơm diacetyl khả kích thích liên cầu khuẩn lactic làm cho chúng đem dùng vào giai đoạn đầu chế biến bơ phomai SVTH: Trần Thị Thu Giang Kho tài liệu miễn phí Ket-noi.com Một số đặc trưng giống Leuconostoc cho vị trí quan trọng thực phẩm như: Sản sinh diacetyl, chịu đựng nồng độ muối cao làm cho Leuconostoc mesenteriodes đem dùng giai đoạn đầu lên men lactic Sự chịu đựng nồng độ đường cao đến 55 – 60% (đối với Leuconostoc mesenteriodes) làm cho vi khuẩn phát triển xiro bán lỏng kem đá… sản sinh nhiều thán khí từ đường làm hư hỏng số loại phomai, xiro Hình 2.5 Vi sinh vật thuộc nhóm Leuconostoc [9] Streptococcus Streptococcus cầu khuẩn trực khuẩn ngắn, chủ yếu lên men lactic đồng hình, kết song đơi thành chuỗi ngắn Giống ưa ấm, nhiệt độ phát triển tối thiểu 10 oC, tối đa 40 – 45 oC phát triển tốt 30 – 35 oC Trong môi trường tích tụ 0.8 – 1% acid Một số chủng tạo thành bacteriocin Một số dạng Streptococcus thường dùng để lên men lactic như: Streptococcus lactis: liên cầu khuẩn Gram (+) Nhiệt độ phát triển từ 10 – 45 oC, chịu nồng độ NaCl 4% Khi lên men đường glucose, maltose, lactose, xylose, arabinose, saccharose, trehalose, monnitol, tạo acid lactic, CO 2, acid acetic, diacetyl Chúng có khả lên men raffinose, inulin, glycerol, sorbitol Chúng sử dụng rộng rãi chế biến sản phẩm sữa chua, cream – bơ chua, phomai Streptococcus lactic có khả lên men 30 oC sữa, đường glucose, mantose, lactose, galactose SVTH: Trần Thị Thu Giang 10