TỔNG QUAN VỀ LACTIC ACID
Giới thiệu về lactic acid
Lactic acid (còn gọi acid sữa) là acid hữu cơ thu được bằng phương pháp lên men do tác nhân lên men chủ yếu là vi sinh vật Lactic acid còn có tên gọi khác là 2- hydroxypropanoic acid.
Khối lượng phân tử của lactic acid là 90,08g/mol Lactic acid là chất hữu cơ không màu, mùi nhẹ, tan trong nước, tan trong cồn.
Công thức cấu tạo: CH3CHOHCOOH
Trong cấu tạo phân tử của lactic acid có một carbon bất đối xứng nên chúng có hai đồng phân quang học là D-lactic acid, L-lactic acid Những đồng phân quang học này có tính hóa lý giống phau, chỉ khác nhau khả năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, một sang phải và một sang trái Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác nhau.
Nguyên liệu sản xuất lactic acid
Để sản xuất lactic acid ta cần phải có hai thành phần chính yếu gồm nguồn cơ chất và giống vi sinh vật với vai trò là tác nhân lên men.
Giống vi sinh vật cho quy trình sản xuất lactic acid là vi khuẩn lactic.
Hình 1.1: D-Lactic acid Hình 1.2: L-Lacticacid
1.2.1.1 Lịch sử về vi khuẩn lactic
Năm 1780, nhà Hoá học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele lần đầu tiên tách được lactic acid từ sữa bò lên men chua Năm 1857, Louis Pasteur chứng minh được rằng sự hình thành lactic acid trong quá trình lên men sữa chua có liên quan đến một nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi là vi khuẩn lactic Năm 1878, Joseph Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là Bacterium lactis (hiện nay gọi là Streptococcus lactis) Từ đó đến nay các nhà hoá học liên tiếp phân lập được các loại vi khuẩn khác nhau
Vi khuẩn lactic là tên gọi chung của những vi khuẩn có khả năng sinh ra lactic acid – sản phẩm chính trong quá trình chuyển hoá carbohydrate Chúng được xếp vào họ
Lactobacillaceae Mặc dù nhóm vi khuẩn này không đồng nhất về mặt hình thái, song về mặt sinh lý chúng lại tương đối đồng nhất Chúng đều là vi khuẩn gram dương, không tạo bào tử (tuy nhiên, hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ vi khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử) và hầu hết không di động Vì có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxidase rất mạnh và chính enzyme này đã phân giải H2O2 tạo thảnh H2O và O2 nên chúng cũng có thể sống trong điều kiện có oxy không khí Do đó, vi khuẩn lactic được gọi là vi khuẩn kỵ khí tuỳ ý.
1.2.1.3 Cơ chế lên men của vi khuẩn lactic
Trong quá trình lên men lactic acid, cơ chất đầu tiên tham gia vào quá trình lên men lactic là đường glucose hoặc fructose Khi sử dụng nguồn nguyên liệu là các đường đôi hay các chất chứa gốc đường thì trước khi tham gia vào quá trình lên men chúng phải được thuỷ
Hình 1.3:Carl Wilhelm Scheele phân thành glucose hay fructose nhờ các enzyme tương ứng Tuỳ thuộc vào tính chuyển hoá không gian của enzyme lactate dehydrogenase (enzyme xúc tác phản ứng chuyển H* của triosephosphate cho pyruvat) và sự tồn tại của enzyme lactamase mà có thể xuất hiện các kiểu hình lactic acid dạng D, L, hoặc hỗn hợp DL.
Dựa vào đặc trưng của sản phẩm tạo thành người ta chia làm 2 loại: lên men lactic đồng hình và lên men lactic dị hình.
Bảng 0.1: Bảng phân loại vi khuẩn lactic theo khả năng lên men
Lactobacillus lactis Lactobacillus helveticus Lactobacillus acidophilus Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus delbrueckii
Lactobacillus brevis Lactobacillus lycopersici Lactobacillus fermenti Lactobacillus viridescens 1.2.1.3.1 Ảnh hưởng của thành phần môi trường nuôi cấy
Trong nghiên cứu vi khuẩn lactic, thường sử dụng các môi trường như: MRS, MRS tổng hợp, M17, môi trường cao nấm men, nước chiết cà chua, môi trường sữa, huyết thanh sữa Để duy trì sự sống và điều hòa quá trình chuyển hóa trong tế bào, chúng cần sử dụng nguồn carbohydrate có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn carbon chính (chủ yếu là đường glucose), nguồn nitrogen (cao nấm men, amino acid…), vitamin, muối khoáng và các nguyên tố vi lượng.
Mặt khác, khi nồng độ muối cao (> 6,5%) hoặc khi có các chất kháng sinh (penicillin, chloramphenicol…) gây ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lactic. Chúng ta ần bổ sung các nguồn dinh dưỡng như trên với liều lượng thích hợp nhất giúp vi khuẩn lactic phát triển tốt, nâng cao hiệu suất lên men.
1.2.1.3.2 Ảnh hưởng của pH môi trường
Mỗi loại vi sinh vật sẽ thích hợp với một giá trị pH nhất định của môi trường nuôi cấy pH tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn Lactobacillus delbrueckii nằm trong khoảng 5 – 6, quá trình lên men bị ức chế mạnh ở pH dưới 4,5 Khi pH