Quy trình cố định nấm men trên chất mang cellulose vi khuẩn và ứng dụng vào quá trình lên men chính rượu vang nho

ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỐ ĐỊNH TRÊN CELLULOSE VI KHUẨN TRONG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN

• Một số ứng dụng khác của việc cố định tế bào trên chaát mang BC

• Khi sử dụng tế bào vi sinh vật cố định, trong môi trường sản xuất, hiện tượng rò rỉ hay rửa trôi tế bào ra khỏi chất mang ít hay nhiều là điều không thể tránh khỏi, đồng thời sự phát triển sinh khối đôi khi có thể phá hủy cấu trúc chất mang. Nguyễn Thúy Hương và các cộng sự (2007) đã tuyển chọn chủng vi khuẩn Oenococcus Oeni có ưu thế lên men malolactic (do thích nghi tốt trong môi trường có nồng độ cồn cao và độ acid cao) và cố định chủng Oenococcus Oeni trên chất mang BC bằng phương pháp hấp phụ- ủ hai giai đoạn. Nguyễn Thuý Hương và các cộng sự (2007) đã nghiên cứu việc cố định tế bào vi khuẩn Lactococcus lactis trên chất mang BC để ứng dụng thu nhận bacteriocin và ứng dụng chính màng BC hấp phụ bacteriocin để bảo quản các sản phẩm thịt tươi sơ chế tối thiểu.

109 tế bào/g chất mang; đồng thời chế phẩm bacteriocin thu được trong 9 lần lên men tái sử dụng có hoạt tính khoảng 800 AU/mL và không có sự khác biệt so với đôí chứng khi lên men bằng tế bào tự do và chỉ từ lần thứ 10 trở đi mới có xu hướng giảm hoạt tính (hình 2.14). Như chúng ta đã biết, BC vừa là loại thực phẩm phổ biến ở các nước châu Á, vừa có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như y học, môi trường, vật liệu và một số ngành công nghiệp khác, đặc biệt là những ứng dụng mới của BC làm chất mang để cố định tế bào và các loại enzym. Kết quả thu được cho thấy, với nồng độ chế phẩm 1g/l, thời gian lên men quá dài (9-10 ngày) không thích hợp với quy mô công nghiệp; trong khi đó dịch lên men với nồng độ chế phẩm 2-3 g/l môi trưởng cho năng suất khá tốt 940 g/l và không ảnh hưởng đến năng suất lên men.

Đồng thời, việc tái sử dụng chất mang BC được nghiên cứu 8 lần và kết quả cho thấy sau 7 lần đầu, chất lượng BC tốt, có màu trắng trong, không bị nhiễm và qua lần thứ 8 thì trọng lượng giảm một ít vàcó dấu hiệu bị nhiễm và BC thu được bị nhũn.

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC SINH TRƯỞNG CỦA NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN CHẤT MANG BC TRONG THỜI GIAN Ủ TẠO

Với kết quả thu được từ phương trình hồi quy, chúng tôi nhận thấy cả mật độ tế bào trong huyền phù giống và thời gian cố định đều có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất cố định, trong đó mật độ tế bào trong huyền phù giống có ảnh hưởng nhiều hơn. Chất mang BC có cấu trúc gel, trong quá trình cố định bằng hấp phụ, các miếng chất mang BC được ngâm trong môi trường nước nho chứa tế bào nấm men, các chất dinh dưỡng trong nước nho đã khuếch tán một phần vào trong miếng gel BC. Trong thời gian ủ, nấm men không còn tiếp xúc trực tiếp với môi trường dịch nho nữa, khi đó, nấm men sẽ sử dụng các chất dinh dưỡng còn sót lại trong cấu trúc miếng gel BC, đồng thời một số tế bào nấm men đã hấp phụ trên bề mặt chất mang cũng dịch chuyển vào bên trong cấu trúc chất mang.

Cấu trúc mẫu chất mang BC sau quá trình cố định bằng cả hai phương pháp cố định được chúng tôi chụp SEM như trong hình 4.15 và hình 4.16 với độ phóng đại 1000 lần (Trung tâm công nghệ Nano- Thủ Đức). Đối với chất mang BC cố định bằng phương pháp hấp phụ (hình 4.15), số lượng nấm men trên bề mặt chất mang (a) là không nhiều còn số lượng nấm men bên trong lòng chất mang (b) là gần như không đáng kể. Còn với chất mang BC cố định bằng phương pháp hấp phụ- ủ (hình 4.16), số lượng nấm men trong lòng chất mang (b) tuy không nhiều bằng số nấm men trên bề mặt (a), song ta có thể thấy được sự vượt trội về số lượng nấm men trên bề mặt cũng như trong lòng chất mang BC ở phương pháp cố định hấp phụ- ủ so với phương pháp cố định bằng hấp phụ.

Tuy nhiên, trong quá trình lên men rượu vang sử dụng nấm men cố định trên chất mang BC, mật độ tế bào cố định trong chất mang cao hơn chưa chắc đã đem lại hiệu quả lên men tốt hơn, bởi vì với cùng một lượng giống cấy ban đầu vào môi trường lên men, mật độ tế bào trong chất mang càng cao thì số lượng miếng chất mang đưa vào lên men càng thấp, khi đó diện tích trao đổi chất của nấm men cũng bị hạn chế hơn, do đó có thể làm kéo dài thời gian lên men chính.

KHẢO SÁT VÀ SO SÁNH QUÁ TRÌNH LÊN MEN CHÍNH SỬ DỤNG NẤM MEN TỰ DO VÀ NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN BC

• So sánh tính chất các sản phẩm lên men .1 Sinh tổng hợp cồn

Những hiện tượng trên có thể được giải thích như sau: cố định nấm men trên BC theo phương pháp hấp phụ (0D) là việc cố định nhờ vào lực hấp phụ bề mặt giữa nấm men và bề mặt chất mang, vì vậy việc cố định này chỉ làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa nấm men và cơ chất chứ không ảnh hưởng nhiều đến quá trình truyền khối đồng thời khả năng chịu áp suất thẩm thấu của nấm men khi này cũng không cao nên tính chất của chúng có phần giống với nấm men tự do hơn. Với cùng một độ lên men như nhau là 97,5%, các mẫu sử dụng nấm men cố định trên BC bằng phương pháp hấp phụ- ủ có thời gian lên men ngắn (94,5- 102,4 h) hơn các mẫu sử dụng nấm men cố định trên BC bằng phương pháp hấp phụ và mẫu sử dụng nấm men tự do nên tốc độ sử dụng đường trung bình do vậy cũng cao hơn. Do đó, để duy trì ổn định pH nội bào, nấm men phải tăng tốc độ sử dụng ATP, làm giảm sự có mặt ATP trong tế bào, kết quả dẫn đến tốc độ sinh tổng hợp cồn tăng vọt, có nghĩa là lượng nấm men được cố định bên trong lòng chất mang càng nhiều sẽ dẫn đến việc hàm lượng cồn thu được cũng tăng theo.

Tuy nhiên, kết quả lên men của chúng tôi cho thấy hàm lượng cồn thu được giữa mẫu sử dụng nấm men cố định và mẫu sử dụng nấm mem tự do không chênh lệch đáng kể, điều này có thể được giải thích là do hàm lượng cơ chất chỳng tụi chọn để tiến hành lờn men chưa đủ cao để thấy rừ được sự ưu thế của nấm men cố định trên chất mang. Tuy nhiên, khi khảo sát hiệu suất sinh tổng hợp cồn (số mol ethanol tạo thành trên một mol glucose) như bảng 4.15 và hình 4.20, chúng tôi nhận thấy hiệu suất sinh tổng hợp cồn của nấm men tự do và nấm men cố định theo hai phương pháp hấp phụ và hấp phụ- ủ không có sự khác biệt đáng kể(P> 0,05), khoảng 1,55 (mol etanol/mol glucose). Trong 48h lên men đầu tiên, pH dịch lên men giảm nhanh có thể là do nấm men sử dụng khí oxi và hô hấp hiếu khí để tăng sinh khối, một số acid hữu cơ tạo thành là các sản phẩm trung gian trong chu trình Krebs, sau khi sử dụng hết oxi thì nấm men mới bắt đầu hô hấp kị khí và sinh tổng hợp ethanol.

Nguyên nhân của các hiện tượng này có thể là do nấm men cố định theo phương pháp hấp phụ- ủ, đặc biệt với mẫu 2D có khả năng sử dụng đường tốt hơn những mẫu 1D, 3D và 0D, nên nấm men ít sử dụng và chuyển hóa đường thành các acid dễ bay hơi hơn.