Nguồn cacbon quan trọng nhất cho VK lactic là monosaccarit và disaccarit. Các nguồn cacbon này được dùng để cung cấp năng lượng, xây dựng câu trúc tế bào và sinh ra các axit hữu cơ như axit malic, axit pyruvic,...
Các loài VK lactic khác nhau đòi hỏi nguồn cacbon khác nhau. Chẳng hạn L. delbrueckii có thể sử dụng các đường maltose, glucose, galactose, saccharose, dextrin và không sử dụng được lactose, raffinose, trong khi L. bulgaricus có thể sử dụng được lactose nhưng lại không sử dụng được maltose và saccharose [l1], [14], [47], [50].
1.2.4.2. Nguồn nitơ
Một số các VK lactic không thể sinh tổng hợp được các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ. Để đảm bảo cho sự phát triển của mình chúng phải sử dụng nguồn nitơ có sẩn trong môi trường. Chỉ một số ít các loài có khả năng sinh tổng hợp được các hợp chất chứa nitơ hữu cơ từ nguồn nitơ vô cơ.
Để giúp cho quá trình sinh trưởng và phát triển, VK lactic còn cần những cơ chất hữu cơ phức tạp khác chứa nitơ như các sản phẩm thúy phân protein từ thịt, cazein, pepton, ... Nitơ ở dạng axit amin hoặc peptit là nguồn dinh dưỡng rất quan trọng cho quá trình phát triển sinh khối của VK lactic
1.2.4.3. Các muối vô cơ
Để đảm bảo cho quá trình sinh trưởng và phát triển, VK lactic cần rất nhiều các hợp chất vô cơ như Cu2+, Fe2+ hoặc Fe3+, K+, PO4- hoặc P032-, S2-, Mg2+, Mn2+, đặc biệt là Mn2+. Chính Mn2+ngăn cản quá trình tự phân của tế bào và nó cần thiết cho quá trình sống bình thường của VK lactic. Đối với Lactobacillus thì Mg2+, Mn2+, Fe2+ có tác động tích cực lên sự phát triển và sinh ra axit lactic. Ngoài ra, Mg2+
còn là chất hoạt động trong quá trình lên men lactic bằng cách giúp VK sử dụng tốt hơn các loại đường [l1], [14], [47], [50].
1.2.4.4. Các chất sinh trưởng
Đối với VK lactic, các chất sinh trưởng bao gồm một trong các loại như các góc kiềm purin, pirimidin và các dẫn xuất của chúng, các axit béo, các thành phần của màng tế bào và các vitamin thông thường, ... Các chất này có vai trò quan trọng trong việc gia tăng sinh khối và sinh axit lactic của các chủng VK lactic.
Các VK lactic, đặc biệt là các loài thuộc chi Lactobacilllus, rất cần vitamin cho sự sinh trưởng và phát triển. Do đó, phải bổ sung vào môi trường nuôi cấy các chất có chứa vitamin như nước khoai tây, ngô, cà rốt, dịch tự phân nấm men và nhiều chất khác. Các vitamin đóng vai trò là coenzym trong quá trình trao đổi chất của tế bào. Rất ít VK lactic có khả năng sinh tổng hợp được vitamin [l1], [14], [47], [50].
Rogosa và cộng sự (1961), cho rằng axit nicotinic và axit pantotenic rất cần thiết cho sự phát triển của tất cả các loài VK lactic. VK lactic lên men dị hình rất cần thiamin.
Ngoài vitamin và axit amin, VK lactic còn có nhu cầu rất lớn về các hợp chất hữu cơ cho sự phát triển. Chẳng hạn như các axit hữu cơ như axit acetic, axit citric, axit oleic, ... Đó chính là lý do tại sao người ta lại sử dụng acetat, citrat, Tween-80 (một dẫn xuất của axit oleic), trong thành phần môi trường phân lập và nuôi cấy VK lactic. Một vài loài VK lactic (Lactobacillus acidophilus và Lactobacillus bulgaricus) rất cần các axit béo không no cho sự phát triền [l1], [14], [47], [50].
Đa số VK lactic là loài hô hấp tùy tiện. Chúng không có hệ enzym hô hấp xitocrom cũng như hệ enzym catalase. Chúng vẫn có khả năng oxy hóa rất nhiều chất nhờ sử dụng oxy phân tử. Người ta đã chứng minh được rằng hệ enzym peroxydase có trong VK lactic có thể thực hiện các chức năng thay cho hệ enzym dehyrogenase, khi đó oxy được sử dụng như là chất nhận hydro. Quá trình oxy hóa ở VK lactic thường kèm theo việc tạo thành H202. Một số VK lactic (Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus faecalis, Lactobacillus brevis, ...) có thể khử được H202 thành H20 cùng với sự tham gia của một số chất bị oxy hoa [l1], [14], [47], [50].
Phương trình tóm tắt
Peroxydase
NADH + H+ + H2O2 → NAD+ + H2O + ½ O2
1.2.4.6.Nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của VK lactic. Điều này có ý nghĩa khi sử dụng chúng trong công nghiệp. Khoảng nhiệt độ phát triển của VK lactic khá rộng. Một số loài có thể phát triển ở 55°c, một số khác có thể phát triển ở 5°c. Nói chung đa số VK lactic có thể phát triển trong khoảng nhiệt độ từ 15°c - 40°c.
Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều nhất đến các phản ứng enzym. Trong một khoảng nhiệt độ nào đó thì tốc độ phản ứng enzym tăng khi nhiệt độ tăng, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì sẽ xảy ra sự biến tính protein. Các loài có nhiệt độ phát triển tối ưu trong khoảng 40°c - 45°c được gọi là VK ưa nhiệt (thermophile). Các loài có nhiệt độ phát triển tối ưu trong khoảng 20°c - 40°c được gọi là loại ưa ấm (mesophile) [ 11 ], [ 14], [47], [50].
1.2.4.7.pH
Hoạt động của VK lactic, đặc biệt là hệ enzym của chúng, chịu tác động mạnh của pH. Mỗi enzym đều có vùng pH tối ưu mà tại đó hoạt lực của enzym là mạnh nhất. Tuy nhiên, pH nội bào của VK lại không tương ứng với pH tối ưu của các enzym nội bào mà nó chứa.
Điều này có thể được giải thích rằng tác động của pH lên hoạt tính enzym dựa trên sự tác động vào các yếu tố trao đổi chất của tế bào (Lechninger, 1979).
Đa số các VK lactic có pH tối ưu cho sự phát triển là 5,5 - 6,2 (Lactobacillus) ; 5,5 - 6,5 (Pediococcus) ; 6,3 - 6,5 (Leuconostoc). Giá trị pH cuối cùng mà mỗi giống VK lactic có thể chịu được là khác nhau. Chẳng hạn Lactobacillus có thể chịu được pH = 3,2 - 3,5 ; Pediococcus có thể chịu được pH = 3,5 - 4,4.
Trong quá trình lên men lactic, axit lactic sinh ra đầu tiên có tác dụng ức chế các loại vsv khác. Sau đó khi lượng axit tích lũy đủ lớn thì chính VK lactic cũng bị ức chế. Sự axit hoa tế bào chất gây ra sự tích lũy nội bào axit lactic. Chính axit lactic lại là một chất ức chế, đặc biệt là khi nó ở dạng không phân ly. Axit lactic là một axit có độ phân ly trung bình (pKa = 3,86) (Gatje, Gottsegalk, 1991).
Khi pH càng giảm thì tỷ lệ dạng không phân ly càng tăng, do đó mức độ ức chế càng tăng. Tốc độ phát triển cũng như lượng sản phẩm trao đổi chất sẽ giảm khi lượng axit lactic quá nhiều. Cân bằng hóa học giữa dạng phân ly và dạng không phân ly của axit lactic còn phụ thuộc vào nhiệt độ cũng như sự có mặt của các bazơ vô cơ [l1], [14], [47], [50].
1.2.5. ứng dụng của vi khuẩn lactic trong sản xuất các chế phẩm sinh học phục vụ đời sống