Mơi trường chuẩn vi khuẩn Lactic nĩi chung, Lactobacillus acidophilus nĩi riêng là mơi trường MRS, thành phần MRS/l gồm: glucose 20g, Peptone 10g, Beef extract 8g, Sodium acetate.3H2O 5g, Yeast extract 4g, K2HPO4 4g, Triammonium citrate 2g, MgSO4·.7H2O 0.2g, MnSO4·.4H2O 0.05g. tween 1ml. Trong mơi trường glucose cung cấp nguồn carbon cho vi khuẩn. Nấm men, peptone, beef ectrack cung cấp nguồn nitơ, đặc biệt trong cao nấm men rất giàu nguồn vitamin nhĩm B rất cần thiết cho vi khuẩn L. acidophilus phát triển. Theo
nghiên cứu của Sunhoon Kwon, Pyung Cheon Lee, Eun Gyo Lee, Yong Keun Chang, Nam Chang tại viện khoa học và kỹ thuật Hàn Quốc tiến hành khảo sát sự phát triển của L. rhamnosus trên bảy vitamin: d-biotin, pyridoxine, p- aminobenzoic acid, nicotinic acid, thiamine, pantothenic acid, và riboflavi bổ sung vào dịch dịch đậu nành thủy phân. Kết quả cho thấy pantothenic acid, và riboflavi cĩ ảnh hưởng mạnh nhất đối với sự phát triển của L. rhamnosus, khi khơng bổ sung hai vitamin này trong mơi trường thì lượng tế bào khơ chỉ đạt 0.029 và 0.05 g/l[ ]. Vi khuẩn lactic nĩi chung và L. acidophilus nĩi riêng các thành phần trong mơi trường là yếu tố quan trọng giúp tỗng hợp các chất cĩ hoạt tính sinh học. Theo nghiên cứu của Marco J. van Belkum,Darren J. Derksen,Charles M. A. P. Franz một vài bacteriocins được tổng hợp nhờ cảm ứng của một số peptide[24]. MgSO4·.7H2O, MnSO4·.4H2O cung cấp Mn, Mg cho vi khuẩn. Trong sản xuất với quy mơ cơng nghiệp nếu sử dụng mơi trường MRS thì giá thành sản phẩm rất cao, do đĩ để giảm bớt giá thành, chúng ta tìm những nguồn thay thế thích hợp. Chủ yếu dựa vào nguồn carbon và nitơ mà cĩ thể thay thế bằng các nguyên liệu khác và rẻ hơn mà vẫn đảm bảo cung cấp đủ nguồn carbon và nitơ với mục đích giảm giá thành và tận dụng các phế thải của ngành cơng nghiệp khác.
2.4.1.Nguồn carbon
Bất cứ vi sinh vật nào cũng cần nguồn carbon. Trong tế bào nguồn C trải qua một loạt quá trình biến hố hố học phức tạp sẽ biến thành vật chất của bản thân tế bào và các sản phẩm trao đổi chất. C cĩ thể chiếm đến khoảng một nửa trọng lượng khơ của tế bào. Đồng thời hầu hết các nguồn C trong các quá trình phản ứng sinh hố cịn sinh ra trong tế bào nguồn năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của vi sinh vật. Chẳng hạn, qua quá trình đường phân từ một phân tử glucose sẽ giải phĩng năng lượng dứơi dạng ATP, một glucose giải phĩng 38 phân tử ATP, nguồn năng lượng này được dùng tổng hợp cấu trúc tế bào, tổng
hợp các cao phân tử sinh học, sinh trưởng và sinh sản … cĩ rất nhiều sản phẩm cung cấp nguồn carbon cho vi sinh vật phát triển như: huyết thanh sữa, rỉ đường, tinh bột sắn, dịch chiết dứa…
Huyết thanh sữa
Huyết thanh sữa: Là dung dịch sau khi đã tủa protein sữa, là phế thải của ngành cơng nghiệp sản xuất phomát, chứa khoảng 60-75 % lactose. Huyết thanh sữa cĩ hai loại, loại thứ nhất gọi là huyết thanh ngọt, khi pH khảng 5.6 dùng rennet tủa protein sữa. Loại thứ hai là huyết thanh chua pH thấp hơn 5.1 dùng acid đơng tụ, cĩ thể dùng acid acetic hoặc acid citric. Thành phần chủ yếu của huyết thanh sữa là đường lactose. Bảng sau thể hiện thành phẩn của huyết thanh sữa [30].
Bảng 2.1: Thành phần hĩa học huyết thanh
Tên huyết thanh Protein (g/l) Lactose (g/l) Khống (g/l)
Huyết thanh ngot 6–10 46–52 2.5–4.7
Huyết thanh chua 6–8 44–46 4.3–7.2
Hiện nay ngành cơng nghiệp sản xuất phomát phát triển khắp thế giới, mỗi năm sản xuất khoảng 15x106 tấn chiếm 35% tổng các sản phẩm sữa, sản xuất chủ yếu ơ châu Âu đạt 8,201 tấn / năm. Tại Mỹ, hàng năm sản xuất khoảng 25.650 x10 6 tấn dịch huyết thanh sữa [10]. Ngồi cung cấp nguồn carbon huyết thanh sữa cịn cung cấp một lượng protein cho vi sinh vật phát triển. Đối với các nước cĩ ngành sản xuất phomat phát triển thì lượng chất thải, thải ra với một lượng lớn như ở châu Âu, Mỹ, cĩ thể tận dụng nguồn này như là nguồn cung cấp carbon cho vi sinh vật phát triển, một phần cĩ thể giải quyết được lượng nước thải một phần cĩ thể tạo ra được các sản phẩm mong muốn như acid lactic, protein đơn bào, khí sinh học, ethanol, acid lactic, acetate [10]. Hiện nay ở Việt Nam vấn đề sản
phomat ở Việt Nam chưa phổ biến và chỉ mang tính chất gia đình, do đĩ việc ứng dụng vẫn cịn nhiều hạn chế. Nghiên cứu của Javier Parrondo, Mĩnica Herrero, Luis A. García và Mario Díaz sử dụng huyết thanh sữa để sản xuất acid acetic, trong nghiên cứu này đầu tiên tác giả sử dụng chủng nấm men Kluyveromyces fragilis để sản xuất rượu, sau đĩ tiếp tục sử dụng dịch lên men này để sản xuất acid acetic, kết quả đạt nồng độ 5 - 6% [29]. Một nghiên cứu khác của Sanaa Omar và Soraya Sabry tại trường đại hoc Alexandria của Ấn Độ, sử dụng nguồn lactose trong huyết thanh sữa để lên men sản xuất protein đơn bào. Trong nghiên cứu khảo sát 18 chủng nấm men và 12 chủng vi khuẩn [28].
Rỉ đường: Mật mía hoặc củ cải đường khơng kết tinh được trong quá trình
sản xuất được gọi là rỉ đường. Tỷ lệ rỉ đường thường chiếm 3 - 3.5% trọng lượng của mía, rỉ đường là nguồn cung cấp carbon rẽ tiền. Rỉ đường ngồi chứa hàm lượng đường cao cịn chứa một lượng nitrogen, vitamin và các muối vi lượng. Tuy nhiên rỉ đường cũng chứa một số chất keo và vi sinh vật tạp nhiễm gây bất lợi cho quá trình lên men sau này, do đĩ cần xử lý trước khi dùng làm mơi trường nuơi cấy. Thành phần rỉ đường tùy thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, phương pháp sản xuất, điều kiện bảo quản và vận chuyển rỉ đường.
Trong rỉ đường cĩ 15-20% nước và 80 - 85% chất khơ hịa ta, trong chất khơ cĩ tới lớn hơn 50% là đường ( 30-35% là đường saccharose và 15 - 20 % là đường khử). Phần cịn lại chất khơ là chất khơng phải đường, trong đĩ cĩ 30 - 32% chất hữu cơ và 18 - 20% là chất vơ cơ. Ngồi ra rỉ đường cịn chứa một số sinh tố: thiamin, Riboflavin, Acid nicotinic, Acid folic, Biotin, Acid pantotenic [3].
Rỉ đường trước khi sử dụng cần phải xử lý để loại bỏ các hĩa chất độc hại như các kim loại nặng, các chất keo vi sinh vật khơng sử dụng được hoặc vi sinh vật tạp nhiễm đồng thời bỏ sung thêm lượng nitơ cho sinh trưởng vi sinh vật trong quá trình lên men ( peptone, cao nấm men ).
Mía đừơng là thế mạnh của việt nam, vào năm 2000 đạt năng suất triệu tấn/ năm. Do đĩ khả năng tận dụng nguồn rỉ đường là rất lớn. Hiện nay rỉ đường chủ yếu được ứng dụng sản xuất acid lacitc và ethanol, Ấn Độ là nước sản xuất mía đường lớn nhất với sản lượng hàng năm khoảng 20 triệu tấn/năm, do đĩ thải ra với một lượng rỉ đường rất lớn và lượng rỉ đường chủ yếu ứng dụng trong sản xuất acid lactic. Nghiên cứu của Arti Dumbrepatil, Mukund Adsul, Shivani Chaudhari, Jayant Khire, and Digambar Gokhale tại , Ấn Độ , sử dụng nguồn rỉ đường để lên men sản xuất acid lactic, tác giả đã sử dụng nguồn đường trong rỉ đường cung cấp nguồn carbon cho vi khuẩn Lactobacillus delbrueckii subsp, do trong rỉ đường hàm lượng protein rất thấp do đĩ cần bổ sung cao nấm men cung cấp nitơ cho vi khuẩn. Kết quả khảo sát hàm lượng cao nấm men và hàm lượng acid lactic đạt nồng độ tối ưu là0.5g/l và 166g/l [18].
Dịch chiết dứa
Dứa là loại cây ăn quả khơng kén đất, cĩ thể trồng trên vùng đất xấu nghèo chất dinh dưỡng. Ở đồng bằng sơng Cửu Long dứa chủ yếu trồng trên vùng đất phèn, giúp cho người dân cĩ thể tận dụng được quỹ đất để cĩ thêm sản phẩm và mang lại lợi ích kinh tế. Trồng dứa thu hoạch rất nhanh, năng suất sau 1 - 2 năm cĩ thể đạt từ 10 - 20 tấn/năm, tuy nhiên nếu chăm sĩc tốt cĩ thể đạt 30 - 35 tấn/ha (Trần Thế Tục và Vũ Mạnh Hải, 1996) [6].
Hiện nay dứa chủ yếu phục vụ cho ngành dứa đống hợp xuất khẩu nước ngồi, thị trường chủ yếu của Việt Nam là Nga, Đức, Mỹ, Hà Lan, Ai Len, Ukraina, Romania, Úc. Ngồi ra dứa cịn phục vụ cho ngành cơng nghiệp enzyme, trong dứa chủ yếu cĩ enzyme Bromelin ( enzyme thủy phân protein) Về mặt dinh dưỡng, dứa được xem là một loại trái cây giàu chất dinh dưỡng, thành phần dinh dưỡng dứa trong 100g như sau :
Bảng 2.2: Thành phần hĩa học dịch chiết dứa Carbohydrates 12.63 g chất béo 0.12 g Protein 0.54 g Thiamine (Vit. B1) 0.079 mg 6% Riboflavin (Vit. B2) 0.031 mg 2% Niacin (Vit. B3) 0.489 mg 3% Pantothenic acid (B5) 0.205 mg 4% Vitamin B6 0.110 mg 8% Folate (Vit. B9) 15 μg 4% Vitamin C 36.2 mg 60% Canxi 13 mg 1% Sắt 0.28 mg 2% Magnesium 12 mg 3% Photpho 8 mg 1% Kali 115 mg 2% Kẽm 0.10 mg 1%
Thành phần chất thải phụ thuộc vào từng vùng, theo mùa, cơng nghệ riêng của mỗi cơng ty, từng loại dứa khác nhau. Nhưng thành phần chính cũng là sucrose và fructose, trong khi đĩ dextrin, raffinose và galactose chỉ tồn tại một lượng nhỏ. Do hàm lượng nitơ thấp nên ta cĩ thể cung cấp thêm một lượng protein nhất định để đảm bảo cho vi khuẩn phát triển tốt nhất [32]. Vi khuẩn
Lactobacillus acidophilus cần một số vitamin cho quá trình phát triển như
Pantothenic acid, Niacin (Vit. B3), Riboflavin (Vit. B2), Mn, và Zn. Tuy nhiên hàm lượng protein vẫn cịn thấp cần phải bổ sung thêm nguồn nitơ. Malaysia là một trong những nước cĩ ngành sản xuất đồ hợp lớn ở khu vực Đơng Nam Á, chất thải
chủ yếu là chất thải rắn từ vỏ, cùi dứa, và nước dứa trong quá trình cắt vỏ, lấy cùi ra, lượng dịch nước dứa thải ra chủ yếu được ứng dụng sản xuất acid lactic, một phần giải quyết được vấn đề ơ nhiễm, giảm chi phí xử lý, một phần cĩ thể thu được lợi nhuận từ sản xuất acid lactic.