H 2SO4 (Catalyst) +C 1222O11 → 12C + 11 2O +Q hoặc 2O + SO 3:
2.2.3 Chuẩn bị môi trường
¾ Mục đích: tạo các điều kiện tốt nhất trong dung dịch nền để chuẩn bị cho quá trình lên men.
¾ Phương pháp thực hiện:
Tiếp tục pha loãng dung dịch đường xuống còn 5-10%. Sử dụng bột CaCO3 đểđiều chỉnh pH ngược lại 6,3-6,5. Hạ nhiệt độ dung dịch về 50oC
Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 31
Chuẩn bị cơ chất:
Môi trường phải chứa đầy đủ chất dinh dưỡng và điều kiện về nhiệt độ, pH, thích hợp cho quá trình lên men.
- Tuỳ theo thành phần của dịch rỉ thu được và tuỳ vào thành phần rỉđường ban đầu mà bổ sung cho phù hợp. ¾ Các biến đổi : Vật lý : dung dịch tăng thể tích, nhiệt độ giảm về 50oC . Hóa học : pH tăng từ 2,8-3,0 lên 6,5. ¾ Các yếu tố ảnh hưởng : Khối lượng CaCO3 để chỉnh pH. 2.2.4 Nhân giống :
¾ Mục đích : tăng sồ lượng tế bào vi khuẩn, chuẩn bị cho quá trình lên men.
¾ Phương pháp thực hiện
Cũng giống như trong phòng thí nghiệm, muốn thực hiện một quá trình lên men ở quy mô công nghiệp phải tiến hành nhân giống, đảm bảo số lượng tế bào với tuổi sinh lí đang ở thời kỳ hoạt động mạnh nhất để cấy vào môi trường lên men. Nhân giống ởđây có thể phải qua 2-3 bước, ta thường gọi là nhân giống cấp 1, cấp 2, cấp 3 v.v... tuỳ thuộc vào quy mô sản xuất. Việc nhân giống thường diễn ra bằng cách nuôi chìm. Các điều kiện nuôi được lựa chọn sao cho chỉ xảy ra sự sinh trưởng chứ không xảy ra sự tạo thành sản phẩm.
Ta tiến hành nhân giống trong môi trường dịch rỉ đường như trong sản xuất nhưng các điều kiện nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các yếu tố sinh trưởng thì tối ưu hơn cho sự sinh sản của vi khuẩn.
Canh trường nhân giống vi khuẩn là canh trường thuần khiết đi từ một tế bào ban đầu Vi sinh vật nhân giống đểđưa vào lên men đảm bảo các yêu cầu công nghệ như sau: - Dịch giống không được tạp nhiễm.
- Các tế bào đảm bảo ởđộ tuổi sinh lí ở thời gian sinh trưởng tốt nhất, có hoạt tính cao nhất, thường là nữa sau của pha log.
Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 32
- Các thông số kĩ thuật như pH, màu sắc, mùi vị... đúng như quy định của dây chuyền công nghệ.
- khi lượng giống đảm bảo về số lượng tế bào: 106 tế bào / ml.
¾ Các biến đổi:
Sinh học: số lượng tế bào tăng lên nhanh chóng. Hoá sinh: các phản ứng xảy ra dưới sự xúc tác của hệ enzyme của vi khuẩn lactic.
¾ Các yếu tố ảnh hưởng:
Canh trường giống ban đầu.
Điều kiện nuôi chỉ xảy ra sự sinh trưởng chứ không xảy ra sự tạo thành sản phẩm, nêu tạo sản phẩm thì chất lượng giống khi đi vào quy mô công nghiệp sẽ giảm hoạt tính.
2.2.5 Lên men:
¾ Mục đích: khai thác, tăng nồng độ của acid lactic trong dịch lên men do sự tổng hợp của vi khuẩn
¾ Phương pháp thực hiện:
Trong sản xuất acid lactic thường sử dụng các loại vi khuẩn đồng hình, trong đó vi khuẩn Lactobacillus delbruckii được sử dụng phổ biến.
Cấy giống vi sinh vật vào thiết bị lên men có đảo trộn cơ học. Trong giai đoạn đầu có thể bổ sung O2 để tăng sinh khối vi khuẩn, sau đó loại O2 tiến hành lên men bề sâu trong
điều kiện yếm khí. Giống có thể lấy từ quá trình nuôi cấy hoặc đơn giản hơn ta lấy giống của mẻ trước đó.
Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 33
Nhiệt độ len men là 500C trong quá trình lên có nhiêt phát sinh do các phản ứng lên men ta cần làm lạnh ngay. duy trì pH= 5,5Æ6. Trong quá trình lên men đối với qui mô sản xuất công nghiệp ta luôn duy trì nhiệt độ tương đối cao khoảng 500C nhằm tạo nhiệt độ tối ưu cho L.delbrueckii và một số giống tương tự hoạt động. Đồng thời ở nhiệt độ cao sẽ giảm nguy cơ nhiễm vi sinh vật lạ không mong muốn làm ảnh hưởng chất lượng của sản phẩm.
Quá trình lên men bắt đầu sau 6 giờ tiêm giống vào dịch lên men. Ta có thể nhận biết sự lên men dựa vào lượng CO2 sinh ra do phản ứng của CaCO3 và acid trong dung dịch.
Thời gian lên men 2-6 ngày.
Bổ sung CaCO3 dưới dạng vôi mịn để trung hòa lượng acid tạo thành nhằm tránh hiện tượng ức chế sự phát triển của vi khuẩn lactic, tạo lactate canxium. Cho vôi mịn khoảng 3-4 lần 1 ngày, số lượng cho vào tùy thuộc vào lượng acid sinh ra, duy trì lượng pH dung dịch len men ở mức độ 5-6.
Thực hiện khuấy trộn trong quá trình lên men.
¾ Các biến đổi:
Hóa học:
Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men:
Ở đây thực hiện quá trình lên men đồng hình. Lên men lactic đồng hình là quá trình lên men trong đó sản phẩm acid lactic tạo ra chiếm hơn 90% tổng số sản phẩm lên men và một lượng nhỏ acid acetic, aceton, diacetyl...
Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucose được chuyển hóa theo chu trình Embden – Mayerhoff.
Vi sinh: vi khuẩn lactic trao đổi chất mạnh, tăng số lượng tế bào vi khuẩn.
Hóa sinh: các phản ứng xảy ra dưới sự xúc tác của hệ enzyme của vi khuẩn lactic.
¾ Các yếu tố ảnh hưởng:
Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 34
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….
Vi khuẩn lactic thuộc loai vi sinh vật dị dưỡng. Nguồn năng lượng cần thiết cho hoạt động sống và phát triển của chúng là nguồn năng lượng do trao đổi chất với môi trường ngoài. Để duy trì sự sống, điều hòa quá trình chuyển hóa trong tế bào, chúng cần sử dụng nguồn glucid có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon (chủ yếu là đường glucose), nguồn nitơ (cao nấm men, acid amin…), vitamin, muối khoáng và các nguyên tố vi lượng.
Mặt khác, khi nồng độ muối cao (> 6.5%) hoặc khi có mặt các chất kháng sinh (penicillin, chloramphenicol…) có thể ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lactic. Vì vậy, ta cần bổ sung các nguồn dinh dưỡng trên với liều lượng thích hợp nhất giúp vi khuẩn lactic phát triển tốt, nâng cao hiệu suất lên men.
Ảnh hưởng của pH môi trường
Mỗi loại vi sinh vật 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 delbruekii nằm trong khoảng 5-6 , quá trình lên men bịức chế mạnh ở pH dưới 4.5.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ của môi trường có ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động sống của tế bào vi khuẩn.
Nếu nhiệt độ quá thấp sẽ gây ức chế đến sự sinh trưởng của tế bào, thời gian lên men chậm, hiệu suất lên men thấp.
Nếu nhiệt độ quá cao ngoài việc gây ức chế còn có thể gây chết tế bào.
Ảnh hưởng của oxy không khí
Vi khuẩn lactic thuộc nhóm đặc biệt. Khi tế bào tiếp xúc với oxy không khí nó sẽ sinh ra H2O2, một chất độc đối với tế bào. Chất loại bỏ H2O2 hữu hiệu nhất là enzyme catalase. Tuy nhiên, rất ít loài vi khuẩn có khả năng tạo ra enzyme này, chúng thường chỉ có enzyme peroxydase nhưng hiệu quả kém hơn. Do đó chúng phát triển tốt nhất khi nồng độ oxy có mặt trong môi trường thấp hoặc hoàn toàn không có O2. Trong quá trình lên men lactic ta cần thực hiện quá trình lên men yếm khí để thu nhận sản phẩm đạt hiệu quả cao nhất.
Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 35
Acid lactic là sản phẩm chính của quá trình lên men lactic do hoạt động sống của vi khuẩn lactic tạo nên. Các vi khuẩn này chịu được acid, tuy nhiên với lượng acid tích lũy trong môi trường ngày càng nhiều sẽ làm ức chế sự phát triển của chúng. Điều này giải thích được sự thay đổi hình thái của vi khuẩn lactic khi ủ chua thức ăn hay ủ chua rau quả.
Để giúp vi khuẩn lactic phát triển bình thường, không bị chính các sản phẩm do chính bản thân chúng tạo ra ức chế, người ta cho vào môi trường các chất đệm thích hợp với một lượng vừa đủ để trung hoà lượng acid sinh ra.Điều này được ứng dụng trong sản xuất acid lactic. Người ta dùng chất đệm là CaCO3 để chuyển acid lactic sang dạng lactate calcium, sau đó là quá trình xử lý lactate calcium để thu hồi acid lactic.