CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.3 Các phương pháp sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic
2.3.1 Phương pháp nuôi cấy bề mặt:
Phương pháp nuôi cấy bề mặt là phương pháp tạo môi trường cho vi sinh vật phát triển trên bề mặt môi trường. Môi trường sử dụng là môi trường lỏng hoặc sử dụng môi trường đặc (môi trường bán rắn).
Môi trường lỏng vi khuẩn sẽ phát triển trên bề mặt môi trường tạo thành váng khuẩn ngăn cách pha lỏng với pha khí. Vi sinh vật sẽ sử dụng chất dinh dưỡng từ môi trường và oxi từ không khí. Tiến hành sinh trưởng phát triển và tổng hợp enzime ở môi trường đặc để tăng khả năng xâm nhập của không khí vào trong lòng môi trường người ta thưởng sử dụng cám, trấu, hạt ngũ cốc để làm môi trường. Vi sinh vật sẽ phát triển trên bề mặt môi trường, nhậ chất dinh dưỡng từ hạt môi trường và sinh tổng hợp ra enzime nội bào và ngoại bào. Độ ẩm của môi trường đặc là 55 – 65%.
Ưu điểm của phương pháp lên len bề mặt là dễ thực hiện và khi bị nhiễm sinh vật lạ thường sảy ra hiện tượng nhiễm cục bộ vì vậy ta dễ dàng xử lý. Nhưng nhược điểm là
2.3.2 Phương pháp nuôi cấy chìm
Phương pháp này người ta sử dụng môi trường lỏng và được thực hiện trong những thùng lên men. Trong các thiết bị lên men thường lắp đặt hệ thống cánh khuấy, cung cấp oxi, hệ thống điều hòa không khí và khuấy trộn có ý nghĩa rất lớn do chúng làm xáo trộn môi trường làm cho tế bào vi sinh vật phân bố đều, tăng khả năng tiếp xúc giữa cơ chất và tế bào vi sinh vật, đồng thời dòng khí được cung cấp và thải ra liên tục giúp cho sự sinh sản và phát triển , làm tăng khã năng tạo enzime của vi sinh vật.
Ưu điểm của phương pháp này là ít tốn diện tích và dễ cơ giới hóa. Nhược điểm là dễ bị nhiễm và khó kiểm soát.
2.3.3 Phương pháp lên men đồng hình
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành axit lactic nhờ vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic. Lên men lactic là một trong những loại hình lên men phát triển nhất trong thiên nhiên, có hai kiểu lên men lactic chính là lên men đồng hình và lên men dị hình.
Lên men lactic đồng hình (điển hình): là quá trình lên men do vi khuẩn lacticđồng hình, có khả năng phân hủy đường theo con đường đơn giản tạo nên acid lactic. Lượng acid lactic hình thành chiếm 90÷98% trong sản phẩm.
Hình 2. 7: Cơ chế của quá trình lên men lactic đồng hình
Trong trường hợp này axit pyruvic được tạo thành theo sơ đồ Embden-Mayerhorf Parnas (EMP), hydro được tách ra và chuyển tới pyruvat. Sau đó axit pyruvic sẽ tạo thành axit lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase.
2.3.4 Phương pháp lên men dị hình
Lên men lactic dị hình (không điển hình): là quá trình lên men do các vi khuẩn lactic dị hình, phân hủy đường thành acid lactic, ngoài acid lactic tạo thành còn có hàng loạt sản phẩm khác nhau được tạo thành chiếm tỷ lệ khá cao như: acid acetic, ethanol, glycerin, CO2, H2O, một số chất thơm như diacetyl, ester.
Phương trình tổng quát:
C6H12O6 CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH + COOH(CH2)2COOH + CO2
2.4 Tình hình sản xuất trong nước và trên thế giới
Các sản phẩm công nghiệp vi sinh được sản xuất từ các nhóm vi sinh vật (VSV) như nấm men, nấm mốc, vi khuẩn trong nhiều thập kỷ qua đã đóng góp to lớn vào sự tăng trưởng kinh tế và phục vụ nhân loại. Đối với nước ta, hiện nay Nhà nước đang rất quan tâm đến lĩnh vực này, cụ thể Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 553/QĐ- TTg ngày 21/4/2017 phê duyệt Kế hoạch tổng thể phát triển công nghiệp sinh học đến năm 2030, trong đó công nghệ vi sinh và enzyme là hai lĩnh vực chủ chốt.
Trong lĩnh vực công nghiệp, hầu hết các loại thực phẩm (rượu, bia, nước giải khát, enzyme các loại…), mỹ phẩm và các sản phẩm lên men truyền thống đều trực tiếp hoặc gián tiếp liên quan đến VSV. Từ nhiều thập kỷ trước, nhiều cơ sở trong nước đã sử dụng các chủng VSV trong sản xuất mì chính, axit citric, chao, tương, xì dầu, nước chấm... đáp ứng một phần đáng kể nhu cầu sản xuất, tiêu dùng. Nhiều chế phẩm enzyme (α- amylase, glucoamylase, glucoizomerase, protease...), các axit amin (glutamin, lizin) cũng đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm. Bên cạnh đó, các chế phẩm VSV hay hoạt chất từ VSV khác đã và đang được ứng
Công nghệ vi sinh là một lĩnh vực đang làm thay đổi việc sản xuất theo công nghệ truyền thống sang công nghệ thân thiện với môi trường trong nhiều ngành công nghiệp.
Hiện tại trong nước đang có hơn 1.000 công ty hoạt động trong lĩnh vực vi sinh công nghiệp thuộc các nhóm ứng dụng: công nghiệp dược, thực phẩm và đồ uống, thực phẩm chức năng, axit và dung môi hữu cơ, vật liệu sinh học. Trong đó, chiếm tỷ trọng lớn là các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm và đồ uống (chủ yếu là đồ uống có cồn), hai lĩnh vực này chiếm gần 50% số lượng doanh nghiệp trong nước (hình 2). Các doanh nghiệp trong nước hiện nay chủ yếu tập trung vào sản xuất dựa trên công nghệ ngoại nhập và gia công, thương mại. Tiềm năng thị trường trong lĩnh vực vi sinh công nghiệp tương đối lớn và có sự khuyến khích từ Nhà nước, tuy nhiên công nghệ nội địa chưa đáp ứng được kỳ vọng về nguồn cầu trong nước.
Hình 2. 8: Số lượng các doanh nghiệp công nghệ vi sinh trong công nghiệp
Nhu cầu sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic ngày càng nhiều, bởi vì chúng được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực như bảo quản và chế biến thực phẩm, trong y học, môi trường (acid polylactic thay thế các loại sản phẩm nhựa PE, PP, đĩa CD, bịch nilon), mỹ phẩm.v.v. Tổng thị trường thế giới về acid lactic 86.000 tấn vào năm 2001, 500.000 tấn vào năm 2010. Ở Việt Nam: vào năm 2006, đại diện công ti dược IIdong (Hàn Quốc) xuất khẩu một số lượng lớn chế phẩm lactic sang hãng MERAP phân phối dược ở Việt Nam với giá trị hợp đồng 3,7 triệu USD [38].