CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về sản phẩm
2.1.2 Sinh khối của vi khuẩn Lactic
2.1.2.1Khái quát về vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic (Lactic Acid Bacteria – LAB) đóng một vai trị quan trọng,chúng được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Về mặt hình thái chúng có nhiều dạng khác nhau : hình cầu, hình que, hình oval. Về mặt sinh lý, LAB thuộc nhóm vi khuẩn gram dương, không di động, không tạo bào tử, hiếu khí tuỳ ý, không gây bệnh và không sản sinh các chất có độc và độc tố. LAB chủ yếu là loài ưa ấm, nhưng một số ưa lạnh và một số thì ưa nhiệt. Chúng có thể kháng được với acid yếu (pH 3.5 – 6.5).Nhận năng lượng nhờ sự
lên men bắt buộc không chứa cytochrom và catalase. LAB có nhu cầu dinh dưỡng phức tạp, phụ thuộc vào những yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ và sự tích luỹ các sản phẩm chuyển hóa cuối. Chúng đòi hỏi các vitamin như: thiamine, biotin, acid pantotemic, acid nicotinic và các acid amin. Vì vậy, môi trường nuôi cấy thường bổ sung thêm: nước chiết cà chua, nước chiết giá,cao nấm men, cao thịt… LAB có mặt ở khắp mọi nơi và phổ biến là ở đường ruột.
2.1.2.2 Mục đích của việc thu nhận sinh khối lactic
Trong thời gian trước đây mỗi cơ sở sản xuất có phương pháp và qui trình riêng để nhân giống và bảo quản giống dùng cho sản xuất. Khi cần sử dụng người ta sẽ tiến hành nhân giống qua nhiều giai đoạn theo nguyên tắc thu nhận một canh trường vi sinh vật thuần khiết. Hiện nay một số nhà máy chế biến thực phẩm và những nhà máy sản xuất các sản phẩm trao đổi chất từ vi sinh vật vẫn đang sử dụng phương pháp này nên giống vi sinh vật được xem là độc quyền sở hữu của mỗi nhà máy. Từ những năm 1980, trên thế giới phát triển mạnh một ngành công nghiệp mới, công nghiệp sản xuất và cung cấp giống vi sinh vật. Các chế phẩm giống thương mại bao gồm đủ loại: vi khuẩn, nấm men, nấm sợi… Vi khuẩn lactic cũng không ngoại lệ, sinh khối vi khuẩn lactic được thu nhận, bảo quản và cung ứng cho ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm từ sữa.Chế phẩm giống thương mại có thể cấy trực tiếp vào môi trường lên men hoặc hoạt hoá chúng trên một môi trường dinh dưỡng trong một khoảng thời gian nhất định trước khi cấy.
Các loại vi khuẩn thường được sử dụng để nuôi sinh khối:
Quan trọng là sinh khối của vi khuẩn lactic lên men đồng hình: Streptococcus
thermophiles; Lactobacillus bulgaricus; Streptococus lactic; Streptococcus cremoris; Lactobacillus acidophilus ; Nhóm vi khuẩn sinh hương
2.1.2.3 Thời gian thu sinh khối
Các giai đoạn sinh trưởng của vi sinh vật:
- Giai đoạn tiền phát: vi sinh vật tăng trưởng rất chậm chạp do chúng cần thích nghi với môi trường mới. Giai đoạn nàу được tính từ lúc bắt đầu nuôi cấу đến lúc bắt đầu có ѕự ѕinh trưởng. Thời gian nàу ngắn haу dài phụ thuộc rất nhiều ᴠào tuổi ѕinh lý của ᴠi ѕinh ᴠật nuôi cấу ᴠà ᴠà chất lượng môi trường.
- Giai đoạn tăng sinh ( pha lũy thừa): Sở dĩ gọi là pha lũy thừa là ᴠì ᴠi khuẩn bắt đầu ѕinh ѕản theo cấp ѕố nhân ᴠới tốc độ cực đại. Tế bào ᴠừa ѕinh ѕản mạnh, ᴠừa tăng ѕinh khối. Các ᴠi khuẩn tiến hành tổng hợp enᴢуme ᴠới ѕố lượng ᴠà chất lượng cao. Vì ᴠậу, nếu mục đích là tạo ra các dòng ᴠi ѕinh khỏe mạnh, người ta ѕẽ dừng ở giai đoạn nàу. - Giai đoạn cân bằng (pha ổn định): Quần thể ᴠi ѕinh ở trạng thái cân bằng động. Số lượng ᴠi ѕinh ѕống không thaу đổi theo thời gian. Cộng thêm có ѕự hao hụt của ᴠi ѕinh ᴠật có tuổi cao. Tổng tế bào mới ѕinh ra bằng tổng tế bào chết đi. Sinh khối trong pha nàу là cao nhất ᴠì đã tích lũу từ pha II đến pha III.
- Giai đoạn suy thoái: Ở giai đoạn nàу biểu hiện ѕự ѕụt giảm ѕố lượng ᴠi ѕinh ѕống ѕo ᴠới giai đoạn ổn định. Số lượng tế bào chết đi tăng nhanh. Quá trình ѕuу giảm хảу ra nhanh hơn quá trình ѕinh trưởng. Tốc độ ѕuу giảm phụ thuộc ᴠào mật độ ᴠi ѕinh ᴠà điều kiện môi trường
Với mục đích nuôi cấу là thu được ѕinh khối, quу trình ѕẽ dừng ngaу ở cuối tăng trưởng và đầu pha ổn định.
2.1.2.4Điều kiện nuôi cấy sinh khối
Nhiệt độ nuôi cấy: 37 độ C.
Chế độ cấp khí: nuôi cấy ở điều kiện vi hiếu khí (ở tủ CO2 5%).
Môi trường nuôi cấy: MRS ở dạng lỏng, giàu dinh dưỡng (giàu đạm) nhiều khoáng để vi khuẩn phát triển sinh khối.
Thời gian lên men: 24 đến 30 giờ- cuối pha sinh trưởng, do vi khuẩn không sinh bào tử. Thời gian nhân giống 24 giờ
Nhu cầu dinh dưỡng: Các loại vi khuẩn lactic khác nhau thì có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau. Chúng không chỉ có nhu cầu về các nguồn cơ chất chứa các nguyên tố cở bản như cacbon, nitơ, photphat và lưu huỳnh mà còn có nhu cầu về một số chất cần thiết khác như vitamin, muối vô cơ…
+) Nhu cầu dinh dưỡng cacbon: Vi khuẩn lactic có thể sử dụng nhiều loại cacbonhydrat từ các monosaccar (glucose, fructose, manose), các disaccarit (saccarose, lactose, maltose) cho đến các polysaccarit (tinh bột, dextrin). Chúng sử dụng nguồn cacbon này để cung cấp năng lượng, xây dựng cấu trúc tế bào và làm cơ chất cho quá trình lên men tổng hợp các acid hữu cơ.
+) Nhu cầu dinh dưỡng nitơ: Phần lớn vi khuẩn lactic không thể sinh tổng hợp được các hợp chất chứa nitơ. Vì vậy để đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển chúng phải sử dụng các nguồn nitơ có sẵn trong môi trường. Các nguồn nitơ vi khuẩn lactic có thể sử dụng như: cao thịt, cao nấm men, trypton, dịch thủy phân casein từ sữa, pepton,… Hiện nay cao nấm men là nguồn nitơ được sử dụng nhiều nhất và có hiệu quả nhất. Tuy nhiên ở quy mô công nghiệp không thể sử dụng nguồn nitơ này vì rất tốn kém.
+) Nhu cầu về vitamin: Ngoài các acid amin và vitamin, vi khuẩn lactic còn cần các hợp chất hữu cơ khác cho sự phát triển như các bazơ nitơ hay các acid hữu cơ. Một số acid hữu cơ có ảnh hưởng thuận lợi đến tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic như acid citric, acid oleic. Nên hiện nay người ta sử dụng các muối citrat, dẫn xuất của acid oleic làm thành phần môi trường nuôi cấy, phân lập và bảo quả các chủng vi khuẩn lactic. Tương tự như hai acid hữu cơ trên, acid acetic cũng có những tác động quan trọng đến sự sinh trưởng của tế bào. Nên người ta thường sử dụng acid acetic dưới dạng các muối acetat để làm chất đệm cho môi trường khi nuôi cấy vi khuẩn lactic.
+) Nhu cầu các hợp chất hữu cơ khác: Ngoài các acid amin và vitamin, vi khuẩn lactic còn cần các hợp chất hữu cơ khác cho sự phát triển như các bazơ nitơ hay các acid hữu cơ. Một số acid hữu cơ có ảnh hưởng thuận lợi đến tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic như acid citric, acid oleic. Nên hiện nay người ta sử dụng các muối citrat, dẫn xuất của acid oleic làm thành phần môi trường nuôi cấy, phân lập và bảo quản các chủng vi khuẩn lactic. Tương tự như hai acid hữu cơ trên, acid acetic cũng có những tác động quan
trọng đến sự sinh trưởng của tế bào. Nên người ta thường sử dụng acid acetic dưới dạng các muối acetat để làm chất đệm cho môi trường khi nuôi cấy vi khuẩn lactic.
+) Nhu cầu các muối vô cơ khác: Để đảm bảo cho sinh trưởng và phát triển đầy đủ, vi khuẩn lactic rất cần các muối vô cơ. Nhằm cung cấp các nguyên tố khoáng như đồng, sắt, natri, kali, photpho, lưu huỳnh, magie đặc biệt là mangan, vì mangan giúp ngăn ngừa quá trình tự phân và ổn định cấu trúc tế bào.
Yêu cầu cho các vi sinh vật dùng trong sản xuất:
Cùng với chất lượng môi trường, điều kiện lên men, các phương pháp thu nhận và tinh chế sản phẩm, giống vi sinh vật là khâu đầu tiên can phải quan tâm đặc biệt.
Giống vi khuẩn lactic dùng cho sản xuất phải đáp ứng các yêu cầu sau: - Thích ứng nhanh, phát triển mạnh
- Khả năng sinh sản cao, chống chọi được với các điều kiện bất lợi. - Dễ dàng tách khỏi môi trường nuôi cấy
- Khả năng dễ bảo quản và bảo tồn được đặc tính di truyền trong suốt thời gian bảo quản và sử dụng.
- Thời gian lên men ngắn, hiệu suất cao