Hình 3 .5 Gạo lứt sau khi được rang tại các nhiệt độ khác nhau
Hình 3.8 Khảo sát tỉ lệ tiếp giống vào môi trường lên men
Kết quả Hình 3.8 cho thấy, với tỉ lệ giống bổ sung là 2% mật độ giống không cao bằng các nồng độ khảo sát khác, thời gian giống phát triển đến cực điểm cũng bị kéo dài. Trong khi đó, với các nồng độ giống bổ sung là 8% và 10% ban đầu có sự phát triển nhanh nhưng cũng nhanh chóng đi vào pha cân bằng và suy giảm mật độ sau đó. Tỉ lệ giống bổ sung là 6% cho kết quả tốt nhất. Mật độ tế bào là cao nhất tại thời điểm 22 giờ kể từ thời điểm bổ sung giống. Hàm lượng kefiran sinh ra trong quá trình nhân giống cũng là cao nhất đạt 0,636 g/l.
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần môi trường lên men đến khả năng sinh tổng hợp kefiran của chủng lựa chọn
Để tạo điều kiện tối ưu cho quá trình lên men việc bổ sung chất dinh dưỡng cho vi khuẩn lactic là rất cần thiết. Mặc dù trong môi trường dịch gạo lứt thủy phân đã chứa một lượng lớn chất dinh dưỡng, tuy nhiên để đạt hiệu quả cao trong lên men, cần thiết phải lựa chọn khoảng nồng độ thích hợp các chất thiết yếu cho q trình sinh tổng hợp kefiran như: đường saccharose, cao nấm men, và các muối khoáng KH2PO4, (NH4)2HPO4, …
3.3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dịch gạo thủy phân
Dịch gạo lứt sau khi thủy phân sẽ là nguồn cung cấp dưỡng chất chính cho vi khuẩn lactic trong quá trình lên men. Vì vậy, quá trình khảo sát nồng độ dịch gạo
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 8 12 16 18 20 21 22 23 24 M ật độ t ế bà o (1 0 8 tế bà o/m l)
Thời gian nuôi cấy (giờ)
2% 4% 6% 8% 10% 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 8 12 16 18 20 21 22 23 24 K ef ira n (g /l)
Thời gian nuôi cấy (giờ)
2% 4% 6% 8% 10%
lứt thủy phân là cần thiết để nâng cao hiệu suất lên men cũng như hiệu quả kinh tế cho cả quá trình lên men. Dịch gạo lứt sau thủy phân được pha loãng và đưa về các nồng độ khác nhau 5°Bx, 10°Bx, 15°Bx, 20°Bx, 25°Bx. Lượng giống bổ sung là 6%, môi trường được nuôi ở nhiệt độ là 30°C trong 48 giờ. Tiến hành xác định hàm lượng kefiran để lựa chọn được nồng độ dịch gạo lứt thủy phân thích hợp. Kết quả được thể hiện ở Hình 3.9.
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ dịch gạo thủy phân đến hàm lượng kefiran tạo thành
Kết quả Hình 3.9 cho thấy, lượng kefiran sinh ra thấp nhất trên mơi trường có lượng dịch gạo lứt thủy phân là 5°Bx, sau đó tăng dần. Tại các mơi trường có nồng độ chất khơ đạt 15, 20, 25°Bx, cho lượng kefiran tương đương nhau và cao nhất trong các tỉ lệ khảo sát (đạt 2,09 - 2,11 g/l). Sự chênh lệch hàm lượng kefiran sinh ra trong các mơi trường có nồng độ chất khơ từ 15 - 25°Bx là khơng đáng kể. Vì vậy để tiết kiệm chi phí, lượng dịch gạo thủy phân cho q trình lên men, mơi trường dịch gạo lứt chứa hàm lượng chất khô là 15°Bx được chọn cho các quá trình khảo sát và lên men tiếp theo.
3.3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ đường saccharose bổ sung
0 0.5 1 1.5 2 2.5 5 10 15 20 25 K ef ir an (g /l)
Nồng độ dịch gạo lứt thủy phân (°Bx)
Trong thành tế bào Trong dịch lên men
Việc bổ sung saccharose nhằm bổ sung nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn trong quá trình lên men nhằm tăng hiệu suất q trình. Mơi trường dịch gạo lứt thủy phân (nồng độ chất khơ 15°Bx) được sử dụng cho q trình khảo sát. Hàm lượng đường bổ sung trong quá trình khảo sát lần lượt là 0, 5, 10, 15, 20, 25 g/l. Tiến hành lên men ở 30°C trong 48 giờ. Sau quá trình lên men, tiến hành xác định hàm lượng kefiran. Kết quả được thể hiện trong Hình 3.10.
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ đường saccharose bổ sung đến hàm lượng kefiran tạo thành
Kết quả trên cho thấy, việc bổ sung đường saccharose làm tăng khả năng phát triển và sinh kefiran của chủng lactic. Hàm lượng kefiran tăng dần khi hàm lượng đường bổ sung tăng từ 0 - 10 g/l. Sau đó hàm lượng kefiran sinh ra có sự ổn định khi lượng đường bổ sung tăng dần từ 10 đến 25 g/l. Như vậy, lượng đường saccharose bổ sung thích hợp nhất cho quá trình lên men là 10 g/l, khi đó lượng kefiran sinh ra cũng là cao nhất đạt 2,51 g/l sau 48 giờ lên men.
3.3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men bổ sung
Cao nấm men cũng là một trong các dưỡng chất quan trọng của các chủng vi khuẩn lactic. Việc bổ sung cao nấm men sẽ giúp bổ sung nguồn dinh dưỡng thiếu hụt từ môi trường dịch gạo lứt thủy phân. Nồng độ cao nấm men bổ sung trong thí nghiệm lần lượt là 0, 1, 2, 3, 4, 5 g/l. Môi trường sau khi thanh trùng được đưa về
1 1.5 2 2.5 3 0 5 10 15 20 25 K ef ir an (g /l) Saccharose (g/l) Trong thành tế bào Trong dịch lên men
nhiệt độ 30oC và bổ sung giống. Quá trình lên men được thực hiện trong 48 giờ tại nhiệt độ 30oC. Sau quá trình lên men, tiến hành phân tích hàm lượng kefiran trong dịch và tế bào. Kết quả phân tích được thể hiện qua Hình 3.11.
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men bổ sung đến hàm lượng kefiran tạo thành
Từ kết quả tại Hình 3.11 cho thấy, việc bổ sung cao nấm men giúp khả năng tạo kefiran của chủng giống tăng lên. Cụ thể, hàm lượng kefiran sinh ra tăng dần khi lượng cao nấm men bổ sung tăng dần từ 0 đến 2 g/l. Khi hàm lượng cao nấm men bổ sung tăng từ 2 g/l trở lên, hàm lượng kefiran sinh ra có sự ổn định, sự chênh lệch giữa các thí nghiệm là khơng đáng kể trong thời gian khảo sát. Như vậy có thể kết luận rằng hàm lượng cao nấm men bổ sung thích hợp nhất cho q trình lên men là 2 g/l.
3.3.3.4. Ảnh hưởng của việc bổ sung chất khống
Trong gạo lứt có hàm lượng các chất khống khá cao, nhưng việc khảo sát bổ sung chất khống trong q trình lên men là cần thiết nhằm tạo điều kiện tối ưu nhất cho quá trình lên men. Một số khoáng chất cần thiết cho quá trình lên men như KH2PO4, MgSO4, (NH4)2HPO4, sẽ được bổ sung theo các tỉ lệ lần lượt là KH2PO4 0,5%, MgSO4 0,01%, (NH4)2SO4 0,5%. Đối chứng kết quả khảo sát với môi trường
1 1.5 2 2.5 3 0 1 2 3 4 5 K ef iran (g/l ) Cao nấm men (g/l)
lên men khơng được bổ sung khống. Kết quả khảo sát được thể hiện qua Hình 3.12.
Hình 3.12. Ảnh hưởng của việc bổ sung chất khoáng đến hàm lượng kefiran tạo thành
Từ kết quả trên cho thấy, khơng có sự khác biệt về hàm lượng kefiran sinh ra trong quá trình lên men giữa việc bổ sung khống và khơng bổ sung khống. Như vậy, việc khơng bổ sung khống khơng ảnh hưởng đến q trình lên men của chủng giống.
3.3.4. Nghiên cứu điều kiện lên men thích hợp cho sinh tổng hợp kefiran
3.3.4.1. Ảnh hưởng của pH ban đầu
Độ pH ban đầu có ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ phát triển của vi khuẩn lactic trong q trình lên men. Mơi trường lên men có pH ban đầu phù hợp với chủng vi sinh vật sẽ làm giảm thời gian thích nghi của chủng giống với mơi trường. Ngược lại, nếu mơi trường ban đầu có pH khơng phù hợp sẽ làm tăng thời gian thích nghi, thậm chí làm giảm khả năng sinh trưởng của các chủng vi sinh vật. Vì vậy, việc khảo sát độ pH ban đầu trong môi trường lên men là cần thiết. Khoảng pH từ 5,0 đến 7,5 được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của pH tới sự hình thành sinh khối của chủng nghiên cứu. pH trong môi trường được điều chỉnh bằng axit lactic.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Lần 1 Lần 2 Lần 3 K ef ir an g/l Lần thí nghiệm Bổ sung Không bổ sung
Sau khi tiến hành thí nghiệm, tiến hành phân tích hàm lượng kefiran sinh ra. Kết quả được thể hiện trong Hình 3.13.
Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH ban đầu mơi trường lên men đến hàm lượng kefiran tạo thành
Từ kết quả thể hiện tại Hình 3.13 cho thấy, tại các mơi trường có pH ban đầu khác nhau cho lượng kefiran sinh ra khác nhau sau quá trình lên men. Hàm lượng kefiran tổng tăng dần khi pH ban đầu tăng từ 5 đến 6. Khi pH ban đầu lớn hơn 6, hàm lượng kefiran sinh ra giảm dần. Như vậy, lượng kefiran sinh ra đạt cao nhất tạo pH ban đầu của môi trường là 6,0 đạt 3,65 g/l sau 48 giờ lên men.
3.3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men
Nhiệt độ lên men là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất của quá trình lên men. Khi nhiệt độ khơng thích hợp q trình lên men bị kéo dài, quá trình sinh trưởng của vi sinh vật cũng bị ảnh hưởng rất lớn, đặc biệt là tốc độ phát triển của vi sinh vật. Vì vậy, việc khảo sát nhiệt độ của quá trình lên men là rất cần thiết. Môi trường lên men sau khi được bổ sung giống vi khuẩn sẽ được đưa về các nhiệt độ khác nhau và thực hiện lên men trong khoảng thời gian là 48 giờ. Các nhiệt độ môi trường khảo sát là 25°C, 27°C, 30°C, 32°C, 35°C, 37°C và 40°C. Kết quả phân tích được thể hiện tại Hình 3.14.
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 5.5 6 6.5 7 7.5 K ef iran (g/l ) pH ban đầu