- Chiết xuất Bacteriocin từ vi khuẩn
2.4. Lên men lactic
Lên men lactic là q trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật, điển hình là vi khuẩn lactic. Vi khuẩn lên men lactic thuộc họ Lactobacterium. Đây là những trực khuẩn, cầu khuẩn không tạo bào tử và hầu hết không di động, hơ hấp tùy tiện. Chúng có khả năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đơi nhưng khơng có khả năng lên men các loại glucid phức tạp và tinh bột. Sự phát triển của nó cần có sự có mặt của peptone, acid amin hay muối amơn. Chúng có u cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, acid amin và khống chất. Q trình lên men xảy ra tốt nhất trong môi trường acid pH từ 5,5 - 6 khi pH nhỏ hơn 5,5 quá trình lên men bị dừng lại. Nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men từ 15 - 50oC. Tuy nhiên, mỗi lồi có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau, nếu nhiệt độ lớn hơn 80oC vi khuẩn lactic bị tiêu diệt hoàn toàn.
Lên men lactic đồng hình: Trong trường hợp này acid pyruvic được tạo thành theo sơ đồ Embden-Mayerhorf-Parnas (EMP). Sau đó acid pyruvic sẽ tạo thành acid lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase.
Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon để tạo thành acid axetic, etanol, CO2 và axeton. Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào sự có mặt của oxy.
Các vi khuẩn lactic điển hình:
+ Lactobacterium casei: đây là những trực khuẩn rất ngắn gây chua sữa tự nhiên. Yếm khí tùy tiện, lên men tốt glucose, maltose, lactose tạo ra mơi trường có từ 0,8 - 1% acid lactic. Ở điều kiện bình thường gây chua sữa trong vòng 10 đến 12 giờ.
171 Nguồn nitơ cho vi khuẩn này là peptone. Nhiệt độ tối thiểu cho chúng phát triển là 10oC, tối ưu là 35oC và tối đa là 45oC, chúng thủy phân casein và gelatin rất yếu.
+ Streptococcus cremoris: thường tạo thành chuỗi dài, thường phát triển ở nhiệt độ thấp hơn Lactobacterium casei, tối ưu từ 25oC - 30oC, lên men glucose, galactose.
+ Lactobacterium bulgaricus: đây là trực khuẩn rất dài, nhiệt độ phát triển tối ưu là 200C, có khả năng lên men glucose, lactose. Có khả năng tạo độ acid cao (3,7% acid lactic).
+ Lactobacterium delbruckii: thường gặp trên hạt đại mạch, đây là trực khuẩn
lớn. Trong q trình phát triển của mình, chúng có khả năng tạo thành sợi. Nhiệt độ tối ưu cho chúng phát triển từ 45 - 50oC, khác với các lồi khác chúng khơng có khả năng lên men đường lactose vì vậy chúng khơng được dùng trong chế biến sữa.
+ Lactobacterium cueumeris fermenti: thường tìm thấy chúng trong sữa ủ chua, là trực khuẩn không chuyển động, thường tạo thành tế bào đơn và có khi tạo thành chuỗi. Thường chúng tạo thành chuỗi trong quá trình lên men. Khả năng tạo acid tối đa trong môi trường từ 0,9 - 1,2%.
Công nghệ sản xuất acid lactic: - Lên men
Tại nhà máy Ingelheim, hai loài vi khuẩn được sử dụng chủ yếu: Lactobacilus leichmanii và Lactobacillus bulgaricus. Là hai vi khuẩn đồng hình có nhiệt độ sinh
trưởng tối ưu vào khoảng 45-48oC.
Các chất chứa tinh bột được dùng làm nguyên liệu thô. Rỉ mật mà chủ yếu là rỉ mật củ cải đường được dùng làm nguyên liệu ban đầu. Các nguyên liệu chứa tinh bột được phân giải (vì vi khuẩn khơng có enzyme phân giải tinh bột). Bổ sung các hợp chất N vô cơ và hữu cơ. Đung nóng đến 90-95oC trong vòng 1-2 giờ. Hạ nhiệt độ xuống 50oC, bổ sung CaCO3 vô trùng vào làm chất đệm. Cấy môi trường bằng vi khẩn
Lactobacilus leichmanii hoạt động. Trong q trình lên men chính, nhiệt độ được giữ
ở 48-50oC và dịch nuôi được khuấy đều để ngăn không cho CaCO3 kết tủa. Thơng thường 2-4 ngày được chuyển hóa hồn tồn.
- Tách
Trong hầu hết các quy trình, acid lactic được tạo thành dưới dạng muối canxi. Trước khi tách sinh khối và các chất khơng tan khác, dịch lên men được đun nóng để hịa tan toàn bộ lactat canxi. Dịch lỏng được xử lý với acid sunfuric để giải phóng acid lactic. Để tăng sự thuần khiết có thể sử dụng các phương pháp: loại màu bằng than hoạt tính, trao đổi ion hoặc điện thẩm tích, chiết bằng dung mơi thuần khiết hơn nhờ este etyl và metyl.
172
Bảng 2.1: Một số lồi vi khuẩn có lợi lên men sinh acid lactic trong đường ruột gia súc
Giống Hình dạng và cách sắp xếp
Kiểu lên men
Streptococcus Hình cầu, xếp thành chuỗi Đồng hình
Leuconostoc Hình cầu, xếp thành chuỗi Dị hình
Pediococcus Hình cầu, xếp cặp bốn Đồng hình
Lactobacillus Hình que, xếp thành chuỗi Đồng hình, dị hình Enterococcus Hình cầu, xếp thành chuổi Đồng hình
Lactococcus Hình cầu, xếp thành chuổi Đồng hình
Bifidobacterium Hình que, đứng riêng rẽ, xếp đơi hoặc hình chữ V
Đồng hình