3.2. Lên men axit lactic từ cellobiose
3.2.4. Ảnh hưởng của duy trì pH đến quá trình lên men axit lactic từ cellobiose của chủng L. plantarum HC2
pH của dịch lên men được cài đặt ngay từ đầu quá trình lên men sau đó sẽ giảm dần trong quá trình do axit được sinh ra. Nếu duy trì pH không thay đổi trong suốt quá trình lên men bằng chuẩn độ bazơ hoặc bằng phương pháp chiết xuất, hấp phụ hoặc điện phân sẽ dẫn đến nồng độ, hiệu suất và năng suất axit cao hơn so với không duy trì pH [43]. Để nghiên cứu ảnh hưởng của duy trì pH trong suốt quá trình lên men axit lactic bởi chủng L.
plantarum HC2, chúng tôi lên men với các điều kiện: Nhiệt độ 36oC, nồng độ đường 11g/l, tỷ lệ cấp giống 10%, lắc tốc độ 100 v/ph và tiến hành thí nghiệm không duy trì pH trong quá trình lên men và duy trì pH 6,2 trong suốt quá trình lên men.
Hình 3.41. Ảnh hưởng của duy trì pH đến quá trình lên men axit lactic từ cellobiose của chủng L. plantarum HC2
3.5
0 7.43
10.53
0 2 4 6 8 10 12
không điều chỉnh pH điều chỉnh pH
Hàm lượng axit (g/l)
Đường dư(g/l) Hàm lượng axit(g/l)
88
Kết quả hình 3.41 cho thấy, khi duy trì pH 6.2 trong suốt quá trình lên men thì lượng axit thu được là 10,53 g/l và quá trình lên men kết thúc sau 48 giờ, đường được tiêu thụ hết. Ngược lại, khi không duy trì pH 6,2 thì đường dư còn 3,5 g/l , thời gian lên men kéo dài 120 giờ và lượng axit thu được là 7,43 g/l. Như vậy, duy trì pH trong quá trình lên men đã tăng được hiệu quả của quá trình lên men: hiệu suất lên men tăng và rút ngắn thời gian lên men.
Kết quả nghiên cứu thu được trên cũng phù hợp tương ứng với dữ liệu nghiên cứu của nhiều công trình nghiên cứu đã công bố: Abdel - Rahman M.A. và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của việc duy trì pH và không duy trì trong quá trình lên men sản xuất axit lactic từ cellobiose của chủng E. mundtii QU 25 và đã đưa ra kết luận: Lên men trong điều kiện duy trì pH 7 thì lượng axit lactic thu được lớn nhất là 18,6 g/l và năng suất đạt 2,1 g/l/h, kết quả này tương ứng với lượng axit tăng lên 376% và năng suất tăng 346% so với lên men không duy trì pH 7 [5]. De Lima B.J.C. và cộng sự lên men sản xuất axit lactic từ saccaroza trong điều kiện nhiệt độ 37 ± 1 oC; lắc 200 vòng/phút, tỉ lệ cấp giống 10%, xét ảnh hưởng của chế độ duy trì pH 6,2 bằng NaOH 5M và không duy trì pH nhận thấy rằng khi duy trì hiệu suất tăng 150% so với không duy trì [33]. Musatto S.I. và cộng sự sử dụng môi trường MRS cùng với dịch thủy phân lúa mạch cùng với duy trì pH kết quả thu được 35,54g/l axit lactic còn trong trường hợp không duy trì pH sẽ thu được 13,02 g/l như vậy lượng axit lactic sản xuất ra tăng 170% khi so sánh duy trì và không duy trì pH [75].
Hình 3.42. Sắc kí đồ HPLC của dịch lên men axit lactic từ đường cellobiose của chủng L. plantarum HC2
89
Phân tích thành phần dịch lên men trong điều kiện duy trì pH bằng phương pháp HPLC (hình 3.42) thu được kết quả: Lượng axit lactic tạo thành 8,83g/l (hiệu suất lên men axit lactic tương ứng đạt 80,27%) và đường được tiêu thụ hết.
Romero - Garcia S. và cộng sự tiến hành lên men sản xuất axit lactic từ cellobiose trong điều kiện: Nhiệt độ 37oC; lắc 100 vòng/phút; pH 7 được duy trì trong suốt quá trình lên men và thu được 13 g/l axit lactic từ môi trường LB có chứa 10 gam cellobiose và 10 gam glucose bởi B. subtilis CH1, chủng này là chủng biến đổi gen của chủng B. subtilis [99]. Okasno K. và cộng sự đã tạo ra 2 chủng biến đổi gen của L. plantarum NCIMB 8826 là p CU/ΔldhL1 và pCU-C elA/ ΔldhL1, 2 chủng này sản xuất ra 2,13 g/l và 1,99 g/l axit lactic từ 2,69 g/l và 2,41 g/l cellobiose ở 37oC tương ứng với hiệu suất đạt được 79,18% và 82,57% [85]. Ngoài ra, cũng đã có một số báo cáo về quá trình lên men tạo axit lactic từ cellobiose bởi các chủng L. delberuekii mutant Uc-3, hiệu suất đạt 90% trong điều kiện nhiệt độ 42oC; lắc 150 vòng/phút, pH duy trì bằng 6,5 [11]; L. lactis RM 2 -24, hiệu suất lên men 80% [107] . Tuy nhiên, những chủng trên đều là chủng đột biến hoặc tái tổ hợp.
Như vậy, kết quả nghiên cứu của chúng tôi sử dụng chủng L. plantarum HC2 được phân lập từ tự nhiên, lên men axit lactic từ cellobiose và hiệu suất lên men axit lactic đạt được 80,27%. Ngoài ra, môi trường của quá trình lên men axit lactic từ cellobiose là môi trường YE có bổ sung 3% cao nấm men. So sánh môi trường YE với môi trường MRS sử dụng cho các chủng trên, rõ ràng môi trường YE đơn giản và nghèo dinh dưỡng hơn. Như vậy, khả năng ứng dụng thực tiễn của chủng L. plantarum HC2 là rất lớn, đặc biệt ứng dụng trong lên men axit lactic từ dịch thủy phân lignocellulose.
Tóm lại
+ Từ 22 chủng vi khuẩn được phân lập từ các nguồn khác nhau, đã tuyển chọn được chủng HC2 có khả năng lên men axit lactic cao từ đường cellobiose, hiệu suất lên men đạt 67,6%. Bằng phương pháp nghiên cứu đặc tính sinh lí, sinh hóa và sinh học phân từ đã định tên được chủng HC2 là Lactobacillus plantarum HC2.
+ Sử dụng phương pháp khảo sát đơn yếu tố và qui hoạch thực nghiệm bậc 2 Box - Bernken đã xác định được điều kiện tối ưu cho chủng L. plantarum HC2 lên men axit lactic: Tỉ lệ cấp giống 10%; nhiệt độ 36oC; pH duy trì 6,2; nồng độ đường 11 g/l và tốc độ lắc 100 vòng/phút sau thời gian 48 giờ thu được 8, 83 g/l axit lactic. Hiệu suất lên men axit lactic đạt 80,27%.
90