Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men axit lactic từ đường

3.1. Lên men axit lactic từ xylose

3.1.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men axit lactic từ đường

3.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6.

Pediococcus damnosus_AJ318414 Y6

Lactobacillus fermentum_AJ575812 Lactobacillus gorillae_AB904716

100

Lactobacillus ingluviei_AF333975 Lactobacillus alvi_HQ718585

100 81

Lactobacillus equigenerosi_AB288050 Lactobacillus gastricus_AY253658

50 100

Lactobacillus mucosae_AF126738

59

Lactobacillus secaliphilus_AM279150 Lactobacillus coleohominis_AM113776

63 83

Lactobacillus reuteri_L23507 Lactobacillus pontis_X76329

Lactobacillus antri_AY253659 Lactobacillus oris_X94229 Lactobacillus panis_X94230

100

Lactobacillus frumenti_AJ250074 Lactobacillus vaginalis_AF243177

98 51 55 98

88 99 0.01

62

Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng có ảnh hưởng tới sự phát triển của vi sinh vật. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose được khảo sát trong khoảng: 30 - 45oC theo phương pháp lên men lỏng, nuôi tĩnh.

Sau 5 ngày lên men, sử dụng phương pháp định lượng axit bằng NaOH 0,05N với chất chỉ thị phenolphtalein thì hàm lượng axit cao nhất đạt 6,66 g/l ở nhiệt độ 37oC sau 120 giờ nuôi (hình 3.11). Do đó, nhiệt độ 37oC được chọn cho quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6.

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6

Fossi B.T. và cộng sự, đã công bố chủng L. fermentum 04BBA19 có khả năng đường hóa và lên men đồng thời nguyên liệu tinh bột tạo ra axit lactic và lượng axit lactic thu được cao nhất 8,7 g/l từ 10 g/l tinh bột ở 45oC [36]. Đến nay, phần lớn nghiên cứu về nhiệt độ lên men cho sản xuất axit lactic bởi vi khuẩn lactic nằm trong khoảng từ 30 - 43oC [43]. Tashiro và cộng sự đã tìm ra chủng L. delbbrueckii QU41 có khả năng chịu nhiệt độ cao lớn hơn 50oC khi sản xuất ra axit lactic [115].

Như vậy, chủng L. fermentum Y6 có nhiệt độ được lựa chọn là 37oC nằm trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho các chủng vi khuẩn lên men lactic và nhiệt độ này sẽ giúp cho quá trình lên men lactic từ đường xylose dễ dàng hơn và dễ điều khiển hơn.

3.1.2.2. Ảnh hưởng của pH ban đầu đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6.

pH ban đầu là một yếu tố quyết định đối với sự phát triển của vi khuẩn và sản xuất axit lactic, phần lớn vi khuẩn lactic chỉ có thể phát triển ở pH > 4 [7]. Do đó pH của môi trường được nghiên cứu trong khoảng từ 4 đến 7 (hình 3.12).

6.66

0 1 2 3 4 5 6 7 8

24 48 72 96 120 144

Hàm lượng axit (g/l)

Thời gian (giờ)

30 oC 35 oC 37 oC 40 oC 45 oC

63

Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH ban đầu đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6

Kết quả trên hình 3.12 cho thấy, pH ban đầu thích hợp nhất cho chủng Y6 lên men tốt là ở pH 6 và lượng axit đạt cao nhất là 7,25 g/l sau thời gian nuôi cấy 120 giờ. Khi pH ban đầu lớn hơn 6, quá trình lên men vẫn diễn ra nhưng lượng axit tạo thành thấp hơn (pH ban đầu bằng 6,5 lượng axit tạo thành 6,7 g/l). Như vậy, khi pH ban đầu vượt quá 6,0 lượng axit tạo thành giảm, điều này có thể do tại giá trị pH ban đầu lớn hơn 6 có ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa của vi sinh vật [126]. Do đó, pH ban đầu bằng 6 sẽ được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.

Kết quả này cho thấy chủng Y6 có giải pH phù hợp với các dữ liệu đã công bố cho sản xuất axit lactic (pH 5.0-7.0) [43]. Fossi B.T. và cộng sự đã công bố chủng L.

fermentum 04BBA19 tại giá trị pH 6,5 cho khả năng lên men axit lactic cao nhất từ nguồn nguyên liệu tinh bột [36] . Ngoài ra, Okano K. và cộng sự công bố pH 6 là giá trị thích hợp cho 2 chủng L. plantarum ldhL1/pCU-PxylAB và L. plantarum ldhL1-xpk1::tkt/pCU- PXylAB lên men axit lactic từ xylose [84].

3.1.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ đường đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6.

Xylose đóng vai trò là nguồn carbon cho sự sinh trưởng, phát triển và lên men axit lactic của chủng L. fermentum Y6. Nồng độ xylose được khảo sát trong khoảng từ 5-30 g/l, ở 37oC, pH 6 và cấp giống 10% (v/v). Kết quả ở hình 3.13 cho thấy, khi tăng nồng độ đường từ 5 g/l đến 20 g/l thì lượng axit thu được cũng tăng theo và ở nồng độ đường 10 g/l sau 120 giờ nuôi cấy lượng axit đạt 7,27 g/l. Nhưng khi tăng nồng độ đường cho vào từ 10 g/l lên gấp hai lần (20g/l) thì lượng axit chỉ tăng 1,1 lần, đạt 7,95 g/l, điều này cho thấy nồng độ đường tăng đến mức độ như vậy là không kinh tế. Ngoài ra, khi nồng độ đường

7.25

0 1 2 3 4 5 6 7 8

24 48 72 96 120 144

Hàm lượng axit (g/l)

Thời gian (giờ)

pH 4 pH 4.5 pH 5 pH 5.5 pH 6 pH 6.5 pH 7 pH 7.5

64

tăng lên 25 g/l, 30 g/l thì lượng axit thu được lại giảm. Do đó, chúng tôi chọn nồng độ đường 10 g/l cho thí nghiệm tiếp theo.

Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ đường xylose đến quá trình lên men axit lactic của chủng L. fermentum Y6

3.1.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ cấp giống đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6.

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ cấp giống đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6 trong khoảng từ 5 - 25%, kết quả được thể hiện ở hình 3.14

Hình 3.14. Ảnh hưởng của tỉ lệ cấp giống đến quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6

7.27

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

24 48 72 96 120 144

Hàm lượng axit (g/l)

Thời gian (giờ)

5 g/l 10 g/l 15 g/l 20 g/l 25 g/l 30 g/l

7.29

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

24 48 72 96 120 144

Hàm lượng axit (g/l)

Thời gian (giờ)

5% 10% 15% 20% 25%

65

Các kết quả cho thấy rằng, khi cấp giống ở các tỉ lệ: 5%; 10%; 15% và 20% theo thể tích thì lượng axit thu được tương ứng là 4,02 g/l; 7,29 g/l; 7,45 g/l; 7,85 g/l nhưng có sự chênh lệch không đáng kể giữa mức 10%, 15% và 20%. Ngoài ra khi lượng cấp giống ở 25% thì lượng axit thu được lại bị giảm. Do đó, lượng giống cấp 10% theo thể tích được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.

Lựa chọn tỉ lệ cấp giống 10% cho quá trình lên men axit lactic từ đường xylose của chủng L. fermentum Y6 là phù hợp với các chủng vi khuẩn đã công bố cho sản xuất axit lactic (tỉ lệ cấp giống thường trong khoảng 3 - 10% (v/v)) [109]. Lượng giống 10% cũng được Abdel-Rahman M.A. và cộng sự lựa chọn khi sản xuất axit lactic từ xylose của chủng E. mundtii QU 25 [9].

Sau khi khảo sát ảnh hưởng của 4 yếu tố đến quá trình lên men axit lactic đã lựa chọn được tại các giá trị nhiệt độ 37oC; pH ban đầu 6; nồng độ đường xylose 10 g/l; tỉ lệ cấp giống 10 % (v/v) và thu được 7,29 g/l axit. Nhận thấy rằng có 3 yếu tố tác động mạnh nhất đến quá trình đó là yếu tố nhiệt độ, pH ban đầu và nồng độ đường xylose. Do đó, thí nghiệm chọn 3 yếu tố trên để tiến hành tối ưu điều kiện lên men axit lactic từ xylose của chủng L. fermentum Y6.