Mục tiêu: Lựa chọn nồng độ đường thích hợp nhằm nâng cao hiệu suất thu sản phẩm Magnesi lactat.
Tiến hành: Chuẩn bị 5 bình nón mỗi bình chứa 100 ml môi trường lên men
(bảng 2.3) bổ sung riêng từng thành phần glucose với các nồng độ khác nhau: 2%; 5%; 7%; 9%; 11%; hấp tiệt trùng. Lên men và xử lí dịch lên men tách lấy sản phẩm theo kết quả ở các mục trước, cân sản phẩm. Làm 3 lô ở 3 thời điểm khác nhau. Tính hiệu suất và xử lý số liệu theo công thức và phương pháp mô tả ở mục 2.3.7, 2.3.8. Kết quả thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.10
Bảng 3.10. Kết quả lên men lactic với các nồng độ glucose khác nhau
Nồng độ đường (%) 2 5 7 9 11 p Hiệu suất trung
bình(%) 90,56 ± 3,03 56,56 ± 10,26 62,26 ± 11,47 72,14 ± 7,54 47,5 ± 11,33 0,004 Tổng lượng MCO3 bổ sung (g) 1,74 ± 0,36 3,63 ± 0,90 4,01 ± 0,35 4,96 ± 0,5 4,65 ± 0,45 0,001 M sản phẩm/ V dịch lên men (%) 2,95 ± 0,28 3,50 ± 1,25 5,25 ± 0,49 8,02 ± 1,06 6,91 ± 1,65
Hình 3.5. Biểu đồ so sánh hiệu suất tạo Magnesi lactat ở các nồng độ đường
0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2% 5% 7% 9% 11% H iệ u su ất tr u n g b ìn h (% )
Nồng độ Glucose
Hiệu suất trung bình (%) Tổng lượng Magnesi carbonat bổ sung (g) Tổ n g l ư ợ n g M ag n e si c ar b o n at b ổ su n g ( g)
Nhận xét: Từ bảng số liệu nhận thấy, môi trường lên men sử dụng nồng độ glucose 2% cho hiệu suất 90,56 ± 3,03 %,. Còn môi trường lên men sử dụng nồng độ glucose từ 5% đến 9%, sau 96h lên men, hiệu suất tạo sản phẩm tăng dần theo nồng độ glucose, cao nhất ở 9% với hiệu suất 72,14 ± 7,54 %, hiệu suất giảm dưới 50% khi tăng nồng độ lên tới 11% glucose. Kết quả có nghĩa thống kê (p = 0,004). Lượng Magnesi carbonat bổ sung cũng tương ứng với hiệu suất tạo sản phẩm với các môi trường sử dụng nồng độ đường khác nhau, ngoại trừ nồng độ đường 2% thì hiệu suất thu sản phẩm cao, nhưng lượng Magnesi carbonat sử dụng lại thấp nhất 1,74 ± 0,36g.
Bàn luận: Ở môi trường chứa nồng độ đường 2%, nghiên cứu sử dụng cùng
một môi trường giàu dinh dưỡng so với số lượng vi sinh vật, nên chúng đã tiêu thụ hết đường với hiệu suất tạo sản phẩm cao nhất.
Khi lượng đường tăng thì tỷ lệ dinh dưỡng khác so với đường bị giảm đi, đồng thời kéo dài thời gian lên men, do đó thời gian 96h là không đủ để vi khuẩn chuyển hóa hết glucose, thể hiện ở kết quả định lượng: đường vẫn dư sau 96h tại môi trường chứa nồng độ đường 7, 9, 11%.
Tuy nhiên, nếu chọn nồng độ đường 2% thì tỷ lệ khối lượng sản phẩm/ thể tích dịch lên men là quá thấp và tốn kém các thành phần môi trường khác. Do đó với cùng các thành phần môi trường lên men như nhau, nghiên cứu mong muốn tăng nồng độ đường sử dụng lên mà thu được Magnesi lactat với hiệu suất cao nhất. Khi nồng độ đường đạt mức 9% thì hiệu suất tạo sản phẩm cao với khối lượng sản phẩm thu được lớn nhất.
Tiếp tục tăng nồng độ đường lên 11% thì hiệu suất sử dụng đường của vi sinh vật có xu hướng giảm, diều này có thể giải thích là do nồng độ đường cao ức chế sự phát triển của vi sinh vật (có khả năng làm môi trường ưu trương, mất cân bằng trao đổi chất sinh học của màng tế bào vi khuẩn, làm tế bào mau già hóa,…), hoặc có thể là do Magnesi lactat là hợp chất ít tan trong nước ở nhiệt độ thường (1g bột tan trong 25ml nước lạnh; 3,5ml nước nóng), nồng độ đường càng cao thì Magnesi lactat sinh ra càng nhiều, tới nồng độ quá bão hòa nó sẽ kết tinh ngay trong
bình lên men ở 370C (môi trường lên men chưa lọc chứa rất nhiều hạt nhân kích thích sự kết tinh như bụi, tế bào, tủa Magnesi carbonat chưa phản ứng hết,…), làm cản trở hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật, không những thế, khi xử lý dịch lên men, nhiệt độ đun cách thủy chỉ là 800C, các tinh thể Magnesi lactat đã kết tinh lẫn trong sinh khối, khó có thể thể hòa tan trở lại vào dịch lên men gây thất thoát khi lọc bằng phễu uchner, hơn nữa, lượng đường dư lớn sẽ gây khó khăn cho quá trình kết tinh, dịch cô đặc nhớt do đường bị caramen hóa, khó lọc…
Do vậy, nếu chọn nồng độ đường 9% sẽ tiết kiệm được các thành phần môi trường nuôi cấy khác và hiệu suất thu sản phẩm cao phù hợp với điều kiện sản suất quy mô công nghiệp.
Kết luận: Nồng độ đường phù hợp nhất sử dụng để thu được sản phẩm Magnesi lactat với hiệu suất cao nhất là 9%.
Từ kết quả thực nghiệm, nghiên cứu quyết định lựa chọn các điều kiện môi trường sinh tổng hợp Magnesi lactat như sau: pH nuôi cấy L.acidophilus là pH 6, loại đường sử dụng là glucose với nồng độ 9%, kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đó về pH ưa thích cũng như nồng độ hydratcacbon thích hợp trong lên men của các vi sinh vật sinh lactic. [3], [7], [52].
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 1. Kết luận
Sau thời gian thực hiện đề tài, các kết quả chúng tôi thu được là:
Lựa chọn được các điều kiện kết tinh Magnesi lactat từ dịch lên men: kết tinh bằng phương pháp gãi kết tinh từ 2 – 5 phút, ở nhiệt độ 25 – 300C , thời gian 6 giờ và xác định được cấu trúc của sản phẩm thu được bằng các phương pháp đo phổ hồng ngoại, khối phổ, phổ cộng hưởng từ hạt nhân và phương pháp mất khối lượng do làm khô, đồng thời cũng tinh chế thành công Magnesi lactat kiểm nghiệm đạt các tiêu chuẩn dược điển Anh 2010.
Lựa chọn được một số thông số môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến hiệu suất thu sản phẩm: chọn được pH nuôi cấy thích hợp là 6, loại đường sử dụng là glucose với nồng độ 9% cho hiệu suất Magnesi lactat phù hợp nhất.
2. Đề xuất
Đề tài có tính ứng dụng cao, chúng tôi xin đưa ra một số đề xuất như sau:
Nghiên cứu điều kiện thời gian nuôi cấy, tìm kiếm các chủng vi sinh vật sản xuất Magnesi – L (+) – lactat độ tinh khiết cao.
Tăng quy mô nghiên cứu, khảo sát, lựa chọn các nguồn nguyên liệu rẻ tiền hơn để phục vụ nâng cấp quy trình sinh tổng hợp Magnesi lactat quy mô lớn.
TÀI LIỆU THAM HẢO
Tiếng Việt
1. ộ Y Tế, Hội đồng Dược điển Việt Nam, Chủ tịch hội đồng: PGS.TS. Trịnh Văn Quỳ, TS. Nguyễn Văn Tựu (2012), "Dược điển Việt Nam IV", p. 375. 2. Kiều Hữu Ảnh (1999), "Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp", NXB Khoa
học kỹ thuật, pp. 113 – 228.
3. Nguyễn Lân Dũng Và Cộng Sự (2011), " Vi sinh vật học", tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
4. Nguyễn Hữu Đình T. T. Đ. (1999), "Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử", NXB Giáo Dục, pp. 27-99, 296-346.
5. Lê Xuân Hoành (2006), "Phân lập, tuyển chọn, phân loại một số chủng Lactobacillus acidophilus sinh acid lactic mạnh và nhạy cảm với vitamin B12", Luận văn thạc ĩ dược học, trường Đại học Dược Hà Nội.
6. Kiều Thị Hồng (1999), "Tối ưu hóa quá trình lên men sinh tổng hợp calci lactate", Luận văn tốt nghiệp thạc ỹ dược học, Trường Đại học Dược Hà Nội.
7. Lê Gia Hy (2006), "Vi sinh vật học đại cương (tập II)", Viện công nghệ inh
học, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, Hà Nội.
8. Từ Minh Koóng (2004), "Cơ sở công nghệ sinh học và sản xuất dược phẩm",
Nhà xuất bản Y Học, pp. 42-54.
9. Nguyễn Đức Lượng (1996), "Công nghệ vi sinh vật, tập 3", Thực phẩm n
men truyền thống, Trường đại học kỹ thuật TP HCM.
10. Nguyễn Thị Thu Trang (2014), "Nghiên cứu điều chế Magie lactat bằng phương pháp sinh tổng hợp", Luận văn tốt nghiệp dược ỹ đại học, Trường Đại học Dược Hà Nội.
Tiếng Anh
11. Abrams S. A., Chen Z., Hawthorne K. M. (2014), "Magnesium metabolism in 4-year-old to 8-year-old children", J Bone Miner Res, 29(1), pp. 118-122.
12. Afsar B., Elsurer R. (2014), "The relationship between magnesium and ambulatory blood pressure, augmentation index, pulse wave velocity, total peripheral resistance, and cardiac output in essential hypertensive patients", J
Am Soc Hypertens, 8(1), pp. 28-35.
13. Agustín V. B., Willem Jacob, Peter Paul, (2013), "Carboxylate acidification", WO2013/117687, pp. 1,2.
14. Aharon Meir Eyal R. F. (1998), "A process for the recovery of lactic acid",
WO 1998037050.
15. Atlan D., Regis H., Gastaut H. (1967), "Treatment of spasmophilia in the adult by magnesium lactate", Electroencephalogr Clin Neurophysiol, 23(4), p. 388.
16. Baker W. L., Kluger J., White C. M., et al. (2009), "Effect of magnesium L- lactate on blood pressure in patients with an implantable cardioverter defibrillator", Ann Pharmacother, 43(4), pp. 569-576.
17. Ben-Yoseph Eliahu K. L., Wajc Samuel, (1999), "Process for preparing lactic acid", WO 2000017378 A3.
18. Bode Harold Eli (1969), " High purity magnesium lactate from steepwater ",
US3429777, p. 2.
19. Bøhmer T. R. A., Holm H., Weberg-Teigen L., Wahl L., (1990), "Bioavailability of oral magnesium supplementation in female students evaluated from elimination of magnesium in 24-hour urine", Magnesium Trace Element, pp. 9, 272-278.
20. Brenntag Food & Nutrition Europe (2008), “Mineral Salts – Magnesium”, pp. 1 – 8.
21. British Pharmacopoeia Commission (BPC) (2010), Bristish Pharmacopedia, pp. 1325.
22. Cheng Zhen G. W., Lin Yuan, Ning Guiling, Pang Hongchang, (2013), "Materials Research Bulletin vol. 48; nb. 3", pp. 1333 - 1337.
23. Coudray C R. Y. (2001), "Impact of vegetable products on intake, intestinal absorption and status of magnesium", Advances in magnesium research: nutrition and health London, pp. 115-123.
24. Council of Europe European (COE) - European Directorate for the Quality of Medicines (EDQM) (2005), “Magnesium lactate dihydrat”, European
pharmacopoeia 5.7, pp.5049.
25. Dumont (1965), "Treatment of uterine pain in pregnancy with magnesium lactate", Lyon Med, 213((21)), pp. 1571-1582.
26. European Pharmacopoeia 5.0 (2005), p.5049.
27. Fao/ Who (1989), "Report of the 15th session of the codex committee on food additives", the United Nations.
28. Feillet-Coudray C R. Y. (2005), "Magnesium: physiology, dietary sources and requirements", Encycl Nutr, 2nd Edition Oxford, UK: Elsevier, pp. 191– 195.
29. Firoz M G. M. (2001), "Bioavailability of US commercial magnesium preparations.", Magnes Res, pp. 14:257-262.
30. Friedrich Widdel (2010), "Theory and Measurement of Bacterial Growth ",
Grundpraktikum Mikrobiologie, 4 Sem (BSc), Universität Bremen, pp. 4-11.
31. Galan P P. P., Durlach V, Valeix P, Ribas L, Bouzid D, Favier a, Hercberg S., (1997), "Dietary magnesium intake in a French adult population", Magne Res, pp. 10: 321-328.
32. Gomes A.M.P. M. F. X. (1999), "Bifidobacterium spp. and Lactobacillus acidophilus: biological, biochemical, technological and therapeutical properties relevant for use as probiotics", Trends Food Sci Technol 10, 139- 157.
33. Guerrier Y. (1967), "[Magnesium lactate in the treatment of pharyngo- laryngeal paresthesia]", J Fr Otorhinolaryngol Audiophonol Chir Maxillofac, 16(4), pp. 289-290.
34. Hatice Yavuzdurmaz (2007 ), "isolation, characterization, determination of probiotic properties of lactic acid bacteria from human milk", MASTER OF
SCIENCE in Food Engineering.
35. Index M. (2001), "13th Edition", , Merck & Co, Whitehouse Station, New Jersey, USA.
36. Institute of Medicine. Food and Nutrition Board. Dietary Reference Intakes: Calcium, Phosphorus, Magnesium, Vitamin D and Fluoride. National Academy Press. Washington, DC, 1999.
37. J.H L. (1996), "Microbiological production of acid lactic", Advances in applied microbiology, vol.12.
38. Jan Van Krieken E. A. (2007), "Method for preparing an organic amine- lactic acid complex", CN 101426755 B.
39. Jan Van Krieken E. A. (2005), "Process for the preparation of lactic acid or lactate from a magnesium lactate comprising medium", US 7705180 B2. 40. Johnson S. (2001), "The multifaceted and widespread pathology of
magnesium deficiency", Med Hypotheses pp. 56, 163-170.
41. Kamila Goderska J. N., Zbigniew Czarnecki (2008), "Comparison of the growth of lactobacillus acidophilus and bifidobacterium bifidum species in media supplemented with selected saccharides including prebiotics", Acta Sci Pol, Technol Aliment 7(2).
42. Kolomaznik A. B., . S. Saha, L. Saha, (1995), "Manufacture of magnesium lactate", Czech Rep, CZ 279449.
43. Kozaki M. U. T. O. S. (1992), "Experimental manual of lactic acid bacteria",
Asakurasyoten, Tokyo, Japan, pp. 1-10.
44. L.A S. (1994), "Antimicrobial effects of lactates", A review, J of food protection, vol.57, page. 445 – 450.
45. Levrat-Verny Ma C. C., Bellanger J, Lopez Hw, Demigne C, Rayssiguier Y, Remesy C. , (1999), "Wholewheat flour ensures higher mineral absorption and bioavailability than white wheat flour in rats", Br J Nutr ; 82, pp. 17-21.
46. Lindberg J.S. Z. M. M., Poindexter J.R., Pak C.Y.C., (1990), "Magnesium bioavailability from magnesium citrate and magnesium oxide", J Am Coll Nutr, pp. 9, 48-55.
47. Marcus J.A.W. Vorage (2009), "Metal lactate powder and method for preparation", US 8337867 B2.
48. Mcbride B. F., Min B., Kluger J., et al. (2006), "An evaluation of the impact of oral magnesium lactate on the corrected QT interval of patients receiving sotalol or dofetilide to prevent atrial or ventricular tachyarrhythmia recurrence", Ann Noninvasive Electrocardiol, 11(2), pp. 163-169.
49. Moon S.H T. S. P. (1998), "An intergrated bioconversion process for production of L – Lactic acid from starchy potato feed stocks", Applied
biochemistry and biotechnology, vol 70 – 72.
50. Morris M.E. (1987), "Absorption of magnesium from orally administered
magnesium sulfate in man", Clin Toxicol, pp. 25, 371-382.
51. Mühlbauer B. S. M., Coram W.M., Antonin K.H., Etienne P., Bieck P.R., Douglas F.L., (1991), "Magnesium-L-aspartate-HCl and magnesium-oxide: bioavailability in healthy volunteers.", Eur J Clin Pharmacol, pp. 40, 437- 438.
52. Peter Johannes Marie Baets E. A. (2013), "Process for the fermentative production of lactic acid from a plant extract the presence of a caustic magnesium salt", WO 2013/087901 A1.
53. R.M D. (1998), "Optimization of the L – lactic acid production as feedstock for the polymers formation", Polymer preprints, American Chemical society,
Division of polymer chemistry No1, Vol 39, p. 282 – 283.
54. Rayssiguier Y M. A., Durlach J. , (2001), "Advances in Magnesium Research, Nutrition and health. London", John Libbey & Company Limited England, p. 455.
55. R. James Kirkpatrick (1975), “Crystal Growth from the Melt: A Review”,
56. Roanoke (2002), "Package insert. Mag-Tab SR (magnesium L lactate)",
Niche Pharmaceuticals.
57. Rude RK, “Magnesium deficiency: A cause of heterogeneous disease in humans”, J Bone Miner Res 1998;13: 749-58.
58. Sabatier M. A. M. J., Kastenmayer P., Rytz A., Barclay D.V., ( 2002), "Meal effect on magnesium bioavailability from mineral water in healthy women",
Am J Clin Nutr, pp. 75, 65-71.
59. Sanna Taskila and Heikki Ojamo (2013), “The Current Status and Future Expectations in Industrial Production of Lactic Acid by Lactic Acid acteria”, Lactic Acid Bacteria – R & D for Food, Health and Livestock Purposes, p.615
60. Saris NE, Mervaala E, Karppanen H, Khawaja JA, Lewenstam A, “Magnesium: an update on physiological, clinical, and analytical aspects”,
Clinica Chimica Acta 2000;294:1-26.
61. Schimatschek Hf R. R. (2001), "Prevalence of hypomagnesemia in an unselected German population of 16,000 individuals", Magnes Res, pp. 14: 283-290.
62. Steidl L., Ditmar R. (1991), "Osteoporosis treated with magnesium lactate",
Acta Univ Palacki Olomuc Fac Med, 129, pp. 99-106.
63. Steidl L., Tolde I., Svomova V. (1988), "Innovation of the antiepileptic therapy with magnesium lactate", Acta Univ Palacki Olomuc Fac Med, 120, pp. 271-282.
64. Steidl L., Tolde I., Svomova V. (1987), "Metabolism of magnesium and zinc in patients treated with antiepileptic drugs and with magnesium lactate",
Magnesium, 6(6), pp. 284-295.
65. Sreepriya Vedantam (2012), “Crystallization: Key thermodynamic, kinetic and hydrodynamic aspects”, Sadhana Vol. 38, pp. 1287–1337.
67. Womersley R. A. (1958), "Metabolic effects of prolonged intravenous administration of magnesium lactate to the normal human", J Physiol, 143(2), pp. 300-306.
68. Vormann J. (2003), "Magnesium: nutrition and metabolism", Mol Aspects Med (24), pp. 27-37.
69. Zhou, S., Shanmugam, KT, Yomano, LP, Grabar, TB and Ingram LO, “Fermentation of 12% (w/v) glucose to 1.2 M lactate by Escherichia coli strain SZ194 using mineral salts medium.”, Biotechnology Letters May
2006, Volume 28, pp.663.
Tiếng Nga
70. Novinyuk Ludmila (RU), Способ получения пищевой добавки - лактата магния (RU 2402241)
Website
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Phổ hồng ngoại của Magnesi lactat
Phụ lục 1. Phổ hồng ngoại của Magnesi lactat
Phụ lục 3. Phổ cộng hưởng từ proton của Magnesi lactat Phụ lục 4. Phiếu kiểm nghiệm sản phẩm Magnesi lactat
