Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM GVHD: Ngô Lâm Tuấn Anh

Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic http://www.ebook.edu.vn Trang 1

Mục Lục:

Chương 1: Mở đầu...................................................................................... trang 1

1.1.Giới thiệu về acid lactic..................................................................... trang1

1.2. Tình hình sản xuất acid lactic ........................................................ trang 3

1.3. Ứng dụng của acid lactic trong CNTP .......................................... trang 4

Chương 2:Công nghệ sản xuất acid lactic.................................................. trang8

2.1. Nguyên liệu....................................................................................... trang 8

2.1.1. Giống vi sinh vật ................................................................... trang 8

2.1.2. Cơ chế lên men..................................................................... trang 12

2.1.3. Chuẩn bị nguồn cơ chất ...................................................... trang 17

2.1.4. Chuẩn bị môi trường nuôi cấy ........................................... trang 22

2.1.5. Giữ giống.............................................................................. trang 23

2.2. Quy trình sản xuất......................................................................... trang 26

2.2.1. Sơ đồ quy trình .................................................................... trang 26

2.2.2. Thuyết minh quy trình........................................................ trang 28

2.3. Sản phẩm........................................................................................ trang 41

2.4. Các vấn đề tồn tại .......................................................................... trang 42

2.5. Thành tựu công nghệ .................................................................... trang 43

2.6. Hướng phát triển........................................................................... trang 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ trang 49



Chương 1. MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu về acid lactic

Định nghĩa:

Acid lactic là hợp chất hữu cơ thu được bằng phương pháp lên men do tác nhân lên men chủ

yếu là vi sinh vật

Công thức cấu tạo:

Công thức phân tử: C3H6O3

Công thức tổng quát:

CH3-CHOH-COOH.

Acid lactic còn có tên gọi khác là 1- hydroxyethanol cacbonxylic hay acid 2-

hydroxypropanoic. Trong cấu tạo phân tử của chúng có một cacbon bất đối xứng nên chúng có

hai đồng phân quang học: D –acid lactic và L- acid lactic. Hai đồng phân quang học này có tính

chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau khả năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, một

sang phải và một sang trái. Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác nhau.

Cấu hình không gian:

Acid lactic là hỗn hợp của 2 dạng đồng phân D-acid lactic và L-acid lactic:

D-acid lactic L-acid lactic



Nếu D-acid lactic và L-acid lactic có trong một hỗn hợp theo tỉ lệ 50:50 người ta gọi là hỗn hợp

raxemic. Hỗn hợp này được kí hiệu là DL-acid lactic.Trong quá trình lên men không có một

hỗn hợp lý tưởng này mà chỉ có được khi tiến hành tổng hợp hữu cơ.

Tính chất:

DL acid lactic là dịch lỏng dạng tinh thể, tan trong H2O, cồn, không tan trong CHCl3, nhiệt độ

nóng chảy 16,8oC, nhiệt độ sôi 122oC.

Acid lactic có khối lượng phân tử là 98,08 là chất hữu cơ không màu, mùi nhẹ.Acid lactic là

một chất có độ hút ẩm cao là chất lỏng sánh đặc có sẵn trên thị trường ở những dạng khác nhau

về chất lượng; và phụ thuộc vào độ tinh sạch có nhiều tiêu chuẩn khác nhau: acid lactic kỹ

thuật, thực phẩm, dược phẩm và acid lactic plastic.

Ở dạng đồng phần D-acid lactic hoặc L-acid lactic lần lượt có nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ

sôi là 28 và 103 (oC).

Một tiêu chuẩn chất lượng quan trọng của acid lactic tinh sạch cao là sự bền nhiệt, ví dụ: không

màu tạo thành khi làm nóng dung dịch 80% acid lactic đến 180oC.

1.2. Tình hình sản xuất acid latic:

Hiện nay công nghệ sản xuất acid lactic được phổ biến rộng rãi trong việc chế biến sữa thành

các loại sản phẩm như sữa chua, yaourt, fomai… vừa tăng giá trị dinh dưỡng, vừa có tính chất

chữa bệnh đường ruột giúp ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa mà còn có tác dụng bảo quản lâu hơn

sữa tươi.

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật trong điều kiện

yếm khí. Sự lên men lactic đã được biết và ứng dụng từ lâu đời trong dân gian như lên men

chua rau quả, làm sữa chua, sữa đông.

Với quy mô gia đình:

Sự lên men sữa chua có thể tiến hành theo kiểu dân gian (lên men tự nhiên – nhờ hệ vi khuẩn

lactic có sẵn trong sữa), tuy nhiên kiểu này có tính chất gia đình quy mô nhỏ. vì trong giai đoạn

đầu có vi khuẩn gây thối rữa hoạt động nên làm giảm phẩm chất sản phẩm, đôi khi dẫn đến hư

hỏng sản phẩm.

Với quy mô công nghiệp: sản xuất acid lactic với quy mô lớn và hiện đại, phát triển nhiều sản

phẩm đạt độ ổn định và chất lượng sản phẩm cao, hiện nay trong công nghiệp người ta phải



thanh trùng Pasteur sữa (thanh trùng nhiệt 80 ÷ 900C) để nguội đến nhiệt độ phù hợp lên men,

lúc đó mới cấy vi khuẩn lactic thuần khiết vào.

Các sản phẩm sữa có sử dụng quá trình lên men lactic thông thường là: sữa chua đặc

axidophilin, yaourt, fomat, bơ… và sử dụng lên men hỗn hợp gồm lên men lactic và lên men

rượu như kephia, kumi…

1.3. Ứng dụng của acid lactic trong công nghệ thực phẩm:

Sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa:

Các sản phẩm lên men từ sữa như: sữa chua, phomat, bơ,...Các quá trình chuyển hóa

trong sản xuất đều làm cho sản phẩm thêm giàu dinh dưỡng và tạo hương vị đặc trưng cho sản

phẩm

Lên men sữa chua:

Lên men sữa chua làm tăng giá trị dinh dưỡng có tác dụng trị bệnh đường ruột giúp

ăn ngon dễ tiêu hóa bảo quản sữa tươi lâu hơn khỏi bị hư hỏng.

Sữa tươi sữa chua sau khi lên men

Nguyên tắc làm sữa chua là do sự phát triển của vi khuẩn lactic làm pH giảm mạnh,

cazein trong sữa bị đông tụ. Sữa từ dạng lỏng chuyển sang dạng keo sệt và có mùi vị thơm

ngon. Quá trình làm sữa chua người ta phải sử dụng hai chủng vi khuẩn lactic đồng hình và dị

hình. Vi khuẩn lactic đồng hình lên men nhanh làm giảm pH, vi khuẩn lactic dị hình lên men

chậm và tạo thành mùi thơm đặc trưng của sữa chua.



Sản xuất phomat: để sản xuất phomat người ta dùng enzyme đông kết thu cazein trong

sữa, sau đó tiếp tục cho lên men với nồng độ muối loãng. Tuỳ loại phomat mà trong quá trình ủ

chín người ta sử dụng các loài vi sinh vật khác nhau. Các loại vi sinh vật thường được sử dụng

để làm chín phomat là: vi khuẩn propionic, nấm mốc…

Sản xuất dưa chua:

Trong rau quả vi khuẩn sẽ phát triển tạo ra acid lactic và acid acetic cùng với một số

chất hữu cơ khác. Các acid hữu cơ này làm giảm pH của dịch chống lại hiện tượng gây thối rau

quả. Bên cạnh đó làm tăng hương vị của khối ủ chua rau quả.

Rau quả muối chua

Vì vậy sản xuất sữa chua cũng như muối chua rau quả là quá trình vừa mang ý nghĩa chế

biến vừa mang ý nghĩa bảo quản.

Sản xuất tương:

Trong sản xuất tương quá trình lên men lactic tạo pH thích hợp cho sản phẩm và tăng

hương vị cho sản phẩm.

Hình: các loại nước tương sản xuất trên thị trường.



Muối chua rau quả

Muối chua rau quả nhằm hai mục đích cơ bản sau đây: bảo quản nguyên liệu và làm

tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan của rau quả. Nguyên tắc để muối chua rau quả là tạo

điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hạn chế tác dụng của vi khuẩn gây thối rữa.

Hiện nay có rất nhiều sản phẩm rau quả muối chua được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam

cũng như trên thế giới.

Quá trình muối chua rau quả được tiến hành như sau:

- Lựa chọn rau quả

- Xử lý sơ bộ

- Phơi nắng

- Cho thêm đường, muối, nước

- Lên men

- Muối chua.

Thông thường muối chua rau quả người ta sử dụng 3% lượng muối so với rau quả. Nếu

nồng độ muối thấp thì rau quả dễ bị thối. Nếu nồng độ muối quá cao thì quá trình lên men

chậm, sự tạo thành axit lactic giảm. Tác dụng của một số quá trình cơ bản trong muối chua rau

quả.

- Quá trình phơi nắng: làm giảm lượng nước có trong nguyên liệu.

- Cho thêm muối, đường: tạo áp suất thẩm thấu, làm nguyên liệu dễ nén chặt, không

bị nát và trở nên giòn. Làm tăng nhanh quá trình lên men

Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men là 26 ÷ 35oC. Tuy nhiên, ở nhiệt độ này vi

khuẩn butyric có thể phát triển mạnh nên trên thực tế người ta khống chế ở nhiệt độ trong

khoảng 20 ÷ 25oC. Thông thường vi khuẩn lactic chịu được nhiệt độ thấp hơn so với vi khuẩn

khác, vì vậy trong muối chua cần tăng nhanh độ axit để loại trừ khả năng nhiễm của một số loài

vi sinh vật khác.



Ứng dụng trong sản xuất các loại sữa bột và bột giàu canxi:

Bổ sung Lactate calcium vào thành phần sữa bột dinh dưỡng, bánh ngọt, bánh nướng,…

Các loại sữa bột giàu canxi



Chương 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC

2.1. Nguyên liệu

Để sản xuất acid lactic cần phải có hai thành phần chính yếu là nguồn cơ chất và tác nhân lên

men là vi khuẩn lactic.

2.1.1. Giống

Giới thiệu về vi khuẩn lactic

Năm 1872, nhà Hoá học Thụy Điển Karl W. Scheele lần đầu tiên tách được acid lactic

từ sữa bò lên men chua. Năm 1857, Louis Pasteur chứng minh được rằng sự hình thành acid

lactic trong quá trình lên men sữa chua có liên quan đến một nhóm vi sinh vật đặc biệt gọi là vi

khuẩn lactic. Năm 1878, Joseph Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt tên là

Bacterium lactis (hiện nay gọi là Streptococcus lactis). Từ đó đến nay các nhà hoá học liên tiếp

phân lập được các loại vi khuẩn khác nhau.

2.1.1.1 Đặc điểm

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, hô hấp tùy tiện. Chúng có khả năng lên men nhiều

loại đường đơn và đường đôi nhưng không có khả năng lên men các loại glucid phứt tạp và tinh

bột. Sự phát triển của nó cần có sự mặt của pepton, axit amin, hay muối amon. Chúng có yêu

cầu đặc biệt về chất dinh dưỡng là giàu vitamin, axit amin và khoáng chất.

Vi khuẩn lactic là tên gọi chung của những vi khuẩn có khả năng sinh ra acid lactic,

sản phẩm chính trong quá trình chuyển hoá carbonhydrate. Chúng được xếp vào họ

Lactobacteriaccae , có thể là cầu khuẩn (lưỡng cầu, tứ cầu, liên cầu…), trực khuẩn ngắn hoặc

dài đứng đơn độc thành chuỗi nhưng đều là vi khuẩn gram dương, không tạo bào tử (tuy nhiên

hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ vi khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử) và hầu

hết không chuyển động. Chúng không chứa cytochrom và enzyme catalase nhưng vì có khả

năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh và chính enzyme này đã phân giải H2O2 tạo

thảnh H2O và O2 nên chúng có thể sống trong điều kiện có oxy không khí. Vì vậy vi khuẩn

lactic được gọi là vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện.

Vi khuẩn lactic thu nhận năng lượng nhờ chuyển hoá đường thành acid lactic, ngoài

sản phẩm chính là acid lactic, quá trình lên men đường còn cho nhiều sản phẩm đường khác



như: etanol, acid axetic, CO2 …Chính vì vậy nhóm vi khuẩn lactic là nhóm vi sinh vật có ý

nghĩa rất quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, y học,

sản xuất acid lactic và cả lactate nữa

- Vi khuẩn lactic có tế bào dạng hình que và hình cầu, kích thước của chúng phụ thuộc vào môi

trường và điều kiện nuôi cấy.

+ Dạng hình que có thể là ngắn gần như hình cầu, chiều dài khoảng 0.5 – 0.7µm và mọc thành

sợi dài, đôi khi tới 8µm. Chúng đứng riêng rẽ, kết đôi hoặc kết thành chuỗi.

+ Dạng hình cầu còn có dạng ovan, đường kính 0.5 ÷ 0.6 tới 1µm, đứng riêng lẻ hoặc kết đôi

hay kết chuỗi. Chuỗi có chiều dài khác nhau.

Thành phần môi trường có ảnh hưởng đến hình dạng tế bào. Trong môi trường có

hàm lượng rượu cao sẽ làm cho tế bào dài ra. Rượu etylic còn có tác dụng kìm hãm sự phân

chia tế bào mạnh hơn so với sinh trưởng của vi khuẩn

- Các tế bào vi khuẩn lactic không chuyển động, không tạo thành bào tử, gram (+), không tạo

thành sắc tố, không khử nitrate thành nitrite, không xó hoạt tính catalaza.

- Vi khuẩn lactic là thể kị khí, vi hiếu khí. Trong điều kiện kị khí chúng sinh trưởng và hoạt

động mạnh, nhưng ở điều kiện hiếu khí chúng vẫn sống nhưng hoạt động kém.

- Vi khuẩn lactic sinh sản bằng cách phân chia tế bào. Với điều kiện thuận lợi thời gian thế hệ

của chúng chỉ là 15 phút, không thuận lợi kéo dài đến 24 giờ

2.1.1.2 Sinh lý vi khuẩn lactic

Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaceae. Mặc dù nhóm vi khuẩn

này không đồng nhất về mặt hình thái, gồm cả vi khuẩn dạng que ngắn, que dài lẫn các vi khuẩn

hình cầu, song về mặt sinh lý chúng lại tương đối đồng nhất.

- Là vi khuẩn Gram dương.

- Là vi sinh vật vi hiếu khí.

- Không tạo bào tử (tuy nhiên hiện nay người ta tìm thấy một số giống trong họ lactic có khả

năng tạo bào tử).

- Hầu hết không di động.

- Thu nhận năng lượng nhờ phân giải hydratcacbon và tiết ra acid lactic.



- Khác với vi khuẩn đường ruột cũng sinh ra acid lactic, các vi khuẩn lactic lên men bắt buộc,

chúng không chứa các cytochrom và enzyme catalase.

- Có khả năng sinh tổng hợp enzyme peroxydase rất mạnh. Chúng phân giải H2O2 và oxy để

phát triển.

2.1.1.3 Phân bố:

Vi khuẩn lactic thường ít gặp trong đất và trong nước, chúng thường phát triển trên những môi

trường có chứa nhiều chất hữu cơ phức tạp như :

- Trong sữa và các sản phẩm từ sữa thường gặp Lactobacillus lactis, Lactobacillus

bulgarius, Lactobacillus helviticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus ferment, Lactobacillus

brevis, Streptococcus diacetyllactis. Để tồn tại trong môi trường sữa vi khuẩn lactic tổng hợp

ATP từ cơ chất lactose.

- Trên bề mặt thực vật và xác thực vật đang bị phân giải hay có Lactobacillus

plantanium, Lactobacillus delnikii, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis, Streptococcus

lactis…Chúng còn được tìm thấy trên các loại rau quả, trái cây.

- Trong ruột và các niêm dịch ở người và động vật có Lactobacillus acidophilus,

Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus salivanius, Streptococcus pyogenes,

Bifidobacterium, Pneumococcus.

- Hoạt tính catalaza: vi khuẩn lactic sống ở điều kiện kị khí nên chúng không có hoạt tính

catalaza. Song, những năm gần đây một số thông báo tìm thấy hoạt tính enzyme này ở một số

chủng vi khuẩn lactic ở dạng Pseudocatalaza. Pseudocatalaza thấy ở một số loài thuộc các

giống Leuconostoc và lactobacillus.

- Hoạt tính proteas: thấy ở cầu khuẩn, trực khuẩn và liên khuẩn (Streptobacterium), nhưng

ở trực khuẩn thường có hoạt lực cao hơn, nhất là các chủng phân lập được từ ruột non của bê

nghé. Protease của vi khuẩn lactic gồm cả proteinase, peptinase.

- Hoạt tính lipase của vi khuẩn lactic có ở nhiều chủng thuộc cầu khuẩn, trực khuẩn. Chế

phẩm lipase thu nhận từ dịch chiết không có tế bào vi khuẩn dễ dàng phân hủy những triglycerit

đơn giản.



Hoạt tính hóa sinh của vi khuẩn lactic phụ thuộc vào đặc điểm sản phẩm lên men các loại

đường C6 – đường đơn – hexose (glucose, fructose, mannose, galactose), đường kép –

disaccharide (lactose, maltose, sacarose) và polysaccharide (dextrin, tinh bột).

2.1.1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn lactic

- Dinh dưỡng cacbon: vi khuẩn lactic sử dụng nguồn năng lượng chính từ các nguồn đường

mono- và disaccharide như glucose, lactose, sacarose, maltose và các acid hữu cơ như acid

citric, malic, pyruvic, fumaric,... làm nguồn năng lượng và trao đổi cấu trúc. Khi không có mặt

cơ chất nguồn cacbon vi khuẩn sẽ sử dụng nguồn năng lượng và vật liệu tế bào là các acid

amine (acid glutamic, arginin, tirozin,...) và giải phóng CO2. Các vi khuẩn không sử dụng được

nguồn cacbon là polysaccharide (ngoại trừ một loài Lactobacillus delbrueckii).

- Dinh dưỡng nitơ: theo nhu cầu nguồn dinh dưỡng nitơ vi khuẩn lactic có thể chia thành 3

nhóm

+ Các phức hợp acid amine (nhóm vi khuẩn lactic chịu nhiệt Thermobacterium)

+ Phát triển trên môi trường có sixtein và muối amoni (nhóm Streptobacterium)

+ Phát triển trên môi trường có nguồn nitơ duy nhất là muối amoni (nhóm

Streptococcus).

Do phần lớn vi khuẩn lactic không có khả năng tổng hợp được các dạng nitơ hữu cơ

phức tạp, vì vậy chúng cần hỗn hợp các acid amine, dịch thủy phân protein từ cazein, bột đậu

tương, khô lạc,... làm nguồn pepton, peptid và những hợp chất acid amine khác nhau có trong

môi trường

- Nguồn vitamine: vi khuẩn lactic nói chung, đặc biệt là trực khuẩn rất cần vitamine làm

nguồn chất sinh trưởng.

Người ta xác định được rằng: yêu cầu về vitamine riêng biệt của vi khuẩn lactic có thể

thay đổi khi trong môi trường có các acid amine hoặc acid béo và dezoxyribozit khác nhau.

Kiềm purin cũng ảnh hưởng tới nhu cầu của vi khuẩn về acid n-aminobenzoic, nhu cầu về acid

folic giảm nhiều nếu như môi trường có chứa tất cả các acid amine đã biết, timin hoặc timidin,

kiềm purin được tổng hợp nhờ vi khuẩn trong sự tham gia của acid folic.



- Các chất nitơ: để phát triển và phục vụ các hoạt động sống các vi khuẩn lactic cũng cần

các hợp chất vô cơ như: Cu, Fe, Na, P, I2, S, Mn, đặc biệt là Mn có tác dụng phòng chống tế bào

bị tự phân.

Vi khuẩn làm giảm độ acid có trong môi trường cần có phức hợp các chất khoáng. Cầu

khuẩn lên men lactic dị hình không phát triển được ở môi trường đã làm sạch các chất khoáng

nhờ trao đổi ion. Khi vi khuẩn đã kém hoạt lực có thể cho chúng hoạt hóa ở môi trường đã được

bổ sung những ion K+ cùng Mg2+ hoặc Mn2+.

- Oxy: vi khuẩn latic không có hệ enzyme xitochrom tham gia vào hô hấp, nhưng chúng

lại thực hiện được hô hấp nhờ hoạt tính của một số hợp chất có mặt của hệ flavoproteit.

Quan hệ giữa các loài vi khuẩn với oxy ở mức độ hiếu khí của môi trường khác nhau là

khác nhau. Trong điều kiện kị khí nghiêm ngặt chỉ làm cho trực khuẩn lên men dị hình chậm

phát triển khi ban đầu, còn đối với trực khuẩn lên men đồng hình sinh trưởng bị giảm 10%, lên

men giảm 23%. Các loài lên men dị hình sinh trưởng tốt nhất ở điều kiện kị khí, các loài không

sử dụng pentose thì phát triển kém trong điều kiện này.

- Nhiệt độ: Topt = 25oC, đại bộ phận vi khuẩn lactic bị chết từ 45oC trở lên, riêng loài

Lactobacillus delbrueckii là loài chịu được nhiệt độ 50oC phát triển và hoạt động mạnh mẽ.

- pH môi trường: các chủng vi khuẩn lactic chịu được pH thấp khác nhau, đối với vi khuẩn

tách từ rượu vang có thể chịu được ph= 3 ÷ 3.5 hoặc thấp hơn, các chủng loại tách từ dưa, mắm

chua chịu được pH= 3.7 trở lên,...

Các cầu khuẩn lên men dị hình chịu được acid nhiều nhất, ít hơn là các trực khuẩn lên

men dị hình. Các trực khuẩn lên men đồng hình chiếm vị trí trung gian.

2.1.2 Cơ chế lên men lactic

Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành axit lactic nhờ vi sinh vật, điển

hình là vi khuẩn lactic. Lên men lactic là một trong những loại hình lên men phát triển nhất

trong thiên nhiên, có hai kiểu lên men lactic chính là lên men đồng hình và lên men dị hình.

2.1.2.1 Lên men lactic đồng hình (điển hình)

Trong trường hợp này axit pyruvic được tạo thành theo sơ đồ Embden-Mayerhorf-

Parnas (EMP), hydro được tách ra và chuyển tới pyruvat. Sau đó axit pyruvic sẽ tạo thành axit

lactic dưới tác dụng của enzyme lactatdehydrogenase.



Sơ đồ chu trình EMP

Lượng axit lactic tạo thành chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử cacbon

để tạo thành axit axetic, etanol, CO2 và axeton. Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào

sự có mặt của oxy.

C6H12O6 enzyme 2CH3CHOHCOOH + 225Cal

2.1.2.2 Lên men lactic dị hình (không điển hình)

Xảy ra trong trường hợp vi khuẩn lactic không có các enzyme cơ bản của sơ đồ

Embden – Mayerhorf – Parnas (aldolase và triozophotphatizomerase). Nghĩa là qua glucose- 6

phosphat, 6- phosphoglucose và ribulose-5-phosphat. Ribolu-5-phosphat dưới tác dụng của

epimerase chuyển thành xilulose 5-photphat. Xilulose-5-phosphat sẽ được tạo thành theo con

đường pento-photphat (PP). Dưới tác dụng của enzyme pentozaphosphoxetolase bị phân hủy để

tạo thành aldehyd phosphoglyxerinic và acetyl phosphate.

Trong trường hợp này chỉ có 50% lượng đường tạo thành axit lactic, ngoài ra còn có

các sản phẩm phụ khác như: axic axetic, etanol, CO2. Dưới tác dụng của axetatkinase (có

phosphoril hóa ADP) sẽ tạo thành axetat (hoặc bị khử thành axetaldehyd rồi thành rượu etanol),

còn aldehyd phosphoglyxerinic theo con đường thông thường của sơ đồ Embden-Meyerhorf.

Các sản phẩm phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm.

Phương trình tổng quát:



C6H12O6 → CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH + COOH(CH2)2COOH + CO2

Glucose axit lactic (40%) axit acetic etanol axit sucxinic

Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, vào môi trường dinh

dưỡng và điều kiện ngoại cảnh, nói chung thì axit lactic thường chiếm 40% lượng đường đã

được phân hủy, axit sucxinic 20%, rượu etylic chiếm 10%, axit axetic 10% và các loại khí gần

20%.

2.1.2.3 Phân loại:

Phân loại theo Bergey:



Phân loại theo khả năng lên men:

Bảng phân loại vi khuẩn lactic theo khả năng lên men

Cầu khuẩn Trực khuẩn

Lên men đồng hình: C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH

Vi khuẩn ưa nhiệt

Lactobacillus lactis

Lactobacillus helveticus

Lactobacillus acidophilus

Lactobacillus bulgaricus

Lactobacillus delbruckii

Streptococcus lactis

Streptococcus faecalis

Streptococcus salivarius

Streptococcus pyogenes

Streptococcus cremoris

Streptococcus thermophilus

Streptococcus diacetilactis

Pediococcus cerevisiae

Vi khuẩn ưa ấm

Lactobacillus casei

Lactobacillus plantarum

Lactobacillus inulinus

Lên men dị hình

C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH + CH3CH2OH + CO2 + CH3COOH

Leuconostoc mesenteroides

(Betacoccus)

Leuconostoc citrovorum

Lactobacillus brevis

Lactobacillus viridescens

Lactobacillus fermenti

Thực tế, chỉ có nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình là có ý nghĩa về mặt công nghệ

do nhóm này tạo nhiều acid lactic trong quá trình lên men

2.1.2.4 Vi khuẩn trong sản xuất acid lactic:

Sản xuất công nghiệp acid lactic được bắt đầu từ cuối thế kỉ 19. Avery là người đầu tiên

tìm ra cách sản xuất acid lactic ở quy mô thương mại ở Littleton (Mỹ) vào năm 1881, nhưng

không thành công. Nhà máy đầu tiên thực sự mang lại thành công đã được Boehringer xây dựng

vào năm 1895 ở Ingelheim thuộc nước Đức.

Tại nhà máy Ingelheim, Lactobacillus delbrueckii đã được sử dụng để sản xuất acid

lactic. Ngày nay ngoài Lactobacillus leichmanii và Lactobacillus bulgaricus, loài vi khuẩn

Lactobacillus delbruecki vẫn còn được sử dụng.



Với mỗi loại vi khuẩn có những khả năng lên men các loại đường khác nhau nên tùy

thuộc vào nguồn nguyên liệu sẽ chọn giống vi khuẩn dùng vào sản xuất cho thích hợp. Nếu

nguyên liệu là huyết thanh sữa thì chọn các chủng Streptococcus lactis, Lactobacillus

bulgaricus. Trong quá trình lên men với nguyên liệu chứa tinh bột và rỉ đường, người ta dùng

giống vi khuẩn lactic ưa nhiệt Lactobacillus delbrueckii. Tóm lại trong công nghiệp sản xuất

acid lactic, người ta thường sử dụng các loài vi khuẩn lactic điển hình . Sau đây là đặc điểm của

một số loài vi khuẩn lactic thường được sử dụng trong sản xuất acid lactic từ nguyên liệu chứa

đường:

Lactobacillus delbrueckii:

- Là trực khuẩn dài, không di động, gram (+), kích thước: rộng 0.5-0.8μm, dài 2.0-9.0

μm.

- Khoảng nhiệt độ phát triển của nó là: tmax=550C, tmin=180C và topt=45-500C.

- Chúng lên men được các loại đường glucose, fructose, maltose, saccharose,

galactose và dextrin. Chúng không có khả năng lên men được xylose, arabinose, rahamnose,

lactose, raffinose, trehalose, inulin, mannital.

- Điều khác nhau cơ bản của Lactobacillus delbrueckii với các vi khuẩn khác là nó

không lên men được lactose, vì vậy không được dùng trong công nghiệp sữa. Nhưng nó lại lên

men mạnh các đường glucose, maltose, saccharose nên được dùng trong sản xuất acid lactic.

Tích tụ được 2.2% acid lactic trong môi trường.

- Trong dịch nuôi cấy trực khuẩn này có thể tạo thành acid lactic với hiệu suất chuyển

hoá so với đường là 70%.

- Trực khuẩn này thường gặp ở các loại hạt cốc, đặc biệt là đại mạch.

Lactobacillus leichmannii:

- Trực khuẩn, gram (+), kích thước tế bào 0.6-2.0μm, trong thiên nhiên chúng có

khả năng tạo thành chuỗi ngắn.

- Có khả năng lên men một số loại đường như glucose, fructose, maltose,

saccharose, trehalose. Chúng không lên men được lactose, arabinose, rahamnose, galactose,

dextrin, inulin.

- Nhiệt độ phát triển tối ưu là 360C.

- Trong quá trình lên men chúng tạo ra L-acid lactic.

- Chúng không có khả năng tạo nitrit từ nitrate. Nó không lên men được lactose, vì

vậy không được dùng trong công nghiệp sữa, nhưng dùng để sản xuất acid lactic.



trong phạm vi bài báo cáo này ta chọn loài Lactobacillus delbrueckii để thực hiện quá

trình lêm men tổng hợp acid lactic.

2.1.3 Chuẩn bị nguồn cơ chất

2.1.3.1 Mật rỉ:

Định nghĩa:

Rỉ đường hay còn gọi là mật rỉ, là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần

đường kết tinh. Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng

trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kĩ thuật chế biến của nhà máy đường.

Phân loại:

Trong công nghiệp đường thường thu được mật rỉ là dịch đường sau khi đã kết tinh. Các

loại mật rỉ gồm có:

- Mật rỉ hydrol: dịch thu được sau khi kết tinh glucose ở các xí nghiệp thủy phân bột bằng

acid để sản xuất glucose. Trong hydrol có tới 40 - 50% glucose và có một hàm lượng đáng kể

NaCl.

- Rỉ đường: ở các nhà máy đường sản xuất saccharose có một phụ phẩm với tỉ lệ khá lớn,

đó là rỉ đường. Đây là một loại nước cốt được tách ra sau khi kết tinh đường. Có hai loại rỉ

đường là rỉ đường củ cải và rỉ đường mía (tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu của nhà máy

đường). Cả hai loại rỉ này đều có màu nâu sẩm do được nấu và cô nhiều lần nên có nhiều

caramen và melanoid tạo thành

Thành phần hóa học:

Thành phần chính trong rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước 20%.

Nước trong rỉ đường gồm phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng thái liên kết

dưới dạng hydrat.

Đường trong rỉ đường bao gồm: 25-40% saccharose; 15-25% đường khử (glucose và

frutose); 3-5% đường không lên men được. Ở đây do nhiều lần pha loãng và cô đặc, một lượng

nhất định saccharose bị biến thành hợp chất tương tự dextrin do tác dụng của nhiệt. Chất này có

tính khử nhưng không lên men được và không có khả năng kết tinh. Đường nghịch đảo của rỉ

đường bắt nguồn từ mía và sự thủy phân saccharose trong quá trình chế biến đường. Tốc độ



phân giải tăng lên theo chiều tăng của nhiệt độ và độ giảm hay tăng của pH tùy theo thủy phân

bằng acid hay kiềm.

Các chất phi đường gồm có các chất hữu cơ và vô cơ. Các chất hữu cơ chứa các acid

amin( trừ tiroxin và xistin) cùng một lượng rất nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó.Các

chất phi đường không chứa nitơ bao gồm pectin, araban, galactan hoặc các sản phẩm thủy phân

của chúng là arabinose và galactose, chất nhầy, chất màu và chất thơm. Pectin bị kết tủa trong

quá trình chế biến đường nhưng các chất còn lại không kết tủa và gần như hoàn toàn đi vào rỉ

đường (1.22-1.56%).

Các chất thành phần Hàm lượng % trong

đường

Saccharose 32

Chất hữu cơ phi đường 10

Chất tro 8

Trong đó: K2O 3.5

CaO 1.5

MgO 0.1

SiO2 0.5

SO3 1.6

Cl2 0.4

Na2O + Fe2O3+ Al2O3 0.2

P2O5 0.2

N tổng 5-2.2

N-amin 0.2-0.5

Bảng 1: Thành phần các chất trong rỉ đường



Bảng 2: Thành phần vitamin trong rỉ đường mía

Vitamin Hàm lượng

(mg%)

Thiamin 0.5

Riboflavin 0.12

Pyridoxin 0.9

Nicotinamit 1.5

Acid pantotenic 7.0

Acid foleic 0.02

Biotin 0.15

Inozit 500.0



Các chất màu của rỉ đường mía bao gồm:

+ Caramen: xuất hiện nhờ quá trình nhiệt phân saccharose kèm theo loại trừ nước và

không chứa một chút nito nào. Khi pH không đổi, tốc độ tạo chất caramen tỷ lệ thuận với

nhiệt độ phản ứng.

+ Phức chất polyphenol-Fe2+: có màu vàng xanh

+Melanodin: đây là sản phẩm ngưng tụ của đường khử và acid amin mà chủ yếu là acid

aspartic. Sản phẩm ngưng tụ quen biết nhất là acid fuscazinic đóng vai trò quan trọng làm

tăng độ màu của rỉ đường.

+Melanin: được hình thành nhờ phản ứng oxy hóa khử các acidamin thơm nhờ xúc tác

của enzym polyphenol oxydaza khi có mặt của oxy và Cu+2.

Các acid amin thơm thường bị oxy hóa là tiroxin và brenzcatechin. Các melanin thường bị

loại hết ở giai đoạn làm sạch nước đường nên chỉ tìm thấy một lượng rất nhỏ trong rỉ đường.

+Humin: được trùng hợp từ 66 - 68 các đơn vị cấu tạo của acid amin.

+Chất keo: chủ yếu là pectin, chất sáp và chất nhầy. Các chất này ảnh hưởng rất nhiều

đến sự phát triển của vi sinh vật tạo thành màng bao bọc quanh tế bào, ngăn cản quá trình

hấp thụ các chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất của tế bào ra ngoài. Ngoài ra

keo là nguyên nhân chính tạo ra một lượng bọt lớn trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật,

giảm hiệu suất sử dụng thiết bị.

Yêu cầu của rỉ đường làm nguyên liệu trong sản xuất acid lactic:

- Chất khô >= 75%

- Hàm lượng sacaroza: 50 - 51% lượng đường.pH = 6.5 - 8.5

- Hàm lượng N-chung không ít hơn 1.4 %

- Số lượng vi sinh vật không quá 15000 cfu/1g nguyên liệu.

- Khi sử dụng rỉ đường, có thể dùng những con số sau để tính toán pha môi

trường(%)

- Sacaroza = 50 %

- Đường khử 6-9 %



Cần bổ sung thêm :

- Nguồn N là ure hoặc amoni sulfat.

- Nguồn P là supephosphat (khoảng 1 % so với rỉ đường).

Rỉ đường trước khi đem sử dụng cần phải được xử lý: pha loãng

với nước theo tỷ lệ 1:1, acid hóa bằng H2SO4 tới pH=2.8-3.0 và gia nhiệt trong vài giờ. Nhiệt

độ thấp nhất là 75o C, nếu kết hợp khuấy thì càng tốt (đẩy SO2 ra khỏi rỉ đường).

2.1.3.2 Maltose

Maltose, hoặc đường mạch nha, từ chữ latinh mạch nha là maltum, là một disaccharide

chứa 2 gốc α – glucopiranoza, hai gốc này liên kết với nhau nhờ các nhóm OH ở vị trí C1 và

C4. Maltose là sản phẩm khi amylase phá vỡ tinh bột. Enzyme này được tìm thấy trong hạt

giống nảy mầm như Barley hay các nguồn khác khi họ phá vỡ cấu trúc tinh bột sử dụng cho

thực phẩm. Việc bổ sung các đơn vị glucose khác để sản xuất maltotriose; bổ sung thêm nữa sẽ sản

xuất dextrin (còn gọi là maltodextrins) và cuối cùng là tinh bột (glucose polymer).

Thủy phân maltose có thể được tạo thành hai phân tử glucose. Trong các sinh vật sống, các

enzyme maltase có thể thủy phân rất nhanh chóng. Trong phòng thí nghiệm, đốt nóng một acid

mạnh trong vài phút sẽ sản xuất cùng một kết quả. Isomaltose là bị phá vỡ bởi isomaltase.

Việc sản xuất maltose từ mầm ngũ cốc, như lúa mạch, là một phần quan trọng của

quá trình sản xuất bia. Khi lúa mạch được ủ mạch, nồng độ của amylases maltose sản xuất đã

được tối đa. Ngâm là quá trình mà các amylases chuyển đổi tinh bột của ngũ cốc thành

maltose. Chuyển hóa bởi men maltose trong quá trình lên men sẽ sản xuất ra ethanol và khí

carbon dioxide.

2.1.3.3 Sucrose

Sucrose là một phân tử phức tạp với nhiều stereocenters và rất nhiều dạng phản ứng

hoặc có thể được phản ứng mặc dù phân tử tồn tại như là một đồng phân duy nhất.

Sucrose nóng chảy ở 186°C (367°F) để tạo thành caramel.

48KNO3 + 5C12H22O11 → 24K2CO3 + 24N2 + 55H2O + 36CO2

Sucrose phản ứng với acid chloric, hình thành bởi phản ứng của axít sulfuric và clorat kali:

8 HClO3 + C12H22O11 → 11 H2O + 12 CO2 + 8 HCl

Sucrose có thể được khử nước với acid sulfuric để tạo thành một màu đen, giàu

carbon rắn.

H2SO4 (Catalyst) + C12H22O11 → 12C + 11 H2O + Q hoặc H2O + SO3 :



Phương trình phản ứng này là kết quả của nhiệt thủy phân chia các glycosidic,

chuyển đổi sucrose thành glucose và fructose. Nếu enzyme sucrase được bổ sung vào thì phản

ứng sẽ tiến xảy ra nhanh chóng. Cũng có thể được tăng tốc nếu bổ sung các axít, như cream of

tartar hoặc nước chanh.

Các sinh tổng hợp của các chất bằng đường sucrose tiền chất 1-phosphate và

fructose 6-phosphate. Sucrose được hình thành bởi thực vật nhưng không phải bởi các sinh vật

khác. Sucrose được tìm thấy tự nhiên trong nhiều thực phẩm thực vật cùng với fructose

monosaccharide. Có nhiều trong các loại trái cây, chẳng hạn như dứa và quả mơ, sucrose là

đường chính. Trong những quả khác, chẳng hạn như nho và lê, fructose là đường chính.

2.1.3.4 Lactose

Lactose là một loại đường được tìm thấy nhiều nhất trong sữa. Lactose chiếm khoảng

2-8% của sữa (tính theo trọng lượng), mặc dù số lượng khác nhau giữa các loài và cá thể. Nó

được chiết xuất từ sữa chua hoặc ngọt. Tên lacte, chữ Latin là tên cho sữa, cộng với OSE-kết

thúc được sử dụng để đặt tên đường. Nó có công thức C12H22O11.

Lactose là một disaccharide bao gồm các galactose và glucose liên kết thông qua một

liên kết glycosidic β-1 → 4. có tên là β-D-galactopyranosyl-(1 → 4)-D-glucose. Các đường có

thể ở một trong hai dạng là α-pyranose hoặc β-pyranose, các galactose chỉ có thể có dạng β-

pyranose.

Lactose kết tinh chậm, tinh thể cứng và có nhiều dạng tinh thể. Độ ngọt của lactose chỉ

bằng 1/6 sacarose.

Enzyme β – galactosidase (lactase) do phần ruột chảy của trẻ em tiết ra thủy phân dễ

dàng lactose.

2.1.4 Chuẩn bị môi trường nuôi cấy

- Tất cả vi khuẩn lactic đều có đặc điểm chung là:

+ Là những vi khuẩn gram dương, nói chung là bất động, không sinh bào tử.

+ Khả năng tổng hợp nhiều hợp chất cần cho sự sống của những vi khuẩn này rất yếu.

+ Chúng là những vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, là loại có khả năng lên men hiếu khí cũng như kỵ

khí.



Môi trường MRS: (Môi trường dùng để nuôi cấy vi khuẩn lacti

2.1.5 Giữ giống

Trong sản suất, việc hoạt hoá giống và thường xuyên kiểm tra chất lượng của giống là hết

sức cần thiết và không thể thiếu. Muốn làm khâu nầy tốt, cần phải làm các phần việc sau:

- Kiểm tra độ thuần khiết của giống;

- Kiểm tra khả năng hồi biến của giống. Hầu hết chủng vi sinh vật (VSV) dùng trong sản xuất là

đột biến, do đó phải kiểm tra xem chúng có hồi trở lại giống gốc của chúng hay không, hiện

tượng này rất hay xảy ra.

- Hoạt hóa giống sau một thời gian sử dụng. Để hoạt hóa giống người ta thường sử dụng môi

trường nuôi cấy giàu các chất kích thích sinh trưởng như: cao nấm men, nước chiết cà chua, hỗn

hợp vitamin, axit béo.

- Giữ giống bằng phương pháp thích hợp có thể duy trì được những hoạt tính ưu việt của chúng,

chống thoái hoá giống, mất hoạt tính.

Casein peptone, tryptic digest 10g

Cao thịt (Meat extract) 10g

Cao nấm men (Yeast extract) 5g

Glucose 20g

Tween 80 1g

K2HPO4 2g

CH3CO2Na (Acetat Natrium) 5g

(NH4)2 citrate (Citrat ammonium) 2g

MgSO4 .7 H2O 0.2g

MnSO4 .H2O 0.05g

Nước cất vừa đủ 1000ml

Điều chỉnh sao cho pH khoảng 6.2 - 6.5.



Hiện nay thường sử dụng 4 phương pháp chính để giữ giống VSV, tuỳ theo điều kiện

mà bạn có thể chọn phương pháp thích hợp.

2.1.5.1 Bảo quản trên môi trường thạch bằng, định kỳ kiểm tra cấy truyền

- Giống vi sinh vật được giữ trên môi trường thạch nghiêng (đối với các VSV hiếu khí),

hoặc chích sâu vào trong mội trường thạch (đối với VSV yếm khí). Các ống được bảo quản

trong tủ lạnh ở nhiệt độ 3-50C. Định kỳ cấy truyền giống, tuỳ từng nhóm VSV khác nhau mà

định kỳ cấy truyền khác nhau, tuy nhiên giới hạn tối đa là 3 tháng;

- Để công tác giữ giống được tốt, lâu hơn và đỡ bị tạp hơn, người ta thường phủ lên môi

trường đã được cấy giống VSV một lớp dầu khoáng như parafin lỏng. Lớp parafin nầy sẽ hạn

chế được sự tiếp xúc của VSV đối với oxi không khí và hạn chế sự thoát hơi nước của môi

trường thạch, do vậy giống có thể được bảo quản lâu hơn và ít bị nhiễm tạp, thối hóa.

2.1.5.2 Giữ giống trong cát hoặc trong đất sét vô trùng

- Do cấu trúc lý hóa, cát và đất sét là những cơ chất tốt mang các tế bào VSV, chủ yếu là

nhóm VSV có bào tử. Cách làm như sau: cát và đất được xử lý sạch, sàng lọc qua rây, xử lý pH

đạt trung tính, sấy khô và khử trùng. Sau đó bằng thao tác vô trùng, trộn bào tử vào cơ chất cát

hoặc đất sét trong các ống nghiệm. Dùng parafin nóng chảy phết lên nút bông của ống nghiệm

để giúp cho ống nghiệm không bị ẩm trở lại;

- Ngoài giữ giống trong cát và đất sét, người ta còn giữ trong hạt ngũ cốc hay trên

silicagen… Phương pháp bảo quản giống nầy chủ yếu cho nấm mốc và xạ khuẩn.

2.1.5.3 Giữ giống bằng phương pháp lạnh đông

- Phương pháp nầy dựa trên nguyên tắc ức chế sự phát triển của VSV, đưa chúng vào điều

kiện lạnh sâu ở khoảng -250C đến -270C. Người ta trộn VSV với dung dịch bảo vệ hay còn gọi

là dung dịch nhũ hoá như glycerin 15%, huyết thanh ngựa (loại không có chất bảo quản), dung

dịch glucozơ hoặc lactozơ 10%..., việc làm lạnh được tiến hành một cách từ từ. Khi nhiệt độ đạt

-200C, nếu tiếp tục làm lạnh thì phải ở tốc độ 1-20C/phút;

- Phương pháp nầy có ưu điểm là bảo quản được lâu

+ Giữ ở nhiệt độ từ -150C đến -200C thì 6 tháng cấy truyền lại 1 lần

+ Giữ ở nhiệt độ -300C thì 9 tháng cấy truyền lại 1 lần

+ Giữ ở nhiệt độ -400C thì 12 tháng cấy truyền lại 1 lần



+ Giữ ở nhiệt độ -500C thì 3 năm cấy truyền lại 1 lần

+ Giữ ở nhiệt độ -700C thì 10 năm cấy truyền lại 1 lần

2.1.5.4 Giữ giống bằng phương pháp đông khô

- Về nguyên tắc cũng giống như phương pháp lạnh đông, nhưng khác ở chỗ là đưa chất bảo

vệ vào như: glutamat 3%, lactozơ 1,2%+pepton 1,2%, saccarozơ 8%+sữa 5%+gêlatin,5%;

- Điều khác biệt thứ 2 với phương pháp lạnh đông là: để đảm bảo an toàn hơn cho sự sống

của tế bào giống, người ta làm mất phần nước trong tế bào và môi trường có chất bảo vệ trong

thiết bị đông khô ở áp suất 1.10-4mmHg;

- Hỗn hợp tế bào giống và dung dịch bảo vệ được chứa trong các ampul thủy tinh có đường

kính 10-15mm được hàn kín để đảm bảo độ khô và chân không cần thiết, những ampul nầy

được bảo quản ở nhiệt độ 3-50C hay ở nhiệt độ phòng.

Đây là phương pháp bảo quản tối ưu nhất hiện nay, có thể tới vài chục năm mới phải làm lại.

2.1.6 các nguyên liệu phụ và chất hỗ trợ kỹ thuật.

Canxicacbonat ( CaCO3 ), acid sunfuric ( 78% ), cột trao đổi ion, than lọc hoạt tính, KMnO4,

dung môi hữu cơ ( iso- propyl ether, isobutanol, trialkyl tertiary amines )



2.2 qui trình sản xuất

2.2.1 sơ đồ qui trình





2.2.2.Thuyết minh quy trình:

Quá trình sản xuất acid lactic gồm 3 công đoạn chính: lên men, thu nhận và tinh sạch

sản phẩm.

2.2.2.1 Pha loãng:

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình xử lý dung dịch.

Biến đổi:

Vật lý: dung dịch tăng thể tích, giảm độ nhớt.

Hóa học: nồng độ chất tan giảm.

Hóa lý: tăng độ hòa tan các chất.

Phương pháp thực hiện:

Pha loãng với tỉ lệ nước : mật rỉ = 3:1.

Yếu tố ảnh hưởng: chất lượng mật rỉ, nước pha loãng.

2.2.2.2 Xử lý dịch pha loãng:

Lọc bằng than hoạt tính:

Mục đích: tẩy các chất màu, tách các chất keo có trong mật rỉ.

Phương pháp thực hiện: cho dung dịch đường sau khi pha loãng chảy qua cột

than hoạt tính.

Các biến đổi:

Vật lý : tăng độ trong, giảm khối lượng riêng dung dịch.

Hóa học: tạp chất bị loại bỏ.

Hóa lý :tách pha rắn khỏi pha lỏng.

Các yếu tố ảnh hưởng: Chất lượng than hoạt tính.

Acid hóa:

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men và tiêu diệt vi sinh vật.




Tiếp tục pha loãng dung dịch mật rỉ đến nồng độ chất khô 15%,

Dùng H2SO4 với tỉ lệ 5% so với khối lượng dịch để acid hóa môi trường.

Đun nóng dung dịch đến 90-950C trong 6 giờ.

Thực hiện ly tâm lọc để thu dịch trong.

Các biến đổi:

Hóa học: chuyển hóa đường saccharose thành đường nghịch đảo, pH dung dịch giảm

còn 2,8-3,0.

Hóa lý: hệ keo bị phá vỡ.

Vi sinh: vi sinh vật bị tiêu diệt do pH giảm xuống thấp.

Các yếu tố ảnh hưởng:

Tỉ lệ H2SO4 thêm vào so với dung dịch đường.

Thời gian, nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân.

Ly tâm thu dịch trong

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men.

Phương pháp thực hiện: sử dụng thiết bị ly tâm lọc.

Thiết bị và thông số công nghệ:



Thiết bị ly tâm lọc

Thiết bị ly tâm lọc hoạt động theo nguyên tắc: khi hệ thống quay với tốc độ cao tạo ra

lực ly tâm mạnh và đẩy các thành phần pha lỏng và rắn ra sát thành thiết bị như hình vẽ, thành

thiết bị có gắn vải lọc để các cấu tử chất hoà tan đi qua và giữ lại các thành phần pha rắn.

Biến đổi:

Hóa học: tạp chất bị loại bỏ, giữ lại chất hòa tan

Hóa lý: tách pha rắn khỏi pha lỏng.

Vật lý: tăng độ trong, giảm khối lượng riêng dung dịch.

2.2.3 Chuẩn bị môi trường

Mục đích: tạo các điều kiện tốt nhất trong dung dịch nền để chuẩn bị cho quá

trình lên men.


Tiếp tục pha loãng dung dịch đường xuống còn 5-10%.

Sử dụng bột CaCO3 để điều chỉnh pH ngược lại 6,3-6,5.

Hạ nhiệt độ dung dịch về 50oC



Chuẩn bị cơ chất:

Môi trường phải chứa đầy đủ chất dinh dưỡng và điều kiện về nhiệt độ, pH, thích hợp

cho quá trình lên men.

- Tuỳ theo thành phần của dịch rỉ thu được và tuỳ vào thành phần rỉ đường ban đầu

mà bổ sung cho phù hợp.

Các biến đổi :

Vật lý : dung dịch tăng thể tích, nhiệt độ giảm về 50oC .

Hóa học : pH tăng từ 2,8-3,0 lên 6,5.

Các yếu tố ảnh hưởng :

Khối lượng CaCO3 để chỉnh pH.

2.2.4 Nhân giống :

Mục đích : tăng sồ lượng tế bào vi khuẩn, chuẩn bị cho quá trình lên men.

Phương pháp thực hiện

Cũng giống như trong phòng thí nghiệm, muốn thực hiện một quá trình lên men ở quy

mô công nghiệp phải tiến hành nhân giống, đảm bảo số lượng tế bào với tuổi sinh lí đang ở thời

kỳ hoạt động mạnh nhất để cấy vào môi trường lên men. Nhân giống ở đây có thể phải qua 2-3

bước, ta thường gọi là nhân giống cấp 1, cấp 2, cấp 3 v.v... tuỳ thuộc vào quy mô sản xuất. Việc

nhân giống thường diễn ra bằng cách nuôi chìm. Các điều kiện nuôi được lựa chọn sao cho chỉ

xảy ra sự sinh trưởng chứ không xảy ra sự tạo thành sản phẩm.

Ta tiến hành nhân giống trong môi trường dịch rỉ đường như trong sản xuất nhưng các

điều kiện nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các yếu tố sinh trưởng thì tối ưu hơn cho sự sinh sản của

vi khuẩn.

Canh trường nhân giống vi khuẩn là canh trường thuần khiết đi từ một tế bào ban đầu

Vi sinh vật nhân giống để đưa vào lên men đảm bảo các yêu cầu công nghệ như sau:

- Dịch giống không được tạp nhiễm.

- Các tế bào đảm bảo ở độ tuổi sinh lí ở thời gian sinh trưởng tốt nhất, có hoạt tính cao

nhất, thường là nữa sau của pha log.



- Các thông số kĩ thuật như pH, màu sắc, mùi vị... đúng như quy định của dây chuyền

công nghệ.

- khi lượng giống đảm bảo về số lượng tế bào: 106 tế

bào / ml.

Các biến đổi:

Sinh học: số lượng tế bào tăng lên nhanh chóng.

Hoá sinh: các phản ứng xảy ra dưới sự xúc tác của hệ

enzyme của vi khuẩn lactic.


Canh trường giống ban đầu.

Điều kiện nuôi chỉ xảy ra sự sinh trưởng chứ không

xảy ra sự tạo thành sản phẩm, nêu tạo sản phẩm thì chất

lượng giống khi đi vào quy mô công nghiệp sẽ giảm hoạt

tính.

2.2.5 Lên men:

Mục đích: khai thác, tăng nồng độ của acid

lactic trong dịch lên men do sự tổng hợp của vi khuẩn


Trong sản xuất acid lactic thường sử dụng các loại vi

khuẩn đồng hình, trong đó vi khuẩn Lactobacillus delbruckii

được sử dụng phổ biến.

Cấy giống vi sinh vật vào thiết bị lên men có đảo trộn

cơ học. Trong giai đoạn đầu có thể bổ sung O2 để tăng sinh

khối vi khuẩn, sau đó loại O2 tiến hành lên men bề sâu trong

điều kiện yếm khí. Giống có thể lấy từ quá trình nuôi cấy hoặc đơn giản hơn ta lấy giống của

mẻ trước đó.

Lượng giống cấy: 10% thể tích dung dich.



Nhiệt độ len men là 500C trong quá trình lên có nhiêt phát sinh do các phản ứng lên men

ta cần làm lạnh ngay. duy trì pH= 5,5 6. Trong quá trình lên men đối với qui mô sản xuất

công nghiệp ta luôn duy trì nhiệt độ tương đối cao khoảng 500C nhằm tạo nhiệt độ tối ưu cho

L.delbrueckii và một số giống tương tự hoạt động. Đồng thời ở nhiệt độ cao sẽ giảm nguy cơ

nhiễm vi sinh vật lạ không mong muốn làm ảnh hưởng chất lượng của sản phẩm.

Quá trình lên men bắt đầu sau 6 giờ tiêm giống vào dịch lên men. Ta có thể nhận biết

sự lên men dựa vào lượng CO2 sinh ra do phản ứng của CaCO3 và acid trong dung dịch.

Thời gian lên men 2-6 ngày.

Bổ sung CaCO3 dưới dạng vôi mịn để trung hòa lượng acid tạo thành nhằm tránh hiện

tượng ức chế sự phát triển của vi khuẩn lactic, tạo lactate canxium. Cho vôi mịn khoảng 3-4 lần

1 ngày, số lượng cho vào tùy thuộc vào lượng acid sinh ra, duy trì lượng pH dung dịch len men

ở mức độ 5-6.

Thực hiện khuấy trộn trong quá trình lên men.

Các biến đổi:

Hóa học:

Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men:

Ở đây thực hiện quá trình lên men đồng hình. Lên men lactic đồng hình là quá

trình lên men trong đó sản phẩm acid lactic tạo ra chiếm hơn 90% tổng số sản phẩm lên men và

một lượng nhỏ acid acetic, aceton, diacetyl...

Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucose được chuyển hóa theo chu trình

Embden – Mayerhoff.

Vi sinh: vi khuẩn lactic trao đổi chất mạnh, tăng số lượng tế bào vi khuẩn.

Hóa sinh: các phản ứng xảy ra dưới sự xúc tác của hệ enzyme của vi khuẩn lactic.


Ảnh hưởng của thành phần môi trường nuôi cấy



Trong nghiên cứu vi khuẩn lactic, thường sử dụng các môi trường như: MRS, MRS tổng

hợp, M17, môi trường cao nấm men, nước chiết cà chua, môi trường sữa, huyết thanh sữa….

Vi khuẩn lactic thuộc loai vi sinh vật dị dưỡng. Nguồn năng lượng cần thiết cho hoạt

động sống và phát triển của chúng là nguồn năng lượng do trao đổi chất với môi trường ngoài.

Để duy trì sự sống, điều hòa quá trình chuyển hóa trong tế bào, chúng cần sử dụng nguồn glucid

có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn cacbon (chủ yếu là đường glucose), nguồn nitơ (cao

nấm men, acid amin…), vitamin, muối khoáng và các nguyên tố vi lượng.

Mặt khác, khi nồng độ muối cao (> 6.5%) hoặc khi có mặt các chất kháng sinh

(penicillin, chloramphenicol…) có thể ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lactic.

Vì vậy, ta cần bổ sung các nguồn dinh dưỡng trên với liều lượng thích hợp nhất giúp vi khuẩn

lactic phát triển tốt, nâng cao hiệu suất lên men.

Ảnh hưởng của pH môi trường

Mỗi loại vi sinh vật thích hợp với một giá trị pH nhất định của môi trường nuôi cấy. pH

tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn Lactobacillus delbruekii nằm trong khoảng 5-6 , quá trình

lên men bị ức chế mạnh ở pH dưới 4.5.

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ của môi trường có ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động sống của tế bào vi khuẩn.

Nếu nhiệt độ quá thấp sẽ gây ức chế đến sự sinh trưởng của tế bào, thời gian lên

men chậm, hiệu suất lên men thấp.

Nếu nhiệt độ quá cao ngoài việc gây ức chế còn có thể gây chết tế bào.

Ảnh hưởng của oxy không khí

Vi khuẩn lactic thuộc nhóm đặc biệt. Khi tế bào tiếp xúc với oxy không khí nó sẽ sinh ra

H2O2, một chất độc đối với tế bào. Chất loại bỏ H2O2 hữu hiệu nhất là enzyme catalase. Tuy

nhiên, rất ít loài vi khuẩn có khả năng tạo ra enzyme này, chúng thường chỉ có enzyme

peroxydase nhưng hiệu quả kém hơn. Do đó chúng phát triển tốt nhất khi nồng độ oxy có mặt

trong môi trường thấp hoặc hoàn toàn không có O2. Trong quá trình lên men lactic ta cần thực

hiện quá trình lên men yếm khí để thu nhận sản phẩm đạt hiệu quả cao nhất.

Ảnh hưởng của nồng độ acid



Acid lactic là sản phẩm chính của quá trình lên men lactic do hoạt động sống của vi

khuẩn lactic tạo nên. Các vi khuẩn này chịu được acid, tuy nhiên với lượng acid tích lũy trong

môi trường ngày càng nhiều sẽ làm ức chế sự phát triển của chúng. Điều này giải thích được sự

thay đổi hình thái của vi khuẩn lactic khi ủ chua thức ăn hay ủ chua rau quả.

Để giúp vi khuẩn lactic phát triển bình thường, không bị chính các sản phẩm do chính

bản thân chúng tạo ra ức chế, người ta cho vào môi trường các chất đệm thích hợp với một

lượng vừa đủ để trung hoà lượng acid sinh ra.Điều này được ứng dụng trong sản xuất acid

lactic. Người ta dùng chất đệm là CaCO3 để chuyển acid lactic sang dạng lactate calcium, sau

đó là quá trình xử lý lactate calcium để thu hồi acid lactic.

2.2.6 Tạo lactate canxium .

Mục đích: thu nhận lactate canxium chuẩn bị cho phản ứng thu acid lactic.


Khi lên men xong, đun nóng dung dich lên men đến 80-900C để hòa tan lượng lactate

caxium đã tạo thành trước đó.

Dùng CaCO3 để điều chỉnh pH của dịch lên men đến 10-11, giữ yên trong 3-5 giờ để

loại sinh khối vi khuẩn và các chất lắng.

Tiến hành lọc bằng máy lọc khung bản ở nhiệt độ 70-800C. Giữ lại sinh khối vi khuẩn

để lên men mẻ tiếp theo, lọai hoàn toàn các tạp chất.

Biến đổi:

Vật lý: nhiệt độ tăng

Hóa học: tăng nồng độ lactate calcium

Hóa lý: tăng độ tan của lactate calcium


Thiết bị lọc khung bản



Các yếu tố ảnh hưởng

Ảnh hưởng của pH môi trường

Mỗi loại vi sinh vật thích hợp với một giá trị pH nhất định của môi trường nuôi cấy.

pH tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn Lactobacillus delbruekii nằm trong khoảng 5-6 , quá

trình lên men bị ức chế mạnh ở pH dưới 4.5.

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ của môi trường có ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động sống của tế bào vi

khuẩn.

Nếu nhiệt độ quá thấp sẽ gây ức chế đến sự sinh trưởng của tế bào, thời gian lên

men chậm, hiệu suất lên men thấp.

Nếu nhiệt độ quá cao ngoài việc gây ức chế còn có thể gây chết tế bào.

Ảnh hưởng của oxy không khí



Vi khuẩn lactic thuộc nhóm đặc biệt. Khi tế bào tiếp xúc với oxy không khí nó sẽ

sinh ra H2O2, một chất độc đối với tế bào. Chất loại bỏ H2O2 hữu hiệu nhất là enzyme catalase.

Tuy nhiên, rất ít loài vi khuẩn có khả năng tạo ra enzyme này, chúng thường chỉ có enzyme

peroxydase nhưng hiệu quả kém hơn. Do đó chúng phát triển tốt nhất khi nồng độ oxy có mặt

trong môi trường thấp hoặc hoàn toàn không có O2. Trong quá trình lên men lactic ta cần thực

hiện quá trình lên men yếm khí để thu nhận sản phẩm đạt hiệu quả cao nhất.

Ảnh hưởng của nồng độ acid

Acid lactic là sản phẩm chính của quá trình lên men lactic do hoạt động sống của vi

khuẩn lactic tạo nên. Các vi khuẩn này chịu được acid, tuy nhiên với lượng acid tích lũy trong

môi trường ngày càng nhiều sẽ làm ức chế sự phát triển của chúng. Điều này giải thích được sự

thay đổi hình thái của vi khuẩn lactic khi ủ chua thức ăn hay ủ chua rau quả.

Để giúp vi khuẩn lactic phát triển bình thường, không bị chính các sản phẩm do

chính bản thân chúng tạo ra ức chế, người ta cho vào môi trường các chất đệm thích hợp với

một lượng vừa đủ để trung hoà lượng acid sinh ra.Điều này được ứng dụng trong sản xuất acid

lactic. Người ta dùng chất đệm là CaCO3 để chuyển acid lactic sang dạng lactate calcium, sau

đó là quá trình xử lý lactate calcium để thu hồi acid lactic.

Ảnh hưởng của thiết bị lên men:

Trong quá trình sản xuất ta cần chú ý đến vật liệu làm thiết bị lên men, vì acid lactic

có tính ăn mòn kim loại. Do đó, ta phải dự toán trước để ngăn chặng hiện tượng trên nhằm tránh

hiện tượng nhiễm kim loại nặng vào quá trình lên men và kim loại này có thể tạo phức chất

trong bước tinh sạch làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.

Để khắc phục hiện tượng trên, đối với lên men truyền thống thì thiết bị phản ứng

thường được làm từ vật liệu bằng gỗ hoặc bê tông. Ngày nay, đáp ứng mục đích công nghệ

người ta thường tráng một lớp mạ phù hợp lên thiết bị phản ứng nếu cần thiếthơn thì sử dụng

vật liệu là thép không gỉ.

Nồng độ lactate canxium tạo thành.

2.2.7 Phản ứng với H2SO4

Mục đích: khai thác; chuẩn bị cho quá trình tách sulfat calcium

Thực hiện:



Ta cho H2SO4 lượng dư vào phần kết tủa. Calcium lactate sẽ phản ứng với H2SO4,

tạo thành CaSO4 và dung dịch chứa acid lactic theo phương trình sau:

Các biến đổi:

Hóa lý: calcium sulfat tạo thành dưới dạng kết tủa


Thùng chứa thông thường.

2.2.8 Tách sunfat canxium:

Mục đích:hoàn thiện, khai thác do tăng hàm lượng acid lactic

Biến đổi:

Hóa lý: thu được dung dịch một pha đồng nhất do loại bỏ pha rắn


Sử dụng thiết bị lọc thùng

2.2.9 Tinh sạch sản phẩm

Sản phẩm sau khi được tách calcium ta thu được acid lactic thô và đưa qua công đoạn

tinh sạch. Có ba cách tinh sạch sản phẩm thường dùng là lọc bằng than hoạt tính, trao đổi ion

hoặc sử dụng dung môi hữu cơ là methylic.

Xử lý than hoạt tính:

Mục đích:

Hấp phụ chất màu, chất mùi, các tạp chất.


Cho than hoạt tính trực tiếp vào dung dịch, khuấy đều và để lắng cho than hấp phụ

các chất.

Lượng than cho vào: khoảng 1g/l.



Thời gian xử lý: khoảng 15-20 phút

Các biến đổi:

Hóa lý: quá trình hấp phụ các chất màu, mùi, tạp chất lên hệ thống mao quản của than hoạt

tính.

Hóa học: giảm nồng độ các chất màu, chất mùi, các tạp chất trong dung dịch.

Thiết bị và thông số công nghệ

Than hoạt tính (Activated Carbon): là loại than được xử lý từ nhiều nguồn vật liệu như

tro của vỏ lạc (đậu phộng), gáo dừa hoặc than đá. Những nguyên liệu này được nung nóng từ từ



trong môi trường chân không, sau đó được hoạt tính hóa bằng các khí có tính ôxi hóa ở nhiệt độ

cực cao. Quá trình này tạo nên những lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ và giữ các tạp chất.

Than hoạt tính lọc nước qua hai quá trình song song:

• Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ.

• Hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi

ion.

Than hoạt tính là một chất liệu xốp, có rất nhiều lỗ lớn nhỏ. Dưới kính hiển vi điện tử,

một hạt than trông giống như một tổ kiến. Vì thế, diện tích tiếp xúc bề mặt của nó rất rộng để

hấp thụ tạp chất. (Tùy theo nguyên liệu gốc, tổng diện tích bề mặt của 1/2kg than hoạt tính còn

rộng hơn cả một sân bóng đá)


Tính chất vật lý của Than hoạt tính như kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp

xúc.

Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ.

Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu, việc hấp thụ càng tốt.

Ngoài than hoạt tính, có thể sử dụng : iso propyl ether, iso butanol, màng lọc

membranes…

Trao đổi ion

Mục đích: hoàn thiện sản phẩm, giữ lại acid lactic trên cột và các tạp chất ra khỏi cột,

tách tạp chất khỏi dung dịch acid lactic.


Do acid lactic tích điện âm nên ta dùng thiết bị trao đổi anionit.

Ion lactate sẽ bi giữ lại trên cột, các ion ion âm và các chất không mang điện trong dung

dịch đi ra khỏi cột.

Sau đó ta sử dụng một dung dịch rửa giải là một dung dịch đệm có lực ion lớn để lôi cuốn

ion lactate ra khỏi cột.

Các biến đổi:

Vật lý: lực hút tĩnh điện giữa các hạt tích điện trong cột và ion lactate.

2.2.10 Cô đặc chân không:



Mục đích: hoàn thiện sản phẩm, tăng nồng độ acid lactic để dễ dàng bảo quản, vận

chuyển.


Tiến hành cô đặc ở nhiệt độ < 40oC đến nồng độ dung dịch khoảng 60%

Biến đổi:

Vật lý: nhiệt độ tăng, khối lượng dung dịch giảm

Hóa học: tăng nồng độ của acid lactic trong dung dịch.

Hóa lý: nước bốc hơi.

2.3 Sản phẩm.

Tính chất vật lý của acid lactic

Số CAS [79-33-4]

Công thức phân tử C3H6O3

Tên khoa học 2-hydroxy-propanoic acid

Khối lượng phân tử 90.08 g/mol

Vị Có vị acid nhẹ

Nhiệt độ nóng chảy 53oC/127oF

Nhiệt độ sôi >200oC/390oF

Tính tan Tan trong dung môi phân



cực

Hằng số điện ly, Ka 1.38*10-4

CAS:là số đăng kí cho các hợp chất hóa học, polyme, hợp chất vi sinh, hỗn hợp và hợp

kim, các số đăng ký này sẽ giúp máy tính truy xuất từ cơ sở dữ liệu nhanh chóng hơn.

Chỉ tiêu acid lactic

Chỉ tiêu hóa học của acid lactic dạng tinh thể: Hàm lượng của acid lactic trong kiểm

nghiệm không thấp hơn 95%. Yêu cầu về hàm lượng các chất khác được thể hiện trong bảng

sau:

Chất Hàm lượng giới hạn

Chloride Không vượt quá 0.1%

Cyanide Không vượt quá 5 mg/kg

Chì Không vượt quá 10 mg/kg

Sắt Không vượt quá 10 mg/kg

Sulfate Không vượt quá 0.25%

Phần cặn Không vượt quá 0.1%

2.4. Các vấn đề còn tồn tại.

Tác hại của lên men lactic:

• Tuy có nhiều ứng dụng quan trọng như trên, sự lên men lactic cũng gây ra nhiều tác hại

như: tạo nhớt trong môi trường, tạo gas có hại cho sản phẩm, làm chua và vẫn đục bia, nước

ngọt, nước giải khát.



• Vi khuẩn lactic thường dễ xâm nhập vào các thiết bị lên men rượu, từ đó nó lên men

lactic làm hư hại cả một giai đoạn của sự lên men rượu, làm rượu bị kém phẩm chất do nó tạo

acid lactic, acetic, manit. Lên men này còn gây hỏng, làm chua một số sản phẩm có đường khi

bảo quản. Đây là nguyên nhân gây tổn thất nặng nề, tốn kém chi phí sản xuất.

Ngoài ra còn có một số vi khuẩn lactic gây bệnh do tiếp nhận những gen gây bệnh khác

của vi khuẩn.

• Lên men acid lactic từ mật rỉ đường rất tiện lợi nhưng cũng đòi hỏi kỹ thuật, các chỉ

số kỹ thuật phải được đảm bảo nếu không chất lượng sản phẩm sẽ bị giảm sút. Đòi hỏi yêu cầu

kĩ thuật cao, chính xác.

• Mật rỉ đường được coi là nguyên liệu tốt nhất mà rẻ tiền trong các loại đường để lên

men nhưng hiện nay vấn đề nguồn nguyên liệu đang gây nhiều khó khăn cho các nhà sản xuất.

Hiện nay người ta đa phần tập trung vào trồng cao su nên cây mía không còn trồng nhiều, và

chú trọng. Chính vì vậy mà không đủ nguồn nguyên liệu cung cấp cho sản xuất đường để lấy

mật rỉ.

2.5. Thành tựu công nghệ

Sản xuất acid lactic từ cám gạo

Sản xuất D-acid lactic từ cám gạo. Loài Lactobacillus delbrueckii IFO 3202 cùng với

những vi khuẩn có sẵn trong cám gạo sản xuất được lượng 28 kg/m3 acid lactic từ 100 kg/m3

trong 36 giờ ở 37oC. Hiệu suất của quá trình là 78%. Độ tinh khiết của D-acid lactic sản suất

được là 95%.

☺Phương pháp thực hiện :

• Nguyên liệu : Vi khuẩn L. delbrueckii IFO 3202 +Cám gạo đã tách dầu với thành

phần là tinh bột và dextrin (46.7%), cellulose và hemicellulose (11.3%), protein (18.4%), lipid

(1.4%), tro (10.4%) và các thành phần khác (11.8%)

• Quá trình đường hóa polysaccharides trong cám gạo bằng enzyme

-Sử dụng enzyme amylase thủy phân tinh bột với hoạt tính 20000AUN/g (Một đơn vị

AUN tính cho amylase tương ứng với lượng enzyme thủy phân được 1 mg glucose từ 1% tinh

bột ở pH=4.5 và 40oC, sau mỗi 10 phút), pH tối ưu và nhiệt độ tối ưu cho amylase là pH=4.5 ở

60-65oC. Sử dụng enzyme cellulase thủy phân cellulose với hoạt tính 30000U/g.



- Lượng cám gạo sử dụng là 100 kg/m3 trong dung dịch đệm McIlvaine . Hỗn hợp sẽ

được đảo trộn với tốc độ 140 vòng/phút ở 37oC trong 48 giờ ở bình có cánh khuấy.

Quá trình lên men lactic:

Chủng vi khuẩn L. delbrueckii IFO 3202 được cấy vào môi trường chứa 10 kg pepton, 10

kg dịch chiết từ thịt, 5 kg dịch chiết nấm men, 2 kg K2HPO4, 2 kg diammonium hydrogencitrate

, 0.2 kg MgSO4.7H2O, 0.05 kg MnSO4.4H2O và 1 kg Tween 80 ứng với mỗi m3. pH đầu được

điều chỉnh tương ứng với dd NaOH 4N hay HCl 4 N trước khi hấp tiệt trùng ở 121oC trong 15

phút. Sau đó, bổ sung 100 kg/m3 cám gạo. Chủng vi khuẩn được cấy vào 10cm3 môi trường đã

bổ sung glucose. Môi trường được giữ trong 12 giờ thì đạt đến pha sinh trưởng log. Nhiệt độ

giữ ở 37oC và pH của môi trường được giữ ở giá trị xác định bằng cách bổ sung dung dịch

NaOH 4N.Tiếp theo, dd chứa enzyme amylase và cellulase được thêm sau khi lọc bằng màng

lọc membrane kích thước 0.2 μm

☺Kết quả :

-Thủy phân : Sau quá trình thủy phân tinh bột và cellulose trong cám gạo, ta thu được

glucose và các disaccharides như maltose, cellobiose… Vi khuẩn lactic sẽ sử dụng những

đường này để thực hiện quá trình lên men. Lượng enzyme dùng để thủy phân cám gạo thay đổi

trong khoảng 10 g/m3 đến 100 g/m3. Khi dùng hỗn hợp enzyme thì kết quả cao hơn so với chỉ

sử dụng riêng amylase hay cellulose, với hỗn hợp 6.7 g/m3 amylase và 3.3 g/m3 cellulase thì

lượng đường khử thu được là 28.5 kg/m3.pH=5 là pH tối ưu cho quá trình đường hóa .

- Sự chuyển đồng phân acid lactic bởi vi sinh vật nhiễm vào cám gạo:

Vi sinh vật có sẵn trong cám gạo cũng sinh tổng hợp được acid lactic với tỉ lệ gần bằng so

với chủng vi khuẩn L. delbrueckii IFO 3202. Ở pH 4.5-5.0 những chủng này sinh tổng hợp acid

nhiều hơn chủng L. delbrueckii IFO 3202, nhưng ở pH=5.5 thì ngược lại. Do đó ,cấy chủng vi

khuẩn L. delbrueckii IFO 3202 cùng với những loài vi khuẩn có sẳn trong cám gạo đã tách dầu

ở pH=5 và kèm theo hỗn hợp enzyme amylase và cellulase. Acid lactic bắt đầu thu được sau 4

giờ và sau 12 giờ hàm lượng là 26 kg/m3. Sau 36 giờ thì thu được 28 kg/m3 acid lactic với độ

tinh khiết là 95%. Hiệu suất của quá trình là 78%, hiệu suất này dựa trên hàm lượng đường hòa

tan sau 36 giờ thủy phân cám gạo bằng enzyme amylase và cellulase.



Tác động của mối quan hệ cộng sinh giữa Lactobacillus bulgaricus 77 và

Streptococcus thermophilus 95/2 đến enzyme beta-galactosidase và quá trình sản xuất acid

lactic.

S.thermophilus và Lactobacillus bulgaricus đang là những vi sinh vật đầy triển vọng cho

quá trình sản xuất enzyme beta-galactosidase và acid lactic .Đây là những chất đóng vai trò

thương mại quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Enzyme beta-

galactosidase có khả năng được sử dụng để giải quyết những vấn đề liên quan đến việc loại bỏ

dịch whey, kết tinh đường lactose và đặc biệt trong trường hợp những người không có khả năng

tiếp nhận đường lactose. Với viễn cảnh đó, các mẫu yoghurt truyền thống được thu thập từ vùng

núi Toros ở Thổ Nhĩ Kỳ đã được sử dụng để phân lập 2 giống S.thermophilus và Lactobacillus

bulgaricus. Trong tiến trình nghiên cứu này, mục đích là phát hiện ra mối quan hệ cộng sinh

giữa S.thermophilus 95/2 (St 95/2) và Lactobacillus bulgaricus 77 (Lb77) trong acid lactic, sinh

khối và quá trình sản xuất beta-galactosidase bằng hệ phương pháp bề mặt phản ứng. Do đó ảnh

hưởng của tỉ số (Lb77 : St95) của 2 loài trên và công thức của môi trường đã được nghiên cứu tỉ

mỉ. Kết quả là tỉ số (Lb77 : St95) của 2 loài trên và công thức môi trường có ảnh hưởng rất quan

trọng trong đến tất cả các phản ứng (p < 0.01). Hoạt độ enzyme dự đoán được (2.1348 U/mL),

lượng acid lactic (22.47 g/L) và sinh khối (52.15 g/L) ở điều kiện tối ưu nhất rất gần với giá trị

thực có được trong thí nghiệm (lần lượt là 2.1265 U/mL, 22.18 g/L và 49.15 g/L) .Điều kiện tối

ưu được xác định là kết hợp 2 môi trường này với nhau với tỉ lệ là 3 : 2.6 (Lb77 : St95/2) trong

môi trường chứa dịch whey (5%), nước ngâm ngũ cốc (4%), photphat kali (2%) và peptone

(2%) ở 43°C trong 8h. Mối quan hệ cộng sinh giữa 2 môi trường này sẽ cung cấp thêm 60%

hoạt tính enzyme beta-galactosidase và thêm 72% acid lactic so với kết quả đạt được khi chỉ sử

dụng Lb77. Cũng tương tự như vậy, mối quan hệ cộng sinh này đã cung cấp thêm 10% hoạt độ

của enzyme beta-galactosidase và 74% acid lactic khi chỉ sử dụng St95/2. Kết quả là nghiên cứu

này đã đem lại một triển vọng mới trong việc sản xuất ra các sản phẩm từ 2 giống này nhờ vào

mối quan hệ cộng sinh thay vì chỉ sử dụng một giống vi sinh vật đơn thuần theo cách làm

truyền thống.

Một số qui trình sản xuất thực phẩm ứng dụng lên men lactic

Sản xuất sữa chua.

Được tiến hành theo quy trình công nghệ với các giai đoạn như sau:



Phối trộn:Trước tiên cho nước ở nhiệt độ 40 ÷ 45oC vào các nồi nấu, sau đó cho bột

sữa gầy, chất ổn định vào khuấy đều cho tan, tạo dung dịch đồng nhất, bột không bị vón cục.

Gia nhiệt:Nâng nhiệt độ dịch sữa ở các nồi nấu lên 550C và giữ nhiệt trong 60 phút tạo

điều kiện thuận lợi để casein bột sữa thủy phân, tăng khả năng giữ nước tốt, hạn chế sự tách

nước, quện sữa mịn, chắc. Sau đó tiếp tục nâng nhiệt lên 600C rồi cho bơ, đường vào.

Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 90oC trong 5 phút để thanh trùng dịch sữa nhằm tiêu diệt vi sinh

vật gây hại có trong sữa. Ngoài ra, thanh trùng còn có ý nghĩa làm tăng khả năng hydrat hóa của

các casein tạo cho sản phẩm có độ quện tốt, bền và không bị tách nước.

Đồng hóa:Sau khi thanh trùng sữa sẽ được làm nguội đến nhiệt độ thích hợp cho đồng

hóa và được bơm qua máy đồng hóa. Tại đây với áp suất đồng hóa 200 bar sẽ giảm kích thước

các cầu mỡ, phân bố chúng đồng đều trong dịch sữa, tránh hiện tượng nổi lên của các cầu mỡ.

đồng thời tăng độ nhớt, tăng chất lượng sữa và các sản phẩm sữa. Tăng độ quánh, sữa mịn và

đồng nhất hơn.

Làm nguội: Dịch sữa sau khi đồng hóa sẽ được làm nguội đến nhiệt độ cấy

men là (44 ÷ 46)oC, tạo điều kiện nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn lên men lactic hoạt động.

Cấy men: Men chứa vi khuẩn lactic được cấy vào bồn ủ với tỷ lệ 3 ÷ 5% và khuấy trong

10 phút. Sau đó để yên tạo điều kiện cho quá trình lên men lactic. Quá trình ủ men kết thúc khi

PH của dịch sữa đạt 4,65 ÷ 4,75. kết hợp với khuấy nhẹ để phá vỡ thể đông tụ của sữa. Sau đó

giảm nhiệt độ của dịch sữa xuống 250C rồi chuyển đến bồn rót. Từ nhiệt độ lên men 42 ÷ 460C

giảm đột ngột xuống 250C sẽ kìm hãm quá trình lên men tiếp tục của vi sinh vật.

Sữa chua Kefir:

Là sản phẩm sữa lên men có lâu đời nhất, phổ biến ở châu Âu. Nguyên liệu

dùng để làm sữa chua Kefir là sữa dê, sữa cừu hoặc sữa bò.

Quy trình sản xuất của sữa chua Kefir đơn giản, trước tiên sữa được đồng hóa ở áp suất

175_ 200 bar, rồi được thanh trùng ở 90- 950C trong 5 phút, sau đó được làm nguội đến 260C

rồi cho hạt Kefir vào. Hạt có chứa sẵn một số loại vi khuẩn lactic như:

·Streptococcus lactic.

.Lactobacillus caucasicus.

·Streptococcus Cremoris.



·Nấm men.

· Vi khuẩn khác như Aerobacter, klebsiella…

Sau khi cho hạt Kefir vào, giữ ở nhiệt độ 260C và cho lên men từ 12 - 14 giờ, khi pH

đạt 4.5 - 4.6 thì làm lạnh nhanh xuống 14 - 160C, giữ một thời gian ở nhiệt độ thấp gọi là thời

gian ủ chín. Trong giai đoạn này vi khuẩn lactic không hoạt động nhưng nấm men Kefir lại hoạt

động mạnh tạo thành sản phẩm độc đáo có chứa 0.6 - 0.8% rượu, 0.6 - 0.9% acid lactic, và 50%

khí CO2

Sản phẩm sữa chua Kefir có trạng thái đồng nhất, độ đặc vừa phải, có vị chua và có

mùi thơm tự nhiên của men Kefir. Ngoài ra, sản phẩm còn có tính chất bổ dưỡng và chữa bệnh,

là loại sản phẩm tiêu biểu cho dạng lên men hỗn hợp.

Sản xuất Bơ:

Là sản phẩm chế biến từ chất béo sữa và có sử dụng lên men lactic. Chất béo

được tách khỏi sữa trên cơ sở khác nhau về tỷ trọng giữa sữa và chất béo bằng phương pháp ly

tâm. dchất béo = 0, 93 , dsữa = 1, 036.

Chất béo sau khi tách acid và khử trùng Pasteur, để nguội và cấy vi khuẩn lactic thuần

khiết để lên men lactic. Sau khi lên men ta thu được bơ chín có vị hơi chua, mùi thơm dễ chịu.

Bơ chín được đánh nhuyễn, nhào cho đồng nhất, tách nước ra khỏi bơ thành phẩm.

Tùy theo khẩu vị của từng nước có thể thêm muối ăn vào bơ với tỷ lệ khác nhau tối đa 10%.

Sản phẩm được bảo quản ở nhiệt độ lạnh.

Sản xuất Phomai:

Phomai là sản phẩm chế biến từ sữa có sử dụng quá trình lên men lactic. Đây là

môt thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, bảo quản được lâu, rất phổ biến và thích hợp khẩu vị

người châu Âu, châu Mỹ. Quá trình chế biến phomai gồm những giai đoạn sau:

Giai đoạn lên men sữa, kết tủa casein: Sữa sau khi đã thanh trùng Pasteur ở 85 -

950C từ 15 - 20 phút, dùng chế phẩm men Renin và vi khuẩn lactic để kết tủa sữa. Vi khuẩn

lactic lên men sinh ra acid lactic, làm giảm pH môi trường tạo điều kiện thuận lợi để casein kết

tủa và emzym Renin giúp cho giúp cho sự kết tủa cazein tốt hơn, cazein lắng xuống và thu được

Phomai. Ngoài tác dụng kết tủa, Renin còn thủy phân một phần cazein thành pepton, acid

amin…



Giai đoạn ép nén tách huyết thanh: Phần casein kết tủa được ép từ 20 ÷ 24 giờ, ở

nhiệt độ 35 ÷ 500C và tiếp tục lên men. Sau khi ép huyết thanh ra khỏi cục sữa kết tủa, số lượng

tế bào vi khuẩn lactic trong 1g Phomai tăng lên. Phomai lúc này có thành phần chủ yếu là

casein và lipid. Huyết thanh sữa bị loại ra chứa lactoza, lactalbumin, lactoglobulin…

Giai đoạn muối Phomai: Khối Phomai sau khi tách huyết thanh sẽ cho vào bể nước

muối nồng độ 24% ngâm trong vài ngày để tăng vị mặn, tạo sự đồng nhất về thành phần cho

khối phomai và kìm hãm vi sinh vật có hại phát triển chủ yếu là trực khuẩn đường ruột.

Giai đoạn ủ chín: Sau khi muối xong, khối Phomai được chuyển vào hầm lên men ở nhiệt

độ 50 ÷ 570C, độ ẩm 80 ÷ 90%. Quá trình lên men chậm dần do đường lactoza đã bị tách hầu

hết trong giai đoạn ép nén. Trong khối phomai, vi khuẩn Propionic hoạt động mạnh, lên men

lactic thành acid propionic, acid axetic và CO2. Cả hai acid này làm cho Phomai có vị chua,

hăng đặc biệt. Sự lên men propionic sẽ kết thúc sau 2 ÷ 2,5 tháng. Giai đoạn này gọi là quá trình

ủ chín.Tuy vậy, quá trình ủ chín Phomai vẫn được tiếp tục một thời gian nữa cho Phomai hoàn

toàn chín. Trong thời gian này cazein tiếp tục được phân giải thành đạm dưới tác dụng của

enzym Renin và vi khuẩn lactic. Khi Phomai chín thì 2/3 cazein được phân giải thành pepton,

acid amin và một ít NH3.

Phomai được bảo quản lạnh, bao gói bằng một số vật liệu thích hợp, cách ẩm và

chống oxy hóa tốt để sử dụng lâu dài và cận chuyển đi xa.

2.6. Hướng phát triển

Tập trung mở rộng công nghệ máy móc để tự động hoá các chỉ số kỹ thuật để nâng cao

chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên đây là một vấn đề lớn, thuộc về trình độ kĩ thuật và cần có một

lượng vốn lớn tập trung.

Ví dụ: Quá trình sản xuất thu được lượng Acid lactic với độ tinh sạch cao, rút ngắn quy

tình sản xuất và thời gian lên men lactic, nâng cao hiệu quả sản xuất.

Công nghệ sản xuất acid lactic đã đi vào ứng dụng từ rất lâu nhưng nó vẫn là một mảnh

đất đầy tiềm năng cho các nhà khoa học cũng như các nhà sản xuất. Đây là ngành được ứng

dụng rộng rãi, có nhiều hướng phát triển có triển vọng có việc tạo ra sản phẩm mới.

So với các nguyên liệu khác mật rỉ đường xem như tối ưu, nhưng cần giải quyết nguồn

nguyên liệu, đồng thời nên có các xử lý bằng phương pháp gen để cải thiện tác tại của các vi

khuẩn lên men lactic đối với chất lượng sản phẩm.



Công Nghệ Sản Xuất Acid Lactic

Documents