Lên men nước cà rốt bằng vi khuẩn acid lactic

  • Số trang: 88 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 24 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC LÊN MEN NƯỚC CÀ RỐT BẰNG VI KHUẨN ACID LACTIC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. HUỲNH XUÂN PHONG SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN THỊ ÁI XUÂN MSSV: 3082569 Lớp: CNSHTT K34 Cần Thơ, Tháng 05/2013 PHẦN KÝ DUYỆT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Th.S Huỳnh Xuân Phong Nguyễn Thị Ái Xuân DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng 5 năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT LỜI CẢM TẠ Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, động viên, tận tình giúp đỡ từ phía Ban Giám đốc, Quý Thầy Cô Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, cán bộ phòng thí nghiệm và gia đình, bạn bè. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cố vấn học tập PGS. TS Nguyễn Hữu Hiệp đã tận tình truyền dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Ngô Thị Phương Dung và anh Huỳnh Xuân Phong, cán bộ hướng dẫn, anh đã tận tâm chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện từng thí nghiệm và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Cảm ơn anh Nguyễn Ngọc Thạnh và anh Phạm Hồng Quang, cán bộ phòng thí nghiệm, thường xuyên hướng dẫn, hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn. Xin được gửi lời cám ơn chân thành đến tất cả các quý Thầy Cô đã tận tình truyền dạy cho tôi kiến thức hữu ích để phục vụ đề tài. Xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên cùng khóa và các anh chị học viên cao học của phòng thí nghiệm CNSH Thực phẩm đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã động viên, khích lệ và luôn ủng hộ tôi về mặt vật chất cũng như tinh thần trong suốt thời gian qua để tôi vững tin thực hiện đề tài nghiên cứu này. Kính chúc Quý Thầy Cô được nhiều sức khỏe, thành đạt trên nhiều lĩnh vực và luôn có những cống hiến quý báu cho sự nghiệp giáo dục và đào tạo. Xin chân thành cảm ơn! .Cần Thơ, ngày tháng 5 năm 2013 Nguyễn Thị Ái Xuân Chuyên ngành Công nghệ Sinh học Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghệp Đại học Khóa 34- 2013 Trường Đại học Cần Thơ TÓM LƯỢC Với mục đích để tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn, rẽ tiền và giá trị dinh dưỡng cao cũng như đa dạng hóa sản phẩm chế biến có đặc tính tốt, đề tài “Sản xuất nuớc cà rốt lên men bằng vi khuẩn acid lactic” được thực hiện qua hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiến hành phân lập, định danh và tuyển chọn các dòng vi khuẩn acid lactic được phân lập từ nước cà rốt lên men. Kết quả thu được 4 dòng vi khuẩn acid lactic phân lập từ nước cà rốt lên men và so sánh với 6 dòng từ nghiên cứu của Lương Phước Trường (2012) được phân lập từ bột men tiêu hoá. Kết quả tuyển chọn được dòng Lactobacillus helveticus cho kết quả tốt nhất (hàm lượng acid 1,46% w/v). Ở giai đoạn hai, tiến hành nghiên cứu điều kiện lên men thích hợp với chủng vi khuẩn được tuyển chọn. Dịch cà rốt lên men đã xác định được tỉ lệ pha loãng dịch cà rốt 30% và đường phối chế là 15% (w/v) thích hợp để sản xuất nước cà rốt lên men. Với mật số giống chủng ban đầu là 5 log CFU/mL sau 24 giờ ủ ở 37°C sản xuất được sản phẩm đảm bảo yêu cầu của một sản phẩm probiotic với sự đánh giá cao của hội đồng đánh giá cảm quan. Mùi, vị và mật số vi khuẩn vẫn được đảm bảo khi được tồn trữ ở 4°C trong 4 tuần và vẫn đảm bảo yêu cầu của một sản phẩm probiotic (mật số vi khuẩn lớn hơn 6 log CFU/mL). Từ khóa: Lactobacillus helveticus, nước cà rốt, probiotic, vi khuẩn acid lactic. Chuyên ngành Công nghệ Snh học i Viện NC&PT Công nghệ Snh học Luận văn tốt nghệp Đại học Khóa 34- 2013 Trường Đại học Cần Thơ MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ TÓM LƯỢC....................................................................................................................... i DANH SÁCH BẢNG........................................................................................................ v DANH SÁCH HÌNH........................................................................................................ vi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ vii CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU................................................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................1 1.2. Mục tiêu đề tài..............................................................................................2 CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ............................................................................ 3 2.1. Sơ lược về vi khuẩn acid lactic......................................................................3 2.1.1. Sơ lược về vi khuẩn acid lactic............................................................3 2.1.2 Một số giống vi khuẩn acid lactic.........................................................4 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn acid lactic ..........7 2.1.4 Một số ứng dụng của vi khuẩn acid lactic (LAB) .................................9 2.2 Lên men acid lactic..................................................................................... 10 2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men acid lactic................................ 10 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men...................................... 12 2.2.3 Ý nghĩa thực tế của lên men acid lactic .............................................. 13 2.3 Probiotic ...................................................................................................... 14 2.3.1 Giới thiệu chung ................................................................................ 14 2.3.2. Vai trò của probiotic ......................................................................... 14 2.4 Nguyên liệu cà rốt........................................................................................ 15 2.4.1 Giới thiệu chung về cây cà rốt............................................................ 15 2.4.2 Thành phần hóa học của cà rốt ........................................................... 16 2.4.3 Lợi ích của cà rốt ............................................................................... 18 Chuyên ngành Công nghệ Snh học ii Viện NC&PT Công nghệ Snh học Luận văn tốt nghệp Đại học Khóa 34- 2013 Trường Đại học Cần Thơ CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP...................................................... 19 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP...................................................... 19 3.1. Phương tiện................................................................................................. 19 3.1.1. Thời gian và địa điểm........................................................................ 19 3.1.2. Phương tiện....................................................................................... 19 3.2. Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 20 3.2.1. Phân lập và định danh mức độ giống các dòng vi khuẩn acid lactic... 20 3.2.2. Khảo sát khả năng chịu pH thấp của vi khuẩn acid lactic được phân lập ................................................................................................................... 21 3.2.3. Khảo sát khả năng ứng dụng trong sản xuất nước cà rốt lên men bằng vi khuẩn acid lactic ..................................................................................... 21 3.2.4. Định danh dòng vi khuẩn acid lactic có khả năng lên men nước ép cà rốt tốt nhất .................................................................................................. 22 3.2.5. Khảo sát tỷ lệ pha loãng dịch cà rốt và phối chế đường saccharose ... 23 3.2.6. Khảo sát mật số giống chủng, nhiệt độ và thời gian lên men ............. 25 3.2.7. Khảo sát nhiệt độ và thời gian tồn trữ sản phẩm ................................ 27 3.2.8. Xử lý thống kê .................................................................................. 27 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................... 28 4.1 . Phân lập và định danh mức độ giống các dòng vi khuẩn acid lactic........... 28 4.2. Khả năng chịu pH thấp của vi khuẩn acid lactic được phân lập ................... 31 4.3. Khả năng ứng dụng trong lên men nước cà rốt bằng vi khuẩn acid lactic..... 33 4.4. Kết quả định danh dòng vi khuẩn acid lactic được tuyển chọn cho lên men nước cà rốt......................................................................................................... 34 4.5. Tỉ lệ pha loãng dịch cà rốt và phối chế đường saccharose trong quy trình sản xuất dịch cà rốt lên men ..................................................................................... 35 4.6. Ảnh hưởng của mật số giống chủng, nhiệt độ và thời gian lên men ............. 39 4.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tồn trữ sản phẩm................................. 44 Chuyên ngành Công nghệ Snh học iii Viện NC&PT Công nghệ Snh học Luận văn tốt nghệp Đại học Khóa 34- 2013 Trường Đại học Cần Thơ CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 46 5.1. Kết luận ...................................................................................................... 46 5.2. Đề nghị ....................................................................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 47 Chuyên ngành Công nghệ Snh học iv Viện NC&PT Công nghệ Snh học Luận văn tốt nghệp Đại học Khóa 34- 2013 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH BẢNG Bảng 1. Đặc điểm của các dòng vi khuẩn acid lactic............................................... 6 Bảng 2. Nhiệt độ phát triển của một số dòng vi khuẩn acid lactic ............................ 9 Bảng 3. Thành phần hóa học của cà rốt ..................................................................17 Bảng 4. Thành phần vitamin và muối khoáng của cà rốt.........................................17 Bảng 5. Tỷ lệ thành phần của môi trường MRS agar .............................................20 Bảng 6. Đặc điểm hình thái của các dòng vi khuẩn acid lactic ...............................29 Bảng 7. Mật số vi khuẩn trong môi trường MRS lỏng có pH thấp...........................32 Bảng 8. Một số chỉ tiêu sau lên men nước cà rốt.....................................................32 Bảng 9. Một số chỉ tiêu sản phẩm dịch cà rốt lên men ............................................37 Bảng 10. Kết quả đánh giá cảm quan nước cà rốt lên men theo tỉ lệ pha loãng và nồng độ đường.............................................................................................40 Bảng 11. Kết quả khảo sát ảnh hưởng mật số giống chủng và nhiệt độ, thời gian lên men............................................................................................................. 42 Bảng 12. Kết quả khảo sát nhiệt độ và thời gian tồn trữ sản phẩm ..........................46 Chuyên ngành Công nghệ Snh học v Viện NC&PT Công nghệ Snh học Luận văn tốt nghệp Đại học Khóa 34- 2013 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH HÌNH Hình 1. Lactobacillus bulgaricus............................................................................. 5 Hình 2. Lactobacillus cacei ..................................................................................... 5 Hình 3. Streptococcus lactis .................................................................................... 5 Hình 4. Streptococcus thermophilus ........................................................................ 5 Hình 5. Pediococcus pentosaceus ............................................................................ 6 Hình 6. Bifidobacterium .......................................................................................... 6 Hình 7. Lá cà rốt.....................................................................................................15 Hình 8. Củ cà rốt ...................................................................................................16 Hình 9. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát tỷ lệ pha loãng dịch cà rốt và phối chế đường saccharose.........................................................................................24 Hình 10. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát mật số giống chủng, nhiệt độ và thời gian lên men ........................................................................................................26 Hình 11. Khuẩn lạc vi khuẩn acid lactic..................................................................28 Hình 12. Vi khuẩn phân lập được từ dịch cà rốt Trung Quốc dưới KHV (X100) ....28 Hình 13. Vi khuẩn phân lập được từ dịch cà rốt Đà Lạt dưới KHV (X100).............29 Hình 14. Hình nhuộm Gram vi khuẩn phân lập được dưới KHV (X100) ................30 Hình 15. Hình thử nghiệm catalase âm tính ............................................................30 Hình 16. Khả năng phân giải CaCO3 của dòng phân lập DLII3...............................30 Hình 17. Sự thay đổi hàm lượng acid lactic theo nồng độ đường và tỉ lệ pha loãng dịch cà rốt....................................................................................................38 Hình 18. Sự thay đổi mật số vi khuẩn acid lactic theo nồng độ đường và tỉ lệ pha loãng dịch cà rốt ..........................................................................................38 Hình 19. Hàm lượng acid thay đổi theo mật số giống chủng, thời gian lên men và nhiệt độ ủ.................................................................................................... 43 Hình 20. Mật số vi khuẩn thay đổi theo mật số giống chủng, thời gian lên men và nhiệt độ ủ ....................................................................................................43 Hình 21. Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm mật số giống chủng, thời gian lên men và nhiệt độ ủ ........................................................................................45 Chuyên ngành Công nghệ Snh học vi Viện NC&PT Công nghệ Snh học Luận văn tốt nghệp Đại học Khóa 34- 2013 Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CFU Colony forming unit KHV Kính hiển vi LAB Lactic acid bacteria Lb. Lactobacillus Ln. Leuconostoc MRS De Man, Rogosa and Sharpe S. Streptococcus Chuyên ngành Công nghệ Snh học vii Viện NC&PT Công nghệ Snh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Cùng với nhiều lĩnh vực khoa học phục vụ lợi ích của con người, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đưa con người bước vào nền văn minh hiện đại. Khi những nhu cầu về vật chất được đáp ứng, đời sống con người ngày càng nâng cao cho nên ăn no và ăn nhiều không còn là nhu cầu chính mà nhu cầu thưởng thức và tìm hiểu tác dụng của thực phẩm đối với sức khỏe được đặt lên hàng đầu. Từ đó, mối quan hệ giữa các sản phẩm thực phẩm và chế độ dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe cũng như giúp cơ thể chống lại được bệnh tật đã trở thành khuynh hướng nghiên cứu của các chuyên gia dinh dưỡng và các nhà khoa học nhằm tạo ra các sản phẩm có giá trị cao về mặt sinh học, được gọi là sản phẩm “probiotic” (chế phẩm sinh học). Sản phẩm probiotic được định nghĩa là “những vi sinh vật không gây bệnh có khả năng tồn tại sau quá trình tiêu hóa có tác động tích cực đến sức khỏe và sinh lý của vật chủ”. Vi khuẩn acid lactic (LAB) có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của chúng ta từ hơn 2000 năm qua. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm probiotic như sữa chua, nem chua, rau cải muối chua,… Những sản phẩm này không chỉ dùng để ăn uống mà còn dùng để chữa bệnh đường ruột, dạ dày, do vi khuẩn acid lactic có khả năng tạo ra kháng sinh ngăn chặn, tiêu diệt các vi khuẩn và vi trùng gây bệnh. Chúng có khả năng bám vào tế bào; loại trừ hoặc làm giảm sự bám của mầm bệnh; bảo tồn và nhân nhanh số lượng; sản sinh acid, H2O2, chất kháng sinh có khả năng ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh; tập hợp và hình thành hệ vi sinh vật bình thường, cân bằng. Ở Việt Nam, các sản phẩm bổ sung probiotic còn rất hạn chế, chủ yếu được bổ sung vào sữa. Trong khi đó nước trái cây có thể xem như một môi trường tốt để nuôi dưỡng những chế phẩm sinh học bởi vì chúng rất giàu chất chống oxy hóa, vitamin, chất xơ ăn được và khoáng chất. Trong các loại rau quả thì cà rốt khá phổ biến trong bữa ăn hàng ngày. Ở Việt Nam hiện nay đã có nhiều sản phẩm từ cà rốt xuất hiện trên thị trường như mứt cà rốt, cà rốt đóng hộp, bánh cà rốt, nước ép cà rốt. Các nghiên cứu cho thấy, cà rốt rất giàu dinh dưỡng rất tốt cho sức khỏe con người,… Cà rốt còn là một loại nguyên liệu phổ biến, dễ trồng, giá thành rẻ. Nhằm để tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền và giá trị dinh dưõng cao cũng như làm đa dạng hoá các sản phẩm chế biến có đặc tính tốt. Chính vì thế, đề tài Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 1 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ này thực hiện nhằm mục đích phân lập và tuyển chọn các dòng vi khuẩn acid lactic có khả năng ứng dụng trong sản xuất nước cà rốt lên men để tạo ra sản phẩm có giá trị về mặt sinh học. 1.2. Mục tiêu đề tài Phân lập, tuyển chọn, định danh và nghiên cứu điều kiện lên men nước cà rốt bằng các dòng vi khuẩn acid lactic để tạo ra sản phẩm có giá trị về mặt sinh học. Nội dung thực hiện Để thực hiện mục tiêu trên, đề tài được thực hiện thông qua các bước sau: - Phân lập và định danh mức độ giống các dòng vi khuẩn acid lactic. - Khảo sát khả năng chịu pH thấp của vi khuẩn acid lactic được phân lập. - Khảo sát khả năng ứng dụng trong sản xuất nước cà rốt lên men bằng vi khuẩn acid lactic. - Định danh dòng vi khuẩn có khả năng lên men nước ép cà rốt tốt. - Khảo sát tỷ lệ pha loãng dịch cà rốt và tỷ lệ phối chế đường tinh luyện. - Khảo sát mật số giống chủng, nhiệt độ và thời gian lên men. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 2 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Sơ lược về vi khuẩn acid lactic 2.1.1. Sơ lược về vi khuẩn acid lactic Vi khuẩn acid lactic có tên gọi đầy đủ là vi khuẩn acid lactic (Lactic acid bacteria – LAB) đóng vai trò quan trọng trong một số thực phẩm lên men. LAB là vi khuẩn Gram (+), oxidase (-), catalase (-), hình cầu hoặc hình que, không hình thành bào tử. Chúng tạo ra acid lactid như là sản phẩm chính của quá trình lên men carbohydrate (glucose và lactose). Theo Lương Đức Phẩm (2002) thì vi khuẩn acid lactic thường có dạng hình cầu (hoặc hình ovan) và hình que. Đường kính của các dạng cầu lactic từ 0,5-1,5 μm, các tế bào hình cầu xếp thành cặp hoặc chuỗi có chiều dài khác nhau. Kích thước tế bào vi khuẩn acid lactic từ 1-8 μm, vi khuẩn đứng riêng lẻ hoặc kết thành chuỗi. Các vi khuẩn ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng thích hợp là 35ºC, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ thích hợp ở 40-45ºC, ưa lạnh phát triển ở nhiệt độ tương đối thấp (5ºC hoặc thấp hơn). Khi gia nhiệt tới 60-80ºC hầu hết chúng bị chết sau 10-30 phút. Trong tự nhiên vi khuẩn acid lactic thường gặp trong đất, không khí, trong nước nhưng chủ yếu ở thực vật và các sản phẩm thực phẩm (trên các loại rau, quả, sữa, thịt,…) (Lương Đức Phẩm, 2002). Theo Axelsson (2004) có một đặc tính quan trọng dùng để phân biệt các giống vi khuẩn acid lactic là dựa vào phương thức lên men glucose dưới những điều kiện chuẩn như không giới hạn nồng độ glucose và các yếu tố tăng trưởng (các amino acid, các vitamin, nucleic acid) nhưng giới hạn oxy. Dưới những điều kiện này, vi khuẩn acid lactic được chia thành hai nhóm là: vi khuẩn acid lactic đồng hình và vi khuẩn acid lactic dị hình. Đa số các vi khuẩn acid lactic đồng hình tạo thành acid cao hơn (khoảng 2,0-3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%). Các vi khuẩn này có thể phát triển ở pH trong khoảng 3,8-4,0. Hoạt lực lên men tốt nhất của vi khuẩn ở vùng pH trong khoảng 5,56,0 (Lương Đức Phẩm, 2002). ● Vi khuẩn acid lactic đồng hình: là những vi khuẩn khi lên men trong các nguyên liệu có chứa đường tạo ra sản phẩm chủ yếu là acid lactic. Các chủng tham gia trong kiểu lên men này chủ yếu là hai giống: Lactobacillus và Streptococcus. + Giống Lactobacillus với một số loại điển hình như: Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 3 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ ▪ Lactobacillus bulgaricus, nhiệt độ thích hợp cho lên men là 40-42ºC (vi khuẩn ưa nóng). ▪ Lactobacillus plantarum, nhiệt độ tối ưu cho lên men là 30ºC (vi khuẩn ưa ấm). ▪ Lactobacillus delbrueckii, nhiệt độ thích hợp cho lên men là 45-50ºC. ▪ Lactobacillus acidophilus, nhiệt dộ tối ưu cho lên men là 37-40ºC. + Giống Streptococcus với một số loại điển hình như: ▪ Streptococcus lactis có khả năng lên men sữa, nhiệt độ để phát triển tốt là 30-35ºC. ▪ Streptococcus cremoris, lên men sữa, nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển và lên men là 25ºC. Nhìn chung, hai giống trên lên men tốt monosaccharide và disaccharide nhưng hoàn toàn không lên men được tinh bột và glucose phức tạp khác (Lương Đức Phẩm, 2001). ● Vi khuẩn acid lactic dị hình: Là những vi khuẩn khi lên men trong các nguyên liệu có chứa đường nhưng chỉ tạo ra acid lactic với một lượng ít, còn lại là các sản phẩm khác như ethanol, acid acetic, acid propionic,… Cũng giống như vi khuẩn acid lactic đồng hình, hai giống (Lacbobacillus và Streptococcus) cũng được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong lên men với một số loài điển hình như: Lactobacillus brevis, Lactobacillus pasteurianus, Streptococcus falcalis, Streptococcus cumoris (Nguyễn Đức Lượng, 2006). 2.1.2 Một số giống vi khuẩn acid lactic * Lactobacillus Vi khuẩn Lactobacillus đều là Gram dương, kích thước 0,5-1,1 μm đôi khi lên tới 1,6 μm, dạng trực khuẩn nhỏ, thường kết đôi hoặc chuỗi. Nhiệt độ thích hợp để Lactobacillus sinh trưởng là 30-40ºC và pH từ 5,5-6,2. Lactobacillus phát triển dưới điều kiện kỵ khí hoặc thiếu oxy. Khuẩn lạc có dạng bìa liền, lồi, nhẵn, sáng (Kandler và Weiss, 1986). Tùy và điều kiện môi trường sống, hình dạng của vi khuẩn Lactobacillus thay đổi từ que ngắn đến que dài, sắp xếp thành chuỗi hay đứng riêng lẻ. Lactobacillus chiếm Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 4 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ phần lớn nhóm vi khuẩn sinh acid lactic, chúng rất phổ biến và thông thường là có lợi (Hồ Nhân, 2008). Hình 1. Lactobacillus bulgaricus Hình 2. Lactobacillus cacei (Nguồn:http://www.nsl.hcmus.edu.vn ngày 21/1/2013) * Streptococcus Giống Streptococcus có dạng hình cầu hoặc hình ovan, đường kính tế bào 0,5-1,0 μm. Sau khi phân chia chúng thường xếp riêng biệt, cặp đôi hoặc chuỗi ngắn. Streptococcus thuộc dạng lên men acid lactic đồng hình, Gram dương, catalase âm tính, không sinh bào tử, không di động và kỵ khí tùy ý (Nguyễn Đức Lượng, 2006). Hình 3. Streptococcus lactis Hình 4. Streptococcus thermophilus (Nguồn: http://www.nsl.hcmus.edu.vn ngày 21/1/2013) * Leuconostoc Giống Leuconostoc có đường kính từ 0,5-0,8 μm và chiều dài 1,6 μm, trong một số điều kiện chúng cũng có dạng hơi tròn, chiều dài khoảng 1,3 μm. Sau khi phân chia Leuconostoc thường sắp xếp thành chuỗi, không tạo thành đám tập trung (Nguyễn Đức Lượng, 2006). Leuconostoc thường là vi khuẩn kị khí không bắt buộc và nhu cầu cao về dinh dưỡng. Leuconostoc phái triển từ 20-30ºC và không phát triển ở 40ºC. Đó là những giống lây nhiễm thường xuyên trong thực phẩm và gây ra những rủi ro trong quá trình sản xuất nhất là trong các sản phẩm đường, sản phẩm acid hay trong các sản phẩm thực vật khác. Leuconostoc có vai trò chính trong quá trình lên men malolactic của rượu vang và chúng cần thiết cho sự lên men của một và loại phômai. Ngoài ra, Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 5 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ Leuconostoc cũng tham gia trong việc chế biến các sản phẩm thức ăn gia súc lên men và trong các sản phẩm rau quả lên men (Roissart và Luquet, 1994; Guiraud, 1998). Leuconostoc thuộc nhóm lên men dị hình, catalase âm tính. Leuconostoc phát triển chậm, thường gây nên môi trường có độ nhớt cao mặc dù chúng có thể tạo ra các hợp chất thơm như axetyle, axetole,... (Larpent, 1997). * Pediococcus Pediococcus có dạng tứ cầu hoặc song cầu. Pediococcus cần nhu cầu dinh dưỡng cao và hoạt tính thủy phân protein yếu. Khuẩn lạc có màu vàng xanh, kích thước khuẩn lạc 1-3 μm, hình dạng khuẩn lạc trong láng (Nguyễn Thành Đạt, 2001). Hình 5: Pediococcus pentosaceus Hình 6: Bifidobacterium (Nguồn:http://www.google.com.vn/search?num=10&hl=vi&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw =1280&bih,ngày 21/11/2013) * Bifidobacterium Khi mới phân lập, chúng là những trực khuẩn có thể phân nhánh có dạng chữ Y, V, tập hợp thành khối. Sau nhiều lần cấy truyền, chúng trở thành trực khuẩn thẳng hoặc hơi uốn cong. Lên men acid lactic và acid acetic. Bảng 1. Đặc điểm của các nhóm vi khuẩn acid lactic (Nguồn: Nguyễn Thành Đạt, 2001) Tế bào Kiểu lên men Giống Hình Sắp Xếp Streptococcus Cầu Chuỗi Lactic đồng hình Pediococcus Cầu Tứ cầu Lactic đồng hình Lactobacillus Que Chuỗi Lactic đồng hình và di hình Leuconostoc Cầu Chuỗi Lactic dị hình Bifidobacterium Khác nhau tùy loài Nhiều dạng Lên men acid lactic và acetic Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 6 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn acid lactic a. Dinh dưỡng carbon Vi khuẩn acid lactic sử dụng nguồn năng lượng chính từ các nguồn đường monovà disaccharide như glucose, lactose, saccharose, 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 carbon, vi khuẩn sẽ sử dụng nguồn năng lượng và vật liệu tế bào là các acid amin (acid glutamic, arginine, tyrosine,…). Khi acid amin được sử dụng, CO2 sẽ tách ra ngoài. Như là một quy luật, các vi khuẩn không sử dụng nguồn carbon là polysaccharide (ngoại trừ một loài Lb. delbrueckii). b. Dinh dưỡng nitơ Theo nhu cầu dinh dưỡng nitơ, vi khuẩn acid lactic có thể chia làm 3 nhóm: - Các phức hợp acid amin (nhóm chịu nhiệt Thermobacterium) - Phát triển trên môi trường có cystein 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 acid lactic không có khả năng tổng hợp được các dạng nitơ hữu cơ phức tạp vì vậy chúng cần hỗn hợp acid amin, dịch thuỷ phân protein từ casein, bột đậu tương, khô lạc,… làm nguồn pepton, peptid và những hợp chất acid amin khác nhau có trong môi trường. c. Nguồn vitamin Vi khuẩn acid lactic nói chung, đặc biệt là trực khuẩn rất cần vitamin làm nguồn chất sinh trưởng. Người ta xác định được rằng, yêu cầu về vitamin riêng biệt của vi khuẩn acid lactic có thể thay đổi khi trong môi trường có các acid amin hoặc acid béo và dezoxyribozide khác nhau. Kiềm purine 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 amin; thymine hoặc thydimine, kiềm purine được tổng hợp nhờ vi khuẩn trong sự tham gia của acid folic. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 7 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ d. Các chất vô cơ Để phát triển và hoạt động sống các vi khuẩn acid lactic cũng cần các hợp chất vô cơ như đồng, sắt, natri, phospho, iôt, lưu huỳnh, mangan, đặc biệt là mangan có tác dụng phòng ngừa 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 acid lactic dị hình không phát triển được trên môi trường đã làm sạch các chất khoáng nhờ trao đổi ion. Khi vi khuẩn đã kém hoạt lực có thể cho chúng hoạt hoá ở môi trường đã được bổ sung ion K+ cùng Mg2+ hoặc Mn2+. e. Oxy Vi khuẩn acid lactic không có hệ thống vật chất điện tử 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 flavoprotein. Quan hệ giữa các loài vi khuẩn với oxy ở mức độ hiếu khí của môi trường khác nhau là rất khác nhau, thậm chí còn đối nghịch nhau. Trong điều kiện kỵ 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 kỵ khí, các loài không sử dụng pentose thì phát triển rất kém trong điều kiện này. f. Nhiệt độ Nhiệt độ phát triển của các vi khuẩn acid lactic khác nhau thì khác nhau, tuy nhiên đại bộ phận vi khuẩn acid lactic bị ức chế hoạt động ở nhiệt độ 45 oC trở lên. Riêng loài Lactobacillus delbrueckii là loài chịu ở nhiệt độ 50oC phát triển và hoạt động mạnh mẽ. g. pH môi trường Các chủng vi khuẩn acid lactic chịu được pH thấp khác nhau, đối với vi khuẩn tách từ rượu vang có thể chịu được pH 3,0-3,5 hoặc thấp hơn, các chủng tách từ dưa, mắm chua chịu được pH 3,7 trở lên,... (Lê Mỹ Hồng, 2000) Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 8 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ Bảng 2. Nhiệt độ phát triển của một số dòng vi khuẩn acid lactic Nhiệt độ phát triển (oC) Loài Tối thiểu Tối ưu Tối đa Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus 22 45 52 Lb. delbrueckii subsp. Lactic 18 40 50 Lb. helveticus 22 42 54 Lb. acidophilus 27 37 48 Lb. kefir 8 32 43 Lb. brevis 8 30 42 Lb. casei subsp. casei 30 S. thermophilus 22 40 52 Ln. mesenteroides subsp. cremoris 4 20-28 37 Ln. mesenteroides subsp. dextranicum 4 20-28 37 Bifidobacterium (bifidum, infantis,…) 22 37 48 (Nguồn: Lê Xuân Phương, 2005) 2.1.4 Một số ứng dụng của vi khuẩn acid lactic (LAB) - Trong công nghệ sản xuất acid lactic Tất cả vi khuẩn acid lactic đều có khả năng tạo acid lactic thông qua lên men các loại đường. Tuy nhiên, chỉ có những loài lên men đồng hình mới được sử dụng trong sản xuất acid lactic như Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus helveticus. Acid lactic có thể được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác nhâu như: củ cải đường, rỉ đường, dịch thủy phân tinh bột, cellulose. Các công ty hàng đầu như: ADM và Purae Biochem hiện sử dụng dich thủy phân bắp làm nguyên liệu trong sản xuất acid lactic (Phạm Văn Ty và Vũ Nguyên Thành, 2006). - Trong công nghệ thực phẩm: + Sản xuất rau cải muối chua: Trong quá trình lên men các loại rau cải muối chua LAB làm tăng quá trình chuyển hóa các hợp chất trong nguyên liệu thành các hợp chất Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 9 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học khóa 34-2013 Trường Đại học Cần thơ mong muốn như L- acid lactic hoặc các amino acid, tích luỹ những hợp chất ngon và làm giảm những hợp chất không mong muốn (Maki, 2004). + Sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa: Trong các sản phẩm lên men từ sữa như: sữa chua, phô mai, bơ,… LAB biến đổi đường lactose có trong sữa thành acid lactic và một số sản phẩm phụ có tác dụng nâng cao phẩm chất sản phẩm, đặc biệt là hương vị (Lương Đức Phẩm, 2001). + Sản xuất tương: Trong sản xuất tương quá trình lên men acid lactic bởi LAB tạo pH thích hợp cho sản phẩm và làm tăng hương vị sản phẩm (Nguyễn Đức Lượng, 2006). + Sản xuất sản phẩm sinh học dùng trong thực phẩm: Mannitol là một polyol hoặc sugar alcohol được sản xuất bởi LAB có thể được ứng dụng trực tiếp trong sản xuất thực phẩm, điều này làm cho các sản phẩm thực phẩm được lên men có giá trị dinh dưỡng hơn (Wisselink et al., 2002). + Trong bảo quản thực phẩm: LAB có hai tác dụng chính. ▪ Một số loài LAB sản xuất kháng sinh sinh học được gọi chung là bacteriocin có khả năng ức chế sự phát triển của những mầm bệnh như Listeria, Clotridium, Staphylococcus, Bacillus spp., và Enterococcus spp., làm tăng thời gian sử dụng của sản phẩm (Soomro et al., 2002). ▪ Hình thành acid lactic làm cho pH môi trường thấp qua đó ức chế sự tăng trưởng của hầu hết những vi khuẩn gây hư hỏng khác giúp kéo dài thời hạn sử dụng thực phẩm (Severi et al., 1997). + Trong y học: Probiotic là tên gọi chung của các chế phẩm sinh học có chứa chủng vi khuẩn có lợi mà phổ biến là LAB giúp cải thiện cân bằng vi khuẩn trong đường ruột (Fuller, 1991). 2.2 Lên men acid lactic 2.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men acid lactic Lên men acid lactic là một trong những quá trình sinh hoá phổ biến trong thiên nhiên, đó là quá trình chuyển hoá các chất glucose thành acid lactic nhờ hoạt động sống trực tiếp của hệ vi khuẩn acid lactic. Trong thiên nhiên, vi khuẩn acid lactic tồn tại dưới hai dạng: Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 10 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học
- Xem thêm -