Điều kiện lên men acid lactic tối ưu từ mật rỉ đường

Trong những năm gần đây, có rất nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng vi sinh vật trong phòng bệnh, trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản và bảo quản thực phẩm. Một trong những nhóm vi khuẩn có lợi được quan tâm nhiều nhất là nhóm vi khuẩn lactic, đây là nhóm vi khuẩn lên men chua đã được con người sử dụng từ rất lâu.

Vi khuẩn lactic đóng vai trò quan trọng và được sử dụng khá nhiều trong công nghiệp nuôi trồng thủy sản như là chế phẩm sinh học bổ sung vào thức ăn và sử dụng xử lí môi trường. Vi khuẩn lactic gồm các chi Lactococcus, Leuconostoc, Bifidobacterium, Carnobacterium, Sporolactobacillus.

Vi khuẩn lactic có hoạt tính kháng khuẩn diện rộng do có khả năng sản xuất ra các chất ức chế: như một số acid hữu cơ, hydrogen peroxide, diacetyl, các chất có khối lượng phân tử thấp và bacteriocin là chất có khả năng ức chế cả vi khuẩn gram (+), vi khuẩn gram (-) và khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường. Hơn nữa, trong quá trình lên men, vi khuẩn lactic còn sinh ra acid hữu cơ, ức chế vi khuẩn gây bệnh bằng cách tác động lên tế bào chất của vi khuẩn, ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ của màng tế bào.

Rỉ đường, sản phẩm phụ của quá trình sản xuất và tinh sạch đường mía, có tồn dư dinh dưỡng cao. Việc tận dụng nguồn rỉ đường làm môi trường nuôi cấy vi khuẩn lactic có tiềm năng góp phần giải quyết ô nhiễm môi trường và phục vụ phát triển bền vững. 

Nghiên cứu lên men lactic acid từ nguyên liệu rỉ đường bằng cách sử dụng 3 chủng vi khuẩn Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum và Lactobacillus fermentum. Rỉ đường được xử lý với acid sulfuric, bổ sung vi khuẩn đã được tăng sinh đến mật độ 10¹⁰ CFU/mL và lên men lactic acid ở điều kiện khác nhau (tỷ lệ rỉ đường, pH, nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ vi khuẩn bổ sung). 

Ba chủng Lactobacillus khảo sát (Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum và Lactobacillus fermentum) đều có khả năng lên men tạo lactic acid từ nguyên liệu rỉ đường. Điều kiện thích hợp cho lên men lactic acid từ rỉ đường là tỷ lệ rỉ đường 15% (v/v)^(*), pH môi trường 6,0, nhiệt độ lên men 37⁰C, thời gian ủ 30 giờ, tỷ lệ vi khuẩn bổ sung 10% (v/v), mật số chủng 10⁸ CFU/mL, trong đó chủng Lactobacillus acidophilus có khả năng lên men lactic acid cao nhất, tạo 16,7g/L acid lactic. 

Hàm lượng lactic acid tạo thành từ cả 3 chủng vi khuẩn có xu hướng tăng khi tăng tỷ lệ rỉ đường từ 5-15% (v/v) và đạt cao nhất ở tỷ lệ rỉ đường 15% (v/v) sau đó có giảm nhẹ ở tỷ lệ 20% (v/v). Điều này có thể giải thích là ở tỷ lệ mật rỉ 20% do nồng độ đường quá cao làm hoạt độ nước giảm gây ức chế hoạt động của vi khuẩn làm giảm khả năng chuyển hóa acid lactic. Tỷ lệ rỉ đường 15% (v/v) có hàm lượng đường glucose tương ứng là 6,1%. 

Ở giá trị pH 6,0 lactic acid tạo thành là cao nhất ở cả 3 chủng, L. acidophilus đạt 15,48 g/L, L. fermentum đạt 14,4 g/L và L. plantarum đạt 12,6 g/L.

Nhiệt độ lên men thích hợp cho 3 chủng Lactobacillus trong khoảng từ 35-40^oC, trong đó ở nhiệt độ ủ 37^oC, quá trình lên men chuyển hóa acid là tốt nhất.

Thời gian lên men càng dài thì lượng acid thu được càng cao, từ 30 giờ trở đi lượng acid tạo thành không tăng thêm nên lựa chọn dừng quá trình lên men ở 30 giờ để tiết kiệm chi phí.

Kết quả của đề tài là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện hiệu suất lên men acid lactic, tăng khả năng sản xuất lactic acid từ nguyên liệu rỉ đường sử dụng vi khuẩn Lactobacillus ở quy mô công nghiệp. Nghiên cứu cũng cung cấp thông tin cơ sở tạo điều kiện tối ưu cho vi khuẩn lactic sản sinh các hợp chất kháng khuẩn có hoạt tính cao nhất phát triển đối kháng mạnh với vi khuẩn gây bệnh. 

(*) v/v: Phần trăm thể tích - thể tích hay %  biểu thị thể tích của chất tan theo mL trong 100 mL dung dịch kết quả, thường dùng nhất khi pha 2 dung dịch lỏng.

Theo Khảo sát điều kiện lên men lactic acid từ rỉ đường bởi vi khuẩn Lactobacillus của Lê Thị Thanh Tâm và Ngô Thị Kim Hà.