BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
HỒ THỊ HẢO
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN
AXIT LACTIC TỪ TINH BỘT HẠT MÍT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HỒ THỊ HẢO NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN
AXIT LACTIC TỪ TINH BỘT HẠT MÍT Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011

Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH
Phản biện 1: PSG.TS. TRẦN THỊ XÔ
Phản biện 2: PGS.TS. PHẠM NGỌC ANH Luận văn ñược bảo vệ trước hội ñồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại Học Đà Nẵng vào ngày 23
tháng 4 năm 2011.
3.1 Ảnh hưởng của nồng ñộ xút ñến quá trình tách lớp vỏ nâu ở
hạt mít
31
3.2 Hàm lượng tinh bột của hạt mít 33
3.3 Kết quả ño OD của dịch kiểm chứng và mẫu thí nghiệm 34
3.4 Hàm lượng ñường khử tạo thành sau quá trình thủy phân 38
3.5 Hiệu suất lên men theo nồng ñộ dịch ñường 48
3.6 Các ñiều kiện thí nghiệm TYT 2
2
51
3.7 Kết quả thí nghiệm theo thực nghiệm TYT 2
2
52
3.8 Bảng giá trị tính phương sai dư 55
3.9
Kết quả tính bước chuyển ñộng
j
δ
của các yếu tố
56
3.10 Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa theo ñường lên dốc 57
DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu


23

2.2

Tủ sấy nguyên liệu

23

3.1 Bột hạt mít thu nhận 33
3.2 Khuẩn lạc L.casei sau khi hoạt hóa 36
3.3 Đường chuẩn glucoza 37
3.4 Dịch ñường sau thủy phân 39
3.5 Dịch ñường ñã khảo sát nồng ñộ trước lúc lên men 40
3.6 Các khuẩn lạc Lactobacillus casei ở các mức pha loãng 10
-
3
42
3.7 Đường cong biểu diễn mật ñộ tế bào ở các mức pha loãng
khác nhau
42
3.8 Dịch ñường ñã chuẩn bị trước lúc lên men 43
3.9 Quá trình lên men lactic 44
3.10 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hàm lượng axit lactic tạo thành 45
3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống ñến lượng axit lactic tạo thành 46
3.12 Ảnh hưởng của nồng ñộ dịch ñường ñến hàm lượng axit lactic tạo
thành
47
3.13 Ảnh hưởng của thời gian lên men ñến hàm lượng axit lactic tạo
thành


Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Số liệu, kết quả báo cáo trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược
công bố ở bất cứ công trình nào khác.

Tác giả
Hồ Thị Hảo

- 1 -

MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Axit lactic là axit hữu cơ không màu, có hương vị nhẹ. Axit lactic ñược hình
thành do quá trình lên men tự nhiên trong các sản phẩm như phomai, sữa chua,
nước tương, bột chua, sản phẩm từ thịt, rau muối chua… Axit lactic ñược dùng sản
xuất trong một số thực phẩm như các sản phẩm bánh, ñồ uống, các sản phẩm từ
sữa, thịt, xà lách Trong các sản phẩm thực phẩm ñồ uống, axit lactic ñược sử dụng
ñể ñiều chỉnh ñộ pH hoặc như một chất bảo quản [27], [30].Trong công nghiệp nhẹ, axit lactic là dung môi cho công nghiệp sản xuất sơn,
vecni, nhuộm và thuộc da. Trong công nghiệp rượu, axit lactic ñược dùng dưới
dạng muối của canxi. Đặc biệt là gần ñây, các nhà khoa học trên thế giới ñã nghiên
cứu tổng hợp nhựa axit polylactic (PLA) – một loại nhựa sinh học từ axit lactic.
PLA là sự lựa chọn thích hợp thay cho nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ, vì nó vừa có
Quá trình nghiên cứu xác ñịnh thành phần dinh dưỡng của hạt mít ñã ñược
khảo sát trong thời gian gần ñây, trong hạt mít có chứa tới 77,76% tinh bột và là
một nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có [38], [43]. Thủy phân tinh bột từ hạt mít ñể
lên men sản xuất cồn và axit lactic là một hướng mới nhưng chưa ñược nghiên cứu nhiều
.
Việc tận dụng ñược nguồn phụ phẩm rẻ tiền, dễ kiếm, cũng như nhằm hạn
chế lượng chất thải trong quá trình chế biến, chống ô nhiễm môi trường là một
thiên hướng lớn ñối với các nhà nghiên cứu. Trong công nghệ sản xuất axit lactic,
việc sử dụng các nguồn nguyên liệu như ñường, rỉ ñường, nước mía ép, củ cải
ñường, tinh bột…ñã ñược nghiên cứu nhiều nhưng hiện nay việc sử dụng tinh bột
hạt mít ñể sản xuất axit lactic thì chưa thấy công bố.
Ở nước ta, việc sử dụng axit lactic trong công nghệ thực phẩm và phi thực
phẩm khá nhiều nhưng chủ yếu là thu mua từ nước ngoài với giá thành cao.
Nghiên cứu quá trình thủy phân tinh bột hạt mít (một nguồn phế phẩm công nghiệp
khổng lồ và rẻ tiền) ñể làm nguyên liệu trong công nghệ lên men lactic nhằm hạ giá
thành cho sản phẩm axit lactic là thật sự có ý nghĩa không chỉ về mặt kinh tế mà
còn có ý nghĩa rất lớn về bảo vệ môi trường sống của chúng ta.
Chính vì những thực tế trên, chúng tôi mạnh dạn chọn ñề tài “Nghiên cứu quá
trình lên men axit lactic từ tinh bột hạt mít” là một việc làm cấp thiết hiện nay.

- 3 -

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Sử dụng hạt mít làm nguyên liệu chính ñể tiến hành thủy phân thu nhận dịch lên men.
- Xác ñịnh các thông số công nghệ tốt nhất như nồng ñộ dịch ñường, nhiệt
ñộ lên men, thời gian lên men, pH lên men cho quá trình lên men axit lactic bằng
cách sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa nhằm thu ñược
- Tối ưu hóa các ñiều kiện lên men bằng phương pháp quy hoạch thực
nghiệm và phương pháp tối ưu nhằm thu ñược hàm lượng axit lactic là cao nhất.
7. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
- Tận dụng lượng phế phụ phẩm trong quá trình chế biến các sản phẩm từ
quả mít ñể tạo ra nguồn nguyên liệu chính ñể sản xuất axit lactic.
- Giải quyết ñược vấn ñề ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng ñồng,
nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất.
- Tăng nguồn thu nhập cho người trồng mít
- Giảm lượng axit lactic ngoại nhập, chủ ñộng sản xuất, tiết kiệm ngoại tệ.
8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở ñầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, trong
luận văn gồm có các chương sau:
+ Chương 1: Tổng quan.
+ Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
+ Chương 3: Kết quả và thảo luận.
- 5 -

C [1]. Axit lactic là hỗn hợp của 2 dạng ñồng phân
D-axit lactic và L-axit lactic:
D-axit lactic L-axit lactic

Hình 1.1. Hai dạng ñồng phân của axit lactic [52].
- 6 -

Axit lactic là axit hữu cơ không màu, có mùi nhẹ, tan trong nước và trong
cồn. Trong cấu tạo phân tử của chúng có một cacbon bất ñối xứng nên chúng có
hai ñồng phân quang học: D-axit lactic và L-axit lactic. Hai ñồng 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 quay sang phải và một quay sang trái. Do ñó tính chất sinh
học của chúng hoàn toàn khác nhau.
Loại L-axit lactic ở dạng tinh thể không màu. Chúng có khả năng tan trong
nước, tan trong cồn etylic, tan trong eter, không tan trong CHCl
3
. Nhiệt ñộ nóng
chảy là 28
o
C, góc quay cực ở 15
o
C là 2,67
o
.
Loại D-axit lactic là dạng tinh thể, tan trong nước, tan trong cồn. Nhiệt ñộ
nóng chảy là 28
o
C, nhiệt ñộ sôi 103
o
C, góc quay ở 15


Các vi khuẩn lactic ñồng hình phân giải glucose theo con ñường EMP [3].
Tùy thuộc vào tính chuyển hóa không gian của men xúc tác cho phản ứng tạo axit
lactic, lactac dehdrogenase, và tùy vào sự tồn tại của men lactate-racemase mà có
thể xuất hiện các dạng decacboxyl hóa và chuyển thành axit axetic, etanol và CO
2
cũng như tạo thành axeton. Mức ñộ tạo thành sản phẩm này phụ thuộc vào sự có
mặt của oxi.
Sự hình thành nên axit lactic trải qua hàng loạt giai ñoạn trung gian với sự
tham gia của các enzyme tương ứng. Các phản ứng chuyển hóa glucose theo con
ñường EMP ñược chia làm 2 giai ñoạn:
- Giai ñoạn ñầu ñược gọi là giai ñoạn ñầu tư năng lượng, gồm 5 phản ứng
ñầu tiên. Ở giai ñoạn này, ñường ñược hoạt hóa bởi sự photphoril hóa. Phản ứng
này tạo ra 1 mol ñường 6 cacbon ñã ñược photphoril hóa, fructozo – 1,6 –
diphotphat. Đường này sau ñó ñược cắt thành 2 mol trizophotphat. Hai mol
trizophotphat ñược hình thành từ 1 mol glucose sau 2 lần photphoril hóa mức ñộ
cơ chất tạo thành 4 mol ATP.
- Giai ñoạn thứ hai, là giai ñoạn phát sinh năng lượng. Giai ñoạn này gồm
những phản ứng còn lại. Ở giai ñoạn này, các trizophotphat sẽ ñược hoạt hóa tiếp
ñể tạo thành hai hợp chất chứa các liên kết photphat cao năng 1,3-
diphotphoglycerat và photpho enolpiruvat. Cả hai hợp chất này ñược coi như hợp
chất siêu cao năng lượng. Hai chất này sẽ chuyển photpho cao năng cho ADP ñể
tạo thành ATP. Quá trình này ñược gọi là photphoril hóa ở mức cơ chất.
Lượng axit lactic tạo thành chiếm hơn 90%. Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị
khử cacbon ñể chuyển thành axit lactic, etanol, CO
2
và axeton [1], [3].
Phương trình phản ứng tạo axit lactic: C
6
H

NAD
Lactat
Hình 1.2. Lên men axit lactic ñồng hình nhờ các phản ứng theo con ñường EMP [3].
Các vi khuẩn lactic dị hình thiếu các enzyme chủ yếu của con ñường EMP,
do bị ñột biến một hoặc nhiều hơn một enzyme của con ñường này, ñó là aldolase
và trizophotphatizomerase.
- 9 -

Hình 1.3. Lên men axit lactic dị hình theo các phản ứng của con ñường PP [4].
Trong sự lên men lactic dị hình, nhiều sản phẩm khác nhau ñược tạo thành. Các
tác nhân gây lên men lactic dị hình là Lactobacillus brevis, Leuconostoc mensenteroides.
- 10 -

Sự lên men lactic dị hình xảy ra khi vi khuẩn gây lên men thiếu enzyme cơ bản
của sự ñường phân là aldolase và trioso isomerase. Khi ñó, glucose ñược chuyển hoá
theo con ñường pentosophosphat từ glucoso 6 phosphat ñến xiluloso 5 phosphat. Sau ñó,
dưới tác dụng của enzyme pentosophosphat cetolase mà xiluloso 5 phosphat bị phân ly
tạo thành glyceraldehyd 3 phosphat và acetyl phosphat. Acetyl phosphat có thể ñược
chuyển hoá tiếp tục thành ethanol hoặc axit axetic tuỳ theo hệ enzyme của từng vi sinh
vật. Còn glyceraldehyd 3 phosphat thì bị khử H
2
ñể chuyển thành axit lactic giống như
trường hợp lên men lactic ñồng hình.
Sự lên men lactic dị hình ñược ứng dụng trong lên men thức ăn gia súc và muối
chua rau quả. Các vi khuẩn có khả năng gây lên men các ñường mono và disaccharid
(sau khi ñã thuỷ phân thành monosaccharid nhờ enzyme tƣơng ứng của vi khuẩn).
1.2. Tác nhân tổng hợp axit lactic

L.casei ñồng hình latcat L(-)
L. plantarum ñồng hình lactat DL
L. brevis dị hình - DL
L. fermentum dị hình - DL
L. viridescens dị hình - DL
Bifidobacterium bifidum dị hình lactat: acetat(2:3) L(+)
Cầu khuẩn
Stretoccus ñồng hình lactat L(+)
S. faeclis ñồng hình lactat L(+)
S. salivarius ñồng hình lactat L(+)
S. pyogenes ñồng hình lactat L(+)
S. cremoris ñồng hình lactat L(+)
S. thermophilus ñồng hình lactat L(+)
S. diacetilactics ñồng hình lactat L(+)
Pediococcus cerevisiae ñồng hình lactat DL
Leuconostoc cremoris dị hình lactat : acetat : CO
2
(1:1:1) D(-)
Leuconostoc mesenteroides dị hình lactat : acetat : CO
2
(1:1:1) D(-)
- 12 -

Nhóm vi khuẩn lactic bao gồm nhiều loài khác nhau về hình dạng, song về
mặt sinh lý và khả năng lên men chúng tương ñối ñồng nhất. Môi trường sinh
trưởng của chúng ngoài gluxit, khoáng, muối amon, photphat còn cần vitamin
nhóm B, vitamin H, axit folic, axit nicotinic và axit amin khác [1], [11].
1.2.2. Một số vi khuẩn lactic ñiển hình
Lactobacillus casei:
- Thuộc loại trực khuẩn nhỏ, có kích thước rất ngắn.

- Chúng không có khả năng di ñộng
- Chúng có khả năng lên men ñược các loại ñường
như glucose, lactose, galactose, fructose
- Chúng không có khả năng tạo ra nitrit từ nitrate.
Hình 1.5. L.bulgaricus
[52]
Lactobaciilus acidophilus:
- Thuộc loại trực khuẩn gram (+) di ñộng
- Kích thước: rộng 0,6µ – 0,9µ
- Trong thiên nhiên chúng tồn tại riêng lẽ. Đôi
khi cũng tạo thành chuỗi ngắn.
- Có khả năng lên men một số loại ñường như
glucose, fructose, galactose, maltose, mannose, lactose,
saccharose ñể tạo thành axit lactic. Hình 1.6. L.acidophilus [52]
- Chúng không có khả năng lên men một số loại ñường như xylose,
arabinose, rhamnose, glycerol, mantitol, sorbitol, dulcitol, inositol.
- Nhiệt ñộ phát triển tối ưu là 45 – 50
o
C.
Streptococcus lactic:
- Có dạng hình cầu, dạng chuỗi
- Nhiệt ñộ thích hợp phát triển: 30
o
C
- Chúng lên men ñược các loại ñường như:
glucose, maltose, rhamnose, lactose. Hình 1.7. Streptococcus lactic[52]

1.3. Ứng dụng của axit lactic
1.3.1. Trong công nghệ thực phẩm
Vi khuẩn lactic có nhiều trong thiên nhiên, do ñó chúng rất gần gũi với

Quá trình ủ chua này cũng góp phần bảo quản thức ăn cho gia súc [5], [8], [15]. - 15 -

1.3.2. Trong y học
Ứng dụng vi khuẩn lactic ñể chữa bệnh
ñường ruột: nước Pháp ñã sản xuất và ñưa ra thị
trường hàng chục năm nay một sản phẩm mang tên
biolactyl. Sản phẩm này chuyên trị tiêu chảy bằng
một nhóm nhiều vi khuẩn lactic.

Hình 1.8. Thuốc Biolactyl [50]
Ứng dụng axit lactic theo phương pháp vi lượng ñồng cân (homeopathy):
trong quá trình vận ñộng của cơ thể, mô cơ hoạt ñộng mạnh và trong một thời gian
dài sẽ gây ra hiện tượng mệt mỏi. Hiện tượng mệt mỏi này do các phản ứng sinh
hóa xảy ra trong mô cơ, tạo axit lactic. Các thầy thuốc ñã tạo ra một vị thuốc bao
gồm axit lactic kết hợp với cây kim sa có khả năng giúp cơ thể không còn mệt mỏi
và có khả năng làm việc trong thời gian dài.
Ứng dụng axit lactic trong phẩu thuật chỉnh hình, người ta thường sử dụng
loại vật liệu có tên là purasorb.
- Purasorb là một hợp chất cao phân tử ñược sản xuất từ axit lactic.
- Purasorb ñược sử dụng như những ñinh gim, gắn phần xương lại với nhau;
khi xương ñịnh hình, purasorb sẽ tự tiêu hủy.
Ứng dụng axit lactic trong nha khoa: Trong nha khoa có hai chế phẩm ñược
sử dụng nhiều ñó là puramex và puracal. Puramex gồm các thành phần như
amulinium lactac, Fe-lactac, Mg-lactac, Mn-lactac, Zn-lactac; puracal chỉ có canxi
lactac. Các chế phẩm này thường làm răng khỏe hơn.
Ứng dụng trong sản xuất vật liệu sinh học (biomaterials): các nhà khoa học
ñang nghiên cứu tạo ra những vật liệu sinh học dùng trong y học bằng các