Tiểu luận công nghệ sản xuất axit lactic words

Sản xuất axit lactic
Sản xuất axit lactic
I. Giới thiệu
1. Lịch sử phát hiện [2,3]
Axit lactic là axit tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật
và vi sinh vật.
Năm 1780, nhà hóa học người Thụy Điển Sheele lần đầu tiên tách được axit lactic từ sữa
bò lên men chua.
Năm 1857, Louis Pasteur (1822-1895) chứng minh quá trình lên men lactic là gây nên bởi
vi sinh vật.
Năm 1878, Joseph Lister đã phân lập thành công vi khuẩn lactic đặt tên là Bacterium
lactic, nay gọi là streptococcus lactic.
2. Giới thiệu về axit lactic [4]
Axit lactic hay axit sữa có tên IUPAC là 2-Hydroxypropanoic acid là một hợp chất hóa học
đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh.
Axit lactic là một axít carboxylicvới công thức hóa học CH
3
CH(OH)COOH. Axit lactic tồn
tại dạng tinh thể, không màu, mùi nhẹ, tan trong nước và cồn. Khối lượng phân tử của axit lactic
là 98,08. Nhiệt độ sôi là 122
0
C. Nhiệt độ nóng chảy 16,8
0
C.
Tồn tại hai dạng đồng phân L(+) và dạng D(-) hay dạng raxemic.Tính chất hóa lý của hai
đồng phân nàykhông khác nhau nhưng khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của chúng thì
khác nhau, do đó tính chất sinh học của chúng là hoàn toàn khác nhau. Ở tế bào người và động
vật thì chỉ tồn tại dạng axit lactic L(+).
3. Ứng dụng của axit lactic [2]
 Axit lactic là một loại axit hữu cơ có nhiều ứng dụng nhất.
 Axit lactic được dùng trong bảo quản và chế biến thực phẩm như làm sữa chua, muối chua rau

củ, làm nem chua.
 Do vị chua dễ chịu và đặc tính bảo quản, một lượng lớn axit lactic được sử dụng trong công
nghiệp thực phẩm. Nó được sử dụng như một chất gia vị đối với các loại đồ uống nhẹ, tinh dầu,
dịch quả, mứt, xiro cũng như ngành đóng hộp hoa quả và cá.
 Axit lactic được dùng để axit hóa rượu vang hoa quả nghèo axit, axit hóa dịch đường quá trong
công nghiệp rượu mạnh và để sản xuất bột chua trong ngành bánh mì.
 Axit lactic được dùng trong công nghiệp thuộc da, công nghiệp dệt và công nghiệp đồ nhựa như
sản xuất chỉ khâu tự hủy hoặc làm tiền chất để tạo ra polyme sinh học có thể tự phân hủy.
 Axit lactic có thể trở thành một hoá chất để sản xuất este lactate, propylene glycol, propylen oxit,
axit acrylic, 2,3-pentanedione, acidacetaldehyde propanoic, và dilactide.
 Trong phẫu thuật chỉnh hình người ta thường sử dụng loại vật liệu có tên là Purasorb. Purasorb là
một hợp chất cao phân tử được sản xuất từ acid lactic. Nó giúp gắn các phần xương lại với nhau
khi xương định hình Purasorb sẽ tự tiêu hủy. [5]
II. Sản xuất axit lactic
1. Vi sinh vật
1.1 Các vi sinh vật có thể lên men lactic acid:
Trang 1
Sản xuất axit lactic
- Vi sinh vật mà có thể sản xuất axit lactic có thể được chia thành hai nhóm : vi khuẩn và
nấm. Các vi sinh vật được lựa chọn cho các điều tra gần đây của sản xuất công nghệ sinh học của
axit lactic được liệt kê trong Bảng 1[11].
Bảng 1. Vi sinh vật được sử dụng để nghiên cứu gần đây của công nghệ sinh học sản xuất
axit lactic
1.2 Vi khuẩn lên men lactic acid:
1.2.1 Đặc điểm hình thái:
- Vi khuẩn lactic được Pasteur tìm ra từ sữa bị chua. Vi khuẩn lactic thuộc về họ Lactobacteriaceae
[16] và được xếp vào 4 chi: Streptococcus, Pediococcus, Lactobacillus và Leuconostoc [18].
Nhóm vi khuẩn này gồm nhiều loại khác nhau về hình dạng, sinh lí và khả năng lên men.
- Chúng gồm những loài có cơ thể đơn bào, kích thước nhỏ, có dạng hình cầu, hình que ngắn hay
bầu dục. Hình dạng và kích thước tế bào vi khuẩn lactic còn phụ thuộc vào môi trường, điều kiện

nuôi cấy, sự có mặt của oxy và tuổi tế bào [15].
- Thuộc loài Gram dương, phần lớn không có khả năng chuyển động, không sinh bào tử [16].
1.2.2Một số đặc điểm sinh lý sinh hóa:
- Chúng có thể lên men được các loại đường monosaccharid hoặc disaccharid nhưng không lên
men được tinh bột (trừ loài Lactobacillus delbrueckii có khả năng đồng hoá được tinh bột). Một
số vi khuẩn lactic không lên men được saccharose, số khác lại không sử dụng được maltose. Vi
khuẩn lactic lên men dị hình có thể sử dụng được pentose và acid citric [16].
- Các loài vi khuẩn lactic có khả năng rất khác nhau khi tạo thành acid lactic trong môi trường,
như vậy khả năng chịu acid (hay độ bền acid) cũng rất khác nhau. pH từ 4,5-6,8. Hoạt lực lên
men tốt nhất là trực khuẩn ở vùng pH = 5,5 – 6 [16]. Hoạt động của vi khuẩn lactic, đặc biệt là
của hệ enzyme của chúng, chịu tác động mạnh của pH. Mỗi enzyme đều có vùng pH tối ưu mà
tại đó hoạt lực của enzyme là cao nhất. pH<4 hầu hết vi khuẩn lactic ngừng hoạt động.
- Nhiệt độ sinh trưởng tối thích của loài vi khuẩn lactic ưa ấm (Mesophil) là khoảng 25 – 35
0
C, ưa
nhiệt (Thermophil) khoảng 40 – 55
0
C và ưa lạnh thì thấp hơn 5
0
C. Khi gia nhiệt khoảng 60 – 80
Trang 2
Sản xuất axit lactic
0
C, thì hầu hết vi khuẩn lactic bị chết sau 10 – 30 phút [16]. Ảnh hưởng của nhiệt độ có lẽ nhiều
nhất là đến các phản ứng enzyme.
- Các Bifidobacterium thực chất là kị khí, còn các vi khuẩn lactic khác, là sinh vật kỵ khí không
bắt buộc [18]. Độ ẩm dễ tạo điều kiện kỵ khí cho vi khuẩn lactic làm cho acid lactic tích lũy
nhanh chóng trong quá trình lên men.
- Nồng độ dịch men: Trong lên men lactic cơ chế của quá trình lên men chứa khoảng 10% đường.
Nếu nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường sinh tổng hợp;chứa đủ các chất, nhưng lại thiếu mất một

thành phần dinh dưỡng cần thiết, sinh trưởng phát triển của vi sinh vật sẽ không thể xảy ra. Nếu
nồng độ cơ chất dư thừa, tốc độ phát triển của vi khuẩn sẽ giảm xuống, thạm chí bị ngừng lại
hoàn toàn.
- Oxy quyết định chiều hướng lên men diễn ra theo kiểu yếm khí hay kỵ khí.
- Vi khuẩn lactic được chia thành hai nhóm: nhóm vi khuẩn lên men lactic đồng hình và nhóm vi
khuân lên men lactic dị hình [16].
1.2.3 Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn lactic
1.2.3.1 Nguồn cacbon
Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được rất nhiều loại hydratcacbon từ các monosaccarit
(glucose, fructose, manose, galactose), disaccarit (saccarose, lactose, maltose) đến các
oligosaccarit. Tốc độ lên men các loại mono-, di- và oligosaccarit giảm dần theo độ phức tạp của
các hydratcacbon, còn đối với nguồn cacbon là polysaccarit (tinh bột, dextrin) thì cần thủy phân
trước khi thực hiện quá trình lên men. [2]
Nguồn cacbon này được dùng để cung cấp năng lượng, xây dựng cấu trúc tế bào và sinh ra
axit lactic và các sản phẩm khác.[6]
Trang 3
Sản xuất axit lactic
Khi nhân giống người ta thường dùng các loại đường mono- hoặc disaccarit để vi khuẩn có
thể thích nghi và phát triển nhanh chóng mà vẫn không ảnh hưởng tới khả năng len men đối
với các nguồn cacbon thông thường.[2]
1.2.3.2 Nguồn nitơ
Tất cả thành phần quan trọng của tế bào đều chứa nitơ (protein, axit nucleic…), vì vậy nito
là thành phần không thể thiếu trong môi trường nuôi cấy vi sinh vật. [6]
Một số lớn vi khuẩn lactic không thể tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp có chứa nito
nên chúng đòi hỏi nguồn nito sẵn có trong môi trường như các axit amin.
Nguồn axit amin có thể được bổ sung vào môi trường dạng protein và được đồng hóa dưới
dạng peptid nhờ vào tác dụng của enzym protease và peptidase ngoại hay nội bào. Trong công
nghiệp thường dùng dịch nấm mem thủy phân vì có hàm lượng nito cao, có 16 loại axit amin
trong đó có 8 loại axit amin không thay thếđồng thời giải quyết được các vấn đề về kinh phí sản
xuất và giá thành sản phẩm.

1.2.3.3 Các muối vô cơ và các chất kích thích sinh trưởng [2]
Các chất vô cơ và các chất khoáng chỉ cần một lượng rất nhỏ nhưng ảnh hưởng lớn đến quá
trình sinh trưởng, phát triển của vi khuẩn. Ví dụ như với Lactobacilus, Mn
2+
, Mg
2+
, Fe
2+
làm tăng
cường sự phát triển của vi khuẩn lactic, hay Ca
2+
tham gia vào cấu trúc enzym protease thủy
phân một số protein là nguồn dinh dưỡng nuôi tế bào.
Đa số các vi khuẩn lactic cần hàng loạt các vitamin như riboflavin, tiamin, axit folic,
biotin…. để sinh trưởng và phát triển. Vì khả năng sinh tổng hợp của các vi khuẩn lactic thuộc
loại yếu. Do vậy hàm lượng vitamin của môi trường giữ một vai trò quan trọng trong sự tổng hợp
các axit amin. Vì vậy môi trường nuôi cấy thường bổ sung dịch cà chua, cao nấm men vì chúng
chứa nhiều axit amin và các vitamin.
Ngoài ra các axit béo cũng ảnh hưởng lên quá trình sinh trưởng của vi khuẩn lactic theo cơ
chế còn chưa được biết rõ.
1.2.3.4 Oxi
Vi khuẩn lactic hầu hết là các vi khuẩn phát triển trong điều kiện yếm khí. Có một số loài
có thể phát triển trong điều kiện có oxi. Tuy nhiên theo nghiên cứu cho rằng vi khuẩn lactic phát
triển tốt nhất trong điều kiện có nồng độ oxi thấp.[7]
1.2.4 Lactobacillus delbrueckii.
Lactobacillus delbrueckii là loài điển hình của chi Lactobacillus. Nó bao gồm ba phân loài:
delbrueckii, bulgaricus, và lactis [13]. Trong khi các phân loài bulgaricus và lactis là hầu như chỉ
có trong sữa, phân loài delbrueckii có ở các nguồn thực vật. Nó không thể lên men lactose và
phân hủy casein và do đó, không thể phát triển trong sữa, không được sử dụng trong chế biến sữa
[13]. Trong môi trường dịch thể chúng có khả năng tạo ra khoảng 70% acid lactic từ đường.

Đặc điểm:
+ Vi khuẩn này thường gặp trên hạt đại mạch. Loài hiếu khí tùy tiện. Thông thường lên
men lactic trong điều kiện kỵ khí [10].
+ Chúng là Gram dương, không thể tự di chuyển, không hình thành bào tử, lên men đồng
hình bắt buộc và có thể sản xuất L (+)-lactic acid [13].
+ Dạng trực khuẩn dài, lớn, kích thước 0,5-0,8 µm; 2,0-9,0µm [19].
Trang 4
Sản xuất axit lactic
+ Trong quá trình phát triển của mình chúng có khả năng tạo thành hình sợi dài 100-1000
µm.
+ Nhiệt độ tối ưu cho chúng phát triển là 45
0
C [19], tối thiểu là 18
0
C và tối đa là 55
0
C.
+ pH: 6.2±0.2. Môi trường nuôi cấy: MRS. Nhiệt độ bảo quản: 4
o
C [14].
Chúng là loài có thể sử dụng cơ chất tinh bột.
1.2.5. Cơ chế hoạt động của vsv-vi khuẩn lên men lactic:
- Vi khuẩn axit lactic có thể được phân thành hai nhóm: lên men đồng hình và lên men dị
hình [11].
Fig. 2. Metabolic pathways of homofermentative (solid line) and heterofermentative
(dotted line) lactic acid bacteria [11].
1.2.5.1 Lên men lactic đồng hình (điển hình):[7]
+ Lên men lactic đồng hình là quá trình lên men trong đó các sản phẩm axit lactic tạo ra
chiếm 90% tổng số các sản phẩm lên men và một lượng nhỏ axit acetic, aceton, di-acetyl, …
+ Phương trình chung biểu diễn quá trình lên men:

C
6
H
12
O
6
 2 CH
3
CHOHCOOH + 21,8.10
4
J
+ Trong quá trình lên men lactic đồng hình, glucoza được chuyển hoá theo chu trình
Embden-Mayerhoff, vi khuẩn sử dụng cho qui trình này tất cả các loại enzym aldolase, còn
hydro tách ra khi dehydro hoá triozophophat được chuyển đến pyruvat. Vì trong vi khuẩn lên
men lactic đồng hình không có enzyme cacboxylase cho nên axit pynivic không phân huỷ nữa
mà tiếp tục khử thành axit lactic.
Trang 5
Sản xuất axit lactic
+ Có thể xem lên men lactic đồng hình tiến hành theo hai giai đoạn :
Giai đoạn 1: PCH
2
-CHOH + H
2
O + PN  P.CH
2
CHOG-COOH + PNH
2
Giai đoạn 2:CH
2
OP-CHOH-COOH + H

2
O ( PN-H
2
)  CH
3
CHOHCOOH +
H
3
PO
4
+ PN + H
2
O
+ Tuỳ thuộc vào tính đặc hiệu quang học của enzym lactate- dehydrogenase và sự có mặt
của lactataxemase mà loại axit lactic dạng nào được tạo ra D(-), L(+) hoặc DL.
1.2.5.2 Lên men lactic dị hình (không điển hình):[7]
+ Lên men lactic dị hình là quá trình lên men trong đó ngoài sản phẩm axit lactic còn tạo ra
một lượng đáng kể các sản phẩm phụ như axit acetic, etanol, axit xucxinic, CO
2
,………
+ Phương trình chung biển diễn quá trình lên men:
C
6
H
12
O
6
 CH
3
CHOHCOOH + HOOC(CH

2
)COOH + CH
3
COOH + C
2
H
5
OH +
CO
2
…
Trong đó, axit lactic chiếm khoảng 40%, axit xucxinic khoảng 20%, rượu êtylic và axit
acetic 10% các laọi khí 20% đôi khi không có các khí mà thay vào đó là sự tích luỹ một lượng
ít axit foocmic. Như vậy, các sản phẩm phụ khác nhau đáng kể tạo thành trong quá trình lên men
lactic dị hình chứng tỏ rằng quá trình này phức tạp hơn so với lên men lactic đồng hình.
+ Trong vi khuẩn lên men lactic dị hình không có các enzyme cơ bản của sơ đồ Embden-
marehof là aldolase triozophotphatizomerase, bước đầu phân giải đường glucose ở những vi
khuẩn này theo con đường pentozophotphat. Acetylphophat được khử thành etanol thông qua
acetyldehyt photphoglyceraldehyde thông qua axit pynivic mà tạo thành axit lactic.
+ Axit lactic được tạo thành :
CH
3
COCOOH + dehydrase-H
2
 CH
3
CHOHCOOH + dehydrase
+ Axit xucxinic tạo thành từ axit pynivic:
CH
3

COCOOH + CO
2
 COOH-CH
2
-CO-COOH
COOHCH
2
COCOOH+2 Dehydrase -H
2
COOH(CH
2
)
2
COOH + H
2
O + 2Dehydrase
+ Etanol và axit acetic tạo thành nhờ men aldehydrase từ acetaldehyde:
2 CH
3
CHO + H
2
O + aldehydrase  C
2
H
5
OH + CH
3
COOH + aldehydrase
+ Việc sinh ra các khí liên quan đến điều kiện yếm khí tỉ lệ các hợp chất phụ sinh ra phụ
thuộc vào môi trường dinh dưỡng và các loại vi khuẩn lactic.

Trang 6
Sản xuất axit lactic
1.3. Những nghiên cứu cụ thể để nâng cao hoạt lực, năng suất của loại vsv đó: (nói
chung cho vi các khuẩn). Để nâng cao hoạt lực, năng xuất, có thể:
a. Dựa vào nghiên cứu các điều kiện lên men tối ưu, ví dụ: cơ chất thích hợp với từng loại vi
khuẩn.
+ Schepers và cộng sựđã sử dụng L. helveticus để sản xuất axit lactic từ lactose và whey
pho mát được cô đặc, và Burgos - Rubio báo cáo điều tra động học của chuyển đổi cơ chất khác
nhau thành acid lactic với việc sử dụng của L. bulgaricus. Hujanen và Linko đã nghiên cứu ảnh
hưởng của nhiệt độ nuôi cấy và các nguồn nitơ trong sản xuất axit lactic bởi L.casei , và Roukas
và Kotzekidou cũng đã sử dụng dòng này để sản xuất axit lactic từ nước whey được đề protein
hóa bởi trộn lẫn các sự nuôi cấy của các tế bào tự do và đồng cố định. Fu và Mathews đã nghiên
cứu mô hình động học của sản xuất axit lactic từ lactose bằng lên men bởi lên men gián đoạn L.
plantarum và Bustos et al. đã sử dụng L. pentosus để sản xuất axit lactic từ chất thải của trái nho
xén nhỏ. Các chủng của L. amylophilus sản xuất – amylase được sử dụng thường xuyên cho việc
chuyển đổi trực tiếp của tinh bột thành acid lactic [11].
+ Trong số các chi Lactobacillus, L. delbrueckii đã xuất hiện phổ biến trong nhiều cuộc
điều tra về sản xuất axit lactic. Kotzanmanidis và cộng sự đã sử dụng L. delbrueckii NCIMB
8130 cho sản xuất axit lactic từ mật đường củ cải. Monteagudo và Göksungur và Güvenç cũng
đã cố gắng để tạo ra axit lactic từ mật đường củ cải với L. delbrueckii. Ngoài lactobacilli, chủng
lactococci được thường được sử dụng để sản xuất axit lactic. Roble đồng nuôi cấy các tế bào
Lactococcus lactis ssp. với Asp.awamori cho sản xuất acid lactic từ tinh bột sắn, và Åkerberg et
al lactis. cũng đã sử dụng L. lactis ssp. lactis cho mô hình động học của sự sản xuất axit lactic từ
bột mì [11].
b. Lựa chọn phương pháp tiến hành lên men phù hợp với loại vi khuẩn:[11]
Trang 7
Sản xuất axit lactic
c. Dựa vào việc tác động vào các gen trong bộ gen vi khuẩn.
+ Một vài nỗ lực đã được thực hiện để cải thiện và sửa đổi việc sản xuất acid lactic bằng kỹ
thuật trao đổi chất trong lactobacilli, sản xuất cả hai L - (+) - và D - (-)-axit lactic. Trong L.

helveticus và Lactobacillus plantarum , tăng cường sản xuất L - (+)-lactic axit đã được thử
nghiệm bởi sự bất hoạt của ldhD và bằng cách tăng số lượng bản sao của ldhL , tương ứng. Ví
dụ, trong L. helveticus , bất hoạt ldhD dẫn đến một sự gia tăng gấp đôi về số lượng L - (+)-lactic
acid [17].
+ Kyla - Nikkilä et al. đã cố gắng để biểu hiện gen dehydrogenase L- lactate và
dehydrogenase D- lactate trong L. helveticus để sản xuất D ( - ) và L( + ) - axit lactic tinh khiết .
Họ đã xây dựng hai chủng L. helveticus Gram(-) có gen D- lactate dehydrogenase thông qua
một phương pháp thay thế gen để sản xuất L- axit lactic tinh khiết . Mỗi hoạt tính dehydrogenase
L- lactate của hai L. helveticus thiếu D- lactate dehydrogenase lần lượt là 53 hoặc 93% cao hơn
so với các chủng loại hoang dã [11].
+ Dien et al. xây dựng Escherichia coli tái tổ hợp cho việc chuyển đổi của đường hexose,
cũng như đường pentose, thành L (+) - lactic acid, và họ thiết kế vi khuẩn E. coli bằng cách trao
đổi chất để xây dựng đột biến ức chế chất được tạo ra do quá trình dị hóa carbon [11].
+ Tương tự như vậy , Chang và cộng sự xây dựng E. coli tái tổ hợp để sản xuất D ( - ) hoặc
L (+) - lactic acid dạng quang học tinh khiết. Họ đã đưa các gen dehydrogenase L- lactate từ L.
casei vào một chủng pta ldhA, mà thiếu phosphotransacetylase và dehydrogenase D- lactate . Kết
quả của họ cho rằng sự trao đổi chất lên men chủ yếu của E. coli có thể được định hướng lại để
sản xuất D ( - ) - hoặc L acid lactic ( + ) . Tiến bộ gần đây trong kỹ thuật trao đổi chất của vi sinh
vật có thể cung cấp nhiều cơ hội cho sản xuất có chọn lọc và hiệu quả của axit lactic quang học
tinh khiết thông qua việc cải thiện các chủng trong tương lai [11].
+ Sản xuất L-acid lactic bởi Thermoanaerobacterium aotearoense đột biến: Trong nghiên
cứu này, một vi sinh vật ưa nhiệt và kỵ khí là T. aotearoense SCUT27 được thiết kế để sản xuất
L -axit lactic nồng độ cao với năng suất cao bằng cách ngăn chặn các con đường hình thành axit
axetic. Để ngăn chặn sự sản xuất axit axetic mà tiêu thụ nguồn carbon, vector pPuKAd tái tổ hợp
Trang 8
Sản xuất axit lactic
tương đồng đã được chuyển vào các tế bào T. aotearoense SCUT27 thích hợp. Không có sản
phẩm phụ axit axetic tạo điều kiện đáng kể cho sự tinh sạch về sau. LA1002 đột biến có thể
chuyển đổi các loại đường lignocellulose, ví dụ như xylose, cellobiose, mannose, dextran và
xylan, để tạo L-axit lactic quang học tinh khiết có hiệu quả. Quan trọng hơn, đặc tính ưa nhiệt

vàkỵ khí của nó cho phép để sản xuất axit lactic thông qua một quá trình lên men không tiệt
trùng [12].
2. Môi trường – Cơ chất
2.1 Các môi trường có thể dùng để nuôi cấy vi khuẩn lactic
- Dịch đường sữa: được dùng làm nguyên liệu lên men cho Lactobacillus bulgaricus vì chủng
này có khả năng lên men lactose. Vì giá thành nguyên liệu đầu vào cao và hàm lượng muối cao
của dịch đường sữa gây nên giá thành sản phẩm tinh khiết cao. [2]
- 1,2 propandiol [2] được dùng làm nguyên liệu lên men cho Lactobacillus bulgaricus vì chủng
này có khả năng lên men lactose.Phương pháp này là một quy trình hiếu khí được tiến hành ở 25-
37
0
C trong môi trường chứa 3% 1,2 propandiol; 0.4% ure; 0.1% K
2
HPO
4
; 0.05% MgSO
4
.7H
2
O;
0.05% KCl; 0.001% FeSO
4
.7H
2
O và 0.05% cao nấm men. Quá trình bắt đầu ở pH 7-9 sau đó
không cần điều chỉnh pH. Sau 72 giờ, có thể đạt được 0.9% axit lactic trong môi trường ở 30
0
C.
- Tinh bột ngô [2] môi trường bao gồm 9 phần tinh bột ngô, 1 phần bột đại mạch thủy phân với
axit sunfuric 0.5N. Sau khi pha loãng tới khoảng 9% hàm lượng đường tổng số thì bổ sung

những lượng nhỏ sunfat amon và sunfit natri. Môi trường được khử trùng và tiến hành nuôi cấy
với chủng Lactobacillus delbrueckii. Nuôi cấy ở 50
0
C. Thời gian lên men là 5 ngày.
- Đường saccarose 12-18% [2] tạo môi trường thuần khiết nhất và ít tốn kém nhất trong quá trình
tinh chế sản phẩm xong nguyên liệu đầu vào giá thành khá cao.
- Bùn thải từ ngành công nghiệp sản xuất giấy. [8]Bùn chứa một tỷ lệ phần trăm cellulose cao
và có thể thủy phân thành glucose trước khi được lên men với vi khuẩn lactic. PH tối ưu của SSF
để sản xuất các axit lactic bởi vi khuẩn axit lactic vào khoảng pH = 5,0 và nhiệt độ tối ưu là
khoảng 40
0
C.
- Bột sắn: [9]là nguyên liệu rẻ tiền chứa hàm lượng cacbohyrate cao.
Trang 9
Sản xuất axit lactic
- Mật rỉ đường.
2.2 Mật rỉ đường: [10]
Trong rỉ đường bao gồm 25-40% saccarose, 15-25% đường khử (glucose và fructose), và
3-5% đường không lên men được tạo nên trong quá trình chế biến đường, 20% nước và khoảng
10% các chất phi đường. Các chất phi đường thường chứa các muối vô cơ và cả hữu cơ. Phi
đường chứa nito của rỉ đường mía chủ yếu là các axit amin cùng với một lượng rất nhỏ protein
và các sản phẩm phân giả của nó. Phi đường khôngchứa nito gồm pectin, hay galactose. Trong rỉ
đường mía còn chứa rất nhiều các vitamin như axit pantotenic, nicotinic, folic, B
1
,B
2
, đặc biệt là
biotin.
Các chất thành phần
Hàm lượng % trong

đường
Saccharose 32
Chấthữucơphiđường 10
Chấttro 8
Trongđó:K
2
O
3.5
CaO 1.5
MgO 0.1
SiO
2
0.5
SO
3
1.6
Cl
2
0.4
Na
2
O+Fe
2
O
3
+Al
2
O
3
0.2

P
2
O
5
0.2
N tổng 5-2.2
N-amin 0.2-0.5
Bảng1: Thành phần cácchấttrongrỉ đường
Vitamin Hàm lượng
(mg%)
Thiamin 0.5
Riboflavin 0.12
Pyridoxin 0.9
Trang 10
Sản xuất axit lactic
Nicotinamit 1.5
Acidpantotenic 7.0
Acidfoleic 0.02
Biotin 0.15
Inozit 500.0
Bảng2: Thành phần vitamin trong rỉ đường mía
Vì vậy, rỉ đường là cơ chất thích hợp nhất dùng trong sản xuất axit lactic.
• 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 hơn1.4 %
- 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.
• Cầnbổ sung thêm:

- Nguồn N là ure hoặc amonisulfat.
- Nguồn P là supephosphat (khoảng1 % 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 H
2
SO
4
tới pH=2.8-3.0 và gia nhiệt trong vài giờ. Nhiệt độ thấp nhất là 75
o
C, nếu
kết hợp khuấy thì càng tốt (đẩy SO
2
ra khỏi rỉ đường).
3. Phương pháp sản xuất axit lactic
3.1 Quy trình công nghệ
Trang 11
Sản xuất axit lactic
3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ:
3.2.1 Chuẩn bị môi trường lên men [7]
- Nguyên liệu sử dụng là rỉ đường
- Pha loãng theo tỷ lệ nước: rỉ=3:1,sau đó cho dung dịch này chảy qua than hoạt tính. Than
hoạt tính sẽ hấp thụ các chất màu trong mật rỉ, khi đó mật rỉ sẽ sáng màu hơn.
- Tiếp tục làm loãng mật rỉ đến nồng độ chất khô 15% và axit hóa môi trường bằng axit
sunfuric 0,5% so với lượng rỉ đường. Acid sulfuric có ý nghĩa như một chất điều hòa pH, chất
phá vỡ hệ keo, chuyển hóa đường saccaro thành đường nghịch đảo giúp quá trình lên men sau
này tốt hơn. Sau đó đun nóng dịch đến 9095
0
C trong 6h.
- Tiếp tục pha loãng dung dịch đường xuống còn 5-10% và điều chỉnh pH ngược lại đến
6,3-6,5. Làm nguội dung dịch đường xuống 45

0
C và bơm chúng vào thùng lên men.
3.2.2 Điều khiển quá trình lên men:
Vi khuẩn lactic đã được nuôi cấy riêng lượng men giống chiếm khoảng 3-5% thể tích thùng
lên men. Thùng lên men được trang bị cánh khuấy và ruột gà để cấp nhiệt độ.
Trong sản xuất lactic người ta thường sử dụng các loại vi khuẩn lactic đồng hình là vi
khuẩn lactobaccillus denbruckii. Đối với vi khuẩn này lên men được tiến hành ở 45
0
C. Ở nhiệt
độ dưới 40
0
C vi khuẩn sẽ lên men kém đồng thời các tạp khuẩn sẽ phát triển. Nếu nhiệt độ cao
hơn sẽ làm giảm hoạt tính. Nên duy trì nhiệt độ lên men 45
0
C ở suốt quá trình.
-pH duy trì 5-6. Thời gian lên men 7-10 ngày.Những điều kiện lên men trên có thể thay đổi
tùy theo giống.
- Quá trình lên men lactic sẽ thuận lợi khi môi trường phản ứng có acid. Tuy nhiên vi
khuẩn lactic sẽ không chịu được nếu nồng độ acid trong môi trường lên men quá lớn. Do đó,nếu
Trang 12
Sản xuất axit lactic
lượng axit lactic dư thừa không được trung hòa thì sự lên men sẽ bị dừng lại trước khi đường bị
chuyển hóa hoàn toàn thành axit lactic.
- Trong quá trình lên men người ta sử dụng vôi mịn để trung hòa lượng axit tạo thành nhằm
tránh hiện tượng axit hóa dung dịch lên men và tạo ra lactate canxi. Hằng ngày người ta cho vôi
mịn vào 3—4 lần trong ngày. Cách trung hòa này vẫn giữ được phản ứng axit của môi trường lên
men làm cho vi sinh vật ngoại rơi vào không phát triển được. Số lượng CaCO3 cho tùy thuộc vào
lượng axit lactic tạo thành và lượng CaCO3cho vào đủ trung hòa lượng acid lactic.
+ Giai đoạn tạo lactate canxi và thu nhận acid lactic
Dung dịch sau khi lên men được đun nóng đến 80-90

0
C. Dùng CaCO
3
điều chỉnh độ pH
dung dịch lên men đến 10-11 và giữ yên pH này trong 3-5h. Trong khoảng thời gian này các chất
lắng và sinh khối vi sinh vật sẽ lắng xuống đáy. Loại bỏ chất lắng này lấy dịch trong. Đem lọc
dịch trong bằng máy lọc khung bản ở nhiệt độ 70-80
0
C.
Lọc xong toàn bộ dịch lên men được chuyển qua thiết bị tạo kết tủa lactate canxi. Mất từ
10—16h.
Quá trình tạo kết tủa kết thúc bằng máy lọc khung bản. Lọc xong để riêng kết tủa và dịch
lọc. Dịch lọc được đem đi cô đặc lại và đem kết tủa lại lần nữa để thu hồi toàn bộ acid lactic có
trong dịch men. Phần kết tủa này được trộn chung với phần trước và đem sang thiết bị thu nhận
axit lactic.
Thu nhận axit lactic:
Cho axit sunfurric vào phần kết tủa khi đó phản ứng sẽ xảy ra và tạo thành CaSO
4
kết tủa
loại bỏ phần kết tủa này thì thu được acid lactic.
Acid lactic được tạo thành theo phương trình
Ca(C
3
H
5
O
3
) +H
2
SO

4
CaSO
4
+C
3
H
6
O
3
Dung dịch acid lactic đệm khử màu bằng than hoạt tính và đem cô chân không để thu nhận
acid lactic tinh khiết.
3.2.3 Phương pháp và kĩ thuật nhân giống trong quy trình: [7,10]
3.2.3.1 Yêu cầu:
Số lượng tế bào trong môi trường nuôi lên giá trị cao nhất,trong khoảng thời gian ngắn
nhất với những chi phí thấp nhất về chi phí và năng lượng. Sinh khối thu được phải có hoạt tính
lên men cao,tỷ lệ tế bào chết càng thấp càng tốt.
Trong quá trình nhân giống cần đảm bảo cho giống được thuần khiết,điều này rất quan
trọng vì nếu giống có sinh vật lạ thì quá trình sẽ gây hư hỏng và dẫn đến chất lượng không tốt
của sản phẩm.
3.2.3.2 Cơ sở khoa học của quá trình nhân giống
Chọn môi trường với thành phần cơ chất thích hợp để nuôi vi sinh vật.
Chọn phương pháp và điều kiện nuôi tối ưu (pH,nhiệt độ,sự cung cấp oxi…) cho quá trình
tăng sinh khối của giống.
Mục đích:tăng số lượng vi sinh vật
3.2.3.3 Tiến hành nhân giống
Trang 13
Sản xuất axit lactic
Để cấy giống một lượng canh trường vi khuẩn xác định được cho vào môi trường dinh
dưỡng đã được xử lý nhiệt sau khi điều chỉnh đến nhiệt độ thích hợp. Để ngăn chặn đến bất
thường trong canh trường điều quan trọng nhất là lượng giống cấy,nhiệt độ nuôi cấy và thời gian

nuôi cấy phải được giữ không đổi trong suốt tất cả các giai đoạn.
• Thực hiện:
Trong phòng thí nghiệm:
Giống được nhân trong các bình cầu, khi nhiệt độ khoảng 37-40
0
C, cho canh trường lỏng
vào tỷ lệ 5% thể tích. Giữ ở 40-45
0
C sau 8-10h giống đạt yêu cầu có thể dùng nhân giống tiếp
tục ở các thể tích lớn hơn.
Sơđồ:
Giống vi sinh vật được bảo quản trên thạch nghiêng tại nhà máycấy giống nuôi và thu
nhận giống cấp 1(10ml môi trường)nuôi và thu nhận giống cấp 2(100ml môi trường)nuôi và
thu nhận giống cấp 3(1lit môi trường)nuôi và thu nhận giống cấp 4(10l môi trường)nuôi và
thu nhận giống cấp 5(100 lit môi trường)nuôi và thu nhậ giống cấp 6(1000lit môi trường)…
Từ thu giống cấp 1cấp 4 là giai đoạn nhân giống phòng thí nghiệm.
Từ cấp 5 trở lên là trong phân xưởng sản xuất với lượng lớn.
Trang 14
Sản xuất axit lactic
Trong phân xưởng:
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 lý đang ở thời kỳ hoạt động mạnh nhất để cấy vào môi trường lên men.Nhân giống ở đây có
thể phải trải qua 2-3 bước,ta thường gọi là nhân giống cấp 1,2,3….tùy theo 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 pH. Nhiệt độ,dinh dưỡng và các yếu tố sinh trưởng thì tối ưu hơn cho sự sinh sản của vi
khuẩn.
Cach trường nhân giống vi khuẩn là một canh trường tinh khiết đi từ một tế bào ban đầuvi

khuẩn lactic đã được nuôi cấy ở phân xưởng nhân giống. Khi lượng giống đảm bảo về số lượng
tế bào,khoảng 10^6 tế bào/1ml tiến hành lên men.
3.2.4 Nuôi cấy lên men:
Người ta chuyển giống vào thùng lên men với tỷ lệ giống là 2.5-3%.
Đối với vi khuẩn này, người ta thường dùng nhiệt độ trong suốt quá trình là 40-44
0
C, pH
duy trì 6.2±0.2,thời gian lên men 1-8 ngày,tuy nhiên những điều kiện lên men trên có thể thay
đổi vi khuẩn lactic mà ta sử dụng.
Trong quá trình lên men tiến hành khấy trộn liên tục môi trường. Nhiều khi người ta tiến
hành thổi khí,việc làm này tạo nhiều lượng axit hơn.
3.2.5 Các phương pháp chiết tách axit lactic [7,10]
- Phương pháp thu nhận axit lactic chung:
Thu nhận ở điều kiện pH>pKa
Đầu tiên người ta cho dung dịch lên men tiếp xúc với chất hấp thụ alamin 336
Tiếp đến chất hấp thụ sẽ tiếp xúc với amoniac và trialkilamin và phân tử thấp là
trimethylamin <TMA> TMA sẽ tạo thành trymethylamonium<TMAm> sau đó TMA và nước sẽ
được tái sử dụng,còn axit lactic sẽ được thu nhận.
- Phương pháp tách pha
Axit lactic được chuyển thành lactate canxi ở dung dịch lên men. Dung dịch này sẽ được
chuyển qua thiết bị lọc. Phần sinh khối được tái sử dụng,phần lactat hòa tan được cô đặc đến
khối lượng 40-70% khối lượng ban đầungười ta điều chỉnh pH bằng Na
2
CO
3
đến pH 6,0-6,5 để
tạo ra lactat natri. Lactat natri được đưa vào thiết bị chứa trialkylamin và CO
2
ở áp suất 75 pSi.
Lúc này dung dịch sẽ tạo thành 2 pha:

• Pha hữu cơ gồm chất hấp thụ axit actic.
• Pha hòa tan gồm muối cacbonate natri và axit cacbonic.
Người ta thu hồi axit lactic từ pha hữu cơ bằng phương pháp chưng cất chân không với áp
suất 2-10mmHg, ở nhiệt độ 80-240
0
C.
- Phương pháp trích ly
Sau khi lên men người ta dùng CaCO
3
đưa pH lên men đến 6,5và thực hiện các điều kiện
cho việc tạo lactic canxi như phương pháp truyền thống.
Trang 15
Sản xuất axit lactic
Toàn bộ dung dịch cả phần lactate và toàn bộ dung dịch được đưa vào thiết bị thẩm tích
điện để thu nhận lactate canxi ở dạng lỏng và sinh khối vi sinh vật. Sinh khối vi sinh vật có khả
năng lên men sẽ được chuyển lại để lên men mẻ kế tiếp. Lactate canxi được cô đặc chân không
và chuyển sang máy thẩm tích điện trích ly để thu nhận axit lactic dung dịch axit lactic sẽ được
chuyển qua cột trao đổi ion để tách các ion Ca+ và các ion khác. Axitlactic sau khi thu được sẽ
có độ tinh khiết đến 99%.
3.2.6 Ưu nhược điểm của phương pháp lên men đồng hình
+Ưu điểm:
• Cơ chất mang vào quy trình là dễ kiếm, rẻ tiền,phổ biến.
• Phương pháp lên men đồng hình sẽ tạo được lượng acid tạo ra lớn năng suất cao đến 90% acid
lactic.
• Sử dụng loại vi khuẩn phổ biến.
+ Nhược điểm:
• Tuy nhiên sử dụng cơ chất là rỉ đường thì quy trình sản xuất sẽ kéo dài tốn nhiều công đoạn,hóa
chất để xử lý.
• Lượng sản phẩm tạo ra không tinh khiêt bằng công nghệ lên men hiện đại.
4. Hướng phát triển:

Công nghệ sản xuất axit lactic đã ra đời từ rất lâu nhưng nó vẫn là một mảnh đầy tiềm
năng cho các nhà khoa học để nâng cao chất lượng và giá thành của sản phẩm.
Vấn đề vi sinh vật là rất quan trọng. Cần tìm và tạo ra các chủng vi sinh vật sản xuất
axit lactic có thể sử dụng các cơ chất thô ban đầu như cellulose, tinh bột mà không cần thủy phân
trước hay các chủng có thể vẫn sinh trưởng và phát triển khi nồng độ axit lactic trong môi trường
lên men đạt nồng độ cao.
Vấn đề về công nghệ và máy móc cũng là một vấn đề cần cải thiện để nâng cao chất
lượng sản phẩm. Khoa học công nghệ phát triển sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong việc điều
chỉnh các thông số kỹ thuật tạo điều kiện tối ưu cho quá trình phát triển của vi sinh vật. Vấn đề
cải tiến công nghệ sẽ nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất của quá trình lên men. Ví dụ
như công nghệ lên men kết hợp điện phân dung dịch sẽ giúp lấy dần lượng axit lactic làm giảm
nồng độ của nó trong môi trường lên men để khỏi ức chế quá trình phát triển của vi khuẩn lên
men.[1]
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Novel Method of Lactic acid Production by Electrdialysis Fermentation,
Từ />2. Giáo trình Vi sinh vật học công nghiệp- Kiều Hữu Ảnh, NXB KH-KT, 1999
3. Nguyễn Lân Dũng- Vi sinh vật học, NXB Giáo Dục, 1998.
4. />5. />1.html
Trang 16
Sản xuất axit lactic
6. />khuan-lactic-29339/
7. />8. Effects of intermittent addition of cellulase for production of L-lactic acid from wastewater
sludge by simultaneous saccharification and fermentation. Từ
/>9.Efficient production of L-lactic acid from cassava powder by Lactobacillus rhamnosus. Từ
/>10. />drebrueckii-6989/
11. Biotechnological Production of Lactic Acid and Its Recent Applications
Young-Jung Wee, Jin-Nam Kim and Hwa-Won Ryu
School of Biological Sciences and Technology, Chonnam National University, Gwangju 500-
757,Republic of Korea
12. l-lactic acid by an engineeredThermoanaerobacterium aotearoense with broad

substrate specificity
Xiaofeng Yang1, Zhicheng Lai1, Chaofeng Lai1, Muzi Zhu1, Shuang Li12*, Jufang
Wang1* and Xiaoning Wang3
13. Evolution of the Bacterial Species Lactobacillus delbrueckii: A Partial Genomic Study
with Reflections on Prokaryotic Species Concept
Jacques-Edouard Germond * , Luciane Lapierre * , Michèle Delley * , Beat Mollet * , Giovanna
E. Felis † and Franco Dellaglio †. *Nestlé Research Centre, Nestec Ltd., Lausanne, Switzerland.
Accepted September 10, 2002.
14. Production Of Lactic Acid From Sweet Meat Industry Waste By Lactobacillus Delbruki
Antara Guha1, Soumitra Banerjee 2& Debabrata Bera3 1, 2, 3Food Technology, Techno India,
Salt lake, Kolkata, India

15. />khuan-lactic-29340/
16. />chay-29296/
17. />Trang 17
Sản xuất axit lactic
18. />19. />38051/
Trang 18