Nghiên cứu sản xuất acid lactic từ bã xoài (mangifera indica)

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊNTHAM GIA
CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2014 - 2015

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ACID LACTIC
TỪ BÃ XỒI ( MANGIFERA INDICA)
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và cơng nghệ

Bình Dương, tháng 4 năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG


2

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊNTHAM GIA
CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2014 - 2015

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ACID LACTIC
TỪ BÃ XỒI ( MANGIFERA INDICA)

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Sinh viên thực hiện: ĐẶNG THỊ QUẾ BÌNH
Nữ
Dân tộc: Kinh
Lớp: D12MT01 Khoa: Tài nguyên Môi Trường
Năm thứ: Ba
Số năm đào tạo: 4 năm
Ngành học: Khoa học Môi trường
Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN THỊ KHÁNH TUYỀN
UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


3
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:
Tên đề tài:

“Nghiên cứu sản xuất acid lactic từ bã xồi ( Mangifera

Indica)”.
Nhóm sinh viên thực hiện:
STT
1
2
3

4
5

Họ và tên
Đặng Thị Quế Bình
Hồ Thị Thu Anh
Nguyễn Thị Ngọc Dung
Lý Thế Hùng
Nguyễn Thị Xuân Vân

MSSV
1220510019
1220510196
1220510036
1220510062
1220510183

Lớp
D12MT01
D12MT01
D12MT01
D12MT01
D12MT01

Khoa
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường

Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN THỊ KHÁNH TUYỀN
2. Mục tiêu đề tài:
Xử lý bã xoài và dịch chiết từ bã xoài để lên men acid lactic.
3. Tính mới và sáng tạo:
Xồi là 1 loại quả khá quen thuộc và phổ biến ở Việt Nam, tuy nhiên ở nước ta
chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng loại quả này trong sản xuất acid lactic, mà chủ yếu
được ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.
Sử dụng nguyên liệu từ phế phẩm nông nghiệp ( bã xồi) để sản xuất acid lactic
có tính khả thi. Sản phẩm của đề tài sau nghiên cứu có khả năng ứng dụng rộng rãi.
4. Kết quả nghiên cứu:
 Trong 3 giống vi khuẩn Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus fermentum,
Lactobacillus plantarum, giống Lactobacillus fermentum là giống có khả
năng lên men lactic trên mơi trường dịch và bã xồi tốt nhất.
 Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men lactic từ dịch xoài: thời gian 4 ngày,
tỷ lệ giống 15% với pH = 7,0 có tác dụng của máy lắc thì hàm lượng acid
lactic thu được là 13,95 g/l, hiệu suất lên men là 51,38%.
 Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men lactic từ bã xoài: thời gian 9 ngày, tỷ
lệ giống 15% với pH = 7,0 có tác dụng của máy lắc thì hàm lượng acid
lactic thu được là 11,25 g/l, hiệu suất lên men là 86,93%.
 Quá trình lên men từ dịch xoài sinh ra lượng acid lactic lớn hơn so với q
trình lên men từ bã xồi.


4
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội,giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Xoài là loại quả khá quen thuộc và dễ tìm ở Việt Nam, do đó, xồi được xem là
nguồn nguyên liệu khá tiềm năng để ứng dụng trong sản xuất acid lactic.
Kết quả của đề tài vừa góp phần tận dụng phụ phẩm nơng nghiệp, hạn chế ơ

nhiễm mơi trường, vừa mang lại sản phẩm có giá trị ứng dụng cao và hiệu quả kinh tế.
6.Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ họ tên
tác giả, nhan đề và các yếu tố về xuất bản nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở
đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):
Ngày

tháng

năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực
hiện đề tài:
Các phụ phẩm nông nghiệp là một nguồn tài nguyên quý giá nếu được nghiên
cứu, chuyển hóa, sản xuất thành những sản phẩm có hiệu quả kinh tế cao hơn. Acid
lactic được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp, y tế và nhu cầu ngày càng lớn.
Quả xồi và bã xồi cịn chứa trong đó hàm lượng đường khá cao nên việc nghiên cứu
để chuyển hóa nó thành acid lactic là rất thiết thực.


5
Trong quá trình thực hiện, sinh viên đã chủ động tìm tịi, học hỏi kinh nghiệm
và đạt được những kết quả đáng kể dù điều kiện thí nghiệm cịn khó khăn. Là người
hướng dẫn, tôi đánh giá cao sự nổ lực của nhóm nghiên cứu.

Ngày

tháng

năm

Xác nhận của lãnh đạo khoa

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

(ký, họ và tên)

Xác nhận của UVPB 1

Xác nhận của UVPB 2

(ký, họ và tên)

(ký, họ và tên)

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:
Họ và tên: Đặng Thị Quế Bình

Ảnh 4x6


6
Sinh ngày: 10 tháng 11 năm 1994.
Nơi sinh:
Lớp: D12MT01 Khóa: 2012- 2016
Khoa: Tài Nguyên Môi Trường.
Địa chỉ liên hệ: Lớp D12MT01, Khoa Tài Nguyên Môi Trường, Trường ĐH Thủ Dầu
Một.
Điện thoại: 0924540277
Email:
II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP
* Năm thứ 1:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Khá
* Năm thứ 2:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Khá
* Năm thứ 3:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Khá

Xác nhận của lãnh đạo khoa

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Ngày 15 tháng 04 năm 2015
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài


i

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................1

2.

Mục tiêu đề tài..................................................................................................2

3.

Nội dung nghiên cứu........................................................................................2

4.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu........................................................................3

5.

4.1.

Đối tượng nghiên cứu...........................................................................3

4.2.

Phạm vi nghiên cứu..............................................................................3

Ý nghĩa đề tài...................................................................................................3
5.1.

Ý nghĩa khoa học..................................................................................3

5.2.

Ý nghĩa thực tiễn..................................................................................3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN..........................................................................................4
1.1. Giới thiệu chung về xoài và bã xoài.................................................................4
1.1.1.

Nguồn gốc............................................................................................4

1.1.2.

Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế...................................................4

1.1.3.

Bã xoài..................................................................................................5

1.2. Tổng quan về quá trình lên men lactic..............................................................6

1.2.1.

Giới thiệu chung về acid lactic.............................................................6

1.2.2.

Lên men lactic......................................................................................6

1.3. Vi khuẩn lên men lactic....................................................................................8
1.3.1.

Đặc điểm chung....................................................................................8

1.3.2.

Chủng vi sinh vật được sử dụng để lên men lactic................................9

1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic........................................12
1.4.1.

Ảnh hưởng của pH..............................................................................12

1.4.2.

Ảnh hưởng của nhiệt độ......................................................................13

1.4.3.

Ảnh hưởng của oxy............................................................................13

ii
1.4.4.

Ảnh hưởng của nồng độ đường..........................................................14

1.5. Các phương pháp lên men lactic.....................................................................14
1.5.1.

Phương pháp sản xuất truyền thống....................................................14

1.5.1.1. Chuẩn bị môi trường lên men.............................................................14
1.5.1.2. Giai đoạn lên men...............................................................................15
1.5.1.3. Giai đoạn tạo lactate canxi và thu nhận acid lactic.............................15
1.5.2.

Phương pháp thẩm tích điện và trao đổi ion.......................................15

1.5.2.1.

Giống và môi trường lên men:.................................................................15

1.5.2.2.

Phương pháp thu nhận acid lactic............................................................16

1.6. Ứng dụng của acid lactic................................................................................16
1.6.1.

Ứng dụng trong thực phẩm.................................................................16

1.6.2.

Ứng dụng trong y học – phẫu thuật chỉnh hình...................................16

1.6.3.

Các ứng dụng khác.............................................................................17

1.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu quá trình lên men tạo acid lactic từ bã xồi ở
Việt Nam và trên thế giới:........................................................................................17
1.7.1.

Tình hình nghiên cứu ngồi nước:......................................................17

1.7.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước:......................................................17

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................19
2.1. Đối tượng nghiên cứu:....................................................................................19
2.1.1.

Nguyên liệu lên men...........................................................................19

2.1.2.

Giống vi sinh vật................................................................................19

2.1.3.

Môi trường nuôi cấy...........................................................................19

2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................20
2.2.1.

Quy trình thực hiện.............................................................................20

2.2.2.

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn.....................................................20

2.2.2.1. Xử lý nguyên liệu...............................................................................20


iii
2.2.2.2. Hoạt hóa và chọn giống vi khuẩn cho quá trình lên men....................21
2.2.2.3. Phương pháp đo mật độ quang...........................................................22
2.2.2.4. Phương pháp chuẩn độ đường khử bằng acid dinitrosalicylic (DNS)..22
2.2.2.5. Phương pháp xác định hàm lượng acid lactic.....................................24
2.2.2.6. Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic từ dịch xoài và
bã xoài…............................................................................................................ 25
2.2.3.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.....................................................26

2.2.3.1. Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.....................................26
2.2.3.2. Phương pháp toán học........................................................................26
2.2.4. Phương pháp chuyên gia.............................................................................27
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................28

3.1. Khảo sát quá trình chọn giống vi khuẩn lên men lactic..................................28
3.1.1.

Q trình hoạt hóa chủng giống vi khuẩn...........................................28

3.1.2.

Quá trình chọn giống vi khuẩn để tham gia vào q trình lên men.....28

3.1.3.

Ni cấy trên mơi trường YGC Agar..................................................28

3.1.4.

Ni cấy trên mơi trường dịch và bã xồi...........................................29

3.1.5.

Xác định số lượng tế bào vi sinh vật trong môi trường lên men.........30

3.2. Xây dựng đường chuẩn đường glucose..........................................................31
3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men...............................32
3.3.1.

Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất lên men lactic.....32

3.3.2.

Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến hiệu suất lên men lactic...35

3.3.3.

Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất lên men lactic..............38

3.3.4.

Khảo sát sự ảnh hưởng yếu tố tĩnh động đến hiệu suất lên men lactic..40

3.4. Hiệu suất quá trình lên men............................................................................43
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................47
4.1. Kết luận..........................................................................................................47


iv
4.1.1.

Đề tài nghiên cứu đạt được một số kết quả sơ bộ:..............................47

4.1.2.

Những ưu điểm của đề tài nghiên cứu................................................47

4.1.3.

Những hạn chế của đề tài nghiên cứu.................................................47

4.2. Kiến nghị........................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................49
Tài liệu trong nước...................................................................................................49

Tài liệu ngoài nước..................................................................................................49
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 50
1.

2.

3.

Thành phần một số loại môi trường................................................................50
1.1.

Môi trường MRS Broth (de Man, Rogosa and Sharpe Broth)............50

1.2.

Môi trường MRS agar (de Man, Rogosa and Sharpe agar).................50

1.3.

Môi trường YGC agar (Yeast extract Glucose Calcium carbonat)......50

1.4.

Dung dịch nước muối pepton SPW (Saline Pepton Water).................51

Cách pha một số thuốc thử.............................................................................51
2.1.

Thuốc thử phenolphtalein 1%.............................................................51

2.2.

Thuốc thử DNS...................................................................................51

Kỹ thuật vi sinh..............................................................................................51
3.1.

Kỹ thuật hộp trải.................................................................................51

3.2.

Phương pháp đếm khuẩn lạc...............................................................52

3.3.

Phương pháp đo mật độ quang...........................................................53


v

DANH MỤC HÌNH
Hình1.1. Lactobacillus acidophilus..............................................................................11
Hình1.2. Lactobacillus plantanrum..............................................................................11
Hình1.3.Lactobacillus fermentum................................................................................12
Hình 2.1. Dịch xoài ( a) và bã xoài ( b) sau xử lý.......................................................19
Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát về quy trình thực hiện........................................................20
Hình 2.3 . Sơ đồ quy trình xử lý dịch xồi...................................................................20
Hình 2.4. Quy trình xử lý bã xồi................................................................................21
Hình 3.1. Kết quả ni cấy trên mơi trường YGC Agar...............................................29
Hình 3.2. Số khuẩn lạc ở các độ pha lỗng 10-2, 10-3, 10-4............................................30

Hình 3.3. Đường chuẩn glucose...................................................................................31
Hình 3.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất khử đường của quá trình
lên men từ dịch (D) và bã xồi (B) sau xử lý...............................................................33
Hình 3.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng acid lactic tạo ra của
quá trình lên men từ dịch (D) và bã xoài (B) sau xử lý................................................34
Hình 3.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến hiệu suất khử đường của quá trình
lên men từ dịch và bã xồi sau xử lý............................................................................36
Hình 3.7. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến hàm lượng acid lactic tạo ra của
quá trình lên men từ dịch và bã xồi sau xử lý.............................................................36
Hình 3.9. Khảo sát sự ảnh hưởng của yếu tố tĩnh động đến hiệu suất khử đường của
quá trình lên men từ dịch và bã xồi sau xử lý.............................................................41
Hình 3.10. Khảo sát sự ảnh hưởng của yếu tố tĩnh động đến hàm lượng acid lactic tạo
ra của quá trình lên men từ dịch và bã xoài sau xử lý..................................................41


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần của nguyên liệu xoài (g/100g ăn được) [4].................................4
Bảng 1.2. Thành phần vitamin và khoáng của nguyên liệu xoài....................................5
(mg/100g ăn được)[4]....................................................................................................5
Bảng 2.1. Cách xây dựng đường chuẩn glucose..........................................................23
Bảng 3.1. pH của môi trường dịch và bã xoài sau 48h lên men từ 3 giống vi khuẩn.. .29
Bảng 3.2. Mật độ tế bào và OD tương ứng của các cấp pha loãng...............................31
Bảng 3.3. Nồng độ đường khử trước và sau xử lý của dịch và bã xồi........................32
Bảng 3.4. pH và mật độ vi khuẩn của mơi trường lên men ở thời gian tối ưu..............34
Bảng 3.5. pH và mật độ vi khuẩn của môi trường lên men ở tỉ lệ giống tối ưu............37
Hình 3.7.Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử đường của quá trình lên
men từ dịch và bã xồi sau xử lý..................................................................................39
Hình 3.8.Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hàm lượng acid lactic tạo ra của quá trình

lên men từ dịch và bã xoài sau xử lý............................................................................39
Bảng 3.6. Mật độ vi khuẩn của môi trường lên men ở pH tối ưu.................................40
Bảng 3.7. Mật độ vi khuẩn của môi trường lên men ở điều kiện tối ưu.......................42
Bảng 3.8. Hàm lượng acid lactic của mẫu ở điều kiện tối ưu và mẫu đối chứng.........43
Bảng 3.9. Hàm lượng đường và lượng acid lactic tạo ra khi lên men..........................43
ở điều kiện tối ưu.........................................................................................................43
Bảng 3.10. Hiệu suất của quá trình lên men ở điều kiện tối ưu....................................44


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một nước nông nghiệp. Hàng năm lượng phế thải dư thừa trong
q trình chế biến các sản phẩm nơng sản, thực phẩm ở nước ta rất lớn và đa dạng về
chủng loại. Điều đó đã gây ra nỗi lo về các bãi chứa, đe dọa ô nhiễm môi trường với
những địa phương có thế mạnh về sản xuất nơng nghiệp.
Trước kia, khi chưa cơ giới hóa trong nơng nghiệp, các phế phẩm nông nghiệp
sẽ được tái sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên, ngày nay khi đời sống
con người càng tiến bộ hơn, các sản phẩm cung cấp cho nông nghiệp ngày càng nhiều
và đa dạng, con người khơng cịn chú trọng đến việc tái sử dụng những phế phẩm nông
nghiệp, mà hầu như đều được thải trực tiếp vào môi trường. Điều này gây ô nhiễm mơi
trường rất lớn và gây lãng phí nguồn ngun liệu sẵn có.
Xồi là một trong những loại quả có giá trị dinh dưỡng cao, được nhiều người
ưa thích và được xem là loại quả quý. Ở Việt Nam, xoài được trồng rải rác từ Bắc đến
Nam, chủ yếu ở Nam Bộ và Nam Trung Bộ, nhưng tập trung nhiều vào các tỉnh Nam
Bộ. Sản lượng xoài ở nước ta vào khoảng 570.000 tấn (năm 2010), cơng nghiệp chế
biến xồi ngày càng phát triển. Lượng phế phẩm từ loại quả này được ước tính trung
bình khoảng 114.000 tấn. Nếu khơng đực quản lý tốt cũng sẽ phần nào ảnh hưởng đến
môi trường xung quanh.

Lên men lactic là q trình chuyển hóa đường thành acid 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. Sản phẩm của quá trình này là acid lactic, được ứng dụng rất nhiều
trong các ngành như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, y tế…
Lượng đường trong phụ phẩm xồi cao, có thể chiếm đến 70,7%. Chúng ta có
thể sử dụng nguồn nguyên liệu này để lên men lactic thu được sản phẩm mong muốn
có giá trị kinh tế và giải quyết được vấn đề mơi trường. Hiện nay, trên thế giới đã có
nhiều nghiên cứu về khả năng lên men lactic từ bã xoài như:


2
 Nghiên cứu sản xuất acid lactic từ vỏ xoài của nhóm nghiên cứu Đại học
Sains – Malaysia ( 2012).
Trong nghiên cứu của mình, nhóm thực hiện khảo sát ảnh hưởng của 3 yếu tố:
nhiệt độ (15 đến 350C), pH (4 và 10) và thời gian ủ (3 và 6 ngày) đến hiệu suất của q
trình lên men; từ đó đưa ra kết luận về điều kiện tối ưu cho q trình sản xuất acid
lactic từ vỏ xồi.
Dựa trên kết quả nghiên cứu, nhóm kết luận điều kiện tối ưu cho q trình sản
xuất acid lactic từ vỏ xồi là pHtb = 10; thời gian ủ là từ 6 ngày; và ủ ở nhiệt độ 35 0C.
Lượng acid lactic thu được là 17,484 g/l. Nghiên cứu đã góp phần trong việc khẳng
định khả năng sản xuất acid lactic từ vỏ xoài.
 Nghiên cứu sản xuất acid lactic và ảnh hưởng của nó đối với giấy của nhóm
nghiên cứu Đại học Ain Shams ( 2006)
Nhóm nghiên cứu này cũng thực hiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như nhóm
nghiên cứu Đại học Sains – Malaysia ( 2012) đến hiệu suất của quá trình lên men
lactic từ 2 loại vật liệu là bã xồi và bột giấy. Trong q trình nghiên cứu, nhóm sử
dụng giống Lactobacillius bulgaricus trong q trình lên men.
Từ kết quả đạt được, nhóm đưa ra kết luận như sau: điều kiện tối ưu cho quá
trình sản xuất acid lactic là pH = 6, t = 40 0C, thời gian ủ là 6 ngày, nồng độ đường =

10%. Hiệu suất chuyển hóa đạt khoảng 84%.
Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy khả năng tái sử dụng bã xoài để lên
men tạo acid lactic là rất cao. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu sản xuất acid lactic từ bã
xoài ( Mangifera Indica)” là rất thiết thực và có tính khả thi.


3
2. Mục tiêu đề tài
Nhằm nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic
với nguyên liệu là bã xoài và dịch chiết từ bã xoài; đánh giá hiệu suất tạo acid lactic.
3. Nội dung nghiên cứu
 Nghiên cứu khả năng lên men lactic của 3 giống vi khuẩn Lactobacillus trong
mơi trường dịch xồi và bã xồi.
 Nghiên cứu q trình lên men lactic trực tiếp từ dịch chiết từ bã xoài và từ bã
xoài
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic:

+ Ảnh hưởng của thời gian lên men đến quá trình lên men lactic.

+ Ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến quá trình lên men lactic.

+ Ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men lactic

+ Ảnh hưởng của yếu tố tĩnh – động đến quá trình lên men lactic.
Khảo sát quá trình lên men lactic ở các điều kiện tối ưu. Đánh giá hiệu
suất lên men từ hai q trình trên. Từ đó, rút ra kết luận về khả năng lên
men của mơi trường dịch xồi và bã xoài.
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Bã xoài .

4
Các vi khuẩn có khả năng lên men lactic: Lactobacillus acidophilus,
Lactobacillus plantanrum, Lactobacillus fermentum.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm.
5. Ý nghĩa đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo acid lactic và hàm
lượng acid lactic trong dịch sau lên men. Nghiên cứu là cơ sở để đánh giá hiệu quả của
việc tái sử dụng bã xồi và các phụ phẩm nơng nghiệp khác để tạo ra các sản phẩm có
giá trị hơn và thân thiện với môi trường.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tận dụng được lượng phế phẩm trong nông nghiệp (bã xồi) để tạo ra nguồn
ngun liệu chính sản xuất acid lactic.
Giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế trong
sản xuất.
Giảm giá thành sản xuất axit lactic.

Đẩy mạnh cơng nghiệp hóa sản xuất.

Nâng cao ý thức tái sử dụng phế phẩm cho mọi người.


5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về xoài và bã xồi
1.1.1. Nguồn gốc

Xồi có tên khoa học là Mangifera Indica. Theo các tác giả Ấn Độ, xoài là một
cây nhiệt đới lâu năm, có nguồn gốc từ miền Đơng Bắc Ấn Độ, Bắc Myanmar, ở các
vùng đồi chân dãy Hymalaya và từ đó lan đi khắp thế giới, sớm nhất sang Đông
Dương, Trung Quốc và các nước Đông Nam Á.
1.1.2. Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế [4]
Xoài là cây ăn quả nhiệt đới quan trọng ở nước ta được trống phổ biến ở nhiều
vùng để lấy quả, lấy gỗ, làm cây bóng mát, cây cảnh và cây che phủ đất chống xói
mịn.
Giá trị dinh dưỡng của xồi theo phân tích của các tác giản Ấn Độ: tỉ lệ thịt quả
70% so với trọng lượng quả, hạt 13%, tổng số chất tan 16% (đo bằng chiết quan kế
cầm tay), độ chua 0,2% tính theo acid citric, đường tổng số 11 – 12%, giá trị nhiệt
lượng trong 100g là 70calo. Xoài giàu vitamin A, B2 và C. Đặc biệt là vitamin A,
trong 100g ăn được có 4,8mg. Ngồi ra, cịn có các loại muối khống K, Ca, P, Cl.
Bảng 1.1. Thành phần của nguyên liệu xoài (g/100g ăn được) [4]
Thành phần
Nước
Năng lượng
Protein
Lipid tổng số
Tro
Carbohydrate
Xơ
Đường

Trong 100g ăn được
81.71
65.00
0.51
0.27
0.50

17.00
1.80
14.80
( Nguyễn Huỳnh Diễm Ngọc, 2007)


6
Bảng 1.2. Thành phần vitamin và khoáng của nguyên liệu xoài
(mg/100g ăn được)[4]
Thành phần

Hàm lượng

Thành phần

Hàm lượng

10
0.13
9
11
156
2
0.04
0.11
0.027
0.6
445
17

Vitamin C
Thiamin
Riboflavin
Niacin
Pantothenic
Vitamin B-6
Folate
Vitamin A, IU
Vitamin A, RAE
Vitamin E
Vitamin K (mcg)
Beta cryptoxanthin

27.7
0.058
0.057
0.584
0.160
0.134
14
765
38
1.12
4.2
11

Calcium
Iron
Magnesium
Phosphorus

Potassium
Sodium
Zinc
Copper
Manganese
Selenium
Beta caratene (mcg)
Alpha caratene (mcg)
( Nguyễn Huỳnh Diễm Ngọc, 2007)
1.1.3. Bã xoài [10]
Trong thực tế, bã xoài là một sản phẩm phụ của ngành cơng nghiệp chế biến
xồi, tuy nhiên lại có thể được xem là một nguồn nguyên liệu giàu các hợp chất hoạt
tính sinh học và các enzyme như protease, peroxydase, polyphenol oxidase,
carotenoids, vitamin C và E, chất xơ, các enzym và carbohydrate với hàm lượng
khoảng 20,80 - 28,20% trong các mẫu khơ của vỏ xồi.
Lượng bã xồi chiếm đến 20 - 25% tổng khối lượng quả xồi, do đó lượng bã
xồi thải ra môi trường là rất lớn. Tuy nhiên, hiện nay, bã xoài hầu như chưa được xử
lý hay tái sử dung nhiều. Điều này cũng góp phần gây ơ nhiễm mơi trường và lãng phí
tài ngun. Vì vậy, việc tận dụng phế phẩm này cho các mục đích kinh tế và môi
trường là rất thiết thực và khả thi.


7
1.2. Tổng quan về quá trình lên men lactic
1.2.1. Giới thiệu chung về acid lactic [8]
Acid lactic là một acid carboxylic với cơng thức hóa học C 3H6O3. Khối lượng
phân tử của acid lactic là 98,08. Nhiệt độ sôi là 1220C, điểm tan 170C.
Acid lactic cịn có tên gọi khác là 1– hydroxyethanol cacboxylic hay acid 2–
hydroxypropanoic. Trong cấu tạo phân tử của chúng có một cacbon bất đối xứng nên
chúng có 2 đồng phân quang học: D–acid lactic và L –acid lactic. Hai đồng phân

quang học này có tính chất hoá lý giống nhau, nhưng chỉ khác là khả năng làm quay
mặt phẳng phân cực của ánh sáng. Do đó tính chất sinh học của chúng hồn tồn khác
nhau.
Loại L –acid lactic ở dạng tinh thể, tan trong nước, cồn etylic, ete, khơng tan
trong CHCl3. Nhiệt độ nóng chảy là 280C, góc quay cực ở 150C là 2,670C.
Loại D-acid lactic ở dạng tinh thể, tan trong nước, cồn. Nhiệt độ nóng chảy là
280C, nhiệt độ sơi 1030C, góc quay cực ở 150 là –2,260.
1.2.2. Lên men lactic [8]
Lên men lactic là q trình chuyển hố đường thành acid 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.
Lên men lactic là một quá trình trao đổi năng lượng. Các phân tử ATP được
hình thành trong q trình chuyển hố cơ chất (lactose) sẽ được vi khuẩn giữ lại trong
tế bào để phục vụ cho quá trình trao đổi và sinh trưởng của vi sinh vật. Ngược lại các
sản phẩm như acid lactic, ethanol, CO 2 được vi khuẩn thải vào môi trường lên men.
Kết quả là hàm lượng acid lactic tích lũy trong môi trường lên men ngày càng tăng,
làm giảm pH môi trường và kéo theo những biến đổi lý hoá khác.


8
Trong q trình lên men lactic, ngồi sản phẩm là acid lactic, acid acetic,
ethanol, CO2 trong dịch lên men còn xuất hiện cả trăm hợp chất hoá học mới khác.
Chúng là sản phẩm trung gian hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men. Hàm lượng
của chúng trong dịch lên men thường rất thấp (vài ppm hoặc ít hơn ). Một số hợp chất
trong nhóm trên rất dễ bay hơi. Chúng đóng vai trị quan trọng trong việc góp phần
hình thành nên mùi vị đặc trưng cho những sản phẩm lên men lactic.
Khi nồng độ của acid lactic đạt 2 – 3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh vật
khác, kể cả E.coli. Chính vì thế nên lên men lactic được ứng dụng để sản xuất nhiều
sản phẩm khác nhau như: sữa chua, bơ, dưa chua…
Phương trình tóm tắt của quá trình lên men lactic:

C6H12O62C3H6O3 + 136Kj (32,4 Kcal)
Lên men lactic gồm có lên men đồng hình và lên men dị hình.

 Lên men đồng hình:
Lượng acid lactic tạo thành chiếm hơn 90%, chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử
carbon chuyển thành acid acetic, ethanol, CO2, và acetoin. Lượng sản phẩm phụ tạo ra
phụ thuộc sự có mặt của oxy.
Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong lên men đồng hình như:
Lactobacterium

casei,

Lactobacterium

cremoris,

Lactobacterium

Lactobacterium delbruckii…
Phương trình tổng quát trong quá trình lên men đồng hình:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi  2CH3CHOHCOOH + 2ATP

bulgaricus,


9
Trong một số trường hợp, lên men đồng hình có thể được chuyển sang dạng dị
hình khi điều kiện lên men thay đổi.

 Lên men dị hình:

Chỉ có 50% lượng đường tạo thành acid lactic, ngồi ra cịn có các sản phẩm
phụ tương tác với nhau tạo thành ester có mùi thơm.
Phương trình tổng quát trong quá trình lên men dị hình:
C6H12O6CH3CHOHCOOH + CH3COOH + C2H5OH
Lượng sản phẩm phụ tạo thành hoàn toàn phụ thuộc vào giống vi sinh vật, môi
trường dinh dưỡng và điều kiện ngoại cảnh. Acid lactic thường chiếm 40% lượng
đường đã được phân huỷ, acid suecinic 20%, rượu etylic 10%, acid acetic 10%, và các
loại khí gần 20%.
1.3. Vi khuẩn lên men lactic [8]
1.3.1. Đặc điểm chung
Năm 1780, 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 hố học liên tiếp phân lập được các loại vi khuẩn khác
nhau.
Vi khuẩn lactic thuộc Lactobacilliaceae. Acid lactic được thừa nhận là sản phẩm
của quá trình lên men vào năm 1847.


10
Vi khuẩn lactic thuộc vi khuẩn Gram (+), không di động, khơng có khả năng tạo
bào tử (tuy nhiên hiện nay người ta đã tìm thấy một số giống thuộc họ vi khuẩn lactic
có khả năng tạo bào tử).
Theo khóa phân loại của Bergay, họ Lactobacilliaceae chia làm 2 họ:
Streptococeae và Lactobacieae.
Streptococeae lại chia ra Streptococcus và Leuconostoc.
Lactobacileae chỉ có 1 lồi là Lactobacillus.
Vi khuẩn lactic có nhiều trong thiên nhiên. Chúng tồn tại nhiều ở cỏ, nhất là cỏ

khô, trong cơ thể người và động vật, trong miệng, ruột. Một số lồi trong họ vi khuẩn
lactic như Streptococcus có khả năng gây bệnh. Nhóm vi khuẩn lactic rất đa dạng gồm
nhiều giống rất khác nhau, tế bào của chúng có thể là hình cầu, hình que,…
Các lồi vi khuẩn lactic khác nhau tạo thành acid lactic trong môi trường với
sức chịu acid cũng khác nhau. Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình tạo thành acid
cao hơn (khoảng 2–3,5%), liên cầu khuẩn (khoảng 1%). Các trực khuẩn này có thể
phát triển ở pH = 3,8 – 4; cầu khuẩn không thể phát triển ở môi trường này. Hoạt lực
lên men tốt nhất ở vùng pH = 5,5 – 6,0.
Vi khuẩn lactic chịu được ở trạng thái khô hạn, bền vững với CO 2 và cồn etylic,
nhiều loài vẫn sống được trong mơi trường có 10 – 15% cồn hoặc cao hơn, một số trực
khuẩn bền với NaCl (tới 7 – 10%).
Các vi khuẩn lactic ưa lạnh phát triển ở nhiệt độ tương đối thấp (5 0C hoặc thấp
hơn), các lồi ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích là 25– 30 0C, các lồi ưa nhiệt có
nhiệt độ tối thích là 40 – 450C.


11
Chúng có khả năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đơi nhưng khơng
có khả năng lên men các loại glucid phức tạp và tinh bột, chỉ có lồi L.delbrueckii là
đồng hoá được tinh bột. Một số vi khuẩn lên men lactic dị hình sử dụng được pentoza
và acid citric.
Một số lồi có khả năng tạo thành màng nhầy. Một số khác có khả năng đối
kháng với thể hoại sinh và các vi sinh vật gây bệnh hoặc làm thối rửa thực phẩm.
Như vậy, ngoài khả năng tạo thành acid lactic, các lồi này cịn có khả năng
sinh ra các hợp chất có hoạt tính kháng sinh (người ta gọi các hợp chất này là
bacteriocin). Những chất kháng sinh này không dùng trong y học mà chỉ được dùng
trong bảo quản thực phẩm có hiệu quả khả quan. Các vi khuẩn lactic ngồi việc tạo
thành acid cịn có 1 số loài tạo được chất thơm (diacetyl, acetoin, acid bay hơi...) như
Streptococcus diacetylactic.
1.3.2. Chủng vi sinh vật được sử dụng để lên men lactic [7]

Chủng vi sinh vật được sử dụng để lên men lactic là chủng Lactobacillus.
Lactobacillus là tên một giống vi khuẩn, giống này có nhiều lồi như
Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei,Lactobacillus sporogenes, Lactobacillus
kefir, Lactobacillus lycopersici, Lactobacillus pasteurianus, Lactobacillus bifidus,
Lactobacillus causaciccus, Lactobacillus leichmannii, Lactobacillus plantarum, …
Sự phân chia vi khuẩn lactic dựa vào các sản phẩm của quá trình trao đổi
chất của carbohydrate, các lồi Lactobacillus có thể phân chia thành 3 nhóm.
 Nhóm I: Lên men đồng hình bắt buộc có fructose-1,6-diphosphate
aldolase (FDP aldolase) nhưng khơng có phosphoketolase. Chúng lên
men được hexose để
pentose.)

tạo acid lactic nhưng không lên men được


12
 Nhóm II: Lên men dị hình tùy ý (có FDP aldolase và cảm ứng
phosphoketolase. Tuy nhiên, hexose là lên men đồng hình và pentose
được chuyển thành acid lactic và ethanol hoặc acid acetic).
 Nhóm III: Lên men dị hình bắt buộc (Có phosphoketolase nhưng khơng
có FDP aldolase, q trình trao đổi chất cả hexose và pentose lên men dị
hình).
Trong bài nghiên cứu này, nhóm sử dụng 3 vi khuẩn lên men lactic để tìm ra
được vi khuẩn cho hiệu suất len men cao nhất đó là: Lactobacillus acidophilus,
Lactobacillus plantanrum, Lactobacillus fermentum. Do đó, trong phần tổng quan về
chủng vi khuẩn lên men lactic, nhóm sẽ tập trung giới thiệu về các vi khuẩn này.
1.3.2.1.

Lactobacillus acidophilus:

Lần đầu tiên được phân lập bởi Moro (1900) được phân lập từ phân của trẻ
sơ sinh đã qua phẩu thuật và bê mới đẻ . Có dạng hình que, chịu nhiệt, q trình lên
men tạo ra 2,2 % acid lactic. Chúng có kích thước rộng 0,6 - 0,9 μm, dài 1,5 - 6,0 μm.
Trong thiên nhiên chúng tồn tại riêng lẽ. Đôi khi chúng tạo thành những
chuỗi ngắn. Trên môi trường gelatin: chúng không phát triển ở 20 oC, khơng có khả
năng hóa lỏng. Trên mơi trường khoai tây thì khơng phát triển. Chúng thuộc
nhóm vi khuẩn gram dương và khơng di động.
Chúng có khả năng lên men đường như glucose, fructose, galactose,
maltose, lactose, để tạo acid lactic. Chúng khơng có khả năng lên men glycerol,
mannitol,

sorbitol. Khơng

thể phát

triển được

trong mơi trường khơng có

carbohydrate. Nhiệt độ tối ưu 37o C. Nó phát triển từ 20 - 22o C. Nhiệt độ phát triển tối
đa 43 – 48o C.


13

Hình1.1. Lactobacillus acidophilus
1.3.2.2.

Lactobacillus plantanrum:

Trực khuẩn, gram dương, kích thước tế bào 0,7 - 1,0 μm; 3,0 - 8,0 μm. Nhiệt độ
tối ưu 30o C. Tối thiểu 10o C, tối đa 40o C. Điểm nhiệt độ chết từ 65 - 75 o C trong 15
phút. Có khả năng chịu nồng độ NaCl 5,5%. Chúng có khả năng lên men glucose,
fructose, galactose, sucrose, maltose và lactose. Tinh bột thì khơng lên men. Không tạo
được nitrit từ nitrate.