CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về xoài và bã xoài 1. Nguồn gốc Xoài 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 Đông 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.
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 mòn. Giá trị dinh dưỡng của xoài 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.
Ngoài ra, còn có các loại muối khoáng K, Ca, P, Cl. Thành phần của nguyên liệu xoài (g/100g ăn được) [4] Thành phần Trong 100g ăn được Nước 81.51 Lipid tổng số 0. Thành phần vitamin và khoáng của nguyên liệu xoài (mg/100g ăn được)[4] Thành phần Hàm lượng Thành phần Hàm lượng Calcium Iron Magnesium 10 Vitamin C 27.027 Vitamin A, RAE 38 Manganese 0. Bã xoài [10] Trong thực tế, bã xoài là một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp chế biến xoài, 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 khô của vỏ xoài.
Lượng bã xoài chiếm đến 20 - 25% tổng khối lượng quả xoài, do đó lượng bã xoài 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 ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên. Vì vậy, việc tận dụng phế phẩm này cho các mục đích kinh tế và môi trường là rất thiết thực và khả thi.
Tổng quan về quá trình lên men lactic 1. Giới thiệu chung về acid lactic [8] Acid lactic là một acid carboxylic với công 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 còn 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 hoàn toàn khác nhau.
Loại L –acid lactic ở dạng tinh thể, tan trong nước, cồn etylic, ete, không 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 sôi 1030C, góc quay cực ở 150 là –2,260.
Lên men lactic [8] Lên men lactic là quá trình chuyển hoá 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 quá trình chuyển hoá 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 quá trình lên men lactic, ngoài 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 trò 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.
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: C6H12O62C3H6O3 + 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 bulgaricus, Lactobacterium delbruckii… Phương trình tổng quát trong quá trình lên men đồng hình: C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2CH3CHOHCOOH + 2ATP 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, ngoài ra còn 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: C6H12O6CH3CHOHCOOH + 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%. Vi khuẩn lên men lactic [8] 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 hoá 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, không 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 loài 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 loài 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 loài 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 môi 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 loài ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích là 25– 30 0C, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ tối thích là 40 – 450C.
11 Chúng có khả năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nhưng không có khả năng lên men các loại glucid phức tạp và tinh bột, chỉ có loài 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 loài 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 loài này còn 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 ngoài việc tạo thành acid còn có 1 số loài tạo được chất thơm (diacetyl, acetoin, acid bay hơi.) như Streptococcus diacetylactic. 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 loài 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 loài 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 không có phosphoketolase. Chúng lên men được hexose để tạo acid lactic nhưng không lên men được pentose.) 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 không có FDP aldolase, quá 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.
