Nghiên cứu được thực hiện nhằm khai thác tiềm năng sử dụng rỉ đường – một phụ phẩm dồi dào của ngành công nghiệp sản xuất đường – làm nguyên liệu cho quá trình lên men tạo lactic acid, qua đó nâng cao giá trị kinh tế và giảm thiểu tác động môi trường. Rỉ đường thường chứa khoảng 50% đường tổng số (w/w), chủ yếu dưới dạng các loại đường dễ lên men, nên từ lâu đã được sử dụng trong chăn nuôi hoặc sản xuất cồn. Tuy nhiên, nếu không được tận dụng hiệu quả, lượng phụ phẩm này có thể gây áp lực môi trường đáng kể do tải lượng hữu cơ cao. Việc chuyển hóa rỉ đường thành lactic acid – một hợp chất có giá trị lớn trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và sản xuất nhựa sinh học phân hủy sinh học (PLA) – mở ra hướng phát triển bền vững theo mô hình kinh tế tuần hoàn.

Để đánh giá khả năng chuyển hóa, nghiên cứu sử dụng ba chủng vi khuẩn lactic phổ biến gồm Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum và Lactobacillus fermentum. Đây là các vi khuẩn có khả năng lên men đường để tạo acid lactic, nhưng hiệu suất chuyển hóa có thể khác nhau tùy theo đặc tính sinh lý của từng chủng cũng như điều kiện môi trường. Trước khi lên men, rỉ đường được xử lý bằng acid sulfuric nhằm điều chỉnh thành phần và cải thiện khả năng sử dụng cơ chất cho vi khuẩn. Sau đó, các chủng được tăng sinh đến mật độ cao (10¹⁰ CFU/mL) trước khi bổ sung vào môi trường lên men.

Nghiên cứu tiến hành khảo sát đồng thời nhiều yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả sản xuất lactic acid, bao gồm tỷ lệ rỉ đường, pH, nhiệt độ, thời gian lên men và tỷ lệ giống vi khuẩn bổ sung. Đây là các biến số then chốt vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động trao đổi chất, tốc độ sinh trưởng và khả năng chuyển hóa đường thành acid lactic của vi khuẩn. Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu cho quá trình lên men là sử dụng rỉ đường ở nồng độ 15% (v/v), pH ban đầu 6,0, tỷ lệ bổ sung vi khuẩn 10% (v/v), lên men ở 37°C trong 30 giờ. Đây là tổ hợp điều kiện cân bằng tốt giữa khả năng sinh trưởng của vi khuẩn và hiệu suất chuyển hóa cơ chất.

Trong ba chủng khảo sát, Lactobacillus acidophilus cho hiệu quả cao nhất với hàm lượng lactic acid đạt 16,7 g/L, vượt trội hơn so với hai chủng còn lại. Kết quả này cho thấy L. acidophilus có khả năng thích nghi tốt hơn với môi trường rỉ đường và sở hữu năng lực chuyển hóa đường thành acid lactic hiệu quả hơn trong điều kiện thí nghiệm. Việc xác định được chủng vi khuẩn tối ưu là yếu tố rất quan trọng trong định hướng phát triển quy trình sản xuất ở quy mô lớn, bởi hiệu suất sinh học quyết định trực tiếp đến tính khả thi kinh tế.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc tối ưu hóa sản xuất lactic acid mà còn ở khả năng chuyển đổi một nguồn phụ phẩm giá trị thấp thành sản phẩm công nghiệp có giá trị cao. Điều này góp phần giảm ô nhiễm môi trường từ ngành mía đường, đồng thời tạo thêm giá trị kinh tế cho chuỗi sản xuất nông nghiệp. Trong bối cảnh xu hướng phát triển công nghệ sinh học xanh và sản xuất bền vững ngày càng được chú trọng, việc ứng dụng lên men vi sinh để tận dụng rỉ đường là hướng đi có triển vọng lớn.

Từ kết quả nghiên cứu, có thể khẳng định rằng rỉ đường là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất lactic acid sinh học, đặc biệt khi sử dụng chủng Lactobacillus acidophilus trong điều kiện lên men tối ưu. Đây là cơ sở quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa quy mô công nghiệp, cải tiến hiệu suất và phát triển các quy trình sản xuất giá trị gia tăng từ phụ phẩm nông nghiệp, góp phần thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn và công nghiệp sinh học bền vững.