Khái niệm quá trình lên men: - Là quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ dưới tác dụng của VSV1. - Phương pháp lên men: hiếu khí và kỵ khí: + Lên men hiếu khí: bản chất
Trang 1ÔN TẬP MÔN VI SINH THỰC PHẨM
Câu 1: Khái niệm quá trình lên men, trình bày các phương pháp lên men?
1. Khái niệm quá trình lên men:
- Là quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ dưới tác dụng của VSV
- Là một quá trình sinh học diễn ra liên tục, bắt đầu từ khâu tạo giống, nhân giống sinh khối, lên men, thu nhận SP cuối cùng
- Phương pháp lên men: hiếu khí và kỵ khí:
+ Lên men hiếu khí: bản chất là quá trình hô hấp, phần lớn VSV hiếu khí oxh các chất hữu cơ thành CO2 và H2O, giải phóng một năng lượng khá lớn Một số trường hợp các VSV oxh không hoàn toàn Sản phẩm tạo thành là acid hữu cơ (lên men giấm)
+ Lên men kỵ khí: lên men rượu, bia, lactic, …Là quá trình hô hấp không có oxy, các cơ chất được oxh không hoàn toàn Sản phẩm tạo thành gồm nhiều chất trung gian, sản phẩm cấp 1, sản phẩm cấp 2 Năng lượng trong hô hấp kỵ khí không được giải phóng hết
2 Các phương pháp lên men:
a Lên men bề mặt:
- VSV phát triển trên bề mặt MT, thường là hiếu khí
- MT nuôi cấy là MT rắn, xốp như: cám mì, cám gạo,…hoặc dạng lỏng thường dùng là nước đường hóa, nước bã rượu, rỉ đường (phối hợp với một số muối khoáng) được rắc liên tục
- Độ ẩm MT nuôi cấy thường là 60%
- VSV tiết ra những enzyme như amilase, protease,…
- Sử dụng O2 để hô hấp và thải CO2 ra MT xung quanh và tỏa nhiệt
- MT phải thoáng, rộng, lớp bề mặt MT không nên quá sâu và nuôi ở nhiệt độ thích hợp trong buồng nuôi cấy có độ ẩm không khí là 90%
- Thích hợp cho nuôi cấy Aspergiluss oryzae, Asp.Niger,…
Quá trình nuôi cấy theo 3 giai đoạn:
1 Giai đoạn 1: 10 – 15h.
- Bào tử trương nở và hô hấp
- Duy trì nhiệt độ từ 28 – 30oC
- Sợi nấm hình thành có màu trắng hoặc sữa, thành phần dinh dưỡng có sự thay đổi, khối MT rời rạc
2 Giai đoạn 2: 14 – 18h.
- Hệ sợi nấm bắt đầu phát triển tạo thành mạng chằng chịt
Trang 2- Quá trình hô hấp tăng mạnh dẫn đến nhiệt độ tăng, độ ẩm MT giảm.
- Phải thông gió và điều hoà độ ẩm thường xuyên để đảm bảo cho tế bào nấm mốc phát triển
- Các chất dinh dưỡng bắt đầu giảm nhanh một sản phẩm được hình thành
3 Giai đoạn 3: 10 – 12h
- Nhiệt độ môi trường và cường độ hô hấp của VSV giảm
- Sợi nấm có màu đặc trưng, enzyme được hình thành và có hoạt tính mạnh nhất
Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ thực hiện
- Không cần thiết bị đắt tiền, phức tạp
- Dễ thích hợp với điều kiện sản xuất có trình độ cơ khí chưa cao
- Dễ dàng xử lý khi gặp trường hợp nhiễm VSV lạ
Nhược điểm:
- Không có khả năng điều chỉnh pH
- Cần diện tích lớn
- Khó cơ giới hoá tự động hoá.
b Lên men chìm:
- VSV được nuôi cấy trong MT lỏng và phát triển theo chiều sâu MT
- Nguyên liệu chính: dung dịch đường, dịch thủy phân, cellulose, tinh bột,…Nồng
độ đường thích hợp khoảng 10-15%, nguồn dinh dưỡng bổ sung là Nitơ
- Nuôi cấy chìm được tiến hành trong các thùng lên men chứa MT dinh dưỡng, bên trong có chứa cánh khuấy và sục khí để cung cấp oxy cho VSV phát triển
- Đối với VSV kỵ khí: không cần sục khí, thỉnh thoảng phối trộn
- Đối với VSV hiếu khí: phải sục khí liên tục
Câu 2: Những điều kiện (nhiệt độ, pH, nồng độ dịch lên men, hàm lượng oxy) ảnh hưởng đến quá trình lên men như thế nào?
1. Nhiệt độ:
- Mỗi loại VSV có một yêu cầu nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của VSV đó
- Khi nhiệt độ không thích hợp, hoạt tính của enzyme giảm hẳn và đôi khi xảy ra hiện tượng lên men phụ phức tạp
- VSV có thể phát triển trong khoảng nhiệt độ 18 – 140oC
2. pH môi trường:
- Có tác động trực tiếp lên VSV
- Thông thường pH tối ưu cho hoạt động lên men từ 4.5 – 5.0
Trang 3- Trong quá trình lên men VSV chủ yếu thường là nấm men, nấm men có thể phát triển trong môi trường có pH = 2.8 nhưng thích hợp nhất là 4.5 – 5.0 Vi khuẩn bắt đầu phát triển ở pH 4.2 trở lên
3. Nồng độ dịch lên men:
- Thông thường dịch lên men có nồng độ chất khô từ 16 – 18 %
- Hàm lượng đường đối với quá trình lên men rượu khoảng 13 – 15%
- Hàm lượng đường đối với quá trình lên men lactic khoảng 10%
Nếu nồng độ đường quá cao, sẽ làm tăng áp suất thẩm thấu gây mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men
4 Lượng Oxy:
Quyết định chiều hướng lên men hiếu khí hay kỵ khí Từ đó dẫn đến sự tạo thành các sản phẩm khác nhau
VD: Nhu cầu oxy của nấm men ở các giai đoạn lên men là khác nhau
Câu 3: Ưu và nhược điểm của lên men chìm và lên men bề mặt?
1 Lên men chìm:
a Ưu điểm:
- Không cần diện tích lớn
- Dễ tổ chức được xí nghiệp có sản lượng lớn
- Các thiết bị dễ cơ giới hoá và tự động hoá trong toàn bộ quy trình
- Có khả năng điều chỉnh pH
b Nhược điểm:
- Đòi hỏi trang bị KT cao, thiết bị đắt tiền, chịu được áp lực cao, phải kín, làm việc ở điều kiện vô trùng tuyệt đối, dễ nhiễm trùng toàn bộ
- Cần phải khấy và sục sôi liên tục
- Khí phải được qua hệ thống lọc sạch tiệt trùng
- Khó thu nhận enzyme
- Khả năng sinh tổng hợp thấp
2 Lên men bề mặt:
a Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ thực hiện
- Không cần thiết bị đắt tiền, phức tạp
- Dễ thích hợp với điều kiện sản xuất chưa cao
- Dễ dàng xử lý khi gặp trường hợp nhiễm VSV lạ
- Khả năng sinh tổng hợp cao
- Dễ thu nhận enzyme
b Nhược điểm:
Trang 4- Không có khả năng điều chỉnh pH.
- Cần diện tích lớn
- Khó cơ giới hoá, tự động hoá
Câu 4: Sự phát triển của VSV trong lên men bề mặt?
1 Giai đoạn 1: 10 – 15h.
- Bào tử trương nở và hô hấp
- Duy trì nhiệt độ từ 28 – 30oC
- Sợi nấm hình thành có màu trắng hoặc sữa, thành phần dinh dưỡng có sự thay đổi, khối MT rời rạc
2 Giai đoạn 2: 14 – 18h.
- Hệ sợi nấm bắt đầu phát triển tạo thành mạng chằng chịt
- Quá trình hô hấp tăng mạnh dẫn đến nhiệt độ tăng, độ ẩm MT giảm
- Phải thông gió và điều hoà độ ẩm thường xuyên để đảm bảo cho tế bào nấm mốc phát triển
- Các chất dinh dưỡng bắt đầu giảm nhanh một sản phẩm được hình thành
3 Giai đoạn 3: 10 – 12h
- Nhiệt độ môi trường và cường độ hô hấp của VSV giảm
- Sợi nấm có màu đặc trưng, enzyme được hình thành và có hoạt tính mạnh nhất
Câu 5: Kể tên các VSV thường gặp và những ứng dụng của chúng trong sản xuất thực phẩm?
Một số VSV thường gặp trong thực phẩm: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo
- Vi khuẩn Lactic: thuỷ phân đường tạo a.lactic hoặc tạo a.lactic từ nguồn cacbon.
- Vi khuẩn Acetobacter: VK lên men giấm.
- Vi khuẩn Lactobacillus bulgaricars: dùng trong SX sữa chua.
- Vi khuẩn Corynebacterium glutanicum: vi khuẩn lên men bột ngọt…
- Nấm men chủng Saccraromyces: dùng trong SX bia.
- Mốc Aspergillus oryzae: dùng trong SX nước chấm.
- Tảo Sprirulina: chứa nhiều vitamin – lipit – glucid đươc dùng làm TP chức năng.
Câu 6 : Trình bày các tiêu chuẩn chọn giống VSV trong sản xuất thực phẩm?
- Khả năng tạo thành SP với năng suất cao
- Khả năng sử dụng nguồn nguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiền
- Thuần khiết, khả năng chống lại sự nhiễm tạp của các VSV lạ
- Bảo quản dễ dàng, ổn định các đặc tính trong suốt thời gian sử dụng
- Khả năng thay đổi các đặc tính bằng các kỹ thuật đột biến, kỹ thuật gen
Câu 7: Các phương pháp tồn trữ giống VSV?
Trang 51 Cấy truyền định kỳ:
- Nguyên tắc là dựa trên sự trao đổi chất theo một khoảng thời gian nhất định
- Giống được cấy vào nhiều ống nghiệm (tối thiểu là 3-5 ống), sau đó nuôi ở nhiệt độ thích hợp đến khi tạo được lượng sinh khối lớn nhất, đem bảo quản ở nhiệt độ lạnh
4oC
Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ thực hiện
- Chi phí thấp
Nhược điểm:
- TG BQ ngắn
- Tốn nhiều công sức
- Giống dễ bị mất hoạt tính
2 Cấy truyền và giữ giống VSV dưới lớp dầu khoáng:
- Nguyên tắc: cách ly VSV khỏi không khí, hạn chế tối đa quá trình hô hấp của VSV
- Giống được nuôi đến khi phát triển tối đa, đun dầu ở nhiệt độ <40oC rồi đổ lên bề mặt lớp khuẩn lạc
- BQ trong tủ lạnh ở 4-5oC
- TG BQ dài khoảng 12 tháng
- Thao tác dễ thực hiện, chi phí thấp
Nhược điểm:
Một số VSV không thích hợp với phương pháp tồn trữ này như Streptococcus.
3 Tồn trữ khô:
- Nguyên tắc: làm giảm độ ẩm của đất hoặc cát sau khi vô trùng
- Áp dụng đối với nấm mốc, một số nấm men và VK có khả năng tạo bào tử
Tiến hành:
- Giống VSV phải được nuôi cấy tạo nhiều bào tử
- Đất, cát được sấy ở nhiệt độ >100oC
- Làm giảm độ ẩm < 5%
- Trộn bào tử và đất cát đã qua sấy và làm nguội trong buồng vô trùng
- Đóng gói vào bao bì chống ẩm và BQ ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ lạnh
Ưu điểm:
- TG tồn trữ lâu có thể đến 5 năm
- Chi phí thấp, có thể trữ một số lượng lớn
Nhược điểm:
Trang 6- Chỉ áp dụng với VSV có khả năng tạo bào tử và chỉ dùng trong nông nghiệp hoặc xử lý MT
- Một lượng VSV có thể chết trong khi tồn trữ
4 Phương pháp đông lạnh:
- Nguyên tắc: dựa trên cơ sở sự phát triển của VSV bị ức chế ở nhiệt độ lạnh sâu
- Trước khi đông lạnh người ta thường nhũ hóa VSV
- Một trong các chất nhũ dịch có thể là:
+ Glycerin 15%
+ Huyết thanh ngựa (loại không có chất bảo quản)
+ Dung dịch saccharose 10% + gelatin 1% , pH = 6.8 – 7
Ưu điểm:
- TG BQ lâu
- Đơn giản, dễ thực hiện
Nhược điểm:
- Chi phí cao
- Phải nhũ hóa trước khi đông lạnh
5 Đông khô:
- Nguyên tắc: làm giảm độ ẩm của canh trường nuôi cấy ở nhiệt độ thấp trong điều kiện chân không
Tiến hành:
- Nuôi VSV trong môi trường lỏng
- Khi mật độ tế bào đạt mức cao nhất, chuyển chúng vào ống thủy tinh có dung tích 1-5ml rồi đưa vào máy đông khô
Ưu điểm:
- TG BQ rất lâu, giống không mất chất lượng
- Đơn giản, dễ thực hiện
Nhược điểm:
- Chi phí cao
- Có khả năng chết một tỷ lệ VSV nhất định
Câu 8: Quá trình lên men rượu: định nghĩa, biến đổi sinh hoá trong quá trình lên men, điều kiện lên men và ứng dụng ?
1 Định nghĩa: Là quá trình phân huỷ đường thành rượu và khí cacbonic dưới tác dụng
của VSV Saccharomyces cerevisiae.
2 Biến đổi sinh hoá trong quá trình lên men:
Khi dùng đường lên men, SP thu được gần 50% rượu ethylic, 45% CO2, 4% SP phụ như glycerin, aldehyd…
Trang 73 Điều kiện chính của quá trình lên men rượu:
- Nồng độ đường: 10-18%
- Oxy
- pH MT: 4-4.5
- Nhiệt độ: 4-28oC
- Nồng độ rượu (12-14%) và khí CO2
4 Ứng dụng của quá trình lên men rượu:
- Sản xuất rượu ethylic
- Sản xuất rượu vang
- Chế biến nước giải khát lên men
Câu 9: Quá trình lên men lactic: định nghĩa, phân loại, VSV tham gia, điều kiện lên men
và ứng dụng?
1 Định nghĩa: Là quá trình chuyển hóa chất glucid thành a.lactic nhờ hoạt động sống
trực tiếp của VSV, điển hình là vi khuẩn lactic
2 Phân loại:Lên men đồng hình, lên men dị hình
a Lên men lactic đồng hình:
3C6H12O6 CH3COCOOH + 2H 2CH 3 -CHOH-COOH + 22,5 kcal
a pyruvic a.lactic
b Lên men lactic dị hình:
3 VSV tham gia: VK lactic:
- Streptococcus.
Trang 8- Pediococcus.
- Lactobacillus.
- Leuconostoc
4 Điều kiện lên men lactic :
- Nồng độ đường: 2%
- Oxy
- pH MT: 4-8
- Nhiệt độ: 20-45oC
- Nồng độ acid tạo thành (1-2%)
5 Ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến sữa thành sản phẩm phomat tươi, sữa chua, muối chua rau quả…
Câu 10: Cho biết tên VSV trong sản phẩm Tempe và vai trò của VSV này trong quá trình sản xuất sản phẩm Tempe?
1 VSV trong SP Tempe: Rhizopus oligosporus.
2 Vai trò của VSV này là: có khả năng phân cắt những phức hợp protein, lipid,
carbohydrat…
Câu 11: Kể tên các VSV trong các sản phẩm cá lên men, cho biết mục đích và tác dụng của việc sử dụng muối ăn trong quá trình lên men các sản phẩm từ cá?
1 VSV trong SP cá lên men: Bacillus, Halobacterium.
2 Mục đích sử dụng muối ăn:
- Tăng thời gian BQ
- Tạo cho SP có hương vị thơm ngon
- BQ kịp thời một khối lượng cá lớn vào mùa khai thác
3 Tác dụng:
- Kìm hãm sự tự phân do tác dụng của enzyme và VK
- Gây nên áp suất thẩm thấu lớn có thể làm vỡ màng tế bào VK, làm nước thoát ra ngoài vì thế VK khó phát triển
- Muối NaCl có chứa ion Cl- có tác dụng gây độc đối với VK
Câu 12: So sánh đặc điểm của 2 sản phẩm Tempe và Natto?
Trang 9Nguyên liệu Đậu nành Đậu nành.
oligosporus Vi khuẩn Bacilus Natto.
Quá trình lên
men
Kị khí không bắt buộc, phát
Giá trị dinh
dưỡng
Giàu riboflavin và niacin, dễ tiêu hoá
Chứa nhiều acid amin, vitamin, dễ hấp thu
Câu 13: So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa bia và rượu gạo (có chưng cất )?
Enzyme amylase và glucoamylase.
Saccharomyces cerevisiae, Hansenula spp.,
Endomycopsis spp.
Hình thức
Lên men nổi: S.Cerevisiae Lên men chìm: S.Cabergensis
Hiếu khí: tăng sinh khối VSV
Kỵ khí: lên men tạo rượu
Kỵ khí
Hàm lượng
dinh dưỡng
Đạm hòa tan 8-10% chất tan:
protein, peptid, amino acid và glucid tan Vitamin nhóm B (B1,2,6,12)
Câu 14: Trình bày quy trình sản xuất bánh men thuốc bắc, những quá trình nào ảnh hưởng tới chất lượng của bánh men thành phẩm?
1. Quy trình SX bánh men gồm 10 giai đoạn:
Trang 10Gạo tốt ngâm nước để ráo nước nghiền thành bột mịn trộn giống + thuốc bắc trộn nước nặn thành bánh, viên nuôi dưỡng (ủ ở nhiệt độ phòng 26-300C trong 2 ngày, thường để thêm một lớp trấu) sấy khô (không quá 350C, có thể phơi khô chỗ mát) thành phẩm
2 Quá trình ảnh hưởng tới chất lượng bánh men thành phẩm:
- Cho thuốc bắc vào bánh men: có tác dụng tạo hương cho SP, tác dụng ức chế sự phát triển của các VSV có hại
- Nuôi dưỡng: nếu để nhiệt độ > 30 hay < 26oC thì ảnh hưởng đến sự phát triển bánh men
- Sấy khô: nhiệt độ không quá 350C, nếu lớn hơn làm cho nấm men chết đi
Câu 15: Nêu các sản phẩm sinh tổng hợp từ VSV?
Các sản phẩm sinh tổng hợp từ VSV:
- Enzyme VSV: Amylaza, Pectinaza, Proteaza, Cellulaza
- SX protein từ các nhóm VSV: tảo Chlorella, Spirulina, nấm men giống Candida, Torulopsis và Saccharomyces, nấm sợi và VK giống Mycobacterium và Pseudomonas.
Câu 16: Cho biết những đặc điểm của enzyme được sản xuất từ VSV?
- Hoạt tính cao
- Có thể thu được một lượng lớn enzyme từ VSV trong TG ngắn
- MT nuôi cấy VSV dễ kiếm, rẻ tiền
- Hệ enzyme của VSV rất phong phú, ta có thể thu được nhiều hệ enzyme khác nhau,
vì thế có thể thu được một số enzyme chuyên biệt
- Để tạo ra các enzyme có hoạt tính cao và đạt khối lượng nhiều ta chỉ cần thay đổi thành phần dinh dưỡng MT nuôi cấy VSV
- Sản xuất enzyme từ VSVcó thể thực hiện trên quy mô công nghiệp tự động hóa và
cơ giới hóa
Câu 17: Đặc điểm của hệ enzyme amylase, cơ chế xúc tác thuỷ phân trên mạch tinh bột của hệ enzyme này?
1. Đặc điểm của hệ enzyme amylase: là nhóm enzyme tham gia thuỷ phân tinh bột
Chia làm 2 nhóm:
- Endoamylaza: α-amylaza phân cắt mối liên kết α-1 – 4 glucozit, izoamylaza phân huỷ α-1 – 6 glucozit
- Exoamylaza: gồm β-amylaza phân giải tinh bột đã dịch hoá và dextrin thành maltose và glucoamylaza phân hủy dextrin thành glucose
2. Cơ chế xúc tác thuỷ phân trên mạch tinh bột:
Trang 11Câu 18: Ứng dụng của enzyme pectinase trong sản xuất thực phẩm?
1 Trong công nghiệp SX nước quả :
- Làm trong dịch ép
- Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cô đặc dịch quả
- Giúp cho việc tách các lớp keo trên hạt cà phê làm cho hạt bóng hơn
- Tăng hiệu suất ép, hiệu suất trích ly các chất trong tế bào thực vật
2 Đối với công nghiệp sản xuất rượu vang nho, rượu lên men từ dịch trái cây: chế phẩm
pectinaza rất có tác dụng khi cần làm trong các sản phẩm này
3 Ngoài ra pectinaza còn dùng làm chất tạo đông khi SX mức quả cô đặc, mứt đông.
Câu 19: Trình bày những ưu và khuyết điểm của việc sản xuất protein từ VSV?
1 Ưu điểm:
- Sinh khối VSV là một thể thống nhất, do đó có thể thu hoạch một cách đơn giản và
dễ dàng
- Nuôi cấy VSV chỉ cần một diện tích không đáng kể
- Tốc độ sinh sản của VSV rất cao, đồng thời tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế bào VSV cũng rất cao
- Nuôi cấy VSV không phụ thuộc vào thời tiết
- Nguồn nguyên liệu SX protein không bắt buộc phải từ protein
2 Khuyết điểm:
- Chỉ mới được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, nuôi thuỷ sản
- Chỉ một lượng nhỏ làm thức ăn cho người
- Phải loại bỏ tạp chất trước khi sử dụng
- Tạo hương vị hợp khẩu vị
- Xem xét khả năng hấp thụ của con người đối với nguồn protein này
Câu 20: Những nguyên liệu nào có thể được sử dụng để sản xuất protein từ VSV?
1 Nguyên liệu mật đường:
- Thành phần chính là saccharose
- Rất giàu chất sinh trưởng, đặc biệt là biotin
