Tiểu luận công nghệ lên men thực phẩm đề tài quy trình thu hồi saccharomy cescerevisiae

Ngày nay, rất nhiều loại nấm men đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất: công nghiệp sản xuất rượu bia, nước giải khát, sinh khối phục vụ chăn nuôi, v.v…Trong đó, loài Saccharomyces Ce

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAMKHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -

TIỂU LUẬN

CÔNG NGHỆ LÊN MEN THỰC PHẨM

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xa xưa, mặc dù chưa ý thức đươc sự tồn tại của vi sinh vật nhưng con người đã biết rất nhiều ứng dụng của chúng trong sản xuất và đời sống.

Những tài liệu khảo cổ cho biết, cách đây trên 6000 năm, người dân Ai Cập ở dọc song Nile đã có tập quán nấu rượu, các hình vẽ trên Kim Tự Tháp cũng cho thấy nghề này rất phổ biến ở nơi đây Cùng với đó, việc muối dưa, làm tương, làm mắm cũng đều là những biện pháp sử dụng vi sinh vật để phục vụ cho con người Và trong lĩnh vực đó, nấm men là loài có không ít vai trò quan trọng

Ngày nay, rất nhiều loại nấm men đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất: công nghiệp sản xuất rượu bia, nước giải khát, sinh khối phục vụ chăn nuôi, v.v…

Trong đó, loài Saccharomyces Cerevisiae hiện được sử dụng như một công cụ đắc

lực để mang các AND tái tổ hợp phục vụ cho sản xuất các sản phẩm thế hệ mới của

kỹ thuật di truyền Vì vậy, em đã chọn đề tài: “Quy trình sản xuất nấm menSaccharomyces cerevisiae”.

I.Tổng quan 1 Khái niệm

Nấm men Saccharomyces cerevisiae là một loài thuộc nấm túi (Ascomycetes),

còn gọi là “men bánh mì” hay “men rượu” (loại nấm chủ yếu dùng trong quá trình lên men rượu)

Năm 1967 có một loại plasmit được phát hiện ở tế bào nấm men

Saccharomyces cerevisiae được gọi là “2µ plasmit” có vai trò quan trọng trong thao

tác chuyển gen của kĩ thuật di truyền Loại plasmit này là một ADN vòng chứa 6300 đôi bazơ.

Saccharomyces cerevisiae là Eukaryota đơn bào có kích thước 5-10 µm.

2 Cấu tạo

Thành tế bào dày khoảng 25nm (chiếm khoảng 25% khối lượng khô tế bào), cấu tạo từ gucan và mannan.

Hình 1: Saccharomyces cerevisiae

Trong thành tế bào chứa khoảng 10% protein, trong số protein này có một là enzyme Dưới lớp thành tế bào là lớp màng tế bào chất, cấu tạo chủ yếu gồm protein (50%), lipit (40%) và một ít polisaccarit.

3 Đặc tính sinh h(c

Các nghiên cứu di truyền học được tiến hành ở Saccharomyces cerevisiae đã

từ hơn 70 năm nay Đối tượng này kết hợp trong nó hai tính chất tuyệt vời:  Là đơn bào nên có thể tiến hành thí nghiệm như vi khuẩn, đồng thời có những

đặc tính chủ yếu điển hình của Eukaryota và có ty thể với bộ gen ADN nhỏ, giống với vi khuẩn nên nó có thể nuôi trong môi trường dịch thể hay đặc và tạo khuẩn lạc trên môi trường thạch.

 Thích nghi trong môi trường chứa đường cao, có tính acid cao Có thể nuôi tế bào nấm men quy mô lớn trong các nồi lên men và dễ dàng thu nhận sinh khối tế bào.

 Các đặc tính sinh học của Saccharomyces cerevisiae trong kỹ thuật chuyểngen:

- Là VSV nhân chuẩn đơn bào, đã được nghiên cứu tỷ mỷ về đặc điểm di truyền, sinh lý nên dễ nuôi cấy với quy mô lớn để thu sinh khối tế bào - Có khởi điểm (Promotor) mạnh và có plasmid dùng làm vector pYAC biểu hiện gen.

- Có khả năng thực hiện các biến đổi sau dịch mã như đường hóa, phosphoryl hóa… để protein có đầy đủ các hoạt tính sinh học.

- Ít tổng hợp protein của bản thân nên khi đưa gen lạ để tổng hợp prôtein mới thì sản phẩm dễ là tinh sạch

- Là VSV an toàn, hầu như không tạo ra độc tố.

- Hệ gen khoảng 1.35x107 cặp baze, có kích thước lớn hơn VK E.coli khoảng 3.5 lần.

 Phân tích di truyền:

Nấm men Saccharomyces cerevisiae có thể tồn tại hai dạng đơn bội với hai

kiểu bắt cặp là và Ngoài các phương pháp lai để phân tích tái tổ hợpaα.

(recombination) và bổ trợ (complementation), có nhiều kĩ thuật biến đổi di truyền (Techni ques of Gentic Modification).

* Gây đột biến (Mutagensis):

 Hóa chất và chiếu xạ: Đột biến xoma ngẫu nhiên.

 Dùng transposon : Xen đoạn (Insertions) xoma ngẫu nhiên.

* Chuyển gen (Transgensis):

 Plasmid tích hợp (integrative): Xen đoạn (Insert) nhờ tái tổ hợp tương đồng

(homologous recombination).

 Plasmid sao chép (replicative): Có thể sao chép tự lập (autonomously) hoặc sao

chép của plasmit 2µ hay ARS.

 Nhiễm sác thể nhân tạo của nấm men: Sao chép và phân ly như một NST. Vector con thoi (Shuttle vector): Có thể sao chép trong tế bào nấm men. Làm im lặng gen mục tiêu (Targeted gen knockout): Thay thế gen (Gen

replacement) tái tổ hợp tương đồng thay alen dại bằng alen không (null alen).

4 Dữ liệu di truyền h(c

 Kích thước bộ gen: 12Mb  Nhiễm sắc thể: n=16  Số lượng gen: 6000.

 Phần trăm gen tương đồng với người: 25%.

 Kích thước trung bình của gen: 1,5kb; 0,03 intron/gen 7

 Các transposon: Một tỷ lệ của AND.

Sinh sản vô tính theo kiểu nảy chồi:

Ở điều kiện thuận lợi nấm men  Saccharomyces cerevisiae sinh sôi nảy nở

Khi một chồi xuất hiện, các enzyme thủy phân xuất hiện làm phân giải phần polisaccarit của thành tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ.

Vật chất mới được tổng hợp sẽ huy động đến chồi làm chồi phình to lên, xuất hiện một vách ngăn giữa chồi và tế bào mẹ.

Chồi tách ra khỏi tế bào mẹ và hình thành tế bào mới.

5.2 Chu trình

Hình 3: Chu trình sinh sản của nấm men Saccharomyces cerevisiae.

6 Ứng dụng

- Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hai dạng tế bào đơn bội (n) là a và α có

thể tồn tại độc lập nhờ sinh sản vô tính qua nguyên phân (mitosis).

- Khi hai dạng và gặp nhau bắt cặp, rồi phối hợp tế bào và hợp nhân tạo 1 tếaα

bào lưỡng bội (2n) Tế bào lưỡng bội có thể sinh sản vô tính vô hạn và đây là dạng thường sử dụng trong sản xuất Trong những điều kiện nhất định, tế bào lưỡng bội (2n) sinh sản hữu tính qua giảm phân tạo nang có bốn bào tử ( 2 và 2 ), mà sự kếtaα

hợp và tạo tế bào 2n lặp lại chu trình.aα

 Trong kỹ thuật chuyển gen  Trong quá trình lên men  Trong điều trị bệnh.

 Trong việc khử kim loại nặng trong nước.

 Nghiên cứu khả năng thủy phân bằng axít loãng và bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất etanol sinh học từ thân cây ngô.

 Chế vắc-xin H5N1 cho gia cầm từ men bánh mì 9

 Nghiên cứu quá trình tự phân bã nấm men bia để thu nhận chế phẩm

Trước hết, men cần được làm sạch để loại bỏ các tạp chất và cặn bã còn tồn đọng trong men Quá trình này bao gồm lọc men để loại bỏ tạp chất và các tế bào men không mong muốn.

2.2 Ly kết tế bào

Ly kết tế bào là quá trình trong đó các tế bào men trong quá trình lên men kết dính lại với nhau, tạo thành các cụm lớn hoặc cục men Các cụm này nặng và lớn hơn so với các tế bào men đơn lẻ, làm cho chúng dễ dàng tách riêng từ chất lỏng

 Các phương pháp ly kết tế bào:

 Sử dụng chất kết dính (Flocculating Agents): Có thể sử dụng các chất kết dính như silica hydrogel, bentonite, alum, polyacrylamide, hoặc chất kết dính tự nhiên như chitosan để khuyến khích tế bào nấm men dính lại với nhau  Sử dụng nhiệt độ: Thay đổi nhiệt độ của môi trường lên men có thể ảnh

hưởng đến sự kết dính Nhiệt độ thấp hơn có thể thúc đẩy sự kết dính của tế bào men.

 Sử dụng pH: Điều chỉnh pH của môi trường có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự kết dính tế bào men Thông thương, sự giảm pH gần về giá trị tiềm năng trung bình (isoelectric point) của men sẽ tạo ra sự kết dính.

 Sử dụng men kết dính: Một số loại men tự nhiên có khả năng tự kết dính  Sự kết dính tế bào giúp tiết kiệm thời gian và tối ưu hóa quy trình lọc men

trong quá trình thu hồi men và sản xuất các sản phẩm như bia, rượu, hay men mỳ Sau khi ly kết men sẽ được đem đi rửa.

2.3 Thu hồi men

Sau khi được ly kết và rửa sạch, có thể thu hồi bằng cách sử dụng phương pháp ly giải

11

Ly giải thường bao gồm các dung dịch có thể thay đổi pH hoặc nhiệt độ để giải phóng tế bào men hoặc sản phẩm sinh học từ chất lọc hoặc màng lọc.

Thay đổi pH: Một phương pháp elution phổ biến là thay đổi pH của môi

trường Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng dung dịch có pH cao hoặc thấp hơn so với môi trường lúc ly kết Sự thay đổi pH có thể gây ra sự thay đổi trong tương tác giữa tế bào men và vật liệu chất rắn hoặc màng lọc, giúp giải phóng tế bào men

Thay đổi nhiệt độ: Thay đổi nhiệt độ có thể sử dụng để giải phóng tế bào men

hoặc sản phẩm từ vật liệu chất rắn hoặc màng lọc Sự thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến tính chất vật lý của tế bào men và các tương tác với môi trường ly kết

Sử dụng chất tương tự hoá h(c: Các hoá chất đặc biệt hoặc chất tương tự

của các chất ly kết trước đó có thể được sử dụng để giải phóng tế bào men hoặc sản phẩm Sự tương tự về hóa học có thể giúp tách rời tế bào men từ màng lọc hoặc vật liệu chất rắn

Sử dụng dung dịch elution đặc biệt: Dung dịch elution chứa các chất đặc

biệt được thiết kế để giải phóng tế bào men hoặc sản phẩm Các dung dịch này có thể bao gồm các loại chất tương tự hoá học, chất hoà tan, hoặc các chất khác được thiết kế đặc biệt cho mục tiêu elution cụ thể

Áp suất cao (High Pressure): Trong một số trường hợp, áp suất cao có thể

được sử dụng để giải phóng tế bào men hoặc sản phẩm từ màng lọc hoặc vật liệu chất rắn Áp suất cao có thể tạo ra các lực vật lý để đẩy tế bào men ra khỏi môi trường ly kết

Phương pháp elution cụ thể mà bạn sẽ sử dụng phụ thuộc vào quy trình cụ thể và tính chất của mẫu cần giải phóng Việc lựa chọn phương pháp elution thích hợp có thể yêu cầu kiểm tra và tối ưu hóa trong quy trình thí nghiệm.

2.3 Làm khô

Làm khô men trong quy trình thu hồi Saccharomyces cerevisiae là một bước quan trọng để chuyển men từ trạng thái lỏng thành trạng thái khô hoặc men men Dưới đây là một số phương pháp thường được sử dụng để làm khô men:

Sấy: Phương pháp sấy là phổ biến nhất để làm khô men Men men được đặt

trong một lò sấy hoặc máy sấy, nơi nhiệt độ và luồng khí kiểm soát để loại bỏ nước Quá trình sấy có thể diễn ra trong môi trường đóng hoặc môi trường mở

Sấy lạnh: Sấy lạnh là một phương pháp tiết kiệm năng lượng hơn so với sấy

nhiệt Men men được đặt trong một máy sấy lạnh hoặc tủ lạnh chân không, nơi nước được làm đông hoặc ngưng tụ thành băng Sau đó, áp suất được giảm xuống để sublimate băng thành hơi, làm khô men men

Sấy phun (Spray Drying): Trong phương pháp sấy phun, men men được

phun vào một vùng nhiệt độ cao với nhiều hơi nước Nước bay hơi và men men trở thành dạng hạt bột sẵn sàng để thu hồi

Sấy đông lạnh (Freeze Drying): Đây là phương pháp sấy khá lành mạnh để

làm khô men men Men men được đặt trong môi trường lạnh và sau đó bị sấy ở áp suất thấp để chuyển trạng thái đông lạnh thành hơi mà không đi qua trạng thái lỏng.

Sấy hạt (Fluidized Bed Drying): Trong phương pháp này, men men được đặt

trong một lớp chất lỏng, sau đó luồng không khí nhiệt độ cao được thổi qua để làm khô men men Quá trình này tạo ra các hạt men men gióng lên và lấy ra

13

Sấy sương mù (Fogging): Phương pháp sấy sương mù sử dụng một phương

pháp tạo sương mù để tạo ra các hạt sương mù men men Sau đó, các hạt sương mù này được làm khô bằng cách làm bay hơi nước.

Lựa chọn phương pháp làm khô men phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và nguồn tài nguyên có sẵn Một số phương pháp có thể làm khô men nhanh hơn, trong khi các phương pháp khác có thể đảm bảo bảo quản tốt hơn cho chất lượng men men sau khi làm khô.

III.Thiết bị 1.Máy sấy trống

Hệ thống lõi bao gồm máy sấy, giá đỡ, hệ thống truyền động, thiết bị gạt, thiết bị giới hạn, thiết bị cào, thiết bị tiếp liệu và hệ thống mạch khí, cũng được trang bị thiết bị điều khiển điện và loa che nắng xả Thiết kế dẫn nhiệt chủ yếu có thể giảm tổn thất nhiệt từ môi trường nhiệt, tăng hiệu suất nhiệt và giảm chi phí năng lượng Đồng thời, máy tiết kiệm không gian, hoạt động thân thiện với người dùng, ngăn ngừa ăn mòn và không gây ô nhiễm.

1.1.Các yếu tố tác động

 Áp suất hơi nước (0.1 – 0.4 Mpa) & nhiệt độ môi trường  Tốc độ xoay (4 ~ 10r/phút)

 Độ dày của lớp vật liệu gắn với bề mặt của máy sấy

 Tài sản vật liệu ướt ( chẳng hạn như thành phần cứng rắn, tính than khoản và nhiệt độ, v.v )

Máy sấy men tận dụng khả năng dẫn nhiệt giữa hơi nước nóng và vật liệu ướt, tạo nên quy trình sấy gián tiếp Trống là xy lanh kim loại rỗng có bề mặt được xử lý sâu để sạch và đánh bóng Trống xoay sang các thiết bị dẫn động mặt đất dạng trục (truyền động bánh răng) ở tốc độ có thể điều chỉnh Vữa được làm nóng trước đến 50ºC trong bình làm nóng thiết bị và sau đó được chuyển đến máng nạp qua máy bơm Trống được ngâm trong khoảng 60-80mm Bề mặt bên ngoài của trống xoay được phủ một lớp bùn đồng đều và bơm vào hơi nước nóng dưới 0.15-0,3Mpa Vữa được làm nóng trên bề mặt bên ngoài, nơi quạt nháp loại bỏ hơi ẩm Chỉ với một vòng tròn duy nhất, vật liệu ướt có thể được làm khô hoàn toàn Chất liệu bị thắt nút trên bề mặt bên ngoài bị quét sạch bởi miếng gạt và rơi trên đầu xả để thu thập.

15

Hình 5: Sơ đồ dây chuyền sản xuất

Từ các kết quả tham khảo những đề tài, tài liệu mang tính thiết thực, em xin rút ra một số kết luận như sau:

- Tìm hiểu được đặc điểm, tính chất, nắm được phương pháp thu hồi nấm

men Saccharomyces cerevisiae.

- Hiểu được ý nghĩa, vai trò của nấm men Saccharomyces cerevisiae trong

sản xuất và đời sống, đặc biệt là lĩnh vực công nghệ thực phẩm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

17