Tổng quan về nấm men Saccharomyces cerevisiae
Hình thái
Saccharomyces cerevisiae có dạng hình cầu hoặc hình trứng Kích thước tế bào thay đổi tựy thuộc theo giống loài (5 – 14 àm), tuổi và điều kiện nuụi cấy.
Hình 1: Hình ảnh nấm men
Cấu tạo
Hình 2: Cấu tạo nấm men Nấm men Saccharomyces cerevisiae gồm những thành phần chủ yếu sau: Màng tế bào chất: Nằm sát vách tế bào, có cấu tạo chủ yếu là lipoprotein, giữ vai trò điều hòa vận chuyển các chất dinh dưỡng cho tế bào [2]
Tế bào chất: Gồm có mạng lưới nội chất là vị trí của nhiều hệ thống enzyme khác nhau, đảm bảo sự vận chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nhau như bộ
7 máy Golgi, lysosom, không bào, (chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc lạ có thể có hại cho tế bào) Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất Trong tế bào chất có nhân chứa thông tin dị truyền cho tế bào và các thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào [2]
Nhân nấm men có phần trên là trung thể (centrosome) và centrochrometin và phần đáy của nhân có thêm không bào (vacuole), bên trong chứa 6 cặp nhiễm sắc thể(NST) và bên ngoài màng nhân có nhiều ti thể bám quanh Ngoài ra còn có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào [2]
Đặc tính sinh hóa
Kích thước nhỏ của tế bào nấm men dẫn đến tỷ lệ bề mặt / thể tích cao ủng hộ việc thu nhận nhanh chóng các chất dinh dưỡng thiết yếu của nấm men [1]
Nấm men có thể lên men 13 loại đường và đồng hóa 46 nguồn carbon [3] Sự chuyển hóa lên men của đường (ví dụ, fructose, glucose, sucrose, maltose, melibiose, raffinose, lactose) rất quan trọng đối với nhiều nấm men [1]
Nấm không thể cố định nitơ Tuy nhiên, một số có thể có thể tổng hợp các dạng nitơ từ khí quyển (Wainwright 1992) Nấm men thu được nitơ từ một trong hai hoặc các dạng oxy hóa và sử dụng chúng để đồng hóa protein, nucleic axit và các thành phần nitơ thiết yếu khác của tế bào Các khả năng đồng hóa các nguồn nitơ khác nhau (ví dụ: nitrat, nitrite, ethylamine, lysine, creatinine, creatine) [1]
Sinh trưởng khi thiếu hụt một số vitamin (myo-Inositol, calcium pantothenate,biotin, thiamine hydrochloride, pyridoxin hydrochloride, niacin, folic acid, p- aminobenzoic acid [3]
Sinh trưởng và sinh sản
Quá trình sinh trưởng của nấm men gồm các pha: pha tiềm sát, pha log, pha cân bằng và pha suy vong.
Trong tiềm phát nấm men hầu như không sinh sản Ở pha này, các tế bào nấm men thích nghi với môi trường mới
Trong pha thứ hai, nấm men bắt đầu quá trình sinh sản bằng hình thức nảy chồi mạnh và lên men
Trong pha cân bằng sinh trưởng, sô lượng tế bào nấm men ổn định( có dao động nhẹ xung quanh mức cân bằng) và quá trình lên men xảy ra mạnh. Ở pha suy vong, sự sinh sản hầu như ngừng lại và bắt đầu kết lắng Khả năng kết lắng của nấm men có vai trò rất quan trọng Men chìm kết lắng ở dạng bông dưới đáy các thùng lên men còn men nổi thì nổi lên bề mặt dịch lên men [2]
Hình 3: Đường cong sinh trưởng của nấm men
Men có thể sinh sản vô tính thông qua mọc chồi hoặc hữu tính thông qua sự hình thành của nang bào tử Trong quá trình sinh sản vô tính, chồi mới phát triển từ men mẹ khi các điều kiện thích hợp v à sau đó, khi chồi đạt tới kích thước của men trưởng thành thì nó tách ra khỏi men mẹ Khi các điều kiện dinh dưỡng kém các men có khả năng sinh sản hữu tính sẽ tạo ra các nang bào tử.
2 Tình hình sử dụng nấm men trong công nghiệp:
Nấm men là nhà sản xuất chính các sản phẩm công nghệ sinh học trên toàn thế giới, vượt quá sản lượng, về năng lực và doanh thu kinh tế, của bất kỳ nhóm vi sinh vật công nghiệp nào khác Sản lượng S cerevisiae hàng năm trên thế giới là hơn 1 triệu tấn (Hansen 2004, Verstrepen và cộng sự 2006) [1]
Bia có sản lượng hàng năm ước tính là 0,5 triệu tấn với tổng doanh thu 294,5 tỷ đô la năm 2006 (Verstrepen et al 2006) Điều này chỉ phản ánh doanh số và không bao gồm các khía cạnh khác bao gồm việc làm, dịch vụ kinh doanh, xây dựng, du lịch và thuế được tạo ra [1]
9 Ước tính có khoảng 600.000 tấn men làm bánh men và 800.000 tấn protein nấm men tế bào đơn được sản xuất mỗi năm (Hui 2004, Verstrepen et al 2006) [1]
Do nguồn tài nguyên giảm, các yếu tố môi trường và nhu cầu nguồn năng lượng bền vững, nấm men nói riêng và các loài vi sinh vật nói chung đã thu hút sự quan tâm mới trong những năm gần đây để sản xuất rượu nhiên liệu và các sản phẩm công nghiệp khác từ sinh khối (Antoni et al 2007, Lynd et al 2002) [1]
Nấm men là một nguồn enzyme quan trọng cho các thị trường truyền thống bao gồm thực phẩm, nông nghiệp, cũng như các chất sinh học cụ thể, ngày càng được sử dụng trong tổng hợp hóa học và dược phẩm, một ngành công nghiệp bị chi phối bởi tổng hợp hóa học (Blaser et al 2005, Faber 2004) [1]
Quy mô thị trường của các enzyme công nghiệp và các chất sinh học là khoảng 1,5 tỷ đô la vào năm 2002 và dự kiến sẽ tăng lên hơn 8 tỷ đô la vào năm 2011 (Cherry và Fidanstef 2003) Việc tăng cường sử dụng nấm men làm nguồn enzyme tự nhiên và dị hợp trong các ngành công nghiệp dược phẩm và hóa học đang dẫn đến các sản phẩm mới như trung gian chirus để sản xuất dược phẩm và hóa chất tốt (Faber 2004, Schmidt 2004, Walsh 2005, 2006) Bán dược phẩm toàn cầu là 600 tỷ đô la năm 2003
Các hoạt động của đơn vị trong các quy trình men truyền thống và được nghiên cứu kỹ lưỡng như sản xuất thực phẩm và đồ uống không được xem xét do một số chuyên luận xuất sắc bao gồm sản xuất rượu vang, bia, rượu chưng cất, bánh mì, rượu nhiên liệu, men thức ăn và men thức ăn, cũng như các loại men khác các quy trình công nghệ (Boekhout và Robert 2003, Hui và cộng sự 2004, Hutkins, 2006, Oliver,
1991, Prescott và Dunn 1940 và các phiên bản tiếp theo, Rehm và Reed 1995, Rose vàHarrison 1993) [1].
Sinh khối nấm men dạng thương mại
Men dạng lỏng
Nấm men lỏng là một sản phẩm thu nhận được ngay sau khi quá trình lên men hiếu khí kết thúc Người ta thu nhận dịch lên men có chứa sinh khối nấm men Nấm men dạng lỏng có ưu điểm là dễ sử dụng và hoạt lực cao Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là khó bảo quản, thời gian sử dụng chỉ 24 giờ sau sản xuất Chính vì thế, việc sản xuất sinh khối nấm men dạng lỏng thường tổ chức như một phân xưởng riêng trong cơ sở sản xuất và mang tính tự cung tự cấp Ngoài ra nấm men lỏng rất dễ bị nhiễm các vi sinh vật lạ Do đó, hiện nay người ta thường sử dụng men khô hoặc men dạng paste để thay cho men lỏng.
Hình 4: Nấm men dạng lỏng
Men dạng paste
Nấm men dạng paste là khối nấm men thu được sau khi ly tâm nấm men lỏng. Thường có độ ẩm khoảng: 70 – 75% Có hoạt lực kém hơn men dạng lỏng do trong quá trình ly tâm và thời gian kéo dài khiến nhiều tế bào nấm men chết Nếu được bảo quản lạnh( 4 – 7 C) thì có thể sử dựng nấm men paste trong khoảng 10 ngày Như vậy o sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho việc vận chuyển. Ở nhiều nước trên thế giới, các cơ sở sản xuát bánh mì thường sử dụng nấm men dạng paste Nước ta cũng có những cơ sở sử dugnj nấm men paste để sản xuất bánh mỳ với liều lượng khoảng 5% so với khối lượng bột lên men Liều lượng nấm men sử dụng cũng phụ thuộc vào chất lượng của nấm men paste.
Hình 5: Nấm men dạng paste
Men khô
Men khô được sản xuất từ nấm men paste Người ta sấy nấm men paste ở nhiệt độ thấp hơn 40 C hoặc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa Nấm men khô có độ ẩm o dưới 10%, tuy có nhược điểm là hoạt lực không cao nhưng lại có ưu điểm là thời gian sử dụng lâu và dễ vận chuyển hơn hẳn so với 2 loại còn lại.
Hình 6: Nấm men dạng khô
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của nấm men trong điều kiện nuôi cấy thu sinh khối tế bào
Môi trường nuôi cấy
Môi trường nuôi cấy thích hợp cho nấm men cần có nguồn hydrocacbon, nitơ, phospho và một số nguyên tố vi lượng như: Mg, Ca, Na, K và vitamin.
Saccharomyces cerevisiae có khả năng phát triển trên môi trường mà nguồn cacbon duy nhất là tinh bột, phát triển dễ hơn trên nguồn nguyên liệu nấu chin Theo phòng vi sinh thuộc Viện Công nghiệp Thực phẩm, từ 1 mét khối nước bã rượu nuôi nấm men có thể thu được 10 – 15kg men khô.
Môi trường nước chiết giá đậu cũng được sử dụng để nuôi cấy nấm men do trong đậu có hàm lượng protein cao, ngoài ra còn có các vitamin A1, B1, B2, C, E, K và các chất kích thích tăng trưởng khác Tuy nhiên, vitamin C trong nước chiết giá đậu có thể làm hạn chế sự phát triển của nấm men [4]
Ngoài ra, nấm men có khả năng sử dụng được môi trường dịch kiểm sulfit (Chất thải trong sản xuất giấy), với thành phần chủ yếu là pentose Theo tính toán, khoảng 5 tấn bột cellulose dùng sản xuất giấy sẽ thải ra một lượng kiềm sulfit chứa khoảng 180 kg đường Dịch này hấp thụ nhiều oxy nên khi nuôi cấy nấm men có thể giảm mức cung cấp oxi tới 60% so với bình thường [5]
Hiện nay, môi trường được sử dụng để nuôi cấy nấm men phổ biến nhất vẫn là môi trường rỉ đường Theo thống kê, 90% lượng sinh khối nấm men dùng bổ sung vào thức ăn chăn nuôi trên thế giới được sản xuất từ rỉ đường mía và củ cải đường Về thành phần cơ bản, hai loại rỉ đường giống nhau, tuy vậy về hàm lượng từng thành phần, đặc biệt hàm lượng đường tổng số có sự khác nhau, phụ thuộc vào giai đoạn thu hoạch mía, củ cải Thành phần cụ thể được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 1: Thành Phần rỉ đường Ngoài đường saccharose còn chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, các chất thuộc vitamin và các chất điều hoà sinh trưởng Trong đó có vitamin H (biotin) là chất kích thích sinh trưởng đối với phần lớn nấm men Trong 2 loại rỉ đường thì rỉ đường từ mía
13 có hàm lượng biotin cao hơn rỉ đường từ củ cải đường Chính vì thế, ở nhiều nước không có mía, người ta phải nhập rỉ đường từ mía về trộn chung với rỉ đường từ củ cải đường để đảm bảo hàm lượng biotin cho nấm men phát triển Tuy nhiên rỉ đường cũng có những đặc điểm không phù hợp với quá trình lên men Muốn sử dụng chúng cho quá trình lên men, ta phải tiến hành một số quá trình xử lý
Một là, do rỉ đường thường có màu nâu sẫm, được tạo ra trong quá trình chế biến đường Màu này rất khó bị phá hủy trong quá trình lên men Sau khi lên men, chúng sẽ bám vào sinh khối nấm men và tạo cho nấm men có màu vàng sẫm Màu này không phải màu tự nhiên của nấm men và việc tách màu ra khỏi sinh khối rất tốn kém và khó khăn Các chất màu này bao gồm các hợp chất caramen, phức chất của phenol – Fe , Melanoidin, Melanin Hai là, hàm lượng đường khá cao, nên khi tiến hành lên +2 men phải pha loãng tới nồng độ thích hợp cho sự phát triển của nấm men Ba là, hệ keo trong rỉ đường có ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men Hệ keo trong rỉ đường hình thành bởi protein và pectin Hệ keo này tạo ra độ nhớt cao làm giảm khả năng hoà tan của oxy, làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men Nếu hệ keo không được phá sẽ gây thoái hoá tế bào, dẫn đến hiệu suất thu nhận sinh khối lên men thấp. Bốn là, rỉ đường là chất dinh dưỡng khá lý tưởng nên rất dễ bị nhiễm vi sinh vật lạ Do đó chất lượng của rỉ đường cũng dễ bị thay đổi theo thời gian bảo quản Ngoài ra, người ta còn sử dụng bột khoai mỳ, bột ngô, gạo đã nấu,… để làm nguồn thức ăn cung cấp hydratcacbon cho nấm men [6]
Trong sản xuất nấm men bánh mì, người ta thường sử dụng urea như nguồn nitơ và diamonphotphat (DAP) như nguồn chứa nitơ và phospho Ngoài ra, có nhiều hợp chất vô cơ khác của photpho và nitơ có thể dùng để nuôi nấm men như (NH4)2SO4, NH4OH, H3PO4, Ca(H2PO4)2, nhưng hai nguồn trên được sử dụng nhiều trong nông nghiệp, dễ mua và rẻ Lượng DAP sử dụng từ 0,15 – 0,3%.
Trong sản xuất nấm men, người ta dùng K2CO3 và KCl làm nguồn cung cấp kali và MgSO4.7H2O, hay MgCl2 làm nguồn cung cấp magie
Quá trình lên men tạo sinh khối nấm men là quá trình lên men hiếu khí nên cần phải sục không khí vào dịch lên men Không khí sử dụng có thể có lẫn các vi sinh vật lạ gây hại cho quá trình lên men, do đó không khí cần được qua thiết bị lọc trước khi vào thiết bị lên men Ngoài ra người ta còn dùng dầu phá bọt, có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt dung dịch, áp suất khí CO2 làm vỡ tung bọt thoát ra ngoài Có thể dùng acid oleic hay dầu lạc, dầu cám, dầu thầu dầu, nồng độ từ 0,005 – 0,01% so với dung dịch cần phá bọt.
Trong quá trình nuôi cấy nấm men cần giữ cho dịch lên men liên tục bão hòa oxy hòa tan Ngừng cung cấp oxy trong 15 giây sẽ ảnh hưởng đến hoạt động sống của nấm men Oxy khí quyển chuyển vào tế bào nấm men qua hai giai đoạn: Đầu tiên oxy được hào tan vào môi trường nuôi cấy sau đó nấm men hấp thụ oxy vào trong tế bào. Theo lý thuyết, cần 1,066 kg (0,764 m3) oxy để oxy hóa 1kg đường, nhưng thực tế chỉ một phần nhỏ oxy bơm vào là được nấm men sử dụng, phần còn lại bị mất do các quá trình tiếp xúc, nhiệt độ, nồng độ, độ nhớt (Lao Thị Nha, 1987)
Nhiệt độ
Khoảng nhiệt độ tối ưu của Saccharomyces cerevisiae là 28 – 30 C Dưới 28 C o o hoặc trên 43 C sự sinh sản của chúng bị chậm hoặc dừng lại o
Độ pH của môi trường
- Tốc độ tích lũy sinh khối giảm: pH = 4
- Tốc độ sinh sản của nấm men ngừng lại: pH = 3 – 3,5
Quy trình công nghệ sản xuất sinh khối nấm men
Xử lý rỉ đường
Rỉ đường là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp đường Rỉ đường mía hoặc rỉ đường củ cải đều là nguồn nguyên liệu rất tốt cho công nghiệp vi sinh, trong đó có công nghiệp sản xuất nấm men Trong rỉ đường chứa tới 30 – 75% đường, trong đó phần lớn là saccharose, giàu chất khoáng, nhưng thiếu phospho và có thể thiếu nguồn nitơ dinh dưỡng cho nấm men Rỉ đường mía khá giàu biotin (vitamin H)
Tuy nhiên, rỉ đường chứa một số chất độc hai, hệ keo và các chất lơ lửng Hệ keo có trong rỉ mật được hình thành bởi protein và pectin nên có độ nhớt cao, làm cản trở quá trình trao đổi chất của nấm men Nếu hệ keo không bị phá hủy thì gây ra hiện tượng thoái hóa, các tế bào sinh trưởng và phát triển kém Hiệu suất của quá trình thu sinh khối rất thấp Ngoài ra, nếu không loại bỏ hệ keo, sản phẩm sinh khối thu được sẽ có màu vàng nâu của rỉ đường chứ không phải màu tự nhiên của nấm men Vì vậy cần phải loại bỏ các chất độc hai, các chất lơ lửng và đặc biệt là hệ keo của rỉ đường.
Xử lý rỉ đường gồm hai phương pháp sau: a Phương pháp hóa học:
Trong phương pháp này, acid H2SO4, kết hợp với Canxi Clorua để làm đông tụ, kết tủa chất keo Acid H2SO4 còn có vai trò liên kết với các muối có trong rỉ đường, cạnh tranh với các loại acid hữu cơ, phân ly protein tạo ra các lọai acid hoạt động, thích hợp cho sự sinh trưởng của nấm men.
Trong thực tế, quy trình được thực hiện như sau:
- Rỉ đường được pha loãng theo tỷ lệ 0,73m nước/ 1 tấn rỉ đường, trộn đều 3
- Thêm 0,9kg Canxi clorua/1 tấn rỉ đường, trộn đều trong 30 phút rồi để yên khoảng 30 phút.
- Bổ sung 6L acid H2SO4 / 1 tấn rỉ đường, khuấy trộn trong 30 phút rồi để lắng từ 6 -12 giờ.
- Hút lấy dịch trong, loại bỏ cặn. b Phương pháp cơ học:
Phương pháp này sử dụng máy ly tâm để loại chất bẩn, chất keo và có ưu điểm hơn so với phương pháp hóa học về phương diện kinh tế, thời gian, giảm thất thoát so với phương pháp hóa học 2% còn 0.14%
Trước khi ly tâm, pha loãng rỉ đường với nước theo tỷ lệ 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, tùy thuộc vào thành phần muối canxi trong rỉ đường Nếu lượng muối canxi trong rỉ đường
< 0.5% thì pha loãng 1:1, nếu là 0.6% thì pha loãng 1:2, hơn 1% thì pha loãng 1:4. Ngoài ra nếu gặp rỉ đường bị xấu hay bị thiếu thì ta phải tiến hành xử lý rỉ đường Nếu rỉ đường không đủ chất dinh dưỡng cho nấm men (chẳng hạn như nhu cầu nấm men đối với Mg ≥ 0,15% cao hơn nồng độ có trong rỉ đường) cần bổ sung cho đủ để nấm men có thể tăng trưởng được
Riêng đối với rỉ đường xấu, tùy yếu tố ảnh hưởng mà xử lý như sau :
Loại Phương pháp và thời gian xử lý
Rỉ đường chứa vi khuẩn tạo nitric Chlotetraccyline: từ 1- 5g/ m dung dịch đường 3 pha loãng để làm trong đường trong thời gian 1 giờ.
Rỉ đường có SO2 Clo 11g/110g SO trong 1 giờ.2
Acid bay hơi Dùng H3PO4 thay vì sử dụng H2SO4 Độ màu cao (2ml dung dịch Iot
Pha loãng, ít nhất 20 lần
Canxi cao ( 1%) Pha loãng với nước theo tỷ lệ 1:3, hạ pH đến 4,5; ly tâm trong 4 giờ để loại kết tủa.
Bảng 2: Xử lý rỉ đường xấuTrong thực tế, dịch lên men cần được pha loãng tới nồng độ 28-30% chất khô rồi sử dụng thiết bị lọc khung bản để lọc bỏ các chất lơ lửng.
Chuẩn bị môi trường lên men
Do nấm men không có men ngoại bào để phân giải protid nên cần phải cung cấp Nitơ dưới dạng hòa tan, có thể là đạm hữu cơ hoặc đạm vô cơ Dạng đạm hữu cơ thường được sử dụng là acid amin, pepton, ure Các đạm vô cơ thường dùng như các muối amon khử nitrat hoặc sunfat,
Cần bổ xung nguồn nitơ và phospho với tỷ lệ phù hợp Tỷ lệ thường sử dụng là
Trong sản xuất công nghiệp, người ta thường sử dụng superphosphate hoặc ammonphosphate làm nguồn cung cấp phosphor cho nấm men.
Các nguyên tố khoáng hầu như đã được cung cấp đủ trong rỉ đường, ngoại trừ
Mg Mg được bổ sung dưới dạng MgSO Ngoài ra, khi sử dụng rỉ đường mía làm4 nguyên liệu cũng cần bổ xung thêm Kali Dung dịch muối khoáng được bổ xung trong suốt quá trình lên men thành phẩm nhưng cần bổ sung hết trước khi kết thúc lên men 3 – 4 giờ.
Nấm men bánh mỳ còn cần them một số loại vitamin để tang trương sinh khối nhanh hơn như biotin, inositol, acid pantoteic,… Thông thường, khi sử dụng rỉ mía đường làm nguyên lieu thì hàm lượng vitamin, đặc biệt là biotin đã đủ Còn sử dung rỉ củ cải đường thì cần trộn thêm rỉ mía đường để bổ sung biotin.
Thanh trùng môi trường
Hiện nay, phương pháp thanh trùng được sử dụng phổ biến trong công nghệ vi sinh vật là dùng hơi nước quá nhiệt do nồi hơi cung cấp Trong lên men từng mẻ, các thiết bị sau khi được vệ sinh thì được khử trừng bằng hơi nóng có nhiệt độ từ 120 C – o
130 o C rồi mới bổ xung môi trường lên men Sau đó tiến hành khử trùng toàn bộ thiết bị đã chứa môi trường lỏng cùng với hệ thống cánh khuấy và các hệ thống đường ống, van tiếp cận
Việc gia nhiệt cao có thể dẫn đến sự phá hủy các chất dinh dưỡng có trong môi trường lên men, đặc biết các chất không bền trong môi trường có nhiệt độ cao Ngoài ra, quá trình ra nhiệt cũng dẫn đến hiện tượng caramen hóa các gốc đường, các phản ứng melanoid giữa đường với các aminoacid hay sự phá hủy các vitamin Đối với các chất nhạy cảm với nhiệt, có thể tiến hành khử trùng riêng rồi bổ sung vào mối trường lên men hoặc tiến hành khử trùng bằng các phương pháp khác như sử dụng phin vô trùng Ngoài việc sử dụng phương pháp thanh trùng gián đoạn thì có thể sử dụng thiết bị thành trùng liên tục như thiết bị thành trùng bản mỏng.
Nuôi cấy men giống
Ở nước ngoài, để sản xuất men thương phẩm,thường dùng men mẹ lớn, bảo quản dưới dạng men sữa, có hàm lượng từ 300-700g/l Giai đọan nuôi men mẹ thường tiến hành trong điều kiện vô trùng, hệ thống nuôi nấm men kín, nguyên liệu được khử
19 trùng hoặc triệt để trong nồi hấp áp suất hoặc ở 1000C trong 60 phút Chẳng hạn ở Anh, Hunggari, Tiệp Khắc người ta nuôi nấm men mẹ trong phòng thí nghiệm gồm 3 giai đoạn Ở Thụy Điển, Liên Xô gồm 4 giai đoạn, Ý gồm 5 giai đoạn và 1 giai đoạn cuối sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch Thời gian sản xuất thay đổi từ 3 –
Trong quy trình sản xuất men mẹ, ở các nước này thường dùng môi trường tổng hợp, nhất là các giai đọan trong phòng thí nghiệm như: nước mạch nha, cà chua, cà rốt, dịch tự phân của nấm men, đường glucose, maltose làm nguồn cacbon và nitơ, vitamin cho nấm men Giai đoạn sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch tuy không vô trùng triệt để, nhưng nguyên liệu, nước đều được khử trùng ở 100 C trong 60 phút, o hoặc được xử lý hypocloric Ở nước ta, hầu như chỉ có giai đoạn giống gốc, được thực hiện trong phòng thí nghiệm, các giai đoạn nhân giống tiếp theo đều thực hiện trong điệu kiện vô trùng tương đối, hệ thống nuôi men từ giai đoạn 4 trở đi là hệ thống hở và môi trường sử dụng thường không được giàu như các quy trình trên.
Nồng độ nguyên liệu được dùng để nuôi men như sau:
Nguồn hydratcacbon: tính trên rỉ đường hoặc rỉ đường có bổ sung nước mạch nha: 12 – 15% chất khô
Bảng 3: Sơ đồ các giai đoạn nhân giống lên men
Thể tích nuôi Nguồn hydrat
Thời gian nuôi cấy ( giờ) p
16-20 Nước chiết khoai tây và đường cát
Bình 1L 8 – 10 Rỉ đường : nước mạch nha
Bình 10L 8 – 10 Rỉ đường : nước mạch nha
Bình 50L 3 Rỉ đường : nước mạch nha
Phuy 100L 3 Rỉ đường 5 Thông khí 8 –
Phuy 200L 6 - 8 Rỉ đường 5 Thông khí 8 –
10 m / m / giờ 3 3 Men lắng – Ly tâm lấy tế bào Ở các cơ sở sản xuất men bánh mì tại nước ta không bảo quản men mẹ dưới dạng men sữa Mầm men trong thể tích trên lại tiếp tục được nhân lên theo cách thức tuần hoàn để sản xuất men ép thành phẩm như sau: Ống nghiệm 20→Bình 100ml→Bình 1L → Bình 10L→Phuy 100L→ Phuy 200L
Từ giai đoạn ống nghiệm đến giai đoạn 200L có thể xem như giai đọan men mẹ yêu cầu về chất lượng không được để nhiễm men dại hay vi khuẩn Nếu không có điều kiện nhân giống từ ống nghiệm gốc, có thể ly tâm lấy men trong giai đoạn này để sử dụng cho đợt nuôi men tiếp theo Nếu để lắng và ly tâm tiếp theo trong giai đoạn này men mẹ phải đạt được các chỉ tiêu sau đây:
– Hoạt lực làm dậy bột ≤ 45phút
– Tính nhạy cảm thẩm thấu ≤ 10 phút
– Cũng có thể đánh giá sơ bộ bảng đặc điểm hình thái và vài đặc điểm của một số cơ quan của tế bào khi nhuộm và quan sát dưới kính hiển vi
– Tế bào đồng nhất không lớn
– Không có thể mở Nhuộm tế bào với xanh metylen: nếu tế bào già, chết sẽ bắt đầu từ màu xanh đến xanh đậm, trong khi tế bào trẻ không bắt màu Vòng tuần hoàn sau 200L có thể lên đến 10 lần phụ thuộc vào chất lượng men mẹ, độ sạch của môi trường, nguyên liệu, điều kiện vệ sinh của cơ sở mỗi vòng từ 6 đến 8 giờ Ở các nước phát triển giai đọan nuôi men mẹ và men thương phẩm được thực hiện trong thiết bị
21 lên men kín, khá tối ưu về điều kiện thông khí, điều kiện kiểm tra quá trình được tự động hoá ,do đó kịp thời xử lý những sơ sót về kỹ thuật
– Phuy nhựa 200L: 25 – 30 cái, đây là thùng nuôi men bánh mì phổ biến, thích hợp với điều kiện sản xuất bán thủ công, dễ làm vệ sinh, sau mỗi đợt nuôi Tuy nhiên, cũng còn có một số điểm hạn chế như hệ thống khí bố trí không đồng đều, chiều cao cột nước không đạt, lượng khí chi phí khá cao
– Nếu có điều kiện đầu tư xây dựng, nên thiết kế hai nồi nuôi men qui mô0,5m³ và 2m³ Dùng thép không rỉ làm đáy và phầm vỏ bọc xung quanh, nắp đậy bằng kim loại, có hệ thống phân bố khí, hơi nước, hệ kiểm tra nhiệt độ, độ pH, lượng khí,…
Nuôi cấy nấm men thương phẩm
Gồm các phương pháp sau: a Nuôi nấm men thương phẩm theo chu kì
Trong giai đoạn nuôi cấy cần phải lưu ý mấy vấn đề quan trọng sau:
– Thành phần môi trường: môi trường nuôi cấy nấm men thương phẩm thường không khác nhiều so với môi trường nuôi cấy trong quá trình nhân giống Tuy nhiên, thành phần môi trường phải tuyệt đối ổn định để chất lượng nấm men đồng đều ở tất cả các mẻ nuôi trong suốt quá trình sản xuất và môi trường nuôi cấy phải vô trùng. Lượng đường trong môi trường khoảng 2 – 3%, không nên nhiều hơn và cũng không nên ít hơn Nếu lượng đường cao sẽ vừa lãng phí và vừa tạo ra những sản phẩm trao đổi chất khác, gây ức chế ngược đến quá trình tạo sinh khối pH môi trường khỏang 4.2 – 5.4 Không nên hạ thấp độ pH của môi trường xuống vì làm như vậy nấm men sẽ khó phát triển Nếu pH cao quá vừa ức chế nấm men phát triển, vùa tạo điều kiện cho vi khuẩn nhiễm vào dung dịch nuôi và phát triển, cạnh tranh chất dinh dưỡng, làm giảm chất lượng nấm men
Thiết bị nuôi nấm men vừa có dung tích thích hợp, vừa thuận lợi cho việc nạp môi trường, phá bọt cũng như thu nhận sản phẩm Thiết bị phải được lắp đặt hợp lý hệ thống thổi khí, hệ thống cánh khuấy và tấm cản dòng chuyển động của g yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm men Saccharomyces cerevisiae Vi sinh vật nhất là nấm men không thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan trong môi trường lỏng Lượng oxy hòa tan trong nước rất ít Trong quá trình phát triển, nấm men sẽ nhận oxy hòa tan và như vậy lượng oxy hòa tan sẽ giảm, do đó cần phải cung cấp oxy từ bên ngoài thiết bị Nấm men Saccharomyces cerevisiae là loài vi sinh vật hiếu khí tùy tiện Nếu chỉ thiếu oxy trong một thời gian ngắn, ngay lập tức chúng chuyển quá trình lên men hiếu khí sang quá trình lên men yếm khí Như vậy lượng sinh khối sẽ tạo thành rất ít và đường sẽ chuyển hóa theo các chu trình đường phân của các chu trình khác để cuối cùng tạo ra những sản phẩm trao đổi chất bậc hai Do đó, quá trình nuôi cấy nấm men thu nhận sinh khối bắt buộc phải được cung cấp oxy liên tục Vì nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan nên khi tốc độ hòa tan của oxy vào dung dịch bằng tốc độ sử dụng oxy của tế bào nấm men thì sinh khối tế bào nấm men sẽ đạt cực đại Tốc độ hòa tan của oxy vào môi trường lỏng được tính theo công thức: )(1CCKdtdcRLa −== Trong đó: R: tốc độ hòa tan của oxy C: nồng độ oxy bão hòa C1: nồng độ oxy hòa tan ở thời điểm khảo sát KLa: hằng số tỷ lệ t: thời gian. Trong thiết bị lên men người ta phải lắp đặt hệ thống phân phối khí và hệ thống cánh khuấy Hệ thống phân phối khí trong nuôi cấy nấm men thường được lắp đặt ở dưới đáy thiết bị Khi số vòng quay của cánh khuấy và tốc độ thổi khí tăng thì độ hòa tan của oxy vào dung dịch môi trường sẽ tăng theo Đồng thời làm tăng sự xáo trộn môi trường, thúc đẩy quá trình trao đổi chất và sinh sản tăng nhanh Tuy nhiên, việc tăng tốc độ khuấy và tốc độ thổi khí chỉ đến một giới hạnh nhất định Nếu tốc độ của hai yếu tố này quá cao, sẽ làm tăng hiện tượng tự phân của tế bào và bọt sẽ tạo ra nhiều. Việc cung cấp oxy cho những thiết bị nhỏ ở trong các phòng thí nghiệm thường rất khó khăn Do đó, người ta thường sử dụng máy lắc để làm tăng sự hòa tan của oxy vào môi trường Độ hòa tan của oxy bị chi phối bởi nhiệt độ của môi trường Khi nhiệt độ của môi trường tăng thì độ hòa tan của oxy sẽ giảm Nhiệt độ thấp thường làm tăng tốc độ hòa tan của oxy Nếu trong quá trình lên men, nhiệt độ môi trường tăng nhanh (do quá trình hô hấp của vi sinh vật) thì ngay lập tức phải thổi khí mạnh để làm giảm nhiệt độ của inh khối sẽ giảm Trong trường hợp phải dùng những chất hoạt động bề mặt, chất phá bọt, hoặc một số chất chống nhiễm trùng, độ hòa tan của oxy cũng giảm Hiện nay, có nhiều phương pháp xác định oxy hòa tan Những phương pháp phổ biến nhất như sau: – Phương pháp hóa học – Phương pháp cực phổ – Phương pháp đo điện thế oxy hóa – khử – Phương pháp đo trên máy Vacbua Khi xác định lượng oxy hòa tan trong
23 môi trường, người ta biểu hiện giá trị này theo các đơn vị sau: – Phần trăm so với khả năng bão hòa – Áp suất riêng phần – Milimol hoặc miligam Nghiên cứu ảnh hưởng của oxy hòa tan đến sự phát triển của nấm men Saccharomyces cerevisiae cho thấy: năng suất tạo thành sinh khối tăng dần khi tăng hàm lượng oxy hòa tan Năng suất sinh khối nấm men đạt cao nhất khi lượng oxy hòa tan tăng từ 0.5 – 1 milimol/l/phút Khi lượng oxy hòa tan tăng tới 4 milimol/l/phút, sinh khối giảm Nếu tăng lượng oxy lên nữa, sinh khối sẽ giảm nhanh Điều đó cho thấy sự tăng oxy hòa tan không phải tỷ lệ thuận với sự tăng sinh khối Không khí trước khi đưa vào thiết bị lên men, phải được làm sạch khỏi vi sinh và các tạp chất Nhu cầu cung cấp oxy cho quá trình phát triển của nấm men không phải lúc nào cũng giống nhau Do đó, ta phải thay đổi mức độ cung cấp oxy theo đúng nhu cầu thực tế của nấm men Ở giai đoạn tiềm phát, nấm men cần có thời gian thích nghi với điều kiện mới Ở giai đoạn này, việc tạo thành acid amin, các pectin và acid nucleic xảy ra nhanh hơn các quá trình khác Thời gian này có thể dài, có thể ngắn tùy thuộc vào từng loại nấm men Giai đoạn này thường khoảng 0.5 – 1 giờ Giai đoạn này chỉ cần cung cấp lượng không khí khoảng 50m3/giờ/m3 môi trường là đủ Ở giai đoạn tăng trưởng, nấm men tiến hành quá trình trao đổi chất rất mạnh, khối lượng nấm men trong các thiết bị tăng rõ rệt Việc tổng hợp enzyme được xúc tiến nhanh Hàm lượng RNA được tổng hợp nhiều nhất Giai đoạn này thường kéo dài khoảng 7 – 14 giờ và cũng là giai đọan nấm men cần nhiều oxy nhất, do đó lượng oxy cung cấp phải gấp đôi giai đoạn đầu tiên, khoảng 80 – 100m3/giờ/m3 môi trường Giai đoạn kế tiếp là giai đoạn cân bằng Giai đoạn này có nhiều thay đổi quan trọng Lượng tế bào mới sinh gần bằng lượng tế bào chết Các quá trình trao đổi chất giảm mạnh, do đó nhu cầu oxy không nhiều Giai đoạn này kéo dài khoảng 1 – 2 giờ và ta phải giảm lượng không khí cấp vào môi trường Lượng không khí cấp vào giai đoạn này từ 20 – 50m3/giờ/m3 môi trường Trong sản xuất nấm men bánh mì, người ta thường kết thúc quá trình nuôi nấm men ờ giai đoạn 2, bởi vì, một trong những yêu cầu quan trọng của nấm men bánh mì là số lượng tế bào nấm men sống phải chiếm đại đa số nên không thể đợi đến giai đoạn cân bằng mới tiến hành thu nhận sinh khối, làm như vậy nấm men thu được sẽ chứa nhiều tế bào già Trong nuôi cấy nấm men bánh mì, người ta thường nuôi trong khoảng thời gian 8 – 16 giờ Tối đa là
16 giờ. b Nuôi cấy nấm men bánh mì theo chu kì có bổ sung dịch nuôi cấy
Nuôi cấy theo chu kì có nhược điểm:
– Tổn thất thời gian cho giai đoạn vệ sinh thiết bị và điều kiện sản xuất – Sinh khối nấm men thu nhận được bao gồm cả tế bào mới sinh trưởng, tế bào trưởng thành và tế bào già.
– Bị tác động mạnh bởi chất dinh dưỡng với hàm lượng khá cao ngay từ thời gian mới nuôi cấy Để khắc phục nhược điểm thứ hai và thứ ba, người ta cải tiến phương pháp bằng cách đưa chất dinh dưỡng vào thành nhiều đợt Phương pháp này giúp tế bào nấm men không chịu áp suất thẩm thấu cao Cách bổ sung mật rỉ đã xử lý được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng 4: Cách bổ xung rỉ mật đã xử lý theo giờ nuôi cấy
–Tỉ lệ phần trăm so với tổng số chất dinh dưỡng cần cho vào.
–Thiết bị trên dùng cho thiết bị nuôi cấy là 100m3, dung tích dịch nuôi là 70m3
Giờ nuôi cấy Rỉ đường
Tổng số 2700 kg 130kg 40kg 43,5 kg 70 m 3 c Nuôi cấy nấm men thương phẩm theo phương pháp liên tục Để khắc phục nhược điểm của phương pháp nuôi cấy theo chu kì, người ta thực hiện phương pháp nuôi cấy liên tục Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là năng suất tăng và tế bào nấm men luôn luôn được đổi mới chất dinh dưỡng Phương pháp nuôi cấy liên tục còn cho phép ta kiểm soát và điều khiển dễ dàng quá trình Điều lưu ý là việc cung cấp oxy là phải liên tục và có cùng một mức độ Đây là điểm khác biệt giữa phương pháp liên tục và phương pháp theo chu kì Mức độ cung cấp không khí trong phương pháp này là 80 – 100m3/giờ/m3 môi trường suốt quá trình nuôi cấy.
Thiết bị sử dụng: Máy nén khí (máy thổi) Là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong bộ phận sản xuất men Cần chọn máy có khả năng tự hoạt động được cả về số lượng khí vận dụng và năng lượng tiêu thụ, có thể duy trì một áp suất ổn định trong thể tích lớn Khi cần giảm thể tích khí, năng lượng tiêu thụ của máy giảm, đồng thời áp suất cũng không vượt quá mức tối đa đã xác định trước để đảm bảo an toàn.Yếu tố này cần thiết vì thể tích khí thay đổi tùy giai đoạn phát triển của nấm men và môi trường nuôi men.
Ly tâm tách rửa men bánh mì
Dịch bã là một hệ thống các cấu tử phức tạp, gồm có nước ( 82-90% theo khối lượng), chất khô (4-10%) và rượu etylic và các chất bay hơi (5-8%) theo khối lượng (W) hoặc 6-10% theo thể tích (V) Dịch này luôn luôn có một lượng CO2 hòa tan nhất định (1-1.5% g/l), độ chua khoảng 0.5, pH 4.9-5.2 Dịch men sau kết thúc quá trình lên men rượu có khá nhiều tế bào nấm men lơ lửng trong dịch và một phần bị lắng thành cặn xác men Vì vậy cần tiến hành lắng các tế bào nấm men lơ lửng Điều kiện lắng tốt nhất là:
– Giảm lượng không khí 40-60% so với giai đoạn nuôi chính
– Thời gian lắng từ 1,5-2 giờ
Chất khô trong tế dịch men gồm có tế bào nấm men, cặn bã của môi trường rỉ đường cùng với những chất hòa tan trong hỗn hỗn hợp rượu-nước (đường không lên men, protein, chất khoáng…)[1] Để tách được sinh khối nấm men, giữ được hoạt tính để làm nở khối bột nhào khỏi khối dịch, người ta thực hiện bằng cách ly tâm tách
( seperator) 5 cấp, 7 cấp; ly tâm tách hoàn toàn, rửa sạch men để làm trắng màu, rồi đưa qua sấy khô nhưng không làm cho men chết Qua các cấp thu được xác nấm men cần phải rửa sạch và nồng độ lên men đặc dần được sáng màu dần, sản phẩm thu được là men đậm đặc
Bảng 5: Hàm lượng nấm men qua mỗi lần ly tâm Để tách men từ dạng đậm đặc, ta cho men qua thiết bị lọc ép Men nằm lại ở giữa các bản lọc Dùng bơm bơm dịch men vào máy ly tâm để loại môi trường còn lại. Thời gian ly tâm càng nhanh càng tốt (không quá 2giờ) Rửa không làm xấu chất lượng men nhưng nước rửa phải ở 2 C, nếu rửa nước ở nhiệt độ thường làm tăng thời o gian ly tâm, có thể ảnh hưởng lên chất lượng thành phẩm Trong khi nuôi, nếu có sự cố về kỹ thuật như nhiệt độ tăng không đủ chất khoáng thì sau khi ly tâm hòa tế bào vào nước lạnh 2 C kết hợp với xử lý sau: o
– Chlotetracylin-hydroclodrid 5g/m3 trong hơn 30 phút.
– Axit sorbic 1kg/m3 trong 30 phút
– KH2PO4 (8,5-20kg/m3 ) từ 1-15 phút
Những chất này 1 phần hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây nhiễm, đồng thời có tác dụng “dương” trên hoạt tính sinh sản của men Men ép có độ ẩm 71%-74% và đưa vào định hình, đóng gói Nếu men quá khô cần thêm 10% nước theo khối lượng rồi mới định hình Khi định hình nên thêm 0,1% dầu thực vật và thực hiện ở nhiệt độ 10-15 o C (ở nhiệt độ cao hơn có thể thu nhận được sản phẩm không tốt) Men ép được cắt thành bánh với khối lượng khác nhau (50, 100, 500, 1000) và được gói vào trong giấy thiếc hoặc bằng giấy plastic ngoài vỏ bao bằng giấy thường Men thành phẩm dạng này là men bánh mì dạng bánh (hay dạng ướt), bảo quản ở 0-4 C và độ ẩm không o khí giữ ở 82-96% Thời gian bảo quản trên 12 ngày trong điều kiện này Men ép có độ ẩm khoảng 75% trong nhiệt độ bình thường tương đối bị mất hoạt tính Vì vậy không
27 nên vận chuyển ở khoảng cách xa, cũng như giữ ở nhiệt độ thường trong thời gian dài.
Và để khắc phục được nhược điểm này người ta thường cho qua sấy Khi sản xuất men bánh mì cần chú ý đến quá trình này vì quá trình này có ảnh hưởng lớn đến chất lượng thành phẩm Trong quá trình lắng, không còn chất dinh dưỡng trong môi trường, hệ enzyme trong tế bào nấm men chuyển từ quá trình hoạt động sinh tổng hợp sang quá trình trao đổi chỉ nhằm duy trì những chức năng bình thường của tế bào Trong giai đoạn này, có dạng tế bào con, tế bào trẻ vừa mới tạo chồi, tế bào thành thục Tỉ số các dạng này khác nhau tùy thuộc quy trình kỹ thuật và môi trường hoạt động lúc đầu Số tế bào thành thục càng cao men thành phẩm càng giữ được tính chất của nó lâu hơn.
Lọc ép, quạt khô
Ly tâm xong, thu lấy nấm men cho vào máy lọc ép trước khi đóng gói Nấm men được giữ lại trong lớp vải lọc và dịch môi trường sẽ thấm ra ngoài Tốc độ và độ lọc phụ thuộc vào lực tác dụng và sự đối kháng của môi trường Nếu giai đoạn lọc ép tốt, sau giai đoạn này sẽ nhận được dạng men ép chứa khoảng 75% độ ẩm có thể đóng gói, không qua giai đọan quạt khô Trường họp lọc ép không đạt hiệu quả, có thể dùng quạt gió để xử lý tiếp từ nửa giờ đến 1giờ.
Sản xuất men ép
5.6.1 Tạo hình, đóng gói men ép: Ở các nước, giai đoạn này được thực hiện bằng máy, và có bổ sung dầu thực vật(0,1%), lecithin để đảm bảo độ bền chắc và màu sắc sản phẩm Các cơ sở sản xuất men bánh mì ở nước ta do trình độ công nghiệp chưa cao và có nhiều lao động thủ công nên sau khi lọc ép để men được nhào trộn cho đều, người ta có thể nhồi bằng tay như nhồi bột làm bánh bao hay cho từ 5-10kg men vào bao vải dày, cột chặt miệng bao lại và đạp bằng chân cho đến khi đồng nhất về màu sắc và độ chắc Cân men thành từng phần nặng 0,5kg cho vào túi nilon loại dày, ép trong khuôn cấy có kích thước tương ứng Ép chặt men theo khối vuông vức của khuôn, vuốt bao lại cho thẳng, bọc kín và cột thun lại Cất vào tủ lạnh bảo quản từ 2-4 C Khâu tạo hình và đóng gói men càng o làm nhanh càng tốt, vì trong điều kiện sản xuất của ta, nếu không rửa sạch men, hệ enzyme của tế bào nấm men đang ở trạng thái nghỉ, có thể tiếp tục hoạt động ảnh hưởng lên chất lượng men, hoặc có vi khuẩn gây nhiễm sinh sản mạnh hơn tế bào nấm men đang nghỉ Hoạt động của vi khuẩn sẽ tạo ra trong môi trường những chất độc làm kìm hãm tế bào nấm men, làm cho số lượng nấm men sống trong thành phẩm giảm.(3) 5.6.2 Bảo quản lạnh men ép:
Sau khi đóng gói, nấm men được chuyển đến phòng lạnh 0 – 4 C, độ ẩm không o khí phải duy trì ở 82 – 96%.
Sản xuất men khô
Sau khi thu được dạng men ép bằng phương pháp nuôi men đặc biệt để làm men khô, quá trình làm men khô tiếp theo gồm hai giai đoạn chính:
– Trục nấm men ép thành dạng sợi dài có độ dày và độ chắc đồng nhất
– Khử nước, làm khô sợi nấm men trên lưới thép nhờ quạt thông khí kết hợp với nhiệt độ từ 31 – 32ºC Trục nấm men thành dạng sợi Để thực hiện giai đoạn này có thể thiết kế dĩa đồng, có đục lỗ kích thước≈ 0,3 cm, gắn ở đầu ra của máy nghiền hay máy giã Có thể làm ẩm nấm men nếu cần bằng cách nhào trộn đến khi có độ đồng nhất mong muốn Cho nấm men vào phễu, từ đầu ra sẽ nhận được nấm men dạng chuỗi dài không đứt, cũng không dính nhập lại với nhau Lập tức trải sợi nấm men lên màng làm khô, nhưng nếu nấm men quá khô, chuỗi nấm men sẽ vỡ khi ra khỏi máy, bột nấm men rơi xuống màng làm khô Nếu nấm men quá ẩm, khi ra khỏi máy sợi nấm men sẽ dính vào nhau, không tạo thành sợi được Khử nước Trải sợi nấm men lên khay sấy, cho vào máy khử nước, dùng luồng khí do quạt cung cấp, công suất 2700m³/phút, tạo ra sự thông gió có tốc độ 1,2m/giây Nhiệt độ của máy được điều hòa nhờ hệ thống hơi nước duy trì ở 31ºC trong 1 giờ đầu và 32ºC trong 3 giờ sau
Hiện nay người ta dùng máy sấy thăng hoa để sản xuất nấm men khô Tại một số cơ sở sản xuất, người ta trộn nấm men với dung dịch muối NaCl để làm tăng nhanh quá trình thoát ẩm và tăng khả năng chịu nhiệt của nấm men Sấy thăng hoa là phương pháp sấy bằng cách hạ thấp nhiệt độ sản phẩm sấy xuống dưới điểm đông lạnh (dưới -10 o C) và được đặt trong bình chân không có áp suất gần với áp suất chân không tuyệt đối, khi đó nước thoát ra khỏi sản phẩm sấy ở trạng thái rắn, tức là thăng hoa ẩm Sấy thăng hoa hay còn được gọi là đông khô là phương pháp làm khô sản phẩm dựa theo hiện tượng vật lý là thăng hoa (chuyển nước từ pha rắn sang pha khí) Mô hình hệ
29 thống thiết bị sấy thăng hoa gồm 5 bộ phận: bình thăng hoa, bình ngưng của máy lạnh, máy nén của máy lạnh, bình ngưng-đóng băng, bơm chân không Quá trình sấy thăng hoa gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đông lạnh, giai đoạn thăng hoa và giai đoạn sấy ẩm dư. Sấy thăng hoa có ưu điểm giảm thời gian sấy xuống 3 lần, không ảnh hưởng lớn đến giá trị dinh dưỡng và mùi vị sản phẩm, tuy nhiên chi phí năng lượng riêng cao hơn các phương pháp khác khoảng 50-60%
Sản phẩm men khô có thời hạn sử dụng dài hơn men ép, thường trên 1 năm nếu được hút chân không và được trữ trong điều kiện thường Ưu điểm: thời gian sử dụng rất lâu, dễ vận chuyển
Nhược điểm: hoạt lực làm nở không cao Do thời gian bảo quản nấm men lỏng ngắn nên ngày nay người ta dùng nấm men nhão và nấm men thô để là bánh mì.
Giới thiệu tình hình sản xuất men khô ở nước ngoài
Sản xuất men khô là quá trình kĩ thuật khá phức tạp; cần chủng nấm men đặc biệt, các chế độ nuôi men mẹ và men thương phẩm có khác so với men ép Hiện nay ở các nước phát triển, vấn đề cải tiến chất lượng men khô vẫn chưa được hoàn chỉnh, các nghiên cứu thường tập trung theo 3 phương hướng sau đây:
– Chọn lọc chủng nấm men đặc biệt từ dạng men ép bền vững cho đến khô, sau đó dùng phương pháp thích hợp để nuôi, và phát hiện nhanh thông số thích hợp với quá trình làm khô của những chủng này.
– Từ dạng men khô bền vững qua thời gian bảo quản, khảo sát và phát hiện cấu trúc hay chỉ số nào của chủng thích hợp với việc bảo quản
– Tiếp tục cải thiện cách bao gói men khô Để nuôi nấm men làm men khô, quy trình có thay đổi so với phương pháp nuôi men ép:hỗn hợp men khô và men ép bánh mì với tỉ lệ 1:3 Men Ferminan có hoạt tính men cao hơn Ở Hà Lan sản xuất được loại men khô đặc biệt gọi là “Ferminan”, là men khô 2 lần và cao hơn men ép từ 4-6 lần.
Tính toán cân bằng vật liệu
Kế hoạch sản xuất của nhà máy
- Các ngày nghỉ trong năm:
• Tết dương lịch nghỉ 1 ngày
• Tết âm lịch nghỉ 5 ngày
• Quốc tế lao động 1/5 nghỉ 1 ngày
• Nghỉ ngày chủ nhật: nghỉ 52 ngày
Vậy, tổng số ngày làm việc trong một năm của nhà máy là: 304 ngày.
Nhà máy làm việc 3 ca/ngày, 1 ca 8 tiếng.
Các thông số ban đầu
- Nguyên liệu: rỉ đường mía
- Hàm lượng đường tổng cộng: 30%
- Hiệu suất quá trình lên men: 98%
- Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn:
STT Công đoạn Hao hụt và tổn thất
Bảng 6: Tỷ lệ hao hụt qua từng công đoạn
STT Công đoạn Độ ẩm
Bảng 7: Thay đổi độ ẩm qua các công đoạn
Tính toán cân bằng vật chất
6.2.1 Công đoạn xử lý rỉ đường mía
Khối lượng nguyên liệu rỉ đường đem xử lý: tính cho M0kg rỉ đường mía. Lương nguyên liệu thu được sau xử lý: m = M× (100% - 2%) = 100 × 0,98 = 981
Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau xử lý: mck1=m1 × 30% = 98 × 0,3
Khối lượng đường có trong rỉ đường sau xử lý: m = m × 30%= 98×0,3 = 29,4tb1 1
6.2.2 Công đoạn chuẩn bị môi trường lên men
Khối lượng môi trường lỏng khi chưa bổ xung thêm các chất dinh dưỡng khác: m2= m / 4% = 29,4 / 0,04= 735 (kg)tb1
Khối lượng DAP cần thêm vào : mDAP= m × 0,1% = 735 × 0,001 = 0,735 (kg)2
Khối lượng Magie Sunfat cần thêm vào: mMgSO4 = m2 × 0,05% = 735 × 0,0005=0,3675 (kg)
Khối lượng Ure cần thêm: m = m × 0,1% = 735 × 0,001 = 0,735 (kg)Ure 2
Khối lượng Amonisunfat cần thêm : m(NH4)2SO4= m × 0,1% = 735 × 0,001 = 0,735 (kg).2
Tổng khối lượng của môi trường lỏng theo lý thuyết: m = m + m3 2 DAP + mMgSO4 + mUre+ m(NH4)2SO4 = 735 + 0,735 + 0,3675 + 0,735 +0,735 = 737,5725 (kg)
Khối lượng môi trường lỏng thực tế: m4= m × (100% - 1%) = 737,5725 × 99% = 737,5725 × 0,99 = 730, 1968 (kg)3
Khối lượng môi trường lỏng sau thanh trùng: m = m × (100% - 1%) = m × 5 4 4
Khối lượng giống cấp vào: mgiống không đáng kể.
Lượng đường trong dịch lên men sau khi chuẩn bị môi trường và thành trùng: mđường = m × 4% = 722,8948 × 0,04 = 28,9158 (kg)5
Về lý thuyết, từ 1kg C6H12O6 thu được 0,5kg sinh khối nấm men khô (theo nghiên cứu của A J Forage), khối lượng sinh khối nấm men khô thu được: msinh khối = mđường/1 × 0,5 = 28,9158/1 × 0,5 = 14,4579 (kg)
Lượng sinh khối thực tế thu được sau quá trình lên men: msinh khối 2 = msinh khối × (100 % - 1%) = 14,4579 × 99% = 14,3133 (kg)
Khối lượng sinh khối khô thu được sau công đoạn ly tâm: msinh khói 3 = msinh khối 2 × (100 % - 1%) = 14,3133 × 99% = 14,1702 (kg)
6.2.5 Công đoạn lọc thùng quay
Khối lượng sinh khối khô thu được sau công đoạn lọc thùng quay : msinh khói 4 = msinh khối 3 × (100 % - 2%) = 14,1702 × 98% = 13,8868(kg)
Khối lượng sinh khối khô thu được sau công đoạn ép : msinh khói 5 = msinh khối 4 × (100 % - 1%) = 13,8868× 99% = 13,7479(kg)
Khối lượng sinh khối khô thu được sau công đoạn định hình : msinh khói 6 = msinh khối 5 × (100 % - 1%) = 13,7479× 99% ,6104 (kg)
Khối lượng sinh khối khô thu được sau công đoạn sấy :
33 msinh khói 7 = msinh khối 6 × (100 % - 1%) = 13,6104 × 99% ,4743 (kg)
Khối lượng sinh khối khô thu được sau công đoạn bao gói : msinh khói 8 = msinh khối 7 × (100 % - 0,5%): (100%-8%) = 13,6104 × 99,5%:92%
Vậy, từ 100 kg dịch rỉ đường mía nguyên liệu ban đầu, sau quá trình sản xuất, ta thu được 14,72 kg nấm men khô thành phẩm.
Như vậy, để đạt được mục tiêu sản xuất 10000 tấn nấm men trong 1 năm, lượng nguyên lieu rỉ đường cần là: mrỉ đường 00000/msinh khối 8 ×100 = 10000000 / 14,72× 100 = 67934782,61 (kg)
Vậy, trong 1 năm, cần 67934,79 tấn rỉ mía đường để sản xuất 10000 tấn nấm men khô thương phẩm.
Lựa chọn thiết bị
Thiết bị truyền nhiệt kiểu tấm
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm BS10
- Nướ mát sử dụng: 20,4 tấn/h
Hình 7: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
Thiết bị ly tâm
Mục đích công nghệ: Loại một phần môi trường.
- Không ky tâm quá 2 giờ
Hình 8: Thiết bị li tâm PDSM5000-SN
Thiết bị lọc thùng quay
Mục đích công nghệ: Loại nước tự do, chuẩn bị cho quá trình định hình. Thông số công nghệ:
- Độ ẩm của sản phẩm sau quá trình đạt 40%
Hình 9: Thiết bị Lọc thùng quay PW -10 Để tăng hiệu xuất quá trình thu hồi sinh khối, có thể tráng thêm một lớp khoai mỳ ở thành trong của thiết bị.
Vít tải
- Vật liệu chết tạo: Inox
Hình 10: Thiết bị Vít tải
Thiết bị định hình
- Khung vỏ ngoài ống phi 300 uống dạng U có nắp inox 304 ( thép chống gỉ ) dày 4ly.
- Trục vít xoắn ống phi 114 inox 304 dày 8ly.
- Cánh vít inox 304 dày 4ly.
Hình 11: Thiết bị định hình
Thiết bị sấy
Thông số kỹ thuật của thiết bị sấy tầng sôi: Ưu điểm khi sử dụng máy sấy tầng sôi:
- Thời gian sấy ngắn, tiết kiệm được thời gian và phù hợp cho những loại chất không chịu được nhiệt độ cao và không bền nhiệt như những loại vitamin, protein,…
- Do thời gian tạo hạt cốm ngăn nên tạo được độ đồng đều cho hạt cốm, hạt cốm có độ trơn bóng, mẫu mã đẹp và chất lượng.
- Không xảy ra những hiện tượng hatj cốm bị xốp, không sinh khí và quá nhiệt cục bộ trong hạt cốm.
- Trong máy sây tầng sôi tạo hạt có thể lắp đặt ở các vị trí khác nhau trong máy
- Súng phun có thể điều chỉnh được để phun chính xác vào những khối bột được sấy, dung dịch bơm đến súng phun bằng máy bơm nhu động
- Được lắp đặt cảm biến trong thiết bị để đo tức thời và liên tục để đo kích thức hạt cốm, có thể giám sát toàn bộ quá trình tạo hạt cốm
- Dễ dàng lấy mẫu kiểm tra chất lượng trong khi máy vẫn hoạt động
Hình 12: Thiết bị sấy tầng sôi
Tính toán thiết bị lọc thung quay chân không
Thông số ban đầu
Khối lượng dịch lọc đầu vào: m =dv
Thể tích dịch lọc đi vào thiết bị lọc thùng quay chân không trong 1 năm là:
Mỗi ngày, thể tích dịch lọc qua thiết bị là: Vngày= V /304 = 192529912,3/304 =năm
Tốc độ lọc của thiết bị là V= Vngày/24 = 633322,1/24 = 26388,42 L/h
Mật độ nấm men trong dịch vào thiết bị: 500g/L
Tính toán thiết bị
8.2.1 Diện tích bề mặt lọc:
Từ định luật Darcy, tích phân ta thu được:
- A :Diện tích bề mặt lọc (m ) 2
- ΔP : Chênh lệch áp suất (Pa)
- à :Độ nhớt của dịch lọc (Pa.s)
- c : khối lượng cặn trên 1 đơn vị thể tích dịch lọc
- : Trở lực riêng trung bình của cặn lọc (cm/g)
- R m : Trở lực riêng của vật liệu (m 1 )
Hình 13: Sơ đồ chu kỳ làm việc của thiết bị Chọn:
- Thời gian 1 chu kỳ là 60s giây và thời gian hình thành cặn lọc là 20 giây => t giây
- Độ nhớt của dịch lọc à 2 cp = 0,002 Pa.s =
- Trở lực riêng trung bình của cặn lọc = 9.10 cm/g 10
- Trở lực riêng của vật liệu R =0 m m —1
- Chênh lệch áp suất : Δ = 70 kPa = 70000Pa P
- Khối lượng cặn lọc trên một đơn vị thể tích lọc: c= 500g / L
- Thể tích dịch lọc trong 20 giây là: V = 20 V /3600 = 146,61 L20
Thay số vào công thức (1) ta được :
Vậy, diện tích bề mặt lọc trong thực tế là: A =A 60/20 = 94,25 (m )1 2
Vì khung lọc có hình trụ, chọn chiều dài của khung lọc là l=7,5 m Bán kính khung lọc là: r= = = 2 (m)
Thời gian quay 1 chu kỳ: t = 1 phút = 60 giây
Vân tốc quay của thùng là: = p/t = 12,56/60 = 0.21 (m/s)ɷ
8.2.3 Chọn thùng chứa dịch huyền phù sau ly tâm
Chọn giai đoạn vải lọc chìm trong thùng chứa dịch huyền phù sau ly tâm là từ góc 210 đến góc 330 o o
Chọn chiều dài của thùng lên men là 8300mm
Thể tích dịch lên men trong thùng là:
Chọn độ dày vỏ thùng chứa dịch huyền phù sau ly tâm :10mm
Chọn thùng có hình dạng và kích thước như sau:
Hình 14: Cấu tạo thùng chứa huyền phù sau ly tâm 8.2.4 Hệ thống vòi rửa
Chọn giai đoạn rửa trong 1 chu kỳ từ góc 15 đến góc 90 o o
Chọn ống dẫn nước rửa là ống có đường kính trong: d = 100m, độ dày δ = tr
Chọn hệ thống vòi rửa gồm 3 ống, mỗi ống có 8 vòi xả.
8.2.5 Hệ thống giá đỡ vòi rửa
Khối lượng của hệ thống dàn phun là:
Khối lượng riêng của thép CT4 là: d = 7850 (kg/m )CT4 3
Cấu tạo của các thanh đỡ khung:
Hình 15: Cấu tạo của thanh đỡ khung Khối lượng của 24 khung lọc là:
Hình 16: : Cấu tạo ống nối
Khối lượng của hệ thống 12 ống nối:
Khối lượng của ống dẫn từ khoang trống:
Tổng khối lượng của khung lọc là: mkhung= mống nối + mkhung lọc + mống dẫn = 641 + 301,7 + 60,3 = 1003 (kg) Khối lượng phải chịu trên 1m chiều dài trục quay là:
Bảng 8: Khối lượng chịu lực của thép theo kích thước đường kính Dựa vào Bảng ,lựa chọn thép đặc có đường kính d = 150mmtrục
Khối lược trục quay là: mtrục = dtrục 2(10
Tổng khối lượng trục quay và khung lọc là: mmoto = m + m = 138,65 + 1003 = 1141,65(kg)trục 1m
Công được động cơ thực hiện trong 1 chu kỳ là:
Công suất của động cơ cần thiết là:
Chọn động cơ có công suất 3Kw, 1 pha:
Hình 17: Động cơ điện 1 pha công suất 3Kw 8.2.8 Dao cạo bã
Chọn độ dày của dao cạo bã: 50mm
Góc nghiêng đặt doa cạo bã: 55 o
Hình 18: Cấu tạo dao cạo bãChọn khung đỡ dao cạo bã được cấu tạo từ thép CT4, có đọ dày 20mm, được cố định vào khung thiết bị.
Hình 19: Mặt cắt khung đỡ dao cạo 8.2.9 Đường ống hút chân không
Giai đoạn hoạt động của bơm hút chân không là từ góc
Chọn đường kính đường ống hút chân không là d = 100mm, độ dày là 6mm.ck
Số đường hút chân không là: 2
Kích thước bích của đường ống hút chân không.
Kích thước nối Bulông Kiểu bích
Dn(mm) D(mm) Dδ (mm) D1(mm) Db(mm) z(cái) h(mm)
Bảng 9: : Kích thước bích ống hút chân không
Giai đoạn hoạt động của thiết bị thổi khí nén là từ góc 135 đến góc 195 o o Chọn đường kính ống khí nén vào là dkhí nénpmm, độ dày là 6mm.
Kích thước nối Bulông Kiểu bích
Dn(mm) D(mm) Dδ (mm) D1(mm) Db(mm) z(cái) h(mm)
Bảng 10: Kích thước bích ống dẫn khí nén 8.2.11 Đĩa phân phối
Do chu kỳ thổi khí nén là 60 nên trên mặt đía cố định, khu vực hút chiến 1/6 o diện tích bề mặt đĩa Phần còn lại được chia đều thành 2 khu vực hút chân không như sau:
Hình 20: Cấu tạo đĩa cố định 8.2.12 Ống xả đáy
Chọn ống làm bằng thép CT4 có đường kính 100mm.
Kích thước nối Bulông Kiểu bích
Dn(mm) D(mm) Dδ (mm) D1(mm) Db(mm) z(cái) h(mm)
Bảng 11: :Kích thước bích của ống xả đáy
8.2.13 Ống dẫn dịch ly tâm vào
Chọn ống làm bằng thép CT4 có đường kính 100mm.
Kích thước nối Bulông Kiểu bích
Dn(mm) D(mm) Dδ (mm) D1(mm) Db(mm) z(cái) h(mm)
Bảng 12: :Kích thước bích của ống dẫ dịch ly tâm vào
8.2.14 Ống dẫn trợ lọc vào
Chọn ống làm bằng thép CT4 có đường kính 100mm.
Py.10 6 Dy Kích thước nối Bulông Kiểu
Dn(mm) D(mm) Dδ (mm) D1(mm) Db(mm) z(cái) h(mm)
Bảng 13: :Kích thước bích của ống dẫn trợ lọc vào
