CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÀU TỪ NẤM MEN

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÀU TỪ NẤM MEN GVGD: NGUYỄN THỊ THU SANG DANH SÁCH NHÓM 12: Trần Hoàng Vũ 2005120059 Nguyễn Mộng Tường Vi 2005120060 Nguyễn Cao Kỳ Khanh 2005120001 Chu Vũ Đăng Khánh 2005120024 LỚP: 03DHTP1 THỨ 5 – TIẾT 7,8 – PHÒNG B507 Năm học: 2014-2015 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN 3 1. Giới thiệu về carotenoid 3 1.1. Phân bố 3 1.2. Phân loại 4 2. Nguyên liệu sản xuất 4 2.1. Thành phần nguyên liệu 4 2.2. Mô tả nguyên liệu 5 3. Giống vi sinh vật 9 3.1. Giới thiệu giống vi sinh vật 9 3.2. Hình thái 10 3.3. Cấu tạo 11 3.4. Đặc điểm sinh hóa 13 3.5. Sinh sản 13 3.6. Tiêu chí chọn giống 14 3.7. Cơ chế sinh tổng hợp sắc tố carotenoid từ Rhodotorula 15 PHẦN II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 18 1. Quy trình công nghệ 18 2. Thuyết minh quy trình 19 2.1. Chuẩn bị môi trường 19 2.2. Tiệt trùng 19 2.3. Hoạt hóa giống, nhân giống 21 2.4. Lên men 21 2.5. Ly tâm tách sinh khối 23 Nhóm 12 1 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP 2.6. Đồng hóa 25 2.7. Trích ly 26 2.8. Lọc 28 2.9. Cô đặc 30 2.10. Sấy 31 PHẦN III: SẢN PHẨM 33 1. Các chỉ tiêu 33 1.1. Vật lý 33 1.2. Hóa học 34 1.3. Sinh học 35 2. Ứng dụng 36 2.1. Tạo màu cho sản phẩm 36 2.2. Dùng làm dược phẩm 37 3. Thành tựu 37 PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHẦN I: TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU VỀ CAROTENOID Nhóm 12 2 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP Carotenoid là nhóm chất màu hòa tan trong chất béo có trong lục lạp, trong quả và rau có màu da cam, màu vàng và màu đỏ. Có khoảng hơn 600 loại carotenoid tồn tại trong tự nhiên. Chúng rất phổ biến và được tạo ra rất nhiều trong tự nhiên. Người ta ước tính rằng hằng năm có trên 100 triệu tấn carotenoid được sản sinh ra trong tự nhiên. Phần lớn lượng này ở dạng fucoxanthin (trong tảo), và trong 3 carotenoid chính của lá cây là lutein, violaxanthin và neoxanthin. Còn lại tuy chiếm lượng nhỏ hơn nhưng hiện diện khắp nơi là β-carotene và zeaxanthin. Những sắc tố khác là lycopene (cà chua), capsanthin (tiêu đỏ), bixin (điều). 1.1. Phân bố: Bảng 1. Sự phân bố và đặc điểm của carotenoid ở các sinh vật Nguồn gốc Đặc điểm Thực vật  Carotenoid thường tồn tại ở phần diệp lục của mô xanh, màu của chúng bị che lấp bởi màu của chorophyll.  Hàm lượng carotenoid hầu như giống nhau ở các loại lá cây: β-carotene (25-30%), lutein (khoảng 45%), violaxanthin (15%), neoxanthin (15%) trên tổng số khối lượng carotenoid. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ α-carotene, α và β-cryptoxanthin, zeaxanthin, atheraxanthin, lutein – 5,6 – epoxdide. Carotenoid cũng phân bố trong các mô thường (không có phản ứng quang hợp) tạo ra màu vàng, cam, đỏ cho hoa quả như cà chua, cà rốt, bí đỏ… Động vật  Carotenoid tạo màu vàng, đỏ cho lông cánh các loài chim; tạo màu lông và da vàng cho gà con, tạo màu đỏ cho lòng đỏ trứng. Nhóm 12 3 Hình 1. Tảo Hình 2. Cà chua Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP  Trong một số động vật biển như tôm hùm, cua…tồn tại một dạng phức hợp giữa carotenoid và protein gọi là carotenoprotein lúc còn sống có màu xanh lá, tím hoặc xanh dương; nhưng khi nấu chín protein bị biến tính màu đỏ của carotenoid mới hiện ra. Vi sinh vật  Carotenoid là chất màu nội bào của một số loài vi sinh vật như: vi khuẩn (Brevibacterium tạo canthaxanthin, Flavobacterium tạo zeaxanthin), nấm men (Rhodotorula sp.), nấm mốc (Neurospora crassa, Mucorals choanophoracea), tảo (Dunadiella) 1.2. Phân loại Carotenoid được cấu tạo từ 8 đơn vị isoprene liên tiếp nhau ở trung tâm của phân tử tạo nên cấu trúc đối xứng, có thể chia làm hai nhóm chính: - Carotenes: gồm các hydrocarbon carotenoid (C 40 H 56 ) - Xanthophylls: gồm các dẫn xuất có chứa oxy như hydroxyl, keto, epoxy, methoxy, acid của carotenoid (C 40 H 56 O 2 ) Theo Bong và cộng sự (2004) các carotenoid chính được nghiên cứu từ giống nấm men Rhodotorula hiện diện đủ cả hai nhóm, trong đó torulene, β-carotene thuộc nhóm carotenes; torularhodin, astaxanthin thuộc nhóm xanthophylls. 2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT 2.1. Thành phần nguyên liệu  Mật rỉ đường mía  Chất chiết nấm men  Chất chiết malt  KH 2 PO 4  K 2 HPO 4  (NH 4 ) 2 SO 4 2.2. Mô tả nguyên liệu  Mật rỉ đường mía Nhóm 12 4 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP Nguồn carbon sử dụng là mật rỉ đường, có hàm lượng chất khô 75-83% khối lượng, pH = 4,5-6 Bảng 2. Thành phần hóa học chính trong mật rỉ đường mía (tính theo % chất khô) Succrose 32 – 45 Glucose 5 – 11 Fructose 6 – 15 Lượng đường tổng 52 – 65 Nito tổng 0.4 – 1.5 Tro 7 - 11 Binkley and Wolfrom (1953); Wiley (1954), p.314; Olbrich (1956), p.12; Ruter (1975); Paturau (1989) Bảng 3. Thành phần tro trong mật rỉ (tính theo % khối lượng của tro) Na 2 O 0.3 – 9 CaO 7 – 15 MgO 2 – 14 P 2 O 5 0.5 – 2.5 SO 3 7 – 27 SiO 2 1 – 7 K 2 O 30 – 50 Olbrich (1963), p.540, Chen and Chou (1993), p.408 Ngoài ra, ra trong mật rỉ còn có chứa một số vitamin Bảng 4. Thành phần vitamin trong mật rỉ (tính theo µg/g rỉ đường) Thiamine 8.3 Riboflavine 2.5 Nicotimic acid 21 Pantothenic acid 21.4 Folic acid 0.038 Pyridocine 6.5 Biotin 12 Mật rỉ trước khi dùng pha chế môi trường phải được xử lý để phá hệ keo và màu sẫm của mật rỉ. Hệ keo của mật rỉ do protein và pectin hình thành. Hệ keo thường tạo độ nhớt cao và làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men. Nếu hệ keo không được phá đi sẽ gây hiện tượng thoái hóa, tế bào sẽ phát triển và sinh sản kém, sinh khối nấm men thu nhận sẽ bám đầy vào các chất keo này dẫn đến khó làm sạch sản phẩm. Keo càng nhiều, khả năng hòa tan của oxy càng kém và khả năng trao đổi chất của vi Nhóm 12 5 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP sinh vật càng kém. Màu sẫm bám vào sinh khối nấm men và tạo cho nấm men có màu vàng thẫm, không phải màu tự nhiên của nấm. Ngoài ra rỉ đường cũng là môi trường dinh dưỡng khá lý tưởng cho vi sinh vật xâm nhập và phát triển. Để xử lý hệ keo và màu sẫm của mật rỉ, người ta sử dụng 3.5kg acid sunfuric đậm đặc cho một tấn mật rỉ. Khi cho H 2 SO 4 vào mật rỉ, có ba cách thực hiện quá trình xử lý này. Cách thứ nhất: Khi cho 3.5kg H 2 SO 4 vào một tấn mật rỉ, người ta khuấy đều ở nhiệt độ thường trong 24h, sau đó ly tâm thu dịch đường. Cách thứ hai: Khi cho 3.5kg H 2 SO 4 vào một tấn mật rỉ, người ta đun nóng toàn bộ lên 85 o C và khuấy đều liên tục trong 6h, sau đó ly tâm thu dịch đường. Cách thứ ba: cho H 2 SO 4 đến khi pH của mật rỉ đạt giá trị 4, người ta đun nóng đến 120 – 125 o C trong một phút để các chất vô cơ kết tủa, sau đó ly tâm dịch đường. Dịch đường sau khi xử lý được pha chế thành môi trường có nồng độ phù hợp cho quá trình lên men thu sinh khối.  Chất chiết nấm men Bảng 5. Thành phần chất chiết men Tiêu chuẩn Paste nấm men bia Bột nấm men bia Màu Vàng nâu Bột vàng sáng Tổng N, % KL chất khô ≥ 7 ≥ 9 Nito amin, % KL chất khô ≥ 3 ≥ 3.5 Chất khô, % KL chất khô ≥ 65 ≥ 94 NaCl, % KL chất khô ≤ 4 ≤ 4 pH 5 – 6.5 5 – 6.5 Tro, % KL chất khô ≤ 10 ≤ 10  Chất chiết malt Bảng 6. Thành phần chất chiết malt Màu Từ vàng sáng đến nâu Nhóm 12 6 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP Chỉ số DE 39 – 60 Protein, % KL chất khô ≥ 4.2 Acid (ml/100g) ≤ 23 pH ≥ 5 Độ ẩm, % ≤ 4 Thể tích riêng (ml/100g) 180 Tro, % KL chất khô ≤ 2 Cloriform (tế bào/g) ≤ 100 Hàm lượng vi sinh vật (cfu/g) ≤ 50000  KH 2 PO 4 Bảng 7. Thành phần của KH 2 PO 4 thương phẩm Độ tinh sạch, % KL chất khô ≥ 99 P 2 O 5 , % KL chất khô ≥ 51.5 K 2 O, % KL chất khô ≥ 34 Chloride, % KL chất khô ≤ 0.2 pH ≤ 4.4 – 4.8 Chất không tan trong nước, % KL chất khô ≤ 0.1 Độ ẩm, % ≤ 0.2 Kim loại nặng (như Pb) , % KL chất khô ≤ 0.001 Arsen, % KL chất khô ≤ 0.0003 Flour, % KL chất khô ≤ 0.005  K 2 HPO 4 Bảng 8. Thành phần hóa học của K 2 HPO 4 Độ tinh sạch, % KL chất khô 98 P 2 O 5 , % KL chất khô 40 Nhóm 12 7 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP K 2 O (khan), % KL chất khô 53 pH 8 – 9 Chất không tan, % KL chất khô 0.05 Kim loại nặng (như Pb) , % KL chất khô 0.001 Arsen, % KL chất khô 0.0003 Flour, % KL chất khô 0.002  (NH 4 ) 2 SO 4 Bảng 9. Thành phần của (NH 4 ) 2 SO 4 Nito tổng, % KL chất khô 21 Độ ẩm, % 0.2 Acid tự do, % KL chất khô 0.03 Fe, % KL chất khô 0.007 As, % KL chất khô 0.00005 Kim loại nặng (Pb), % KL chất khô 0.005 Chất không tan, % KL chất khô 0.01 3. GIỐNG VI SINH VẬT Nhóm 12 8 Hình 4. Khuẩn lạc Rh. mucilaginosaHình 3. Tế bào Rhodotorula glutinis Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP 3.1. Giới thiệu giống vi sinh vật - Theo phân loại Harison(1927) nấm men Rho dotorula thuộc:  Giới: Nấm (fungi)  Ngành: Basidiomycota  Lớp: Urediniomycetes  Bộ: Sporidiales  Họ: Sporidiobolaceae  Giống: Rhodotorula - Nấm men Rhodotorula còn được gọi là nấm men sinh sắc tố carotenoid (carotengensis), là một trong rất ít các giống nấm men có khả năng tổng hợp tích lũy một lượng lớn các sắc tố carotenoid trong đó chủ yếu là β-carotene, torulene, torulahodin…. - Rhodotorula thuộc cơ thể đơn bào, không sinh bào tử, không có sợi khuẩn ti hay sợi khuẩn ti giả. - Rhodotorula là nhóm sinh vật ưa ấm, khoảng nhiệt độ hoạt động từ 20-40 0 C. - Chúng phân bố rộng rãi khắp nơi: trong đất, không khí, trên các vỏ lá cây như táo, dưa hấu, dâu tây…. 3.2. Hình thái - Khi quan sát dưới kính hiển vi tế bào nấm men Rhodotorula có dạng hình tròn, oval, elip, cầu đến dạng thon dài hoặc gậy. - Kích thước tế bào dao động trong khoảng 2-5 µm, chiều rộng 2,5-10 µm, chiều dài phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và độ tuổi. - Kích thước khuẩn lạc tùy môi trường, có thể đạt từ 1-10 mm. - Quan sát dưới kính hiển vi không hình thành sợi nấm, một số có sinh sợi nấm giả nhưng rất kém phát triển, thường nảy chồi ở đỉnh, không hình thành bào tử túi. Bảng 10. Một vài loài sinh tổng hợp chất màu carotenoid Loài Màu khuẩn lạc Hình dạng Nguồn phân lập Nhóm 12 9 [...]... vòng từ lycopene Các hợp chất carotene chứ nhóm chức chứa oxy (hydroxyl, epoxy, methoxy, ) như astaxanthin, torularhodin, thường tổng hợp vào giai đoạn cuối cùng Nhóm 12 16 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP PHẦN II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Môi trường Giống VSV Tiệt trùng Lên men Nhân giống Hoạt hóa Tách sinh khối Phá thành TB Trích ly Lọc Cô đặc Sấy Sản phẩm Nhóm 12 17 Ứng dụng công. .. carotenoid Nhóm 12 12 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP 3.5 Sinh sản Đa số loài của nấm men Rhodotorula sinh sản bằng cách nảy chồi như: Rh.pilimane, Rh.pilatii, Rh.javaniti, Rh.ingniosa, Rh.difluens và Rh.bogoriensis Ngoài ra, Rhodotorula còn sinh sản theo kiểu phân đôi nhưng giống Rhodotorula không có kiểu sinh sản hữu tính 3.5.1 Sinh sản bằng hình thức nảy chồi Đầu tiên hạch nấm men bắt đầu dài ra và... theo kiểu bàn cờ Thông số công nghệ: Lên men tĩnh có bổ sung cơ chất Thời gian lên men: khoảng 72 giờ Tốc độ khuấy: 240 vòng/phút Nhóm 12 21 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP Sản phẩm cần thu là các chất nội bào ta thường kết thúc quá trình lên men sau pha suy vong để tế bào tự phân Nhưng đối với sản phẩm carotenoid thì hàm lượng được tạo ra trong quá trình lên men sẽ bị giảm nếu để đến giai đoạn... hợp các hợp chất màu carotenoid, thành phần môi trường thay đổi, chất dinh dưỡng dần cạn kiệt, chất thải của nấm men ngày càng tích lũy nhiều Hóa sinh và hóa học: có những biến đổi rất đa dạng ở bên trong và bên ngoài thành tế bào nấm men Hóa lý: có khí CO2 - chất thải của nấm men lẫn vào canh trường giảm tốc; 3 1 Động cơ; 2 Hộp Khớp nối; 4 Ổ bi; 5 Vòng bít kín; Thiết bị: thiết bị lên men đảo trộn dạng... ra khỏi bộ giữ nhiệt thông số phải điều chỉnh Thông số công nghệ: Nhiệt độ: 1210C Nhóm 12 19 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP Thời gian: 20 phút 2.3 Hoạt hóa giống, nhân giống Mục đích: chuẩn bị Môi trường nhân giống nấm men là môi trường MRS Môi trường MRS có thành phần sau (g/l): Casein peptone, tryptic digest 10, cao thịt 10, cao nấm men - 5, glucose - 20, Tween 80, K 2HPO4 - 2, Natriacetate... lăng vào bắp có chứa zeaxanthin và lutein vào thức ăn của gà thì màu lông gà con và lòng đỏ trứng sẽ đậm hơn Sau này khi đã có dịch Nhóm 12 34 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP chiết màu, người ta cho chất màu đã chiết hoặc màu tổng hợp vào thức ăn gia súc thì hiệu quả sẽ cao hơn, quy trình sẽ đơn giản hơn Màu vàng của chim Hoàng Yến và màu hồng của chim Hồng Hạc sẽ nhạt đi nếu thiếu carotenoid trong... tranh với nấm men chính quy trình sản xuất Biến đổi nguyên liệu: Sinh học: hệ vi sinh vật có trong môi trường bị tiêu diệt Thiết bị: thiết bị tiệt trùng liên tục YHC-20 Hình 8 Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC – 20 1 Thùng chứa; 2 Bơm; 3 Bộ đun nóng; 4 Bộ giữ; 5 Bộ lấy mẫu; 6 Thiết bị trao đổi nhiệt - thu hồi; 7 Thiết bị trao đổi nhiệt - thiết bị làm mát; 8 Thiết bị lên men Nhóm 12 18 Ứng dụng công nghệ. .. sống độc lập  Đây là hình phương pháp sinh sản vô tính chủ yếu nhất ở nấm men 3.5.2 Sinh sản bằng hình thức phân đôi Lúc đầu tế bào dài ra, sau đó từ từ thắt lại ở chính giữa, nơi thắt này nhỏ dần, nhỏ dần tới khi dứt hẳn và tạo thành 2 tế bào con độc lập Hai tế bào con này giống hệt nhau và đều mang một nửa vật chất di truyền của tế bào mẹ Tốc độ sinh sản của Rhodotorula nhanh, thời gian để số tế... (chloroform, dicholoromethane) và các dung môi không phân cực khác 1.1.5 Màu sắc - Các carotenoid tự do tạo màu kem, vàng, cam, hồng, đỏ tùy theo loại carotenoid, thể mang màu, … - Một số chất không có màu nhưng vẫn được xếp vào loại carotenoid Dạng carotenoprotein tạo dãy màu từ xanh lá, tím, xanh dương và đen khi đun nóng sẽ chuyển sang màu đỏ do protein bị biến tính 1.2 Hóa học - Tính chất của carotenoids... MgSO4.7H2O - 0.20, MnSO4.H2O – 0.05, nước 1000ml, pH từ 6.2 6.8 Khử trùng 1210C trong 15 phút 2.4 Lên men Mục đích: khai thác Lên men là quá trình chính trong quy trình tạo ra các hợp chất màu Biến đổi nguyên liệu Sinh học: biến đổi quan trọng trong quá trình lên men là sự trao đổi chất và sự sinh trưởng của vi sinh vật Trong quá trình trao đổi chất của nấm men Rhodotorula sp sử dụng chất dinh dưỡng của . BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÀU TỪ NẤM MEN GVGD:. vi Nhóm 12 5 Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP sinh vật càng kém. Màu sẫm bám vào sinh khối nấm men và tạo cho nấm men có màu vàng thẫm, không phải màu tự nhiên của nấm. Ngoài ra rỉ đường. Tổng hợp carotenoid có vòng từ lycopene Ứng dụng công nghệ sinh học trong CNTP PHẦN II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Nhóm 12 17 Môi trường Tiệt trùng Lên men Tách sinh khối Phá thành