slide báo cáo CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÀU TỪ NẤM MEN

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU: - Sinh học: Rhodotorula sp sử dụng chất dinh dưỡng của môi trường để tăng sinh khối và tổng hợp các hợp chất màu carotenoid.. BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU: - Vật lý: t

DANH SÁCH NHÓM

1 TRẦN HOÀNG VŨ 2005120059

2 NGUYỄN CAO KỲ KHANH 2005120001

3 NGUYỄN MỘNG TƯỜNG VI 2005120060

4 CHU VŨ ĐĂNG KHÁNH 2005120024

I TỔNG QUAN

1 GIỚI THIỆU VỀ CAROTENOID

- Carotenoid là nhóm chất màu hòa tan trong chất béo có trong lục lạp, trong quả và rau có màu da cam, màu vàng

- Những sắc tố khác là lycopene (cà chua), capsanthin (tiêu đỏ), bixin (điều).

- ĐỘNG VẬT:

+ 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

+ Carotenoprotein (tôm, cua…) 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:

+ Vi khuẩn (Brevibacterium tạo canthaxanthin,

Flavobacterium tạo zeaxanthin)

+ Nấm men (Rhodotorula sp.)

+ Nấm mốc (Neurospora crassa, Mucorals

choanophoracea)

+ Tảo (Dunadiella)

2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Thành phần tro trong mật rỉ (tính theo % khối lượng

- Trước khi dùng pha chế môi trường phải được xử lý để phá hệ keo và màu sẫm của mật rỉ

- Hệ keo tạo độ nhớt cao, cản trở quá trình trao đổi chất, sinh khối bám đầy vào chất keo dẫn đến khó làm sạch sản phẩm

- Màu sẫm bám vào sinh khối tạo màu vàng thẫm, không phải màu tự nhiên

Có 3 cách xử lý:

- Cách 1: 3.5kg H2SO4 + 1 tấn mật rỉ, khuấy đều ở nhiệt

độ thường trong 24h, ly tâm thu dịch đường

- Cách 2: 3.5kg H2SO4 + 1 tấn mật rỉ, đun nóng 85oC

trong 6h,ly tâm thu dịch đường

- Cách 3: H2SO4 đến khi pH đạt giá trị 4, đun nóng 120 – 125oC trong 1 phút, ly tâm dịch đường

2.2 CHẤT CHIẾT NẤM MEN

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

- 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 sắc tố carotenoid (chủ yếu β-carotene, torulene, torulahodin….)

- Rhodotorula thuộc cơ thể đơn bào, không sinh bào tử,

không có sợi khuẩn ti hay sợi khuẩn ti giả

Tế bào Rhodotorula glutinis Khuẩn lạc Rh mucilaginosa

- Nhiệt độ hoạt động từ 20-400C.

- Phân bố trong đất, không khí, lá cây…

- Dạng hình tròn, oval, elip, cầu đến dạng thon dài hoặc gậy

- Kích thước tế bào 2-5 µm chiều rộng; 2,5-10 µm chiều dài

- Kích thước khuẩn lạc 1-10 mm

Loài Màu khuẩn lạc Hình dạng Nguồn phân lập

Rh Acheniorum Hồng Dài Quả dâu, lá lê

Rh Araucarie Hồng Tròn cầu Gỗ cây bách tán

Rh Auratiaca Hồng hoặc đỏ Dài Không khí,bia,đất

Rh Bogoriensis Kem hoặc hồng Gậy

Rh Diffluens Kem Tròn, cầu, elip

Rh Fujisanense Kem hoặc hồng Gậy Cây nho dại

Rh Glutinis Hồng hoặc đỏ Tròn cầu

Rh Graminis Hồng Tròn cầu

Rh Ingeniosa Kem Tròn cầu

Loài Màu khuẩn lạc Hình dạng Nguồn phân lập

Rh Javanica Kem Dài

Rh Lactosa Vàng, hồng hoặc đỏ Tròn cầu Không khí

Rh Marina Hồng hoặc đỏ Tròn cầu Con tôm

Rh Minuta Hồng hoặc đỏ Tròn cầu Không khí, biển

Rh Mucilaginosa

(rubra)

Kem, hồng hoặc đỏ Dài Nước, không khí

Rh Muscorum Kem hoặc nâu nhạt Gậy

Rh Pallida Kem hoặc hồng Tròn cầu Nước biển, dưa leo

ngâm

Rh Pilatii Kem Tròn cầu Cây tùng bách

Rh Pilimanae Hồng hoặc đỏ Tròn cầu Nước, đất

- Nhân = protein + acid nucleic

- Không bào (protease), ty thể, riboxom, volutin (chất dự trữ năng lượng, điều hòa sinh trưởng)

ĐẶC ĐIỂM SINH HÓA:

- Không lên men D-glucose, D-galactose, maltose, saccharose,…

- Tạo ra enzyme urease

- Đồng hóa DBB (Diazonium Blue B)

- Có chứa sắc tố Carotenoid

- Không tạo ra acid acetic

- Không đồng hóa được inositol

- Khả năng sinh tổng hợp sắc tố carotenoid

SINH SẢN:

- Sinh sản bằng hình thức nảy chồi hoặc phân đôi

- Tốc độ sinh sản của Rhodotorula nhanh, thời gian để số tế

bào tăng gấp đôi (thời gian thế hệ - g) thường 2-6h

TIÊU CHÍ CHỌN GIỐNG:

- Không độc tố

- Tổng hợp carotenoid cao

- Thích nghi, sinh trưởng tốt

- Điều kiện nuôi cấy rẻ tiền, đơn giản

CƠ CHẾ SINH TỔNG HỢP SẮC TỐ CAROTENOID :

- Carotenoid được tổng hợp từ nấm men: carotene,

torulene, lycopene, astaxanthin, torularhodin, …

- Gồm 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn cảm ứng ánh sáng (tối thiểu 12 giờ)

+ Giai đoạn tổng hợp enzyme (xảy ra trong tối)

+ Giai đoạn tổng hợp carotenoid (phụ thuộc vào ánh sáng)

- Carotenoid được sinh tổng hợp từ acetyl-coA qua acid mevalonic

- Giai đoạn tạo các carotenoid bắt đầu với sự tạo thành phytoene (C40) từ hai phân tử geranylgeranyl diphosphate (GGDP)

- Phytoene chuyển hóa tiếp tục bằng những phản ứng dehydro hóa, tạo sản phẩm cuối cùng là lycopene

Các phản ứng dehydro hóa trong quá trình sinh tổng hợp carotenoid

Sau cùng, lycopene tiếp tục đóng vòng ở một hoặc hai đầu tạo ra các sản phẩm carotene như:

- γ-carotene, δ-carotene (đơn vòng)

- β-carotene, α-carotene, ε-carotene (hai vòng)

Tổng hợp carotenoid có 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.

II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 CHUẨN BỊ MÔI TRƯỜNG

2 TIỆT TRÙNG

MỤC ĐÍCH:

- Chuẩn bị cho quá trình lên men

- Tiêu diệt vi sinh vật có trong môi trường

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU:

- Sinh học: hệ vi sinh vật bị tiêu diệt

THIẾT BỊ: thiết bị tiệt trùng liên tục YHC-20

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

NGUYÊN TẮC: đun nóng nhanh môi trường đến nhiệt độ 120-140oC, được giữ trong bộ giữ nhiệt khoảng 15 phút

và sau đó làm lạnh nhanh đến 28-300C

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ:

- Nhiệt độ: 1210C

- Thời gian: 20 phút

3 HOẠT HÓA GIỐNG, NHÂN GIỐNG

MỤC ĐÍCH: chuẩn bị

- Môi trường nhân giống nấm men là môi trường MRS

- Thành phần: Casein peptone, tryptic digest, cao thịt, cao nấm men, glucose, Tween 80, K2HPO4, natriacetate, diamonicitrate, MgSO4.7H2O, MnSO4.H2O, nước, pH = 6.2 - 6.8

4 LÊN MEN

MỤC ĐÍCH: khai thác

- Lên men là quá trình chính tạo ra các hợp chất màu

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU:

- Sinh học: Rhodotorula sp sử dụng chất dinh dưỡng của

môi trường để tăng sinh khối và tổng hợp các hợp chất màu carotenoid

- Hóa lý: có khí CO2 - chất thải của nấm men lẫn vào canh trường

THIẾT BỊ: thiết bị lên men đảo trộn dạng sủi bọt

Thiết bị lên men có bộ đảo trộn dạng sủi bọt

1 Động cơ; 2 Hộp giảm tốc; 3 Khớp nối; 4 Ổ bi; 5 Vòng bít kín; 6 Trục; 7 Thành thiết bị; 8 Máy khuấy trộn tuabin; 9 Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn; 10 Khớp nối;

11 Ống nạp không khí; 12 Máy trộn kiểu cánh quạt; 13 Bộ sủi bọt;

14 Máy khuấy dạng vít; 15 Ổ đỡ;

16 Khớp để tháo; 17 Áo; 18 Khớp nạp liệu; 19 Khớp nạp không khí

- Nguyên liệu đưa vào thiết bị qua khớp nạp liệu 18.

- Bên trong động cơ - bộ truyền động làm quay trục 6 và các

cơ cấu đảo trộn 8, 12, 14

- Khớp xả 16 ở đáy của thiết bị dùng để tháo canh trường

- Không khí tiệt trùng vào khớp nạp không khí 19, hòa trộn vào nguyên liệu qua bộ sủi bọt 13

- Điều chỉnh nhiệt sinh lý nhờ áo 17 và ống xoắn 9 trao đổi nhiệt

5 LY TÂM TÁCH SINH KHỐI

MỤC ĐÍCH: khai thác

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU:

- Sự tách pha

- Độ nhớt, nhiệt độ của dung dịch tăng

THIẾT BỊ: máy ly tâm siêu tốc loại ống

Máy ly tâm siêu tốc loại ống

- Máy ly tâm siêu tốc được lắp trên hệ bằng gang (8), gồm roto (9) nối với đỉnh dẫn động (2) qua trục, bộ hãm (6) và các khớp nối để nạp (7) và thu nhận (4) chất lỏng

- Bên trong roto lắp cánh quạt (5) để truyền tốc độ gốc của roto cho chất lỏng

- Phớt chắn (3) có lỗ trung tâm để thu nhận chất lỏng

- Khi máy hoạt động, huyền phù qua ống nạp liệu vào roto

và khi quay huyền phù sẽ chảy theo hướng dọc trục

- Phần rắn lơ lửng bị tách ra khỏi chất lỏng, và bị lắng trên tường roto, còn chất lỏng qua lỗ trên ở đầu roto

- Máy được dừng lại nhờ bộ hãm, tháo roto cùng cặn

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ:

- Tốc độ vòng quay 5000 vòng/phút

6 ĐỒNG HÓA

MỤC ĐÍCH CÔNG NGHỆ:

- Chuẩn bị: phá vỡ thành tế bào, tăng hiệu quả trích ly carotenoid

BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU:

- Vật lý: thành tế bào vi sinh vật bị phá vỡ, giải phóng chất nội bào

THIẾT BỊ: thiết bị đồng hóa áp suất cao

Thiết bị đồng hóa áp suất cao

1 Bộ phận sinh lực thuộc hệ thống tạo đối áp

2 Vòng đập

3 Bộ phận tạo khe hẹp

4 Hệ thống tạo đối áp

5 Khe hẹp

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

- Hệ phân tán sẽ được bơm piston đưa vào thiết bị đồng hóa và được tăng áp lực lên rất cao (50-300bar) tại đầu vào của khe hẹp (5)

- Vòng đập (2) được gắn với bộ phận tạo khe hẹp (3) vuông góc với dòng chảy Nhờ đó mà các hạt phân tán sẽ tiếp tục

va vào vòng đập và bị giảm kích thước

7 TRÍCH LY

MỤC ĐÍCH: khai thác

- Carotenoid được trích ly bằng hỗn hợp dung môi ete dầu hỏa ở nhiệt độ 40oC trong vòng 20 phút

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU:

- Vật lý: sự khuếch tán carotenoid vào dung môi

- Hóa lý: carotenoid tan trong dung môi

THIẾT BỊ: thiết bị trích ly liên tục dạng trục vis (thiết bị Hildebrandt)

Thiết bị trích ly liên tục dạng trục vis

1 Dẫn động; 2 Khớp nối; 3 Cấu trúc kim loại; 4 Cơ cấu nạp liệu; 5 Vít nạp liệu; 6 Vỏ; 7 Điểm nút tựa ổ bi; 8 Khớp nối; 9 Dẫn động vít tải; 10 Khung đỡ; 11 Nắp;

12 Vít trung gian; 13 Vít nâng; 14 Cơ cấu tháo liệu; 15 Nắp; 16 Gối tựa vít đứng; 17 Ngõng trục

- Thiết bị trích ly gồm cột nạp liệu, cột dỡ liệu kiểu nâng và cột nằm ngang Bên trong mỗi cột có vít tải.

- Pha rắn được truyền vào phần trên của cột nạp liệu Vis tải chuyển tiếp xuống phía dưới và qua phần nằm ngang của cột để vào cột nâng

- Dung môi dâng lên trong cột nạp liệu được bão hòa liên tục và sau khi qua bộ lọc ở phần trên của cột nâng thì đưa

ra ngoài

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ:

- Thời gian trích ly: khoảng 20 phút

- Nhiệt độ trích ly: 40oC

8 LỌC

MỤC ĐÍCH: hoàn thiện, tách xác nấm men ra khỏi dịch trích ly

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU:

- Vật lý: thay đổi tỷ trọng của dung dịch

- Hóa lý: có sự tách pha rắn (là xác nấm men, cấu tử không tan)

THIẾT BỊ: máy lọc chân không thùng quay

Thiết bị lọc chân không dạng thùng quay

- Thùng lọc dạng hình trụ nằm ngang, trên thân có đục lỗ và

bề mặt ngoài có một lớp vách ngăn

- Bên trong thùng được chia thành nhiều ngăn riêng biệt, mỗi ngăn có đường dẫn nối với ống trung tâm tại trục của thùng quay (đường ống hút chân không, ống dẫn dịch lọc)

- Thùng quay được đặt bên trong một bể chứa huyền phù ở một độ sâu cố định

- Động lực của quá trình lọc được tạo ra là nhờ bơm chân không

- Khi thùng lọc quay, áp lực chân không sẽ làm cho phần dịch lọc được hút qua vách ngăn để chảy vào bên trong thùng rồi đi theo ống trung tâm để thoát ra ngoài

- Các cấu tử pha rắn bám lại trên bề mặt vách ngăn Bã lọc được rửa và được tháo bỏ ra khỏi vách ngăn nhờ hệ thống dao cạo

9 CÔ ĐẶC

MỤC ĐÍCH:

- Chuẩn bị: tăng hàm lượng chất khô chuẩn bị cho sấy

- Khai thác: tách bớt nước và dung môi

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU:

- Vật lý: nồng độ chất hòa tan tăng dần Độ nhớt, khối lượng riêng tăng, hệ số truyền nhiệt giảm

- Hóa lý: bay hơi dung môi và nước

Thiết bị cô đặc với buồng đốt ngoài kiểu đứng

- Thiết bị cô đặc gồm buồng đốt (1) và buồng bốc hơi (2)

- Buồng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, còn trong buồng bốc hơi có bộ phận tách bọt (4) và nối giữa buồng đốt và buồng bốc hơi có ống dẫn (5) và ống tuần hoàn (3)

- Dung dịch được đưa vào buồng đốt (1) và đi trong các ống truyền nhiệt

- Còn hơi đốt được đi vào trong buồng đốt và đi ở khoảng giữa ống truyền nhiệt và vỏ thiết bị để đun sôi dung dịch

- Dung dịch tạo thành hỗn hợp hơi lỏng đi qua ống dẫn (5) vào buồng bốc hơi (2), ở đây hơi thứ tách ra đi lên phía trên, còn dung dịch theo ống tuần hoàn (3) trộn lẫn với dung dịch mới tiếp tục đi vào buồng đốt

- Khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu được trích một phần ra

ở đáy buồng bốc hơi làm sản phẩm

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ: nhiệt độ cô đặc 65oC

BIẾN ĐỔI NGUYÊN LIỆU:

- Vật lý: nhiệt độ tại vùng bề mặt nguyên liệu sẽ tăng cao

và giảm dần tại vùng tâm Thể tích, tỷ trọng giảm Kích thước sản phẩm thay đổi

- Hóa học: nhạt màu do phản ứng oxy hóa bởi nhiệt độ

- Hóa lý: nước và dung môi bay hơi

THIẾT BỊ: dùng hệ thống thiết bị sấy chân không

Sơ đồ hệ thống sấy phun

- Hệ thống sấy chân không bao gồm buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không.

- Áp suất trong buồng sấy giảm xuống đến áp suất mà ở đấy dung môi trong dung dịch bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt dung dịch, làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động theo hướng từ trong ra bề mặt dung dịch

III SẢN PHẨM

1 CÁC CHỈ TIÊU

1.1 VẬT LÝ

DẠNG TỒN TẠI:

- Carotenoid kết tinh ở dạng tinh thể

- Ví dụ: hình kim dài (lycopene, δ-caroten), hình khối lăng trụ đa diện (α -caroten), dạng lá hình thoi (β-caroten), kết tinh vô định hình (γ-caroten)

TÍNH HẤP THỤ ÁNH SÁNG

- Phụ thuộc vào số lượng nối đôi liên hợp, nhóm C9 là mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như vào nhóm chức gắn trên vòng

- Do khả năng hấp thu ánh sáng mạnh nên chỉ cần 1g carotenoid cũng có thể thấy bằng mắt thường

Khả năng hấp thụ ánh sáng của một số carotenoid

Carotenoid Số nối đôi liên

hợp Bước sóng (nm)/ dung môi etherA/ Ảnh hưởng của nối đôi liên hợp

MÀU SẮC

- Carotenoid tự do tạo màu kem, vàng, cam, hồng, đỏ,…

- Dạng carotenoprotein tạo màu từ xanh lá, tím, xanh dương

và đen khi đun nóng sẽ chuyển sang màu đỏ do protein bị biến tính

+ Tăng sự nhạy cảm với quá trình oxy hóa.

+ Tăng sự đồng phân hóa bởi ánh sáng, nhiệt độ và hóa chất

- Khi có sự đồng phân hóa chuyển từ trans sang cis carotenoids rất dễ bị mất màu.

- Catenoid rất bền khi ở dạng huyền phù hoặc dung dịch với dầu thực vật, đặc biệt khi có chất chống oxi hóa là α-tocoferol (vitamin E)

1.3 SINH HỌC:

VAI TRÒ TIỀN VITAMIN A

- Tiền vitamin A là những chất thuộc họ carotenoid mà có khả năng chuyển hóa thành một hay hai phân tử vitamin

A

- Trong cơ thể, có khoảng 70 loại carotenoid là tiền vitamin A, phổ biến là α-carotene, β-carotene, γ-carotene…Trong đó β-carotene là có hoạt tính cao hơn cả (do có khả năng tạo ra hai phân tử vitamin A)

Sơ đồ chuyển hóa β -carotene thành vitamin A

TÍNH MIỄN DỊCH

- Carotenoid có những đặc tính kích thích miễn dịch rất cao

- β-carotene đã được các nhà nghiên cứu sử dụng trong điều trị AIDS

TÁC DỤNG CHỐNG SỰ LÃO HÓA

- Hoạt tính chống oxy hóa cao, phòng ngừa ung thư (βcarotene, lycopen, canthaxanthin…)

Màu vàng của chim Hoàng Yến và màu hồng của chim Hồng Hạc sẽ nhạt đi nếu thiếu carotenoid trong thức ăn

Ta phải bổ sung zeaxanthin vào thức ăn của Hoàng Yến và canthaxanthin vào thức ăn của chim Hồng Hạc

2.2 DÙNG LÀM DƯỢC PHẨM

- Khi bổ sung các loại carotenoid có hoạt tính vitamin vào cơ thể, chúng sẽ tích lũy vào ở các tế bào gan, khi cần thiết sẽ chuyển hóa thành vitamin A (C20)

- Vitamin A giữ vai trò quan trọng trong cơ thể người

+ Nó bảo vệ biểu bì mô

+ Tham gia tạo rhodopsin duy trì tính nhạy ánh sáng của mắt

+ Vận chuyển oxy nhờ hệ nối đôi liên hợp

+ Tham gia trao đổi protein, glucid, lipid, muối khoáng…