Bài giảng vi sinh vật học trong công nghiệp bia chương 3 lê văn việt mẫn

CHƯƠNG HỆ VI SINH VẬT NHIỄM TRONG CÔNG NGHIỆP BIA 3.1 Nguồn gây nhiễm 3.2 Hệ vi sinh vật nhiễm 3.3 Phương pháp xác định tiêu vi sinh bia 3.4 Phương pháp hạn chế nhiễm vi sinh vật sản xuất bia Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Bia thành phẩm • Thành phần dinh dưỡng: Glucid Saccharide Oligosaccharide Các hợp chất chứa nitơ Các hợp chất khác • pH • Thế oxy hóa khử Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Bia thành phẩm • Các hợp chất ức chế vi sinh vật: Ethanol Carbon dioxide Iso-alpha acid… • Quy trình sản xuất bia • Hệ Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Thiết bị đường ống • Khái niệm biofilm: Định nghĩa Thành phần Extra-polysaccharide (EPS) → 5-10µm Vi sinh vật → 100-200µm • Đối tượng bị nhiễm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Thiết bị đường ống • Các công đoạn nhiễm thường gặp Phân xưởng nấu Phân xưởng lên men Phân xưởng rót Các vị trí khác Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Thiết bị đường ống Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Thiết bị đường ống Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Thiết bị đường ống Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Thiết bị đường ống • Vi khuẩn biofilm: Tỉ lệ thống kê: 99% EPS Capsule Zooglea Sản phẩm trao đổi chất → Giải pháp Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 3.1 Nguồn gây nhiễm Không khí • Hệ vi sinh vật không khí • Đối tượng bị nhiễm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 10 3.1 Nguồn gây nhiễm Không khí • Các công đoạn nhiễm thường gặp Phân xưởng xử lý bia sau lên men Phân xưởng rót → Giải pháp Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 11 3.1 Nguồn gây nhiễm Không khí Số liệu thống kê từ 10 nhà máy bia Phần lan Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 12 3.1 Nguồn gây nhiễm Các loại khí sử dụng sản xuất • Phân loại Không khí Carbon dioxide Nitrogen • Khả gây nhiễm → Giải pháp Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 13 3.1 Nguồn gây nhiễm Nguyên liệu • Malt liệu Hệ vi sinh vật Khả gây nhiễm • Mối quan hệ hệ VSV malt hệ VSV bia → Giải pháp Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 14 3.1 Nguồn gây nhiễm Nguyên liệu Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 15 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 16 CHƯƠNG HỆ VI SINH VẬT NHIỄM TRONG CÔNG NGHIỆP BIA 3.1 Nguồn gây nhiễm 3.2 Hệ vi sinh vật nhiễm 3.3 Phương pháp xác định tiêu vi sinh bia 3.4 Phương pháp hạn chế nhiễm vi sinh vật sản xuất bia Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 17 3.2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi sinh vật nhiễm bia Vi khuẩn Nấm men dại (Bacteria) (Wild yeast) Gram (+) Gram (-) Saccharomyces Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) Non-Saccharomyces 18 3.2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn Procaryote Vi sinh vật đơn bào Có thể chuyển động không chuyển động Kiểm tra sơ Catalase test Ý nghĩa Cách thực Nhuộm Gram Ý nghĩa Cách thực Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 19 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 20 Phương pháp nhuộm Gram 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Nguyên tắc chung Thiết bị hệ thống đường dẫn Bảo trì Vệ sinh Kiểm tra sản xuất Nguyên phụ liệu Bán thành phẩm Sản phẩm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 59 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Nguyên tắc chung Qui định nội Hệ thống quản lý chất lượng Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 60 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Tiệt trùng (Sterilization) Thanh trùng (Pasteurization) Các giai đoạn Phương trình trùng nhiệt N = No × e-kt lg(N/No) = -kt/2.303 = -t/D; Trong đó: D=2.303/k No: Số VSV ban đầu mẫu N: Số VSV sống sau thời gian trùng t nhiệt độ T K: số phá hủy → D: thời gian phá hủy thập phân (Decimal reduction time) Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 61 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia lg(N/No) = -t/D; Ví dụ: Mẫu chứa loài VSV, No = 106 cfu, Nhiệt độ xử lý T, D = phút Số VSV mẫu sau thời gian xử lý nhiệt: phút phút phút Kết luận Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 62 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Chọn nhiệt độ thời gian trùng: Dự đoán sơ bộ: Mẫu chứa loài VSV: Chọn nhiệt độ T, thời gian xử lý F = D × lg(No/N*) N*: Số VSV lại mẫu sau trùng Mẫu chứa nhiều loài VSV Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 63 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Lưu ý: VSV bị tiêu diệt giai đoạn gia nhiệt So sánh chế độ xử lý nhiệt khác (nhiệt độ, thời gian) Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 64 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Tốc độ tiêu diệt VSV (lethal rate) nhiệt độ T so với nhiệt độ đối chứng Tr: LR = 10(T-Tr)/Z Trong đó: Tr: nhiệt độ đối chứng T: nhiệt độ mãu thời điểm xác định trình trùng Z: số chịu nhiệt (thermal resistance constant) – khoảng nhiệt độ cần tăng để D giảm 10 lần Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 65 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 66 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Khái niệm “Thời gian xử lý nhiệt tương đương F” t F = ∫0 (LR)dt Cách tính F: Dựa vào số liệu thực nghiệm T = g1(t) để tính LR thời điểm khác trình trùng Vẽ đồ thị LR = g2(t) Xác định giá trị F Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 67 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 68 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia đơn vị trùng Pasteur (PE): lượng nhiệt hấp thu 60oC phút Công thức chuyển đổi: PE = t*1.393(T-60) Trong đó: t: Thời gian trùng T: Nhiệt độ trùng Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 69 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Giả sử t=1 phút Mối quan hệ nhiệt độ T PE sau Nhiệt độ trùng (oC) 60 61 62 64 66 68 70 72 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) PE 1.393 1.940 3.76 7.30 14.18 27.51 53.40 70 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Thanh trùng bia Cách tính thời gian theo nhiệt độ trùng: Yêu cầu: 15PE 22-27PE Ví dụ: T=64oC 15PE → 15/3.76 = 3.98min 27PE → 27/3.76 = 7.18min Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 71 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Vệ sinh công nghiệp (CIP) Kiềm (dd NaOH 2-5%) Mục đích Tạp chất VSV Nhược điểm: phản ứng hóa học với bicarbonate carbon dioxide Giải pháp Nhiệt độ: 50-90oC Phạm vi áp dụng Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 72 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Vệ sinh công nghiệp (CIP) Acid (a phosphoric hh a phosphoric a nitric) Mục đích Tạp chất VSV Nhiệt độ phòng Phạm vi áp dụng Chất hoạt động bề mặt Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 73 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Chất ức chế vi sinh vật Chlorine (NaOCl) Khả ức chế VSV HOCl OClpH = 4-6 → 97% dạng hoạt động Nồng độ sử dụng 50-300ppm Ưu điểm: rẻ tiền, không tạo bọt Nhược điểm: Ăn mòn Chlorophenol chloramine → mùi Trihalomethane → carcinogen Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 74 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Chất ức chế vi sinh vật Chlorine dioxide (ClO2) Khả ức chế VSV cao chlorine Ít mẫn cảm với pH Tách biofilm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 75 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Chất ức chế vi sinh vật Peracetic acid Tác nhân oxy hóa mạnh: phân giải thành acetic acid gốc oxy tự Tách biofilm Nồng độ sử dụng 75-300ppm Nhược điểm: vấn đề ăn mòn, mùi, an toàn công nghiệp Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 76 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Chất ức chế vi sinh vật Quarternary ammonium compound Hiệu thấp tác nhân oxy hóa Phạm vi ứng dụng: ngâm vệ sinh thủ công Nồng độ sử dụng: 200ppm Nhược điểm: nhiều bọt Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 77 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Chất ức chế vi sinh vật Biguanides Cationic polymer: shock thẩm thấu → an toàn Phạm vi ứng dụng: ngâm vệ sinh thủ công Nồng độ sử dụng: 600ppm Không hiệu (pH 9) Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 78 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Chất ức chế vi sinh vật Amphoterics An toàn Phạm vi ứng dụng: ngâm, phun vệ sinh thủ công Nồng độ sử dụng: 1000ppm Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 79 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Vệ sinh công nghiệp (CIP) Phương pháp thực Thủ công Tự động hóa Tái sử dụng dung dịch hóa chất để vệ sinh thiết bị Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 80 3.4 Hạn chế nhiễm VSV sx bia Vệ sinh công nghiệp (CIP) Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 81 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 82 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 83 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 84 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 85 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 86 Lê Văn Việt Mẫn (3/2009) 87 [...].. .3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn Phương pháp nhuộm Gram Clostridum perfringens Escherichia coli Gram (+) Gram (-) Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 21 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn VK Gram dương Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 22 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn VK Gram âm Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 23 3.2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn Gram âm trong bia Vi khuẩn acetic (2 giống) Các vi khuẩn khác Coliforms (3. .. nhiễm vi sinh vật trong sản xuất bia Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 54 3. 3 Chỉ tiêu vi sinh của bia Các chỉ tiêu cơ bản Tổng số VSV hiếu khí Tổng số nấm men và nấm sợi Hàm lượng một số VSV gây bệnh Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 55 3. 3 Chỉ tiêu vi sinh của bia Phương pháp xác định Phương pháp đếm số khuẩn lạc trên môi trường đặc Phương pháp MPN Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 56 CHƯƠNG 3 HỆ VI SINH VẬT NHIỄM TRONG CÔNG NGHIỆP... thể sinh trưởng khi pH < 4.1 và nồng độ ethaol > 3. 5-5.5% Nguồn nhiễm Hệ quả: Sinh tổng hợp hydrogen sulphide Butyric acid và acid béo → Khó phân lập Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 33 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn Gram dương trong bia Vi khuẩn lactic Các vi khuẩn khác (2 giống) (2 giống) Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 34 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn Gram dương Lactobacillus Loài thường gặp: L brevis,... SINH VẬT NHIỄM TRONG CÔNG NGHIỆP BIA 3. 1 Nguồn gây nhiễm 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm 3. 3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu vi sinh của bia 3. 4 Phương pháp hạn chế nhiễm vi sinh vật trong sản xuất bia Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 57 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Nguyên tắc chung Con người Tập huấn về vi sinh đại cương và vấn đề vệ sinh cá nhân Tấp huấn về vệ sinh công nghiệp Môi trường sản xuất Thiết... rouxii Đặc điểm: lên men glucose, khả năng lên men maltose và saccharose thay đổi tùy theo chủng, chịu áp lực thẩm thấu Nguồn nhiễm: thế liệu syrup và dịch nha Hệ quả: ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của bia Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) Z bailii 53 CHƯƠNG 3 HỆ VI SINH VẬT NHIỄM TRONG CÔNG NGHIỆP BIA 3. 1 Nguồn gây nhiễm 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm 3. 3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu vi sinh của bia 3. 4 Phương pháp... trùng (oC) 60 61 62 64 66 68 70 72 Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) PE 1 1 .39 3 1.940 3. 76 7 .30 14.18 27.51 53. 40 70 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Thanh trùng bia Cách tính thời gian theo nhiệt độ thanh trùng: Yêu cầu: 15PE 22-27PE Ví dụ: T=64oC 15PE → 15 /3. 76 = 3. 98min 27PE → 27 /3. 76 = 7.18min Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 71 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Vệ sinh công nghiệp (CIP) Kiềm (dd NaOH 2-5%) Mục... An toàn Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 58 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Nguyên tắc chung Thiết bị và hệ thống đường dẫn Bảo trì Vệ sinh Kiểm tra sản xuất Nguyên phụ liệu Bán thành phẩm Sản phẩm Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 59 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Nguyên tắc chung Qui định nội bộ Hệ thống quản lý chất lượng Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 60 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Thanh trùng bia Tiệt... 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Thanh trùng bia Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 68 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Thanh trùng bia 1 đơn vị thanh trùng Pasteur (PE): lượng nhiệt hấp thu ở 60oC trong 1 phút Công thức chuyển đổi: PE = t*1 .39 3(T-60) Trong đó: t: Thời gian thanh trùng T: Nhiệt độ thanh trùng Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 69 3. 4 Hạn chế nhiễm VSV trong sx bia Thanh trùng bia Giả sử t=1 phút Mối... hình gậy (0.6-1.2µm x 1-15µm), kỵ khí chịu dưỡng, catalase (-), lên men lactic đồng hình lẫn dị hình, tính mẫn cảm với iso-alpha acid thay đổi tùy chủng L brevis Nguồn nhiễm Hệ quả: Sinh tổng hợp diacetyl Độ chua Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 35 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn Gram dương Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 36 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Vi khuẩn Gram dương Pediococcus Loài thường gặp: P damnosus, P... plasmid 1.9 K2 M2 ds RNA plasmid 1.7 K3 M3 ds RNA plasmid 1.5 KT28 M28 ds RNA plasmid 1.99 K3GR1 M3GR1 ds RNA plasmid 1.5 và 2.0 Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 43 3.2 Hệ vi sinh vật nhiễm Nấm men dại Saccharomyces Killer yeast Hệ quả Tỉ lệ killer yeast 2 -3% → tỉ lệ tế bào nấm men bia còn sống sẽ giảm từ 95% xuống 20% Mùi cỏ/ phenolic Lê Văn Vi t Mẫn (3/ 2009) 44 3. 2 Hệ vi sinh vật nhiễm Nấm men dại Non-Saccharomyces