Công nghệ sản xuất chiết xuất nấm men

Chất chiết xuất từ nấm men được sửdụng như thành phần hương vị tự nhiên trong nhiều loại thực phẩm như tăng cường vàtăng phức hợp hương vị tự nhiên.. Thời gian sản xuất thay đổi từ 3-6 n

MUC LUC

1. TỔNG QUAN :

1.1. Chiết xuất nấm men:

Nấm men Saccharomyces cerevisiae được “ chiết xuất” những thành phần dinhdưỡng cao nhất từ tế bào của nó Chỉ có ba bước đơn giản và sự giúp đỡ của hai thànhphần tự nhiên cần thiết để có được chiết nấm men từ nấm men Những thành phần tựnhiên là đường hoặc bất kỳ thành phần nào giàu carbohydrate khác như mạch nha haymật đường – để giúp các nấm men phát triển sinh sôi đủ số lượng, và một số enzyme tựnhiên để giúp phá vỡ vách tế bào (thành tế bào) để ‘chiết xuất’ những chất dinh dưỡngbên trong nó

Như vậy chiết xuất nấm men (hay còn gọi là Cao nấm men) là nội bào của tế

bào nấm men Chúng gồm tế bào chất, nhân tế bào và các cơ quan tế bào và thường rấtgiàu axit amin, vitamin (vitamin B, Glutathione), cacbon hydrat và muối Chúng được sửdụng chủ yếu để tạo ra hương vị ngon miệng tự nhiên trong ngành thực phẩm và như cácchất dinh dưỡng cho việc nuôi vi khuẩn trong ngành dược phẩm Cao nấm men thường

có 50-75% protein, 4-13% carbon hiydrat và không có lipit

1.2. Gía trị dinh dưỡng và lợi ích:

Chất chiết xuất từ nấm men thu được bằng phương pháp sinh học từ tế bào giàuprotein của nấm men làm bánh đặc biệt Chiết xuất này rất giàu các axit amin có giá trị,nucleotide và các thành phần tế bào hữu ích khác Chất chiết xuất từ nấm men được sửdụng như thành phần hương vị tự nhiên trong nhiều loại thực phẩm như tăng cường vàtăng phức hợp hương vị tự nhiên Hơn nữa các chất chiết xuất từ nấm men chất lượng caocũng là những thành phần dinh dưỡng quan trọng trong việc nuôi cấy vi khuẩn hoặc nấm

để sử dụng trong các ngành công nghiệp dược phẩm và thực phẩm

Yeast Extract được sản xuất hoàn toàn tự nhiên, không phải là các quá trình hóahọc như bột ngọt, siêu bột ngọt nên tuyệt đối an toàn cho sức khỏe Yeast Extract khôngphải ghi nhãn E trên bao bì như các chất điều vị hóa học khác Sản phẩm xuất khẩu có thểđược đưa vào các thị trường khó tính nhất

Chiết xuất nấm men có vị ngọt tự nhiên, tròn và kéo dài Khi dùng Yeast Extracttrong thực phẩm sẽ tạo vị ngon tự nhiên của sản phẩm

Chiết xuất nấm men được sản xuất từ men, không thuộc danh mục động vật nênhoàn toàn thích hợp với các sản phẩm chay, các sản phẩm tự nhiên cho người muốn giữgìn và nâng cao sức khỏe

Chiết xuất nấm men không chỉ tạo vị ngọt mà còn chứa các nguồn dinh dưỡng rấttốt cho cơ thể

Chiết xuất nấm men có khả năng điều hòa các vị khác như ngọt đường, mặn,chua… khiến cho các vị này trở nên hòa hợp với nhau hơn, tạo cảm giác rất ngonmiệng

• Ứng dụng trong nuôi cấy vi sinh vật

1.4. Hai ứng dụng chính của yeast extract:

• Gia vị có thành phần tự nhiên: Vị của nước súp thịt

• Thay thế bột ngọt: Có vị umami để thay thế bột ngọt

• Sử dụng chung với bột ngọt: Tăng hương vị

 Thành phần bổ sung vào mối trường nuôi cấy vi sinh: yeast extract raatss giàu

đạm, vitamin, các hợp chất kích thích sinh trưởng do đó nó được sử dụng như làmột thành phần của môi trường nuôi cấy vi sinh, và thường sử dụng cho nuôi cấycác vi sinh vật sản xuất kháng sinh, dược phẩm, vitamin, acid hữu cơ vàprobiotic…

1.5. Nguyên liệu sản xuất nấm men

1.5.1.Mật rỉ đường:

Nguyên liệu sản xuất nấm men thường rất đa dạng mà hầu hết là các phụ phẩm từcác ngành công nghiệpchế biến khác Mật rỉ đường (được dùng làm cơ chất cho nhiềudạng lên men) chứa nhiều saccharose, chất khoáng, hợp chất hữu cơ, vitamin Đườngmía thường sử dụng hơn đường củ cải vì đáp ứng được nhu cầu Biotin của nấm men.Ngoài ra còn chứa nhiều chất vô cơ khác như canxi, sunfurơ

1.5.2.Saccharomyces cerevisiae:

CHình: Cấu tạo nấm men Saccharomyces cerevisiae

Là một loài nấm men được biết đến nhiều nhất có trong bánh mì nên thường gọi

vật thuộc chiSaccharomyceslớpAscomycetesngànhnấm Loài này có thể xem là loàinấm hữu dụng nhất trong đời sống con người từ hàng ngàn năm trước đến nay Nó đượcdùng rộng rãi trong quá trình lên men làm bánh mì, rượu, và bia

Tế bào Saccharomyces cerevisiae có dạng hình cầu hay hình trứng, có kích thuớc

nhỏ, từ 5-6 đến 10-14 µm, sinh sảnbằng cách tạo chồi và tạo bào tử Nguồn dinh dưỡngchủ yếu của chúng là sử dụng đường glucose, galactose, saccharose,maltose nhưnguồn cacbon, chúng sử dụng axit amin và muối amon như nguồn nitơ

Con người hiểu biết về nấm men Saccharomyces cerevisiae và những tính chất của

nó mới được hơn 150 năm Đến đầu thế kỉ 19, nấm men bia, nấm men thải từ nhàmáy rượu bia đã được con người tái sử dụng để làm men sản xuất bánh mì Cuối thế kỉ

19, nhiều cải tiến kỹ thuật như hệ thống thông khí (nước Anh), kỹ thuật li tâm để táchnấm men ra khỏi môi trường tăng trưởng (Mỹ) đã được dùng để sản xuất men bánh mì

Saccharomyces cerevisiae là một trong những loài sinh vật nhân chuẩn được khoahọc dùng nhiều nhất, cùng với E.coli là hai loàiđộng vật mô hình phổ biến nhất

Điều kiệm môi trường ảnh hưởng khá lớn tới tốc độ tăng sinh khối của nấm men.Chúng phát triển tốt ở nhiệt độ 28-30 °C Độ pH tối ưu của môi trường là 4,5 – 5,5.Ngoài ra ảnh hưởng của các hợp chất hóa học như rỉ đường, amonium sunphat, DAP,MgSO4, axit sunfuric là rất lớn Nồng độ mật rỉ đường tác động đến sự hấp thụ các chấtdinh dưỡng Ảnh hưởng của cường độ không khí và khuấy trộn cũng tác động lớn lên tốc

độ tăng trưởng của nấm men

1.5.3.Nuôi nấm men

Ở nước ngoài, để sản xuất men thương phẩm, thường dùng men mẹ lớn, bảo quảndưới dạng men sữa, có hàm lượng từ 300-700g/l Giai đọan nuôi men mẹ thường tiếnhành trong điều kiện vô trùng, hệ thống nuôi nấm men kín, nguyên liệu được khử trùnghoặc triệt để trong nồi hấp áp suất hoặc ở 100 °C trong 60 phút Chẳng hạn

ở Anh, Hunggari,Tiệp Khắc người ta nuôi nấm men mẹ trong phòng thí nghiệm gồm 3giai đoạn Ở Thụy Điển, Liên Xô là 4 giai đoạn Ở Ý là 5 giai đọan và 1 giai đọan cuối

sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch Thời gian sản xuất thay đổi từ 3-6 ngày.Trong qui trình sản xuất men mẹ, ở các nước này thường dùng môi trường tổng hợp, nhất

là các giai đọan trongphòng thí nghiệm như dùng các loại nước mạch nha, cà chua, cà rốt,dịch tự phân của nấm men, đường glucose, maltose làm nguồn cacbon vànitơ, vitamin cho nấm men Giai đoạn sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch tuykhông vô trùng triệt để, nhưng nguyên liệu, nước đều được hoặc khử trùng ở 100 °Ctrong 60 phút hoặc được xử lý hypocloric

Ở nước ta, hầu như chỉ có giai đọan giống gốc, được thực hiện trong phòng thínghiệm, các giai đoạn nhân giống tiếp theo đều thực hiện trong điệu kiện vô trùng tươngđối, hệ thống nuôi men từ giai đoạn 4 trở đi là hệ thống hở, và môi trường sử dụngthường không được giàu như các qui trình trên

Bản chất của quá trình sản xuất ra men chiết xuất chính là quá trình thủy phân nấmmen bánh mì hay phế liệu nấm men bia thành một hỗn hợp các chất như amino acid,nucleotide, chuỗi polypeptide, protein, đường, vitamin, và những hợp chất có hương vịthơm ngon Ngoài ra, người ta cũng có thể thủy phân các loại nấm men khác thuộc loạiSaccharomyces

Giai đoạn quan trong nhất trong quá trình sản xuất men chiết xuất chính là giaiđoạn phá vỡ tế bào nấm men Ngày nay, tế bào nấm men có thể được phá vỡ bằngphương pháp hóa học, phương pháp sử dụng enzyme hay cho nấm men tự phân trong môitrường nước tuy nhiên người ta nhận thấy khi kết hợp nhiều phương pháp với nhau sẽđạt được hiệu quả thủy phân cao hơn

2.1.Phương pháp hóa giải

Acid HCl đậm đặc thường được sử dụng trong phương pháp này để thủy phân cácprotein trong nấm men thành các amino acid Sau đó hỗn hợp sẽ được trung hòa lại bằngNaOH Men chiết xuất được sản xuất bằng phương pháp này thường ở dạng paste haydạng bột, có nồng độ muối cao và được sử dụng làm chất phụ gia trong thực phẩm để tạohương vị thịt

2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hóa giải:

 Tác nhân thủy phân

Theo các tài liệu nghiên cứu cho thấy dùng HCl có nhiều ưu điểm hơn so với cácacid khác hay bazo khác vì khi thủy phân bằng HCl sẽ cho ra sản phẩm có màu sắc tươiđẹp, đạm thối ít và ít tổn thất acid amine

Nếu dùng H2SO4 để thủy phân thì sẽ nhanh hơn HCl, giá thành cũng không đắthơn vì nhưng màu sắc của sản phẩm sẽ đen hơn, nhiều đạm thối và mất đi một số acidamine như tryptophan (vì H2SO4 có tình xxy hóa mạnh)

Nếu dùng NaOH cũng nhanh hơn nhưng nó khử đi một số acid amine

 Thời gian thủy phân

Khi thời gian thủy phân ngắn, các mạnh protid chưa phân giải hết làm cho hiệusuất thu hồi thấp

Nếu thời gian quá dài: đạm amine sẽ bị phân hủy, nhiều hợp chất màu nâu sẫmđược hình thành, ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị sản phẩm

 Nhiệt độ thủy phân

Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm cho protid trong nguyên liệu phân giải mạnh dẫn đếnamino acid bị giảm và tạo nhiều sản phẩm phụ

Nếu nhiệt độ quá thấp thì thời gian thủy phân sẽ dài

2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tự phân:

Quá trình tự phân chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như nồng độ nấmmen trong dung dịch, các yếu tố thúc đẩy quá trình tự phân như ethyl acetate, chitosan…,nhưng yếu tố quan trọng nhất vẫn là nhiệt độ, pH, thời gian Đối với từng loại nấm menkhác nhau thì yếu tố chi phối cũng khác nha

 Nồng độ nấm men trong dung dịch:

Ảnh hưởng lớn đến hiệu quả tự phân Nồng độ nấm men trong càng thấp thì hiệuquả tự phân càng cao Tuy nhiên nếu dung dịch tự phân quá loãng thì sẽ gia tăng giáthành của quá trình làm khô sau tự phân Vì vậy, dung dịch tự phân thường pha loãng ởnồng độ 10-15% sinh khối nấm men

 Nhiệt độ:

Nấm men bia tự phân tối ưu ở 45°C, trong khi đó nấm men bánh mì thường đạthiệu quả cao nhất ở nhiệt độ 51°C ở 54°C thì quá trình tự phân ở cả hai loại nấm mennày không tốt, đều này có thể do enzyme bị biến tính ở nhiệt độ cao

Bảng ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu quả tự phân của nấm men

Nhiệt độ Hiệu quả tự phân (%)Nấm men bánh mì Nấm men bia

 Thời gian tự phân:

quá trình tự phân sẽ kết thúc khi alpha amino nitrogen đạt được hơn 50%, do đóthời gian tự phân thích hợp nhất là 15-24 giờ

Để kết thúc quá trình tự phân, nhiệt độ sễ được nâng lên làm enzyme mất hoạttình, thanh trùng và đồng thời loại bỏ khí sinh ra trong quá trình tự phân.

Hiện nay, các enzyme bên ngoài sẽ được bổ sung vào dịch tự phân để quá trinhfn

tự phân được tốt hơn, kết thúc nhanh hợn và làm tăng hương vị cho men chiết xuất saunày

2.3.Qui trình sản xuất yeast extract

Tuy mỗi nhà sản xuất có những qui trình với vài sự khác biệt về nhiệt độ, pH…nhưng nhìn chung một qui trình sản xuất yeast extract bao gồm 5 giai đoạn:

Giai đoạn 1 : co nguyên sinh

Đây là phương án đơn giản để gây ra những tác động đầu tiên lên tế bào nầm men.Điều kiện thích hợp bao gồm: tăng nhiệt độ đến mức có thể giết chết nấm men nhưngkhông làm bất hoạt ezyme và thêm vào các hợp chất hóa học như muối,, hay các hợp chấthữu coe như isopropanol Những tác nhân gây co nguyên sinh này còn có tác dụng diệtkhuẩn nên còn làm giảm sức tăng trưởng của những vi khuẩn tạp nhiễm vào dung dịch

mà có thể gây ra những hậu quả như tăng độ keo của dung dịch gây cản trở quá trình lọc

và làm thay đổi hương vị của sản phẩm

Muối còn giúp tạo hương vị cho sản phẩm nếu qui trình tăng nhiệt độ không bổsung muối (chỉ bổ sung hợp chất hữu cơ) thì sản phẩm sẽ nhạt hơn và thích hợp sử dụngcho những sản phẩm đặc biệt như thức ăn cho người bệnh, trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ

Khi chỉ gây co nguyên sinh bằng nhiệt độ thì điều kiện thích hợp là: pH 5,5, 58°Ctrong 40-48 h và thu được hiệu suất khoảng 56% Ta cũng thu được kết quả tương tự vớicùng một điều kiện như trên nếu bổ sung isopropanol với nồng độ 0,5% v/v và giữ nhiệt

độ hơi thấp trong 5 giờ đầu

Giai đoạn 2 : tự phân

Đây là giai đoạn tự phá vỡ vách tế bào nhờ chính các enzyme nội bào trong nấmmen Trong giai đoạn này có thể bổ sung thêm enzyme như protease để tăng hiệu suất

Giai đoạn 3 : thanh trùng

Giai đoạn này nhằm giết chết các vi khuẩn còn sống và bất hoạt các enzyme.Trong giai đoạn này còn diễn ra sự tương tác giữa các phân tử nhỏ như amino acid vàđường, tạo nên hương vị cho sản phẩm

Giai đoạn 4 : lọc

Giai đoạn này sẽ loại bỏ mảnh vỏ tế bào, glucan, mannan, và một số protein khácchưa bị thủy phân bởi các enzyme của nấm men trong quá trình tự phân Những chấtkhông hòa tan này có thể được dử dụng để bổ sung vào thức ăn gia súc và những chất tạomùi

Nhà sản xuất có thể lọc thêm một lần nữa thu được dung dịch yeast extract thậtsạch Lần lọc này loaijnbir những oligopeptide ít tan sẽ kết tủa khi ở nồng độ cao

Giai đoạn 5 : cô đặc

Giai đoạn này gồm hai bước xen kẽ với giai đoạn lọc dung dịch sẽ được gia nhiệt

để nước bốc hơi và đạt được nồng độ cuối cùng là 70-75% vật chất khô Suốt giai đoạnnày quá trình tạo hương sẽ tiếp tục diễn ra nhờ sự cô đặc các chất và nhiệt độ, cần lưu ýnếu để nhiệt độ lên quá 55°C sẽ gây ra mùi khét chho sản phẩm

Nấm men 28% trọng lượng khôđược pha loãng với nồng độ

600g/l

Điều chỉnh về pH 5

Tăng nhiệt độ lên55°C trong 5-8h

 Theo Eurasyp, các thành phần chính của yeast extract gồm: (tính theo vật chấtkhô)

 Đạm tống số: 8-12%, trong đó protein chiếm 50-75%

 Đạm amine: 3-5,2%

 Carbonhydrat tổng số: 4-13%

 Lipit: không có hoặc rất ít

 Muối: có hoặc không có tùy mục đích sử dụng

 Thành phần amino acid trong yeast extract (%)

Tăng nhiệt độ lên 70°C, giữ trong 15h (hoàn thành qt tự phân và bắt đầu qt thanh trùng)

Giữ ở 55°C trong 24h (quá trình

co nguyên sinh và tự phân)

2.3.1 Yeast extract chứa nucleotide tự nhiên

1960, kunikawa khám phá ra 5’GMP (Guanosine mono phosphate) có khả năngkích thích vị giác Vì nấm men chứa rất nhiều RNA, mà RNA lại rất giàu 5’GMP, nênnhững nhà sản xuất yeast extract đã bắt đầu nghiên cứu cách cắt RNA nấm men thànhnhững đoạn nucleotide có chứa 5’GMP 1974, sản phẩm yeast extract chứa 5’GMPthương mại đầu tiên đã được sản xuất ở qui mô công nghiệp ngày nay yeast extract chứahai loại nucleotide tạo mùi tự nhiên: 5’GMP, 5’IMP (inosine mono phosphate)

Yeast extract với những nucleotide có rất nhiều ứng dụng trong thực phẩm, đặcbiệt như một chất tạo hương vị trong súp, nước chấm, snack, và thực phẩm ăn liền vớitính năng làm tăng mùi vị nó giúp làm giảm lượng muối cần thiết trong thực phẩm, điềunày rất phù hợp với xu hướng sản xuất thực phẩm tốt cho sức khỏe ít natri hiện nay Hơnnữa yeast extract chứa nuceoitde tự nhiên có thể làm tăng hương vị và kích thích khẩu vịnhững thực phẩm ít béo

 Qui trình sản xuất

trong quá trình tự phân bình thường enzyme của nấm men cắt RNA thành nhữngđoạn nucleotide không kích thích vị giác Do đó bước đầu tiên trong sản xuất yeast

bằng xử lí nhiệt sau đó RNA đươcj chiết xuất bằng protease (phân giải vách tế bào).Bước tiếp theo là sử dụng enzyme phosphodiesterase để phân cắt RNA thành những đoạnnucleotide, kết quả là yeast extract chứa các đoạn 5’GMP, 5’CMP, 5’AMP và 5’UMP.Bằng một loại enzyme khác là deaminase, 5’AMP được chuyển hóa thành 5’IMP cũng cótính kích vị giác Những giai đoạn sau vẫn giống như các giai đoạn sản xuất yeast extractbinnhg thường.

2.3.2 Yeast autolysate

Yeast autolysate là những sản phẩm chứa những thành phần hòa tan và cả khônghòa tan của tế bào nấm men Sản phẩm này chỉ cô đặc những thành phần này lại chứkhông chiết xuất chúng, bản chất của quá trình tạo Yeast autolysate là nhờ vào sự hoạtđộng của những enzyme thủy phân và tự phân của nấm men

Yeast autolysate và yeast extract rất dễ bị nhầm lẫn với nhau Tuy nhiên giữachúng có hai điểm khác biệt đáng kể:

Quá trình tự phân của Yeast autolysate ngắn hơn quá trình tự phân của yeastextract, do đó Yeast autolysate chỉ thủy phân được một phần của tế bào nấm men

Vách tế bào không được tách ra khỏi yeast autolysate, do đó Yeast autolysate vầncòn chứa những thành phần không hòa tan

Yeast autolysate thường được bổ sung vào bành snack, bánh biscuit,…để làm tănghương vị ngoài ra, Yeast autolysate còn được làm thức ăn cho thú cưng và làm môitrường nuôi cấy vi sinh

 Quy trình sản xuất:

Quy trình sản xuất Yeast autolysate cũng tương tự yeast extract, chỉ khác nhau ởthời gian tự phan và không lạo bỏ những thành phần không hòa tan

• Thành phần chính của Yeast autolysate là:

• Đạm tổng số: 8-11%, trong đó protein chiếm 50-69%