tìm hiểu quy trình sản xuất sinh khối nấm men

L I GI I THI UỜ Ớ ỆHiện nay, cuộc sống con người ngày càng phát triển, con người đã nghiên cứu phát triển các ngành khoa học công nghệ, đặc biệt là ngành công nghệ sinh học, ứng dụng ngà

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 3 Năm 2015

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



BÀI BÁO CÁO

trong công nghệ thực phẩm

SẢN XUẤT SINH KHỐI

NẤM MEN

Giảng viên: Nguyễn Thị Thu Sang Nhóm: 1

Lớp: Chiều Thứ – Tiết 11, 12

M c l c ụ ụ

L I GI I THI UỜ Ớ Ệ

Hiện nay, cuộc sống con người ngày càng phát triển, con người đã nghiên cứu phát triển các ngành khoa học công nghệ, đặc biệt là ngành công nghệ sinh học, ứng dụng ngành công nghệ sinh học không chỉ trong y học, dược học, di truyền, mà còn ứng dụng các nghiên cứu khoa học vào ngành công nghệ thực phẩm, thúc đẩy ngành công nghiệp thực phẩm phát triển vững mạnh, làm phong phú các sản phẩm thực phẩm trên thị trường, tăng chất lượng sản phẩm đầu ra, ví dụ như để sản xuất rượu vang, trước đây, người ta

phải dùng hai loại vi sinh vật là S cerevisiae để tạo ra hàm lượng rượu trong dịch lên men và sau đó, sử dụng Leuconostos trong lên men phụ ở quá trình tàng trữ, nhằm nâng

cao chất lượng của rượu Ngày nay, người ta tiến tới dùng một chủng vi sinh vật chuyển gen để thực hiện cả hai quá trình Hoặc đối với các sản phẩm lên men sữa như phomat và sữa chua, trước kia, người ta thường sử dụng những vi sinh vật tự nhiên có mặt trong sữa

để lên men Do vậy, người ta khó lòng kiểm soát quá trình lên men và hiệu quả không cao Ngày nay người ta đã tạo được các chủng mới với các tính chất xác định và đã điều khiển được quá trình lên men theo định hướng mong muốn

Và một nhánh trong ứng dụng công nghệ sinh học vào công nghệ thực phẩm là sản xuất sinh khối vi sinh vật, mà ứng dụng được nhiều là sản xuất sinh khối nấm men, tạo giống nấm men trong sản xuất thức uống có cồn, sản xuất bánh mì, …

Nhóm 1

1 T ng quan v công ngh s n xu t sinh kh i n m men ổ ề ệ ả ấ ố ấ

1.1 Gi i thi u s l ớ ệ ơ ượ c v n m men ề ấ

Nấm men thuộc cơ thể đơn bào,thường có hình que hoặc hình cầu

Nấm men được sử dụng phổ biến nhất là Saccharomyces cerevisiae.

- Phân loại:

Nấm men chìm(S.carbergensis): Tạo ra do phương pháp lên men chìm Nấm men nổi(S.cerevesiae) : Tạo ra do phương pháp lên men nổi.

- Sinh sản Nấm men có 2 hình thức sinh sản chủ yếu:

+ Sinh sản vô tinh thông qua nảy chồi + Sinh sản hữu tính thông qua sự hình thành nang bào tử

1.2 Gi i thi u sinh kh i n m men ớ ệ ố ấ

Các sản phẩm của quá trình lên men gồm các dạng:

- Sinh khối

- Sản phẩm trao đổi chất: bậc 1 và 2

- Sản phẩm của sự chuyển hóa chất

- Sản phẩm lên men…

Trong đó, sinh khối là quá trình cơ chất được chuyển hóa thành vật chất tế bào trong quá trình sinh trưởng Quá trình nuôi cấy chủ yếu là sinh trưởng , phát triển các tế bào của giống vi sinh vật, chất dinh dưỡng được chuyển hóa thành vật chất tế bào Lên men thu sinh khối là quá trình sinh sản, phát triển (sinh trưởng) các tế bào của chủng nuôi cấy Sinh trưởng là tăng số lượng các tế bào Sinh trưởng phục vụ cho sự duy trì , sinh sản của

vi sinh vật

Theo chức năng này, trong quá trình tiến hóa của tế bào vi sinh vật đã hình thành cơ chế điều hòa trao đổi chất sao cho phần lớn các chất dinh dưỡng tiêu hao phục vụ cho việc tổng hợp tế bào chất

1.3 Các n m men s d ng trong s n xu t ấ ử ụ ả ấ

1.1.1 Giống nấm Candida

- Candida tropicalis: lên men rất tốt ở các dịch đường glucoza, galactoza,

sacaroza, maltoza không hấp thu được sorbioza, xenlobioza, lactoza,…

1.2.1 Giống nấm Saccharomyces

Saccharomyces là một chi nấm men được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm như làm bánh mì, sản xuất cồn Saccharomyces có nghĩa là nấm đường và là loại vi sinh vật duy nhất được sản xuất với quy mô rất lớn trên thế giới Nguyên liệu chính dùng để sản xuất men là mật rỉ, ngoài ra một số hóa chất khác sẽ được cung cấp trong quá trình nuôi cấy men để bổ sung các chất dinh dưỡng mà mật rỉ không đủ Quá trình nuôi dưỡng men Saccharomyces là quá trình hiếu khí vì vậy người ta phải thổi vào bồn lên men một lượng khí rất lớn

• Hình thái cấu tạo Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào:

Nấm men Saccharomyces thuộc họ Saccharomycetaceae, ngành Ascomycota và thuộc giới nấm

Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ, từ 5 – 14 micromet, sinh sản bằng cách tạo chồi hay bao tử

Nấm men Saccharomyes gồm những thành phần chủ yếu sau:

+ Vách tế bào

Phân loại khoa học

Giới (regnum) Fungi

Ngành (phylum) Ascomycota

Phân

ngành(subphylum)

Saccharomycotina

Lớp (class) Saccharomycetes

Bộ (ordo) Saccharomycetales

Họ (familia) Saccharomycetaceae

Chi (genus) Saccharomyces

(E.C

HANSEN 1838)MEYEN

+ Màng tế bào chất: nằm sát vách tế bào, có cấu tạp chủ yếu là

lipoprotein, giữ vai trò điều hòa vận chuyển các chất dinh dưỡn cho tế bào

+ 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 máy Golgi, lysosom, không bào ( chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc lạ có thể có hại cho tế bào ) Trong tế bào chất có nhân chứa thông tin di truyền cho tế bào và các thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất ngoài ra còn có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào

• Đặc điểm sinh hóa:

- Lên men 13 loại đường

- Đồng hóa 46 nguồn carbon

- Tính chống chịu với 0,01 % hoặc 0,1 % cycloheximide

- Đồng hóa 6 nguồn nito: nitrate, nitrite, ethylnamine, hydrochloride, L-lyzine, cadaverine dihydrochloride, creatine

- Sinh trưởng khi thiếu hụt một số vitamin (myo-Inositol, calcium

pantothenate, biotin, thiamine hydrochloride, pyridoxin hydrochloride, niacin, folic acid, p-aminobenzoic aicd

- Sinh trưởng tại các nhiệt độ khác nhau: 25, 30, 35, 37, 42 0C

- Sản sinh acid từ glucoza

- Thủy phân Ure

- Phân giải Arbutin

- Phân giải lipid

- Có năng lực sản sinh sắc tố

- Sinh trưởng trên môi trường chứa 50% và 60% glucoza

- Hóa lỏng gelatin

- Phản ứng với Diazonium Blue B

- Phát triển trên môi trường chứa acid acetic 1%

2 Sinh kh i n m men ố ấ

Sinh khối nấm men là những tế bào sống được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm như: sản xuất đồ uống lên men, sản xuất bánh mì, sữa chua và trong y học như sản xuất thuốc hỗ trợ tiêu hóa biolactovin

Hình ảnh tế bào nấm men Saccharomyces

Hình 1 Saccharomyces cerevisiae

Hình 2 Saccharomyces cerevisiae Hình 3 Saccharomyces cerevisiae

3 Các d ng th ạ ươ ng ph m sinh kh i n m men ẩ ố ấ

3.1 Theo dạng thu nhận

3.1.1 Dạng nấm men lỏng

Nấm men lỏng là một sản phẩm thu nhận được ngay sau khi quá trình lên men hiếu khí kết thúc, dịch men này có chứa sinh khối của nấm men đang phát triển Khi sủ dụng nấm men lỏng thì vấn đề chất lượng rất được quan tâm do nó rất dễ bị nhiễm những vi sinh vật lạ, bị lẫn các sản phẩm trao đổi chất của nấm men

Ưu điểm: dễ sử dụng, hoạt lực cao.

Nhược điểm rất lớn là khó bảo quản, thời gian sử dụng chỉ nằm trong giới hạn 24 giờ

sau khi sản xuất

Chính vì thế, việc sản xuất và sử dụng nấm men lỏng thường được tổ chức như một phân xưởng riêng trong các cơ sở sản xuất

Lên men hiếu khí

Men lỏng

Người ta thu nhận dịch lên men có chứa nấm men dạng đang phát triển để sản xuất bánh mì, lượng men sử dụng từ 1-10% so với khối lượng bột mì đem sử dụng

3.1.2 Dạng nấm men nhão (nấm men paste)

Nấm men paste là khối nấm men thu được sau khi ly tâm nấm men lỏng

Nấm men paste thường có độ ẩm khoảng 10 – 75% Nấm men paste thường có hoạt lực nở bánh kém hơn nấm men lỏng do trong quá trình ly tâm và thời gian kéo dài, nhiều

tế bào nấm men bị chết Nếu được bảo quản lạnh ở 4 – 7oC, ta có thể sử dụng nấm men paste trong khoảng 10 ngày Như vậy nếu chuyển nấm men lỏng sang nấm men paste, ta

có thể kéo dài thời gian sử dụng và thuận lợi trong việc vận chuyển

Ly tâm nấm men lỏng

Men paste

Ứng dụng: Thường sử dụng ở các cơ sở sản xuất bánh mì, liều lượng sử dụng 4-5% so với khối bột lên men

Ưu điểm: thời gian sử dụng lâu, dễ vận chuyển.

Nhược điểm: hoạt lực làm nở không cao bằng nấm men lỏng.

3.1.3 Nấm men khô

Nấm men khô lại được sản xuất từ nấm men paste Người ta sấy nấm men paste ở nhiệt độ < 40oC hoặc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa Nấm men khô có độ ẩm < 10%

Ưu điểm: thời gian sử dụng rất lâu và dễ vận chuyển.

Nhược điểm: hoạt lực làm nở không cao.

3.2 Theo đặc tính sử dụng

3.2.1 Men lạt

Men dùng cho sản xuất bánh mỳ lạt (Hàm lượng đường thấp) Những chủng men này chỉ sống và phát triển tốt trong môi trường có nồng độ đường thấp (nhỏ hơn 20%)

3.2.2 Men ngọt

Men dùng cho sản xuất bánh mỳ ngọt ( Hàm lượng đường cao) Những chủng men này chỉ sống và phát triển tốt trong môi trường có nồng độ đường cao (cao hơn 20%)

Khái niệm Ưu điểm Nhược điểm

Men lỏng Sản phẩm thu đượcngay sau quá trình

lên men hiếu khí

Dễ sử dụng, hoạt lực

cao

Khó bảo quản, thời gian sử dụng trong khoảng 24 giờ sau sản xuất

Men paste thu được khi li tâmLà khối nấm men

nấm men lỏng

Vận chuyển dễ dàng, thời gian sử dụng lâu

Hoạt lực kém hơn nấm men lỏng

Men khô

Là loại nấm men có được sau khi sấy nấm men paste ở nhiệt độ cao

Thời gian sử dụng rất lâu, dễ vận chuyển Hoạt lực không cao

Rỉ đường

Xử lý Pha loãng Thanh trùng

Cấy vào môi trường

Lên men

Ly tâm Sinh khối

Sấ y khô

Nhân giống

Thành ph ẩm

Nấ m men

4 Quy trình s n xu t sinh kh i n m men ả ấ ố ấ

 Quy trình sản xuất nấm men từ rỉ đường:

 Thuyết minh

Quy trình công nghệ sản xuất sinh khối nấm men bao gồm các giai đoạn chính sau:

- Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng và nhân giống

- Quá trình nuôi cấy nấm men

- Thu nhận sinh khối

- Sấy khô

4.1 Chu n b môi tr ẩ ị ườ ng và nhân gi ng ố

4.1.1 Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng

• Mục đích:

 Chuẩn bị cho quá trình lên men

 Loại bỏ tạp chất, làm trong rỉ đường

Rỉ đường: được dùng làm cơ chất cho nhiều quá trình lên men, nguyên nhân chính là

do giá thành của rỉ đường rẻ hơn so với các nguyên liệu chứa đường khác Ngoài saccharose trong rỉ đường còn chứa một số chất vô cơ, hữu cơ và vitamin có giá trị Ngày nay, cả rỉ đường củ cải lẫn rỉ đường mía thường được gọi là sản phẩm phụ hơn là một chất thải Sản lượng trung bình của rỉ đường chứa khoảng 50% saccharose dao động từ 3,5 đến 4,5 tấn trên 100 tấn củ cải gốc

Rỉ đường trước khi được dùng để nuôi nấm men cần được xử lý để loại bỏ chất keo, chất lơ lửng và một số chất có hại cho sự tăng trưởng của nấm men Hệ keo có trong mật

rỉ được hình thành bởi protein và pectin.Hệ keo thường tạo ra độ nhớt cao và làm cản trở quá trình trao đổi chất của nấm men.Nếu hệ keo không bị phá hủy sẽ gây ra hiện tượng thoái hóa, tế bào sẽ phát triển và sinh sản kém Hiệu suất thu hồi sinh khối sẽ thấp

Nếu không loại bỏ chất keo nói trên, sản phẩm sinh khối nấm men thu nhận được sẽ bám đầy chất keo này do đó có màu vàng đậm đặc đặc trưng của mật rỉ, không phải màu

tự nhiên của nấm men Vì vậy, cần loại bỏ các chất tạo màu trong mật rỉ trước khi làm môi trường nuôi cấy

• Các biến đổi

- Vật lý: khối lượng riêng của dung dịch giảm, sự thay đổi màu

- Hóa học: các hợp chất keo đông tụ

- Sinh học: mật độ vi sinh vật giảm

Thực hiện loại bỏ chất keo trong rỉ đường: có thể làm bằng 2 phương pháp

o Phương pháp hóa học:

Thường sử dụng acid sulfuric, kết hợp với vôi tôi có khả năng làm đông tụ, kết tủa chất keo, đồng thời acid sulfuric còn liên kết với muối của rỉ đường cạnh tranh với acid hữu cơ, phân hủy protein tạo cơ chất cho nấm men sử dụng để tăng sinh khối

+ Cách thực hiện:

Pha loãng rỉ đường khoảng 0,73m3 nước/tấn rỉ đường, trộn đều, thêm cloruacanxi 0,9kg/tấn rỉ đường, khuấy trộn trong 30 phút sau đó để yên trong 30 phút Thêm vào 6 lit acid sulfuric/tấn rỉ đường, khuấy tiếp tục 30 phút nữa, sau đó để lắng 6-12h Dùng bơm hút dịch trong lên trên, loại bỏ cặn

o Phương pháp cơ học

Dùng máy ly tâm để loại chất bẩn, chất keo có ưu điểm hơn so với phương pháp hóa học về phương diện kinh tế và thời gian, giảm thất thoát so với phương pháp hóa học từ 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 Pha loãng dịch lên men: Ta tiến hành pha loãng thành nồng độ 28-30% chất khô Lọc dịch: sử dụng thiết bị lọc khung bản

Bổ sung dinh dưỡng cho nấm men

Các hóa chất sử dụng gồm:

- Nguồn hydrat carbon: 12-15% chất khô tính trên rỉ đường

- Ammonium sulfat: từ 0,1-0,3%

- Ure: 0,1-0,15%

- DAP: 0,1% hay acid photphoric 0,06% DAP rất khó hòa tan trong nước do khi sản xuất nó có chứa một số chất phụ gia không tan Vì vậy, trước khi sử dụng phải hòa tan vào nước nóng theo tỷ lệ 1:5-6 (nước) trước Dung dịch được trộn lẫn với lượng acid phosphoric đã tính toán, pha loãng bằng nước theo tỷ lệ 1:5

- Magie sulfat 0,05%

Chú ý: phải làm nguội dịch rỉ trước khi bổ sung hóa chất

Điều chỉnh pH dung dịch: điều chỉnh pH = 4-4,5 bằng acid sulfuric loãng với nồng

độ pha trước

Phân phối vào dụng cụ

• Thanh trùng:

Mục đích: tiêu diệt vi sinh vật gây hại, chuẩn bị cho quá trình lên men Tiến

hành: thanh trùng ở nhiệt độ 80-900C trong vòng 20 phút Các biến đổi:

- Vật lý: nhiệt độ tăng

- Sinh học: tiêu diệt vi sinh vật nhiễm

- Hóa học: có thể xảy ra phản ứng Maillard

- Hóa lý: độ nhớt dung dịch giảm

- Hóa sinh: các enzyme bị biến tính bất thuận nghịch

• Làm nguội

Mục đích: Chuẩn bị và hạ nhiệt độ của canh trường để chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy

Các biến đổi trong quá trình:

- Vật lý: nhiệt độ giảm

- Hóa lý: độ nhớt dung dịch tăng

- Nhiệt độ môi trường dinh dưỡng sau quá trình làm lạnh: 28-320C

4.1.2 Quá trình nhân giống

 Mục đích

Là quá trình tăng thể tích dịch nấm men sau mỗi chu kỳ cho tới khi đủ số lượng phục

vụ cho sản xuất

 Biến đổi chủ yếu

Quá trình tăng nhanh sinh khối

 Các phương pháp tiến hành nhân giống

Quá trình nhân giống trong phòng thí nghiệm và nhân giống trong sản xuất cần tạo điều kiện cho giống thuần chủng sinh sản nhanh, không bị tạp nhiễm với các dụng cụ và thiết bị, phục vụ cho nuôi cấy vô khuẩn

- Nuôi cấy nhân giống đầu tiên được thực hiện trong phòng thí nghiệm: Giống được nuôi cấy trên ống nghiệm thạch nghiêng rồi cấy chuyền vào ống nghiệm 20ml chứa 10ml môi trường nuôi cấy đã được vô trùng Tiến hành nuôi ở

28-320C trong vòng 16-20h Sau khoảng thời gian trên thì ta lần lượt cấy vào bình tam giác và trong các thiết bị lớn hơn, tỷ lệ giống chuyển cấp là 1:10 cho đến khi được 100 lit thì ta chuyển sang giai đoạn nhân giống ở chế độ phân xưởng

- Nhân giống trong giai đoạn phân xưởng: Tiến hành nhân giống trong thiết bị nuôi cấy cũng ở nhiệt độ và thời gian như trên, sau đó ta tiếp tục nhân giống vào những thiết bị lớn hơn với tỷ lệ mỗi cấp chuyển giống là 1:10

 Quy trình nhân giống bán liên tục

- Dịch sau khi đã thanh trùng và làm nguội xuống nhiệt độ lên men là 28300C được bơm vào thùng nuôi cấy

- Nấm men từ thùng men giống được tháo xuống sao cho thể tích dịch nuôi cấy

và men giống chiếm 50% thể tích thùng Ta cho nấm men lên men trong khoảng 16-18h

- Trong quá trình nuôi cấy nhiệt độ được điều chỉnh bằng cách dội nước lạnh bên ngoài thùng hoặc ta sử dụng các thùng nuôi cấy có hỗ trợ thêm thiết bị điều chỉnh nhiệt độ

- Song song với quá trình men giống phát triển trong thùng nhân giống ta tiếp tục cho dịch rỉ vào thùng xử lý

- Sau 16-18h ta cho dịch rỉ thêm vào thùng nhân giống nấm men rồi trộn đều Cho lên men thêm khoảng 2-3h

- Tháo 50% lượng men ở thùng nhân giống xuống thùng nuôi cấy Tiến hành lặp lại các bước như trên

 Nhân giống liên tục