QUY TRÌNH sản XUẤT SINH KHỐI nấm MEN

LỜI MỞ ĐẦU Nấm men là một nhóm vi sinh vật đơn bào đã được con người sử dụng từ rất lâutrong quá trình lên men để sản xuất các sản phẩm nước uống có cồn hoặc làm một sốloại bánh.. Những

QUY TRÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN

ĐỀ TÀI:

BÁO CÁO MÔN:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CNTP

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

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: LIÊU MỸ ĐÔNG Nhóm thực hiện: 01

Tháng 02 năm 2016

ĐỀ TÀI:

QUY TRÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN

LỜI MỞ ĐẦU

Nấm men là một nhóm vi sinh vật đơn bào đã được con người sử dụng từ rất lâutrong quá trình lên men để sản xuất các sản phẩm nước uống có cồn hoặc làm một sốloại bánh Những hiểu biết khoa học và công nghệ kỹ thuật hiện đại ngày nay đã chophép chúng ta phân lập và sản xuất công nghiệp những chủng nấm men có tính chấtđặc biệt, thỏa mãn nhu cầu của con người sử dụng trong công nghệ lên men

Ngày nay, công nghệ lên men chiếm một vị trí rất quan trọng và không thể thiếutrong ngành công nghệ thực phẩm Lên men làm cho các sản phẩm thực phẩm ngàycàng đa dạng, dinh dưỡng và tiện ích hơn Sản phẩm của công nghệ lên men có thể làcanh trường lên men không chiết tách (như sữa chua), canh trường sau lên men đãchiết tách sinh khối (như bia, rượu vang…), một số sản phẩm trao đổi chất (như thạchdừa) hay là chính sinh khối của nấm men

Trong phạm vi nội dung đề tài tìm hiểu Quy trình sản xuất sinh khối nấm men

của nhóm 1, chúng em sẽ đi sâu tìm hiểu quy trình để sản xuất được sinh khối nấmmen phục vụ cho các quá trình lên men khác nhau trong công nghệ thực phẩm

Nhóm 1

MỤC LỤC

I. GIỚI THIỆU MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA

− Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật trong sinh quyển hoặc số lượng sinh vậtsống trong một đơn vị diện tích, thể tích vùng Sinh khối là quá trình cơ chất đượcchuyển hóa thành vật chất tế bào trong quá trình sinh trưởng

− Lên men thu sinh khối là quá trình sinh sản, phát triển các tế bào của chủng nuôi cấy.Sinh sản là tăng số lượng các tế bào

sôi và nảy nở bằng phương pháp nẩy chồi

II. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NẤM MEN

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 được sản xuất với quy mô rất lớn trên thế giới

Saccharomyces cerevisiae

 Phân loại khoa học

Giới (regnum): Fungi

Chi (genus): Saccharomyces

 Hình thái, cấu tạo

− Nấm men Saccharomyces thuộc học Saccharomycetaceae, ngành Ascomycota và

thuộc giới nấm

− Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ, từ

4 – 15µm, sinh sản bằng cách tạo chồi hay bào tử

ra còn có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào.

 Đặc điểm sinh hóa

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

− Đồng hóa 6 nguồn nitơ: nitrate, nitrite, ethylnamine hydrochloride, L-lyzine,cadaverine dihydrochloride, creatine.Sinh trưởng khi thiếu hụt một số vitamin (myo-Inositol, calcium pantothenate, biotin, thiamine hydrochloride, pyridoxinhydrochloride, niacin, folic acid, p-aminobenzoic acid

− Sinh trưởng tại các nhiệt độ khác nhau: 25, 30, 35, 37, 42oC

− Sản sinh acid từ glucoza

− 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%

 Các giống nấm men thường dùng trong sản xuất:

* Giống nấm Candida:

- Candida tropicalis: lên men rất tốt ở các dịch

đường glucoza, galactoza, sacaroza, maltoza.Không hấp thu được sorbioza, xenlobioza,lactoza…

* Giống nấm Saccharomyces:

- Saccharomyces cerevisiae: nấm men được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm

 Sản phẩm của sự chuyển hóa chất:

 Sản phẩm lên men: etanol, methanol, propanol, acid lactic, axetol butanol,metan…

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 vụcho việc tổng hợp tế bào chất

 Nguyên liệu để sản xuất sinh khối nấm men: Chủ yếu là rỉ đường.

Thành phần hóa học của rỉ đường: chất phi đường và nước

Các chất phi đường bao gồm các chất hữu cơ và vô cơ Các chất hữu cơ có chứanitơ của rỉ đường mía chủ yếu là các acid amin cùng với một lượng nhỏ protein và sảnphẩm phân giải của nó.Các chất phi đường vô cơ là các loại muối tìm thấy trong thànhphần tro của rỉ đường

Rỉ đường mía còn chứa các nguyên tố khác với hàm lượng nhỏ như: Zn, Mn, Cu,

B, Co, Mo Rỉ đường rất giàu các chất sinh trưởng như: acid pentotenic, nicotinic,folic, B1, B2 và đặc biệt là biotin

III. CÁC DẠNG SINH KHỐI NẤM MEN DẠNG THƯƠNG MẠI

thời gian sử dụng chỉ nằm trong giới hạn 24 giờ sau khi sản xuất.Chính vì thế, việcsản xuất và sử dụng nấm men lỏng thường được tổ chức như một phân xưởng riêngtrong các cơ sở sản xuất1.

Sinh khối nấm men dạng lỏng

Ưu điểm của men lỏng đó chính là dễ sử dụng và có hoạt lực cao hơn so với cácdạng chế phẩm khác2

2. Men dạng 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 70-75% Nấm men paste thường

có hoạt lực nở kém hơn nấm men lỏng do quá trình

ly tâm và thời gian kéo dài, nhiều tế bào nấm men

chết Nếu được bảo quản lạnh ở 4 – 70C, 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 Thường sử dụng ở các

cơ sở sản xuất bánh mì, liều lượng sử dụng 4-5%

so với khối bột lên men1 (tùy thuộc vào chất lượng

của men paste)

Sinh khối nấm men dạng paste

3. Men khô

Nấm men khô lại được sản xuất từ nấm men paste Người ta sấy nấm men paste

ở nhiệt độ < 400C hoặc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa Nấm men khô có độ ẩm

1 Giáo trình Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ thực phẩm

2 http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-cong-nghe-san-xuat-sinh-khoi-nam-men-banh-mi-10506/

< 10%, ưu điểm rất lớn là thời gian sử dụng rất lâu và dễ vận chuyển1 Nấm men khô

có thể bảo quản 4 tháng ở điều kiện lạnh và 6 tháng ở điều kiện lạnh đông3

Men khô

IV. ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY VÀ BẢO QUẢN SINH KHỐI NẤM MEN

1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất sinh khối nấm men

1.1. Nhiệt độ:

Có ảnh hưởng lớn đến tốc độ tăng trưởng của nấm men Nhiệt độ thích hợp nhất đểnấm men phát triển là 28 – 300C Trên 430C và dưới 280C, sự sinh sản của nấm men

bị chậm lại hoặc ngừng lại

1.2. Độ pH của môi trường:

Độ pH tốt nhất cho sự tăng trưởng của nấm men là 4,5 – 5,5; pH = 4: tốc độ tích lũysinh khối giảm Nếu pH = 3,5 hay pH = 3 sẽ làm sự sinh sản của nấm men bị ngừnglại Mức độ hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào, hoạt động của hệ thống enzym thamgia vào sự tổng hợp protein, tạo vitamin đều tùy thuộc vào độ pH, pH ngoài 4,5 – 5,5làm chất lượng nấm men giảm đi

1.3. Ảnh hưởng của chất hóa học:

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sinh khối nấm men là rỉ đường, amonium sulfat,DAP, MgSO4, acid sulfuric, trong các hóa chất này đôi khi có sự hiện diện của một sốchất ức chế sự tăng trưởng của tế bào nấm men

1.4. Ảnh hưởng của nồng độ rỉ đường:

Tốc độ tăng trưởng của tế bào nấm men phụ thuộc vào sự hấp thụ chất dinhdưỡng, trong giới hạn áp suất thẩm thấu của môi trường và nồng độ tế bào Áp suấtthẩm thấu của môi trường tăng khi hàm lượng chất khô như saccharose hay chất hoạtđộng thẩm thấu như NaCl nhiều Hiện nay, các nhà máy sản xuất men nước ngoài nuôinấm men trong môi trường có nồng độ saccharose lên đến 5-6% để cải tiến chất lượngmen ép và làm men khô

3 http://redstaryeast.com/yeast-baking-lessons/yeast-shelf-life-storage/dry-yeast/

1.5. Ảnh hưởng của cường độ không khí và khuấy trộn lên tốc độ tăng trưởng của nấm men

Trong quá trình nuôi nấm men cần thiết giữ cho dịch men liên tục bão hòa oxyhòa tan Ngừng cung cấp oxy trong 15 giây sẽ gây nên tác dụng “âm” trên hoạt độngsống của nấm men Oxy khí quyển chuyển vào tế bào nấm men qua hai giai đoạn :

- Hòa tan oxy đến dạng lỏng

- Hấp thu oxy hòa tan vào tế bào

Về lý thuyết cần 0,761m³ oxy để oxy hóa 1 kg đường, nhưng thực tế chỉ mộtphần nhỏ oxy bơm vào được nấm men sử dụng, phần còn lại bị mất đi do các quá trìnhtiếp xúc, nhiệt độ, nồng độ, độ nhầy nhớt của môi trường, cường độ khuấy trộn Kíchthước của thiết bị nuôi cấy nấm men là tiền đề cần thiết, ảnh hưởng gián tiếp lên sựtăng trưởng của nấm men vì chiều cao cột dung dịch môi trường càng cao, thời giankhí bơm vào đạt đến bề mặt lâu hơn, và sự hấp thụ oxy được thúc đẩy khi nhiệt độtăng gần thích hợp cho hoạt tính men Chiều cao cột dung dịch men tốt nhất là 3m mới

có thể đảm bảo hiệu suất thành phẩm và giảm trọng lượng khi tiêu dùng Rõ ràng là đểtăng 1kg nấm men còn tùy thuộc vào chiều cao cột nước và lượng khí tiêu dùng do đócũng có khác nhau

Trong điều kiện thông khí tốt nhất, tổng số thể tích oxy bơm vào dịch men gấp

7 lần trị số lý thuyết (6) Nếu tốc độ hòa tan oxy cao, có thể thấy bọt khí nhỏ sủi lăntăn giữa bề mặt tiếp xúc của chất khí và chất lỏng

2. Các phương pháp bảo quản men giống

2.2. Phương pháp 2

– Giữ tế bào men trong dịch saccharose 30% Dịch đường được cho vào bình

và thanh trùng

– Cấy giống từ ống thạch nghiêng đã nuôi 2 ngày và giữ ở to bình thường.Trong điều kiện này nấm men hầu như không phát triển, không lên men.

– Khi sử dụng có thể dùng que cấy hoặc pipet vô trùng lấy dịch giống cấychuyền vào môi trường lỏng để hoạt hóa

– Sau 24-36h giữ ở nhiệt độ 3000C dịch đường lên men và cấy chuyền tiếp sangmôi trường thạch hoặc các môi trường nhân giống

2.3. Phương pháp 3

– Bảo quản giống dưới lớp dầu vaselin hoặc parafin Giống cấy trên môi trườngthạch nghiêng 2-3 ngày được đổ phủ lên bề mặt một lớp vaselin vô trùng

– Người ta thường dùng vaselin có tỉ trọng 0,8 - 0,9 đã được đun nóng ở 150C

để đuổi nước có trong dầu, rồi hấp thanh trùng Lớp dầu trên bề mặt môi trường khôngquá 1cm Ống giống có vaselin có thể để ở to trong phòng nhưng tốt hơn cả là giữ ở 4-

600C

2.4. Phương pháp 4

– Giữ giống ở điều kiện đông khô

– Dịch huyền phù giống được đựng trong ống nghiệm – ampul ở trạng tháiđông lạnh (- 4000C), sấy khô dưới điều kiện lạnh và chân không cao tới độ ẩm còn1,5-2,6 %

– Gắn miệng ampul dưới chân không và vô trùng

– Thời gian bảo quản tới 3 năm không phải cấy chuyền, một vài chủng menđược bảo quản đông khô có tỉ lệ tế bào sống thấp Các nguyên liệu chứa sacaroza (rỉđường ) là dạng nguyên liệu lý tưởng nhất đến sản xuất protein đơn bào, vì cácnguyên liệu này chứa nhiều yếu tố kích thích sinh trưởng, khí, biotin và sản phẩmprotein thu được hầu như sạch, không độc

Rỉ đường được dùng làm các cơ chất cho nhiều quá trình lên men vì:

− Giá thành rẻ hơn các nguyên liệu chứa đường khác

−Ngoài đường sacaroza, rỉ đường còn chứa một số chất vô cơ, hữu cơ vàvitamin có giá trị

Nấm men và sinh khối nấm men có vai trò rất to lớn trong sự phát triển củangành công nghệ sinh học nói chung và công nghệ thực phẩm nói riêng.Saccharomyces cerevisiae được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất bia, rượu và bánhmì

Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thaythế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều loại nấmmen còn được sử dụng để sản xuất protein Nấm men còn được sử dụng làm cao chiếtnấm men trong nuôi cấy vi sinh vật, là nguồn thu nhận một số vitamin; enzyme, khángsinh, chất màu

Nấm men còn là đối tượng nghiên cứu trong kỹ thuật di truyền Gần đây, các nhàkhoa học đã đưa vào bộ gen của nấm một loại gen trích từ chuột, có khả năng phảnứng khi tiếp xúc với thuốc nổ DNT (tên khoa học là 2,4 - dinitrotoluen)…

VI. QUY TRÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN

1. Quy trình nuôi cấy nấm men tổng quát

2. Sản xuất men khô

2.1. Sơ đồ quy trình sản xuất nấm men từ rỉ đường

Thành phẩm

Sinh khối nấm men khô

2.2. Thuyết minh quy trình:

a) 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 đến4,5 tấn trên 100 tấn củ cải gốc

Rỉ đường trước khi được dùng để nuôi nấm men cần được xử lý để loại bỏ chấtkeo, chất lơ lửng và một số chất có hại cho sự tăng trưởng của nấm men Hệ keo cótrong 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 sẽgây ra hiện tượng thoái hóa, tế bào sẽ phát triển và sinh sản kém Hiệu suất thu hồisinh 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 phảimàu tự nhiên của nấm men Vì vậy, cần loại bỏ các chất tạo màu trong mật rỉ trước khilàm 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

− Phương pháp hóa học:

 Thường sử dụng acid sulfuric, kết hợp với vôi tôi có khả năng làm đông tụ, kết tủachất keo, đồng thời acid sulfuric còn liên kết với muối của rỉ đường cạnh tranh vớiacid 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 0,73 m3nước/tấn rỉ đường, trộn đều, thêmcloruacanxi 0,9 kg/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 lắng6-12h Dùng bơm hút dịch trong lên trên, loại bỏ cặn

Pha loãng rỉ đường như trên, thêm 1% vôi tính theo nồng độ rỉ đường, khuấyđều, cho sôi 30 phút Sau đó để lắng trong 7 giờ, loại bỏ lớp màu đen

− Phương pháp cơ học

Dùng máy ly tâm để loại chất bẩn, chất keo có ưu điểm hơn so với phương pháphóa học về phương diện kinh tế và thời gian, giảm thất thoát so với phương pháp hóahọc từ 2% còn 0, 14% Trước khi ly tâm, pha loãng rỉđường 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 muốicanxi trong rỉ đường < 0 5% thì pha loãng 1:1, nếu là 0, 6% thì pha loãng 1:2, hơn1% thì pha loãng 1:4

 Pha loãng dịch lên men: Ta tiến hành pha loãng thành nồng độ 28-30% chất

− 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

− Hóa lý: độ nhớt dung dịch tăng

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

b) 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 cầntạo 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 đượcnuôi cấy trên ống nghiệm thạch nghiêng rồi cấy chuyền vào ống nghiệm 20ml chứa10ml môi trường nuôi cấy đã được vô trùng Tiến hành nuôi ở 28-320C trong vòng16-20h Sau khoảng thời gian trên thì ta lần lượt cấy vào bình tam giác và trong cácthiết bị lớn hơn, tỷ lệ giống chuyển cấp là 1:10 cho đến khi được 100lit thì ta chuyểnsang giai đoạn nhân giống ở chế độ phân xưởng