giao trinh cong nghe len men luong duc pham

PGS TS LƯƠNG ĐỨC PHẨM GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ LÊN MEN ■ NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM LỜI GIĨI THIỆU Lồi người biết sử dụng sản phẩm lên men từ thòi cổ xưa Người La Mã thuở xưa gọi lên men “sủi bọt” (fermentum) Louise Pasteur định nghĩa lên men q trình ni cấy vi sinh vật kỵ khí để thu sản phẩm, điều thể hiệu ứng Pasteur nấm men: “Nấm men, điều kiện hiếu khí - tăng sinh khối; điều kiện kỵ khí - lên men rượu” Hiện người ta quan niệm lên men q trình ni cấy vi sinh vật sử dụng enzyme tác dụng lên chất để thu sản phẩm Rõ ràng, lên men khơng giới hạn điều kiộn kỵ khí thời Pasteur Các sản phẩm lên men ngày phong phú gia tăng, chiếm tỷ trọng lớn loại đồ uông thực phẩm chế biến người Các nhà khoa học Xô Viết trước xếp rượu pha chế (lique alcohol) dạng nước không cồn vào công nghệ vi sinh vật Các chuyên môn không xốp vào giáo trình Giáo trình Cơng nghê lên m en gồm 10 chương Ba chương đầu sơ qua sở hố sinh vi sinh cơng nghệ lên men Các chương sau q trình cơng nghệ sản xuất số sản phẩm lên men, có sản phẩm truyền thống nhân dân ta sản xuất sử dụng từ lâu Các sản phẩm chưa nghiên cứu đầy đủ có hệ thơng, tác giả chưa đề cập đến sở lý thuyết sâu trình lên men cơng nghệ Tác giả hy vọng giáo trình sỏ giúp cho bạn đọc nắm sở công nghệ sản xuất sản phẩm lên men đại truyền thống Từ giảng trường đại học lớp cao học sinh học viện Khoa học - Công nghệ Việt Nam, trường Đại học Sư phạm Thành phơ" Hồ Chí Minh, tác giả biơn soạn nơn giáo trình Do thòi gian có hạn, nên giáo trình sai sót có thơng tin chưa cập nhật kịp thòi, mong bạn sinh viên đồng nghiệp đóng góp ý kiến, tác giả tiếp tục hoàn thiện để lần xuất sau sách hồn chỉnh Mọi ý kiến đóng góp xin gửi Công ty cổ phần sách Đại học - Dạy nghề, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 25 Hàn Thuyên, Hà Nội Điện thoại (043) 8264974 Xin trân trọng cảm ơn Tác giả PGS.TS LƯƠNG ĐỨC PHAM MỤC LỤC Chương VI SINH VẬT VÀ LÊN MEN 1.1 Các nhóm vi sinh vật cơng nghệ lên men 1.2 Dinh dưỡng vi sinh vật 12 1.3 Sự hô hấp vi sinh vật 17 1.4 Sinh trưởng phát triển vi sinh vật môi trường 18 1.5 Tốn học hố q trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật 20 1.6 Các yếu tô" ngoại cảnh ảnh hưởng đến đời sống vi sinh vật 26 Câu hỏi ôn tập chương 29 Chương NƯỚC VÀ NGUYÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT LÊN MEN Nước 30 2.2 Nguyên liệu sản xuất lên men 37 Câu hỏi ôn tập chương .49 Chương ENZYME VI SINH VẬT VÀ CỐNG NGHỆ LÊN MEN 3.1 Phân loại enzyme 50 3.2 Tính chất enzyme 51 3.3 Những yếu tô" ảnh hưởng tới hoạt lực enzyme .52 3.4 Enzyme sản xuất lên men 53 3.5 Sản xuất chế phẩm enzyme 56 3.6 Khái niệm lên men .63 3.7 Cơ chế trình lên men 64 Câu hỏi ôn tập chương 70 Chương SẢN XUẤT RƯỢU - CỔN ETYLIC 4.1 Các nguồn nguyên liệu dùng công nghệ lên men rượu 71 4.2 Giống nấm men 72 4.3 Lên men rượu từ nguyên liệu tinh bột 77 4.4 Lên men rượu từ rỉ đường 85 4.5 Chống tạp nhiễm cho lên men 89 4.6 Chưng câ't tinh luyện 89 4.7 Tinh luyện để thu nhận cồn tuyệt đối 94 4.8 Sản xuất rượu thủ công truyền thống 95 Câu hỏi ôn tập chương .102 Chương SẦN XUẤT BIA 5.1 Nguyên liệu 104 5.2 Quy trình cơng nghệ sản xuâ't bia 112 Câu hỏi ôn tập chương 125 Chương SẨN XUẤT RƯỢU VANG 6.1 Đặc điểm nưốc yêu cầu nguyên liệu làm rượu vang 127 6.2 Hệ vi sinh vật dịch 129 6.3 Hệ vi sinh vật lên men rượu vang tự nhiên Qên men tự phát) 132 6.4 Dinh dưõng nấm men chất lượng vang 133 6.5 Nấm men thường gặp sản xuất rượu vang 139 6.6 Sản xuất rượu vang 142 Câu hỏi ôn tập chương 144 Chương SẢN XUẤT MEN BÁNH MỲ VÀ MEN THỨC ẢN CHẢN NUÔI 7.1 Sản xuất men bánh mỳ 145 7.2 Sản xuất men thức ăn chăn nuôi .153 Câu hỏi ôn tập chương 159 Chương SẲN XUẤT CÁC AXIT HỮU c Sản xuất axit xitric 160 8.2 Sản xuất axit axetic 172 8.3 Len men lactic 182 Câu hỏi ôn tập chương 204 Chương SẨN XUẤT CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN TRUYỀN THốNG 9.1 Sản xuất nước mắm 205 9.2 Sản xuất mắm nêm i 211 9.3 Tôm sản phẩm lên men tôm 212 9.4 Sản xuất tương 216 9.5 Sản xuất nước chấm 224 Câu hỏi ôn tập chương 227 Chương lồ NUÔI TRỔNG NẤM ĂN 10.1 Giá trị dinh dưỡng nấm ă n 229 10.2 Công nghệ sản xuất nấm ăn 230 10.3 Giông nấm ăn 230 10.4 Các yếu tô> ảnh hương đến sinh trưởng phát triển nấm .240 10.5 Nguyên liệu 241 10.6 Q trình ni trồng 248 10.7 Những vấn đề cần ý gieo trồng nấm ăn 248 Câu hỏi ôn tập chương 10 250 Chương VI SINH VẬT VÀ LÊN MEN # Loài người biết sử dụng sản phẩm lên men từ thòi cổ xưa Rượu vang thấy xuất xã hội Ai Cập từ đến 10 ngàn năm trước Công nguyên* Bia thấy xuất ỏ Babilon trước khoảng 7.000 nảm, rượu xuất ỏ Trung Quốc khoảng 2.000 năm trưóc Cơng ngun Ó Hy Lạp, có đêm hội mừng mùa rượu nho tế thần rượu uống loại "nước tinh túy tròi" cho lồi người từ thòi xa xưa Suốt thòi gian dài, trình lên men thực ả mức quy mơ thủ cơng gia đình nhà thờ ngưòi ta khơng rõ tác nhân gây lên men Đốn th ế kỷ XIX, Louise Pasteur phát minh vi sinh vật sỏ trình lên men sáng tỏ Từ ngành cơng nghiệp lên men phát triển thành ngành kinh tế độc lập ngày hoàn thiện, chiếm tỷ trọng lớn kinh tế nhiều quốc gia 1.1 CÁC NHĨM VI SINH VẬT TRONG CƠNG NGHỆ LÊN MEN Lên men chuyển hoá cacbonhydrat vài hợp chất hữu khác thành chất dưỏi tác dụng enzyme vi sinh vật gây Như vậy, tác nhân q trình lên men tế bào vi sinh vật, cổ thể enzyme chúng chế tạo thành dạng chế phẩm Có nhiều q trình lên men khác thưòng gọi tên sản phẩm thu Ví dụ: lên men rượu, bia, rượu vang, lên men xitric, lactic, Các sản phẩm hoạt động sống vi sinh vật tạo Trong lên men bia, rượu, tác nhân nấm men rượu; lên men xitric nấm mốc; lên men lactic, axetic, axeton butanol vi khuẩn Mục đích q trình lên men chuyển hố chất mơi trưòng dinh dưỡng thành sản phẩm cần thiết nhò vi sinh vật Ngưòi ta thường xếp dạng lên men thu sản phẩm có cồn, loại đồ uống có rượu nhẹ, khơng có rượu chất sử dụng enzyme chế biến vói trang thiết bị gần gũi nuôi cấy vi sinh vật thành công nghiệp lên men 1.1.1 Vi khuẩn ịBacteria) - Vi sinh vật th ế giối vi sinh vật bé nhỏ, mắt thưòng khơng nhìn thấy, sống đông đúc tự nhiên, chủ yếu ỏ đất Trong th ế giới vi sinh nhỏ bé này, vi khuẩn nhiều Chúng thể nhỏ bé, đơn bào, nhân sơ, có hoạt động sơng độc lập, kích thưỏc từ 0,2 đến vài micromet (}im) - Vi khuẩn có nhiều hình thái, kích thước xếp khác Hình dạng chủ yếu tế bào vi khuẩn hình cầu, hình que, hình dấu phẩy, có dạng hình o'ng, hình sợi, Trong điều kiện sống khắc nghiệt, sọ giông vi khuẩn sinh bào tử, hay gọi nha bào (spore) Bào tử vi khuẩn thể thu gọn lại có vỏ bọc dày đặc chống chịu với điều kiện mơi trường khơng bình thường (pH, nhiệt độ, chất độc, )' Trong công nghiệp lên men, môi trường trước gieo giông nuôi cấy cần phải trùng ỏ điều kiện nhiệt (110 —121°c cao hơn) đế diệt tạp khuẩn bào tử chúng - Một số giống vi khuẩn có tiên mao hay chu mao (lông roi mọc đầu tế bào, đơn chiếc, mọc xung quanh tế bào thành chùm) Các lông roi giúp vi khuẩn chuyển động môi trường lỏng Các vi khuẩn Gram (-) thường có lơng mao để bám vào giá thể (màng nhày đưòng hơ hấp đường tiêu hoá giá mang khác) Nhiều vi khuẩn Gram (-) có tiên mao vi khuẩn gây bệnh - Vi khuẩn sinh sản thường theo lối phân cắt tế bào, chu kỳ nhân đôi tế bào xảy vòng 20 —30 phút Bào tử hay nha bào vi khuẩn thể bảo vệ nòi giống gặp điều kiện sống bất lợi - Vi khuẩn dùng nhiều công nghiệp lên men với thể dị dưỡng (phân huỷ chất hữu có môi trường) để xây dựng tế bào mới, sản sinh lượng tạo sản phẩm lên men - Vi khuẩn có số giống bị virus sống ký sinh làm tan tế bào Các loại virus bacteriophage (thể ăn vi khuẩn hay thực khuẩn thể) 1.1.2 Xạ khuẩn - Xạ khuẩn nhóm vi sinh dạng sợi nhỏ, nhân sơ, phổ biến tự nhiên Hầu hết xạ khuẩn tế bào Gram (+), hiếu khí, dị dưống hoại sinh, có cấu tạo dạng sợi phân nhánh (khuẩn ty hay mỉxen) - Hệ sdi xạ khuẩn chia thành khuẩn ty chất (án sâu vào chất) khuẩn ty khí sinh (mọc ngồi khơng khí) Đường kính khuẩn ty xạ khuẩn khoảng 0,2 - lịim đến - 3|im Đa số khuẩn ty xạ khuẩn khơng có vách ngăn khơng tự đứt đoạn Khuẩn ty xạ khuẩn có nhiều màu sắc (có thể màu khuẩn ty khí sinh màu bào tử): từ màu trắng, vàng, dá cam, đỏ, lam, tím, nâu, đen, Khuẩn ty chất có nhiệm vụ hút chất dinh dưỡng môi trường rắn Sau thời gian phát triển, khuẩn ty cở chất mọc dài khơng khí thành khuẩn ty khí sinh - S a u thòi gian phát triển, đỉnh khuẩn ty khí sinh xuất sợi, cuổng bào tử Sợi có hình dạng khác nhau: thẳng, lượn sóng, xoắn, mọc đơn, mọc vòng, Một sơ' xạ khuẩn có sinh nang bào tử (túi chứa bào tử), bên có bào tử - Xạ khuẩn sinh sản bào tử Trong mơi trường lỏng có sục khí, xạ khuẩn sinh trưởng mẩu sợi Bào tử xạ khuẩn quan sinh sản thường chêt ỏ nhiệt độ 60 - 70°c thời gian 15 phút hay dài - Khuẩn lạc xạ khuẩn đặc biệt, không trơn ướt khuẩn lạc vi khuẩn nấm men mà thường thô ráp, dạng phấn, khơng suốt, có nếp toả theo hình tia xạ Vì gọi chúng xạ khuẩn - Sinh trưởng phát triển xạ khuẩn so vói vi khuẩn thưòng chậm nhiều Trên mơi trường rắn bán xốp, xạ khuẩn phát triển sinh bào tủ phải tuần dài - Trong công nghiệp vi sinh, xạ khuẩn chủ yếu dùng cho lên men chất kháng sinh, thư sô" enzyme, vitamin axit hữu Trong 8.000 chất kháng sinh biết có đến 80% xạ khuẩn sinh Trong lên men cổ truyền dùng xạ khuẩn 1.1.3 Vi nấm Vi nấm vi sinh vật nhân thật (eukaryote) Vi nấm chia thành nấm men (yeast, levur) nấm sợi (filamentaus fungi) 1.1.3.1 Nấm men Nấm men phổ biến tự nhiên, môi trường chứa đường vối pH thấp (rau quả, mật, rỉ đường, mật ong, đất vườn mía, đất xung quanh nhà máy đường, bột, đất ô nhiễm dầu mỏ) Nấm men có nhiều hình dạng khác nhau: tròn, oval, hình chanh, hình chuỳ, hình trứng, hình thoi, hình lưỡi liềm, hình tam giác, hình ống, Có loại nấm men mọc khuẩn ty có loại có khuẩn ty giả Khuẩn ty giả khuẩn ty chưa thành sợi rõ rệt mà nhiều tế bào nốỉ với thành chuỗi dài Có lồi nấm men mọc thành váng trêri mơi trường lỏng Kích thước tế bào nấm men thay đổi tuỳ thuộc vào giống, lồi mơi trường ni cấy Nói chung, kích thước tế bào nấm men trung bình vào khoảng (3 - 5) X (5 -10)nm (gấp 10 lần vi khuẩn) a) Cấu tao t ế bào n ấ m m en - Vách tế bào (vỏ): non mỏng sau dày dần lên Vách tế bào chủ yếu glucan, mannan (chiếm 80%), lại protein (10 - 20 %), lipit, đơi polyphotphat, enzyme, sắc tô" Đặc biệt vỏ nấm men có kitin - Màng tế bào chất nấm men có chức giống vi khuẩn Màng dày - 8fim, cấu tạo chủ yếu protein (50%) lipit (20%), lại polysaccarit - Tế bào chất, thể dịch có chứa: + Ty thể: chức trạm lưu trữ lượng sinh học, thường dạng ATP + Eiboxom: hạt có chức tổng hợp protein Có hai loại 70S 80S + Gác thể ẩn khác: khơng bào khí khổng loại túi có chứa dịch bào có enzyme, polyphotphat, lipoit, ion kim loại, Tế bào già có khơng bào lớn ỏ tê bào non Các loại hạt chất béo, hạt tinh bột, vối tư cách chât dinh dưõng dự trữ + Nhân ỏ tê bào nấm men nhân thật, có phân hố, kêt cấu hồn chỉnh ổn định Nhân thường có hình tròn, đơi kéo dài, kích thưóc đường kính khoảng - 3ịam b) S in h s ả n củ a n ấ m m en - Nấm men sinh sản chủ yếu cách nảy chồi Tế bào trưồng thành mọc chồi nhỏ, phần nhân chuyển sang chồi với lớn chồi thành nhân Chồi lốn có vách ngăn với tê bào mẹ, tách riêng thành tê bào mối - Một sơ" nấm men sinh sản cách phân đơi tế bào giống vi khuẩn Ngồi nấm men sinh sản bào tử Tế bào nấm men có thê tạo thành 2, 4, bào tử Khi hai tế bào sát vách nhau, hợp ghép với để phối nhân phối chất thành túi bào tử, tách thành tế bào Nấm men sinh trưởng nhanh, thời gian hệ khoảng 30 - 40 phút - Nấm men ứng dụng rộng rãi công nghiệp lên men để sản xuất cồn, rượu, bia, rượu vang, men bánh mỳ, men thức ăn chăn nuôi nhiều thứ đồ uống Nấm men dùng phối hợp vối nhiều vi sinh khác để tạo hương cho sản phẩm thực phẩm dược phẩm Tuy nhiơn, ngồi nấm men có ích tự nhiên, gặp số nấm men gây bệnh cho người gia súc, làm hư hỏng lương thực, thực phẩm bảo quản chế biến 1.1.3.2 Nấm mốc (moido, mouldo) - Nấm mốc hay gọi nấm sợi (Filamentous fungi) Nấm mổíc phổ biến tự nhiên Có thể thấy chúng thực phẩm, quần áo, giày dép, dụng cụ, vật liệu đặc biệt nhiều ỏ đất Nấm mốc phát triển nhanh hợp chất hữu nóng ẩm - Nấm mổc sinh trưởng phát triển thành hệ sợi (micellium) Đó đám chằng chịt sợi Từng sợi gọi khuẩn ty hay sợi nấm (hypha) Khuẩn ty có hai loại: phần sợi cắm sâu vào chất để hút chất dinh dưỡng gọi khuẩn ty chất; phần sợi mọc tự ngồi khơng khí để h ú t khơng khí sinh bào tử - Bào tử nấm mốc quan sinh trưảng tế bào Bào tử già có nhiều màu khác nhau: đen, vàng, xám, xanh, hoa cau, nâu, Màu đám sợi mốc thường màu bào tử - Sinh sản nấm mốc hai cách: vơ tính hữu tính Sinh sản vơ tính nấm mốc bào tử (và từ đoạn sợi nấm) chủ yếu; sinh sản hữu tính đực bao gồm tượng chất giao, nhân giao phân bào giảm nhiễm sinh vật bậc cao 10 - Các bào tử sinh sản vơ tính ỏ nấm mốc gồm có: + Bào tử đốt: sợi nấm ngắt thành đốt, rơi vào mơi trường nhanh chóng phát triển thành sợi nấm + Bào tử màng nhày (