Tài liệu công nghệ lên men thực phẩm Glucoamylase

Quá trình tiệt trùng sẽ làm giảm lượng vi sinh vật có trong nguyên liệu, tức là giảm các yếu tố cạnh tranh và các yếu tố làm thay đổi thành phần dinh dưỡng môi trường lên men, nhằm tạo[r]

Mục lục

Lời nói đầu 2

I. Tổng quan nguyên liệu 2

1 Enzyme glucoamylase 2

1.1 Cấu tạo hóa học enzym glucoamylase 2

1.2 Cấu trúc không gian enzym glucoamylase 2

1.3 Các tính chất glucoamylase 2

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác enzyme glucoamylase 2

1.5 Tính chất glucoamylase 2

1.6 Ứng dụng enzym glucoamylase 2

2 Nấm mốc Aspergillus niger 2

2.1 Tổng quan nấm sợi Aspergillus niger 2

2.2 Vị trí phân loại Aspergillus niger 2

2.3 Đặc điểm sinh hoc Aspergillus niger 2

2.4 Sinh trưởng nấm mốc A.Niger 2

2.5 Tiêu chí chọn giống 2

3 Môi trường lên men 2

4 Phương pháp nuôi cấy 2

II. Quy trình cơng nghệ 2

1 Trộn 2

2 Tiệt trùng 2

3 Quá trình nhân giống 2

4 Cấy giống 2

5 Lên men 2

6 Nghiền 2

7 Trích li 2

8 Li tâm 2

10. Sắc kí lọc Gel Error! Bookmark not defined. 11. Thẩm thấu ngược RO Error! Bookmark not defined.

12. Sấy thăng hoa 2

13. Phối trộn 2

14. Đóng gói 2

III. Sản phẩm 2

1 Mơ tả sản phẩm tiêu chất lượng sản phẩm 2

2 Các phương pháp bảo quản enzyme glucoamylase 2

Lời nói đầu

Việc sản xuất enzyme từ vi sinh vật giới tiến hành mức độ công nghiệp, với qui mơ lớn – hàng nghìn năm, sản phẩm thu chế phẩm enzyme khác nhau, dạng thô dùng cho chăn nuôi, ngành công nghiệp dệt, thuộc da,… dạng tinh khiết cho thực phẩm, y dược học Nhật nước đầu lĩnh vực với 20 công ty sản xuất chế phẩm enzyme Hàng năm Nhật sản xuất 9850 amylase, 8906 protease, 2200 glucoamylase, 100 lipase, 200 enzyme khác … Ở nước phát triển Đức, Hungary, Pháp, Anh, Đan Mạch, v.v… ngành công nghiệp sản xuất enzyme ý phát triển mạnh

Hệ enzyme amylase số hệ enzyme sử dụng rộng rãi công nghiệp, y học nhiều lĩnh vực khác Theo tính chất chế tác dụng lên tinh bột amylase người ta phân biệt amylase gồm loại α – amylase, β – amylase, γ – amylase hay glucosamylase, oligo – 1,6 – glucosidase, transglucosyldase Trong glucoamylase sử dụng nhiều công nghiệp thực phẩm

I. Tổng quan nguyên liệu

1. Enzyme glucoamylase

Giới thiệu chung

Glucoamylase nhà khoa học Nhật tách lần từ Aspergillus awamori (Katihara, Kurushima, 1966) Sau tìm thấy Rhizopus delemar, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae nhóm vi sinh vật khác mô động vật

Glucoamylase từ nấm mốc protein có khối lượng phân tử lượng dao động lớn từ 27.000 đến 112.000 Dal, tuỳ thuộc vào nguồn gốc enzyme Các glucoamylase chủ yếu tạo nên từ hai iso enzyme I II khác khả thuỷ phân tinh bột trạng thái rắn độ bền chúng Glucoamylase I tự hấp thụ thuỷ phân tinh bột trạng thái rắn, ngược lại glucoamylase II khơng có hai tính chất

1.1 Cấu tạo hóa học enzym glucoamylase

Glucoamylase I glucoamylase II Cả hai dạng glucoamylase chuổi glyco – protein, phân tử có chứa D – gluco, D – maltose, D – galactose, thành phần

carbonhydrate phân tử glucoamylase I chiếm khoảng 18%, với phân tử glucoamylase II 10%

Phân tử carbonhydrate tham gia thành phần cấu tạo enzyme glucoamylase đóng vai trị giúp ổn định cấu trúc enzyme Ngồi chúng giúp tạo liên kết với chất phân tử polysaccharide giúp cho vùng xúc tác enzym gần với chất hơn, q trình thủy phân enzyme thuận lợi

Thành phần acid amine tham gia tạo thành chuổi polypeptid phân tử glucoamylase khác enzyme glucoamylase thu nhận từ nguồn khác

Số lượng acid amine tham gia vào chuổi polypeptid cấu tạo nên phân tử glucoamylase thu nhận từ nấm mốc Aspergillus niger Aspergillus awamori khoảng 650 – 700 acid amin

Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo trung tâm hoạt động enzyme glucoamylase

1.2. Cấu trúc không gian enzym glucoamylase

Trong không gian, phân tử glucoamylase chia làm ba vùng với chức riêng biệt:

- Vùng SBD (Starch binding domain: vùng gắn kết với tinh bột) có kích thước khoảng 30 A0 Giữ chức liên kết với phân tử chất.

- Vùng CD (Catalyse Domain: vùng xúc tác) có kích thước khoảng 60 A0, giữ chức xúc tác phản ứng thủy phân liên kết O – glucozit

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc khơng gian Enzyme Glucoamylase

1.3 Các tính chất glucoamylase

 Enzym glucoamylase có mã số EC: 3.2.1.3  Tên khoa học: glucan 1,4 – α – glucohydrolase

Ngồi enzym glucoamylase cịn có tên gọi khác như: amyloglucosidase; γ – amylase; lysosomal α – glucosidase; acid maltase; exo – 1,4 – α – glucoside; glucose

amylase; γ – 1.4 – glucan glucohydrolase

Đặc trưng phản ứng: enzyme glucoamylase xúc tác phản ứng thủy phân liên kết 1,4 – 1,6 o – glucoside tách gốc gluco từ đầu không khử chuỗi

polysaccharide

Enzym glucoamylase xúc tác phản ứng thủy phân tinh bột tách gốc glucose từ đầu không khử chuổi polysaccharide Gốc gluco từ đầu không khử gọi glycone, chuổi oligosaccharide sau gluco tách gọi Alglycone

Cơ chế xúc tác thủy phân liên kết o – glucozit hoạt động chủ yếu cặp acid amin đóng vai trò cặp acid – base Khi tương tác với chất, acid glutamic vị trí thứ 179 đóng vai trị chất xúc tác acid, proton hóa oxi – glycosidic (phân tử oxi vị trí liên kết o – glucozit) Acid glutamic vị trí thứ 400 đóng vai trị chất xúc tác base, acid amin thu hút tạo liên kết với proton H+ phân tử nước làm giải phóng gốc OH-, gốc OH- cơng vào vị trí carbon glycosidic liên kết o – glucozit phân tử cỏ chất bị phá vỡ

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác enzyme glucoamylase

Nhiệt độ yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác enzym, tăng nhiệt độ lên 100C vận tốc phản ứng enzyme tăng lên gấp đôi, tăng nhiệt độ lên cao vượt nhiệt độ tối ưu enzyme bắt đầu biến tính, vận tốc phản ứng enzyme giảm xuống Mỗi enzyme hoạt động khoảng nhiệt độ định, enzyme glucoamylase hoạt động khoảng 200C – 750C Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động enzym glucoamylase: 400C – 650C.

1.4.2 pH

pH yếu tố có ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng enzym, pH thay đổi có ảnh hưởng đến trạng thái ion hóa tham gia trung tâm hoạt động enzym nhóm α – COOH, ω – COOH, – NH2, – OH Vòng imodazol… trạng thái ion hóa chất phức chất trung gian ES

Khoảng pH mà enzym glucoamylase hoạt động từ – 8, pH tối ưu: – 5.5 1.4.3 Các chất ức chế

Enzyme glucoamylase bị ức chế ion kim loại Al3+, Hg2+, Pb2+, Ni2+,Cu2+ Ngoài ra, chất tinh bột schardinger dextrin hoạt động chất ngăn cản khả taog phức hợp enzyme glucoamylase tinh bột với chất maltose mơi trường có diện gentitobiose, mantitol với nồng độ khoảng 20mM ức chế hoạt động enzyme glucoamylase

1.4.4 Các chất hóa học

Khi cho thêm vào mơi trường phản ứng dung môi như: chloroform, hexane, n – deoecane với nồng độ khoảng 50% làm tăng hoạt tính glucoamylase lên lần so với mơi trường có nước chất dung mơi Các chất 2,2’ – dipyridyl, iodoacetamyde làm tăng hoạt tính enzym glucoamylase

1.5. Tính chất glucoamylase

Cơ chế tác động

Hình 1.3: Sơ đồ phân giải enzyme glucoamylase

Khả thuỷ phân mạnh mẽ liên kết – 1,4 lẫn – 1,6 glucoside glucoamylase để tạo thành glucose đưa enzyme lên hàng đầu hiệu lực xúc tác thuỷ phân tinh bột Vì việc dùng chế phẩm glucoamylase từ chủng vi sinh vật việc sản xuất bia, rượu, mật, glucose… có ý nghĩa triển vọng lớn Enzyme glucoamylase xúc tác tách gốc glucose từ đầu không khử chuỗi polysaccharide Gốc glucose từ đầu không khử gọi glycone, chuỗi oligosaccharide sau glucose tách gọi alglycone

Cơ chế xúc tác thủy phân liên kết O – glucoside hoạt động chủ yếu cặp acid amin đóng vai trị cặp acid – base Khi tương tác với chất, acid glutamic vị trí thứ 179 đóng vai trị chất xúc tác acid, proton hóa oxi – glycosidic (phân tử oxi vị trí liên kết o – glucoside) Acid glutamic vị trí 400 đóng vai trò chất xúc tác base, acid amin thu hút tạo liên kết với proton H+ phân tử nước làm giải phóng gốc OH-, gốc OH- cơng vào vị trí carbon glycosidic liên kết o – glucoside phân tử chất bị phá vỡ

Glucoamylase phân thuỷ phân tinh bột thành dextrin có phân tử thấp, liên tục tách gốc glucose cuối tạo sản phẩm glucose Glucoamylase thuỷ phân tinh bột, glycogen, polysaccharide đồng loạt liên – 1,4 – 1,6 glucoside Nó có giá trị đặc biệt ngành sản xuất rượu, chuyển dextrin có phân tử lượng cao không lên men thành hợpchất lên men nâng cao hiệu suất lên men rượu từ nguyên liệu tinh bột

Các chế phẩm enzyme glucoamylase tách chiết từ tế bào vi sinh vật có điểm giống nhau, song chúng có vài điểm khác Ngay chế phẩm tách từ chủng nấm mốc Aspergillus khác nhau, chí chủng loài khác đặc điểm tính chất lý, hố, phân tử lượng, thành phần acid amin, tính đặc hiệu với chất điều kiện hoạt động Khi nghiên cứu chế thủy phân số oligosaccharide polysaccharide glucoamylase nấm mốc, Backer cộng thấy thủy phân tinh bột thực theo chế “đa mạch” theo chế đơn mạch Sơ đồ thủy phân tinh bột glucoamylase:

Glucoseamylase kiểu Asp.niger khác

Phản ứng cho 80 – 85 % glucose

1.6. Ứng dụng enzym glucoamylase

Chế phẩm glucoamylase từ nấm mốc Aspergillus, Rhizopus … thay malt làm tác nhân đường hóa tinh bột sản xuất rượu, bia từ nguyên liệu có bột Việc sử dụng chế phẩm amylase vi sinh vật thay malt tiết kiệm hàng vạn đại mạch loại tốt, giảm giá thành, rút ngắn quy trình sản xuất

Trong giai đoạn đường hóa, glucoamylase chiếm vị trí hàng đầu đóng vai trị định việc chuyển hóa tinh bột thành đường để lên men, cần chọn chủng vi sinh vật có khả sản sinh nhiều enzym glucoamylase Trong sản xuất rượu người ta thường dùng hỗn hợp canh trường bề mặt Aspergillus Usamii Aspergillus Balatae

Nếu coi tổng lượng đường maltose, glucose, saccharose, fructose 100% đường hóa malt ta có 71% maltose, 24 – 28% glucose, cịn đường hóa amylase nấm mốc có 14 – 21% maltose, 80 – 85% glucose, sản phẩm cuối thủy phân amylase nấm mốc chủ yếu glucose – đường dễ lên men, lên men rượu xảy nhanh

Glucose ứng dụng nhiều lĩnh vực y học, công nghiệp thực phẩm ngày việc sản xuất glucose đa số sử dụng công nghệ enzyme Enzyme

glucoamylase enzyme chủ yếu cho trình đường phân tinh bột để tạo thành glucose Tinh bột có số DE khoảng – 8, sau thủy phân enzyme glucoamylase số DE tăng lên 96 – 98 Dung dịch sau thủy phân trực tiếp sử dụng để sản xuất siro giàu fructose sản xuất glucose dạng tinh thể

Trong cơng nghiệp dược phẩm, enzyme glucoamylase cịn bổ sung vào số loại thuốc giúp tăng khả tiêu hóa cho thể

Ngày nay, enzyme glucoamylase sử dụng kết hợp với enzyme cellulase protease dạng canh trường nấm mốc bổ sung vào thức ăn gia súc, làm tăng trình đồng hóa giúp cho gia súc tăng trọng nhanh

2. Nấm mốc Aspergillus niger

2.1. Tổng quan nấm sợi Aspergillus niger

Giống Aspergillus có khoảng 200 loài phân bố khắp nơi tự nhiên, có lồi Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae,…có giá trị sử dụng sản xuất enzyme, rượu, axit hữu cơ…

cũng phân lập từ sản phảm lên men cổ truyền

2.2. Vị trí phân loại Aspergillus niger

Giống Aspergillus Michelli mô tả lần đầu vào năm 1729 Năm 1901 Wehmer cho đời chuyên luận phân loại giống nấm bất toàn

Raper and Fennell (1965) dùng tên Aspergillus cho tất loài tạo thành bào tử trần Như Aspergillus niger có vị trí phân loại sau:

Bảng 1.1: Phân loại Aspergillus niger Giới Fungi

Lớp Fungi imperfecti

Bộ Moniliales

Họ Aspergillaceae

Loài Aspergillus niger

Khuẩn ty phân nhánh có vách ngăn, bào tử đính khơng nằm tron bọc bào tử, cuống sinh thể bình phình rõ rệt đầu tạo thành bọc lớn hình cầu – x 20 – 30µm, đơi – 10 x 60 – 70µm màu nâu đen

Hình 1.4: Nấm mốc Aspergillus Niger

2.3. Đặc điểm sinh hoc Aspergillus niger

O2 pH tối ưu – 6.5, có chủng Aspergillus niger sinh trưởng pH Sự thay đổi pH môi trường nuôi cấy từ đến 6.5 làm thay đổi đáng kể hình thái Aspergillus niger

2.4. Sinh trưởng nấm mốc A.Niger

Asp.niger có nhiều kiểu sinh sản khác nhau: Sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vơ tính bào tử sinh sản hữu tính

2.4.1 Điều kiện sinh trưởng

 Nhiệt độ

Hình 1.5: Ảnh hưởng nhiệt độ lên hoạt tính enzyme glucoamylase

 Độ ẩm

Độ ẩm tối ưu trình nuôi cấy nấm mốc 65 – 70% Tuỳ theo điều kiện khí hậu điều kiện vơ trùng phịng thí nghiệm quốc gia mà lựa chọn độ ẩm cho thích hợp, độ ẩm thường khống chế 50 – 60%, thường sử dụng 58 – 60% Độ ẩm mà tăng 55 – 70% làm giảm độ thống khí, cịn thấp 50 – 55% kìm hãm sinh trưởng phát triển vi sinh vật tạo Enzyme Glucoamylase Trong điều kiện tiệt trùng tốt (mơi trường bình tam giác, tủ ấm phịng thí nghiệm hoạt lực Glucoamylase cao thu độ ẩm 65 – 68%) Cần nhớ nuôi điều kiện không vơ trùng tuyệt đối (trên khay), độ ẩm mơi trường khơng vượt q 60%, cao dễ bị nhiễm khuẩn Tuy vậy, việc giữ độ ẩm cao (việc phòng ngừa hạn chế hư hỏng canh trường) suốt trình sinh trưởng nấm sợi lại cịn có ý nghĩa to lớn tạo thành Enzyme

 pH

Khi nuôi cấy môi trường bán rắn theo phương pháp bề mặt pH ảnh hưởng đến sinh trưởng nấm mốc, thường người ta sử dụng pH tự nhiên vào khoảng 5.5 –

UI (Hoạt độ enzyme)

Hình 1.6:Ảnh hưởng pH lên hoạt tính enzyme glucoamylase

 Cung cấp Oxy

Trong trình phát triển tích tụ enzyme nấm mốc cần oxy, nuôi cấy nấm mốc theo phương pháp bề mặt nấm mốc dễ dàng tiếp xúc với khơng khí qua hệ thống sợi tơ micell địi hỏi môi trường phải xốp giúp cho nấm mốc tạo nhiều hệ sợi tích luỹ nhiều enzyme Nếu mơi trường dính bết, khơng đủ độ xốp, khơng khí tiếp xúc vi sinh vật xảy hô hấp yếm khí ảnh hưởng đến việc tích luỹ enzyme Độ hồ tan oxy vào môi trường nuôi cấy phụ thuộc nhiều yếu tố: nhiệt độ, nồng độ chất phương pháp thổi khí, nhiệt độ cao khả hoà tan oxy kém, nồng độ chất tỷ lệ nghịch với khả hoà tan oxy, ngược lại có số yếu tố làm tăng khả hồ tan oxy: ete, rượu, acid hữu cơ…

I.4.2 Nguồn chất

 Nguồn C

Thường hợp chất hữu chủ yếu gluxit

Đối với hệ vi sinh vật sinh enzyme amylaza: Tinh bột, dextrin, maltoza vừa chất cảm ứng vừa nguồn cacbon tốt để sinh tổng hợp amylaza Khi nuôi cấy theo phương pháp bề mặt dùng cám khơng cần bổ sung tinh bột, ngồi cám dùng bột ngơ, bột mì, bo bo Cần ý đa số trường hợp, số loại đường điển hình, glucose lại kìm hãm

UI (Hoạt độ enzyme)

sinh tổng hợp enzyme thủy phân nói chung (chẳng hạn theo chế trấn áp phân giải làm giàu lượng AMPV tế bào)

Ngoài nguồn gluxit chủ yếu phải kể đến nguồn cacbon khác như:

‒ Các axit béo phân tử lượng lớn (Oleic, stearic, miniotic) Ví dụ: axit oleic có tác dụng kích thích tổng hợp glucoamylaza lên 2.5 – 3.5 lần so với nồng độ thích hợp – 3%

‒ Etanol glyxerin nhiều trường hợp nuôi cấy dùng làm cacbon bổ sung  Nguồn Nitơ

Ở nhiều loại nấm mốc, nguồn nitơ tốt NaNO3 NH4NO3, nồng độ nitơ 0.05% nấm mốc phát triển sinh tổng hợp amylaza Các muối amoni vô cơ, số nguồn nitơ hữu (gelatin, cazein, cao ngô) cho hiệu sinh tổng hợp amylaza thấp

Trong thực tế, người ta thường dùng nguồn nitơ axit amin có nguồn gốc từ dịch thủy phân protein (dịch tự phân nấm men, nước chấm, cao ngô, dịch chiết malt), vừa nguồn nitơ vừa nguồn cacbon chất cảm ứng sinh enzyme Các axit amin có tác dụng tốt trường hợp asparagin, axit glutamic; D,L serin, histamin, alanin Trong casein chí ức chế dịch thủy phân casein lại cảm ứng sinh tổng hợp amylaza lên gấp lần so với ban đầu

Trong số nguồn nitơ vơ NH4, H2PO4 tốt cho ni cấy vi sinh vật Các muối amon nitrat khác làm giảm hoạt lực enzyme

Các axit amin có ảnh hưởng rõ rệt đến q trình sinh tổng hợp enzyme vi sinh vật nói chung Nhiều acid amin lại có tác dụng ức chế sinh tổng hợp enzyme valin, axit glutamic, izolơxin, treonin

 Nguồn nguyên tố khoáng yếu tố (chất) kích thích sinh trưởng

Muối khống cần thiết cho hoạt động vi sinh vật, đặc biệt trình sinh tổng hợp enzyme kim loại Để sinh tổng hợp glucoamylaza, nồng độ MnSO4 thích hợp 0.05% Nếu thiếu muối muối photphat kali vi sinh vật khơng thể sinh tổng hợp dextrinaza Hoạt lực glucoamylaza nâng cao nồng độ KCl 0,05%

Ion Mg2+ có tác dụng sinh tổng hợp ổn định enzyme có hoạt tính nhiệt độ cao. Lưu huỳnh S với nguồn chủ yếu axit amin chứa S metionin, cystein, sistin, muối sunphat (CuSO4) Các muối khống có Fe, Mn, Zn, B, Mo, Cu ảnh hưởng đến khả sinh tổng hợp enzyme Trong đa số trường hợp biotin (vitamin H) số vitamin cần thiết cho trình sinh tổng hợp enzyme

Giống nấm mốc sử dụng phải đạt chuẩn mực định phép sử dụng.Các yếu tố giống nấm mốc sử dụng lên men thu nhận chế phẩm glucoamylase gồm:

- Giống nấm mốc phải có khả sinh tổng hợp enzyme glucoamylase mạnh, sản phẩm phải có chất lượng số lượng cao hẳn sản phẩm từ giống nấm mốc khác

Hình 1.7: So sánh hoạt tính enzyme glucoamylase sinh từ giống nấm mốc khác nhau

- Giống phải có khả sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm địa phương nơi nhà máy hoạt động, phụ phẩm nhà máy

- Chế phẩm enzyme cần thu nhận giống áp dụng sản xuất phải dễ dàng tách khỏi tạp chất môi trường sinh khối nấm mốc giống

- Giống nấm mốc sử dụng phải chủng khiết, không nhiễm sinh vật lạ

- Giống phải có tốc độ sinh sản phát triển mạnh điều kiện môi trường cơng nghiệp Tính chất quan trọng nhiễm vi sinh vật lạ giống dung sản xuất phải có khả lấn át phát triển vi sinh vật lạ

- Tốc độ trao đổi chất mạnh để nhanh tạo sản phẩm mong muốn, giúp ta tăng nhiều chu kỳ sản xuất

- Giống phải ổn định bảo quản dễ dàng bảo quản, bị thối hóa

3. Môi trường lên men

Yêu cầu thành phần môi trường nuôi vi sinh vật tạo Glucoamylase giống yêu cầu môi trường ni vi sinh vật tạo enzyme khác tính hoàn thiện Hầu hết vi sinh vật tạo glucoamylase hấp thụ carbon chủ yếu dạng hợp chất hữu (tinh bột, dextrin…), hyđro dạng H2O hợp chất hữu cơ, oxy thành phần cấu tử môi trường dạng oxy phân tử

Cấu tử môi trường vi sinh vật tạo Glucoamylase phương pháp lên men bề mặt cám mì, cám gạo Cám mì, cám gạo ngun liệu hồn hảo cấu tử môi trường để nuôi vi sinh vật không cần bổ sung thêm chất khác Cám mì có 16 – 22% tinh bột, 10 – 12% protein, amino acid quan trọng methionine

(0,19%), cystine (0,3%), arginine (1%), lysine (6%), tryptophan (0,3%), – 4% chất béo, 10,3% celulose, nguyên tố trơ (Na – 0.09% , K – 1% , Ca – 0.16% , P – 0.94%) nguyên tố vi lượng chất khác Cám gạo có khoảng 20% tinh bột 10 –15% chất béo, 10 – 14% protein, – 16% celulose, chất hồ tan khơng chứa nitơ (37 – 59%)

Bảng 1.2: Thành phần hóa học cám mì

Thành phần % Khối lượng

Độ ẩm 13

Tinh bột 16 – 22

Protein thô 10 – 12

Béo thô –

Xơ thô 10 – 11

Canxi 0.16

Phospho tổng 0.94

Natri 0.09

Bảng 1.3: Thành phần hóa học cám gạo

Thành phần % Khối lượng

Tinh bột 20

Chất béo 10 – 15

Protein 10 – 14

Cellulose – 16

Cấu tử hịa tan khơng chứa Nito 37 – 59

Chất lượng cám gạo, cám mì có ảnh hưởng lớn tới hoạt lực enzyme Cám không chứa tinh bột 20 – 30% Nên dùng cám tốt, cám khơng có vị chua hay vị đắng, không hôi mùi mốc Độ ẩm cám không 15%, tạp chất độc không 0,05% Tuy phế liệu công nghiệp xay xát, cám tương đối đắt tiền, q trình ni vi sinh vật, chất dinh dưỡng khơng sử dụng hết, thay cám số cấu tử rẻ tiền Cấu tử thường mầm mạch (15 – 20%), trấu (2 – 5%), mùn cưa (5 – 10%)… Có thể dùng cặn bã canh trường rắn (sau cách ly Enzyme) cấu tử mơi trường (Silova, Fenikxov) 1967, đảm bảo chế độ tiệt trùng Cám chất phụ gia chứa nhiều bào tử vi sinh vật khác nên cần phải tiệt trùng để đảm bảo chủng ni phát triển bình thường canh trường sản xuất không chứa vi sinh vật ngoại lai Cần trùng áp suất – 5atm vòng – giờ, trùng nóng nhiệt độ 1200C 90 phút Khi trùng cho vào 0,2% formalin (40%) 0,8% HCl kỹ thuật theo khối lượng môi trường

Tiêu chuẩn chọn nguyên liệu: Tiêu chuẩn chất lượng cám mì, cám gạo theo qui định Bộ Nông nghiệp – phát triển nông thôn

 Độ ẩm: < 12%  Không mùi chua mốc

 Độc tố Aflatoxin: không 50 ppb Tỉ lệ cám mì/Cám gạo = 7/3

Bảng 1.4: Thành phần dinh dưỡng hỗn hợp nguyên liệu cám gạo – cám mì

Thành phần dinh dưỡng % Khối lượng

Độ ẩm 11

Protein thô 16.5

Xơ thô 9.75

ADF (Hàm lượng xơ acid dễ tiêu hóa) 16

Hàm lượng tro khoáng 4.75

Bảng 1.5: Chỉ tiêu nước công nghiệp

 Chỉ tiêu vật lí - Mùi vị

- Độ (ống Dienert) - Màu sắc (thang màu Coban)

 Tiêu chuẩn - Không mùi - 100 ml

- 50

 Chỉ tiêu hoá học - pH

- Độ cặn cố định (đốt 600C) - Độ cứng toàn phần (độ Đức) - Độ cứng vĩnh viễn

- CaO

- MgO

- Fe2O3

- MnO

- BO4-3 - SO4-2 - NH4+ - NO2 NO3 Pb

- 6 ÷ 8,5

- 75 ÷ 150 mg/lít - Dưới 150 - 70

- As - Fe - Zn

- 0.05 mg/lít - 0.3 ÷ 0.5 mg/lít - 5.00 mg/lít  Chỉ tiêu vi sinh vật

- Tổng số vi sinh vật hiếu khí - Chỉ số Coli

- Vi sinh vật gây bệnh

- Dưới 100 cfu/ml - Dưới 20 cfu/ml - Khơng có

Các chất bổ sung môi trường lên men bán rắn:  K2HPO4, MgSO4, FeSO4.7H2O, NaNO3

 Chất độn: Mùn cưa

Bảng 6: Hàm lượng chất bổ sung nguyên liệu

Chất bổ sung % (Khối lượng)

K2HPO4 0.001

MgSO4 0.005

NaNO3 0.9

FeSO4.7H2O 0.1

Mùn cưa 10

Bảng 1.7: Chỉ tiêu cho phép MgSO4

Độ tinh khiết > 99.5 % Asen < ppm Selen < 30ppm

Bảng 1.8: Chỉ tiêu cho phép KH2PO4

Độ tinh khiết > 98 % Asen < ppm

Flo < 10 ppm

Clo < 0.03%

Sulfate <0.1 %

Sắt <0.003 %

Chì < ppm

Bảng 1.9: Chỉ tiêu cho phép FeSO4.7H2O

Độ tinh khiết > 99.5 % Asen < ppm Thủy ngân < ppm

Chì < 10 ppm

4. Phương pháp nuôi cấy

Ở đây, ta sử dụng phương pháp nuôi cấy bề mặt

Trong phương pháp nuôi cấy bề mặt vi sinh vật phát triển bề mặt môi trường rắn lỏng (vì cịn gọi phương pháp nổi) Các môi trường rắn trước nuôi cấy vi sinh vật cần làm ẩm Thường dùng cám, dùng gạo tấm, ngô, bã bia, bã củ cải đường, khoai tây, lõi ngô…hoặc hỗn hợp nguyên liệu

Phương pháp nuôi cấy bề mặt phương pháp ni cấy vi sinh vật mà vi sinh vật phát triển bề mặt môi trường hay phát triển hạt, môi trường bán rắn

II. Quy trình cơng nghệ

Ngun liệu

Nấm mốc Trộn

Tiệt trùng

Nhân giống Cấy giống

1. Trộn

Mục đích cơng nghệ: chuẩn bị cho q trình lên men

Quá trình trộn làm cho nguyên liệu phân tán vào nhau, đảm bảo thành phần dinh dưỡng vị trí gần để thích hợp cho vi sinh vật sử dụng

Các biến đổi nguyên liệu: trình phối trộn vật liệu rời nên trình phối trộn thường không tạo biến đổi đáng kể

 Vật lí: nhiệt độ mơi trường tăng

 Hóa học: thành phần hóa học mơi trường thay đổi  Hóa lí: khơng có biến đổi đáng kể

Trích li

Nước Bã

Sấy thăng hoa

Phối trộn Chất

độn

Chế phẩm enzyme

Bã Nghiền

Li tâm Siêu lọc UF

 Hóa sinh: phản ứng enzyme xúc tác

 Sinh học: Hỗn hợp cám mì, cám gạo mơi trường giàu dinh dưỡng thích hợp cho vi khuẩn, nấm mốc phát triển nên trình phối trộn bị nhiễm vi sinh vật

Thiết bị: thiết bị phối trộn dạng thùng quay

Hình 2.1: Thiết bị phối trộn dạng thùng quay

Thiết bị trộn dạng thùng quay, bên thùng lắp thêm chặn để làm tăng hiệu trình phối trộn Nguyên liệu thường cho vào với thể tích khoảng 50 – 60% thể tích thùng, điều chỉnh tốc độ quay thùng thời gian phối trộn cho phù hợp

Thông số công nghệ:

- Tỉ lệ phối trộn: cám mì/cám gạo = 7/3

- Tốc độ quay thùng = 1/2 tốc độ giới hạn (tốc độ mà vật liệu bắt đầu di chuyển thành thùng lực ly tâm)

- Nhiệt độ phối trộn: 28 – 30oC - Thời gian phối trộn: 15 phút

2. Tiệt trùng

Quá trình tiệt trùng làm giảm lượng vi sinh vật có nguyên liệu, tức giảm yếu tố cạnh tranh yếu tố làm thay đổi thành phần dinh dưỡng môi trường lên men, nhằm tạo điều kiện tốt cho Aspergillus Niger phát triển tạo hệ enzyme glucoamylase

Các biển đổi nguyên liệu:

- Vật lí: q trình tiệt trùng, biến đổi vật lý quan trọng tăng nhiệt độ nguyên liệu, có giảm nhẹ khối lượng bay nước nguyên liệu

- Hóa học: phản ứng hóa học xảy tác dụng nhiệt độ phản ứng

Maillard, oxy hóa chất béo, phân hủy số vitamin… mức độ phản ứng xảy không đáng kể

- Hóa lí: biến đổi hóa lý chủ yếu q trình tiệt trùng nguyên liệu bay nước, nhiên độ ẩm ban đầu nguyên liệu không cao nên mức độ bay nước không đáng kể

- Sinh học: tác dụng nhiệt độ cao vi sinh vật bị ức chế tiêu diệt mục đích q trình

- Hóa sinh: nhiệt độ cao làm biến tính bất thuận nghịch enzyme có mặt nguyên liệu, chúng bị vô hoạt

Thiết bị: Thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang

Hình 2.2: Thiết bị trùng dạng nằm ngang

Trong công nhiệp vi sinh để tiệt trùng môi trường dinh dưỡng dạng rời, người ta sử dụng rộng rãi thiết bị tiệt trùng hình trụ dạng nằm ngang có áo Bên thiết bị tiệt trùng bố trí hai trục với cánh quay góc độ để dễ dàng điều chỉnh

Điều cho phép xác định khe hở cần thiết theo hướng kính cánh thành tường thiết bị, phụ thuộc vào tính chất hố lý cấu tử thành phần môi trường Các trục quay theo hướng khác làm cho môi trường chuyển đảo liên tục hướng đối Loại cấu tạo đảm bảo đảo trộn mơi trường, làm giảm đáng kể vón cục đảm bảo đồng mơi trường có thành phần nhiều cấu tử Điều có ảnh hưởng tốt tới q trình ni cấy

Hơi có áp suất 0,2 MPa cho vào áo tơi để làm tăng nhanh trình đun nóng mơi trường Mơi trường giữ chế độ tiệt trùng cho khởi động chu kì cấu chuyển đảo Sau tiệt trùng, môi trường làm nguội 38 – 400C liệu ngồi Tiến hành tháo mơi trường dinh dưỡng tiệt trùng qua cửa tháo liệu bên Cửa tháo liệu có nắp ngồi lắp chặt vít Ngồi ra, thiết bị tiệt trùng cịn có cửa nạp liệu, nhiều khớp nối để nạp thải nước ngưng, để nạp thải nước làm lạnh, cho dụng cụ kiểm tra điều chỉnh nhiệt độ, áp suất có van bảo hiểm

Thơng số cơng nghệ: - Nhiệt độ: 1210C

- Thời gian: 20 – 30 phút

3. Quá trình nhân giống

Mục đích cơng nghệ: Chuẩn bị cho q trình cấy giống, thu nhận bào tử vi sinh vật chuẩn bị cho q trình ni cấy thu nhận enzyme glucoamylase

Các biến đổi trình nhân giống:

- Sinh học: vi sinh vật thực trình trao đổi chất sinh sản tạo nhiều tế bào - Hóa sinh: phản ứng hóa sinh xảy bên tế bào, hầu hết chúng có

liên quan đến trao đổi chất tế bào Các phản ứng chia làm hai nhóm:  Phản ứng dị hóa: chuyển hóa chất phức tạp thành chất đơn giản phân giải

cơ chất để tạo lượng sinh học

 Phản ứng đồng hóa: tổng hợp polymer sinh học tế bào từ hợp chất đơn giản lượng dị hóa cung cấp

Nhân giống bao gồm trình:

 Trong phịng thí nghiệm: Ở số lượng nhỏ Mơi trường nhân giống đưa tiệt trùng, sau cấy giống vi sinh vật vào môi trường cho sinh trưởng điều kiện bình thường

 Trong phân xưởng: Ta sử dụng thiết bị lên men hình trụ, có cánh khuấy, phận sục khí lớp vỏ điều nhiệt

Bảng 2.1: Thành phần môi trường nhân giống

Cơ chất Hàm lượng

Pepton 5g/l

Glucose 10g/l

(NH4)2SO4 5g/l

MgSO4.7H2O 2g/l

CaCl2.H2O 2g/l

KH2PO4 1,5g/l

K2HPO4 0,1g/l

Nước cất 1000ml

Thông số công nghệ:

 Nhiệt độ môi trường: 28 – 32oC  Độ ẩm môi trường: 60 – 65%

4. Cấy giống

Mục đích cơng nghệ: Chuẩn bị cho q trình lên men thu nhận chế phẩm enzyme glucoamylase

Các biến đổi ngun liệu: Khơng có biến đổi đáng kể Thiết bị: Thiết bị phun bào tử vi sinh vật

Môi trường sau xử lý phân phối vào khay đưa vào thiết bị kín có băng tải, khay di chuyển băng tải, giống cấy vào môi trường cách phun bào tử lên bề mặt môi trường nhờ hệ thống vịi phun phía

Thơng số cơng nghệ:

5. Lên men

Mục đích cơng nghệ: Khai thác, lên men nhằm thu nhận chế phẩm enzyme glucoamylase Các biến đổi diễn trình lên men:

- Sinh học: biến đổi sinh học quan trọng trình lên men trao đổi chất sinh trưởng nấm mốc Chúng tiết enzyme phân giải chất môi trường tạo nguyên liệu phục vụ cho việc xây dựng tế bào sản sinh lượng hoạt động trao đổi chất

- Hóa học hóa sinh:

- Hóa lý: số biến đổi pha q trình lên men hịa tan phần oxy việc sục khí khuấy trộn canh trường, khí CO2 vi sinh vật thải q trình phân giải chất hịa tan phần canh trường…

- Vật lý: tăng nhiệt độ canh trường lượng thải từ hoạt động sống vi sinh vật, thay đổi tỷ trọng, khối lượng…

Quá trình ni cấy nấm mốc thường kéo dài từ 35 – 48 tùy thuộc vào thời gian hoàn thành việc tạo enzyme Ở số loài Aspergillus, tạo thành lượng enzyme tối đa trùng với bắt đầu tạo đính bào tử, cho ngừng q trình phát triển vào lúc thích hợp số trường hợp khác, tích lũy enzyme tiếp tục kéo dài thời gian tạo đính bào tử cách mạnh mẽ canh trường nấm mốc hoạt động kiểu thường có nhiều đính bào tử sấy, nghiền bao gói làm cho khơng khí bị nhiễm đính bào tử chủng Để tránh tượng này, tất thiết bị phải kín có cấu hút bụi tốt sản xuất enzyme, chọn biến chủng tạo đính bào yếu

Tồn chu kì sinh trưởng Aspergillus Niger cám chia làm thời kỳ: - Trong 10 – 14 đầu, xảy trương đính bào tử bắt đầu mọc nấm Trong thời kỳ

này phịng ni cấy cần giữ nhiệt độ không 28 – 300C, để không kiềm hãm phát triển ban đầu chúng

- Qua thời gian trên, hệ sợi nấm bắt đầu phát triển nhanh Thời kỳ kéo dài khoảng 14 – 18 Aspergillus niger phát triển mạnh mẽ, sử dụng lượng lớn chất dinh dưỡng, hô hấp mạnh lượng lớn lượng nhiệt tỏa nhiều Vì lớp canh trường nhiệt độ tăng lên đến 37 – 400C cịn cao tùy thuộc vào độ dày lớp Do cần phải thổi khơng khí điều tiết có nhiệt độ khơng thấp 28 – 290C có độ ẩm tương đối cực đại vào.

enzyme cịn xảy Phụ thuộc vào tính chất sinh lý chúng kết thúc sinh tổng hợp enzyme, mà làm ngừng phát triển Aspergillus niger vào thời gian

Hình 2.2: Mối quan hệ thời gian ni cấy hoạt độ enzyme Thiết bị: Sử dụng buồng ni cấy bề mặt

Hình 2.3: Buồng ni cấy bề mặt

1 Giá để khay Van nóng để điều hồ nhiệt độ

UI (Hoạt độ enzyme)

3 Hệ thống phun nước thành bụi Quạt

5 Lọc khí

6 Đường thơng khí vào Đường thơng khí

Thông số công nghệ:

Buồng nuôi cấy buồng kín có kích thước 10000×2800×2100 mm với hai cửa, cửa nối với hành lang thải liệu Bên phòng có ba đoạn ống thơng khí để nạp khơng khí điều hồ từ hướng, cịn từ hướng ngược lại – ống để thải khơng khí phịng Diện tích phịng tính cho 18 – 20 giàn có khoảng – 10 khay cho bên Khoảng cách giàn 80 – 100 mm, giàn có khoảng cách rộng 1000 – 1200 mm để lại cách tường 200 – 300 mm

Các điều hoà độc lập phân bổ phịng tiệt trùng nhằm để đẩy khơng khí có nhiệt độ 22 – 320C, độ ẩm tương đối 96 – 98% vào phịng Khơng khí tuần hồn có bổ sung 10% khơng khí từ điều hồ chính, hành lang nạp tháo phịng cần phải cách ly phịng bên cạnh Điều thực nhờ thơng gió hai chiều trao đổi khơng khí nhiều lần (đến lần) nhờ làm khơng khí thải khỏi bào tử

6. Nghiền

Mục đích cơng nghệ: chuẩn bị cho q trình trích ly

Q trình nghiền làm cho nguyên liệu cám mì, cám trở nên tơi xốp hơn, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc tăng hiệu sử dụng chất, đồng kích thước dễ phối trộn Ở đây, cám mì cám gạo sẵn dạng bột, ta bỏ qua q trình nghiền, nhiên nguyên liệu xuất nhiều hạt kích thước lớn vón cục độ ẩm, ta phải cho nguyên liệu qua máy nghiền

Các biến đổi nguyên liệu:

 Vật lí: quan trọng trình nghiền kích thước ngun liệu giảm, diện tích bề mặt riêng tăng lên Việc tăng diện tích bề mặt riêng tăng hiệu trình truyền nhiệt truyền khối Trong trình nghiền, tác dụng lực, nhiệt độ vật liệu tăng lên, chủ yếu lực ma sát  Hóa học: Khi nghiền vật liệu, cấu trúc vật liệu bị phá vỡ, thành phần dễ bị

 Hóa lí: diện tích bề mặt riêng tăng nhiệt độ tăng nên tốc độ bay tăng, tổn thất cấu tử dễ bay Ngồi ra, việc tăng diện tích bề mặt làm tăng trình hút ẩm nguyên liệu việc tăng nhiệt độ làm đơng tụ protein  Sinh học: nghiền vật liệu, tác dụng lực học, vi sinh vật bị

tiêu diệt mức độ không đáng kể Sau nghiền, diện tích bề mặt riêng tăng, mật độ vi sinh vật tăng lên Đồng thời, thành phần dinh dưỡng thích hợp vi sinh vật bên ngun liệu bề mặt, làm vi sinh vật phát triền mạnh Sự phát triển vi sinh vật làm giảm chất lượng môi trường, ảnh hưởng đến chế độ trùng

 Hóa sinh: phản ứng oxy hóa xúc tác enzyme diễn mạnh tiếp xúc với oxy nhiều

Thiết bị:

Hình 2.4: Thiết bị nghiền dĩa dạng pin-disc

Đây dạng thiết bị nghiền dĩa Cấu tạo bao gồm dĩa quay dĩa cố định Trên dĩa có rảnh sâu rãnh ăn khớp với Hình dạng đường gân rãnh tạo thành khác nhau, trịn, vng dạng lưỡi dao Tốc độ đạt 10.000rpm Thiết bị có thêm lớp vỏ áo để giải nhiệt

Kích thước vật liệu vào: – 7m Kính thước vật liệu ra:

Vận tốc lưỡi dao: 5000 – 7000rpm

7. Trích li

Mục đích cơng nghệ: Khai thác, dùng nước để chiết rút enzyme glucoamylase canh trường

Các biến đổi nguyên liệu:

- Vật lí: khuyết tán phân tử chất tan từ tâm nguyên liệu đến vùng bề mặt dịch chuyển từ vùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi (nước) Động lực khuyếch tán chênh lệch nồng độ

- Hóa học: phản ứng hóa học cấu tử khơng đáng kể trích ly nhiệt độ thường

- Hóa lí: hịa tan các enzyme cấu tử khác vào tan vào nước

- Hóa sinh: trích ly nhiệt độ thường enzyme canh trường xúc tác phản ứng chuyển hóa chất từ nguyên liệu

- Sinh học: Thời gian trích ly kéo dài vi sinh vật phát triển Thiết bị: Thiết bị trích ly bậc

Thiết bị bể hình trụ đứng, phía bên có đáy lưới Người ta cho nguyên liệu cần trích ly vào thiết bị qua cửa đỉnh Dung môi bơm vào thiết bị qua hệ thống phân phối vào phía đỉnh Dung mơi chảy qua lớp nguyên liệu từ xuống Dịch trích tháo ngồi qua đáy Dịch trích hồi lưu lại nhờ vào đường ống dẫn bơm gần cửa đáy

Để tránh vi sinh vật nhiễm cần thêm vào nước formalin chất sát trùng khác Dịch chiết rút đựơc thường suốt có màu xám chứa từ 10 – 15 % chất khô tất enzyme nấm mốc

Dịch chiết lọc thu lại bình thu làm lạnh nhiệt độ 10 – 120C Thông số công nghệ:

- Nhiệt độ: tnước = 25 – 280C

- Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (nước) = 1/2 (v/v)

8. Li tâm

Mục đích cơng nghệ:

Khai thác: Tách sinh khối khỏi dung dịch sau trích ly Những biến đổi trình ly tâm

 Biến đổi vật lý: Khối lượng giảm dung dịch giảm, nồng độ cấu tử hòa tan tăng

Hình 2.6: Thiết bị ly tâm dạng dĩa

a) Đĩa ly tâm

1 Đĩa ly tâm

2 Kênh cho chất lỏng có tỷ trọng thấp

3 Lổ biên

4 Cửa vào cho nguyên liệu b) Sơ đồ chuyển động dòng

1 Chất lỏng tỉ trọng thấp

2 Chất lỏng tỉ trọng cao

3 Dĩa

Nguyên lý hoạt động:

Nhập liệu phân phối vào đáy chén xoay, theo kênh tạo thành lỗ, vào khoảng trống dĩa, khoảng trống này, tác dụng lực ly tâm, pha nặng di chuyển xa tâm dĩa Còn pha nhẹ di chuyển vào gần tâm dĩa đẩy lên đỉnh chén xoay để thu hồi Trong thiết bị này, khoảng di chuyển chất lỏng ngắn so với thiết bị ly tâm ống thiết bị cịn diễn q trình trượt lớp chất lỏng q trình ly tâm, góp phần phá vỡ hệ nhũ tương

Thông số công nghệ Nhiệt độ : 15 – 20 oC - Thời gian : – phút

9 Siêu lọc UF

Mục đích cơng nghệ:

- Chuẩn bị: Dịch thu sau phân riêng membrane tách phần nước (cô đặc) chuẩn bị cho trình sắc ký trao đổi ion

- Khai thác: Sau trình phân riêng, nồng độ enzyme dung dịch tăng Các biến đổi nguyên liệu:

- Vật lí: nhiệt độ tăng ít, sau phân riêng độ nhớt, tỷ trọng, độ đục…của hai pha (permeate retentate) thay đổi

- Hóa sinh: phản ứng thủy phân xúc tác hệ enzyme thủy phân: cellulase, amylase, protease,… tiếp tục xảy cịn chất dung dịch

- Sinh học: khơng có biến đổi đáng kể

Thiết bị: Thiết bị mơ hình sợi (Hollow fiber module) sử dụng màng siêu lọc (UF)

Hình 2.7: sợi sử dụng màng siêu lọc Cấu tạo:

Thiết bị có dạng hình trụ, bên chứa nhiều sợi membran xếp song song với nhau, đường kính ngồi 1,6m Màng lọc đóng vai trị vật liệu lọc cao cấp với nhiều kích cỡ lỗ màng, từ 0,01µm đến 0,1µm Kích thước lỗ màng bé có khả giữ lại tất vật chất cần loại bỏ nguồn nước, phần tử có kích thước lớn 0,01 microns

Hình 2.7: Thiết bị phân riêng mơ hình sợi Ngun lý hoạt động:

Ultra Filtration(UF) công nghệ lọc dùng màng áp suất thấp để loại bỏ phân tử có kích thuớc lớn khỏi nguồn nước Dưới áp suất không 2,5 bars, nước, muối khoáng phân tử/ ion nhỏ lỗ lọc (0.01- 0.005 micron) “chui” qua màng dễ dàng Các phân tử có lớn hơn, loại virus, vi khuẩn bị giữ lại thải xả

Màng lọc Ultrafiltration hoạt động theo nguyên lý:

 Từ vào trong: Lớp lọc nằm bên ngồi màng Dịng nước có chất nhiễm đẩy vào từ bên màng lọc Nước sau lọc thu bên màng lọc

Hình 2.8: Cơ chế thẩm thấu màng lọc Thông số kỹ thuật:

 Nhiệt độ làm việc: 28-30oC  Dải pH làm việc: 2~13  Khả chịu Clo: 100ppm  Hàm lượng Clo mức: 200ppm  Áp lực làm việc lớn nhất: 0.25 Mpa  Độ đục sau lọc < 0.1NTU

 Loại bỏ tạp chất:100%

10. Sấy thăng hoa

Mục đích:

- Chế biến: q trình sấy tách bớt nước khỏi bán thành phẩm, chuyển nguyên liệu sang dạng rắn, làm thay đổi sâu sắc tính chất vất lí hóa lí bán thành phẩm - Bảo quản: trình sấy làm giảm giá trị hoạt độ nước, ức chế hoạt động

enzyme, chế phẩm enzyme không bị biến đổi trình bảo quản Các biến đổi nguyên liệu:

- Vật lí: Nhiệt độ nguyên liệu giảm, tính chất vật lí nguyên liệu hình dạng, kích thước, khối lượng, tỉ trọng, độ giịn,… thay đổi Sự khuếch tán ẩm xảy chênh lệch ẩm vùng khác bên nguyên liệu

- Hóa lí: biến đổi hóa lí quan trọng chuyển pha nước từ lỏng thành rắn từ rắn thành Ngoài ra, giảm nhiệt độ q trình sấy làm biến tính phần protein (trong có enzyme)

- Sinh học: khơng có biến đổi đáng kể - Hóa sinh: khơng có biến đổi đáng kể

Thiết bị: thiết bị sấy thăng hoa

Hình 2.9: Thiết bị sấy thăng hoa liên tục

Hình 2.11: Cấu tạo bình ngưng tụ đóng băng

Hình 2.12: ngun lí cấu tạo hoạt động buồng sấy thăng hoa Thiết bị sấy thăng hoa gồm hai phận sau:

 Buồng sấy thăng hoa: để tách ẩm chuyển ẩm từ trạng thái rắn sang trạng thái Nguyên liệu lạnh đông thông qua tiếp xúc với khí lạnh Thực tế cho thấy, q trình lạnh đơng ngun liệu, khơng thể chuyển hóa tồn lượng ẩm trong nguyên liệu sang dạng rắn, cịn phần ẩm dạng lỏng nguyên liệu sau giai đoạn lạnh đông Buồng sấy thăng hoa có dạng hình trụ kín, nằm ngang thẳng đứng Nguyên liệu sau giai đoạn lạnh đông vào buổng sấy thăng hoa Nguyên liệu gia nhiệt phương pháp xạ

Ngoài phận gia nhiệt, buồng sấy thăng hoa kết nối với hệ thống tạo chân không Hệ thống gồm có phận tụ nước (hơi từ nguyên liệu cần sấy) bơm chân không để tách cấu tử dễ bay khí khơng ngưng khác

Q trình sấy thăng hoa thường gồm ba giai đoạn:

 Giai đoạn 1: lạnh đông nguyên liệu để chuyển phần nước nguyên liệu sang dạng rắn Do nhiệt độ bình thăng hoa thấp áp suất chân không lớn nên truyền nhiệt thành hộp chứa nước nóng vật liệu sấy chủ yếu xạ nhiệt  Giai đoạn 2: tạo áp suất chân không gia nhiệt nguyên liệu lạnh đông buồng

sấy để thăng hoa Hơi nước làm lạnh bám vào thành bình, cịn khơng khí khơ thải vào khí

 Giai đoạn 3: giai đoạn lạnh đông, chuyển toàn lượng nước nguyên liệu sang dạng rắn nên sau giai đoạn sấy thăng hoa giai đoạn sấy chân không để tách thêm phần ẩm dạng lỏng nguyên liệu, đảm bảo độ ẩm nguyên liệu sau trình sấy đạt giá trị yêu cầu

Áp suất sử dụng trình sấy thăng hoa thường dao động khoảng 27 – 133 Pa

Ưu điểm lớn phương pháp sấy thăng hoa không làm tổn thất cấu tử mẫn cảm với nhiệt như: vitaimin, chất có hoạt tính sinh học,…Tuy nhiên, phương pháp sấy thăng hoa tốn chi phí đầu tư trang thiết bị lượng Trong công nghiệp thực phẩm, thiết bị sấy thăng hoa sử dụng để sấy chế phẩm vi sinh vật, enzyme sản phẩm giàu hợp chất có hoạt tính sinh học

Thơng số công nghệ:

 Độ ẩm nguyên liệu: tùy loại nguyên liệu

11. Phối trộn

Mục đích:

Hồn thiện: giai đoạn ta trộn chất bảo quản chất ổn định hoạt tính enzyme vào để bảo quản hồn thiện sản phẩm

Các biến đổi nguyên liệu:  Vật lí: nhiệt độ tăng nhẹ ma sát

 Hóa học, hóa lí, hóa sinh, sinh học: khơng có biến đổi đáng kể Thiết bị: Thiết bị trộn bột khơ hình chữ V.

Hình 2.13: Thiết bị trộn bột khơ hình chữ V

Máy bao gồm hai trụ hình V có độ cao khác Trong suốt trình chuyển động nguyên vật liệu ống hình trụ, nguyên liệu thay đổi lặp lặp lại cách đạt hiệu trộn

 Tỉ lệ phối trộn

12. Đóng gói

Mục đích: hoàn thiện sản phẩm, dễ dàng bảo quản vận chuyển, thương mại Các biến đổi nguyên liệu: không đáng kể

Thiết bị: thiết bị đóng gói dạng bột, hạt rời

III. Sản phẩm

1 Mô tả sản phẩm tiêu chất lượng sản phẩm

Hình 3.1: Chế phẩm glucoamylase dạng rắn Chế phẩm glucoamylase phân thành hai loại: dạng lỏng dạng rắn Mô tả chế phẩm enzyme dạng rắn

 Chỉ tiêu vật lý: - Trạng thái vật lý: rắn

 Các thông tin khác: 20 kg/túi

 Phạm vi sử dụng: tác nhân đường hóa trình sản xuất cồn, rượu bia, calci lactate

2 Các phương pháp bảo quản enzyme glucoamylase

Enzyme có chát protein thường bị biến tính điều kiện nhiệt độ, pH, nồng độ dung dịch đệm khơng thích hợp Điều kiện bảo quản tối ưu loại protein khác Tuy nhiên có vài nguyên tắc để bảo quản protein tóm tắt so sánh bảng sau

Bảng 3.1: Điều kiện bảo quản enzyme

Nhìn chung protein bảo quản tốt ≤ 4oC giữ hoạt tính vài ngày vài tuần Việc bảo quản nhiệt độ phòng làm giảm hay hoạt tính, thường bị nhiễm vi khuẩn

Phương pháp đông khô cho phép kéo dài thời gian bảo quản mà gần khơng bị biến tính, protein bị hư hỏng phần trình đơng khơ Để giảm khả bất hoạt hoạt tính nêu đặc biệt đơng khơ dịch có nồng độ protein lỗng (< 1mg/ml) Người ta thường bổ sung thêm protein chất mang huyết bò tinh khiết (BSA) nồng độ từ – 5mg/ml (0.1 – 0.5%), vào dung dịch protein lỗng

dài họat tính bảo quản:

- Glycerol hay ethylene glycol với nồng độ không đổi khoảng 25 – 50% giúp ổn định protein, ngăn chặn tinh thể hóa làm phá hủy cấu trúc protein – 20oC

- Chất ức chế protease ngăn chặn phân hủy protein

- Tác nhân chống vi khuẩn sodium azide (NaN3) nồng độ 0.02 – 0.05% (w/v) hay thimerosal

- Chất tạo phức cua EDTA nồng độ – mM, tránh gây oxi hóa nhóm S – H giúp protein trì trạng thái khử

- Tác nhân khử dithiothreitol (DTT) – mercatoethanol (2 – ME) nồng độ giúp ngăn chặn trạng thái oxi hóa nhóm cysteine, trì trạng thái khử protein

Tài liệu tham khảo

1 Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ chế biến thực phẩm, Nhà xuất đại học quốc gia Tp Hồ

Chí Minh, 2010

2 Lê Ngọc Tú cộng sự, Hóa sinh cộng nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội,

2004, 443 trang

3 Nguyễn Đức Lượng, Vi sinh vật học công nghiệp, tập 1, 2, Nhà xuất Đại học Quốc

gia thành phố Hồ Chí Minh, 2002

4 Nguyễn Thị Lệ Ngọc, Nghiên cứu Các điều kiện tối ưu cho hoạt động enzyme

glucoamylase từ số chủng nấm mốc ứng dụng, Tp.Hồ Chí Minh, 2010

5 Hồng Bá Thanh Hải, Nghiên cứu tổng hợp đặc tính ứng dụng enzym

glucoamylase dạng hòa tan dạng cố định thu nhận từ canh trường số chủng nấm mốc, Tp.Hồ Chí Minh, 2010

6 PGS.TSKH Lê Văn Hồng, Các Q Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Sinh Học Trong Công

, Nghiên cứu Các điều kiện tối ưu cho hoạt động enzyme glucoamylase t