Tiểu luận môn các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm quá trình dấm chín và lên men do thầy Nguyễn Đắc Trường hướng dẫn iuh trường đại học công nghiệp Hồ Chí Minh tọa lạc tại đường Nguyễn Văn Bảo Viện sinh học và thực phẩm
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM - - CHỦ ĐỀ: DẤM CHÍN VÀ LÊN MEN Mơn: Các trình CTTP GVHD: Nguyễn Đắc Trường Lớp: DHTP15C Nhóm: STT Họ tên Nguyễn Thị Như Ý Mã số sinh viên 19529111 Lê Thị Trinh Phạm Thị Yến Nhi Trần Thị Minh Thơ Phan Tiến Thông Phan Đặng Hồng Phượng 19516511 19531791 19519861 19523031 19506151 Lời cảm ơn Sau khoảng thời gian học tập tìm hiểu mơn Các q trình cơng nghệ thực phẩm Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp TPHCM tháng hoàn thành tiểu luận, chúng em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành giúp đỡ thầy cô, giảng viên, cán phụ trách thư viện tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành tiểu luận Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Đắc Trường người trực tiếp giảng dạy, truyền đạt kiến thức hướng dẫn chúng em thực tiểu luận Với vốn kiến thức tiếp thu q trình học khơng tảng cho trình học tập mà hành trang giúp chúng em bước vào đời cách tự tin vững Tuy có cố gắng chắn tiểu luận chúng em nhiều thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến bổ sung thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trân trọng, TPHCM, tháng 05 năm 2021 A DẤM CHÍN I.Bản Chất Q Trình 1.Bản chất Dấm chín q trình xúc tiến biến đổi sinh hóa rau củ quả, trái nhằm đạt tới độ chín có giá trị chất lượng cao thời gian định 2.Mục đích cơng nghệ phạm vi thực Đối tượng chủ yếu trình dấm chín loại rau thu hái thời điểm mà sau rời khỏi mẹ chúng tiếp tục q trình chín : chuối,dứa,cà chua… Quá trình thực phạm vi công nghiệp,bán công nghiệp với phương tiện đại Nhưng tiến hành phạm vi hẹp hơn: điều kiện gia đình hay tập thể với phương tiện thủ công đơn giản Rau nguồn nguyên liệu chủ yếu cung cấp cho công nghiệp đồ hộp.Chất lượng sản phẩm đồ hợp phụ thuộc vào chất lượng ban đầu nguyên liệu trước lúc chế biến Mặt khác chất lượng nguyên liệu lại phụ thuộc vào trạng thái,độ chín chúng Phần lớn loại rau chế biến chúng đạt tới độ chín tùy theo u cầu sản phẩm Nhiều loại rau đạt tới độ chín cần thiết thời gian ngắn chúng mẹ thu hái bảo quản nhiệt độ bình thường.Nhưng có loại rau ( chuối) muốn đạt tới độ chín mong muốn để chế biến sử dụng trực tiếp phải trải qua q trình dấm chín Trong trường hợp q trình dấm chín coi khâu cơng nghệ khơng thể bỏ qua dây chuyền công nghệ sản xuất.Và vậy,nếu đứng quan điểm chế biến mà nói ta cho mục đích q trình dấm chín để tạo điều kiện cho q trình chế biến tiếp theo.Cịn đứng quan điểm sử dụng q trình hồn thiện chất lượng Nếu xét phạm vi lưu thơng phân phối q trình dấm chín phần mang chức điều tiết.Chức thể chỗ : nhu cầu tiêu thụ chưa đặt rau bảo quản trạng thái xanh, trạng thái dễ bảo quản với khối lượng lớn so với chín.Nhưng có nhu cầu tiêu thụ ta tiến hành q trình dấm chín thời gian ngắn (3-4 ngày đến 10 ngày) ta có khối lượng sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ II.Những biến đổi q trình chín 1.Biến đổi vật lý Khi chín có biến đổi độ mềm Chất pectat canxi gắn chặt tế bào với bị phân hủy tác dụng enzyme pectinase, kết làm giảm cường lực liên kết tế bào, vỏ tế bào trở nên mỏng, tế bào bị mềm dần Khi bắt đầu chín hàm lượng pectin cao nhất, sau bị thủy phân-demetoxin depolime hóa Khi thối pectin bị thủy phân sâu 2.Biến đổi hóa học Làm thay đổi màu sắc, thành phần dinh dưỡng, cảm quan Đến chín, chất hữu tích tụ chịu biến đổi sinh học tác dụng hệ enzim Do mà cấu trúc mơ thành phần hố học biến đổi khơng ngừng Trong chất hợp phần gluxit, axít hữu cơ, chất chát, chất thơm chất màu bị biến đổi nhiều - Sinh trưởng q trình chín giai đoạn đầu - Những biến đổi thành phần hóa học đến chín • Biến động gluxit o Biến động tinh bột đường: nhìn chung, lượng tinh bột giảm xuống • lượng đường chung tăng lên thủy phân tinh bột tác dụng enzyme chuyển đường từ Ở đa số thời kỳ chín mẹ, hàm lượng tinh bột giảm, hàm lượng đường tăng đến giá trị cực lớn bắt đầu giảm Sự tăng hàm lượng đường làm cho có vi Nếu chín mẹ có lượng monoza, monosacarit sacaroza tăng bảo quản lượng monoza lại tăng sacaroza giảm phần bị phân hủy tác dụng enzyme acid tạo monoza Các loại khác khác thành phần đường tích tụ Biến động pectin emzyme chuyển hóa pectin: chín độ rắn giảm xuống hàm lượng pectin tăng lên Ở xanh protopectin (pectin không hòa tan) phân tán thành tế bào làm cho có độ rắn định Trong q trình chín, tác dụng enzyme protopectinaza acid hữu phần protopectin chuyển thành pectin hòa tan phân tán vào dịch bào nên mềm Khi chín hàm lượng pectin hạch giảm xuống, tăng nhanh lượng chất hòa tan chủ yếu đường gây ra, nạc hàm lượng chất pectin tăng chín • • • • Biến động hemixenluloza xenluloza: nhân tố làm cho có độ trước thu hoạch, song bị mềm dấm chín khơng liên quan đến biến đổi hàm lượng phân tử xenluloza Biến động axit hữu cơ: dấu hiệu đặc trưng chín biến động axit hữu Khi chín axit hữu qua biến đổi chất lẫn lượng Ở đa số hàm lượng axit giảm xuống, cịn chua axit tăng lên, giảm độ axit làm cho hệ số đường tăng lên nguyên nhân cho độ Tổng lượng axit hữu thường tăng theo mức độ sinh trưởng mẹ, hàm lượng tương đối axit thời kỳ chín lại giảm xuống tăng nhanh số lượng chất khác, trước hết đường Hàm lượng axit giảm xuống chín khơng liên quan tới OXH q trình hơ hấp mà gắn liền với phân hủy chúng trình khử cacboxil Acetaldehit sản phẩm tạo thành axit malic bị khử cacboxil hóa, acetaldehit bị khử thành rượu chín có tích lũy Điều chứng tỏ chín, q trình cacboxil hóa tăng mạnh có chiều hướng chuyển dần hơ hấp hiếu khí yếm khí Khí hậu ảnh hưởng đến độ axit quả, axit hữu dùng cho hô hấp nhiệt độ cao tích tụ nhiệt độ thấp (do khí hậu mát ẩm làm trái chua) Biến động sắc tố: màu nhiều hợp chất khác chất hóa học tác dụng sinh lí tạo nên Trong q trình chín màu bị biến đổi nhiều, đa số có dấu hiệu chín màu sắc lượng clorofil giảm xuống lượng carotenoit, antoxian flavonoit tăng lên Giữa clorofil carotenoit khơng có chuyển hóa tương hổ mà xảy phân hủy clorofil tổng hợp carotenoit Cả hai trình enzyme xúc tác tiến hành đồng Tuy lúc clorofil giảm carotenoit tăng lên, ví dụ màu vàng táo chín carotenoit tăng lên khơng phải biến động clorofil Như biến đổi màu sắc phân hủy clorofil biến đổi sắc tố khác ảnh hưởng hai yếu tố Nhiệt độ, ánh sáng, oxy phân bón ảnh hưởng đến tạo thành carotenoit chín Biến động polyphenol: vỏ chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng chất đường, axit tanin chúng Vỏ chát xanh hàm lượng chất phenol phenol tự gây nên, loại chín hàm lượng phenol giảm phenol tự giảm mạnh nhiều • • • • • Biến động tinh dầu chất bay hơi: nhờ phương pháp sắc ký mà người ta phát chất Đó loạt chất hồn toàn khác nhau: rượu, aldehit, xeton, este,etylen đặc biệt tinh dầu thơm Tuy có hàm lượng nhỏ chúng làm cho có hương thơm đặc biệt Có vai trị việc đánh giá hàng hóa Biến động vitamin: Từ giai đoạn xanh già chuyển sang chín có nhiều loại Vitamin tạo thành Vitamin B9, B15, P, K, tiền Vitamin A, … đặc biệt Vitamin C tăng lên rõ rệt chín q hàm lượng bị giảm Hàm lượng vitamin C thay đổi lớn q trình chín nhiều loại (Ví dụ ớt xanh, hàm lượng trung bình vitamin C khoảng 100mg %, cịn ớt chín đỏ lượng vitamin C tăng lên lần) Lượng axit folic xanh thường thấp chín 2-3 lần Khác với nhiều chất, chín, hàm lượng axit folic tăng lên Hàm lượng caroten tăng lên nhiều chín Trong cịn có hợp chất thành phần khác mà hàm lượng chúng không bị biến đổi lipit, protein, muối khoáng… Lipit: có hàm lượng lipit nhỏ (0,01-0,1%) nên lipit có vai trị thứ cấp q trình hơ hấp với tư cách nguyên liệu hô hấp Và lipit không thay đổi nhiều q trình chín Protein: hàm lượng chung nito thấp, phần lớn protein tạo thành thời kỳ enzym có trách nhiệm tăng đột ngột hô hấp Hàm lượng axitamin tự amin phụ thuộc vào loại mức độ chín Khi chín lượng asparagin axit glutamic, aspactic giảm xuống lượng valin serin tăng lên Các chất vô cơ: với rau nguồn cung cấp chất vô thiết yếu cho người Trong q trình chín, chế biến, bảo lương chất khoáng biến đổi Biến đổi màu sắc Khi chín có biến đổi màu sắc Quả cịn xanh vỏ chứa nhiều diệp lục carotenoit Khi bắt đầu chín, có biến đổi hàm lượng sắc tố gây biến đổi màu sắc Sự biến đổi theo hướng phân hủy diệp lục mà không phân hủy carotenoit, nhiều loại carotenoit lại tổng hợp trình chín Trong số có enzym clorofilaza phân hủy liên kết este clorofil, để giải phóng phitol metanol Enzym thường định vị sắc lạp bền với nhiệt hoạt hóa thời gian chín Clorofil bị oxy hóa oxy ánh sáng Quá trình biến đổi sắc tố xảy khác loại nên màu sắc chúng khác Chẳng hạn chuối, hàm lượng diệp lục giảm nhanh hàm lượng carotenoit lại không giảm nên chuyển sang màu vàng Ở táo hàm lượng diệp lục giảm tăng hàm lượng xanthophin Ở cam, quýt giảm nhanh hàm lượng diệp lục tăng hàm lượng carotenoit Ở dâu đất có tăng hàm lượng antoxyan Màu sắc chất chlorophyl, antoxian carotenoit định Tuỳ theo mức độ chín loại mà màu xanh dần chlorophyl giảm, màu vàng, đỏ tăng dần hàm lượng carotenoit antoxian tăng Xuất hương, vị Khi chín xuất hương vị đặc trưng cho loại Sự chín hoạt hóa q trình tổng hợp chất tạo mùi thơm đặc trưng có chất este, aldehyt axeton Ðây q trình xảy có liên quan đến hoạt động enzyme đặc trưng cho loại Cùng với biến đổi mùi vị vị chua, vị chát giảm biến Các hợp chất tanin, axit hữu cơ, alcaloit bị phân hủy nhanh chóng, đồng thời đường đơn xuất tăng lên Trong q trình chín phản ứng thủy phân xảy mạnh tạo thành đường saccarose Hàm lượng tinh bột giảm để chuyển thành đường đơn, lipit dễ bị thủy phân để tạo thành đường, protein không bị thủy phân q trình chín mà trái lại cịn tổng hợp thêm III.Các yếu tố ảnh hưởng a Các yếu tố bên ngồi - Nhiệt độ: cường độ hơ hấp trái có liên quan với nhiệt độ, nhiệt độ cao cường độ hơ hấp cao Hoạt động vi sinh vật gây hại có liên quan đến nhiệt độ, đặc biệt lồi nấm gây hại trái có múi dễ bị ức chế bảo quản nhiệt độ thấp 10 oC Ngoài ra, nhiệt độ dao động lớn gây rối loạn trình trao đổi chất Do đó, nhiệt độ thấp thời gian bảo quản lâu - Độ ẩm: tươi có hàm lượng nước cao, nước nguyên nhân quan trọng gây hư hỏng, trọng lượng thiệt hại kinh tế Do đó, ẩm độ khơng khí thấp làm cho trái dễ bị nước dễ bị hư hỏng - Ethylene: hợp chất thiên nhiên rau sản xuất ra, khởi đầu cho q trình chín trái Nếu loại rau tiếp xúc với ethylene thúc đẩy nhanh trình hư hỏng, dù nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao, sản phẩm nhạy cảm với ethylene Do khơng nên tồn trữ sản phẩm sinh khí ethylene với loại trái dễ nhạy cảm với ethylene nguồn sinh khí ethylene khác khí thải từ động cơ, khói kể thuốc Nếu giảm nhiệt độ làm giảm tốc độ sinh khí ethylene làm giảm nhạy cảm trái ethylene Một ưu điểm khác ethylene trái có múi khả “degreening” chúng Nghĩa giúp làm màu xanh trái sau thời gian xử lý thích hợp Tuy nhiên, việc xử lý có ảnh hưởng làm cuống trái dễ rụng - Độ chín thu hoạch: hợp phần cấu thành chất lượng rau quả, đặc biệt ngữ cảnh thương mại Có nhiều khái niệm độ chín độ chín ăn được, độ chín thu hoạch, độ chín kỹ thuật độ chín sinh lý Nói độ chín thương mại đặc tính riêng biệt loại sản phẩm mà thị trường địi hỏi, có quan hệ đơi chút với độ chín sinh lý xảy giai đoạn Thí dụ độ chín thương mại giá sống giai đọan nảy mầm, loại rau lấy thân (măng tây) giai đoạn phát triển chưa hoa, rau ăn giai đoạn chưa hoa, loại bơng cải giai đoạn hoa, dưa leo giai đoạn phát triển trái chưa thành thục, riêng ăn trái phải thành thục phải chín Do cần hiểu rõ đặc tính sinh lý loại rau mà xác định thời điểm thu hoạch thời gian bảo quản chất lượng lúc sử dụng người tiêu dùng quan tâm Q trình chín ăn trái trình mà trái đạt chất lượng tốt ăn Như vậy, nên thu hoạch trái tươi phát triển đến tình trạng lý tưởng tiêu thụ phải tính đến thời gian cần thiết để đưa thị trường cách quản lý thị trường để tránh hư hỏng sản phẩm thu hoạch -Hô hấp: Hô hấp trình sinh lý quan trọng sau thu hoạch Sự hô hấp làm giảm khối lượng cách tự nhiên hơ hấp sử dụng chất dinh dưỡng, thải lượng dạng nhiệt (làm nóng khối quả), nước, khí CO đơi rượu Nước nhiệt sinh làm bị ẩm ướt dễ bị thối, đặc biệt nấm mốc chín có cường độ hơ hấp cao Từ lúc chín đến chín, cường độ hô hấp giảm nhanh đồng thời giảm khả đề kháng dễ bị thối hỏng Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ hô hấp là: nhiệt độ, độ ẩm, thành phần khơng khí mơi trường Trong điều kiện Oxy, nhiều khí Cacbonic, khơng có chất kích thích chín Ethylen…thì cường độ hơ hấp giảm b.Các yếu tố bên Ảnh hưởng nấm mốc • Quả vỏ mềm: Theo chuyên gia thuộc USDA, loại trái có vỏ mềm, ruột mềm, mọng nước cần loại bỏ bị mốc Bởi lẽ, độ ẩm loại cao nên nấm mốc dễ lây lan Những loại trái dâu tây, nho, cherry… cần loại bỏ bị mốc • Quả vỏ cứng: loại có vỏ dày chanh, cam mà phần nấm mốc nhỏ bị bề mặt bạn xử lý Bạn sử dụng miếng vải nhúng vào nước nóng giấm để loại bỏ phần mốc Sau lột bỏ hết lớp vỏ ngồi, khơng có dấu hiệu mốc bên bạn sử dụng IV Thiết bị a Sự thay đổi hàm lượng chất khơ Trong q trình lên men, nấm men sử dụng đường dịch nha để tăng sinh khối lên men ethanol Do nồng độ chất khô dịch lên men giảm dần Người ta dựa vào thay đổi Balling làm thông số điều khiển trình lên men b.Sự thay đổi pH: Sau kết thúc q trình lên men pH giảm xuống cịn khoảng 4,4÷4,5 Hiện tượng giảm pH trình lên men hình thành acid H 2CO3 (do CO2 sinh trình lên men hòa tan vào nước), vận chuyển ion H+ qua màng tế bào hình thành nên acid hữu Trong trình trao đổi chất nấm nem acetic, acid, formic, acid lactic, acid citric,… c.Sự thay đổi hàm lượng khống chất Trong q trình lên men, nấm men sử dụng số kim loại cần cho sinh trưởng phát triển nấm men như: Ca 2+; Mg2+; Fe2+; Mn2+; CO2+; K+; Ni2+ Zn2+ Dịch nha xem nguồn cung cấp thành phần khoáng cần thiết cho nấm men d.Sự tạo thành ester Các ester tạo thành vào cuối giai đoạn lên men nhờ phản ứng ester hóa alcol (chủ yếu ethanol) acid hữu sinh trình lên men III Các yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng nồng độ đường Nấm men có khả lên men đường đơn giản đặc biệt maltose saccharose Trong dịch lên men đường ra, phải bổ sung thêm số thức ăn cần thiết cho nấm men muối amoon, muối photphat đạm ure Nồng độ đường thích hợp từ 18 - 22%, cao khả lên men giảm ngược lại nồng độ đường thấp không tạo điều kiện cho trình lên men Thường nồng độ đường từ 30 - 35% lên men bị đình pH dịch lên men pH ảnh hưởng quan trọng đến hệ enzyme nấm men, phải theo dõi pH để theo dõi hoạt động trao đổi chất nấm men 3.Ảnh hưởng oxy Oxy yếu tố cần thiết cho nấm men sinh trưởng phát triển giai đoạn đầu trình lên men Thực chất giai đoạn lên men hiếu khí nhằm tăng sinh khối nấm men Sự sinh tổng hợp lượng lớn enzyme nấm men yếu tố quan trọng ảnh Hưởng tới cường độ lên men IV.Các Dạng Lên Men Thông Dụng 1.Lên men lactic Các phân tử pyruvate từ chuyển hóa glucose (glycolysis) lên men thành acid lactic Đây trình chuyển hóa kị khí đường tác động vi khuẩn lactic tạo thành axit lactic (axit sữa) Lên men lactic sử dụng nhiều quy trình sản xuất loại yaourt, sữa chua, phô mai, bơ,… Nó xuất động vật mơ đòi hỏi lượng với tốc độ nhanh so với oxy cung cấp Phương trình cho sản xuất axit lactic từ glucose là: C6H12O6 (glucose) → CH3CHOHCOOH (lactic acid) Việc sản xuất axit lactic từ lactose nước tóm tắt sau: C12H22O11 (lactose) + H2O (water) → CH3CHOHCOOH (lactic acid) 2.Lên men propionic Là phản ứng hóa học mà axit lactic muối lactate chuyển hóa thành axit propionic tác dụng men vi sinh vật Axit propionic biết đến dạng chất lỏng, khơng màu, mùi hăng, có tác dụng bảo quản thực phẩm khỏi nấm mốc Trong chế biến thực phẩm, axit propionic chủ yếu dùng để làm bánh mì 3.Lên men ethanol Quá trình lên men ethanol sử dụng sản xuất đồ uống có cồn như: bia, rượu sản xuất bánh mì Cần lưu ý q trình có hàm lượng pectin cao tạo lượng nhỏ methanol độc hại tiêu thụ V Thiết bị lên men Cấu tạo chung thiết bị lên men Tùy theo tính chất trình lên men mà thiết bị lên men khác biệt nhau, ít, nhiều Phần trình bày trình bày cấu tạo chung thiết bị lên men sử dụng phổ biến Sơ đồ thiết bị lên men thể Hình Một số thành phần thiết bị lên men Phần thiết bị thùng lên men A làm thép khơng rỉ Thùng kín thường hoạt động áp suất lớn áp suất khí trời để ngăn khơng cho khí trời xâm nhập vào thùng, tránh bị lây nhiễm Bên ngồi thùng có lớp áo nước B để gia nhiệt, làm nguội và/hay điều hòa nhiệt độ cho thùng Để đảm bảo cho thành phần thùng đồng đều, thùng có cánh khuấy C kéo động D Trên trục cánh khuấy thường lắp thêm phận phá bọt E Ở phía thùng có cấu xục khí F với nhiều lỗ nhỏ Trong số trường hợp cấu đóng thêm vai trị khuấy trộn thay cho cánh khuấy Các dịng vật chất Thùng lên men có lắp số đường dẫn để đưa vật chất vào thùng hay khỏi thùng Ta kể dịng sau (các số hiệu tương ứng với số Hình 1) : : đưa canh trường vào thùng, : đưa dưỡng chất & chất vào thùng, : đưa dịch lên men khỏi thùng, : đưa khí vào thùng, : đưa khí khỏi thùng, : đưa dung dịch axit hay kiềm vào thùng để điều chỉnh pH cho môi trường lên men, : đưa nước hay nước vào thùng để gia nhiệt, làm lạnh hay điều hịa nhiệt độ cho mơi trường lên men, : đưa nước vào thùng để trùng hay tiệt trùng sau dẫn nước ngưng khỏi thùng Thông thường đường ống nối với hệ thống CIP (Clean In Place) hay SIP (Sterilization In Place) : dùng để lấy mẫu để theo dõi hay kiểm tra Mẫu đưa trở lại thùng lên men hay không Đo lường thiết bị lên men Để cho q trình lên men ln hoạt động điều kiện tốt nhất, việc đo lường điều khiển thơng số giữ vai trị quan trọng Hình trình bày số cảm biến dụng cụ đo Chức chúng tóm tắt sau : KT : xác định thành phần khí khỏi thùng, N : đo vận tốc quay cánh khuấy, V : đo mức dịch lên men, qua ta xác định thể tích dịch lên men, X : đo hàm lượng sinh khối khô, T : đo nhiệt độ môi trường lên men, pH : đo pH dịch lên men, Oxy : đo hàm lượng oxy hòa tan dịch lên men, LL : đo lưu lượng dịng khí vào thùng Thông thường cảm biến hay dụng cụ sẽ, mặt nối với cấu hiển thị, mặt khác lại nối với cấu điều khiển tương ứng để giữ cho thơng số có liên quan giá trị tốt (Thiết bị đảo trộn dạng học) 1.Động 2- Hộp giảm tốc; 3- Khớp nối; 4- Ở bi; 5- Vịng bít kín; 6- Trục; 7Thành thiết bị ; 8- Máy khuấy trộn tuabin; 9- Bộ trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn; 10- Khớp nối; 11- Ớng nạp khơng khí; 12- Máy trộn kiểu cánh quạt; 13- Bộ sủi bọt; 14- Máy khuấy dạng vít; 15- Ở đỡ; 16- Khớp để tháo; 17- Áo; 18- Khớp nạp liệu; 19- Khớp nạp khơng khí Thiết bị đảo trộn khí động học thơng gió môi trường 1-Khớp nối để tháo; 2- Thiết bị thổi khí; 3- Ớng xoắn; 4- Cửa; 5- Khớp nối để nạp khơng khí; 6- Khớp thải khơng khí; 7- Khớp nạp liệu; 8- Cầu thang; 9- Ống khuếch tán; 10- Áo; 11- Thành thiết bị; 12- Ống áp thiết bị lên men đảo trộn khí động học đường viền tuần hoàn bên Nguyên lý hoạt động: Nuôi cấy vi sinh vật phần lớn tiến hành điều kiện tiệt trùng Độ tiệt trùng trình đảm bảo phương pháp tiệt trùng thiết bị lên men, đường ống dẫn, cảm biến dụng cụ; nạp môi trường dinh dưỡng tiệt trùng giống cấy chuẩn vào thiết bị lên men tiệt trùng; khơng khí tiệt trùng để thơng gió canh trường chất khử bọt tiệt trùng; dụng cụ cảm biến tiệt trùng thiết bị lên men để kiểm tra điều chỉnh thông số q trình; bảo vệ vật đệm kín trục chuyển đảo, đường ống công nghệ phụ tùng q trình ni cấy 2.(Sơ đồ dẫn thao tác thiết bị lên men) 1-Hơi vào;2- Khơng khí tiệt trùng vào;3- Khơng khí tiệt trùng hay vào vùng bít kín 4- Thốt hay khơng khí tiệt trùng tới sủi bọt;5- Hơi hay khơng khí tiệt trùng vào thiết bị phần trên;6- Thải hay khơng khí tiệt trùng tới lấy mẫu thử nghiệm 7- Thải hay khơng khí tiệt trùng;8- Cơ cấu ống nhánh có van điều chỉnh khí động học;9- Nạp hay khơng khí tiệt trùng thiết bị phần 10- Tháo nước ngưng;11- Áp kế;12- Van;13- Ống tháo;14- Van khóa;15- Van lấy mẫu 16- Nạp hay khơng khí tiệt trùng vào thiết bị phần dưới;17-Đoạn ống để nối áp kế kiểm tra;18,25- Các áp kế;19- Van để nạp vật liệu cấy;20- Nạp canh trường;21,23-Nạp dung dịch chuẩn;22- Thải hay khơng khí từ vùng bít kín; 24- Ống nhánh để nạp dung dịch chuẩn;26- Cung cấp khí thải từ thiết bị;27Cung cấp nước;28- Van rót; 29- Van để rót nước từ áo;30- Van để nạp nước lạnh;31- Ống nhánh để nạp nước lạnh; 32- Lược; 33- Áp kế; 34- Van an toàn; 35- Cảm biến nhiệt độ; 36,37- Các dụng cụ thứ cấp để đo nhiệt dộ độ ph;38Cảm biến ph met; 39- Thiết bị lên men; 40- Cơ cấu để làm khơng khí 3( Thiết bị lên men dạng trao đổi khí mạnh) 1- Ống cung cấp khí để thổi;2- Bộ dẫn động kín;3-Nắp;4- Cơ cấu khử bọt;5- Miếng đệm với buồng trao đổi nhiệt;6- Hộp khơng khí;7- Khối trụ đứng;8- Cơ cấu chuyển đảo;9- Ống để nạp nước lạnh;10- Động cơ;11-Bánh đai;12- Truyền đỗng đai hình thang;13- Cơ cấu tháo dỡ;14- Ống để thải nước;15- Các ống đổi nhiệt;16- Ống thải khơng khí;17- Ống để khử bọt;18Cửa quan sát Cấu tạo: thiết bị lên men dạng phun 1- Cửa khơng khí vào;2- Đường ống khơng khí thải;3- Hầm tháo nước;4- Tường thiết bị;5- Đường ống có áp;6 - Đường ống hút;7-Bơm tuần hoàn VI.Ưu nhược điểm thiết bị lên men 1.Ưu điểm trình lên men So với chuyển hóa thực phương pháp hóa học, ta thấy lên men có số điểm vượt trội sau: Điều kiện phản ứng ơn hịa : nhiệt độ, áp suất pH môi trường lên men thường khoảng giá trị môi trường tự nhiên, ơn hịa nhiều so với phản ứng hóa học Nhờ vậy, chi phí lượng để sản xuất mức thấp Số giai đoạn để chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm lên men thường so với sản xuất hóa học Phần lớn biến đổi thường xẩy thiết bị lên men Nguyên liệu lên men thường có nguồn gốc tự nhiên, chủ yếu sản phẩm từ sản xuất nông nghiệp, ngũ cốc, chí phế phẩm mật rỉ Do thường có sẵn có khả tái tạo So với phương pháp hóa học, chât thải lên men độc hại hơn, kỹ thuật xử lý chất thải dễ dàng Do ảnh hưởng đến mơi trường nhiều so với cơng nghiệp hóa học Từ đặc điểm trên, chi phí để sản xuất thường khơng cao, giá thành sản phẩm thấp Đổi với thực phẩm, sản phẩm lên men thường có giá trị dinh dưỡng cao so với nguyên liệu ban đầu: nhiều chất bổ dưỡng hơn, nhiều vitamin hơn, dễ tiêu hóa hơn, độc tố chất kháng dinh dưỡng 2.Nhược điểm trình lên men Do tiến trình vi sinh vật nhạy cảm với điều kiện mơi trường nên để sản xuất sản phẩm có tính chất ổn định, ta cần khống chế điều kiện môi trường lên men cách chặt chẽ Đây điều khó khăn phải theo dõi điều khiển nhiều thông số lúc Việc giữ cho môi trường lên men không bị tạp nhiễm việc tương đối khó khăn vi sinh vật tồn nơi Trong lên men quy mơ lớn, việc trì đồng toàn thùng lên men việc phức tạp, khó thực VII Lợi ích q trình lên men Tăng thời gian bảo quản, sử dụng thực phẩm: Lên men kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, chẳng hạn rau muối sử dụng vịng 1÷2 tháng, rau tươi hư hỏng sau 3÷5 ngày Tương, chao, mắm thực phẩm lên men để tới hàng năm Lên men phương pháp bảo quản thực phẩm hiệu rẻ tiền khơng địi hỏi trang thiết bị phức tạp, cơng nghệ dễ áp dụng Chính vậy, kỹ thuật lên men sử dụng từ lâu đời Có nhiều chứng xác thực cho thấy nước uống lên men sản xuất cách 7000 năm Babylon (bây Iraq), bánh mỳ sử dụng Ai Cập cách 3500 năm sữa lên men sử dụng Babylon Tạo đa dạng thực phẩm: Nhờ công nghệ lên men, người ta tạo thực phẩm khác nhờ chế biến từ trái cây, ngũ cốc, rỉ đường nước mắm chế biến từ cá; tương, chao chế biến từ đậu nành Các thực phẩm lên men chế biến từ 17 nguyên liệu đặc trưng vùng mang sắc riêng dân tộc tạo đa dạng thực phẩm Thực phẩm lên men sản xuất thủ công, theo kinh nghiệm truyền từ đời qua đời khác theo vị riêng dân tộc Cải thiện cảm quan thực phẩm: Tùy theo cách lên men chủng VSV sử dụng trình lên men mà tạo mùi vị khác Ví dụ: muối dưa tạo nên lên men lactic lên men rượu yếu, làm cho đường có vị chua; q trình lên men giải phóng CO tạo nên loại nước giải khát có gas; enzyme VSV phân hủy glucide tạo đường đơn làm thực phẩm trở nên ngọt, phân hủy chất đạm tạo mùi, vị đặc trưng sản phẩm Tăng khả tiêu hóa hấp thu: Dưới tác dụng VSV, glucide dạng phức tạp cắt nhỏ thành glucide đơn giản, protein cắt nhỏ thành acid amin dễ tiêu hóa, hấp thu Tăng sức đề kháng: Thực phẩm lên men nguồn cung cấp vi khuẩn lactic, loại vi khuẩn có lợi đường ruột, vi khuẩn bám vào niêm mạc đường tiêu hóa, cạnh tranh thức ăn chỗ bám làm kìm hãm phát triển VSV gây bệnh E.coli, Salmonella (gây tiêu chảy), vi khuẩn Pylori (gây viêm loét dày) nấm Candida Tạo chất dinh dưỡng: Quá trình lên men làm tăng hàm lượng số vitamin Sữa lên men thường giàu vitamin nhóm B Lên men thực phẩm với chủng nấm men Sacharomyces cerevisiae làm tăng lượng vitamin B1, vitamin PP biotin (vitamin H) Loại trừ vi khuẩn độc tố: Q trình lên men phân hủy độc tố có thực phẩm cyanogenic glycosides (HCN) có sắn, măng, hay mycotoxin hạt ngũ cốc Nếu sử dụng thực phẩm mà chưa qua chế biến chế biến khơng cách cyanide giải phóng vào thể gây ngộ độc VIII Ứng Dụng Của Quá Trình Lên Men Do ưu điểm lên men nên từ chỗ dùng chế biến thực phẩm, ngày kỹ thuật ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Dưới giới thiệu số hướng ứng dụng 1.Thực phẩm Thực phẩm xem ứng dụng truyền thống lên men Với phương pháp ta tạo nhiều loại thực phẩm khác Theo Takabio, giới có khoảng 3500 loại thực phẩm sản xuất phương pháp lên men truyền thống Các nhóm sản phẩm là: Thức uống có alcol rượu, bia, Các sản phẩm sữa : sữa chua, phô mai, Các sản phẩm từ đậu nành : tương, chao, tempeh, miso, nước tương, Các sản phẩm rau : rau muối chua, kim chi, Các sản phẩm từ thịt, cá : nem, salami, nước mắm Chế biến trà, cacao 2.Hóa chất Nhiều loại hóa chất sản xuất lên men từ loại nguyên liệu rẻ tiền Ta kể đến: Etanol, butanol, aceton, Một số axit hữu : axit citric, axit lactic, axit fumaric, , Enzym : amylaz, proteaz, pectinaz, , polymer : xanthan, dextran, polyhydroxyalkanoate (PHA) IX.Tổng kết Nhờ có kỹ thuật đại,công nghệ tiên tiến, kỹ thuật lên men phát triển mạnh, ứng dụng lên men mở rộng sản phẩm lên men trở nên đa dạng ... lên men Lên men trình phong phú đa dạng nhiều mặt, có nhiều kỹ thuật lên men khác Ta phân loại chúng theo số cách dựa vào tiêu chí sau: - Dựa vào loại vi sinh vật dùng để lên men, ta có lên men. .. nhiệt độ.Kết thúc q trình lên men hạ nhiệt độ từ từ xuống 4°C tạo điều kiện cho trình lắng men chuẩn bị cho lên men phụ b.Áp suất lên men Quá trình lên men áp suất tank lên men tăng dần giải phóng... đoạn kỵ khí - Dựa vào tính liên tục trình lên men : ta tiến hành lên men mẻ, liên tục Một dạng lên men liên tục đặc biệt chất không bổ xung cách liên tục mà đưa vào môi trường lên men theo đợt (fed-batch)