Bài ghi chép môn công nghệ lên men đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Công nghệ lên men bia, rượu vang, voka, mật rỉ, acid amin..... Sấy thăng hoa (đông khô) – Freeze drying: chế phẩm vi sinh vật: Bảo quản ở nhiệt độ thấp tránh ánh nắng mặt trời, sau đó bảo quản sản phẩm ở 4 độ. Thời gian bảo quản thông thường từ 12 năm. Sấy thăng hoa: 1. Lạnh đông cho nước đóng bang 2. Thăng hoa: sau đó tạo áp suất chân không để cho nước từ pha rắn chuyển trực tiếp từ pha rắn qua khí (tạo chân không sâu + nâng nhẹ nhiệt độ). Sau đó giảm nhiệt độ; Thực tế nước không thể đóng băng 100%, độ ẩm vẫn còn nhiều 3. Sấy chân không để bốc hơi nước còn lại.
Contents BEER 34 RƯỢU VANG 61 RƯỢU – RƯỢU MÙI .82 AMINO ACID 94 ACID HỮU CƠ .98 Upstream Process Bảo quản vi sinh vật: Cấy truyền định kì, Bảo quản lạnh đông, Sấy thăng hoa; Sấy thăng hoa (đông khô) – Freeze drying: chế phẩm vi sinh vật: Bảo quản nhiệt độ thấp tránh ánh nắng mặt trời, sau bảo quản sản phẩm độ Thời gian bảo quản thông thường từ 1-2 năm Sấy thăng hoa: Lạnh đơng cho nước đóng bang Thăng hoa: sau tạo áp suất chân khơng nước từ pha rắn chuyển trực tiếp từ pha rắn qua khí (tạo chân khơng sâu + nâng nhẹ nhiệt độ) Sau giảm nhiệt độ; Thực tế nước khơng thể đóng băng 100%, độ ẩm cịn nhiều Sấy chân khơng để bốc nước cịn lại Sử dụng phương pháp gia nhiệt để gia nhiệt lên giai đoạn 2: + Đối lưu không vì: Vì có tạo áp lực chân khơng nên khơng thể trộn khí bên ngồi vào làm ảnh hưởng đến áp chân không + Thường sử dụng dẫn nhiệt xạ nhiệt (điện trở UV – hồng ngoại) Tinh thể đá nội bào gây ảnh hưởng, tổn thương tế bào: Cần nuôi cấy môi trường đặc hiệu, tế bào khỏe Sử dụng chất bảo vệ để hạn chế tác động tinh thể đá Hoạt hóa vi sinh vật Bảo quản vi sinh vật phương pháp sấy kết hợp với đất vô trùng: Thông thường ko dành cho thực phẩm Thường bảo quản bào tử nấm mốc hay bào tử vi khuẩn cho lĩnh vực xử lí mơi trường Triết lí: hệ vi sinh vật tồn lâu đời trình phát triển lịch sử Trả vsv lại môi trường tự nhiên Sử dụng đất chất mang vsv Mẫu đất đem rửa để trôi thành phần kiềm, acid Sấy khô Nghiền Rây Tiệt trùng mẫu đất thành mẫu vô trùng Mẫu đất vô trùng trộn với bào tử nấm mốc (có thể bảo quản nhiệt độ phòng, nhiệt độ độ): Bào tử nấm mốc bền ~ vài năm (Xử lí nước thải, mơi trường chính) Sử dụng phương pháp số sử dụng nhiều thực phẩm VD: Bảo quản nấm men Nhân giống môi trường đặc hiệu để tạo giống khỏe Phù hợp cho việc nhân giống sản xuất Peptone: CCap vit khống; ? Glycerol chất bảo vệ; Hoạt hóa trước sử dụng b Nhân giống vi sinh vật: Nhân giống vi sinh vật thường dùng canh trường vsv khiết: Xuất phát từ tế bào ban đầu Đơn bào làm Chỉ khuyến cáo cho vsv đơn bào (trừ liên cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn ) Mục đích việc này: Thơng thường sinh sản vơ tính Các hệ enzyme giống y chang nhu cầu dinh dưỡng, kiểu trao đổi chất, phát triển giống ~ vận hành trình lên men dễ dàng ~ kiểm soát chất lượng lên men tốt Gene đối tượng giống Cùng men có điều kiện tối ưu pH khác (cũng người thằng tính tình khác thằng kia) Nhân giống trình lên men mà sản phẩm sinh khối; Nguyên tắc: Chọn môi trường nuôi cấy cho vsv phát triển nhanh tốt; Điều kiện môi trường nuôi cấy tối ưu cho phát triển vi sinh vật, vsv khỏe ~ hoạt tính cao; Mơi trường tối ưu ~ mục đích việc lên men gì? (nhu cầu dinh dưỡng đối tượng yêu cầu khác nhau) Làm để lấy tế bào vi sinh vật: Separation # Isolation (tách vs phân lập) Lấy mẫu huyền phù pha loãng (độ pha loãng ml canh trường : ml nước cất) Tách phân lập PP pháp: Phương pháp pha lỗng sinh khối tế bào sau cấy lên hộp petri ~ khuẩn lạc mặc định tế bào Nhiều chưa xác Kiểm tra hình thái khuẩn lạc cách cấy ria Nếu đường đồng mặt hình thái nguồn gốc; Nếu hình thái đa dạng, lệch xuất phát từ nhiều nguồn khác Sau quan sát kính hiển vi Quan sát kính hiển vi, gắp tế bào cấy lên lam kính Quan sát q trình phát triển nuôi cấy Thường dùng nuôi cấy môi trường lỏng 5-10ml Dựa vào đường cong sinh trưởng vsv, đầu pha ổn định lúc ổn định ok ~ kết thúc giai đoạn nhân giống Ở cấp nhân giống liên tiếp, thể tích mơi trường tăng lên từ đến 10 lần Lượng nhân giống ban đầu phải đủ nhiều cấy lên cấp luân phiên Ghi nhớ: Nuôi đến đầu pha ổn định Thường thường gấp 10 cấp nhân giống để tăng tốc thời gian nuôi cấy Cấp 5-10ml ~ vịng que cấy Tùy dung tích nhà máy mà bồn cấp cao linh hoạt Nhưng thường linh hoạt loanh quanh 10m3 VD: Giả sử dung tích bồn lên men nhà máy 300m3 vẽ sơ đồ nhân giống Khuyến cáo nhảy từ 5-10 lần – Nguyên tắc luôn, không nhỏ hay lớn Ưu tiên làm bước phịng thí nghiệm 10ml 50ml 300ml 300m3 Qui trình nhân giống: Tìm mơi trường tối ưu cho loại vsv chuẩn bị làm việc (tổng quan sinh lí, am hiểu loại vsv để ni ~ có sở để ni cấy nó: pH, dinh dưỡng, điều kiện mơi trường ) Lựa chọn môi trường: làm thực nghiệm để tối ưu hóa mơi trường ni cấy (cấy thử nghiệm môi trường khác nhau) Lựa chọn điều kiện lên men (pH, O2, Nhiệt độ, ): Thực nghiệm Lựa chọn sơ đồ nhân giống (Thiết bị, quy trình ) KNW: Bia SG tự nhân giống giữ giống; nhà máy sữa mua giống thương mại ? Công ty Pacific beer? Bản quyền heineiken hà lan; Men nhập từ nước ngồi; Cịn nhà máy nhỏ mua chế phẩm thương mại Tên khoa học thức nấm men chìm từ năm 2000 S Pastorianus Phân lập nhà máy Carlsbergenis đổi tên sang uvarum Chính thức pastorianus ~ Liên quan đến trình phân lập taxonomy Vì ban đầu dựa vào hình thái ~ khơng tối ưu Sau vào sinh lí, sinh hóa Sau dựa vào gene xác nấm men khác nhau: Men lên men nhiệt độ cao (15-24oC); Men chìm nhiệt độ thấp (6 đến 14oC) Khóa phân loại tương đối thơi chứng khơng xác Kết thúc q trình lên men: Nấm men nấm men chìm nằm dưới; Nhà sản xuất thích nấm men phía dễ thu hồi lọc dễ Do nấm men chìm thu lại để tái sử dụng cho nhiều mẻ lên men (nhân giống lần xài nhiều lần) Nấm men thif xài lần Sử dụng nhiều lần 5-10 lần, 2-4 lần tái sử dụng top fer Đường Raffinose: Liên kết glycoside; Đường tam; Cần có enzyme ~ Nấm men chìm có enzyme nên lên men hồn tồn loại đường Men có men invertase; Nấm men lên men 1/3 lượng đường lên men; cấu tử đường có cấu từ đường đơn gam gam đường Men chìm: Lên men tồn diện triệt để hơn; đường xót lại beer hơn; Melibiase gặp vsv; Men – Ale; Men chìm – Lager Người pháp đem cơng nghệ vào VN: Hà Nội Sài Gòn Việt nam sử dụng men chìm kế thừa Men có trước men chìm có sau lên men tự nhiên lên men nhiệt độ phòng ~ tối ưu cho men Sau kiểm sốt nhiệt độ men chìm chiếm ưu Nhiệt độ thấp beer bão hịa Co2 tốt Co2 bão hịa tốt ~ sảng khối, giải khát; Nhiệt độ độ thấp giữ cấu tử hương tốt ~ Giá trị cảm quan tốt hơn; Nước ảnh hưởng nhiều đến trình làm beer: chất dinh dưỡng, chất ức chế; điều kiện môi trường; Chọn môi trường nuôi giống men beer – Môi trường nha (tối ưu vừa để sản xuất): trường hợp đặc biệt Còn loại lên men khác chưa VD: sản xuất ethanol: Sx ethanol môi trường nấm men môi trường nuôi cấy Môi trường nuôi cấy tối ưu nước nha VD2: Sữa ví dụ khác vừa mơi trường lên men mơi trường ni cấy; Phải có Oxy phát triển q trình ni cấy; pH: ? ; Thực tế môi trường lên men khác môi trường ni cấy phải có yếu tố thích nghi môi trường khác Ở cấp nhân giống dùng môi trường tối ưu Dần dần sau trộn mơi trường với tỉ lệ tối ưu để vsv thích nghi gần với chất môi trường lên men tạo sản phẩm Quá trình lên men nhanh hiệu Điều kiện lên men: Nhiệt độ men chìm ( nhiệt độ cấy khác nhiệt độ lên men) Cuxgn y chang việc hiệu chỉnh nhiệt độ ban đầu tối ưu Thay đổi từ từ Từ tối ưu cho sinh trưởng sang tối ưu cho lên men ~ vi sinh vật có khả thích nghi tốt so với động vật bậc cao Đánh giá giống: Định lượng nhiều định tính: CFU/ml (thường xuyên); Đánh giá hoạt tính chế phẩm giống (thường lờ thời gian (vài (sữa) , vài ngày – tuần (beer)) Dùng canh trường để cấy giống vào dịch lên men: Ưu: không cần tách chiết mẫu vơ trùng; Nhược: Sản phẩm trao đổi chất vsv sinh trình trao đổi chất (ethanol, acid ) ức chế ngược Làm giảm hoạt tính vsv ~ bị thối hóa giống vsv Cịn cảm quan khơng ảnh hưởng Lý thuyết lúc trộn vào pha loãng Giống nhân xong phải cấy để hạn chế khoảng thời gian chết khiến cho vsv bị giảm hoạt tính Giống thường bảo quản dạng sấy thăng hoa sấy đông khô Hoạt hóa Sử dụng Hãng men: CHR hansen – mạnh vi khuẩn (đan mạch); Lallimand – mạnh men (Canada); Hydrate hóa vsv ~ q trình sấy có cho chất độn, mang bọc vsv Hydrate hóa hịa tan lớp Giải phóng; Hoạt hóa giúp tăng hoạt tính tốt ~ tăng sinh khối tốt (các nhà máy thường sử dụng) c Chuẩn bị môi trường: Mtruong: hỗn hợp chất để ni cấy vsv (phịng tn, cơng nghiệp) Medium ít; Media nhiều Mơi trường rắn: vật liệu rời: Gạo; đậu nành; tàu hũ (chao); Môi trường đặc biệt: môi trường thạch (môi trường lỏng + agar) Chỉ dùng quy mơ phịng thí nghiệm cho mục đích nghiên cứu khơng có sản xuất công nghiệp; Môi trường lỏng thường sử dụng tính đồng tốt so với mơi trường rắn Các nhà sản xuất thích mơi trường lỏng (có cánh khuấy Tăng tính đồng nhất) Tính đồng cao có ưu điểm: Kiểm sốt q trình lên men tốt (mẫu lấy đâu chỗ đồng ~ mẫu đại diện lấy dễ hơn) Điều khiển trình lên men đơn giản (điều kiện nhiệt độ; pH, O2; ) ~ hiệu chỉnh thông số công nghệ trình lên men theo yêu cầu nhà sản xuất dễ dàng hơn; Môi trường: Tự nhiên: Rẻ; ko ổn định (thành phần hóa học lạ (polyphenol; thuốc trừ sâu, ) khơng biết hết;; Tổng hợp: hóa chất tinh khiết, mắc tiền thành phần hóa học kiểm sốt ổn định xác; ~ sử dụng phổ biến phịng thí nghiệm chủ yếu Rút quy luật sinh trưởng phát triển (quy luật sinh học) giống vsv; Tổng hợp: Dùng nguyên liệu tự nhiên để nuôi cấy bổ sung số chất hóa học bên ngồi để hồn thiện mơi trường ni cấy; vd: mật rỉ thiếu đạm bổ sung sulphate almon để hồn thiện; ~ sử dụng phổ biến công nghiệp; C,H,O,N thành phần sống; Nguồn carbon hữu cơ; nhiên công nghệ sản phẩm trao đổi chất sử dụng chất C sinh học (cellulose, hydrocarbon (parafin)) để giảm giá thành sản phẩm; hữu đắt tiền, vơ rẻ (được sử dụng sản phẩm trao đổi chất) Yếu tố sinh trưởng (hợp chất hóa học) hợp chất hữu cần thiết cho vsv sinh trưởng phát triển cần với hàm lượng thấp; Thay đổi tùy theo lồi vsv.men tự tổng hợp vit B cịn vi khuẩn khơng Người ta thích chọn giống vsv yêu cầu nhiều yếu tố sinh trưởng ~ hạn chế bổ sung ~ hạn chế chi phí Chọn giống yêu cầu nhân tố sinh trưởng 15/3/2021 Thanh trùng tiệt trùng mơi trường Đây q trình chuẩn bị cho q trình lên men Có thể bỏ qua q trình diễn may mắn thơi Khả nhiễm vsv ngoại lai cao Mục đích thứ hồn thiện - ức chế vsv gây bệnh, đảm bảo tốt vệ sinh an tồn Bacillus Clostridium Có tạo bào tử, khó khăn q trình gia nhiệt Phương pháp: Vật lí Dung nhiệt độ cao (biến tính bất thuận nghịch, thấp 62-65 độ, cao 143 – 147 oC – tiệt trùng UHT); Kết hợp nhiệt độ áp suất cao Retord & Auto clave Khả ức chế vsv tốt hơn; Ức chế vsv có yếu tố cộng hưởng A + B > A – B Thường cn lên men áp dụng phối hợp yếu tố tối ưu Vi lọc – Micro filtration membrane: Giữ lại tế bào vsv màng; 0.45 micro met Tách nấm men nấm sợi; 0.2 micro met nhỏ hơn; o Tùy tình huống, mơi trường cặn trùng tốt cịn mơi trường có thành phần keo, huyền phù khác… Xử lí trước lọc ~ Dùng linh hoạt, không dung cho tất mơi trường mà xử lí riêng lẻ thành phần mơi trường mẫn cảm với nhiệt Hóa học SO2: Việt nam sử dụng phổ biến, nước ngồi cơng nghiệp rượu vang cịn sd o Có khả ức chế enzyme o Ức chế tế bào vsv o Chống Oxy hóa – hóa học (vì oxy hóa gồm oxy hóa hóa học oxy hóa enzyme sinh học xúc tác) Ức chế hóa học hóa sinh pH: thấp 4.5 loanh quanh trở xuống Ức chế vi sinh vật Phối hợp SO2 pH thấp tuyệt Phương pháp khác Kết hợp vật lý – hóa học; Slide 58 Mơi trường lỏng: Gia nhiệt gián tiếp trực tiếp – Tác nhân gia nhiệt nước bão hòa; o Thời gian gia nhiệt nhanh tổn thất lượng Nhưng nước bị trộn lẫn làm lạnh pha lỗng mơi trường Làm nguội chân không làm nguội gián tiếp – Trực tiếp o Thời gian gia nhiệt chậm tổn thất lượng nhiều – Gián tiếp Giai đoạn làm nguội chia làm nhiều giai đoạn: Nước nhiệt độ phòng tác nhân làm nguội ban đầu sau dung tác nhân lạnh để tiếp tục làm nguội ~ Tiết kiệm lượng cho trình làm nguội tận dụng nước làm nguội ban đầu phục vụ cho hoạt động khác nhà máy Nếu chưa đủ nóng gia nhiệt thêm Mục đích cuối tiết kiệm lượng Nước nhiệt độ phòng Tác nhân làm lạnh Môi trường rắn: Gia nhiệt trực tiếp only – Tác nhân gia nhiệt nước bão hòa o Xơng bão hịa trực tiếp vào ln để gia nhiệt – giữ nhiệt – làm nguội o Làm nguội trực tiếp khơng khí thường khơng khí lạnh Khơng khí phải Vẫn theo thứ tự khí mơi trường tới khơng khí lạnh Thời gian lưu thiết bị - Thời gian trùng – Thời gian tiệt trùng Nhớ ý đến tổn thất nhiệt độ để tính tốn độ dơi Q trình tiền lên men: Giống vsv Giữ giống – Quán triệt, hiểu rõ Quá trình nhân giống - Kluyver marxinas: tận dụng tốt, lên men tốt nhiều loại đường???? Tiềm tương lai Việt nam: nồng độ đường sản phẩm khoảng 10%, nước ngồi có nơi men chịu nồng độ đường 20% Quay lại chất lượng men Tạp chất quan trọng cần phải tách tạp chất kim loại – tạp chất từ tính Grain – rây, phân đoạn; Nghiền búa: chưa đủ mịn Nghiền dĩa mịn ~ hỗ trợ cho trình thủy phân tinh bột tốt Thủy phân tinh bột: - Mục đích khai thác - Hồ hóa dịch hóa gần giống (group lại) o Cần hỗ trợ enzyme để thực trình Cold mash process – Ở nhiệt độ thường (ko lạnh mà