Tiểu luận - VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM - ĐỀ TÀI : ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCMMÔN: VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨMĐỀ TÀI:ỨNG DỤNG VI SINH VẬTTRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌTGiảng viên hướng dẫn : Vũ Thị Lâm AnLớp : DH11VTSinh viên thực hiện :1. Mai Phương Anh_111560202. Dư Thị Giàu_111560293. Đào Thị Tâm Hạnh_111560054. Võ Thị Thảo Ly_111560435. Võ Hồng Phụng_111560526. Lê Thị Thảo_11156115MỤC LỤCTrangI. Giới thiệu sơ lược về bột ngọt 31. Lịch sử của bột ngọt 32. Công thức cấu tạo của acid glutamic 33. Chức năng sử dụng trong thực phẩm: chất tăng vị (umani) 5II. Quy trình sản xuất bột ngọt 61. Chuẩn bị dịch lên men 72. Giai đoạn lên men 73. Tinh sạch acid glutamic 74. Sự tạo thành bột ngọt Acid 8III. Tổng quan về quá trình lên men 81. Chủng loại, nguồn gốc vi sinh vật phân lập từ tự nhiên 82. Phương pháp đột biến tạo chủng vi khuẩn tổng hợp thừa LAG 10ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT22.1. Cơ chế phân tử của việc tổng hợp thừa LAG ở C. Glutamicum 112.2. Cải biến di truyền 133. Quá trình nuôi giống và nhân giống 144. Lên men 164.1. Bản chất của quá trình 164.2. Môi trường lên men glutamic acid 164.3. Điều kiện lên men glutamic acid 174.4. Quá trình lên men 175. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 185.1. Ảnh hưởng của pH 185.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ 185.3. Ảnh hưởng của thực khuẩn thể 195.4. Ảnh hưởng của dầu phá bọt 19IV. Một số ứng dụng khác của Corynebacterium glutamicum 19KẾT LUẬN 21TÀI LIỆU THAM KHẢO 22I.ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT3Giới thiệu sơ lược về bột ngọt1. Lịch sử của bột ngọtCách đây hàng ngàn năm người Nhật Bản bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm, họ đãphát hiện ra loại rong lá Laminaria japonica là một loại gia vị hảo hạng. Hoạt chất của loạirong lá này làm cho thức ăn có hương vị đậm đà.Năm 1980, nhà bác học Rittenhausen (Đức) xác định được cơ cấu của các protein độngvật, đặc biệt là amino acid kể cả acid glutamic.Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong biển làm cho thức ăn có mùi vị ngonlà Ikeda. Ông đã khám phá ra hoạt chất trích ly từ rong biển là monosodium glutamat, đây làmuối của acid glutamic. K.Ikeda đã đặt tên cho vị của acid glutamic là umani, một vị độc đáomà khoa học thời đó chưa miêu tả được, nó khác với các vị cơ bản ngọt, mặn, chua và đắng.Từ năm 1909, acid glutamic được sản xuất bằng cách thủy phân các nguồn protein cóchứa nhiều acid glutamic như đậu nành, gluten của lúa mì nhưng hiệu suất rất thấp (chỉ đạt50gkg đậu). Năm 1957, Kinoshita đã phát hiện vi khuẩn có khả năng tổng hợp và tiết acidglutamic với hàm lượng khá cao. Sau đó Asai cũng đã báo cáo về tổng hợp acid glutamic củamột số chủng vi khuẩn đặc biệt.Năm 1962, Kinoshita đã trình bày cơ chế lên men từ Corynebacterium glutamicum mộtcách hoàn chỉnh. Từ đó đến nay hàng loạt nhà máy lên men acid glutamic đã và đang đượcxây dựng tại hơn 20 nước trên thế giới như Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc, TháiLan, Việt Nam. Philipines, Pháp, Mỹ, Brasil, …Nghiên cứu về bột ngọt (Monosodium Glutamat)Bột ngọt (mì chính) có tên khoa học Natri Glutamat (C 5 H 8 NO 4 Na), là muối Natri của acidglutamic. Chất này có vị ngọt của nước ninh xương, nước luộc gà và nấm thơm, kích thích vịgiác mạnh. Acid glutamic là amino acid chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các amino acid tạo proteincơ thể (1520% trọng lượng).2. Công thức cấu tạo :Công thức cấu tạo của Acid Glutamic :ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT4Công thức cấu tạo của Natri Glutamat :Có nhiều cách gọi tên khácnhau: MSG, monosodium glutamat, muối LGlutamic acid Monosodium, Monosodium Lglutamat.Tính chất Natri Glutamat: Hình dạng vật lý: tinh thể rắn Màu: trắng pha lê Tan trong nước và rượu Nhiệt độ nóng chảy: 232 0 C Nồng độ hòa tan: 100mg chất100ml nước pH: 7.0 (0,2% dung dịch) Tính ổn định: ổn định dưới điều kiện bình thường.Hình 1: Tinh thể bọt ngọtBột ngọt dạng tự nhiên trong thực phẩm cũng như trong các tế bào tồn tại dưới hai trạngthái: trạng thái độc lập và trạng thái liên kết với các amino acid khác trong thành phần protein.Khi trong trạng thái độc lập, bột ngọt mới có thể phát huy tác dụng tạo hương vị đậm đà chomón ăn. Bên cạnh bọt ngọt truyền thống, còn có một số chất được gọi là siêu bột ngọt ( IMPvà GMP). Chất này tạo vị umani cao gấp khoảng 10 lần so với bột ngọt thường. Nó được sửdụng rộng rãi trong các sản phẩm như mì ăn liền, hạt nêm,…

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM MÔN: VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT Giảng viên hướng dẫn : Vũ Thị Lâm An Lớp : DH11VT Sinh viên thực : Mai Phương Anh_11156020 Dư Thị Giàu_11156029 Đào Thị Tâm Hạnh_11156005 Võ Thị Thảo Ly_11156043 Võ Hồng Phụng_11156052 Lê Thị Thảo_11156115 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT MỤC LỤC Trang I Giới thiệu sơ lược bột .3 Lịch sử bột Công thức cấu tạo acid glutamic 3 Chức sử dụng thực phẩm: chất tăng vị (umani) II Quy trình sản xuất bột Chuẩn bị dịch lên men .7 Giai đoạn lên men Tinh acid glutamic Sự tạo thành bột Acid .8 III Tổng quan trình lên men Chủng loại, nguồn gốc vi sinh vật phân lập từ tự nhiên Phương pháp đột biến tạo chủng vi khuẩn tổng hợp thừa L-AG 10 2.1 Cơ chế phân tử việc tổng hợp thừa L-AG C Glutamicum 11 2.2 Cải biến di truyền 13 Q trình ni giống nhân giống .14 Lên men 16 4.1 Bản chất trình 16 4.2 Môi trường lên men glutamic acid .16 4.3 Điều kiện lên men glutamic acid 17 4.4 Quá trình lên men 17 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 18 5.1 Ảnh hưởng pH .18 5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ .18 5.3 Ảnh hưởng thực khuẩn thể .19 5.4 Ảnh hưởng dầu phá bọt 19 IV Một số ứng dụng khác Corynebacterium glutamicum 19 KẾT LUẬN 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT I Giới thiệu sơ lược bột Lịch sử bột Cách hàng ngàn năm người Nhật Bản bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm, họ phát loại rong Laminaria japonica loại gia vị hảo hạng Hoạt chất loại rong làm cho thức ăn có hương vị đậm đà Năm 1980, nhà bác học Rittenhausen (Đức) xác định cấu protein động vật, đặc biệt amino acid kể acid glutamic Tuy nhiên, việc phát hoạt chất có rong biển làm cho thức ăn có mùi vị ngon Ikeda Ông khám phá hoạt chất trích ly từ rong biển monosodium glutamat, muối acid glutamic K.Ikeda đặt tên cho vị acid glutamic umani, vị độc đáo mà khoa học thời chưa miêu tả được, khác với vị ngọt, mặn, chua đắng Từ năm 1909, acid glutamic sản xuất cách thủy phân nguồn protein có chứa nhiều acid glutamic đậu nành, gluten lúa mì hiệu suất thấp (chỉ đạt 50g/kg đậu) Năm 1957, Kinoshita phát vi khuẩn có khả tổng hợp tiết acid glutamic với hàm lượng cao Sau Asai báo cáo tổng hợp acid glutamic số chủng vi khuẩn đặc biệt Năm 1962, Kinoshita trình bày chế lên men từ Corynebacterium glutamicum cách hồn chỉnh Từ đến hàng loạt nhà máy lên men acid glutamic xây dựng 20 nước giới Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc, Thái Lan, Việt Nam Philipines, Pháp, Mỹ, Brasil, … Nghiên cứu bột (Monosodium Glutamat) Bột (mì chính) có tên khoa học Natri Glutamat (C 5H8NO4Na), muối Natri acid glutamic Chất có vị nước ninh xương, nước luộc gà nấm thơm, kích thích vị giác mạnh Acid glutamic amino acid chiếm tỉ lệ lớn amino acid tạo protein thể (15-20% trọng lượng) Công thức cấu tạo : Công thức cấu tạo Acid Glutamic : ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT Công thức cấu tạo Natri Glutamat : Có nhiều cách gọi tên khác nhau: MSG, monosodium glutamat, muối L-Glutamic acid Monosodium, Monosodium L-glutamat Tính chất Natri Glutamat: • Hình dạng vật lý: tinh thể rắn • Màu: trắng pha lê • Tan nước rượu • Nhiệt độ nóng chảy: 2320C • Nồng độ hịa tan: 100mg chất/100ml nước • pH: 7.0 (0,2% dung dịch) • Tính ổn định: ổn định điều kiện bình thường Hình 1: Tinh thể bọt Bột dạng tự nhiên thực phẩm tế bào tồn hai trạng thái: trạng thái độc lập trạng thái liên kết với amino acid khác thành phần protein Khi trạng thái độc lập, bột phát huy tác dụng tạo hương vị đậm đà cho ăn Bên cạnh bọt truyền thống, cịn có số chất gọi siêu bột ( IMP GMP) Chất tạo vị umani cao gấp khoảng 10 lần so với bột thường Nó sử dụng rộng rãi sản phẩm mì ăn liền, hạt nêm,… ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT Chức sử dụng thực phẩm: chất tăng vị (umani) Bột có sẵn thực phẩm tự nhiên thịt, cá, sữa (kể sữa mẹ) có thành phần loại rau củ như: cà chua Đậu hà lan, bắp, cà rốt, … Vai trò acid glutamic: - Acid glutamic cần cho sống, loại amino acid đóng vai trị quan trọng q trình trao đổi chất người động vật, việc xây dựng protein, xây dụng cấu trúc tế bào - Đảm nhiệm chức tổng hợp nên amino acid khác alanin Cystein, prolin, … - Tham gia vào phản ứng chuyển amin, giúp thể tiêu hóa nhóm amin tách NH khỏi thể - Được dùng làm thuốc chữa bệnh thần kinh tâm thần, bệnh chậm phát triển trẻ em, bệnh bại liệt - Làm nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp số hóa chất quan trọng: + N-acetylglutamat chất hoạt động bề mặt, vi sinh vật phân giải được, ăn da, sử dụng rộng rãi cơng nghiệp thực phẩm, xà phịng, dầu gội đầu + Acid oxopyrolidicacboxylic, dẫn xuất khác acid glutamic dùng làm chất giữ ẩm mỹ phẩm + Acetylglutamat dùng xử lý ô nhiễm nước biển dầu hỏa dầu thực vật gây nên Hình : Một số sản phẩm bột thị trường ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT II Quy trình sản xuất bột Hình : Quy trình sản xuất bột ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT Quy trình cơng nghệ sản xuất bột sử dụng rộng rãi áp dụng công nghệ vi sinh trước hết tạo acid glutamic, sau dùng NaOH nồng độ cao để sản xuất bột Đầu tiên, để tạo acid glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu dịch có đường, rỉ đường, nguồn nguyên liệu tinh bột qua giai đoạn đường hóa Hiện nay, nguyên liệu tinh bột sử dụng nhiều khoai mì (cây sắn) Quá trình lên men vi khuẩn xúc tác nhờ hệ enzym có sẵn vi khuẩn, chuyển hóa qua nhiều giai đoạn trung gian với nhiều phản ứng khác tạo nhiều sản phẩm phụ, cuối sản phẩm acid glutamic • Quy trình cơng nghệ tạo acid glutamic gồm giai đoạn sau: Chuẩn bị dịch lên men: Môi trường lên men chuẩn bị sẵn từ nguyên liệu đường tinh bột phối chế bổ sung dưỡng chất muối phosphate, sunfat, biotin, vitamin B, muối amoni, sau khử trùng kỹ trước cấy vi khuẩn lên men glutamic vào - gọi corynebacterium glutamicum Giai đoạn lên men: Các dung dịch nhân sinh khối vi khuẩn, dung dịch lên men chuyển vào dụng cụ, thiết bị lên men, sau cho vi khuẩn lên men vào, cho lên men điều kiện thống khí, giữ nhiệt độ 32 – 37oC thời gian 38 – 40 giờ.Trong trình lên men, dịch đường chuyển hố thành dung dịch acid glutamic Kết thúc q trình lên men, lượng acid glutamic đạt 50 – 60 g/lít Trong thời gian lên men, pH chuyển dần sang acid hình thành acid glutamic người ta thường bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường nguồn amoni (NH 4Cl, (NH4)2SO4, urê) để giữ ổn định độ pH cho vi khuẩn hoạt động tốt Khơng để điều kiện lên men yếm khí sản phẩm tạo acid lactic Để tạo thống khí, thiết bị lên men bố trí phận khuấy trộn dịch với tốc độ V = 450 vòng/phút Tinh acid glutamic: Kết thúc trình lên men, acid glutamic tạo thành với số tạp chất khác, cần phải tinh chế tạp chất khỏi dung dịch chứa acid glutamic Phương pháp thường dùng nhựa trao đổi rezin Nhựa trao đổi rezin có hai loại: rezin dương tính (mang tính acid) rezin âm tính (mang tính kiềm) ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT Dịch lên men có chứa acid glutamic tạp chất cho chảy qua cột nhựa (có chứa rezin – chất sử dụng làm tinh acid glutamic).từ lên với tốc độ 150 – 180 lít/ phút, thời gian chảy qua cột 150 – 180 phút Song song, người ta cho dòng nước chảy qua cột chiều với dung dịch lên men để rửa vi khuẩn bám vào bề mặt rezin Giữ nhiệt độ cột trao đổi ion 60 – 65oC Sau kết thúc trình trao đổi ion, dùng NaOH – 5% để tách acid glutamic khỏi cột (tốc độ chảy NaOH – 6m/ giờ, lưu lượng 100lít/ phút) Để khử màu, người ta sử dụng than hoạt tính Sau đó, cách điều chỉnh độ pH nhiệt độ phù hợp, người ta thu tinh thể acid glutamic với lượng 77 – 88%, cao Sự tạo thành bột Acid: Đến đây, người ta có acid glutamic.Từ acid glutamic, người ta tạo bột cách dùng NaOH 40 – 50% để trung hòa dung dịch acid glutamic đến pH = 6,8 Sau đem lọc, đặc, kết tinh phương pháp sấy chân không nhiệt độ thấp Sau sấy, bột đóng thành tảng, hạt tinh thể không đồng nên yêu cầu phải nghiền  Người ta sử dụng hệ thống nghiền bi thép không rỉ để nghiền tảng tinh thể thành bột  Sau đó, dùng rây làm lụa sợi hóa học để rây, lọc thành hạt có kích thước đồng Yêu cầu chất lượng sản phẩm phải tinh thể màu trắng, có kích thước > 1mm, đồng đều, độ tinh khiết 80 – 99%, độ ẩm 0.82 mol Glutamic acid + 1.94 mol CO2 − Nhiệt độ tối ưu cho lên men glutamic acid khoảng 30-35oC _ Các dụng cụ, thiết bị, hệ thống ông dẫn phải đảm bảo yêu cầu vô khuẩn 4.4 Quá trình lên men Đây khâu định dối với toàn dây chuyên sản xuất - Mục đích: Thơng qua hoạt động sống vsv điều kiện thích hợp để chuyển đường glucoza số hợp chất vô hữu thành acid glutamic - Yêu cầu : Hệ số chuyển hoá cao tốt tức tiêu hao lượng đường định đơn vị thể tích định lượng acid glutamic tạo thành nhiều tốt, thời gian lên men ngắn tốt - Nguyên liệu cho lên men gồm: Đường glucoza, MgSO 4, KCl( KOH), H3PO4, nước chấm, rỉ đường , urea, dầu lạc, Na 2CO3 (NaOH) tất phải qua khâu trùng  làm nguội tới 32oC - Tiến hành lên men: Trong thiết bị lên men phải có đầy đủ chất cho trình len men hiếu khí mơi trường Q trình lên men q trình vi khuẩn sinh sản phát triển sử dụng đường, đạm, vơ muối khống để sinh khối tạo acid glutamic khuếch tán vào môi trường  Quá trình lên men chia thành giai đoạn: Giai đoạn đầu: - 12 chủ yếu sinh khối, làm cho vi khuẩn lớn lên, đạt kích thước cực đại bắt đầu sinh sản, phân chia Những biểu giai đoạn này: • • • • Càng cuối giai đoạn tốc độ tăng nhiệt nhanh pH tăng dần từ 6,5 – 6,7 lên 7,5 – Bọt tạo thành tăng dần Lượng đường tạo thành tăng dần, thường – đầu hao ít, sau tốc độ hao nhanh • Lượng tế bào vi khuẩn tăng dần từ khoảng 0,13 – 0,14 đến (số đo OD máy so màu) • Hàm lượng acid glutamic chưa có 17 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT Giai đoạn giữa: từ 12 đến 24 Tạo acid glutamic mạnh Giai đoạn giữ cho tế bào không tăng thêm tăng ít, đường hao nhanh Lượng acid glutamic tạo thành lại hịa tan vào mơi trường làm cho pH môi trường giảm dần, CO bay nhiều, bọt tăng ạt  cần khử bọt, dùng lượng dầu thích hợp để phá bọt ( dầu lạc thơ hay polyglycol) Giai đoạn cuối: Những cịn lại tất biểu giảm dần hàm lượng đường cịn