II. ĐẶC ĐIỂM 1 N ấ m men (Yeast)
3. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VI NẤM TRONG CƠNG NGHIỆP •Sản xuất sinh khối giàu protein từ nấm men
Từ cuối thế kỷ 20, L.Pasteur (1958) và Duclaux (1864) đã phát hiện thấy nấm men cĩ khả năng sinh sơi nảy nở trên mơi trường cĩ nguồn thức ăn N vơ cơ. Năm 1915, Classen đã chứng minh cĩ thể nuơi nấm men trong mơi trường chứa 0,5-1% đường cùng một lượng nhỏ sunfat amon.
Tế bào nấm men cĩ chứa rất nhiều protein (15-50%), vitamin nhĩm B, gluxit (20-40%), lipid (5-20%) a.nucleic 10%… Do đĩ, sinh khối nấm men cĩ thể coi là nguồn bổ sung dinh dưỡng quan trọng trong chăn nuơi và ngay cả dùng làm thức ăn giàu protein bổ sung cho con người trong hồn cảnh nhân loại đang thiếu protein thì điều này càng cĩ ý nghĩa quan trọng. Nguồn protein thu được từ nấm men cĩ ưu việt là
rất kinh tế bởi vì nấm men phát triển với một tốc độ cực kỳ nhanh chĩng- so với các lồi động vật nuơi cho protid như cá, heo, trâu bị…gấp đến hằng chục ngàn lần, hơn ngũ cốc hằng trăm lần. Nếu cấy 300kg nấm men giống vào hệ thống lên men sau 24h cĩ thể tạo được 25-30ngàn kg sinh khối, chứa 11000 –13000kg protein dễ tiêu hĩa. Trong khi đĩ, 1 con bị 300kg sau 24h chăm sĩc tốt cũng chỉ tăng trung bình 1,1-1,2kg thể trọng trong đĩ chỉ cĩ khoảng 120g protein. Một nhà máy cĩ cơng suất 28-30 tấn sinh khối /ngày cĩ thể cho 9,2 –9,9 nghìn tấn sinh khối /năm tương ứng với 4-5 nghìn tấn protein dễ tiêu hĩa. Vì thế hiện nay các nước phát triển đều chú ý đáng kể đến ngành sản xuất này.
Một đặc điểm rất đáng chú ý là nguồn nguyên liệu để sản xuất sinh khối nấm men lại là các loại phụ phế liệu do các nhà máy thải ra, rất đa dạng và rẽ tiền (như rỉ đường, nước thải tinh bột, các phế liệu dầu mỏ…) nên việc tận dụng các nguồn nguyên liệu này cịn gĩp phần hạn chế ơ nhiễm mơi trường.
Nguồn nguyên liệu:
- Nhĩm nguyên liệu cĩ đường (rỉ đường, huyết thanh, dịch ép phế liệu cơng nghiệp đồ hộp trái cây…)
- Nhĩm nguyên liệu cĩ bột: từ các nhà máy sản xuất tinh bột (nước thải tinh bột) - Nhĩm nguyên liệu cĩ cellulose: phế liệu của nhà máy gỗ, giấy, bơng…
- Nhĩm nguyên liệu phế liệu dầu mỏ
Tuỳ theo chủng nấm men mà chọn lựa nguyên liệu sử dụng cho phù hợp
Dưới đây là một số chủng nấm men quan trọng trong sản xuất sinh khối tường ứng với nguyên liệu sử dụng:
Cơ chất Chủng nấm men Rỉ đường
Dung dịch đường
- Saccharomyces cerevisiae - Candida tropicalis và C.utilis Dịch thuỷ phân cellulose - Candida tropicalis
- Candida utilis
Tinh bột và nước thải tinh bột - Endomycopsis fibuoigera - C.utilis và C.tropicalis
Nhũ thanh - Torula cremoris
- Torula lactosa
n-ankan - Sac. Fragilis
- Candida pseudotropicalis Metan và methanol - C. methanolica
- Hansenula capsulata Nước thải chứa dầu mỡ - Candida utilis
* Qui trình sản xuất
Nguyên liệu
Xử lý sơ bộ
Thanh trùng NL
Nuôi ở toấm 300C vài ngày cho tế bào nấm men phát
triễn tăng sinh khối
Ly tâm thu sinh khối Tế bào nấm men
Nghiền phá vỡ tế bào
Protein Xử lý tinh sạch Protein tinh sạch
Dược phẩm Thức ăn gia súc CN thực phẩm - Tách tạp chất
- Pha loãng nồng độ đường
- Bổ sung thêm chất dinh dưỡng…
Bổ sung nấm men Sục khí
Dùng dung môi hoặc các phương pháp tủa khác thu protein
Lưu ý: Khi sử dụng làm thực phẩm thì về tính chất cảm quan: protein thu được từ nấm men thiếu độ dai và khơng cĩ màu sắc như protein động thực vật. Do đĩ, người ta khắc phục bằng cách:
- Màu sắc: nhuộm màu phới hồng như thịt
- Độ dai: trộn thêm các protein hình sợi để tăng độ dai ( như collagen, ceratin, gelatin…)
• Trong cơng nghiệp sản xuất các acid hữu cơ
Acid citric cịn gọi là acid limonic là một chất tinh thể rắn, cĩ vị chua, dễ hịa tan trong nước, là một acid quan trọng trong cơng nghiệp thực phẩm như dùng trong sản xuất bánh kẹo, rau quả, thịt cá, mứt trái cây đĩng hộp. Ngồi ra trong cơng nghiệp phim ảnh, in, y học cũng cần acid citric.
Acid citric cĩ thểđược thu nhận từ 3 nguồn: - Tách chiết từ hoa quả và lá cây
- Tổng hợp hĩa học - Lên men
Trong 3 phương pháp này thì lên men được xem là phương pháp cĩ hiệu quả kinh tế nhất. Do đĩ, nĩ được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp sản xuất acid citric trên thế giới hiện nay.
Trong số các chủng vi nấm cĩ khả năng sản xuất acid citric ( nấm men Candida lipolytica, C.tropicalis, C.fibriae; nấm mốc Aspergillus awamori, Asp usamoi, Asp.niger…) thì cho cho hiệu suất tạo acid citric cao là Asp.niger
Nguồn nguyên liệu sử dụng cho lên men: hiện nay, đa số các nhà máy sử dụng mật rỉ hoặc mật củ cải đường để nuơi nấm mốc sản xuất acid citric. Mật rỉ là nguồn phế liệu của cơng nghiệp đường mía, chứa khoảng 30-35% đường, ngồi ra trong thành phần mật rỉ cịn chứa nhiều vitamin B và H rất tốt cho sự tăng trưởng của nấm mốc. Ngồi ra cần bổ sung thêm một số thành phần khác vào mơi trường lên men để kích thích sự tạo acid citric như :
- K4Fe(CN)6 để loại các kim loại cĩ trong mật rỉ cĩ ảnh hưởng đến hiệu suất tạo acid citric của Asp.niger
- Khống nitrogen : NH4(SO4) hoặc urea - Khống Phospho: KH2PO4
Ngồi ra việc bổ sung thêm ethanol hoặc methanol trong mơi trường lên men cĩ tác dụng ức chế tạo bào tử và kích thích sự tích luỹ acid citric trong tế bào nấm mốc. * Phương pháp lên men:
- Lên men bề mặt: Mơi trường lên men sau khi khử trùng sẽ cho vào các khay nhơm kích thước 1m x 2m x 0,15m hoặc 4m x 5m x 0,2m , để nguội + ethanol 2% và phun bào tử (107 tế bào / g)
Thơng giĩ, nhiệt độ 30 –320C Thời gian lên men 8-9 ngày
Sau khi kết thúc lên men, rửa màng khuẩn ty bằng nước nĩng, dích acid citric cĩ hàm lượng 70-100 g/l tuỳ loại giống và điều kiện lên men, hiệu suất sử dụng đường 50-70% Ưu điểm: thiết bị lên men đơn giản, điều kiện lên men dễ, khi nhiễm chỉ nhiễm từng khay
Khuyết điểm: tốn diện tích và nhân cơng
- Lên men chìm: phương pháp này được áp dụng vào năm 1930 để sản xuất acid citric. Nấm mốc tạo ra hệ sợi nằm tồn bộ trong mơi trường lỏng và phát triển theo chiều sâu của mơi trường
Nuơi cấy chìm được tiến hành trong các thùng lên men 10000-15000lít chứa mơi trường dinh dưỡng cĩ cánh khuấy liên tục để cung cấp oxy cho vi sinh vật phát triển; lên man hồn tồn vơ trùng, thời gian lên men 6 ngày. Dịch acid citric cĩ hàm lượng 120g/l tuỳ loại giống và điều kiện lên men. Hiệu suất sử dụng đường là 50-85%
Ưu điểm: dễ cơ khí hố, ít tốn nhân cơng, diện tích bề mặt nhỏ, hiệu suất tổng hợp cao Nhược điểm: thiết bị hiện đại, điều kiện vơ trùng tuyệt đối, cần cĩ sựđầu tư kỹ thuật và cơng nghệ cao.
Tuy vậy, đây vẫn là phương pháp được sử dụng hầu hết trong cơng nghiệp sản xuất acid citric từ nấm mốc Asp. niger
- Lên men xốp: đây cũng là phương pháp lên men bề mặt nhưng sử dụng trên mơi trường bán rắn ( tinh bột, bã khoai mì, bã ngơ, bã các loại trái cây…)
• Trong cơng nghiệp sản xuất các acid amin • Trong cơng nghiệp sản xuất tương, chao • Trong cơng nghiệp sản xuất enzym • Trong cơng nghiệp sản xuất vitamin