Trong công nghiệp sản xuất sinh khối nấm men th−ờng hay dùng
Saccharomyces cerevisiae lμ loμi đ−ợc sử dụng vμo nhiều lĩnh vực của công nghiệp thực phẩm (lên men r−ợu, bia, lμm nở bột mì, lμm thức ăn gia súc ...). Tuỳ theo điều kiện lên men hiếu khí hay kỵ khí mμ ta có các sản phẩm khác nhau. Khi lên men kỵ khí để tạo ra alcol ethylic, nấm men đã biến đổi đ−ờng theo phản ứng sau:
C12H22O11 + H2O C2H5OH + CO2 + H2O
Trong điều kiện lên men hiếu khí, nấm men sử dụng đ−ờng để phát triển tăng tích luỹ sinh khối lμ chính. Tuy nhiên vẫn tạo thμnh một l−ợng nhỏ alcol ethylic. Ph−ơng trình biểu diễn biến đổi đ−ờng trong lên men hiếu khí nh− sau:
C12H22O11 + H2O Sinh khối + CO2 + H2O
2.1. Sản xuất sinh khối nấm men từ rỉ đ−ờng
Trong công nghệ sản xuất đ−ờng từ củ cải đ−ờng hoặc từ mía, sau khi kết tinh đ−ờng, phần còn lại không kết tinh đ−ợc nữa gọi lμ rỉ đ−ờng. Rỉ đ−ờng dùng lμm nguyên liệu cho nhiều quá trình lên men vì có giá thμnh rất rẻ. Trong rỉ đ−ờng ngoμi thμnh phần chính lμ saccharose nó còn chứa một số chất vô cơ, hữu cơ vμ vitamin có giá trị. Sản l−ợng trung bình của rỉ đ−ờng chứa 50% saccharose, dao động từ 3,5% đến 4,5% tính theo nguyên liệu dùng chế đ−ờng. Hμm l−ợng saccharose chứa trong rỉ đ−ờng phụ thuộc rất nhiều vμo hμm l−ợng các muối vô cơ. Muối K vμ Na lμm cản trở quá trình kết tinh đ−ờng, ng−ợc lại muối Mg lại lμm tăng khả năng kết tinh đ−ờng. Thμnh phần của rỉ đ−ờng mía vμ củ cải lμ khác nhau (bảng 5.4).
Bảng 5.4. Thành phần của rỉ đ−ờng củ cải và rỉ đ−ờng mía chứa 75% chất khô
Thành phần Đơn vị tính Rỉ đ−ờng củ cải Rỉ đ−ờng mía
Đ−ờng tổng số (%) 48-52 48-56 Chất hữu cơ (%) 12-17 9-12 Protein (Nx 6,25) (%) 6-10 2-4 K (%) 2,0-7,0 1,5-5,0 Ca (%) 0,1- 0,5 0,4- 0,8 Mg (%) 0,09 0,06 P (%) 0,02-0,07 0,6-2,0 Biotin (mg/kg) 0,02-0,15 1,0-3,0 Acid pantothenic (mg/kg) 50-110 15-55 Inositol (mg/kg) 5.000-8000 2.500-6.000 Thiamin (mg/kg) ~ 1,3 ~1,8
Sự khác biệt giữa rỉ đ−ờng mía vμ rỉ đ−ờng củ cải lμ hμm l−ợng biotin. Rỉ đ−ờng mía chứa khoảng 2,5 mcg biotin/g, gấp khoảng 20 lần rỉ đ−ờng củ cải. Rỉ đ−ờng củ cải có hμm l−ợng acid pantothenic gấp 2-4 lần rỉ đ−ờng mía. Vì vậy khi sử dụng rỉ đ−ờng mía để sản xuất men bánh mì cần phải bổ sung acid nμy.
Rỉ đ−ờng cần đ−ợc xử lý tr−ớc khi pha chế môi tr−ờng để nuôi cấy. Th−ờng đ−ợc acid hoá bằng acid sulfuric tới pH 4 vμ nâng nhiệt độ lên 120 - 1250C trong 1 phút để kết tủa một số chất lơ lửng. Đồng thời bổ sung thêm những thμnh phần cần thiết cho men phát triển. Rỉ đ−ờng cũng lμ môi tr−ờng tốt cho một số vi sinh vật lạ phát triển lμm hỏng quá trình nuôi men, nên môi tr−ờng pha chế xong cần đ−ợc khử trùng.
Để sản xuất men bánh mì th−ờng chỉ sử dụng S. cerevisiae. Cũng có nhiều nghiên cứu tìm cách sử dụng các loμi Torula, Candida vμOspora để sản xuất men bánh mì nh−ng ch−a thμnh công trong sản xuất công nghiệp.
ở Anh có loại ”nấm men bông” lên men nổi, có xu h−ớng tạo thμnh bông mạnh vμ do đó chúng dễ dμng tách khỏi môi tr−ờng mμ không cần đến ly tâm, rất thuận tiện cho sản xuất. Chúng cũng đ−ợc sử dụng lμm men bánh mì.
S. cerevisiae lμ loại vi sinh vật có thể sống vμ phát triển trong cả điều kiện có oxy vμ không có oxy. Khi sinh tr−ởng trong điều kiện hiếu khí chúng cần biotin, còn nhu cầu về inositol vμ acid pantothenic thay đổi theo từng chủng. Ngoμi các nhu cầu trên, nấm men còn cần các thμnh phần khác nh−
acid béo không no vμ ergosterol, một số chủng còn cần cả acid nicotinic. Trong điều kiện kỵ khí bắt buộc nếu thiếu các thμnh phần nμy, nấm men chỉ phát triển trong một vμi thế hệ sau đó dừng lại hoμn toμn.
Quan hệ của nấm men với oxy lμ mối quan hệ phức tạp, điều nμy đã đ−ợc kiểm chứng qua nghiên cứu về hiệu ứng trao đổi ôxy của nấm men. Ngoμi hiệu ứng Pasteur, còn có hiệu ứng Pasteur ng−ợc, hiệu ứng glucose hay sự kiềm chế dị hoá. Tốc độ sinh tr−ởng của nấm men phụ thuộc rất nhiều vμo nồng độ oxy trong môi tr−ờng (hình 5.1).
Nồng độ oxy chứa trong môi tr−ờng có ảnh h−ởng gián tiếp lên các enzym điều khiển quá trình biến đổi glucose. Có thể kiềm chế dị hoá đó bằng cách nuôi nấm men ở nồng độ glucose thấp nh− trong hệ thống lên men liên tục. Có thể tính toán nồng độ glucose cần thiết để men phát triển bình th−ờng, sau đó bổ sung đ−ờng theo chu kỳ, khống chế để men phát triển với tốc độ tối đa. Nếu đ−ờng nạp vμo thừa thì nấm men sẽ chuyển h−ớng trao đổi chất từ thuần tuý hô hấp sang lên men, lúc đó có thể phát hiện thấy ethanol trong khí thải ra. Qui trình sản xuất men bánh mỳ có thể minh họa bằng sơ đồ (hình 5.2).
Hình 5.2. Sơ đồ qui trình sản xuất men bánh mì