Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất sinh khối vi khuẩn Lactobacillus acidophilus, năng suất 900 tấn năm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT TÓM TẮT Bản thuyết minh gồm có 10 chương Chương 1 Phân tích lập luận kinh tế của khu công nghiệp Tịnh Phong, huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi về đặc điểm thiên nhiên, vùng nguyên liệu, nguồn cung cấp điện hơi nước, nhiên liệu, giao thông vận tải, nhân lực, thị trường tiêu thụ và năng suất nhà máy Chương 2 Tổng quan về sản phẩm sinh kh.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
- Chương 1: Phân tích lập luận kinh tế của khu công nghiệp Tịnh Phong, huyện Sơn Tịnh,tỉnh Quảng Ngãi về đặc điểm thiên nhiên, vùng nguyên liệu, nguồn cung cấp điện - hơi - nước, nhiên liệu, giao thông vận tải, nhân lực, thị trường tiêu thụ và năng suất nhà máy.
- Chương 2: Tổng quan về sản phẩm sinh khối vi khuẩn lactic, nguyên liệu để sản xuất chế phẩm dịch sinh khối vi khuẩn Các phương pháp sản xuất và lựa chọn phương pháp phù hợp với sản xuất công nghiệp Ứng dụng của sản phẩm và tình hình nghiên cứu trong
để tiến hành lựa chọn thiết bị
- Chương 5: Tính toán và chọn thiết bị cho mỗi công đoạn, số lượng thiết bị cần thiết để
bố trí mặt bằng nhà máy
- Chương 6: Tính nhiệt – hơi – nước cần cung cấp cho toàn bộ nhà máy Tính tổ chức, chế
độ làm việc của nhà máy
- Chương 7: Tính tổ chức, chế độ làm việc của nhà máy
- Chương 8: Tính xây dựng và quy hoạch tổng mặt bằng
- Chương 9: Kiểm tra sản xuất, nguyên liệu và sản phẩm
- Chương 10: An toàn lao động, vệ sinh xí nghiệp, phòng chống cháy nổ
Trang 4KHOA HÓA
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Ngô Kha Quý Số thẻ sinh viên: 107170261
Lớp: 17SH Khoa: Hóa Ngành: Công nghệ sinh học
1 Tên đề tài đồ án:
Thiết kế nhà máy sản xuất sinh khối vi khuẩn Lactobacillus acidophilus, năng suất 900
tấn / năm
2 Đề tài thuộc diện:
☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Chế phẩm sinh khối vi khuẩn lactic với năng xuất 900 tấn sản phẩm/năm
Chế phẩm sinh khối vi khuẩn lactic dạng dịch tế bào
Hao hụt trong từng công đoạn tự chọn
Tỉ lệ giống cấp vào là 10% so với khối lượng dịch môi trường
Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật
Chương 2: Tổng quan tài liệu
Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ
Chương 4: Tính toán cân bằng vật chất
Trang 5 Chương 10: An toán lao động và vệ sinh xí nghiệp
Kết luận
Tài liệu tham khảo
5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
Bản vẽ số 1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất (A0)
Bản vẽ số 2: Mặt bằng phân xưởng sản xuất (A0)
Bản vẽ số 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất (A0)
Bản vẽ số 5: Tổng mặt bằng nhà máy (A0)
6 Họ tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Minh Xuân
7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 05/10/2021
Cán bộ hướng dẫn(Kí và ghi rõ họ tên)
TS NGUYỄN THỊ MINH XUÂN
Trang 6tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp em hoàn thành nhiệm vụ đồ ántốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệSinh học - Khoa Hóa - Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, những người đã dìu dắt vàtruyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt những năm học tập và rènluyện tại trường
Con xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, tốtnhất và luôn dõi theo con, động viên con mỗi lúc khó khăn để con có thể hoàn thành tốtnhất những mục tiêu đã đặt ra trong suốt thời gian theo học tại trường
Em xin chúc cô TS Nguyễn Thị Minh Xuân giữ gìn sức khỏe thật tốt, đồng kínhchúc quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Sinh học lời chúc sức khỏe và thành công trongcông việc của mình
Đà Nẵng, ngày 16 tháng 03 năm 2022
Sinh viên thực hiện
Ngô Kha Quý
Trang 7học của TS Nguyễn Thị Minh Xuân Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đồ án này làtrung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong cácbảng biểu phục vụ cho việc tính toán, nhận xét, đánh giá được chính tôi thu thập từ cácnguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu củacác tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.Nếu pháthiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án củamình Trường đại học Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng không liên quan đến những vi phạmtác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)
Sinh viên thực hiện
Ngô Kha Quý
Trang 8quan đến xử lý nguồn phế liệu sau sản xuất Trong đó có ngành công nghiệp sản xuấtđường mà ở đó một lượng không nhỏ mật rỉ đường của các nhà máy này thải ra được tậndụng triệt để để sản xuất những sản phẩm có giá trị khác rất hữu ích Với những ứng dụngCông nghệ Sinh học đã sử dụng nguồn mật rỉ này để lên men tạo nên những sản phẩm cógiá trị như: acid glutamic, acid citric, L-lysine,…cũng như lên men thu sinh khối làmnguyên liệu sử dụng trong công nghiệp được quan tâm nhiều trong những năm gần đây.
Trong nhiều năm trở lại đây vấn đề sản xuất và cung sinh khối vi sinh vật phụcvụcho các nghành công nghiệp sản xuất đã trở nên phổ biến và nó đã được thươngmại hóa
để trở thành một nghành sản xuất quan trọng ở nhiều quốc gia trên thếgiới Các chế phẩmcủa nó cũng ngày càng đa dạng như vi khuẩn, nấm men, nấm sợi …Vi khuẩn lactic cũngkhông nằm ngoài xu thế đó, ngày càng có nhiều nước trên thế giới sản xuất và thu nhậnsinh khối vi khuẩn lactic Chúng được sản xuất và cung ứng để phục vụ cho các nghànhcông nghiệp thực phẩm, nông nghiệp, y học, môi trường và đặt biệt mới phát triển là suhướng công nghiệp mỹ phẩm làm đẹp bằng vi khuẩn probiotic Xu hướng sản xuất vikhuẩn lactic hiện nay cho thấy phương pháp lên men chìm bằng thiết bị lên men có cánhkhuấy.Có nhiều loại vikhuẩn lactic dùng trong sản xuất ở đây chúng tôi chọn chủng
Lactobacillus acidophilus để thực hiện đồ án này.
Rỉ đường – sản phẩm phụ của quá trình sản xuất và tinh sạch đường mía tại cácnhà máy đường Việt Nam, có tồn dư dinh dưỡng cao Việc tận dụng nguồn rỉ đường làmmôi trường nuôi cấy vi khuẩn lactic có tiềm năng góp phần giải quyết ô nhiễm môi trường
Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất sinh khối Lactobacillus acidophilus với năng suất 900 tấn sản phẩm/ năm”.
Trong suốt quá trình làm đồ án mặc dù đã làm cẩn thận, nhưng chắc hẳn sẽ khôngtránh khỏi những sai sót Mong quý thầy cô xem qua và góp ý để em có thể hoàn thiện bàicủa mình hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 10NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT ii
TÓM TẮT iii
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv
LỜI CÁM ƠN vi
CAM ĐOAN vii
LỜI NÓI ĐẦU viii
DANH MỤC HÌNH 1
DANH MỤC BẢNG 3
CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 5
1.1 Sự cần thiết xây dựng nhà máy 5
1.2 Địa điểm xây dựng và vùng nguyên liệu 5
1.2.1 Địa điểm xây dựng 5
1.2.2 Điều kiện tự nhiên 6
1.2.3 Nguồn nguyên liệu 6
1.2.4 Giao thông vận tải 6
1.2.5 Điện – nước 7
1.3 Nguồn nhân lực 7
1.4 Khả năng tiêu thụ 7
1.5 Hợp tác hóa 7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9
2.1 Tổng quan về sản phẩm 9
2.1.1 Tổng quan về sản phẩm probiotic 9
2.1.2 Sinh khối của vi khuẩn Lactic 14
2.2 Tổng quan về nguyên liệu 18
2.2.1 Rỉ đường 18
2.2.2 Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus 24
2.3 Các phương pháp sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic 28
2.3.1 Phương pháp nuôi cấy bề mặt: 28
2.3.2 Phương pháp nuôi cấy chìm 29
Trang 11CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 33
3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ: 33
3.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất: 35
3.2.1 Pha loãng sơ bộ: 35
3.2.2 Xử lý dịch pha loãng (Acid hóa) 36
3.2.3 Ly tâm 37
3.2.4 Pha chế dịch lên men: 38
3.2.5 Tiệt trùng, làm nguội: 41
3.2.6 Nhân giống 41
3.2.7 Lên men 44
3.2.8 Ly tâm: 47
3.2.9 Rửa sinh khối 48
3.2.10 Đồng hóa 49
3.2.11 Lọc TFF 49
3.2.12 Chiết chai 50
3.2.13 Sản phẩm 51
CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 52
4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm 52
4.1.1 Biểu đồ sản xuất của nhà máy 52
4.1.2 Năng suất nhà máy: 53
4.2 Hao hụt qua các công đoạn 53
4.2.1 Hao hụt vận chuyển 54
4.2.2 Hao hụt ẩm 54
4.3 Các công thức sử dụng 55
4.4 Cân bằng vật chất 55
4.4.1 Trước chiết chai 56
4.4.2 Trước lên men 57
4.4.3 Thu dịch lên men 58
4.4.4 Ly tâm lần 1 58
4.4.5 Rửa sinh khối 59
4.4.6 Ly tâm lần 2 60
4.4.8 Rửa lần 2 61
Trang 124.4.12 Nhân giống các cấp 64
4.4.13 Tiệt trùng làm nguội 67
4.4.14 Pha loãng sơ bộ 67
4.4.15 Acid hóa 68
4.4.16 Ly tâm 69
4.4.17 Pha chế dịch lên men 70
4.4.18 Tổng kết cân bằng vật chất: 71
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 74
5.1 Công thức tính thiết bị 74
5.1.1 Công thức số thiết bị được sử dụng 74
5.1.2 Công thức tính các thiết bị hình trụ, đáy tròn: 74
5.2.3 Công thức tính các thiết bị hình trụ, đáy hình chóp 76
5.2 Tính và chọn thiết bị trong nhà máy 77
5.2.1 Thiết bị pha loãng rỉ đường 77
5.2.2 Thiết bị thủy phân rỉ đường 78
5.2.3 Thiết bị ly tâm trục vít nằm ngang 79
5.2.4 Thiết bị pha chế dịch lên men 82
5.2.5 Thiết bị tiệt trùng và làm nguội 83
5.2.6 Thiết vị lên men 85
5.2.7 Thiết bị ly tâm tách sinh khối 86
5.2.8 Thiết bị nhân giống 87
5.2.9 Thiết bị ly tâm 91
5.2.10 Tank rửa sinh khối 92
5.2.11 Thiết bị đồng hóa 93
5.2.12 Thiết bị lọc TFF 94
5.2.13 Dây chuyền chiết rót đóng chai 96
5.2.14 Các tank chứa bả sử dụng trong nhà máy 99
5.2.15 Các thiết bịvận chuyển 100
5.3 Tổng kết thiết bị 102
CHƯƠNG 6: TÍNH NĂNG LƯỢNG 104
6.1 Tính nhiệt - hơi 104
Trang 136.2.1 Than 112
6.2.3 Dầu DO 114
6.2.4 Dầu nhờn 114
6.2.5 Xăng 114
6.3 Tính nước 114
6.3.1 Nước dùng trong sản xuất 114
6.3.2 Nước sử dụng cho việc phục vụ sản xuất 115
6.3.3 Tổng lượng nước nhà máy sử dụng 115
6.3.4 Tính bể chứa nước 115
CHƯƠNG 7: TÍNH TỔ CHỨC 116
7.1 Tổ chức nhà máy 116
7.1.1 Sơ đồ tổ chức hệ thống nhà máy 116
7.1.2 Tổ chức lao động 116
7.2 Nhân lực lao động 116
7.2.1 Thời gian làm việc của mỗi công nhân 116
7.2.2 Nhân lực lao động gián tiếp 117
CHƯƠNG 8 : TÍNH XÂY DỰNG 119
8.1 Phân xưởng sản xuất chính 119
8.2 Kho nguyên liệu 119
8.3 Rỉ đường 119
8.4 H 2 SO 4 và các hóa chất, phụ gia khác 120
8.5 Kho thành phẩm 120
8.6 Tòa nhà hành chính 120
8.7 Xưởng cơ điện 121
8.8 Lò hơi, khí nén 121
8.9 Trạm biến áp 121
8.10 Máy phát điện dự phòng 122
8.11 Khu xử lý nước thải 122
8.12 Khu xử lý nước 122
8.13 Đài nước 122
8.14 Nhà sinh hoạt 122
Trang 148.18 Nhà ăn 123
8.19 Kho nhiên liệu 123
8.20 Khu đất mở rộng 123
8.21 Quy cách xây dựng nhà máy 123
CHƯƠNG 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM 126
9.1 Kiểm tra đầu vào của nguyên liệu rỉ đường 126
9.2 Kiểm tra các công đoạn sản xuất 126
9.2.1 Xử lý nguyên liệu 126
9.2.2 Pha chế dịch lên men 126
9.2.3 Lên men 127
9.2.4 Công đoạn sau lên men 128
9.3 Kiểm tra chất lượng sản phẩm 129
CHƯƠNG 10: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP 130
10.1 An toàn lao động 130
10.1.1 Tai nạn lao động và các nhóm yếu tố nguy hiểm trong sản xuất 130
10.1.2 Các biện pháp dự phòng đảm bảo an toàn 131
10.1.3 An toàn lao động trong công nghiệp vi sinh 131
10.1.4 Máy lọc để làm sạch không khí và thu hồi bụi: 132
10.1.5 An toàn thiết bị vận chuyển: 132
10.1.6 Ánh sáng 132
10.1.7 An toàn về điện 133
10.1.8 Phòng chống ồn và rung 133
10.1.9 Phòng chống cháy nổ 133
10.1.10 Chống sét 133
10.2 Bảo vệ môi trường: 133
10.2.1 Làm sạch không khí: 134
10.2.2 Làm sạch nước thải: 134
10.3 Vệ sinh nhà máy 134
10.3.1 Vệ sinh cá nhân của công nhân 134
Trang 1510.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất vaccine 135
10.4.2 Giải pháp khắc phục trong sản xuất 135
KẾT LUẬN 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO 139
Trang 16DANH MỤC HÌ
Hình 2 1: Chế phẩm sử dụng Probiotic vào nuôi tôm 10
Hình 2 2: Sản phẩm men tiêu hóa 11
Hình 2 3: Sản phẩm thực phẩm Yogurt 12
Hình 2 4: Sản phẩm mỹ phẩm từ probiotic 14
Hình 2 5: Rỉ đường 19
Hình 2 6: Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus 25
Hình 2 7: Cơ chế của quá trình lên men lactic đồng hình 29
Hình 2 8: Số lượng các doanh nghiệp công nghệ vi sinh trong công nghiệp 31
Y Hình 3 1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ 34
Hình 3 2: Sơ đồ tổng quát quá trình nhân giống 44
Hình 5 1: Thiết bị hình trụ đáy cầu 74
Hình 5 2: Thiết bị hình trụ đáy chóp 76
Hình 5 3: Thiết bị pha loãng rỉ đường 78
Hình 5 4: Thiết bị acid hóa rỉ đường [26] 78
Hình 5 5: Thiết bị ly tâm nằm ngang 80
Hình 5 6: Tank chứa bả ly tâm 81
Hình 5 7: Thiết bị pha chế dịch lên men 82
Hình 5 8: Thiết bị tiệt trùng làm nguội UHT BS – 10 [29] 84
Hình 5 9: Thiết bị lên men SSG - 15 86
Hình 5 10: Thiết bị ly tâm dạng đĩa [26] 87
Hình 5 11: Thiết bị nhân giống sản xuấtHEM - 1000 88
Hình 5 12: Thiết bị nhân giống sản xuất BLBIO – 100SJA 89
Hình 5 13: Thiết bị nhân giống sản xuất MINGYI 90
Hình 5 14: Thiết bị ly tâm tách pha dạng đĩa 91
Hình 5 15: Tank rửa sinh khối 92
Hình 5 16: Thiết bị đồng hóa 94
Hình 5 17: Thiết bị lọc tiếp tuyến [33] 95
Hình 5 18: Nguyên lý làm việc của thiết bị lọc tiếp tuyến 95
Hình 5 19: Thiết bị kiểm tra chai sau rửa 97
Hình 5 20: máy chiết rót đóng chai 98
Hình 5 21: Thiết bị kiểm tra chai sau chiết 98
Hình 5 22: Bơm Pentax CM32 – 160 100
Hình 5 23: Bơm MIA1000BMT1259 101
Trang 17Hình 7 1: Sơ đồ tổ chức nhà máy 116
Trang 18DANH MỤC BẢ
Bảng 2 1: Thành phần các chất trong rỉ đường 20
Bảng 2 2: Thành phần các chất trong rỉ đường 20
Bảng 2 3: Thành phần các chất trong rỉ đường 22
Bảng 2 4: Thành phần một số chất sinh trưởng của rỉ đường mía và cao ngô (µ/100gam)[5] 23
Y Bảng 3 1: Thành phần môi trường lên men 40
Bảng 3 2: Môi trường MRS 43
Bảng 4 1: Kế hoạch sản xuất của nhà máy năm 2022 52
Bảng 4 2: Thông số rỉ đường nguyên liệu 53
Bảng 4 3: Bảng hao hục qua từng công đoạn 54
Bảng 4 4: Thông số rỉ đường nguyên liệu 68
Bảng 4 5: Bảng số liệu nguyên liệu rỉ đường đầu vào 71
Bảng 4 6: Bảng tổng kết cân bằng vật chất 71
Bảng 5 1: Thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm nằm ngang[27] 80
Bảng 5 2: Bảng thông số thiết bị pha chế dịch lên men 82
Bảng 5 3: Thông số kỹ thuật của thiết bị tiệt trùng và làm nguội dạng tấm[30] 83
Bảng 5 4: Thông số kỹ thuật của thiết bị lên men dạng đứng [30] 85
Bảng 5 5: Thông số kỹ thuật 86
Bảng 5 6: Thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm dạng đĩa [31] 86
Bảng 5 7: Bảng thông số thiết bị nhân giống sản xuất 88
Bảng 5 8: Bảng thông số thiết bị nhân giống cấp 2 89
Bảng 5 9: Bảng thông số thiết bị nhân giống cấp 1 90
Bảng 5 10: Thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm DHC603[34] 91
Bảng 5 11: Bảng thông số tank rửa sinh khối 92
Bảng 5 12: Thông số kỹ thuật của thiết bị đồng hóa [32] 93
Bảng 5 13: Thông số kỹ thuật của thiết bị lọc [33] 94
Bảng 5 14: Thông số kỹ thuật của bơm CM32 – 160C 100
Bảng 5 15: Thông số kỹ thuật của bơm MIA1000BMT1259 101
Bảng 5 16: Bảng tổng kết thiết bị 102
Trang 19Bảng 7 1: Bảng phân công lao động gián tiếp 117 Bảng 7 2: Bảng phân công lao động trực tiếp 117
Bảng 8 1: Tổng kết các công trình trong nhà máy 124
Trang 20CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
1.1 Sự cần thiết xây dựng nhà máy
Hiện nay, các nghiên cứu về vi khuẩn probiotic được nhiều nhà khoa học quan tâm
vì các lợi ích mà chúng mang lại, vàvi khuẩn Lactobacillus acidophilus được biết đến như
một chủng vi khuẩn có lợi được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm phục vụ
nhu cầu của con người Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus được sử dụng nhiều trong các
ngành sản xuất thực phẩm hỗ trợ tiêu hóa đóng vai trò quan trọng trong nhiều loại thực
phẩm hỗ trợ tiêu Không những thế thì vi khuẩn Lactobacillus acidophilus cũng được biết
đến là một loại vi khuẩn có lợi cho sức khỏe con người và được ứng dụng trong lĩnh vực
y học, và hiện nay nhiều nhiên cứu về việc ứng dụng vi khuẩn này vào trong lĩnh vực mỹphẩm chăm sóc da tạo nên một xu hướng làm đẹp mới Việc sản xuất vi khuẩn
Lactobacillus acidophilus bằng phương pháp lên men lactic tự nhiên có nhiều ưu thế hơn
so với phương pháp hóa học vì những lo ngại về môi trường Những tiến bộ gần đây trongviệc phát triển các vi sinh vật có tăng sinh khối nhanh để có thể đáp ứng lượng vi khuẩncung cấp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau
Việt Nam là nước có lượng mía rất nhiều phục vụ cho ngành sản xuất đường, trongquá trình sản xuất thì rỉ đường trở thành phế phẩm, lượng rỉ đường từ các nhà máy đườngthải ra rất nhiều Nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền để sử dụng tạo ra sảnphẩm cung cấp cho công nghiệp là một hướng đi rất tiềm năng
Vì vậy, việc xây dựng nhà máy sản xuất vi khuẩn lactic hiện là một nhu cầu cầnthiết nhằm đáp ứng được nhu cầu người tiêu dùng đồng thời tận dụng được nguồn nguyênliệu sẵn có và góp phần bảo vệ môi trường
1.2 Địa điểm xây dựng và vùng nguyên liệu
1.2.1 Địa điểm xây dựng
Khu công nghiệp Tịnh Phong - Quảng Ngãi
Khu công nghiệp Tịnh Phong cách thành phố Quảng Ngãi khoảng 8 km về phíaBắc, nằm trên địa phận xã Tịnh Phong, huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi có giới cận nhưsau :
+ Phía Bắc: giáp khu liên hợp công nghiệp – đô thị và dịch vụ VSIP Quảng Ngãi
Trang 21+ Phía Đông: giáp khu liên hợp công nghiệp – đô thị và dịch vụ VSIP Quảng Ngãi.+ Phía Nam: giáp kênh thoát nước hiện hữu.
1.2.2 Điều kiện tự nhiên
Quảng Ngãi nằm ở miền Trung Trung bộ, có nhiều núi đồi cao, gò, thung lũng cónhững cánh đồng lúa, mía và biển cả chia làm các miền riêng biệt
Quảng Ngãi có khí hậu nhiệt đới và gió mùa Nhiệt độ trung bình 25-26,9°C Thờitiết chia làm 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa nắng Khí hậu có nhiều gió Đông Nam ít gióĐông Bắc vì địa hình địa thế phía nam, và do thế núi địa phương tạo ra Lượng mưa củatỉnh là 2.198 mm /năm nhưng chỉ tập trung nhiều nhất vào các tháng 9, 10, 11, 12 còn cáctháng khác thì khô hạn [24]
1.2.3 Nguồn nguyên liệu
Quảng Ngãi có nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho sản xuất: có nhà máyđường tại khu công nghiệp Quảng Phú cách khoảng 15 km, nhà máy đường Phổ Phongcách khoảng 47 km đến khu công nghiệp Tịnh Phong Hai nhà máy đường này cung cấplượng rỉ đường cần thiết để sản xuất vi khuẩn lactic [24]
1.2.4 Giao thông vận tải
Quảng Ngãi nằm trên quốc lộ 1A là đầu mối giao thông của hai miền Nam Bắc Cócảng lớn có thể thông ra quốc tế Do đó thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu và sảnphẩm Kênh vận chuyển đa dạng với đường sắt, đường bộ, đường thuỷ là điều kiện rấtthuận lợi về giao thông
1.2.5 Điện – nước
Hệ thống cấp nước: Nhà máy cấp thoát nước Quảng Ngãi với công suất 45000
m3/ngày đêm phục vụ cho khu vực trung tâm, khu công nghiệp, khu đô thị mới, du lịch,dịch vụ và các vùng ven
Hệ thống điện: hệ thống đường dây 500kV Bắc – Nam đi qua tỉnh đảm bảo cungcấp nhu cầu sử dụng điện cho sản xuất, sinh hoạt Ngoài ra để đảm bảo cho quá trình sảnxuất được liên tục thì nhà máy còn trang bị máy phát điện dự phòng
Trang 221.3 Nguồn nhân lực
Tính đến ngày 1 tháng 4 năm 2019, dân số tỉnh Quảng Ngãi là 1.231.697 người, dovậy lực lượng lao động khá dồi dào Nhà máy tuyển lao động ở tại Quảng Ngãi và các địaphương lân cận Cán bộ quản lý và kỹ thuật của nhà máy có thể nhận về từ các trường Đạihọc thuộc khu vực Miền Trung Mặt khác với mức độ đô thị hoá hiện nay thì lượng laođộng vãn lai khá nhiều Từ đó có thể thuê nhân công với giá rẻ [24]
1.4 Khả năng tiêu thụ
Tiêu thụ là một trong những vấn đề quan trọng khi quyết định xây dựng một nhàmáy Thị trường tiêu thụ chủ yếu của nhà máy là khu vực miền Trung - Tây Nguyênnhưng cũng không ngừng phát triển thị trường sang các tỉnh khác ở khu vực miền Bắc vàmiền Nam
Cung cấp nhu cầu vềvi khuẩn lactic trong khu vực, và các tỉnh thành Địa điểmnằm trên trục đường quốc lộ 1A, cửa ngõ giao thông Bắc Nam, nên rất thuận lợi cho việcvận chuyển sản phẩm đến các vùng miền khác trên toàn quốc
1.5 Hợp tác hóa
Nhà máy đặt trong khu công nghiệp Tịnh Phong – Quảng Ngãi nên việc hợp táchóa, liên hợp hóa được tiến hành chặt chẽ, do đó việc sử dụng những công trình điện,công trình nước, công trình giao thông, cũng như việc nhập nguyên liệu và tiêu thụ sảnphẩm thuận lợi hơn
Kết luận: Tất cả các điều kiện trên là cơ sở thuận lợi, có tính khả thi để xây dựng
nhà máy sản xuất acid lactic tại khu công nghiệp Tịnh Phong tỉnh Quảng Ngãi
Trang 23CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Có nhiều loại vi khuẩn sống có lợi cho sức khỏe đã được nghiên cứu như :
L.acidophilus, L caucasicus, L johnsonii, L lactis, L leichmannii, L paracasei, L plantarum, L reuteri, L rhamnosus, B lactis (B animalis), B licheniformis, B longum,
B clausii, B subtilis, Enterococcus faecium, Pediococcus acidilactici, Streptococcus thermophilus … nói chung nhóm vi khuẩn được chia làm 2 nhóm chính : nhóm sinh axit lactic và nhóm không sinh axit lactic Ngoài ra còn có các loại nấm như: Saccharomyces boulardii, Saccharomyces cerevisiae.
Theo tổ chức y tế thế giới: “ Probiotic là các vi sinh vật sống mà khi bổ sung vào
cơ thể một lượng vừa đủ sẽ có lợi về sức khỏe cho người sử dụng” [4]
2.1.1.2 Vai trò của probiotic
Qua nhiều thử nghiệm nghiên cứu về các chủng vi khuẩn có lợi thường được
sử dụng bao gồm: Các chủng vi khuẩn sinh acid lactic như Lactobacillus (L.acidophilus, L.casein), Bifidobacterium; các chủng E.coli không gây bệnh; Clostridium butyricum; Streptococcus salvarius; các chủng Bacillus như Bacillussubtilis, Bacillus breve, Bacillus infantis, Bacillus longum và Saccharomycesboulardii (nấm men) Trong đó vi khuẩn sinh
acid lactic là khuẩn hiện nay được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp sản suấtprobiotic Probiotic có thể đem đến cho cơ thểnhững lợi ích sau đây:
- Ngăn chặn sự xâm nhập của các vi khuẩn gây bệnh bằng cách cản trở chúngbám vào thành ruột
Trang 24- Tiêu hóa: có khả năng phòng và ngăn chặn tiêu chảy, các bệnh ở đường tiêu hóatrên; giúp tăng khả năng dung nạp đường lactose; ổn định và phục hồi hàng rào niêm mạcruột; ngăn cản ung thư ruột kết (Cơ chế hoạt động của probiotic chống lại khối u: Khửđộc những chất gây ung thư được đưa vào Thay đổi môi trường của ruột và hoạt độngchuyển hóa của vi khuẩn có thể tạo thành những chất gây ung thư.)
- Miễn dịch: có khả năng cải thiện và năng cao sức đề kháng; ngăn ngừa các bệnh ở
âm đạo do vi khuẩn
- Các lợi ích khác: giảm nguy cơ tăng cholesterol máu, ngăn ngừa sâu răng…[4]
2.1.1.3 Ứng dụng của probiotic
Vi khuẩn lactic và acid lactic ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnhvực khác nhau như trong bảo quản và chế biến thực phẩm, y học, môi trường, mỹphẩm.v.v Nhưng nhiều nhất là trong chế biến bảo quản thực phẩm…
- Trong nông nghiệp: Probiotic có ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp: súc sản,thủy sản, trồng trọt… Probiotic giúp cải thiện sức khỏe của động vật, giúp tăng trọng,giảm tỉ lệ chết non và ngăn chặn tác nhân gây bệnh Sự lạm dụng kháng sinh trong ngànhchăn nuôi và khả năng đề kháng kháng sinh đã làm tăng mối quan tâm đến probiotics
Hình 2 1: Chế phẩm sử dụng Probiotic vào nuôi tôm
Trang 25- Trong y học: Chữa bệnh đường ruột: Pháp đã sản xuất và đưa ra thị trường từ hàngchục năm nay một sản phẩm mang tên Biolactyl chuyên trị tiêu chảy bằng nhiều khuẩnLactic Vật liệu sinh học.
Hình 2 2: Sản phẩm men tiêu hóa
Ứng dụng vi khuẩn lactic để chữa bệnh đường ruột
Thực ra việc ứng dụng này đã được Việt Nam ứng dụng từ lâu Khi người ta bị tiêuchảy, thầy thuốc khuyên hàng ngày uống 1 - 2 chén nước dưa chua Phương pháp này tỏ
ra rất hiệu nghiệm trong điều kiện ngành dược chưa phát triển Dựa vào hiệu quả sử dụng
vi khuẩn lactic trong việc chữa trị tiêu chảy, Pháp đã sản xuất và đưa ra thị trường từ hàngchục năm nay một sản phẩm mang tên là Biolactyl Sản phẩm này chuyên trị tiêu chảybằng nhiều vi khuẩn lactic
Ứng dụng acid lactic theo phương pháp chữa vi lượng đồng cân (homeopathy)trong quá trình vận động của cơ thể, mô cơ hoạt động mạnh và trong một thời gian dài
sẽ gây hiện tượng mệt mỏi Hiện tượng mệt mỏi này xuất hiện do các phản ứng sinh hóaxảy ra trong mô cơ, tạo acid lactic
Các thầy thuốc đã tạo ra một vị thuốc bao gồm acid lactic kết hợp với cây kim sa
có khả năng giúp cơ thể không còn mệt mỏi và có khả năng làm việc và hoạt động liên tụctrong thời gian dài
Trang 26- Trong thực phẩm: Ứng dụng trong ủ chua rau củ quả,… Sản xuất sữa chua,phomai, …
Hình 2 3: Sản phẩm thực phẩm Yogurt
Vi khuẩn lactic được sử dụng để lên men thu nhận acid lactic Acid lactic sảnxuất công nghiệp được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Do vị chua dễ chịu và có đặc tínhbảo quản, một lượng lớn acid lactic được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm Acidlactic được sử dụng như là một chất gia vị đối với các loại đồ uống nhẹ, tinh dầu, dịchquả, mứt, sirô Ngoài ra, acid lactic còn được dùng để acid hóa rượu vang và hoa quảnghèo acid, acid hóa dịch đường hóa trong công nghiệp sản xuất rượu mạnh và để sảnxuất bột chua trong ngành bánh mì
Ứng dụng để sản xuất dưa chua
Quá trình muối chua rau, quả chính là quá trình hoạt động sống của vikhuẩn lactic và vi khuẩn acetic Trong quá trình phát triển của chúng, trong rau quả, khilên men sẽ tạo ra acid lactic và acid acetic cùng một số loạt acid hữu cơ khác Các acidhữu cơ này làm giảm pH của dịch, chống lại hiện tượng gây thối rau, quả Mặt khácnhờ có lượng acid hữu cơ được tạo thành sẽ làm tăng hương vị của khối ủ chua rau,quả là quá trình vừa mang ý nghĩa chế biến vừa mang ý nghĩa bảo quản
Ứng dụng để làm chua quả
Trước đây, người ta thường sử dụng acid acetic để ngâm chua quả Sau này
Trang 27quả vì chúng ít làm thay đổi màu tự nhiên của quả và vẫn đảm bảo chất lượng quả ngâmchua
Ứng dụng trong sản xuất tương
Sản xuất tương theo phuơng pháp của miền Bắc (Việt Nam) có giai đoạn ngả nướcđậu sau khi rang Quá trình ngả nước đậu xảy ra nhiều phản ứng sinh hóa khác nhau,trong đó có quá trình lên men lactic tạo pH thích hợp cho sản phẩm và làm tăng hương vịcho sản phẩm
Ứng dụng trong sản xuất đậu phụ
Trong sản xuất đậu phụ có giai đoạn kết tủa protein của đậu Phương pháp truyềnthống thường làm là dùng nước chua (chứa vi khuẩn lactic) để tạo kết tủa (nhờ pH giảmđến điểm đẳng điện của protein đậu nành)
Ứng dụng để sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa
Trong sản xuất các loại sữa chua đều có sử dụng quá trình lên men lactic Nhờ cóquá trình chuyển hóa đường thành acid lactic mà casein được kết tủa và tạo cho sảnphẩm hương vị đặc trưng Hippocrates, người được xem là cha đẻ của ngành y đã chorằng “Whey”, loại nước xuất hiện khi tách bơ ra khỏi sữa chính là một dạng huyết thanhcủa sữa Trong “Whey” chiếm khoảng 4,5% đường sữa Trong ruột chất đường này biếnthành acid lactic, một chất hỗ trợ cho loại vi khuẩn lành mạnh trong ruột phát
triển
Ứng dụng để ủ thức ăn gia súc
Về nguyên tắc, ủ các loại cỏ và lá cây làm thực phẩm gia súc cũng giống nhưcông nghệ sản xuất dưa chua Quá trình lên men lactic xảy ra làm gia tăng giá trị dinhdưỡng và khả năng bảo quản cỏ, lá cây cho gia súc
- Trong mỹ phẩm: điều trị các vấn đề về nhiểm khuẩn da như mụn, nhiễm trùng,chăm sóc và cải thiện sức khỏe da
Trang 28Hình 2 4: Sản phẩm mỹ phẩm từ probiotic
Các loại lactat kim loại (chẳng hạng như lactat natri) được sử dụng trong thànhphần của một số mỹ phẩm chăm sóc da như punosal và của hãng mỹ phẩm Punac Mỹphẩm này có tác dụng chống lại các vi sinh vật có trên bề mặt da, làm ẩm và làm sáng da
- Về môi trường: Các phòng thí nghiệm đang nghiên cứu loại chất dẻo mới thay thếcho chất dẻo củ khó phân hủy
Chất dẻo mới này là một loại polyme được gọi là poly acid lactic (PLA) Đó là sảnphẩm tạo ra từ phản ứng trùng hợp acid lactic Người ta hy vọng trong tương lai nó sẽthay thế chất dẻo được sản xuất từ dầu mỏ vì tính chất dễ phân hủy của nó có ý nghĩa rấtlớn trong bảo vệ môi trường
2.1.2 Sinh khối của vi khuẩn Lactic
2.1.2.1Khái quát về vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic (Lactic Acid Bacteria – LAB) đóng một vai trị quan trọng,chúngđược sử dụng nhiều trong công nghiệp Về mặt hình thái chúng có nhiều dạng khác nhau :hình cầu, hình que, hình oval Về mặt sinh lý, LAB thuộc nhóm vi khuẩn gram dương,không di động, không tạo bào tử, hiếu khí tuỳ ý, không gây bệnh và không sản sinh cácchất có độc và độc tố LAB chủ yếu là loài ưa ấm, nhưng một số ưa lạnh và một số thì ưanhiệt Chúng có thể kháng được với acid yếu (pH 3.5 – 6.5).Nhận năng lượng nhờ sự
Trang 29lên men bắt buộc không chứa cytochrom và catalase LAB có nhu cầu dinh dưỡng phứctạp, phụ thuộc vào những yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ và sự tích luỹ các sản phẩmchuyển hóa cuối Chúng đòi hỏi các vitamin như: thiamine, biotin, acid pantotemic, acidnicotinic và các acid amin Vì vậy, môi trường nuôi cấy thường bổ sung thêm: nước chiết
cà chua, nước chiết giá,cao nấm men, cao thịt… LAB có mặt ở khắp mọi nơi và phổ biến
là ở đường ruột
2.1.2.2 Mục đích của việc thu nhận sinh khối lactic
Trong thời gian trước đây mỗi cơ sở sản xuất có phương pháp và qui trình riêng đểnhân giống và bảo quản giống dùng cho sản xuất Khi cần sử dụng người ta sẽ tiến hànhnhân giống qua nhiều giai đoạn theo nguyên tắc thu nhận một canh trường vi sinh vậtthuần khiết Hiện nay một số nhà máy chế biến thực phẩm và những nhà máy sản xuất cácsản phẩm trao đổi chất từ vi sinh vật vẫn đang sử dụng phương pháp này nên giống visinh vật được xem là độc quyền sở hữu của mỗi nhà máy Từ những năm 1980, trên thếgiới phát triển mạnh một ngành công nghiệp mới, công nghiệp sản xuất và cung cấp giống
vi sinh vật Các chế phẩm giống thương mại bao gồm đủ loại: vi khuẩn, nấm men, nấmsợi… Vi khuẩn lactic cũng không ngoại lệ, sinh khối vi khuẩn lactic được thu nhận, bảoquản và cung ứng cho ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm từ sữa.Chế phẩm giốngthương mại có thể cấy trực tiếp vào môi trường lên men hoặc hoạt hoá chúng trên mộtmôi trường dinh dưỡng trong một khoảng thời gian nhất định trước khi cấy
Quan trọng là sinh khối của vi khuẩn lactic lên men đồng hình: Streptococcus thermophiles; Lactobacillus bulgaricus; Streptococus lactic; Streptococcus cremoris; Lactobacillus acidophilus ; Nhóm vi khuẩn sinh hương
Trang 302.1.2.3 Thời gian thu sinh khối
- Giai đoạn tiền phát: vi sinh vật tăng trưởng rất chậm chạp do chúng cần thích nghivới môi trường mới Giai đoạn nàу được tính từ lúc bắt đầu nuôi cấу đến lúc bắt đầu có ѕựѕinh trưởng Thời gian nàу ngắn haу dài phụ thuộc rất nhiều ᴠào tuổi ѕinh lý của ᴠi ѕinhᴠật nuôi cấу ᴠà ᴠà chất lượng môi trường
- Giai đoạn tăng sinh ( pha lũy thừa): Sở dĩ gọi là pha lũy thừa là ᴠì ᴠi khuẩn bắt đầuѕinh ѕản theo cấp ѕố nhân ᴠới tốc độ cực đại Tế bào ᴠừa ѕinh ѕản mạnh, ᴠừa tăng ѕinhkhối Các ᴠi khuẩn tiến hành tổng hợp enᴢуme ᴠới ѕố lượng ᴠà chất lượng cao Vì ᴠậу,nếu mục đích là tạo ra các dòng ᴠi ѕinh khỏe mạnh, người ta ѕẽ dừng ở giai đoạn nàу
- Giai đoạn cân bằng (pha ổn định): Quần thể ᴠi ѕinh ở trạng thái cân bằng động Sốlượng ᴠi ѕinh ѕống không thaу đổi theo thời gian Cộng thêm có ѕự hao hụt của ᴠi ѕinh ᴠật
có tuổi cao Tổng tế bào mới ѕinh ra bằng tổng tế bào chết đi Sinh khối trong pha nàу làcao nhất ᴠì đã tích lũу từ pha II đến pha III
- Giai đoạn suy thoái: Ở giai đoạn nàу biểu hiện ѕự ѕụt giảm ѕố lượng ᴠi ѕinh ѕống
ѕo ᴠới giai đoạn ổn định Số lượng tế bào chết đi tăng nhanh Quá trình ѕuу giảm хảу ranhanh hơn quá trình ѕinh trưởng Tốc độ ѕuу giảm phụ thuộc ᴠào mật độ ᴠi ѕinh ᴠà điềukiện môi trường
Với mục đích nuôi cấу là thu được ѕinh khối, quу trình ѕẽ dừng ngaу ở cuối tăngtrưởng và đầu pha ổn định
2.1.2.4Điều kiện nuôi cấy sinh khối
Nhiệt độ nuôi cấy: 37 độ C
Chế độ cấp khí: nuôi cấy ở điều kiện vi hiếu khí (ở tủ CO2 5%)
Môi trường nuôi cấy: MRS ở dạng lỏng, giàu dinh dưỡng (giàu đạm) nhiều khoáng
để vi khuẩn phát triển sinh khối
Thời gian lên men: 24 đến 30 giờ- cuối pha sinh trưởng, do vi khuẩn không sinhbào tử Thời gian nhân giống 24 giờ
Trang 31Nhu cầu dinh dưỡng: Các loại vi khuẩn lactic khác nhau thì có nhu cầu dinh dưỡngkhác nhau Chúng không chỉ có nhu cầu về các nguồn cơ chất chứa các nguyên tố cở bảnnhư cacbon, nitơ, photphat và lưu huỳnh mà còn có nhu cầu về một số chất cần thiết khácnhư vitamin, muối vô cơ…
+) Nhu cầu dinh dưỡng cacbon: Vi khuẩn lactic có thể sử dụng nhiều loạicacbonhydrat từ các monosaccar (glucose, fructose, manose), các disaccarit (saccarose,lactose, maltose) cho đến các polysaccarit (tinh bột, dextrin) Chúng sử dụng nguồncacbon này để cung cấp năng lượng, xây dựng cấu trúc tế bào và làm cơ chất cho quátrình lên men tổng hợp các acid hữu cơ
+) Nhu cầu dinh dưỡng nitơ: Phần lớn vi khuẩn lactic không thể sinh tổng hợpđược các hợp chất chứa nitơ Vì vậy để đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển chúngphải sử dụng các nguồn nitơ có sẵn trong môi trường Các nguồn nitơ vi khuẩn lactic cóthể sử dụng như: cao thịt, cao nấm men, trypton, dịch thủy phân casein từ sữa, pepton,…Hiện nay cao nấm men là nguồn nitơ được sử dụng nhiều nhất và có hiệu quả nhất Tuynhiên ở quy mô công nghiệp không thể sử dụng nguồn nitơ này vì rất tốn kém
+) Nhu cầu về vitamin: Ngoài các acid amin và vitamin, vi khuẩn lactic còn cầncác hợp chất hữu cơ khác cho sự phát triển như các bazơ nitơ hay các acid hữu cơ Một
số acid hữu cơ có ảnh hưởng thuận lợi đến tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn lactic như acidcitric, acid oleic Nên hiện nay người ta sử dụng các muối citrat, dẫn xuất của acid oleiclàm thành phần môi trường nuôi cấy, phân lập và bảo quả các chủng vi khuẩn lactic.Tương tự như hai acid hữu cơ trên, acid acetic cũng có những tác động quan trọng đến sựsinh trưởng của tế bào Nên người ta thường sử dụng acid acetic dưới dạng các muốiacetat để làm chất đệm cho môi trường khi nuôi cấy vi khuẩn lactic
+) Nhu cầu các hợp chất hữu cơ khác: Ngoài các acid amin và vitamin, vi khuẩnlactic còn cần các hợp chất hữu cơ khác cho sự phát triển như các bazơ nitơ hay các acidhữu cơ Một số acid hữu cơ có ảnh hưởng thuận lợi đến tốc độ sinh trưởng của vi khuẩnlactic như acid citric, acid oleic Nên hiện nay người ta sử dụng các muối citrat, dẫn xuấtcủa acid oleic làm thành phần môi trường nuôi cấy, phân lập và bảo quản các chủng vikhuẩn lactic Tương tự như hai acid hữu cơ trên, acid acetic cũng có những tác động quan
Trang 32trọng đến sự sinh trưởng của tế bào Nên người ta thường sử dụng acid acetic dưới dạngcác muối acetat để làm chất đệm cho môi trường khi nuôi cấy vi khuẩn lactic.
+) Nhu cầu các muối vô cơ khác: Để đảm bảo cho sinh trưởng và phát triển đầy đủ,
vi khuẩn lactic rất cần các muối vô cơ Nhằm cung cấp các nguyên tố khoáng như đồng,sắt, natri, kali, photpho, lưu huỳnh, magie đặc biệt là mangan, vì mangan giúp ngăn ngừaquá trình tự phân và ổn định cấu trúc tế bào
Cùng với chất lượng môi trường, điều kiện lên men, các phương pháp thu nhận vàtinh chế sản phẩm, giống vi sinh vật là khâu đầu tiên can phải quan tâm đặc biệt
Giống vi khuẩn lactic dùng cho sản xuất phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Thích ứng nhanh, phát triển mạnh
- Khả năng sinh sản cao, chống chọi được với các điều kiện bất lợi
- Dễ dàng tách khỏi môi trường nuôi cấy
- Khả năng dễ bảo quản và bảo tồn được đặc tính di truyền trong suốt thời gian bảoquản và sử dụng
- Thời gian lên men ngắn, hiệu suất cao
2.2 Tổng quan về nguyên liệu
2.2.1 Rỉ đường
Rỉ đường hay rỉ mật, mật rỉ, mật rỉ đường, còn được gọi ngắn gọn là mật, là chấtlỏng đặc sánh còn lại sau khi đã rút đường bằng phương pháp cô và kết tinh Đây là sảnphẩm phụ của công nghiệp chế biến đường (đường mía, đường nho, đường củ cải ) [23]
Rỉ đường mía chứa một lượng đường tương đối lớn cũng như phù hợp với tìnhhình sản xuất thực tế của nhà máy, đó là đặt gần các nhà máy chế biến đường nên ở đâytôi chọn nguyên liệu là rỉ đương mía
2.2.1.1 Thành phần của rỉ đường
Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đườngkính kết tinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiệntrồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường [12]
Trang 35 Các chất có màu trong rỉ đường:
Ở đây do nhiều lần pha loãng và cô đặc, một lượng nhất định saccharose bị biếnthành hợp chất tương tự như dextrin do tác dụng của nhiệt Chất này có tính khử nhưngkhông lên men được và không có khả năng kết tinh [12]
Đường khử bắt nguồn từ sự thuỷ phân saccharose trong chế biến đường Sự phângiải saccharose thành glucose và fructose vừa là sự mất mát saccharose và kém chất lượngvì glucose và fructose sẽ biến thành acid hữu cơ và hợp chất màu dưới điều kiện thíchhợp Trong môi trường kiềm, fructose có thể biến thành acid lactic, fufurol, oxymetyl,trioxyglutaric, acetic, formic, CO2 Đường khử còn có tác dụng với acid amin, peptit bậcthấp của dung dịch đường để tạo nên hợp chất màu Tốc độ tạo melanoidin phụ thuộc vào
pH rỉ đường rất thấp ở pH = 4,9 và cao ở pH = 9
Trong rỉ đường còn có trisaccharide hay polysaccharide Trisaccharide gồm 1 molglucose và 2 mol fructose Polysaccharide gồm dextran và levan Những loại đường nàykhông có trong nước mía và được các vi sinh vật tạo nên trong quá trình chế biến đường
Các chất phi đường gồm có các chất hữu cơ và vô cơ Các chất hữu cơ chứa nitocủa rỉ đường mía chủ yếu là các acid amin cùng với một lượng rất nhỏ protein và sảnphẩm phân giải của nó Các acid amin từ nước mía dễ dàng đi vào rỉ đường vì phần lớnchúng rất dễ hoà tan trong nước trừ tiroxin và xistin
Hợp chất phi đường không chứa nitơ gồm: pectin, araban, galactan, và sản phẩmthuỷ phân của chúng
Các chất màu của rỉ đường bao gồm các chất caramen, melanoit, melanin và phứcphenol - Fe2+ Cường độ màu tăng 3 lần khi nhiệt độ tăng thêm 100C Độ màu tăng cónguồn gốc sâu xa từ sự biến đổi của saccharose [23]
- Caramel: xuất hiện nhờ quá trình nhiệt phân saccharose kèm theo loại trừ nước vàkhông chứa một chút nitơ nào Khi pH không đổi, tốc độ tạo chất caramen tỷ lệ thuận vớinhiệt độ phản ứng
- Phức chất polyphenol-Fe2+: có màu vàng xanh, không bị loại hết trong giai đoạnlàm sạch và tồn tại trong mật rỉ
Trang 36- Melanodin: đây là sản phẩm ngưng tụ của đường khử và acid amin mà chủ yếu làacid aspartic Sản phẩm ngưng tụ quen biết nhất là acid fuscazinic đóng vai trò quan trọnglàm tăng độ màu của rỉ đường
- Melanin: được hình thành nhờ phản ứng oxy hóa khử các acidamin thơm nhờ xúctác của enzym polyphenol oxydaza khi có mặt của oxy và Cu+2
- Các acid amin thơm thường bị oxy hóa là tiroxin và brenzcatechin Các melaninthường bị loại hết ở giai đoạn làm sạch nước đường nên chỉ tìm thấy một lượng rất nhỏtrong rỉ đường
- Chất keo: được hình thành bởi potein và pectin Các chất này ảnh hưởng rất nhiềuđến sự phát triển của vi sinh vật tạo thành màng bao bọc quanh tế bào, ngăn cản quá trìnhhấp thụ các chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất của tế bào ra ngoài Ngoài
ra keo là nguyên nhân chính tạo ra một lượng bọt lớn trong môi trường nuôi cấy vi sinhvật, giảm hiệu suất sử dụng thiết bị
Có rất nhiều vi sinh vật trong rỉ đường mía Đa số chúng có từ nguyên liệu, một sốnhỏ từ không khí, nước, đất vào dịch đường Loại nào chịu được tác dụng nhiệt hay tácdụng của hoá chất thì tồn tại Người ta chia rỉ đường thành 3 loại tuỳ theo số lượng visinh vật tạp nhiễm
Trang 37Bảng 2 4: Thành phần một số chất sinh trưởng của rỉ đường mía và cao ngô
- Mật rỉ là nguyên liệu rẻ tiền và rất dễ kiếm
- Trong mật rỉ có chứa đủ lượng đường cần thiết cho quá trình lên men
- Mật rỉ có hàm lượng biotin rất cao Hàm lượng biotin thích hợp cho quá trình lênmen acid lactic
- Hàm lượng đường khá cao (40% - 50%) , chủ yếu là saccharose nên khi tiếnhành lên men phải pha loãng với nồng độ thích hợp
- Đặc điểm gây khó khăn lớn nhất cho quá trình lên men là hệ keo trong mật rỉ.Keo càng nhiều, khả năng hòa tan oxy càng kém và khả năng trao đổi chất của vi sinh vậtcàng kém Do đó việc quan trọng nhất khi sử dụng mật rỉ là phải phá hệ keo này
- Rất dễ bị vi sinh vật xâm nhập và phát triển Như vậy chất lượng mật rỉ cũng dễthay đổi theo thời gian bảo quản
2.2.2 Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus
2.2.2.1 Khái quát về vi khuẩn Lactobacillus acidophillus
Lactobacillus acidophillus thuộc:
Giới: Bacteria
Trang 38Ngành: FimicutesLớp: BacilliBộ: LactobacillilalesHọ: LactobacillaceaeGiống: Lactobacillus
Loài: Lactobacillus acidophilus
Thuộc trực khuẩn, có kích thước : rộng 0.6-0.9 µm, dài 1.5-6 µm
Trong thiên nhiên chúng tồn tại riêng lẻ, đôi khi tạo thành những chuỗi ngắn, thuộcnhóm vi khuẩn gram dương (+) và có khả năng chuyển động
Có khả năng lên men glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose,saccharose để tạo acid lactic
Không có khả năng lên men xylose, arabinose, rhamnose, glycerol, mannitol,sorbitol, dulcitol, inocitol
Trong quá trình lên men chúng tạo ra cả hai dạng đồng phân quang học của acidlactic
Nhiệt độ phát triển tối ưu là 370C, pH 5-6
Thường có nhiều ở ruột non, tác dụng giúp giữ cân bằng hệ vi sinh đường ruột,
Lactobacillus acidophilus được xem là chất kháng sinh tự nhiên có khả năng chống lại
các vi khuẩn có hại
Tác dụng chính của chủng này là sinh ra các chất kháng sinh mạnh như acidolin,acidophilin, bacteriocin và lactocidin nhằm ngăn chặn khả năng sinh trưởng và phát triển
của một số loài vi sinh vật gây bệnh như Staphylococci và Campylobacter.
Lactobacillus acidophilus hỗ trợ việc hấp thụ và sinh ra vitamin B; giảm
cholesterol trong máu và giải một số độc tố
Sinh ra enzyme lactase để phân giải đường sữa; làm giảm cholesterol trong máu,giảm sự phát triển của các u bướu; có khăng trung hòa và ngăn chặn các chất gây ungthư…
Trang 39Hình 2 6: Vi khuẩn Lactobacillus acidophilus
Trang 402.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy
Một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi khuẩnLactobacillus acidophilus
- Thành phần môi trường nuôi cấy:
Vi khuẩn lactic thuộc loại vi sinh vật dị dưỡng Nguồn năng lượng cần thiết chohoạt động sống và phát triển của chúng là nguồn năng lượng do trao đổi chất với môitrường bên ngoài Để duy trì sự sống, điều hòa các quá trình chuyển hóa trong tế bào,chúng cần sử dụng nguồn glucid có trong môi trường dinh dưỡng làm nguồn carbon (chủyếu là đường lactose), nguồn nitơ (pepton, acid amin), vitamin, muối khoáng và cácnguyên tố vi lượng Vì vậy, ta cần bổ sung các nguồn dinh dưỡng trên với liều lượngthích hợp nhất giúp vi khuẩn lactic phát triển tốt, nâng cao hiệu suất lên men [2]
- Ảnh hưởng của oxy:
Vi khuẩn lactic có thể sống trong điều kiện môi trường yếm khí và vi hiếu khí dochúng không có hệ enzyme oxy hóa- khử citocrom và catalase trong tế bào Tuy nhiên,ảnh hưởng của oxy còn phụ thuộc vào điều kiện khác của môi trường như nhiệt độ
- Ảnh hưởng của pH:
pH ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của tế bào vi khuẩn lactic Các giống vikhuẩn lactic khác nhau có một pH tối thích khác nhau
- Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Hoạt động của vi khuẩn lactic chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt độ Khoảng nhiệt
độ phát triển của vi khuẩn lactic khá rộng, đa số phát triển được trong nhiệt độ từ 15 –
40oC Một số loài có thể phát triển đặc biệt ở 55oC hoặc thậm chí có loài ở 5oC
- Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu:
Do hoạt động trao đổi chất của tế bào phụ thuộc vào hệ enzyme pecmerase nằmtrên màng tế bào và áp suất thẩm thấu của từng cơ chất có trong môi trường nên màng tếbào vi khuẩn có tính bán thấm Áp suất thẩm thấu của môi trường tỉ lệ với nồng độ chấtkhô hòa tan trong môi trường Khi hàm hượng NaCl > 5% thì phần lớn các vi khuẩn lactic
