PHẦN 1: KỸ THUẬT LÊN MEN docx

VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHỆ LÊN MEN:1.Các yêu cầu về giống VSV: Yêu cầu chung: -Hiệu suất sinh tổng hợp sản phẩm.. VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHỆ LÊN MEN:1.Các yêu cầu về giống VSV: -Điều k

Trang 1

Phần 1: Kỹ thuật lên men

I ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ LÊN MEN:

1 Khái niệm lên men:

Cơ chất + Giống VSV → Sinh khối + Sản phẩm trao đổi chất ngoại bào hoặc nội bào + cơ chất sót

Quá trình lên men được chia thành 2 quá trình cơ bản:

+ Quá trình lên men hiếu khí

+ Quá trình lên men yếm khí (kỵ khí)

04/01/11 Mã MH: 603015 - Phần 1 Kỹ Thuật Lên Men 1

Trang 2

Một số đặc điểm giống nhau:

- Hai quá trình hiếu khí và kỵ khí đều sinh ra năng lượng

- Sản phẩm trung gian ban đầu của cả 2 quá trình gần giống nhau, con đường tạo ra acid pyruvic là con đường chung cho cả hai

- Các phản ứng đều do enzym tham gia

Trang 3

+ Sản phẩm trung gian

Lên men kỵ khí -O2

Cơ chất CO2 + H2O+ Năng lượng+ Sinh khối

Cơ chất Lên men hiếu khí + O

2 CO2 + H2O+ Năng lượng + Sinh khối

Những điểm khác nhau:

- Trong lên men kỵ khí

- Trong lên men hiếu khí

Trang 4

2 Sơ đồ tổng quát của công nghệ lên men:

Trang 5

Trang 6

3 Phân loại sản phẩm lên men:

-Sinh khối

-Chất trao đổi bậc 1

-Chất trao đổi bậc 2

-Enzym

Trang 7

II VI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHỆ LÊN MEN:

1.Các yêu cầu về giống VSV:

Yêu cầu chung:

-Hiệu suất sinh tổng hợp sản phẩm

-Khả năng thích nghi nhanh

-Tốc độ sinh trưởng cao

-Thành phần môi trường nuôi cấy

Trang 8

1.Các yêu cầu về giống VSV:

-Điều kiện nuôi cấy

-Sự ổn định các hoạt tính trao đổi chất

-Sau khi lên men dễ dàng tách sản phẩm và sinh khối

-Các tính chất đặc trưng khác

-Không sinh tổng hợp độc tố: đối với lên men thực phẩm

Trang 9

2 Chọn giống VSV cho sản xuất:

2.1 Nguồn gốc giống:

Phân lập từ môi trường thiên nhiên

Phân lập canh trường tập trung

Nguyên liệu dùng phân lập

Phân lập chuẩn thuần khiết

Tạo sự ổn định đặc tính di truyền mong muốn

Kiểm tra đặc tính di truyền

mong muốn

Trang 10

-Canh trường VSV tập trung

PP chủ yếu để nhận canh trường VSV tập trung là môi trường chọn lọc hay điều kiện chọn lọc

-Môi trường chọn lọc hay điều kiện chọn lọc

-Canh trường thuần khiết

PP phân lập canh trường thuần khiết từ canh trường VSV tập trung

Trang 11

Tạo giống mới: gồm 2 hướng chính:

Hướng thứ 1: không sử dụng những yếu tố gây đột biến,

thường sử dụng phương pháp huấn luyện thích nghi

Nguyên tắc

Vd: Samonella typhi và yếu tố sinh trưởng tryptophan.

Trang 12

Hướng thứ 2: sử dụng các yếu tố gây đột biến, gồm các

PP gây đột biến sau:

-Phương pháp hoá học:

Vd: brom–uracil, 2–amino purine, ethyl methane sulfoate, methylnitrosoguanidine, alkylsulfate, …

Bản chất:

Trang 13

Cơ chế tác dụng: gồm 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: các chất gây đột biến xâm nhập tế bào

+Giai đoạn 2: chúng đi qua bào tương, tham gia phản ứng hoá học với các thành phần trong bào tương

- Phương pháp vật lý:

Sử dụng các tia chiếu xạ như: tia UV, tia X, tia gamma…

Bản chất: hydrate hoá gốc pyrimidine, deamin hoá cytosine,…

Trang 14

1 2 3 4 5

C G

A T

G C

T A

G C

C G

G C

T A

G C

C G

G C

T A

G C

C G

A T

G C

T A

C G

A T

G C

T A

G C

C G

A T

Trang 15

-Các phương pháp tái tổ hợp di truyền:

+ Tiếp hợp (conjugation):

Trang 17

+ Chuyển nạp/ biến nạp (transformation):

Trang 18

+ Tải nạp

(transduction

Trang 19

2.2 Bảo quản giống Vi sinh vật:

2.2.1 Cấy chuyền trên mơi trường thạch nghiêng:

-Sử dụng ở hầu hết các phịng thí nghiệm

-Phải cấy chuyền định kì trên mơi trường mới

-Ưu điểm

-Nhược điểm

Trang 20

2.2.2 Giữ giống trong hạt ngũ cốc:

-Thời gian sử dụng khoảng 2 năm và được sử dụng nhiều trong cơng nghệ thực phẩm

-Các hạt ngũ cốc thường dùng là hạt bắp, hạt kê, bo bo

- Cách tiến hành: Hạt ngũ cốc sau khi nấu chín sẽ được làm nguội và cấy vi sinh vật Sau khi cấy nuơi 2 ngày ở 28 – 32oC rồi mang sấy ở nhiệt độ thấp hơn 40oC rồi cho vào bao bì bảo quản

Trang 21

2.2.3 Giữ giống trong cát hoặc đất:

- Bảo quản được giống khoảng 2 năm

- Chỉ thích hợp để bảo quản giống vi sinh vật để xử lý mơi trường

-Cách tiến hành: đất hoặc cát mang sấy đến độ ẩm 5% ở nhiệt độ lớn hơn 100oC để tiêu diệt hết các vi sinh vật cĩ trong đất, cát rồi trộn với giống vi sinh vật cần bảo quản và sấy ở 38 – 40oC trước khi đĩng gĩi

2.3.4 Giữ giống trong dầu:

- Phủ một lớp dầu lên trên giống vi sinh vật để hạn chế quá trình hơ hấp của nĩ Bằng cách này ta cĩ thể bảo quản được 12 tháng

Trang 22

2.2.5 Giữ giống trên giấy lọc:

- Để bảo quản vi khuẩn có bào tử

- Cách làm: đậy nút bông thanh trùng 1210C/1h, cho vào tủ sấy giấy lọc cắt từng miếng nhỏ 1 – 3 cm, cho vào các ống nghiệm 1000C/3h VSV nuôi cho có bào tử 3 – 5 ngày, dùng pipet vô trùng cho vào mỗi miếng giấy lọc một giọt vi khuẩn, đậy nút bông và cho vào tủ ấm để tiếp

2 -3 ngày cho đến khi giấy hoàn toàn khô, phủ parafin đặc đun chảy lên nút bông, để tủ lạnh hoặc phòng mát, thời gian bảo quản nhiều năm

2.2.6 Giữ giống trên các miếng gelatin:

- Phương pháp đơn giản dễ làm và rất an toàn

- Hai phương pháp thường được sử dụng nhất:

Trang 23

các miếng

nhỏ gelatin

Cho môi trường gelatin đã có VSV thành từng giọt nhỏ trên đĩa petri vô trùng (8 giọt/ pettri

Φ 9cm)

Dùng micropipet nhỏ từng giọt lên các miếng giấy nến đã được thanh trùng cẩn thận trong các

đĩa petri Sấy khô Sấy khô trong tủ hút chân

không ở nhiệt độ – 20 0 C đến –

40 0 C và dùng P 2 O 5 để hấp thụ

miếng gelatin cho vào 1ml môi trường lỏng thích hợp, nuôi 24h ở

37 0 , sau đó cấy vào môi trường thạch, chọn các khuẩn lạc điển

hình.

Trang 24

Trang 25

-Chất bảo vệ dùng để bảo vệ vi sinh vật khơng bị chết ở nhiệt độ lạnh sâu Cĩ thể dùng một trong các chất sau làm chất bảo vệ:

+ Glycerin 15%

+ Huyết thanh ngựa (loại khơng cho chất bảo quản)

+ Dung dịch saccarose 10% + gelatin 1%, pH = 6,8 – 7+Dung dịch glucose hoặc lactose 10%

2.2.7 Phương pháp lạnh đơng

Trang 26

2.2.8 Phương pháp đơng khơ

- Sấy giống ở nhiệt độ thấp, áp suất chân khơng

-Ưu điểm

- Nhược điểm

- Cách tiến hành: Nuơi vi sinh vật trong mơt trường lỏng sau đĩ phân phối giống vào những ống nghiệm cĩ dung tích 1 – 5ml rồi đưa vào máy đơng khơ trong 24h Thu sản phẩm khơ ở nhiệt độ thấp, hàn kín ống để bảo quản

Trang 27

Máy sấy đông khô

Trang 29

Khi tiến hành nhân giống cần quan tâm tới các vấn đề sau:

-Chọn môi trường nhân giống

-Chọn điều kiện nhân giống

-Thiết bị nhân giống

-Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng giống

2.3 Nhân giống:

Trang 30

III Phương pháp và thiết bị lên men

3.1 Chuẩn bị môi trường lên men

Phân loại môi trường lên men công nghiệp:

+ Dựa theo tính chất vật lý: môi trường lỏng và môi trường rắn, môi trường bán rắn

+ Dựa theo thành phần và nguồn gốc: gồm có:

-Môi trường tự nhiên: dùng các nguyên liệu tự nhiên để pha chế (sữa, trứng, khoai tây, dịch chiết nấm men) mà thành phần hoá học của chúng không được xác định chi tiết và chính xác

-Môi trường bán tổng hợp: ngoài các nguyên liệu tự nhiên còn thêm một số hoá chất có thành phần nhất định.-Môi trường tổng hợp: dùng hoàn toàn các hoá chất có thành phần xác định để pha chế

Trang 31

•Nguyên tắc thiết lập môi trường:

Khi thiết lập một môi trường lên men công nghiệp cần quan tâm tới các yếu tố sau:

-Các chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV được sử dụng trong quá trình lên men

-Thành phần dinh dưỡng có giá trị công nghiệp

-Các đặc tính của chất dinh dưỡng liên quan đến quá trình tồn trữ, sản xuất, thanh trùng hay tiệt trùng và quá trình tinh sạch sản phẩm

-Giá trị của thành phần dinh dưỡng

-Các yếu tố khác như: pH, nhiệt độ, độ ẩm,…

Tuỳ mỗi loại vi sinh vật sẽ có những điều kiện môi trường khác nhau, thông thường đều yêu cầu đầy đủ các thành phần sau:

04/01/11 Mã MH: 603015 - Phần 1 Kỹ Thuật Lên Men 31 III Phương pháp và thiết bị lên men

Trang 32

 Các chất dinh dưỡng cơ bản:

-Nguồn cacbon: từ các hợp chất glucid, hydrocacbons, lipids, alcol và protein Trong đó, glucid là nguồn dinh dưỡng quan trọng nhất để VSV thực hiện quá trình trao đổi chất, xây dựng và đổi mới tế bào

-Nguồn nitơ: cần thiết cho sự phát triển sinh khối tế bào bởi vì nó tham gia vào quá trình tạo protein, acid nucleic và nhiều chất có hoạt tính sinh học khác của tế bào VSV

Trang 33

-Khoáng: tất cả VSV đều cần những nguyên tố khoáng cho sự phát triển và trao đổi chất.

-Nguyên tố đa lượng: Mg, P, K, S, Ca và Cl

-Nguyên tố vi lượng: Cu, Fe, Mg, Zn lànhững nguyên tố thường được dùng với lượng rất nhỏ nhưng rất cần thiết cho hoạt động sống bình thường của VSV

 Các yếu tố sinh trưởng (growth factor): vitamin, purine, pyrimidine…

Trang 35

Trang 36

3.2 Tiệt trùng trong công nghệ lên men:

Định nghĩa thanh trùng/ tiệt trùng:

-Thanh trùng (pasteurization)

- Tiệt trùng (sterilisation)

Thanh trùng/ Tiệt trùng khí:

Nguyên tắc:

-Diệt VSV: nhiệt độ cao, tia cực tím, bức xạ ion, hoá chất, …

-Loại VSV: lọc thô, lọc tinh, vi lọc

Trang 37

Các giai đoạn làm sạch và tiệt trùng không khí cơ bản:

-Xử lý sơ bộ: tách bụi (Φ = 5 – 10 µ m)

Vật liệu: bông tổng hợp, màng lọc polymer, phôi kim loại,

Vật liệu: sợi carbon mảnh, màng membarane, …

Xử lý khí thoát ra từ bình lên men:

-Ngưng tụ nước: tách 99% VSV

-Sử dụng màng lọc của các hãng Balston (Anh), Sartorius (Đức),…

Trang 38

Thanh trùng/ Tiệt trùng môi trường:

lọc, …

a) Thanh trùng/ tiệt trùng bằng tia ion hóa

Nguyên lý: Tác dụng diệt trùng của các tia ion hóa là thay đổi cấu trúc của một số phân tử protein của tế bào vi sinh vật và làm ion hóa dung môi.

Trang 39

Tia Tần số dao động điện từ (Hz)Tia hồng ngoại

Tia sáng thấy được

Tia tử ngoại

Tia X

Tia Rongel cứng, tia γ

1012 – 10141015

1016 - 1017

1018 – 1020

1021 - 1022

Bảng Tần số dao động điện từ của các tia ion hóa

Thanh trùng/ Tiệt trùng môi trường:

Trang 40

b) Thanh trùng bằng sóng siêu âm

Dưới tác dụng của siêu âm, môi trường lỏng truyền âm

bị xô đẩy, bị ép và tạo chân không liên tiếp, sinh ra nhiều khoảng trống Lúc đó, các chất hòa tan và hơi của chất lỏng lập tức dồn vào khoảng trống ấy, gây ra tác dụng cơ học làm chết vi sinh vật ở trong môi trường

Mặt khác, một phần chất khí hòa tan bị ion hóa tạo ra

H2O2, khí NO là những chất độc đối với vi sinh vật

Trang 41

c) Thanh trùng bằng dòng điện cao tần

Thanh trùng bằng cách đặt sản phẩm trong điện trường của dòng điện xoay chiều (có tần số cao) Các phần tử tích điện trong sản phẩm (ion, điện tử) sẽ dao động do tác dụng của điện năng, chuyển điện năng được hấp thu thành nhiệt năng để làm chết vi sinh vật

Tần số của dòng điện càng lớn hay bước sóng càng ngắn thì quá trình thanh trùng càng nhanh (Tần số thích hợp nhất là 3.108 - 3.107 Hz) Thời gian thanh trùng chỉ trong vài mươi giây đến vài phút

Trang 42

d) Thanh trùng bằng sử dụng áp suất cao

Áp lực 300 - 600MPa có khả năng vô họat các vi sinh vật không hình thành bào tử Trong khi để vô họat các

vi khuẩn sinh bào tử cần áp lực rất cao (1800MPa) Tuy nhiên, tại áp suất thấp 200 - 400MPa cũng làm giảm sự sản sinh bào tử

e) Thanh trùng bằng xung điện từ

Trường xung điện (áp dụng cho các lọai thực phẩm lỏng, thời gian xử lý từ vài micro tới mili giây) có thể tiêu diệt vi sinh vật vì tạo xốp màng tế bào Lực điện trường đòi hỏi để vô họat vi sinh vật thay đổi từ 0,1 - 2,5 V/µ m

f) Lọc Thanh trùng

Dùng những màng lọc có kích thước mao quản nhỏ, có khả năng giữ lại VSV: siêu lọc, vi lọc, Thẩm thấu

Trang 43

g) Thanh trùng/ tiệt trùng bằng nhiệt

Khi nâng nhiệt độ của môi trường quá nhiệt độ tối thích của vi sinh vật thì hoạt động của vi sinh vật bị chậm lại Ở nhiệt độ cao, protid trong nguyên sinh chất của vi sinh vật bị đông tụ làm cho vi sinh vật bị chết

Chọn nhiệt độ thanh trùng/ tiệt trùng:

Người ta chia sản phẩm thành 2 nhóm theo độ acid hoạt động của sản phẩm, để làm cơ sở cho việc chọn nhiệt độ thanh trùng :

-Nhóm sản phẩm không chua và ít chua có pH > 4,5

-Nhóm sản phẩm chua có pH < 4,5

Trang 44

Microbes: environments for optimal growth

Trang 45

 Các phương pháp trao đổi nhiệt khi thanh trùng/ tiệt trùng mơi trường lỏng:

* PP trao đổi nhiệt trực tiếp (direct heat exchanger method): môi trường được tiếp xúc trực tiếp với hơi

Trang 46

Có 2 phương pháp chính để gia nhiệt trực tiếp:

+ Phương pháp steam injection (phun hơi vào môi trường lỏng)

Ưu điểm:

- Là phương pháp gia nhiệt và làm lạnh nhanh nhất

- Tách được một số chất bay hơi

Nhược điểm:

- Chỉ thích hợp cho những chất lỏng có độ nhớt thấp

- Chi phí sản xuất hơi sạch cao hơn hơi thông thường

- Năng lượng tái sinh thấp hơn 50% (so với hơn 90% trong hệ thống trao đổi nhiệt gián tiếp

- Tính linh loạt trong việc thay đổi sản phẩm thấp

Trang 47

Trang 48

+ Phương pháp steam infusion (phun môi trường lỏng vào hơi)

Ưu điểm:

-Chất lỏng không tiếp xúc với bề mặt nóng

-Việc gia nhiệt nhanh chóng chất lỏng và việc làm lạnh nhanh giúp duy trì tối đa các thành phần dinh dưỡng và giá trị cảm quan của các môi trường lên men thực phẩm

- Điều khiển quá trình dễ dàng hơn PP steam injection.-Thích hợp hơn đối với các chất lỏng có độ nhớt cao

Hạn chế:

-Những bất lợi của PP steam injection

Trang 49

*PP trao đổi nhiệt gián tiếp:

+ Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm:

-Gồm một dãy các tấm thép không rỉ mỏng, ôm chặt nhau trong một khung kim loại, tạo ra các kênh song

song nhau

-Môi trường và tác nhân gia nhiệt được bơm xen kẽ

vào các kênh và ngược dòng nhau

-Giữa các tấm sẽ được dán kín bằng một miếng đệm cao su tổng hợp

-Các tấm thép được uốn dạng sóng

-Năng suất của thiết bị phụ thuộc vào kích cỡ và số

tấm thép

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	4,92 MB