BÁO cáo VI SINH DT3 VSV lên MEN HIẾU KHÍ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG  BÁO CÁO TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ VÀ ỨNG DỤ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG



BÁO CÁO TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI: VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: Liêu Mỹ Đông SVTH: Nhóm 3.3

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự tồn tại và phát triển của những sinh vật mà ta có thể dễ dàng quan sát được bằng mắt thường thì xung quanh ta luôn có sự hiện diện của những loài sinh vật có

kích thước vô cùng nhỏ bé không thể quan sát được hay còn gọi là Vi sinh vật Chúng ở

quanh ta và hiện diện khắp mọi nơi, thậm chí có cả ở trong cơ thể con người Chúng có

cả những mặt lợi và mặt hại Nếu chúng ta biết chúng, hiểu chúng và sử dụng chúng vào mục đích có lợi sẽ giúp cho cuộc sống con người tốt hơn và ngược lại nó sẽ để lại những hậu quả nghiêm trọng đối với con người cũng như các lĩnh cực kinh tế khác Ngay từ thời xa xưa, con người đã biết ứng dụng hoạt tính có lợi của vi sinh vật phục vụ đời sống của mình Nhưng đến khi L.Pausteur tìm ra nguyên nhân lên men và một loạt các công trình khoa học về vi sinh vật được nghiên cứu có kết quả thì việc ứng dụng vào sản xuất vi sinh vật mới phát triển mạnh và trở thành một ngành công nghệ phục vụ cho cuộc sống con người Ngày nay với sự phát triển của khoa học hiện đại vi sinh vật được ứng dụng nhiều trong cuộc sống, nhất là trong thực phẩm, y học, chăn nuôi thú y cũng như ngành công nghệ vi sinh ngày càng phát triển và hiện đại

Riêng đối với ngành công nghệ thực phẩm, các loại vi sinh vật có ứng dụng mạnh

mẽ đặc biệt là những quy trình lên men thu lại nguồn sinh khối lớn Bên cạnh những

ứng dụng của quá trình lên men kị khí rất gần gũi là những sản phẩm quen thuộc trên thị trường thì Vi sinh vật lên men hiếu khí cũng góp phần tạo ra những sản phẩm có

giá trị phục vụ cho con người

Từ những ứng dụng thiết thực đó của vi sinh vật lên men, Đề tài báo cáo VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM sẽ làm rõ về hệ thống vi sinh vật lên men hiếu khí cũng như bản chất của quá trình và những ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm qua từng quy trình sản xuất cụ thể như thu nhận sinh khối từ nấm men, lên men acid acetic,vv…

Tập thể sinh viên nhóm thực hiện báo cáo rất cảm ơn Giảng viên trực tiếp hướng dẫn môn học đã giúp đỡ chúng em bổ sung kiến thức qua từng tiết học để nhóm có thể hoàn thành bài báo cáo tiểu luận một cách tốt nhất Tuy nhiên trong quá trình thực hiện cũng không tránh khỏi thiếu sót từ việc đánh máy in ấn …, rất mong sẽ nhận được sự đánh giá nhận xét của Thầy để chúng em có thể hoàn thiện hơn về mặt nội dung kiến thức

MỤC LỤC

Bảng phân công nhiệm vụ 1

Lời nói đầu 2

Mục lục 3

GIỚI THIỆU CHUNG 4

I QUÁ TRÌNH VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ 6

II Khái niệm 6

II.1 Bản chất của qua trình vi sinh vật lên men hiếu khí 6

II.2 CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN VSV HIẾU KHÍ TIÊU BIỀU VÀ ỨNG DỤNG III TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 6

III.1 QUÁ TRÌNH THU NHẬN SINH KHỐI TỪ NẤM MEN 6

III.2 LÊN MEN ACID ACETIC 9

III.3 LÊN MEN ACID CITRIC 12

Kết luận 19

Tài liệu tham khảo 20

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH Bảng 1.1 Sản phẩm của một số quá trình lên men thông thường 5

H.1.1 Sơ đồ thể hiện cơ chế chung của một số quá trình lên men 4

H.2.1 Acetobacter xylinum 6

H.2.2 Acetobacter.aceti 6

GIỚI THIỆU CHUNG

I.

 Lên men hay hô hấp kị khí là quá trình phân giải hidratcacbon trong điều kiện

kị khí Nó là quá trình oxi hóa khử cơ chất mục đích là tạo ra các sản phẩm cần thiết nhờ vi sinh vật

Khác với hô hấp hiếu khí, sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men ngoài CÒ còn có những hợp chất Cacbon chưa được oxi hóa hoàn toàn như rượu, ceton acid hữu cơ…tùy thuộc vào từng loại lên men và các sản phẩm tích lũy mà giai

đoạn chuyển hóa pyruvic trở đi sẽ khác nhau

H.1.1 Sơ đồ thể hiện cơ chế chung của một số quá trình lên men

Bảng 1.1 Sản phẩm của một số quá trình lên men thông thường

lactic etilic propionic

Butilen-glicoli

etilic

buteric

QUÁ TRÌNH VI SINH VẬT LÊN MEN HIẾU KHÍ

Vi sinh vật hiếu khí: là những loài sinh vật sinh sống và phát triển trong môi trường có không khí Trong điều kiện không có không khí (môi trường yếm khí, kỵ khí) chúng sẽ chết hoặc không phát triển tốt

Bản chất của quá trình vi sinh vật lên men hiếu khí

II.2

Phần lớn các vi sinh vật hiếu khí tiến hành oxi hóa chất dinh dưỡng hữu cơ thành

CO2 và H2O vì cacbon trong CO2 đạt tới múc oxi hóa cao nên người ta thường gọi là

quá trình oxi hóa hoàn toàn

Tuy nhiên một số vi sinh vật có khả năng oxi hóa cơ chất làm sinh ra những sản phẩm chƣa đƣợc oxi hóa hoàn toàn hay còn gọi là lên men hiếu khí

Bản chất của quá trình vi sinh vật lên men hiếu khí thật chất là quá trình oxi hóa khử không hoàn toàn

Rất nhiều quá trình oxi hóa không hoàn toàn có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ lên men vì tạo ra được nhiều sản phẩm có giá trị

Ví dụ: Theo các khóa phân loại hiện nay (Edition,1994,2000) Acetobacter, gồm

7 loài khác nhau như Acetobacter xylinum, A.um, A.aceti, A.schutzenbachii có ứng dụng trong lên men giấm, sản xuất thạch dừa vv…

H.2.1 Acetobacter xylinum H.2.2 A.aceti

CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN VSV HIẾU KHÍ TIÊU BIỀU VÀ III.

ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

QUÁ TRÌNH THU NHẬN SINH KHỐI TỪ NẤM MEN

III.1

III.1.1 hái quát chung

Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật trong sinh quyển hoặc sô lượng sinh vật sống trong 1 đơn vị diện tích, thể tích vùng

Nấm men: Chỉ tên chung để chỉ nhóm vi nấm gồm các cấu tạo đơn bào thường sinh sôi và nảy nở bằng phương pháp nẩy chồi

- Con người hiểu biết về nấm men và những tính chất của nó mới được hơn 150 năm Đến đầu thế kỉ 19, nấm men bia, nấm men thải từ nhà máy rượu bia đã được con người sử dụng để làm bánh mì

- Nấm men có dạng cơ thể đơn bào Chúng phân bố rộng hiện diện nhiều ở đất trồng nho và hoa quả

Nhiều loại nấm men làm hư hỏng thực phẩm,nhưng cũng có nhiều loại có ích trong công nghệ lên men và sản xuất phụ gia trong thực phẩm

- Các loại nấm men có ích như các loại nấm men dùng để sản xuất rượu trắng, rượu vang, bia, làm nở bột mì, tạo sinh khối giàu protein va vitamin

- Về lý thuyết Từ 1g C6H12O6 có thể thu được 0,5g sinh khối nấm men khô (theo nghiên cứu của A.J.Forage): C6H12O6 (1g) + O2 (0,4g) → CO2 (0,67g) + H2O (0,27g) + NH3 (0,05g) Q (1,25 kcal) + sinh khối nấm men khô 0,5g Hoặc theo nghiên cứu C.L Cooorey C6H12O6 (2kg) + O2 (0,7g) → CO2 (1,1g) + H2O (0,7g) + sinh khối nấm men khô (1kg) + N, P, K, Mg, S (0,1kg)

 Phương pháp sản xuất

- Cuối thế kỉ 19, nhiều cải tiến kỹ thuật như hệ thống thông khí (nước Anh ), kỹ thuật li tâm để tách nấm men ra khỏi môi trường tăng trưởng (Mỹ) đã được dùng để sản xuất men bánh mì Nguyên liệu để sản xuất sinh khối nấm men chủ yếu là rỉ đường Thành phần hóa học của rỉ đường:chất phi đường và nước Các chất phi đường bao gồm các chất hữu cơ và vô cơ.Các chất hữu cơ có chứa nitơ của rỉ đường mía chủ yếu là các acid amin cùng với một lượng nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó.Các chất phi đường

vô cơ là các loại muối tìm thấy trong thành phần tro của rỉ đường Rỉ đường mía còn chứa các nguyên tố khác với hàm lượng nhỏ như: Zn, Mn, Cu, B, Co, Mo Rỉ đường rất giàu các chất sinh trưởng như: acid pentotenic, nicotinic, folic, B1, B2 và đặc biệt là biotin

- Bọt và sinh khối tràn ra ngoài trong quá trình lên men được tách trước tiên theo phương pháp tạo thành bọt cùng với sinh khối tạo ra ngoài rồi đưa đi ly tâm tách bọt và sinh khối trào ra ngoài được thu gom lại đi xử lý bằng phương pháp tuyển nổi (flotation) rồi đưa đi ly tâm qua các máy ly tâm tách (Seprator), cô đặc chân không - Nấm men thường có tỷ trọng lớn hơn dung dịch nấm men (tỷ trọng của nấm men thường nằm trong khoảng 1,13- 1,14 còn dịch nuôi cấy không chứa nấm men là 1,01- 1,03) Do vậy tế bào nấm men sẽ chịu lực ly tâm lớn hơn và được tách ra khỏi dung dịch nuôi cấy

III.1.2 Cơ chế của quá trình lên men

Glucose Hexokinaza Glucose – 6 – phosphat Photphoglucoza isomeraza Fructose – 6 – phosphat PhosphoFructokinaza

Fructose – 1,6 – diphosphat

Aldolaza Triophosphat izomeraza Glyceraldehyd – 3 – phosphat Dihydro aceton phosphat

Glyceraldehyd phosphatdehydrogenaza Acid – 1,3 – diphosphoglyceric Phosphoglyceratkinaza Acid – 3 – phosphoglyceric Phosphoglycerat-mutaza Acid – 2 – phosphoglyceric

Enoiaza Acid phosphoenolpyruvic Pyruvat kinaza Acid – enol – pyruvic Acid pyruvic Pyruvate – decarboxylaza

Ethanal Aldodeshydrogenaza

Ethanol

III.1.3 Các nấm men thường dùng trong sản xuất:

 Giống nấm Candida: - Candida tropicalis: lên men rất tốt ở các dịch đường glucoza, galactoza, sacaroza, maltoza không hấp thu được sorbioza, xenlobioza, lactoza…

III.1.4 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid amin, peptit), vitamin

và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào Sau đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa

mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành

Nấm men làm bánh mì: Chủng loại nấm men dùng để sản xuất bánh mì thuộc

họ Saccharomyces cerevisiae Nguyên liệu chính dùng để sản xuất men là mật rỉ đường, ngoài ra một số hóa chất khác sẽ được cung cấp trong quá trình nuôi cấy men để bổ sung các chất dinh dưỡng mà mật rỉ không đủ Quá trình nuôi dưỡng men Saccharomyces là quá trình hiếu khí vì vậy người ta phải thổi vào bồn lên men một lượng khí rất lớn.Trong quá trình nuôi cấy nấm men người ta phải kiểm soát lượng mật

rỉ nạp vào bồn lên men theo lượng cồn có trong môi trường lên men Nếu lượng mật nạp vào nhiều quá nấm men sẽ không sinh sản mà sẽ thực hiện quá trình lên men tạo ra cồn khiến nồng độ cồn tăng cao và năng suất men sẽ giảm, nhưng nếu lượng mật nạp vào quá ít nấm men sẽ thiếu chất dinh dưỡng cho sinh trưởng

Nấm men rượu (S cerevisiaes) được dùng để sản xuất rượu và rượu mầu như brandy, whiskey, rum, tequila… Chúng thường được phân lập từ quá trình lên men bã quả, mật rỉ của củ cải đường hay mía đường

Sinh khối nấm men Torula là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, gia cầm và cá vì hàm lượng protein cao, protein lại dễ tiêu hoá (tỷ lệ tiêu hoá cao hơn bột thịt xương: 87% so với 70%)

Sản xuất rượu vang dựa trên cơ sở về hóa sinh xảy ra trong quá trình lên men các loại nước quả dưới tác dụng của enzyme của nấm men Có hai phương pháp lên men rượu vang cơ bản: lên men tự nhiên và lên men nhờ các chủng nấm men thuần

khiết Một số loài nấm men thường gặp trong sản xuất rượu

vang: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces chevalieri

LÊN MEN ACID ACETIC

Acid acetic là một chất lỏng không màu, có mùi sốc, vị chua, có khả năng hút ẩm từ không khí Nhiệt độ nóng chảy tnc = 16,630C, nhiệt độ sôi ts = 1180C, tỷ trọng 1,049; độ nhớt ở 200C là 1,21.10-3 Ns/m2

Trong dung dịch acid acetic tồn tại các dạng (CH3COOH)2, (CH3COOH)3, sự tồn tại các phân

tử kép như trên là do các liên kết hydro giữa các phân tử với nhau

Acid acetic tan trong nước và các dung môi thường (rượu aceton, cồn, eter, chloroform,…) với bất kỳ tỷ lệ nào, chúng hoàn toàn không tan trong CS2 Ngoài ra nó cũng là dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ (nhựa, tinh dầu, ) Đặc biệt acid acetic hoà tan tốt ngay cả cellulose và các hợp chất của nó Acid acetic rất bền với các chất oxi hoá như acid chromic, permanganat Acid acetic có tác dụng phân huỷ da, gây bỏng, ăn mòn nhiều kim loại và hợp kim, hoà tan tốt nhiều chất vô cơ

Các phương pháp sản xuất acid acetic

III.2.2

III.2.2.1 Phương pháp lên men acid acetic

 Lên men acid acetic là quá trình oxy hoá cồn thành acid acetic nhờ vi khuẩn acetic trong điều kiện hiếu khí Mọi quá trình muốn hoạt động được đòi hỏi phải có năng lượng, để thực hiện được các hoạt động sống như sinh trưởng, sinh sản và phát triển thì

vi sinh vật cần phải có năng lượng

 Quá trình lên men là quá trình oxy hoá khử sinh học để thu năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào sinh vật nhưng tế bào sống chỉ sử dụng năng lượng dưới dạng hoá năng tàng trữ trong mạch cacbon và được phóng ra do sự chuyển electron từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác

Các phản ứng sinh hoá xảy ra trong các quá trình lên men là những phản ứng chuyển hydro nhưng sự chuyển hydro cũng tương đương với sự chuyển electron vì nguyên tử hydro có thể tách thành proton H+ và electron Các enzym xúc tác quá trình tách nguyên tử hydro khỏi cơ chất gọi là enzyme dehydrogenaza

Trong quá trình lên men giấm, rượu etylic được oxy hoá thành acid acetic Ở đây sự chuyển hydro được thực hiện nhờ sự xuất hiện của NADP (Nicotinamit adenin dinucleotit photphat dạng oxy hoá) Hydro được NADP nhận (trở thành NADPH2) được chuyển qua chuỗi hô hấp

để thu năng lượng, song cơ chất không bị phân giải hoàn toàn nên được gọi là quá trình oxy hoá không hoàn toàn

 Cơ chế của quá trình lên men

Lên men giấm là quá trình oxy hoá rượu etylic thành acid acetic nhờ có enzym alcohol oxydaza xúc tác trong điều kiện hiếu khí:

CH3CH2OH + O2 -> CH3COOH + H2O + 117 Kcal

Để chuyển hoá thành acid acetic, rượu và oxy phải thâm nhập vào tế bào vi khuẩn , ở đây nhờ

có enzyme của vi khuẩn xúc tác, rượu được chuyển hoá thành acid acetic theo một quá trình sau:

C2H5OH + ½ O2 -> CH3CHO (Acetaldehyd) + H2O

CH3CHO + H2O -> CH3CH(OH)2 (Hydrat acetaldehyd)

CH3CH(OH)2 + ½ O2 -> CH3COOH + H2O Acid acetic tạo thành sẽ thoát ra khỏi tế bào của vi khuẩn và đi vào môi trường hi môi trường hết rượu thì vi khuẩn giấm sẽ oxy hoá acid acetic thành CO2 và H2O theo phương trình sau:

CH3COOH + 2O2 = 2CO2 + 2H2O Đây chính là sự “quá oxy hoá” rất có hại cho quá trình lên men giấm Vì vậy, trong dịch lên men phải còn dư một lượng rượu khoảng 0,3-0,5% để đảm bảo không bao giờ cho oxy hoá hết rượu nhằm tránh hiện tượng “quá oxy hoá”

Quá trình oxi hóa rượu thành acid acetic

Phương pháp mới nhất hiện nay là tổng hợp từ metanol và CO bằng phản ứng cacbonyl hoá: CH3OH + CO -> CH3COOH

 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Hiện nay người ta sản xuất acid acetic chủ yếu bằng phương pháp lên men (sản phẩm là giấm ăn) So với những phương pháp khác, phương pháp lên men có những ưu điểm:

-Công nghệ sản xuất acid acetic hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường

-Quá trình chuyển hoá (hay quá trình lên men) được thực hiện ở điều kiện rất ôn hoà, không cần nhiệt độ cao, áp suất cao hay máy móc thiết bị phức tạp

-Nguyên liệu để sản xuất acid acetic bằng phương pháp lên men rất dễ kiếm, có thể sử dụng nguyên liệu chứa đường (nước ép trái cây, nước ép dứa, nước ép mía, …), có thể sử dụng nguyên liệu chứa tinh bột hoặc cồn công nghiệp

•Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột phải qua 3 giai đoạn chuyển hoá:

-Giai đoạn chuyển hoá tinh bột thành đường

-Giai đoạn chuyển hoá đường thành cồn