Chuong V Ứng dụng vi sinh vật trong chế biến thực phẩm

Lên men ethanol và các ứng dụng Vi sinh vật trong sản xuất ethanol  Sản xuất ethanol  Sản xuất bánh mì  Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên men... Vi sinh vật dùng trong lên men ethan

Chương 5: Ứng dụng VSV trong chế biến thực phẩm

1 Lên men ethanol và các ứng dụng

2 Lên men lactic và các ứng dụng

3 Vi khuẩn acetic và quá trình oxy hóa

ethanol thành acid acetic

1 Lên men ethanol và các ứng dụng

 Vi sinh vật trong sản xuất ethanol

 Sản xuất ethanol

 Sản xuất bánh mì

 Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên men

Vi sinh vật dùng trong lên men ethanol

 Nhóm vi sinh vật chuyển hóa đường thành

ethanol:

 Nấm men: Saccharomyces cerevisiae,

Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces marxianus…

 Vi khuẩn: Zymomonas mobilis, Clostridium

sporogenes…

Nấm men S cerevisiae

 Nguồn cơ chất:

 Carbon: khả năng lên men

• Glucose (+), Fructose (+), Galactose (+/-), Xylose (-)

• Sucrose (+/-), Maltose (+/-), Trehalose (+), Melibiose (+/-), Lactose (-), Cellobiose (-)

• Raffinose (+/-), Maltotriose (+/-)

 Nitơ:

• Hữu cơ: acid amin, peptide

• Vô cơ: muối NH4+ dạng sulfate, phosphate, không sử dụng nitrate và nitrite

 Khoáng và các yếu tố sinh trưởng: vitamine (+/-)…

Xylose (C5H10O5)

Maltotriose

Nấm men S cerevisiae

 Sinh trưởng:

 Topt = 28 – 30 oC, pHopt = 4.0 – 5.5

 Trao đổi năng lượng:

 Trong điều kiện kỵ khí: sử dụng cơ chất – đường và

con đường chuyển hóa – EMP

Sản phẩm chính: ATP, ethanol và khí carbonic

 Trong điều kiện hiếu khí: sử dụng cơ chất – đường và con đường chuyển hóa – EMP và chu trình Crebs

Sản phẩm chính: ATP, nước và khí carbonic

Nấm men S cerevisiae

 Hiệu ứng Pasteur: oxy ức chế quá trình chuyển hóa đường thành ethanol và làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp ethanol

 Hiệu ứng Crabtree: trong điều kiện có oxy, một phần đường sẽ được chuyển hóa thành ethanol

 Ứng dụng:

 Sản xuất ethanol

 Sản xuất thức uống lên men không qua chưng cất (vang, bia, nước trái cây lên men có độ cồn thấp), thức uống lên men qua chưng cất (cognac, rhum, wishky…)

 Chế biến TP truyền thống: bánh mì, cơm rượu, kefir…

Sản xuất ethanol

 Chuẩn bị môi trường lên men:

 Nguyên liệu chứa đường: tách tạp chất, bổ sung và hiệu chỉnh hàm lượng cơ chất, chỉnh pH, diệt vi sinh vật…

 Nguyên liệu chứa tinh bột: thủy phân, bổ sung và hiệu chỉnh hàm lượng cơ chất, chỉnh pH…

 Chỉ tiêu quan trọng nhất trong sản xuất cồn: hiệu suất sinh tổng hợp ethanol

 Xử lý sau khi lên men:

 chưng cất và tinh luyện ethanol, bảo quản sản phẩm

Sản xuất ethanol

 Phương pháp truyền thống ở Việt Nam: nguyên liệu chứa tinh bột

 Phương pháp Amilo: sử dụng Mucor và S cerevisiae;

thủy phân tinh bột và lên men đồng thời trong cùng 1 thiết bị

 Phương pháp Mucomalt: sử dụng A oryzae và S

cerevisiae; thủy phân tinh bột trước rồi lên men sau

(thường sử dụng hai thiết bị)

 Vấn đề: hiệu suất thủy phân tinh bột thấp, đường sót cao… nên hiệu quả kinh tế rất thấp và ít được áp dụng trên thế giới

Sản xuất bánh mì

 Các vấn đề quan trọng trong quá trình lên men:

 Bột nhào (hỗn hợp bột mì, nấm men, nước và phụ gia) với hàm lượng đường khoảng 1% nên lượng CO2 thoát

ra không đủ làm nở bột

 Hệ amylase trong bột mì (-amylase) xúc tác làm thủy phân tinh bột để cung cấp đường cho quá trình lên men

Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên men ethanol

 CNSX saccharose từ mía/ củ cải đường

 CN chế biến trái cây (nước trái cây, đồ hộp trái cây…)

 CNSX syrup và nước giải khát

2 Lên men lactic và các ứng dụng

 Vi khuẩn lactic

 Sản xuất rau quả muối chua

 Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên men lactic

Vi khuẩn lactic

 Theo khóa phân loại của Bergey (1994), vi khuẩn

lactic gồm 11 giống, với 5 giống được sử dụng

trong công nghiệp:

Vi khuẩn lactic

 Hình thái: Gram dương (G+)

 Hình cầu: Streptococcus, Lactococcus , Leuconostoc

 Hình gậy: Lactobacillus, Bifidobacterium

 Sinh sản: vô tính

 Vi khuẩn lactic không có cytochrome và catalase,

không thực hiện quá trình hô hấp hiếu khí  hàm lượng oxy cao có thể ức chế quá trình trao đổi

chất của vi khuẩn

Streptococcus Lactobacillus

Vi khuẩn lactic

 Nguồn cơ chất:

 Carbon: đường đơn (glucose…) và đường đôi (lactose, sucrose)

 Nitơ: hữu cơ (acid amine, peptide…) Chỉ có 1 vài loài

thuộc giống Streptococcus có thể sinh trưởng trên môi

trường chứa amôn là nguồn nitơ duy nhất

 Khoáng và các yếu tố sinh trưởng: vitamin, purine, pyrimidine…

Vi khuẩn lactic

 Thuộc nhóm ưa ấm hoặc ưa nhiệt

 pH tối thích nằm trong vùng acid, 1 số loài có thể chịu được pH = 2,9 – 3,2

 Lên men lactic là quá trình trao đổi năng lượng

Có 2 kiểu lên men: đồng hình và dị hình

 Lên men đồng hình: phân giải glucose theo con đường E.M.P

1glucose  2 acid lactic

 Lên men dị hình: phân giải glucose theo con đường

pentose phosphate

1 glucose  1 a.lactic + 1 ethanol + 1 CO2

Vi khuẩn lactic

 Giống vi khuẩn lactic công nghiệp:

 Dạng O (Lactococcus lactis, Lactococus cremoris): sử

dụng nhằm mục đích sinh tổng hợp acid lactic

 Dạng D (Lactococus diacetylactis), dạng DL (Lactococus diacetylactis và Leuconostoc…): sử dụng

nhằm mục đích tạo hương cho thực phẩm lên men

 Ứng dụng:

 Sản xuất acid lactic, dextran

 Sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa: yaourt, kefir, bơ,…

 Sản xuất các sản phẩm lên men truyền thống: rau quả muối chua, nem…

Sản xuất rau quả muối chua

 Quá trình lên men: 3 giai đoạn

 Vi khuấn lactic và nhóm vi sinh vật có trong nguyên liệu cùng phát triển

 Vi khuẩn lactic tiếp tục phát triển vào tạo acid lactic ức chế vi sinh vật gây thối

 Vi khuẩn lactic bị ức chế bởi chính sản phẩm trao đổi chất của chúng

 Mục đích: chế biến và bảo quản

Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên

3 Vi khuẩn acetic và quá trình

oxy hóa ethanol thành acid acetic

 Sinh sản: vô tính

 Thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc

Acetobacter aceti Gluconobacter oxydans

 Khoáng và yếu tố sinh trưởng: trong sản xuất công

nghiệp, sử dụng chất chiết nấm men

sinh trưởng ở pH = 2,5)

Oxy hóa không hoàn toàn ethanol thành acid acetic

 Môi trường thông dụng: ethanol, có bổ sung

nguồn nitơ vô cơ và các yếu tố sinh trưởng

 Phương pháp sản xuất

 Phương pháp Orleans (Pháp)

 Phương pháp Boerhaave (Đức): vi khuẩn và dăm bào

 Phương pháp bề sâu: sử dụng thiết bị lên men inox có cánh khuấy, hệ thống sục khí và hiệu chỉnh nhiệt độ

 Phương pháp sử dụng vi khuẩn cố định

Hư hỏng thực phảm do quá trình oxy hóa ethanol thành acid acetic

 CNSX thức uống lên men (bia, vang, nước trái cây lên men…)