NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MEN BIA TỰ PHÂN TẠO THỨC ĂN CÓ GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tận dụng bã men thừa chế biến thành các sản phẩm như dịch chiết nấm men, dịch tự phân nấm men, có thể được sử dụng trong nuôi cấy vi sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MEN BIA TỰ PHÂN TẠO THỨC ĂN

CÓ GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG

Sinh viên thực hiện : TRẦN NỮ NGỌC ÁNH Niên khóa : 2007 – 20011

Tháng 07/2011

LỜI CẢM ƠN

Thành kính ghi ơn Ba, Mẹ và Chị đã nuôi nấng dạy bảo con trưởng thành như ngày hôm nay, cùng những người thân trong gia đình luôn tạo mọi điều kiện, động viên con trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi xin chân thành cảm ơn:

 Ban giám hiệu Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập

 Thầy Cô trong Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học cùng với các Thầy Cô đã trực tiếp giảng dạy bốn năm vừa qua

 Cô Vương Thị Việt Hoa đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện khóa luận này

 Anh Tùng, chị Hà, anh Tuyển ở Công ty Bia Sài Gòn Hoàng Quỳnh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tìm hiểu quy trình sản xuất bia cũng như thu nhận bã men bia

 Cô Đỗ Thị Tuyến và anh Trịnh Ngọc Đức ở Viện Sinh Học Nhiệt Đới đã giúp tôi tìm mua enzyme để tiến hành thực hiện khóa luận

 Các anh chị làm việc tại Viện Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường đã giúp

TÓM TẮT

Đề tài: Nghiên cứu sử dụng men bia tự phân tạo thức ăn có giá trị dinh dưỡng

Trong những năm gần đây, nền kinh tế tăng trưởng bền vững và thu nhập bình quân đầu người được cải thiện đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực chế biến thực phẩm ở Việt Nam Đặc biệt, ngành công nghiệp sản xuất bia trên toàn quốc đã có tốc độ tăng trưởng tương đối cao Như vậy, một lượng lớn bã men từ quá trình sản xuất bia cũng được thải vào môi trường Điều này không chỉ tác động xấu đến môi trường nếu việc xử lý những phụ phẩm này không tốt mà đó còn là sự lãng phí nguồn chất dinh dưỡng bởi bã men có chứa rất nhiều protein, vitamin và những thành phần dinh dưỡng khác Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu tận dụng bã men thừa chế biến thành các sản phẩm như dịch chiết nấm men, dịch tự phân nấm men, có thể được sử dụng trong nuôi cấy vi sinh vật, sử dụng làm phân bón cho cây trồng, thức ăn cho gia súc và sản xuất ra những chất phụ gia tạo hương vị bổ sung vào thức ăn của con người… Trong khi đó ở nước ta việc tận dụng bã men bia chưa được thỏa đáng, gây ô nhiễm môi trường

Nguồn bã men bia từ Nhà máy Bia Sài Gòn – Hoàng Quỳnh sẽ được tận dụng trong nghiên cứu nhằm tạo ra sản phẩm cuối cùng là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng Đầu tiên, bã men bia sẽ trải qua công đoạn làm sạch, với tỉ lệ nấm men : NaOH (0,1N) =

1 : 3 và thời gian rửa là 10 phút thì quá trình rửa bã men đạt tối ưu nhất Tiếp đó, hỗn hợp

sẽ trải qua quá trình tự phân Hiệu suất của quá trình tự phân đạt tốt nhất khi nồng độ của protease, muối và nấm men lần lượt là 0,4%, 0,1% và 15 %

Sau cùng dịch tự phân được cô đặc và tiến hành những thử nghiệm bổ sung dinh dưỡng cho sản phẩm cuối cùng Sản phẩm có giá trị dinh dưỡng được đánh giá cao nhất với công thức sau: dịch tự phân 10%, đường 4%, muối 1,5%, bột ngọt 0,5%, khoai lang 47%, bí đỏ 47% và hương liệu dâu, vani

SUMMARY

Title: A study utilizing yeast autolysis in nutritional food production

In recent years, strong economic growth and improved per capita income have contributed to the robust expansion of Vietnam’s food processing sector In particular, nationwide brewery industry has recorded a relatively high rate of growth Thus, a large amount of yeast residue left over from this brewing process was released into the environment Not only can this by-product cause environmental pollution if not handled well but it is also a waste of potential nutrient source since yeast residue is rich in proteins, vitamins and other nutritional ingredients Many studies have been conducted utilizing yeast residue to process into useful products such as yeast extract and yeast autolysis that can be used to create media for microorganism cultivation, fertilizer for crops, feed for livestock and natural aromatic additives for a wide range of savory foods for humans, etc Meanwhile in Vietnam insufficient treatment of yeast residue is polluting the environment

The source of yeast residue of Saigon – Hoang Quynh Brewery Factory was used

in the research to create the final product as a nutritional food At first, yeast residue was undergone a washing process that was found to be optimal by experimental conditions for suspension of yeast cells and NaOH (0,1N) in the proportion of 1:3 and washing time of

10 minutes Then, the mixture underwent autolysis process with the optimum concentration of protease, salt and yeast cells respectively 0,4%, 0,1% and 15%

Finally, the yeast autolysis was concentrated and nutrient – adding tests were carried on to create a final product with high nutritional value The product with high nutritional value was best rated with the following formula: yeast autolysis 10%, sugar 4%, salt 1,5%, monosodium glutamate 0.5%, sweet potato 47%, pumpkin 47%, strawberry and vanilla flavors

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Tóm tắt ii

Mục lục iv

Danh sách các hình vii

Danh sách các bảng viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài 2

1.3 Nội dung thực hiện 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Nấm men 3

2.1.1 Giới thiệu 3

2.1.2 Nấm men dung trong sản xuất bia 3

2.1.3 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men bia 4

2.1.4 Sơ lược về bã men bia 6

2.1.5 Thu hồi nấm men thừa trong quá trình sản xuất bia 6

2.1.6 Sản lượng nấm men dư thừa trong công nghiệp sản xuất bia 7

2.2 Các phương pháp phá vỡ tế bào nấm men 8

2.2.1 Phương pháp vật lý 8

2.2.2 Phương pháp hóa học 8

2.2.3 Phương pháp sinh học 9

2.2.3.1 Phương pháp tự phân 9

2.2.3.2 Phương pháp thủy phân bằng enzyme 9

2.3 Enzyme 10

2.3.1 Giới thiệu chung về enzyme 10

2.3.2 Enzyme protease 10

2.3.2.1 Giới thiệu enzyme protease 10

2.3.2.2 Phân loại enzyme protease 11

2.3.2.3 Ứng dụng enzyme protease trong công nghiệp 12

2.4 Các sản phẩm của nấm men 13

2.4.1 Bã men sấy khô 13

2.4.1.1 Ứng dụng 14

2.4.1.2 Quy trình sản xuất 14

2.4.2 Yeast extract 15

2.4.2.1 Giới thiệu 15

2.4.2.2 Quy trình sản xuất 15

2.4.2.3 Sản phẩm yeast extract trên thị trường 16

2.4.3 Môi trường nuôi cấy vi sinh 19

2.5 Giới thiệu chung về khoai lang, bí đỏ 20

2.5.1 Khoai lang 20

2.5.2 Bí đỏ 20

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 22

3.2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 22

3.2.1 Nguyên liệu 22

3.2.2 Tiến hành tự phân bã men 22

3.2.3 Phương pháp phân tích 22

3.2.4 Phương pháp đánh giá cảm quan 23

3.2.5 Quy trình thử nghiệm 23

3.3 Nội dung nghiên cứu 25

3.3.1 Khảo sát sản lượng bia, bã men bia và phương pháp xử lý bã men 25

3.3.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình làm sạch bã men bia 25

3.3.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly giải nấm men 25

3.3.4 Thử nghiệm chế biến thức ăn giàu dinh dưỡng 26

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Khảo sát sản lượng bia, bã men bia và phương pháp xử lý bã men 27

4.2 Thí nghiệm 1.1: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dịch nấm men/ dịch NaOH 27

4.3 Thí nghiệm 2.1: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối trong dung dịch 28

4.4 Thí nghiệm 2.2: Khảo sát thử nghiệm bổ sung protease 29

4.5 Thí nghiệm 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men 31

4.6 Thử nghiệm chế biến thức ăn giàu giá trị dinh dưỡng 34

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 36

5.1 Kết luận 36

5.2 Đề nghị 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thử nghiệm tự phân nấm men tạo thức ăn 24

Hình 4.1 Bã men tại nhà máy bia Sài Gòn Hoàng Quỳnh 28

Hình 4.2 Điểm cảm quan ở các tỉ lệ rửa khác nhau 28

Hình 4.3 Sự biến đổi hệ số kết lắng theo nồng độ muối 29

Hình 4.4 Sự biến thiên hàm lượng đạm amin theo protease 31

Hình 4.5 Hiệu suất tự phân theo protease 31

Hình 4.6 Sự biến thiên đạm amin theo tỷ lệ nấm men trong dung dịch 32

Hình 4.7 Sơ đồ quy trình tạo thức ăn có giá trị dinh dưỡng 33

Hình 4.8 Điểm cảm quan của các mẫu thức ăn 34

Hình 4.9 Sản phẩm dinh dưỡng từ men bia tự phân 35

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần sinh khối khô của tế bào nấm men (%) 5

Bảng 2.2 Hàm lượng vitamin trong tế bào nấm men (µg/g men khô) 5

Bảng 2.2(tt) Hàm lượng vitamin trong tế bào nấm men (µg/g men khô) 6

Bảng 2.3 Những đặc tính sinh hóa của sản phẩm 16

Bảng 2.4 Chỉ tiêu về vi sinh vật trong sản phẩm 17

Bảng 2.5 Hàm lượng amino acid trong sản phẩm 17

Bảng 2.6 Những đặc tính sinh hóa sản phẩm 18

Bảng 4.1 Những chỉ tiêu khảo sát của nhà máy bia 27

Bảng 4.2 Đạm amin, đạm tổng số, hiệu suất tự phân theo tỉ lệ protease 30

Bảng 4.3 Kết quả phân tích vi sinh mẫu sản phẩm 35

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay sản phẩm của hai ngành trồng trọt và chăn nuôi là nguồn cung cấp đạm chủ yếu cho người và gia súc, việc gia tăng sản lượng lương thực, thực phẩm là có giới hạn, chưa kể đến thiên tai dịch bệnh Do đó người ta đã chú ý đến việc lợi dụng sự phong phú về protein cũng như các hợp phần axit amin của vi sinh vật làm nguồn protein có giá trị, trong đó có nấm men Protein của nấm men là loại được nghiên cứu sớm nhất và đến nay đã được áp dụng rộng rãi nhiều nước Nấm men là loại vi sinh vật đơn bào được con người sử dụng từ hàng ngàn năm nay trong việc chế biến thực phẩm và các loại thức uống lên men Nấm men được chú ý đến nhiều vì trong tế bào của chúng có chứa nhiều chất dinh dưỡng có giá trị, đặc biệt là protein và vitamin Tính chất protein của nấm men gần giống như protein nguồn gốc động vật, nó có chứa đầy đủ các loại axit amin không thay thế Thành phần axit amin nấm men cân đối hơn so với protein lúa mì và các loại hạt ngũ cốc khác, kém chút ít so với các sản phẩm protein động vật

Nấm men có khả năng chuyển hóa đường thành rượu và CO2 trong điều kiện yếm khí, và con người đã sử dụng khả năng này của nấm men để sản xuất ra bia, một loại thức uống có cồn rất được ưa chuộng trên thế giới Theo ước tính, năm 2006, tổng lượng bia cung cấp ra thị trường Việt Nam khoảng 1,8 tỷ lít, nhu cầu tiêu thụ bia ở Vệt Nam tăng khoảng 12-14%/năm trong 5 năm qua và sẽ tiếp tục tăng 15%/năm trong 5 năm tới Điều

đó cho thấy tiềm năng sử dụng loại đồ uống này ở nước ta là rất lớn Quá trình sản xuất bia thường thải ra một lượng chất thải khá lớn bao gồm bã malt, nấm men và nước thải của nhà máy, mỗi loại chất thải này đều có phương án xử lý khác nhau Ngoài việc sử dụng những phụ phẩm này làm thức ăn cho gia súc, người ta còn tận dụng để chế biến ra các dạng sản phẩm có giá trị hơn nhiều như làm thực phẩm cho con người, làm gia vị, kể

cả làm thuốc và mỹ phẩm

Tuy nhiên ở nước ta hiện nay chưa có biện pháp tận dụng bã men một cách hiệu quả, đa số chỉ dùng làm thức ăn chăn nuôi Với những chất dinh dưỡng trong tế bào, nấm

men hoàn toàn có thể dùng để thay thế cho các phương thức sử dụng axit amin thông thường của con người Ngoài ra, các hợp chất glutathione, glucan và mannan của nấm men cũng có ý nghĩa lớn trong sản xuất thuốc và mỹ phẩm Hơn nữa việc tận dụng bã men bia không những góp phần giảm chi phí xử lý chất thải, bảo vệ môi trường mà còn đem lại hiệu quả kinh tế cho các nhà máy bia tại Việt Nam

Trên cơ sở đó, tôi tiến hành thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu sử dụng men bia tự phân tạo thức ăn có giá trị dinh dưỡng”

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

Mục đích: điều tra tình hình xử lý bã men bia và nghiên cứu biện pháp nâng cao giá trị sử dụng bã men bia

Yêu cầu: tận dụng được bã men bia để sản xuất dịch tự phân dùng làm thức ăn có giá trị dinh dưỡng

1.3 Nội dung thực hiện

Điều tra nguồn nguyên liệu tại nhà máy bia Sài Gòn Hoàng Quỳnh

Khảo sát các thông số của quá trình tự phân bã men bia

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Nấm men và các loài giống nấm men thuộc về hai nhóm nấm: nhóm nấm túi tạo thành bào tử được gộp chung vào nhóm nấm túi (Ascospore) và nhóm nấm không tạo thành bào tử

- lớp nấm không hoàn thiện (Fungi imperfect) hay còn gọi là lớp nấm bất toàn

Saccharomyces là giống nấm men trong lớp nấm túi Trong đó Saccharomyces cerevisiae là loài quan trọng nhất, được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm Một số

chủng của nấm men này dùng làm men nở bánh mì, một số khác dùng trong công nghiệp rượu, bia, rượu vang, sản xuất enzym invertaza…

2.1.2 Nấm men dùng trong sản xuất bia

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

Trong thực tế sản xuất có hai loại men bia được dùng trong công nghiệp: men nổi và men chìm

- Sự khác nhau về đặc tính hình thái và đặc tính công nghệ lên men giữa nấm men chìm

Đặc tính sinh lý:

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza

Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp,

vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm

Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi

Sự khác nhau về công nghệ lên men:

Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính, trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính Nấm men chìm còn chia ra hai loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của nó là nấm men bụi và nấm men kết bông Nấm men bụi là loài nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng

từ từ khi kết thúc lên men chính Nấm men kết bông là loài nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị Còn loài nấm men nổi không có khả năng này

Nấm men chìm kết bông rất có ý nghĩa quan trọng trong thực tế sản xuất bia, làm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men bụi và nấm

men nổi Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau Nấm men chìm có thể lên men 4 – 120C, nấm men nổi là 14 – 250C

(Theo Lương Đức Phẩm (2005), nấm men công nghiệp)

2.1.3 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men bia

Thành phần cơ bản và chủ yếu của tế bào nấm men là nước khoảng 75% khối lượng chung

Bảng 2.1 Thành phần sinh khối khô của tế bào nấm men (%)

Chất vô cơ Cacbon Nitơ Protein Lipid

5 - 10

25 - 50 4,8 - 12

30 - 75

2 - 5 Sản xuất men làm bia (ThS Thái Thị Hảo, 2008)

- Protein: Nấm men có hàm lượng protein nguyên liệu trung bình khoảng 50% (tính theo chất khô) và khoảng 45% protein hoàn chỉnh Các dẫn xuất như bazơ purin và pyrimidin, các axit amin tự do đều được gọi là protein nguyên liệu

- Vitamin: Tế bào nấm men rất giàu vitamin, nhất là vitamin nhóm B và tiền vitamin D2

là ergosterol

- Axit amin: : trong thành phần các protein có đủ các axit amin và đặt biệt là 8 hoặc 9 axit amin cần thiết không thể thay thế (valin, lizin, lơxin, isolơzin, treonin, metionin, phenylalanin và tritophan)

Bảng 2.2 Hàm lượng vitamin trong tế bào nấm men (µg/g men khô)

Thành phần Hàm lượng (µg/g men khô) Izonit

Biotin (vitamin H)

Riboflavin (vitamin B2)

Axit pantotenic (vitamin B3)

6000 – 5000 0,6 - 0,7

30 - 60

2 - 19

1,3

11 2,9

Bảng 2.2(tt) Hàm lượng vitamin trong tế bào nấm men (µg/g men khô)

Thành phần Hàm lượng (µg/g men khô) Serin

2 2,8 2,9 5,4 vết 9th, International Symposium on Yeasts (Sommer, R., 1996)

2.1.4 Sơ lược về bã men bia

Sản phẩm tạo thành của quy trình công nghiệp sản xuất bia gồm 2 nhóm: Nhóm sản phẩm chính:

Bia hơi: tiêu thụ trong ngày xuất xưởng Bia chai: tiêu thụ từ 3 – 9 tháng

Bia block: tiêu thụ tối đa 1 tuần Bia lon: tiêu thụ từ 3 tháng đến 1 năm Nhóm sản phẩm phụ:

CO2: thu hồi từ quá trình lên men chính, được sử dụng cho quá trình lên men phụ chiết chai, chiết lon hay đem bán

Bã hèm: thu được từ quá trình lọc cháo ở phân xưởng nấu, được sử dụng làm thức ăn gia súc

Cặn men bia hay bã men bia: cặn men ở các thùng lên men chính Sau khi

đã chuyển dịch vào lên men phụ chia làm 3 lớp: lớp cuối cùng là những tế bào già, lớp giữa là những tế bào trẻ hơn có khả năng lên men mạnh và lớp trên cùng với những vẩn cặn protein và houblon Quá trình lọc trong quy trình chế biến đã lọc bỏ hoàn toàn cặn men (tế bào nấm men) và cặn lẫn trong bia Nếu muốn sử dụng lại chủng nấm men cho quá trình nhân giống để đáp ứng cho những mẻ sản xuất sau thì chỉ dùng lại lớp men giữa sau khi đã xử lý Đây chính là sản phẩm được tận dụng để ủ bột

2.1.5 Thu hồi nấm men thừa trong quá trình sản xuất bia

Trong quá trình lên men bia, nấm men bia sẽ sinh sản bằng phương pháp nẩy chồi,

sự sinh sản phụ thuộc vào các yếu tố: mật độ nấm men gieo cấy (men giống), trạng thái sinh lý của chúng, nhiệt độ dung dịch lên men, môi trường bên ngoài, nồng độ chất hòa tan…

Lớp tế bào nấm men sinh ra sau một lần nẩy chồi của lớp tế bào mẹ sẽ tạo thành một thế hệ mới Sau một thời gian lớp tế bào thế hệ mới lại có khả năng nẩy chồi để sinh

ra thế hệ tiếp theo Thời gian cần thiết để một tế bào từ khi tách khỏi tế bào mẹ đến lúc nó nẩy chồi gọi là chu kỳ sinh sản: t

Giả sử lúc đầu lượng nấm men gieo cấy là xo, sau n thế hệ lượng nấm men có:

Thời gian lên men: 0 t 2t 3t nt

- Rây nấm men để tách hết các tạp chất kích thước lớn Nấm men và các cặn mịn có kích thước bé sẽ rơi xuống thùng chuyên dụng để rửa sạch Cặn thô có kích thước lớn nằm lại trên rây và theo kênh riêng tách ra ngoài

- Rửa nấm men để tách hết tế bào chết và cặn mịn

Thiết bị rửa và xử lý nấm men: sử dụng thùng hình côn 2 lớp vỏ Khoảng không giữa hai vỏ là để chứa nước làm lạnh khối men

Nấm men sau khi rây sạch cặn thô thì được bơm vào thùng, sau đó cho nước vô trùng có to: 2 - 40C, khuấy đảo đều Để yên 40 phút thì nấm men khỏe sẽ kết lắng còn nước đục ở phía trên bao gồm cặn mịn và tế bào chết Nước đục sẽ được đổ ra ngoài và tiếp tục rửa lại, khoảng 3 - 4 lần thì nước rửa phía trên hết đục

- Cho nước lạnh vào giữa 2 lớp vỏ (0,50C) để bảo quản, khi nào cần lên men mẻ khác thì lấy ra

- Sát trùng để diệt các vi sinh vật lạ

- Bảo quản nấm men sạch, dùng để lên men các mẻ sau hoặc sử dụng vào các mục đích khác

2.1.6 Sản lượng nấm men dư thừa trong công nghiệp sản xuất bia

Theo ước tính, với một nhà máy sản xuất có công suất vừa 20 triệu lít/năm, mỗi ngày cần phải lên men 70 m3 dịch đường, phải có 70 - 80 kg men ướt mỗi ngày Để có lượng sinh khối lớn như vậy, ta phải tái sử dụng nấm men sản xuất tức là sinh khối thu được từ các mẻ lên men trước đó

Việc tái sử dụng nhiều thế hệ nấm men sản xuất sẽ dẫn đến hiện tượng chúng bị tạp nhiễm ở một mức độ nào đó, nếu tiếp tục lên men các mẻ sau sẽ bất lợi, do đó cần phải loại bỏ khi chúng bị thoái hóa

Trong phân xưởng lên men luôn có sự dư thừa nấm men sản xuất Khi lên men 1 lít dịch đường thường nhận được 2 lít men Sau khi rây, rửa sạch còn lại 1,5 lít Sử dụng

để lên men mẻ sau là 0,5 lít và còn lại 1 lít dư thừa

Tận thu nấm men dư thừa là việc mang lại hiệu quả cao Chúng là sản phẩm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều protein, đường, chất béo, vitamin và nhiều cấu tử quan trọng khác

2.2 Các phương pháp phá vỡ tế bào nấm men

Có rất nhiếu chất được tạo thành trong tế bào vi sinh vật có hoạt tính sinh học rất mạnh hoặc các chất có ý nghĩa rất lớn trong y học và trong công nghiệp thực phẩm

Để nhận các sản phẩm này không thể áp dụng các phương pháp thông thường mà phải tách chúng ra khỏi tế bào

Mỗi loài vi sinh vật có cấu trúc hay tính chất của thành tế bào khác nhau, do đó phải sử dụng nhiều phương pháp phá vỡ tế bào để thu nhận các sản phẩm nội bào

Có ba nhóm phương pháp phá vỡ tế bào vi sinh vật

2.2.1 Phương pháp vật lý

- Phương pháp lạnh đông nhanh và tăng nhiệt đột ngột

- Phương pháp nghiền (hạt nghiền: bead mills): huyền phù được khuấy chung với

những hạt kim loại hay thủy tinh nhỏ (đường kính 0,2 - 1mm), tế bào vi sinh vật sẽ bị phá

vỡ bởi lực kéo của chất lỏng và sự va đập với các hạt

- Phương pháp sử dụng áp lực mạnh (freeze presses): huyền phù sau khi đông lạnh

được đưa vào thiết bị áp lực cao, sự thay đổi về pha và thể tích làm phá vỡ màng tế bào

- Phương pháp tạo áp suất thẩm thấu cao Áp suất cao sẽ tạo ra sự phá vỡ tế bào mà

không gây ra những thay đổi vật chất bên trong tề bào

- Phương pháp sử dụng sóng siêu âm (ultrasonication) bằng cách xử lý vi sinh vât

trong huyền phù với sóng siêu âm (>18 kHz), làm bất hoạt và làm phá hủy tế bào vi sinh vật

2.2.2 Phương pháp hóa học

Người ta thường sử dụng axit HCl để thủy phân

Axit có tác dụng thủy phân phức hệ glucan, protein và lipid gây hư hỏng mạng lưới cấu trúc của thành và màng tế bào, do đó các chất nội bào được chiết ra môi trường ngoài một cách dễ dàng Phương pháp thủy phân bằng dung dịch axit đã được dùng rộng rãi với quy mô lớn

Tuy nhiên cho axit quá nhiều có thể dẫn đến những thay đổi về bản chất hóa học hoặc tính chất vật lý của các sản phẩm có trong tế bào

2.2.3 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học được sử dụng nhiều nhất là phương pháp enzym Người ta dùng enzym tương ứng với cơ chất có trong thành tế bào, thủy phân cơ chất và như vậy thành tế bào sẽ bị phá vỡ

2.2.3.1 Phương pháp tự phân

Tự phân là quá trình xảy ra khi tế bào nấm men chết và vách tế bào không có khả năng tự vệ sẽ bị phá hủy bởi các enzym trong tế bào Lúc này các chất trong tế bào như protein, nucleotid, carbohydrate… cũng bị hệ thống enzym tấn công và phân hủy

Quá trình tự phân của nấm men chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: nhiệt độ,

pH, thời gian, nồng độ nấm men…

- Nồng độ nấm men trong dung dịch: nồng độ nấm men trong dung dịch thấp thì

hiệu quả tự phân cao nhưng nếu quá loãng sẽ làm gia tăng giá thành sản phẩm do tốn nhiều hao phí cho quá trình làm khô Nồng độ nấm men thích hợp từ 10% - 15%

- Nhiệt độ: nhiệt độ tự phân tối ưu của nấm men bia là 500C Ở nhiệt độ 540C thì quá trình tự phân của men bia và men bánh mì đều không tốt do enzym bị biến tính ở nhiệt độ cao

- pH: nấm men có khả năng tự phân trong khoảng pH từ 4 - 6 nhưng thông thường

nấm men tự phân tốt ở pH là 5,5

- Thời gian tự phân: quá trình tự phân kết thúc khi hiệu suất tự phân đạt 50% Thời

gian tự phân thích hợp là 48 giờ

2.2.3.2 Phương pháp thủy phân bằng enzyme

Thủy phân thành tế bào bằng xúc tác enzym đặc hiệu lysozym, là dùng tác nhân enzym đặc hiệu được thêm vào môi trường chứa tế bào nấm men, để phá vỡ thành phần peptido-glucan ở thành tế bào, từ đó có thể chiết xuất nhanh chóng phức hệ enzym thành

tế bào, để tiếp tục phá vỡ cấu trúc tế bào Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là chi phí giá thành cao cho việc sử dụng enzyme

(Theo Trần Thị Thanh (2007), công nghệ vi sinh)

2.3 Enzyme

2.3.1 Giới thiệu chung về enzyme

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học, các chế phẩm enzyme được sản xuất càng nhiều và được sử dụng trong hầu hết trong các lĩnh vực như: chế biến thực phẩm, nông nghiệp, chăn nuôi, y tế… Hàng năm lượng enzyme được sản xuất trên thế giới đạt khoảng trên 300.000 tấn với giá trị trên 500 triệu USD, được phân phối trong các lĩnh vực khác nhau

Phần lớn enzyme được sản xuất ở quy mô công nghiệp đều thuộc loại enzyme đơn cấu tử, xúc tác cho phản ứng phân hủy Khoảng 75% chế phẩm là enzyme thủy phân được sử dụng cho việc thủy phân cơ chất tự nhiên

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym:

2.3.2.1 Giới thiệu enzyme protease

Protease là enzyme được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong một số ngành sản xuất như: chế biến thực phẩm (đông tụ sữa làm pho mát, làm mềm thịt, bổ sung để làm tăng chất lượng sản phẩm trong sản xuất bia, xử lý phế phụ phẩm trong chế biến thực phẩm…), sàn xuất chất tẩy rửa, thuộc da, y tế, nông nghiệp,…

Qua nhiều năm, việc gia tăng sử dụng vi sinh vật như là một nguồn cung cấp protease đã cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất và sản phẩm được tạo ra nhiều hơn Tuy nhiên giá thành chế phẩm protease còn khá cao, do đó cũng hạn chế việc sử dụng rộng rãi enzyme trong sản xuất Các chế phẩm thu được sau quá trình nuôi cấy sản xuất enzyme chưa phải là chế phẩm có độ tinh khiết cao vì protein chỉ chiếm 20 - 30% Để tách và tinh chế enzyme nói riêng và protein nói chung thường có một loạt phương pháp hóa-lý và hóa học khác nhau Có thể chia làm ba nhóm phương pháp sau:

- Phương pháp kết tủa

- Phương pháp sắc ký

- Phương pháp tách hệ hai pha nước

Protease phân bố ở thực vật, động vật, vi sinh vật Tuy nhiên nguồn enzyme ở vi sinh vật phong phú nhất, có ở hầu hết các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn… Có thể nói vi sinh vật là nguồn nguyên liệu thích hợp nhất để sản xuất enzyme ở quy mô lớn dùng trong công nghệ và đời sống

Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa ) và động vật (gan, dạ dày bê ) So với protease động vật và thực vật, protease vi sinh vật có những đặc điểm khác biệt Trước hết hệ protease vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạp bao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tử nên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất

Cũng do là phức hệ gồm nhiều enzyme khác nhau nên protease vi sinh vật thường

có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thuỷ phân triệt để và đa dạng

2.3.2.2 Phân loại enzyme protease

Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase

- Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase được phân chia thành

hai loại:

 Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi

polypeptide để giải phóng ra một amino acid, một dipeptide hoặc một tripeptide

 Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi

polypeptide và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide

- Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm:

 Serin proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc serine trong trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của enzyme Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin và subtilisin Nhóm chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase Nhóm

subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như subtilisin Carlsberg, subtilisin BPN Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng

 Cysteine proteinase: Các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động Cystein proteinase bao gồm các proteinase thực vật như papayin, bromelin, một vài protein động vật và proteinase ký sinh trùng Các cystein proteinase thường hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng

 Aspartic proteinase: Hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, renin Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trong trung tâm hoạt động và thường hoạt động mạnh ở pH trung tính

 Metallo proteinase: Metallo proteinase là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:

- Protease acid : pH 2 - 4

- Protease trung tính : pH 7 - 8

- Protease kiềm : pH 9 – 11

Giáo trình vi sinh vật đại cương (Ths Vương Thị Việt Hoa và Lâm Thanh Hiền, 2007)

2.3.2.3 Ứng dụng enzyme protease trong công nghiệp

Protease được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, công nghiệp dược phẩm và nông nghiệp,…

Trong công nghiệp chế biến thịt, protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân một phần protein trong thịt, kết quả làm cho thịt có một độ mềm thích hợp và có vị tốt hơn Protease được sử dụng để làm mềm thịt và tăng hương vị thịt Ưu điểm của việc thuỷ phân protease bởi enzyme là bảo toàn được vitamin của nguyên liệu, không tạo ra các sản phẩm phụ, không làm sẫm màu dịch thuỷ phân

Trong chế biến thuỷ sản: Khi sản xuất nước mắm (và một số loài mắm) thường thời gian chế biến thường là dài nhất, hiệu suất thuỷ phân (độ đạm) lại phụ thuộc rất

nhiều địa phương, phương pháp gài nén, nguyên liệu cá Nên hiện nay quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày đã được hoàn thiện trong đó sử dụng chế phẩm enzyme thực vật (bromelain và papain) và vi sinh vật để rút ngắn thời gian làm và cải thiện hương vị của nước mắm Tuy nhiên vẫn còn một số tồn tại cần phải hoàn thiện thêm về công nghệ

Trong công nghiệp sữa, protease được dùng trong sản xuất phomat nhờ hoạt tính

làm đông tụ sữa của chúng Protease từ một số vi sinh vật như A candidus, P roquerti,

B mesentericus,… được dùng trong sản xuất pho mát Trong công nghiệp sản xuất bánh

mì, bánh quy protease làm giảm thời gian trộn, tăng độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và nở tốt hơn

Trong sản xuất bia, chế phẩm protease có ý nghĩa quan trọng trong việc làm tăng

độ bền của bia và rút ngắn thời gian lọc Protease của A oryzae được dùng để thủy phân

protein trong hạt ngũ cốc, tạo điều kiện xử lý bia tốt hơn

Trong công nghiệp da, protease được sử dụng làm mềm da nhờ sự thủy phân một phần protein của da, chủ yếu là collagen, thành phần chính làm cho da bị cứng Kết quả

đã loại bỏ khỏi da các chất nhớt và làm cho da có độ mềm dẻo nhất định, tính chất đó được hoàn thiện hơn sau khi thuộc da Trước đây, protease được phân lập từ cơ quan tiêu hóa của động vật được dùng để làm mềm da Hiện nay, việc đưa các protease tách từ vi

khuẩn (B mesentericus, B subtilis), nấm mốc (A oryzae, A flavus) và xạ khuẩn (S fradiae, S griseus, S rimosus ) vào công nghiệp thuộc da đã đem lại nhiều kết quả và

dần dần chiếm một vị trí quan trọng

Trong công nghiêp dệt: Protease vi sinh vật được sử dụng để làm sạch tơ tằm, tẩy

tơ nhân tạo (các sợi nhân tạo được bằng các dung dịch cazein, gelatin) để sợi được được bóng, dể nhuộm Protease có tác dụng thủy phân lớp protein serisin đã làm dính bết các sợi tơ tự nhiên, làm bong và tách rời các loại tơ tằm, do đó làm giảm lượng hoá chất để tẩy trắng

Ngoài ra, protease còn được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành khác như:

- Điều chế dịch đạm thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng, chất tăng vị trong thực phẩm và sản xuất một số thức ăn kiêng

- Protease của nấm mốc và vi khuẩn phối hợp với amylase tạo thành hỗn hợp enzyme dùng làm thức ăn gia súc có độ tiêu hóa cao, có ý nghĩa lớn trong chăn nuôi gia súc và gia cầm

- Điều chế môi trường dinh dưỡng của vi sinh vật để sản xuất vaccine, kháng sinh,…

- Sản xuất keo động vật, chất giặt tổng hợp để giặt tẩy các chất bẩn protein, sản xuất mỹ phẩm,…

Ngoài các tác dụng về thuốc hay dinh dưỡng nói trên, màng tế bào men bia được cấu tạo từ glucan và mannan có tác dụng như sợi thực vật, và với khả năng tăng cường tính miễn dịch nó còn có tác dụng ngăn ngừa bệnh ung thư

Nhiệt phân bằng cách gia nhiệt và giữ ổn nhiệt trong thiết bị ở 750C trong 45 phút

Sấy men:

Men thức ăn chăn nuôi thường được sấy theo hai phương pháp: sấy màng mỏng và sấy phun

Sấy màng mỏng thường dùng trong các xí nghiệp nhỏ, có công suất không cao hơn

1 tấn/giờ Sấy màng mỏng hay còn gọi là sấy trống gồm có hai dãy ống trụ hình ống, dưới mỗi dãy là các máng Huyền phù men được đưa vào các máng và bám vào trống thành màng mỏng khi hai trống xoay tròn ngược chiều nhau (6 - 8 vòng/phút) Hơi nóng được đưa vào bên trong trống và phần dưới trụ trống ngập vào huyền phù men (mỗi vòng ngập khoảng 8 - 10 giây), như vậy men được sấy đến độ ẩm không quá 10% Khi trống quay được một vòng có một con dao gạt phần men ra khỏi bề mặt trống và men khô này

sẽ được đưa đi đóng bao

2.4.2 Yeast extract

2.4.2.1 Giới thiệu

“Food Chemical Codex định nghĩa: Yeast extract là sản phẩm chứa những thành phần hòa tan của nấm men, chủ yếu là amino axit, đạm peptide, cacbohydrate và muối Yeast extract được tạo ra do quá trình thủy phân các chuỗi peptide nhờ các enzyme của chính tế bào nấm men hay enzyme thực phẩm được thêm vào”

Tại Nhật, Yeast extract còn được gọi là Eskisu (dịch chiết nấm men hay men chiết xuất)

 Hương vị dịu, không gắt

 Giữ hương vị lâu dài

 Tạo ra những hương vị đa dạng và đặc biệt

- Thành phần bổ sung nuôi cấy vi sinh: yeast extract chứa nhiều đạm, vitamin, các axit amin và những hợp chất kích thích sự tăng trưởng vi sinh vật

2.4.2.2 Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất men chiết xuất ở Nhật

- Tự phân: là hiện tượng khi ta cho những tế bào còn sống và những tế bào đã chết nhưng còn tươi nguyên của động thực vật sống vào một môi trường nhất định thì các thành phần bên trong tế bào sẽ tự tác dụng với axit và bị phân hủy thành các phân tử nhỏ

li ti, các axit amin, chất đường… thấm qua thành tế bào và đi ra bên ngoài

Trong quá trình tự phân của nấm men bia có các yếu tố quan trọng: pH, nhiệt độ

và thời gian pH từ 4 - 6, nhiệt độ trên dưới 500C và thời gian 24 giờ thích hợp nhất

- Phân ly và chiết xuất: kết thúc giai đoạn tự phân, dung dịch men có màu đục

sẽ gồm những thành phần:

 Chiết xuất hòa tan trong nước

 Chất không hòa tan chưa tiêu hóa hết

 Nước trong các chất không hòa tan

o Phần lỏng: dịch chiết xuất thô sẽ được đem đi thanh lọc

- Thanh lọc: nhằm loại bỏ những chất rắn không hòa tan nhỏ li ti có trong dịch chiết xuất thô

- Cô đặc, sản xuất men chiết xuất nồng độ cao và men chiết xuất dạng bột:

Men chiết xuất sau khi thanh lọc cho vào thiết bị cô đặc

Dung dịch sau khi thanh lọc có nồng độ khoảng 6 - 7% sẽ được cô đặc lên đến 50 - 60%, như vậy đã có men chiết xuất nồng độ cao

Khi cô đặc men chiết xuất lên đến nồng độ 30 - 40% ta cho vào máy sấy phun thu được sản phẩm dạng bột

2.4.2.3 Sản phẩm Yeast extract trên thị trường

Sau đây là hai dạng sản phẩm Yeast extract có kí hiệu là Yeast extract (19512) và Yeast extract (19712) (Theo Organotechnie, 2004 )

Ultrafiltered Yeast Extract (19712): là yeast extract được sản xuất bằng cách tự

phân nấm men Saccharomyces cerevisiae Dịch tự phân được đưa qua hệ thống siêu lọc

và sau đó đem sấy phun

Mô tả: là bột màu vàng nhạt, tan tốt, dễ tan trong nước

Chứa hỗn hợp: peptide, amino acid tự do, các bazơ purine và pyrimidine, các vitamin nhóm B Sản phẩm này được đảm bảo hoàn toàn về độc tố Endotoxin

Công dụng: là nguồn đạm hữu cơ và những nhân tố tăng trưởng dùng trong nuôi cấy vi sinh và công nghiệp lên men

Bảng 2.3 Những đặc tính sinh hóa của sản phẩm

Khả năng hòa tan trong nước (8%) Hoàn toàn

Hàm lượng Endotoxin Nhỏ hơn 300 EU/g

Bảng 2.4 Chỉ tiêu về vi sinh vật trong sản phẩm

Loại vi khuẩn Giới hạn vi sinh vật

(trong 1 g/ 1ml sản phẩm) Tổng số vi sinh vật hiếu khí 105

Hiệu suất (%) (4) Alanine 4,1 3,8 92,7 Arginine 2,8 1,5 53,6

Đóng gói và dự trữ:

- Sản phẩm được chứa trong bọc plastic, mỗi bọc 5 kg

- Không sử dụng phải giữ kín ở nhiệt độ phòng và nơi khô ráo

Khả năng hòa tan trong nước (5%) Hoàn toàn