Điều kiện chung của quá trình lên men

I Môi trường lên men:1Nguồn gluxit: Gluxit không những là nguồn cung cấp năng lượng mà là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng cần thiết để sinh tổng hợp các cấu tử cần thiết của tế bào.. Kh

CHƯƠNG I:

ĐIỀU KIỆN CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN

I) Môi trường lên men:

1)Nguồn gluxit:

Gluxit không những là nguồn cung cấp năng lượng mà là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng cần thiết để sinh tổng hợp các cấu tử cần thiết của tế bào Trong điều kiện sản xuất công nghiệp, người ta thường sử dụng nguồn nguyên liệu ban đầu rẻ tiền và nguồn này không những chứa gluxit mà còn chứa các yếu tố phát triển khác.

Khi sử dụng các vật liệu có tinh bột và cellulose thì phải cho thủy phân thành đường hay nói cách khác là phải đường hóa.

2)Photphat vô cơ:

P có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá năng lượng của hệ thống sinh học Photphat thường được đưa vào dưới dạng kali photphat hoặc amon photphat Nồng độ thường 0,1-0,5% Ngoài photphat vô cơ, người ta còn đưa vào dưới dạng hợp chất hữu cơ từ bột đậu, bột bắp, bã rượu.

3)Nitơ :

Nó là hợp phần đặc biệt của protein, axit nucleic và phần lớn các hợp chất phức tạp Nhiều vi sinh vật có thể đồng hóa nitơ dưới dạng ion amoni, một số dưới dạng nitrat, còn đa số hợp chất nitơ có nguồn gốc sinh học.

Nguồn nitơ bổ sung cho quá trình lên men là từ cao ngô, lượng nitơ có thể chiếm 4% thể tích hoặc nấm men trích ly

4) Các kim loại vi lượng :

Các nguyên tố vi lượng thường gặp: Mn, Zn ,Cu ,Co, Ni, Mo Chúng có hiệu quả với nồng độ cực kỳ nhỏ và rất cần thiết cho đời sống vi sinh vật Các nguyên tố này thường được cung cấp từ các nước chiết các nguyên liệu tự nhiên như nước chiết Malt, nước chiết thịt, pepton…

5)Vitamin:

Thông thường những chất sinh trưởng hay những yếu tố sinh trưởng đều

trưởng khác rất dễ vô hoạt bởi nhiệt độ và pH giới hạn.Đồng thời cũng khó có thể xác định một cách chính xác nhu cầu các chất dinh dưỡng cho từng trường hợp cụ thể.

6) Nhiệt độ:

Nhiệt độ làm ảnh hưởng đến vi sinh vật và các quá trình trao đổi chất của

chúng Cần chú rằng khoảng nhiệt độ để các quá trình trao đổi chất của vi

sinh vật xảy ra với một cường độ mong muốn rất hẹp và thường không quá

hạt của hệ sợi.

khối bằng một phương pháp nào đó.

7) pH:

Các vi sinh vật cũng có vận tốc sinh trưởng trong khoảng pH giới hạn và cũng vô hoạt hoàn toàn hoặc bị chết khi ở pH giới hạn Các vi sinh vật khác nhau thường tồn tại ở những pH khác nhau

8) Tác nhân lên men: vi sinh vật:

Vi sinh vật là tác nhân chủ yếu gây nên sự lên men Trong tế bào vi sinh vật có một hệ enzyme rất phức tạp và thí nghiệm nghiên cứu thấy rằng cùng một loài cũng khác nhau về lượng enzyme tổng hợp được Do vậy, việc tuyển chọn chủng có hệ enzyme đặc trưng cho một sản phẩm nào đó thì đòi hỏi phải khảo nghiệm để chọn thích hợp.

CHƯƠNG II:

SINH TỔNG HỢP ALDEHYT ACETIC, DIACETYL,

ACETOIN TỪ QUÁ TRÌNH LÊN MEN

I)Tác nhân tham gia vào quá trình:

Nguồn carbon

Cơ chất của quá trình lên men có thể là đường, tinh bột và xellulose

Nguyên liệu sẵn đường: mật rỉ đường mía hay củ cải

Nguyên liệu chứa tinh bột: bắp, khoai mì, khoai lang, bột gạo

Nguyên liệu chứa cellulose: gỗ vụn, mạt cưa, rơm rạ

Nếu như đi từ tinh bột, xellulose thì phải trải qua khâu đường hóa Quá trình đường hóa thường có nấm mốc và vi khuẩn và tham gia theo cơ chế tổng quát như sau:

Tinh bột  amylase  Đường

nấm mốc, vi khuẩn

Nguồn nitơ bổ sung từ cao ngô, lượng nitơ có thể chiếm 4% thể tích Hoặc nấm men

trích ly Tác nhân chính là giống Sacchazomyces, ngoài ra một số vi khuẩn và nấm mốc

cũng tham gia vào quá trình này

Thường dùng cho sản xuất cồn là nấm men nổi Sacchazomyces cerevisiae , kỵ khí

không bắt buộc, có thể lên men và hô hấp; lên men bình thường ở pH 4 – 5, nhiệt độ 29 –

320C, nồng độ đường 10 – 18%, yếm khí hoàn toàn,

dùng cho sản xuất bia là Sacchazomyces carbergensis và dùng trong sản xuất rượu vang Sacchazomyces ellipsoideus là nấm men chìm

Tế bào nấm men có đặc điểm là khả năng tạo ra các nội enzyme, nghĩa là những enzyme tiến hành xúc tác ở bên trong tế bào Như vậy, quá trình chuyển hóa đường trong tế bào nấm men, còn các chất trung gian sẽ được tạo thành thì đi ra khỏi tế bào và tích tụ trong môi trường

II) Cơ chế của quá trình lên men:

chu trình EMP

(5) Axit pyruvic CO2

CO2 (1) CH3CO-lipoat -Acetolactat

(3) NAD

(2) NAD.H2

CO2 CO2

Acetoin +O2 Diacetyl

Aldehyt acetic (4)

NAD.H2 NAD

-Các enzym xúc tác

1 -Acetolactatsintertase

2 -Acetolactatdecacboxylase

3 Diacetylsintertase

4 Diacetylreductase

5 pyruvat decacboxylase

-Glucose: C6H12O6 .

- Axit pyruvic : CH3COCOOH O CH3 O

- -Acetolactat : CH3C C C OH

OH

- Diacetyl : CH3 C C CH3

O O

- A cetoin : CH3 C CH CH3

O OH

-Trong quá trình lên men, các sản phẩm phụ : aldehyt acetic, diacetyl và acetoin được tạo thành Cloctridium sẽ phân giải glucose theo con đường EMP dể cuối chu trình tạo ra axit pyruvic

 Axit pyruvic bị decacboxyl để tạo thành aldehyt acetic:

pyruvat decacboxylase

2 CH3COCOOH 2CO2 + 2 CH3CHO

 Bên cạnh đó, axit pyruvic còn bị chuyển hoá thành acetolactat Dưới tác dụng của enzym -acetolactatsintetase, enzym này xúc tác cho sự ngưng tụ 2 phân tử pyruvat và loại 1 CO2 để tạo ra -acetolactat

-acetolactatsintetase CH3

CH3 COCOOH + CH3 CHO –lipoat CH3 COCOH-COOH + lipoatTPP) -acetolactat

-acetolactat tạo thành bị decacboxyl tách CO2 dưới tác dụng enzym -acetolactat decacboxylase để tạo thành acetoin

CH3

CH3COCOH-COOH CH3 COCHOH-CH3 + CO2

 Ngoài ra, -acetolactat còn bị oxy hoá và decacboxyl hoá tạo thành diacetyl.

CH3 -acetolactat-dehydrogenase

CH3COCOH-COOH CH3 COCO-CH3 + H2 + CO2 .

Diacetyl

 Diacetyl cũng bị phân hủy dể tạo thành acetoin Phản ứng này xảy ra rất chậm

acetoindehyrogenase

CH3 COCO-CH3 + H2 CH3 COCHOH-CH3

Acetoin

 Axit pyruvic bị decacboxyl để tạo thành aldehyt acetic:

pyruvat decacboxylase

2 CH3COCOOH 2CO2 + 2 CH3CHO

1 Môi trường acid, pH 4 – 5, ít aldehyt acetic (thời kỳ tĩnh) Glyceraldehyt – 3P nhận H2 tạo sản phẩm glycerin Khi nồng độ aldehyt acetic đạt đến giới hạn thì nó chuyển thành rượu etanol

2 Môi trường được kiềm hóa nhờ Na2CO3, K2CO3, (NH4)2CO3 5% thì hạn chế lượng cồn tạo thành vì H2 được chuyển cho dihydroxyacetophosphat cũng tạo thành nhiều glyceerin và acid acetic (từ 1t rỉ cho 80kg glycerin, 40kg cồn và 20kg aldehyt)

3 Thêm Bisulfit Natri NaHSO3 vào môi trường và chúng kết hợp với aldehyt acetic tạo thành tủa khó tan trong nước trung tính, phản ứng chuyển theo hướng tạo thành glycerin Aldehyt acetic có thể nhận được khi kết tủa hòa tan trong môi trường acid hay kiềm loãng

+ HCl CH3CHO + NaCl + SO2 + H2O

CH3–CH–SO3Na + NaOH CH3CHO + Na2SO3 + H2O

OH +Na2CO3 CH3CHO + 2Na2SO3 + CO2 + H2O