Ứng dụng VSV trong lên men cồn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện CNSH & CNTP

HỌC PHẦN: CÔNG NGHỆ CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN
Đề tài: Ứng dụng vi sinh vật trong quá trình lên men cồn


Hà Nội -2020

Mục Lục

Phần I: Tổng quan về quá trình lên men cồn ..................................................... 3
1.1 Khái niệm lên men .................................................................................... 3
1.2

Sơ đồ quy trình sản xuất cồn từ tinh bột và mật rỉ: .............................. 3

Phần 2: Ứng dụng của vi sinh vật trong giai đoạn đường hóa dịch cháo .......... 4
2.1 Chủng giống vi sinh vật ............................................................................ 5
2.2 Nuôi cấy .................................................................................................... 5
Phần 3:Ứng dụng vi sinh vật vào công nghệ lên men cồn................................. 7
3.1 Nấm men ................................................................................................... 8
3.1.1 Đặc điểm ............................................................................................ 8
3.1.2 Một số chủng Saccharomyces cerevisiae thường dùng .................... 9
3.1.3 Điều kiện lên men ............................................................................ 10
3.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của nấm men
Saccharomyces cerevisiae ......................................................................... 10
Phần 4: Một số vi khuẩn trong lên men cồn .................................................... 14
4.1 Zymomonas Mobilis ............................................................................... 14
4.2 Clotridium ............................................................................................... 16

Phần I: Tổng quan về quá trình lên men cồn
1.1 Khái niệm lên men
Công nghệ cồn etylic là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến các
nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản phẩm etylic
hay etanol
Quy trình cơng nghệ sản xuất cồn etylic có thể chia thành các cơng đoạn
chính gồm:
-

Chuẩn bị dịch đường lên men:
Nếu ngun liệu chứa tinh bột thì cơng đoạn này gồm nghiền nấu nguyên liệu
để thu được dịch cháo chứa tinh bột hịa tan
Nếu ngun liệu là mật gỉ thì chuẩn bị dịch lên men gồm pha loãng sơ bộ, xử
lý mật rỉ, bổ sung nguồn dinh dưỡng, tách cặn rồi pha loãng tới nồng độ gây
men và lên men

-

Gây men giống và lên men:
Muốn lên men trước hết cần phát triển men giống tới chất lượng và số lượng
cần thiết, thường bằng 10% thể tích của thùng lên men. Sau đó đưa men
giống và dịch đường và thùng khống chế điều kiện xác định để nấm men
chuyển hóa đường thành rượu và CO2 dưới tác dụng của amylaza nấm men.
Dịch thu được gọi là giấm chín

-

Xử lý dịch lên men: công đoạn nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi ra khỏi
giấm chín. Sau đó đem tinh luyện cồn thô để cuối cùng thu nhận được cồn

tinh chế

1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất cồn từ tinh bột và mật rỉ:


Phần 2: Ứng dụng của vi sinh vật trong giai đoạn đường hóa dịch cháo
Sau q trình dịch hố, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa
tan nhưng chưa thể lên men trực tiếp để biến thành rượu được, mà phải trải qua
quá trình thủy phân do xúc tác của amylase để biến thành đường. Quá trình trên
được gọi là q trình đường hóa, có vai trị rất quan trọng trong cơng nghệ sản
xuất cồn ethylic. Nó quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc
gia tăng đường và tinh bột sót lại sau khi lên men. Muốn đạt hiệu quả cao trong
quá trình thủy phân tinh bột thì phải chọn được tác nhân đường hóa tốt nhất. Hiện
nay, người ta dùng amylase nhận được từ ni cấy vi sinh vật, trong đó nấm mốc


được sử dụng nhiều nhất, sau đó đến vi khuẩn, cuối cùng là nấm men
Endomycopsip.
2.1 Chủng giống vi sinh vật
Là bước quan trọng hàng đầu. Muốn thu nhận chế phẩm amylase có hoạt độ cao,
trước hết phải tuyển chọn, nghiên cứu xem chủng giống nào có khả năng tích tụ
nhiều amylase.
✓ Muốn thu nhận α-amylase có thể dung vi khuẩn Subtilis, diastacus hay
A.niger.
✓ Muốn thu nhận glucoamylase ta sử dụng A. usamii, A.niger, Rhizopus
delmar hoặc nấm men Endomycosip.
Một số chủng thường được ứng dụng trong sx cồn:
-

-

Aspergillus niger : Thường gọi là mốc đen. Trên môi trường tạch Czapek,
khuẩn lạc tròn,xốp, vùng bào tử nâu đen hoặc đen, Khuẩn lạc có nếp nhăn
rõ. Bào tử nang đầu trịn, khá lớn (100-a60micromet) . Mốc sinh ra
enzyme amylase, invectase, maltase,protease, pectinase, glucopxydase.
Mốc này được dung để sản xuất rượu, acid citric, acid fumaric. Protease
của mốc này hoạt động ở pH 2.5-3.5.
A.usami (sử dụng ở nha fmays rượu Hà Nội): là chủng niger đã đc đột
biến bằng tia phóng xạ. Điinhs bào tử to, khi già có màu hơi nâu đen.
Nhiệt độ thích hợp 33-34oC độ ẩm >90%. Hệ enzyme amylase tương đối
đầy đủ, trong đk thích hợp chỉ sau 36-40h khả năng tích luỹ lên men cao
nhất. Ngaoif tich sluyx amylase, Asp.usami cịn sinh ra một lượng khá lớn
acid vì vậy amylase của nó có thể thuỷ phân tinh bột ở pH 4-4,5. Mặt
khác amylase của Asp. Usami vẫngiwux đc hoạt tính ở nhiệt độ cao 60oC.

2.2 Nuôi cấy
2.1.1 Môi trường nuôi cấy:
Trong sản xuất chế phẩm amylase theo phương pháp nuối cấy bề mặt
canh trờng rắn người ta hay dùng nhất là cám lúa mì. Đây là mơi trường
tự nhiên tốt nhất để sinh tổng hợp amylase và nhiều enzyme khác. Cám
lúa mì chưa khoảng 20-30% tinh bột, 10-20% protit. Ngồi ra cịn chứa
các ngun tố vi lượng, vitamin,…
Có thể trộn them các nguyên liệu khác vào môit trường như vỏ trấu, mùn
cưa, bã khoai tây bã bia,… để tiết kiệm cám.
Nếu cám có hàm lượng tinh bột trên 30% thì có thể trộn với tỷ lệ 85-30%
cám và 10-15% vỏ trấu nhỏ. Nếu hàm lượng tinh bột trong cám khoảng


25-30% thì khơng cần trộn them gì. Nếu hàm lượng tinh bột trong cám
15-20% thì nên dung 70-80%cám + 20-30% bột ngơ.

Ngồi tinh bột, mơi trường cần chứa maltoza và dextrin. Sự có mặt của
glucoza, fructoza và sacharoza có tác dụng giúp cho phát triển của nấm
mốc nhưng hạn chế tích tụ amylase. Ngược lại khi them lactose và MgO
vào mt thì nấm mốc phát triển kém nhưng lại tạo nhiều amylase.
Nito: sử dụng nguồn nito có sẵn trong cám bột ngô hoặc bổ dung them
khô lạc, khô đậu tương hoặc muối amoni, ure.
Sự tạo thành và tích tụ amylase cịn gắn với sự có mặt của các ion Mg+,
Ca+ và photpho, lưu huỳnh.
2.1.2 Điều kiện nuôi cấy.
-

-

Nhiệt độ: nấm men và nấm mốc: 28-32oC. vi khuẩn 34-38oC.
Trong quá trình phát triển nấm mốc sử dụng và thải ra một lượng nhiệt
khá lớn nên cần có trang bị phù hợp để duy trì và ổn nhiệt.
Độ ẩm tương đối 50-60%
pH: 5,5-6
Cung cấp oxy:
Nấm mốc cần oxy cho quá trình phân uỷ tinh bột, đường và protide
Tinh bột-→ đường
→ CO2 + H2O+Q
➔ CO2 + rượu+ acid hữu cơ + Q
Protide → pepton → polypeptide → acid amin

Xảy ra quá trình tổng hơp protid, tinh bột từ cid amin và đường trong đó có
cả enzyme.

Khi ni cấy cần đảm bảo mt phải xốp để nấm mốc dễ dàng tiếp cận oxy.
Thu chế phẩm enzyme bằng cách chiết qua nước rồi kết tủa bằng cồn.

Amilose và Amilopectin là hai thành phần chính của nguyên liệu tinh bột, sau
khi nấu, chúng được giải phóng ra và ở trạng thái hòa tan. Dưới tác dụng của
phức hệ men Amylase, trong những điều kiện thích hợp, Amilose và
Amilopectin bị phân cắt, tạo thành những sản phẩmtrung gian khác nhau (còn
gọi chung là Dextrin) và các sản phẩm cuối cùng là Maltose và Glucose.


Sản phẩm trung gian và cuối cùng được tạo ra phụ thuộc và cấu trúc của
mạch Amilose và Amilopectin và vào phức hệ men Amylase sử dụng.
Phức hệ Enzym Amylase của nấm mốc khác với phức hệ men Amylase trong
malt. Trong phức hệ men Amylase của Malt, hầu như không thấy có men
Glucoamylase (glA), nên sản phẩm cuối cùng của q trình lên đường hóa tinh
bột bằng men Amylase của thóc tạo Malt là Maltose, lượng đường Glucose do
men 0 - Amylase tạo ra không đáng kể. Ngược lại, khi thủy phân tinh bột bằng
phức hệ men Amylase của 1 số lồi nấm mốc, thì sản phẩm cuối cùng hầu như
là đường Glucose.
Về vị trí tác dụng của men a - Amylase của nấm mốc lên mạch tinh bột, có
nhiều ý kiến mâu thuẫn. Có ý kiến cho rằng tác dụng của men a - Amylase
trong nấm mốc Asp.Orysee chỉ tạo thành đường Maltose và Dextrin, tức là tác
dụng của a - Amylase của nấm mốc chỉ giống như men 3 - Amylase trong Malt;
có ý kiến khác cho rằng dưới tác dụng của a - Amylase của nấm mốc, tạo ra hỗn
hợp hydrat carbon gồm các Dextrin có phân tử lượng khác nhau, Glucose,
Maltose, và các Oligosacchrit khác.
Men Oligo - 1,6Glucozidase cắt đứt các liên kết ở - 1,6Glucozid trong phạm vi
của Dextrin, Isomaltase chỉ cắt đứt liên kết của các Disaccharide mà thôi
(đường Isomaltose).
Quan sát các hiện tượng xảy ra trong q trình đường hóa tinh bột bằng men
Amylase, ta thấy:
- Độ nhớt của dung dịch giảm dần.
- Khả năng khử (đối với các dung dịch oxy hóa) tăng lên.

- Phản ứng định tính với Iod thay đổi từ màu xanh, tím xanh, đỏ nâu, đến khơng
màu

Phần 3:Ứng dụng vi sinh vật vào công nghệ lên men cồn


3.1 Nấm men
Nấm men là tác nhân cơ bản gây ra quá trình lên men ethanol.
Yêu cầu chung của nấm men dùng trong sản xuất cồn etylic là:
- Có năng lực lên men mạnh, biến đường thành rượu nhanh và hồn tồn.
- Tạo ít sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ.
- Đồng thời phải ổn định và chịu được những biến đổi của môi trường trong
điều kiện sản xuất.
Nấm men trong sản xuất cồn etylic được nuôi cấy từ men giống, ngồi ra
hiện nay các nhà máy có thể sử dụng nấm men khô nhập về từ các nhà máy
sản xuất nấm men.
Trong công nghệ sản xuất cồn, nấm men hường sử dụng nấm men thuộc họ
Saccharomycetaceac, loài S.cerevisiae.
3.1.1 Đặc điểm
- Hình dạng: tế bào hình bầu dục nếu ở môi trường giàu chất dinh
dưỡng. Trong điều kiện yếm khí, tế bào có hình trịn; ngược lại, trong điều
kiện hiếu khí tế bào kéo dài hơn.
- Kích thước thay i trong khong 2,5 - 10 àm ì 4,5 -21àm.
- Chu kì sống: Các tế bào dinh dưỡng đơn bội (n) có thể tiếp hợp với
nhau để tạo thành tế bào dinh dưỡng lưỡng bội (2n). Sau quá trình giảm phân
sẽ sinh ra các bào tử túi (thường là 4 bào tử túi). Bình thường khi khơng có
sinh sản hữu tính, chúng vẫn liên tục nảy chồi để sinh sơi nảy nở.
- Saccharomyces cerevisiae thuộc loại nấm men lên men nổi. Trong quá
trình lên men, tế bào của chúng nổi lơ lửng trong dung dịch lên men và tập
trung trên bề mặt. Nhờ đó tăng diện tích tiếp xúc với cơ chất, q trình lên

men xảy ra nhanh chóng và mạnh mẽ.
-Lên men được nhiều loại đường (glucose, fructose, saccharose,
maltose, 1/3 rafinose, các dextrin …)v à nhiều loại nguyên liệu khác nhau
(như gạo, ngô, khoai, sắn… với lượng đường trong dung dịch là 12 – 14%, có
khi là 16 – 18%).
- Có khả năng lên men ở nhiệt độ cao ( 36 – 40˚C), chịu được độ acid
- Chịu được thuốc sát trùng Na2SiF6 nồng độ 0,02 – 0,025% nên có thể
lên men trong điều kiện bắt buộc phải dùng thuốc sát trùng.


- Sinh sản theo kiểu nảy chồi, có khả năng sinh bào tử, sống kị khí
khơng bắt buộc.
3.1.2 Một số chủng Saccharomyces cerevisiae thường dùng
- Chủng XII: phân lập từ nấm men bánh mù 1902. Tế bào hình trịn hoặc
oval, có kích thước lớn và mập hơn các chủng khác (5-8um). Chu kì sinh trưởng
của 1 thế hệ là 1 giờ 39 phút. Sinh sản bằng cách nảy chổi. Ở điều kiện khắc
nghiệt, nhiệt độ 25˚C, chỉ trong vòng 1 vài ngày có thể tạo thành bào tử (1-4
bào tử). Trong tế bào già thường chứa nhiều glycogen và metaxromatin. Nấm
men chủng XII sinh sản mạnh trong 12 giờ đầu ni cấy sau đó chậm dần và lên
men rất mạnh. Chủng có khả năng lên men rất mạnh glucose, mantose, fructose,
galactose, saccharose và 1/3 rafinose. Chủng này không lên men đường lactose.
Nồng độ rượu trong dịch lên men có thể đạt tới 13%.
- Chủng XV: có tính chất tương tự chủng XII và hay dùng để lên men
dịch đường hỗn hợp gồm tinh bột và rỉ đường.
- Chủng số II: đây là chủng đầu tiên được ứng dụng trong sản xuất rượu
và các ngành sản xuất khác. Tế bào dài, hình đứng, lớn và sinh sản bằng cách
nảy chồi. Ở 25˚C trong 30 giờ ni cấy có thể tạo thành bào tử, lên men được
các loại đường như chủng XII nhưng khả năng sinh sản kém hơn.
- Chủng M.10: dùng để sản xuất các loại rượu chứa đường. Tế bào chủng
này có hình trịn hoặc oval với kích thước 5-6 x 6-7um, có khả năng lên men

các loại đường như 2 chủng trên. Chúng có khả năng sản sinh rất nhanh và lên
men được ở nồng độ rất cao. Bền vững với axit sunfuric và tồn tại được ở
pH=2.
- Chủng B: cũng như M.10 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất rượu từ
mật rỉ. Tế bào hình trụ, hình oval với kích thước tế bào 3,9-9,7 x 3,9-8,9um; có
khả năng lên men rượu rất tốt đồng thời có đặc tính lên men bánh mì cao.
- Chủng M: do Ghenebec phân lập từ hỗn hợp của 4 chủng nấm men nổi.
Chủng được dùng để lên men trong môi trường chứa các hỗn hợp đường khác
nhau. Chủng rất bền và ổn định, thích nghi được trong những điều kiện khơng
bình thường trong thực tế sản xuất.
- Chủng MTB: chủng có khả năng sinh sản nhanh và cho hiệu suất lên
men tương đối tốt.
- Chủng IA: do Iacubopski phân lập từ thùng lên men rỉ đường. Lên men
galactose và 1/3 rafinose. Chủng IA khơng có khả năng lên men dextrin và
lactose cũng như đường 5C.


=> Trong các nhà máy cồn ở Việt Nam thường sử dụng các chủng II, XII,
MTB.
Đối với các chủng nấm men khô thường hay được sử dung là: chủng nấm
men khô của công ty Mauripan – La Ngà: số lượng tế bào: 2x1010 tế bào/g;
chủng nấm men khô Red ethanol của hãng Fermentis – Pháp: số lượng tế bào:
2x1010 tế bào/g; chủng nấm men khô Thermosacc Active Dry Yeats của hãng
Lallemand: số lượng tế bào ≥ 2,5 x 1010 tế bào/g.
3.1.3 Điều kiện lên men
- Cơ chất (nguồn C): tinh bột, rỉ đường.
- Nồng độ đường: 10-16%.
- pH: 4-5
- Nhiệt độ: 28-32˚C.
- Nhu cầu về oxy: giai đoạn đầu của lên men cần cung cấp một lượng nhỏ

O2 vì đây là thành phần cần thiết trong sự sinh tổng hợp các chất béo chưa bão
hòa và lipid. Áp suất O2 khoảng 0,05-0,1mmHg. Đến giai đoạn sau không cần
cung cấp O2 nữa.
- Nhu cầu dinh dưỡng:
+ Cần một lượng tương đối các chất dinh dưỡng dùng trong sự tổng hợp
ethanol gồm C, H, O, N. Nó tỉ lệ thuận với thành phần chính của tế bào nấm
men.
+ Các nguyên tố P, S, K, Mg cần 1 lượng ít hơn, dùng để tổng hợp các
thành phần thứ yếu.
+ Các muối vô cơ (Mn, Co, Cu, Zn) và các nhân tố sinh trưởng hữu cơ
(acid amin, acid nucleic, vitamin, …) được yêu cầu dưới dạng vết.
- Nấm men rất mẫn cảm với sự ức chế của ethanol. Với nồng độ cồn 12% (khối lượng/ thể tích) đã làm chậm sinh trưởng của vi sinh vật và ở nồng độ
10% (khối lượng/thể tích) thì tốc độ sinh trưởng của nấm men gần như ngừng
hẳn.
3.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của nấm
men Saccharomyces cerevisiae
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ


Nhiệt độ tối ưu của nấm men saccharomyces là khoảng 28 – 32˚C. Tuy
nhiên nếu bắt đầu lên men ở nhiệt độ thấp thì khả năng lên men sẽ cao và kéo
dài hơn. Mặt khác làm lạnh dịch đường tới 20-22˚C sẽ hạn chế sự phát triển của
tạp khuẩn.
Sau 8 – 10 giờ, nhiệt độ lên men sẽ tăng đến 28 – 30˚C, tiếp đó cần
làm lạnh để ổn định nhiệt độ trong giới hạn tối ưu.
Ở nhiệt độ cao hoạt tính của nấm men giảm nhanh, chủ yếu là dễ bị nhiễm
lactic và nấm men hoang dại. Ở nhiệt độ 30˚C men hoang dại phát triển nhanh
hơn Saccharomyces 2 – 3 lần, còn ở nhiệt độ 35 -380C chúng phát triển nhanh
gấp 6 đến 8 lần.
Khi lên men ở 29,5˚C, tổn thất do tạo men là 7,37 %, ở 17,5˚C tổn thất do

tạo men là 5,32 % và nếu lên men dịch đường ở 10˚C thì tổn thất do tạo men chỉ
chiếm 4,42 % lượng đường có trong dung dịch.
Khi lên men ở nhiệt độ cao sẽ tạo nhiều esther, aldehyde và tổn thất rượu
theo CO2 sẽ tăng.
2. Ảnh hưởng của pH
Nồng độ ion H+ trong canh trường có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của
nấm men. Chúng có khả năng làm thay đổi diện tích các chất của vỏ tế bào, làm
tăng hay giảm mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng
của quá trình lên men. Mỗi vi sinh vật hoạt động tốt ở một pH nhất định.
Trong điều kiện lên men rượu, pH tối ưu để tạo alcohol ethylic là 4,5 –
5,0. Đối với dịch đường từ nguyên liệu tinh bột thường khống chế ở pH = 4,8 –
5,2; nhằm giữ cho amylase tiếp tục chuyển hóa tinh bột và dextrin thành đường
lên men được.
Tăng pH sẽ dễ bị nhiễm khuẩn; glyxerin tạo nhiều hơn và giảm hiệu suất
lên men. Vì vậy, khi gây men giống trong điều kiện sản xuất, người ta điều
chỉnh pH tới 3,8 – 4,0 để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn lactic và nấm men
hoang dại.
Ở pH ≥ 4,2 nấm men tuy phát triển chậm hơn so với pH = 4,5 – 5,0 nhưng
tạp khuẩn hầu như khơng phát triển. Tới lúc nào đó nấm men phát triển nhiều
và đủ mạnh ta tăng pH đến tối ưu cho nấm men phát triển nhanh hơn. Lúc này
điều kiện cũng tốt cho các tạp khuẩn nhưng vì nấm men đã nhiều và đủ mạnh để
lấn át nên tạp khuẩn cũng khó gây tác hại cho lên men.
Phương pháp này được áp dụng để gây men trong điều kiện sản xuất và
gọi là nuôi cấy nấm men thuần khiết tự nhiên.
Khi cho acid sulfuric vào đường dịch, chúng sẽ khơng ở dạng tự do mà
liên kết hóa học với các muối và giải phóng acid hữu cơ, phosphoric tự do, chủ
yếu ở dạng KH2SO4 và NaH2PO4.
Giữa ion H + và lượng acid có tương quan nhất định đối với mỗi dung
dịch nào đó, ví dụ cùng một pH nhưng độ chua của dịch đường hóa từ ngơ bao

giờ cũng lớn hơn từ sắn . Trong thực tế sản xuất khơng phải cơ sở nào cũng có
điều kiện đo pH, mà thường chỉ xác định độ chua. Đối với mỗi dung dịch nào
đó thì pH có thể xem như gần ổn định còn độ chua lại thay đổi nhiều phụ thuộc
vào mức độ nhiễm khuẩn của nguyên liệu và dịch lên men. Khi nhiễm khuẩn sẽ
tạo acid hữu cơ có độ phân ly thấp nên ít làm thay đổi pH. Vì vậy trong sản xuất
rượu khơng chỉ xác định pH mà còn xác định độ chua. Độ chua có thể biểu diễn
theo độ hay theo gam acid / lít.
Một độ chua được biểu diễn bằng 1ml dung dịch NaOH 2N vừa đủ để
trung hòa acid tự do chứa trong 20 ml dịch hoặc biểu diễn độ chua bằng gam
H2SO4/lít dịch, 10 chua = 2,45 g /l.
3. Ảnh hưởng của nồng độ dịch lên men
Nồng độ dịch đường cao làm tăng áp suất, mất cân bằng trạng thái sinh lý
của nấm men. Kết quả là cồn nhiều sẽ ức chế không những tạp khuẩn mà cả
nấm men, dẫn đến tổn thất hoặc phải kéo dài thời gian lên men.
Nồng độ dịch đường thấp làm giảm năng suất thiết bị lên men, tốn hơi khi
chưng cất, tăng tổn thất rượu trong bã rượu và nước thải.
Bình thường người ta khống chế nồng độ chất khô của dịch đường từ 16 –
18 % ( tùy theo mức độ thuần khiết), tương đương 13 – 15% đường, để sau khi
lên men sẽ nhận được nồng độ rượu trong giấm chín là 8,5 – 9,5 %V.
4. Ảnh hưởng của một số hóa chất và chất sát trùng
Trong điều kiện sản xuất, dù có vệ sinh sạch đến mấy cũng khó đảm bảo
vơ trùng tuyệt đối, vì vậy cần phải dùng chất sát trùng để ngăn ngừa và hạn chế
tạp khuẩn.
Có thể dùng hóa chất khác nhau như clorua vôi, formalin, fluosilicat natri.
Tùy theo chất lượng của hóa chất mà dùng nhiều hay ít, cốt sao hạn chế được
phát triển của tạp khuẩn nhưng không làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động của
nấm men. Khi dùng formalin hay fluosilicat natri, nồng độ không vượt quá
0,02% so với dịch lên men.
Ảnh hưởng của một số acid tới nấm men:

Axit

Nồng độ

Làm ngừng sinh
trưởng

Thời
gian
tiêu
diệt
(giờ)
Tiêu diệt men


HCL

0,14%

0,038M/l

0,72%

0,195M/l

0,46

H2SO4

0,39%

0,039M/l

1,3%

0,123M/l

2,04

H3PO4

0,3%

0,031M/l

2,00%

0,204M/l

1,28

CH3COOH

0,75%

0,125M/l

3,00%

0,500M/l

1,25

Axit lactic

0,9%

0,100M/l

3,00%

0,333M/l

1,27

Tùy theo tính chất và mức độ phân ly của mỗi acid mà tác hại của chúng
lên nấm men sẽ khơng giống nhau.
Ngồi ra, trong dịch đường lên men luôn chứa một lượng furfurol,
melanoidin, cũng gây ảnh hưởng tới nấm men.
Furfurol hạn chế khả năng nảy chồi và kích thước tế bào, tạo ra các hạt
trong không bào. Furfurol chứa nhiều trong mật rỉ có thể làm giảm khả năng tạo
rượu và tăng các tạp chất, giảm hoạt độ của maltase và zymase của nấm men.
Khi dịch chứa 4 – 6 triệu tế bào/ml thì 0,002% furfurol sẽ ảnh hưởng xấu
đến sinh trưởng và sinh lý của dịch lên men; khi dịch lên men chứa 90 triệu / ml
thì 0,006% furfurol mới ảnh hưởng tới sinh lý nấm men.
Hàm lượng furfurol trong mật rỉ thường vào khoảng 6 đến 8 g / 100 g chất
khô. Nếu mật rỉ pha lỗng tới 20 – 22% thì nồng độ sẽ khoảng 1,5 – 2,0 mg /
100ml (0,0015 – 0,002%). Trong điều kiện lên men với tỉ lệ men giống lớm hơn
10%, ảnh hưởng của furfurol xem như khơng đáng kể.
Melanoidin có ảnh hưởng không giống nhau đối với các chủng men. Nó

ảnh hưởng xấu đến sinh sản của chủng B và IA, chỉ trong 12 giờ đầu đối với
chủng r-176 và r-202, melanoidin ảnh hưởng suốt trong thời gian 24 giờ, số tế
bào ít hơn 1,3 – 2 lần so với môi trường chứa 0,005 – 0,3g/100 ml. Caramela
không bị hấp thụ trên bề mặt nấm men nhưng với nồng độ 0,005% sẽ làm nhiều
tế bào bị chết đi.
5. Ảnh hưởng của sục khí
Sục khí để hịa tan oxy vào dịch đường, giúp cho nấm men phát triển
nhanh hơn. Tuy nhiên, sục khí khơng cần thiết đối với dịch đường từ nguyên


liệu tinh bột. Sục khí sẽ làm tăng lượng đường bay hơi. Mặt khác nếu dư dẫn
đến tạo nhiều sinh khối và aldehyde, do đó làm giảm hiệu suất lên men rượu.
Thực tế thì khơng cần sục khí vào dịch đường. Một lượng nhỏ oxy sẽ
được hòa tan trong thời gian khuấy và làm lạnh, đủ đảm bảo cho sinh trưởng
phát triển và lên men. Với tỉ lệ men giống 10%, sau 50 giờ lên men nồng độ
biểu kiến của dịch đã giảm tới số lượng không đổi với hầu hết thùng lên men.
Sau 70 – 72 giờ nồng độ rượu trong giấm chín đạt trung bình 9% V, đường sót
chỉ vào khoảng 0,3 – 0,5 %.
6. Ảnh hưởng của nguồn nito bổ sung
Ở nước ta, cồn được sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu sắn. Do trong sắn
chứa ít protid nên lượng nitơ trong dịch đường hóa khơng đảm bảo cho phát
triển của nấm men.
Bổ sung nitơ với số lượng 30 mg/100ml sẽ rút ngắn thời gian từ 84 giờ
xuống 60 giờ, đồng thời lên men cũng tốt và đạt hiệu quả cao hơn mẫu đối
chứng. Trong đó nguồn nitơ từ ure cho kết quả tốt hơn.
Phần 4: Một số vi khuẩn trong lên men cồn
Rất nhiều loài vi khuẩn có khả năng sinh ethanol. Tuy nhiên đa số tạo thành
những sản phẩm phụ ngoài ethanol
Các sản phẩm phụ này bao gồm các loại rượu khác (butanol, isopropylalcol, 2,3butandiol), các acid hữu cơ (acetic, butyric, formic, lactic), các poliol , Kenton và
các chất khí khác nhau

Một số vi khuẩn ( ví dụ: Enterobacteriaceas, Spirochaeta, Bacteroides ) chuyển
hố glucose theo con đường EM (Embden-Meyerhof ), trong một thời gian ngắn,
nó sử dụng 1 mol gluose sinh ra 2 mol pyruvat sau đó bị mất cacbon thành
acetaldehyde và khử thành rượu. Bên cạnh đó, con đường ED (Entner-Doudoroff)
là con đường len men rượu từ glucose nhờ một số vi khuẩn khác.
Nghiên cứu của Naim Kosaric chỉ ra rằng lượng đường hấp thu và lượng ethanol
sinh ra là cao nhất khi dùng môi trường glucose
4.1 Zymomonas Mobilis
✓ Đặc điểm:


Zymomonas là vi khuẩn Gram (-),kỵ khí, hình que
Dài từ 2 -6 µm và rộng từ 1- 1.5µm, xuất hiện từng cái một nhưng hầu hết ở
dạng cặp
Tế bào không có dạng bào tử, khơng có màng nhày vỏ bọc bên ngồi, khơng
có lipid nội bào,khơng có glycogen.
-

✓ Điều kiện phát triển
Sự phát triển ở các nhịêt độ khác nhau

Vi khuẩn Z.mobilis có thể phát triển ở 36oC.Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn
đến sự lên men của vi khuẩn.
Ở nhiệt độ 14-18oC sự lên men xảy ra sau 4 ngày, tại nhiệt độ 16-26oC sự
lên men xảy ra chỉ sau 2 ngày nhưng một số trường hợp khác nhiệt độ thuận lợi
nhất cho quá trình lên men là 25- 31oC. Ở nhiệt độ quá cao vi khuẩn sẽ bị tiêu
diệt như ở 550C vi khuẩn bị chết sau 5 phút

-

Sự phát triển ở các giá trị pH khác nhau


▪ Phát triển trong sự có mặt ethanol: Zymomonas chịu được rượu, nó được cơ
lập từ đồ uống có chứa 2 – 10% cồn, sự tập trung 5,5% ethanol trong chất
lỏng khá vô hại với Zymomonas. tại 7.7 và 10% ethanol 73 và 47% các
chủng Zymomonas vẫn phát triển
▪ Phát triển trong sự tập trung cao glucose : với 20% glucose vi khuẩn có thể
phát triển trong 34h, với 30% glucose 88% vi khuẩn có thể sống 2 – 5 ngày(
chủng Z1 đến Z8 chỉ phát triển trong 1 ngày), với 40% glucose 54% lồi này
có thể phát triển ở sau pha lag 4 đến 29 ngày
▪ Phát triển trong sự có mặt của KCN
▪ Phát triển trong sự có mặt của NaCl
✓ Con đường lên men
Zymomonas mobilis chuyển hoá đường thành pyruvat qua con đường ED
(Entner-Doudorolff). Pyruvat sau đó lên men tạo ra ethanol và CO2 là sản
phẩm duy nhất ( tương tự nấm men )
Con đường ED: Glucose bị phosphoryl hóa sau đó bị oxy hóa tới 6Pgluconat. Tại điểm này, sự loại nước xảy ra tạo thành 2-keto-3-deoxy-6Pgluconat (KDPG), chất này sau đó bị thuỷ phân nhờ KDPG-aldolase. Từ

•
•

một mol glucose sẽ tạo thành 2 mol pyruvat và sinh ra một mol ATP.
Sự thuận lợi của Z. mobilis so với S. cerevisiae về mặt sản xuất bioethanol là:
Đường hấp thu và sản lượng ethanol là cao hơn
Khí tạo thành ít hơn

•
•

Khả năng chịu ethanol cao hơn
Khơng phụ thuộc vào sự điều chỉnh lượng oxi thêm vào trong suốt q trình

•

lên men.
Tn theo sự vận động gen.

4.2 Clotridium
Là một loại vi khuẩn kỵ khí, tự dưỡng, sống tự do trong đất.Vi khuẩn G+ , có
hình que, khi cịn non có khả năng di động nhờ tiên mao, khi già mất khả
năng di động.
✓ Điều kiện phát triển
P và K là 2 nguyên tố rất cần thiết cho sự phát triển và cố định Nitơ của
Clostridium


Ngoài ra, các nguyên tố vi lượng khác như Mo, Co, Cu, Mn cũng rất cần thiết
đối với Clostridium
pH = 4.7 – 8.5
✓ Con đường lên men
Trong các loài Clostridium, 1 loài được dùng trong sản xuất rượu là
Clostridium ljungdahlii
Vi khuẩn này phát triển trong khí tổng hợp để sản xuất acetate và ethanol từ
chất nền ở thể khí.
Chúng phát triển nhờ sự tổng hợp của CO và chất khí ở áp suất tuyệt đối
khoảng 0.8 – 1.8 atm. Tỉ lệ tế bào và sản phẩm tạo thành là 0.015g tế bào/g
CO và 0.41g acetate/g CO. Sự cô đặc ethanol được tăng cao bởi sự có mặt
của H2 và CO2 ban đầu trong pha lỏng.
Khơng có sự ức chế chất nền trong khi vi khuẩn này được nuôi dưỡng trong

mẻ lên men, ngay cả ở áp suất cao 1.6 – 1.8 atm.

Danh mục tài liệu tham khảo
1. Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic – NXB Khoa học và kỹ thuật PGS TS Nguyễn Đình Thưởng. TS Nguyễn Thanh Hằng- Trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội
2. Vi sinh vật học – Nguyễn Lân Dũng ( chủ biên) – NXB Giáo Dục
3. Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm – Bùi Ái –
ĐHQG TPHCM– ĐH Bách Khoa
4. Công nghệ Vi sinh Vật, Tập 3 : thực phẩm lên men truyền thống –
Nguyễn Đức Lương
5. 123doc-ung-dung-vi-sinh-vat-trong-san-xuat-con.pdf