Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm: Chương 3 - GV. Nguyễn Quang

1/31/2013
1
CÔNG NGHỆ SINH HỌC
THỰC PHẨM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI
Giảng viên: Nguyễn Quang
SĐT: 01689 034 127
Email:
Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật
trong công nghệ thực phẩm
3.1. Công nghệ sản xuất sinh khối tế bào
3.3. Tổng hợp acid amin
3.4. Tổng hợp enzym
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
sinh khối tế bào
 Vi sinh vật đã tồn tại trên trái đất cách
đây 3,5 triệu năm
 Vi sinh vật là những sinh vật có kích
thước rất nhỏ bé nhưng chúng hấp thu
và chuyển hóa vật chất rất nhanh. Bên
cạnh đó tốc độ phát triển của VSV cũng
rất cao.
 Hơn 1% VSV đã được định danh và
nghiên cứu.
Nguyễn Quang
Một số loại VSV
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
sinh khối tế bào
 Nguyên lý của quá trình sản xuất:

Nguyễn Quang
Quá trình tạo giống
Quá trình
Sản xuất thử
Quá trình
Sản xuất công nghiệp
Quá trình thu nhận
và tinh chế sản phẩm
 Phân lập, tuyển chọn, tạo khả năng thích
nghi, nâng cao chất lượng giống, bảo
quản giống (genotype)
 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến cơ
thể sống
 Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng trao
đổi chất trong quy mô công nghiệp
(fenotype)
 Bao gồm những phương pháp để thu
nhận sản phẩm
Nguyên lý quá trình sản xuất
 Quá trình sản xuất các sản phẩm từ
VSV theo quy mô công nghiệp phải
tiến hành điều khiển:
 Điều khiển genotype
 Điều khiển fenotype
 Điều khiển kỹ thuật thu nhận, tinh chế
sản phẩm
Nguyễn Quang
1/31/2013
2
Nguyên lý trao đổi chất

ở tế bào VSV
Nguyễn Quang
Yếu tố ảnh hưởng
VSV
Các loại sản phẩm
Quá trình tổng hợp
Dị hóa trong tế bào
Enzym
nội bào
Dị hóa ngoài
tế bào
Yếu tố ảnh hưởng
Dinh dưỡng Sản phẩm thừa
Sản phẩm phân giải
Môi trường nuôi cấy Biomass Sản phẩm bậc hai
Sản phẩm của quá trình lên men
 Phân loại theo tính chất thương mại:
 Bản thân các tế bào vi sinh vật (sinh
khối) là các sản phẩm mong muốn.
 Các enzym do VSV tạo nên: amylase,
protease, lipase…
 Các dược phẩm: chất kháng sinh và các
alkanoid…
Nguyễn Quang
 Sinh khối tế bào
 Nấm men: dùng làm nở bột mì, lên men
rượu…
 Các vi khuẩn và vi tảo: được sử dụng
cho mục đích dinh dưỡng.
Nguyễn Quang

Sản phẩm của quá trình lên men
 Enzym:
 Enzym thương mại được sản xuất ở quy
mô công nghiệp: amylase, protease,
lipase…
 Enzym công nghiệp gluco-isomease được
sử dụng với số lượng lớn để sản xuất
fructose (có độ ngọt cao hơn glucose)
 Ngoài ra còn 1 vài enzym quan trọng như
penicillin-acilase được sử dụng trong sản
xuất penicillin tổng hợp
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
 Dược phẩm:
 Chất kháng sinh và các alkanoid nằm
trong nhóm sản phẩm bậc hai.
 Đó là các hợp chất không được tạo thành
trong pha sinh trưởng đầu tiên mà vào lúc
sinh trưởng đã bước vào pha cân bằng.
Việc hiểu biết về bản chất của sự trao đổi
chất bậc hai có tầm quan trọng trong việc
phát triển các quá trình sản xuất mới.
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
 Các hóa chất đặc biệt và các chất điều vị
thực phẩm:
 Chất điều vị thực phẩm: bột ngọt nhân tạo
aspartarm là một dipeptid giữa acid aspartic và
phenylalanin, cả hai amino acid này đều được
sản xuất bằng con đường lên men vi sinh vật.

 Các amino acid sản xuất bằng con đường này:
acid glutamic, lysine và tryptophan.
 Một số vitamin cũng được sản xuất bằng con
đường vi sinh vật, đó là riboflavin, vitamin B12 và
acid ascorbic (vitamin C)
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
1/31/2013
3
 Các hóa chất thông dụng:
 Ethanol
 Acid acetic
 Acid lactic
 Glycerol
 Trong đó, ethanol là sản phẩm phổ
biến và quan trọng nhất.
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
 Phân loại theo sinh lý trao đổi chất:
 Vật chất tế bào (sinh khối)
 Các sản phẩm trao đổi chất
 Các sản phẩm chuyển hóa
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
 Các sản phẩm trao đổi chất:
 Các sản phẩm lên men: ethanol, acid lactic,
methan, acetol-butanol,…
 Các chất trao đổi bậc 1: amino acid,
nucleotide, vitamin, đường…
 Các chất trao đổi bậc 2: chất kháng sinh,

alkanoid, gibberellin, Indole Acetic Acid
(IAA)…
 Các loại enzym ngoại bào như protease,
amylase; Các enzym nội bào như
asparaginase, penicillinase
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
Sinh trưởng và tạo thành
sản phẩm
Nguyễn Quang
Sinh tổng hợp thừa
 Những nguyên tắc điều hòa trao đổi chất:
 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ ức chế bằng
sản phẩm cuối cùng hay còn gọi là sự kìm
hãm do liên hệ ngược.
 Sự cảm ứng và ức chế quá trình tổng hợp
enzym.
 Điều hòa tổng hợp enzym nhờ sự kiềm chế
bằng sản phẩm cuối cùng và sự giải kiềm
chế.
 Điều hòa tổng hợp enzym nhờ sự kiềm chế
dị hóa.
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
sinh khối tế bào
 Tạo giống VSV:
 Quyết định đến năng suất sinh học của
nhà mày.
 Quyết định chất lượng sản phẩm sinh học.
 Quyết định vốn đầu tư cho sản xuất.

 Quyết định giá thành sản phẩm.
Nguyễn Quang
1/31/2013
4
Yêu cầu giống VSV
 Giống VSV phải cho ra sản phẩm mà ta
mong muốn.
 Giống phải cho năng suất sinh học cao.
 Giống phải có khả năng đồng hóa các
nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm.
 Sản phẩm của giống dễ dàng tách tạp
chất.
Nguyễn Quang
Yêu cầu giống VSV
 Giống phải ổn định về genotype và
fenotype.
 Giống phải có tính thích nghi cao.
 Có tốc độ sinh sản và phát triển mạnh.
 Tốc độ trao đổi chất mạnh để nhanh tạo
ra sản phẩm mong muốn.
 Giống phải ổn định trong bảo quản và
dễ dàng bảo quản.
Nguyễn Quang
Kỹ thuật tạo giống
 Phân lập giống trong tự nhiên.
 Phân lập giống trong môi trường sản
xuất.
 Phân lập giống trong những ống giống
đã thoái hóa.
Nguyễn Quang

Nguồn phân lập giống
Nguyễn Quang
Nâng cao chất lượng giống
 Tạo khả năng thích nghi của giống
VSV với điều kiện sản xuất công
nghiệp.
 Làm biến đổi hệ thống di truyền tạo ra
giống có chất lượng cao hơn.
Nguyễn Quang
Đột biến (bằng phương pháp vật lý, hóa học)
Nguyễn Quang
1/31/2013
5
Bảo quản giống VSV
 Cấy truyền và bảo quản lạnh
 Bảo quản giống trong lớp dầu
 Bảo quản trong đất hoặc cát
 Bảo quản giống trong hạt ngũ cốc
 Phương pháp lạnh đông
 Bảo quản giống theo phương pháp
đông khô
Nguyễn Quang
Phương pháp cấy truyền định kỳ
(trên môi trường mới)
 Sử dụng thạch nghiêng.
 Nấm mốc: cấy truyền sau 3 – 6 tháng
 Nấm men – vi khuẩn: 1 – 2 tháng
 Ưu điểm: đơn giản, dễ làm.
 Nhược điểm: tốn công sức, thời gian,
môi trường. Không ổn định.

 Điều kiện: phải bảo quản lạnh.
Nguyễn Quang
Phương pháp giữ giống trên
môi trường thạch có lớp dầu khoáng
 Sử dụng dầu khoáng như vaselin,
parafin…
 Ưu điểm:
 Đơn giản, hiệu quả cao.
 Môi trường không bị mất nước.
 Vi sinh vật được bảo quản lâu hơn so với
phương pháp cấy truyền.
Nguyễn Quang
Phương pháp giữ giống trên đất, cát
 Bảo quản các VSV tạo bào tử.
 Thời gian bảo quản từ 1 đến vài năm.
 Trước khi dùng phải:
 Cấy ria trên môi trường agar.
 Chọn các khuẩn lạc điển hình.
Nguyễn Quang
Phương pháp giữ giống trên hạt
 Bảo quản những VSV có dạng hình
sợi, sinh bào tử hoặc không.
 Thời gian bảo quản có thể lên tới 1
năm.
Nguyễn Quang
Phương pháp lạnh đông
 Phương pháp đơn giản, VSV giữ được
lâu.
 Nhiệt độ trữ lạnh từ -15
0

C ÷ -20
0
C: 6
tháng cấy truyền 1 lần.
 -30
0
C: 9 tháng
 -40
0
C: 1 năm
 -50
0
C ÷ -60
0
C: 3 năm
 -70
0
C ÷ -80
0
C: 10 năm
Nguyễn Quang
1/31/2013
6
Phương pháp đông khô
 Làm cho tế bào mất nước theo phương pháp
thăng hoa ở áp suất thấp.
 Làm giảm hoặc làm ngừng hẳn quá trình
phân chia của VSV.
 VSV không bị biến đổi về các đặc tính di
truyền.

 Thời gian lưu giữ lâu lên tới vài chục năm.
 Được dùng nhiều trong sản xuất.
Nguyễn Quang
Một số ngân hàng giống VSV
Nguyễn Quang
Sản phẩm công nghệ VSV
Nguyễn Quang
Quá trình sản xuất
 Nuôi cấy lắc (Shake flash)
 Quy mô phòng thí nghiệm (Lab scale
fermentor 5 – 10 L)
 Pilot scale fermentor (300 – 3000 L)
 Hệ thống nuôi cấy công nghiệp
(10.000 – 500.000 L)
Nguyễn Quang
Nuôi cấy lắc
 Tối ưu hóa điều
kiện cho tế bào
phát triển và hình
thành sản phẩm:
 pH
 Nhiệt độ
 Oxy hòa tan (DO)
 Cơ chất
 Nồng độ cơ chất
 Yếu tố khác
Nguyễn Quang
Hệ thống lên men
phòng thí nghiệm
 Agitation

 Cooling and
heating
 Air inlet and outlet
 pH control
 Nutrient addition
 Inoculation
Nguyễn Quang
1/31/2013
7
Hệ thống fermentor
Nguyễn Quang
Quy mô công nghiệp
 Hệ thống từ
10.000 –
500.000 L tùy
thuộc vào sản
phẩm
Nguyễn Quang
Industrial Fermentation Setting
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất sinh khối VSV
 Công nghệ sản xuất nấm men
 Công nghệ sản xuất phân bón
 Công nghệ sản xuất thuốc trừ sâu sinh
học
 Công nghệ sản xuất protein đơn bào
 Công nghệ sản xuất sinh khối làm
thuốc trị bệnh
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất

nấm men bánh mì
 Các dạng nấm men:
 Nấm men dạng lỏng
 Nấm men dạng nhão (paste)
 Nấm men khô
 Nguyên liệu: nước, carbon hydrate,
phospho, nitơ, kali và magie.
 Vi sinh vật: Saccharomyces cerevisiae.
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
nấm men bánh mì
 C
6
H
12
O
6
C
2
H
5
OH + CO
2
 Công nghệ sản xuất bánh mì:
Bột mì  Nhào bột  Định hình (4h)  Nướng
Nấm men
Bột mì  Nhân giống nấm men (6h)  Trộn bột…
Nguyễn Quang
1/10
9/10

1/31/2013
8
Carbon hydrate
 Các nguyên liệu đường như mật rỉ,
các loại nước trái cây, các loại đường
đơn, đường kép…
 Các nguyên liệu chứa tinh bột
 Nguồn nguyên liệu chứa hợp chất
cellulose
Nguyễn Quang
Mật rỉ
 Ưu điểm:
 Chứa hàm lượng đường cao
 Chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, vitamin và chất
kích thích sinh trưởng
 Nhược điểm:
 Màu sẫm, bám vào nấm men làm ảnh hưởng
chất lượng
 Hệ keo, giảm khả năng hòa tan
 Dễ bị VSV xâm nhập và phát triển
Nguyễn Quang
Phương pháp xử lý mật rỉ
Nguyễn Quang
Nguồn nitơ và phospho
 Các nguồn cung cấp nitơ thường là:
ure, amonisulfat
 Nguồn cung cấp nitơ và phospho:
diamonphospho (DAP)
Nguyễn Quang
Yêu cầu chất lượng

nấm men bánh mì
 Tế bào nấm men có kích thước lớn,
đều, có khả năng phát triển mạnh và
chịu được nhiệt độ cao.
 Lực nở bột
 Độ bền của nấm men (>72h)
Nguyễn Quang
Điều kiện nuôi
 Nước đường: 2 – 4 %
 Nhiệt độ lên men: 25 – 28
0
C
 pH dịch nuôi: 4,2 – 5,4
 DAP: 0,15 – 0,25 %
 Ure: 0,15 – 0,2 %
 Thời gian nuôi: 12 – 16h
 Lưu lượng khí: 1m
3
/m
3
.h
Nguyễn Quang
1/31/2013
9
Công nghệ sản xuất
Nguyễn Quang
Protein đơn bào (Single Cell Protein - SCP)
 Là nguồn dinh dưỡng chứa nhiều protein từ
VSV (vi khuẩn, nấm men, nấm sợi và tảo)
 Hàm lượng protein cao.

 Chất lượng protein tương đương protein động
vật và cao hơn protein thực vật.
 VSV có khả năng hấp thu, phân giải nhiều loại
nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm.
 Có khả năng sản xuất theo quy mô công nghiệp.
Nguyễn Quang
Protein đơn bào
 Tảo đơn bào được sản xuất theo quy mô
công nghiệp có lợi ích kinh tế cao:
 Chlorella
 Spirulina
 Scienedesmus
 Tảo chứa protein có đầy đủ acid amin cân
đối, không chứa độc tố.
 Có khả năng chữa bệnh và chống lão hóa.
 Tốc độ sinh sản nhanh (gấp 15 lần so với
trồng lúa)
Nguyễn Quang
Spirulina
 Protein cao (70 - 75%), protein hoàn hảo,
không chứa độc tố.
 Quang hợp như cây xanh.
 Điều kiện sản xuất đơn giản: ánh sáng 3000
– 10000 lux, CO
2
, muối vô cơ, pH kiềm yếu
(9 - 10)
 Kích thước tế bào lớn, dễ thu nhận.
 Thành tế bào mỏng, nhiều vitamin hơn
chlorella.

Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
 Kanembu làm bánh Dihé.
 Người Mexico đã thu hoạch
tảo Spirulina từ thế kỷ 16.
Nguyễn Quang
1/31/2013
10
Hệ thống cánh khuấy
Nguyễn Quang
Thu nhận tảo
Nguyễn Quang
Một số kiểu hồ nuôi khác
Nguyễn Quang
Hồ nuôi hình tròn
Nguyễn Quang
1/31/2013
11
Hệ thống nuôi dạng ống
Nguyễn Quang
Câu hỏi ôn tập
 Hãy trình bày nguyên lý của quá trình
sản xuất sinh khối tế bào?
 Hãy nêu các sản phẩm của quá trình
lên men.
 Hãy trình bày các phương pháp bảo
quản giống VSV.
 Hãy trình bày công nghệ sản xuất tảo.

Nguyễn Quang
Sản xuất acid amin
 Phương pháp sản xuất:
 Phương pháp thủy phân protein động vật
 Bằng con đường tổng hợp hóa học
 Sinh tổng hợp (tổng hợp nhờ VSV)
Nguyễn Quang
Mục đích
 Chữa bệnh thần kinh, gan, thận, tim…
 Bổ sung vào thức ăn (các acid amin cần
thiết như Lysine, Methionin…)
 Làm chất điều vị cho thực phẩm: natri
glutamat…
 Chất nền cơ bản cho thực phẩm tổng hợp
như trứng cá nhân tạo, dăm bông…
 Sử dụng trong chăn nuôi.
Nguyễn Quang
Các VSV trong sản xuất acid amin
Nguyễn Quang
Chủng vi sinh vật sử dụng Các acid amin
Micrococcus var DL-alanin
Microbacterium amoniphilium DL-alanin, L-glutamic
Bacillus lactofermentum 487 L-valine, L-leucine
Micrococcus glutamicus L-acid glutamic, L-lysine
Brevibacterium flavum L-histidine, L-isoleucine, L-proline,
L-araginine, L-theonine, L-lysine,
L-glutamic
Streptomyces coelicolor 3-19 L-alanin, L-glutamic
Nguyên tắc sản xuất
 Yêu cầu:

 Chủng dùng trong sản xuất thường là chủng đột
biến, có khả năng tích lũy nhiều acid amin trong
môi trường nhiều carbon hydrat và ít nitơ.
 Nguyên tắc chung:
 Thay đổi môi trường nuôi cấy bằng cách bổ
sung thêm chất kháng sinh, các chất bề mặt và
acid béo vào môi trường.
 Ngoài ra có thể sản xuất acid amin từ các chất
trung gian và tổng hợp như enzym.
Nguyễn Quang
1/31/2013
12
Cơ chế trao đổi amin
 Các họ acid amin:
 Họ α-ketoglutarat: glutamat, glutamin, prolin,
arginin.
 Họ 3-phospho glycerat: serin, glycin, cystein.
 Họ pyruvat: alanin, valin, leucin.
 Họ oxaloacetat: aspartat, asparagin, methionin,
threonin, lysin, isoleusin.
 Họ phosphoenol pyruvat: erythro-4-phosphat,
tryptophan, phenylalanin, tyrosin.
 Họ ribose-5-phosphat: histidin.
Nguyễn Quang
Sinh tổng hợp các
acid amin họ α-ketoglutarat
Nguyễn Quang
Sinh tổng hợp các
acid amin họ 3-phosphoglycerat
Nguyễn Quang

Sinh tổng hợp các acid amin
họ oxaloacetat và pyruvat
Nguyễn Quang
Sản xuất acid glutamic
 Công thức hóa học
 VSV sử dụng trong sản xuất acid
glutamic: Micrococus glutamicus,
Brevibacterium lactofermentus
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
acid glutamic
Nguyễn Quang
1/31/2013
13
Quy trình sản xuất bột ngọt
Nguyễn Quang
Chuẩn bị dịch lên men
Trao đổi ion
Tách α-glutamic
Trung hòa
Bao gói
Lên men
Tinh chế
Nguyên liệu
Bột ngọt
Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình sản xuất bột ngọt
 Nguồn carbon
 Nguồn nitơ
 Các muối vô cơ khác

 Chất điều hòa sinh trưởng
 Các chất khác
 Ảnh hưởng của pH
 Ảnh hưởng của hệ thống gió và khuấy
 Ảnh hưởng của việc cung cấp điện tử
 Ảnh hưởng của thực khuẩn thể
Nguyễn Quang
Cơ chế sinh tổng hợp lysine
Nguyễn Quang
Glucose
Acid pyruvic
Oxaloacetic
Aspatic
Aspatic-β-semialdehyde
Lysine Methionine
Isoleucine
Threonine
Quy trình sản xuất lysine
Nguyễn Quang
Thu dịch sau ly tâm
Nhả hấp phụ
Trao đổi ion
Chuẩn bị dịch lên men
Ly tâm
Lên men
Ly tâm
Đun nóng
Làm lạnh Điều chỉnh pH
Nguyên liệu
Lysine

Sinh khối và
tphần không tan
NH
3
HCl
Dung dịch NH
3
10-20
0
C
28-30
0
C
pH=7.0-7.6
Hiếu khí
Tổng hợp enzym
 Enzym là chất xúc tác sinh học có bản chất là
protein.
 Enzym có cường lực xúc tác mạnh và năng
lượng hoạt hóa thấp.
 Các chế phẩm enzym hầu hết được sản xuất
từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền.
 Enzym có tính đặc hiệu cao: enzym kết hợp
với cơ chất đặc trưng để hình thành phức
hợp enzym - cơ chất sau đó sản phẩm mới
được hình thành.
Nguyễn Quang
Cấu trúc của enzym
 Enzym đơn cấu tử
 Enzym đa cấu tử

 Apoenzym: phần protein
 Cofactor: chất hữu cơ đặc hiệu gắn với
apoenzym.
Nguyễn Quang
1/31/2013
14
Các yếu tố ảnh hưởng
đến hoạt tính của enzym
 Nhiệt độ
 pH
 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
 Ảnh hưởng của các chất kiềm hãm
Nguyễn Quang
Danh pháp
 Thông thường thêm đuôi –ase sau cơ chất.
VD: ure  urease, lactose  lactase…
 Theo kiểu phản ứng xúc tác.
VD: thủy phân  hydrolase
oxy hóa  oxidase…
 Một số loại enzym không theo quy luật trên.
VD: bromelin trong dứa, papain trong đu đủ,
ficin trong quả sung…
Nguyễn Quang
Ứng dụng
 Ứng dụng trong công nghệ chế biến
thực phẩm: chế biến bột, sản xuất kẹo, sản
xuất bánh mì, sản xuất nước quả, rượu vang,
chế biến thịt, sản xuất bia…
 Ứng dụng trong các ngành công
nghiệp: sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp

dệt, chế biến dầu…
 Ứng dụng trong phân tích và y học.
 Ứng dụng trong công nghệ di truyền.
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất enzym
 Nguồn thu enzym:
 Nguồn động vật: thu nhận enzym từ các
phế phụ liệu lò mổ: tụy tạng tripsin, dạ dày
bê…
 Nguồn thực vật: thu nhận amylase từ hạt
đại mạch nảy mầm, papain, bromelin,
ficin…
 Nguồn VSV: từ rất nhiều loại VSV khác
nhau.
Nguyễn Quang
Ưu điểm của enzym VSV
 VSV có thể chuyển hóa một số lượng
cơ chất lớn.
 Hoạt tính của enzym VSV cao.
 Tốc độ sinh sản của VSV rất nhanh.
 Dễ kiểm soát được các điều kiện.
 Nguyên liệu sản xuất rẻ tiền và dễ
kiếm.
Nguyễn Quang
Quy trình công nghệ
Nguyễn Quang
Cơ quan, tế bào
động vật
Cơ quan, tế bào
thực vật

Nghiền
Trích ly
Sấy
Tinh chế
Enzym ngoại bào
Phá vỡ tế bào
Lọc hoặc ly tâm
Vi sinh vật
Nuôi cấy (lên
men)
Enzym nội bào
Cô đặc
Sản phẩm
1/31/2013
15
Phương pháp thu nhận enzym
 Phương pháp cơ học tách enzym
 Phương pháp phá vỡ tế bào
 Phương pháp cô đặc
 Phương pháp tinh sạch enzym
 Tạo sản phẩm
Nguyễn Quang
Phương pháp cơ học tách enzym
 Phương pháp ly tâm: ly tâm là quá
trình tách vật chất rắn ra khỏi dung
dịch. Phương pháp lý tâm chỉ tách
được thành phần rắn có tỷ trọng lớn
hơn dung dịch.
 Trong công nghiệp, người ta thường ly
tâm thu nhận enzym bằng máy ly tâm

liên tục.
Nguyễn Quang
Một số kiểu máy ly tâm
(Centrifugation)
 Ly tâm nhiều đĩa (multichamber)
 Ly tâm tách kết tủa (desludging)
 Ly tâm lắng (decanter)
 Ly tâm đẩy (pusher)
 Ly tâm sàng (sieve)
 Ly tâm phun (nozzile)
Nguyễn Quang
Máy ly tâm liên tục ngang
Nguyễn Quang
Máy ly tâm liên tục nhiều đĩa
Nguyễn Quang
Phương pháp lọc
 Lọc là phương pháp tách thành phần rắn
ra khỏi dịch.
 Tộc độ lọc phụ thuộc vào: diện tích bề
mặt vật lọc, áp suất khi lọc, độ nhớt dịch
lọc, sức đề kháng.
 Trong công nghiệp, người ta thường sử
dụng phương pháp: lọc ép, lọc chân
không, lọc theo dòng chảy cắt ngang,
lọc thông thường…
Nguyễn Quang
1/31/2013
16
Phương pháp lọc
 Lọc ép (pressure filter):

Thường được sử dụng
trong trường hợp dung dịch
cần lọc có khối lượng nhỏ.
 Lọc chân không
(vacuum filter): là phương
pháp được ứng dụng nhiều
trong nghiên cứu và sản
xuất.
Nguyễn Quang
Phương pháp lọc
 Lọc theo dòng chảy cắt ngang (cross-flow
filtration): phương pháp này có ưu điểm là làm
giảm sức đề kháng quá trình lọc của vật liệu rắn.
Nguyễn Quang
 Lọc thông thường (conventional filter):
phương pháp này được sử dụng từ rất lâu. Tuy
nhiên có nhược điểm là thời gian lọc lâu.
Phương pháp phá vỡ tế bào
 Phá vỡ tế bào bằng phương pháp cơ
học:
 Phương pháp áp suất cao
 Phương pháp nghiền
 Phương pháp siêu âm
 Phá vỡ tế bào bằng phương pháp
không phải cơ học:
 Phương pháp sấy
 Phương pháp phân giải
Nguyễn Quang
Phá vỡ tế bào
bằng máy đồng hóa

 Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi
trong quy mô công nghiệp.
 Huyền phù tế bào được nén với một áp suất
cao, chúng va chạm mạnh vào vành ống. Tế
bào bị phá vỡ bởi lực cắt và nén.
 Phương pháp này thường được áp dụng
cho việc phá vỡ tế bào vi khuẩn. Tế bào
động vật và tế bào thực vật ít dùng phương
pháp này.
Nguyễn Quang
Máy đồng hóa Manton Gaulin
Nguyễn Quang
Phá vỡ tế bào
bằng sóng siêu âm
 Đây là phương pháp phá vỡ tế bào phổ
biến, đơn giản, sử dụng ở quy mô nhỏ.
 Tuy nhiên sóng siêu âm dễ làm biến đổi
cấu trúc của một số enzym và phá hủy
enzym do oxy hóa các gốc tự do. Việc
sử dụng các chất như N
2
O có khả năng
làm giảm sự mất hoạt tính enzym.
Nguyễn Quang
1/31/2013
17
Phương pháp nghiền ẩm
 Khi huyền phù tế bào được lắc cùng
với hạt thủy tinh hoặc thép nhỏ thì tế
bào sẽ bị phá vỡ do lực cắt khi va

chạm với các hạt này.
 Ở quy mô phòng thí nghiệm có thể
nghiền tế bào với hạt thủy tinh bằng
cối chày sứ.
Nguyễn Quang
Phương pháp lạnh đông
 Huyền phù tế bào dưới dạng bột nhão
được lạnh đông ở -20
0
C, rồi nén dưới
áp suất cao (10-15 tấn/inch
2
) qua các
lỗ hẹp của máy nén Hughes thì tế bào
sẽ bị phá vỡ.
Nguyễn Quang
Phá vỡ tế bào không phải
bằng phương pháp cơ học
 Sốc thẩm thấu
 Xử lý kiềm
 Sử dụng chất tẩy rửa
 Dung giải bằng enzym
Nguyễn Quang
Sản xuất acid hữu cơ
 Công nghệ sản xuất acid acetic (dấm):
 Acid acetic tan trong nước, cồn, eter,
benzen, aceton và trong chloroform.
 Acid acetic rất bền với các chất oxy hóa
như acid chromic, permanganate.
 Chúng có khả năng hòa tan cellulose,

các hợp chất tương tự cellulose, có khả
năng phân hủy da, gây bỏng da, ăn mòn
nhiều kim loại.
Nguyễn Quang
Nguyên tắc chung
 Lên men acid acetic là quá trình oxy hóa
rượu thành acid acetic dưới tác dụng
của vi khuẩn.
 Acid acetic có thể thu được bằng nhiều
phương pháp như chưng cất gỗ, tổng
hợp hóa học hay lên men.
C
2
H
5
OH + O
2
 CH
3
CHO (acetaldehyde) + H
2
O
CH
3
CHO + H
2
O  CH
3
CH(OH)
2

(hydrat acetaldehyde)
CH
3
CH(OH)
2
+ O
2
 CH
3
COOH + H
2
O
Nguyễn Quang
Sản xuất acid acetic
Nguyễn Quang
1/31/2013
18
Quá trình oxy hóa
rượu thành acid acetic
Nguyễn Quang
Nguyên liệu
 Nguyên liệu lên men acetic trực tiếp là
rượu ethanol. Ngoài ra, có thể dùng
dung dịch đường hay tinh bột đã qua
đường hóa.
Nguyễn Quang
Phân loại
 Dấm cất (dấm gạo):
 Nguyên liệu chính: lương thực,
đường

 Thành phần dinh dưỡng: acid
acetic, đường, acid hữu cơ,
vitamin, muối vô cơ…
 Dấm pha chế (dấm hóa học):
 Nguyên liệu chính: acid acetic
tinh, nước.
 Không có thành phần dinh
dưỡng khác.
Nguyễn Quang
Thành phần dinh dưỡng
 Hàm lượng acid hữu cơ cao, chủ yếu
là acid acetic, ngoài ra còn có acid
lactic, acid citric…
 Chứa các loại acid amin phong phú,
vitamin B1, B2, C…
 Muối vô cơ của các kim loại: Na, Ca,
K, Fe, Cu, Zn, P…
Nguyễn Quang
Chức năng của dấm
 Đẩy lùi và phòng trừ bệnh tật.
 Điều tiết độ kiềm - acid dịch thể, duy trì tương
đối ổn định môi trường trong cơ thể.
 Giúp tiêu hóa, hấp thụ tốt.
 Diệt khuẩn, kháng độc.
 Phòng trị cao huyết áp, xơ cứng động mạch,
béo phì.
 Tăng cường chức năng bài tiết của thận,
phòng ngừa sỏi thận.
 Diệt ký sinh trùng như giun đũa, giun kim.
 Kháng ung thư, làm đẹp da, làm tỉnh rượu…

Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
 Phương pháp lên men chậm
 Phương pháp lên men nhanh
 Phương pháp lên men chìm
 Phương pháp kết hợp
Nguyễn Quang
1/31/2013
19
Tác nhân lên men
 Vi khuẩn acetobacter là
tác nhân chính trong quá
trình lên men acetic.
 Đặc điểm:
 Hình que (tùy điều kiện
nuôi cấy mà tế bào có thể
có hình thái khác nhau)
 Kích thước thay đổi tùy
loài (0,3-0,6×10
-8
µm)
Nguyễn Quang
Tác nhân lên men
 Có thể di động (có tiên
mao đơn hoặc chu mao)
hoặc không di động
(không có tiên mao)
 Không sinh bào tử.
 Hiếu khí bắt buộc.
 Chịu được độ acid cao.

Nguyễn Quang
Tác nhân lên men
 Có khả năng đồng hóa nhiều nguồn thức ăn
carbon khác nhau nhưng không sử dụng
được tinh bột.
 Tế bào đứng riêng lẻ hoặc kết thành từng
chuỗi.
 Có khả năng tạo thành váng trên môi trường
lỏng.
Nguyễn Quang
 Trên môi trường đặc cho
khuẩn lạc hình tròn, đều
đặn, đường kính 3 nm.
Đặc điểm sinh trưởng
 Phát triển tốt trên môi trường nước nha (malt),
glucose, rượu etylic hay manitol.
 Hiếu khí bắt buộc, pH=5.4-5.8, t
0
C=25-30
0
C
 Oxy hóa etylic thành acid acetic ở pH=4.5
 Oxy hóa acid acetic, lactate, chuyển glucose
thành gluconate, oxy hóa không hoàn toàn các
hợp chất hữu cơ khác để tạo thành các hợp
chất ketone hay các acid hữu cơ tương ứng.
Nguyễn Quang
Đặc điểm sinh trưởng
 Sử dụng đường, etylic và các acid hữu
cơ làm nguồn carbon, muối amon làm

nguồn nitơ.
 Một số chất kích thích sinh trưởng như
acid nicotine, acid amin, folic và
biotin… có vai trò quan trọng trong
sinh trưởng của vi khuẩn acetic.
Nguyễn Quang
Yêu cầu về giống VSV
 Phải lựa chọn những chủng vi khuẩn
thỏa điều kiện:
 Phải oxy hóa etylic tốt nhất
 Tạo dấm có nồng độ acid acetic cao, chịu
được độ cồn và acid cao.
 Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo
quản giống phải đơn giản, không tốn
kém, phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.
Nguyễn Quang
1/31/2013
20
Một số VSV có khả năng
lên men acid acetic
A. pasteurianum
A. orleaneuse
A. schiitzenbachii
A. curvum
A. suboxydans
Nguyễn Quang
Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình lên men acid acetic
 Ảnh hưởng của oxy:
 Oxy là một yếu tố quan trọng trong quá trình lên

men dấm. Càng thoáng khí năng suất càng cao.
 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
 Tùy theo từng loài mà nhiệt độ tối ưu khác nhau.
Nhiệt độ thích hợp cho acetobacter là 25-40
0
C.
 Nhiệt độ tối ưu cho quá trình sản xuất là 35
0
C.
 Ảnh hưởng của pH:
 Chịu được độ acid cao.
Nguyễn Quang
Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình lên men acid acetic
 Ảnh hưởng của các nguồn C, N, P và
các nguyên tố vi lượng:
 Cần bổ sung một số muối khoáng
(NH
4
)
2
SO
4
, KH
2
PO
4
, CaHPO
4
, FeCl

3
…
 Cần bổ sung vitamin, chất kích thích sinh
trưởng như pepton, cao nấm men…
 Cần bổ sung thêm acid lactic, glycerine,
muối đậu nành…
Nguyễn Quang
Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình lên men acid acetic
 Ảnh hưởng của nồng độ ethanol:
 Ethanol là cơ chất lên men acid acetic. Tùy từng
loại VSV mà chúng có thể tồn tại ở những nồng
độ rượu khác nhau, thường từ 11-13%.
 Để tránh hiện tượng oxy hóa tiếp tục acid acetic
thành CO2 và H2O cần có một lượng rượu sót
trong sản phẩm, thường là 0.3-0.5%.
 Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic:
 Acid acetic sinh ra nhiều sẽ gây ảnh hưởng ức
chế đến hoạt động sinh lý của vi khuẩn acetic.
Nguyễn Quang
Quy trình sản xuất
Nguyễn Quang
Phương pháp lên men chậm
Nguyễn Quang
1/31/2013
21
Phương pháp lên men nhanh
Nguyễn Quang
Phương pháp lên men chìm
 Người ta thiết kế hệ thống lên men

acetic, được gọi là acetator:
 Cho dung dịch lên men vào thiết bị và
tiến hành thổi khí rất mạnh  thể huyền
phù và dung dịch lên men.
 Hai thể này luôn luôn được trộn lẫn với
nhau và khi đó quá trình oxy hóa xảy ra
rất mãnh liệt.
Nguyễn Quang
Phương pháp kết hợp
 Thiết kế hệ thống lên men bao gồm 2
phần:
 Phần trên là lớp đệm hay lớp chất mang
chứa VSV
 Lớp giữa chỉ là một thùng chứa dung dịch
sau khi lên men ở phần trên chảy xuống
 Dưới cùng là hệ thống thổi khí mạnh, khí
sẽ được thổi qua phần dung dịch này rồi
chuyển ngược lên phần trên.
Nguyễn Quang
Quá trình biến đổi hóa học
 pH giảm dần trong quá trình lên men.
 Nồng độ acid acetic tăng dần.
 Hàm lượng đường giảm.
 Nồng độ rượu giảm (nhưng sau lên
men phải chú ý để lại lượng rượu sót
khoảng 0.3-0.5%)
Nguyễn Quang
Phương pháp nâng cao nồng độ
acid acetic trong dịch lên men
 Phương pháp chưng cất:

 Mục đích: thu được acid acetic có nồng
độ cao hơn.
 Phương pháp này rất đơn giản và dễ
thực hiện.
 Tuy nhiên, phương pháp này thường tiêu
hao nhiều năng lượng và hàm lương acid
acetic thường không cao.
Nguyễn Quang
Phương pháp nâng cao nồng độ
acid acetic trong dịch lên men
 Phương pháp chưng cất bằng muối:
 Sử dụng một cấu tử có khả năng phân ly mạnh
làm thay đổi trạng thái cân bằng lỏng – hơi. Trong
chưng cất có sự tham gia của muối CaCl
2
hoặc
CH
3
COONa.
 Ưu điểm:
 Tốn ít năng lượng
 Hiệu suất thu nhận acid acetic thường rất cao
 Sản phẩm có độ tinh khiết cao
 Nhược điểm:
 Phải hoàn nguyên cấu tử phân ly nên tốn thiết bị và năng
lượng cho quá trình này
 Gây ăn mòn thiết bị
Nguyễn Quang
1/31/2013
22

Phương pháp nâng cao nồng độ
acid acetic trong dịch lên men
 Phương pháp chưng cất – trích ly:
 Sử dụng một cấu tử trung gian để làm thay đổi độ
bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp.
 Thu hồi cấu tử phân ly để sử dụng lại.
 Các cấu tử phân ly có tính chọn lọc cao nên trong
quá trình chưng cất cần chọn đúng chất phân ly.
 Phương pháp chưng cất chân không:
 Phương pháp này rất phức tạp. Tuy nhiên,
phương pháp này có ưu điểm là thu nhận được
sản phẩm có chất lượng cao.
Nguyễn Quang
Một số dạng hư hỏng acid acetic
 Dấm bị đục và giảm độ chua
 Hiện tượng lươn giấm
 Bọ giấm
 Ruồi giấm
Nguyễn Quang
Câu hỏi ôn tập
 Hãy kể các nguồn thu enzym. Ưu điểm của
nguồn thu từ VSV.
 Hãy trình bày các phương pháp thu nhận
enzym.
 Hãy trình bày nguyên tắc sản xuất acid acetic.
 Hãy trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình lên men acid acetic.
 Hãy trình bày các quá trình biến đổi hóa học khi
lên men acid acetic.
 Hãy trình bày các phương pháp nâng cao nồng

độ acid acetic.
Nguyễn Quang