PHẦN 2: CÔNG NGHỆ LÊN MEN ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT pdf

Phần 2: Công nghệ lên men
I. CÔNG NGHỆ LÊN MEN ỨNG DỤNG TRONG SẢN
XUẤT THỰC PHẨM:
1.1 Công nghệ lên men ethanol ứng dụng trong sản
xuất đồ uống có cồn:

Giống VSV:
Saccharomyces cerevisae, gồm 2 loại: lên men nổi và lên
men chìm.
04/01/11 1Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
04/01/11 Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men 2
-
Nấm men nổi: thích nghi với điều kiện sinh trưởng và
phát triển ở nhiệt độ cao, phân bố chủ yếu ở các lớp chất
lỏng trên bề mặt của môi trường. Khả năng kết lắng rất
kém. Chỉ hấp thu được 1/3 đường tam rafinose.
-
Nấm men chìm: thích nghi với điều kiện sinh trưởng và
phát triển ở nhiệt độ thấp hơn, phân bố chủ yếu ở lớp tầng
sâu của môi trường. Khả năng kết lắng cao. Hấp thu toàn bộ
phân tử đường rafinose.
1.1 Công nghệ lên men ethanol ứng dụng trong sản
xuất đồ uống có cồn:

Giống VSV:

Nguyên liệu sản xuất ethanol bằng PP lên men:
-
Nguyên liệu chứa tinh bột: các loại ngũ cốc (gạo,
bắp, lúa mạch, luá mì, đại mạch, malt, ….), các loại củ
(khoai tây, khoai mì, khoai lang,…)

→ Cần sử dụng các chế phẩm α -amylase, β -amylase
04/01/11 3Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
1.1 Công nghệ lên men ethanol ứng dụng trong sản
xuất đồ uống có cồn:
-
Nguyên liệu chứa đường: mật rỉ
+ Hàm lượng chất khô khoảng 80 – 85%, trong đó 35 –
40% saccharose và 20 – 25% là đường khử, chất phi đường
gồm 30 – 32% là hợp chất hữu cơ và 8 – 10% là chất vô cơ
+ Cần chú ý bổ sung nguồn nitơ (từ ure hoặc amoni sulfat)
và nguồn phosphor (dạng superphotphat),
+ Lưu ý mức độ nhiễm khuẩn (xác đònh bằng sự tăng độ
chua)
-
Các nguyên liệu khác: lactoserum, nguyên liệu chứa
cellulose, …
04/01/11 4Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
1.1 Công nghệ lên men ethanol ứng dụng trong sản
xuất đồ uống có cồn:
Glucose
ATP
ADP
Hexokinase
Glucose-6-phosphate
Fructose-6-phosphate
Phosphohexose isomerase
ATP
ADP
Fructose-1,6-biphosphate
Phosphofructokinase-1

Aldolase
Dihydroacetone phosphate + Glyceraldehyde-3-phosphate
Glyceraldehyde-3-phosphate (2)
Triophosphate
isomerase
Glyceraldehyde-3-phosphate
dehydrogenase
2NAD
+
2NADH
1,3-Biphosphoglycerate (2)
2ATP
2ADP
Phosphoglycerate kinase
3-Phosphoglycerate (2)
Phosphoglycerate
mutase
2-Phosphoglycerate (2)
Enolase
H
2
O
Phosphoenolpyruvate (2)
2ATP
2ADP
Pyruvate kinase
Pyruvate (2)
Chu trình đường phân

Cơ chế tạo cồn của nấm men:

04/01/11 5Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
04/01/11 6Mã MH: 603015 - Phần 2. Công nghệ Lên Men
CH
3
COCOOH
pyruvatdecacboxylase
CO
2
+ CH
3
CHO
acetaldehyt
CH
3
CHO
CH
3
CH
2
OH
alcoldehydrogenase
Rượu ethylicNADH
2
NAD, pH < 5
04/01/11 7Mã MH: 603015 - Phần 2. Công nghệ Lên Men
II. CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ACID HỮU
CƠ:
-
Các lónh vực ứng dụng: công nghệ thực phẩm, chế biến
mủ cao su, y học, …

-
Phương pháp sản xuất: chiết tách từ thực vật, tổng hợp
hóa học, chuyển hóa nhờ enzyme, lên men, …
04/01/11 8Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
STT Acid hữu cơ VSV thông dụng Nguồn C
thông dụng
Hiệu suất
(%)
1 Acid citric
Aspergillus niger
Saccharose 85 - 90
2 Acid lactic
Lactobacillus delbrueckii
Rhizopus oryzae
Glucose 85 – 95
60 - 70
3 Acid acetic
Acetobacter aceti
Ethanol 90 - 98
4 Acid
propionic
Propionibacterium
shermanii
Glucose 60
5 Acid butyric
Clostridium butyricum
Glucose 50
6 Acid gluconic
Aspergillus niger
Glucose 95

7 Acid malic
Schizophyllum commune
Candida
hydrocarbofumarica
Pichia membranaefaciens
Glucose
Paraffins
70 - 100
8 Acid succinic
Bacterium succinicum
Acid malic 57
04/01/11 9Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.1 Sản xuất acid citric:

Giống sản xuất: có rất nhiều loại VSV thuộc nhóm
eukaryote có khả năng lên men tạo acid citric như:
-
Giống Aspergillus: Aspegillus niger, Aspergillus
awamori, Aspergillus foetidus, Aspergillus clavatus,
Aspergillus fumaricus, aspergillus fonsecaeus,
Aspergillus usamii,…
-
Giống Penicillium: P.chrysogenum, P.citrogenum,
P.tuteum, …
-
Giống Rhizopus: R.nigricans, …
-
Loài Trichoderma viride.
-
Giống Candida: C. brumptii (C.catenulata),

C.lipolytica (Yarrowia lipotica), C. intermedia, …
-
Giống Rhodotorula.
04/01/11 10Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
II. CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ACID HỮU
CƠ:
Aspergillus niger, đáp ứng được 3 yêu cầu cơ bản:
+ Có khả năng tạo acid citric mạnh.
+ Có khả năng chòu được môi trường acid cao.
+ Ít sinh những acid hữu cơ khác.
2.1 Sản xuất acid citric:
04/01/11 11Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
II. CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ACID HỮU
CƠ:

Cơ chất:
•
Nguồn C:
-
Nhóm có hàm lượng tro thấp: đường mía/củ cải đường,
dextrose tinh thể, dòch thuỷ phân tinh bột đã qua xử lý.
-
Nhóm có hàm lượng tro cao: ró đường mía/củ cải, nước
mía/củ cải đường, dòch thuỷ phân tinh bột ch a qua xử lýư
-
Nhóm nguyên liệu rẻ tiền: whey, nước thải trong sản
xuất tinh bột khoai tây, bã khoai mì, cám mì,… nhưng hiệu
suất thấp.
•
Nguồn N: NH

4
+
•
Khoáng: quan trọng nhất là P, Mn, Fe
2.1 Sản xuất acid citric:
04/01/11 12Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
II. CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ACID HỮU
CƠ:

Cô cheá sinh toång hôïp acid citric:
04/01/11 13Mã MH: 603015 - Phần 2. Công nghệ Lên Men
Oxalo Axetic
2CHCOCOOH
Acid Pyurvic
O = C – COOH
CO
2
CH – CO – S - COA
Axit Citric
Axetyl – CoenzymeA
HC – COOH
H – C – COOH
OH – C – COOH
H– C – COOH
C
6
H
12
O
6

04/01/11 14Mã MH: 603015 - Phần 2. Công nghệ Lên Men
2.2 Sản xuất acid acetic:

Giống sản xuất:
M t s đ c tính chung c a VK acetic:ộ ố ặ ủ
-
Chúng thuộc họ Acetobacteraceae Gillis & De Ley 1980.
-
Hình que, Gram (-)
-
Tế bào có thể đứng một mình, thành đôi hay thành chuỗi
ngắn hoặc dài
-
Khả năng di động: một số loài có thể, một số không.
-
Hình thức sinh sản: vô tính bằng cách nhân đôi.
-
Trao đổi chất hiếu khí bắt buộc, oxi hóa rượu (ethylic,
propionic, butyric) hay đường không hoàn toàn và chòu được
điều kiện acid tương đối cao (pH < 4).
04/01/11 15Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
II. CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ACID HỮU
CƠ:
Hiện nay, 6 giống (genera) với 34 loài (species) vi
khuẩn acetic đã được nhận dạng, gồm Acetobacter -
Beijerinck 1898 (14 loài), Gluconobacter - Asai 1935 (3
loài), Acidomonas - Urakami et al. 1989 (1 loài),
Gluconacetobacter - Yamada et al. 1997 (11 loài), Asaia -
Yamada et al. 2000 (4 loài), và Kozakia - Lisdiyanti et al.
2002 (1 loài).

04/01/11 16Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.2 Sản xuất acid acetic:

Giống sản xuất:

Acetobacter : quan trọng nhất là acetobacter aceti
-
Kích thước khoảng 0.6 - 0.8 x 1.0 -3.0 µ m.
-
Có khả năng oxi hóa ethanol thành acid acetic, nhờ
vào enzym nằm trên bề mặt màng tế bào chất: alcohol
dehydorgenase (ADH) và acetaldehyde dehydrogenase
(ALDH).
Acetobacter aceti (hình que, gram âm)
04/01/11 17Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.2 Sản xuất acid acetic:
-
Oxi hóa nhanh chóng và hoàn toàn các cơ chất như
glucose hay ethyl alcohol → những giống Acetobacter được
đặt tên là “over – oxidizing” acetic acid bacteria
-
Có khả năng phát triển trên môi trường chứa ethanol là
nguồn cacbon duy nhất.

Acetobacter :
04/01/11 18Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.2 Sản xuất acid acetic:
Sinh lyù vi khuaån acetobacter:

Succinat

(CHOCOOH)
Citrat
Aconitat
Malat
Oxaloacetat
Glyoxylate
Isocitrate
chu tr nh�
TCA
C
2
H
5
OH
CH
3
CHO
CH
3
CH(OH)
2
alcol-dehydrogenase
aldehyd-dehydrogenase
+ATP
+CoA
CH
3
COOH
PQQ
PQQH

2
+H
2
PQQ
PQQH
2
Acetyl
CoA
Het Etanol�
Thieu chat dinh d ng� � ���
04/01/11 19Mã MH: 603015 - Phần 2. Công nghệ Lên Men
Fructose - 1,6 - diphosphatase
Triose phosphate
1/2Fructose -1,6 - diphosphate
1/2 Fructose - 6 - phosphate
1/2 Glucose - 6 - phosphate
1/2Glucose
Glucose - 6 -phosphatase
pyruvate phosphate dikinase
Oxaloacetat
Oxaloacetat decarboxylase-CO
2
Pyruvat
Phospho enol pyruvate
Succinat
04/01/11 20Mã MH: 603015 - Phần 2. Công nghệ Lên Men

Gluconobacter: quan trọng nhất là Gluconobacter
oxydans
-

Kích thước 0.6-0.8 x 1.5-2.0µm.
-
Cũng có khả năng oxy hoá ethanol thành acid acetic.
-
Không oxi hóa tiếp acid acetic thành CO
2
và H
2
O theo
chu trình TCA như Acetobacter, do có 2 enzym thuộc
chu trình này là ketoglutarate dehydrogenase và
succinate dehydrogenase không hoạt động → được đặt
tên là “under oxidizing” acetic acid bacterium
-
Không thể phát triển trên môi trường chỉ chứa nguồn
cacbon duy nhất là ethanol
04/01/11 21Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.2 Sản xuất acid acetic:

Gluconacetobacter
Chúng là loại vi khuẩn có khả năng tạo polysaccharide
ngoại bào (EPS – exopolysaccharides). EPS được ứng
dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm như các tác
nhân làm dầy (thickening), tạo gel hay chất ổn đònh.
04/01/11 22Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.2 Sản xuất acid acetic:

Nguyên liệu sản xuất acid acetic bằng PP lên men:
Có thể sử dụng các nguyên liệu chứa đường (nước ép
trái cây, nước trái dừa, nước ép mía,…), nguyên liệu chứa

tinh bột và cồn công nghiệp.

Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột, phải qua 3
giai đoạn chuyển hoá

Nếu sản xuất từ nguyên liệu chứa đường thì chỉ cần
qua 2 giai đoạn

Nếu sản xuất từ nguyên liệu đã chứa cồn: chỉ cần tạo
điều kiện thuận lợi để vi khuẩn acetic chuyển cồn thành
acid acetic.
04/01/11 23Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.2 Sản xuất acid acetic:
2.3 Sản xuất acid lactic:

Giống vi sinh vật lên men lactic:
Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic:
-
Thuộc họ lactobacilliaceae (gồm streptococeae và
lactobacileae, họ streptococeae lại chia ra
streptococcus và leuconostoc, họ lactobacileae chỉ có
một loài là lactobacillus)
-
Thuộc loại vi khuẩn gram (+)
-
Không di động
-
Không tạo bào tử (hiện nay người ta tìm thấy một số
giống trong họ vi khuẩn lactic có khả năng tạo bào tử)
-

Thuộc vi khuẩn hiếu khí tuỳ tiện.
-
Không chứa cytochrom va enzym catalase
-
Có khả năng sinh tổng hợp enzym peroxydase rất
mạnh, phân giải H
2
O
2
để tạo ra H
2
O và O
2
để phát
triển.
04/01/11 24Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
Một số loài thông dụng:
-
L. helveticus (sử dụng lactose, galactose).
-
L. bulgaricus (cũ) → L. delbrueckii ssp. bulgaricus (sử
dụng lactose, glucose, galactose).
-
L. lactis (cũ) → L. delbrueckii ssp. lactis (sử dụng
glucose, sucrose, lactose, một số chủng sử dụng
maltose)
-
Streptococcus thermophillus (cũ)
→
L. thermophillus

(sử dụng lactose, sucrose)
04/01/11 25Mã MH: 603015 - Phần 2. Cơng nghệ Lên Men
2.3 Sản xuất acid lactic: