Sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein cho gia súc

SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Chương 1

MỞ ĐẦU
I. GIỚI THIỆU
Thuật ngữ protein đơn bào mới hình hành trong giới khoa học từ những năm 50
của thế kỷ trước. Thực tế loài người đã biết sử dụng loại protein này và các chất có
trong tế bào VSV từ rất lâu.
Protein đơn bào (SPC-Single cell protein) là thuật ngữ chỉ một loại chất dinh
dưỡng có trong tế bào và chỉ sản xuất từ vi sinh vật (VSV), được sử dụng làm thức ăn
cho người và động vật. Thuật ngữ này không chỉ đơn giản là protein từ tế bào của cơ
thể đơn bào, vì rất nhiều VSV không phải là cơ thể đơn bào mà người ta vẫn khai thác
chúng. Do đó, thuật ngữ này nên hiểu là nguồn dinh dưỡng chứa nhiều protein từ VSV
khác nhau, cả đơn bào lẫn đa bào (từ vi khuẩn, nấm men, nấm sợi và tảo). Được sử
dụng trước hết là nguồn protein trong dinh dưỡng động vật, chủ yếu là trong chăn
nuôi.
Cơ sở khoa học của phương pháp sinh tổng hợp protein nhờ VSV là lợi dụng
khả năng sinh trưởng nhanh và sự phong phú về protein cũng như các acid amin hợp
phần của nó trong tế bào VSV để làm nguồn cung cấp protein cho gia súc và thức ăn
cho người.
II. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤT SINH KHỐI VI SINH VẬT
-

Chi phí lao động thấp hơn nhiều so với sản xuất nông nghiệp.
Có thể sản xuất ở những địa điểm bất kì trên trái đất, không chịu ảnh hưởng của
khí hậu, thời tiết, quá trình công nghệ dễ cơ khí hoá và tự động hoá.
Năng suất cao.
Sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền và hiệu suất chuyển hoá cao.

Hàm lượng protein trong tế bào rất cao.
Chất lượng protein cao.
Khả năng tiêu hoá của protein tốt
An toàn về độc tố.
Những vấn đề kĩ thuật.

III. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO
 Ƣu điểm
VSV là cơ thể có tốc độ sinh trưởng rất mạnh, khả năng tăng trưởng nhanh. Chỉ
trong một thời gian rất ngắn ta có thể thu nhận được một khối lượng sinh khối rất lớn;
thời gian này được tính bằng giờ, còn ở TV hay ĐV thì thời gian này được tính bằng
tháng hay hàng chục năm.
Trang 1


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hàm lượng protein rất cao, cao hơn rất nhiều so với protein có trong TV hay
ĐV (hàm lượng protein ở VSV khoảng 20-80% trọng lượng khô).
Vi khuẩn
60-70% tính theo chất khô, có loài tới 87%
Nấm men
40-60%
Nấm mốc và xạ khuẩn
<30%.
Chất lượng protein của vi khuẩn là cao nhất, vì các thành phần acid amin cân
đối hơn ở nấm men. Nhưng vì kích thước tế bào vi khuẩn nhỏ và các điều kiện nuôi
cấy phức tạp hơn, nên việc sản xuất sinh khối VSV làm nguồn protein trong công

nghiệp vi sinh chủ yếu là từ nấm men.
Tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế bào VSV cũng rất cao, từ 100-10.000 lần
so với bò. Ví dụ về thời gian tăng đôi khối lượng của vi sinh vật ở thời kỳ phát triền
cực đại được so sánh với một số sinh vật như sau:
Bảng 1. Tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế bào VSV
Sinh vật
Vi khuẩn, Nấm men
Nấm và Tảo Chlorella
Cỏ và các thực vật khác
Gà mái
Gà con
Lợn con
Các loại gia súc ăn cỏ

Thời gian tăng đôi khối
lượng
0.2-2 giờ
2-6 giờ
144-288 giờ
288-576 giờ
500 giờ
576-864 giờ
720-1.500 giờ

Protein của VSV có chất lượng tương đương protein ĐV và hơn hẳn protein
TV( ở ĐV protein chứa đầy đủ và rất cân đối các acid amin, ở TV thường thiếu loại
acid amin này hay acid amin khác).
Thành phần cấu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có thể điều khiển
bằng cách thay đổi thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy hoặc bằng cách tác
động làm thay đổi cơ cấu di truyền của chủng, giống.

VSV có khả năng hấp thụ, phân giải nhiều loại nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm,
thậm chí cả chất thải, nước thải của một quá trình sản xuất nào đó.
Hoàn toàn có thể sản xuất theo quy mô công nghiệp (sản xuất hàng loạt, có thể
kiểm soát và chất lượng sản phẩm đồng nhất).
Nuôi cấy VSV không phụ thuộc vào khí hậu cũng như thời tiết trong năm, quá
trình nuôi cấy được tiến hành trong các nồi lớn dễ dàng ổn định các điều kiện kỹ thuật
như thành phần môi trường, nhiệt độ, pH, … bằng các hệ thống hiệu chỉnh tự động.

Trang 2


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Nuôi cấy VSV chỉ cần một diện tích không đáng kể để xây dựng xí nghiệp
(trồng trọt và chăn nuôi thường chiếm diện tích rộng lớn).
Sinh khối VSV là một khối thống nhất, do đó có thể thu hoạch một cách đơn
giản và dễ dàng (khác với các loại cây trồng trong sản xuất nông nghiệp)
Có thể phân lập và lựa chọn VSV có ích và thích hợp cho các quá trình công
nghệ, cho từng loại nguyên liệu tương đối nhanh và không khó khăn lắm.
Thành phần cấu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có thể điều chỉnh
được bằng cách thay đổi thành phần môi trường, điều kiện nuôi cấy, hoặc bằng cách
tác động làm thay đổi cơ cấu di truyền của chủng, giống
Trong protein của VSV có đầy đủ các acid amin thành phần và đặt biệt là các
acid amin không thay thế có giá trị dinh dưỡng cao.
Một ưu việt cần nhắc tới là trong sản xuất protein từ VSV lại sử dụng nguyên
liệu VSV – là loại phế liệu, phụ phẩm của một số ngành công nghiệp khác. Nguồn
nguyên liệu này rất phong phú, đa dạng, rẻ tiền, dễ kiếm như: rỉ đường, khi thuỷ phân
gỗ tạp, rơm rạ, bã mía… do vậy giá thành của sản phẩm sẽ thấp. Đồng thời sử dụng

nguyên liệu này sẽ góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải và
nước thải.
 Nhƣợc điểm
Tuy vậy, nguồn Protein thu nhận được từ vi sinh vật còn có những hạn chế:
- Hàm lượng các acid amin chứa lưu huỳnh thấp.
- Khả năng tiêu hóa của protein: có phần bị hạn chế bởi thành phần phi protein,
như acid nucleic, peptid của tế bào, hơn nửa chính thành và vỏ tế bào VSV khó
cho enzyme đi qua.

Trang 3


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Chương 2

NGUYÊN LIỆU VÀ GIỐNG VI
SINH VẬT SỬ DỤNG
I. NGUYÊN LIỆU
Nguyên liệu được dùng trong sản xuất nấm men gia súc là bã rượu - phụ phẩm
của các nhà máy rượu, có bổ sung thêm rỉ đường - phụ phẩm các nhà máy sản xuất
đường. Dịch bã rượu là nguồn dinh dưỡng nuôi cấy nấm men rất tốt. Trong dịch này
có khoảng 7.5-10% chất khô hoà tan rất giàu vitamin B và các acid amin. Khi nuôi
nấm men, dùng dịch này pha thêm rỉ đường để môi trường luôn luôn có khoảng 2-3%
đường, ta có thể thu được từ 10- 15 kg men khô từ 1 m3 dịch bã rượu.
 Nguyên liệu bã rƣợu (Hèm)
Trong sản xuất cồn từ mật rỉ, bã thải ra môi trường là bã rượu. Bã rượu chứa
nấm men, chất hòa tan và cả lượng cồn sót. Có hai loại bã rượu : loại bã của các nhà

máy rượu với nguồn nguyên liệu từ ngũ cốc, sắn (các loại chứa tinh bột) và của các
nhà máy rượu rỉ đường.
Bã rượu sau khi chưng cất cồn là một loại nguyên liệu tốt dùng để nuôi cấy nấm men.
Bảng 2. Thành phần hóa học của bã rượu từ rỉ đường
Vật chất

Hàm lượng
(% chất khô)
Hợp chất hữu cơ 70-80
Protein
17-27
Nitơ
tổng
3-5
protein
0.4-1.0
amin
0.3-0.6
NH3
0.1-0.3
Acid amin
6-10

Vật chất
Các acid hữu cơ
Trong đó có acid bay hơi
Glyxerin
Vật chất khử
Tro tính ra K2O
Na2O

CaO
Vi lượng

Trong bã rượu có chứa các vitamin:
 Acid nicotinic (PP)
 Riboflavin (B2)
 Priridoxin (B6)
 Acid pentotenic (B3)
 Biotin (B7)
 Acid folic
Trang 4

Hàm lượng (%
chất khô)
5-27
3-12
6-13
3-7
17-24
7-8
0.5-3
0.5-3


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Trong số các chất hòa tan của bã rượu có đường (1÷2,5%), các hợp chất nitơ,
các vitamin nhóm B. Ngoài ra, trong bã rượu còn có các nguyên tố khoáng, các

nguyên tố vi lượng... như vậy trong bã rượu có ít đường, nhưng rất phong phú các chất
sinh trưởng. Vì vậy khi dùng bã rượu để nuôi cấy nấm men người ta lọc lấy phần dịch
trong rồi bổ sung từ 1÷2% rỉ đường, thêm supephosphate để tăng nguồn phospho và
(NH4)2SO4 hoặc urea làm nguồn nitơ.
Lượng bã rượu chiếm khoảng 0.36% so với lượng mật rỉ đem vào sản xuất.
Trong dịch bã rượu tinh bột sau khi lọc loại bã, bã thô dùng cho thức ăn chăn
nuôi có 7-8% chất khô và dịch bã rượu rỉ đường thường có 7.5-10% chất khô, nhiều
các hợp chất N, nhiều vitamin và khoáng chất.
Trong quá trình sấy nấm men đã chuyển 50-55% chất khô của rỉ đường vào
dịch bã. Do đó, dịch là môi trường rất giàu các chất sinh trưởng.
Dịch bã rĩ đường chứa 7.5-10% chất khô, trong đó có tới 3% là các hợp chất vô
cơ. Dường khử 0.2-0.5%. glyxerin 0.6-0.9%, các axit hữu cơ 1.5-2.5%, các axit amin,
các loại rượu, glucoside, các hợp chất vô cơ và hữu cơ, các muối P, K, Fe, vitamin và
các nguyên tố vi lượng. Các hợp chất này men có thể hấp thu được.
Bên cạnh đó, về mặt kinh tế, bã rượu còn có một số ưu điểm so với các nguyên liệu
khác:
- Giá thành rẻ.
- Khối lượng lớn và dồi dào.
- Sử dụng tiện lợi.
- Nguồn cung cấp khá phổ biến.
 Nguyên liệu rỉ đƣờng:
Rỉ đường là phế liệu chứa đựng nhiều đường không kết tinh trong sản xuất
đường từ mía hoặc củ cải đường.
Yêu cầu của rỉ đường dùng trong sản xuất nấm men gia súc:
- Hàm lượng chất khô không thấp hơn 75%
- Đường 40÷50%
- Hàm lượng chất tro không thấp hơn7,5%
- Tổng nitơ không thấp hơn 1,4%
- Số lượng các vi sinh vật không quá 15000 tế bào trong 1g rỉ đường.
 Nguồn Nitơ

Các hợp chất chứa nitơ của rỉ đường (a. asparaginic, a.glutamic, lơxin, isolơxin,
tyrosin, các muối nitrat) có thể được nấm men sử dụng đến 30-40%. Chỉ có betain là
không được sử dụng.
Để thay thế người ta dùng các nguồn nitơ vô cơ như dd NH3, các muối nitrat,
urea như nguồn chứa nitơ, diamoni phosphate (DAP) như nguồn chứa nitơ và photpho.
Trang 5


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Ngoài DAP và urea, người ta có thể sử dụng các nguồn cung cấp nitơ và phospho khác
như: (NH4)2SO4, NH4OH, H3PO4, Ca(H2PO4) để nuôi cấy nấm men.
Tuy nhiên, hai nguồn nitơ urea và diamoni phosphate (DAP) là những loại phân
vô cơ được sử dụng nhiều trong nông nghiệp, dễ mua và rẻ hơn rất nhiều so với các
chất khác nên chúng được sử dụng nhiều trong sản xuất sinh khối nấm men.
Supephosphat và amoni sulfat được sử dụng nhưng không như mong muốn vì
chúng tạo ra canxi amoni sulfat, tạo CaSO4 bám vào mặt trong thiết bị và ống dẫn, làm
cho thiết bị bám nhiều cáu cặn gây cản trở cho thanh trùng và truyền nhiệt.
 Nguồn khoáng
Lượng DAP có thể sử dụng trong khoảng 0,15-0,3%, urea được sử dụng ít hơn.
Nếu dùng nhiều ure, phải tăng cường lượng biotin (dưới dạng tiền chất là desthibiotin)
trong dịch lên men vì enzyme phân giải ure của nấm men-ure amidoliaza có thể đòi
hỏi một lượng lớn biotin.
Bổ sung P dưới dạng một loại muối thích hợp hay dạng acid orthophosphoric.
Nguồn Kali và Magie: Trong sản xuất sinh khối nấm men, người ta sử dụng
K2CO3 và KCl như những nguồn kali và MgSO4.7H2O hoặc MgCl2 như nguồn cung
cấp magie.
 Nƣớc

Nước sử dụng trong sản xuất sinh khối nấm men là nước sử dụng trong sinh
hoạt (nước máy). Nếu sử dụng nước giếng phải xử lý chúng để chất lượng loại nước
này đạt chất lượng như nước máy dùng trong sinh hoạt.
Nước được coi như nguyên liệu chính dùng trong sản xuất vì đây là công nghệ
lên men hiếu khí.
Các yêu cầu về nước :
- Có độ cứng từ 4 – 8o (1o tương đương 10 mg CaO/l)
- Không màu, không mùi, không vị.
- Các chất sau không được quá mức cho phép (mg/l): Cl- < 0,5; SO4-2 < 80; As <
0,05; Zn < 5; Cu < 3; FeO < 3.
- Tổng số vi khuẩn hiếu khí <10 cfu/L (37oC), không chứa Coliforms, không
chứa Faecal streptococci và các vi khuẩn clostridia khử sulphit.
II. GIỐNG VI SINH VẬT
Trong sản xuất men chăn nuôi trên môi trường bã rượu, giống VSV được sử
dụng là các loài nấm men Candida utilis (hay có tên gọi khác là: Torula utilis,
Torulopsis utilis) hay Candida Tropicalis.
Candida utilis
Candida tropicalis
Giới: Nấm
Giới: Nấm
Ngành: Ascomycota
Ngành: Ascomycota
Dưới ngành: Saccharomycotina
Dưới ngành: Saccharomycotina
Trang 6


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc
Lớp: Saccharomycetes
Bộ: Saccharomycetales

Họ: Saccharomycetaceae
Giống: Candida
Loài: Candida utilis

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn
Lớp: Saccharomycetes
Bộ: Saccharomycetales
Họ: Saccharomycetaceae
Giống: Candida
Loài: Candida tropicalis

1. Candida tropicalis
 Đặc điểm hình thái
Tế bào nấm men có hình ovan, hoặc hình tròn, khá lớn, kích thước trung bình
của nấm men thường là (5-10) x (4-8) μm, phần lớn các tế bào kết thành nhánh, hiếm
khi đứng riêng rẽ. Hệ sợi giả phát triển tốt từ những sợi giả kéo dài, phân nhánh thành
chuỗi. Không tạo bào tử túi. Trong tế bào già tích tụ nhiều hạt chất béo.
 Tính chất nuôi cấy
Qua ngày đêm ở 36ºC trong nước malt (4ºBe) tạo thành cặn không nhiều và qua
một tháng tạo thành màng dày nhăn nheo. Khuẩn lạc mọc trên thạch malt hình tròn,
màu kem trắng. Rìa khuẩn lạc bị chia cắt theo hình răng cưa hoặc có tưa (hiếm khí
phẳng nhẵn). Men này là loại dị hình thái : một chủng có khi mọc thành khuẩn lạc
dạng R (nhăn nheo) hay dạng S( nhẵn).
 Tính chất hoá sinh
Lên men tốt các dịch đường glucose, galactose, sacarose, maltose, treharose,
rafinose, melixitose, inulin, sucxinic, citric.
Không hấp thu được sovbiose, xentobiose, lactose, milibiose, dulxit, inozit và
aicd xalysalic.
Cần một số vitamin làm chất sinh trưởng : acid pantotenic, paraminbenzoic,
tiamin, inozit...

 Đặc tính công nghệ
Hiệu suất thu hồi sinh khối của nấm men Candida tropicalis đạt khoảng 3846% trong môi trường nuôi cấy. Tốc độ sinh trưởng riệng là 0.15-0.2/h. Nếu cho thêm
vào môi trường cao men (0.5%). Năng suất sẽ tăng đến 48-50% và tốc độ sinh trưởng
là 0.25-0.28/h.
Nhiệt độ nuôi cấy thích hợp là 36-37ºC, pH = 4.2-4.5
2. Candida utilis
 Đặc điểm hình thái
Tế bào dài có kích thước 4x8.3μm, đứng riêng rẽ hoặc đôi khi kết thành chuỗi
ngắn, phân nhánh, không thấy sinh hệ sợi hay giả sợi, không sinh ra bào tử túi.
 Tính chất nuôi cấy
Trong môi trường lỏng tạo thành vòng và cặn lắng đặc. Khuẩn lạc mọc trên môi
trường thạch malt có màu vàng úa, óng ánh nhẹ, phẳng nhẵn, rìa hơi bị chia cắt, thỉnh
thoảng ở giữa không láng bóng mà hơi gợn nhăn nheo
Trang 7


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

 Tính chất hoá sinh
Lên men được glucose, sacarose, 1/3 rafinose
Đồng hoá bằng cách oxi hoá glucose, sacarose, maltose, rafinose, xylose; yếu
với galactose và arabinose.
Có thể hấp thu được các nguồn nitơ như KNO3, amonisunfat,ure, peptone.
 Đặc tính công nghệ
Năng suất thu hồi sinh khối là 40% so với chất khô trong môi trừơng.
Bảng 4. Thành phần hóa học của tế bào nấm men candida utilis
Thông số
% chất khô

Ẩm
5-7
protein (N x 6,25)
50 - 54
Tro
6.5-7.0
Chất béo
3.0-5.0
carbohydrates
25-30
 Điều kiện sinh trƣởng
 Nhiệt độ sinh trưởng:
Đối với sinh trưởng của đa số nấm men thì nhiệt độ sinh trưởng tối thích vào
khoảng 28- 32oC.
 Oxi hòa tan và độ hiếu khí
Độ hiếu khí của môi trường được thể hiện bằng lượng oxi hòa tan trong môi
trường. Sự có mặt của oxi tạo điều kiện cho nấm men hô hấp và sinh sản. Lượng oxi
hòa tan trong môi trường phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì oxy hòa tan
càng kém. Bình thường lượng oxy hòa tan tối đa trong nước là 9 mg/l. Khi nồng độ
này giảm xuống 1mg/l thì nấm men sẽ ngừng sinh sản.
 pH của môi trường
Mỗi loài vi sinh vật nói chung đều sinh trưởng và phát triển tối thích ở một giá
trị pH nhất định. pH thích hợp cho sinh trưởng của nấm men là 4,0- 4,5.
 Hàm lượng đường
Hàm lượng đường (glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, ...) càng
cao thì nấm men sinh trưởng càng tốt. Tuy nhiên, nếu hàm lượng đường quá cao sẽ tạo
ra áp lực thẩm thấu lớn, từ đó ức chế nấm men sinh trưởng. Cần lưu ý với glucose,
hàm lượng cao có thể ức chế hô hấp (hiệu ứng Captree).
Tiêu chuẩn lựa chọn giống:
Nấm men gồm có nhiều nòi (chủng) khác nhau, mỗi nòi có một vài đặc tính

riêng biệt, nói chung nấm men dùng trong sản xuất sinh khối phải đảm bảo những yêu
cầu sau:
- Nấm men Candida utilis có khả năng sinh sản rất nhanh chóng: khả năng tích
lũy sinh khối nấm men là 0.2 g/h. Trong điều kiện nuôi nấm men có sục khí,
môi trường có nồng độ chất khô là 8% ở 30oC trong 6h.
Trang 8


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc
-

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hàm lượng protein và sinh tố cao, dễ tiêu hóa nên được dùng sản xuất thức ăn
cho người và động vật.
Thành phần hóa học đáp ứng được nhu cầu về dinh dưỡng và không chứa các
chất có độc tính đối với động vật. Không gây bệnh cho động vật và người.
Đồng hóa được các chất dinh dưỡng có trong môi trường với hệ số kinh tế cao.
Thích nghi với môi trường bã rượu. Có sức chống chịu với tạp khuẩn và những
chất kìm hãm sinh trưởng
Tế bào nấm men có kích thước lớn, đồng đều để có thể dễ tách bằng separator
(máy li tâm tách)

Chương 3

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
I. SƠ ĐỒ KHỐI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Bã rượu

Lọc

Mật rỉ

Tạo môi trường
nuôi cấy

Bã
Muối dinh
dưỡng

Thanh trùng
Men giống

Nhân giống

Làm nguội

Lên men

Ly tâm

Cô đặc

Trang 9
Sấy

Oxi


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Quá trình lọc
a) Mục đích: Chuẩn bị
Trong sản xuất rượu có một lượng dịch bã rất lớn : cứ 100 lít cồn thải ra tới gần
3
12m . Quá trình lọc bã nhằm thu dịch lọc để làm môi trường nuôi cấy nấm men, phần
bã còn lại được tận dụng để làm thức ăn gia súc.
b) Các biến đổi:
- Vật lý: loại được một số tạp chất trong bã
- Hóa lý: độ nhớt giảm
c) Phƣơng pháp thực hiện :
Do bã rượu có độ nhớt cao, tương đối khó lọc nên ta chọn phương pháp lọc áp
lực ở nhiệt độ cao và có sử dụng chất trợ lọc. Ở đây, bã rượu sau khi chưng cất (nhiệt
độ 55-60oC ) được đem đi lọc ngay nên không cần phải gia nhiệt bã rượu trước khi lọc.
 Chất trợ lọc
Chất trợ lọc là một loại bột mịn được đưa vào để hỗ trợ cho quá trình lọc. Chất
trợ lọc có nhiệm vụ làm cho lỗ mao quản nhỏ và tạo thành trên bề mặt lọc một lớp bã
bổ sung làm tăng khả năng giữ pha rắn và giảm trở lực của pha lỏng.
Các yêu cầu cần thiết của bột trợ lọc
- Tạo được trên bề mặt lọc lớp bã có độ xốp lớn (ε = 0,85-0,9), nhưng kích thước
lỗ xốp bé.
- Bề mặt riêng của bột trợ lọc không lớn lắm (vì bề mặt riêng lớn thì kích thước
hạt bé và trở lực lớn).
- Giới hạn thành phần cỡ hạt của bột trợ lọc trong phạm vi hẹp (kích thước cỡ hạt
tương đối đồng nhất).
- Độ nén ép dưới áp suất không lớn lắm.

Trang 10


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Không hòa tan và có phản ứng hóa học với pha lỏng của huyền phù. Người ta
thường có hai cách để sử dụng bột trợ lọc
 Hòa bột trợ lọc vào huyền phù (khoảng 0.01- 4 % huyền phù đem
lọc).
 Phủ lớp bột trợ lọc lên bề mặt (thường dùng cho thiết bị lọc gián
đoạn) với chiều dày khoảng 0.8 - 2.5mm (tương đương với khối
lượng 0.1 - 0.75 kg.m2). trong các thiết bị lọc liên tục người ta
thường pha bột trợ lọc vào huyền phù rồi tiến hành lọc với tốc độ lớn.
Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại bột trợ lọc khác nhau như diatomit,
amiang, cellulose, mùn cưa, than gỗ, than hoạt tính…
d) Thiết bị lọc
Lọc bằng phương pháp ly tâm thì tốt nhưng thiết bị tối tân, giá thành đắt. Cho
nên người ta thường dùng thiết bị lọc ép khung bản. Quá trình lọc nhằm tách hết cặn
trong bã rượu để thu được dịch chiết trong. Thiết bị lọc ép khung bản làm việc dưới áp
lực 4-5 kp/cm2( tối đa 15 kp/cm2). Các khung lọc áp lực được làm từ gỗ, kim loại, hợp
kim nhôm, thuỷ tinh hay compozit. Giữa các tấm lọc có vách lọc (thường bằng vải) tạo
thành bụồng chứa bã.
 Cấu tạo
Máy lọc khung bản gồm một dãy các khung 1 và bản 2 có cùng kích thước, xếp
liền nhau. Khung và bản có tay tựa trên hai thanh nằm ngang 7, giữa khung và bản có
vải lọc 3. Giới hạn hai đầu gồm tấm cố định 5, đầu kia là tấm di động 6, dịch chuyển
được nhờ tay quay 8.
-

Hình 1. Máy lọc khung bản
1. Khung 2. Bản 3. Vải lọc 4. Chân đỡ 5. Tấm đáy không chuyển động
6. Tấm đáy chuyển động 7. Thanh nằm ngang 8. Tay quay 9. Máng tháo

Trang 11


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hình 2. Khung và bản
a) Khung b) Bản
1. Khung
2. Bản
3. Rãnh huyền phù
4. Rãnh nƣớc rửa
5,6. Rãnh nằm ngang
7. Rãnh đến van
 Nguyên tắc hoạt động:
Phủ lớp bột trợ lọc lên bề mặt (thường dùng cho thiết bị lọc gián đoạn) với
chiều dày khoảng 0.8 - 2.5mm (tương đương với khối lượng 0.1 - 0.75 kg.m2). Huyền
phù được đưa vào rãnh 3. Khí rửa, nước rửa đưa vào rãnh. Trên bề mặt của bản, người
ta xẻ các rãnh thẳng đứng song song nhau và hai rãnh nằm ngang ở hai đầu. Rãnh nằm
ngang bên dưới có thông với van để tháo nước lọc và nứơc rửa. Khung rỗng tạo thành
các phòng để chứa cặn.
Huyền phù dưới tác dụng của áp suất được đưa qua rãnh 3 rồi vào khoảng rỗng
của khung chất lỏng chui qua vải lọc sang các rãnh của bản rồi theo van ra ngoài, còn
bã bị giữ lại trong khung. Để rửa bã, ngừng cho huyền phù và cho nước rửa vào. Nước

rửa chui qua lớp vải lọc, qua toàn bộ bề dày lớp bã kéo theo chất lỏng còn lại trong bã
qua lớp vải lọc thứ hai sang bản bên cạnh rồi theo ống ra ngoài. Do đó khi rửa bã cứ
một van đóng và một van mở.

Trang 12


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hình 3. Sơ đồ làm việc của máy lọc khung bản
a) Quá trình rửa b) Quá trình lọc
1,3. Bản
2. Khung
Khi rửa xong người ta mở tay quay, khung và bản tách xa nhau, bã sẽ rơi xuống
máng dưới rồi lấy ra ngoài.
Ƣu điểm : Bề mặt lọc trên một đơn vị diện tích sản xuất lớn; động lực quá trình lọc
(hiệu số áp suất) lớn; có thể kiểm tra quá trình làm việc được và có thể dừng không
cho một vài bản làm việc ( khi thấy nước lọc chảy qua van của bản nào bị đục thì ta
đóng van đó lại).
Nhƣợc điểm : Thao tác bằng tay nhiều, rửa bã chưa thật tốt, vải lọc chóng bị rách.
 Thông số công nghệ:
Áp lực lọc: 5at (được tạo ra bởi bơm nhập liệu)
Thời gian lọc: 1-2h
Nhiệt độ: 55-60oC
Bề dày lớp bột trợ lọc diatomit trên bề mặt vải: 0.8 - 2.5mm
2. Chuẩn bị môi trƣờng nuôi cấy
a) Mục đích: chuẩn bị
Thành phần và nồng độ các cấu tử của môi trường dinh dưỡng nuôi cấy nấm

men ảnh hưởng rất nhiều đến tốc độ sinh sản, thành phần tế bào và hiệu suất thu hồi
sinh khối của nấm men. Các nguồn đường đơn và đường đôi, acid amin, glycerin là
nguồn cacbon dinh dưỡng của nấm men.
Bã rượu qua các kỹ thuật sản xuất hầu như không còn chứa các chất sinh trưởng
cho nấm men, nên việc bổ sung các chất sinh trưởng vào bã rượu là cần thiết. Trong bã
thường thiếu cân đối về tỉ lệ C:N:P. Vì vậy, muốn nấm men sử dụng hết nguồn cacbon
ta phải thêm nguồn N và P.
b) Phƣơng pháp thực hiện:
Ta trộn dịch bã rượu với 1-2 % rỉ đường (tính theo thể tích dung dịch)
Bổ sung vào dịch nuôi cấy với 1 m3 bã rượu thường bổ sung với 1,3 kg DAP
và 0,5 kg ure rồi hạ nhiệt xuống 30oC. Nuôi nấm men : nhiệt độ 28-30o, pH 4.0-4.2 ,
thời gian nuôi 16-18h. Nếu dịch bã có nồng độ chất khô trên 8% thì pha loãng tới nồng
độ 6.8-7.2%
Tiến hành pha dung dịch DAP :
Urea dễ hoà tan tuy nhiên sẽ làm giảm nhiệt độ của nước, DAP rất khó hoà tan
trong nước do khi sản xuất nó có chứa một số chất phụ gia không tan.Vì vậy, trước khi
sử dụng phải hoà tan vào nước nóng theo tỉ lệ 1:5-6 (nước) trước. Dung dịch được trộn
lẫn với lượng acid phosphoric đã tính toán, pha loãng bằng nước theo tỉ lệ 1: 5 rồi cho
qua bộ phận đo lường.
 Chuẩn bị khí vô trùng : Phương pháp vi lọc gồm 3 giai đọan
Xử lý sơ bộ : tách bụi và hợp chất cơ học khác ( = 5-10m). Vật liệu
membrane polymer, phôi kim loại…
Trang 13


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Xử lý thô: tách phần lớn (98%) các vi sinh vật trong không khí ( = 11.5m). Vật liệu membrane polyamide, polyester…

Xử lý tinh: tách các vi sinh vật có kích thước nhỏ ( = 0.3m), độ tinh
sạch 99.99%. Vật liệu lọc: membrane ceramic,cellulose acetate…
3. Quá trình thanh trùng
a) Mục đích: chuẩn bị
Quá trình này sẽ tiêu diệt một số vi sinh vật có trong dịch bã rượu chuẩn bị cho
quá trình nuôi cấy sau này.
b) Các biến đổi trong quá trình:
 Vật lý: nhiệt độ tăng.
 Hóa học: mất đi một số cấu tử mẫn cảm với nhiệt độ cao, có thể xảy
ra phản ứng Maillard.
 Hóa lý: độ nhớt dung dịch giảm.
 Hóa sinh: các enzym bị biến tính bất thuận nghịch.
 Sinh học: hệ vi sinh vật trong môi trường bị tiêu diệt một phần.
c) Thiết bị thanh trùng bản mỏng:

Hình 4. Thiết bị thanh trùng bản mỏng
 Cấu tạo
Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bản hình chữ nhật với độ dày rất mỏng
và được làm bằng thép không gỉ. Mỗi tấm bản sẻ có 4 lổ tại 4 góc và hệ thống các
đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt.
 Nguyên tắc hoạt động
Môi trường nuôi cấy được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng cùng với
dòng nóng.
d) Thông số công nghệ:
 Nhiệt độ thanh trùng: 95-98 oC
 Thời gian thanh trùng: 30 phút
4. Quá trình làm nguội
a) Mục đích: chuẩn bị
Hạ nhiệt độ của canh trường để chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy.
b) Các biến đổi trong quá trình:

Trang 14


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

 Vật lý: nhiệt độ giảm
 Hóa lý: độ nhớt dung dịch tăng.
c) Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng:
 Nguyên tắc hoạt động
Môi trường nuôi cấy được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng cùng với
dòng hơi lạnh.
d) Thông số công nghệ:
Nhiệt độ môi trường dinh dưỡng sau quá trình làm lạnh: 28-32oC
5. Quá trình nuôi cấy men giống
a) Mục đích: chuẩn bị
Đây là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy mở rộng nhằm làm tăng dịch
nấm men giống sau mỗi chu kỳ nuôi cho đến khi đủ lượng giống cần thiết cho quá
trình sản xuất.
b) Biến đổi:
Sinh học: sinh khối vi sinh vật tăng.
c) Phƣơng pháp thực hiện:
 Nuôi cấy nhân giống đầu tiên được thực hiện trong phòng thí nghiệm:
Giống được nuôi cấy trên ống nghiệm thạch nghiêng rồi cấy chuyền vào ống
nghiệm 20ml chứa 10ml môi trường nuôi cấy đã được vô trùng. Tiến hành nuôi ở 2832oC trong vòng 16-20 giờ.
Sau khoảng thời gian trên thì ta lần lượt cấy vào bình tam giác và trong các thiết
bị lớn hơn, tỷ lệ giống chuyển cấp là 1:10 cho đến khi được 100l thì ta chuyển sang
giai đoạn nhân giống ở chế độ phân xưởng.
 Nhân giống trong giai đoạn phân xưởng:

Tiến hành nhân giống trong thiết bị có thể tích 3-4 m3 chứa 1m3 dịch nuôi cấy
cũng ở nhiệt độ và thời gian như trên, sau đó ta tiếp tục nhân giống vào những thiết bị
lớn hơn với tỷ lệ mỗi cấp chuyển giống là 1:10 cho đến khi được 100 m3 .
Quá trình nhân giống trong phòng thí nghiệm và nhân giống trong sản xuất cần
tạo điều kiện cho giống thuần chủng sinh sản nhanh, không bị tạp nhiễm với các dụng
cụ và thiết bị, phục vụ cho nuôi cấy vô khuẩn (kể cả lọc khí phục vụ cho sục khí).
Khi nuôi cấy đều cần phải đảm bảo các biện pháp để tránh nhiễm tạp như:
- Đun nóng hoặc lọc các thành phần môi trường: Môi trường nhân giống và khi
tiến hành nhân giống cũng phải đảm bảo vô trùng.
- Khử trùng thiết bị nuôi cấy
- Các quá trình nuôi cấy cần thông khí mạnh để cho nấm men hô hấp và phát
triển sinh khối.
- Nhiệt sinh ra trong quá trình nhân giống phải được loại bỏ nhờ một hệ thống
làm lạnh.
d) Thông số công nghệ:
 pH trong quá trình nhân giống và nuôi giống: 4-4.2
Trang 15


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

 Nhiệt độ trong quá trình nhân giống và nuôi giống: 28-32 oC
 Thời gian nuôi mỗi lần chuyển cấp: 16-20 giờ.
6. Lên men
a) Mục đích: khai thác
Quá trình nuối cấy men mở rộng nhằm mục đích tăng sinh khối tế bào nấm men
đến mức như mong muốn.
Cơ sở khoa học

Khi nuôi cấy nấm men rượu trong môi trường giàu đường nếu đủ oxy chúng sẽ
sinh trưởng, tăng sinh khối và sống ở trạng thái hô hấp, nếu thiếu oxy hoặc không có
oxy chúng chuyển sang lên men (hô hấp kị khí).
Nếu cung cấp oxy liên tục vào môi trường thì tế bào nấm men sẽ chuyển từ
trạng thái lên men sang hô hấp. Quá trình hấp thu glucose trong tế bào đang hô hấp
xảy ra chậm hơn so với các tế bào đang lên men.
Hiện tượng này được giải thích như sau: quá trình lên men sinh ra ít năng lượng
hơn quá trình hô hấp. Vì vậy, để có đủ năng lượng, trong điều kiện lên men cần phải
phân giải nhiều glucose hơn, tế bào lên men hấp thu nhiều glucose hơn
Về nguyên tắc, sinh khối nấm men có thể được thu nhận bằng 2 cách: nuôi cấy
kỵ khí và nuôi cấy hiếu khí. Trong điều kiện nuôi cấy hiếu khí sản phẩm chủ yếu là
sinh khối, còn CO2 là sản phẩm thứ cấp. Trong nuôi cấy kỵ khí thu được sinh khối ít
hơn (chỉ khoảng ¼ so với hiếu khí), còn lại là CO2 và một số sản phẩm trao đổi chất
của tế bào nấm men, quan trọng nhất là ethanol.
Vì thế, trong sản xuất sinh khối nấm men, để đạt được hiệu suất thu hồi sinh
khối cao cần phải tạo điều kiện hiếu khí để đảm bảo cho nấm men sinh trưởng và tăng
sinh khối tốt đồng thời tránh tiêu hao nhiều chất dinh dưỡng cần thiết trong quá trình
nuôi cấy
b) Các biến đổi xảy ra trong quá trình nuôi cấy
 Các biến đổi sinh học
Các giai đoạn sinh trưởng của nấm men
Ở giai đoạn tiềm phát, nấm men cần phải có thời gian thích nghi với điều kiện
mới. Ở giai đoạn này việc tạo thành các acid amin, các peptid và acid nucleic xảy ra
nhanh hơn các quá trình khác. Thời gian có thể kéo dài cũng có thể ngắn tuỳ thuộc vào
từng chủng nấm men. Giai đoạn này thường khoảng 0,5-1 giờ và chỉ cần cung cấp
lượng không khí khoảng 50 m3/h/m3 môi trường là đủ.
Ở giai đoạn tăng trưởng, nấm men tiến hành các quá trình trao đổi chất rất
mạnh, khối lượng nấm men trong thiết bị tăng lên rõ rệt. Việc tổng hợp các enzyme
được xúc tiến nhanh. Hàm lượng RNA được tổng hợp nhiều nhất. Giai đoạn này
thường kéo dài khoảng 7-14 giờ và cũng là giai đoạn nấm men cấn nhiều oxy nhất, do

đó lượng oxi cung cấp phải gấp đôi giai đoạn đầu tiên, khoảng 80-100 m3/giờ/m3 môi
trường.
Giai đoạn kế tiếp là giai đoạn cân bằng.
Trang 16


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Giai đoạn này có nhiều thay đổi quan trọng. Lượng tế bào mới sinh gần bằng
lượng tế bào chết. Các quá trình trao đổi chất giảm mạnh, do đó nhu cầu oxy không
nhiều. Giai đoạn này kéo dài khoảng 1-2 giờ và ta phải giảm lượng không khí cấp vào
môi trường. Lượng không khí cấp vào môi trường này từ 20-50 m3/ giờ/m3 môi
trường.
 Các biến đổi h a sinh
Các biến đổi hóa sinh phần lớn xảy ra bên trong cộng với sự trao đổi chất của tế
bào nấm men. Biến đổi đầu tiên quan trọng nhất là sự chuyển hóa đường saccharose
thành D-glucose và D-fructose dưới xúc tác của enzyme invertase được tổng hợp bởi
nấm men. Sau đó, glucose tiếp tục tham gia các chuỗi phản ứng hóa sinh trong các chu
trình sinh hóa để tổng hợp vật chất tế bào và năng lượng cho nấm men sinh trưởng.
 Các biến đổi vật lý
Trong quá trình nuôi cấy, quá trình trao đổi chất của nấm men xảy ra liên tục làm cho
nhiệt độ canh trường tăng lên.
 Các biến đổi h a học
 Hàm lượng chất khô (chủ yếu là đường saccharose): giảm dần theo thời
gian do quá trình hô hấp hiếu khí và quá trình sinh tổng hợp vật chất tế bào của
nấm men.
 pH: sự thay đổi theo 2 cơ chế chính:
 Sự sinh tổng hợp các acid hữu cơ (các sản phẩm phụ của quá trình

trao đổi chất)
 Cơ chế đồng vận chuyển ion H+ trong và ngoài tế bào nấm men
trong quá trình trao đổi chất.
 Các biến đổi h a lý
 Sự hòa tan oxy
Vì nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hoà tan nên tốc độ hoà tan của oxy
vào dung dịch bằng tốc độ sử dụng oxy của tế bào nấm men thì sinh khối tế bào
nấm men đạt cực đại.
Độ hòa tan của oxy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn,
lưu lượng sục khí, sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt, các chất phá bọt.
 Sự hình thành bọt
Trong quá trình nuôi cấy, do sục khí liên tục và nấm men hô hấp giải phóng
một lượng đáng kể CO2 nên làm tăng thể tích bồn nuôi cấy, gây hiện tượng trào bọt
trên bề mặt. Vì vậy dịch nuôi cấy rất dễ bị tạp nhiễm. Do đó, dung tích sử dụng thiết
bị phải nằm trong khoảng 0,7-0,8 đồng thời có sử dụng chất phá bọt (keo ưa nước, mỡ
cá, hỗn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicone...).
c) Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nuôi cấy
 Thành phần môi trƣờng nuôi cấy
Môi trường nuôi cấy phải ổn định về thành phần chất dinh dưỡng phải ổn định
để chất lượng nấm men đồng đểu ở tất cả các mẻ nuôi trong suốt quá trình sản xuất và
Trang 17


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

môi trường nuôi cấy phải tuyệt đối vô trùng. Thành phần môi trường nuôi cấy ảnh
hưởng đến chất lượng của quá trình nuôi cấy nấm men như sau:
 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng đƣờng

Lượng đường trong môi trường khoảng 22% (nuôi cấy gián đoạn) và khoảng
2-3% (nuôi cấy bán liên tục) không nên nhiều hơn và cũng không nên ít hơn vì:
Nếu hàm lượng đường cao sẽ vừa gây lãng phí (vì trong quá trình tăng sinh
khối trong điều kiện hiếu khí nấm sử dụng đường rất ít) vừa tạo ra những sản phẩm
trao đổi chất khác, sẽ gây ức chế ngược đến quá trình tạo sinh khối. Cụ thể là, ở
điều kiện hàm lượng đường thấp và có mặt của oxi, nấm men sẽ tiến hành quá trình
trao đổi chất và năng lượng theo chu trình Crebs (từ 1 phân tử đường hexose tạo
thành 38 phân tử ATP). Con đường này giúp sử dụng ít cơ chất (tiết kiệm cơ chất)
nhưng năng lượng tạo ra rất nhiều. Trong khi đó, nếu hàm lượng đường cao thì một
lượng đường dư thừa sẽ tham gia các con đường trao đổi chất không cần thiết (như
con đường hình thành ethanol từ acid pyruvic), dù cho quá trình nuôi cấy diễn ra
trong điều kiện hiếu khí. Mặc khác, ở hàm lượng đường quá cao có thể tạo nên một áp
suất thẩm thấu cao trong môi trường nuôi cấy có thể kiềm hãm sự trao đổi chất và
sinh trưởng của nấm men. Hàm lượng đường cao còn có thể tạo ra dung dịch có độ
nhớt lớn ảnh hưởng đến sự hòa tan và khuếch tán oxi cũng như khả năng tiếp xúc
của nấm men với thức ăn. Kết quả là làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp sinh khối
nấm men và làm kéo dài thời gian nuôi cấy.
Nếu hàm lượng đường quá nhỏ sẽ không đủ nguồn carbon cần thiết cho quá trình
tạo sinh khối, từ đó làm cho kéo dài thời gian thu nhận sinh khối.
Cần lưu ý rằng, nếu trong môi trường có nồng độ đường glucose cao cũng có
khả năng ức chế hô hấp của nấm men (hiệu ứng Captree). Khi quá trình hô hấp bị
ức chế thì quá trình lên men sẽ diễn ra thậm chí ngay cả khi có mặt của oxy làm tổn
thất đường.
 p H
pH trong môi trường khoảng 4.0-4.2. Không nên hạ thấp độ pH của môi trường
xuống quá giá trị này vì có thể làm cho nấm men khó phát triển. Nếu pH cao quá vừa
ức chế nấm men phát triển vừa tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn nhiễm vào phát
triển, cạnh tranh chất dinh dưỡng, làm giảm chất lượng nấm men thành phẩm.
Cơ chế ức chế sinh trưởng của nấm men ở pH thấp như sau: pH đặc trưng cho
khả năng phân ly H+ của các acid hữu cơ hoặc vô cơ. pH càng thấp H+ càng

nhiều, khi đó H+ sẽ tham gia vào quá trình vận chuyển chất trong và ngoài màng tế
bào, đặc biệt là làm rối loạn các phản ứng sinh hoá có enzyme xúc tác.
 Điều kiện nuôi cấy
 Nhiệt độ
Nhiệt độ nuôi cấy phải được kiểm soát chặt chẽ và điều chỉnh đến nhiệt độ tối
thích cho nấm men phát triển. Nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng quá
trình sinh trưởng và trao đổi chất do ảnh hưởng đến hoạt tính của các enzyme trực
Trang 18


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

tiếp tham gia vào các chuỗi phản ứng sinh hoá của cơ thể.
Mặc khác, nhiệt độ còn ảnh hưởng đến độ hoà tan của oxy trong môi trường.
Nhiệt độ càng thấp thì độ hoà tan của oxy càng cao. Nhưng nếu nhiệt độ quá thấp
(dưới 28oC) sẽ làm chậm quá trình sinh trưởng của nấm men kéo dài thời gian nuôi
cấy. Vì vậy, trong nuôi cấy nấm men người ta thường điều chỉnh nhiệt độ môi
trường nuôi cấy thường là 28-32oC.
 Oxy
Oxy là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát
triển của nấm men Các quá trình lên men thoáng khí đòi hỏi phải cung cấp O2. O2
cần dùng làm chất nhận hydrogen và điện tử cuối cùng, ngoài ra O2 còn được dùng
trong các quá trình oxy hóa do oxygenase xúc tác. Vi sinh vật chỉ sử dụng O2 hòa tan,
nhưng độ hòa tan của O2 trong nước là rất nhỏ. Ở điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt
độ 30oC, trong các dung dịch dinh dưỡng được thông khí có hòa tan khoảng 4 - 5 ml
O2/l. Trái lại trong các quá trình sản xuất, vi sinh vật đòi hỏi lượng O2 ở mức độ từ
500-5000 ml O2/l.h.
Nhu cầu O2 được quyết định bởi hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật. Ví dụ để

tổng hợp được nguyên liệu tế bào của 1g chất khô nấm men từ đường thì cần khoảng
500 ml O2. Vì trong quá trình lên men loại này mật độ tế bào là 10g/l, mặt khác sự
tăng gấp đôi khối lượng tế bào nấm men trên glucose kéo dài trong 2h nên trị số về
nhu cầu O2 là 2500 ml O2/lít dịch dinh dưỡng.h. Các trị số này phụ thuộc vào mức độ
oxy hóa cơ chất. Ngoài ra nhu cầu O2 còn phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và tốc độ
sinh trưởng của vi sinh vật, khi sinh trưởng chậm nhu cầu này cũng giảm đi.
Đảm bảo việc cung cấp O2 một cách có hiệu quả và tối ưu là một trong những
chức năng chính của nồi lên men. Nhờ các hệ thống khuấy theo các kiểu khác nhau có
tác dụng khuấy trộn và phá vỡ các bóng không khí, hoặc nhờ các hệ thống bơm đưa
không khí vào dung dịch mà có thể tăng cường sự xâm nhập của O2.
Việc cung cấp oxy cho quá trình tạo sinh khối là rất cần thiết. Tuy nhiên, nhu
cầu cung cấp oxy cho quá trình phát triển của nấm men không phải lúc nào cũng
giống nhau. Do đó phải thay đổi mức độ cung cấp oxy theo đúng nhu cầu thực của
nấm men. Người ta thường cung cấp oxi cho môi trường nhờ không khí. Không khí
trước khi đưa vào thiết bị lên men, phải được lọc vô trùng để làm sạch khỏi vi sinh
và tạp chất.
Nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan trong môi trường lỏng.
Thông thường, lượng oxy hoà tan trong nước rất ít. Trong quá trình phát
triển, nấm men sẽ nhận oxy hòa tan và như vậy lượng oxy hòa tan sẽ giảm, do đó cần
phải cung cấp oxi từ bên ngoài thiết bị. Nếu chỉ thiếu oxy trong thời gian ngắn, ngay
lập tức chúng chuyển quá trình lên men hiếu khí sang quá trình lên men kỵ khí.
Như vậy lượng sinh khối tạo thành sẽ rất ít và đường sẽ được chuyển hóa theo các
chu trình đường phân cả các chu trình khác để cuối cùng tạo ra sản phẩm trao đổi

Trang 19


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

chất bậc hai. Do đó quá trình nuôi cấy nấm men thu nhận sinh khối bắt buộc phải
được cung cấp oxy liên tục.
Sự tăng hàm lượng oxy hòa tan không tỷ lệ thuận với sự tăng sinh khối.
 Sự khuấy trộn và thổi khí
Trong thiết bị lên men người ta phải lắp đặt hệ thống phân phối khí và hệ
thống cánh khuấy. Hệ thống phân phối khí trong nuôi cấy nấm men thường được
lắp đặt ở dưới đáy thiết bị. Việc cung cấp oxy cho những thiết bị nhỏ ở trong các
phòng thí nghiệm thường rất khó khăn. Do đó người ta thường sử dụng máy lắc để
tăng sự hòa tan của oxy vào môi trường.
Khi số vòng quay của cánh khuấy và tốc độ thổi khí tăng thì độ hoà tan của
oxy vào dung dịch môi trường sẽ tăng theo. Đồng thời làm tăng sự xáo trộn môi
trường và thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền khối tốt hơn, từ đó làm tăng
nhanh quá trình trao đổi chất và sinh sản của nấm men.
Tuy nhiên, việc tăng tốc độ khuấy và tốc độ thổi khí chỉ đến một giới hạn nhất định.
Nếu tốc độ của hai yếu tố này quá cao sẽ làm tăng nhanh hiện tượng tự phân
của tế bào và bọt sẽ tạo ra nhiều. Nếu trong quá trình lên men, nhiệt độ môi trường
tăng nhanh (do quá trình hô hấp của vi sinh vật) thì ngay lập tức phải thổi khí mạnh
để làm giảm nhiệt độ của môi trường. Nếu không làm hạ nhiệt, độ hoà tan của oxy sẽ
giảm và từ đó năng suất sinh khối cũng giảm.
 Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt hay chất phá bọt
Trong trường hợp phải dùng những chất hoạt động bề mặt, chất phá bọt hoặc
một số chất chống nhiễm trùng, độ hòa tan của oxy cũng giảm.
Dịch men trong quá trinh nuôi nếu có thổi khí sẽ tạo thành bọt. Khi nuôi men
đạt yêu cầu, dịch men tháo ra bình chứa là một thể dịch bọt với nồng độ 0,25 g/cm3,
trong đó bọt chiếm 2/3 thể tích. Trước khi tách men cần phải phá bọt bằng biện pháp
cơ học và hóa học. Các chất phá bọt là các họat chất bề mặt: các chất keo ưa nước, mỡ
cá voi, cá mập, hỗn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicon. Để tăng tác dụng phá
bọt, các chất này được sử dụng ở dạng nhũ hóa với nước, với tỉ lệ 1:6. Phá bọt bằng cơ
học dựa vào kết cấu của thiết bị.

Trong sản xuất sinh khối nấm men gia súc, người ta thường kết thúc quá
trình nuôi nấm men ở gần cuối giai đoạn hai tức là giai đoạn tăng trưởng, bởi vì một
trong những yêu cầu quan trọng là số lượng tế bào nấm men sống phải chiếm đại đa
số nên không thể đợi đến giai đoạn cân bằng mới tiến hành thu nhận sinh khối, làm
như vậy nấm men thu được sẽ chứa rất nhiều tế bào già.
d) Các phƣơng pháp nuôi cấy:
Trong sản xuất công nghiệp người ta thường dùng phương pháp nuôi cấy theo
dòng liên tục. Hàm lượng oxy hòa tan là nhân tố giới hạn trong thành phần tối ưu của
môi trường và điều kiện thuận lợi cho nuôi cấy. Tốc độ sử dụng oxy của nấm men chỉ
phụ thuộc vào họat tính của chúng và thành phần của môi trường.

Trang 20


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hiệu suất của thiết bị nuôi cấy phụ thuộc vào hệ số hấp phụ của oxy, mức độ sử dụng
không khí, phụ thuộc vào nhu cầu riêng về oxy để tổng hợp 1 đơn vị sinh khối từ từng
lọai nguyên liệu và phụ thuộc vào hệ số tổng hơp.
Để xác định chế độ làm việc tối ưu của một thiết bị, người ta xác định mức độ
sử dụng oxy và theo đó sẽ chọn được tốc độ pha loãng, thành phần tương ứng của môi
trường và tăng cao năng suất sinh khối.
Các tế bào càng được giữ lâu trong thiết bị thì hoạt tính của giống càng giảm và
năng suất sinh khối càng thấp. Vì vậy khi tiến hành nuôi lên men theo phương pháp
bán liên tục thì sẽ cho hiệu quả kinh tế cao: khi đạt lượng sinh khối có trong dịch nuôi
cấy sẽ lấy dần ra rồi cho thêm môi trường mới vào nồi lên men có hàm lượng đường
khoảng 1-2 %.
Sử dụng giống nấm men có họat tính thấp sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi sinh

khối..
e) Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh
 Cấu tạo:

Hình 5 Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh
Thiết bị là một dung lượng xilanh 17, bên trong lắp xilanh hướng 2. Hai đoạn
ống 4 và 18 định vị cho xilanh hướng trong dung lượng.
Trang 21


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Đoạn ống 18 được lắp chặt đến đáy và chia dung lượng ra làm hai phòng:
phòng 19 dùng để nuôi cấy canh trường, còn trong phòng 20 tận dụng bổ sung nguyên
liệu ban đầu.
Đoạn ống 4 lắp cách mặt đáy của dung lượng. Bên trong xilanh hướng 2 và
trong không gian giữa tường dung lượng và đoạn ống 4 được bố trí các ống góp 16.
Các ống góp được lắp chặt bởi các ống đột lỗ 21.
Trong không gian giữa xilanh hướng 2 và các đoạn ống 18 và 4 có các bộ trao
đổi nhiệt 1. Để nạp không khí đến các ống góp trong phòng 19 dùng ống góp phân
phối 7, còn trong phòng 20 dùng ống góp 5.
Ở phần trên của dung lượng có ống góp 14 để thu nhận và làm khô bọt, bên
trong được lắp các đĩa hình nón 15.
Không khí thoát ra từ phòng 19 qua bộ tách khí 9. Máy khử bọt bằng cơ học 12
với bộ dẫn hướng được lắp đặt trên các đĩa 15.
Môi trường dinh dưỡng được đẩy vào thiết bị qua khớp 3. Sinh khối được tháo
ra khỏi thiết bị qua khớp 11, còn không khí - qua khớp nối 8 và 13.
 Nguyên tắc hoạt động

Nạp hỗn hợp dinh dưỡng ban đầu vào phòng 19 qua khớp nối 3, còn không khí
- vào thiết bị qua khớp nối 6. Trong phòng 19 xảy ra nuôi cấy sinh khối. Tuần hoàn và
đảo trộn chất lỏng được thực hiện bởi thiết bị bơm dâng bằng khí nén.
Từ phòng nuôi cấy, chất lỏng canh trường chảy qua đoạn ống 12 vào phòng 20,
tại đây bổ sung nguyên liệu.Bên trong phòng 19 và 20 dung dịch canh trường được
thổi khí nhờ các ống được đục nhiều lỗ.
Khi khuấy đảo và sục khí mạnh liên tục trong nồi lên men sẽ tạo ra bọt, nó có
khuynh hướng trào ra khỏi nồi lên men và gây nhiễm tạp môi trường lên men, ngoài ra
bọt khí còn cản trở sự tiếp xúc giữa vi sinh vật và môi trường dinh dưỡng. Do vậy,
trong quá trình lên men người ta cần kiểm soát lượng bọt tạo thành và tìm cách phá
huỷ chúng
Sinh khối tháo ra khỏi phòng cùng với pha bọt được tạo thành ở phần trên của
phòng. Một phần bọt nổi lên theo các đường rãnh giữa các đĩa nón 15, được tách khỏi
chất lỏng và được cô lại.
Bọt đã được cô bằng bộ khử bọt cơ học 12 và tháo ra qua khớp nối 11.
Thải không khí khỏi phòng 19 qua khớp nối 8 nhờ bộ tách khí 9, còn khỏi
phòng 20 qua khớp nối 13.
Khi nuôi men đạt yêu cầu, dịch men tháo ra bình chứa là một thể dịch bọt với
nồng độ 0,25 g/cm3, trong đó phần bọt còn lại chiếm 2/3 thể tích. Có thể sử dụng các
chất phá bọt là các hoạt chất bề mặt: các chất keo ưa nước, mỡ cá voi, cá mập, hỗn hợp
xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicon. Để tăng tác dụng phá bọt, các chất này được sử
dụng ở dạng nhũ hóa với nước, với tỉ lệ 1:6.
 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị:
Thể tích của thiết bị lên men:
200 m3
Trang 22


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hệ số chứa đầy:
0,6
Áp suất làm việc:
0,02- 0,03 Mpa
Nhiệt độ hoạt động:
28-32oC
Môi trường pH:
4,0-4.2
7. Quá trình ly tâm
a) Mục đích công nghệ: khai thác và chuẩn bị
Quá trình này nhằm mục đích phân tách để thu nhận tế bào nấm men từ canh trường
nuôi cấy được thực hiện ngay sau khi kết thúc quá trình lên men.
b) Phƣơng pháp thực hiện
Để tách nấm men khỏi dung dịch lên men, ta dùng phương pháp ly tâm.
Nấm men thường có tỉ trọng lớn hơn dung dịch lên men (tỉ trọng của nấm men
thường nằm trong khoảng 1,13-1,14 còn dịch nuôi cấy không chứa nấm men là 1,011,03). Do vậy, tế bào nấm men sẽ chịu lực ly tâm lớn hơn và được tách ra khỏi dung
dịch nuôi cấy.
c) Thiết bị
 Cấu tạo
Máy phân ly gồm khung 1 với cơ cấu dẫn động, trống quay 2 với các đĩa và
trục, bộ phận chứa chất cô nấm men 4 và đoạn ống để tháo chất lỏng canh trường đã
xử lý 3. Dẫn động máy phân ly được thực hiện từ động cơ riêng biệt qua khớp nối ly
hợp ma sát và bộ truyền trục vít bánh vít có tốc độ cao. Trống quay được lắp đặt tự
do trên trục con và được lắp vào các rãnh xẻ của trục bằng thanh giằng, nhờ đó đảm
bảo việc tự điều chỉnh tâm của trống quay. Bên trong trống được lắp các đĩa hình
nón có các gờ trên bề mặt ngoài, khoảng cách giữa các đĩa bằng 0,8 mm. Gia cố
các túi trong ống quay nằm trong bộ giữ đĩa. Ở phần dưới của máy theo vòng tròn
phân bổ các rãnh xuyên qua được đặt các ống tháo chất cô nấm men.

Trang 23


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

Hình 6 :Tthiết bị ly tâm
2- Trống quay
4- Bộ phận chứa dung dịch nấm men

1- Cơ cấu dẫn động
3- Ống tháo sản phẩm
 Nguyên tắc hoạt động
Huyền phù nấm men nạp qua ống phân phối vào khoang trong của bộ giữ đĩa,
tại đây nhờ các gờ của nó mà chuyển động quay được truyền đến. Huyền phù chảy
qua giữa bộ giữ đĩa và đáy trống. Dưới tác động của lực ly tâm, các tế bào nấm men
lớn hơn bắn vào ngoại vi của trống quay. Huyền phù từ khoang chứa nấm men vào
túi của các đĩa hình nón và trong chế độ chảy tầng thì bị tràn ra thành lớp mỏng đều
nhau. Dưới tác động của lực ly tâm các tế bào nấm men, khi có tỷ trọng lớn so với pha
lỏng, lắng trên bề mặt trong của các đĩa và được chuyển đảo theo bề mặt vào không
gian chứa bùn của trống. Chất cô nấm men qua miệng phun ngoài vào thùng chứa.
Có thể điều chỉnh nồng độ nấm men trong huyền phù cô đặc bằng phương pháp thay
đổi đường kính các lỗ trong miệng phun, tuy nhiên tỷ số các đường kính lỗ ở trong
và bên ngoài của miệng phun lớn hơn 1:1/7. Khi giảm lượng miệng phun thì mức độ
cô huyền phù nấm men tăng lên làm cho năng suất của máy giảm.
Chất lỏng được phân ly khi qua túi của các đĩa, chảy ngược lên dọc theo bề
mặt ngoài của bộ giữ đĩa và chảy vào khoang rồi được tháo ra ngoài nhờ đĩa áp
lực. Mức độ cô huyền phù phụ thuộc vào nồng độ nấm men trong huyền phù ban

đầu. Khi nồng độ của nấm men có 75% nước, bằng 20-30 g/l, mức độ cô là 8-10%,
còn khi nồng độ 80-120 g/l là 5-6%. Cô huyền phù đến hàm lượng nấm men 550-600
g/l được tiến hành trong khoảng 2-3 mức phân ly liên tục. Chất lắng cần phải đạt độ
Trang 24


SX sinh khối VSV giàu protein cho gia súc

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

dẻo để cho nó không thể chảy ra khỏi vòi phun, không bít vòi và không tạo vòm bên
trong rôto. Liên quan với điều đó việc lọc sơ bộ có ảnh hưởng tốt tới hoạt động của
máy phân ly. Loc sơ bộ qua bộ lọc lưới để loại các tạp chất cơ học, làm bẩn khoảng
không gian giữa các đĩa và làm bẩn các lỗ trong miệng phun. Sử dụng các máy
phân ly trên để thu nhận các chất cặn có độ ẩm nhỏ nhất là không cần thiết
 Đặc tính kỹ thuật:
Nồng độ huyền phù sau ly tâm: 20-25% chất khô
 Đặc điểm sinh khối nấm men sau ly tâm
Sinh khối nấm men thu được ở dạng sệt có 75-80 % nước, 20-25 % chất khô trong đó
cacbon chiếm 40-50 %, nitơ 7-10 % tương ứng với 40-60 % protein, hydro 5-7 %, oxy
25-30 %, các nguyên tố vô cơ 5-10 % ( phospho và kali chiếm 95-97 % tổng lượng tro,
số còn lại là canxi, magie, nhôm, lưu huỳnh, clo, sắt, một lượng rất nhỏ các nguyên tố
mangan, kẽm, molipden, bo, coban…), Ngoài ra,trong tế bào nấm men còn chứ hầu
hết các chất cần thiết cho sự sống như glucid, lipid, enzym, các acid nucleic …
8. Cô đặc
a) Mục đích: chuẩn bị
 Chuẩn bị cho quá trình sấy dễ dàng hơn bằng cách tăng nồng độ chất
khô, làm giảm chi phí về thời gian sấy.
 Giết men và tất cả các vi sinh vật tạp nhiễm để hạn chế các mầm bệnh có
thể nhiễm từ vi sinh vật

 Phá vỡ tế bào nấm men nhằm tăng hệ số hấp thu nấm men cho động vật .
b) Các biến đổi
 Vật lý:
 Tính chất dung dịch thay đổi, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung giảm,
khối lượng riêng, nhiệt độ sôi tăng.
 Hóa lý: độ nhớt của huyền phù tăng lên
 Hóa sinh: một số enzym bị biến tính.
 Sinh học: hệ vi sinh vật tốn tại trong nấm men bị tiêu diệt.
c) Phƣơng pháp thực hiện:
Có thể tiến hành phương pháp bằng các thiết bị cô đặc bằng thiết bị dạng màng
hoặc tấm bản. Nồng độ cuối cùng của nấm mên lên đến 40%.
Phương pháp thường được sử dụng với sản phẩm sấy phun.

Trang 25