Tài liệu công nghệ lên men thực phẩm Glucoamylase

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<i>M</i>

<i>ụ</i>

<i>c l</i>

<i>ụ</i>

<i>c</i>

<i>Lời nói đầu...2</i>

<i>I.</i> <i>Tổng quan về nguyên liệu...2</i>

<i>1. Enzyme glucoamylase...2</i>

<i>1.1</i> <i>Cấu tạo hóa học enzym glucoamylase...2</i>

<i>1.2. Cấu trúc khơng gian enzym glucoamylase...2</i>

<i>1.3</i> <i>Các tính chất của glucoamylase...2</i>

<i>1.4</i> <i>Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme glucoamylase...2</i>

<i>1.5. Tính chất của glucoamylase...2</i>

<i>1.6. Ứng dụng của enzym glucoamylase...2</i>

<i>2. Nấm mốc Aspergillus niger...2</i>

<i>2.1. Tổng quan về nấm sợi Aspergillus niger...2</i>

<i>2.2. Vị trí phân loại của Aspergillus niger...2</i>

<i>2.3. Đặc điểm sinh hoc của Aspergillus niger...2</i>

<i>2.4. Sinh trưởng của nấm mốc A.Niger...2</i>

<i>2.5. Tiêu chí chọn giống...2</i>

<i>3. Mơi trường lên men...2</i>

<i>4. Phương pháp ni cấy...2</i>

<i>II.</i> <i>Quy trình cơng nghệ...2</i>

<i>1. Trộn...2</i>

<i>2. Tiệt trùng...2</i>

<i>3. Quá trình nhân giống...2</i>

<i>4. Cấy giống...2</i>

<i>5. Lên men...2</i>

<i>6. Nghiền...2</i>

<i>7. Trích li...2</i>

<i>8. Li tâm...2</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<i>10.</i> <i>Sắc kí lọc Gel...Error! Bookmark not defined.</i>
<i>11.</i> <i>Thẩm thấu ngược RO...Error! Bookmark not defined.</i>

<i>12.</i> <i>Sấy thăng hoa...2</i>

<i>13.</i> <i>Phối trộn...2</i>

<i>14.</i> <i>Đóng gói...2</i>

<i>III.</i> <i>Sản phẩm...2</i>

<i>1. Mô tả sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng sản phẩm...2</i>

<i>2. Các phương pháp bảo quản enzyme glucoamylase...2</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<i>Lời nói đầu</i>

Việc sản xuất enzyme từ vi sinh vật trên thế giới đã được tiến hành ở mức độ công
nghiệp, với qui mô lớn – hàng nghìn tấn mỗi năm, sản phẩm thu được là các chế phẩm enzyme
khác nhau, ở dạng thô dùng cho chăn nuôi, và các ngành công nghiệp dệt, thuộc da,… hoặc dạng
tinh khiết cho thực phẩm, y dược học. Nhật là một trong những nước đi đầu trong lĩnh vực này
với hơn 20 công ty sản xuất chế phẩm enzyme. Hàng năm Nhật sản xuất 9850 tấn amylase, 8906
tấn protease, 2200 tấn glucoamylase, 100 tấn lipase, 200 tấn các enzyme khác … Ở các nước
phát triển như Đức, Hungary, Pháp, Anh, Đan Mạch, v.v… ngành công nghiệp sản xuất enzyme
cũng được chú ý và phát triển khá mạnh.

Hệ enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi nhất trong
công nghiệp, y học và nhiều lĩnh vực khác. Theo tính chất và cơ chế tác dụng lên tinh bột của
amylase người ta phân biệt amylase gồm các loại α – amylase, β – amylase, γ – amylase hay
glucosamylase, oligo – 1,6 – glucosidase, transglucosyldase. Trong đó glucoamylase được sử
dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<i>I.</i> <i>Tổng quan về nguyên liệu</i>

<i>1.</i> <i>Enzyme glucoamylase</i>

<i>Giới thiệu chung</i>

Glucoamylase được các nhà khoa học Nhật tách ra lần đầu tiên từ Aspergillus awamori
(Katihara, Kurushima, 1966). Sau đó được tìm thấy ở Rhizopus delemar, Aspergillus niger,
Aspergillus oryzae và các nhóm vi sinh vật khác cũng như ở mơ động vật.

Glucoamylase từ nấm mốc là các protein có khối lượng phân tử lượng dao động rất lớn từ
27.000 đến 112.000 Dal, tuỳ thuộc vào nguồn gốc của enzyme. Các glucoamylase chủ yếu được
tạo nên từ hai iso enzyme I và II khác nhau ở khả năng thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn và bởi
độ bền của chúng. Glucoamylase I tự hấp thụ và thuỷ phân tinh bột ở trạng thái rắn, ngược lại
glucoamylase II khơng có cả hai tính chất này.

<i>1.1</i> <i>Cấu tạo hóa học enzym glucoamylase</i>

Glucoamylase I và glucoamylase II. Cả hai dạng glucoamylase đều là những chuổi
glyco – protein, trong phân tử có chứa D – gluco, D – maltose, D – galactose, thành phần

carbonhydrate trong phân tử glucoamylase I chiếm khoảng 18%, còn với phân tử glucoamylase
II là 10%.

Phân tử carbonhydrate tham gia trong thành phần cấu tạo enzyme glucoamylase đóng vai
trị giúp ổn định cấu trúc enzyme. Ngồi ra chúng còn giúp tạo liên kết với cơ chất là các phân tử
polysaccharide giúp cho vùng xúc tác trên enzym gần với cơ chất hơn, do đó q trình thủy phân
của enzyme thuận lợi hơn.

Thành phần acid amine tham gia tạo thành chuổi polypeptid trong phân tử glucoamylase
cũng khác nhau khi enzyme glucoamylase được thu nhận từ các nguồn khác nhau

Số lượng acid amine tham gia vào chuổi polypeptid cấu tạo nên phân tử glucoamylase
thu nhận từ nấm mốc Aspergillus niger và Aspergillus awamori khoảng 650 – 700 acid amin.

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<i>Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo trung tâm hoạt động của enzyme glucoamylase</i>

<i>1.2.</i> <i> Cấu trúc không gian enzym glucoamylase</i>

Trong không gian, phân tử glucoamylase được chia làm ba vùng với chức năng riêng
biệt:

- Vùng SBD (Starch binding domain: vùng gắn kết với tinh bột) có kích thước khoảng
30 A0_{. Giữ chức năng liên kết với phân tử cơ chất.}

- Vùng CD (Catalyse Domain: vùng xúc tác) có kích thước khoảng 60 A0, giữ chức năng
xúc tác phản ứng thủy phân liên kết O – glucozit.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<i>Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc không gian Enzyme Glucoamylase</i>

<i>1.3</i> <i> Các tính chất của glucoamylase</i>

 Enzym glucoamylase có mã số EC: 3.2.1.3
 Tên khoa học: glucan 1,4 – α – glucohydrolase

Ngồi ra enzym glucoamylase cịn có các tên gọi khác như: amyloglucosidase;
γ – amylase; lysosomal α – glucosidase; acid maltase; exo – 1,4 – α – glucoside; glucose

amylase; γ – 1.4 – glucan glucohydrolase.

Đặc trưng phản ứng: enzyme glucoamylase xúc tác phản ứng thủy phân liên kết
1,4 – 1,6 o – glucoside và tách tuần tự từng gốc gluco từ đầu không khử của chuỗi

polysaccharide.

Enzym glucoamylase xúc tác phản ứng thủy phân tinh bột và tách tuần tự từng gốc
glucose từ đầu không khử của chuổi polysaccharide. Gốc gluco từ đầu không khử được gọi là
glycone, còn chuổi oligosaccharide sau khi gluco được tách ra thì được gọi là Alglycone.

Cơ chế xúc tác thủy phân liên kết o – glucozit là do hoạt động chủ yếu của một cặp acid
amin đóng vai trò như một cặp acid – base. Khi tương tác với cơ chất, acid glutamic ở vị trí thứ
179 đóng vai trị như một chất xúc tác acid, nó sẽ proton hóa oxi – glycosidic (phân tử oxi ở vị trí
liên kết o – glucozit). Acid glutamic ở vị trí thứ 400 đóng vai trị như một chất xúc tác base, acid
amin này sẽ thu hút và tạo liên kết với proton H+_{của phân tử nước làm giải phóng gốc OH}-_{, gốc}
OH-_{này sẽ tấn cơng vào vị trí carbon glycosidic và như vậy liên kết o – glucozit của phân tử cỏ}
chất sẽ bị phá vỡ.

<i>1.4</i> <i> Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme glucoamylase</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzym, khi tăng
nhiệt độ lên 100_{C thì vận tốc phản ứng của enzyme tăng lên gấp đôi, nhưng khi tăng nhiệt độ lên}
quá cao vượt quá nhiệt độ tối ưu thì enzyme bắt đầu biến tính, do đó vận tốc phản ứng của
enzyme cũng giảm xuống. Mỗi enzyme sẽ hoạt động trong khoảng nhiệt độ nhất định, enzyme
glucoamylase hoạt động trong khoảng 200_{C – 75}0_{C. Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của enzym}
glucoamylase: 400_{C – 65}0_C.

<i>1.4.2 pH</i>

pH cũng là yếu tố có ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng của enzym, là do pH thay đổi có
ảnh hưởng đến trạng thái ion hóa tham gia trong trung tâm hoạt động của enzym như nhóm α –
COOH, ω – COOH, – NH2, – OH. Vòng imodazol… cũng như trạng thái ion hóa của cơ chất và
của phức chất trung gian ES.

Khoảng pH mà enzym glucoamylase hoạt động được là từ 2 – 8, pH tối ưu: 4 – 5.5
<i>1.4.3 Các chất ức chế</i>

Enzyme glucoamylase sẽ bị ức chế bởi các ion kim loại như Al3+_{, Hg}2+_{, Pb}2+_{, Ni}2+_,Cu2+_.
Ngồi ra, khi cơ chất là tinh bột thì schardinger dextrin sẽ hoạt động như một chất ngăn cản khả
năng taog phức hợp giữa enzyme glucoamylase và tinh bột. với cơ chất là maltose thì trong mơi
trường có sự hiện diện của gentitobiose, mantitol với nồng độ khoảng 20mM sẽ ức chế hoạt động
của enzyme glucoamylase

<i>1.4.4 Các chất hóa học</i>

Khi cho thêm vào mơi trường phản ứng các dung môi như: chloroform, hexane, n –
deoecane với nồng độ khoảng 50% sẽ làm tăng hoạt tính glucoamylase lên 2 lần so với mơi
trường chỉ có nước là chất dung môi duy nhất. Các chất 2,2’ – dipyridyl, iodoacetamyde sẽ làm
tăng hoạt tính enzym glucoamylase.

<i>1.5.</i> <i>Tính chất của glucoamylase</i>

<i>Cơ chế tác động </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<i>Hình 1.3: Sơ đồ phân giải của enzyme glucoamylase</i>

Khả năng thuỷ phân mạnh mẽ liên kết – 1,4 lẫn – 1,6 glucoside glucoamylase để tạo
thành glucose đã đưa enzyme này lên hàng đầu về hiệu lực xúc tác thuỷ phân tinh bột. Vì thế
việc dùng chế phẩm glucoamylase từ các chủng vi sinh vật trong việc sản xuất bia, rượu, mật,
glucose… có một ý nghĩa triển vọng rất lớn. Enzyme glucoamylase xúc tác tách tuần tự từng gốc
glucose từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide. Gốc glucose từ đầu không khử được gọi là
glycone, chuỗi oligosaccharide sau khi glucose được tách ra gọi là alglycone.

Cơ chế xúc tác thủy phân liên kết O – glucoside là do hoạt động chủ yếu của một cặp
acid amin đóng vai trị như một cặp acid – base. Khi tương tác với cơ chất, acid glutamic ở vị trí
thứ 179 đóng vai trị như một chất xúc tác acid, nó sẽ proton hóa oxi – glycosidic (phân tử oxi ở

vị trí liên kết o – glucoside). Acid glutamic ở vị trí 400 đóng vai trị như một chất xúc tác base,
acid amin này sẽ thu hút và tạo liên kết với proton H+_{của phân tử nước làm giải phóng gốc OH}-_,
gốc OH-_{này sẽ tấn cơng vào vị trí carbon glycosidic và như vậy liên kết o – glucoside của phân}
tử cơ chất sẽ bị phá vỡ.

Glucoamylase phân thuỷ phân tinh bột thành những dextrin có phân tử thấp, liên tục tách
gốc glucose và cuối cùng tạo sản phẩm là glucose. Glucoamylase thuỷ phân tinh bột, glycogen,
polysaccharide đồng loạt ở các liên – 1,4 và – 1,6 glucoside. Nó có giá trị đặc biệt trong ngành
sản xuất rượu, chuyển những dextrin có phân tử lượng cao khơng lên men thành những hợpchất
lên men được và do đó nâng cao hiệu suất lên men rượu từ các nguyên liệu là tinh bột.

Các chế phẩm enzyme glucoamylase tách chiết từ các tế bào vi sinh vật tuy có những
điểm giống nhau, song chúng cũng có một vài điểm khác nhau. Ngay cả các chế phẩm được tách
từ các chủng của nấm mốc Aspergillus cũng khác nhau, thậm chí ngay cả các chủng cùng lồi
cũng khác nhau về các đặc điểm về tính chất lý, hố, phân tử lượng, thành phần acid amin, tính
đặc hiệu với cơ chất và điều kiện hoạt động. Khi nghiên cứu các cơ chế của sự thủy phân một số
oligosaccharide và polysaccharide bằng glucoamylase của nấm mốc, Backer và cộng sự thấy
rằng sự thủy phân tinh bột được thực hiện theo cơ chế “đa mạch” chứ không phải theo cơ chế
đơn mạch. Sơ đồ thủy phân tinh bột bởi glucoamylase:

Glucoseamylase kiểu Asp.niger khác nhau

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

Phản ứng cho ra 80 – 85 % glucose

<i>1.6.</i> <i>Ứng dụng của enzym glucoamylase</i>

Chế phẩm glucoamylase từ nấm mốc Aspergillus, Rhizopus … được thay thế malt làm
tác nhân đường hóa tinh bột trong sản xuất rượu, bia từ nguyên liệu có bột. Việc sử dụng chế
phẩm amylase vi sinh vật thay malt đã tiết kiệm được hàng vạn tấn đại mạch loại tốt, giảm giá
thành, rút ngắn quy trình sản xuất.

Trong giai đoạn đường hóa, glucoamylase chiếm vị trí hàng đầu và đóng vai trị quyết
định trong việc chuyển hóa tinh bột thành đường để lên men, do đó cần chọn chủng vi sinh vật
có khả năng sản sinh nhiều enzym glucoamylase. Trong sản xuất rượu người ta thường dùng hỗn
hợp canh trường bề mặt của Aspergillus Usamii và Aspergillus Balatae.

Nếu coi tổng lượng đường maltose, glucose, saccharose, fructose là 100% thì khi đường
hóa bằng malt ta có 71% maltose, 24 – 28% glucose, cịn khi đường hóa bằng amylase nấm mốc
sẽ có 14 – 21% maltose, 80 – 85% glucose, sản phẩm cuối cùng của sự thủy phân bởi amylase
nấm mốc chủ yếu là glucose – đường dễ lên men, do vậy sự lên men rượu xảy ra nhanh hơn

Glucose được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như y học, trong công nghiệp thực
phẩm. ngày nay việc sản xuất glucose đa số được sử dụng công nghệ enzyme. Enzyme

glucoamylase là enzyme chủ yếu cho quá trình đường phân tinh bột để tạo thành glucose. Tinh
bột có chỉ số DE khoảng 4 – 8, sau khi thủy phân bằng enzyme glucoamylase thì chỉ số DE tăng
lên 96 – 98. Dung dịch sau thủy phân có thể trực tiếp được sử dụng để sản xuất siro giàu fructose
hoặc là sản xuất glucose ở dạng tinh thể.

Trong công nghiệp dược phẩm, enzyme glucoamylase còn được bổ sung vào một số loại
thuốc giúp tăng khả năng tiêu hóa cho cơ thể.

Ngày nay, enzyme glucoamylase còn được sử dụng kết hợp với các enzyme cellulase và
protease dưới dạng canh trường nấm mốc bổ sung vào trong thức ăn gia súc, làm tăng q trình
đồng hóa giúp cho gia súc tăng trọng nhanh hơn.

<i>2.</i> <i>Nấm mốc Aspergillus niger</i>

<i>2.1.</i> <i>Tổng quan về nấm sợi Aspergillus niger</i>

Giống Aspergillus có khoảng 200 lồi phân bố khắp nơi trong tự nhiên, trong đó có các
lồi Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae,…có giá trị sử dụng trong sản xuất
enzyme, rượu, axit hữu cơ…

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

cũng được phân lập từ các sản phảm lên men cổ truyền

<i>2.2.</i> <i>Vị trí phân loại của Aspergillus niger</i>

Giống Aspergillus do Michelli mô tả lần đầu vào năm 1729. Năm 1901 Wehmer đã cho
ra đời một chuyên luận phân loại giống nấm bất toàn này.

Raper and Fennell (1965) chỉ dùng một tên Aspergillus cho tất cả các loài tạo thành bào
tử trần. Như vậy Aspergillus niger có vị trí phân loại như sau:

<i>Bảng 1.1: Phân loại Aspergillus niger</i>
<b>Giới</b> <b>Fungi </b>

<b>Lớp</b> Fungi imperfecti

<b>Bộ</b> Moniliales

<b>Họ</b> Aspergillaceae

<b>Loài</b> Aspergillus niger

Khuẩn ty phân nhánh có vách ngăn, bào tử đính khơng nằm tron bọc bào tử, cuống sinh
thể bình phình ra rõ rệt ở đầu tạo thành bọc lớn hình cầu 5 – 6 x 20 – 30µm, đơi khi 6 – 10 x 60 –
70µm màu nâu đen

<i>Hình 1.4: Nấm mốc Aspergillus Niger</i>

<i>2.3.</i> <i>Đặc điểm sinh hoc của Aspergillus niger</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

O2 ở pH tối ưu là 4 – 6.5, cũng có những chủng Aspergillus niger sinh trưởng được ở pH 2. Sự
thay đổi pH của môi trường nuôi cấy từ 3 đến 6.5 làm thay đổi đáng kể hình thái của Aspergillus
niger.

<i>2.4.</i> <i>Sinh trưởng của nấm mốc A.Niger</i>

Asp.niger có nhiều kiểu sinh sản khác nhau: Sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vơ tính bằng
bào tử hoặc sinh sản hữu tính.

<i>2.4.1. Điều kiện sinh trưởng</i>

 <i>Nhiệt độ</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<i>Hình 1.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính enzyme glucoamylase</i>

 <i>Độ ẩm </i>

Độ ẩm tối ưu trong q trình ni cấy nấm mốc là 65 – 70%. Tuỳ theo điều kiện khí hậu
và điều kiện vơ trùng của mỗi phịng thí nghiệm của mỗi quốc gia mà lựa chọn độ ẩm cho thích
hợp, độ ẩm thường khống chế ở 50 – 60%, thường sử dụng 58 – 60%. Độ ẩm mà tăng q 55 –
70% sẽ làm giảm độ thống khí, cịn thấp hơn 50 – 55% thì kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển
của vi sinh vật cũng như sự tạo Enzyme Glucoamylase. Trong điều kiện tiệt trùng tốt (mơi
trường trong bình tam giác, trong tủ ấm phịng thí nghiệm hoạt lực Glucoamylase cao nhất thu ở
độ ẩm 65 – 68%). Cần nhớ rằng khi nuôi trong điều kiện không được vô trùng tuyệt đối (trên các
khay), thì độ ẩm mơi trường khơng được vượt q 60%, vì cao hơn nữa sẽ dễ bị nhiễm khuẩn.
Tuy vậy, việc giữ được độ ẩm cao (việc phòng ngừa và hạn chế sự hư hỏng của canh trường)
trong suốt q trình sinh trưởng của nấm sợi lại cịn có ý nghĩa to lớn hơn đối với sự tạo thành

Enzyme.

 <i>pH</i>

Khi nuôi cấy trên môi trường bán rắn theo phương pháp bề mặt thì pH ít ảnh hưởng đến
sự sinh trưởng của nấm mốc, thường người ta sử dụng pH tự nhiên vào khoảng 5.5 – 6.

UI (Hoạt độ enzyme)

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

<i>Hình 1.6:Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính enzyme glucoamylase</i>

 <i>Cung cấp Oxy</i>

Trong quá trình phát triển và tích tụ enzyme nấm mốc rất cần oxy, khi nuôi cấy nấm mốc
theo phương pháp bề mặt nấm mốc dễ dàng tiếp xúc với không khí qua hệ thống sợi tơ và micell
vì thế địi hỏi mơi trường phải xốp giúp cho nấm mốc tạo nhiều hệ sợi và tích luỹ nhiều enzyme.
Nếu mơi trường dính bết, khơng đủ độ xốp, khơng khí sẽ ít tiếp xúc vi sinh vật xảy ra hơ hấp
yếm khí ảnh hưởng đến việc tích luỹ enzyme. Độ hồ tan của oxy vào mơi trường ni cấy phụ
thuộc rất nhiều yếu tố: nhiệt độ, nồng độ chất và phương pháp thổi khí, nhiệt độ cao thì khả năng
hồ tan oxy kém, nồng độ chất tỷ lệ nghịch với khả năng hoà tan của oxy, ngược lại cũng có một
số yếu tố làm tăng khả năng hoà tan của oxy: ete, rượu, acid hữu cơ…

<i>I.4.2. Nguồn cơ chất</i>

 <i>Nguồn C</i>

Thường là hợp chất hữu cơ trong đó chủ yếu là gluxit

Đối với các hệ vi sinh vật sinh enzyme amylaza: Tinh bột, dextrin, maltoza vừa là chất
cảm ứng vừa là nguồn cacbon tốt nhất để sinh tổng hợp amylaza. Khi nuôi cấy theo phương pháp

bề mặt nếu dùng cám thì khơng cần bổ sung tinh bột, ngồi cám có thể dùng bột ngơ, bột mì, bo
bo. Cần chú ý trong đa số trường hợp, một số loại đường điển hình, nhất là glucose lại kìm hãm

UI (Hoạt độ enzyme)

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

sinh tổng hợp các enzyme thủy phân nói chung (chẳng hạn theo cơ chế trấn áp phân giải do làm
giàu lượng AMPV trong tế bào)

Ngoài nguồn gluxit là chủ yếu còn phải kể đến các nguồn cacbon khác như:

‒ Các axit béo phân tử lượng lớn (Oleic, stearic, miniotic). Ví dụ: axit oleic có tác dụng
kích thích tổng hợp glucoamylaza lên 2.5 – 3.5 lần so với nồng độ thích hợp 2 – 3%.

‒ Etanol và glyxerin trong nhiều trường hợp nuôi cấy được dùng làm cacbon bổ sung.
 Nguồn Nitơ

Ở nhiều loại nấm mốc, nguồn nitơ tốt nhất là NaNO3 và NH4NO3, nhưng khi nồng độ nitơ
dưới 0.05% nấm mốc vẫn phát triển được nhưng sinh tổng hợp amylaza rất kém. Các muối
amoni vô cơ, một số nguồn nitơ hữu cơ (gelatin, cazein, cao ngô) cho hiệu quả sinh tổng hợp
amylaza thấp.

Trong thực tế, người ta thường dùng nguồn nitơ là các axit amin có nguồn gốc từ dịch
thủy phân protein (dịch tự phân nấm men, nước chấm, cao ngô, dịch chiết malt), đây vừa là
nguồn nitơ vừa là nguồn cacbon và chất cảm ứng sinh enzyme. Các axit amin có tác dụng tốt
nhất trong những trường hợp này là asparagin, axit glutamic; D,L serin, histamin, alanin. Trong
khi casein thậm chí là ức chế thì dịch thủy phân casein lại cảm ứng sinh tổng hợp amylaza lên
gấp 2 lần so với ban đầu.

Trong số các nguồn nitơ vơ cơ thì NH4, H2PO4 là tốt cho ni cấy vi sinh vật hơn cả. Các
muối amon và nitrat khác đều làm giảm hoạt lực enzyme.

Các axit amin có ảnh hưởng rõ rệt nhất đến quá trình sinh tổng hợp enzyme vi sinh vật
nói chung. Nhiều acid amin lại có tác dụng ức chế sinh tổng hợp enzyme như valin, axit
glutamic, izolơxin, treonin.

 Nguồn các nguyên tố khống và các yếu tố (chất) kích thích sinh trưởng

Muối khoáng rất cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật, đặc biệt là đối với các quá trình
sinh tổng hợp các enzyme kim loại. Để sinh tổng hợp glucoamylaza, nồng độ MnSO4 thích hợp
nhất là 0.05%. Nếu thiếu muối này và muối photphat kali thì vi sinh vật không thể sinh tổng hợp
được dextrinaza. Hoạt lực glucoamylaza được nâng cao ở nồng độ KCl 0,05%

Ion Mg2+_{có tác dụng sinh tổng hợp và ổn định các enzyme có hoạt tính ở nhiệt độ cao.}
Lưu huỳnh S với nguồn chủ yếu là các axit amin chứa S như metionin, cystein, sistin, và
các muối sunphat (CuSO4). Các muối khống có Fe, Mn, Zn, B, Mo, Cu ảnh hưởng đến khả năng
sinh tổng hợp enzyme. Trong đa số trường hợp biotin (vitamin H) và một số vitamin cũng rất cần
thiết cho quá trình sinh tổng hợp enzyme.

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

Giống nấm mốc sử dụng phải đạt những chuẩn mực nhất định mới được phép sử
dụng.Các yếu tố cơ bản đối với giống nấm mốc sử dụng lên men thu nhận chế phẩm
glucoamylase gồm:

- Giống nấm mốc phải có khả năng sinh tổng hợp enzyme glucoamylase mạnh, sản phẩm
này phải có chất lượng và số lượng cao hơn hẳn các sản phẩm từ các giống nấm mốc
khác.

<i>Hình 1.7: So sánh hoạt tính enzyme glucoamylase sinh ra từ các giống nấm mốc khác</i>
<i>nhau</i>

- Giống phải có khả năng sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm tại địa phương nơi nhà

máy hoạt động, các phụ phẩm của các nhà máy.

- Chế phẩm enzyme cần thu nhận do giống đang áp dụng trong sản xuất phải dễ dàng tách
ra khỏi các tạp chất môi trường và sinh khối của nấm mốc giống.

- Giống nấm mốc sử dụng phải là chủng thuần khiết, không nhiễm các sinh vật lạ.

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

- Giống phải có tốc độ sinh sản và phát triển rất mạnh trong điều kiện mơi trường cơng
nghiệp. Tính chất này rất quan trọng vì khi nhiễm các vi sinh vật lạ thì giống dung trong
sản xuất phải có khả năng lấn át sự phát triển của vi sinh vật lạ.

- Tốc độ trao đổi chất mạnh để nhanh tạo ra sản phẩm mong muốn, giúp ta tăng nhiều chu
kỳ sản xuất.

- Giống phải ổn định trong bảo quản và dễ dàng bảo quản, ít bị thối hóa

<i>3.</i> <i>Môi trường lên men</i>

Yêu cầu cơ bản đối với thành phần của môi trường nuôi vi sinh vật tạo Glucoamylase
cũng giống như yêu cầu đối với môi trường nuôi vi sinh vật tạo enzyme khác là tính hồn thiện.
Hầu hết các vi sinh vật tạo glucoamylase đều hấp thụ carbon chủ yếu ở các dạng hợp chất hữu cơ
(tinh bột, dextrin…), hyđro ở dạng H2O và của các hợp chất hữu cơ, oxy ở trong thành phần cấu
tử cơ bản của môi trường và ở dạng oxy phân tử.

Cấu tử chính của mơi trường vi sinh vật tạo Glucoamylase bằng phương pháp lên men bề
mặt là cám mì, cám gạo. Cám mì, cám gạo là nguyên liệu hồn hảo và có thể là một cấu tử duy
nhất của môi trường để nuôi vi sinh vật không cần bổ sung thêm các chất khác nữa. Cám mì có
16 – 22% tinh bột, 10 – 12% protein, trong đó các amino acid quan trọng như methionine

(0,19%), cystine (0,3%), arginine (1%), lysine (6%), tryptophan (0,3%), 3 – 4% chất béo, 10,3%

celulose, các nguyên tố trơ (Na – 0.09% , K – 1% , Ca – 0.16% , P – 0.94%) và các nguyên tố vi
lượng cùng các chất khác. Cám gạo có khoảng 20% tinh bột 10 –15% chất béo, 10 – 14%
protein, 8 – 16% celulose, các chất hồ tan khơng chứa nitơ (37 – 59%).

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cám mì

<i>Thành phần</i> <i>% Khối lượng</i>

Độ ẩm 13

Tinh bột 16 – 22

Protein thô 10 – 12

Béo thô 3 – 4

Xơ thô 10 – 11

Canxi 0.16

Phospho tổng 0.94

Natri 0.09

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

Bảng 1.3: Thành phần hóa học của cám gạo

<i>Thành phần</i> <i>% Khối lượng</i>

Tinh bột 20

Chất béo 10 – 15

Protein 10 – 14

Cellulose 8 – 16

Cấu tử hòa tan không chứa Nito 37 – 59

Chất lượng của cám gạo, cám mì có ảnh hưởng lớn tới hoạt lực của enzyme. Cám không
được chứa tinh bột dưới 20 – 30%. Nên dùng cám tốt, cám mới khơng có vị chua hay vị đắng,
không hôi mùi mốc. Độ ẩm của cám không quá 15%, tạp chất độc không quá 0,05%... Tuy là phế
liệu của công nghiệp xay xát, nhưng cám cũng tương đối đắt tiền, hơn nữa trong quá trình ni vi
sinh vật, các chất dinh dưỡng khơng được sử dụng hết, vì thế có thể thay cám bằng một số cấu tử
rẻ tiền hơn. Cấu tử này thường là mầm mạch (15 – 20%), trấu (2 – 5%), mùn cưa (5 – 10%)…
Có thể dùng cặn bã canh trường rắn (sau khi cách ly Enzyme) là cấu tử chính của mơi trường
(Silova, Fenikxov) 1967, đảm bảo chế độ tiệt trùng. Cám và các chất phụ gia chứa nhiều bào tử
vi sinh vật khác nên cần phải tiệt trùng để đảm bảo chủng nuôi phát triển bình thường và canh
trường sản xuất khơng chứa vi sinh vật ngoại lai. Cần thanh trùng dưới áp suất hơi 1 – 5atm
trong vòng 4 – 6 giờ, có thể thanh trùng bằng hơi nóng ở nhiệt độ 1200_{C trong 90 phút. Khi}
thanh trùng cho vào 0,2% formalin (40%) và 0,8% HCl kỹ thuật theo khối lượng môi trường.

Tiêu chuẩn chọn nguyên liệu: Tiêu chuẩn chất lượng cám mì, cám gạo theo qui định của
Bộ Nông nghiệp – phát triển nông thôn.

 Độ ẩm: < 12%
 Không mùi chua mốc

 Độc tố Aflatoxin: không quá 50 ppb
Tỉ lệ cám mì/Cám gạo = 7/3

Bảng 1.4: Thành phần dinh dưỡng của hỗn hợp nguyên liệu cám gạo – cám mì

<i>Thành phần dinh dưỡng</i> <i>% Khối lượng</i>

Độ ẩm 11

Protein thô 16.5

Xơ thô 9.75

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

ADF (Hàm lượng xơ acid dễ tiêu hóa) 16

Hàm lượng tro và khống 4.75

<i>Bảng 1.5: Chỉ tiêu nước sạch trong công nghiệp</i>

 Chỉ tiêu vật lí
- Mùi vị

- Độ trong (ống Dienert)
- Màu sắc (thang màu Coban)

 Tiêu chuẩn
- Không mùi
- 100 ml

<i>-</i> 50

 Chỉ tiêu hoá học
- _pH

- _{Độ cặn cố định (đốt ở 60}0_C)
- _{Độ cứng toàn phần (độ Đức)}
- _{Độ cứng vĩnh viễn}

- _CaO

- _MgO

- _Fe2O3

- _MnO

- _BO4-3
- _SO4-2
- _NH4+
- _NO2
-- _NO3
-- _Pb

- _{6 ÷ 8,5}

- _{75 ÷ 150 mg/lít}
- _{Dưới 15}0
- ₇0

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

- _As
- _Fe
- _Zn

- _{0.05 mg/lít}
- _{0.3 ÷ 0.5 mg/lít}
- _{5.00 mg/lít}
 Chỉ tiêu vi sinh vật

- Tổng số vi sinh vật hiếu khí
- Chỉ số Coli

- Vi sinh vật gây bệnh

- Dưới 100 cfu/ml
- Dưới 20 cfu/ml
- Khơng có

Các chất bổ sung môi trường lên men bán rắn:
 K2HPO4, MgSO4, FeSO4.7H2O, NaNO3

 Chất độn: Mùn cưa

<i>Bảng 1. 6: Hàm lượng các chất bổ sung trong nguyên liệu</i>

Chất bổ sung % (Khối lượng)

K2HPO4 0.001

MgSO4 0.005

NaNO3 0.9

FeSO4.7H2O 0.1

Mùn cưa 10

<i>Bảng 1.7: Chỉ tiêu cho phép của MgSO4</i>

Độ tinh khiết > 99.5 %
Asen < 3 ppm
Selen < 30ppm

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

<i> Bảng 1.8: Chỉ tiêu cho phép của KH2PO4</i>

Độ tinh khiết > 98 %
Asen < 3 ppm

Flo < 10 ppm

Clo < 0.03%

Sulfate <0.1 %

Sắt <0.003 %

Chì < 5 ppm

<i> </i>

<i>Bảng 1.9: Chỉ tiêu cho phép của FeSO4.7H2</i>O

Độ tinh khiết > 99.5 %
Asen < 3 ppm

Thủy ngân < 3 ppm

Chì < 10 ppm

<i> </i>

<i>4.</i> <i>Phương pháp nuôi cấy</i>

Ở đây, ta sử dụng phương pháp nuôi cấy bề mặt

Trong phương pháp nuôi cấy bề mặt vi sinh vật phát triển trên bề mặt mơi trường rắn
hoặc lỏng (vì vậy cịn gọi là phương pháp nổi). Các môi trường rắn trước khi nuôi cấy vi sinh
vật cần được làm ẩm. Thường dùng cám, đôi khi dùng gạo tấm, ngô, bã bia, bã củ cải đường,
khoai tây, lõi ngô…hoặc hỗn hợp những nguyên liệu này.

Phương pháp nuôi cấy bề mặt là phương pháp nuôi cấy vi sinh vật mà trong đó vi sinh vật
phát triển trên bề mặt mơi trường hay phát triển trên hạt, trên môi trường bán rắn.

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

<i>II.</i> <i>Quy trình cơng nghệ</i>

Ngun liệu

Nấm mốc
Trộn

Tiệt trùng

Nhân giống
Cấy giống

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

<i>1.</i> <i>Trộn</i>

Mục đích cơng nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men

Quá trình trộn làm cho nguyên liệu phân tán đều vào nhau, đảm bảo thành phần dinh
dưỡng ở mọi vị trí là gần như nhau để thích hợp cho vi sinh vật sử dụng.

Các biến đổi của nguyên liệu: do đây là quá trình phối trộn vật liệu rời nên trong quá
trình phối trộn thường không tạo ra biến đổi nào đáng kể.

 Vật lí: nhiệt độ mơi trường tăng

 Hóa học: thành phần hóa học của mơi trường thay đổi
 Hóa lí: khơng có biến đổi đáng kể.

Trích li

Nước Bã

Sấy thăng hoa

Phối trộn
Chất

độn

Chế phẩm enzyme

Bã
Nghiền

Li tâm
Siêu lọc UF

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

 Hóa sinh: phản ứng do enzyme xúc tác

 Sinh học: Hỗn hợp cám mì, cám gạo là mơi trường giàu dinh dưỡng thích hợp cho
vi khuẩn, nấm mốc phát triển nên trong q trình phối trộn có thể bị nhiễm vi sinh
vật

Thiết bị: thiết bị phối trộn dạng thùng quay

<i>Hình 2.1: Thiết bị phối trộn dạng thùng quay</i>

Thiết bị trộn dạng thùng quay, bên trong thùng có thể lắp thêm các thanh chặn để làm
tăng hiệu quả của quá trình phối trộn. Nguyên liệu thường được cho vào với thể tích khoảng
50 – 60% thể tích thùng, rồi điều chỉnh tốc độ quay của thùng và thời gian phối trộn cho phù hợp

<i>Thông số cơng nghệ:</i>

- Tỉ lệ phối trộn: cám mì/cám gạo = 7/3

- Tốc độ quay của thùng = 1/2 tốc độ giới hạn (tốc độ mà vật liệu bắt đầu di chuyển
trên thành thùng do lực ly tâm)

- Nhiệt độ phối trộn: 28 – 30o_C
- Thời gian phối trộn: 15 phút

<i>2.</i> <i>Tiệt trùng</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

Quá trình tiệt trùng sẽ làm giảm lượng vi sinh vật có trong nguyên liệu, tức là giảm các
yếu tố cạnh tranh và các yếu tố làm thay đổi thành phần dinh dưỡng môi trường lên men, nhằm
tạo điều kiện tốt cho Aspergillus Niger phát triển và tạo hệ enzyme glucoamylase

Các biển đổi của ngun liệu:

- Vật lí: trong q trình tiệt trùng, biến đổi vật lý quan trọng nhất là sự tăng nhiệt độ của
nguyên liệu, có sự giảm nhẹ khối lượng do sự bay hơi nước trong nguyên liệu.

- Hóa học: các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của nhiệt độ như phản ứng

Maillard, oxy hóa chất béo, phân hủy một số vitamin… nhưng mức độ các phản ứng xảy
ra khơng đáng kể.

- Hóa lí: biến đổi hóa lý chủ yếu trong q trình tiệt trùng nguyên liệu là sự bay hơi nước,
tuy nhiên độ ẩm ban đầu của nguyên liệu cũng không quá cao nên mức độ bay hơi nước
cũng không đáng kể.

- Sinh học: dưới tác dụng của nhiệt độ cao các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt. đây
chính là mục đích chính của quá trình.

- Hóa sinh: nhiệt độ cao sẽ làm biến tính bất thuận nghịch các enzyme có mặt trong nguyên
liệu, do đó chúng sẽ bị vơ hoạt.

Thiết bị: Thiết bị tiệt trùng dạng nằm ngang

<i>Hình 2.2: Thiết bị thanh trùng dạng nằm ngang</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

Trong công nhiệp vi sinh để tiệt trùng các môi trường dinh dưỡng dạng rời, người ta sử
dụng rộng rãi các thiết bị tiệt trùng hình trụ dạng nằm ngang có áo hơi. Bên trong thiết bị tiệt

trùng được bố trí hai trục với các cánh có thể quay một góc độ nào đó để dễ dàng điều chỉnh.

Điều đó cho phép xác định khe hở cần thiết theo hướng kính giữa các cánh và thành
tường của thiết bị, nó phụ thuộc vào các tính chất hố lý của các cấu tử và thành phần của môi
trường. Các trục quay theo các hướng khác nhau làm cho môi trường chuyển đảo liên tục trong
những hướng đối nhau. Loại cấu tạo này sẽ đảm bảo sự đảo trộn môi trường, làm giảm đáng kể
sự vón cục và đảm bảo sự đồng nhất mơi trường có thành phần nhiều cấu tử. Điều đó có ảnh
hưởng tốt tới q trình ni cấy.

Hơi có áp suất 0,2 MPa cho vào áo tơi để làm tăng nhanh q trình đun nóng mơi trường.
Mơi trường được giữ ở chế độ tiệt trùng đã cho khi khởi động chu kì các cơ cấu chuyển đảo. Sau
khi tiệt trùng, môi trường sẽ được làm nguội về 38 – 400_{C và thốt liệu ra ngồi. Tiến hành tháo}
môi trường dinh dưỡng đã được tiệt trùng qua cửa tháo liệu bên dưới. Cửa tháo liệu có các nắp
trong và ngồi được lắp chặt bằng các vít. Ngồi ra, thiết bị tiệt trùng cịn có các cửa nạp liệu,
nhiều khớp nối để nạp hơi và thải nước ngưng, để nạp và thải nước làm lạnh, cho các dụng cụ
kiểm tra và điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và có van bảo hiểm.

<i>Thơng số cơng nghệ:</i>
- Nhiệt độ: 1210_C

- Thời gian: 20 – 30 phút

<i>3.</i> <i>Quá trình nhân giống</i>

Mục đích cơng nghệ: Chuẩn bị cho q trình cấy giống, thu nhận bào tử vi sinh vật chuẩn
bị cho q trình ni cấy thu nhận enzyme glucoamylase.

Các biến đổi trong quá trình nhân giống:

- Sinh học: vi sinh vật thực hiện quá trình trao đổi chất và sinh sản tạo ra nhiều tế bào mới.

- Hóa sinh: các phản ứng hóa sinh xảy ra bên trong và ngồi tế bào, hầu hết chúng đều có

liên quan đến sự trao đổi chất của tế bào. Các phản ứng này được chia làm hai nhóm:
 Phản ứng dị hóa: chuyển hóa cơ chất phức tạp thành cơ chất đơn giản hoặc phân giải

cơ chất để tạo ra năng lượng sinh học.

 Phản ứng đồng hóa: tổng hợp các polymer sinh học của tế bào từ các hợp chất đơn
giản và năng lượng do dị hóa cung cấp.

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

Nhân giống bao gồm 2 q trình:

 Trong phịng thí nghiệm: Ở số lượng nhỏ. Mơi trường nhân giống được đưa tiệt
trùng, sau đó cấy giống vi sinh vật vào môi trường và cho sinh trưởng ở điều kiện
bình thường.

 Trong phân xưởng: Ta sử dụng thiết bị lên men hình trụ, có cánh khuấy, bộ phận
sục khí và lớp vỏ điều nhiệt.

<i>Bảng 2.1: Thành phần môi trường nhân giống</i>

<i>Cơ chất</i> <i>Hàm lượng</i>

Pepton 5g/l

Glucose 10g/l

(NH4)2SO4 5g/l

MgSO4.7H2O 2g/l

CaCl2.H2O 2g/l

KH2PO4 1,5g/l

K2HPO4 0,1g/l

Nước cất 1000ml

<i>Thông số công nghệ:</i>

 Nhiệt độ môi trường: 28 – 32oC
 Độ ẩm mơi trường: 60 – 65%

<i>4.</i> <i>Cấy giống</i>

Mục đích cơng nghệ: Chuẩn bị cho q trình lên men thu nhận chế phẩm enzyme
glucoamylase

Các biến đổi của nguyên liệu: Khơng có biến đổi đáng kể.
Thiết bị: Thiết bị phun bào tử vi sinh vật

Môi trường sau khi được xử lý sẽ được phân phối vào các khay rồi được đưa vào một
thiết bị kín có băng tải, các khay di chuyển trên băng tải, giống được cấy vào môi trường bằng
cách phun bào tử lên bề mặt mơi trường nhờ hệ thống vịi phun ở phía trên.

Thơng số cơng nghệ:

</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

<i>5.</i> <i>Lên men</i>

<i>Mục đích công nghệ: Khai thác, lên men nhằm thu nhận chế phẩm enzyme glucoamylase</i>
<i>Các biến đổi diễn ra trong quá trình lên men:</i>

- Sinh học: biến đổi sinh học quan trọng trong quá trình lên men là sự trao đổi chất và sự
sinh trưởng của nấm mốc. Chúng sẽ tiết enzyme phân giải cơ chất trong môi trường tạo
nguyên liệu phục vụ cho việc xây dựng tế bào và sản sinh năng lượng trong hoạt động
trao đổi chất.

- Hóa học và hóa sinh:

- Hóa lý: một số biến đổi về pha trong quá trình lên men như sự hịa tan một phần oxy do
việc sục khí và khuấy trộn canh trường, khí CO2 do vi sinh vật thải ra trong quá trình
phân giải cơ chất cũng sẽ hòa tan một phần trong canh trường….

- Vật lý: sự tăng nhiệt độ canh trường do năng lượng được thải ra từ hoạt động sống của vi
sinh vật, sự thay đổi về tỷ trọng, khối lượng….

Q trình ni cấy nấm mốc thường kéo dài từ 35 – 48 giờ tùy thuộc vào thời gian hoàn
thành việc tạo ra enzyme. Ở một số loài Aspergillus, sự tạo thành lượng enzyme tối đa sẽ trùng
với sự bắt đầu tạo ra đính bào tử, do đó cho ngừng q trình phát triển vào lúc này là thích hợp.
trong một số trường hợp khác, sự tích lũy enzyme cịn tiếp tục được kéo dài trong cả thời gian
tạo ra đính bào tử một cách mạnh mẽ. và canh trường nấm mốc hoạt động kiểu này thường có
nhiều đính bào tử. do đó khi sấy, nghiền và bao gói sẽ làm cho khơng khí bị nhiễm bởi đính bào
tử của chủng đó. Để tránh hiện tượng này, tất cả các thiết bị phải kín và có cơ cấu hút bụi. tốt
hơn cả là trong sản xuất enzyme, chọn những biến chủng tạo đính bào yếu.

Tồn bộ chu kì sinh trưởng của Aspergillus Niger trên cám có thể chia làm 3 thời kỳ:
- Trong 10 – 14 giờ đầu, xảy ra sự trương đính bào tử và bắt đầu mọc nấm. Trong thời kỳ

này phịng ni cấy cần giữ ở nhiệt độ không dưới 28 – 300_{C, để không kiềm hãm sự phát}

triển ban đầu của chúng.

- Qua thời gian trên, hệ sợi nấm bắt đầu phát triển nhanh. Thời kỳ này kéo dài trong
khoảng 14 – 18 giờ. Aspergillus niger phát triển mạnh mẽ, sử dụng một lượng lớn các
chất dinh dưỡng, hô hấp rất mạnh và một lượng lớn lượng nhiệt tỏa ra nhiều. Vì vậy
trong lớp canh trường nhiệt độ tăng lên đến 37 – 400_{C và có thể cịn cao hơn tùy thuộc}
vào độ dày của lớp. Do đó cần phải thổi khơng khí điều tiết có nhiệt độ khơng thấp hơn
28 – 290_{C và có độ ẩm tương đối cực đại vào.}

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

enzyme có thể cịn xảy ra. Phụ thuộc vào tính chất sinh lý của chúng và sự kết thúc sinh
tổng hợp enzyme, mà có thể làm ngừng sự phát triển của Aspergillus niger vào một thời
gian bất kỳ.

<i>Hình 2.2: Mối quan hệ giữa thời gian nuôi cấy và hoạt độ enzyme</i>
<i>Thiết bị: Sử dụng buồng ni cấy bề mặt</i>

<i>Hình 2.3: Buồng nuôi cấy bề mặt</i>

1. Giá để khay 2. Van hơi nóng để điều hồ nhiệt độ

UI (Hoạt độ enzyme)

</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

3. Hệ thống phun nước thành bụi
4. Quạt

5. Lọc khí

6. Đường thơng khí vào
7. Đường thơng khí ra

<i>Thơng số cơng nghệ:</i>

Buồng ni cấy là buồng kín có kích thước 10000×2800×2100 mm với hai cửa, một cửa
nối với hành lang thải liệu. Bên trong phịng có ba đoạn ống thơng khí để nạp khơng khí điều hồ
từ một hướng, cịn từ hướng ngược lại – các ống để thải khơng khí trong phịng. Diện tích của
phịng được tính cho 18 – 20 giàn có khoảng 9 – 10 khay cho mỗi bên. Khoảng cách giữa các
giàn 80 – 100 mm, giữa các giàn có khoảng cách rộng 1000 – 1200 mm để đi lại và cách tường
200 – 300 mm.

Các bộ điều hồ độc lập được phân bổ trên các phịng tiệt trùng nhằm để đẩy khơng khí
có nhiệt độ 22 – 320_{C, độ ẩm tương đối 96 – 98% vào phịng. Khơng khí tuần hồn có bổ sung}
10% khơng khí sạch từ bộ điều hồ chính, các hành lang nạp và tháo của các phòng cần phải
cách ly các phịng bên cạnh. Điều đó thực hiện được nhờ thơng gió hai chiều khi trao đổi khơng
khí nhiều lần (đến 8 lần) và nhờ làm sạch không khí thải khỏi các bào tử.

<i>6.</i> <i>Nghiền</i>

Mục đích cơng nghệ: chuẩn bị cho q trình trích ly

Q trình nghiền làm cho nguyên liệu như cám mì, cám trở nên tơi xốp hơn, làm tăng
diện tích bề mặt tiếp xúc và tăng hiệu quả sử dụng cơ chất, đồng đều về kích thước và dễ phối
trộn. Ở đây, do cám mì và cám gạo đã ở sẵn dạng bột, ta có thể bỏ qua q trình nghiền, tuy
nhiên nếu nguyên liệu xuất hiện nhiều hạt kích thước lớn do vón cục bởi độ ẩm, ta sẽ phải cho
nguyên liệu qua máy nghiền.

Các biến đổi của nguyên liệu:

 Vật lí: quan trọng nhất trong q trình nghiền là kích thước nguyên liệu sẽ giảm,
diện tích bề mặt riêng tăng lên. Việc tăng diện tích bề mặt riêng có thể là tăng
hiệu quả của q trình truyền nhiệt và truyền khối. Trong quá trình nghiền, dưới

tác dụng của các lực, nhiệt độ của vật liệu sẽ tăng lên, chủ yếu do lực ma sát.
 Hóa học: Khi nghiền vật liệu, cấu trúc của vật liệu bị phá vỡ, các thành phần dễ bị

</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

 Hóa lí: diện tích bề mặt riêng tăng và nhiệt độ tăng nên tốc độ bay hơi tăng, tổn
thất các cấu tử dễ bay hơi. Ngồi ra, việc tăng diện tích bề mặt sẽ làm tăng quá
trình hút ẩm của nguyên liệu và việc tăng nhiệt độ có thể làm đông tụ protein.
 Sinh học: khi nghiền vật liệu, dưới tác dụng của lực cơ học, vi sinh vật có thể bị

tiêu diệt nhưng mức độ không đáng kể. Sau khi nghiền, diện tích bề mặt riêng
tăng, mật độ vi sinh vật có thể tăng lên. Đồng thời, các thành phần dinh dưỡng
thích hợp của vi sinh vật bên trong ngun liệu có thể thốt ra bề mặt, làm vi sinh
vật phát triền mạnh hơn. Sự phát triển của vi sinh vật có thể làm giảm chất lượng
môi trường, ảnh hưởng đến chế độ thanh trùng.

 Hóa sinh: các phản ứng oxy hóa được xúc tác bởi enzyme sẽ diễn ra mạnh hơn do
tiếp xúc với oxy nhiều hơn.

Thiết bị:

<i>Hình 2.4: Thiết bị nghiền dĩa dạng pin-disc</i>

Đây là 1 dạng của thiết bị nghiền dĩa. Cấu tạo bao gồm 1 dĩa quay và 1 dĩa cố
định. Trên mỗi dĩa có các rảnh sâu và các rãnh này ăn khớp với nhau. Hình dạng của các
đường gân do rãnh tạo thành có thể khác nhau, trịn, vng hoặc dạng lưỡi dao. Tốc độ có
thể đạt 10.000rpm. Thiết bị có thể có thêm lớp vỏ áo để giải nhiệt.

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

Kích thước vật liệu vào: 4 – 7m
Kính thước vật liệu ra:

Vận tốc lưỡi dao: 5000 – 7000rpm

<i>7.</i> <i>Trích li</i>

<i>Mục đích cơng nghệ: Khai thác, dùng nước để chiết rút enzyme glucoamylase trong </i>
canh trường

<i>Các biến đổi của nguyên liệu:</i>

- Vật lí: sự khuyết tán các phân tử chất tan từ tâm của nguyên liệu đến vùng bề mặt và dịch
chuyển từ vùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi (nước). Động lực của sự khuyếch tán là
do chênh lệch nồng độ.

- Hóa học: các phản ứng hóa học giữa các cấu tử nhưng khơng đáng kể do trích ly ở nhiệt
độ thường.

- Hóa lí: sự hịa tan các các enzyme và các cấu tử khác vào tan vào nước.

- Hóa sinh: trích ly ở nhiệt độ thường các enzyme trong canh trường sẽ xúc tác phản ứng
chuyển hóa cơ chất từ nguyên liệu.

- Sinh học: Thời gian trích ly kéo dài vi sinh vật sẽ phát triển.
<i>Thiết bị: Thiết bị trích ly 1 bậc</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

Thiết bị là bể hình trụ đứng, phía bên dưới có một đáy lưới. Người ta sẽ cho nguyên liệu
cần trích ly vào thiết bị qua cửa đỉnh. Dung môi sẽ được bơm vào thiết bị qua hệ thống phân phối
vào phía dưới đỉnh. Dung mơi sẽ được chảy qua lớp nguyên liệu từ trên xuống dưới. Dịch trích
được tháo ra ngồi qua của đáy. Dịch trích được hồi lưu lại nhờ vào đường ống dẫn và bơm ở
gần cửa đáy.

Để tránh vi sinh vật nhiễm cần thêm vào nước một ít formalin hoặc chất sát trùng khác.

Dịch chiết rút đựơc thường trong suốt có màu xám và chứa từ 10 – 15 % chất khô và tất cả các
enzyme của nấm mốc.

Dịch chiết được lọc và thu lại trong bình thu rồi được làm lạnh về nhiệt độ 10 – 120_C
Thông số công nghệ:

- Nhiệt độ: tnước = 25 – 280_C

- Tỉ lệ nguyên liệu/dung mơi (nước) = 1/2 (v/v)

<i>8.</i> <i>Li tâm</i>

<i>Mục đích cơng nghệ: </i>

Khai thác: Tách sinh khối ra khỏi dung dịch sau trích ly.
<i>Những biến đổi trong q trình ly tâm</i>

 Biến đổi vật lý: Khối lượng giảm dung dịch giảm, nồng độ cấu tử hòa tan
tăng

</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

<i>Hình 2.6: Thiết bị ly tâm dạng dĩa</i>

a) Đĩa ly tâm

1. Đĩa ly tâm

2. Kênh thốt cho chất lỏng có tỷ trọng thấp

3. Lổ biên

4. Cửa vào cho nguyên liệu
b) Sơ đồ chuyển động giữa các dòng

1. Chất lỏng tỉ trọng thấp

2. Chất lỏng tỉ trọng cao

3. Dĩa

<i>Nguyên lý hoạt động:</i>

Nhập liệu được phân phối vào ở đáy chén xoay, theo các kênh được tạo thành bởi các lỗ,
đi vào khoảng trống giữa các dĩa, tại các khoảng trống này, dưới tác dụng của lực ly tâm, pha
nặng sẽ di chuyển ra xa tâm của dĩa. Còn pha nhẹ sẽ di chuyển vào gần tâm của dĩa và được đẩy
lên đỉnh của chén xoay để thu hồi. Trong thiết bị này, khoảng các di chuyển của chất lỏng là
ngắn hơn so với thiết bị ly tâm ống. ngoài ra trong thiết bị này cịn diễn ra q trình trượt giữa 2
lớp chất lỏng trong q trình ly tâm, góp phần phá vỡ hệ nhũ tương.

<i>Thông số công nghệ</i>
Nhiệt độ : 15 – 20 o_C
<i>-</i> Thời gian : 4 – 5 phút

<i>9. Siêu lọc UF</i>

<i>Mục đích cơng nghệ:</i>

- Chuẩn bị: Dịch thu được sau khi phân riêng bằng membrane đã được tách một phần nước
(cô đặc) chuẩn bị cho quá trình sắc ký trao đổi ion.

- Khai thác: Sau quá trình phân riêng, nồng độ enzyme trong dung dịch sẽ tăng.

<i>Các biến đổi của nguyên liệu:</i>

- Vật lí: nhiệt độ tăng ít, sau phân riêng độ nhớt, tỷ trọng, độ đục…của hai pha
(permeate và retentate) sẽ thay đổi.

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

- Hóa sinh: các phản ứng thủy phân do xúc tác của hệ enzyme thủy phân: cellulase,
amylase, protease,… tiếp tục xảy ra vì vẫn cịn cơ chất trong dung dịch.

- Sinh học: khơng có biến đổi đáng kể.

<i>Thiết bị: Thiết bị mơ hình sợi (Hollow fiber module) sử dụng màng siêu lọc (UF)</i>

<i>Hình 2.7: sợi sử dụng trong màng siêu lọc</i>
<i>Cấu tạo:</i>

Thiết bị có dạng hình trụ, bên trong chứa rất nhiều sợi membran xếp song song với nhau,
đường kính ngồi 1,6m. Màng lọc đóng vai trị như vật liệu lọc cao cấp với nhiều kích cỡ lỗ
màng, từ 0,01µm đến 0,1µm. Kích thước lỗ màng bé có khả năng giữ lại được tất cả những vật
chất cần loại bỏ trong nguồn nước, các phần tử có kích thước lớn hơn 0,01 microns.

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

<i>Hình 2.7: Thiết bị phân riêng bằng mơ hình sợi</i>
<i>Ngun lý hoạt động: </i>

Ultra Filtration(UF) là một công nghệ lọc dùng màng áp suất thấp để loại bỏ những phân
tử có kích thuớc lớn ra khỏi nguồn nước. Dưới một áp suất khơng q 2,5 bars, nước, muối
khống và các phân tử/ ion nhỏ hơn lỗ lọc (0.01- 0.005 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng. Các
phân tử có lớn hơn, các loại virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngồi.

Màng lọc Ultrafiltration có thể hoạt động theo 2 nguyên lý:

 Từ ngoài vào trong: Lớp lọc nằm bên ngồi màng. Dịng nước có chất ơ nhiễm
được đẩy vào từ bên ngoài màng lọc. Nước sạch sau lọc được thu ở bên trong
màng lọc

</div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

<i>Hình 2.8: Cơ chế thẩm thấu trong màng lọc</i>
<i>Thông số kỹ thuật: </i>

 Nhiệt độ làm việc: 28-30oC
 Dải pH làm việc: 2~13
 Khả năng chịu Clo: 100ppm
 Hàm lượng Clo quá mức: 200ppm
 Áp lực làm việc lớn nhất: 0.25 Mpa
 Độ đục sau lọc < 0.1NTU

 Loại bỏ tạp chất:100%

<i>10.</i> <i>Sấy thăng hoa </i>

Mục đích:

- Chế biến: q trình sấy sẽ tách bớt nước ra khỏi bán thành phẩm, chuyển nguyên liệu
sang dạng rắn, làm thay đổi sâu sắc các tính chất vất lí và hóa lí của bán thành phẩm.
- Bảo quản: quá trình sấy làm giảm giá trị hoạt độ của nước, ức chế hoạt động của

enzyme, chế phẩm enzyme không bị biến đổi trong quá trình bảo quản.
Các biến đổi của nguyên liệu:

- Vật lí: Nhiệt độ nguyên liệu giảm, các tính chất vật lí của ngun liệu như hình dạng,
kích thước, khối lượng, tỉ trọng, độ giòn,… sẽ thay đổi. Sự khuếch tán ẩm sẽ xảy ra do
sự chênh lệch ẩm tại các vùng khác nhau ở bên trong nguyên liệu.

</div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>

- Hóa lí: biến đổi hóa lí quan trọng nhất là sự chuyển pha của nước từ lỏng thành rắn và từ
rắn thành hơi. Ngoài ra, sự giảm nhiệt độ trong q trình sấy có thể làm biến tính một
phần protein (trong đó có enzyme).

- Sinh học: khơng có biến đổi đáng kể.
- Hóa sinh: khơng có biến đổi đáng kể.

Thiết bị: thiết bị sấy thăng hoa

<i>Hình 2.9: Thiết bị sấy thăng hoa liên tục</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(38)</span><div class='page_container' data-page=38>

<i>Hình 2.11: Cấu tạo bình ngưng tụ đóng băng</i>

<i>Hình 2.12: nguyên lí cấu tạo và hoạt động của buồng sấy thăng hoa</i>
Thiết bị sấy thăng hoa gồm hai bộ phận chính như sau:

</div>
<span class='text_page_counter'>(39)</span><div class='page_container' data-page=39>

 Buồng sấy thăng hoa: để tách ẩm và chuyển ẩm từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi.
Nguyên liệu được lạnh đông thông qua tiếp xúc với khí lạnh. Thực tế cho thấy, trong q
trình lạnh đơng ngun liệu, chúng ta khơng thể chuyển hóa tồn bộ lượng ẩm trong trong
ngun liệu sang dạng rắn, do đó sẽ cịn một phần ẩm ở dạng lỏng trong nguyên liệu sau giai
đoạn lạnh đơng. Buồng sấy thăng hoa có dạng hình trụ kín, nằm ngang hoặc thẳng đứng. Nguyên
liệu sau giai đoạn lạnh đông sẽ được vào buổng sấy thăng hoa. Nguyên liệu được gia nhiệt bằng
phương pháp bức xạ.

Ngoài bộ phận gia nhiệt, buồng sấy thăng hoa sẽ được kết nối với hệ thống tạo chân
không. Hệ thống này gồm có bộ phận nhưng tụ hơi nước (hơi thốt ra từ nguyên liệu cần sấy) và
bơm chân không để tách các cấu tử dễ bay hơi và những khí khơng ngưng khác.

Q trình sấy thăng hoa thường gồm ba giai đoạn:

 Giai đoạn 1: lạnh đông nguyên liệu để chuyển một phần nước trong nguyên liệu sang
dạng rắn. Do nhiệt độ trong bình thăng hoa rất thấp và áp suất chân không rất lớn nên sự
truyền nhiệt giữa các thành hộp chứa nước nóng và vật liệu sấy chủ yếu là bức xạ nhiệt
 Giai đoạn 2: tạo áp suất chân không rồi gia nhiệt nguyên liệu đã lạnh đông trong buồng

sấy để thăng hoa. Hơi nước được làm lạnh và bám vào thành bình, cịn khơng khí khơ
được thải vào khí quyển.

 Giai đoạn 3: do trong giai đoạn lạnh đông, chúng ta không thể chuyển toàn bộ lượng
nước trong nguyên liệu sang dạng rắn nên sau giai đoạn sấy thăng hoa là giai đoạn sấy
chân không để tách thêm một phần ẩm ở dạng lỏng trong nguyên liệu, đảm bảo độ ẩm
của nguyên liệu sau quá trình sấy sẽ đạt giá trị yêu cầu.

Áp suất sử dụng trong quá trình sấy thăng hoa thường dao động trong khoảng
27 – 133 Pa.

Ưu điểm lớn của phương pháp sấy thăng hoa là không làm tổn thất các cấu tử mẫn cảm
với nhiệt như: vitaimin, các chất có hoạt tính sinh học,…Tuy nhiên, phương pháp sấy thăng hoa
tốn kém chi phí đầu tư trang thiết bị và năng lượng. Trong công nghiệp thực phẩm, thiết bị sấy
thăng hoa được sử dụng để sấy các chế phẩm vi sinh vật, enzyme hoặc những sản phẩm giàu các
hợp chất có hoạt tính sinh học.

Thông số công nghệ:

</div>
<span class='text_page_counter'>(40)</span><div class='page_container' data-page=40>

 Độ ẩm nguyên liệu: tùy từng loại ngun liệu

<i>11.</i> <i>Phối trộn</i>

<i>Mục đích:</i>

Hồn thiện: giai đoạn này ta trộn các chất bảo quản và chất ổn định hoạt tính enzyme vào
để bảo quản và hoàn thiện sản phẩm.

<i>Các biến đổi của nguyên liệu:</i>
 Vật lí: nhiệt độ tăng nhẹ do ma sát.

 Hóa học, hóa lí, hóa sinh, sinh học: khơng có biến đổi đáng kể.
<i>Thiết bị: Thiết bị trộn bột khơ hình chữ V.</i>

<i>Hình 2.13: Thiết bị trộn bột khơ hình chữ V</i>

Máy bao gồm hai trụ hình V có độ cao khác nhau. Trong suốt quá trình chuyển động của
nguyên vật liệu trong ống hình trụ, nguyên liệu được thay đổi và lặp đi lặp lại bằng cách đó sẽ
đạt hiệu quả trộn sẽ rất đều nhau.

</div>
<span class='text_page_counter'>(41)</span><div class='page_container' data-page=41>

 Tỉ lệ phối trộn

<i>12.</i> <i>Đóng gói</i>

Mục đích: hồn thiện sản phẩm, dễ dàng trong bảo quản và vận chuyển, thương mại
Các biến đổi của nguyên liệu: hầu như không đáng kể

Thiết bị: thiết bị đóng gói dạng bột, hạt rời.

</div>
<span class='text_page_counter'>(42)</span><div class='page_container' data-page=42>

<i>III.</i> <i>Sản phẩm</i>

<i>1. Mô tả sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng sản phẩm</i>

<i>Hình 3.1: Chế phẩm glucoamylase dạng rắn</i>

Chế phẩm glucoamylase được phân thành hai loại: dạng lỏng và dạng rắn.
Mô tả chế phẩm enzyme dạng rắn

 Chỉ tiêu vật lý:
- Trạng thái vật lý: rắn.

</div>
<span class='text_page_counter'>(43)</span><div class='page_container' data-page=43>

 Các thông tin khác: 20 kg/túi.

 Phạm vi sử dụng: là tác nhân đường hóa trong q trình sản xuất cồn, rượu bia, calci
lactate.

<i>2. Các phương pháp bảo quản enzyme glucoamylase</i>

Enzyme có bản chát là protein thường bị biến tính khi ở điều kiện nhiệt độ, pH, nồng độ
dung dịch đệm khơng thích hợp. Điều kiện bảo quản tối ưu mỗi loại protein là khác nhau. Tuy
nhiên có một vài nguyên tắc để bảo quản protein được tóm tắt và so sánh ở bảng sau

<i>Bảng 3.1: Điều kiện bảo quản enzyme</i>

Nhìn chung các protein được bảo quản tốt nhất ở ≤ 4o_{C nhưng chỉ giữ được hoạt tính}
trong vài ngày hoặc vài tuần. Việc bảo quản ở nhiệt độ phịng sẽ làm giảm hay mất hoạt tính,
thường do bị nhiễm vi khuẩn.

Phương pháp đông khô cho phép kéo dài thời gian bảo quản mà gần như không bị biến
tính, nhưng protein có thể bị hư hỏng một phần trong q trình đơng khơ. Để giảm khả năng bất
hoạt và mất hoạt tính nêu trên đặc biệt là khi đơng khơ dịch có nồng độ protein loãng
(< 1mg/ml). Người ta thường bổ sung thêm protein chất mang như huyết thanh bò tinh khiết
(BSA) nồng độ từ 1 – 5mg/ml (0.1 – 0.5%), vào trong dung dịch protein loãng

</div>
<span class='text_page_counter'>(44)</span><div class='page_container' data-page=44>

dài họat tính bảo quản:

- Glycerol hay ethylene glycol với nồng độ không đổi khoảng 25 – 50% giúp ổn định
protein, ngăn chặn sự tinh thể hóa làm phá hủy cấu trúc protein ở – 20o_C

- Chất ức chế protease ngăn chặn sự phân hủy protein

- Tác nhân chống vi khuẩn như sodium azide (NaN3) ở nồng độ 0.02 – 0.05% (w/v) hay
thimerosal.

- Chất tạo phức càng cua như EDTA ở nồng độ 1 – 5 mM, tránh gây ra sự oxi hóa nhóm
S – H giúp protein duy trì trạng thái khử

- Tác nhân khử như dithiothreitol (DTT) và 2 – mercatoethanol (2 – ME) ở nồng độ giúp
ngăn chặn trạng thái oxi hóa của nhóm cysteine, duy trì trạng thái khử của protein.

<i><b>Tài liệu tham khảo</b></i>

1. <i> Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ chế biến thực phẩm, Nhà xuất bản đại học quốc gia Tp. Hồ</i>

Chí Minh, 2010.

2. <i>Lê Ngọc Tú và cộng sự, Hóa sinh cộng nghiệp, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, </i>

2004, 443 trang

3. <i>Nguyễn Đức Lượng, Vi sinh vật học công nghiệp, tập 1, 2, Nhà xuất bản Đại học Quốc </i>

gia thành phố Hồ Chí Minh, 2002.

4. <i>Nguyễn Thị Lệ Ngọc, Nghiên cứu Các điều kiện tối ưu cho hoạt động của enzyme </i>

glucoamylase từ một số chủng nấm mốc và ứng dụng, Tp.Hồ Chí Minh, 2010

5. <i>Hồng Bá Thanh Hải, Nghiên cứu sự tổng hợp các đặc tính và ứng dụng của enzym </i>

glucoamylase ở dạng hòa tan và dạng cố định thu nhận từ canh trường một số chủng nấm
mốc, Tp.Hồ Chí Minh, 2010

6. <i>PGS.TSKH Lê Văn Hồng, Các Q Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Sinh Học Trong Công</i>

</div>

<!--links-->
Tài liệu Chương 3: Công nghệ lên men vi sinh vật docx

• 34
• 987
• 16