Điều kiện chung của quá trình lên men

CHƯƠNG I:

ĐIỀU KIỆN CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH
LÊN MEN


I) Môi trường lên men:
1)Nguồn gluxit:
Gluxit không những là nguồn cung cấp năng lượng
mà là nguồn cung cấp vật liệu xây dựng cần thiết
để sinh tổng hợp các cấu tử cần thiết của tế bào.
Trong điều kiện sản xuất công nghiệp, người ta thường
sử dụng nguồn nguyên liệu ban đầu rẻ tiền và nguồn
này không những chứa gluxit mà còn chứa các yếu
tố phát triển khác.
Khi sử dụng các vật liệu có tinh bột và cellulose thì
phải cho thủy phân thành đường hay nói cách khác
là phải đường hóa.


2)Photphat vô cơ:
P có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá
năng lượng của hệ thống sinh học. Photphat thường
được đưa vào dưới dạng kali photphat hoặc amon photphat.
Nồng độ thường 0,1-0,5%. Ngoài photphat vô cơ, người
ta còn đưa vào dưới dạng hợp chất hữu cơ từ bột đậu,
bột bắp, bã rượu.
3)Nitơ :
Nó là hợp phần đặc biệt của protein, axit nucleic và
phần lớn các hợp chất phức tạp. Nhiều vi sinh vật có
thể đồng hóa nitơ dưới dạng ion amoni, một số dưới

dạng nitrat, còn đa số hợp chất nitơ có nguồn gốc sinh
học.
Nguồn nitơ bổ sung cho quá trình lên men là từ cao
ngô, lượng nitơ có thể chiếm 4% thể tích hoặc nấm
men trích ly.
4) Các kim loại vi lượng :
Các nguyên tố vi lượng thường gặp: Mn, Zn ,Cu ,Co,
Ni, Mo. Chúng có hiệu quả với nồng độ cực kỳ nhỏ
và rất cần thiết cho đời sống vi sinh vật.
Các nguyên tố này thường được cung cấp từ các
nước chiết các nguyên liệu tự nhiên như nước chiết
Malt, nước chiết thịt, pepton…
5)Vitamin:


Thông thường những chất sinh trưởng hay những
yếu tố sinh trưởng đều có liên quan với sự có mặt
của các vitamin nhóm B như B1, B2, , pantotenic, PP,B6 ,
biotin. Ta cần chú ý các vitamin nhóm B cũng như các
chất sinh trưởng khác rất dễ vô hoạt bởi nhiệt độ
và pH giới hạn.Đồng thời cũng khó có thể xác định
một cách chính xác nhu cầu các chất dinh dưỡng cho
từng trường hợp cụ thể.
6) Nhiệt độ:
Nhiệt độ làm ảnh hưởng đến vi sinh vật và các
quá trình trao đổi chất của chúng. Cần chú rằng
khoảng nhiệt độ để các quá trình trao đổi chất của vi
sinh vật xảy ra với một cường độ mong muốn rất hẹp

và thường không quá 20 0C. Ngoài ra, nó còn ảnh
hưởng đến:
 Vận tốc tạo thành và giải phóng các sản
phẩm cuối cùng.
 Trạng thái vật lý của hệ thống như sự hợp thể
hoặc sự tạo nên các hạt của hệ sợi.
 Đảm bảo sự lọc nhanh chất lỏng và tách được
chất lỏng khỏi sinh khối bằng một phương pháp
nào đó.
7) pH:
Các vi sinh vật cũng có vận tốc sinh trưởng trong
khoảng pH giới hạn và cũng vô hoạt hoàn toàn hoặc


bị chết khi ở pH giới hạn. Các vi sinh vật khác nhau
thường tồn tại ở những pH khác nhau
8) Tác nhân lên men: vi sinh vật:
Vi sinh vật là tác nhân chủ yếu gây nên sự lên
men. Trong tế bào vi sinh vật có một hệ enzyme rất
phức tạp và thí nghiệm nghiên cứu thấy rằng cùng
một loài cũng khác nhau về lượng enzyme tổng hợp
được. Do vậy, việc tuyển chọn chủng có hệ enzyme
đặc trưng cho một sản phẩm nào đó thì đòi hỏi phải
khảo nghiệm để chọn thích hợp.
CHƯƠNG II:


SINH TỔNG HP ALDEHYT ACETIC,

DIACETYL, ACETOIN TỪ QUÁ TRÌNH LÊN
MEN


I)Tác nhân tham gia vào quá trình:
Nguồn carbon
Cơ chất của quá trình lên men có thể là đường, tinh bột và
xellulose
Nguyên liệu sẵn đường: mật rỉ đường mía hay củ cải
Nguyên liệu chứa tinh bột: bắp, khoai mì, khoai lang, bột gạo
Nguyên liệu chứa cellulose: gỗ vụn, mạt cưa, rơm rạ
Nếu như đi từ tinh bột, xellulose thì phải trải qua khâu đường
hóa. Quá trình đường hóa thường có nấm mốc và vi khuẩn
và tham gia theo cơ chế tổng quát như sau:
Tinh bột

amylase

→

Đường

nấm mốc, vi khuẩn


Nguồn nitơ bổ sung từ cao ngô, lượng nitơ có thể chiếm 4%
thể tích. Hoặc nấm men trích ly. Tác nhân chính là giống
Sacchazomyces, ngoài ra một số vi khuẩn và nấm mốc cũng
tham gia vào quá trình này.
Thường dùng cho sản xuất cồn là nấm men nổi

Sacchazomyces cerevisiae, kỵ khí không bắt buộc, có thể lên men
và hô hấp; lên men bình thường ở pH 4 – 5, nhiệt độ 29 – 320C,
nồng độ đường 10 – 18%, yếm khí hoàn toàn,
dùng cho sản xuất bia là Sacchazomyces carbergensis và dùng
trong sản xuất rượu vang Sacchazomyces ellipsoideus là nấm men
chìm.
Tế bào nấm men có đặc điểm là khả năng tạo ra các nội
enzyme, nghóa là những enzyme tiến hành xúc tác ở bên trong
tế bào. Như vậy, quá trình chuyển hóa đường trong tế bào


nấm men, còn các chất trung gian sẽ được tạo thành thì đi ra
khỏi tế bào và tích tụ trong môi trường.


II) Cơ chế của quá trình lên men:


Glucose
chu trình EMP
(5)

Axit pyruvic

CO2

CO2

(1)

CH3CO-lipoat

α-Acetolactat
(3)

NAD

(2)

NAD.H2

CO2

CO2
Acetoin +O2

Diacetyl

Aldehyt acetic

(4)
NAD.H2

-Các enzym xúc tác

NAD


1. α-Acetolactatsintertase.
2. α-Acetolactatdecacboxylase.

3.

Diacetylsintertase.

4. Diacetylreductase.
5. pyruvat decacboxylase.


-Glucose:

C6H12O6 .

- Axit pyruvic :

CH3COCOOH.

O

- α-Acetolactat :

CH3C

CH3

O

C

C

OH

OH
- Diacetyl

:

CH3 C C
O

- A cetoin

:

CH3 C

CH3
O

CH CH3
O

OH

-Trong quá trình lên men, các sản phẩm phụ : aldehyt acetic,
diacetyl và acetoin được tạo thành. Cloctridium sẽ phân giải
glucose theo con đường EMP dể cuối chu trình tạo ra axit pyruvic.
 Axit pyruvic bị decacboxyl để tạo thành aldehyt acetic:

2 CH3COCOOH

pyruvat decacboxylase
2CO 2

+ 2 CH3CHO.

 Bên cạnh đó, axit pyruvic còn bị chuyển hoá thành
acetolactat.
Dưới
tác
dụng
của
enzym
αacetolactatsintetase, enzym này xúc tác cho sự ngưng tụ 2
phân tử pyruvat và loại 1 CO2 để tạo ra α-acetolactat.
α-acetolactatsintetase
CH3 COCOOH + CH3 CHO –lipoat
+ lipoatTPP).
acetolactat.

CH3

CH 3 COCOH-COOH
α-

α-acetolactat tạo thành bị decacboxyl tách CO 2 dưới tác
dụng enzym α-acetolactat decacboxylase để tạo thành acetoin.
CH3
CO2

CH3COCOH-COOH

CH 3 COCHOH-CH3

+


 Ngoài ra, α-acetolactat còn bị oxy hoá và decacboxyl hoá
tạo thành diacetyl.
CH3

α-acetolactat-dehydrogenase

CH3COCOH-COOH
H2 + CO2 .

CH 3 COCO-CH3 +
Diacetyl

 Diacetyl cũng bị phân hủy dể tạo thành acetoin. Phản
ứng này xảy ra rất chậm.
acetoindehyrogenase
CH3 COCO-CH3 +
CH3

H2

CH 3 COCHOHAcetoin.

 Axit pyruvic bị decacboxyl để tạo thành aldehyt acetic:
2 CH3COCOOH

pyruvat decacboxylase
2CO 2

+ 2 CH3CHO.

1. Môi trường acid, pH 4 – 5, ít aldehyt acetic (thời kỳ tónh).
Glyceraldehyt – 3P nhận H 2 tạo sản phẩm glycerin. Khi nồng
độ aldehyt acetic đạt đến giới hạn thì nó chuyển thành
rượu etanol.
2. Môi trường được kiềm hóa nhờ Na 2CO3, K2CO3, (NH4)2CO3 5%
thì hạn chế lượng cồn tạo thành vì H 2 được chuyển cho
dihydroxyacetophosphat cũng tạo thành nhiều glyceerin và
acid acetic. (từ 1t rỉ cho 80kg glycerin, 40kg cồn và 20kg
aldehyt)
3. Thêm Bisulfit Natri NaHSO3 vào môi trường và chúng kết
hợp với aldehyt acetic tạo thành tủa khó tan trong nước
trung tính, phản ứng chuyển theo hướng tạo thành glycerin.


Aldehyt acetic có thể nhận được khi kết tủa hòa tan trong
môi trường acid hay kiềm loãng
+ HCl
CH3–CH–SO3Na
OH
CO2 + H2O

+ NaOH
+Na2CO3

CH3CHO + NaCl + SO2 + H2O
CH3CHO + Na2SO3 + H2O
CH3CHO + 2Na2SO3 +