Tài liệu Sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein cho gia súc.

Chương 1: MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU Thuật ngữ protein đơn bào mới hình hành trong giới khoa học từ những năm 50 c ủa thếế k ỷ trước. Thực tếế loài người đã biếết sử dụng loại protein này và các chấết có trong tếế bào VSV t ừ rấết lấu. Protein đơn bào (SPC-Single cell protein) là thu ật ngữ ch ỉ m ột lo ại chấết dinh d ưỡng có trong tếế bào và chỉ sản xuấết từ vi sinh vật (VSV), được s ử d ụng làm th ức ăn cho ng ười và đ ộng v ật. Thuật ngữ này không chỉ đơn giản là protein từ tếế bào của c ơ thể đơn bào, vì rấết nhiếều VSV không phải là cơ thể đơn bào mà người ta vấẫn khai thác chúng. Do đó, thu ật ng ữ này nến hi ểu là nguôền dinh dưỡng chứa nhiếều protein từ VSV khác nhau, cả đơn bào lấẫn đa bào (t ừ vi khu ẩn, nấếm men, nấếm sợi và tảo). Được sử dụng trước hếết là nguôền protein trong dinh d ưỡng đ ộng v ật, ch ủ yếếu 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 vếề protein cũng như các acid amin h ợp phấền c ủa nó trong tếế bào VSV để làm nguôền cung cấếp protein cho gia súc và thức ăn cho người. II. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤẤT SINH KHỐẤI VI SINH VẬT - Chi phí lao động thấếp hơn nhiếều so với sản xuấết nông nghiệp. Có thể sản xuấết ở những địa điểm bấết kì trến trái đấết, không chịu ảnh h ưởng c ủa khí h ậu, thời tếết, quá trình công nghệ dếẫ cơ khí hoá và tự động hoá. Năng suấết cao. Sử dụng các nguôền nguyến liệu rẻ tếền và hiệu suấết chuyển hoá cao. Hàm lượng protein trong tếế bào rấết cao. Chấết lượng protein cao. Khả năng tếu hoá của protein tôết An toàn vếề độc tôế. Những vấến đếề kĩ thuật. III. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤẤT PROTEIN ĐƠN BÀO ❖ Ưu điểm VSV là cơ thể có tôếc độ sinh trưởng rấết mạnh, khả năng tăng trưởng nhanh. Ch ỉ trong m ột thời gian rấết ngăến ta có thể thu nhận được một khôếi lượng sinh khôếi rấết l ớn; th ời gian này đ ược tnh băềng giờ, còn ở TV hay ĐV thì thời gian này được tnh băềng tháng hay hàng chục năm. Hàm lượng protein rấết cao, cao hơn rấết nhiếều so v ới protein có trong TV hay ĐV (hàm lượng protein ở VSV khoảng 20-80% trọng lượng khô). Vi khuẩn 60-70% tnh theo chấết khô, có loài tới 87% 31 Nấếm men 40-60% Nấếm môếc và xạ khuẩn <30%. Chấết lượng protein của vi khuẩn là cao nhấết, vì các thành phấền acid amin cấn đôếi h ơn ở nấếm men. Nhưng vì kích thước tếế bào vi khuẩn nh ỏ và các điếều ki ện nuôi cấếy ph ức t ạp h ơn, nến việc sản xuấết sinh khôếi VSV làm nguôền protein trong công nghiệp vi sinh chủ yếếu là từ nấếm men. Tôếc độ sinh tổng hợp protein trong tếế bào VSV cũng rấết cao, t ừ 100-10.000 lấền so v ới bò. Ví dụ vếề thời gian tăng đôi khôếi lượng của vi sinh vật ở thời kỳ phát triếền c ực đ ại đ ược so sánh v ới một sôế sinh vật như sau: Bảng 1. Tốốc độ sinh tổng hợp protein trong tếố bào VSV Sinh vật Vi khuẩn, Nấếm men Nấếm 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 khôếi 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 chấết lượng tương đương protein ĐV và h ơn h ẳn protein TV( ở ĐV protein chứa đấềy đủ và rấết cấn đôếi các acid amin, ở TV th ường thiếếu lo ại acid amin này hay acid amin khác). Thành phấền cấếu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có th ể điếều khi ển băềng cách thay đổi thành phấền môi trường và điếều kiện nuôi cấếy hoặc băềng cách tác đ ộng làm thay đ ổi c ơ cấếu di truyếền của chủng, giôếng. VSV có khả năng hấếp thụ, phấn giải nhiếều loại nguyến liệu rẻ tếền, dếẫ kiếếm, thậm chí c ả chấết thải, nước thải của một quá trình sản xuấết nào đó. Hoàn toàn có thể sản xuấết theo quy mô công nghiệp (sản xuấết hàng lo ạt, có th ể ki ểm soát và chấết lượng sản phẩm đôềng nhấết). Nuôi cấếy VSV không phụ thuộc vào khí hậu cũng như thời tếết trong năm, quá trình nuôi cấếy được tếến hành trong các nôềi lớn dếẫ dàng ổn định các điếều ki ện kyẫ thu ật nh ư thành phấền môi trường, nhiệt độ, pH, … băềng các hệ thôếng hiệu chỉnh tự động. Nuôi cấếy VSV chỉ cấền một diện tch không đáng kể để xấy dựng xí nghiệp (trôềng trọt và chăn nuôi thường chiếếm diện tch rộng lớn). Sinh khôếi VSV là một khôếi thôếng nhấết, do đó có thể thu ho ạch m ột cách đ ơn gi ản và dếẫ dàng (khác với các loại cấy trôềng trong sản xuấết nông nghiệp) Có thể phấn lập và lựa chọn VSV có ích và thích hợp cho các quá trình công ngh ệ, cho t ừng loại nguyến liệu tương đôếi nhanh và không khó khăn lăếm. 32 Thành phấền cấếu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có th ể điếều ch ỉnh đ ược băềng cách thay đổi thành phấền môi trường, điếều kiện nuôi cấếy, hoặc băềng cách tác đ ộng làm thay đ ổi c ơ cấếu di truyếền của chủng, giôếng. Trong protein của VSV có đấềy đủ các acid amin thành phấền và đ ặt bi ệt là các acid amin không thay thếế có giá trị dinh dưỡng cao. Một ưu việt cấền nhăếc tới là trong sản xuấết protein từ VSV l ại s ử d ụng nguyến li ệu VSV – là loại phếế liệu, phụ phẩm của một sôế ngành công nghiệp khác. Nguôền nguyến li ệu này rấết phong phú, đa dạng, rẻ tếền, dếẫ kiếếm như: rỉ đường, khi thuỷ phấn gôẫ tạp, r ơm r ạ, bã mía… do v ậy giá thành của sản phẩm seẫ thấếp. Đôềng thời sử dụng nguyến li ệu này seẫ góp phấền gi ải quyếết vấến đếề ô nhiếẫm môi trường do chấết thải và nước thải. ❖ Nhược điểm Tuy vậy, nguôền Protein thu nhận được từ vi sinh vật còn có những hạn chếế: - Hàm lượng các acid amin chứa lưu huỳnh thấếp. - Khả năng tếu hóa của protein: có phấền bị hạn chếế bởi thành phấền phi protein, nh ư acid nucleic, peptd của tếế bào, hơn nửa chính thành và vỏ tếế bào VSV khó cho enzyme đi qua. 33 Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ GIỐẤNG VI SINH VẬT SỬ DỤNG I. NGUYÊN LIỆU Nguyến liệu được dùng trong sản xuấết nấếm men gia súc là bã r ượu - ph ụ ph ẩm c ủa các nhà máy rượu, có bổ sung thếm rỉ đường - phụ phẩm các nhà máy sản xuấết đường. Dịch bã r ượu là nguôền dinh dưỡng nuôi cấếy nấếm men rấết tôết. Trong dịch này có khoảng 7.5-10% chấết khô hoà tan rấết giàu vitamin B và các acid amin. Khi nuôi nấếm men, dùng d ịch này pha thếm r ỉ đ ường đ ể môi trường luôn luôn có khoảng 2-3% đường, ta có th ể thu đ ược t ừ 10- 15 kg men khô t ừ 1 m 3 dịch bã rượu. ❖ Nguyên liệu bã rượu (Hèm) Trong sản xuấết côền từ mật rỉ, bã thải ra môi trường là bã r ượu. Bã r ượu ch ứa nấếm men, chấết hòa tan và cả lượng côền sót. Có hai loại bã rượu : loại bã c ủa các nhà máy r ượu v ới nguôền nguyến liệu từ ngũ côếc, săến (các loại chứa tnh bột) và của các nhà máy rượu rỉ đường. Bã rượu sau khi chưng cấết côền là một loại nguyến liệu tôết dùng để nuôi cấếy nấếm men. Bảng 2. Thành phầần hóa học của bã rượu từ rỉ đường Vật chấết Hợp chấết hữu cơ Protein Nitơ tổng protein amin NH3 Acid amin Hàm lượng (% Vật chấết chấết khô) 70-80 Các acid hữu cơ 17-27 Trong đó có acid bay hơi Glyxerin 3-5 Vật chấết khử 0.4-1.0 Tro tnh ra K2O 0.3-0.6 Na2O 0.1-0.3 CaO 6-10 Vi lượng Trong bã rượu có chứa các vitamin: ▪ Acid nicotnic (PP) ▪ Riboflavin (B2) ▪ Priridoxin (B6) 34 Hàm lượng chấết khô) 5-27 3-12 6-13 3-7 17-24 7-8 0.5-3 0.5-3 (% ▪ ▪ ▪ Acid pentotenic (B3) Biotn (B7) Acid folic Trong sôế các chấết hòa tan của bã rượu có đường (1÷2,5%), các h ợp chấết nit ơ, các vitamin nhóm B. Ngoài ra, trong bã rượu còn có các nguyến tôế khoáng, các nguyến tôế vi l ượng... nh ư v ậy trong bã rượu có ít đường, nhưng rấết phong phú các chấết sinh tr ưởng. Vì v ậy khi dùng bã r ượu đ ể nuôi cấếy nấếm men người ta lọc lấếy phấền dịch trong rôềi b ổ sung t ừ 1÷2% r ỉ đ ường, thếm supephosphate để tăng nguôền phospho và (NH4)2SO4 hoặc urea làm nguôền nitơ. Lượng bã rượu chiếếm khoảng 0.36% so với lượng mật rỉ đem vào sản xuấết. Trong dịch bã rượu tnh bột sau khi lọc loại bã, bã thô dùng cho th ức ăn chăn nuôi có 7-8% chấết khô và dịch bã rượu rỉ đường thường có 7.5-10% chấết khô, nhiếều các h ợp chấết N, nhiếều vitamin và khoáng chấết. Trong quá trình sấếy nấếm men đã chuyển 50-55% chấết khô c ủa r ỉ đ ường vào d ịch bã. Do đó, dịch là môi trường rấết giàu các chấết sinh trưởng. Dịch bã rĩ đường chứa 7.5-10% chấết khô, trong đó có t ới 3% là các h ợp chấết vô c ơ. D ường khử 0.2-0.5%. glyxerin 0.6-0.9%, các axit h ữu c ơ 1.5-2.5%, các axit amin, các lo ại r ượu, glucoside, các hợp chấết vô cơ và hữu cơ, các muôếi P, K, Fe, vitamin và các nguyến tôế vi l ượng. Các h ợp chấết này men có thể hấếp thu được. Bến cạnh đó, vếề mặt kinh tếế, bã rượu còn có một sôế ưu điểm so với các nguyến liệu khác: - Giá thành rẻ. - Khôếi lượng lớn và dôềi dào. - Sử dụng tện lợi. - Nguôền cung cấếp khá phổ biếến. ❖ Nguyên liệu rỉ đường: Rỉ đường là phếế liệu chứa đựng nhiếều đường không kếết tnh trong sản xuấết đường từ mía hoặc củ cải đường. Yếu cầầu của rỉ đường dùng trong sản xuầốt nầốm men gia súc: - Hàm lượng chấết khô không thấếp hơn 75% - Đường 40÷50% - Hàm lượng chấết tro không thấếp hơn7,5% - Tổng nitơ không thấếp hơn 1,4% - Sôế lượng các vi sinh vật không quá 15000 tếế bào trong 1g rỉ đường. ❖ Nguồồn Nitơ Các hợp chấết chứa nitơ của rỉ đường (a. asparaginic, a.glutamic, l ơxin, isol ơxin, tyrosin, các muôếi nitrat) có thể được nấếm men sử dụng đếến 30-40%. Chỉ có betain là không được sử dụng. Để thay thếế người ta dùng các nguôền nitơ vô cơ như dd NH 3, các muôếi nitrat, urea như nguôền chứa nitơ, diamoni phosphate (DAP) như nguôền chứa nitơ và photpho. Ngoài DAP và urea, 35 người ta có thể sử dụng các nguôền cung cấếp nitơ và phospho khác như: (NH 4)2SO4, NH4OH, H3PO4, Ca(H2PO4) để nuôi cấếy nấếm men. Tuy nhiến, hai nguôền nitơ urea và diamoni phosphate (DAP) là nh ững lo ại phấn vô c ơ đ ược sử dụng nhiếều trong nông nghiệp, dếẫ mua và rẻ hơn rấết nhiếều so v ới các chấết khác nến chúng được sử dụng nhiếều trong sản xuấết sinh khôếi nấếm men. Supephosphat và amoni sulfat được sử dụng nhưng không như mong muôến vì chúng t ạo ra canxi amoni sulfat, tạo CaSO4 bám vào mặt trong thiếết bị và ôếng dấẫn, làm cho thiếết bị bám nhiếều cáu cặn gấy cản trở cho thanh trùng và truyếền nhiệt. ❖ Nguồồn khoáng Lượng DAP có thể sử dụng trong khoảng 0,15-0,3%, urea đ ược s ử d ụng ít h ơn. Nếếu dùng nhiếều ure, phải tăng cường lượng biotn (dưới dạng tếền chấết là desthibiotn) trong d ịch lến men vì enzyme phấn giải ure của nấếm men-ure amidoliaza có thể đòi hỏi một l ượng l ớn biotn. Bổ sung P dưới dạng một loại muôếi thích hợp hay dạng acid orthophosphoric. Nguôền Kali và Magie: Trong sản xuấết sinh khôếi nấếm men, ng ười ta s ử d ụng K 2CO3 và KCl như những nguôền kali và MgSO4.7H2O hoặc MgCl2 như nguôền cung cấếp magie. ❖ Nước Nước sử dụng trong sản xuấết sinh khôếi nấếm men là nước sử dụng trong sinh ho ạt (n ước máy). Nếếu sử dụng nước giếếng phải xử lý chúng để chấết l ượng lo ại n ước này đ ạt chấết l ượng nh ư nước máy dùng trong sinh hoạt. Nước được coi như nguyến liệu chính dùng trong s ản xuấết vì đấy là công nghệ lến men hiếếu khí. Các yếu cầầu vếầ nước : - Có độ cứng từ 4 – 8o (1o tương đương 10 mg CaO/l) - Không màu, không mùi, không vị. - Các chấết 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 sôế vi khuẩn hiếếu khí <10 cfu/L (37 oC), không chứa Coliforms, không chứa Faecal streptococci và các vi khuẩn clostridia khử sulphit. II. GIỐẤNG VI SINH VẬT Trong sản xuấết men chăn nuôi trến môi trường bã rượu, giôếng VSV được sử dụng là các loài nấếm men Candida utlis (hay có tến gọi khác là: Torula utlis, Torulopsis utlis) hay Candida Tropicalis. Candida utiis Candida tropicaiis Giới: Nấếm Giới: Nấếm Ngành: Ascomycota Ngành: Ascomycota Dưới ngành: Saccharomycotna Dưới ngành: Saccharomycotna 36 Lớp: Saccharomycetes Bộ: Saccharomycetales Họ: Saccharomycetaceae Giôếng: Candida Loài: Candida utlis Lớp: Saccharomycetes Bộ: Saccharomycetales Họ: Saccharomycetaceae Giôếng: Candida Loài: Candida tropicalis 1. Candida tropicaiis ❖ Đặc điểm hình thái Tếế bào nấếm men có hình ovan, hoặc hình tròn, khá l ớn, kích th ước trung bình c ủa nấếm men thường là (5-10) x (4-8) μm, phấền l ớn các tếế bào kếết thành nhánh, hiếếm khi đ ứng riếng reẫ. H ệ sợi giả phát triển tôết từ những sợi giả kéo dài, phấn nhánh thành chuôẫi. Không t ạo bào t ử túi. Trong tếế bào già tch tụ nhiếều hạt chấết béo. ❖ Tính chấất nuồi cấấy Qua ngày đếm ở 36ºC trong nước malt (4ºBe) tạo thành cặn không nhiếều và qua m ột tháng tạo thành màng dày nhăn nheo. Khuẩn lạc mọc trến thạch malt hình tròn, màu kem trăếng. Rìa khuẩn lạc bị chia căết theo hình răng cưa hoặc có t ưa (hiếếm khí ph ẳng nhăẫn). Men này là lo ại d ị hình thái : một chủng có khi mọc thành khuẩn lạc dạng R (nhăn nheo) hay dạng S( nhăẫn). ❖ Tính chấất hoá sinh Lến men tôết các dịch đường glucose, galactose, sacarose, maltose, treharose, rafnose, melixitose, inulin, sucxinic, citric. Không hấếp thu được sovbiose, xentobiose, lactose, milibiose, dulxit, inozit và aicd xalysalic. Cấền một sôế vitamin làm chấết sinh trưởng : acid pantotenic, paraminbenzoic, tamin, inozit... ❖ Đặc tnh cồng nghệ Hiệu suấết thu hôềi sinh khôếi của nấếm men Candida tropicaiis đạt khoảng 38-46% trong môi trường nuôi cấếy. Tôếc độ sinh trưởng riệng là 0.15-0.2/h. Nếếu cho thếm vào môi tr ường cao men (0.5%). Năng suấết seẫ tăng đếến 48-50% và tôếc độ sinh trưởng là 0.25-0.28/h. Nhiệt độ nuôi cấếy thích hợp là 36-37ºC, pH = 4.2-4.5 2. Candida utiis ❖ Đặc điểm hình thái: Tếế bào dài có kích thước 4x8.3μm , đứng riếng reẫ hoặc đôi khi kếết thành chuôẫi ngăến, phấn nhánh, không thấếy sinh hệ sợi hay giả sợi, không sinh ra bào t ử túi. ❖ Tính chấất nuồi cấấy: Trong môi trường lỏng tạo thành vòng và cặn lăếng đặc. Khuẩn lạc mọc trến môi trường thạch malt có màu vàng úa, óng ánh nh ẹ, ph ẳng nhăẫn, rìa h ơi b ị chia căết, thỉnh thoảng ở giữa không láng bóng mà hơi gợn nhăn nheo. 37 ❖ Tính chấất hoá sinh Lến men được glucose, sacarose, 1/3 rafnose Đôềng hoá băềng cách oxi hoá glucose, sacarose, maltose, rafnose, xylose; yếếu v ới galactose và arabinose. Có thể hấếp thu được các nguôền nitơ như KNO3, amonisunfat,ure, peptone. ❖ Đặc tnh cồng nghệ: Năng suấết thu hôềi sinh khôếi là 40% so với chấết khô trong môi trừơng. Bảng 4. Thành phầần hóa học của tếố bào nầốm men candida utiis Thông sôế % chấết khô Ẩm 5-7 protein (N x 6,25) 50 - 54 Tro 6.5-7.0 Chấết béo 3.0-5.0 carbohydrates 25-30 ❖ Điêồu kiện sinh trưởng ➢ Nhiệt độ sinh trưởng: Đôếi với sinh trưởng của đa sôế nấếm men thì nhiệt độ sinh tr ưởng tôếi thích vào kho ảng 28o 32 C. ➢ Oxi hòa tan và độ hiếếu khí Độ hiếếu khí của môi trường được thể hiện băềng lượng oxi hòa tan trong môi tr ường. S ự có mặt của oxi tạo điếều kiện cho nấếm men hô hấếp và sinh s ản. L ượng oxi hòa tan trong môi tr ường phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì oxy hòa tan càng kém. Bình th ường l ượng oxy hòa tan tôếi đa trong nước là 9 mg/l. Khi nôềng độ này giảm xuôếng 1mg/l thì nấếm men seẫ ngừng sinh s ản. ➢ pH của môi trường Môẫi loài vi sinh vật nói chung đếều sinh trưởng và phát triển tôếi thích ở m ột giá tr ị pH nhấết định. pH thích hợp cho sinh trưởng của nấếm men là 4,0- 4,5. ➢ Hàm lượng đường Hàm lượng đường (glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, ...) càng cao thì nấếm men sinh trưởng càng tôết. Tuy nhiến, nếếu hàm l ượng đường quá cao seẫ t ạo ra áp l ực th ẩm thấếu lớn, từ đó ức chếế nấếm men sinh trưởng. Cấền lưu ý với glucose, hàm l ượng cao có th ể ức chếế hô hấếp (hiệu ứng Captree). Tiếu chuẩn iựa chọn giốống: Nấếm men gôềm có nhiếều nòi (chủng) khác nhau, môẫi nòi có m ột vài đ ặc tnh riếng bi ệt, nói chung nấếm men dùng trong sản xuấết sinh khôếi phải đảm bảo những yếu cấều sau: - Nấếm men Candida utlis có khả năng sinh sản rấết nhanh chóng: khả năng tch lũy sinh khôếi nấếm men là 0.2 g/h. Trong điếều kiện nuôi nấếm men có s ục khí, môi tr ường có nôềng đ ộ chấết khô là 8% ở 30oC trong 6h. 38 - Hàm lượng protein và sinh tôế cao, dếẫ tếu hóa nến được dùng s ản xuấết th ức ăn cho ng ười và động vật. Thành phấền hóa học đáp ứng được nhu cấều vếề dinh dưỡng và không chứa các chấết có đ ộc tnh đôếi với động vật. Không gấy bệnh cho động vật và người. Đôềng hóa được các chấết dinh dưỡng có trong môi trường với hệ sôế kinh tếế cao. Thích nghi với môi trường bã rượu. Có sức chôếng chịu v ới t ạp khu ẩn và nh ững chấết kìm hãm sinh trưởng Tếế bào nấếm men có kích thước lớn, đôềng đếều để có th ể dếẫ tách băềng separator (máy li tấm tách) Chương 3: QUY TRÌNH CỐNG NGHỆ I. SƠ ĐỐỒ KHỐẤI QUY TRÌNH CỐNG NGHỆ Bã rượu Lọc Mật rỉ Tạo môi trường nuôi cấy B ã Muối dinh dưỡng Thanh trùng Men giống Làm nguội Nhân giống Lên men Ly tâm 39 Cô đặc Ox i Sấy Đóng gói Men thành phẩm II. THUYÊẤT MINH QUY TRÌNH CỐNG NGHỆ 1. Quá trình lọc a) Mục đích: Trong sản xuấết rượu có một lượng dịch bã rấết l ớn : c ứ 100 lít côền th ải ra tới gấền 12m . Quá trình lọc bã nhăềm thu dịch lọc để làm môi tr ường nuôi cấếy nấếm men, phấền bã còn lại được tận dụng để làm thức ăn gia súc. 3 b) Các biêấn đổi: - Vật lý: loại được một sôế tạp chấết trong bã Hóa lý: độ nhớt giảm. c) Phương pháp thực hiện : Do bã rượu có độ nhớt cao, tương đôếi khó lọc nến ta ch ọn phương pháp lọc áp lực ở nhiệt độ cao và có sử dụng chấết tr ợ lọc. Ở đấy, bã r ượu sau khi ch ưng cấết (nhiệt độ 55-60oC ) được đem đi lọc ngay nến không cấền phải gia nhiệt bã rượu trước khi lọc. ❖ Chầốt trợ iọc Chấết trợ lọc là một loại bột mịn được đưa vào để hôẫ trợ cho quá trình l ọc. Chấết tr ợ l ọc có nhiệm vụ làm cho lôẫ mao quản nhỏ và tạo thành trến bếề m ặt l ọc m ột l ớp bã b ổ sung làm tăng kh ả năng giữ pha răến và giảm trở lực của pha lỏng. Các yếu cầầu cầần thiếốt của bột trợ iọc - Tạo được trến bếề mặt lọc lớp bã có độ xôếp lớn (ε = 0,85-0,9), nhưng kích thước lôẫ xôếp bé. Bếề mặt riếng của bột trợ lọc không lớn lăếm (vì bếề m ặt riếng l ớn thì kích th ước h ạt bé và tr ở lực lớn). 40 - Giới hạn thành phấền cỡ hạt của bột trợ lọc trong phạm vi hẹp (kích th ước c ỡ h ạt t ương đôếi đôềng nhấết). - Độ nén ép dưới áp suấết không lớn lăếm. Không hòa tan và có phản ứng hóa học với pha lỏng của huyếền phù. Người ta thường có hai cách để sử dụng bột trợ lọc + Hòa bột trợ lọc vào huyếền phù (khoảng 0.01- 4 % huyếền phù đem lọc). + Phủ lớp bột trợ lọc lến bếề mặt (thường dùng cho thiếết bị l ọc gián đo ạn) v ới chiếều dày khoảng 0.8 - 2.5mm (tương đương với khôếi l ượng 0.1 - 0.75 kg.m 2). trong các thiếết bị lọc liến tục người ta thường pha bột tr ợ l ọc vào huyếền phù rôềi tếến hành lọc với tôếc độ lớn. Trong sản xuấết thường sử dụng nhiếều loại bột trợ lọc khác nhau như diatomit, amiang, cellulose, mùn cưa, than gôẫ, than hoạt tnh… 2. Chuẩn bị mồi trường nuồi cấấy: a) Mục đích: Thành phấền và nôềng độ các cấếu tử của môi trường dinh dưỡng nuôi cấếy nấếm men ảnh hưởng rấết nhiếều đếến tôếc độ sinh sản, thành phấền tếế bào và hiệu suấết thu hôềi sinh khôếi c ủa nấếm men. Các nguôền đường đơn và đường đôi, acid amin, glycerin là nguôền cacbon dinh d ưỡng c ủa nấếm men. Bã rượu qua các kyẫ thuật sản xuấết hấều như không còn chứa các chấết sinh tr ưởng cho nấếm men, nến việc bổ sung các chấết sinh trưởng vào bã r ượu là cấền thiếết. Trong bã th ường thiếếu cấn đôếi vếề tỉ lệ C:N:P. Vì vậy, muôến nấếm men sử dụng hếết nguôền cacbon ta phải thếm nguôền N và P. b) Phương pháp thực hiện: Ta trộn dịch bã rượu với 1-2 % rỉ đường (tnh theo thể tch dung dịch) Bổ sung vào dịch nuôi cấếy với 1 m 3 bã rượu thường bổ sung với 1,3 kg DAP và 0,5 kg ure rôềi hạ nhiệt xuôếng 30oC. Nuôi nấếm men : nhiệt độ 28-30o, pH 4.0-4.2 , thời gian nuôi 16-18h. Nếếu dịch bã có nôềng độ chấết khô trến 8% thì pha loãng tới nôềng độ 6.8-7.2% Tiếến hành pha dung dịch DAP : Urea dếẫ hoà tan tuy nhiến seẫ làm giảm nhi ệt độ c ủa n ước, DAP rấết khó hoà tan trong n ước do khi sản xuấết nó có chứa một sôế chấết phụ gia không tan.Vì v ậy, tr ước khi s ử d ụng ph ải hoà tan vào nước nóng theo tỉ lệ 1:5-6 (nước) trước. Dung dịch được trộn lấẫn với l ượng acid phosphoric đã tnh toán, pha loãng băềng nước theo tỉ lệ 1: 5 rôềi cho qua bộ phận đo lường. ❖ Chuẩn bị khí vồ trùng : Phương pháp vi lọc gôềm 3 giai đọan - Xử lý sơ bộ : tách bụi và hợp chấết cơ học khác (φ = 5-10 m). V ật li ệu membrane polymer, phôi kim loại… - Xử lý thô: tách phấền lớn (98%) các vi sinh vật trong không khí (φ = 1-1.5 m). V ật li ệu membrane polyamide, polyester… - Xử lý tnh: tách các vi sinh vật có kích th ước nh ỏ (φ = 0.3 m), đ ộ tnh s ạch 99.99%. V ật li ệu lọc: membrane ceramic,cellulose acetate… 41 3. Quá trình thanh trùng a) Mục đích: Quá trình này seẫ tếu diệt một sôế vi sinh vật có trong dịch bã r ượu chu ẩn bị cho quá trình nuôi cấếy sau này. b) Các biêấn đổi trong quá trình: ➢ Vật lý: nhiệt độ tăng. ➢ Hóa học: mấết đi một sôế cấếu tử mấẫn cảm với nhiệt độ cao, có th ể x ảy ra ph ản ứng Maillard. ➢ Hóa lý: độ nhớt dung dịch giảm. ➢ Hóa sinh: các enzym bị biếến tnh bấết thuận nghịch. ➢ Sinh học: hệ vi sinh vật trong môi trường bị tếu diệt một phấền. 4. Quá trình làm nguội a) Mục đích: Hạ nhiệt độ của canh trường để chuẩn bị cho quá trình nuôi cấếy. b) Các biêấn đổi trong quá trình: ➢ Vật lý: nhiệt độ giảm ➢ Hóa lý: độ nhớt dung dịch tăng. 5. Quá trình nuồi cấấy men giồấng a) Mục đích: Đấy là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình nuôi cấếy mở rộng nhăềm làm tăng dịch nấếm men giôếng sau môẫi chu kỳ nuôi cho đếến khi đ ủ l ượng giôếng cấền thiếết cho quá trình s ản xuấết. b) Biêấn đổi: Sinh học: sinh khôếi vi sinh vật tăng. c) Phương pháp thực hiện: ➢ Nuôi cấếy nhấn giôếng đấều tến được thực hiện trong phòng thí nghiệm: Giôếng được nuôi cấếy trến ôếng nghiệm thạch nghiếng rôềi cấếy chuyếền vào ôếng nghi ệm 20ml chứa 10ml môi trường nuôi cấếy đã được vô trùng. Tiếến hành nuôi ở 28-32 oC trong vòng 16-20 giờ. Sau khoảng thời gian trến thì ta lấền lượt cấếy vào bình tam giác và trong các thiếết bị l ớn h ơn, tỷ lệ giôếng chuyển cấếp là 1:10 cho đếến khi được 100l thì ta chuy ển sang giai đo ạn nhấn giôếng ở chếế độ phấn xưởng. ➢ Nhấn giôếng trong giai đoạn phấn xưởng: Tiếến hành nhấn giôếng trong thiếết bị có thể tch 3-4 m 3 chứa 1m3 dịch nuôi cấếy cũng ở nhiệt độ và thời gian như trến, sau đó ta tếếp tục nhấn giôếng vào những thiếết bị l ớn hơn với tỷ l ệ môẫi cấếp chuyển giôếng là 1:10 cho đếến khi được 100 m3 . Quá trình nhấn giôếng trong phòng thí nghiệm và nhấn giôếng trong s ản xuấết cấền t ạo điếều kiện cho giôếng thuấền chủng sinh sản nhanh, không bị tạp nhiếẫm v ới các d ụng c ụ và thiếết b ị, ph ục vụ cho nuôi cấếy vô khuẩn (kể cả lọc khí phục vụ cho sục khí). 42 Khi nuôi cấếy đếều cấền phải đảm bảo các biện pháp để tránh nhiếẫm tạp như: - Đun nóng hoặc lọc các thành phấền môi trường: Môi tr ường nhấn giôếng và khi tếến hành nhấn giôếng cũng phải đảm bảo vô trùng. - Khử trùng thiếết bị nuôi cấếy - Các quá trình nuôi cấếy cấền thông khí mạnh để cho nấếm men hô hấếp và phát triển sinh khôếi. - Nhiệt sinh ra trong quá trình nhấn giôếng phải được loại bỏ nhờ một hệ thôếng làm lạnh. d) Thồng sồấ cồng nghệ: ● pH trong quá trình nhấn giôếng và nuôi giôếng: 4-4.2 ● Nhiệt độ trong quá trình nhấn giôếng và nuôi giôếng: 28-32 oC ● Thời gian nuôi môẫi lấền chuyển cấếp: 16-20 giờ. 6. Lên men a) Muc đích: Quá trình nuôếi cấếy men mở rộng nhăềm mục đích tăng sinh khôếi tếế bào nấếm men đếến mức như mong muôến. Cơ sở khoa học: Khi nuôi cấếy nấếm men rượu trong môi trường giàu đường nếếu đ ủ oxy chúng seẫ sinh trưởng, tăng sinh khôếi và sôếng ở trạng thái hô hấếp, nếếu thiếếu oxy ho ặc không có oxy chúng chuy ển sang lến men (hô hấếp kị khí). Nếếu cung cấếp oxy liến tục vào môi trường thì tếế bào nấếm men seẫ chuy ển t ừ tr ạng thái lến men sang hô hấếp. Quá trình hấếp thu glucose trong tếế bào đang hô hấếp x ảy ra ch ậm h ơn so v ới các tếế bào đang lến men. Hiện tượng này được giải thích như sau: quá trình lến men sinh ra ít năng l ượng h ơn quá trình hô hấếp. Vì vậy, để có đủ năng lượng, trong điếều ki ện lến men cấền ph ải phấn gi ải nhiếều glucose hơn, tếế bào lến men hấếp thu nhiếều glucose hơn Vếề nguyến tăếc, sinh khôếi nấếm men có thể được thu nhận băềng 2 cách: nuôi cấếy k ỵ khí và nuôi cấếy hiếếu khí. Trong điếều kiện nuôi cấếy hiếếu khí s ản ph ẩm ch ủ yếếu là sinh khôếi, còn CO 2 là sản phẩm thứ cấếp. Trong nuôi cấếy kỵ khí thu được sinh khôếi ít hơn (ch ỉ kho ảng ¼ so v ới hiếếu khí), còn lại là CO2 và một sôế sản phẩm trao đổi chấết của tếế bào nấếm men, quan trọng nhấết là ethanol. Vì thếế, trong sản xuấết sinh khôếi nấếm men, để đạt được hiệu suấết thu hôềi sinh khôếi cao cấền phải tạo điếều kiện hiếếu khí để đảm bảo cho nấếm men sinh tr ưởng và tăng sinh khôếi tôết đôềng th ời tránh tếu hao nhiếều chấết dinh dưỡng cấền thiếết trong quá trình nuôi cấếy. b) Các biêấn đổi xảy ra trong quá trình nuồi cấấy ❖ Các biêấn đổi sinh học Các giai đoạn sinh trưởng của nấếm men Ở giai đoạn tếềm phát, nấếm men cấền phải có thời gian thích nghi v ới điếều ki ện m ới. Ở giai đoạn này việc tạo thành các acid amin, các peptd và acid nucleic x ảy ra nhanh h ơn các quá trình khác. Thời gian có thể kéo dài cũng có thể ngăến tuỳ thuộc vào t ừng ch ủng nấếm men. Giai đo ạn này thường khoảng 0,5-1 giờ và chỉ cấền cung cấếp lượng không khí khoảng 50 m 3/h/m3 môi trường là đủ. 43 Ở giai đoạn tăng trưởng, nấếm men tếến hành các quá trình trao đổi chấết rấết m ạnh, khôếi lượng nấếm men trong thiếết bị tăng lến rõ rệt. Việc tổng hợp các enzyme được xúc tếến nhanh. Hàm lượng RNA được tổng hợp nhiếều nhấết. Giai đoạn này thường kéo dài khoảng 7-14 gi ờ và cũng là giai đoạn nấếm men cấến nhiếều oxy nhấết, do đó lượng oxi cung cấếp ph ải gấếp đôi giai đo ạn đấều tến, khoảng 80-100 m3/giờ/m3 môi trường. Giai đoạn kếế tếếp là giai đoạn cấn băềng. Giai đoạn này có nhiếều thay đổi quan trọng. Lượng tếế bào mới sinh gấền băềng l ượng tếế bào chếết. Các quá trình trao đổi chấết giảm mạnh, do đó nhu cấều oxy không nhiếều. Giai đo ạn này kéo dài khoảng 1-2 giờ và ta phải giảm lượng không khí cấếp vào môi tr ường. Lượng không khí cấếp vào môi trường này từ 20-50 m3/ giờ/m3 môi trường. ❖ Các biêấn đổi hoa sinh Các biếến đổi hóa sinh phấền lớn xảy ra bến trong c ông v ôớ i s ự trao đ ổi chấết c ủa tếế bào nấếm men. Biếến đổi đấều tến quan trọng nhấết là sự chuyển hóa đ ường saccharose thành D-glucose và Dfructose dưới xúc tác của enzyme invertase được tổng hợp bởi nấếm men. Sau đó, glucose tếếp t ục tham gia các chuôẫi phản ứng hóa sinh trong các chu trình sinh hóa đ ể t ổng h ợp v ật chấết tếế bào và năng lượng cho nấếm men sinh trưởng. ❖ Các biêấn đổi vật lý Trong quá trình nuôi cấếy, quá trình trao đ ổi chấết c ủa nấếm men x ảy ra liến t ục làm cho nhi ệt đ ộ canh trường tăng lến. ❖ Các biêấn đổi hoa học ✓ Hàm lượng chấết khô (chủ yếếu là đường saccharose): giảm dấền theo thời gian do quá trình hô hấếp hiếếu khí và quá trình sinh t ổng hợp vật chấết tếế bào của nấếm men. ✓ pH: sự thay đổi theo 2 cơ chếế chính: ▪ Sự sinh tổng hợp các acid hữu cơ (các sản phẩm phụ c ủa quá trình trao đ ổi chấết) ▪ Cơ chếế đôềng vận chuyển ion H+ trong và ngoài tếế bào nấếm men trong quá trình trao đổi chấết. ❖ Các biêấn đổi hoa lý ✓ Sự hòa tan oxy Vì nấếm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hoà tan nến tôếc đ ộ hoà tan c ủa oxy vào dung dịch băềng tôếc độ sử dụng oxy của tếế bào nấếm men thì sinh khôếi tếế bào nấếm men đạt cực đại. Đô hòa tan c ua oxy phu thu ôc vào nhiếều yếếu tôế như nhiêt đô, tôếc đ ô khuấếy tr ôn, l ưu lượng sục khí, sự có măt că aủ các chấết hoạt đông bếề măt, các chấết phá b ôă t. ọ ✓ Sự hình thành bọt Trong quá trình nuôi cấếy, do sục khí liến tục và nấếm men hô hấếp giải phóng m ột l ượng đáng kể CO2nến làm tăng thể tch bôền nuôi cấếy, gấy hiện tượng trào bọt trến bếề m ặt. Vì v ậy d ịch nuôi 44 cấếy rấết dếẫ bị tạp nhiếẫm. Do đó, dung tch sử dụng thiếết b ị ph ải năềm trong kho ảng 0,7-0,8 đôềng th ời có sử dụng chấết phá bọt (keo ưa nước, mỡ cá, hôẫn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dấều silicone...). c) Các yêấu tồấ ảnh hưởng đêấn quá trình nuồi cấấy ❖ Thành phấồn mồi trường nuồi cấấy Môi trường nuôi cấếy phải ổn định vếề thành phấền chấết dinh d ưỡng ph ải ổn đ ịnh đ ể chấết lượng nấếm men đôềng đểu ở tấết cả các mẻ nuôi trong suôết quá trình s ản xuấết và môi tr ường nuôi cấếy phải tuyệt đôếi vô trùng. Thành phấền môi trường nuôi cấếy ảnh h ưởng đếến chấết l ượng c ủa quá trình nuôi cấếy nấếm men như sau: ❖ Ảnh hưởng của hàm lượng đường Lượng đường trong môi trường khoảng 22% (nuôi cấếy gián đoạn) và kho ảng 2-3% (nuôi cấếy bán liến tục) không nến nhiếều hơn và cũng không nến ít hơn vì: Nếếu hàm lượng đường cao seẫ vừa gấy lãng phí (vì trong quá trình tăng sinh khôếi trong điếều kiện hiếếu khí nấếm sử dụng đường rấết ít) vừa tạo ra những s ản ph ẩm trao đ ổi chấết khác, seẫ gấy ức chếế ngược đếến quá trình tạo sinh khôếi. Cụ thể là, ở điếều ki ện hàm lượng đ ường thấếp và có m ặt c ủa oxi, nấếm men seẫ tếến hành quá trình trao đổi chấết và năng l ượng theo chu trình Crebs (t ừ 1 phấn tử đường hexose tạo thành 38 phấn tử ATP). Con đường này giúp sử dụng ít c ơ chấết (tếết ki ệm c ơ chấết) nhưng năng lượng tạo ra rấết nhiếều. Trong khi đó, nếếu hàm l ượng đ ường cao thì m ột l ượng đường dư thừa seẫ tham gia các con đường trao đ ổi chấết không cấền thiếết (nh ư con đ ường hình thành ethanol từ acid pyruvic), dù cho quá trình nuôi cấếy diếẫn ra trong điếều ki ện hiếếu khí. M ặc khác, ở hàm lượng đường quá cao có thể tạo nến một áp suấết thẩm thấếu cao trong môi tr ường nuôi cấếy có thể kiếềm hãm sự trao đổi chấết và sinh trưởng c ủa nấếm men. Hàm l ượng đ ường cao còn có thể tạo ra dung dịch có độ nhớt lớn ảnh hưởng đếến s ự hòa tan và khuếếch tán oxi cũng nh ư khả năng tếếp xúc của nấếm men với thức ăn. Kếết quả là làm gi ảm hi ệu suấết sinh t ổng h ợp sinh khôếi nấếm men và làm kéo dài thời gian nuôi cấếy. Nếếu hàm lượng đường quá nhỏ seẫ không đủ nguôền carbon cấền thiếết cho quá trình tạo sinh khôếi, t ừ đó làm cho kéo dài thời gian thu nhận sinh khôếi. Cấền lưu ý răềng, nếếu trong môi trường có nôềng độ đường glucose cao cũng có kh ả năng ức chếế hô hấếp của nấếm men (hiệu ứng Captree). Khi quá trình hô hấếp bị ức chếế thì quá trình lến men seẫ diếẫn ra thậm chí ngay cả khi có mặt của oxy làm tổn thấết đường. ❖ pH pH trong môi trường khoảng 4.0-4.2. Không nến hạ thấếp độ pH c ủa môi tr ường xuôếng quá giá trị này vì có thể làm cho nấếm men khó phát tri ển. Nếếu pH cao quá v ừa ức chếế nấếm men phát triển vừa tạo điếều kiện thuận lợi cho vi khuẩn nhiếẫm vào phát tri ển, c ạnh tranh chấết dinh d ưỡng, làm giảm chấết lượng nấếm men thành phẩm. Cơ chếế ức chếế sinh trưởng của nấếm men ở pH thấếp như sau: pH đặc tr ưng cho kh ả năng phấn ly H+của các acid hữu cơ hoặc vô cơ. pH càng thấếp H +càng nhiếều, khi đó H+seẫ tham gia vào quá trình vận chuyển chấết trong và ngoài màng tếế bào, đặc biệt là làm rôếi lo ạn các ph ản ứng sinh 45 hoá có enzyme xúc tác. ❖ Điêồu kiện nuồi cấấy ✓ Nhiệt độ Nhiệt độ nuôi cấếy phải được kiểm soát chặt cheẫ và điếều chỉnh đếến nhi ệt đ ộ tôếi thích cho nấếm men phát triển. Nhiệt độ quá cao hay quá thấếp đếều ảnh hưởng quá trình sinh tr ưởng và trao đổi chấết do ảnh hưởng đếến hoạt tnh của các enzyme tr ực tếếp tham gia vào các chuôẫi ph ản ứng sinh hoá của cơ thể. Mặc khác, nhiệt độ còn ảnh hưởng đếến độ hoà tan của oxy trong môi tr ường. Nhi ệt đ ộ càng thấếp thì độ hoà tan của oxy càng cao. Nhưng nếếu nhi ệt độ quá thấếp (d ưới 28 oC) seẫ làm chậm quá trình sinh trưởng của nấếm men kéo dài thời gian nuôi cấếy. Vì v ậy, trong nuôi cấếy nấếm men người ta thường điếều chỉnh nhiệt độ môi trường nuôi cấếy thường là 28-32 oC. ✓ Oxy Oxy là một trong những yếếu tôế quan trọng ảnh hưởng đếến sinh trưởng và phát tri ển c ủa nấếm menCác quá trình lến men thoáng khí đòi hỏi phải cung cấếp O 2. O2 cấền dùng làm chấết nhận hydrogen và điện tử cuôếi cùng, ngoài ra O 2 còn được dùng trong các quá trình oxy hóa do oxygenase xúc tác. Vi sinh vật chỉ sử dụng O 2 hòa tan, nhưng độ hòa tan của O 2 trong nước là rấết nhỏ. Ở điếều kiện áp suấết khí quyển và nhiệt độ 30 oC, 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 xuấết, vi sinh vật đòi hỏi l ượng O 2 ở mức độ từ 500-5000 ml O2/l.h. Nhu cấều O2 được quyếết định bởi hoạt tnh trao đổi chấết của vi sinh v ật. Ví d ụ đ ể t ổng h ợp được nguyến liệu tếế bào của 1g chấết khô nấếm men t ừ đ ường thì cấền kho ảng 500 ml O 2. Vì trong quá trình lến men loại này mật độ tếế bào là 10g/l, m ặt khác s ự tăng gấếp đôi khôếi l ượng tếế bào nấếm men trến glucose kéo dài trong 2h nến trị sôế vếề nhu cấều O 2 là 2500 ml O2/lít dịch dinh dưỡng.h. Các trị sôế này phụ thuộc vào mức độ oxy hóa cơ chấết. Ngoài ra nhu cấều O 2 còn phụ thuộc vào điếều kiện nuôi cấếy và tôếc độ sinh trưởng của vi sinh vật, khi sinh trưởng chậm nhu cấều này cũng gi ảm đi. Đảm bảo việc cung cấếp O2 một cách có hiệu quả và tôếi ưu là một trong những chức năng chính của nôềi lến men. Nhờ các hệ thôếng khuấếy theo các ki ểu khác nhau có tác d ụng khuấếy tr ộn và phá vỡ các bóng không khí, hoặc nhờ các hệ thôếng bơm đưa không khí vào dung d ịch mà có th ể tăng cường sự xấm nhập của O2. Việc cung cấếp oxy cho quá trình tạo sinh khôếi là rấết cấền thiếết. Tuy nhiến, nhu cấều cung cấếp oxy cho quá trình phát triển của nấếm men không phải lúc nào cũng giôếng nhau. Do đó ph ải thay đổi mức độ cung cấếp oxy theo đúng nhu cấều thực của nấếm men. Người ta thường cung cấếp oxi cho môi trường nhờ không khí. Không khí trước khi đưa vào thiếết b ị lến men, ph ải đ ược l ọc vô trùng để làm sạch khỏi vi sinh và tạp chấết. Nấếm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hòa tantrong môi trường lỏng. Thông thường, lượng oxy hoà tan trong nước rấết ít. Trong quá trình phát triển, nấếm men seẫ nhận oxy hòa tan và như vậy lượng oxy hòa tan seẫ giảm, do đó cấền ph ải cung cấếp oxi t ừ bến ngoài thiếết bị. Nếếu chỉ thiếếu oxy trong thời gian ngăến, ngay l ập tức chúng chuy ển quá trình lến men hiếếu khí sang quá trình lến men kỵ khí. Như vậy lượng sinh khôếi t ạo thành seẫ rấết ít và đ ường seẫ đ ược 46 chuyển hóa theo các chu trình đường phấn cả các chu trình khác đ ể cuôếi cùng t ạo ra s ản ph ẩm trao đổi chấết bậc hai. Do đó quá trình nuôi cấếy nấếm men thu nh ận sinh khôếi băết bu ộc ph ải đ ược cung cấếp oxy liến tục. Sự tăng hàm lượng oxy hòa tan không tỷ lệ thuận với sự tăng sinh khôếi. ✓ Sự khuấếy trộn và thổi khí Trong thiếết bị lến men người ta phải lăếp đặt hệ thôếng phấn phôếi khí và h ệ thôếng cánh khuấếy. Hệ thôếng phấn phôếi khí trong nuôi cấếy nấếm men thường được lăếp đ ặt ở d ưới đáy thiếết b ị. Việc cung cấếp oxy cho những thiếết bị nhỏ ở trong các phòng thí nghi ệm th ường rấết khó khăn. Do đó người ta thường sử dụng máy lăếc để tăng sự hòa tan của oxy vào môi trường. Khi sôế vòng quay của cánh khuấếy và tôếc độ thổi khí tăng thì đ ộ hoà tan c ủa oxy vào dung dịch môi trường seẫ tăngtheo. Đôềng thời làm tăng sự xáo tr ộnmôi tr ường và thúc đ ẩy quá trình truyếền nhiệt và truyếền khôếi tôết hơn, từ đó làm tăng nhanh quá trình trao đ ổi chấết và sinh s ản c ủa nấếm men. Tuy nhiến, việc tăng tôếc độ khuấếy và tôếc độ thổi khí chỉ đếến m ột gi ới h ạn nhấết định. Nếếu tôếc độ của hai yếếu tôế này quá cao seẫ làm tăng nhanh hiện tượng tự phấn c ủa tếế bào và b ọt seẫ t ạo ra nhiếều. Nếếu trong quá trình lến men, nhiệt độ môi tr ường tăng nhanh (do quá trình hô hấếp c ủa vi sinh vật) thì ngay lập tức phải thổi khí mạnh để làm gi ảm nhi ệt đ ộ c ủa môi tr ường. Nếếu không làm hạ nhiệt, độ hoà tan của oxy seẫ giảm và từ đó năng suấết sinh khôếi cũng giảm. ✓ Sự có mặt của chấết hoạt động bếề mặt hay chấết phá bọt Trong trường hợp phải dùng những chấết hoạt động bếề mặt, chấết phá bọt hoặc m ột sôế chấết chôếng nhiếẫm trùng, độ hòa tan của oxy cũng giảm. Dịch men trong quá trinh nuôi nếếu có thổi khí seẫ tạo thành b ọt. Khi nuôi men đ ạt yếu cấều, dịch men tháo ra bình chứa là một thể dịch b ọt v ới nôềng đ ộ 0,25 g/cm 3, trong đó bọt chiếếm 2/3 thể tch. Trước khi tách men cấền phải phá bọt băềng bi ện pháp c ơ h ọc và hóa h ọc. Các chấết phá b ọt là các họat chấết bếề mặt: các chấết keo ưa nước, m ỡ cá voi, cá m ập, hôẫn h ợp xà phòng hóa, acid oleic, dấều silicon. Để tăng tác dụng phá bọt, các chấết này được s ử d ụng ở d ạng nhũ hóa v ới n ước, với tỉ lệ 1:6. Phá bọt băềng cơ học dựa vào kếết cấếu của thiếết bị. Trong sản xuấết sinh khôếi nấếm men gia súc, người ta thường kếết thúc quá trình nuôi nấếm men ở gấền cuôếi giai đoạn 2 tức là giai đoạn tăng tr ưởng, b ởi vì m ột trong nh ững yếu cấều quan trọng là sôế lượng tếế bào nấếm men sôếng phải chiếếm đại đa sôế nến không th ể đ ợi đếến giai đo ạn cấn băềng mới tếến hành thu nhận sinh khôếi, làm vậy nấếm men thu được seẫ chứa rấết nhiếều tếế bào già. d) Các phương pháp nuồi cấấy: Trong sản xuấết công nghiệp người ta thường dùng phương pháp nuôi cấếy theo dòng liến tục. Hàm lượng oxy hòa tan là nhấn tôế giới hạn trong thành phấền tôếi ưu c ủa môi tr ường và điếều kiện thuận lợi cho nuôi cấếy. Tôếc độ sử dụng oxy c ủa nấếm men ch ỉ ph ụ thu ộc vào h ọat tnh c ủa chúng và thành phấền của môi trường. Hiệu suấết của thiếết bị nuôi cấếy phụ thuộc vào hệ sôế hấếp phụ của oxy, mức độ sử dụng không khí, phụ thuộc vào nhu cấều riếng vếề oxy để tổng h ợp 1 đ ơn v ị sinh khôếi t ừ t ừng l ọai nguyến 47 liệu và phụ thuộc vào hệ sôế tổng hơp. Để xác định chếế độ làm việc tôếi ưu của một thiếết bị, người ta xác đ ịnh m ức đ ộ s ử d ụng oxy và theo đó seẫ chọn được tôếc độ pha loãng, thành phấền t ương ứng của môi tr ường và tăng cao năng suấết sinh khôếi. Các tếế bào càng được giữ lấu trong thiếết bị thì hoạt tnh c ủa giôếng càng gi ảm và năng suấết sinh khôếi càng thấếp. Vì vậy khi tếến hành nuôi lến men theo ph ương pháp bán liến t ục thì seẫ cho hiệu quả kinh tếế cao: khi đạt lượng sinh khôếi có trong dịch nuôi cấếy seẫ lấếy dấền ra rôềi cho thếm môi trường mới vào nôềi lến men có hàm lượng đường khoảng 1-2 %. Sử dụng giôếng nấếm men có họat tnh thấếp seẫ làm giảm hiệu suấết thu hôềi sinh khôếi.. 7. Quá trình ly tấm a) Muc đích : Quá trình này nhăềm mục đích phấn tách để thu nhận tếế bào nấếm men từ canh trường nuôi cấếy được thực hiện ngay sau khi kếết thúc quá trình lến men. b) Phương pháp thựêc hiên Để tách nấếm men khỏi dung dịch lến men, ta dùng phương pháp ly tấm. Nấếm men th ường có tỉ trọng lớn hơn dung dịch lến men (tỉ tr ọng c ủa nấếm men th ường năềm trong kho ảng 1,13-1,14 còn dịch nuôi cấếy không chứa nấếm men là 1,01-1,03). Do v ậy, tếế bào nấếm men seẫ ch ịu l ực ly tấm lớn hơn và được tách ra khỏi dung dịch nuôi cấếy. o Đặc điểm sinh khốối nầốm men sau iy tầm Sinh khôếi nấếm men thu được ở dạng sệt có 75-80 % n ước, 20-25 % chấết khô trong đó cacbon chiếếm 40-50 %, nitơ 7-10 % tương ứng với 40-60 % protein, hydro 5-7 %, oxy 25-30 %, các nguyến tôế vô cơ 5-10 % ( phospho và kali chiếếm 95-97 % t ổng l ượng tro, sôế còn l ại là canxi, magie, nhôm, lưu huỳnh, clo, săết, một lượng rấết nhỏ các nguyến tôế mangan, keẫm, molipden, bo, coban…). Ngoài ra, trong tếế bào nấếm men còn chứ hấều hếết các chấết cấền thiếết cho s ự sôếng nh ư glucid, lipid, enzym, các acid nucleic … 8. Cồ đặc a) Mục đích: ✓ Chuẩn bị cho quá trình sấếy dếẫ dàng hơn băềng cách tăng nôềng đ ộ chấết khô, làm gi ảm chi phí vếề thời gian sấếy. ✓ Giếết men và tấết cả các vi sinh vật tạp nhiếẫm để hạn chếế các mấềm b ệnh có th ể nhiếẫm từ vi sinh vật ✓ Phá vỡ tếế bào nấếm men nhăềm tăng hệ sôế hấếp thu nấếm men cho động vật. b) Các biêấn đổi ➢ Vật lý: ● Tính chấết dung dịch thay đổi, hệ sôế dấẫn nhiệt, nhiệt dung gi ảm, khôếi l ượng riếng, nhiệt độ sôi tăng. 48 ➢ ➢ ➢ c) Hóa lý: độ nhớt của huyếền phù tăng lến Hóa sinh: một sôế enzym bị biếến tnh. Sinh học: hệ vi sinh vật tôến tại trong nấếm men bị tếu diệt. Phương pháp thực hiện: Có thể tếến hành phương pháp băềng các thiếết bị cô đặc băềng thiếết bị d ạng màng ho ặc tấếm bản. Nôềng độ cuôếi cùng của nấếm mến lến đếến 40%. Phương pháp thường được sử dụng với sản phẩm sấếy phun. 9. Sấấy: a) Mục đích: Huyếền phù sinh khôếi nấếm men sau quá trình cô đặc có nôềng đ ộ chấết khô 40% . Quá trình sấếy nhăềm mục đích tách ẩm ra khỏi men, đưa độ ẩm c ủa chúng vếề d ưới 8% đ ể kéo dài th ời gian bảo quản của nấếm men. Đôềng thời, quá trình sấếy cũng làm đa dạng hóa sản phẩm nhăềm thuận t ện cho quá trình vận chuyển và sử dụng. b) Các biêấn đổi trong quá trình sấấy. ➢ Vật lý: hàm ẩm giảm nhanh chóng. ➢ Hóa lý: sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động của nhiệt độ cao. Có sự chuyển pha từ dạng lỏng ( dịch lên men ) sang dạng rắn. ➢ Hóa sinh: một số enzym bị biến tính. ➢ Sinh hoc: tế bào nấm men và một số vi khuẩn bị tiêu diệt. Tuy nhiên do thời gian sấy rất ngắn nên biến đổi về hóa sinh và sinh học không lớn lắm. Các thống sốố. ➢ Tôếc độ đĩa phun 10000 vòng/phút ➢ Nhiệt độ vào của tác nhấn sấếy: 180-200oC. ➢ Nhiệt độ ra ở cửa ra buôềng sấếy : 85-95oC. ➢ Nôềng độ nguyến liệu vào: 40% chấết khô ➢ Độ ẩm sau khi sấếy: ≤ 8% ➢ Nhiệt độ nguyến liệu trong quá trình sấếy ≤ 60-70 oC ➢ Thời gian tếếp xúc với tác nhấn sấếy ngăến, chỉ khoảng vài giấy. Nấếm men được đưa nóng lến không quá 95oC làm cho chấết lượng của các chấết thành phấền trong nấếm men như protein, vitamin, màu săếc và cấếu trúc không bị biếến đ ổi, đ ược hoàn thi ện h ơn cũng như dếẫ tếu hóa hơn. 10. Quá trình bao goi Sản phẩm sau khi sấếy khô được bọc trong các gói băềng giấếy và băềng polietylen theo t ừng lô từ 0,3 đếến 1,6 kg. Công đoạn bao gói sản phẩm được tếến hành trến dấy chuyếền t ự đ ộng B6-BPA, dấy chuyếền khảo sát khả năng biếến đổi kích thước của hộp theo chiếều cao t ừ 150 đếến 300 mm v ới đường kính không đổi băềng 242 mm, và định lượng sản phẩm trong giới hạn 0,4-0,5 kg. 49 Dấy chuyếền được sử dụng để hoạt động trong phấn xưởng chia gói ở nhi ệt đ ộ t ừ 18 – 30 oC và độ ẩm tương đôếi của không khí đếến 60%. Chương 4: SẢN PHẨM SINH KHỐẤI NẤẤM MEN I. SẢN PHẨM SINH KHỐẤI NẤẤM MEN II. YÊU CẤỒU CHẤẤT LƯỢNG CỦA MEN THƯƠNG PHẨM Tiếu chuẩn của sinh khôếi nấếm men thương phẩm dùng cho chăn nuôi như sau: ❖ Chỉ tếu cảm quan: Dạng bột Màu săếc: xám, trăếng, vàng, nấu. Mùi vị: đặc trưng của nấếm men, không được có mùi vị lạ. Kích thước: hiệu suấết qua rấy 3mm trến 95% ❖ Chỉ tếu hóa học: Độ ẩm: không quá 8 % Protein: không nhỏ hơn 45% (tnh theo chấết khô), với men ở lọai khô là 56,0 % Lizin, metonin và tryptophan tương ứng không dưới 0,5; 1,4; 1,1 % của protein khô Độ tếu hóa của protein không dưới 75- 80 % Giá trị sinh học của protein khô không dưới 55 % Các vitamin B1, B2, B5 tương ứng không dưới 10, 30 và 300 mg/kg. Hàm lượng tro: đôếi với men rượu từ rỉ đường không quá 14% men khô tuyệt đôếi, còn men r ượu từ bã rượu ngũ côếc thì không quá 10 %. Tạp chấết kim loại sau khi tách săết có thể còn có trong chếế ph ẩm men ở d ạng các mấẫu v ảy nh ỏ là kim loại băết từ hoặc không băết từ. Những tạp chấết kim loại là thể mảnh kim loại không băết từ phải có kích th ước m ảnh, miếếng kim loại không quá 2mm. Hàm lượng kim loại mảnh có kích thước<2 mm (mg/ 1kg men khô):< 20 Các kim loại từ tnh: không quá 0,003% (chì và asen không quá 5 mg/kg) ❖ Chỉ tếu vi sinh: - Tổng vi sinh vật hiếếu khí không quá 7500 cfu/kg men khô - Vi khuẩn thương hàn: không được có - Nấếm môếc: không quá 50 cfu/kg men khô 50