Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Đại cương Sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein cho gia súc...

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

.DOC
38
68
86

Mô tả:

Chương 1: MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU Thuật ngữ protein đơn bào mới hình hành trong giới khoa học từ những năm 50 của thế kỷ trước. Thực tế loài người đã biết sử dụng loại protein này và các chất có trong tế bào VSV từ rất lâu. Protein đơn bào (SPC-Single cell protein) là thuật ngữ chỉ một loại chất dinh dưỡng có trong tế bào và chỉ sản xuất từ vi sinh vật (VSV), được sử dụng làm thức ăn cho người và động vật. Thuật ngữ này không chỉ đơn giản là protein từ tế bào của cơ thể đơn bào, vì rất nhiều VSV không phải là cơ thể đơn bào mà người ta vẫn khai thác chúng. Do đó, thuật ngữ này nên hiểu là nguồn dinh dưỡng chứa nhiều protein từ VSV khác nhau, cả đơn bào lẫn đa bào (từ vi khuẩn, nấm men, nấm sợi và tảo). Được sử dụng trước hết là nguồn protein trong dinh dưỡng động vật, chủ yếu là trong chăn nuôi. Cơ sở khoa học của phương pháp sinh tổng hợp protein nhờ VSV là lợi dụng khả năng sinh trưởng nhanh và sự phong phú về protein cũng như các acid amin hợp phần của nó trong tế bào VSV để làm nguồn cung cấp protein cho gia súc và thức ăn cho người. II. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤT SINH KHỐI VI SINH VẬT - Chi phí lao động thấp hơn nhiều so với sản xuất nông nghiệp. Có thể sản xuất ở những địa điểm bất kì trên trái đất, không chịu ảnh hưởng của khí hậu, thời tiết, quá trình công nghệ dễ cơ khí hoá và tự động hoá. Năng suất cao. Sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền và hiệu suất chuyển hoá cao. Hàm lượng protein trong tế bào rất cao. Chất lượng protein cao. Khả năng tiêu hoá của protein tốt An toàn về độc tố. Những vấn đề kĩ thuật. III. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO  Ưu điểm VSV là cơ thể có tốc độ sinh trưởng rất mạnh, khả năng tăng trưởng nhanh. Chỉ trong một thời gian rất ngắn ta có thể thu nhận được một khối lượng sinh khối rất lớn; thời gian này được tính bằng giờ, còn ở TV hay ĐV thì thời gian này được tính bằng tháng hay hàng chục năm. Hàm lượng protein rất cao, cao hơn rất nhiều so với protein có trong TV hay ĐV (hàm lượng protein ở VSV khoảng 20-80% trọng lượng khô). Vi khuẩn 60-70% tính theo chất khô, có loài tới 87% Nấm men 40-60% Nấm mốc và xạ khuẩn <30%. 1 Chất lượng protein của vi khuẩn là cao nhất, vì các thành phần acid amin cân đối hơn ở nấm men. Nhưng vì kích thước tế bào vi khuẩn nhỏ và các điều kiện nuôi cấy phức tạp hơn, nên việc sản xuất sinh khối VSV làm nguồn protein trong công nghiệp vi sinh chủ yếu là từ nấm men. Tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế bào VSV cũng rất cao, từ 100-10.000 lần so với bò. Ví dụ về thời gian tăng đôi khối lượng của vi sinh vật ở thời kỳ phát triền cực đại được so sánh với một số sinh vật như sau: Bảng 1. Tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế bào VSV Sinh vật Vi khuẩn, Nấm men Nấm và Tảo Chlorella Cỏ và các thực vật khác Gà mái Gà con Lợn con Các loại gia súc ăn cỏ Thời gian tăng đôi khối lượng 0.2-2 giờ 2-6 giờ 144-288 giờ 288-576 giờ 500 giờ 576-864 giờ 720-1.500 giờ Protein của VSV có chất lượng tương đương protein ĐV và hơn hẳn protein TV( ở ĐV protein chứa đầy đủ và rất cân đối các acid amin, ở TV thường thiếu loại acid amin này hay acid amin khác). Thành phần cấu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có thể điều khiển bằng cách thay đổi thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy hoặc bằng cách tác động làm thay đổi cơ cấu di truyền của chủng, giống. VSV có khả năng hấp thụ, phân giải nhiều loại nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, thậm chí cả chất thải, nước thải của một quá trình sản xuất nào đó. Hoàn toàn có thể sản xuất theo quy mô công nghiệp (sản xuất hàng loạt, có thể kiểm soát và chất lượng sản phẩm đồng nhất). Nuôi cấy VSV không phụ thuộc vào khí hậu cũng như thời tiết trong năm, quá trình nuôi cấy được tiến hành trong các nồi lớn dễ dàng ổn định các điều kiện kỹ thuật như thành phần môi trường, nhiệt độ, pH, … bằng các hệ thống hiệu chỉnh tự động. Nuôi cấy VSV chỉ cần một diện tích không đáng kể để xây dựng xí nghiệp (trồng trọt và chăn nuôi thường chiếm diện tích rộng lớn). Sinh khối VSV là một khối thống nhất, do đó có thể thu hoạch một cách đơn giản và dễ dàng (khác với các loại cây trồng trong sản xuất nông nghiệp) Có thể phân lập và lựa chọn VSV có ích và thích hợp cho các quá trình công nghệ, cho từng loại nguyên liệu tương đối nhanh và không khó khăn lắm. Thành phần cấu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi thành phần môi trường, điều kiện nuôi cấy, hoặc bằng cách tác động làm thay đổi cơ cấu di truyền của chủng, giống. 2 Trong protein của VSV có đầy đủ các acid amin thành phần và đặt biệt là các acid amin không thay thế có giá trị dinh dưỡng cao. Một ưu việt cần nhắc tới là trong sản xuất protein từ VSV lại sử dụng nguyên liệu VSV – là loại phế liệu, phụ phẩm của một số ngành công nghiệp khác. Nguồn nguyên liệu này rất phong phú, đa dạng, rẻ tiền, dễ kiếm như: rỉ đường, khi thuỷ phân gỗ tạp, rơm rạ, bã mía… do vậy giá thành của sản phẩm sẽ thấp. Đồng thời sử dụng nguyên liệu này sẽ góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải và nước thải.  Nhược điểm Tuy vậy, nguồn Protein thu nhận được từ vi sinh vật còn có những hạn chế: - Hàm lượng các acid amin chứa lưu huỳnh thấp. - Khả năng tiêu hóa của protein: có phần bị hạn chế bởi thành phần phi protein, như acid nucleic, peptid của tế bào, hơn nửa chính thành và vỏ tế bào VSV khó cho enzyme đi qua. 3 Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ GIỐNG VI SINH VẬT SỬ DỤNG I. NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu được dùng trong sản xuất nấm men gia súc là bã rượu - phụ phẩm của các nhà máy rượu, có bổ sung thêm rỉ đường - phụ phẩm các nhà máy sản xuất đường. Dịch bã rượu là nguồn dinh dưỡng nuôi cấy nấm men rất tốt. Trong dịch này có khoảng 7.5-10% chất khô hoà tan rất giàu vitamin B và các acid amin. Khi nuôi nấm men, dùng dịch này pha thêm rỉ đường để môi trường luôn luôn có khoảng 2-3% đường, ta có thể thu được từ 10- 15 kg men khô từ 1 m 3 dịch bã rượu.  Nguyên liệu bã rượu (Hèm) Trong sản xuất cồn từ mật rỉ, bã thải ra môi trường là bã rượu. Bã rượu chứa nấm men, chất hòa tan và cả lượng cồn sót. Có hai loại bã rượu : loại bã của các nhà máy rượu với nguồn nguyên liệu từ ngũ cốc, sắn (các loại chứa tinh bột) và của các nhà máy rượu rỉ đường. Bã rượu sau khi chưng cất cồn là một loại nguyên liệu tốt dùng để nuôi cấy nấm men. Bảng 2. Thành phần hóa học của bã rượu từ rỉ đường Vật chất Hợp chất hữu cơ Protein Nitơ tổng protein amin NH3 Acid amin Hàm lượng (% Vật chất chất khô) 70-80 Các acid hữu cơ 17-27 Trong đó có acid bay hơi Glyxerin 3-5 Vật chất khử 0.4-1.0 Tro tính ra K2O 0.3-0.6 Na2O 0.1-0.3 CaO 6-10 Vi lượng Hàm lượng chất khô) 5-27 3-12 6-13 3-7 17-24 7-8 0.5-3 0.5-3 (% Trong bã rượu có chứa các vitamin:  Acid nicotinic (PP)  Riboflavin (B2)  Priridoxin (B6)  Acid pentotenic (B3)  Biotin (B7)  Acid folic Trong số các chất hòa tan của bã rượu có đường (1÷2,5%), các hợp chất nitơ, các vitamin nhóm B. Ngoài ra, trong bã rượu còn có các nguyên tố khoáng, các nguyên tố vi lượng... như vậy trong bã rượu có ít đường, nhưng rất phong phú các chất sinh trưởng. Vì vậy khi dùng bã rượu để nuôi cấy nấm men người ta lọc lấy phần dịch trong rồi bổ sung từ 1÷2% rỉ đường, thêm supephosphate để tăng nguồn phospho và (NH4)2SO4 hoặc urea làm nguồn nitơ. 4 Lượng bã rượu chiếm khoảng 0.36% so với lượng mật rỉ đem vào sản xuất. Trong dịch bã rượu tinh bột sau khi lọc loại bã, bã thô dùng cho thức ăn chăn nuôi có 7-8% chất khô và dịch bã rượu rỉ đường thường có 7.5-10% chất khô, nhiều các hợp chất N, nhiều vitamin và khoáng chất. Trong quá trình sấy nấm men đã chuyển 50-55% chất khô của rỉ đường vào dịch bã. Do đó, dịch là môi trường rất giàu các chất sinh trưởng. Dịch bã rĩ đường chứa 7.5-10% chất khô, trong đó có tới 3% là các hợp chất vô cơ. Dường khử 0.2-0.5%. glyxerin 0.6-0.9%, các axit hữu cơ 1.5-2.5%, các axit amin, các loại rượu, glucoside, các hợp chất vô cơ và hữu cơ, các muối P, K, Fe, vitamin và các nguyên tố vi lượng. Các hợp chất này men có thể hấp thu được. Bên cạnh đó, về mặt kinh tế, bã rượu còn có một số ưu điểm so với các nguyên liệu khác: - Giá thành rẻ. - Khối lượng lớn và dồi dào. - Sử dụng tiện lợi. - Nguồn cung cấp khá phổ biến.  Nguyên liệu rỉ đường: Rỉ đường là phế liệu chứa đựng nhiều đường không kết tinh trong sản xuất đường từ mía hoặc củ cải đường. Yêu cầu của rỉ đường dùng trong sản xuất nấm men gia súc: - Hàm lượng chất khô không thấp hơn 75% - Đường 40÷50% - Hàm lượng chất tro không thấp hơn7,5% - Tổng nitơ không thấp hơn 1,4% - Số lượng các vi sinh vật không quá 15000 tế bào trong 1g rỉ đường.  Nguồn Nitơ Các hợp chất chứa nitơ của rỉ đường (a. asparaginic, a.glutamic, lơxin, isolơxin, tyrosin, các muối nitrat) có thể được nấm men sử dụng đến 30-40%. Chỉ có betain là không được sử dụng. Để thay thế người ta dùng các nguồn nitơ vô cơ như dd NH3, các muối nitrat, urea như nguồn chứa nitơ, diamoni phosphate (DAP) như nguồn chứa nitơ và photpho. Ngoài DAP và urea, người ta có thể sử dụng các nguồn cung cấp nitơ và phospho khác như: (NH 4)2SO4, NH4OH, H3PO4, Ca(H2PO4) để nuôi cấy nấm men. Tuy nhiên, hai nguồn nitơ urea và diamoni phosphate (DAP) là những loại phân vô cơ được sử dụng nhiều trong nông nghiệp, dễ mua và rẻ hơn rất nhiều so với các chất khác nên chúng được sử dụng nhiều trong sản xuất sinh khối nấm men. Supephosphat và amoni sulfat được sử dụng nhưng không như mong muốn vì chúng tạo ra canxi amoni sulfat, tạo CaSO4 bám vào mặt trong thiết bị và ống dẫn, làm cho thiết bị bám nhiều cáu cặn gây cản trở cho thanh trùng và truyền nhiệt. 5  Nguồn khoáng Lượng DAP có thể sử dụng trong khoảng 0,15-0,3%, urea được sử dụng ít hơn. Nếu dùng nhiều ure, phải tăng cường lượng biotin (dưới dạng tiền chất là desthibiotin) trong dịch lên men vì enzyme phân giải ure của nấm men-ure amidoliaza có thể đòi hỏi một lượng lớn biotin. Bổ sung P dưới dạng một loại muối thích hợp hay dạng acid orthophosphoric. Nguồn Kali và Magie: Trong sản xuất sinh khối nấm men, người ta sử dụng K 2CO3 và KCl như những nguồn kali và MgSO4.7H2O hoặc MgCl2 như nguồn cung cấp magie.  Nước Nước sử dụng trong sản xuất sinh khối nấm men là nước sử dụng trong sinh hoạt (nước máy). Nếu sử dụng nước giếng phải xử lý chúng để chất lượng loại nước này đạt chất lượng như nước máy dùng trong sinh hoạt. Nước được coi như nguyên liệu chính dùng trong sản xuất vì đây là công nghệ lên men hiếu khí. Các yêu cầu về nước : - Có độ cứng từ 4 – 8o (1o tương đương 10 mg CaO/l) - Không màu, không mùi, không vị. - Các chất sau không được quá mức cho phép (mg/l): Cl- < 0,5; SO4-2 < 80; As < 0,05; Zn < 5; Cu < 3; FeO < 3. - Tổng số vi khuẩn hiếu khí <10 cfu/L (37 oC), không chứa Coliforms, không chứa Faecal streptococci và các vi khuẩn clostridia khử sulphit. II. GIỐNG VI SINH VẬT Trong sản xuất men chăn nuôi trên môi trường bã rượu, giống VSV được sử dụng là các loài nấm men Candida utilis (hay có tên gọi khác là: Torula utilis, Torulopsis utilis) hay Candida Tropicalis. Candida utilis Candida tropicalis Giới: Nấm Giới: Nấm Ngành: Ascomycota Ngành: Ascomycota Dưới ngành: Saccharomycotina Dưới ngành: Saccharomycotina Lớp: Saccharomycetes Lớp: Saccharomycetes Bộ: Saccharomycetales Bộ: Saccharomycetales Họ: Saccharomycetaceae Họ: Saccharomycetaceae Giống: Candida Giống: Candida Loài: Candida utilis Loài: Candida tropicalis 1. Candida tropicalis  Đặc điểm hình thái Tế bào nấm men có hình ovan, hoặc hình tròn, khá lớn, kích thước trung bình của nấm men thường là (5-10) x (4-8) μm, phần lớn các tế bào kết thành nhánh, hiếm khi đứng riêng rẽ. Hệ sợi giả phát triển tốt từ những sợi giả kéo dài, phân nhánh thành chuỗi. Không tạo bào tử túi. Trong tế bào già tích tụ nhiều hạt chất béo. 6  Tính chất nuôi cấy Qua ngày đêm ở 36ºC trong nước malt (4ºBe) tạo thành cặn không nhiều và qua một tháng tạo thành màng dày nhăn nheo. Khuẩn lạc mọc trên thạch malt hình tròn, màu kem trắng. Rìa khuẩn lạc bị chia cắt theo hình răng cưa hoặc có tưa (hiếm khí phẳng nhẵn). Men này là loại dị hình thái : một chủng có khi mọc thành khuẩn lạc dạng R (nhăn nheo) hay dạng S( nhẵn).  Tính chất hoá sinh Lên men tốt các dịch đường glucose, galactose, sacarose, maltose, treharose, rafinose, melixitose, inulin, sucxinic, citric. Không hấp thu được sovbiose, xentobiose, lactose, milibiose, dulxit, inozit và aicd xalysalic. Cần một số vitamin làm chất sinh trưởng : acid pantotenic, paraminbenzoic, tiamin, inozit...  Đặc tính công nghệ Hiệu suất thu hồi sinh khối của nấm men Candida tropicalis đạt khoảng 38-46% trong môi trường nuôi cấy. Tốc độ sinh trưởng riệng là 0.15-0.2/h. Nếu cho thêm vào môi trường cao men (0.5%). Năng suất sẽ tăng đến 48-50% và tốc độ sinh trưởng là 0.25-0.28/h. Nhiệt độ nuôi cấy thích hợp là 36-37ºC, pH = 4.2-4.5 2. Candida utilis  Đặc điểm hình thái: Tế bào dài có kích thước 4x8.3μm, đứng riêng rẽ hoặc đôi khi kết thành chuỗi ngắn, phân nhánh, không thấy sinh hệ sợi hay giả sợi, không sinh ra bào tử túi.  Tính chất nuôi cấy: Trong môi trường lỏng tạo thành vòng và cặn lắng đặc. Khuẩn lạc mọc trên môi trường thạch malt có màu vàng úa, óng ánh nhẹ, phẳng nhẵn, rìa hơi bị chia cắt, thỉnh thoảng ở giữa không láng bóng mà hơi gợn nhăn nheo.  Tính chất hoá sinh Lên men được glucose, sacarose, 1/3 rafinose Đồng hoá bằng cách oxi hoá glucose, sacarose, maltose, rafinose, xylose; yếu với galactose và arabinose. Có thể hấp thu được các nguồn nitơ như KNO3, amonisunfat,ure, peptone.  Đặc tính công nghệ: Năng suất thu hồi sinh khối là 40% so với chất khô trong môi trừơng. Bảng 4. Thành phần hóa học của tế bào nấm men candida utilis Thông số % chất khô Ẩm 5-7 protein (N x 6,25) 50 - 54 Tro 6.5-7.0 Chất béo 3.0-5.0 carbohydrates 25-30  Điều kiện sinh trưởng 7  Nhiệt độ sinh trưởng: Đối với sinh trưởng của đa số nấm men thì nhiệt độ sinh trưởng tối thích vào khoảng 28o 32 C.  Oxi hòa tan và độ hiếu khí Độ hiếu khí của môi trường được thể hiện bằng lượng oxi hòa tan trong môi trường. Sự có mặt của oxi tạo điều kiện cho nấm men hô hấp và sinh sản. Lượng oxi hòa tan trong môi trường phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì oxy hòa tan càng kém. Bình thường lượng oxy hòa tan tối đa trong nước là 9 mg/l. Khi nồng độ này giảm xuống 1mg/l thì nấm men sẽ ngừng sinh sản.  pH của môi trường Mỗi loài vi sinh vật nói chung đều sinh trưởng và phát triển tối thích ở một giá trị pH nhất định. pH thích hợp cho sinh trưởng của nấm men là 4,0- 4,5.  Hàm lượng đường Hàm lượng đường (glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, ...) càng cao thì nấm men sinh trưởng càng tốt. Tuy nhiên, nếu hàm lượng đường quá cao sẽ tạo ra áp lực thẩm thấu lớn, từ đó ức chế nấm men sinh trưởng. Cần lưu ý với glucose, hàm lượng cao có thể ức chế hô hấp (hiệu ứng Captree). Tiêu chuẩn lựa chọn giống: Nấm men gồm có nhiều nòi (chủng) khác nhau, mỗi nòi có một vài đặc tính riêng biệt, nói chung nấm men dùng trong sản xuất sinh khối phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Nấm men Candida utilis có khả năng sinh sản rất nhanh chóng: khả năng tích lũy sinh khối nấm men là 0.2 g/h. Trong điều kiện nuôi nấm men có sục khí, môi trường có nồng độ chất khô là 8% ở 30oC trong 6h. - Hàm lượng protein và sinh tố cao, dễ tiêu hóa nên được dùng sản xuất thức ăn cho người và động vật. - Thành phần hóa học đáp ứng được nhu cầu về dinh dưỡng và không chứa các chất có độc tính đối với động vật. Không gây bệnh cho động vật và người. - Đồng hóa được các chất dinh dưỡng có trong môi trường với hệ số kinh tế cao. - Thích nghi với môi trường bã rượu. Có sức chống chịu với tạp khuẩn và những chất kìm hãm sinh trưởng - Tế bào nấm men có kích thước lớn, đồng đều để có thể dễ tách bằng separator (máy li tâm tách) Chương 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 8 I. SƠ ĐỒ KHỐI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Bã rượu Lọc Mật rỉ Tạo môi trường nuôi cấy Bã Muối dinh dưỡng Thanh trùng Men giống Nhân giống Làm nguội Lên men Ly tâm Cô đặc Sấy Đóng gói Men thành phẩm II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Quá trình lọc 9 Ox i a) Mục đích: Trong sản xuất rượu có một lượng dịch bã rất lớn : cứ 100 lít cồn thải ra tới gần 12m3. Quá trình lọc bã nhằm thu dịch lọc để làm môi trường nuôi cấy nấm men, phần bã còn lại được tận dụng để làm thức ăn gia súc. b) Các biến đổi: - Vật lý: loại được một số tạp chất trong bã - Hóa lý: độ nhớt giảm. c) Phương pháp thực hiện : Do bã rượu có độ nhớt cao, tương đối khó lọc nên ta chọn phương pháp lọc áp lực ở nhiệt độ cao và có sử dụng chất trợ lọc. Ở đây, bã rượu sau khi chưng cất (nhiệt độ 55-60oC ) được đem đi lọc ngay nên không cần phải gia nhiệt bã rượu trước khi lọc.  Chất trợ lọc Chất trợ lọc là một loại bột mịn được đưa vào để hỗ trợ cho quá trình lọc. Chất trợ lọc có nhiệm vụ làm cho lỗ mao quản nhỏ và tạo thành trên bề mặt lọc một lớp bã bổ sung làm tăng khả năng giữ pha rắn và giảm trở lực của pha lỏng. Các yêu cầu cần thiết của bột trợ lọc - Tạo được trên bề mặt lọc lớp bã có độ xốp lớn (ε = 0,85-0,9), nhưng kích thước lỗ xốp bé. - Bề mặt riêng của bột trợ lọc không lớn lắm (vì bề mặt riêng lớn thì kích thước hạt bé và trở lực lớn). - Giới hạn thành phần cỡ hạt của bột trợ lọc trong phạm vi hẹp (kích thước cỡ hạt tương đối đồng nhất). - Độ nén ép dưới áp suất không lớn lắm. - Không hòa tan và có phản ứng hóa học với pha lỏng của huyền phù. Người ta thường có hai cách để sử dụng bột trợ lọc  Hòa bột trợ lọc vào huyền phù (khoảng 0.01- 4 % huyền phù đem lọc).  Phủ lớp bột trợ lọc lên bề mặt (thường dùng cho thiết bị lọc gián đoạn) với chiều dày khoảng 0.8 - 2.5mm (tương đương với khối lượng 0.1 - 0.75 kg.m 2). trong các thiết bị lọc liên tục người ta thường pha bột trợ lọc vào huyền phù rồi tiến hành lọc với tốc độ lớn. Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại bột trợ lọc khác nhau như diatomit, amiang, cellulose, mùn cưa, than gỗ, than hoạt tính… 2. Chuẩn bị môi trường nuôi cấy: a) Mục đích: Thành phần và nồng độ các cấu tử của môi trường dinh dưỡng nuôi cấy nấm men ảnh hưởng rất nhiều đến tốc độ sinh sản, thành phần tế bào và hiệu suất thu hồi sinh khối của nấm men. Các nguồn đường đơn và đường đôi, acid amin, glycerin là nguồn cacbon dinh dưỡng của nấm men. Bã rượu qua các kỹ thuật sản xuất hầu như không còn chứa các chất sinh trưởng cho nấm men, nên việc bổ sung các chất sinh trưởng vào bã rượu là cần thiết. Trong bã thường thiếu cân đối về tỉ lệ C:N:P. Vì vậy, muốn nấm men sử dụng hết nguồn cacbon ta phải thêm nguồn N và P. b) Phương pháp thực hiện: Ta trộn dịch bã rượu với 1-2 % rỉ đường (tính theo thể tích dung dịch) 10 Bổ sung vào dịch nuôi cấy với 1 m 3 bã rượu thường bổ sung với 1,3 kg DAP và 0,5 kg ure rồi hạ nhiệt xuống 30oC. Nuôi nấm men : nhiệt độ 28-30o, pH 4.0-4.2 , thời gian nuôi 16-18h. Nếu dịch bã có nồng độ chất khô trên 8% thì pha loãng tới nồng độ 6.8-7.2% Tiến hành pha dung dịch DAP : Urea dễ hoà tan tuy nhiên sẽ làm giảm nhiệt độ của nước, DAP rất khó hoà tan trong nước do khi sản xuất nó có chứa một số chất phụ gia không tan.Vì vậy, trước khi sử dụng phải hoà tan vào nước nóng theo tỉ lệ 1:5-6 (nước) trước. Dung dịch được trộn lẫn với lượng acid phosphoric đã tính toán, pha loãng bằng nước theo tỉ lệ 1: 5 rồi cho qua bộ phận đo lường.  Chuẩn bị khí vô trùng : Phương pháp vi lọc gồm 3 giai đọan - Xử lý sơ bộ : tách bụi và hợp chất cơ học khác ( = 5-10m). Vật liệu membrane polymer, phôi kim loại… - Xử lý thô: tách phần lớn (98%) các vi sinh vật trong không khí ( = 1-1.5m). Vật liệu membrane polyamide, polyester… - Xử lý tinh: tách các vi sinh vật có kích thước nhỏ ( = 0.3m), độ tinh sạch 99.99%. Vật liệu lọc: membrane ceramic,cellulose acetate… 3. Quá trình thanh trùng a) Mục đích: Quá trình này sẽ tiêu diệt một số vi sinh vật có trong dịch bã rượu chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy sau này. b) Các biến đổi trong quá trình:  Vật lý: nhiệt độ tăng.  Hóa học: mất đi một số cấu tử mẫn cảm với nhiệt độ cao, có thể xảy ra phản ứng Maillard.  Hóa lý: độ nhớt dung dịch giảm.  Hóa sinh: các enzym bị biến tính bất thuận nghịch.  Sinh học: hệ vi sinh vật trong môi trường bị tiêu diệt một phần. 4. Quá trình làm nguội a) Mục đích: Hạ nhiệt độ của canh trường để chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy. b) Các biến đổi trong quá trình:  Vật lý: nhiệt độ giảm  Hóa lý: độ nhớt dung dịch tăng. 5. Quá trình nuôi cấy men giống a) Mục đích: Đây là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy mở rộng nhằm làm tăng dịch nấm men giống sau mỗi chu kỳ nuôi cho đến khi đủ lượng giống cần thiết cho quá trình sản xuất. b) Biến đổi: Sinh học: sinh khối vi sinh vật tăng. c) Phương pháp thực hiện:  Nuôi cấy nhân giống đầu tiên được thực hiện trong phòng thí nghiệm: 11 Giống được nuôi cấy trên ống nghiệm thạch nghiêng rồi cấy chuyền vào ống nghiệm 20ml chứa 10ml môi trường nuôi cấy đã được vô trùng. Tiến hành nuôi ở 28-32oC trong vòng 16-20 giờ. Sau khoảng thời gian trên thì ta lần lượt cấy vào bình tam giác và trong các thiết bị lớn hơn, tỷ lệ giống chuyển cấp là 1:10 cho đến khi được 100l thì ta chuyển sang giai đoạn nhân giống ở chế độ phân xưởng.  Nhân giống trong giai đoạn phân xưởng: Tiến hành nhân giống trong thiết bị có thể tích 3-4 m 3 chứa 1m3 dịch nuôi cấy cũng ở nhiệt độ và thời gian như trên, sau đó ta tiếp tục nhân giống vào những thiết bị lớn hơn với tỷ lệ mỗi cấp chuyển giống là 1:10 cho đến khi được 100 m3 . Quá trình nhân giống trong phòng thí nghiệm và nhân giống trong sản xuất cần tạo điều kiện cho giống thuần chủng sinh sản nhanh, không bị tạp nhiễm với các dụng cụ và thiết bị, phục vụ cho nuôi cấy vô khuẩn (kể cả lọc khí phục vụ cho sục khí). Khi nuôi cấy đều cần phải đảm bảo các biện pháp để tránh nhiễm tạp như: - Đun nóng hoặc lọc các thành phần môi trường: Môi trường nhân giống và khi tiến hành nhân giống cũng phải đảm bảo vô trùng. - Khử trùng thiết bị nuôi cấy - Các quá trình nuôi cấy cần thông khí mạnh để cho nấm men hô hấp và phát triển sinh khối. - Nhiệt sinh ra trong quá trình nhân giống phải được loại bỏ nhờ một hệ thống làm lạnh. d) Thông số công nghệ:    pH trong quá trình nhân giống và nuôi giống: 4-4.2 Nhiệt độ trong quá trình nhân giống và nuôi giống: 28-32 oC Thời gian nuôi mỗi lần chuyển cấp: 16-20 giờ. 6. Lên men a) Mục đích: Quá trình nuối cấy men mở rộng nhằm mục đích tăng sinh khối tế bào nấm men đến mức như mong muốn. Cơ sở khoa học: Khi nuôi cấy nấm men rượu trong môi trường giàu đường nếu đủ oxy chúng sẽ sinh trưởng, tăng sinh khối và sống ở trạng thái hô hấp, nếu thiếu oxy hoặc không có oxy chúng chuyển sang lên men (hô hấp kị khí). Nếu cung cấp oxy liên tục vào môi trường thì tế bào nấm men sẽ chuyển từ trạng thái lên men sang hô hấp. Quá trình hấp thu glucose trong tế bào đang hô hấp xảy ra chậm hơn so với các tế bào đang lên men. Hiện tượng này được giải thích như sau: quá trình lên men sinh ra ít năng lượng hơn quá trình hô hấp. Vì vậy, để có đủ năng lượng, trong điều kiện lên men cần phải phân giải nhiều glucose hơn, tế bào lên men hấp thu nhiều glucose hơn Về nguyên tắc, sinh khối nấm men có thể được thu nhận bằng 2 cách: nuôi cấy kỵ khí và nuôi cấy hiếu khí. Trong điều kiện nuôi cấy hiếu khí sản phẩm chủ yếu là sinh khối, còn CO 2 là sản phẩm thứ cấp. Trong nuôi cấy kỵ khí thu được sinh khối ít hơn (chỉ khoảng ¼ so với hiếu khí), còn lại là CO2 và một số sản phẩm trao đổi chất của tế bào nấm men, quan trọng nhất là ethanol. 12 Vì thế, trong sản xuất sinh khối nấm men, để đạt được hiệu suất thu hồi sinh khối cao cần phải tạo điều kiện hiếu khí để đảm bảo cho nấm men sinh trưởng và tăng sinh khối tốt đồng thời tránh tiêu hao nhiều chất dinh dưỡng cần thiết trong quá trình nuôi cấy. b) Các biến đổi xảy ra trong quá trình nuôi cấy  Các biến đổi sinh học Các giai đoạn sinh trưởng của nấm men Ở giai đoạn tiềm phát, nấm men cần phải có thời gian thích nghi với điều kiện mới. Ở giai đoạn này việc tạo thành các acid amin, các peptid và acid nucleic xảy ra nhanh hơn các quá trình khác. Thời gian có thể kéo dài cũng có thể ngắn tuỳ thuộc vào từng chủng nấm men. Giai đoạn này thường khoảng 0,5-1 giờ và chỉ cần cung cấp lượng không khí khoảng 50 m3/h/m3 môi trường là đủ. Ở giai đoạn tăng trưởng, nấm men tiến hành các quá trình trao đổi chất rất mạnh, khối lượng nấm men trong thiết bị tăng lên rõ rệt. Việc tổng hợp các enzyme được xúc tiến nhanh. Hàm lượng RNA được tổng hợp nhiều nhất. Giai đoạn này thường kéo dài khoảng 7-14 giờ và cũng là giai đoạn nấm men cấn nhiều oxy nhất, do đó lượng oxi cung cấp phải gấp đôi giai đoạn đầu tiên, khoảng 80100 m3/giờ/m3 môi trường. Giai đoạn kế tiếp là giai đoạn cân bằng. Giai đoạn này có nhiều thay đổi quan trọng. Lượng tế bào mới sinh gần bằng lượng tế bào chết. Các quá trình trao đổi chất giảm mạnh, do đó nhu cầu oxy không nhiều. Giai đoạn này kéo dài khoảng 1-2 giờ và ta phải giảm lượng không khí cấp vào môi trường. Lượng không khí cấp vào môi trường này từ 20-50 m3/ giờ/m3 môi trường.  Các biến đổi hóa sinh Các biến đổi hóa sinh phần lớn xảy ra bên trong cô ̣ng với sự trao đổi chất của tế bào nấm men. Biến đổi đầu tiên quan trọng nhất là sự chuyển hóa đường saccharose thành D-glucose và Dfructose dưới xúc tác của enzyme invertase được tổng hợp bởi nấm men. Sau đó, glucose tiếp tục tham gia các chuỗi phản ứng hóa sinh trong các chu trình sinh hóa để tổng hợp vật chất tế bào và năng lượng cho nấm men sinh trưởng.  Các biến đổi vật lý Trong quá trình nuôi cấy, quá trình trao đổi chất của nấm men xảy ra liên tục làm cho nhiệt độ canh trường tăng lên.  Các biến đổi hóa học  Hàm lượng chất khô (chủ yếu là đường saccharose): giảm dần theo thời gian do quá trình hô hấp hiếu khí và quá trình sinh tổng hợp vật chất tế bào của nấm men.  pH: sự thay đổi theo 2 cơ chế chính:  Sự sinh tổng hợp các acid hữu cơ (các sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất)  Cơ chế đồng vận chuyển ion H + trong và ngoài tế bào nấm men trong quá trình trao đổi chất.  Các biến đổi hóa lý  Sự hòa tan oxy 13 Vì nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hoà tan nên tốc độ hoà tan của oxy vào dung dịch bằng tốc độ sử dụng oxy của tế bào nấm men thì sinh khối tế bào nấm men đạt cực đại. Đô ̣ hòa tan của oxy phụ thuô ̣c vào nhiều yếu tố như nhiê ̣t đô ̣, tốc đô ̣ khuấy trô ̣n, lưu lượng sục khí, sự có mă ̣t của các chất hoạt đô ̣ng bề mă ̣t, các chất phá bọt.  Sự hình thành bọt Trong quá trình nuôi cấy, do sục khí liên tục và nấm men hô hấp giải phóng một lượng đáng kể CO2 nên làm tăng thể tích bồn nuôi cấy, gây hiện tượng trào bọt trên bề mặt. Vì vậy dịch nuôi cấy rất dễ bị tạp nhiễm. Do đó, dung tích sử dụng thiết bị phải nằm trong khoảng 0,7-0,8 đồng thời có sử dụng chất phá bọt (keo ưa nước, mỡ cá, hỗn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicone...). c) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy  Thành phần môi trường nuôi cấy Môi trường nuôi cấy phải ổn định về thành phần chất dinh dưỡng phải ổn định để chất lượng nấm men đồng đểu ở tất cả các mẻ nuôi trong suốt quá trình sản xuất và môi trường nuôi cấy phải tuyệt đối vô trùng. Thành phần môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình nuôi cấy nấm men như sau:  Ảnh hưởng của hàm lượng đường Lượng đường trong môi trường khoảng 22% (nuôi cấy gián đoạn) và khoảng 2-3% (nuôi cấy bán liên tục) không nên nhiều hơn và cũng không nên ít hơn vì: Nếu hàm lượng đường cao sẽ vừa gây lãng phí (vì trong quá trình tăng sinh khối trong điều kiện hiếu khí nấm sử dụng đường rất ít) vừa tạo ra những sản phẩm trao đổi chất khác, sẽ gây ức chế ngược đến quá trình tạo sinh khối. Cụ thể là, ở điều kiện hàm lượng đường thấp và có mặt của oxi, nấm men sẽ tiến hành quá trình trao đổi chất và năng lượng theo chu trình Crebs (từ 1 phân tử đường hexose tạo thành 38 phân tử ATP). Con đường này giúp sử dụng ít cơ chất (tiết kiệm cơ chất) nhưng năng lượng tạo ra rất nhiều. Trong khi đó, nếu hàm lượng đường cao thì một lượng đường dư thừa sẽ tham gia các con đường trao đổi chất không cần thiết (như con đường hình thành ethanol từ acid pyruvic), dù cho quá trình nuôi cấy diễn ra trong điều kiện hiếu khí. Mặc khác, ở hàm lượng đường quá cao có thể tạo nên một áp suất thẩm thấu cao trong môi trường nuôi cấy có thể kiềm hãm sự trao đổi chất và sinh trưởng của nấm men. Hàm lượng đường cao còn có thể tạo ra dung dịch có độ nhớt lớn ảnh hưởng đến sự hòa tan và khuếch tán oxi cũng như khả năng tiếp xúc của nấm men với thức ăn. Kết quả là làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp sinh khối nấm men và làm kéo dài thời gian nuôi cấy. Nếu hàm lượng đường quá nhỏ sẽ không đủ nguồn carbon cần thiết cho quá trình tạo sinh khối, từ đó làm cho kéo dài thời gian thu nhận sinh khối. Cần lưu ý rằng, nếu trong môi trường có nồng độ đường glucose cao cũng có khả năng ức chế hô hấp của nấm men (hiệu ứng Captree). Khi quá trình hô hấp bị ức chế thì quá trình lên men sẽ diễn ra thậm chí ngay cả khi có mặt của oxy làm tổn thất đường.  p H pH trong môi trường khoảng 4.0-4.2. Không nên hạ thấp độ pH của môi trường xuống quá 14 giá trị này vì có thể làm cho nấm men khó phát triển. Nếu pH cao quá vừa ức chế nấm men phát triển vừa tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn nhiễm vào phát triển, cạnh tranh chất dinh dưỡng, làm giảm chất lượng nấm men thành phẩm. Cơ chế ức chế sinh trưởng của nấm men ở pH thấp như sau: pH đặc trưng cho khả năng phân ly H+ của các acid hữu cơ hoặc vô cơ. pH càng thấp H+ càng nhiều, khi đó H+ sẽ tham gia vào quá trình vận chuyển chất trong và ngoài màng tế bào, đặc biệt là làm rối loạn các phản ứng sinh hoá có enzyme xúc tác.  Điều kiện nuôi cấy  Nhiệt độ Nhiệt độ nuôi cấy phải được kiểm soát chặt chẽ và điều chỉnh đến nhiệt độ tối thích cho nấm men phát triển. Nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng quá trình sinh trưởng và trao đổi chất do ảnh hưởng đến hoạt tính của các enzyme trực tiếp tham gia vào các chuỗi phản ứng sinh hoá của cơ thể. Mặc khác, nhiệt độ còn ảnh hưởng đến độ hoà tan của oxy trong môi trường. Nhiệt độ càng thấp thì độ hoà tan của oxy càng cao. Nhưng nếu nhiệt độ quá thấp (dưới 28oC) sẽ làm chậm quá trình sinh trưởng của nấm men kéo dài thời gian nuôi cấy. Vì vậy, trong nuôi cấy nấm men người ta thường điều chỉnh nhiệt độ môi trường nuôi cấy thường là 28-32oC.  Oxy Oxy là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm men Các quá trình lên men thoáng khí đòi hỏi phải cung cấp O 2. O2 cần dùng làm chất nhận hydrogen và điện tử cuối cùng, ngoài ra O2 còn được dùng trong các quá trình oxy hóa do oxygenase xúc tác. Vi sinh vật chỉ sử dụng O 2 hòa tan, nhưng độ hòa tan của O2 trong nước là rất nhỏ. Ở điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt độ 30oC, trong các dung dịch dinh dưỡng được thông khí có hòa tan khoảng 4 - 5 ml O2/l. Trái lại trong các quá trình sản xuất, vi sinh vật đòi hỏi lượng O2 ở mức độ từ 500-5000 ml O2/l.h. Nhu cầu O2 được quyết định bởi hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật. Ví dụ để tổng hợp được nguyên liệu tế bào của 1g chất khô nấm men từ đường thì cần khoảng 500 ml O 2. Vì trong quá trình lên men loại này mật độ tế bào là 10g/l, mặt khác sự tăng gấp đôi khối lượng tế bào nấm men trên glucose kéo dài trong 2h nên trị số về nhu cầu O 2 là 2500 ml O2/lít dịch dinh dưỡng.h. Các trị số này phụ thuộc vào mức độ oxy hóa cơ chất. Ngoài ra nhu cầu O 2 còn phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật, khi sinh trưởng chậm nhu cầu này cũng giảm đi. Đảm bảo việc cung cấp O2 một cách có hiệu quả và tối ưu là một trong những chức năng chính của nồi lên men. Nhờ các hệ thống khuấy theo các kiểu khác nhau có tác dụng khuấy trộn và phá vỡ các bóng không khí, hoặc nhờ các hệ thống bơm đưa không khí vào dung dịch mà có thể tăng cường sự xâm nhập của O2. Việc cung cấp oxy cho quá trình tạo sinh khối là rất cần thiết. Tuy nhiên, nhu cầu cung cấp oxy cho quá trình phát triển của nấm men không phải lúc nào cũng giống nhau. Do đó phải thay đổi mức độ cung cấp oxy theo đúng nhu cầu thực của nấm men. Người ta thường cung cấp oxi cho môi trường nhờ không khí. Không khí trước khi đưa vào thiết bị lên men, phải được lọc vô trùng để làm sạch khỏi vi sinh và tạp chất. Nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan trong môi trường lỏng. 15 Thông thường, lượng oxy hoà tan trong nước rất ít. Trong quá trình phát triển, nấm men sẽ nhận oxy hòa tan và như vậy lượng oxy hòa tan sẽ giảm, do đó cần phải cung cấp oxi từ bên ngoài thiết bị. Nếu chỉ thiếu oxy trong thời gian ngắn, ngay lập tức chúng chuyển quá trình lên men hiếu khí sang quá trình lên men kỵ khí. Như vậy lượng sinh khối tạo thành sẽ rất ít và đường sẽ được chuyển hóa theo các chu trình đường phân cả các chu trình khác để cuối cùng tạo ra sản phẩm trao đổi chất bậc hai. Do đó quá trình nuôi cấy nấm men thu nhận sinh khối bắt buộc phải được cung cấp oxy liên tục. Sự tăng hàm lượng oxy hòa tan không tỷ lệ thuận với sự tăng sinh khối.  Sự khuấy trộn và thổi khí Trong thiết bị lên men người ta phải lắp đặt hệ thống phân phối khí và hệ thống cánh khuấy. Hệ thống phân phối khí trong nuôi cấy nấm men thường được lắp đặt ở dưới đáy thiết bị. Việc cung cấp oxy cho những thiết bị nhỏ ở trong các phòng thí nghiệm thường rất khó khăn. Do đó người ta thường sử dụng máy lắc để tăng sự hòa tan của oxy vào môi trường. Khi số vòng quay của cánh khuấy và tốc độ thổi khí tăng thì độ hoà tan của oxy vào dung dịch môi trường sẽ tăng theo. Đồng thời làm tăng sự xáo trộn môi trường và thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền khối tốt hơn, từ đó làm tăng nhanh quá trình trao đổi chất và sinh sản của nấm men. Tuy nhiên, việc tăng tốc độ khuấy và tốc độ thổi khí chỉ đến một giới hạn nhất định. Nếu tốc độ của hai yếu tố này quá cao sẽ làm tăng nhanh hiện tượng tự phân của tế bào và bọt sẽ tạo ra nhiều. Nếu trong quá trình lên men, nhiệt độ môi trường tăng nhanh (do quá trình hô hấp của vi sinh vật) thì ngay lập tức phải thổi khí mạnh để làm giảm nhiệt độ của môi trường. Nếu không làm hạ nhiệt, độ hoà tan của oxy sẽ giảm và từ đó năng suất sinh khối cũng giảm.  Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt hay chất phá bọt Trong trường hợp phải dùng những chất hoạt động bề mặt, chất phá bọt hoặc một số chất chống nhiễm trùng, độ hòa tan của oxy cũng giảm. Dịch men trong quá trinh nuôi nếu có thổi khí sẽ tạo thành bọt. Khi nuôi men đạt yêu cầu, dịch men tháo ra bình chứa là một thể dịch bọt với nồng độ 0,25 g/cm 3, trong đó bọt chiếm 2/3 thể tích. Trước khi tách men cần phải phá bọt bằng biện pháp cơ học và hóa học. Các chất phá bọt là các họat chất bề mặt: các chất keo ưa nước, mỡ cá voi, cá mập, hỗn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicon. Để tăng tác dụng phá bọt, các chất này được sử dụng ở dạng nhũ hóa với nước, với tỉ lệ 1:6. Phá bọt bằng cơ học dựa vào kết cấu của thiết bị. Trong sản xuất sinh khối nấm men gia súc, người ta thường kết thúc quá trình nuôi nấm men ở gần cuối giai đoạn 2 tức là giai đoạn tăng trưởng, bởi vì một trong những yêu cầu quan trọng là số lượng tế bào nấm men sống phải chiếm đại đa số nên không thể đợi đến giai đoạn cân bằng mới tiến hành thu nhận sinh khối, làm vậy nấm men thu được sẽ chứa rất nhiều tế bào già. d) Các phương pháp nuôi cấy: Trong sản xuất công nghiệp người ta thường dùng phương pháp nuôi cấy theo dòng liên tục. Hàm lượng oxy hòa tan là nhân tố giới hạn trong thành phần tối ưu của môi trường và điều kiện thuận lợi cho nuôi cấy. Tốc độ sử dụng oxy của nấm men chỉ phụ thuộc vào họat tính của chúng và thành phần của môi trường. 16 Hiệu suất của thiết bị nuôi cấy phụ thuộc vào hệ số hấp phụ của oxy, mức độ sử dụng không khí, phụ thuộc vào nhu cầu riêng về oxy để tổng hợp 1 đơn vị sinh khối từ từng lọai nguyên liệu và phụ thuộc vào hệ số tổng hơp. Để xác định chế độ làm việc tối ưu của một thiết bị, người ta xác định mức độ sử dụng oxy và theo đó sẽ chọn được tốc độ pha loãng, thành phần tương ứng của môi trường và tăng cao năng suất sinh khối. Các tế bào càng được giữ lâu trong thiết bị thì hoạt tính của giống càng giảm và năng suất sinh khối càng thấp. Vì vậy khi tiến hành nuôi lên men theo phương pháp bán liên tục thì sẽ cho hiệu quả kinh tế cao: khi đạt lượng sinh khối có trong dịch nuôi cấy sẽ lấy dần ra rồi cho thêm môi trường mới vào nồi lên men có hàm lượng đường khoảng 1-2 %. Sử dụng giống nấm men có họat tính thấp sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi sinh khối.. 7. Quá trình ly tâmm a) Mục đích : Quá trình này nhằm mục đích phân tách để thu nhận tế bào nấm men từ canh trường nuôi cấy được thực hiện ngay sau khi kết thúc quá trình lên men. b) Phương pháp thực hiêṇ Để tách nấm men khỏi dung dịch lên men, ta dùng phương pháp ly tâm. Nấm men thường có tỉ trọng lớn hơn dung dịch lên men (tỉ trọng của nấm men thường nằm trong khoảng 1,13-1,14 còn dịch nuôi cấy không chứa nấm men là 1,01-1,03). Do vậy, tế bào nấm men sẽ chịu lực ly tâm lớn hơn và được tách ra khỏi dung dịch nuôi cấy. o Đặc điểm sinh khối nấm men sau ly tâm Sinh khối nấm men thu được ở dạng sệt có 75-80 % nước, 20-25 % chất khô trong đó cacbon chiếm 40-50 %, nitơ 7-10 % tương ứng với 40-60 % protein, hydro 5-7 %, oxy 25-30 %, các nguyên tố vô cơ 5-10 % ( phospho và kali chiếm 95-97 % tổng lượng tro, số còn lại là canxi, magie, nhôm, lưu huỳnh, clo, sắt, một lượng rất nhỏ các nguyên tố mangan, kẽm, molipden, bo, coban…). Ngoài ra, trong tế bào nấm men còn chứ hầu hết các chất cần thiết cho sự sống như glucid, lipid, enzym, các acid nucleic … 8. Cô đặc a) Mục đích:  Chuẩn bị cho quá trình sấy dễ dàng hơn bằng cách tăng nồng độ chất khô, làm giảm chi phí về thời gian sấy.  Giết men và tất cả các vi sinh vật tạp nhiễm để hạn chế các mầm bệnh có thể nhiễm từ vi sinh vật  Phá vỡ tế bào nấm men nhằm tăng hệ số hấp thu nấm men cho động vật. b) Các biến đổi  Vật lý:  Tính chất dung dịch thay đổi, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung giảm, khối lượng riêng, nhiệt độ sôi tăng.  Hóa lý: độ nhớt của huyền phù tăng lên 17  Hóa sinh: một số enzym bị biến tính.  Sinh học: hệ vi sinh vật tốn tại trong nấm men bị tiêu diệt. c) Phương pháp thực hiện: Có thể tiến hành phương pháp bằng các thiết bị cô đặc bằng thiết bị dạng màng hoặc tấm bản. Nồng độ cuối cùng của nấm mên lên đến 40%. Phương pháp thường được sử dụng với sản phẩm sấy phun. 9. Sấy: a) Mục đích: Huyền phù sinh khối nấm men sau quá trình cô đặc có nồng độ chất khô 40% . Quá trình sấy nhằm mục đích tách ẩm ra khỏi men, đưa độ ẩm của chúng về dưới 8% để kéo dài thời gian bảo quản của nấm men. Đồng thời, quá trình sấy cũng làm đa dạng hóa sản phẩm nhằm thuận tiện cho quá trình vận chuyển và sử dụng. b) Các biến đổi trong quá trình sấy.  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 thông số.  Tốc độ đĩa phun 10000 vòng/phút  Nhiệt độ vào của tác nhân sấy: 180-200oC.  Nhiệt độ ra ở cửa ra buồng sấy : 85-95oC.  Nồng độ nguyên liệu vào: 40% chất khô  Độ ẩm sau khi sấy: ≤ 8%  Nhiệt độ nguyên liệu trong quá trình sấy ≤ 60-70 oC  Thời gian tiếp xúc với tác nhân sấy ngắn, chỉ khoảng vài giây. Nấm men được đưa nóng lên không quá 95oC làm cho chất lượng của các chất thành phần trong nấm men như protein, vitamin, màu sắc và cấu trúc không bị biến đổi, được hoàn thiện hơn cũng như dễ tiêu hóa hơn. 10. Quá trình bao gói Sản phẩm sau khi sấy khô được bọc trong các gói bằng giấy và bằng polietylen theo từng lô từ 0,3 đến 1,6 kg. Công đoạn bao gói sản phẩm được tiến hành trên dây chuyền tự động B6-BPA, dây chuyền khảo sát khả năng biến đổi kích thước của hộp theo chiều cao từ 150 đến 300 mm với đường kính không đổi bằng 242 mm, và định lượng sản phẩm trong giới hạn 0,4-0,5 kg. Dây chuyền được sử dụng để hoạt động trong phân xưởng chia gói ở nhiệt độ từ 18 – 30 oC và độ ẩm tương đối của không khí đến 60%. 18 Chương 4: SẢN PHẨM SINH KHỐI NẤM MEN I. SẢN PHẨM SINH KHỐI NẤM MEN II. YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG CỦA MEN THƯƠNG PHẨM Tiêu chuẩn của sinh khối nấm men thương phẩm dùng cho chăn nuôi như sau:  Chỉ tiêu cảm quan: Dạng bột Màu sắc: xám, trắng, vàng, nâu. Mùi vị: đặc trưng của nấm men, không được có mùi vị lạ. Kích thước: hiệu suất qua rây 3mm trên 95%  Chỉ tiêu hóa học: Độ ẩm: không quá 8 % Protein: không nhỏ hơn 45% (tính theo chất khô), với men ở lọai khô là 56,0 % Lizin, metionin và tryptophan tương ứng không dưới 0,5; 1,4; 1,1 % của protein khô Độ tiêu 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: đối với men rượu từ rỉ đường không quá 14% men khô tuyệt đối, còn men rượu từ bã rượu ngũ cốc thì không quá 10 %. Tạp chất kim loại sau khi tách sắt có thể còn có trong chế phẩm men ở dạng các mẫu vảy nhỏ là kim loại bắt từ hoặc không bắt từ. Những tạp chất kim loại là thể mảnh kim loại không bắt từ phải có kích thước mảnh, miếng kim loại không quá 2mm. Hàm lượng kim loại mảnh có kích thước<2 mm (mg/ 1kg men khô):< 20 Các kim loại từ tính: không quá 0,003% (chì và asen không quá 5 mg/kg)  Chỉ tiêu vi sinh: - Tổng vi sinh vật hiếu khí không quá 7500 cfu/kg men khô - Vi khuẩn thương hàn: không được có - Nấm mốc: không quá 50 cfu/kg men khô 19 Chương 5: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ I. SẢN XUẤT PROTEIN VI SINH VẬT TỪ DẦU MỎ VÀ KHÍ ĐỐT 1. Sơ lược Từ lâu người ta đã biết nhiều vi sinh vật sống dựa vào dầu mỏ và khí đốt, ở các bể chứa dầu, ở các mặt đường nhựa … Năm 1925, con người đã phát hiện thấy khả năng oxy hoá hidrocacbua của một số vi sinh vật. Năm 1940, nhiều công trình nghiên cứu sử dụng vi sinh vật vào việc tìm kiếm dầu mỏ và khí thiên nhiên gần mặt đất đã được tiến hành.Tới năm 1962, phương pháp sản xuất protein từ dầu mỏ và triển vọng của nó đã được trình bày tại hội nghị dầu mỏ quốc tế lần thứ VI. Sau đó, một số nước trên thế giới đã xây dựng nhà máy sản xuất sinh khối nấm men mà sản phẩm chưa tới 70% protein nhằm mục đích thu protein. Sản phẩm thu được khi nuôi vi sinh vật ( chủ yếu là nấm men ) trên dầu mỏ rất giàu dinh dưỡng có thể coi là 1 loại protein-vitamin đậm đặc, không mang mùi vị gì của nguyên liệu và không có độc tố. Các sản phẩm này rất giàu protein nhóm B cũng như ecgostenn (tiền vitamin D 2).Chính vì vậy chúng được dùng rộng rãi vào chăn nuôi và một phần để được tách protein tinh khiết làm thức ăn cho người. Sản phẩm của Pháp có tên là Toprina chứa tới 70% protein, của Liên Xô là BVK có trên 52% protein, của Anh là BP chứa khoảng 40% protein. 2. Vi sinh vật sử dụng Hydrocacbua dạng khí thường được vi khuẩn Mycobacterium và Pseudomonas đồng hoá. Khả năng này còn thấy ở một số vi khuẩn khác và xạ khuẩn: Streptomyces, Flavobacterium, Chromobaterium, Acremonium, Corynebacterium, Micrococus, Staphylococus, Methylococus. Đồng hoá tốt các hydrocacbua lỏng là các chủng thuộc giống Candida: C.tropicalis, C.maltosa, C.lypolitica, C.rubusta, C.pelliculosa, C.scotti, C.rugosa, C.olophila. Ngoài ra còn có các giống khác cũng đồng hoá được hydrocacbua dầu mỏ như: Torulopsis, Rhodotorula – T.colliculosa, T.sake, T.dattila, T.famata, Rh.glutinis, Rh.gracilis. Mọc tốt trên môi trường này còn có nấm men Lodderomyces enlongisporus, vi khuẩn Pseudomonas ovalis. Vi khuẩn có khả năng sinh trưởng trên nhiều loại hydro cacbua hơn nấm men và nấm mốc. Nấm men chỉ phát triển trên n-alkan và alken. Nấm mốc phát triển trên n- alkan, còn trên alkan mạch nhánh sinh trưởng kém hơn.Vi khuẩn phát triển tốt trên các dãy alkan mạch thẳng, mạch nhánh, trên các hydro cacbua thơm và khí thiên nhiên. Quá trình thâm nhập của hydrocacbua vào tế bào cho tới nay cũng chưa được làm sáng tỏ đầy đủ. Có giả thuyết cho rằng, quá trình đó thực hiện nhờ có sự tham gia của lipit ở màng tế bào. Cơ chế phân giải hydrocacbua tuy có nhiều giả thuyết và được nghiên cứu nhiều nhưng cũng chưa hoàn toàn rõ ràng ở các đối tượng khác nhau. Vấn đề chọn lựa các chủng vi sinh vật có hoạt lực sinh tổng hợp cao để dùng trong sản xuất rất có ý nghĩa quan trọng. Trong công nghiệp sản xuất protein từ khí đốt và dầu mỏ phải chọn các chuẩn sao cho đáp ứng các nhu cầu sau:  Có khả năng sử dụng tốt nguồn hidrocacbua dùng làm nguyên liệu sản xuất.  Sinh trưởng nhanh chóng, cho sản lượng cao trong thời gian ngắn, không đòi hỏi các yếu tố sinh trưởng bổ sung.  Có thành phần hóa học và điều kiện nuôi cấy ổn định có hàm lượng protein cao, chứa đầy đủ các acid amin cần thiết, không có độc tố và phải được động vật đồng hóa tốt. 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan