Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
MUÏC LUÏC
Phaàn 1:Giôùi thieäu chung .........................................................................3
Phaàn 2: Sô ñoà quy trình...........................................................................4
Phaàn 3:ÖÙng duïng cuûa VSV trong coâng ñoaïn ñöôøng hoùa dòch chaùo .......6
I-Giôùi thieäu chung veà naám moác .........................................................6
1-Caáu taïo sôïi naám ...........................................................................7
2-Sinh saûn cuûa naám .........................................................................7
II-Nhöõng loaøi naám thöôøng duøng ........................................................9
1-Rhizopus .....................................................................................11
2-Mucor .........................................................................................11
3-Aspergillus ................................................................................12
III- Nuoâi caáy moác ñöôøng hoùa : caùc cheá phaåm enzym ñöôøng hoùa ...16
IV- Ñöôøng hoaù tinh boät: ...................................................................21
1-Taùc duïng cuûa enzym amylase leân maïch tinh boät ......................21
2- Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình ñöôøng hoùa tinh boät .........23
Phaàn 4:ÖÙng duïng cuûa VSV trong coâng ñoaïn leân men dòch ñöôøng ......31
A-Naám men ........................................................................................31
I-Saccharomyces cerevisiae ............................................................... 31
1-Ñaëc ñieåm ....................................................................................31
2-Moät soá chuûng Saccharomyces cerevisiae thöôøng duøng .............. 32
3-Nghieân cöùu so saùnh khaû naêng leân men cuûa chuûng 12 vôùi chuûng
MTB vaø 1 vaøi chuûng khaùc hieän coù ôû nöôùc ta. ...............................33
4- Điều kiện lên men ........................................................................ 35
1
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
5-Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của nấm men
Saccharomyces cerevisiae ............................................................... 36
II- Cơ chế lên men rượu...................................................................... 40
1- Cơ chế hóa sinh học của quá trình lên men ................................. 41
2- Tiến hành lên men rượu ............................................................... 44
III- Nhaän xeùt, ñaùnh giaù caùc phöông phaùp leân men .........................46
IV- Hieäu suaát quaù trình leân men töø naám men .................................48
B-Vi khuaån .........................................................................................48
I.Giới thiệu chung ................................................................................. 48
II.Các vi khuẩn lên men cồn ................................................................. 49
1.Zymomonas mobilis ..................................................................... 50
a.Đặc điểm .................................................................................. 50
b.Điều kiện phát triển .................................................................. 52
c. Nuôi cấy .................................................................................. 53
d- Quá trình lên men ................................................................... 55
e-Hiệu suất quá trình ................................................................... 55
2.Clostridium .................................................................................57
a.Đặc điểm .................................................................................. 57
b.Điều kiện phát triển .................................................................. 58
Phaàn 5: Hieäu suaát vaø toån thaát trong saûn xuaát .......................................62
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO .................................................................. 67
2
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
PHAÀN 1: GIÔÙI THIEÄU CHUNG
Coâng ngheä coàn etylic laø khoa hoïc veà phöông phaùp vaø quaù trình cheá
bieán caùc nguyeân lieäu chöùa tinh boät, ñöôøng, xenluloza, etylen thaønh saûn
phaåm etylic hay etanol.
Quy trình coâng ngheä saûn xuaát coàn etylic coù theå chia thaønh caùc coâng
ñoïan chính goàm : chuaån bò dòch ñöôøng leân men; gaây men gioáng, leân men
dòch ñöôøng vaø xöû lyù dòch leân men.
Chuaån bò dòch leân men:
- Neáu nguyeân lieäu chöùa tinh boät thì coâng ñoïan naøy goàm nghieàn, naáu,
ñöôøng hoùa vaø laøm laïnh ñeán nhieät ñoä leân men.
- Neáu nguyeân lieäu laø maät ræ thì chuaån bò dòch leân men goàm pha loõang
sô boä, xöû lyù maät ræ, boå sung nguoàn dinh döôõng, taùch caën roài pha
loaõng tôùi noàng ñoä gaây men vaø leân men
Gaây men gioáng vaø leân men: muoán leân men tröôùc heát caàn phaùt trieån men
gioáng tôùi chaát löôïng vaø soá löôïng caàn thieát, thöôøng baèng 10% theå tích cuûa
thuøng leân men. Sau ñoù ñöa men gioáng vaø dòch ñöôøng vaøo thuøng roài khoáng
cheá ôû ñieàu kieän xaùc ñònh ñeå naâùm men chuyeån hoùa ñöôøng thaønh röôïu vaø
CO2. Dòch nhaän ñöôïc sau leân men goïi laø giaám chín.
Xöû lyù dòch leân men: coâng ñoaïn naøy coù lieân quan tôùi kieán thöùc lyù hoïc vaø
chuyeån khoái. Thöïc chaát laø duøng heä thoáng chöng luyeän phuø hôïp ñeå taùch
röôïu vaø caùc chaát deã bay hôi khoûi giaám chín, sau ñoù ñem tinh luyeän ñeå
nhaän ñöôïc coàn saûn phaåm, thoûa maõn tieâu chuaån vaø yeâu caàu tieâu duøng. Saûn
phaåm thu ñöôïc sau xöû lyù bao goàm coàn thöïc phaåm, coàn ñaàu, daàu fusel hoaëc
ancol cao phaân töû.
Ngoaøi caùc saûn phaåm keå treân, chuùng ta coøn thu ñöôïc baõ röôïu coù chöùa
nhieàu chaát höõu ích, coù theå duøng laøm moâi tröôøng nuoâi caáy vaø thu nhaän
3
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
naám men thoâ duøng cho chaên nuoâi, cheá bieán caùc loïai khaùng sinh… ÔÛ moät
soá nöôùc, ngöôøi ta ñem coâ ñaëc baõ röôïu tôùi noàng ñoä chaát khoâ nhaát ñònh vaø
boå sung tröïc tieáp vaøo khaåu phaàn aên cuûa vaät nuoâi. Trong baõ röôïu töø ræ
ñöôøng coøn coù theå thu nhaän glyxerin, axít glutamic. Trong nhöõng naêm gaàn
ñaây baõ röôïu töø maät ræ coøn ñöôïc nghieân cöùu vaø ñöa vaøo phuï gia cuûa vaät
lieäu xaây döïng.
Ôû nöôùc ta vieäc söû duïng baõ röôïu chöa ñöôïc nghieân cöùu aùp duïng neân coøn
laõng phí nhieàu. Phaàn lôùn bò boû ñi , chæ phaàn raát ít ñöôïc söû duïng vaøo muïc
ñích chaên nuoâi.
4
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
PHAÀN 2: SÔ ÑOÀ QUY TRÌNH
Nguyên liệu
Tinh bột
Mật rỉ
Xử lý nguyên liệu
Xử lý nguyên liệu
Quá trình dịch hóa
Chuẩn bị dịch lên men
Chế phẩm
amylase của
nấm mốc
Nấm
men
Đường hóa
Lên men rượu
O2
Lên men rượu
Chưng cất
Chưng cất
Tinh chế
Tinh chế
Nấm
men
Cồn tinh
luyện
5
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
PHAÀN 3: ÖÙNG DUÏNG CUÛA VSV TRONG COÂNG
ÑOAÏN ÑÖÔØNG HOÙA DÒCH CHAÙO
Nấu xong, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan
nhưng chưa thể lên men trực tiếp để biến thành rượu được, mà phải trải qua
quá trình thủy phân do xúc tác của amylase để biến thành đường. Quá trình
trên được gọi là quá trình đường hóa, có vai trò rất quan trọng trong công
nghệ sản xuất cồn ethylic. Nó quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do
giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột sót lại sau khi lên men.
Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì phải
chọn được tác nhân đường hóa tốt nhất. Hiện nay, người ta dùng amylase
nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật, trong đó nấm mốc được sử dụng nhiều
nhất, sau đó đến vi khuẩn, cuối cùng là nấm men Endomycopsip. Các yếu tố
cần chú ý khi nuôi cấy vi sinh vật là chọn giống, môi trường nuôi cấy, điều
kiện nuôi cấy (nhiệt độ, độ ẩm, pH, oxy).
I-GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ NAÁM MOÁC
Naám moác (mold) laø teân chung ñeå chæ caùc loïai naám hieån vi coù caáu
taïo sôïi. Chuùng thuoäc loaïi thöïc vaät haï ñaúng, coù baøo töû, khoâng coù dieäp luïc
toá, khoâng coù khaû naêng toång hôïp caùc chaát höõu cô töø khí carbonic maø söû
duïng tröïc tieáp chaát höõu cô coù saün ñeå sinh soáng.
Naám moác chæ moïc toát trong moâi tröôøng coù nhieàu khoâng khí, vì vaäy
chuùng thöôøng phaùt trieån treân lôùp beà maët cuûa cô chaát, döôùi daïng nhöõng lôùp
luùn phuùn hình sôïi, lôùp mang nheän hay khoái sôïi boâng. Trong cô chaát,
chuùng chæ sinh tröôûng trong caùc khoang hoång chöùa khoâng khí. Nhieàu loaïi
naám moác coù giaù trò lôùn trong coâng nghieäp, traùi laïi nhieàu loaïi naám laïi gaây
nhieàu thieät haïi trong coâng nghieäp, nhaát laø coâng nghieäp thöïc phaåm, y hoïc
…
6
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
1-Caáu taïo sôïi naám
Ña soá naám coù hình sôïi phaân nhaùnh, ñan keát laïi vôùi nhau thaønh moät
khoái sôïi, töøng sôïi rieâng leû goïi laø sôïi naám (khuaån ty theå, mycelium). Coù 2
loaïi sôïi naám: sôïi naám coù maøng ngaên ngang vaø sôïi naám khoâng coù maøng
ngaên ngang; trong tröôøng hôïp sau, toøan boä heä sôïi naám chæ laø 1 teá baøo
phaân nhaùnh raát phöùc taïp. Chieàu roäng cuûa sôïi naám thay ñoåi töø 5-50μm.
Moät soá sôïi naám sinh tröôûng baèng caùch ñaâm saâu vaøo trong cô chaát vaø
huùt chaát dinh döôõng ôû trong ñoù (khuaån ty cô chaát), trong khi ñoù moät phaàn
heä sôïi naám phaùt trieån treân beà maët cuûa cô chaát (khuaån ty kyù sinh), phaàn sôïi
naám naèm ngoaøi naøy nhieàu hay ít tuøy theo loaøi vaø moâi tröôøng. ÔÛ nhieàu
loaøi, caùc sôïi cuûa heä sôïi naám naèm beân ngoaøi cô chaát laø cô quan sinh saûn. ÔÛ
moät soá naám khaùc, sôïi naám ñan keát laïi daøu ñaëc vôùi nhau vaø taïo thaønh quaû
theå.
Caáu taïo teá baøo cuûa naám khoâng khaùc vôùi caáu taïo cuûa caùc sinh vaät
khaùc. Maøng teá baøo caáu taïo bôûi cellulose; ôû nhieàu loaïi naám, trong maøng teá
baøo coù chöùa kitin. Trong teá baøo chaát coù khoâng baøo vaø caùc chaát khaùc. Caùc
chaát döï tröõ thöôøng gaëp ôû naám laø glycozen, haït volutin vaø caùc gioït môõ. Teá
baøo naám coù 1,2 hoaëc nhieàu nhaân. ÔÛ naám, hieän töôïng nhieàu nhaân raát phoå
bieán.
2-Sinh saûn cuûa naám
Moät ñaëc ñieåm cuûa naám laø coù nhieàu hình thöùc sinh saûn vaø nhieàu cô
quan sinh saûn. Naám sinh saûn chuû yeáu baèng baøo töû, töø baøo töû moïc ra sôïi
naám vaø sau ñoù laø heä sôïi naám. Maëc duø vaäy, baát cöù moät ñoïan sôïi naám hoaëc
moät maûnh naøo cuûa heä sôïi cuõng coù theå duøng ñeå sinh saûn ñöôïc, caùc ñoïan
naøy khi rôi treân moâi tröôøng dinh döôõng thì phaùt trieån vaø taïo thaønh moät heä
7
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
sôïi naám môùi. Trong phoøng thí nghieäm thöôøng duøng phöông phaùp naøy ñeå
nhaân gioáng vaø phaân laäp.
Moät soá naám sinh saûn baèng oidi (baøo töû boät). Trong tröôøng hôïp naøy,
sôïi naám bò caét ra thaønh töøng phaàn nhoû ñôn baøo vaø moãi moät teá baøo ñoù coù
theå phaùt trieån thaønh moät heä naám môùi. Sôïi naám bò caét ra, töø ngoïn xuoáng,
vaø hieän töôïng ñoù coù theå tieán haønh ôû toøan boä heä sôïi naám.
Trong sinh saûn voâ tính cuûa naám coù 2 loaïi baøo töû : baøo töû ngoaøi
(exospore) vaø baøo töû trong (endospore), baøo töû ngoaøi goïi laø haït ñính (ñính
baøo töû, conidi) vaø sôïi naám mang caùc haït ñính goïi laø cuoáng haït ñính.
Cuoáng haït ñính tröïc tieáp bò thaét laïi vaø sinh ra haït ñính, hoaëc coù caùc teá baøo
ñaëc bieät naèm ôû ñaàu cuoáng phaân chia sinh ra caùc haït ñính. Haït ñính naèm
ñôn ñoäc treân cuoáng hoaëc tuï laïi thaønh nhoùm hay thaønh chuoãi, v.v…
8
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
ÔÛ caùc loaøi naám khaùc, baøo töû laïi ñöôïc hình thaønh trong caùc teá baøo rieâng
bieät naèm ôû ñaàu sôïi naám. Nhöõng baøo töû ñoù thöôøng coù kích thöôùc lôùn, hình
caàu, goïi laø boïc baøo töû (sporangium) hay baøo töû nang, sôïi naám mang goïi
cuoáng boïc baøo töø (cuoáng baøo töû nang). Cuoáng boïc baøo töø thöôøng phaùt
trieån trong boïc baøo töû laøm thaønh moät truï coù nhieàu hình daïng khaùc nhau,
goïi laø loõi (columelle) hay nang truï
Trong sinh saûn höõu tính, naám taïo ra nang (asque) mang nang baøo töû
(ascospore), vaø ñaûm (basidi) mang ñaûm baøo töû (basisospore), ñoù laø nhöõng
cô quan sinh saûn ñaëc bieät.
Ñoâi khi nang vaø ñaûm xeáp ñôn ñoäc treân sôïi naám, nhöng thöôøng laøm
thaønh töøng nhoùm hoaëc töøng lôùp trong quaû theå. Veà hình daïng, maøu saéc vaø
caáu taïo quaû theå thöôøng raát khaùc nhau. Moät soá naám thöôøng coù theå sinh saûn
baèng caùch voâ tính vaø höõu tính. Moät soá khaùc khoâng coù khaû naêng sinh saûn
höõu tính, ñoù laø nhöõng naám baát toaøn. Trong chu kyø sinh saûn cuûa nhieàu loaøi
naám, ngoaøi caùc hình thöùc sinh saûn treân, coøn hình thaønh theâm haïch naám
(sclecotium) vaø baøo töû maøng daày (chlamydospore). Haïch naám do sôïi naám
keát chaët laïi raén chaéc vaø thöôøng coù maøu ñen ôû maët ngoaøi. Chuùng coù nhieàu
hình daïng vaø kích thöôùc khaùc nhau, chöùa nhieàu chaát döï tröõ, ít nöôùc. Baøo
töû maøng daày laø nhöõng ñoaïn sôïi naám xeáp chaëc laïi, coù maøng raát daøy. Haïch
naám vaø baøo töû maøng daøy laø giai ñoïan nghó cuûa naám, ôû giai ñoïan naøy
cbuùng coù theå vöõng beàn ñoái vôùi taùc duïng cuûa caùc ñieàu kieän khoâng lôïi cuûa
moâi tröôøng beân ngoøai. Khi rôi vaøo choã coù ñieàu kieän chuùng laïi phaùt trieån
toát, chuùng naûy maàm vaù phaùt trieån thaønh heä sôïi naám môùi hoaëc phaùt trieån
thaønh cô quan sinh saûn
9
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
II-NHÖÕNG LOAØI NAÁM THÖÔØNG DUØNG
1. Rhizopus :
Rhizopus coù nhieàu loaïi: Rhi. japonicus, Rhi. Orysee, Rhi. pekaII,
Rhi. Tonkinensis…
Rhizopus coù ñaëc ñieåm sinh tröôûng baèng “giaû chi” ñeå lan roäng treân beà
maët. ÔÛ nhöõng ñieåm tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng ñaëc, thaønh oáng nghieäm… coù
moät chuøm reã giaû. ÔÛ choã coù giaû caên, thaân boø tieáp tuïc phaùt trieån vaø sinh ra
caùc cuoán töû nang chöùa nhieàu baøo töû. Baøo töû sinh ra töø nang truï ôû baàu
cuoáng. Vì moät phaàn nang truï tieáp xuùc vôùi vaùch nang, do ñoù khi soi kính,
nöûa döôùi cuûa nang loän ngöôïc nhö caùi oâ maø cuoáng nang truï laø caùn oâ. Luùc
non, baøo töû nang traéng, luùc giaø maøu ñen, beân trong coù nhieàu baøo töû. Baøo
töû hình tröùng hay hình baùn caàu, maët thöôøng coù neáp nhaên, kích thöôùc 5 8μm.Nhieät ñoä phaùt trieån thích hôïp 32-340C.
Rhizopus sinh saûn höõu tính baèng tieáp hôïp nhöng ít gaëp. Chuû yeáu sinh
saûn dinh döôõng baèng haäu baøo töû, khuaån ty vaø sinh saûn voâ tính baèng baøo töû
noäi sinh. Nhìn beà ngoaøi deã nhaàm laãm Rhizopus vôùi Absidi. Absidi khaùc
vôùi Rhizopus ôû choã : baøo töû nang hình quaû leâ vaø giaû caên moïc ôû giöõa thaân
boø, khoâng cuøng goác cuoáng baøo töû nang.
10
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Rhizopus, Absidi thöôøng thaáy treân cuû, haït aåm, baùnh mì, côm, xoâi …ñeå
trong khoâng khí vaøi ngaøy. Baèng maét thöôøng thaáy khuaån ty cuûa chuùng nhö
nhöõng “taám” maïng nheän, baøo töû nang luùc non traéng, khi giaø ñen nhaït coù
nhöõng chaám nhoû. Baøo töû deã bay trong khoâng khí, gaëp ñieàu kieän thuaän lôïi
seõ naûy maàm.
Rhizopus thöôøng ñöôïc nuoâi caáy, phaùt trieån treân moâi tröôøng dòch theå
giaøu dinh döôõng vaø coù thoâng khí, heä enzym amylase töông ñoái hoøan
chænh, neân thöôøng ñöôïc duøng trong saûn xuaát röôïu theo phöông phaùp
amilose vaø nuoâi caáy naám moác loûng (phöông phaùp beà saâu).
2. Mucor
Mucor vaø Rhizopus raát gioáng nhau. Song coù theå phaân bieät giöõa
Mucor vaø Rhizopus ôû 3 ñieåm : Mucor khoâng coù theå giaû caên, cuoáng baøo töû
nang coù theå sinh ra ôû baát kyø choã naøo coù nang truï khoâng coù hình baùn caàu,
khoâng saùt vôùi vaùch baøo töû nang
Khuaån ty cuûa Mucor coù 2 loaïi (+) vaø (-) maøu traéng phaân nhaùnh,
gioáng nhau veà hình thaùi, khaùc nhau veà sinh lyù. Töø moät loïai khuaån ty coù
theå sinh saûn voâ tính. Töø 2 loaïi khuaån ty coù theå sinh saûn höõu tính theo kieåu
tieáp hôïp ñeå cho baøo töû nang ña haïch, veà sau laø caùc baøo töû noäi sinh.
11
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Trong saûn xuaát thöôøng gaëp caùc loaïi : Mucor rouxii, Mucor mucedo,
Mucor javanicus, Mucor hydrophilus… Nhöng söû duïng phoå bieán trong saûn
xuaát röôïu ôû nöôùc ta laø Mucor rouxii.
ÔÛ Mucor rouxii, ngoaøi heä men amylase coøn coù enzym röôïu hoùa neân
trong ñieàu kieän yeám khí, enzym cuûa Mucor rouxii coù theå bieán ñöôøng
thaønh röôïu. Hieän töôïng naøy raát hay gaëp trong quaù trình saûn xuaát naám moác
beà maët treân moâi tröôøng chaát raén coù tinh boät giöõ ôû nhieät ñoä cao (39-400C).
Mucor rouxii phaùt trieån maïnh treân moâi tröôøng thaïch Csepek, khuaån
ty phaân nhaùnh nhieàu, khoâng vaùch ngaên, ña nhaân, khuaån laïc cao, khoâng
neáp nhaên, baùn vaøo naép hoäp loàng (petrie). Ñaëc bieät cuoáng baøo töû nang
phaân nhaùnh khoâng coù thöù töï nhaát ñònh. Baøo töû nang thöôøng troøn, ñöôøng
kính 60-80 μm. Nang truï 20-25 μm. Baøo töû troøn, ñöôøng kính 6-7 μm.
Khuaån ty luùc non maøu traéng, giaø coù maøu xaùm nhaït. Baøo töû nang töø
maøu traéng chuyeån daàn sang maøu hôi vaøng, ñoû xaùm, ñen, laøm cho maøu
khuaån laïc xaùm daàn. Maët döôùi khuaån laïc khoâng coù neáp nhaên, khoâng maøu.
3. Aspergilus
Aspergilus coù theå tìm thaáy deã daøng ôû khaép moïi nôi, treân moïi cô chaát.
Vaøo khoaûng naêm 1877, ôû Nhaät, ngöôøi ta ñaõ phaùt hieän vaø söû duïng
Aspergilus vaøo saûn xuaát röôïu, phaân giaûi acid…
Aspergilus goàm raát nhieàu loaïi, nhöng trong coâng nghieäp saûn xuaát
röôïu thöôøng duøng caùc loaïi : Asp.flavus, Asp.orysee, Asp.batatae,
Asp.awamorii, Asp.niger,Asp.usami…
12
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Aspergilus coù ñaëc ñieåm sau : khuaån ty khoâng maøu hay vaønh nhaït. Coù
2 loaïi : khuaån ty kyù sinh phaùt trieån treân maët moâi tröôøng vaø khuaån ty dinh
döôõng aên saâu vaøo trong moâi tröôøng. Khuaån ty phaân nhieàu nhaùnh, coù nhieàu
ngaên teá baøo moãi teá baøo coù moät nhaân. Nang vaø nang baøo töû laø quaû theå maøu
vaøng kim. Khi Aspergilus hình thaønh ñính baøo töû deã phaân bieät vôùi caùc
moác khaùc. Cuoáng ñính baøo töû daøi vaø thaúng, khoâng phaân nhaùnh maø ñaàu
phình to taïo thaønh chop nang.
Teá baøo sinh cuoáng ñính baøo töû phaân bieät vôùi caùc teá baøo khaùc goïi laø
teá baøo chaân. Choùp nang coù theå hình caàu, hình chuøy, hình baùn caàu… Xung
quanh ñaàu coù nhieàu cuoáng nhoû. Tuøy loaøi maø cuoáng nhoû coù 1 hay 2 taàng.
Theo Thom vaø Raper (1945), goïi chuùng laø cuoáng nhoû sô sinh vaø cuoáng
nhoû thöù sinh. Taát caû cuoáng nhoû ñeàu coù hình chai. Ñính baøo töû xeáp thaønh
chuoãi daøi, caøng gaàn baøo töû caøng lôùn daàn. Nhöõng chuoãi ñính baøo töû xeáp
ñoái xöùng toûa troøn treân choùp nang. Ñính baøo töû thöôøng coù hình caàu ñôn
baøo, ña nhaân, beà maët xuø xì. Do cuoáng ñính baøo töû vaø baøo töû coù maøu saéc,
phaùt trieån maïnh, neân maøu cuûa chuùng trôû neân maøu cuûa khuaån laïc. Maøu
khuaån laïc Aspergilus raát khaùc nhau : ñen, ghi, naâu, vaøng, vaøng luïc, luïc
vaøng, luïc, traéng…
13
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Maøu saéc coù thay ñoåi tuøy ñieàu kieän moâi tröôøng, thôøi gian nuoâi caáy…
treân moâi tröôøng nhaát ñònh (ví duï moâi tröôøng Csepek); maøu khuaån laïc laø
moät daáu hieäu ñeå phaân loaïi. Asp raát nhaïy ñoái vôùi nguyeân toá vi löôïng, taïo
ra maøu saéc ñaëc bieät cuûa khuaån laïc. Mulder ñaõ xaùc ñònh : Asp. Niger coù
maøu saãm nhaát khi moâi tröôøng coù Cu2+ vôùi noàng ñoä 0,00025%; ôû noàng ñoä
thaáp hôn, maøu khuaån laïc nhaït daàn. Khi khoâng coù ñoàng, ñính baøo töû coù
maøu vaøng (bình thöôøng laø ñen hay naâu)
Aspergilus Orysee : nuoâi treân thaïch Csepek thì treân vuøng baøo töû coù
maøu vaøng luïc troäi veà maøu vaøng. Vuøng khoâng coù baøo töû heïp vaø
traéng. Khuaån laïc khoâng coù neáp nhaên hoaëc khoâng roõ reät. Baøo töû
nang ñaàu troøn 40-60 μm, cuoáng ñính baøo töø daøi 0,8-1,5mm, ñöôøng
kính 8-12 μm, coù theå thaáy baèng maét thöôøng. Ñính baøo töû hình baàu
duïc hay quaû leâ, kích thöôùc 4-6×5-7 μm. Teá baøo chai ñaëc tröng cuûa
Aspergilus deã thaáy. Baøo töû nang luùc non traéng, luùc giaø vaøng luïc,
caøng giaø maøu caøng saãm. Ñính baøo töû traàn deã bay. Moác naøy sinh ra
caùc enzym amylase, invectase, maltase, protease vaø catalase. Hoaït
tính men amylase, protease raát cao. Moác naøy phaùt trieån trong
khoaûng nhieät ñoä 15 - 400C, toái thích 30 - 320C. Moác naøy ñöôïc söû
duïng nhieàu roäng raõi trong coâng nghieäp saûn xuaát röôïu, töông, chao,
thuoäc da, nöôùc chaám leân men v.v…
Aspergilus Flavus : nuoâi treân thaïch Csepek thì maët treân vuøng baøo töû
coù maøu luïc vaøng, troäi veà maøu luïc. Khuaån laïc thaáp, ñính baøo töû naèm
saùt maët thaïch, do cuoáng ngaén. Maët döôùi khuaån laïc thöôøng khoâng
maøu, ñoâi khi vaøng nhaït. Baøo töû nang ñaàu troøn 40 - 60 μm. Cuoáng
ñính baøo töû ngaén 0,3 - 0,5mm. Ñính baøo töû troøn hay baàu duïc 3,5 - 5
μm. Teá baøo chaân roõ deã thaáy. Baøo töû deã bay. Aspergilus orysee raát
gioáng Asp. Flavus, chæ khaùc laø kích thöôùc lôùn hôn, khuaån laïc coù
maøu troäi hôn veà maøu vaøng. Moác naøy sinh ra heä enzym gioáng
14
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
A.Orysee, ñaëc bieät laø protease raát hoaït ñoäng vaø cheá phaåm tinh
khieát cuûa enzym naøy ñöôïc duøng laøm taùc nhaân oån ñònh bia. ÔÛ moät soá
moâi tröôøng coù chaát beùo (treân laïc), moác naøy coù theå sinh ra ñoäc toá
aflatoxin. Coù moät soá taùc giaû xeáp hai gioáng moác naøy thuoäc nhoùm
A.orysee-flavus.
Aspergillus niger : thöôøng goïi laø moác ñen. Treân moâi tröôøng thaïch
Csepek, khuaån laïc troøn, xoáp, vuøng baøo töû maøu naâu ñen hoaëc ñen.
Khuaån laïc coù neáp nhaên roõ. Vuøng giöõa khuaån laïc sau 3 - 4 ngaøy (2 4mm) cao hôn xung quanh. Maët döôùi thöôøng khoâng maøu, ñoâi khi
vaøng nhaït, thaáy roõ neáp nhaên töø taâm khuaån laïc ñi ra.
Baøo töû nang ñaàu troøn, khaù lôùn (100 - 160 μm). Cuoáng ñính baøo töû
daøi 0,5 - 1,5mm hoaëc hôn, ñöôøng kính 7 - 17 μm, thaáy roõ baèng maét
thöôøng. Cuoáng nhoû hay theå hình chai, coù hai lôùp hình laêng truï. Lôùp
ñaàu daøi lôùn 15 - 25×3 - 4 μm. Ñính baøo töû troøn, ñöôøng kính 3 - 4
μm. Teá baøo chaân deã nhaän thaáy.
Moác sinh ra enzym amylase, invectase, maltase, protease,
pectinase, glucooxydase. Moác naøy ñöôïc duøng trong saûn xuaát röôïu ,
saûn xuaát acid citric, acid fumaric. Protease do moác naøy hoïat ñoäng ôû
pH 2,5 - 3,5 coøn ôû protease cuûa A. orysee khoâng hoaït ñoäng ôû vuøng
pH naøy. Treân theá giôùi, 90% saûn löôïng acid citric ñöôïc saûn xuaát
baèng phöông phaùp leân men.
Aspergillus usami (söû duïng ôû nhaø maùy röôïu Haø Noäi) laø chuûng niger
ñaõ ñöôïc ñoät bieán baèng tia phoùng xaï Coban 60. Qua nghieân cöùu
chuùng toâi nhaän thaáy Asp.Usami cuûa nhaø maùy röôïu coù nhöõng ñaëc
ñieåm:
Ñính baøo töû to, khi giaø coù maøu hôi naâu ñen
Nhieät ñoä thích hôïp 33 - 340C, ñoä aåm 90 - 100%
15
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Heä men amylase töông ñoái ñaày ñuû, nuoâi treân moâi tröôøng
raén (caùm, traáu, boät ngoâ) trong ñieàu kieän thích hôïp, chæ sau
36 - 40 giôø, khaû naêng tích luõy men cao nhaát. Ngoaøi tích luõy
amylase, Asp.usami coøn sinh ra moät löôïng acid khaù lôùn (2 3% trong moâi tröôøng), vì vaäy amylase cuûa Asp.usami coù theå
thuûy phaân tinh boät ôû pH 4 - 4,5. Maët khaùc amylase cuûa
Asp.usami vaãn giöõ ñöôïc hoaït tính ôû nhieät ñoä cao 600C ±
10C.
Asgergillus awamori vaø Asgergillus usami gaàn vôùi A.niger coù khaû
naêng sinh ra nhieàu dextrinase vaø glucomylase, amylase sinh ra ít
hoaëc trung bình. Moác naøy ñöôïc duøng nhieàu trong coâng nghieäp röôïu
ñeå ñöôøng hoùa tinh boät.
III- NUOÂI CAÁY MOÁC ÑÖÔØNG HOÙA : CAÙC CHEÁ PHAÅM ENZYM
ÑÖÔØNG HOÙA
Nuoâi caáy moác ñeå saûn xuaát töông hoaëc xì daàu ôû caùc nöôùc phöông
Ñoâng coù töø thôøi coå xöa. Naêm 1884 J.Takamine (Nhaät Baûn) ñaõ nuoâi caáy
A.orysee treân gaïo, sau ñoù thay gaïo baèng caùm mì vaø thu cheá phaåm enzym
baèng caùch chieát qua nöôùc roài keát tuûa baèng coàn. Naêm 1915 moác naøy ñöôïc
16
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
duøng roäng raõi trong saûn xuaát röôïu ôû Myõ theo quy trình coâng ngheä cuûa
Takamine vaø ñöôïc duøng phoå bieán treân theá giôùi ñeå ñöôøng hoùa caùc nguoàn
nguyeân lieäu tinh boät tröôùc khi leân men röôïu cho ñeán nay.
Hieän nay trong coâng nghieäp röôïu thöôøng duøng caùc chuûng khaùc nhau
cuûa moác nhoùm A.orysee, A.niger, A.awamoni, A.usami, A.batatae theo
hai phöông phaùp nuoâi caáy beà maët vaø nuoâi caáy chìm.
Phöông phaùp nuoâi caáy beà maët : Khuaån ty theå cuûa naám moác taïo
thaønh moät lôùp moûng treân beà maët moâi tröôøng nuoâi caáy, lôùp khuaån ty
coù theå daøy töø 3 - 5cm ; ñoái vôùi moâi tröôøng raén, khuaån ty theå xuyeân
saâu vaøo nhöõng choã hoång cuûa moâi tröôøng. Trong coâng nghieäp saûn
xuaát röôïu, chæ aùp duïng phöông phaùp nuoâi caáy naám moác beà maët treân
moâi tröôøng dinh döôõng chaát raén, coù thoâng khoâng khí hoaëc khoâng
thoâng khí. Ñoái vôùi phöông phaùp nuoâi caáy beà maët treân moâi tröôøng
loûng, chæ aùp duïng trong coâng nghieäp saûn xuaát acid citric.
Phöông phaùp nuoâi caáy naám moác beà saâu: Naám moác nuoâi caáy trong
moâi tröôøng dinh döôõng dòch theå, coù thoâng khoâng khí. Khuaån ty theå
hình thaønh ñöôïc phaân boá vaø lô löûng trong moâi tröôøng. Ñaëc bieät,
trong quaù trình nuoâi caáy, men amylase ñöôïc khuyeách taùn ra moâi
tröôøng.
Phöông phaùp nuoâi caáy beà maët naám moác ñöôøng hoùa thöôøng duøng caùm
mì laøm cô chaát. Caùm mì caàn phaûi lôùn vaø coù hôn 20% tinh boät. Caùm ñöôïc
theâm 1 ít formalin vaø acid clohydric ñeå taêng hieäu quaû thanh truøng döôùi aùp
löïc hôi nöôùc noùng 1 atm trong khoaûng 1-2 giôø.
Noùi chung nuoâi caáy moác ñöôøng hoùa theo phöông phaùp ñöôøng hoùa
goàm 4 giai ñoaïn:
Chuaån bò gioáng vaø nhaân gioáng ñeå thu ñöôïc moác trung gian;
Chuaån bò vaø thanh truøng moâi tröôøng nuoâi caáy;
17
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Nuoâi caáy moác treân khay, maønh, nong, nia… treân caùc giaù trong
caùc buoàng nuoâi moác coù nhöõng ñieàu kieän thích hôïp ñeå moác sinh
ra enzym toái ña;
Ñaäp nhoû, saáy vaø ñoùng goùi moác caùm khoâ
Moác gioáng A. awamori ñöôïc giöõ trong phoøng thí nghieäm treân moâi
tröôøng thaïch – malt ôû choã toái 180C. Cöù 3 thaùng 1 laàn caáy truyeàn treân moâi
tröôøng nöôùc malt coù 7% chaát khoâ vôùi 3% thaïch vaø 0,09% acid citric.
Moác tröôùc khi ñöa vaøo saûn xuaát ñöôïc caáy treân moâi tröôøng thaïch –
malt 7 - 8 ngaøy roài chuyeån vaøi bình tam giaùc 500ml coù 10g caùm mì ñöôïc
laøm aåm baèng 6ml nöôùc ñaõ acid hoùa qua thanh truøng 1 giôø. Nuoâi ôû buoàng
aám 300C trong 3 ngaøy, sau ñoù chuyeån sang nuoâi ôû khay nhoâm hoaëc maønh
vôùi ñieàu kieän töông töï ñeán khi moác sinh baøo töû nhieàu. Moác caùm thu ñöôïc
naøy goïi laø moác trung gian duøng ñeå caáy troän vaøo moâi tröôøng saûn xuaát tieáp
theo.
Moâi tröôøng saûn xuaát cuõng ñöôïc chuaån bò töông töï vaø san ñeàu treân caùc
khay hoaëc maønh, nong… Chieàu daøy lôùp moâi tröôøng 2,5 - 3cm. Tyû leä moác
caáy chuyeàn tieáp khoaûng 0,2 - 0,4%.
Nuoâi moác treân khay trong caùc buoàng 28 - 320C coù thoâng gioù vaø giöõ
ñoä aåm khoâng khí 90 - 95%. Thôøi gian nuoâi moác töø 24 - 26 ñeán 30 - 36 giôø
vaø keát thuùc khi moác saép ñeán giai ñoaïn baøo töû. Trong quaù trình nuoâi caàn
laät vaø beû nhoû caùm vì heä sôïi moác phaùt trieån laøm cô chaât keát thaønh baùnh.
Moác caùm sau khi nuoâi caáy coù ñoä aåm 40 - 50% caàn phaûi saáy khoâ
khoâng quaù 450C ñeán khi ñoä aåm coøn 10 - 12%, nghieàn nhoû. Moác caùm khoâ
ñöïng trong caùc bao hoaëc thuøng kín, baûo quaûn ôû choå maùt (döôùi 200C) vaø ñeå
duøng daàn. Cuõng coù theå duøng moác caùm coù ñoä aåm 45 - 50%(chöa saáy) vaøo
ñöôøng hoùa tröïc tieáp.
18
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Qua nghieân cöùu vaø thöïc teá thaáy duøng caùm mì laøm cô chaát raén nuoâi
caáy moác ñöôøng thu ñöôïc keát quaû cao nhaát. Tröôøng hôïp khoâng coù caùm mì
coù theå thay baèng caùc moâi tröôøng coù caùc thaønh phaàn sau:
Moâi tröôøng boät ngoâ : boät ngoâ nhoû mòn, vaøng – 75%; traáu nhoû coù
1/8 - 1/10 voû luùa - 25%; (NH4)2SO4 - 0,5%
Moâi tröôøng caùm boåi: caùm gaïo coù 0,5% (NH4)2SO4
Quaù trình nuoâi caáy moác treân nhöõng moâi tröôøng naøy töông töï nhö treân
moâi tröôøng caùm mì.
Phöông phaùp nuoâi caáy chìm thöôøng duøng caùc moác A.niger, A.usami,
A.batatae-61. Quaù trình nuoâi caáy goàm caùc giai ñoïan :
Chuaån bò gioáng vaø nhaân gioáng
Pha cheá moâi tröôøng dinh döôõng
Nuoâi caáy moác trong thuøng men, thu dòch men coù hoaït löïc cao.
Moác gioáng duøng töø oáng nghieäm hoaëc töø moác caùm trong caùc bình tam
giaùc nhaân gioáng nhö trong phöông phaùp beà maët. Nhaân gioáng coù theå qua
caáp 1 ôû trong bình tam giaùc vaø caáp 2 trong caùc thuøng nhaân gioáng coù suïc
khí. Moâi tröôøng nhaân gioáng goàm: dòch loïc baõ röôïu töø caùc nguyeân lieäu tinh
boät ñöôïc boå sung 1,5 boät mì hoaëc boät ngoâ (coù khi duøng 2 - 3% caùm); 0,5
cao ngoâ; 0,5% KNO3; 0,1 - 0,2% MgO hoaëc 0,2% Ca2CO3; pH=5,6 - 5,8.
Moâi tröôøng than truøng 1 - 1,5 atm/giôø. Trong moãi bình tam giaùc 750 coù
130 - 150 ml moâi tröôøng. Nhaân gioáng trong bình tam giaùc treân maùy laéc
200 - 220 v/phuùt ôû 30 - 320C khoaûng 72 giôø, sau ñoù nhaân gioáng tieáp trong
caùc noài 2 voû coù khuaáy vaø suïc khí (40 - 60 m3/h) ôû 30 - 320C khoaûng 24 30 giôø.
Moâi tröôøng dinh döôõng nuoâi moác ñeå sinh enzym nhö sau:
Dòch loïc baõ röôïu
97,8%
19
Ứng dụng VSV trong sản xuất cồn
Boät
1,5 - 2%
Cao ngoâ
0,5%
MgO hoaëc CaCO3
0,2%
pH
5,6 - 5,8%
Trong moâi tröôøng caàn coù 1,2 - 1,7g% chaát khöû (khoâng tính pentose)
vaø N toång: 220 - 280 mg%
Moâi tröôøng thanh truøng ôû 1,5 - 2 atm khoaûng 45 - 60 phuùt. Tieáp theo
tyû leä 1 - 5% (ñoái vôùi A.batatae chæ caàn 1%)
Quaù trình nuoâi moác caàn phaûi suïc khí (15 - 20 m3/giôø) vaø khuaáy, coù
theå trong 18 giôø ñaàu khoâng caàn khuaáy vì moác môùi phaùt trieån, ñoä nhôùt
thaáp, vì vaäy chæ caàn suïc khí cuõng ñuû troän moâi tröôøng. Thôûi gian nuoâi caáy
khoaûng 60 - 72 giôø ôû 30 - 320C.
Dòch men sau khi nuoâi caáy ñöôïc theâm 0,25 formalin laøm chaát baûo veä
vaø duøng ñeå ñöôøng hoùa dòch chaùo ôû nhieät ñoä 56 - 570C vôùi tyû leä 75 - 100%
(tuøy thuoäc vaøo hoaït löïc enzym).
Ñoái vôùi naám men leân men caùc dòch ñöôøng töø tinh boät trong moâi
tröôøng caàn phaûi coù caùc hôïp chaát nitô deã ñoàng hoùa. Trong tröôøng hôïp duøng
moác ñöôøng hoùa laø A.awamori chæ coù caùc enzym amylase (coøn protease
hoaøn toaøn khoâng coù). Vì vaäy, trong dòch ñöôøng hoùa khoâng coù caùc hôïp chaát
nitô deã ñoàng hoùa ñoái vôùi naám men. Caùc hôïp chaát nitô naøy laø hoãn hôïp caùc
acid amin ñaõ ñöôïc thuûy phaân töø protein döôùi taùc duïng cuûa enzym
protease. Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà naøy coù theå duøng hoãn hôïp cheá phaåm
enzym A.orysee nuoâi caáy theo phöông phaùp beà maët giaøu protease vaø cuûa
A.awamori nuoâi caáy theo phöông phaùp chìm. Söû duïng hoãn hôïp naøy cho
pheùp giaûm löôïng cheá phaåm caàn thieát xuoáng 2 laàn vaø naâng cao ñöôïc hieäu
suaát leân men noùi chung. Ngöôøi ta coøn duøng hoãn hôïp A.orysee nuoâi caáy beà
maët vaø A.usami-45 hoaëc A.batatae nuoâi caáy chìm cuõng cho keát quaû toát.
20
- Xem thêm -