Đang tải... (xem toàn văn)
tổng quan về vi khuẩn lactic, chi tiết quy trình sản xuất sinh khối trong công nghiệp, điều kiện, thiết bị và thông số công nghệ, ứng dụng trong sản xuất,Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaccae. Mặc dù nhóm vi khuẩn này không đồng nhất về mặt hình thái (gồm vi khuẩn dạng que ngắn , que dài, vi khuẩn hình cầu) song về mặt sinh lí chúng lại tương đối đồng nhất.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm -Tiểu luận Công nghệ lên men CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID LACTIC CBGD : Lê Văn Việt Mẫn SVTH : Phạm Hoàng Tiến Đạt - 61200847 Lê Nguyễn Phương Nhi - 61202583 Dương Yến Nhi - 61202578 Phan Hồng Đức - 61200847 TP HCM – 10/2015 MỤC LỤC MỤC LỤC A NGUỒN NGUYÊN LIỆU VI SINH VẬT B QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .12 Sơ đồ quy trình công nghệ 12 Giải thích quy trình 13 II.1 Xử lý mật rỉ 13 Pha loãng sơ .13 Xử lý dịch pha loãng 13 Ly tâm thu dịch trong: 14 II.2 Chuẩn bị môi trường 15 Nhu cầu dinh dưỡng môi trường nuôi cấy 15 Nhu cầu Cacbon 16 Nhu cầu Nito 16 Nhu cầu vitamin 16 Nhu cầu muối khoáng .16 Nhu cầu hợp chất hữu khác: .17 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến phát triển Vi khuẩn lactic 17 Nhiệt độ: Vi khuẩn lactic phát triển tốt nhiệt độ từ 15-30 độ C gồm 17 II.3 Thanh trùng môi trường: 18 II.4 Nhân giống 19 2.5 Nuôi cấy .20 2.6 Ly tâm 23 2.7 Sấy thăng hoa 24 2.8 Đóng gói 26 2.9 Sản phẩm .27 C Ứng dụng 27 D TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 A NGUỒN NGUYÊN LIỆU VI SINH VẬT I Nguyên liệu làm môi trường vi sinh vật Vi khuẩn lactic Các vi khuẩn lactic xếp chung vào họ Lactobacteriaccae Mặc dù nhóm vi khuẩn không đồng mặt hình thái (gồm vi khuẩn dạng que ngắn , que dài, vi khuẩn hình cầu) song mặt sinh lí chúng lại tương đối đồng 1.1 Đặc điểm: - Là trực khuẩn, cầu khuẩn Gram dương , không tạo thành bào tử , hầu hết không di động , hô hấp tuỳ tiện.Thu nhận lượng nhờ phân giải hidrat cacbon tiết acid lactic - Vi khuẩn lactic sinh vật kỵ khí không bắt buộc Do đó, thực tế nồng độ oxygen thấp hoạt động sống trì bình thường, điều không bắt buộc phải - Một số đặc điểm quan trọng acid lactic có nhu cầu chất sinh trưởng phức tạp Đa số chúng cần hàng lọat Vitamin( lactoflavin, tiamin, axit nicotinic, acit folic, biotin) acid amin , peptone , khoáng chất, chí peptide ngắn - Không thể phát triển triển môi trường muối khóang khiết chứa glucose ammonium(, NH4+) - Hoạt động phân giải protein - Có khả lên men nhiều loại đường đơn đường đôi lên men loại glucid phức tạp tinh bột - Quá trình lên men xảy tốt môi trường axit pH từ 4,5 ÷ 6,8 Nhiệt độ thích hợp cho trình lên men từ 10 ÷ 50 0C Tuy nhiên, loài có khoảng nhiệt độ thích hợp khác nhau, nhiệt độ lớn 80 0C vi khuẩn lactic bị tiêu diệt hoàn toàn 1.2 Phân lọai: Nhóm vi khuẩn lên men đồng hình: Giống LACTOBALICILLUS: Là giống sử dụng rộng rãi - Có dạng hình que thẳng hay cong - Một số lên men hiếu khí chịu dưỡng sử dụng oxy nhờ enzyme flavoprotein oxidase, số lại kị khí bắt buộc Bào tử loài kị khí tùy tiện, phận lại lại kị khí bất buộc Chúng phần nhóm vi khuẩn acid lactic hầu hết thành viên làm biến đổi lactose đường khác thành acid lactic - - Nhiệt độ phát triển thích hợp o Loại ưa nóng: 40 đến 60 0C Lactobacillus bulgaricus o Loại ưa ấm: 28 đến 35 0C Lactobacillus plantarum Sinh trưởng pH = 4,5 cấu tạo đòi hỏi nhu cầu dinh dưỡng phức tạp amino acids, peptides, nucleotide bases, vitamins, khoáng chất, acid béo, carbohydrates Trong thể người chúng sống cộng sinh ruột non góp phần nhỏ vào phân giải thực vật Nhiều loài dễ thấy nguyên liệu thực vật thối rữa Lactobacillus bulgaricum: phân lập từ sữa chua Bulgari vào năm 1905, giáo sư Grigorov phat Chủng loại có kích thước tế bào 5.1 0.8-1µm nhiệt độ phát triển 2050oC, nhiệt độ cực thuận 40-42oC Chúng có khả tích lũy 1.7% axit lactic Chủng sử dụng để sản xuất sữa chua xuất Lactobacterium plantarum : loài vi khuẩn lactic đồng hình ưa ấm Nhiệt độ thích hợp 30 oC Chúng có khả phân hủy nhiều loại đường, có phân hủy tinh bột, casein Chúng phân bố rộng rãi tự nhiên, bề mặt loại rau Lactobacterium casei: Đây trực khuẩn ngắn gây chua sữa tự nhiên Yếm khí tuỳ tiện, lên men tốt glucose, maltose, lactose tạo môi trường có từ 0,8 ÷ 1% axit lactic Ở điều kiện bình thường gây chua sữa vòng 10 đến 12 Nguồn nitơ cho vi khuẩn peptone Nhiệt độ tối thiểu cho chúng phát triển 10oC, tối ưu 35oC tối đa 45oC, chúng thuỷ phân cazein gelatin yếu - Giống STREPTOCOCCUS: Streptococcus giống vi khuẩn gram dương hình cầu, phát triển dạng song cầu - khuẩn song cầu khuẩn Nhiệt độ phát triển thường thấp Lactobacterium casei, tối ưu từ 25-30 oC Không - sinh trưởng 10 oC lại sinh trưởng 45 oC Streptococcus chia nhỏ thành Lactococcus, Enterococcus, Vagococcus, dựa đặc tính sinh học cấu tạo phân tử.Trong khứ, người ta phân lọai - Streptococcus cách phân tích huyết Do ảnh hưởng to lớn loài đến công nghiệp, hai loài phụ lactis and - cremoris sử dụng rộng rãi Giống PEDIOCOCCUS: Pediococcus giống vi khuẩn gram dương, chúng thường xuất dạng song cầu khuẩn dạng tứ cầu khuẩn chia đối xứng qua hai mặt phẳng Đại diện Pediococcus acidilactici, Pediococcus damnosus, Pediococcus parvulus Pediococcus pentosaceu Pediococcus dextrinicus, Pediococcus pentosaceus: chịu môi trường acid, tổng hợp pothyrins sở hữu chế chuyển hóa thành men hoàn toàn với acid lactic sản phẩm chuyển hóa cuối quan trọng.P pentosaceus phát triển 40oC (50oC không phát triển), nồng độ pH dao động từ 4.5 đến 8, dung dịch NaCl 9-10%, thủy phân arginine, sử dụng maltose vài dòng sản xuất “pseudo-catalase”.P.pentosaceus cô lập khỏi nguyên liệu thực vật vi khuẩn tạo phômai Sinh vật sử dụng chất sản sinh môi trường acid lên men xúc xích, dưa chuột đậu xanh, đậu nành… Lên men dị hình Giống LEUCONOSTOC: - Leuconostoc giống vi khuẩn gram dương thuộc họ Leuconostocaceae Hầu hết chúng có dạng chuỗi cầu, môi trường acid tế bào dài nhọn hai đầu Tất loài vi khuẩn thuộc giống lên men dị dưỡng (heterofermentative) sản xuất dextran từ đường saccharose Chúng thường có dạng nhớt Leuconostoc loại vi khuẩn tồn nhiều tự nhiên, đóng vai trò quan trọng nhiều ngành công - nghiệp lên men thực phẩm Leuconostoc mesenteroides loài kị khí không bắt buộc, đòi hỏi yếu tố sinh trưởng phức tạp Chúng tồn thiên nhiên chủ yếu dạng hình tròn, tồn riêng rẽ cụm nhỏ, nhiên hình dạng thay đổi tùy theo điều kiện sinh trưởng, môi trường chứa nhiều glucose hình dạng bị kéo dài biến thành hình que 1.3 Phân bố Ít gặp đất nước,thường phát triển môi trường có chứa nhiều chất hữu phức tạp như: - Trong sữa sản phẩm từ sữa thường gặp Lactobacillus lactic, Lactobacillus bulgarius,Lactobacillushelviticus,Lactobacilluscasei, Lactobacillus ferment,Lactobacillus brevis, Streptococcus diacetyllactis Để tồn môi trường sữa vi khuẩn lactic tổng - hợp ATP từ chất lactose Trên bề mặt thực vật xác thực vật bị phân giải hay có Lactobcillus plantanium, Lactobcillus delnikii, Lactobcillus ferment, Lactobacillus brevis, Streptococcus - lactis Chúng tìm thấy loại rau quả, trái Trong ruột niêm dịch người động vật có Lactobacillus acidophilus, Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus salivanius, Streptococcus pyogenes, Bifidobacterrium, Pneumococcus Sinh khối vi khuẩn lactic 2.1 Mục đích thu nhận sinh khối vi khuẩn lactic Trong thời gian trước sở sản xuất có phương pháp qui trình riêng để nhân giống bảo quản giống dùng cho sản xuất Khi cần sử dụng người ta tiến hành nhân giống qua nhiều giai đoạn theo nguyên tắc thu nhận canh trường vi sinh vật khiết Hiện số nhà máy chế biến thực phẩm nhà máy sản xuất sản phẩm trao đổi chất từ vi sinh vật sử dụng phương pháp nên giống vi sinh vật xem độc quyền sở hữu nhà máy Từ năm 1980, giới phát triển mạnh ngành công nghiệp mới, công nghiệp sản xuất cung cấp giống vi sinh vật Các chế phẩm giống thương mại bao gồm đủ loại: vi khuẩn, nấm men, nấm sợi… Vi khuẩn lactic không ngoại lệ, sinh khối vi khuẩn lactic thu nhận, bảo quản cung ứng cho ngành công nghiệp sản xuất sản phẩm từ sữa Chế phẩm giống thương mại cấy trực tiếp vào môi trường lên men hoạt hoá chúng môi trường dinh dưỡng khoảng thời gian định trước cấy 2.2 Các loại vi khuẩn lactic dùng sản xuất sinh khối Quan trọng sinh khối vi khuẩn lactic lên men đồng hình: Streptococcus thermophiles; Lactobacillus bulgaricus; Streptococus lactic; Streptococcus cremoris; Lactobacillus acidophilus ; Nhóm vi khuẩn sinh hương - 2.2.1 Lactobacillus acidophilus Thuộc trực khuẩn, có kích thước : rộng 0.6-0.9 µm, dài 1.5-6 µm Trong thiên nhiên chúng tồn riêng lẻ, tạo thành chuỗi ngắn, thuộc nhóm - vi khuẩn gram dương (+) có khả chuyển động Có khả lên men glucose, fructose, galactose, mannose, maltose, lactose, saccharose - để tạo acid lactic Không có khả lên men xylose, arabinose, rhamnose, glycerol, mannitol, sorbitol, - dulcitol, inocitol Trong trình lên men chúng tạo hai dạng đồng phân quang học acid lactic Nhiệt độ phát triển tối ưu 45C, pH 4-5 2.2.2 Lactobacillus bulgaricus Thuộc trực khuẩn có kích thước dài, liên kết với tạo thành chuỗi, gram (+) Không có khả di chuyển Có khả lên men loại đường glucose, lactose, galactose Không lên men xylose, arabinose, sorbose, dulcitol, mannitol, dextrin, inulin Không có khả tạo initrit từ nitrate Nhiệt độ phát triển 40-50C, pH thích hợp 5.5-6.0 2.2.3 Streptococcus thermophiles Tế bào hình cầu hình trứng, đường kính 0.7-0.9 µm, không chuyển động, thường - kết thành chuỗi ngắn, gram (+) Phát triển tốt 40-45C, pH 5.8-6.0 Không phát triển 53C 20C, sống 65C 30 phút - - Không phát triển môi trường sữa chứa 0.01% methylen blue, môi trường máu chứa 10% mật Có khả lên men glucose, fructose,lactose, saccharose Nhạy cảm với chất kháng sinh 0.01µg/ml tetracycline hay 0.1µg/ml chloremphen 2.2.4 Streptococcus cremoris Cầu khuẩn, thiên nhiên chúng tạo thành chuỗi dài, gram (+) Nhiệt độ thích hợp cho chúng phát triển 30C Không phát triển nồng độ NaCl 4% Khi lên men đường tạo acid acetic, CO2, diacetyl Có khả tạo chất kháng khuẩn 2.2.5 Streptococcus lactic Thuộc chuỗi cầu khuẩn, gram (+) Nhiệt độ phát triển 10-45 độ C, tối thích 30-35 độ C Có khả chịu nồng độ NaCl 4% Khi lên men đường glucose, maltose, lactose, xylose, arabinose, saccharose, trehalose, mannitol, salicin tạo acid lactic, CO2, acid acetic, diacetyl Không có khả lên men raffinose, insulin, glycerol, sorbitol 2.3 Yêu cầu cho vi sinh vật dùng sản xuất Cùng với chất lượng môi trường, điều kiện lên men, phương pháp thu nhận tinh chế sản phẩm,giống vi sinh vật khâu can phải quan tâm đặc biệt Giống vi khuẩn lactic dùng cho sản xuất phải đáp ứng yêu cầu sau: - Thích ứng nhanh, phát triển mạnh Khả sinh sản cao, chống chọi với điều kiện bất lợi Dễ dàng tách khỏi môi trường nuôi cấy Khả dễ bảo quản bảo tồn đặc tính di truyền suốt thời gian bảo quản - sử dụng Thời gian lên men ngắn, hiệu suất cao Mật rỉ 3.1 Đặc điểm Mật rỉ thứ liệu công nghệ sản xuất đường từ mía hay củ cải đường Trước mật rỉ sử dụng công nghệ vi sinh Sau người ta thấy rỉ có nhiều ưu điểm để tạo môi trường nuôi cấy vi sinh vật, có hàm lượng đường cao; saccharose chứa nhiều chất hưu cơ, vô cơ, chất thuộc vitamin chất kích thích sinh trưởng Tuy nhiên rỉ đường có đặc điểm không phù hợp với trình lên men cần phải xử lý kĩ Các đặc diểm gồm: - Màu nâu sẫm rỉ đường khó bị phá hủy trình lên men Sau lên men chúng bám vào sinh khối bám vào sản phẩm Việc tách màu khỏi sinh khối sản phẩm thường tốn khó khăn - Hàm lượng đường cao (40%-50%) , chủ yếu saccharose nên tiến hành lên men - phải pha loãng với nồng độ thích hợp Đặc điểm gây khó khăn lớn cho trình lên men hệ keo mật rỉ Keo nhiều, khả hòa tan oxy khả trao đổi chất vi sinh vật - Do việc quan trọng sử dụng mật rỉ phải phá hệ keo Rất dễ bị vi sinh vật xâm nhập phát triển Như chất lượng mật rỉ dễ thay đổi - theo thời gian bảo quản 3.2 Thành phần hóa học Nước chiếm 15-20%, chất khô chiếm 80-85% Trong đó, có 60% đường ( 40% - saccharose, 20% fructose glucose 40% lại chất phi đường) Trong thành phần phi đường có khoảng 30-32% hợp chát hữu 6-105 hợp chất vô Trong hợp chất vô có: K2O: 3,5% Fe2O3: 0,2% - MgO: 0,1% Sulfat: 1,6% CaO: 1,5% SiO2: 0,5% P2O5: 0,2% Clorit: 0,4% Trong hợp chất hữu gồm có hợp chất nitơ không nitơ dạng amin như: acid aspactic, acid glutamic, leuin, izoleuxin Nito tổng số chiếm khoảng 0,30,5% ( so với so với lượng nitơ có rỉ đường củ cải) Các chất thành phần % Saccarose 32 Chất hữu phi đường 10 Chất tro: (gồm) K20 3.5 CaO 1.5 MgO 0.1 SiO2 0.5 SO3 1.6 Cl2 0.4 Na2O, Fe2O3, Al2O3 0.2 P2O5 0.2 N-tổng 5-2.2 N-amin 0.2-0.5 Bảng1 : Thành phần chất rỉ đường Vitamin Thiamin mg% 0.5 Riboflavin 0.12 Pyridoxin 0.9 Nicotinamit 1.5 Acid pantotenic 7.0 Acid foleic 0.02 Biotin 0.15 Inozit 555.0 Bảng : Thành phần vitamin rỉ đường mía Các chất màu rỉ đường : - Caramel: xuất nhờ trình nhiệt phân saccharose kèm theo loại trừ nước không chứa chút nitơ Khi pH không đổi, tốc độ tạo chất caramen tỷ lệ thuận với nhiệt - độ phản ứng Phức chất polyphenol-Fe2+: có màu vàng xanh, không bị loại hết giai đoạn làm - tồn mật rỉ Melanodin: sản phẩm ngưng tụ đường khử acid amin mà chủ yếu acid aspartic Sản phẩm ngưng tụ quen biết acid fuscazinic đóng vai trò quan trọng - làm tăng độ màu rỉ đường Melanin: hình thành nhờ phản ứng oxy hóa khử acidamin thơm nhờ xúc tác - enzym polyphenol oxydaza có mặt oxy Cu+2 Các acid amin thơm thường bị oxy hóa tiroxin brenzcatechin Các melanin thường bị loại hết giai đoạn làm nước đường nên tìm thấy lượng nhỏ rỉ - đường Chất keo: hình thành potein pectin Các chất ảnh hưởng nhiều đến phát triển vi sinh vật tạo thành màng bao bọc quanh tế bào, ngăn cản trình hấp thụ chất dinh dưỡng thải sản phẩm trao đổi chất tế bào Ngoài keo nguyên nhân tạo lượng bọt lớn môi trường nuôi cấy vi sinh vật, giảm hiệu suất sử dụng thiết bị Các vi sinh vật: Có nhiều vi sinh vật rỉ đường mía Đa số chúng có từ nguyên liệu, số nhỏ từ không khí, nước, đất vào dịch đường Loại chịu tác dụng nhiệt hay tác dụng hoá chất tồn Người ta chia rỉ đường thành loại tuỳ theo số lượng vi sinh vật tạp nhiễm 10 Bảng 4: Nồng độ cần thiết muối khoáng vi sinh vật Nhu cầu hợp chất hữu khác: Ngoài axit amin vitamin, vi khuẩn lactic cần hợp chất hữucơ khác cho phát triển bazơ nitơ hay axit hữu Một số axit hữu có ảnh hưởng thuận lợi đến tốc độ sinh trưởng vikhuẩn lactic axit xitric, axit oleic Nên người ta sử dụng muối citrat, dẫn xuất axit oleic làm thành phần môi trường nuôi cấy, phân lập bảo chủng vi khuẩn lactic Tương tự hai axit hữu trên, axit axetic có tác động quan trọng đến sinh trưởng tế bào Nên người ta thường sử dụng axit axetic dạng muối axetic để làm chất đệm cho môi trường nuôi cấy vi khuẩn lactic Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến phát triển Vi khuẩn lactic Nhiệt độ: Vi khuẩn lactic phát triển tốt nhiệt độ từ 15-30 độ C gồm - Nhóm ưa ẩm : phát triển nhiệt độ trung bình, nhiệt độ phát triển tối ưu 25-35 độ C - Nhóm ưa nhiệt: thường phát triển nhiệt độ tương đối cao 37-45 độ C pH: pH tối ưu cho phát triển vi khuẩn lactic khoảng 5.5-6.5 bị ức chế mạnh pH < 4.5 Oxy: Vi khuẩn lactic vi khuẩn hiếu khí, hàm lượng Oxy lớn chất độc chúng Độ ẩm: Nước môi trường cho phản ứng diễn tế bào độ ẩm yếu tố quan trọng cho sinh trưởng phát triển vi khuẩn lactic Áp suất thẩm thấu: Màng tế bào chất vi khuẩn màng bán thấm Khi nồng độ muối môi trường nuôi cấy cao ([...]... thế axit citric trong sản xuất bánh kẹo, đồ hộp… Sản xuất sữa: Trong công nghiệp chế biến sữa, vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn quan trọng nhất Chúng thường có dạng hình cầu (hoặc hình ovan) và hình que Vi khuẩn lactic lên men được mono và disacarit, nhưng không phải tất cả các vi sinh vật này đều sử dụng được bất kỳ loại disacarit nào Các vi khuẩn lactic không lên men được tinh bột và các polysacarit... 4.5 Oxy: Vi khuẩn lactic là vi khuẩn hiếu khí, hàm lượng Oxy lớn là chất độc đối với chúng Độ ẩm: Nước là môi trường cho các phản ứng diễn ra trong tế bào do đó độ ẩm là yếu tố quan trọng cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lactic Áp suất thẩm thấu: Màng tế bào chất của vi khuẩn là màng bán thấm Khi nồng độ muối trong môi trường nuôi cấy cao (