Chương 5: Ứng dụng VSV chế biến thực phẩm Lên men ethanol ứng dụng Lên men lactic ứng dụng Vi khuẩn acetic trình oxy hóa ethanol thành acid acetic Lên men ethanol ứng dụng Vi sinh vật sản xuất ethanol Sản xuất ethanol Sản xuất bánh mì Hư hỏng thực phẩm trình lên men  Vi sinh vật dùng lên men ethanol  Nhóm vi sinh vật chuyển hóa đường thành ethanol:   Nấm men: Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces marxianus… Vi khuẩn: Zymomonas mobilis, Clostridium sporogenes… Nấm men S cerevisiae  Nguồn chất:    Carbon: khả lên men • Glucose (+), Fructose (+), Galactose (+/-), Xylose (-) • Sucrose (+/-), Maltose (+/-), Trehalose (+), Melibiose (+/-), Lactose (-), Cellobiose (-) • Raffinose (+/-), Maltotriose (+/-) Nitơ: • Hữu cơ: acid amin, peptide • Vô cơ: muối NH + dạng sulfate, phosphate, không sử dụng nitrate nitrite Khoáng yếu tố sinh trưởng: vitamine (+/-)… Xylose (C5H10O5) Raffinose Maltotriose Nấm men S cerevisiae  Sinh trưởng:   Topt = 28 – 30 oC, pHopt = 4.0 – 5.5 Trao đổi lượng:   Trong điều kiện kỵ khí: sử dụng chất – đường đường chuyển hóa – EMP Sản phẩm chính: ATP, ethanol khí carbonic Trong điều kiện hiếu khí: sử dụng chất – đường đường chuyển hóa – EMP chu trình Crebs Sản phẩm chính: ATP, nước khí carbonic Nấm men S cerevisiae    Hiệu ứng Pasteur: oxy ức chế trình chuyển hóa đường thành ethanol làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp ethanol Hiệu ứng Crabtree: điều kiện có oxy, phần đường chuyển hóa thành ethanol Ứng dụng:  Sản xuất ethanol  Sản xuất thức uống lên men không qua chưng cất (vang, bia, nước trái lên men có độ cồn thấp), thức uống lên men qua chưng cất (cognac, rhum, wishky…)  Chế biến TP truyền thống: bánh mì, cơm rượu, kefir… Sản xuất ethanol  Nguyên liệu:     Chứa đường: Chứa tinh bột: Chứa cellulose: Các thành tựu vi sinh vật chuyển gen cho phép sử dụng nguyên liệu mới: hemicellulose, huyết sữa (whey)… Sản xuất ethanol  Chuẩn bị môi trường lên men:   Nguyên liệu chứa đường: tách tạp chất, bổ sung hiệu chỉnh hàm lượng chất, chỉnh pH, diệt vi sinh vật… Nguyên liệu chứa tinh bột: thủy phân, bổ sung hiệu chỉnh hàm lượng chất, chỉnh pH… Vi khuẩn lactic  Theo khóa phân loại Bergey (1994), vi khuẩn lactic gồm 11 giống, với giống sử dụng công nghiệp:      Streptococcus Lactococcus Lactobacillus Leuconostoc Bifidobacterium Vi khuẩn lactic  Hình thái: Gram dương (G+)     Hình cầu: Streptococcus, Lactococcus , Leuconostoc Hình gậy: Lactobacillus, Bifidobacterium Sinh sản: vô tính Vi khuẩn lactic cytochrome catalase, không thực trình hô hấp hiếu khí  hàm lượng oxy cao ức chế trình trao đổi chất vi khuẩn Streptococcus Lactobacillus Vi khuẩn lactic  Nguồn chất:    Carbon: đường đơn (glucose…) đường đôi (lactose, sucrose) Nitơ: hữu (acid amine, peptide…) Chỉ có vài loài thuộc giống Streptococcus sinh trưởng môi trường chứa amôn nguồn nitơ Khoáng yếu tố sinh trưởng: vitamin, purine, pyrimidine… Vi khuẩn lactic    Thuộc nhóm ưa ấm ưa nhiệt pH tối thích nằm vùng acid, số loài chịu pH = 2,9 – 3,2 Lên men lactic trình trao đổi lượng Có kiểu lên men: đồng hình dị hình   Lên men đồng hình: phân giải glucose theo đường E.M.P 1glucose  acid lactic Lên men dị hình: phân giải glucose theo đường pentose phosphate glucose  a.lactic + ethanol + CO2 Vi khuẩn lactic   Giống vi khuẩn lactic công nghiệp:  Dạng O (Lactococcus lactis, Lactococus cremoris): sử dụng nhằm mục đích sinh tổng hợp acid lactic  Dạng D (Lactococus diacetylactis), dạng DL (Lactococus diacetylactis Leuconostoc…): sử dụng nhằm mục đích tạo hương cho thực phẩm lên men Ứng dụng:  Sản xuất acid lactic, dextran  Sản xuất sản phẩm lên men từ sữa: yaourt, kefir, bơ,…  Sản xuất sản phẩm lên men truyền thống: rau muối chua, nem… Sản xuất rau muối chua  Quá trình lên men: giai đoạn     Vi khuấn lactic nhóm vi sinh vật có nguyên liệu phát triển Vi khuẩn lactic tiếp tục phát triển vào tạo acid lactic ức chế vi sinh vật gây thối Vi khuẩn lactic bị ức chế sản phẩm trao đổi chất chúng Mục đích: chế biến bảo quản Hư hỏng thực phẩm trình lên men lactic     CNSX saccharose CNSX đồ uống (thức uống lên men: bia, vang…; thức uống không lên men: nước ngọt) CN chế biến rau CN chế biến thịt cá Vi khuẩn acetic trình oxy hóa ethanol thành acid acetic Vi khuẩn acetic Oxy hóa không hoàn toàn ethanol thành acid acetic Hư hỏng thực phẩm trình oxy hóa ethanol thành acid acetic  Vi khuẩn acetic   Gồm giống: Acetobacter Gluconobacter Hình thái:      Hình gậy (Acetobacter 0,6 – 0,8 x 1,0 – 3,0mm Gluconobacter 0,6 – 0,8 x 1,5 – 2,0mm) Dạng đôi dạng chuỗi, Gram (-) Một số loài chuyển động, số khác sinh tổng hợp polysaccharide ngoại bào (levan, cellulose) Sinh sản: vô tính Thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc Acetobacter aceti Gluconobacter oxydans Vi khuẩn acetic  Nguồn chất:    Carbon: • Gluconobacter sử dụng glucose, fructose, glycerol, không sử dụng ethanol acid acetic • Ngược lại Acetobacter sử dụng ethanol, acid acetic acid lactic Nitơ: không sử dụng nitơ hữu cơ; sử dụng nitơ vô cơ, đặc biệt muối NH4+ Khoáng yếu tố sinh trưởng: sản xuất công nghiệp, sử dụng chất chiết nấm men Vi khuẩn acetic  Tổng hợp lượng:  Acetobacter: ethanol  Acetaldehyde  acetate  Acetyl-CoA  chu trình Crebs Lactate  Pyruvate Gluconobacter: đường pentose phosphate Sinh trưởng: Topt = 25-30oC, pHotp = 5,4 – 5,8 (một số loài sinh trưởng pH = 2,5) Ứng dụng:  Sản xuất acide acetic, dấm ăn (Acetobacter aceti)  Sản xuất thạch dừa (A xylinum), levan (G Oxydans)    Oxy hóa không hoàn toàn ethanol thành acid acetic   Môi trường thông dụng: ethanol, có bổ sung nguồn nitơ vô yếu tố sinh trưởng Phương pháp sản xuất     Phương pháp Orleans (Pháp) Phương pháp Boerhaave (Đức): vi khuẩn dăm bào Phương pháp bề sâu: sử dụng thiết bị lên men inox có cánh khuấy, hệ thống sục khí hiệu chỉnh nhiệt độ Phương pháp sử dụng vi khuẩn cố định Hư hỏng thực phảm trình oxy hóa ethanol thành acid acetic  CNSX thức uống lên men (bia, vang, nước trái lên men…) [...]... các sản phẩm lên men truyền thống: rau quả muối chua, nem… Sản xuất rau quả muối chua  Quá trình lên men: 3 giai đoạn     Vi khuấn lactic v nhóm vi sinh v t có trong nguyên liệu cùng phát triển Vi khuẩn lactic tiếp tục phát triển v o tạo acid lactic ức chế vi sinh v t gây thối Vi khuẩn lactic bị ức chế bởi chính sản phẩm trao đổi chất của chúng Mục đích: chế biến v bảo quản Hư hỏng thực phẩm do... hộp trái cây…) CNSX syrup v nước giải khát 2 Lên men lactic v các ứng dụng Vi khuẩn lactic Sản xuất rau quả muối chua Hư hỏng thực phẩm do quá trình lên men lactic  Vi khuẩn lactic  Theo khóa phân loại của Bergey (1994), vi khuẩn lactic gồm 11 giống, v i 5 giống được sử dụng trong công nghiệp:      Streptococcus Lactococcus Lactobacillus Leuconostoc Bifidobacterium Vi khuẩn lactic  Hình thái:... truyền thống ở Vi t Nam: nguyên liệu chứa tinh bột    Phương pháp Amilo: sử dụng Mucor v S cerevisiae; thủy phân tinh bột v lên men đồng thời trong cùng 1 thiết bị Phương pháp Mucomalt: sử dụng A oryzae v S cerevisiae; thủy phân tinh bột trước rồi lên men sau (thường sử dụng hai thiết bị) V n đề: hiệu suất thủy phân tinh bột thấp, đường sót cao… nên hiệu quả kinh tế rất thấp v ít được áp dụng trên... CNSX đồ uống (thức uống lên men: bia, vang…; thức uống không lên men: nước ngọt) CN chế biến rau quả CN chế biến thịt cá 3 Vi khuẩn acetic v quá trình oxy hóa ethanol thành acid acetic Vi khuẩn acetic Oxy hóa không hoàn toàn ethanol thành acid acetic Hư hỏng thực phẩm do quá trình oxy hóa ethanol thành acid acetic  Vi khuẩn acetic   Gồm 2 giống: Acetobacter v Gluconobacter Hình thái:     ... cấy giống 610% v/ v  Phương pháp lên men: gián đoạn, liên tục hoặc lên men bằng vi sinh v t cố định  Sản phẩm phụ trong quá trình lên men: hàng trăm chất khác nhau được chia thành 4 nhóm: aldehyde, rượu cao phân tử, acid hữu cơ v ester  Chỉ tiêu quan trọng nhất trong sản xuất cồn: hiệu suất sinh tổng hợp ethanol  Xử lý sau khi lên men:  chưng cất v tinh luyện ethanol, bảo quản sản phẩm  Sản xuất... Bifidobacterium Sinh sản: v tính Vi khuẩn lactic không có cytochrome v catalase, không thực hiện quá trình hô hấp hiếu khí  hàm lượng oxy cao có thể ức chế quá trình trao đổi chất của vi khuẩn Streptococcus Lactobacillus Vi khuẩn lactic  Nguồn cơ chất:    Carbon: đường đơn (glucose…) v đường đôi (lactose, sucrose) Nitơ: hữu cơ (acid amine, peptide…) Chỉ có 1 v i loài thuộc giống Streptococcus có thể sinh. .. a.lactic + 1 ethanol + 1 CO2 Vi khuẩn lactic   Giống vi khuẩn lactic công nghiệp:  Dạng O (Lactococcus lactis, Lactococus cremoris): sử dụng nhằm mục đích sinh tổng hợp acid lactic  Dạng D (Lactococus diacetylactis), dạng DL (Lactococus diacetylactis v Leuconostoc…): sử dụng nhằm mục đích tạo hương cho thực phẩm lên men Ứng dụng:  Sản xuất acid lactic, dextran  Sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa:... Acetobacter sử dụng ethanol, acid acetic v acid lactic Nitơ: không sử dụng nitơ hữu cơ; sử dụng nitơ v cơ, đặc biệt muối NH4+ Khoáng v yếu tố sinh trưởng: trong sản xuất công nghiệp, sử dụng chất chiết nấm men Vi khuẩn acetic  Tổng hợp năng lượng:  Acetobacter: ethanol  Acetaldehyde  acetate  Acetyl-CoA  chu trình Crebs Lactate  Pyruvate Gluconobacter: con đường pentose phosphate Sinh trưởng:... loài có thể sinh trưởng ở pH = 2,5) Ứng dụng:  Sản xuất acide acetic, dấm ăn (Acetobacter aceti)  Sản xuất thạch dừa (A xylinum), levan (G Oxydans)    Oxy hóa không hoàn toàn ethanol thành acid acetic   Môi trường thông dụng: ethanol, có bổ sung nguồn nitơ v cơ v các yếu tố sinh trưởng Phương pháp sản xuất     Phương pháp Orleans (Pháp) Phương pháp Boerhaave (Đức): vi khuẩn v dăm bào Phương... 3,0mm v Gluconobacter 0,6 – 0,8 x 1,5 – 2,0mm) Dạng đôi hoặc dạng chuỗi, Gram (-) Một số loài có thể chuyển động, một số khác có thể sinh tổng hợp polysaccharide ngoại bào (levan, cellulose) Sinh sản: v tính Thuộc nhóm hiếu khí bắt buộc Acetobacter aceti Gluconobacter oxydans Vi khuẩn acetic  Nguồn cơ chất:    Carbon: • Gluconobacter sử dụng glucose, fructose, glycerol, không sử dụng ethanol v