Đề tài Công nghệ sản xuất sinh khối nấm men bánh mì

u chất lượng ) của sinh khối nấm men bánh mì.[1] Nấm men Sacchromyces cerevisiae dùng cho sản xuất nấm men bánh mì đảm bảo những yêu cầu sau: - Tế bào nấm men có kích thước lớn, đều, có khả năng phát triển mạnh và chịu được nhiệt độ cao. -Có hoạt lực enzyme zymase < 45 phút (giá trị này được xác định khi cho nấm men (2,5% ) lên men 20 ml dung dịch đường 5% giải phóng ra được 10ml CO2). - Hoạt lực maltase < 70 phút (giá trị này biểu thị thời gian cần thiết để giải phóng 10 ml CO2 khi lên men 20ml dung dịch mantose 5% với hàm lượng nấm men 2,5%). Chỉ số này dùng để đánh giá khả năng lên men đường mantose của nấm men. - Lực nở bột < 45 phút (giá trị này biểu thị thời gian cần thiết để làm nở 280 gam bột với 160 ml dung dịch NaCl 2,5% và lượng nấm men la 5 g) trong khuôn hình bình hành có kích thước xác định. - Độ bền của nấm men > 72 giờ (xác định sự thay đổi thời gian làm nở bột của nấm men lúc ban đầu và sau một thời gian bảo quản nhất định. Nếu độ bền của nấm men cao thì sau 72 giờ bảo quản ở nhiệt độ 0 - 4°C, thời gian làm nở bánh không được tăng quá 5 phút). Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 12 Chương 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 2.1. Nguyên liệu trong sản xuất nấm men bánh mì 2.1.1. Nước Nước được coi là nguyên liệu chính trong sản xuất vì đây là công nghệ lên men chìm hiếu khí. Nước sử dụng trong sản xuất nấm men bánh mỳ là nước sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày. Trong trường hợp sử dụng nước giếng hoặc nước bề mặt khác, phải xử lý để đạt chất lượng nước dùng trong sinh hoạt. Yêu cầu của nước: ¾Có độ cứng từ 4 - 8° (1° cứng ≈ 10mg CaO/lít). ¾Không màu, không mùi, không vị. ¾Các 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. ¾E. coli < 20 tế bào. 2.1.2. Nguồn hydratcacbon Hydratcacbon sử dụng trong sản xuất nấm men bánh mì thường là đường có trong rỉ đường (mật rỉ). Như vậy rỉ đường là nguyên liệu chính thứ hai dùng trong sản xuất nấm men bánh mì. Rỉ đường có hai loại : rỉ đường từ quá trình sản xuất đường từ mía và từ củ cải đường. Rỉ đường từ hai nguồn nguyên liệu khác nhau này có nhiều đặc điểm vật lý và hoá học giống nhau. Tuy nhiên, giữa 2 loại nguyên liệu này có một số chất có thành phần khác nhau. Bảng 2.1. Thành phần hóa học của 2 loại rỉ đường: Hàm lượng rỉ đường Thành phần Đơn vị tính Củ cải Đường mía Đường tổng số % 48 – 52 48 – 56 Chất hữu cơ khác % 12 – 17 9 – 12 Protein % 6 – 10 2 – 4 K % 2 – 7 1.5 – 5 Ca % 0.1 – 0.5 0.4 – 0.8 Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 13 Mg % 0.09 0.06 P % 0.02 – 0.07 0.6 – 2 Biotin (vitamin H) mg/kg 0.02 – 0.15 1 – 3 Axit pantothenic mg/kg 50 – 110 15 – 55 Inositol mg/kg 5000 – 8000 2500 – 6000 Thiamin mg/kg 1.3 1.8 Những đặc tính quan trọng của rỉ đường phù hợp với quá trình lên men : - Chứa hàm lượng đường cao. - Ngoài đường saccharose còn chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, các chất thuộc vitamin và các chất điều hoà sinh trưởng. Trong đó có vitamin H (biotin) là chất kích thích sinh trưởng đối với phần lớn nấm men. Trong 2 loại rỉ đường thì rỉ đường từ mía có hàm lượng biotin cao hơn rỉ đường từ củ cải đường. Chính vì thế, ở nhiều nước không có mía, người ta phải nhập rỉ đường từ mía về trộn chung với rỉ đường từ củ cải đường để đảm bảo hàm lượng biotin cho nấm men phát triển. Tuy nhiên rỉ đường cũng có những đặc điểm không phù hợp với quá trình lên men. Muốn sử dụng chúng cho quá trình lên men, ta phải tiến hành một số quá trình xử lý. Các đặc điểm ảnh hưởng quá trình lên men là : - Rỉ đường thường có màu nâu sẫm, được tạo ra trong quá trình chế biến đường. Màu này rất khó bị phá hủy trong quá trình lên men. Sau khi lên men, chúng sẽ bám vào sinh khối nấm men và tạo cho nấm men có màu vàng sẫm. Màu này không phải màu tự nhiên của nấm men và việc tách màu ra khỏi sinh khối rất tốn kém và khó khăn. Các chất màu này bao gồm các hợp chất caramen, phức chất của phenol – Fe +2, Melanoidin, Melanin. - Hàm lượng đường khá cao, nên khi tiến hành lên men phải pha loãng tới nồng độ thích hợp cho sự phát triển của nấm men. - Hệ keo trong rỉ đường có ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men. Hệ keo trong rỉ đường hình thành bởi protein và pectin. Hệ keo này tạo ra độ nhớt cao làm giảm khả năng hoà tan của oxy, làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men. Nếu hệ keo không được phá sẽ gây thoái hoá tế bào, dẫn đến hiệu suất thu nhận sinh khối nấm men thấp. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 14 - Rỉ đường là chất dinh dưỡng khá lý tưởng nên rất dễ bị nhiễm vi sinh vật lạ. Do đó chất lượng của rỉ đường cũng dễ bị thay đổi theo thời gian bảo quản. Ngoài ra, người ta còn sử dụng bột khoai mỳ, bột ngô, gạo đã nấu,… để làm nguồn thức ăn cung cấp hydratcacbon cho nấm men. 2.1.3. Nguồn phospho và nitơ: Trong sản xuất nấm men bánh mì, người ta thường sử dụng urea như nguồn nitơ và diamonphotphat (DAP) như nguồn chứa nitơ và phospho. Ngoài ra, có nhiều hợp chất vô cơ khác của photpho và nitơ có thể dùng để nuôi nấm men như (NH4)2SO4, NH4OH, H3PO4, Ca(H2PO4)2, nhưng hai nguồn trên được sử dụng nhiều trong nông nghiệp, dễ mua và rẻ. Lượng DAP sử dụng từ 0,15 – 0,3%. 2.1.4. Nguồn kali và magie: Trong sản xuất nấm men, người ta dùng K2CO3 và KCl làm nguồn cung cấp kali và MgSO4.7H2O, hay MgCl2 làm nguồn cung cấp magie. 2.1.5. Không khí: Quá trình lên men tạo sinh khối nấm men là quá trình lên men hiếu khí nên cần phải sục không khí vào dịch lên men. Không khí sử dụng có thể có lẫn các vi sinh vật lạ gây hại cho quá trình lên men, do đó không khí cần được qua thiết bị lọc trước khi vào thiết bị lên men. Ngoài ra người ta còn dùng dầu phá bọt, có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt dung dịch, áp suất khí CO2 làm vỡ tung bọt thoát ra ngoài. Có thể dùng acid oleic hay dầu lạc, dầu cám, dầu thầu dầu, nồng độ từ 0,005 – 0,01% so với dung dịch cần phá bọt. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 15 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất sinh khối nấm men bánh mì: [1] Rỉ đường Nấm men Xử lý rỉ đường Nuôi cấy nấm men Nuôi cấy men thương phẩm Ly tâm tách rửa men Ép Định hình Sấy Bao gói Bảo quản nhiệt độ thường Đóng gói men ép Bảo quản lạnh Men ép Men khô Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 16 2.3. Thuyết minh quy trình 2.3.1. Xử lý rỉ đường [1] Rỉ đường là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp đường. Rỉ đường mía hoặc rỉ đường củ cải đều là nguồn nguyên liệu rất tốt cho công nghiệp vi sinh, trong đó có công nghiệp sản xuất nấm men. Trong rỉ đường chứa tới 60 – 75% đường, trong đó phần lớn là saccharose, giàu chất khoáng, nhưng thiếu phospho và có thể thiếu nguồn nitơ dinh dưỡng cho nấm men. Rỉ đường mía khá giàu biotin (vitamin H). Đặc biệt là cả hai loại rỉ đường đều thấy có mặt các vi khuẩn không sinh bào tử và các loài sinh bào tử với số lượng khá lớn. Do vậy, muốn đưa rỉ đường vào nuôi cấy nấm men cần phải xử lý: Xử lý rỉ đường gồm hai phương pháp sau: a. Phương pháp hóa học: [1] – Pha loãng đường theo tỷ lệ 1:1 (1 rỉ đường + 1 nước theo thể tích) – Acid hóa bằng acid H2SO4. – Bổ sung nguồn N và P cùng các chất kháng khuẩn rồi khuấy đều. – Gia nhiệt có thể tới 1200C trong 10 phút, 1100C trong 30 phút, hoặc 80 – 950C trong vòng 45 – 60 phút. Khi gia nhiệt khuấy đều. – Để yên khoảng 4 giờ để lắng cặn. Lấy phần trong phía trên cặn để chuẩn bị dịch nuôi men nhân giống. b. Phương pháp cơ học: [2] Dùng máy ly tâm để loại chất bẩn, chất keo có ưu điểm hơn so với phương pháp hóa học về phương diện kinh tế và thời gian, giảm thất thoát so với phương pháp hóa học 2% còn 0.14%. Trước khi ly tâm pha loãng rỉ đường với nước theo tỷ lệ 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, tùy thuộc vào thành phần muối canxi trong rỉ đường. Nếu lượng muối canxi trong rỉ đường < 0.5% thì pha loãng 1:1, nếu là 0.6% thì pha loãng 1:2, hơn 1% thì pha loãng 1:4. Ngoài ra nếu gặp rỉ đường bị xấu hay bị thiếu thì ta phải tiến hành xử lý rỉ đường. Nếu rỉ đường không đủ chất dinh dưỡng cho nấm men (chẳng hạn như nhu cầu nấm men đối với Mg ≥ 0,15% cao hơn nồng độ có trong rỉ đường) cần bổ sung cho đủ để nấm men có thể tăng trưởng được. Riêng đối với rỉ đường xấu, tùy yếu tố ảnh hưởng mà xử lý như sau : Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 17 Bảng 2.2: Xử lý rỉ đường xấu Loại Phương pháp và thời gian xử lý Rỉ đường chứa vi khuẩn tạo nitric Chlotetraccyline: từ 1 – 5g trên 1 m3 dung dịch rỉ đường pha loãng để lam trong đường thời gian 1h Rỉ đường có SO2 Clo 11g/110g SO2 trong 60 phút Acid bay hơi cao Dung H3PO4 thay vì H2SO4 để làm trong rỉ đường Đô màu cao (2ml dung dịch iốt 0.1N) Pha loãng ít nhất 20 lần Canxi cao ≥ 1% Pha loãng với nước theo tỉ lệ 1:3, hạ pH đến 4.5 để 4giờ ly tâm lọai kết tủa 2.3.2. Nuôi cấy men giống. [2] Ở nước ngoài, để sản xuất men thương phẩm,thường dùng men mẹ lớn, bảo quản dưới dạng men sữa, có hàm lượng từ 300-700g/l. Giai đọan nuôi men mẹ thường tiến hành trong điều kiện vô trùng, hệ thống nuôi nấm men kín, nguyên liệu được khử trùng hoặc triệt để trong nồi hấp áp suất hoặc ở 1000C trong 60 phút. Chẳng hạn ở Anh, Hunggari, Tiệp Khắc người ta nuôi nấm men mẹ trong phòng thí nghiệm gồm 3 giai đoạn. Ở Thụy Điển, Liên Xô gồm 4 giai đoạn, Ý gồm 5 giai đoạn và 1 giai đoạn cuối sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch. Thời gian sản xuất thay đổi từ 3 – 6 ngày. Trong quy trình sản xuất men mẹ, ở các nước này thường dùng môi trường tổng hợp, nhất là các giai đọan trong phòng thí nghiệm như: nước mạch nha, cà chua, cà rốt, dịch tự phân của nấm men, đường glucose, maltose làm nguồn cacbon và nitơ, vitamin cho nấm men. Giai đoạn sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch tuy không vô trùng triệt để, nhưng nguyên liệu, nước đều được khử trùng ở 1000C trong 60 phút, hoặc được xử lý hypocloric. Ở nước ta, hầu như chỉ có giai đoạn giống gốc, được thực hiện trong phòng thí nghiệm, các giai đoạn nhân giống tiếp theo đều thực hiện trong điệu kiện vô trùng tương đối, hệ thống nuôi men từ giai đoạn 4 trở đi là hệ thống hở và môi trường sử dụng thường không được giàu như các quy trình trên. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 18 Nồng độ nguyên liệu được dùng để nuôi men như sau: Nguồn hydratcacbon: tính trên rỉ đường hoặc rỉ đường có bổ sung nước mạch nha: 12 – 15% chất khô. – Ammonium sunfat: từ 0,1 – 0,3%. – Urê: 0,1 – 0,15%. – DAP: 0,1% hay acid photphoric 0,06%. – Magie sunfat 0,05%. Bảng 2.3: Sơ đồ các giai đọan nhân giống nấm men: Thể tích nuôi Nguồn hydrat cacbon Thời gian nuôi (giờ) pH Thông khí Ống nghiệm 10ml x 4 16-20 Nước chiết khoai tây và đừơng cát 5 Lắc ở tốc độ 130- 200 vòng/phút Bình 1 lít 8-10 Rỉ đường nước mạch nha (1:1) 5 Thông khí 1-2m3/m3/giờ Bình 10 lít 8-10 Rỉ đường nước mạch nha (1:1) 5 1-2m3/m3/giờ Bình 50 lít 3 Rỉ đường nước mạch nha (2:1) 5 3-5m3/m3/giờ Phuy 100 lít 3 Rỉ đường 5 8-10m3/m3/giờ 6-8 Rỉ đường 5 Phuy 200 lit Men lắng - ly tâm lấy tế bào 8-10m3/m3/giờ Ở các cơ sở sản xuất men bánh mì tại thành phố ta không bảo quản men mẹ dưới dạng men sữa. Mầm men trong thể tích trên lại tiếp tục được nhân lên theo cách thức tuần hoàn để sản xuất men ép thành phẩm như sau: Ống nghiệm 20–100ml bình 1L bình 10L phuy 100L phuy 200L 200L 100L 200L 100L Lắng ly tâm lấy men thành phẩm Từ giai đoạn ống nghiệm đến giai đoạn 200L có thể xem như giai đọan men mẹ yêu cầu về chất lượng không được để nhiễm men dại hay vi khuẩn. Nếu Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 19 không có điều kiện nhân giống từ ống nghiệm gốc, có thể ly tâm lấy men trong giai đoạn này để sử dụng cho đợt nuôi men tiếp theo. Nếu để lắng và ly tâm tiếp theo trong giai đoạn này men mẹ phải đạt được các chỉ tiêu sau đây: – Hoạt lực làm dậy bột ≤ 45phút. – Độ bền vững > 72 giờ. – Hoạt tính zymase ≤ 45 phút. – Hoạt tính maltase ≤ 70 phút. – Tính nhạy cảm thẩm thấu ≤ 10 phút. – Cũng có thể đánh giá sơ bộ bảng đặc điểm hình thái và vài đặc điểm của một số cơ quan của tế bào khi nhuộm và quan sát dưới kính hiển vi. – Tế bào đồng nhất không lớn. – Không có thể mở. Nhuộm tế bào với xanh metylen: nếu tế bào già, chết sẽ bắt đầu từ màu xanh đến xanh đậm, trong khi tế bào trẻ không bắt màu. Vòng tuần hoàn sau 200L có thể lên đến 10 lần phụ thuộc vào chất lượng men mẹ, độ sạch của môi trường, nguyên liệu, điều kiện vệ sinh của cơ sở mỗi vòng từ 6 đến 8 giờ. Ở các nước phát triển giai đọan nuôi men mẹ và men thương phẩm được thực hiện trong thiết bị lên men kín, khá tối ưu về điều kiện thông khí, điều kiện kiểm tra quá trình được tự động hoá ,do đó kịp thời xử lý những sơ sót về kỹ thuật. Thiết bị nuôi men – Phuy nhựa 200L: 25 – 30 cái, đây là thùng nuôi men bánh mì phổ biến ở thành phố ta, thích hợp với điều kiện sản xuất bán thủ công, dễ làm vệ sinh, sau mỗi đợt nuôi. Tuy nhiên, cũng còn có một số điểm hạn chế như hệ thống khí bố trí không đồng đều, chiều cao cột nước không đạt, lượng khí chi phí khá cao. – Nếu có điều kiện đầu tư xây dựng, nên thiết kế hai nồi nuôi men qui mô 0,5m³ và 2m³. Dùng thép không rỉ làm đáy và phầm vỏ bọc xung quanh, nắp đậy bằng kim loại, có hệ thống phân bố khí, hơi nước, hệ kiểm tra nhiệt độ, độ pH, lượng khí,… Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 20 2.3.3. Nuôi cấy nấm men thương phẩm [1] Gồm các phương pháp sau: a. Nuôi nấm men thương phẩm theo chu kì Trong giai đoạn nuôi cấy cần phải lưu ý mấy vấn đề quan trọng sau: – Thành phần môi trường: môi trường nuôi cấy nấm men thương phẩm thường không khác nhiều so với môi trường nuôi cấy trong quá trình nhân giống. Tuy nhiên, thành phần môi trường phải tuyệt đối ổn định để chất lượng nấm men đồng đều ở tất cả các mẻ nuôi trong suốt quá trình sản xuất và môi trường nuôi cấy phải vô trùng. Lượng đường trong môi trường khoảng 2 – 3%, không nên nhiều hơn và cũng không nên ít hơn. Nếu lượng đường cao sẽ vừa lãng phí và vừa tạo ra những sản phẩm trao đổi chất khác, gây ức chế ngược đến quá trình tạo sinh khối. pH môi trường khỏang 4.2 – 5.4. Không nên hạ thấp độ pH của môi trường xuống vì làm như vậy nấm men sẽ khó phát triển. Nếu pH cao quá vừa ức chế nấm men phát triển, vùa tạo điều kiện cho vi khuẩn nhiễm vào dung dịch nuôi và phát triển, cạnh tranh chất dinh dưỡng, làm giảm chất lượng nấm men. – Thiết bị nuôi nấm men vừa có dung tích thích hợp, vừa thuận lợi cho việc nạp môi trường, phá bọt cũng như thu nhận sản phẩm. Thiết bị phải được lắp đặt hợp lý hệ thống thổi khí, hệ thống cánh khuấy và tấm cản dòng chuyển động của môi trường để làm tăng quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. – Việc cung cấp oxy cho quá trình tạo sinh khối rất cần thiết. Oxy là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm men Saccharomyces cerevisiae. Vi sinh vật nhất là nấm men không thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan trong môi trường lỏng. Lượng oxy hòa 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 oxy từ bên ngoài thiết bị. Nấm men Saccharomyces cerevisiae là loài vi sinh vật hiếu khí tùy tiện. Nếu chỉ thiếu oxy trong một thời gian ngắn, ngay lập tức chúng chuyển quá trình lên men hiếu khí sang quá trình lên men yếm khí. Như vậy lượng sinh khối sẽ tạo thành rất ít và đường sẽ chuyển hóa theo các chu trình đường phân của các chu trình Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 21 khác để cuối cùng tạo ra những 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. Vì nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan nên khi tốc độ hòa tan của oxy vào dung dịch bằng tốc độ sử dụng oxy của tế bào nấm men thì sinh khối tế bào nấm men sẽ đạt cực đại. Tốc độ hòa tan của oxy vào môi trường lỏng được tính theo công thức: )( 1CCKdt dcR La −== Trong đó: R: tốc độ hòa tan của oxy C: nồng độ oxy bão hòa C1: nồng độ oxy hòa tan ở thời điểm khảo sát KLa: hằng số tỷ lệ t: thời gian. 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. Khi số vòng quay của cánh khuấy và tốc độ thổi khí tăng thì độ hòa tan của oxy vào dung dịch môi trường sẽ tăng theo. Đồng thời làm tăng sự xáo trộn môi trường, thúc đẩy quá trình trao đổi chất và sinh sản tăng nhanh. Tuy nhiên, việc tăng tốc độ khuấy và tốc độ thổi khí chỉ đến một giới hạnh nhất định. Nếu tốc độ của hai yếu tố này quá cao, sẽ làm tăng hiện tượng tự phân của tế bào và bọt sẽ tạo ra nhiều. 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 làm tăng sự hòa tan của oxy vào môi trường. Độ hòa tan của oxy bị chi phối bởi nhiệt độ của môi trường. Khi nhiệt độ của môi trường tăng thì độ hòa tan của oxy sẽ giảm. Nhiệt độ thấp thường làm tăng tốc độ hòa tan của oxy. 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 Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 22 môi trường. Nếu không làm hạ nhiệt độ, độ hòa tan của oxy sẽ giảm và năng suất sinh khối sẽ giảm. 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. Hiện nay, có nhiều phương pháp xác định oxy hòa tan. Những phương pháp phổ biến nhất như sau: – Phương pháp hóa học – Phương pháp cực phổ – Phương pháp đo điện thế oxy hóa – khử – Phương pháp đo trên máy Vacbua Khi xác định lượng oxy hòa tan trong môi trường, người ta biểu hiện giá trị này theo các đơn vị sau: – Phần trăm so với khả năng bão hòa – Áp suất riêng phần – Milimol hoặc miligam Nghiên cứu ảnh hưởng của oxy hòa tan đến sự phát triển của nấm men Saccharomyces cerevisiae cho thấy: năng suất tạo thành sinh khối tăng dần khi tăng hàm lượng oxy hòa tan. Năng suất sinh khối nấm men đạt cao nhất khi lượng oxy hòa tan tăng từ 0.5 – 1 milimol/l/phút. Khi lượng oxy hòa tan tăng tới 4 milimol/l/phút, sinh khối giảm. Nếu tăng lượng oxy lên nữa, sinh khối sẽ giảm nhanh. Điều đó cho thấy sự tăng oxy hòa tan không phải tỷ lệ thuận với sự tăng sinh khối. Không khí trước khi đưa vào thiết bị lên men, phải được làm sạch khỏi vi sinh và các tạp chất. Nhu cầu cung cấp oxy cho quá trình phát triển của nấm men không phải lúc nào cũng giống nhau. Do đó, ta phải thay đổi mức độ cung cấp oxy theo đúng nhu cầu thực tế của nấm men. Ở giai đoạn tiềm phát, nấm men cần có thời gian thích nghi với điều kiện mới. Ở giai đoạn này, việc tạo thành acid amin, các pectin và acid nucleic xảy ra nhanh hơn các quá trình khác. Thời gian này có thể dài, có thể ngắn tùy thuộc vào Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 23 từng loại nấm men. Giai đoạn này thường khoảng 0.5 – 1 giờ. Giai đoạn này chỉ cần cung cấp lượng không khí khoảng 50m3/giờ/m3 môi trường là đủ. Ở giai đoạn tăng trưởng, nấm men tiến hành quá trình trao đổi chất rất mạnh, khối lượng nấm men trong các thiết bị tăng rõ rệt. Việc tổng hợp 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 đọan nấm men cần nhiều oxy nhất, do đó lượng oxy cung cấp phải gấp đôi giai đoạn đầu tiên, khoảng 80 – 100m3/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 giai đoạn này từ 20 – 50m3/giờ/m3 môi trường. Trong sản xuất nấm men bánh mì, người ta thường kết thúc quá trình nuôi nấm men ờ giai đoạn 2, bởi vì, một trong những yêu cầu quan trọng của nấm men bánh mì 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 như vậy nấm men thu được sẽ chứa nhiều tế bào già. Trong nuôi cấy nấm men bánh mì, người ta thường nuôi trong khoảng thời gian 8 – 16 giờ. Tối đa là 16 giờ. b. Nuôi cấy nấm men bánh mì theo chu kì có bổ sung dịch nuôi cấy Nuôi cấy theo chu kì có nhược điểm: – Tổn thất thời gian cho giai đoạn vệ sinh thiết bị và điều kiện sản xuất. – Sinh khối nấm men thu nhận được bao gồm cả tế bào mới sinh trưởng, tế bào trưởng thành và tế bào già. – Bị tác động mạnh bởi chất dinh dưỡng với hàm lượng khá cao ngay từ thời gian mới nuôi cấy. Để khắc phục nhược điểm thứ hai và thứ ba, người ta cải tiến phương pháp bằng cách đưa chất dinh dưỡng vào thành nhiều đợt. Phương pháp này giúp tế bào nấm men không chịu áp suất thẩm thấu cao. Cách bổ sung mật rỉ đã xử lý được tóm tắt trong bảng sau: Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 24 Bảng 2.4: Bổ sung mật rỉ và các chất dinh dưỡng trong nuôi cấy theo chu kì Giờ nuôi cấy Rỉ đường (%) (NH4)2SO4 (%) (NH4)2HPO4 (%) H2O (%) Thể tích dịch (m3) 0 5 10 10 5 0 – 1 4 - - - 27 1 – 2 4 15 15 2 27.5 2 – 3 5 15 15 6 30 3 – 4 6 15 15 6 37 4 – 5 7 15 15 7 51 5 – 6 8 15 15 8 59.5 6 – 7 10 15 15 9.5 70 7 – 8 12 - - - 70 8 – 9 13 - - - 70 9 – 10 14 - - - 70 10 – 11 12 - - - 70 11 – 12 ổn định - - - 70 Tổng số 2700 kg 130 kg 40 kg 43.5 kg 70m3 Ghi chú: –Tỉ lệ phần trăm so với tổng số chất dinh dưỡng cần cho vào. –Thiết bị trên dùng cho thiết bị nuôi cấy là 100m3, dung tích dịch nuôi là 70m3. c. Nuôi cấy nấm men thương phẩm theo phương pháp liên tục Để khắc phục nhược điểm của phương pháp nuôi cấy theo chu kì, người ta thực hiện phương pháp nuôi cấy liên tục. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là năng suất tăng và tế bào nấm men luôn luôn được đổi mới chất dinh dưỡng. Phương pháp nuôi cấy liên tục còn cho phép ta kiểm soát và điều khiển dễ dàng quá trình. Điều lưu ý là việc cung cấp oxy là phải liên tục và có cùng một mức độ. Đây là điểm khác biệt giữa phương pháp liên tục và phương pháp theo chu kì. Mức độ cung cấp không khí trong phương pháp này là 80 – 100m3/giờ/m3 môi trường suốt quá trình nuôi cấy. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 25 Thiết bị sử dụng: Máy nén khí (máy thổi) [2] Là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong bộ phận sản xuất men. Cần chọn máy có khả năng tự hoạt động được cả về số lượng khí vận dụng và năng lượng tiêu thụ, có thể duy trì một áp suất ổn định trong thể tích lớn. Khi cần giảm thể tích khí, năng lượng tiêu thụ của máy giảm, đồng thời áp suất cũng không vượt quá mức tối đa đã xác định trước để đảm bảo an toàn. Yếu tố này cần thiết vì thể tích khí thay đổi tùy giai đoạn phát triển của nấm men và môi trường nuôi men. 2.3.4. Ly tâm tách rửa men bánh mì: Dịch bã là một hệ thống các cấu tử phức tạp, gồm có nước ( 82-90% theo khối lượng), chất khô (4-10%) và rượu etylic và các chất bay hơi (5-8%) theo khối lượng (W) hoặc 6-10% theo thể tích (V). Dịch này luôn luôn có một lượng CO2 hòa tan nhất định (1-1.5% g/l), độ chua khoảng 0.5, pH 4.9-5.2. Dịch men sau kết thúc quá trình lên men rượu có khá nhiều tế bào nấm men lơ lửng trong dịch và một phần bị lắng thành cặn xác men.[1] Chất khô trong tế dịch men gồm có tế bào nấm men, cặn bã của môi trường rỉ đường cùng với những chất hòa tan trong hỗn hỗn hợp rượu-nước (đường không lên men, protein, chất khoáng…)[1] Để tách được sinh khối nấm men giữ được hoạt tính để làm nở khối bột nhào khỏi khối dịnh người ta thực hiện bằng cách ly tâm tách ( seperator) 5 cấp, 7 cấp, ly tâm tách hoàn toàn, rửa sạch men để làm trắng màu, rồi đưa qua sấy khô không làm cho men chết.[1] Qua các cấp thu được xác nấm men cần phải rửa sạch và nồng độ lên men đặc dần được sáng màu dần, sản phẩm thu được là men đậm đặc. Để tách men từ dạng đậm đặc ta qua thiết bị lọc ép, men nằm lại ở giữa các bản lọc.[1] Dùng bơm bơm dịch men vào máy ly tâm để loại môi