Giáo trình công nghệ sinh học thực phẩm II - Chương 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

413
lượt xem 172
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình công nghệ sinh học thực phẩm II - Chương 3 Sản xuất sinh khối vi sinh vật

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình công nghệ sinh học thực phẩm II - Chương 3

Các s n ph m lên men có trong môi trư ng ít thì ph i làm ñ m ñ c. Các phương pháp thư ng dùng ñ tách s n ph m như: l c, ly tâm, l ng, trích li, s c kí, cô ñ c, k t t a, k t tinh, tuy n n i, s y khô, nghi n…. CHƯƠNG III: S N XU T SINH KH I VI SINH V T 3.1 S n xu t protein ñơn bào 3.1.1 Ưu, như c ñi m c a s n xu t protein ñơn bào 1. Ưu: - Ít t n di n tích - T c ñ sinh trư ng cao: g p 100 ÷ 1000 l n so v i ñ i gia súc Ví d : ñ s n xu t 1t protein c n: + Tr ng 4ha ñ u trong 3 tháng + Nuôi 4 con bò trong 15 ÷ 18 tháng + Nuôi 300m3 vi sinh v t trong 24h - Không ph thu c vào khí h u - Thành ph n và giá tr dinh dư ng c a sinh kh i có th ñi u ch nh b ng cách thay ñ i thành ph n môi trư ng, ñi u ki n nu i c y ho c t o gi ng m i. - S d ng nguyên li u s n có, r ti n. 2. Như c: - Trong sinh kh i c a vi sinh v t ch a nhi u axít nucleic (10 ÷ 20%) không có l i cho s c kho c a con ngư i. - Protein vi sinh v t có hương v chưa cao. 3.1.2 Các yêu c u cơ b n c a vi c s n xu t protein ñơn bào ð ñ t ñư c hi u qu kinh t cao trong vi c s n xu t sinh kh i vi sinh v t c n ph i b o ñ m các yêu c u sau: 1. S d ng nguyên li u r ti n v i thu ho ch cao. ð ñ t ñư c năng su t cao c n lưu ý ñ n hi u su t chuy n hoá nguyên li u c a vi sinh v t. Các d ng nguyên li u ñư c quan tâm nhi u: - Cacbuahydro: vi sinh v t có kh năng chuy n hoá 100% ñ t o thành sinh kh i. - Hydratcacbon (r ñư ng, d ch ki m sunfit, xenluloza, tinh b t, c n s a…): vi sinh v t có kh năng chuy n hoá 50% v t ch t khô này sang sinh kh i. 2. T c ñ sinh trư ng cao: nói chung t c ñ sinh trư ng c a vi sinh v t r t l n, th i gian nhân ñôi c a chúng ng n. Vi khu n 0,3-2 gi N m men và t o 2-6 gi N m s i kho ng 10 gi
Gà mái 500 gi Heo 1000 gi Trâu bò 2000 gi Như v y trong cùng m t th i gian n u nuôi c y vi sinh v t ñ thu nh n sinh kh i s thu ñư c m t kh i lư ng cao hơn r t nhi u so v i các sinh v t khác. 3. Hàm lư ng protein cao: Hàm lư ng protein ph thu c vào ch ng và ch u nh hư ng nhi u ñi u ki n nu i c y. Nói chung hàm lư ng protein vi sinh v t ñ t 50-60%. 4. Ch t lư ng protein cao: ðánh giá ch t lư ng protein ngư i ta hay quan tâm ñ n hàm lư ng axit amin không thay th . Tiêu chu n này cũng mang tính ch t loài. Thành ph n axit amin c a protein vi sinh v t gi ng như trong th t và s a. Protein vi sinh v t giàu lizin nhưng các axit amin ch a lưu huỳnh l i th p. 5. Kh năng tiêu hoá c a protein: Kh năng tiêu hoá protein vi sinh v t b h n ch b i các thành ph n nitơ phi protein (như axít nucleic, peptit c a thành t bào). Tuy nhiên n u protein ñư c tách kh i t bào thì kh i quan tâm. Do ñó b n ch t thành t bào là tiêu chu n ñ l a ch n vi sinh v t dùng trong s n xu t protein vi sinh v t. 6. S an toàn v ñ c t : Các vi sinh v t gây b nh ho c có ch a các thành ph n gây ñ c nghi ng thì không ñư c dùng ñ s n xu t protein. Yêu c u hàm lư ng axít nucleic ph i th p, hàm lư ng c a nó càng cao thì càng làm gi m giá tr c a protein. Khi tiêu hoá các axít nucleic s phân hu ti p thành các nucleotit, sau ñó l i ñư c phân hu ti p thành ademin ho c guanin và cu i cùng thành axít uric. Trong cơ th ngư i không có enzym urinaza do ñó uric không chuy n hoá ti p. S tích t axít uric s gây nên b nh th p kh p, t o ra s i th n, s i bàng quang do ñ hoà tan th p c a axít này. Lư ng axít nucleic h p th qua dinh dư ng không ñư c qua 2g/ngày. ñ ng v t v n ñ này không quan tr ng vì chúng có kh năng ñ ng hoá axít uric. Ta có th làm gi m l ơng nucleic b ng nh ng bi n pháp sau: - Gi m m nh t c ñ sinh trư ng. - Chi t rút ARN=dung d ch NaCl 10% nóng. - Thu phân ARN b ng ki m và tách protein hoà tan trong ñó b ng k t t a. - Phân hu ARN b i enzym nucleaza ñưa vào ho c c a b n thân t bào. Dùng phương pháp gây choáng nhi t theo 3 bư c: ñ u tiên các t bào ñư c ñun nóng lên 68oC trong 5 giây. Sau ñó 52,5oC trong 2gi và cu i cùng 55- 56oC trong 1h. Vi c x lí này làm bi n tính riboxom và ho t hoá các ribonucleaza. Các s n ph m thu phân ñư c tách kh i t bào, hàm lư ng
protein không b nh hư ng, hàm lư ng axít nucleic gi m t 1-2% lư ng v t ch t khô c a t bào. 7. Nh ng v n ñ k thu t: Vi sinh v t ph i d tách và d x lí. Các t bào l n như n m men ñư c tách ra b ng li tâm t t hơn t bào vi khu n. Ch n các ch ng có kh năng ch u nhi t s làm gi m chi phí cho vi c làm ngu i. Tính không m n c m v i s t p nhi m là ti n ñ cho vi c làm ngu i s n xu t protein không vô trùng. Ngoài ra ngư i ta còn chú ý ñ n kh năng ñ ng hoá ñ ng th i nhi u ngu n cacbon khác nhau. 3.1.3 Vi sinh v t dùng trong s n xu t protein ñơn bào 3.1.3.1 N m men Trong các ñ i tư ng vi sinh v t ñư c s d ng ñ thu nh n protein thì n m men là lo i ñư c nghiên c u s m nh t và ñ n nay ñã ñư c áp d ng r ng rãi trên nhi u nư c. N m men giàu protein, vitamin (nh t là nhóm B). Hàm lư ng protein dao ñ ng 40-60% kh i lư ng ch t khô. Protein c a n m men g n gi ng protein ngu n g c ñ ng v t, ch a kho ng 20 lo i aminoacid, trong ñó ñ y ñ các axit amin không thay th . Thành ph n các aminoacid c a n m men cân ñ i hơn lúa mì, kém chút ít so v i s a, b t cá và s n ph m ñ ng v t nói chung. S d ng r ng rãi: Candida, Torulopsis, Saccharomyces vì cacs lo i này kh năng chuy n hoá các ch t cao, ña d ng và qui trình công ngh ñơn gi n. 3.1.3.2 N m s i Khi dùng nguyên li u là tinh b t và xenlulo thì không th s d ng n m men ñư c vì b n than n m men không ch a enzyme amylaza và xenlulaza, do dó ph i dùng n m s i. N m s i có như c ñi m là th i gian nhân ñôi dài và hàm lư ng protein th p (kho ng 30%). Nhưng n m s i l i có ưu ñi m là r t d tách sinh kh i và t o hương v ñ c bi t. ð dùng trong th c ph m ngư i ta s d ng các loài Morchella. Loài này có v ngon, phù h p cho ch bi n th c ph m. Tuy nhiên, khó khăn nh t là nuôi c y Morchella r t t n kém và d b nhi m. Hi n nay nhi u nơi s d ng h n h p gi ng Trichoderma virid và n m men Sacch. Cerevisiae ñ s n xu t protein. Ngoài ra, ngư i ta còn s d ng h n h p Trichoderma virid v i Candida utilis ho c Endomycopsis fibuliger v i Candida utilis. 3.1.3.3 Vi khu n Vi khu n dùng ñ s n xu t protein ñơn bào thư ng ñư c nuôi trên cacbuahydro. Ngư i ta thư ng s d ng các gi ng Pseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium, Nocardia. Các gi ng vi khu n này có kh năng ñ ng hoá các ankal, cacbuahydro béo và thơm.
ð i v i nguyên li u là metan ngư ita s d ng các gi ng Methylomonas methanica, Methylococens capsulatus. 3.1.3.4 Vi khu n lam và vi t o T t c m i loài t o có kích thư c nh bé và có th thích h p v i vi c s d ng các phương pháp nuôi c y ñ i v i vi sinh v t ñ u g i là vi t o. Còn vi khu n lam trư c ñây g i là t o lam. V qui trình công ngh s n xu t thu sinh kh i c a 2 lo i này v cơ b n là gi ng nhau. Hàm lư ng protein chi m 40-60% lư ng ch t khô, th m chí ñ i v i Spirulina còn lên ñ n 60-70%. Hàm lư ng các aminoacid c a 2 lo i này khá cân ñ i, g n v i protein tiêu chu n. Ngoài ra trong sinh kh i c a các loài t o còn ch a nhi u lo i vitamin: A, B, K, pantothenic và d ng tươi còn ch a vitamin C. Spirulina ch a nhi u B12 nên dùng làm th c ph m, m ph m, TAGS (gà cho tr ng ñ , da vàng). Trong sinh kh i vi khu n lam còn ch a kháng sinh nên b o qu n t t. 3.1.4 Qui trình công ngh s n xu t protein ñơn bào 3.1.4.1 S n xu t protein ñơn bào t vi sinh v t 1.Qui trình công ngh : Nguyên li u x lí chu n b môi trư ng dinh dư ng Vi sinh v t thu n khi t nuôi c y vi sinh v t S n ph mhoàn thi nx lítách sinh kh ilên men 2. Nguyên li u: Thư ng s d ng các lo i nguyên li u như: r ñư ng, nư c th i c a nhà máy s a, d ch ki m sunfit, d ch th y phân g , tinh b t, dextrin, cacbuahydro… 3. X lí: bao g m nhi u công ño n khác nhau ph thu c vào lo i nguyên li u và ch ng vi sinh v t s d ng: + Làm s ch: (tách t p ch t, lo i b các ph n không c n thi t, làm s ch vi sinh v t). + Làm nh nguyên li u + Thu phân nguyên li u (tinh b t, xenlulo…) 4. Chu n b môi trư ng dinh dư ng: Ngoài cơ ch t chính là cacbon thì trong môi trư ng c n ph i b sung thêm các ch t dinh dư ng ngu n nitơ, photpho, kali, magie, các nguyên t vi lư ng và các ch t sinh trư ng như cao ngô, cao n m men…S d ng các hoá ch t ñ ñi u ch nh pH c a môi trư ng ñ n giá tr thích h p. 5. Chu n b gi ng: Nuôi c y nhân gi ng ñ u tiên ñư c th c hi n trong phòng thí nghi m, sau ñó ñư c nuôi c y ti p phân xư ng s n xu t. T l ti p gi ng chuy n c p là 1:10. Th i gian nuôi m i c p kho ng 15h. Trong quá trình
nhân gi ng dùng nư c amoniac ñ gi pH và ph i s c khí vô trùng liên t c. Trong giai ño n này chú ý b o ñ m vi c kh trùng môi trư ng nuôi c y. 6. Lên men: Thư ng s d ng phương pháp lên men chìm và có th ti n hành lên men gián ño n, liên t c ho c bán liên t c. Khi lên men chú ý ñi u ch nh các y u t : to, pH, môi trư ng dinh dư ng, O2, phá b t. 7.Tách sinh kh i: Tuỳ vào ñi u ki n c th mà có th s d ng các phương pháp khác nhau ñ tách sinh kh i như l c, l ng, li tâm… 8. X lí sinh kh i: Tuỳ vào m c ñích s d ng mà quá trình x lí sinh kh i g m các công ño n sau: +R a + Chi t rút protein (lo i b t ARN b ng các phương pháp khác nhau) + S y: t t nh t là dùng phương pháp s y phun 3.1.4.2 S n xu t sinh kh i t o: ð c ñi m t bào c a các lo i t o là có di p l c t nên chúng có kh năng quang h p. Ph n ng quang h p c a t o: CO2 + 4H2O CH2O + 3H2O + O2 . S c ñ nh và kh CO2 thành hydratcacbon c a t o theo chu trình Kalvin. Nuôi t o ngoài vi c cung c p protein còn có tác d ng tránh ñư c s làm giàu dinh dư ng ñ i v i các thu v c do nư c th i ñư c làm s ch b ng vi khu n gây nên (tránh tích t các ch t khoáng như NH4+, NO3-, PO43-…) 1. Yêu c u v t o gi ng: - T c ñ sinh trư ng nhanh - Năng su t quang h p cao - Có s c ch ng ch u v i ñi u ki n ngo i c nh - Sinh kh i có thành ph n hoá h c thích h p - T bào luôn tr ng thái huy n phù, không dính b t vào thành b ho c l ng xu ng ñáy. - D tách sinh kh i (nh v t, l c) 2. Các lo i t o thư ng dùng: - Vit o: Chlorela, Scendemus, Dunaliella - Vi khu n lam: Spirulina 3. Công ngh nuôi : * Qui trình công ngh : Chu n b môi trư ng c y t o gi ng nuôi t o thu ho ch * Môi trư ng: ñ chu n bi môi trư ng nuôi t o ngư i ta có th s d ng nư c máy, nư c bi n, nư c th i ñã qua x lí. C n b sung thêm các ch t khoáng c n thi t vào môi trư ng cho t o phát tri n. * ði u ki n nuôi: t o thích h p v i môi trư ng có pH = 8,5÷10 và nhi t ñ 20÷400C. Trong quá trình nuôi b o ñ m cung c p ñ ánh sáng và CO2.
* Thu ho ch: có th thu ho ch t o b ng cách l c, v t ho c cào. ð t n d ng h t các ch t khoáng ngư i ta có th s d ng l i môi trư ng sau khi ñã tách t o. 3.2 S n xu t n m men bánh mì: N m men bánh mì là sinh kh i c a ch ng Sacch.cerevisiae v n còn s ng. 3.2.1 Yêu c u ñ i v i gi ng n m men bánh mì - Sinh s n nhanh - Ch u ñư c môi trư ng r ñư ng - Có l c làm n b t cao: có kh năng lên men ñư ng sacarose, glucese, maltose, có ho t l c zimaza và maltaza cao. - Ít b thay ñ i khi b o qu n. - T bào l n ñ d tách sinh kh i. Ho t l c zimaza và maltaza là th i gian (phút) ñ sinh ra 10ml khí CO2 khi lên men dung d ch 5% ñư ng glucoza ho c maltoza b ng men ép v i t l là 2,5% so v i lư ng d ch ñư ng. 3.2.2 Công ngh s n xu t: 1. Qui trình công ngh : Chu n b môi trư ng dinh dư ng c y gi ng nuôi tách n m men x lí thành ph m. 2. Chu n b môi trư ng dinh dư ng: Ngư i ta thư ng s d ng r ñư ng ñ làm môi trư ng nuôi c y n m men bánh mì. Trư c khi pha môi trư ng thì c n ph i x lí r ñư ng. R ñư ng nghèo ch t dinh dư ng, ñ c bi t là các ch t cung c p ngu n nitơ và photpho cho nên ph i b sung. Ngoài ra, ñ tăng sinh kh i nhanh trong môi trư ng c n ph i có m t s vitamin như: biotin, inositon, axit pentotenic.v.v. 3. C y gi ng: Gi ng ph i b o ñ m ñúng yêu c u và ñư c nuôi c y trư c cho ñ s lư ng t bào. Quá trình nuôi c y gi ng c n th c hi n nghiêm ng t v ch ñ vô trùng và nhu c u dinh dư ng c a n m men. 4. Nuôi n m men: M c ñích c a giai ño n này là t o ñư c lư ng sinh kh i l n và có ho t l c cao. ð n m men sinh trư ng và phát tri n t t thì trong quá trình lên men c n chú ñ n các y u t như: nhi t ñ gi trong kho ng 27÷300C; pH c a môi trư ng 4÷5,5; cung c p ñ y ñ oxy; b o ñ m n ng ñ và thành ph n các ch t dinh dư ng theo yêu c u; n ng ñ t bào n m men tích lu ñư c ph i ñ t m c thích h p. 5. Thu nh n sinh kh i: Sau khi lên men xong thì ti n hành tách sinh kh i. Có th tách sinh kh i b ng cách l c ho c li tâm.
6. X lí n m men: Tuỳ theo yêu c u c a s n ph m (ư t ho c khô) mà quá trình x lí khác nhau. ð thu nh n n m men ư t thì ti n hành r a sinh kh i ñã thu ñư c r i ñem ép. N m men ư t khó b o qu n và th i gian b o qu n không lâu. ð b o qu n lâu thì c n ph i s y khô n m men. Khi s y n m men chú ý không ñ nhi t ñ s y vư t quá 300C. 3.2.3 S n xu t men nư c: 1. Nguyên li u: b t, malt ho c ch ph m amylaza c a n m m c. 2. Môi trư ng nhân gi ng: b t tr n nư c (t l 1:3) n u chin làm ngu i 48-50oC b sung ch ph m amylaza (3% malt ho c 0,8 ÷ 1% ch ph m enzym n m m c như Asp.awamori ho c Asp.oryzae và d ch gi ng vi khu n. Gi 8-14 gi , cho ñ n khi môi trư ng ñ t t i 11 ÷ 12o axít (1o=1ml NaOH 1N/100ml) thì ñưa vào c y n m men. 3. D ch gi ng vi khu n: l y nư c malt có n ng ñ 12oBx thêm 1 ít nhi t ñ 50 ÷ 52oC CaCO3. C y vi khu n Lactobacterium Delbruckii và gi trong 1÷2 ngày. Trư c khi ñưa vào s d ng ph i nhân gi ng ti p. 4. C y n m men: môi trư ng sau khi ñã axít hoá ñư c làm ngu i ñ n 28- o 30 C r i ti p gi ng n m men ñã nuôi c y trư c vào (t l 5÷10%), gi nhi t ñ này 14÷15 gi không s c khí ho c s c khí gián ño n. nhi t ñ này vi khu n lactic ng ng tích t axít. N m men s d ng ñư ng và axít ñ tăng trư ng sinh kh i. Trong môi trư ng có axít n m men s phát tri n t t và h n ch các vi sinh v tl . CHƯƠNG IV: S N XU T AXIT AMIN Axit amin thư ng b sung vào th c ăn cho ngư i và gia súc. V i m c ñích này ngư i ta c n ñ n các axit amin không thay th . Trong ñó, quan tr ng nh t là các axit amin L-lyzin, L-triptophan, L-methionin, L-treonin. Ph n l n các lo i protein ñư c khai thác t th c v t do ñó ho c thi u axit amin này ho c axit amin khác. Vì th , vi c b sung axit amin vào th c ph m s làm tăng giá tr c a protein. Ngoài ra, các axit amin còn có tính ch t làm tăng mùi v c a các s n ph m th c ph m. 4.1 Các phương pháp s n xu t axit amin: 4.1.1 Phương pháp t ng h p hoá h c: Phương pháp này dùng ñ s n xu t m t s axit amin như: glyxin, alanin, metyonin, triptophan. Phương pháp t ng h p hoá h c thư ng cho m t h n h p các d ng ñ ng phân L- và D-axit amin. Trong 2 d ng này ch có d ng L-là thích h p cho dinh dư ng. Do ñó vi c tách 2 d ng này r t khó khăn và tr nên t n kém.