Đang tải... (xem toàn văn)
Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia Các sản phẩm lên men Bia
99 Chương Các sản phẩm lên men I Lên men ethanol Lên men ethanol nhờ nấm men 1.1 Cơ sở hố sinh: Lên men rượu q trình phân giải yếm khí đường tác dụng enzyme vi sinh vật đặc hiệu Trong lên men rượu, pyruvic acid tạo thành qua sơ đồ Embden-Mayerhoff-Parnas, bị decarboxyl hoá tạo thành acetaldehyt CO2 nhờ xúc tác pyruvat decarboxylase CH - C - COOH CH CHO + CO Pyruvat decarboxylase O (1) Pyruvic acid Sau đó, acetaldehyt bị khử thành rượu etylic tác dụng xúc tác ancoldehydrogenase nấm men: CH -CHO+ NADH++ H+ CH CH OH + NAD (2) 3 alcoldehydrogena Ở NADH tạo thành phản ứng oxy hoá glyceraldehyd P trình đường phân đóng vai trị chất cho hydro, cịn acetaldehyd chất nhận Tuỳ điều kiện môi trường, lên men rượu tiến hành theo kiểu sau: 1.1.1 Sự lên men rượu điều kiện bình thường: Xảy pH = 4-5, chia làm hai thời kỳ: a Thời kỳ cảm ứng: Trong thời kỳ này, lượng acetaldehyd tạo thành theo phản ứng (1) cịn ít, hydro P tạo thành chuyển từ NADH tới aetaldehyd glyccerin P Chất bị khử gốc P nhờ enzyme phosphatase tạo thành glycerin: NADH CH O P CH OH CH2O P NAD 2 C H O CHOH 12 CHO Glyceraldehyd P 2 CHOH CHOH CH2OH Glycerin P P CH OH Glycerin 100 Vậy, glycerin sản phẩm phụ trình lên men rượu môi trường acid b Thời kỳ tĩnh: Khi lượng acetaldehyd đạt tói mức chất tiếp nhận hydro từ NADH để chuyển rượu thành etylic theo phản ứng (2): CH O 12 CH CHO + NADH CH CH OH + NAD+ Phương trình tổng quát lên men rượu bình thường sau: C H O + 2H PO +2ADP = 2CH CH OH + 2CO + 2ATP + 2H O 1.1.2 Lên men rượu tạo thành glycerin Để tăng cường tạo thành glycerin (để sản xuất glycerin tạo vị cho đồ uống có rượu), người ta đưa hai dạng lên men khác với lên men rượu dạng trên: a Sự lên men rượu mơi trường có bisulfit: Nguyên tắc phương pháp chuyển acetaldehyd thành acetaldehyd hydrosulfonad khó tan cách bổ sung NaHSO3 vào mơi trường Khi đó, NADH2 cho dihydroxyaceton phosphat tạo thành glycerin P , chất bị khử phosphat để tạo thành glycerin tác dụng enzyme phosphatase: SO Na 12 2 CH3CHO + NaHSO4 CH3 - CH - OH acetaldehyd hydrosulfonad NAD CH O P C =O NADH CH2O P CH OH CHOH CH2OH CHOH P CH OH dihydroxyaceton phosphat glycerin P CH2OH glycerin b Sự lên men rượu môi trường kiềm: Trong trình lên men kiểu này, acetaldehyd loại bỏ nhờ phản ứng hoá hai thành ethanol acid acetic điều kiện môi trường kiềm: 2CH - CH = O + H O 2 CH CH OH + CH COOH 3 101 Khi NADH chuyển hydro cho dihydroxyaceton phosphat tạo thành glycerin P , chất bị khử phosphat để tạo thành glycerin nhờ enzyme phosphatase: CH O P C =O NAD NADH2 CH OH dihydroxyaceton phosphat CH O P CH OH CHOH CHOH CH2OH glycerin P P CH2OH glycerin 1.1.3 Sự ức chế lên men rượu có mặt oxy Sự lên men xảy mạnh mẽ điều kiện yếm khí Khi có oxy, q trình lên men bị ức chế chuyển sang chế hô hấp Sự ức chế lên men có mặt oxy gọi hiệu ứng Pasteur Trong trình này, ATP tổng hợp mạnh mẽ nhờ phosphoril hoá oxy hoá liên hợp với trình vận chuyển proton electron qua dãy hô hấp tới oxy Kết trạng thái tích luỹ lượng tế bào tăng lên, vi sinh vật cần lượng glucose không nhiều đủ trì sống phát triển chúng Hiệu ứng Pasteur chế điều hoà quan trọng trình lên men Trong thực tế sản xuất sinh khối người ta cho nấm men phát triển điều kiện thống khí, cịn cần thúc đẩy lên men cần giữ mơi trường điều kiện yếm khí 1.1.4 Sự tạo thành dầu khét (dầu fusel) Dầu khét sản phẩm phụ trình lên men Thành phần chủ yếu rượu cao rượu propylic, amylic, isoamylic, butylic, isobutylic, tyrosol Chúng cấu tử tạo nên mùi thơm đặc trưng cho sản phẩm lên men Ngoài rượu cao, sản phẩm khác trình acid amin, acid béo chất dinh dưỡng nguyên liệu cho trình tổng hợp tế bào vi sinh vật Sự tạo thành rượu bậc cao trình lên men kết dãy phản ứng hoá sinh phức tạp Cơ chế tạo thành rượu bậc cao có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm chưa giải hoàn toàn thoả đáng Chung quy lại lý thuyết giải thích chế tạo thành rượu bậc cao theo hai đường hướng: - Do phản ứng chuyển amin, chuyển carboxyl acid amin môi trường tế bào với acid pyruvic sinh lên men rượu: 102 - Do trao đổi chất bình thường vi sinh vật bị thay đổi môi trường thay đổi (thừa acid amin), kết dẫn tới tích tụ số chất trao đổi có rượu bậc cao Ví dụ: đưa vào môi trường alanin, acid aminobutyric, glycin, valin, leucin, isoleucin tổng hợp rượu cao tương ứng 1.2 Sản xuất bia Bia loại đồ uống có độ rượu nhẹ có tính giải khát cao Thành phần bia gồm có: 80-90% nước, 1.5-7% cồn, 3-10% chất hoà tan, 0.30.4% CO2 Chất hoà tan chủ yếu hydratcarbon (dextrin, maltose, glucose pentose), protein sản phẩm thuỷ phân (albumose, pepton, acid amin), chất khoáng (muối kali, natri, phospho, nhôm, canxi, mangan ), số acid hữu cơ, vitamin (B1, B 2, B5, B6, PP, biotin) chất đắng, chất thơm hoa houblon 1/ Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bia: Quy trình cơng nghệ sản xuất bia áp dụng nước giới theo sơ đồ 6.1 B 103 Malt Nguyên liệu thay (gạo) Nghiền Nghiền Nước Nấu nguyên liệu Lọc dịch ấ Nấm Houblon hoá Hoa houblon (cao hoa) Ni cấy Lọc dịch houblon hố Lên men Tàng trữ Nhân giống sản xuất Hình 6.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Lọc dịch lên men Chiết chai Thanh trùng Dán nhãn Thành phẩm 104 * Malt đại mạch: M a l t đ i m c h l h t t h ó c đ i m c h đ ợ c nảy mầm điều kiện nhân tạo nhiệt độ độ ẩm theo sơ đồ cơng nghệ hình 6.2: Hạt đại mạch Xử lý (Làm sạch, rửa khử trùng) Ngâm Ươm mầm Sấy malt Tách mầm rễ Bảo quản Hình 6.2: Sơ đồ sản xuất malt đại mạch * Hoa houblon nguyên liệu thiếu sản xuất bia Mùi thơm có bia phần tinh dầu có hoa houblon Các chất đắng có hoa houblon truyền cho bia vị đắng dễ chịu, đồng thời pectin houblon có vai trị giữ bọt, tăng độ bền sinh học cho bia ức chế phát triển vi khuẩn * Nước nguyên liệu quan trọng công nghiệp sản xuất bia Trong nhà máy bia, nước dùng với nhiều mục đích khác từ 105 giai đoạn xử lý nguyên liệu giai đoạn thành phẩm Chính vậy, nước nấu bia khơng địi hỏi đầy đủ tiêu chuẩn nước uống mà phải có yêu yêu cầu riêng đáp ứng với công nghệ sản xuất bia độ cứng, pH hàm lượng ion kim loại b Nghiền malt: Nghiền malt với mục đích phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy trình sinh hoá xảy nguyên liệu nấu nhằm thu dịch đường có nồng độ chất cao từ nguyên liệu ban đầu.Yêu cầu nghiền malt giữ vỏ malt nguyên tốt cần có tỷ lệ thích hợp thơ, mịn bột, tỷ lệ phụ thuộc vào thiết bị lọc dịch đường hoá c Nấu nguyên liệu (Đường hố ngun liệu): Mục đích q trình nấu bia chuyển chất malt nguyên liệu thay từ trạng thái khơng hồ tan sang trạng thái hoà tan nhờ tác động hệ enzyme thuỷ phân Để tăng hiệu suất nấu người ta áp dụng nhiều phương pháp đường hoá khác Tuy nhiên, tất phương pháp theo nguyên tắc chung điều khiển nhiệt độ thích hợp cho enzyme thuỷ phân, chủ yếu hệ amylase protease, hoạt động α-amylase hoạt động thích hợp khoảng 70-750C, β-amylase: 63-650C, protease: 50-600C d Đun sôi dịch đường với hoa houblon (q trình houblon hố): Mục đích q trình houblon hố để ổn định thành phần dịch đường, truyền cho bia mùi vị hoa houblon, keo tụ protein, vô hoạt enzyme trùng dịch đường Trong trình phải đảm bảo không để nhiệt độ dịch đường hạ xuống 700C để tránh oxy khơng khí tiếp xúc với dịch đường xảy phản ứng oxy hoá làm giảm chất lượng bia Hoa houblon dùng để nấu bia dùng loại hoa nguyên, hoa ép cao hoa phải cho hoa chia làm nhiều đợt nhằm tăng mùi thơm cho bia.Lượng hoa sử dụng để nấu bia phụ thuộc vào dạng loại bia, vào lượng acid đắng có hoa mà dao động 1-4g/l bia e Lên men bia: Trong trình lên men bia, lượng lớn chất, chủ yếu đường dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí carbonic sản phẩm phụ * Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men: Quá trình lên men chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: chất lượng nấm men, lượng nấm men gieo cấy ban đầu, nồng độ chất hoà 106 tan dịch đường houblon hoá, nhiệt độ dịch lên men, áp suất bề mặt, hàm lượng oxy, cường độ khuấy đảo dịch lên men nồng độ sản phẩm lên men - Chất lượng nấm men: Trong sản xuất bia thường dùng nịi men chìm thuộc giống Saccharomyces carlbergensis có dùng loại men thuộc giống Saccharomyces cerevisiae Men chìm thường lên men nhiệt độ 6-100C, men 14-250C Khi chọn men bia cần dựa vào tiêu như: Tốc độ mức độ lên men; Hàm lượng sản phẩm bậc hai tạo thành; Tốc độ khả kết lắng; Mức độ thoái hoá; Khả chống chịu điều kiện ngoại cảnh; Một số chủng nấm men phù hợp có chất lượng tốt tái sử dụng đến đời thứ bảy, thử tám - Lượng nấm men gieo cấy ban đầu liên quan mật thiết đến trình lên men Nói chung, lượng nấm men gieo cấy ban đầu q thời gian lên men kéo dài Mật độ nấm men gieo cấy ban đầu lớn chất lượng bia nâng cao lượng sản phẩm bậc hai giảm Tuy nhiên, mật độ tối đa lượng nấm men gieo cấy ban đầu vượt qua ngưỡng 70.106 tế bào/cm3 hiệu mang lại khơng rõ nét - Nồng độ chất hồ tan dịch đường houblon hố 11-12% làm cho q trình lên men tốt so với loại dịch đường có nồng độ cao thấp - Nhiệt độ dịch lên men môi trường xung quanh có ảnh hưởng mạnh đến tiến q trình lên men Nếu nhiệt độ cao thời gian lên men nhanh, mật độ tối đa đạt cao so với nhiệt độ thấp, lên men triệt để hơn; nhiên sản phẩm bậc hai (đặc biệt diacetyl) tạo nhiều hơn, lượng tế bào chết nhiều tốc độ suy thoái nhanh nên chất lượng bia giảm - Áp suất bề mặt dịch lên men xác định mức độ bão hoà CO2, hợp chất gây ức chế trình lên men, ảnh hưởng đến lượng sinh khối tạo thành, trạng thái sinh lý cảu nấm men, ảnh hưởng trực tiếp đến trình lên men Trong thực tế sản xuất, người ta thường khống chế để áp suất không tăng kg/cm2 - Lượng oxy dịch lên men cần thiết cho trình phát triển sinh khối giai đoạn đầu trinh lên men đồng thời yếu tố tác động mạnh đến tốc độ suy thối nấm men Chính vậy, lượng oxy hồ tan dịch đường houblon hố nên khống chế nồng độ 6,7-7mg/l 107 - Cường độ khuấy đảo dịch lên men yếu tố thúc đẩy trình lên men; nhiên làm cho bia chứa nhiều sản phẩm bậc hai cần phải chọn phương án chế độ khuấy dịch lên men thích hợp Hiện nay, thùng lên men người ta trang bị nhiều áo lạnh có nhiệt độ khác đối lưu dịch lên men thực nhờ vào chênh lệch nhiệt độ vùng - Nồng độ sản phẩm lên men: Sản phẩm q trình lên men rượu etylic khí carbonic Khi hợp chất tích tụ đến nồng độ định dịch lên men hoạt động sống nấm men bị ức chế Nếu nồng độ cồn lên đến 12% trình lên men bị đình hồn tồn * Ni cấy nhân giống men bia: Nấm men bia từ ống giống gốc (môi trường thạch nghiêng) trước đưa vào sản xuất nhân giống theo thể tích tăng dần nhằm làm cho chủng gốc quen dần với môi trường sản xuất Trước hết, giống gốc ống nghiệm chuyền vào bình 300ml dịch nước malt, giữ 18250C Sau cấy chuyền tiếp qua bình 3-5 lít có 2-3 lít dịch đường malt có hoa houblon ni nhân giống 18-250C Tiếp ni giống thùng 200-400 lít có 100-200 lít mơi trường 120C Tỷ lệ tiếp giống 10% Đến giống sinh trưởng mạnh thùng tiếp giống vào thùng lên men * Sử dụng lại nấm men sau lên men chính: Cặn men sau lên men chia làm ba lớp: Lớp lớp tế bào già có lực lên men yếu, lớp tế bào trẻ có khả lên men mạnh lớp tế bào có kích thước nhỏ khả kết lắng với vẩn cặn protein houblon Vì trước tái sử dụng nấm men sản xuất cần phải qua xử lý để thu lớp đưa vào sản xuất * Lên men: Lên men bia thực theo hai giai đoạn: giai đoạn lên men giai đoạn lên men phụ - tàng trữ Hiện nay, có hai phương pháp lên men sử dụng phổ biến nhà máy lên theo phương pháp cổ điển lên men theo phương pháp đại Đối với lên men theo phương pháp cổ điển q trình lên men q trình lên men phụ-tàng trữ hai giai đoạn tách biệt nhau, diễn hai loại thiết bị khác nhau, xếp mặt khác gọi công nghệ lên men hai pha.Theo phương pháp này, q trình lên men tiến hành thùng lên men kín hở nhiệt 119 Trong thực tế vi khuẩn lactic nấm mốc đượcc sử dụng công nghiệp sản xuất phomat nhiều Các loại vi khuẩn lactic thường sử dụng sản xuất phomat như: Streptococcus lactis, Streptococcus thermophilus Lactobacillus helveticus Các chế phẩm nấm mốc thưòng sử dụng sản xuất phomat là: Penicillium candidum Penicillium glaucum Acid lactic: 2.1 Sinh tổng hợp Acid lactic tồn rộng rãi tự nhiên đóng vai trị quan trọng nhiều ngành cơng nghiệp khác như: chế biến thực phẩm, y dược, thuộc da Tuỳ theo chủng vi khuẩn lactic sử dụng sản xuất mà có hai kiểu lên men lactic lên men đồng hình lên men dị hình Trong kiểu lên men đồng hình thực tế sinh acid lactic Để lên men công nghiệp, người ta thường dùng giống Lactobacillus delbrueckii Lactobacillus bulgaricus Trong lên men đồng hình, phân giải glucose giống lên men rượu tới giai đoạn tạo thành pyruvat (theo đường Embden Mayerhoff - Parnas) Sau đó, nhờ Lactat dehydrogenase, pyruvat khử NADH (coenzyme khử tạo thành tách H glyceraldehyd P trình đường phân) để tạo thành acid lactic Sự lên men lactic đồng hình biểu diễn theo sơ đồ sau: 2 CH2O P P C6H12O6 CHOH CHO Glyceraldehyd P CH O P COOH COOH CHOH C=O CHOH CH OP NAD CH3 Acid pyruvic NADH CH Acid lactic Trong lên men lactic dị hình, nhiều sản phẩm khác tạo thành Các tác nhân gây lên men lactic dị hình Lactobacillus brevis, Leuconostoc mensenteroides Sự lên men lactic dị hình xảy vi khuẩn gây lên men thiếu enzyme đường phân aldolase trioso isomerase Khi đó, glucose chuyển hố theo đường pentosophosphat từ glucoso phosphat đến xiluloso phosphat Sau đó, tác dụng enzyme 120 pentosophosphat cetolase mà xiluloso phosphat bị phân ly tạo thành glyceraldehyd phosphat acetyl phosphat Acetyl phosphat chuyển hoá tiếp tục thành ethanol acid acetic tuỳ theo hệ enzyme vi sinh vật Còn glyceraldehyd phosphat bị khử H để chuyển thành acid lactic giống trường hợp lên men lactic đồng hình Sự lên men lactic dị hình ứng dụng lên men thức ăn gia súc muối chua rau Các vi khuẩn có khả gây lên men đường mono disaccharid (sau thuỷ phân thành monosaccharid nhờ enzyme tương ứng vi khuẩn Sơ đồ lên men lactic dị hình xảy theo sơ đồ hình 6.7 2.2 Cơng nghệ sản xuất Quy trình cơng nghệ sản xuất acid lactic tiến hành theo sơ đồ hình 6.8 Nguyên liệu sử dụng để sản xuất acid lactic nguồn tinh bột đường Nếu nguyên liệu tinh bột trước hết phải thuỷ phân enzyme acid Dịch lên men có chứa đường cần bổ sung chất dinh dưỡng nguồn nitơ cao ngô, mầm đại mạch, (NH ) SO Sau 4 trùng, dịch lên men làm nguội xuống 500C bổ sung CaCO3 Quá trình lên men thực liên tục nhiệt độ 48-500C kéo dài 2-4 ngày Acid lactic tạo thành dạng muối canxi Do muối lactat canxi có tính tan thấp, nên trước tách sinh khối số chất không tan khác phương pháp lọc, người ta cần đun nóng để hồ tan tồn muối Dịch lọc xử lý với H SO để giải phóng acid lactic Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà tinh chế acid lactic nhiều phương pháp khác sử dụng than hoạt tính, trao đổi ion, thẩm tích, chiết dung mơi III Lên men 2,3 butadiol Vi sinh vật Có nhiếu chủng vi sinh vật có khả lên men butadiol với hiệu cao Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas hydrophila, Bacillus polymyxa, Bacillus subtilis, Serratia marcescens Trong Klebsiella pneumoniae Bacillus polymyxa sử dụng cách phổ biến sản xuất thương mại butadiol 121 Glucose Hexokinase Glucoso NAD Glucoso P NAD dehydro H genase ADP ATP Pho NAD sph oglu cob H at deh ydro gen ase A N Ribulo Epimeras Xiluloso CH CH CHO O OH P CH C PHS Glycer Co aldehy A d PO Ac etyl sph at AD P+ P 2A 2P NADH NAD A DP + TP A COOH TP CH3 CH3 - Acid acetic CCOO H O P L.brevi CH - CO SCoA Acetyl CoA HS CoA CH - CHO Acetaldehyd Acid NAD pyruvi H2 c NAD CH3 - CH2OH CH CHOH COOH Acid lactic Hình 6.7: Sơ đồ lên men lactic dị hình Etanol 122 Nguyên liệu Xử lý nguyên liệu Lên men Gia nhiệt Tách acid lactic Tinh chế Cơ chế sinh hố q trình lên men butad iol C c h ế t r a o Acid lactic tinh khiết Hình 6.8:Quy trình cơng nghệ sản xuất acid lactic đ ổ i c h ấ t t o thành butadi ol vi sinh vật từ glucos e xảy theo sơ đồ hình 6.9 Đi từ glucose , acid pyruvic tạo thành theo đường phân Nếu chất ban đầu đường pentose theo đường 123 pentosophosphat để đạt glyceraldehyd phosphat, sau chất chuyển thành pyruvat theo đường đường phân Tiếp theo đó, hai phân tử pyruvat ngưng tụ đồng thời loại bỏ CO2 để tạo thành acetolactat Dưới tác dụng enzyme acetolactat decarboxylase, acetolactat tạo thành acetoin, chất tiếp tục bị oxy hố khơng có mặt enzyme thành diacetyl bị khử xúc tác butadioldehydrogenase thành butadiol Glucose CO CH COCOOH Acid pyruvic CH3CO lipoat OH CH CCOCH 3 COOH Acetolactat CO O CH CHOHCOCH Acetoin CH CHOHCHOHCH 2,3 butadiol CH COCOCH Diacetyl 3 3 Hình 6.9: Cơ chế trao đổi chất tạo thành butadiol vi sinh vật 124 Xylose 5/3CO + 5/6 NADH + 5/3ATP + 5/6butadio l Phương trình tóm tắt q trình lên men butadiol sau: Glucose 2CO2 + NADH2 + 2ATP + butadiol Cơ chất hiệu suất lên men C c h ấ t v h i ệ u s u ấ t l ê n men phụ thuộc vào chủng vi sinh vật gây lên men Ví dụ: Klebsiella pneumoniae có khả lên men hàng loạt đường glucose, manose, galactose, xilose, arabinose, xenlobiose lactose khơng có khả lên men cellulose hemicellulose Để khắc phục vấn đề này, người ta đưa quy trình đường hố lên men đồng thời cách sử dụng thêm chủng nấm mốc Tricodema harzianum để thuỷ phân cellulose hemicellulose Bằng quy trình này, hiệu suất lên men đạt 50- 60%, tăng lên 30-40% so với trình lên men đường hố riêng biệt Bacillus polymyxa, ngồi lên men loại đường trên, cịn có khả lên men hợp chất cao phân tử xilan, inulin, tinh bột Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men * Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng vi khuẩn có khả sinh butadiol nằm khoảng 30-370C Nếu tăng nhiệt độ từ 33 lên 370C khả lên men butadiol Klebsiella pneumoniae giảm 66% nhưn chủng Enterobater aerogenes hiệu khơng thể rõ * pH: Mỗi chủng vi khuẩn thích hợp với giá trị pH khác để sinh tổng hợp butadiol cao Klebsiella oxitoca sinh tổng hợp butadiol cực đại pH=5,2-5,6; Klebsiella aerogenes thích hợp pH =6,2 Enterobater cloacae thích hợp pH=5,0-5,5 *Oxy: Đây thông số môi trường quan trọng ảnh hưởng đến trình lên men Nếu cung cấp oxy lớn tạo thành sinh khối chiếm ưu Ngược lại oxy cung cấp khả sinh butadiol cao với tiêu thụ lượng đường lớn Tuy nhiên để trình lên men tốt mơi trường lên men cần có mật độ tế bào vi sinh vật ban đầu định 125 Nồng độ đường ban đầu: Ả n h h n g c ủ a n n g đ ộ đ n g b a n đ ầ u đ ế n lên men phụ thuộc vào thành phần môi trường Chẳng hạn môi trường sản xuất, tăng nồng độ đường kéo theo tăng hàm lượng số thành phần khác mà có chất kìm hãm, đó, nồng độ đường ban đầu cần giới hạn Tuy nhiên mơi trường tổng hợp nồng độ đường ban đầu khoảng 200g/l trình lên men xảy Tiềm ứng dụng Butadiol ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Nó dùng làm nhiên liệu dùng để điều chế hợp chất hữu khác etyl keton 1,3 butadien Etyl keton dung môi công nghiệp, 1,3-butadien dùng để sản xuất cao su Butadiol cho phản ứng với aceton tạo nên hợp chất “tetrametyl’’ phối trộn với xăng Các este butadiol dùng để sản xuất chất dẻo polime chịu nhiệt IV.Lên men butanol-aceton Cơ sở hoá sinh trình lên men butanol-aceton Tác nhân gây lên men butanol-aceton chủng vi khuẩn Clostridium acetobutilicum Đây vi khuẩn yếm khí sản phẩm lên men thu điều kiện lên men khơng có oxy Cơ chế hóa sinh q trình lên men butanol-aceton theo Cleuberg theo sơ đồ hình 6.10 Như vậy, thơng qua trao đổi chất vi khuẩn mà môi trường tích tụ sản phẩm aceton, butanol, ethanol, CO H Ngồi cịn có sản phẩm trung gian acid buttyric, acid acetic, acid formic 2 126 CH O 12 HCOOH Acid formic CH COCH(OH) Hydrat metylglioxal 3 CH3CHO H2 Alde tụ Ngưng hyd CH3 aceti CH2 c CH OH H HOH Etyl CH CH ic CH HO (O H) CH H H=CH CH CH(O CHO CO HCH H) OH Acid Aldehaceti yd isopr c croto opyli nic c CH CH C(CO H OH 2 ) H H Acid butyriO O c 2H H H CH CH CH3 CO COC CH CH H3 CO CH OH Acet CH on OH But anol Hình 6.10: Cơ chế hóa sinh trình lên men butanol-aceton Quy trình sản xuất cơng nghiệp Nhìn chung, quy trình sản xuất aceton-butanol chia làm ba giai đoạn: Chuẩn bị dịch hồ để lên men; Lên men; Chưng cất để tách sản phẩm; Nguyên liệu để sản xuất aceton-butanol phương pháp lên men tinh bột (các nguyên liệu có tinh bột), khơng cần đường hố trước vi khuẩn có amylase hoạt động Yêu cầu nguyên liệu có glucid, nitơ phospho Do đó, bột ngũ cốc ngun liệu hồn hảo có chứa tất thành phần cần thiết cho lên men Rỉ đường dịch thuỷ phân gỗ, rơm, bẹ ngô nguyên liệu không đầy đủ bắt buộc phải trôn với ngũ cốc 127 Nồng độ dịch hồ để lên men khoảng 8-10% tính theo chất khơ 4-6% tính theo tinh bột Nếu nồng độ cao thừa không lên men Khi nồng độ butanol đạt xấp xỉ 1,5% (tương ứng với nồng độ ban đầu glucid 6%) trình lên men bị ngừng Nhiệt độ lên men vi khuẩn aceton-butanollà 36-370C Q trình lên men aceton-butanol chia làm hai thời kỳ: Ở thời kỳ đầu, mơi trường lên men tích tụ acid (nên có tên gọi lên men acid), song thời kỳ thứ thứ hai mơi trường tích tụ butanol, ethanol aceton (nên có tên gọi lên men rượu) Trong thời kỳ thứ hai này, độ acid chuẩn môi trường lên men bị giảm nhanh: giảm gần nửa so với giá trị cực đại cuối thời kỳ đầu Đồng thời xảy rặ chuyển hoá cách nhanh chóng acid thành hợp chất trung tính tương ứng: acid butyric bị khử thành rượu butylic, cịn acid acetic bị chuyển hố thành aceton Tiếp đó, độ acid chuẩn có tăng lên ít, cịn vận tốc tạo dung môi bị chậm lại đến cuối thời kỳ lên men ngừng hồn tồn Trong q trình lên men cịn kèm theo khí CO2 H2 Qua 5-6h đầu, khí cịn chậm chạp, sau tăng nhanh đạt đến cực đại, tiếp đến lại giảm nhanh chóng q trình ngừng Các khí dẫn từ thùng lên men vào thiết bị gom khí sau thải khơng khí Sau lên men xong dấm chín bơm vào thiết bị chưng cất để tách thứ khỏi hỗn hợp Câu hỏi ơn tập chương Hãy trình bày biến đổi phân tử glucose đến etylic xảy tế bào nấm men Trình bày điểm giống khác chủ yếu trình sản xuất bia, rượu vang rượu etylic Phân tích vai trị ngun liệu ảnh hưởng đến thành phẩm sản xuất bia Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến q trình lên men bia So sánh hai phương pháp lên men cổ điển lên men đại sản xuất bia.Phân tích ưu nhược điểm hai phương pháp So sánh phương pháp sản xuất vang đỏ sản xuất vang trắng Chủng nấm men dùng sản xuất rượu cần có u cầu gì? Phân tích thành phần tính chất sữa ứng dụng để sản xuất sản phẩm từ sữa Cho ví dụ minh hoạ 128 Cơ chế quy trình sản xuất sữa chua phomat giống khác điểm nào? Hãy phân tích 10.Cơ chế lên men lactic dị hình đồng hình giống khác điểm nào? 11 Trình bày quy trình sản xuất acid lactic cơng nghiệp 12 Trình bày chế hố sinh yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men butadiol 13 Cơ chế trình lên men aceton-butanol diễn nào? Trong q trình ngồi hai sản phẩm butanol aceton cịn có sản phẩm phụ nào? 14 Phân tích quy trình sản xuất aceton-butanol nghiệp quy mô công ... lên men nồng độ sản phẩm lên men - Chất lượng nấm men: Trong sản xuất bia thường dùng nòi men chìm thuộc giống Saccharomyces carlbergensis có dùng loại men thuộc giống Saccharomyces cerevisiae Men. .. tiếp giống vào thùng lên men * Sử dụng lại nấm men sau lên men chính: Cặn men sau lên men chia làm ba lớp: Lớp lớp tế bào già có lực lên men yếu, lớp tế bào trẻ có khả lên men mạnh lớp tế bào có... Nhiệt độ lên men phụ giữ 1-40C Giai đoạn này, nấm men lên men phần đường lại để bổ sung CO cho bia, đồng thời hoàn thiện chất lượng bia trình lắng cặn nấm men kết tủa tạo thành làm cho bia đồng thời