Đề tài Sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein cho gia súc

Chương 1 MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU Thuật ngữ protein đơn bào mới hình hành trong giới khoa học từ những năm 50 của thế kỷ trước. Thực tế loài người đã biết sử dụng loại protein này và các chất có trong tế bào VSV từ rất lâu. Protein đơn bào (SPC-Single cell protein) là thuật ngữ chỉ một loại chất dinh dưỡng có trong tế bào và chỉ sản xuất từ vi sinh vật (VSV), được sử dụng làm thức ăn cho người và động vật. Thuật ngữ này không chỉ đơn giản là protein từ tế bào của cơ thể đơn bào, vì rất nhiều VSV không phải là cơ thể đơn bào mà người ta vẫn khai thác chúng. Do đó, thuật ngữ này nên hiểu là nguồn dinh dưỡng chứa nhiều protein từ VSV khác nhau, cả đơn bào lẫn đa bào (từ vi khuẩn, nấm men, nấm sợi và tảo). Được sử dụng trước hết là nguồn protein trong dinh dưỡng động vật, chủ yếu là trong chăn nuôi. Cơ sở khoa học của phương pháp sinh tổng hợp protein nhờ VSV là lợi dụng khả năng sinh trưởng nhanh và sự phong phú về protein cũng như các acid amin hợp phần của nó trong tế bào VSV để làm nguồn cung cấp protein cho gia súc và thức ăn cho người. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤT SINH KHỐI VI SINH VẬT Chi phí lao động thấp hơn nhiều so với sản xuất nông nghiệp. Có thể sản xuất ở những địa điểm bất kì trên trái đất, không chịu ảnh hưởng của khí hậu, thời tiết, quá trình công nghệ dễ cơ khí hoá và tự động hoá. Năng suất cao. Sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền và hiệu suất chuyển hoá cao. Hàm lượng protein trong tế bào rất cao. Chất lượng protein cao. Khả năng tiêu hoá của protein tốt An toàn về độc tố. Những vấn đề kĩ thuật. ĐẶC ĐIỂM CỦA SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO Ưu điểm VSV là cơ thể có tốc độ sinh trưởng rất mạnh, khả năng tăng trưởng nhanh. Chỉ trong một thời gian rất ngắn ta có thể thu nhận được một khối lượng sinh khối rất lớn; thời gian này được tính bằng giờ, còn ở TV hay ĐV thì thời gian này được tính bằng tháng hay hàng chục năm. Hàm lượng protein rất cao, cao hơn rất nhiều so với protein có trong TV hay ĐV (hàm lượng protein ở VSV khoảng 20-80% trọng lượng khô). Vi khuẩn 60-70% tính theo chất khô, có loài tới 87% Nấm men 40-60% Nấm mốc và xạ khuẩn <30%. Chất lượng protein của vi khuẩn là cao nhất, vì các thành phần acid amin cân đối hơn ở nấm men. Nhưng vì kích thước tế bào vi khuẩn nhỏ và các điều kiện nuôi cấy phức tạp hơn, nên việc sản xuất sinh khối VSV làm nguồn protein trong công nghiệp vi sinh chủ yếu là từ nấm men. Tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế bào VSV cũng rất cao, từ 100-10.000 lần so với bò. Ví dụ về thời gian tăng đôi khối lượng của vi sinh vật ở thời kỳ phát triền cực đại được so sánh với một số sinh vật như sau: Bảng 1. Tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế bào VSV Sinh vật Thời gian tăng đôi khối lượng Vi khuẩn, Nấm men 0.2-2 giờ Nấm và Tảo Chlorella 2-6 giờ Cỏ và các thực vật khác 144-288 giờ Gà mái 288-576 giờ Gà con 500 giờ Lợn con 576-864 giờ Các loại gia súc ăn cỏ 720-1.500 giờ Protein của VSV có chất lượng tương đương protein ĐV và hơn hẳn protein TV( ở ĐV protein chứa đầy đủ và rất cân đối các acid amin, ở TV thường thiếu loại acid amin này hay acid amin khác). Thành phần cấu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có thể điều khiển bằng cách thay đổi thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy hoặc bằng cách tác động làm thay đổi cơ cấu di truyền của chủng, giống. VSV có khả năng hấp thụ, phân giải nhiều loại nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, thậm chí cả chất thải, nước thải của một quá trình sản xuất nào đó. Hoàn toàn có thể sản xuất theo quy mô công nghiệp (sản xuất hàng loạt, có thể kiểm soát và chất lượng sản phẩm đồng nhất). Nuôi cấy VSV không phụ thuộc vào khí hậu cũng như thời tiết trong năm, quá trình nuôi cấy được tiến hành trong các nồi lớn dễ dàng ổn định các điều kiện kỹ thuật như thành phần môi trường, nhiệt độ, pH, … bằng các hệ thống hiệu chỉnh tự động. Nuôi cấy VSV chỉ cần một diện tích không đáng kể để xây dựng xí nghiệp (trồng trọt và chăn nuôi thường chiếm diện tích rộng lớn). Sinh khối VSV là một khối thống nhất, do đó có thể thu hoạch một cách đơn giản và dễ dàng (khác với các loại cây trồng trong sản xuất nông nghiệp) Có thể phân lập và lựa chọn VSV có ích và thích hợp cho các quá trình công nghệ, cho từng loại nguyên liệu tương đối nhanh và không khó khăn lắm. Thành phần cấu tạo và giá trị dinh dưỡng của protein VSV có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi thành phần môi trường, điều kiện nuôi cấy, hoặc bằng cách tác động làm thay đổi cơ cấu di truyền của chủng, giống Trong protein của VSV có đầy đủ các acid amin thành phần và đặt biệt là các acid amin không thay thế có giá trị dinh dưỡng cao. Một ưu việt cần nhắc tới là trong sản xuất protein từ VSV lại sử dụng nguyên liệu VSV – là loại phế liệu, phụ phẩm của một số ngành công nghiệp khác. Nguồn nguyên liệu này rất phong phú, đa dạng, rẻ tiền, dễ kiếm như: rỉ đường, khi thuỷ phân gỗ tạp, rơm rạ, bã mía… do vậy giá thành của sản phẩm sẽ thấp. Đồng thời sử dụng nguyên liệu này sẽ góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải và nước thải. Nhược điểm Tuy vậy, nguồn Protein thu nhận được từ vi sinh vật còn có những hạn chế: Hàm lượng các acid amin chứa lưu huỳnh thấp. Khả năng tiêu hóa của protein: có phần bị hạn chế bởi thành phần phi protein, như acid nucleic, peptid của tế bào, hơn nửa chính thành và vỏ tế bào VSV khó cho enzyme đi qua. Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ GIỐNG VI SINH VẬT SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu được dùng trong sản xuất nấm men gia súc là bã rượu - phụ phẩm của các nhà máy rượu, có bổ sung thêm rỉ đường - phụ phẩm các nhà máy sản xuất đường. Dịch bã rượu là nguồn dinh dưỡng nuôi cấy nấm men rất tốt. Trong dịch này có khoảng 7.5-10% chất khô hoà tan rất giàu vitamin B và các acid amin. Khi nuôi nấm men, dùng dịch này pha thêm rỉ đường để môi trường luôn luôn có khoảng 2-3% đường, ta có thể thu được từ 10- 15 kg men khô từ 1 m3 dịch bã rượu. Nguyên liệu bã rượu (Hèm) Trong sản xuất cồn từ mật rỉ, bã thải ra môi trường là bã rượu. Bã rượu chứa nấm men, chất hòa tan và cả lượng cồn sót. Có hai loại bã rượu : loại bã của các nhà máy rượu với nguồn nguyên liệu từ ngũ cốc, sắn (các loại chứa tinh bột) và của các nhà máy rượu rỉ đường. Bã rượu sau khi chưng cất cồn là một loại nguyên liệu tốt dùng để nuôi cấy nấm men. Bảng 2. Thành phần hóa học của bã rượu từ rỉ đường Vật chất Hàm lượng (% chất khô) Vật chất Hàm lượng (% chất khô) Hợp chất hữu cơ Protein Nitơ tổng protein amin NH3 Acid amin 70-80 17-27 3-5 0.4-1.0 0.3-0.6 0.1-0.3 6-10 Các acid hữu cơ Trong đó có acid bay hơi Glyxerin Vật chất khử Tro tính ra K2O Na2O CaO Vi lượng 5-27 3-12 6-13 3-7 17-24 7-8 0.5-3 0.5-3 Trong bã rượu có chứa các vitamin: Acid nicotinic (PP) Riboflavin (B2) Priridoxin (B6) Acid pentotenic (B3) Biotin (B7) Acid folic Trong số các chất hòa tan của bã rượu có đường (1÷2,5%), các hợp chất nitơ, các vitamin nhóm B. Ngoài ra, trong bã rượu còn có các nguyên tố khoáng, các nguyên tố vi lượng... như vậy trong bã rượu có ít đường, nhưng rất phong phú các chất sinh trưởng. Vì vậy khi dùng bã rượu để nuôi cấy nấm men người ta lọc lấy phần dịch trong rồi bổ sung từ 1÷2% rỉ đường, thêm supephosphate để tăng nguồn phospho và (NH4)2SO4 hoặc urea làm nguồn nitơ. Lượng bã rượu chiếm khoảng 0.36% so với lượng mật rỉ đem vào sản xuất. Trong dịch bã rượu tinh bột sau khi lọc loại bã, bã thô dùng cho thức ăn chăn nuôi có 7-8% chất khô và dịch bã rượu rỉ đường thường có 7.5-10% chất khô, nhiều các hợp chất N, nhiều vitamin và khoáng chất. Trong quá trình sấy nấm men đã chuyển 50-55% chất khô của rỉ đường vào dịch bã. Do đó, dịch là môi trường rất giàu các chất sinh trưởng. Dịch bã rĩ đường chứa 7.5-10% chất khô, trong đó có tới 3% là các hợp chất vô cơ. Dường khử 0.2-0.5%. glyxerin 0.6-0.9%, các axit hữu cơ 1.5-2.5%, các axit amin, các loại rượu, glucoside, các hợp chất vô cơ và hữu cơ, các muối P, K, Fe, vitamin và các nguyên tố vi lượng. Các hợp chất này men có thể hấp thu được. Bên cạnh đó, về mặt kinh tế, bã rượu còn có một số ưu điểm so với các nguyên liệu khác: Giá thành rẻ. Khối lượng lớn và dồi dào. Sử dụng tiện lợi. Nguồn cung cấp khá phổ biến. Nguyên liệu rỉ đường: Rỉ đường là phế liệu chứa đựng nhiều đường không kết tinh trong sản xuất đường từ mía hoặc củ cải đường. Yêu cầu của rỉ đường dùng trong sản xuất nấm men gia súc: Hàm lượng chất khô không thấp hơn 75% Đường 40÷50% Hàm lượng chất tro không thấp hơn7,5% Tổng nitơ không thấp hơn 1,4% Số lượng các vi sinh vật không quá 15000 tế bào trong 1g rỉ đường. Nguồn Nitơ Các hợp chất chứa nitơ của rỉ đường (a. asparaginic, a.glutamic, lơxin, isolơxin, tyrosin, các muối nitrat) có thể được nấm men sử dụng đến 30-40%. Chỉ có betain là không được sử dụng. Để thay thế người ta dùng các nguồn nitơ vô cơ như dd NH3, các muối nitrat, urea như nguồn chứa nitơ, diamoni phosphate (DAP) như nguồn chứa nitơ và photpho. Ngoài DAP và urea, người ta có thể sử dụng các nguồn cung cấp nitơ và phospho khác như: (NH4)2SO4, NH4OH, H3PO4, Ca(H2PO4) để nuôi cấy nấm men. Tuy nhiên, hai nguồn nitơ urea và diamoni phosphate (DAP) là những loại phân vô cơ được sử dụng nhiều trong nông nghiệp, dễ mua và rẻ hơn rất nhiều so với các chất khác nên chúng được sử dụng nhiều trong sản xuất sinh khối nấm men. Supephosphat và amoni sulfat được sử dụng nhưng không như mong muốn vì chúng tạo ra canxi amoni sulfat, tạo CaSO4 bám vào mặt trong thiết bị và ống dẫn, làm cho thiết bị bám nhiều cáu cặn gây cản trở cho thanh trùng và truyền nhiệt. Nguồn khoáng Lượng DAP có thể sử dụng trong khoảng 0,15-0,3%, urea được sử dụng ít hơn. Nếu dùng nhiều ure, phải tăng cường lượng biotin (dưới dạng tiền chất là desthibiotin) trong dịch lên men vì enzyme phân giải ure của nấm men-ure amidoliaza có thể đòi hỏi một lượng lớn biotin. Bổ sung P dưới dạng một loại muối thích hợp hay dạng acid orthophosphoric. Nguồn Kali và Magie: Trong sản xuất sinh khối nấm men, người ta sử dụng K2CO3 và KCl như những nguồn kali và MgSO4.7H2O hoặc MgCl2 như nguồn cung cấp magie. Nước Nước sử dụng trong sản xuất sinh khối nấm men là nước sử dụng trong sinh hoạt (nước máy). Nếu sử dụng nước giếng phải xử lý chúng để chất lượng loại nước này đạt chất lượng như nước máy dùng trong sinh hoạt. Nước được coi như nguyên liệu chính dùng trong sản xuất vì đây là công nghệ lên men hiếu khí. Các yêu cầu về nước : Có độ cứng từ 4 – 8o (1o tương đương 10 mg CaO/l) Không màu, không mùi, không vị. Các 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. Tổng số vi khuẩn hiếu khí <10 cfu/L (37oC), không chứa Coliforms, không chứa Faecal streptococci và các vi khuẩn clostridia khử sulphit. GIỐNG VI SINH VẬT Trong sản xuất men chăn nuôi trên môi trường bã rượu, giống VSV được sử dụng là các loài nấm men Candida utilis (hay có tên gọi khác là: Torula utilis, Torulopsis utilis) hay Candida Tropicalis. Candida utilis Candida tropicalis Giới: Nấm Giới: Nấm Ngành: Ascomycota Ngành: Ascomycota Dưới ngành: Saccharomycotina Dưới ngành: Saccharomycotina Lớp: Saccharomycetes Lớp: Saccharomycetes Bộ: Saccharomycetales Bộ: Saccharomycetales Họ: Saccharomycetaceae Họ: Saccharomycetaceae Giống: Candida Giống: Candida Loài: Candida utilis Loài: Candida tropicalis 1. Candida tropicalis Đặc điểm hình thái Tế bào nấm men có hình ovan, hoặc hình tròn, khá lớn, kích thước trung bình của nấm men thường là (5-10) x (4-8) μm, phần lớn các tế bào kết thành nhánh, hiếm khi đứng riêng rẽ. Hệ sợi giả phát triển tốt từ những sợi giả kéo dài, phân nhánh thành chuỗi. Không tạo bào tử túi. Trong tế bào già tích tụ nhiều hạt chất béo. Tính chất nuôi cấy Qua ngày đêm ở 36ºC trong nước malt (4ºBe) tạo thành cặn không nhiều và qua một tháng tạo thành màng dày nhăn nheo. Khuẩn lạc mọc trên thạch malt hình tròn, màu kem trắng. Rìa khuẩn lạc bị chia cắt theo hình răng cưa hoặc có tưa (hiếm khí phẳng nhẵn). Men này là loại dị hình thái : một chủng có khi mọc thành khuẩn lạc dạng R (nhăn nheo) hay dạng S( nhẵn). Tính chất hoá sinh Lên men tốt các dịch đường glucose, galactose, sacarose, maltose, treharose, rafinose, melixitose, inulin, sucxinic, citric. Không hấp thu được sovbiose, xentobiose, lactose, milibiose, dulxit, inozit và aicd xalysalic. Cần một số vitamin làm chất sinh trưởng : acid pantotenic, paraminbenzoic, tiamin, inozit... Đặc tính công nghệ Hiệu suất thu hồi sinh khối của nấm men Candida tropicalis đạt khoảng 38-46% trong môi trường nuôi cấy. Tốc độ sinh trưởng riệng là 0.15-0.2/h. Nếu cho thêm vào môi trường cao men (0.5%). Năng suất sẽ tăng đến 48-50% và tốc độ sinh trưởng là 0.25-0.28/h. Nhiệt độ nuôi cấy thích hợp là 36-37ºC, pH = 4.2-4.5 2. Candida utilis Đặc điểm hình thái Tế bào dài có kích thước 4x8.3μm, đứng riêng rẽ hoặc đôi khi kết thành chuỗi ngắn, phân nhánh, không thấy sinh hệ sợi hay giả sợi, không sinh ra bào tử túi. Tính chất nuôi cấy Trong môi trường lỏng tạo thành vòng và cặn lắng đặc. Khuẩn lạc mọc trên môi trường thạch malt có màu vàng úa, óng ánh nhẹ, phẳng nhẵn, rìa hơi bị chia cắt, thỉnh thoảng ở giữa không láng bóng mà hơi gợn nhăn nheo Tính chất hoá sinh Lên men được glucose, sacarose, 1/3 rafinose Đồng hoá bằng cách oxi hoá glucose, sacarose, maltose, rafinose, xylose; yếu với galactose và arabinose. Có thể hấp thu được các nguồn nitơ như KNO3, amonisunfat,ure, peptone. Đặc tính công nghệ Năng suất thu hồi sinh khối là 40% so với chất khô trong môi trừơng. Bảng 4. Thành phần hóa học của tế bào nấm men candida utilis Thông số % chất khô Ẩm 5-7 protein (N x 6,25) 50 - 54 Tro 6.5-7.0 Chất béo 3.0-5.0 carbohydrates 25-30 Điều kiện sinh trưởng Nhiệt độ sinh trưởng: Đối với sinh trưởng của đa số nấm men thì nhiệt độ sinh trưởng tối thích vào khoảng 28- 32oC. Oxi hòa tan và độ hiếu khí Độ hiếu khí của môi trường được thể hiện bằng lượng oxi hòa tan trong môi trường. Sự có mặt của oxi tạo điều kiện cho nấm men hô hấp và sinh sản. Lượng oxi hòa tan trong môi trường phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì oxy hòa tan càng kém. Bình thường lượng oxy hòa tan tối đa trong nước là 9 mg/l. Khi nồng độ này giảm xuống 1mg/l thì nấm men sẽ ngừng sinh sản. pH của môi trường Mỗi loài vi sinh vật nói chung đều sinh trưởng và phát triển tối thích ở một giá trị pH nhất định. pH thích hợp cho sinh trưởng của nấm men là 4,0- 4,5. Hàm lượng đường Hàm lượng đường (glucose, fructose, galactose, maltose, saccharose, ...) càng cao thì nấm men sinh trưởng càng tốt. Tuy nhiên, nếu hàm lượng đường quá cao sẽ tạo ra áp lực thẩm thấu lớn, từ đó ức chế nấm men sinh trưởng. Cần lưu ý với glucose, hàm lượng cao có thể ức chế hô hấp (hiệu ứng Captree). Tiêu chuẩn lựa chọn giống: Nấm men gồm có nhiều nòi (chủng) khác nhau, mỗi nòi có một vài đặc tính riêng biệt, nói chung nấm men dùng trong sản xuất sinh khối phải đảm bảo những yêu cầu sau: Nấm men Candida utilis có khả năng sinh sản rất nhanh chóng: khả năng tích lũy sinh khối nấm men là 0.2 g/h. Trong điều kiện nuôi nấm men có sục khí, môi trường có nồng độ chất khô là 8% ở 30oC trong 6h. Hàm lượng protein và sinh tố cao, dễ tiêu hóa nên được dùng sản xuất thức ăn cho người và động vật. Thành phần hóa học đáp ứng được nhu cầu về dinh dưỡng và không chứa các chất có độc tính đối với động vật. Không gây bệnh cho động vật và người. Đồng hóa được các chất dinh dưỡng có trong môi trường với hệ số kinh tế cao. Thích nghi với môi trường bã rượu. Có sức chống chịu với tạp khuẩn và những chất kìm hãm sinh trưởng Tế bào nấm men có kích thước lớn, đồng đều để có thể dễ tách bằng separator (máy li tâm tách) Chương 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SƠ ĐỒ KHỐI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Men thành phẩm Cô đặc Sấy Đóng gói Lên men Ly tâm Oxi Men giống Nhân giống Thanh trùng Bã rượu Lọc Tạo môi trường nuôi cấy Bã Muối dinh dưỡng Mật rỉ Làm nguội THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Quá trình lọc Mục đích: Chuẩn bị Trong sản xuất rượu có một lượng dịch bã rất lớn : cứ 100 lít cồn thải ra tới gần 12m3. Quá trình lọc bã nhằm thu dịch lọc để làm môi trường nuôi cấy nấm men, phần bã còn lại được tận dụng để làm thức ăn gia súc. Các biến đổi: Vật lý: loại được một số tạp chất trong bã Hóa lý: độ nhớt giảm Phương pháp thực hiện : Do bã rượu có độ nhớt cao, tương đối khó lọc nên ta chọn phương pháp lọc áp lực ở nhiệt độ cao và có sử dụng chất trợ lọc. Ở đây, bã rượu sau khi chưng cất (nhiệt độ 55-60oC ) được đem đi lọc ngay nên không cần phải gia nhiệt bã rượu trước khi lọc. Chất trợ lọc Chất trợ lọc là một loại bột mịn được đưa vào để hỗ trợ cho quá trình lọc. Chất trợ lọc có nhiệm vụ làm cho lỗ mao quản nhỏ và tạo thành trên bề mặt lọc một lớp bã bổ sung làm tăng khả năng giữ pha rắn và giảm trở lực của pha lỏng. Các yêu cầu cần thiết của bột trợ lọc Tạo được trên bề mặt lọc lớp bã có độ xốp lớn (ε = 0,85-0,9), nhưng kích thước lỗ xốp bé. Bề mặt riêng của bột trợ lọc không lớn lắm (vì bề mặt riêng lớn thì kích thước hạt bé và trở lực lớn). Giới hạn thành phần cỡ hạt của bột trợ lọc trong phạm vi hẹp (kích thước cỡ hạt tương đối đồng nhất). Độ nén ép dưới áp suất không lớn lắm. Không hòa tan và có phản ứng hóa học với pha lỏng của huyền phù. Người ta thường có hai cách để sử dụng bột trợ lọc Hòa bột trợ lọc vào huyền phù (khoảng 0.01- 4 % huyền phù đem lọc). Phủ lớp bột trợ lọc lên bề mặt (thường dùng cho thiết bị lọc gián đoạn) với chiều dày khoảng 0.8 - 2.5mm (tương đương với khối lượng 0.1 - 0.75 kg.m2). trong các thiết bị lọc liên tục người ta thường pha bột trợ lọc vào huyền phù rồi tiến hành lọc với tốc độ lớn. Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại bột trợ lọc khác nhau như diatomit, amiang, cellulose, mùn cưa, than gỗ, than hoạt tính… Thiết bị lọc Lọc bằng phương pháp ly tâm thì tốt nhưng thiết bị tối tân, giá thành đắt. Cho nên người ta thường dùng thiết bị lọc ép khung bản. Quá trình lọc nhằm tách hết cặn trong bã rượu để thu được dịch chiết trong. Thiết bị lọc ép khung bản làm việc dưới áp lực 4-5 kp/cm2( tối đa 15 kp/cm2). Các khung lọc áp lực được làm từ gỗ, kim loại, hợp kim nhôm, thuỷ tinh hay compozit. Giữa các tấm lọc có vách lọc (thường bằng vải) tạo thành bụồng chứa bã. Cấu tạo Máy lọc khung bản gồm một dãy các khung 1 và bản 2 có cùng kích thước, xếp liền nhau. Khung và bản có tay tựa trên hai thanh nằm ngang 7, giữa khung và bản có vải lọc 3. Giới hạn hai đầu gồm tấm cố định 5, đầu kia là tấm di động 6, dịch chuyển được nhờ tay quay 8. Hình 1. Máy lọc khung bản 1. Khung 2. Bản 3. Vải lọc 4. Chân đỡ 5. Tấm đáy không chuyển động 6. Tấm đáy chuyển động 7. Thanh nằm ngang 8. Tay quay 9. Máng tháo Hình 2. Khung và bản Khung b) Bản 1. Khung 2. Bản 3. Rãnh huyền phù 4. Rãnh nước rửa 5,6. Rãnh nằm ngang 7. Rãnh đến van Nguyên tắc hoạt động: Phủ lớp bột trợ lọc lên bề mặt (thường dùng cho thiết bị lọc gián đoạn) với chiều dày khoảng 0.8 - 2.5mm (tương đương với khối lượng 0.1 - 0.75 kg.m2). Huyền phù được đưa vào rãnh 3. Khí rửa, nước rửa đưa vào rãnh. Trên bề mặt của bản, người ta xẻ các rãnh thẳng đứng song song nhau và hai rãnh nằm ngang ở hai đầu. Rãnh nằm ngang bên dưới có thông với van để tháo nước lọc và nứơc rửa. Khung rỗng tạo thành các phòng để chứa cặn. Huyền phù dưới tác dụng của áp suất được đưa qua rãnh 3 rồi vào khoảng rỗng của khung chất lỏng chui qua vải lọc sang các rãnh của bản rồi theo van ra ngoài, còn bã bị giữ lại trong khung. Để rửa bã, ngừng cho huyền phù và cho nước rửa vào. Nước rửa chui qua lớp vải lọc, qua toàn bộ bề dày lớp bã kéo theo chất lỏng còn lại trong bã qua lớp vải lọc thứ hai sang bản bên cạnh rồi theo ống ra ngoài. Do đó khi rửa bã cứ một van đóng và một van mở. Hình 3. Sơ đồ làm việc của máy lọc khung bản a) Quá trình rửa b) Quá trình lọc 1,3. Bản 2. Khung Khi rửa xong người ta mở tay quay, khung và bản tách xa nhau, bã sẽ rơi xuống máng dưới rồi lấy ra ngoài. Ưu điểm : Bề mặt lọc trên một đơn vị diện tích sản xuất lớn; động lực quá trình lọc (hiệu số áp suất) lớn; có thể kiểm tra quá trình làm việc được và có thể dừng không cho một vài bản làm việc ( khi thấy nước lọc chảy qua van của bản nào bị đục thì ta đóng van đó lại). Nhược điểm : Thao tác bằng tay nhiều, rửa bã chưa thật tốt, vải lọc chóng bị rách. Thông số công nghệ: Áp lực lọc: 5at (được tạo ra bởi bơm nhập liệu) Thời gian lọc: 1-2h Nhiệt độ: 55-60oC Bề dày lớp bột trợ lọc diatomit trên bề mặt vải: 0.8 - 2.5mm Chuẩn bị môi trường nuôi cấy Mục đích: chuẩn bị Thành phần và nồng độ các cấu tử của môi trường dinh dưỡng nuôi cấy nấm men ảnh hưởng rất nhiều đến tốc độ sinh sản, thành phần tế bào và hiệu suất thu hồi sinh khối của nấm men. Các nguồn đường đơn và đường đôi, acid amin, glycerin là nguồn cacbon dinh dưỡng của nấm men. Bã rượu qua các kỹ thuật sản xuất hầu như không còn chứa các chất sinh trưởng cho nấm men, nên việc bổ sung các chất sinh trưởng vào bã rượu là cần thiết. Trong bã thường thiếu cân đối về tỉ lệ C:N:P. Vì vậy, muốn nấm men sử dụng hết nguồn cacbon ta phải thêm nguồn N và P. Phương pháp thực hiện: Ta trộn dịch bã rượu với 1-2 % rỉ đường (tính theo thể tích dung dịch) Bổ sung vào dịch nuôi cấy với 1 m3 bã rượu thường bổ sung với 1,3 kg DAP và 0,5 kg ure rồi hạ nhiệt xuống 30oC. Nuôi nấm men : nhiệt độ 28-30o, pH 4.0-4.2 , thời gian nuôi 16-18h. Nếu dịch bã có nồng độ chất khô trên 8% thì pha loãng tới nồng độ 6.8-7.2% Tiến hành pha dung dịch DAP : Urea dễ hoà tan tuy nhiên sẽ làm giảm nhiệt độ của nước, DAP rất khó hoà tan trong nước do khi sản xuất nó có chứa một số chất phụ gia không tan.Vì vậy, trước khi sử dụng phải hoà tan vào nước nóng theo tỉ lệ 1:5-6 (nước) trước. Dung dịch được trộn lẫn với lượng acid phosphoric đã tính toán, pha loãng bằng nước theo tỉ lệ 1: 5 rồi cho qua bộ phận đo lường. Chuẩn bị khí vô trùng : Phương pháp vi lọc gồm 3 giai đọan Xử lý sơ bộ : tách bụi và hợp chất cơ học khác (f = 5-10mm). Vật liệu membrane polymer, phôi kim loại… Xử lý thô: tách phần lớn (98%) các vi sinh vật trong không khí (f = 1-1.5mm). Vật liệu membrane polyamide, polyester… Xử lý tinh: tách các vi sinh vật có kích thước nhỏ (f = 0.3mm), độ tinh sạch 99.99%. Vật liệu lọc: membrane ceramic,cellulose acetate… Quá trình thanh trùng Mục đích: chuẩn bị Quá trình này sẽ tiêu diệt một số vi sinh vật có trong dịch bã rượu chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy sau này. Các biến đổi trong quá trình: Vật lý: nhiệt độ tăng. Hóa học: mất đi một số cấu tử mẫn cảm với nhiệt độ cao, có thể xảy ra phản ứng Maillard. Hóa lý: độ nhớt dung dịch giảm. Hóa sinh: các enzym bị biến tính bất thuận nghịch. Sinh học: hệ vi sinh vật trong môi trường bị tiêu diệt một phần. Thiết bị thanh trùng bản mỏng: Hình 4. Thiết bị thanh trùng bản mỏng Cấu tạo Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bản hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không gỉ. Mỗi tấm bản sẻ có 4 lổ tại 4 góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt. Nguyên tắc hoạt động Môi trường nuôi cấy được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng cùng với dòng nóng. Thông số công nghệ: Nhiệt độ thanh trùng: 95-98 oC Thời gian thanh trùng: 30 phút Quá trình làm nguội Mục đích: chuẩn bị Hạ nhiệt độ của canh trường để chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy. Các biến đổi trong quá trình: Vật lý: nhiệt độ giảm Hóa lý: độ nhớt dung dịch tăng. Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng: Nguyên tắc hoạt động Môi trường nuôi cấy được bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng cùng với dòng hơi lạnh. Thông số công nghệ: Nhiệt độ môi trường dinh dưỡng sau quá trình làm lạnh: 28-32oC Quá trình nuôi cấy men giống Mục đích: chuẩn bị Đây là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy mở rộng nhằm làm tăng dịch nấm men giống sau mỗi chu kỳ nuôi cho đến khi đủ lượng giống cần thiết cho quá trình sản xuất. Biến đổi: Sinh học: sinh khối vi sinh vật tăng. Phương pháp thực hiện: Nuôi cấy nhân giống đầu tiên được thực hiện trong phòng thí nghiệm: Giống được nuôi cấy trên ống nghiệm thạch nghiêng rồi cấy chuyền vào ống nghiệm 20ml chứa 10ml môi trường nuôi cấy đã được vô trùng. Tiến hành nuôi ở 28-32oC trong vòng 16-20 giờ. Sau khoảng thời gian trên thì ta lần lượt cấy vào bình tam giác và trong các thiết bị lớn hơn, tỷ lệ giống chuyển cấp là 1:10 cho đến khi được 100l thì ta chuyển sang giai đoạn nhân giống ở chế độ phân xưởng. Nhân giống trong giai đoạn phân xưởng: Tiến hành nhân giống trong thiết bị có thể tích 3-4 m3 chứa 1m3 dịch nuôi cấy cũng ở nhiệt độ và thời gian như trên, sau đó ta tiếp tục nhân giống vào những thiết bị lớn hơn với tỷ lệ mỗi cấp chuyển giống là 1:10 cho đến khi được 100 m3 . Quá trình nhân giống trong phòng thí nghiệm và nhân giống trong sản xuất cần tạo điều kiện cho giống thuần chủng sinh sản nhanh, không bị tạp nhiễm với các dụng cụ và thiết bị, phục vụ cho nuôi cấy vô khuẩn (kể cả lọc khí phục vụ cho sục khí). Khi nuôi cấy đều cần phải đảm bảo các biện pháp để tránh nhiễm tạp như: Đun nóng hoặc lọc các thành phần môi trường: Môi trường nhân giống và khi tiến hành nhân giống cũng phải đảm bảo vô trùng. Khử trùng thiết bị nuôi cấy Các quá trình nuôi cấy cần thông khí mạnh để cho nấm men hô hấp và phát triển sinh khối. Nhiệt sinh ra trong quá trình nhân giống phải được loại bỏ nhờ một hệ thống làm lạnh. Thông số công nghệ: pH trong quá trình nhân giống và nuôi giống: 4-4.2 Nhiệt độ trong quá trình nhân giống và nuôi giống: 28-32 oC Thời gian nuôi mỗi lần chuyển cấp: 16-20 giờ. Lên men Mục đích: khai thác Quá trình nuối cấy men mở rộng nhằm mục đích tăng sinh khối tế bào nấm men đến mức như mong muốn. Cơ sở khoa học Khi nuôi cấy nấm men rượu trong môi trường giàu đường nếu đủ oxy chúng sẽ sinh trưởng, tăng sinh khối và sống ở trạng thái hô hấp, nếu thiếu oxy hoặc không có oxy chúng chuyển sang lên men (hô hấp kị khí). Nếu cung cấp oxy liên tục vào môi trường thì tế bào nấm men sẽ chuyển từ trạng thái lên men sang hô hấp. Quá trình hấp thu glucose trong tế bào đang hô hấp xảy ra chậm hơn so với các tế bào đang lên men. Hiện tượng này được giải thích như sau: quá trình lên men sinh ra ít năng lượng hơn quá trình hô hấp. Vì vậy, để có đủ năng lượng, trong điều kiện lên men cần phải phân giải nhiều glucose hơn, tế bào lên men hấp thu nhiều glucose hơn Về nguyên tắc, sinh khối nấm men có thể được thu nhận bằng 2 cách: nuôi cấy kỵ khí và nuôi cấy hiếu khí. Trong điều kiện nuôi cấy hiếu khí sản phẩm chủ yếu là sinh khối, còn CO2 là sản phẩm thứ cấp. Trong nuôi cấy kỵ khí thu được sinh khối ít hơn (chỉ khoảng ¼ so với hiếu khí), còn lại là CO2 và một số sản phẩm trao đổi chất của tế bào nấm men, quan trọng nhất là ethanol. Vì thế, trong sản xuất sinh khối nấm men, để đạt được hiệu suất thu hồi sinh khối cao cần phải tạo điều kiện hiếu khí để đảm bảo cho nấm men sinh trưởng và tăng sinh khối tốt đồng thời tránh tiêu hao nhiều chất dinh dưỡng cần thiết trong quá trình nuôi cấy Các biến đổi xảy ra trong quá trình nuôi cấy Các biến đổi sinh học Các giai đoạn sinh trưởng của nấm men Ở giai đoạn tiềm phát, nấm men cần phải có thời gian thích nghi với điều kiện mới. Ở giai đoạn này việc tạo thành các acid amin, các peptid và acid nucleic xảy ra nhanh hơn các quá trình khác. Thời gian có thể kéo dài cũng có thể ngắn tuỳ thuộc vào từng chủng nấm men. Giai đoạn này thường khoảng 0,5-1 giờ và chỉ cần cung cấp lượng không khí khoảng 50 m3/h/m3 môi trường là đủ. Ở giai đoạn tăng trưởng, nấm men tiến hành các quá trình trao đổi chất rất mạnh, khối lượng nấm men trong thiết bị tăng lên rõ rệt. Việc tổng hợp các 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 đoạn nấm men cấn nhiều oxy nhất, do đó lượng oxi cung cấp phải gấp đôi giai đoạn đầu tiên, khoảng 80-100 m3/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 môi trường này từ 20-50 m3/ giờ/m3 môi trường. Các biến đổi hóa sinh Các biến đổi hóa sinh phần lớn xảy ra bên trong cộng với sự trao đổi chất của tế bào nấm men. Biến đổi đầu tiên quan trọng nhất là sự chuyển hóa đường saccharose thành D-glucose và D-fructose dưới xúc tác của enzyme invertase được tổng hợp bởi nấm men. Sau đó, glucose tiếp tục tham gia các chuỗi phản ứng hóa sinh trong các chu trình sinh hóa để tổng hợp vật chất tế bào và năng lượng cho nấm men sinh trưởng. Các biến đổi vật lý Trong quá trình nuôi cấy, quá trình trao đổi chất của nấm men xảy ra liên tục làm cho nhiệt độ canh trường tăng lên. Các biến đổi hóa học Hàm lượng chất khô (chủ yếu là đường saccharose): giảm dần theo thời gian do quá trình hô hấp hiếu khí và quá trình sinh tổng hợp vật chất tế bào của nấm men. pH: sự thay đổi theo 2 cơ chế chính: Sự sinh tổng hợp các acid hữu cơ (các sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất) Cơ chế đồng vận chuyển ion H+ trong và ngoài tế bào nấm men trong quá trình trao đổi chất. Các biến đổi hóa lý Sự hòa tan oxy Vì nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hoà tan nên tốc độ hoà tan của oxy vào dung dịch bằng tốc độ sử dụng oxy của tế bào nấm men thì sinh khối tế bào nấm men đạt cực đại. Độ hòa tan của oxy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, tốc độ khuấy trộn, lưu lượng sục khí, sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt, các chất phá bọt. Sự hình thành bọt Trong quá trình nuôi cấy, do sục khí liên tục và nấm men hô hấp giải phóng một lượng đáng kể CO2nên làm tăng thể tích bồn nuôi cấy, gây hiện tượng trào bọt trên bề mặt. Vì vậy dịch nuôi cấy rất dễ bị tạp nhiễm. Do đó, dung tích sử dụng thiết bị phải nằm trong khoảng 0,7-0,8 đồng thời có sử dụng chất phá bọt (keo ưa nước, mỡ cá, hỗn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicone...). Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy Thành phần môi trường nuôi cấy Môi trường nuôi cấy phải ổn định về thành phần chất dinh dưỡng phải ổn định để chất lượng nấm men đồng đểu ở tất cả các mẻ nuôi trong suốt quá trình sản xuất và môi trường nuôi cấy phải tuyệt đối vô trùng. Thành phần môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình nuôi cấy nấm men như sau: Ảnh hưởng của hàm lượng đường Lượng đường trong môi trường khoảng 22% (nuôi cấy gián đoạn) và khoảng 2-3% (nuôi cấy bán liên tục) không nên nhiều hơn và cũng không nên ít hơn vì: Nếu hàm lượng đường cao sẽ vừa gây lãng phí (vì trong quá trình tăng sinh khối trong điều kiện hiếu khí nấm sử dụng đường rất ít) vừa tạo ra những sản phẩm trao đổi chất khác, sẽ gây ức chế ngược đến quá trình tạo sinh khối. Cụ thể là, ở điều kiện hàm lượng đường thấp và có mặt của oxi, nấm men sẽ tiến hành quá trình trao đổi chất và năng lượng theo chu trình Crebs (từ 1 phân tử đường hexose tạo thành 38 phân tử ATP). Con đường này giúp sử dụng ít cơ chất (tiết kiệm cơ chất) nhưng năng lượng tạo ra rất nhiều. Trong khi đó, nếu hàm lượng đường cao thì một lượng đường dư thừa sẽ tham gia các con đường trao đổi chất không cần thiết (như con đường hình thành ethanol từ acid pyruvic), dù cho quá trình nuôi cấy diễn ra trong điều kiện hiếu khí. Mặc khác, ở hàm lượng đường quá cao có thể tạo nên một áp suất thẩm thấu cao trong môi trường nuôi cấy có thể kiềm hãm sự trao đổi chất và sinh trưởng của nấm men. Hàm lượng đường cao còn có thể tạo ra dung dịch có độ nhớt lớn ảnh hưởng đến sự hòa tan và khuếch tán oxi cũng như khả năng tiếp xúc của nấm men với thức ăn. Kết quả là làm giảm hiệu suất sinh tổng hợp sinh khối nấm men và làm kéo dài thời gian nuôi cấy. Nếu hàm lượng đường quá nhỏ sẽ không đủ nguồn carbon cần thiết cho quá trình tạo sinh khối, từ đó làm cho kéo dài thời gian thu nhận sinh khối. Cần lưu ý rằng, nếu trong môi trường có nồng độ đường glucose cao cũng có khả năng ức chế hô hấp của nấm men (hiệu ứng Captree). Khi quá trình hô hấp bị ức chế thì quá trình lên men sẽ diễn ra thậm chí ngay cả khi có mặt của oxy làm tổn thất đường. pH pH trong môi trường khoảng 4.0-4.2. Không nên hạ thấp độ pH của môi trường xuống quá giá trị này vì có thể làm cho nấm men khó phát triển. Nếu pH cao quá vừa ức chế nấm men phát triển vừa tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn nhiễm vào phát triển, cạnh tranh chất dinh dưỡng, làm giảm chất lượng nấm men thành phẩm. Cơ chế ức chế sinh trưởng của nấm men ở pH thấp như sau: pH đặc trưng cho khả năng phân ly H+của các acid hữu cơ hoặc vô cơ. pH càng thấp H+càng nhiều, khi đó H+sẽ tham gia vào quá trình vận chuyển chất trong và ngoài màng tế bào, đặc biệt là làm rối loạn các phản ứng sinh hoá có enzyme xúc tác. Điều kiện nuôi cấy Nhiệt độ Nhiệt độ nuôi cấy phải được kiểm soát chặt chẽ và điều chỉnh đến nhiệt độ tối thích cho nấm men phát triển. Nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng quá trình sinh trưởng và trao đổi chất do ảnh hưởng đến hoạt tính của các enzyme trực tiếp tham gia vào các chuỗi phản ứng sinh hoá của cơ thể. Mặc khác, nhiệt độ còn ảnh hưởng đến độ hoà tan của oxy trong môi trường. Nhiệt độ càng thấp thì độ hoà tan của oxy càng cao. Nhưng nếu nhiệt độ quá thấp (dưới 28oC) sẽ làm chậm quá trình sinh trưởng của nấm men kéo dài thời gian nuôi cấy. Vì vậy, trong nuôi cấy nấm men người ta thường điều chỉnh nhiệt độ môi trường nuôi cấy thường là 28-32oC. Oxy Oxy là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm menCác quá trình lên men thoáng khí đòi hỏi phải cung cấp O2. O2 cần dùng làm chất nhận hydrogen và điện tử cuối cùng, ngoài ra O2 còn được dùng trong các quá trình oxy hóa do oxygenase xúc tác. Vi sinh vật chỉ sử dụng O2 hòa tan, nhưng độ hòa tan của O2 trong nước là rất nhỏ. Ở điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt độ 30oC, trong các dung dịch dinh dưỡng được thông khí có hòa tan khoảng 4 - 5 ml O2/l. Trái lại trong các quá trình sản xuất, vi sinh vật đòi hỏi lượng O2 ở mức độ từ 500-5000 ml O2/l.h. Nhu cầu O2 được quyết định bởi hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật. Ví dụ để tổng hợp được nguyên liệu tế bào của 1g chất khô nấm men từ đường thì cần khoảng 500 ml O2. Vì trong quá trình lên men loại này mật độ tế bào là 10g/l, mặt khác sự tăng gấp đôi khối lượng tế bào nấm men trên glucose kéo dài trong 2h nên trị số về nhu cầu O2 là 2500 ml O2/lít dịch dinh dưỡng.h. Các trị số này phụ thuộc vào mức độ oxy hóa cơ chất. Ngoài ra nhu cầu O2 còn phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật, khi sinh trưởng chậm nhu cầu này cũng giảm đi. Đảm bảo việc cung cấp O2 một cách có hiệu quả và tối ưu là một trong những chức năng chính của nồi lên men. Nhờ các hệ thống khuấy theo các kiểu khác nhau có tác dụng khuấy trộn và phá vỡ các bóng không khí, hoặc nhờ các hệ thống bơm đưa không khí vào dung dịch mà có thể tăng cường sự xâm nhập của O2. Việc cung cấp oxy cho quá trình tạo sinh khối là rất cần thiết. Tuy nhiên, nhu cầu cung cấp oxy cho quá trình phát triển của nấm men không phải lúc nào cũng giống nhau. Do đó phải thay đổi mức độ cung cấp oxy theo đúng nhu cầu thực của nấm men. Người ta thường cung cấp oxi cho môi trường nhờ không khí. Không khí trước khi đưa vào thiết bị lên men, phải được lọc vô trùng để làm sạch khỏi vi sinh và tạp chất. Nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hòa tantrong môi trường lỏng. Thông thường, lượng oxy hoà 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 oxi từ bên ngoài thiết bị. Nếu chỉ thiếu oxy trong thời gian ngắn, ngay lập tức chúng chuyển quá trình lên men hiếu khí sang quá trình lên men kỵ khí. Như vậy lượng sinh khối tạo thành sẽ rất ít và đường sẽ được chuyển hóa theo các chu trình đường phân cả các chu trình khác để cuối cùng tạo ra 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. Sự tăng hàm lượng oxy hòa tan không tỷ lệ thuận với sự tăng sinh khối. Sự khuấy trộn và thổi khí 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. 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 tăng sự hòa tan của oxy vào môi trường. Khi số vòng quay của cánh khuấy và tốc độ thổi khí tăng thì độ hoà tan của oxy vào dung dịch môi trường sẽ tăngtheo. Đồng thời làm tăng sự xáo trộnmôi trường và thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền khối tốt hơn, từ đó làm tăng nhanh quá trình trao đổi chất và sinh sản của nấm men. Tuy nhiên, việc tăng tốc độ khuấy và tốc độ thổi khí chỉ đến một giới hạn nhất định. Nếu tốc độ của hai yếu tố này quá cao sẽ làm tăng nhanh hiện tượng tự phân của tế bào và bọt sẽ tạo ra nhiều. 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 môi trường. Nếu không làm hạ nhiệt, độ hoà tan của oxy sẽ giảm và từ đó năng suất sinh khối cũng giảm. Sự có mặt của chất hoạt động bề mặt hay chất phá bọt 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. Dịch men trong quá trinh nuôi nếu có thổi khí sẽ tạo thành bọt. Khi nuôi men đạt yêu cầu, dịch men tháo ra bình chứa là một thể dịch bọt với nồng độ 0,25 g/cm3, trong đó bọt chiếm 2/3 thể tích. Trước khi tách men cần phải phá bọt bằng biện pháp cơ học và hóa học. Các chất phá bọt là các họat chất bề mặt: các chất keo ưa nước, mỡ cá voi, cá mập, hỗn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicon. Để tăng tác dụng phá bọt, các chất này được sử dụng ở dạng nhũ hóa với nước, với tỉ lệ 1:6. Phá bọt bằng cơ học dựa vào kết cấu của thiết bị. Trong sản xuất sinh khối nấm men gia súc, người ta thường kết thúc quá trình nuôi nấm men ở gần cuối giai đoạn hai tức là giai đoạn tăng trưởng, bởi vì một trong những yêu cầu quan trọng 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 rất nhiều tế bào già. Các phương pháp nuôi cấy: Trong sản xuất công nghiệp người ta thường dùng phương pháp nuôi cấy theo dòng liên tục. Hàm lượng oxy hòa tan là nhân tố giới hạn trong thành phần tối ưu của môi trường và điều kiện thuận lợi cho nuôi cấy. Tốc độ sử dụng oxy của nấm men chỉ phụ thuộc vào họat tính của chúng và thành phần của môi trường. Hiệu suất của thiết bị nuôi cấy phụ thuộc vào hệ số hấp phụ của oxy, mức độ sử dụng không khí, phụ thuộc vào nhu cầu riêng về oxy để tổng hợp 1 đơn vị sinh khối từ từng lọai nguyên liệu và phụ thuộc vào hệ số tổng hơp. Để xác định chế độ làm việc tối ưu của một thiết bị, người ta xác định mức độ sử dụng oxy và theo đó sẽ chọn được tốc độ pha loãng, thành phần tương ứng của môi trường và tăng cao năng suất sinh khối. Các tế bào càng được giữ lâu trong thiết bị thì hoạt tính của giống càng giảm và năng suất sinh khối càng thấp. Vì vậy khi tiến hành nuôi lên men theo phương pháp bán liên tục thì sẽ cho hiệu quả kinh tế cao: khi đạt lượng sinh khối có trong dịch nuôi cấy sẽ lấy dần ra rồi cho thêm môi trường mới vào nồi lên men có hàm lượng đường khoảng 1-2 %. Sử dụng giống nấm men có họat tính thấp sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi sinh khối.. Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh Cấu tạo: Hình 5 Thiết bị lên men trao đổi khối mạnh Thiết bị là một dung lượng xilanh 17, bên trong lắp xilanh hướng 2. Hai đoạn ống 4 và 18 định vị cho xilanh hướng trong dung lượng. Đoạn ống 18 được lắp chặt đến đáy và chia dung lượng ra làm hai phòng: phòng 19 dùng để nuôi cấy canh trường, còn trong phòng 20 tận dụng bổ sung nguyên liệu ban đầu. Đoạn ống 4 lắp cách mặt đáy của dung lượng. Bên trong xilanh hướng 2 và trong không gian giữa tường dung lượng và đoạn ống 4 được bố trí các ống góp 16. Các ống góp được lắp chặt bởi các ống đột lỗ 21. Trong không gian giữa xilanh hướng 2 và các đoạn ống 18 và 4 có các bộ trao đổi nhiệt 1. Để nạp không khí đến các ống góp trong phòng 19 dùng ống góp phân phối 7, còn trong phòng 20 dùng ống góp 5. Ở phần trên của dung lượng có ống góp 14 để thu nhận và làm khô bọt, bên trong được lắp các đĩa hình nón 15. Không khí thoát ra từ phòng 19 qua bộ tách khí 9. Máy khử bọt bằng cơ học 12 với bộ dẫn hướng được lắp đặt trên các đĩa 15. Môi trường dinh dưỡng được đẩy vào thiết bị qua khớp 3. Sinh khối được tháo ra khỏi thiết bị qua khớp 11, còn không khí - qua khớp nối 8 và 13. Nguyên tắc hoạt động Nạp hỗn hợp dinh dưỡng ban đầu vào phòng 19 qua khớp nối 3, còn không khí - vào thiết bị qua khớp nối 6. Trong phòng 19 xảy ra nuôi cấy sinh khối. Tuần hoàn và đảo trộn chất lỏng được thực hiện bởi thiết bị bơm dâng bằng khí nén. Từ phòng nuôi cấy, chất lỏng canh trường chảy qua đoạn ống 12 vào phòng 20, tại đây bổ sung nguyên liệu.Bên trong phòng 19 và 20 dung dịch canh trường được thổi khí nhờ các ống được đục nhiều lỗ. Khi khuấy đảo và sục khí mạnh liên tục trong nồi lên men sẽ tạo ra bọt, nó có khuynh hướng trào ra khỏi nồi lên men và gây nhiễm tạp môi trường lên men, ngoài ra bọt khí còn cản trở sự tiếp xúc giữa vi sinh vật và môi trường dinh dưỡng. Do vậy, trong quá trình lên men người ta cần kiểm soát lượng bọt tạo thành và tìm cách phá huỷ chúng Sinh khối tháo ra khỏi phòng cùng với pha bọt được tạo thành ở phần trên của phòng. Một phần bọt nổi lên theo các đường rãnh giữa các đĩa nón 15, được tách khỏi chất lỏng và được cô lại. Bọt đã được cô bằng bộ khử bọt cơ học 12 và tháo ra qua khớp nối 11. Thải không khí khỏi phòng 19 qua khớp nối 8 nhờ bộ tách khí 9, còn khỏi phòng 20 qua khớp nối 13. Khi nuôi men đạt yêu cầu, dịch men tháo ra bình chứa là một thể dịch bọt với nồng độ 0,25 g/cm3, trong đó phần bọt còn lại chiếm 2/3 thể tích. Có thể sử dụng các chất phá bọt là các hoạt chất bề mặt: các chất keo ưa nước, mỡ cá voi, cá mập, hỗn hợp xà phòng hóa, acid oleic, dầu silicon. Để tăng tác dụng phá bọt, các chất này được sử dụng ở dạng nhũ hóa với nước, với tỉ lệ 1:6. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị: Thể tích của thiết bị lên men: 200 m3 Hệ số chứa đầy: 0,6 Áp suất làm việc: 0,02- 0,03 Mpa Nhiệt độ hoạt động: 28-32oC Môi trường pH: 4,0-4.2 Quá trình ly tâm Mục đích công nghệ: khai thác và chuẩn bị Quá trình này nhằm mục đích phân tách để thu nhận tế bào nấm men từ canh trường nuôi cấy được thực hiện ngay sau khi kết thúc quá trình lên men. Phương pháp thực hiện Để tách nấm men khỏi dung dịch lên men, ta dùng phương pháp ly tâm. Nấm men thường có tỉ trọng lớn hơn dung dịch lên men (tỉ trọng của nấm men thường nằm trong khoảng 1,13-1,14 còn dịch nuôi cấy không chứa nấm men là 1,01-1,03). Do vậy, tế bào nấm men sẽ chịu lực ly tâm lớn hơn và được tách ra khỏi dung dịch nuôi cấy. Thiết bị Cấu tạo Máy phân ly gồm khung 1 với cơ cấu dẫn động, trống quay 2 với các đĩa và trục, bộ phận chứa chất cô nấm men 4 và đoạn ống để tháo chất lỏng canh trường đã xử lý 3. Dẫn động máy phân ly được thực hiện từ động cơ riêng biệt qua khớp nối ly hợp ma sát và bộ truyền trục vít bánh vít có tốc độ cao. Trống quay được lắp đặt tự do trên trục con và được lắp vào các rãnh xẻ của trục bằng thanh giằng, nhờ đó đảm bảo việc tự điều chỉnh tâm của trống quay. Bên trong trống được lắp các đĩa hình nón có các gờ trên bề mặt ngoài, khoảng cách giữa các đĩa bằng 0,8 mm. Gia cố các túi trong ống quay nằm trong bộ giữ đĩa. Ở phần dưới của máy theo vòng tròn phân bổ các rãnh xuyên qua được đặt các ống tháo chất cô nấm men. Hình 6 :Tthiết bị ly tâm 1- Cơ cấu dẫn động 2- Trống quay 3- Ống tháo sản phẩm 4- Bộ phận chứa dung dịch nấm men Nguyên tắc hoạt động Huyền phù nấm men nạp qua ống phân phối vào khoang trong của bộ giữ đĩa, tại đây nhờ các gờ của nó mà chuyển động quay được truyền đến. Huyền phù chảy qua giữa bộ giữ đĩa và đáy trống. Dưới tác động của lực ly tâm, các tế bào nấm men lớn hơn bắn vào ngoại vi của trống quay. Huyền phù từ khoang chứa nấm men vào túi của các đĩa hình nón và trong chế độ chảy tầng thì bị tràn ra thành lớp mỏng đều nhau. Dưới tác động của lực ly tâm các tế bào nấm men, khi có tỷ trọng lớn so với pha lỏng, lắng trên bề mặt trong của các đĩa và được chuyển đảo theo bề mặt vào không gian chứa bùn của trống. Chất cô nấm men qua miệng phun ngoài vào thùng chứa. Có thể điều chỉnh nồng độ nấm men trong huyền phù cô đặc bằng phương pháp thay đổi đường kính các lỗ trong miệng phun, tuy nhiên tỷ số các đường kính lỗ ở trong và bên ngoài của miệng phun lớn hơn 1:1/7. Khi giảm lượng miệng phun thì mức độ cô huyền phù nấm men tăng lên làm cho năng suất của máy giảm. Chất lỏng được phân ly khi qua túi của các đĩa, chảy ngược lên dọc theo bề mặt ngoài của bộ giữ đĩa và chảy vào khoang rồi được tháo ra ngoài nhờ đĩa áp lực. Mức độ cô huyền phù phụ thuộc vào nồng độ nấm men trong huyền phù ban đầu. Khi nồng độ của nấm men có 75% nước, bằng 20-30 g/l, mức độ cô là 8-10%, còn khi nồng độ 80-120 g/l là 5-6%. Cô huyền phù đến hàm lượng nấm men 550-600 g/l được tiến hành trong khoảng 2-3 mức phân ly liên tục. Chất lắng cần phải đạt độ dẻo để cho nó không thể chảy ra khỏi vòi phun, không bít vòi và không tạo vòm bên trong rôto. Liên quan với điều đó việc lọc sơ bộ có ảnh hưởng tốt tới hoạt động của máy phân ly. Loc sơ bộ qua bộ lọc lưới để loại các tạp chất cơ học, làm bẩn khoảng không gian giữa các đĩa và làm bẩn các lỗ trong miệng phun. Sử dụng các máy phân ly trên để thu nhận các chất cặn có độ ẩm nhỏ nhất là không cần thiết Đặc tính kỹ thuật: Nồng độ huyền phù sau ly tâm: 20-25% chất khô Đặc điểm sinh khối nấm men sau ly tâm Sinh khối nấm men thu được ở dạng sệt có 75-80 % nước, 20-25 % chất khô trong đó cacbon chiếm 40-50 %, nitơ 7-10 % tương ứng với 40-60 % protein, hydro 5-7 %, oxy 25-30 %, các nguyên tố vô cơ 5-10 % ( phospho và kali chiếm 95-97 % tổng lượng tro, số còn lại là canxi, magie, nhôm, lưu huỳnh, clo, sắt, một lượng rất nhỏ các nguyên tố mangan, kẽm, molipden, bo, coban…), Ngoài ra,trong tế bào nấm men còn chứ hầu hết các chất cần thiết cho sự sống như glucid, lipid, enzym, các acid nucleic … Cô đặc Mục đích: chuẩn bị Chuẩn bị cho quá trình sấy dễ dàng hơn bằng cách tăng nồng độ chất khô, làm giảm chi phí về thời gian sấy. Giết men và tất cả các vi sinh vật tạp nhiễm để hạn chế các mầm bệnh có thể nhiễm từ vi sinh vật Phá vỡ tế bào nấm men nhằm tăng hệ số hấp thu nấm men cho động vật . Các biến đổi Vật lý: Tính chất dung dịch thay đổi, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung giảm, khối lượng riêng, nhiệt độ sôi tăng. Hóa lý: độ nhớt của huyền phù tăng lên Hóa sinh: một số enzym bị biến tính. Sinh học: hệ vi sinh vật tốn tại trong nấm men bị tiêu diệt. Phương pháp thực hiện: Có thể tiến hành phương pháp bằng các thiết bị cô đặc bằng thiết bị dạng màng hoặc tấm bản. Nồng độ cuối cùng của nấm mên lên đến 40%. Phương pháp thường được sử dụng với sản phẩm sấy phun. Thiết bị Hình 7. Thiết bị bốc hơi dạng màng rơi Chất lỏng được phân phối một cách đều đặn ở mặt trong của ống, chảy xuống tạo thành một màng mỏng. Quá trình bốc hơi sẽ diễn ra tại đây nhờ nhiệt được cung cấp bởi hơi nước. Hơi nước ngưng tụ và chảy xuống ở mặt ngoài của ống. Có nhiều ống được lắp đặt cạnh nhau tạo thành một chùm ống. Hai đầu của chùm ống được cố định bởi 2 vỉ ống và toàn bộ chúng được bao bọc bởi một lớp vỏ áo. Bộ phận như thế được gọi là calandria. Hơi nước được đưa vào bên trong lớp vỏ áo. Khoảng không gian giữa các ống gọi là vùng gia nhiệt, mặt trong của ống được gọi là vùng bốc hơi. Chất lỏng đã được cô đặc và hơi nước ra khỏi calandria tại phần đáy. Tại đó, phần lớn chất lỏng cô đặc sẽ được tháo ra. Phần được giữ lại sẽ đi vào bộ phận tách hơi cùng với hơi nước. Sau khi tách hơi, phần chất lỏng này cũng được tháo ra (thường sử dụng bơm giống như phần chính của dịch cô đặc tháo ra từ calandria). Còn hơi sẽ rời khỏi bộ phận tách hơi tại đỉnh. Hơi gia nhiệt ngưng tụ tại mặt ngoài của ống và được tập trung dưới dạng nước ngưng tại đáy của vùng gia nhiệt và cũng được tháo ra bằng bơm. Vì hơi thứ tạo ra từ dung dịch cô đặc còn chứa rất nhiều năng lượng, cho nên người ta tận dụng nó để làm tác nhân gia nhiệt. Điều này được thực hiện bằng cách thêm một calandria khác vào thiết bị bốc hơi. Calandria mới này có nhiệt độ bốc hơi thấp hơn, làm việc như là một bình ngưng tụ hơi thứ từ calandria thứ nhất. Để đạt được sự khác nhau về nhiệt độ giữa sản phẩm và hơi nước trong calandria thứ hai, vùng bốc hơi trong calandria được vận hành ở điều kiện chân không cao hơn tương ứng với nhiệt độ thấp hơn đó. d. Thông số công nghệ: Huyền phù sau ly tâm đưa qua thiết bị cô đặc chân không. Nhiệt độ: 75oC. Ap suất : 360mmHg., Nồng độ chất khô sau cô đặc 40% khối lượng chất khô. Sấy Mục đích:chế biến, bảo quản Huyền phù sinh khối nấm men sau quá trình cô đặc có nồng độ chất khô 40% . Quá trình sấy nhằm mục đích tách ẩm ra khỏi men, đưa độ ẩm của chúng về dưới 8% để kéo dài thời gian bảo quản của nấm men. Đồng thời, quá trình sấy cũng làm đa dạng hóa sản phẩm nhằm thuận tiện cho quá trình vận chuyển và sử dụng Các biến đổi trong quá trình sấy. Vật lý: hàm ẩm giảm nhanh chóng. Hóa lý: sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động của nhiệt độ cao. Có sự chuyển pha từ dạng lỏng ( dịch lên men ) sang dạng rắn. Hóa sinh: một số enzym bị biến tính. Sinh hoc: tế bào nấm men và một số vi khuẩn bị tiêu diệt. Tuy nhiên do thời gian sấy rất ngắn nên biến đổi về hóa sinh và sinh học không lớn lắm. Thiết bị sấy phun Thiết bị sấy phun đáy hình nón Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Hình 8. Máy sấy phun đáy hình nón Sấy phun gồm một buồng sấy hình trụ, đầu dưới hình nón (đường kính buồng hình trụ 8-10 m, phần trụ cao 5,5-7 m, phần nón cao 6,6-8,7 m). Phần bên trong trên đỉnh buồng sấy lắp hệ thống phun. Hỗn hợp không khí nóng theo ống ở trung tâm buồng phía dưới đĩa phun làm nóng buồng sấy. Khí thừa sẽ theo xyclon lọc khí ra ngoài. Thành phẩm ở dạng bột được đẩy ra dưới tác động của lực ly tâm. Dung dịch đẩy vào sấy bị phun ra nhờ cơ cấu ly tâm (13) có đĩa (10). Đĩa phun (10) quay với tốc độ 10000 vòng/phút từ động cơ qua hộp giảm tốc. Để bôi trơn cơ cấu phun, ở phần trên của thiết bị có lắp cơ cấu cơ học và bộ lọc mỡ (14). Vô lăng điện (15) dùng để nâng cơ cấu phun. Tác nhân sấy đưa vào phần trên của thiết bị theo ống dẫn (7). Ở cuối ống dẫn (7) lắp cơ cấu phun hình nón (8). Nhờ cơ cấu (8), tạo ra dòng xoáy của khí đưa vào. Các giọt sản phẩm được phun bằng đĩa bị bao phủ bởi dòng không khí và chuyển xuống dưới. Ẩm được bốc hơi, các phần tử bột nhỏ còn lại lắng xuống ở đáy hình nón và tháo đến cơ cấu (1) để chuyển sản phẩm vào hệ băng tải khí động học. Lắp máy rung (17) để tẩy sạch các tiểu phần của sản phẩm bám trên tường,. Tác nhân sấy bị thải có mang theo các tiểu phần nhỏ của sản phẩm ra khỏi thiết bị sấy qua ống dẫn (2) vào xyclon để tách bột. Vỏ trụ (9) có đáy hình nón để tháo bột khô. Để tránh cháy sản phẩm trong máy sấy, người ta đặt các cơ cấu bảo hiểm 3 và 18. Để khảo sát bên trong, có xe nâng (4), nguồn chiếu sáng (6) và cửa (5). Tấm ngăn máy sấy (11) có các van bảo hiểm ở dạng các đĩa chồng nhau và dạng đường ống (12) để xả khí sấy khi tăng áp suất đáng kể. . Hình 8. Hệ thống sấy phun tổ hợp. Bộ sấy gồm thùng chứa dung dịch chất lỏng canh trường 2, các bơm ly tâm 3 và 9, thiết bị lọc khí 1, phòng sấy 4, cơ cấu tháo dỡ để đẩy bột khô vào băng tải khí động 10, các bộ lọc vi khuẩn 7, quạt hai chiều 6, calorife 8, thùng chứa sản phẩm khô 12, các bộ lắng bằng xyclon 11, bộ tháo dỡ xyclon 13, bộ lọc không khí 5 để đẩy vào calorife 8. Các thông số. Tốc độ đĩa phun 10000 vòng/phút Nhiệt độ vào của tác nhân sấy: 180-200oC. Nhiệt độ ra ở cửa ra buồng sấy : 85-95oC. Nồng độ nguyên liệu vào: 40% chất khô Độ ẩm sau khi sấy: ≤ 8% Nhiệt độ nguyên liệu trong quá trình sấy ≤ 60-70 oC Thời gian tiếp xúc với tác nhân sấy ngắn, chỉ khoảng vài giây. Nấm men được đưa nóng lên không quá 95oC làm cho chất lượng của các chất thành phần trong nấm men như protein, vitamin, màu sắc và cấu trúc không bị biến đổi, được hoàn thiện hơn cũng như dễ tiêu hóa hơn. Quá trình bao gói Mục đích: hoàn thiện sản phẩm Phương pháp tiến hành: Sản phẩm sau khi sấy khô được bọc trong các gói bằng giấy và bằng polietylen theo từng lô từ 0,3 đến 1,6 kg. Công đoạn bao gói sản phẩm được tiến hành trên dây chuyền tự động B6-BPA, dây chuyền khảo sát khả năng biến đổi kích thước của hộp theo chiều cao từ 150 đến 300 mm với đường kính không đổi bằng 242 mm, và định lượng sản phẩm trong giới hạn 0,4-0,5 kg. Dây chuyền được sử dụng để hoạt động trong phân xưởng chia gói ở nhiệt độ từ 18 – 30oC và độ ẩm tương đối của không khí đến 60%. Thiết bị Cấu tạo Hình 9 Sơ đồ của dây chuyền tự động định lượng phân chia bao gói Bộ định lượng sản phẩm tự động Cơ cấu cấp liệu màng mỏng Bộ tạo ống Máy hàn mối dọc của ống Cơ cấu căng ống Máy hàn đáy và nắp gói Cơ cấu cắt túi Cầu chuyển để tải hộp rỗng Cơ cấu để đặt gói thành phẩm vào hộp 10, 11 Cơ cấu nén đôi các túi vào các hộp Máy tự động ghép nắp Bộ đảo hộp Máy dán nhãn Nguyên tắc hoạt động Nạp sản phẩm vào ống làm bằng màng polyetylen đã được hàn từ bộ định lượng 1. Sau khi kết thúc hàn mỏ cặp dọc nhả ra. Ống được hàn cùng sản phẩm hạ xuống dưới nhờ các băng tải kéo của cơ cấu hạ ống 5 xuống một khoảng bằng chiều dài của gói, sau đó hàn gói, cắt gói dưới, nạp sản phẩm cho gói tiếp theo. Gói đựng đầy sản phẩm rơi xuống hộp kim loại qua phễu nhận nằm trong băng tải xung của cơ cấu xếp. Nạp các hộp kim loại rỗng tới băng tải xung được tiến hành bằng phuơng pháp gạt hộp qua cầu chuyển. Từ băng tải xung của cơ cấu xếp hộp, các gói được chuyển đến băng tải kiểu tấm của máy ghép mí tự động để ghép đáy và chuyển đến máy dán nhãn qua máy lật hộp. Hộp được đưa vào máy dán nhãn ở vị trí nằm ngang rồi dán vòng tròn và tải hộp tới máng nghiêng của máy dán nhãn. Sau đó hộp theo băng tải vào kho thành phẩm. Đặc tính kỹ thuật của dây chuyền tự động định lượng phân chia bao gói Năng suất: 480 gói/h Khối lượng một lần định lượng: 0,4 – 0,5 kg Phương pháp định lượng: Cân Độ chính xác định lượng: ± 1% so với liều lượng định mức Công suất thiết kế của động cơ: 9,16 kW Kích thước cơ bản: 6820x2370x3210 Khối lượng: 4850 kg Chương 4 SẢN PHẨM SINH KHỐI NẤM MEN SẢN PHẨM SINH KHỐI NẤM MEN YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG CỦA MEN THƯƠNG PHẨM Tiêu chuẩn của sinh khối nấm men thương phẩm dùng cho chăn nuôi như sau: Chỉ tiêu cảm quan: Dạng bột Màu sắc: xám, trắng, vàng, nâu. Mùi vị: đặc trưng của nấm men, không được có mùi vị lạ. Kích thước: hiệu suất qua rây 3mm trên 95% Chỉ tiêu hóa học: Độ ẩm: không quá 8 % Protein: không nhỏ hơn 45% (tính theo chất khô), với men ở lọai khô là 56,0 % Lizin, metionin và tryptophan tương ứng không dưới 0,5; 1,4; 1,1 % của protein khô Độ tiêu hóa của protein không dưới 75- 80 % Giá trị sinh học của protein khô không dưới 55 % Các vitamin B1, B2, B5 tương ứng không dưới 10, 30 và 300 mg/kg. Hàm lượng tro: đối với men rượu từ rỉ đường không quá 14% men khô tuyệt đối, còn men rượu từ bã rượu ngũ cốc thì không quá 10 %. Tạp chất kim loại sau khi tách sắt có thể còn có trong chế phẩm men ở dạng các mẫu vảy nhỏ là kim loại bắt từ hoặc không bắt từ. Những tạp chất kim loại là thể mảnh kim loại không bắt từ phải có kích thước mảnh, miếng kim loại không quá 2mm. Hàm lượng kim loại mảnh có kích thước<2 mm (mg/ 1kg men khô):< 20 Các kim loại từ tính: không quá 0,003% (chì và asen không quá 5 mg/kg) Chỉ tiêu vi sinh: - Tổng vi sinh vật hiếu khí không quá 7500 cfu/kg men khô - Vi khuẩn thương hàn: không được có - Nấm mốc: không quá 50 cfu/kg men khô Chương 4 THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN VI SINH VẬT TỪ DẦU MỎ VÀ KHÍ ĐỐT Sơ lược Từ lâu người ta đã biết nhiều vi sinh vật sống dựa vào dầu mỏ và khí đốt, ở các bể chứa dầu, ở các mặt đường nhựa … Năm 1925, con người đã phát hiện thấy khả năng oxy hoá hidrocacbua của một số vi sinh vật. Năm 1940, nhiều công trình nghiên cứu sử dụng vi sinh vật vào việc tìm kiếm dầu mỏ và khí thiên nhiên gần mặt đất đã được tiến hành.Tới năm 1962, phương pháp sản xuất protein từ dầu mỏ và triển vọng của nó đã được trình bày tại hội nghị dầu mỏ quốc tế lần thứ VI. Sau đó, một số nước trên thế giới đã xây dựng nhà máy sản xuất sinh khối nấm men mà sản phẩm chưa tới 70% protein nhằm mục đích thu protein. Sản phẩm thu được khi nuôi vi sinh vật ( chủ yếu là nấm men ) trên dầu mỏ rất giàu dinh dưỡng có thể coi là 1 loại protein-vitamin đậm đặc, không mang mùi vị gì của nguyên liệu và không có độc tố. Các sản phẩm này rất giàu protein nhóm B cũng như ecgostenn (tiền vitamin D2).Chính vì vậy chúng được dùng rộng rãi vào chăn nuôi và một phần để được tách protein tinh khiết làm thức ăn cho người. Sản phẩm của Pháp có tên là Toprina chứa tới 70% protein, của Liên Xô là BVK có trên 52% protein, của Anh là BP chứa khoảng 40% protein. Vi sinh vật sử dụng Hydrocacbua dạng khí thường được vi khuẩn Mycobacterium và Pseudomonas đồng hoá. Khả năng này còn thấy ở một số vi khuẩn khác và xạ khuẩn: Streptomyces, Flavobacterium, Chromobaterium, Acremonium, Corynebacterium, Micrococus, Staphylococus, Methylococus. Đồng hoá tốt các hydrocacbua lỏng là các chủng thuộc giống Candida: C.tropicalis, C.maltosa, C.lypolitica, C.rubusta, C.pelliculosa, C.scotti, C.rugosa, C.olophila. Ngoài ra còn có các giống khác cũng đồng hoá được hydrocacbua dầu mỏ như: Torulopsis, Rhodotorula – T.colliculosa, T.sake, T.dattila, T.famata, Rh.glutinis, Rh.gracilis. Mọc tốt trên môi trường này còn có nấm men Lodderomyces enlongisporus, vi khuẩn Pseudomonas ovalis. Vi khuẩn có khả năng sinh trưởng trên nhiều loại hydro cacbua hơn nấm men và nấm mốc. Nấm men chỉ phát triển trên n-alkan và alken. Nấm mốc phát triển trên n- alkan, còn trên alkan mạch nhánh sinh trưởng kém hơn.Vi khuẩn phát triển tốt trên các dãy alkan mạch thẳng, mạch nhánh, trên các hydro cacbua thơm và khí thiên nhiên. Quá trình thâm nhập của hydrocacbua vào tế bào cho tới nay cũng chưa được làm sáng tỏ đầy đủ. Có giả thuyết cho rằng, quá trình đó thực hiện nhờ có sự tham gia của lipit ở màng tế bào. Cơ chế phân giải hydrocacbua tuy có nhiều giả thuyết và được nghiên cứu nhiều nhưng cũng chưa hoàn toàn rõ ràng ở các đối tượng khác nhau. Vấn đề chọn lựa các chủng vi sinh vật có hoạt lực sinh tổng hợp cao để dùng trong sản xuất rất có ý nghĩa quan trọng. Trong công nghiệp sản xuất protein từ khí đốt và dầu mỏ phải chọn các chuẩn sao cho đáp ứng các nhu cầu sau: Có khả năng sử dụng tốt nguồn hidrocacbua dùng làm nguyên liệu sản xuất. Sinh trưởng nhanh chóng, cho sản lượng cao trong thời gian ngắn, không đòi hỏi các yếu tố sinh trưởng bổ sung. Có thành phần hóa học và điều kiện nuôi cấy ổn định có hàm lượng protein cao, chứa đầy đủ các acid amin cần thiết, không có độc tố và phải được động vật đồng hóa tốt. Hiện nay người ta đang đẩy mạnh nghiên cứu sản xuất sinh khối vi khuẩn giàu protein, tuy nhiên mức độ áp dụng rộng rãi thì chưa có vì vi khuẩn có những ưu và nhược điểm sau: Tốc độ sinh trưởng nhanh. Dùng được nhiều loại cơ chất. pH cần được giữ ở 5-7, nếu không sẽ có nguy cơ nhiễm các vi khuẩn lây bệnh. Thu hồi bằng li tâm khó. Hàm lượng protein thô có thể rất cao (tới 80%) song hàm lượng bình thường của các axit nucleic, đặc biệt là ARN cũng cao (tới 20%) và cần phải được loại bỏ Thành phần các axit amin cân đối nhưng hàm lượng các axit amin chứa S hơi thấp. Khi dùng các vi khuẩn Gram âm để sản xuất SCP cần lưu ý khả năng sinh sản độc tố của chúng. Phần lớn các chủng nấm men có sản lượng cao trên cơ chất là hidrocacbua được phác lập từ những mẫu đất và bùn ở những nơi có mỏ dầu hoặc quanh các nhà máy chế biến dầu.Viện sinh tổng hợp các hợp chất protein ở Liên Xô năm 1967 đã chọn hơn 500 chủng nấm men phân lập từ các mẫu trên có khả năng đồng hóa được hidrocacbua trong đó có chủng Candida cho sản lượng cao nhất. Từ kết quả nghiên cứu ở phòng thí nghiệm cho thấy: nuôi cấy chúng trên môi trường là n-parafin sẽ cho hiệu suất sinh khối khô từ 85-100% trọng lượng men khô so với trọng lượng parafin được dùng , hàm lượng protein trong sinh khối thì khoảng trên dưới 50%. Ví dụ: Tên nấm men Hiệu suất nấm men khô % Hàm lượng protein % chất khô Candida tropicalis 94.4 58.8 Candida intermedia 87.1 51.0 Quá trình đồng hoá cacbon từ dầu mỏ và khí đốt có thể đề ra ở dạng tổng quát như sau: (1) Hydrocacbua à rượu bậc 1 hay rượu bậc 2 à aldehyt à axit béo. (2) Đối với n-alkan có thể là: (3)Đối với các hợp chất không no ( thí dụ: loại 1 – olefin), người ta cho rằng quá trình oxy hoá nhờ vi sinh vật có thể đi theo con đường sau: Các vi sinh vật có khả năng phân giải khí metan thành CO2 và H+ hoạt động. Sau đó chúng sử dụng H+ này để khử CO2 và tạo thành các hợp chất hữu cơ: Các quá trình sinh hoá trong tế bào vi khuẩn với metan đại thể như sau: Các axit béo được lôi cuốn vào quá trình đồng phân hoá tiếp theo oxy hoá đến axetyl – CoA rồi đi vào vòng Krebs. Một phần các axit amin hữu cơ được tạo thành sẽ kết hợp với NH3 cho các aminoaxit. Nhờ các dây chuyền amin mà số loại amin ngày càng phong phú và cuối cùng dưới sự điều khiển của AND trong tế bào vi sinh vật các axit amin này sẽ được tổ hợp với nhau để hình thành các phân tử protein. Quy trình sản xuất sinh khối vi sinh vật từ hidrocacbua: Men thành phẩm Dầu thô Xử lý Tạo môi trường Lên men Ly tâm Rửa nước Làm khô Xử lý bằng dung môi Rửa nước sạch Muối dinh dưỡng Men giống Oxi Làm khô Đóng gói Nhân giống Men thành phẩm Parafin Xử lý Tạo môi trường nuối cấy Lên men Ly tâm Rửa nước Làm khô Muối dinh dưỡng Men giống Oxi Đóng gói Nhân giống Một số vấn đề cần lưu ý Khi chuẩn bị môi trường dinh dưỡng, người ta bổ sung octofosforic hoặc supephosphat, NaCl, MgSO4, vào hỗn hợp hidrocacbua với H2O, nguồn nitơ thường dùng là nước amomiac có 20-25% NH3 và 1 lượng nhỏ (NH4)2SO4 để acid hóa môi trường ban đầu. Nước amoniac được dùng với 2 mục đích vừa là nguồn dinh dưỡng nitơ vừa là chất điều chỉnh pH trong thời gian nuôi cấy. Nguyên liệu ban đầu là hidrocacbua không có các nguyên tố vi lượng, vì vậy phải cho vào môi trường chất dinh dưỡng các muối sau: MnSO4, ZnSO4.7H2O, CuSO4.5H2O, KI, NaMoO.H2O, FeCl3.6H2O. Cùng với n-parafin, dầu mỏ thô cũng được dùng làm nguyên liệu sản xuất protein từ nấm men, phương pháp dùng dầu thô chưa tách parafin tương đối dễ, nhưng đòi hỏi quy trình công nghệ phức tạp hơn. Nếu dùng parafin thì khi tách nấm men có thể bỏ bớt khâu tẩy rửa dung môi hữu cơ vì thực tế parafin được nấm men sử dụng hoàn toàn. n-parafin 12.5 kg Supephosphat 2.7 kg Amonsunphat 0.45 kg Nước NH3 25% 4.0 kg KCl 0.56 kg MgSO4 0.28 kg Nước 1000 ml SẢN XUẤT SINH KHỐI VI SINH VẬT TỪ NGUYÊN LIỆU CHỨA TINH BỘT VÀ CELLULOSE. Sơ lược Cellulose là chất hữu cơ thường gặp nhất trên trái đất và hàng năm được tái tạo với một số lượng khổng lồ. Các loại rơm rạ chứa tới 30-40% cellulose. Cellulose cũng gặp nhiều trong nước thải của công nghiệp gỗ, công nghiệp dệt , bã mía và các chất thải của ngành công nghiệp thực phẩm. Sản xuất protein đơn bào từ cơ chất cellulose là một hướng có nhiều triển vọng song 2 vấn đề cần đặt ra là sự phụ thuộc vào mùa vụ và những khó khăn trong vận chuyển. Vi sinh vật sử dụng Các vi sinh vật thích hợp cho việc sử dụng cellulose là xạ khuẩn ưa nhiệt, vi khuẩn từ dạ cỏ của động vật nhai lại, các loài Cellulomonas, Alcaligenes faecalis, Tricôderma reesei và nhiều nấm sợi khác như Myrothecium verrucaria, Humicula grisea, Sporotrichum thermophilum, Chaetomium thermophilum, nấm sợi chiụ nhiệt Chaetomium cellulolyticum kể cả khi được nuôi hỗn hợp với Trichoderma reesei và nhiều loài khác. Ngoài nấm men và nấm sợi, người ta còn sử dụng rộng rãi vi khuẩn để sản xuất protein từ nguyên liệu cellulose vì protein vi khuẩn có hàm lượng axít amin cân đối hơn ở nấm men, tỷ lệ protein trong tế bào vi khuẩn lại rất cao, trung bình là 60 -70%, có loài tới 87%. Nhiều nhà nghiên cứu đã thành công rực rỡ trong việc nuôi vi khuẩn tạo protein từ cây cỏ, rơm rạ. Srunivaan và Han (1969) đã phân lập được hai loài vi khuẩn có khả năng cộng sinh rất lý thú là Cellulonas và Alcaliges. Trong môi trường cellulosea, nếu chỉ riêng một mình Alcaligens thì hầu như vi khuẩn không phát triển được, nếu chỉ một mình Cellulomonas thì vi khuẩn phát triển rất kém. Nhưng nếu nuôi cấy cùng một lúc cả hai vi khuẩn này thì sinh khối tăng vọt lên. Các nhà bác học Mỹ ơ’trường đại học Luisiana đã phân lập từ bã mía một loại vi khuẩn phân hủy mạch cellulosea của nguồn nguyên liệu này. Công trình nghiên cứu này đang được ứng dụng có kết quả ở Mỹ và Cuba và cứ 113-136 kg bã mía, người ta có thể sản xuất được 18-23 kg protein. Đây là một thành tựu có nhiều ý nghĩa thực tiễn, nó cho phép sử dụng bã mía, lỏi ngô, rơm rạ … để sản xuất protein một cách trực tiếp mà không phải qua khâu thuỷ giải bằng H2SO4. Hai nhà bác học người Austrayllia là Roper và Moss đã đưa ra một phương pháp sản xuất protein vi khuẩn từ rơm, cỏ, bã mía, vỏ đậu, mùn cưa, dăm bào, …với hiệu suất rất cao, có thể đạt đến 35% so với lượng rơm, cỏ … sử dụng. Đặt biệt, protein do Roper và Moss thu được từ rơm rạ có chất lượng tương đương với lòng đỏ trứng gà. Giáo sư Macmilan, người lãnh đạo phong trào chống đói ở Austraylia gọi công trình của hai nhà phát minh này là “một tiếng nổ kỳ dịêu trong cuộc chiến đấu với nạn đói protein của thế giới “. Quy trình công nghệ sản xuất sinh khối vi sinh vật từ cellulose Men thành phẩm Nguyên liệu Thủy phân Tạo môi trường nuôi cấy Lên men Ly tâm Rửa nước Sấy khô Muối dinh dưỡng Men giống Oxi Đóng gói Nhân giống Một số lưu ý khi sản xuất sinh khối vi sinh vật từ cellulose Trong tự nhiên ít gặp cellulose thuần khiết mà nó thường năm ở dạng liên kết với các polime khác nhau như linhin, pectin, hemicellulose… linhin là 1 polime 3 chiều được tạo nên nhờ sự ngưng tụ của các gốc rượu coniferil. Linhin bao quanh các sợi cellulose bằng 1 mạng lưới 3 chiều và như vậy ngăn cản sự phân giải cellulose nhờ enzym. Riêng việc làm giảm độ lớn của hạt đã cho phép tăng đáng kể sự phân giải cellulose. Dung dịch kiềm sunfit là các phế phẩm của công nghiệp cellulose: gỗ được nấu với canxi bisunfit. Ở đây lignin được hoà tan vào dung dịch ở dạng muối canxi của axit ligninsunforic; hemicellulosea thuỷ phân thành đường. Trong dung dịch kiềm sunfit có cả đường pentoza và hexoza. Phần chủ yếu của dung dịch kiềm sunfit là muối canxi của axit ligninsunforic (khoảng 60% các hợp chất hữu cơ) không được nấm men sử dụng. Tất cả các đường có trong dịch kiềm sunfit và các axit axetic được nấm men Candida sử dụng với hiệu suất cao: sinh khối tạo thành (tính theo vật chất khô) tới 50% so với nguồn cacbon có trong môi trường. Người ta tính thấy rằng, khoảng 5 tấn bột cellulosea dùng sản xuất giấy sẽ thải ra một lượng kiềm chứa tới 180 kg đường. Dịch này hấp phụ nhiều oxy cho nên khi nuôi cấy nấm men có thể giảm mức cung cấp oxy tới 60% so với bình thường. Muốn sử dụng được dung dịch kiềm sunfit để nuôi nấm men thì khi dung dịch còn nóng đã phải thổi khí mạnh để đuổi S02, furfurol ra khỏi dịch (các chất này kìm hãm sinh trưởng của nấm men). Dùng bột ngũ cốc làm nguồn nguyên liệu sản xuất nấm men rất tốt. Bột hoặc tinh bột các loại dùng vào mục đích này trước tiên phải tiến hành thuỷ phân bằng axit hay enzim của mầm mạ hoặc enzim vi sinh vật để biến các polysaccarit thành các dạng đường mà nấm men đồng hoá được. SẢN XUẤT SINH KHỐI TẢO Ngoài ra với môi trường nuôi cấy dùng bể ở ngoài trời phải có điều kiện về ánh sáng và diện tích cuả bể thì việc nuôi cấy tảo là chiếm phần lớn hơn cả. Các giống tảo được chú ý nhiều nhất vẫn là: Chlorella, Scenedesmus và Spirulina. Với 3 phương pháp: sinh dưỡng quang hợp, hoá tổng hợp hay là dị dưỡng, trong đó phương pháp sinh dưỡng quang hợp là được áp dụng rộng rãi hơn cả. Tảo tuy trong thành phần của nó ngoài hàm lượng protein cao còn có chứa nhiều nguyên tố vi lượng và rất giàu vitamin B, cũng chưa được áp dụng nhiều vì trong sản xuất tảo cần có những yêu cầu về kĩ thuật cao hơn. 1. Đặc điểm chung của tảo. Để sử dụng tảo vào điều kiện cho thích hợp hơn, người ta đi sâu vào nghiên cứu và phát hiện ra chúng có một số đặc điểm nổi bật. Đặt biệt là khi sử dụng chúng vào sản xuất qui mô lớn cần phải có sự tuyển chọn các chủng giống có những đặc điểm thích hợp cho việc nuôi trồng cũng như cho năng suất tạo sinh khối cao. Và khi sử dụng chúng vào sản xuất thì chúng có một số đặc điểm sau: Tốc độ sinh trưởng nhanh Năng suất quang hợp cao. Có sức chống chịu tốt với sự dao động của điều kiện ngoại cảnh như: nhiệt độ, độ chiếu sáng, nồng độ muối cao, một số bệnh tật… Sinh khối có thành phần hóa học thích hợp, không chứa độc tố, dễ tiêu hóa, hàm lượng protein rất cao. Có chất diệp lục, chất đóng một vai trò quan trọng trong việc hấp thụ ánh sáng mặt trời của tảo, chính vì vậy tảo có khả năng quang hợp mà hầu hết giới vi sinh vật không có. Chu kì sinh sản ngắn, trong điều kiện tối ưu có thể thu hoạch tảo trong một ngày và trong điều kiện bán tự nhiên khoảng từ 3-5 ngày tùy theo thời tiết, vì vậy có thể thu hoạch quanh năm. Tảo sinh trưởng trong môi trường nước, cho phép ta dễ dàng tạo được các điều kiện nuôi cấy tối ưu để thu được sinh khối đậm đặc. Về công nghệ Tế bào luôn ở trạng thái huyền phù, không dính kết vào thánh bể nuôi hoặc lắng xuống đáy. Dễ tách bằng các cách vớt, lọc, li tâm. Công nghệ đơn giản, dễ thực hiện. 2. Giá trị dinh dưỡng của tảo. Hàm lượng protein của tảo nói chung khoảng 40-55%, riêng tảo Spirunila có chứa tới 70%. Hàm lượng các axit amin của những protein này gần với quy định của protein tiêu chuẩn, đặc biệt hàm lượng lizin trong protein của tảo cao hơn hẳn so với protein lúa mạch. Điều đáng chú ý là tổng số các axit amin không thay thế trong protein rất cao, có khi lên tới 42%. Giá trị dinh dưỡng của tảo còn thể hiện rất rõ ở chất lượng và số lượng các vitamin có trong đó. Tảo Cholorella có nhiều vitamin A, vitamin B, trong tế bào tươi có rất nhiều vitamin C. Ngoài ra, người ta còn thấy vitamin B, K, axit nicotinic, axit pantoneic, biotin, lencophorin…trong các loại tảo. Tảo Spirullina chứa vitamin B12 nhiều hơn hẳn tảo Chorella. Không những thế, Spirulina còn chứa nhiều xantophyl, nhiều loại kháng sinh chống vi khuẩn và các loại nấm, vì vậy mà cất giữ tảo ở dạng khô rất lâu mà vẫn không bị mốc. Trước đây người ta sản xuất nhiều Chorella, nhưng dần dần, do những yêu điểm nổi bật tảo Spirulina đã chiếm vị trí chủ yếu. Và kèm theo đó là hàm lượng vitamin của spirulina rất đa dạng: Vitamin. Hàm lượng(mg/kg khối lượng khô). Bêta Carotene( tiền vit. A) 1700 Cyanocobalamine (vit.B12) 1,6 D-Ca pantothenate 11,0 Acid folic 350,0 Inositol 118,0 Niacine( vit.B3) 118,0 Pyridoxine( vit. B6) 3,0 Thiamine( vit.B1) 55,0 Tocopherol( vit. E) 190,0 Tảo Spirulina sinh sống ở những điều kiện và địa phương khác nhau có khác nhau về hình thái, song những đặc điểm về chất lượng nói chung tương tự nhau: Hàm lượng protein cao (65-70% trọng lượng khô), hàm lượng các axit amin không thay thế trong protein này bằng hoặc cao hơn tiêu chuẩn do FAO quy định, trừ xistein. Giàu các loại vitamin nhất là vitamin B12. Các axit nucleic chiếm khoảng 4% chất khô. Tổng số chất béo khoảng 6-7%. Trong đó các axit béo và các chất không xà phòng hoá chiếm tỉ lệ: 83% và 17%, Nhìn chung các axit béo của Spirulina là palmetic và C18 không no. Không có các axit béo với mạch cacbon lẻ. Kết quả thí nghiệm trên chuột cho thấy: độ sử dụng protein thuần (NPU) =61-63; độ hữu hiệu (PER) =2,3 (PER của cazein là 2,5). Hệ số tiêu hoá là 84%, hệ số này rất cao s với giống tảo khác, ví dụ tảo đơn bào Chlorella có hệ số tiêu hoá chỉ trên 50% do vỏ tế bào cứng bền vững đối với enzim tiêu hoá. Về độc tính, thí nghiệm 90 ngày trên chuột không thấy các biểu hiện của độc tố. 3. Phương pháp nuôi cấy. Trong việc phát triển nuôi tảo thì các tảo lục đơn bào hoặc tảo có một số tế bào, như Chlorella, Scendesmus và được chú ý hơn cả là Spirulina. Sản lượng protein tảo trên một hecta có thể đạt được 10-15 tấn năm, cao hơn nhiều lần so với cây nông nghiệp. Muốn đạt được sản lượng này cần có nhiều điều kiện thuận lợi, trước hết là một thời kì có ánh sáng mặt trời mạnh và kéo dài để có đủ năng lượng ánh sáng. Ngoài ra việc nuôi tảo đòi hỏi những thiết bị nuôi đặc biệt. Thông thường người ta dùng những bể phẳng (bể tròn) hoặc những máng phẳng uốn khúc. Những thiết bị này có các hệ thống lật đảo nhằm hạn chế sự lắng của tế bào và đưa tế bào luôn luôn trở lại bề mặt được chiếu sáng. Để đạt được nồng độ CO2 tối ưu khoảng 4-5% thì việc cung cấp CO2 là cần thiết. Nhằm mục đích này có thể sử dụng các khí thải công nghiệp. Để làm giảm sự tiêu hao năng lượng cần cho việc ly tâm tế bào từ những dịch huyền phù không đậm đặc lắm (5-10 mg/l) người ta đang nghiên cứu tách tế bào bằng phương pháp tuyển nổi và phương pháp kết bông tế bào. Vì có nhu cầu cao về ánh sáng nên việc nuôi tảo hiện nay chỉ có thể được thực hiện với hiệu quả kinh tế ở những nơi có nguồn ánh sáng mặt trời mạnh và kéo dài. Việc nuôi bằng nồi lên men được chiếu sáng nhân tạo là quá đắt và quá phiền phức về mặt kỹ thuật. Việc nuôi dị dưỡng hay tạp dưỡng trong nồi lên men (dưới ánh sáng yếu) với axetat hay glucoza làm nguồn C được tiến hành ở quy mô công nghiệp, tuy nhiên chỉ có hiệu quả kinh tế đối với phạm vi sử dụng đặc biệt trong công nghiệp dược. Trên thế giới tuỳ hoàn cảnh của từng nước người ta tổ chức sản xuất tảo theo nhiều phương thức khác nhau. Có thể sản xuất thủ công ở các ao hồ tự nhiên. Cách nuôi thủ công đơn giản ở Nhật Bản như sau: trộn phân, nước tiểu súc vật với bã cá, thêm photphat, canxi, đất, rồi đậy thật kín, ủ từ 10-20 ngày. Sau đó gạn lấy nước trong, pha thêm 20-30 lần nước cho loãng để làm môi trường nuôi cấy, có khi thêm ít sắt, lưu huỳnh. Nuôi Chlorella công nghiệp được thực hiện đầu tiên ở Hoa Kỳ. Tại đây người ta nuôi tảo trong các ống trong suốt bằng chất dẻo hình chữ U dài 21m, đường kính 1,2m với độ cao tối đa của môi trường trong ống là 6,25cm. Khí CO2 được bơm vào môi trường. Khối môi trường luôn luôn được tuần hoàn nhờ một bơm khác. Năng lượng mặt trời được biến thành nhiệt năng ở trong ống để duy trì nhiệt độ 26oC. Phương pháp này, lúc thời tiết tốt có thể đạt năng suất 11g/m /ngày. Ở CHLB Đức, tảo Scenedesmus được nuôi trong những bể tròn ngoài trời khuấy trộn môi trường bằng cơ khí. CH Sec cũng nuôi loài tảo Scenedesmus ở vùng Trabon trên diện tích 900 m2. Năng suất đạt 15 g/ m2/ ngày. Năm 1967, Viện dầu mỏ Pháp kết hợp với Viện dầu mỏ Angieri cũng bắt đầu xây dựng những cơ sở sản xuất tảo Spirulina khá lớn (diện tích 5000 m2) theo kiểu ở Sosa Texcoco. 4. Một số lưu ý khi sản xuất sinh khối tảo Làm đặc sơ bộ à Lọc bằng trọng lực và chân không. à Phá vỡ tế bào à Sấy khô à Nghiền (đối với sản phẩm tảo đã sấy khô bằng máy sấy tống quay hình trụ) à Đóng gói. Những khâu công nghệ trên đây thuộc lĩnh vực hoá công nghệ cổ điển. Tuy nhiên, trong quy trình sản xuất tảo Spirulina có nhiều đặc điểm riêng. Ví dụ, để làm đặc sơ bộ cần phải có một màng lưới đặc biệt để chọn lọc, làm đậm đặc một sinh khối từ 0,1g/ l đến 10g/l, để phục vụ cho mục đích này người ta chọn phương pháp trọng trường, đây là một phương pháp kinh tế hơn cả (tốn kém năng lượng ít hơn phương pháp li tâm). Khâu phá vỡ tế bào có ý nghĩa quan trọng, nhờ đó mà độ dính của sản phẩm giảm đi, tạo thành một dòng sinh khối có thể vận chuyển dễ dàng qua những bơm tông thường. Công đoạn sấy được thực hiện bằng máy sấy trống quay hình trụ. IV. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU MỚI 1. Nghiên cứu khả năng sử dụng nước chiết cải bắp làm cơ chất để sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein. Người ta tiến hành thí nghiệm với 4 loài nấm men: Candida utilis, Pichia stipitis, Kluyveromyces marxianus, và Saccharomyces cerevisiae. Khi được nuôi cấy trên môi trường nước cải bắp thì trừ loài Candida utilis ra 3 loài còn lại đều cho lượng protein tổng nhiều hơn so với khi được nuôi trên môi trường là nước luộc thịt chứa cùng một lượng đường. Trong môi trường được lọc bằng membrane nấm men phát triển tốt hơn trong môi trường được tiệt trùng. Chỉ cần bổ sung thêm nguồn nitơ vô cơ là ammonium sulfate vào môi trường nước cải bắp nồng độ nitơ 0.5g/l. Bổ sung bột bắp như nguồn nitơ hữu cơ làm tăng sinh khối tế bào khoảng 11%. Bổ sung thêm chất vi lượng là 0.5 mM kẽm. Tóm lại nước cải bắp sau khi xử lý nhiệt sơ bộ với điều kiện xử lý thấp hơn tiệt trùng thì có thể dùng làm môi trường trong sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein mà không cần bổ sung thêm cơ chất. 2. Sản xuất sinh khối vi sinh vật từ bã khoai tây Người ta đã tiến hành nghiên cứu sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein dựa trên cơ chất là bã khoai tây. Giống vi sinh vật sử dụng ở đây là nấm koji được lên men trên môi trường rắn. Tiến hành: Trộn hỗn hợp gồm 35 kg bã khoai tây (75-78% ẩm), 5.9 kg bột khoai tây (bã khoai tây đã được làm khô, 10-15% ẩm), 0.4 kg ammonium phosphate, calcium carbonate. Tạo điều kiện hiếu khí thích hợp. Sục hơi nước ở áp suất 0.8 kg/cm2 vào hỗn hợp trong 10 phút. Sau khi làm nguội trộn thêm 1.2 kg bột khoai tây, 0.4 kg ure và 0.18 kg giống koji vào hỗn hợp. Hỗn hợp đựng trong các khay koji đặt trong phòng lên men và được ủ ở 30oC trong 2 ngày. Hàm lượng protein trung bình đạt 15%. Hàm lượng lysine methionine and isoleucine gần như trong đậu nành và thịt. Độ tiêu hóa của protein thực là 56.8. Chất dinh dưỡng tổng 60.9% chất khô và năng lượng cung cấp khoảng 2.72 Mcal/kg 3. Nghiên cứu sản xuất sinh khối nấm giàu protein từ nước thải của nhà máy rượu bằng cách sử dụng vi nấm. Ba giống nấm sử dụng là Trichoderma viride WEBL0702, Aspergillus niger WEBL0901 and Aspergillus oryzae WEBL0401. Sử dụng các giống này ngoài khả năng tạo sinh khối cao còn giúp làm giảm COD trong nước thải. Trong đó, giống T. viride có hiệu suất tạo sinh khối cao nhất và cần nguồn nitơ ít nhất. Có thể tạo ra 5g/l sinh khối nấm, nếu sử dụng T. viride thì không cần bổ sung cơ chất còn nếu dùng A. oryzae và A. niger thì phải bổ sung (NH4)2SO4 0.5 – 1.0 g/l. Nếu dùng T.viride thì sinh khối nấm thu được có hàm lượng protein là 19.8%, còn nếu dùng 2 loài còn lại thì hàm lượng protein khoảng 36%. T.viride cho lượng sinh khối nhiều nhất sau 24h còn A. oryzae và A. niger thì sau 48h 4. Sản xuất sinh khối vi sinh vật giàu protein và enzym a- Amylaza từ nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sử dụng nấm mốc Aspergillus oryzae. Sử dụng thiết bị lên men có thổi khí air lift bioreactor, điều khiển quá trình lên men ở điều kiện tối ưu cho vi sinh vật: pH=5.0, to = 35oC. Năng suất quá trình:sau 1 mẻ (thời gian nuôi 12h) thu được 6-10g sinh khối/1 lít nước thải, trong đó chứa 38% protein và 55 EU/ml emzym a- Amylaza Sinh khối thu được đem di xử lý để loại bỏ 95% COD, 93% BOD và 98% các tạp chất rắn lơ lửng. Sinh khối vi sinh vật này được sử dụng cho nong nghiệp nên quá trình xử lý nguyên liệu không cần thanh trùng và cũng không cần thiết bổ sung thêm chất dinh dưỡng trong quá trình nuôi cấy. Sản phẩm sinh khối protein từ nấm men này chứa tới hơn 45% protein với hàm lượng đáng kể các acid amin thiết yếu và hy vọng nó sẽ trở thành thức ăn giàu chất dinh dưỡng mà gia súc có thể sử dụng được. Mặt khác, ta còn loại bỏ hơn 95% COD và BOD, 75% các hợp chất nitơ và phốt pho và các huyền phù còn lại trong nước thải của quy trình sản xuất tinh bột. Nước thải được cải tạo và phù hợp để có thể tưới tiêu trong nông nghiệp. Nếu phương thức mới này ra đời và mang tính khả thi thì nó sẽ mang lại lợi ích rất lớn cho ngành công nghiệp thực phẩm, ngành nông nghiệp và có thể bán được dưới dạng một sản phẩm sinh học giá trị gia tăng. 5. Sản xuất SCP bằng cách lên men dịch quả chanh Nuôi cấy hệ nấm mốc Aspergillus niger và Trichoderma viride trong các bình lên men, nguyên liệu là dịch lọc từ quả chanh đã được đem nghiền. 6. Sản xuất SCP từ chất thải giàu cellulose : Sử dụng hệ 2 vi sinh vật Cellulomonas flavigena và Xanthomonas sp được nuôi cấy kết hợp với nhau. Tận dụng lợi thế của từng loài vi sinh vật tạo ra được sinh khối có chất lượng cao từ chất thải giàu cellulose. 7. Phân lập, tuyển chọn và nghiên cứu các chủng nấm men có khả năng phân giải cellulose nhằm ứng dụng trong xử lý bã thải hoa quả làm thức ăn chăn nuôi Mở đầu Hàng năm công nghiệp chế biến hoa quả nước ta thải ra hàng trăm ngàn tấn bã thải. Lượng bã thải này hiện nay vẫn chưa được xử lý riêng rẽ mà vẫn được đổ chung với nguồn rác thải thành phố vừa lãng phí vừa gây ô nhiễm môi trường. Nếu lượng bã thải này được xử lý làm thức ăn gia súc hoặc phân bón thì sẽ là một nguồn lợi lớn. Một khó khăn của việc xử lý bã thải hoa quả đó là pH của chúng rất thấp (3-5). Lấy ví dụ bã thải dứa trong công nghiệp sản xuất rượu vang, đồ hộp, bã thải này vừa có pH thấp vừa chứa một lượng lớn cellulose. Ở pH này thông thường nhóm vi khuẩn và xạ khuẩn không hoặc kém sinh trưởng và phát triển nhưng nhóm nấm men lại hoàn toàn có thể. Đã có một số nghiên cứu sử dụng nấm sợi trong xử lý bã thải hoa quả làm thức ăn gia súc với mục đích bổ sung protein đơn bào. Nhóm nấm sợi cũng có khả năng chịu pH nhưng với đặc tính dễ tạo thành bào tử nếu chúng được dùng trong chế biến thức ăn gia súc có thể sẽ gây ra các bệnh về đường hô hấp. Nấm men phân giải cellulose khi phát triển trên nguồn cơ chất bã thải dứa có pH thấp và giàu cellulose sẽ chuyển hoá cellulose thành nguồn protein đơn bào, nếu được dùng làm thức ăn gia súc sẽ rất tốt. Tuy nhiên trong thực tế, số lượng các loài nấm men phân giải cellulose lại ít hơn nhiều so với nấm sợi, vi khuẩn, xạ khuẩn có cùng chức năng. Nghiên cứu này tập trung vào phân lập, tuyển chọn các chủng nấm men có khả năng phân giải cellulose với hy vọng các chủng được lựa chọn sẽ có triển vọng ứng dụng trong việc xử lý bã thải hoa quả làm thức ăn gia súc. 7.2 Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứuVi sinh vật : 343 chủng nấm men bao gồm các chủng phân lập được từ các mẫu bún, gỗ đang phân huỷ, từ bánh men rượu ở xung quanh Hà nội và bộ nấm men phân lập từ trước thuộc Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật.Các phương pháp nghiên cứu:-     Phương pháp xác định khả năng phân giải một số nguồn cacbon bằng phương pháp khuếch tán trên thạch -     Các phương pháp xác định đặc tính nuôi cấy của các chủng nấm men -     Phương pháp lên men xốp xác định hoạt tính phân giải cellulose của các chủng nấm men7.3 Kết quả và thảo luậna/ Tuyển chọn các chủng nấm men phân giải cellulose: Các chủng nấm men phân lập được từ các mẫu bún, gỗ đang phân huỷ, từ bánh men rượu ở xung quanh Hà nội và bộ giống nấm men thuộc Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật được phân lập từ trước và sơ tuyển bằng phương pháp cấy vạch trên môi trường Hansen với nguồn cacbon là CMC(carboxymethylcellulose) (10g/l). Hoạt tính phân giải CMC của các chủng được dựa vào khả năng tạo vòng phân giải xung quanh vạch sau 2 ngày nuôi cấy khi thử với Lugol Những chủng nấm men có vòng phân giải CMC tiếp tục được kiểm tra khả năng phân giải CMC. Trong thí nghiệm này, tiến hành đồng thời nuôi cấy các chủng nấm men trên môi trường Hansen có nguồn đường saccharose và trên môi trường nguồn đường được thay thế bằng CMC để chiết dịch enzym cellulase. Một số công trình nghiên cứu đã cho thấy cellulase là một enzym cảm ứng, một số nguồn cacbon như glucose, saccharose, axetat, succinat lại chính là tác nhân ức chế quá trình tổng hợp enzym này. Mục tiêu tuyển chọn tiếp theo là chọn ra các chủng vừa sinh trưởng trên nguồn đường saccharose vừa có khả năng sinh enzym phân giải cellulose. Điều này gắn liền với mục tiêu chọn ra các chủng vừa có khả năng sinh trưởng trên bã thải hoa quả với hàm lượng đường còn khá cao vừa có khả năng phân giải cellulose chứa trong các bã thải này. Hoạt tính cellulase được xác định bằng phương pháp đục lỗ, khuếch tán trên thạc Kết quả cho thấy rõ ràng có những chủng có hoạt tính cellulase cao khi nuôi cấy trên môi trường có chứa CMC nhưng hoạt tính này lại rất thấp hoặc thậm chí không có hoạt tính khi nuôi trên môi trường có chứa saccharose. Điều này phù hợp với một số kết quả nghiên cứu trước đây. Những chủng có hoạt tính cellulase khi nuôi cấy trên 2 loại môi trường trên và 7 chủng khác không có hoạt tính cellulase khi nuôi trên môi trường có chứa saccharosea nhưng lại có hoạt tính cao khi nuôi trên môi trường có chứa CMC tiếp tục được thử khả năng phân giải một số nguồn cacbon khác: Avicel, cellulose Những chủng nấm men có hoạt tính phân giải Avicel và cellulose cao nhất được chọn để tiếp tục các thử nghiệm sau này.b/ Nghiên cứu một số đặc điểm nuôi cấy của các chủng nấm men được lựa chọn Các thí nghiệm này phục vụ cho mục đích nghiên cứu tạo dạng “giống khởi động” (starter culture) cho quá trình xử lý bã thải hoa quả giàu cellulose từ các chủng nấm men được lựa chọnẢnh hưởng của pH nuôi cấy ban đầu Các chủng nấm men được nuôi cấy trên môi trường chứa CMC với các thang pH từ 3 đến 6. Nuôi cấy lắc 220 vòng/phút, ở 300C. Sau 3 ngày nuôi cấy, xác định hoạt tính CMC-aza của các chủng nấm men Kết quả cho thấy các chủng đều có khả năng tổng hợp enzym cellulase trong dải pH môi trường nuôi cấy là 4,0 - 6,0 nhưng pH tối ưu nhất là 5,0.Ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy Các chủng nấm men được nuôi cấy lắc trong môi trường chứa CMC, pH 5,0; 220 vòng/phút ở các thang nhiệt độ từ 200C - 450C. Sau 3 ngày xác định hoạt tính CMC-aza. men. Kết quả cho thấy các chủng nấm men được chọn để nghiên cứu đều không phải là các chủng nấm men ưa nhiệt. Chúng phát triển thích hợp nhất ở nhiệt độ 30 - 350C tùy từng chủng. Ở nhiệt độ cao (40 - 450C), hoạt tính của các chủng đều giảm. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy Vài chủng được nuôi cấy lắc ở 300C ,vài chủng khác được nuôi ở 350C; pH 5,0. Sau mỗi ngày xác định hoạt tính phân giải CMC, đồng thời xác định sinh khối tế bào thông qua hàm lượng protein Sau ngày nuôi cấy đầu tiên, các chủng được nuôi ở 350C đã đạt được hoạt tính lớn nhất. Các chủng được nuôi ở 300C đạt được hoạt tính cao nhất bắt đầu từ ngày nuôi cấy thứ hai. Qua ngày thứ ba, hoạt tính của tất cả các chủng đều giảm dần có thể do sinh trưởng của nấm men giảm dần, nguồn dinh dưỡng cạn dần hoặc do cellulase bị thủy phân. Như vậy thời gian nuôi cấy có ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng tổng hợp enzym cellulase. Các kết quả nghiên cứu trên đây đã lần lượt trả lời được các câu hỏi: ở điều kiện nhiệt độ, pH nào, thời gian nuôi cấy bao lâu để hoạt tính phân giải cellulose của các chủng nấm men cao nhất đồng thời đạt được sinh khối tế bào cao nhất. Các kết quả này rất quan trọng trong việc sản xuất “giống khởi động”, là tập hợp của các chủng nấm men được tuyển chọn, dùng trong chế biến thức ăn gia súc từ phế thải của các nhà máy chế biến hoa quả, đặc biệt là nhà máy chế biến dứa. c/ Khả năng phân giải cellulose tự nhiên Thăm dò khả năng phân giải cellulose trong bã thải dứa của các chủng nấm menCác chủng nấm men được nuôi cấy trên môi trường có nguồn cellulose tự nhiên là bã thải dứa. Sau 3 ngày nuôi cấy, kết quả thu được như sau: Hoạt tính phân giải nguồn cellulose tự nhiên của các chủng nấm men Trong thực tế, rất nhiều chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải cellulose hòa tan (CMC) nhưng lại không có khả năng phân giải nguồn cellulose tự nhiên hoặc phân giải rất kém nhưng kết quả nghiên cứu cho thấy cả 5 chủng nấm men được tuyển chọn đều có khả năng phân giải nguồn cơ chất tự nhiên là bã dứa tuy hoạt tính không cao như khi nuôi cấy trên môi trường có chứa cellulose hòa tan. Mặc dù vậy, đây là một kết quả có ý nghĩa bởi nó giúp khẳng định rằng các chủng nấm men được tuyển chọn có thể được ứng dụng trong xử lý bã thải dứa giàu cellulose làm thức ăn chăn nuôi. Khả năng tích lũy sinh khối và hoạt tính cellulase của các chủng nấm men khi nuôi trên nguồn cơ chất bã dứa “Giống khởi động” là hỗn hợp của các chủng nấm men trên được tạo ra dưới dạng bột khô. Sử dụng dạng bột khô này cấy vào bã thải dứa với các tỷ lệ 1/100, 1/1000, 1/10.000 nhằm tìm ra tỷ lệ giống cấy thích hợp sao cho vừa đạt được sinh khối tế bào lớn nhất vừa có hoạt tính phân giải cellulose trong bã dứa cao nhất. Kết quả sự biến đổi sinh khối tế bào theo thời gian trong các mẫu bã dứa được khởi động với các tỉ lệ khác nhau Để ứng dụng các chủng nấm men này trong thực tế xử lý bã thải dứa làm thức ăn chăn nuôi còn cần tiến hành rất nhiều nghiên cứu sâu hơn nữa ở quy mô trong và ngoài phòng thí nghiệm. 4. Kết luận Từ 343 chủng nấm men phân lập được kết hợp với bộ giống nấm men của Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật, 5 chủng nấm men có hoạt tính phân giải cellulose cao nhất với ký hiệu 9B1, 30B1, 97m, VTCC 2.0243, 4B2 đã được tuyển chọn. Đã xác định được các điều kiện nuôi cấy thích hợp như pH, nhiệt độ, thời gian nuôi cấy cho các chủng nấm men được tuyển chọn Bước đầu thử nghiệm nuôi các chủng nấm men trên nguồn cơ chất tự nhiên là bã dứa cho thấy các chủng đều có hoạt tính cellulase và sinh trưởng mạnh trên nguồn cơ chất này tạo ra lượng sinh khối tế bào đáng kể. Kết quả này mở ra một hướng nghiên cứu tiếp, đó là ứng dụng các chủng nấm men trong chế biến bã thải hoa quả giàu cellulose làm thức ăn chăn nuôi. 8. Nghiên cứu công nghệ và thiết bị tận thu, làm sạch và chế biến sinh khối nấm men bia trong quá trình sản xuất bia Nấm men bia là một phụ phẩm trong quá trình sản xuất bia - một chế phẩm sinh học giàu chất dinh dưỡng, có giá trị kinh tế cao và được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm, thức ăn gia súc, dược phẩm. ở nhiều nước trên thế giới, sinh khối nấm men được tận thu một cách triệt để, chế biến thành các chế phẩm có giá trị kinh tế cao. Một số nước có ngành công nghiệp phát triển còn đầu tư các nhà máy sản xuất sinh khối nấm men đơn bào với công suất rất lớn để chế biến thành các sản phẩm phục vụ cho nhu cầu khác nhau của nền kinh tế quốc dân. Hiện nay ngành sản xuất bia ở Việt Nam đang ngày càng phát triển. Với sản lượng 800 - 900 triệu lít hiện nay và 2,1 tỷ lít đến năm 2020. Trung bình thu được 12 - 23 kg men sệt/ 1000 lít bia (tương đương khoảng 1,5 - 2,8 kg men khô). Như vậy hàng năm ta có thể thu được hàng ngàn tấn sinh khối nấm men khô. Hiện nay, tại các nhà máy bia phần lớn lượng nấm men này được xả cùng nước thải gây ô nhiễm môi trường. Tận thu sinh khối nấm men trong quá trình sản xuất bia, nghiên cứu chế biến thành các sản phẩm có giá trị kinh tế cao là một việc làm cần thiết để tận dụng ưu thế của nguồn lợi này, khép kín dây chuyền sản xuất, tránh ô nhiễm môi trường. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 1. Nguyên liệu - Chủng nấm men: Saccharomyces carlsbergensis - Hoá chất: H2SO4, NaCl, ... ở dạng tinh khiết. 2. Các phương pháp nghiên cứu Xác định hình dạng và kích thước của tế bào nấm men, xác định độ sạch cơ học, xác định số lượng tế bào nấm men, xác định tỷ lệ tế bào men chết, xác định glycogen, volutin trong tế bào nấm men bằng một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thường áp dụng tại các phòng thí nghiệm Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Kjeldal 3.Kết quả và thảo luận 3.1 Phương pháp làm sạch nấm men 3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước rửa đến khả năng lắng kết của tế bào nấm men - Nhiệt độ nước rửa quá cao hay quá thấp chỉ số OD800 cao, tức là khả năng kết lắng của tế bào nấm men kém. - Nhiệt độ nước rửa nấm men thích hợp là: 40C. 3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian đến sự kết lắng của nấm men Từ các kết quả ở bảng 2 cho thấy thời gian để nấm men kết lắng tốt và có thể chấp nhận được là 40 phút. 3.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/nấm men đến khả năng kết lắng của tế bào nấm men Kết quả thí nghiệm cho thấy nếu tỷ lệ giữa nước rửa và nấm men quá cao trên 6/1 hay nhỏ hơn 4/1 thì khả năng kết lắng của nấm men kém. Tỷ lệ nước rửa thích hợp nhất là: 5 - 6lít nước/1lít men sệt, với tỷ lệ này chỉ số OD thấp nhất. 3.1.4 ảnh hưởng của số lần rửa đến chỉ số OD800 Từ kết quả cho thấy: sau 5-6 lần rửa sinh khối nấm men có độ sạch cao nhất, OD800 thấp nhất. Vậy số lần rửa nấm men thích hợp là 5 - 6 lần. 3.2. Nghiên cứu sử dụng dung dịch axit H2SO4 và NaCl để xử lý nước rửa, nâng cao chất lượng nấm men * Nghiên cứu sử dụng dung dịch axit H2SO4 để xử lý nước rửa nấm men Nếu dùng dung dịch axit H2SO4 1% để xử lý thì mức độ tạp nhiễm của sinh khối nấm men đã giảm từ 5% xuống 1,3%. Tỷ lệ tế bào chết so với mẫu đối chứng tăng, giá trị OD800 ở các mẫu thí nghiệm lớn hơn mẫu đối chứng. Thời gian đạt đến mức độ lên men tới hạn của mẫu đối chứng ngắn hơn các mẫu thí nghiệm. Như vậy sử dụng H2SO4 1% để xử lý có tác dụng giảm mức độ tạp nhiễm và làm tăng tỷ lệ tế bào sống. * Nghiên cứu sử dụng dung dịch NaCl để xử lý nước rửa nấm men Thí nghiệm được tiến hành với các nồng độ NaCl thay đổi từ: 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55 %; kết quả được trình bày ở bảng 6 Từ các kết quả thí nghiệm cho thấy các mẫu có sử dụng NaCl trong xử lý sinh khối nấm men so với mẫu đối chứng có tỷ lệ tế bào sống tăng lên rõ rệt và chỉ số OD800 thấp. Nồng độ muối NaCl quá thấp 0,2 - 0,25%, hay quá cao 0,5% tỷ lệ tế bào sống tăng không cao. Nồng độ muối NaCl thích hợp nhất để xử lý tế bào nấm men là: 0,40%. Bảo quản nấm men Trong quá trình bảo quản có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sinh khối nấm men. Trong đó 2 yếu tố quan trọng nhất là: nhiệt độ và thời gian bảo quản. Nhiệt độ bảo quản thích hợp: là 2 - 40C và thời gian bảo quản không quá 6 ngày. Với nhiệt độ và thời gian này tỷ lệ tế bào nấm men chết ít nhất, chỉ số AP thay đổi không đáng kể. Từ các kết quả trên cho thấy số lượng tế bào nấm men chết giảm mạnh sau khi rửa từ 8% xuống 3%, và tăng lên 15% sau 5 ngày bảo quản. Hàm lượng glycogen, volutin giảm hẳn sau khi rửa, và tiêu hao gần hết sau 5 ngày bảo quản. Độ tạp nhiễm sinh học giảm mạnh sau khi rửa và có chiều hướng tăng lên trong quá trình bảo quản. Kết luận Từ các kết quả thí nghiệm người ta rút ra một số kết luận sau: - Xác định được phương pháp làm sạch sinh khối nấm men với nhiệt độ nước rửa : 2 - 40C, thời gian kết lắng: 40', tỷ lệ nước rửa và sinh khối nấm men: 5nước/ 1nấm men, số lần rửa: 5 - 6 . - Để nâng cao chất lượng sinh khối nấm men trong quá trình rửa có thể sử dụng dung dịch H2SO4 1% và dung dịch NaCl 0,4% - Để bảo quản sinh khối nấm men: nhiệt độ bảo quản thích hợp 2 - 40C, thời gian bảo quản không quá 6 ngày. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kiều Hữu Ảnh, Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [2] Lê Xuân Phương, Vi sinh vật học công nghiệp, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2001. [3] Lương Đức Phẩm, Nấm men công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005, 331 trang. [4] M. T. ĐENSIKOV, Tận dụng phế liệu của công nghiệp thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1977, 249 trang. [5] Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh ( Tập 2 ) [6] Nguyễn đức Lượng, Vi sinh vật học công nghiệp, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2002, 371 trang. [7] PGS.TSKH Lê văn Hoàng, Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004, 355 trang. PGS.TS Trần Minh TâmCông nghệ vi sinh vật ứng dụng [8] Min Ho Choi and Yun Hee Park Production of yeast biomass using waste Chinese cabbage Department of Molecular Science and Technology, Graduate School, Ajou University, 5 Wonchon-dong, Suwon 442-749, South Korea, 2002 [9] Hidenori ABE Microbial Biomass Protein Production from Potato Waste by Solid State Fermentation of Koji Fungi and This Nutritive Value in Sheep Hokkaido Animal Research Center, 2002. [10] Zhan Ying Zhanga, Bo Jina, b, , , Zhi Hui Baia, c and Xiao Yi Wanga Production of fungal biomass protein using microfungi from winery wastewater treatment aSchool of Earth and Environmental Sciences, The University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, AustraliabAustralian Water Quality Centre, Bolivar, SA 5095, AustraliacResearch Centre for Eco-Environmental Sciences, Beijing 100085, China 2006