Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Mục lục
Lời mở đầu: 1
Chương I:TỔNG QUAN 1
I.1 Nấm men. 1
I.1.1 Đặc điểm hình thái và cấu tạo. 1
I.1.2 Ứng dụng trong công nghiệp. 2
I.1.3 Tác hại của nấm men. 3
I.2 Nấm men rượu vang. 3
I.2.1 Phân loại. 3
I.2.2 Đặc điểm của các loài nấm men rượu vang 4
I.2.3 Trình tự lên men của các giống nấm men trong quá trình lên men vang. 6
I.2.4 Chỉ tiêu chọn lựa nấm men vang 7
I.2.5 Kết hợp các giống nấm men và sử dụng kỹ thuật di truyền trong sản xuất rượu vang 8
Chương II:CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO 10
II.1 Các phương pháp cố định tế bào. 10
II.1.1 Cố định trên bề mặt chất mang rắn. 11
II.1.2 Nhốt trong khung mạng xốp (tạo gel). 11
II.1.3 Keo tụ tế bào (tạo hạt). 12
II.1.4 Nhốt bằng phương pháp cơ học bên trong một màng chắn. 12
II.2 Yêu cầu về chất mang. 13
II.3 Ưu, nhược điểm của tế bào cố định. 13
II.3.1 Ưu điểm của tế bào cố định hơn tế bào tự do 13
II.3.2 Nhược điểm của tế bào cố định 14
Chương III:CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO NẤM MEN RƯỢU VANG 15
III.1 Cố định trên bề mặt chất mang rắn. 15
III.1.1 Nguyên tắc thực hiện: 15
III.1.2 Các chất mang: 15
III.1.2.1 Vỏ nho 15
III.1.2.2 Miếng táo 18
III.1.2.3 Vật liệu cellulose đã loại lignin (DCM) 22
III.1.2.4 Đá kissiris 24
III.1.2.5 DEAE-cellulose 26
III.2 Nhốt trong khung mạng xốp. 30
III.2.1 Polyvinyl alcohol 30
III.2.2 -carrageenan 40
III.2.3 Cố định nấm men trong gel alginate 41
III.2.3.1 Alginate 41
III.2.3.2 Cơ chế tạo gel 42
III.2.3.3 Ưu nhược điểm của việc cố định nấm men trong gel alginate 44
III.2.3.4 Ảnh hưởng của thành phần alginate và các điều kiện tạo gel đến độ bền gel và quá trình lên men 46
III.3 Nhốt bằng phương pháp cơ học bên trong một màng chắn. 48
III.3.1 Màng membrane alginat. 48
III.3.2 Màng vi bao sinh học (biocapsule) 55
III.4 Thiết bị phản ứng membrane 56
Tài liệu tham khảo: 60
Mục lục bảng
Bảng I.1 Các đặc tính mong muốn của nấm men vang [15] 8
Bảng III.1 Kết quả kiểm tra mùi và vị của rượu sản xuất từ tế bào Saccharomyces cerevisiae cố định trên miếng táo trong suốt quá trình lên men liên tục so sánh với rượu thương mại:[19] 21
Bảng III.2. Một số chế phẩm polyvinyl alcohol thương mại 32
Bảng III.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của dung dịch 10% polyvinyl alcohol có phân tử lượng là 115.000: 34
Bảng III.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhớt của dung dịch polyvinyl alcohol có phân tử lượng là 115.000: 34
Bảng III.5 So sánh phương pháp nhốt trong gel và phương pháp vi bao: 54
Mục lục hình
Hình II.1 Các kỹ thuật cơ bản để cố định tế bào [20] 10
Hình III.1 Hiệu suất sản xuất cồn ở những nhiệt độ lên men khác nhau. 17
Hình III.2 Năng suất riêng của việc sản xuất cồn ở những nhiệt độ khác nhau. 17
Hình III.3 Nấm men cố định trên miếng táo trong quá trình lên men rượu. 20
Hình III.4 Đá kissiris. 25
Hình III.5 Công thức cấu tạo của phân tử polyvinyl alcohol. 30
Hình III.6 Công thức cấu tạo của phân tử polyvinyl acetate. 31
Hình III.7 Mức độ thuỷ phân của phân tử polyvinyl alcohol: (a) thuỷ phân hoàn toàn, (b) thuỷ phân một phần. 32
Hình III.8 Khả năng hoà tan phụ thuộc vào mức độ thuỷ phân và nhiệt độ. 33
Hình III.9 Cấu trúc của alginate: (a) các monomer của alginate, (b) chuỗi alginate, (c) sự phân bố các block [186] 42
Hình III.10 Cơ chế tạo gel của alginate theo phương pháp tạo gel từ bên ngoài 43
Hình III.11 Cơ chế tạo gel của alginate theo phương pháp tạo gel từ bên trong 44
Hình III.12. Phương pháp chuẩn bị bao Alg(PEG) 49
Hình III.13 Hệ thống tạo bao cố định tế bào 50
Hình III.14 Ảnh hưởng của thời gian tạo gel lên sự hình thành bao Alg(PEG). Bao Alg(PEG) được sản xuất bằng cách dùng dung dịch PEG 6000 20% (w/w) chứa 2% CaCl2 (w/w). 51
Hình III.15. Ảnh hưởng của nồng độ CaCl2 lên bán kính và bề dày của lớp gel alginate của bao Alg(PEG). Bao được sản xuất bằng cách dùng dung dịch PEG 6000 30% (w/w) chứa 2% CaCl2 . 51
Hình III.16 Sự thay đổi nồng độ PEG và xanthan gum trong suốt thời gian hoá rắn. 52
Hình III.17 Lượng bao hình cầu theo chiều cao lổ hổng trong reactor 53
Hình III.18 Biocapsule và hình ảnh liên kết của nấm sợi và nấm men. 55
Hình III.19 Biểu đồ hoạt động của hệ thống thiết bị phản ứng sinh học membrane một bình 57
Hình III.20 Biểu đồ hoạt dộng của hệ thống thiết bị phản ứng sinh học membrane 2 bình 58
Lời mở đầu:
Như chúng ta đã biết, nấm men là một loài vi sinh vật có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và sản xuất. Một trong những ứng dụng phổ biến của chúng là trong ngành sản xuất rượu vang, một ngành sản xuất sản phẩm lên men có truyền thống lâu đời.
Theo các tài liệu cổ, rượu vang có xuất xứ từ các nước Ả Rập vào khoảng thế kỷ 18 hay 19 trước Công nguyên và cho đến nay, rượu vang đã trở nên phổ biến khắp nơi trên thế giới. Rượu vang được ưa thích trước hết là do hương vị hết sức đặc trưng mà không loại sản phẩm nào có thể thay thế, sau đó là do nó đem lại cảm giác sảng khoái và sức khỏe cho người uống.
Trong thời kì đầu, rượu vang được tạo ra bằng quá trình lên men tự phát với những loài nấm men có sẵn trong dịch quả. Dần dần, người ta đã biết tiến hành nuôi cấy các chủng nấm men thuần thiết để thúc đẩy quá trình lên men và tăng chất lượng của rượu vang. Loài nấm men đóng vai trò chính trong quá trình lên men cồn sản xuất rượu vang là loài Saccharomyces cerevisiae. Tuy nhiên, việc sử dụng nấm men tự do để lên men gặp phải một số vấn đề như thời gian lên men dài, năng suất lên men thấp, tiêu tốn nhiều năng lượng để tách nấm men ra khỏi rượu vang sau quá trình lên men, … Để giải quyết các vấn đề này, nhiều nghiên cứu về việc sử dụng nấm men cố định trong sản xuất rượu vang đã được thực hiện. Các nghiên cứu này đều cho thấy nấm men cố định có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với nấm men tự do như là tăng tốc độ sử dụng cơ chất, rút ngắn thời gian lên men, ổn định hoạt tính của nấm men, góp phần tăng năng suất lên men, …
Chính vì những lợi ích về kỹ thuật và kinh tế do việc sử dụng nấm men cố định trong sản xuất rượu vang mang lại mà những nghiên cứu về chúng ngày càng được mở rộng và thu hút sự chú ý nhiều hơn. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện việc cố định tế bào bằng nhiều phương pháp khác nhau, sử dụng chất mang như những vật liệu vô cơ, những polisaccarit hữu cơ với mong muốn tìm kiếm cách cố định phù hợp cho quá trình lên men cồn trong sản xuất rượu vang. Cơ sở để đánh giá liệu kỹ thuật này có thể ứng dụng thành công trong sản xuất công nghiệp hay không thì phụ thuộc vào khả năng cải thiện năng suất lên men cồn, cải thiện chất lượng, mùi vị cho sản phẩm. Đồng thời kỹ thuật đó phải đảm bảo sử dụng chất mang phù hợp với thực phẩm, phong phú trong tự nhiên và hiệu quả về kinh tế.
Chương I: TỔNG QUAN
I.1 Nấm men.
I.1.1 Đặc điểm hình thái và cấu tạo.
I.1.1.1 Đặc điểm hình thái: [2]
Tế bào nấm men có nhiều hình dạng khác nhau như là hình cầu, hình ovan hay elip, hình quả chanh, hình trụ, hình chùy hay đôi khi kéo dài ra thành hình sợi. Nấm men có thể thay đổi hình dáng kích thước trong các giai đoạn phát triển và điều kiện môi trường xung quanh. Hình thái của chúng không thay đổi chỉ ở các giống nuôi cấy khi còn trẻ trong các môi trường dinh dưỡng tiêu chuẩn.
So với các vi sinh vật khác (đối với vi khuẩn chẳng hạn) tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn, đường kính khoảng 1 µ, chiều dài 8 µm. Với kích thước này ta có thể ước tính bề mặt tế bào nấm men trong một lít dịch lên men vào khoảng 10 m2 và do vậy cường độ trao đổi chất của tế bào nấm men với môi trường xung quanh là vô cùng to lớn.
I.1.1.2 Cấu tạo tế bào nấm men : [1, 2]
Nấm men là sinh vật đơn bào hiển vi, tế bào cơ bản giống với động thực vật. So sánh tế bào nấm men với vi khuẩn ta thấy có sự tiến hoá nhảy vọt từ nhân sơ đế nhân chuẩn. Cùng với sự tiến hoá về nhân và cơ chế phân chia nhân (nhân có màng, có các thể nhiễm sắc, phân bào có tơ … ) ở cơ thể nhân chuẩn xuất hiện nhiều thể không thấy ở thể nhân sơ như ti thể, lục lạp v.v…
Tế bào nấm men có thành phần và cấu tạo phức tạp. Trong tế bào có các cấu tử – tiểu thể và có thể chia thành: các cơ quan nội bào hay cơ quan tử của tế bào và các chất chứa trong tế bào hay các thể vùi của tế bào.
- Thành tế bào nấm men dày khoảng 25nm ( chiếm 25% khối lượng khô của tế bào). Đa số nấm men có thành tế bào cấu tạo từ glucan và mannan. Một số nấm men có thành tế bào chứa mannan và kitin. Trong thành tế bào còn chứa khoảng 10% protein ( tính theo khối lượng khô), trong số protein này có một phần là các enzim. Trên thành tế bào còn thấy có một lượng nhỏ lipit.
- Dưới lớp thành tế bào là lớp màng tế bào chất có 3 tầng kết cấu khác nhau. Cấu tạo chủ yếu là protein (chiếm 50% khối lượng chất khô), phần còn lại là lipit (40%) và một ít polisaccarit.
- Nhân của tế bào nấm men được bao bọc bởi một màng nhân như ở các sinh vật có nhân thật khác. Màng nhân của nấm men có cấu trúc 2 lớp và có rất nhiều lổ thủng. Nhân của tế bào men rượu Saccharomyces cerevisiae có chứa 17 đôi nhiễm sắc thể. ADN trong tế bào nấm men đơn bội có khối lượng phân tử là 1x1010Da, so với khối lượng phân tử của ADN vi khuẩn Escherichia coli thì lớn hơn 10 lần nhưng so với ADN của người thì nhỏ hơn 100 lần.
I.1.2 Ứng dụng trong công nghiệp.[1, 2]
Rất nhiều loài nấm men đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất: công nghiệp sản xuất bia, rượu, nước giải khát, sinh khối phục vụ chăn nuôi, và cao nấm men, lipit nấm men, các enzim như là amylaza, invertyaza, lactaza, uricaza, poligalacturonaza, sản xuất esgosterol, axit ribonucleic, riboflavin (vitamin B2), các axit amin như lizin, xixtein, metionin.
- Phần lớn nấm men được sử dụng trong công nghiệp thuộc giống Saccharomyces trong lớp nấm túi và vài giống thuộc lớp nấm bất toàn. Giống Endomyces vernalis là một loài nấm men dùng trong thế chiến thứ nhất để tổng hợp chất béo.
- Giống Saccharomyces, quan trọng nhất là loài Saccharomyces cerevisiae, được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm. Một số chủng của nấm men này dùng làm men nở bánh mì, một số khác dùng trong công nghiệp rượu, bia, rượu vang, sản xuất glycerin hay enzim invertaza. Saccharomyces fragilis lên men đường lactoza đóng vai trò quan trọng trong sản xuất sữa và các sản phẩm của sữa. Có lẽ trong tương lai loài người trông cậy vào giống nấm men này để thu nhận cồn tuyệt đối từ những nguyên liệu tái tạo được để thay thế xăng khi dầu mỏ ở trái đất bị cạn kiệt.
- Giống Zygosaccharomyces, một vài tác giả coi giống này là giống phụ của giống Saccharomyces. Zygosaccharomyces nusbarumeri được tìm thấy trong mật. Các loài này tham gia vào lên men rượu vang và đặc biệt lên men đậu tương làm thành một thứ đồ uống đặc biệt.
Các giống Pichia, Hasenula, Debaryomyces … cũng như các giống Mycoderma, Candida … là những nấm men không hình thành màng trên dịch nuôi cấy, phát triển trên bề mặt các dịch ướp chua dưa chuột và các loại rau quả. Chúng oxy hóa các chất hữu cơ làm giảm độ chua và làm tăng pH của dịch ướp. Hasenula và Pechia có thể chịu đựng độ cồn cao và oxy hóa rượu etylic. Debaryomyces có thể chịu được muối cao, đặc biệt ở phomat có muối tới 24% vẫn thấy men này phát triển. Nấm men tạo màng không hay sản sinh ra ít rượu etylic từ đường.
I.1.3 Tác hại của nấm men.[1, 2]
Bên cạnh các nấm men có ích như đã trình bày ở trên cũng có không ít các nấm men có hại, chúng gây ra hiện tượng làm hư hỏng thực phẩm tươi sống hay các thực phẩm chế biến. Có khoảng 13-15 loài nấm men có khả năng gây bệnh cho người và cho động vật chăn nuôi . Đáng chú ý nhất là các loài Candida albicans, Cryptococus neoformans, Trichosporon cutaneum, Trichosporon Capitatum …
Một số loài thuộc giống Zygosaccharomyces có thể phát triển ở dịch đường nồng độ cao và làm hỏng mật siro. Giống Saccharomycodes và Hasenula spora có hình quả chanh cũng như các nấm men giả Kloekera không sinh bào tử có tế bào hình chùy. Những giống men này làm hỏng rượu, đặc biệt là mất mùi rượu vang.
I.2 Nấm men rượu vang.
Sự chuyển hóa trong sản xuất rượu vang là một quá trình hóa sinh phức tạp. Nó liên quan đến tương tác giữa nấm men vi khuẩn và những loài vi sinh vật khác. Trong những loài vi sinh vật này thì nấm men đóng vai trò quan trọng, kiểm soát quá trình lên men cồn trong sản xuất rượu vang. [7]
Trong thời kì đầu sản suất rượu vang, quá trình lên men tự phát là chính với nấm men từ 2 nguồn gốc khác nhau: bề mặt trái nho (từ vườn nho) , bề mặt thiết bị (từ môi trường bên trong nhà máy). Và về sau có thêm một hướng phát triển trong sản xuất rượu vang là dùng nấm men từ quá trình nuôi cấy. Thành phần và chất lượng của rượu vang có liên quan chặt chẽ đến quần thể nấm men. Trong quá trình lên men, bên cạnh các sản phẩm chính là ethanol và CO2, nấm men tạo thành nhiều sản phẩm phụ, ví dụ như glycerin, axit acetic, axit succinic và đặc biệt là các hợp chất hương, góp phần đáng kể vào chất lượng của rượu vang. [16,18]
I.2.1 Phân loại.
Nấm men có thể được phân thành 2 nhóm:
Thứ nhất gọi là non-Saccharomyces (NS – là những loài nấm men không thuộc giống Saccharomyces), thường xuất hiện trên bề mặt của trái nho cùng với nhiều loại vi sinh vật khác. Hầu hết các loài NS không có khả năng tồn tại khi nồng độ cồn cao hơn 6% v/v (chính vì vậy mà các loài NS thường phát triển ở giai đoạn đầu của quá trình lên men cồn). Ngoại trừ Brettanomyces bruxellensis có thể phát triển trong môi trường có nồng độ cồn lên đến 12%, loài này thích nghi tốt hơn những loài NS khác, và nó vượt trội hơn những loài khác nhất là vào cuối quá trình lên men, chúng góp phần chính vào mùi vị của rượu, nhưng sản phẩm phụ của nó, phenol dễ bay hơi, thì là nguyên nhân gây ra hư hỏng rượu. Trước đây, nấm men NS được xem là các vi sinh vật gây hư hỏng. Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng, một số loài nấm men NS có lợi cho chất lượng rượu vang và góp phần rõ ràng vào đặc điểm của sản phẩm cuối, giúp tăng cường hương vị của rượu vang bởi vì khả năng của chúng trong việc sản xuất ra những sản phẩm phụ như là glycerin, ester, aceton…. [31]
Nhóm khác góp phần vào hương vị rượu vang, cũng là nhân tố chính của quá trình lên men cồn là các loài thuộc giống Saccharomyces. Saccharomyces có khả năng chịu đựng sự thay đổi của điều kiện môi trường với nồng độ ethanol và axit hữu cơ tăng và sự cạn kiệt chất dinh dưỡng (Pretorius, 2000). Như vậy, mặc dù có nhiều giống và loài nấm men trong dịch nho, nhưng giống Saccharomyces, mà chủ yếu là loài Saccharomyces cerevisiae mới là loài đảm nhiệm việc thực hiện các quá trình chuyển hóa sinh học quan trọng trong lên men vang. Chính vì thế, Saccharomyces cerevisiae còn được gọi là “nấm men vang”. [31]
I.2.2 Đặc điểm của các loài nấm men rượu vang:[2]
Saccharomyces: có bào tử trong nan thường là 1-4 bào tử, có khi tới 8. Tế bào của chúng có hình dạng khác nhau: hình tròn, ovan, hay elip. Sinh sản bằng lối nảy chồi, sử dụng đường trong quá trình hô hấp và lên men, có trường hợp lên men ở dịch đường 30% và tạo được 18ocồn. Không đồng hóa được muối nitrat.
Giống Sacharomyces có tới 18 loài nhưng chỉ có 7 loài thường gặp trong nước quả.
Các loài nấm men không sinh bào tử thường gặp trong nước quả và khả năng lên men hay tiêu hao đường trong đó, phổ biến là Kloeckera, Torulopsis. Người ta thường gọi chúng là men dại.
Sau đây là một số loài nấm men thường gặp trong quả và có vai trò quan trọng trong nghề làm rượu vang.
o Saccharomyces vini.
Đây là tên hiện nay dùng phổ biến, trước đây người ta gọi là Saccharomyces vini Meyer hay là Saccharomyces ellipsoideus theo Lodder là Saccharomyces cerevisea Hansen.
Nấm men này phổ biến trong quá trình lên men nước quả chiếm đến 80% trong tổng số Saccharomyces có trong nước quả khi lên men. Khả năng kết lắng của nó phụ thuộc vào từng nòi: các tế bào dạng bụi hay dạng bông. Nguồn dinh dưỡng cacbon của loài này là đường, sồn, và axit hữu cơ, những tác nhân sinh trưởng là axit pantotenic, biotin, mezoinit, tiamin, và piridoxin.
Đa số tế bào của loài này hình ovan có kích thước (3 - 8) x (5 -12) µm, sinh sản theo lối nảy chồi và tạo thành bào tử Saccharomyces vini sinh ra enzim invertaza có khả năng khử đường saccaroza thành fructoza và glucoza, vì vậy trong lên men ta có thể bổ sung loại đường này vào dung dịch quả và hàm lượng rượu tạo thành bình thường đối với nhiều nòi của men và chỉ đạt được 8-10 % so với thể tích.
Ở giai đoạn cuối quá trình lên men Saccharomyces vini kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu.
Các nòi của giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sunfit, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra cho vang mùi vị đặc trưng riêng biệt.
Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men các tế bào Saccharomyces vini thường bị già, không tiếp tục chuyển đường thành cồn và bị chết rất nhanh.
o Saccharomyces uvarum.
Men này được tách từ nước nho, rượu và nước quả phúc bồn tử lên men tự nhiên. Về hình thái nó không khác với các loài khác. Khả năng sinh bào tử khá mạnh trên môi trường thạch – malt. Các nòi của loài này có thể lên men 12-13 o cồn trong dung dịch nước nho. Một vài nòi được dùng trong sản xuất rượu vang.
o Saccharomyces chevalieri.
Theo Lodder là Saccharomyces chevalieri Guiliermond.
Nấm men này được tách từ nước nho lên men tự nhiên, từ vang non được gây men nước dừa hay nước cọ.
Saccharomyces chevalieri thuần chủng lên men nước nho có thể tạo 16ocồn. Nó thường lẫn với Saccharomyces vini.
o Saccharomyces ovifomis.
Theo Lodder là Saccharomyces Beuanes saccado.
Được tách ra từ nước nho tự lên men, nhưng loại nấm men này ít hơn Saccharomyces vini. Giống thuần chủng phát triển tốt trong nước nho và các nước quả khác , có khả năng chịu được đường cao, lên men kiệt đường và tạo thành 18o cồn. Các yếu tố sinh trưởng của loại này giống như Saccharomyces vini và có khả năng chịu được lượng cồn cao. Dùng các nòi thuần chủng của giống này để lên men dịch quả có hàm lượng đường cao để chế vang khô cho kết quả tốt. Có hình dàng giống như Saccharomyces vini và có thể tạo thành 18% rượu trong quà trình lên men, giống này tạo thành màng trên dịch quả. Saccharomyces ovifomis lên men được glucoza, fructoza, manoza, sacaroza, maltoza, và 1/3 rafinoza, không lên men được lactoza, pentoza. Điều káhc nhau cơ bản của Saccharomyces ovifomis với Saccharomyces vini là Saccharomyces ovifomis không lên men được galactoza và men nổi lên mặt dịch lên men tạo thành màng.
Hai giống men rượu vang này (Saccharomyces vini và Saccharomyces ovifomis) có nhiều nòi được dùng trong sản xuất. Nói chung, nhiều nòi men rượu quả có khoảng nhiệt độ thích hợp là 18-25oC , ở 35oC sinh sản của chúng bị ức chế, ở 40oC sinh sản bị nhừng hoàn toàn, ở nhiệt độ thấp hơn 16oC sinh sản và lên men bị kéo dài. Các điều kiện hóa – lý , thành phần và chất lượng dịch quả, cũng như pH môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sống của nấm men.
o Hanseniaspora apiculate- Kloeskera apiculata.
Kích thước tương đối nhỏ có hình ovan, elip, hay hình quả chanh, tế bào có một đầu nhỏ ngưới ta thường gọi là men hình chùy. Sinh sản bằng nảy chồi, rất phổ biến ở vỏ quả và nhiễm vào nước quả chiếm tới 90% tổng số men khi bắt đầu lên men. Nó có thể lên men tạo thành 6-7o cồn, nhưng tạo thành một loạt các axit bay hơi cũng giống như các ester của chúng làm cho dịch có mùi tạp và nó còn kiềm hãm các loài nấm men chính trong lên men, Kloeskera apiculata nhạy cảm với SO2.
Trong nghề làm rượu vang người ta không mong muốn loại men này phát triển, nếu có thì chỉ cần trong trong giai đoạn đầu tạo được 3-4o cồn.
Qua phân tích hệ vi sinh vật trong quá trình lên men tự nhiên cũng gợi mở cho chúng ta ý thúc được khi dùng nấm men thuần chủng để lên men nước quả không nên dùng một chủng đơn độc mà cần phối hợp với những chủng chịu được cồn cao để lên men tiếp theo. [2]
I.2.3 Trình tự lên men của các giống nấm men trong quá trình lên men vang.
Quá trình lên men rượu vang có thể được tiến hành một cách tự nhiên mà không cần cấy giống hay bằng cách cấy vào dịch nho các nấm men vang chọn lọc. Trong nước nho tươi có những nhóm vi sinh vật khác nhau rơi từ môi trường xung quanh , chủ yếu ờ vỏ quả, thân, cuống và thiết bị. Trong đó nấm men chiếm 9-22%.[2]
Việc lên men dịch nho được thực hiện bởi một hệ vi sinh vật phức tạp, trong đó các chủng nấm men phát triển và chết tùy theo sự thích nghi của chúng đối với môi trường. Tương tác nấm men-nấm men xảy ra trong suốt quá trình sản xuất rượu vang ngay từ khi bắt đầu quá trình lên men cồn. Trong quá trình lên men tự nhiên, sự lên men nước quả được thực hiện bởi sự nối tiếp của những quần thể nấm men khác nhau. Những giai đoạn đầu của quá trình lên men nói chung trội hơn hẳn là loài nấm men đầu nhọn thuộc về giống (genus) Hanseniaspora và cũng bởi những loài nấm men khác như là Candida stellata và Metschinikowia pulcherrima.. Theo dõi quá trình lên men ở nhiều nơi một cách tự nhiên thấy rằng một vài ngày đầu các men dại hình thoi đầu nhỏ hay hình chùy (Kloeskera) chiếm ưu thế (70-80% trong tổng số nấm men). Ít phổ biến hơn là những loài thuộc giống Pichia và Kluyveromyces cũng được tìm thấy. Các nấm men này chết dần khi hàm lượng cồn tăng, chỉ còn lại Saccharomyces cerevisiae có khả năng chịu được hàm lượng cồn cao tiếp tục quá trình lên men cho đến khi kết thúc. Theo nghiên cứu của Xufre và cộng sự Saccharomyces phát triển hơn non-Saccharomyces chỉ sau khi nồng độ ethanol tiến đến khoảng 4-5%(v/v). Sự chuyển biến này rất quan trọng vì các chủng non-Saccharomyces thường tạo ra các hợp chất không mong muốn như rượu bậc cao, acid acetic và acetaldehyde. Bên cạnh đó, chúng cũng được trích dẫn là ảnh hưởng quan trọng đến mùi vị và chất lượng của của rượu vang và những tác động của loài này lên sản phẩm cuối vẫn còn là vấn đề gây tranh cãi. Theo nhiều tác giả thì khi có các loài nấm men non-Saccharomyces phát triển trong rượu vang với một mức độ vừa phải, hương vị của rượu vang sẽ phong phú hơn và được ưa thích nhiều hơn so với rượu vang chỉ được lên men từ giống Saccharomyces. Sự biến mất hay giảm mật độ của giống non-Saccharomyces có thể là do khả năng chịu đựng cồn thấp, hay bị ức chế bởi các chất diệt men (acid béo mạch ngắn và trung bình, glycoprotein,…) hay do hàm lượng oxy và nitrogen còn lại thấp. Các quá trình lên men có kiểm soát thường được thực hiện bằng cách cấy canh trường Saccharomyces cerevisiae thuần khiết, nhờ đó quá trình lên men diễn ra nhanh hơn và có thể tạo ra rượu vang với hương vị đặc trưng. [16,17,18]
I.2.4 Chỉ tiêu chọn lựa nấm men vang
Nấm men được lựa chọn đương nhiên là phải có đặc tính kỹ thuật phù hợp với sản xuất rượu vang. Sự đa dạng của đặc tính không chỉ phụ thuộc vào loại rượu mà còn phụ thuộc vào quan điểm khác nhau của những nhà chuyên môn.
Ngoài vai trò quan trọng của nấm men vang là xúc tác việc chuyển hóa hoàn toàn và có hiệu quả đường thành cồn mà không tạo ra các hương vị không mong muốn thì ngày nay, do yêu cầu ngày càng cao, canh trường Saccharomyces cerevisiae cần có nhiều đặc tính khác, như liệt kê trong bảng 1.1 [15]. Tuy nhiên, để có thể kiểm tra hết tất cả các chỉ tiêu này thì tốn rất nhiều thời gian. Regodon và cộng sự (1997) đã đưa ra một phương pháp đơn giản và hiệu quả để chọn lựa nấm men vang dùng trong sản xuất công nghiệp dựa trên các tính chất công nghệ của nấm men vang. Phương pháp này chỉ bao gồm 2 bước [30]:
Bước thứ nhất là bước chọn lọc sơ bộ dựa trên khả năng chịu đựng đối với SO2, các loài có hại, khả năng phát triển tại nhiệt độ cao và sự tạo bọt thấp.
Bước thứ hai là bước chọn lọc chính thức dựa trên hàm lượng acid dễ bay hơi và ethanol tạo thành cũng như hàm lượng đường sót còn lại trong rượu vang.
Bảng I.1 : Các đặc tính mong muốn của nấm men vang [15]
Thời gian cần thiết để lên men giảm, từ vài tuần thành vài giờ tiết kiệm về thời gian và tiền bạc.
d.Các yếu tố ảnh hưởng:
Dưới áp suất thường, thiết bị lên men liên tục hay bình phản ứng có thể vận hành như sau. Cơ chất được cho vào ở dưới thiết bị phản ứng và CO2, hình thành trong suốt quá trình lên men, được phép tự do thoát ra khỏi đệm chất mang. Tuy nhiên với kỹ thuật này không thể đạt đến trạng thái chảy lý tưởng (khí CO2 luôn làm xáo trộn đệm) và sự hòa tan trở lại của nó gây ức chế ethanol nên năng suất thấp.
Hệ thống chất mang này có thể vận hành dưới điều kiện áp suất để giữ cacbon dioxide ở trạng thái hòa tan. Cột vận hành trong điều kiện dòng chảy xuống, và tiến đến sự chảy lý tưởng.
Aùp suất vận hành nên đủ cao để tránh cacbon dioxide trong cột và tránh sự tạo rãnh có thể xảy ra khi khí CO2 qua cột cố định nấm men. Giá trị điển hình là 14 bar.
Tốc độ dòng chảy cơ chất là một thông số quan trọng bởi vì khả năng sản xuất cồn phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy. Nó ảnh hưởng đến lượng tế bào nấm men còn liên kết với chất mang. Tốc độ dòng chảy cao, lượng tế bào nấm men thoát ra tăng; do đó năng suất sản xuất ethanol có thể phụ thuộc vào lượng tế bào liên kết với hệ thống cố định, không chỉ phụ thuộc vào lượng cơ chất vào. Tốc độ dòng chảy quá cao, năng suất sản xuất ethnol không đầy đủ, không tương xứng. Bằng cách điều chỉnh tốc độ chảy, nồng độ ethanol có thể được điều chỉnh.
Ở tốc độ dòng chảy thấp, lượng tế bào còn liên kết với vật liệu chất mang tương đối ổn định, là do lượng tế bào tăng trưởng và lượng thoát ra khỏi chất mang cân bằng với nhau. Với tốc độ dòng chảy cao hơn thì sự thoát tế bào tăng nhưng số lượng tế bào lại trở về mức bình thường khi tốc độ dòng chảy giảm trở lại. Nhưng tốc độ dòng chảy phải đủ cao để có thể loại khỏi chất mang những tế bào chết tránh hiện tượng tự phân.
III.2 Nhốt trong khung mạng xốp.
III.2.1 Polyvinyl alcohol
Polyvinyl alcohol là chất mang cố định tế bào bằng phương pháp tạo cryogel, đây là một cấu trúc gel polymer mới. Việc nghiên cứu và tạo ra những cấu trúc mới như cryogel góp phần làm kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật đa dạng hơn.
Cryogel được hình thành bằng cách sử dụng các phương pháp làm đông lạnh (như cấp đông, bảo quản ở trạng thái băng trong một thời gian xác định và làm tan giá) những tiền polymer có phân tử lượng thấp hay cao. Dưới điều kiện nhiệt độ rất thấp, mẫu nguyên liệu sẽ biến đổi và hình thành những cấu trúc mới.
Kỹ thuật lạnh đông là một trong những phương pháp hữu dụng nhất được nghiên cứu nhằm khắc phục tính chất kém bền nhiệt và không bền trong dung dịch nước của nhiều loại vật liệu polymer. Trong kỹ thuật lạnh đông, mẫu thí nghiệm được xử lý ở nhiệt độ rất thấp dưới áp suất nhằm tránh sự chuyển pha của nước và sự oxy hoá. Kết quả là mẫu thí nghiệm sẽ cứng lại dưới tác dụng của nhiệt độ thấp và từ đó hình thành một cấu trúc như mong muốn.
Những nhà nghiên cứu đã chứng tỏ rằng nhiều loại cấu trúc gel polymer khác nhau sẽ được tạo ra tương ứng với những quá trình thực hiện trong những chế độ khác nhau của quá trình lạnh đông – rã đông.
a.Chất mang:
Polyvinyl alcohol là một loại polymer thu hút được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu bởi nhiều tính chất đặc trưng của nó, thoả mãn những yêu cầu khi đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dược phẩm, sinh hoá, …
Phân tử polyvinyl alcohol có cấu trúc hoá học tương đối đơn giản với các nhóm hydroxyl (-OH) nằm đối xứng nhau trong phân tử. Những monomer – vinyl alcohol – không tồn tại ở dạng ổn định mà chúng tự sắp xếp lại thành những tautomer của phân tử (acetaldehyde).
Bình thứ nhất là một thiết bị phản ứng khuấy liên tục, và bình thứ hai là thiết bị phản ứng sinh học membrane. Thể tích làm việc của mỗi bình là 500ml. Quá trình lên men liên tục được thực hiện như sau. Trong bình một, quá trình gián đoạn được thực hiện trong 48h, sau đó môi trường mới được cung cấp vào cho bình 1 từ bồn chứa ở một tốc độ nhất định, và dịch lên men được chuyển từ bình 1 vào bình 2. Ở trong bình 2, quá trình lên men liên tục được thực hiện trong 100 giờ với tốc độ pha thêm là 0,3/giờ sử dụng môi trường mới, sau đó dịch lên men của bình một được cung cấp thay vì môi trường mới và một phần dịch lên men trong bình 2 được trở về bình một với bơm nhu động.
c. Hiệu quả của phương pháp cố định:
Khi so sánh với lên men theo mẻ, thiết bị phản ứng sinh học membrane đạt được nồng độ tế bào và năng suất cao hơn rõ rệt. Trong loại thiết bị phản ứng sinh học này thì membrane được đặt vào để chống lại sự tổn thất tế bào nấm men khi dịch lên men được rút khỏi thiết bị phản ứng. công cụ này làm cho khả năng giữ nồng độ tế bào trong phản ứng cao trong khi giảm sự ức chế của sản phẩm bằng cách thay thế sản phẩm bên trong bằng môi trường mới.
Thiết bị phản ứng sinh học membrane một bình:
Sự phát triển của nấm men trong nước nho trong thiết bị phản ứng sinh học membrane một bình: Nồng độ tế bào tăng khi tăng tốc độ pha trong thiết bị phản ứng sinh học membrane, và thậm chí ở nồng độ tế bào rất cao cũng có thể bắt đầu tăng trưởng một lần nữa. Mối quan hệ giữa nồng độ tế bào và tốc độ pha là mối quan hệ tuyến tính. Điều này chỉ ra rằng nồng độ tế bào , có mối quan hệ mật thiết với năng suất, thì được điều chỉnh bởi tốc độ pha. Tính chất này của thiết bị phản ứng sinh học membrane thì có ích trong việc tạo ra nồng độ tế bào mong muốn.
Mối quan hệ giữa lượng môi trường sử dụng và khối lượng tế bào: Trong thiết bị membrane lượng môi trường cần thiết để chứa một nồng độ tế bào nào đó ít hơn so với lên men gián đoạn.
Mối quan hệ giữa lượng đường tiêu thụ và tốc độ pha loãng trong thiết bị phản ứng sinh học membrane: Lượng đường tiêu thụ nói lên hiệu quả của quá trình chuyển hóa thành ethanol, điều này quan trọng trong việc làm giảm lượng đường sót cho sản phẩm rượu vang khô. Tốc độ tiêu thụ đường ở tốc độ pha 0,3/h gấp 3 lần ở tốc độ pha 0,1 /h. Tốc độ tiêu thụ đường ở tốc độ pha 0,2/h gấp 2 lần tốc độ pha ở 0,1/h. Vậy tốc độ tiêu thụ đường được điều chỉnh bằng tốc độ pha.
Với hệ thống thiết bị này khi nồng độ đường giảm xuống gần giá trị 4g/l thì số tế bào nấm men chết tăng. Trong khi sản xuất vang khô yêu cầu nồng độ đường sót là 4g/l hay ít hơn, nước nho thì chứa một nồng độ đường ban đầu lớn (200-240g/l).
Mặc dù thiết bị phản ứng sinh học membrane ngăn cản sự ức chế của sản phẩm một cách hiệu quả, nhưng hiệu quả của nó không đủ để sản xuất rượu vang khô.
Thiết bị phản ứng sinh học membrane hai bình:
Quá trình lên men gián đoạn cần 12 ngày để sản xuất vang khô, lên men với thiết bị phản ứng sinh học membrane 2 bình thì vang khô được sản xuất trong 10 giờ. Vì vậy mà năng suất của hệ thống này gấp 28 lần so với lên men gián đoạn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Mục lục
Lời mở đầu: 1
Chương I:TỔNG QUAN 1
I.1 Nấm men. 1
I.1.1 Đặc điểm hình thái và cấu tạo. 1
I.1.2 Ứng dụng trong công nghiệp. 2
I.1.3 Tác hại của nấm men. 3
I.2 Nấm men rượu vang. 3
I.2.1 Phân loại. 3
I.2.2 Đặc điểm của các loài nấm men rượu vang 4
I.2.3 Trình tự lên men của các giống nấm men trong quá trình lên men vang. 6
I.2.4 Chỉ tiêu chọn lựa nấm men vang 7
I.2.5 Kết hợp các giống nấm men và sử dụng kỹ thuật di truyền trong sản xuất rượu vang 8
Chương II:CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO 10
II.1 Các phương pháp cố định tế bào. 10
II.1.1 Cố định trên bề mặt chất mang rắn. 11
II.1.2 Nhốt trong khung mạng xốp (tạo gel). 11
II.1.3 Keo tụ tế bào (tạo hạt). 12
II.1.4 Nhốt bằng phương pháp cơ học bên trong một màng chắn. 12
II.2 Yêu cầu về chất mang. 13
II.3 Ưu, nhược điểm của tế bào cố định. 13
II.3.1 Ưu điểm của tế bào cố định hơn tế bào tự do 13
II.3.2 Nhược điểm của tế bào cố định 14
Chương III:CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO NẤM MEN RƯỢU VANG 15
III.1 Cố định trên bề mặt chất mang rắn. 15
III.1.1 Nguyên tắc thực hiện: 15
III.1.2 Các chất mang: 15
III.1.2.1 Vỏ nho 15
III.1.2.2 Miếng táo 18
III.1.2.3 Vật liệu cellulose đã loại lignin (DCM) 22
III.1.2.4 Đá kissiris 24
III.1.2.5 DEAE-cellulose 26
III.2 Nhốt trong khung mạng xốp. 30
III.2.1 Polyvinyl alcohol 30
III.2.2 -carrageenan 40
III.2.3 Cố định nấm men trong gel alginate 41
III.2.3.1 Alginate 41
III.2.3.2 Cơ chế tạo gel 42
III.2.3.3 Ưu nhược điểm của việc cố định nấm men trong gel alginate 44
III.2.3.4 Ảnh hưởng của thành phần alginate và các điều kiện tạo gel đến độ bền gel và quá trình lên men 46
III.3 Nhốt bằng phương pháp cơ học bên trong một màng chắn. 48
III.3.1 Màng membrane alginat. 48
III.3.2 Màng vi bao sinh học (biocapsule) 55
III.4 Thiết bị phản ứng membrane 56
Tài liệu tham khảo: 60
Mục lục bảng
Bảng I.1 Các đặc tính mong muốn của nấm men vang [15] 8
Bảng III.1 Kết quả kiểm tra mùi và vị của rượu sản xuất từ tế bào Saccharomyces cerevisiae cố định trên miếng táo trong suốt quá trình lên men liên tục so sánh với rượu thương mại:[19] 21
Bảng III.2. Một số chế phẩm polyvinyl alcohol thương mại 32
Bảng III.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của dung dịch 10% polyvinyl alcohol có phân tử lượng là 115.000: 34
Bảng III.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến độ nhớt của dung dịch polyvinyl alcohol có phân tử lượng là 115.000: 34
Bảng III.5 So sánh phương pháp nhốt trong gel và phương pháp vi bao: 54
Mục lục hình
Hình II.1 Các kỹ thuật cơ bản để cố định tế bào [20] 10
Hình III.1 Hiệu suất sản xuất cồn ở những nhiệt độ lên men khác nhau. 17
Hình III.2 Năng suất riêng của việc sản xuất cồn ở những nhiệt độ khác nhau. 17
Hình III.3 Nấm men cố định trên miếng táo trong quá trình lên men rượu. 20
Hình III.4 Đá kissiris. 25
Hình III.5 Công thức cấu tạo của phân tử polyvinyl alcohol. 30
Hình III.6 Công thức cấu tạo của phân tử polyvinyl acetate. 31
Hình III.7 Mức độ thuỷ phân của phân tử polyvinyl alcohol: (a) thuỷ phân hoàn toàn, (b) thuỷ phân một phần. 32
Hình III.8 Khả năng hoà tan phụ thuộc vào mức độ thuỷ phân và nhiệt độ. 33
Hình III.9 Cấu trúc của alginate: (a) các monomer của alginate, (b) chuỗi alginate, (c) sự phân bố các block [186] 42
Hình III.10 Cơ chế tạo gel của alginate theo phương pháp tạo gel từ bên ngoài 43
Hình III.11 Cơ chế tạo gel của alginate theo phương pháp tạo gel từ bên trong 44
Hình III.12. Phương pháp chuẩn bị bao Alg(PEG) 49
Hình III.13 Hệ thống tạo bao cố định tế bào 50
Hình III.14 Ảnh hưởng của thời gian tạo gel lên sự hình thành bao Alg(PEG). Bao Alg(PEG) được sản xuất bằng cách dùng dung dịch PEG 6000 20% (w/w) chứa 2% CaCl2 (w/w). 51
Hình III.15. Ảnh hưởng của nồng độ CaCl2 lên bán kính và bề dày của lớp gel alginate của bao Alg(PEG). Bao được sản xuất bằng cách dùng dung dịch PEG 6000 30% (w/w) chứa 2% CaCl2 . 51
Hình III.16 Sự thay đổi nồng độ PEG và xanthan gum trong suốt thời gian hoá rắn. 52
Hình III.17 Lượng bao hình cầu theo chiều cao lổ hổng trong reactor 53
Hình III.18 Biocapsule và hình ảnh liên kết của nấm sợi và nấm men. 55
Hình III.19 Biểu đồ hoạt động của hệ thống thiết bị phản ứng sinh học membrane một bình 57
Hình III.20 Biểu đồ hoạt dộng của hệ thống thiết bị phản ứng sinh học membrane 2 bình 58
Lời mở đầu:
Như chúng ta đã biết, nấm men là một loài vi sinh vật có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và sản xuất. Một trong những ứng dụng phổ biến của chúng là trong ngành sản xuất rượu vang, một ngành sản xuất sản phẩm lên men có truyền thống lâu đời.
Theo các tài liệu cổ, rượu vang có xuất xứ từ các nước Ả Rập vào khoảng thế kỷ 18 hay 19 trước Công nguyên và cho đến nay, rượu vang đã trở nên phổ biến khắp nơi trên thế giới. Rượu vang được ưa thích trước hết là do hương vị hết sức đặc trưng mà không loại sản phẩm nào có thể thay thế, sau đó là do nó đem lại cảm giác sảng khoái và sức khỏe cho người uống.
Trong thời kì đầu, rượu vang được tạo ra bằng quá trình lên men tự phát với những loài nấm men có sẵn trong dịch quả. Dần dần, người ta đã biết tiến hành nuôi cấy các chủng nấm men thuần thiết để thúc đẩy quá trình lên men và tăng chất lượng của rượu vang. Loài nấm men đóng vai trò chính trong quá trình lên men cồn sản xuất rượu vang là loài Saccharomyces cerevisiae. Tuy nhiên, việc sử dụng nấm men tự do để lên men gặp phải một số vấn đề như thời gian lên men dài, năng suất lên men thấp, tiêu tốn nhiều năng lượng để tách nấm men ra khỏi rượu vang sau quá trình lên men, … Để giải quyết các vấn đề này, nhiều nghiên cứu về việc sử dụng nấm men cố định trong sản xuất rượu vang đã được thực hiện. Các nghiên cứu này đều cho thấy nấm men cố định có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với nấm men tự do như là tăng tốc độ sử dụng cơ chất, rút ngắn thời gian lên men, ổn định hoạt tính của nấm men, góp phần tăng năng suất lên men, …
Chính vì những lợi ích về kỹ thuật và kinh tế do việc sử dụng nấm men cố định trong sản xuất rượu vang mang lại mà những nghiên cứu về chúng ngày càng được mở rộng và thu hút sự chú ý nhiều hơn. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện việc cố định tế bào bằng nhiều phương pháp khác nhau, sử dụng chất mang như những vật liệu vô cơ, những polisaccarit hữu cơ với mong muốn tìm kiếm cách cố định phù hợp cho quá trình lên men cồn trong sản xuất rượu vang. Cơ sở để đánh giá liệu kỹ thuật này có thể ứng dụng thành công trong sản xuất công nghiệp hay không thì phụ thuộc vào khả năng cải thiện năng suất lên men cồn, cải thiện chất lượng, mùi vị cho sản phẩm. Đồng thời kỹ thuật đó phải đảm bảo sử dụng chất mang phù hợp với thực phẩm, phong phú trong tự nhiên và hiệu quả về kinh tế.
Chương I: TỔNG QUAN
I.1 Nấm men.
I.1.1 Đặc điểm hình thái và cấu tạo.
I.1.1.1 Đặc điểm hình thái: [2]
Tế bào nấm men có nhiều hình dạng khác nhau như là hình cầu, hình ovan hay elip, hình quả chanh, hình trụ, hình chùy hay đôi khi kéo dài ra thành hình sợi. Nấm men có thể thay đổi hình dáng kích thước trong các giai đoạn phát triển và điều kiện môi trường xung quanh. Hình thái của chúng không thay đổi chỉ ở các giống nuôi cấy khi còn trẻ trong các môi trường dinh dưỡng tiêu chuẩn.
So với các vi sinh vật khác (đối với vi khuẩn chẳng hạn) tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn, đường kính khoảng 1 µ, chiều dài 8 µm. Với kích thước này ta có thể ước tính bề mặt tế bào nấm men trong một lít dịch lên men vào khoảng 10 m2 và do vậy cường độ trao đổi chất của tế bào nấm men với môi trường xung quanh là vô cùng to lớn.
I.1.1.2 Cấu tạo tế bào nấm men : [1, 2]
Nấm men là sinh vật đơn bào hiển vi, tế bào cơ bản giống với động thực vật. So sánh tế bào nấm men với vi khuẩn ta thấy có sự tiến hoá nhảy vọt từ nhân sơ đế nhân chuẩn. Cùng với sự tiến hoá về nhân và cơ chế phân chia nhân (nhân có màng, có các thể nhiễm sắc, phân bào có tơ … ) ở cơ thể nhân chuẩn xuất hiện nhiều thể không thấy ở thể nhân sơ như ti thể, lục lạp v.v…
Tế bào nấm men có thành phần và cấu tạo phức tạp. Trong tế bào có các cấu tử – tiểu thể và có thể chia thành: các cơ quan nội bào hay cơ quan tử của tế bào và các chất chứa trong tế bào hay các thể vùi của tế bào.
- Thành tế bào nấm men dày khoảng 25nm ( chiếm 25% khối lượng khô của tế bào). Đa số nấm men có thành tế bào cấu tạo từ glucan và mannan. Một số nấm men có thành tế bào chứa mannan và kitin. Trong thành tế bào còn chứa khoảng 10% protein ( tính theo khối lượng khô), trong số protein này có một phần là các enzim. Trên thành tế bào còn thấy có một lượng nhỏ lipit.
- Dưới lớp thành tế bào là lớp màng tế bào chất có 3 tầng kết cấu khác nhau. Cấu tạo chủ yếu là protein (chiếm 50% khối lượng chất khô), phần còn lại là lipit (40%) và một ít polisaccarit.
- Nhân của tế bào nấm men được bao bọc bởi một màng nhân như ở các sinh vật có nhân thật khác. Màng nhân của nấm men có cấu trúc 2 lớp và có rất nhiều lổ thủng. Nhân của tế bào men rượu Saccharomyces cerevisiae có chứa 17 đôi nhiễm sắc thể. ADN trong tế bào nấm men đơn bội có khối lượng phân tử là 1x1010Da, so với khối lượng phân tử của ADN vi khuẩn Escherichia coli thì lớn hơn 10 lần nhưng so với ADN của người thì nhỏ hơn 100 lần.
I.1.2 Ứng dụng trong công nghiệp.[1, 2]
Rất nhiều loài nấm men đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất: công nghiệp sản xuất bia, rượu, nước giải khát, sinh khối phục vụ chăn nuôi, và cao nấm men, lipit nấm men, các enzim như là amylaza, invertyaza, lactaza, uricaza, poligalacturonaza, sản xuất esgosterol, axit ribonucleic, riboflavin (vitamin B2), các axit amin như lizin, xixtein, metionin.
- Phần lớn nấm men được sử dụng trong công nghiệp thuộc giống Saccharomyces trong lớp nấm túi và vài giống thuộc lớp nấm bất toàn. Giống Endomyces vernalis là một loài nấm men dùng trong thế chiến thứ nhất để tổng hợp chất béo.
- Giống Saccharomyces, quan trọng nhất là loài Saccharomyces cerevisiae, được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm. Một số chủng của nấm men này dùng làm men nở bánh mì, một số khác dùng trong công nghiệp rượu, bia, rượu vang, sản xuất glycerin hay enzim invertaza. Saccharomyces fragilis lên men đường lactoza đóng vai trò quan trọng trong sản xuất sữa và các sản phẩm của sữa. Có lẽ trong tương lai loài người trông cậy vào giống nấm men này để thu nhận cồn tuyệt đối từ những nguyên liệu tái tạo được để thay thế xăng khi dầu mỏ ở trái đất bị cạn kiệt.
- Giống Zygosaccharomyces, một vài tác giả coi giống này là giống phụ của giống Saccharomyces. Zygosaccharomyces nusbarumeri được tìm thấy trong mật. Các loài này tham gia vào lên men rượu vang và đặc biệt lên men đậu tương làm thành một thứ đồ uống đặc biệt.
Các giống Pichia, Hasenula, Debaryomyces … cũng như các giống Mycoderma, Candida … là những nấm men không hình thành màng trên dịch nuôi cấy, phát triển trên bề mặt các dịch ướp chua dưa chuột và các loại rau quả. Chúng oxy hóa các chất hữu cơ làm giảm độ chua và làm tăng pH của dịch ướp. Hasenula và Pechia có thể chịu đựng độ cồn cao và oxy hóa rượu etylic. Debaryomyces có thể chịu được muối cao, đặc biệt ở phomat có muối tới 24% vẫn thấy men này phát triển. Nấm men tạo màng không hay sản sinh ra ít rượu etylic từ đường.
I.1.3 Tác hại của nấm men.[1, 2]
Bên cạnh các nấm men có ích như đã trình bày ở trên cũng có không ít các nấm men có hại, chúng gây ra hiện tượng làm hư hỏng thực phẩm tươi sống hay các thực phẩm chế biến. Có khoảng 13-15 loài nấm men có khả năng gây bệnh cho người và cho động vật chăn nuôi . Đáng chú ý nhất là các loài Candida albicans, Cryptococus neoformans, Trichosporon cutaneum, Trichosporon Capitatum …
Một số loài thuộc giống Zygosaccharomyces có thể phát triển ở dịch đường nồng độ cao và làm hỏng mật siro. Giống Saccharomycodes và Hasenula spora có hình quả chanh cũng như các nấm men giả Kloekera không sinh bào tử có tế bào hình chùy. Những giống men này làm hỏng rượu, đặc biệt là mất mùi rượu vang.
I.2 Nấm men rượu vang.
Sự chuyển hóa trong sản xuất rượu vang là một quá trình hóa sinh phức tạp. Nó liên quan đến tương tác giữa nấm men vi khuẩn và những loài vi sinh vật khác. Trong những loài vi sinh vật này thì nấm men đóng vai trò quan trọng, kiểm soát quá trình lên men cồn trong sản xuất rượu vang. [7]
Trong thời kì đầu sản suất rượu vang, quá trình lên men tự phát là chính với nấm men từ 2 nguồn gốc khác nhau: bề mặt trái nho (từ vườn nho) , bề mặt thiết bị (từ môi trường bên trong nhà máy). Và về sau có thêm một hướng phát triển trong sản xuất rượu vang là dùng nấm men từ quá trình nuôi cấy. Thành phần và chất lượng của rượu vang có liên quan chặt chẽ đến quần thể nấm men. Trong quá trình lên men, bên cạnh các sản phẩm chính là ethanol và CO2, nấm men tạo thành nhiều sản phẩm phụ, ví dụ như glycerin, axit acetic, axit succinic và đặc biệt là các hợp chất hương, góp phần đáng kể vào chất lượng của rượu vang. [16,18]
I.2.1 Phân loại.
Nấm men có thể được phân thành 2 nhóm:
Thứ nhất gọi là non-Saccharomyces (NS – là những loài nấm men không thuộc giống Saccharomyces), thường xuất hiện trên bề mặt của trái nho cùng với nhiều loại vi sinh vật khác. Hầu hết các loài NS không có khả năng tồn tại khi nồng độ cồn cao hơn 6% v/v (chính vì vậy mà các loài NS thường phát triển ở giai đoạn đầu của quá trình lên men cồn). Ngoại trừ Brettanomyces bruxellensis có thể phát triển trong môi trường có nồng độ cồn lên đến 12%, loài này thích nghi tốt hơn những loài NS khác, và nó vượt trội hơn những loài khác nhất là vào cuối quá trình lên men, chúng góp phần chính vào mùi vị của rượu, nhưng sản phẩm phụ của nó, phenol dễ bay hơi, thì là nguyên nhân gây ra hư hỏng rượu. Trước đây, nấm men NS được xem là các vi sinh vật gây hư hỏng. Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng, một số loài nấm men NS có lợi cho chất lượng rượu vang và góp phần rõ ràng vào đặc điểm của sản phẩm cuối, giúp tăng cường hương vị của rượu vang bởi vì khả năng của chúng trong việc sản xuất ra những sản phẩm phụ như là glycerin, ester, aceton…. [31]
Nhóm khác góp phần vào hương vị rượu vang, cũng là nhân tố chính của quá trình lên men cồn là các loài thuộc giống Saccharomyces. Saccharomyces có khả năng chịu đựng sự thay đổi của điều kiện môi trường với nồng độ ethanol và axit hữu cơ tăng và sự cạn kiệt chất dinh dưỡng (Pretorius, 2000). Như vậy, mặc dù có nhiều giống và loài nấm men trong dịch nho, nhưng giống Saccharomyces, mà chủ yếu là loài Saccharomyces cerevisiae mới là loài đảm nhiệm việc thực hiện các quá trình chuyển hóa sinh học quan trọng trong lên men vang. Chính vì thế, Saccharomyces cerevisiae còn được gọi là “nấm men vang”. [31]
I.2.2 Đặc điểm của các loài nấm men rượu vang:[2]
Saccharomyces: có bào tử trong nan thường là 1-4 bào tử, có khi tới 8. Tế bào của chúng có hình dạng khác nhau: hình tròn, ovan, hay elip. Sinh sản bằng lối nảy chồi, sử dụng đường trong quá trình hô hấp và lên men, có trường hợp lên men ở dịch đường 30% và tạo được 18ocồn. Không đồng hóa được muối nitrat.
Giống Sacharomyces có tới 18 loài nhưng chỉ có 7 loài thường gặp trong nước quả.
Các loài nấm men không sinh bào tử thường gặp trong nước quả và khả năng lên men hay tiêu hao đường trong đó, phổ biến là Kloeckera, Torulopsis. Người ta thường gọi chúng là men dại.
Sau đây là một số loài nấm men thường gặp trong quả và có vai trò quan trọng trong nghề làm rượu vang.
o Saccharomyces vini.
Đây là tên hiện nay dùng phổ biến, trước đây người ta gọi là Saccharomyces vini Meyer hay là Saccharomyces ellipsoideus theo Lodder là Saccharomyces cerevisea Hansen.
Nấm men này phổ biến trong quá trình lên men nước quả chiếm đến 80% trong tổng số Saccharomyces có trong nước quả khi lên men. Khả năng kết lắng của nó phụ thuộc vào từng nòi: các tế bào dạng bụi hay dạng bông. Nguồn dinh dưỡng cacbon của loài này là đường, sồn, và axit hữu cơ, những tác nhân sinh trưởng là axit pantotenic, biotin, mezoinit, tiamin, và piridoxin.
Đa số tế bào của loài này hình ovan có kích thước (3 - 8) x (5 -12) µm, sinh sản theo lối nảy chồi và tạo thành bào tử Saccharomyces vini sinh ra enzim invertaza có khả năng khử đường saccaroza thành fructoza và glucoza, vì vậy trong lên men ta có thể bổ sung loại đường này vào dung dịch quả và hàm lượng rượu tạo thành bình thường đối với nhiều nòi của men và chỉ đạt được 8-10 % so với thể tích.
Ở giai đoạn cuối quá trình lên men Saccharomyces vini kết lắng nhanh và làm trong dịch rượu.
Các nòi của giống này có đặc tính riêng về khả năng tạo cồn, chịu sunfit, tổng hợp các cấu tử bay hơi và các sản phẩm thứ cấp tạo ra cho vang mùi vị đặc trưng riêng biệt.
Giai đoạn cuối cùng của quá trình lên men các tế bào Saccharomyces vini thường bị già, không tiếp tục chuyển đường thành cồn và bị chết rất nhanh.
o Saccharomyces uvarum.
Men này được tách từ nước nho, rượu và nước quả phúc bồn tử lên men tự nhiên. Về hình thái nó không khác với các loài khác. Khả năng sinh bào tử khá mạnh trên môi trường thạch – malt. Các nòi của loài này có thể lên men 12-13 o cồn trong dung dịch nước nho. Một vài nòi được dùng trong sản xuất rượu vang.
o Saccharomyces chevalieri.
Theo Lodder là Saccharomyces chevalieri Guiliermond.
Nấm men này được tách từ nước nho lên men tự nhiên, từ vang non được gây men nước dừa hay nước cọ.
Saccharomyces chevalieri thuần chủng lên men nước nho có thể tạo 16ocồn. Nó thường lẫn với Saccharomyces vini.
o Saccharomyces ovifomis.
Theo Lodder là Saccharomyces Beuanes saccado.
Được tách ra từ nước nho tự lên men, nhưng loại nấm men này ít hơn Saccharomyces vini. Giống thuần chủng phát triển tốt trong nước nho và các nước quả khác , có khả năng chịu được đường cao, lên men kiệt đường và tạo thành 18o cồn. Các yếu tố sinh trưởng của loại này giống như Saccharomyces vini và có khả năng chịu được lượng cồn cao. Dùng các nòi thuần chủng của giống này để lên men dịch quả có hàm lượng đường cao để chế vang khô cho kết quả tốt. Có hình dàng giống như Saccharomyces vini và có thể tạo thành 18% rượu trong quà trình lên men, giống này tạo thành màng trên dịch quả. Saccharomyces ovifomis lên men được glucoza, fructoza, manoza, sacaroza, maltoza, và 1/3 rafinoza, không lên men được lactoza, pentoza. Điều káhc nhau cơ bản của Saccharomyces ovifomis với Saccharomyces vini là Saccharomyces ovifomis không lên men được galactoza và men nổi lên mặt dịch lên men tạo thành màng.
Hai giống men rượu vang này (Saccharomyces vini và Saccharomyces ovifomis) có nhiều nòi được dùng trong sản xuất. Nói chung, nhiều nòi men rượu quả có khoảng nhiệt độ thích hợp là 18-25oC , ở 35oC sinh sản của chúng bị ức chế, ở 40oC sinh sản bị nhừng hoàn toàn, ở nhiệt độ thấp hơn 16oC sinh sản và lên men bị kéo dài. Các điều kiện hóa – lý , thành phần và chất lượng dịch quả, cũng như pH môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sống của nấm men.
o Hanseniaspora apiculate- Kloeskera apiculata.
Kích thước tương đối nhỏ có hình ovan, elip, hay hình quả chanh, tế bào có một đầu nhỏ ngưới ta thường gọi là men hình chùy. Sinh sản bằng nảy chồi, rất phổ biến ở vỏ quả và nhiễm vào nước quả chiếm tới 90% tổng số men khi bắt đầu lên men. Nó có thể lên men tạo thành 6-7o cồn, nhưng tạo thành một loạt các axit bay hơi cũng giống như các ester của chúng làm cho dịch có mùi tạp và nó còn kiềm hãm các loài nấm men chính trong lên men, Kloeskera apiculata nhạy cảm với SO2.
Trong nghề làm rượu vang người ta không mong muốn loại men này phát triển, nếu có thì chỉ cần trong trong giai đoạn đầu tạo được 3-4o cồn.
Qua phân tích hệ vi sinh vật trong quá trình lên men tự nhiên cũng gợi mở cho chúng ta ý thúc được khi dùng nấm men thuần chủng để lên men nước quả không nên dùng một chủng đơn độc mà cần phối hợp với những chủng chịu được cồn cao để lên men tiếp theo. [2]
I.2.3 Trình tự lên men của các giống nấm men trong quá trình lên men vang.
Quá trình lên men rượu vang có thể được tiến hành một cách tự nhiên mà không cần cấy giống hay bằng cách cấy vào dịch nho các nấm men vang chọn lọc. Trong nước nho tươi có những nhóm vi sinh vật khác nhau rơi từ môi trường xung quanh , chủ yếu ờ vỏ quả, thân, cuống và thiết bị. Trong đó nấm men chiếm 9-22%.[2]
Việc lên men dịch nho được thực hiện bởi một hệ vi sinh vật phức tạp, trong đó các chủng nấm men phát triển và chết tùy theo sự thích nghi của chúng đối với môi trường. Tương tác nấm men-nấm men xảy ra trong suốt quá trình sản xuất rượu vang ngay từ khi bắt đầu quá trình lên men cồn. Trong quá trình lên men tự nhiên, sự lên men nước quả được thực hiện bởi sự nối tiếp của những quần thể nấm men khác nhau. Những giai đoạn đầu của quá trình lên men nói chung trội hơn hẳn là loài nấm men đầu nhọn thuộc về giống (genus) Hanseniaspora và cũng bởi những loài nấm men khác như là Candida stellata và Metschinikowia pulcherrima.. Theo dõi quá trình lên men ở nhiều nơi một cách tự nhiên thấy rằng một vài ngày đầu các men dại hình thoi đầu nhỏ hay hình chùy (Kloeskera) chiếm ưu thế (70-80% trong tổng số nấm men). Ít phổ biến hơn là những loài thuộc giống Pichia và Kluyveromyces cũng được tìm thấy. Các nấm men này chết dần khi hàm lượng cồn tăng, chỉ còn lại Saccharomyces cerevisiae có khả năng chịu được hàm lượng cồn cao tiếp tục quá trình lên men cho đến khi kết thúc. Theo nghiên cứu của Xufre và cộng sự Saccharomyces phát triển hơn non-Saccharomyces chỉ sau khi nồng độ ethanol tiến đến khoảng 4-5%(v/v). Sự chuyển biến này rất quan trọng vì các chủng non-Saccharomyces thường tạo ra các hợp chất không mong muốn như rượu bậc cao, acid acetic và acetaldehyde. Bên cạnh đó, chúng cũng được trích dẫn là ảnh hưởng quan trọng đến mùi vị và chất lượng của của rượu vang và những tác động của loài này lên sản phẩm cuối vẫn còn là vấn đề gây tranh cãi. Theo nhiều tác giả thì khi có các loài nấm men non-Saccharomyces phát triển trong rượu vang với một mức độ vừa phải, hương vị của rượu vang sẽ phong phú hơn và được ưa thích nhiều hơn so với rượu vang chỉ được lên men từ giống Saccharomyces. Sự biến mất hay giảm mật độ của giống non-Saccharomyces có thể là do khả năng chịu đựng cồn thấp, hay bị ức chế bởi các chất diệt men (acid béo mạch ngắn và trung bình, glycoprotein,…) hay do hàm lượng oxy và nitrogen còn lại thấp. Các quá trình lên men có kiểm soát thường được thực hiện bằng cách cấy canh trường Saccharomyces cerevisiae thuần khiết, nhờ đó quá trình lên men diễn ra nhanh hơn và có thể tạo ra rượu vang với hương vị đặc trưng. [16,17,18]
I.2.4 Chỉ tiêu chọn lựa nấm men vang
Nấm men được lựa chọn đương nhiên là phải có đặc tính kỹ thuật phù hợp với sản xuất rượu vang. Sự đa dạng của đặc tính không chỉ phụ thuộc vào loại rượu mà còn phụ thuộc vào quan điểm khác nhau của những nhà chuyên môn.
Ngoài vai trò quan trọng của nấm men vang là xúc tác việc chuyển hóa hoàn toàn và có hiệu quả đường thành cồn mà không tạo ra các hương vị không mong muốn thì ngày nay, do yêu cầu ngày càng cao, canh trường Saccharomyces cerevisiae cần có nhiều đặc tính khác, như liệt kê trong bảng 1.1 [15]. Tuy nhiên, để có thể kiểm tra hết tất cả các chỉ tiêu này thì tốn rất nhiều thời gian. Regodon và cộng sự (1997) đã đưa ra một phương pháp đơn giản và hiệu quả để chọn lựa nấm men vang dùng trong sản xuất công nghiệp dựa trên các tính chất công nghệ của nấm men vang. Phương pháp này chỉ bao gồm 2 bước [30]:
Bước thứ nhất là bước chọn lọc sơ bộ dựa trên khả năng chịu đựng đối với SO2, các loài có hại, khả năng phát triển tại nhiệt độ cao và sự tạo bọt thấp.
Bước thứ hai là bước chọn lọc chính thức dựa trên hàm lượng acid dễ bay hơi và ethanol tạo thành cũng như hàm lượng đường sót còn lại trong rượu vang.
Bảng I.1 : Các đặc tính mong muốn của nấm men vang [15]
Thời gian cần thiết để lên men giảm, từ vài tuần thành vài giờ tiết kiệm về thời gian và tiền bạc.
d.Các yếu tố ảnh hưởng:
Dưới áp suất thường, thiết bị lên men liên tục hay bình phản ứng có thể vận hành như sau. Cơ chất được cho vào ở dưới thiết bị phản ứng và CO2, hình thành trong suốt quá trình lên men, được phép tự do thoát ra khỏi đệm chất mang. Tuy nhiên với kỹ thuật này không thể đạt đến trạng thái chảy lý tưởng (khí CO2 luôn làm xáo trộn đệm) và sự hòa tan trở lại của nó gây ức chế ethanol nên năng suất thấp.
Hệ thống chất mang này có thể vận hành dưới điều kiện áp suất để giữ cacbon dioxide ở trạng thái hòa tan. Cột vận hành trong điều kiện dòng chảy xuống, và tiến đến sự chảy lý tưởng.
Aùp suất vận hành nên đủ cao để tránh cacbon dioxide trong cột và tránh sự tạo rãnh có thể xảy ra khi khí CO2 qua cột cố định nấm men. Giá trị điển hình là 14 bar.
Tốc độ dòng chảy cơ chất là một thông số quan trọng bởi vì khả năng sản xuất cồn phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy. Nó ảnh hưởng đến lượng tế bào nấm men còn liên kết với chất mang. Tốc độ dòng chảy cao, lượng tế bào nấm men thoát ra tăng; do đó năng suất sản xuất ethanol có thể phụ thuộc vào lượng tế bào liên kết với hệ thống cố định, không chỉ phụ thuộc vào lượng cơ chất vào. Tốc độ dòng chảy quá cao, năng suất sản xuất ethnol không đầy đủ, không tương xứng. Bằng cách điều chỉnh tốc độ chảy, nồng độ ethanol có thể được điều chỉnh.
Ở tốc độ dòng chảy thấp, lượng tế bào còn liên kết với vật liệu chất mang tương đối ổn định, là do lượng tế bào tăng trưởng và lượng thoát ra khỏi chất mang cân bằng với nhau. Với tốc độ dòng chảy cao hơn thì sự thoát tế bào tăng nhưng số lượng tế bào lại trở về mức bình thường khi tốc độ dòng chảy giảm trở lại. Nhưng tốc độ dòng chảy phải đủ cao để có thể loại khỏi chất mang những tế bào chết tránh hiện tượng tự phân.
III.2 Nhốt trong khung mạng xốp.
III.2.1 Polyvinyl alcohol
Polyvinyl alcohol là chất mang cố định tế bào bằng phương pháp tạo cryogel, đây là một cấu trúc gel polymer mới. Việc nghiên cứu và tạo ra những cấu trúc mới như cryogel góp phần làm kỹ thuật cố định tế bào vi sinh vật đa dạng hơn.
Cryogel được hình thành bằng cách sử dụng các phương pháp làm đông lạnh (như cấp đông, bảo quản ở trạng thái băng trong một thời gian xác định và làm tan giá) những tiền polymer có phân tử lượng thấp hay cao. Dưới điều kiện nhiệt độ rất thấp, mẫu nguyên liệu sẽ biến đổi và hình thành những cấu trúc mới.
Kỹ thuật lạnh đông là một trong những phương pháp hữu dụng nhất được nghiên cứu nhằm khắc phục tính chất kém bền nhiệt và không bền trong dung dịch nước của nhiều loại vật liệu polymer. Trong kỹ thuật lạnh đông, mẫu thí nghiệm được xử lý ở nhiệt độ rất thấp dưới áp suất nhằm tránh sự chuyển pha của nước và sự oxy hoá. Kết quả là mẫu thí nghiệm sẽ cứng lại dưới tác dụng của nhiệt độ thấp và từ đó hình thành một cấu trúc như mong muốn.
Những nhà nghiên cứu đã chứng tỏ rằng nhiều loại cấu trúc gel polymer khác nhau sẽ được tạo ra tương ứng với những quá trình thực hiện trong những chế độ khác nhau của quá trình lạnh đông – rã đông.
a.Chất mang:
Polyvinyl alcohol là một loại polymer thu hút được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu bởi nhiều tính chất đặc trưng của nó, thoả mãn những yêu cầu khi đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dược phẩm, sinh hoá, …
Phân tử polyvinyl alcohol có cấu trúc hoá học tương đối đơn giản với các nhóm hydroxyl (-OH) nằm đối xứng nhau trong phân tử. Những monomer – vinyl alcohol – không tồn tại ở dạng ổn định mà chúng tự sắp xếp lại thành những tautomer của phân tử (acetaldehyde).
Bình thứ nhất là một thiết bị phản ứng khuấy liên tục, và bình thứ hai là thiết bị phản ứng sinh học membrane. Thể tích làm việc của mỗi bình là 500ml. Quá trình lên men liên tục được thực hiện như sau. Trong bình một, quá trình gián đoạn được thực hiện trong 48h, sau đó môi trường mới được cung cấp vào cho bình 1 từ bồn chứa ở một tốc độ nhất định, và dịch lên men được chuyển từ bình 1 vào bình 2. Ở trong bình 2, quá trình lên men liên tục được thực hiện trong 100 giờ với tốc độ pha thêm là 0,3/giờ sử dụng môi trường mới, sau đó dịch lên men của bình một được cung cấp thay vì môi trường mới và một phần dịch lên men trong bình 2 được trở về bình một với bơm nhu động.
c. Hiệu quả của phương pháp cố định:
Khi so sánh với lên men theo mẻ, thiết bị phản ứng sinh học membrane đạt được nồng độ tế bào và năng suất cao hơn rõ rệt. Trong loại thiết bị phản ứng sinh học này thì membrane được đặt vào để chống lại sự tổn thất tế bào nấm men khi dịch lên men được rút khỏi thiết bị phản ứng. công cụ này làm cho khả năng giữ nồng độ tế bào trong phản ứng cao trong khi giảm sự ức chế của sản phẩm bằng cách thay thế sản phẩm bên trong bằng môi trường mới.
Thiết bị phản ứng sinh học membrane một bình:
Sự phát triển của nấm men trong nước nho trong thiết bị phản ứng sinh học membrane một bình: Nồng độ tế bào tăng khi tăng tốc độ pha trong thiết bị phản ứng sinh học membrane, và thậm chí ở nồng độ tế bào rất cao cũng có thể bắt đầu tăng trưởng một lần nữa. Mối quan hệ giữa nồng độ tế bào và tốc độ pha là mối quan hệ tuyến tính. Điều này chỉ ra rằng nồng độ tế bào , có mối quan hệ mật thiết với năng suất, thì được điều chỉnh bởi tốc độ pha. Tính chất này của thiết bị phản ứng sinh học membrane thì có ích trong việc tạo ra nồng độ tế bào mong muốn.
Mối quan hệ giữa lượng môi trường sử dụng và khối lượng tế bào: Trong thiết bị membrane lượng môi trường cần thiết để chứa một nồng độ tế bào nào đó ít hơn so với lên men gián đoạn.
Mối quan hệ giữa lượng đường tiêu thụ và tốc độ pha loãng trong thiết bị phản ứng sinh học membrane: Lượng đường tiêu thụ nói lên hiệu quả của quá trình chuyển hóa thành ethanol, điều này quan trọng trong việc làm giảm lượng đường sót cho sản phẩm rượu vang khô. Tốc độ tiêu thụ đường ở tốc độ pha 0,3/h gấp 3 lần ở tốc độ pha 0,1 /h. Tốc độ tiêu thụ đường ở tốc độ pha 0,2/h gấp 2 lần tốc độ pha ở 0,1/h. Vậy tốc độ tiêu thụ đường được điều chỉnh bằng tốc độ pha.
Với hệ thống thiết bị này khi nồng độ đường giảm xuống gần giá trị 4g/l thì số tế bào nấm men chết tăng. Trong khi sản xuất vang khô yêu cầu nồng độ đường sót là 4g/l hay ít hơn, nước nho thì chứa một nồng độ đường ban đầu lớn (200-240g/l).
Mặc dù thiết bị phản ứng sinh học membrane ngăn cản sự ức chế của sản phẩm một cách hiệu quả, nhưng hiệu quả của nó không đủ để sản xuất rượu vang khô.
Thiết bị phản ứng sinh học membrane hai bình:
Quá trình lên men gián đoạn cần 12 ngày để sản xuất vang khô, lên men với thiết bị phản ứng sinh học membrane 2 bình thì vang khô được sản xuất trong 10 giờ. Vì vậy mà năng suất của hệ thống này gấp 28 lần so với lên men gián đoạn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: