Quá trình lên men hiếu khí

BÀI THUYẾT TRÌNH
4. Lê Thị Kim Anh
5. Hoàng Thị Hiên
6. Nguyễn Thị Nhung
Huỳnh Thị Kim Trinh
Trần Thị Bích Nghĩa
Đặng Thị Khánh Hòa
LÊN MEN HIẾU KHÍ
 Lên men acetic
 Lên men citric
 Phân hủy chất béo và acid béo
 Phân hủy pectin và cellulose
LÊN MEN HIẾU KHÍ
 Lên men acetic
 Lên men citric
 Phân hủy chất béo và acid béo
 Phân hủy pectin và cellulose
Lên men hiếu khí: do vi sinh vật hiếu khí gây ra và có sự tham gia của oxy.
Lên men acetic
Cơ chế lên men acetic:
- Bản chất của quá trình là sự oxy hóa không hoàn toàn rượu etylic thành acid acetic do vi sinh vật.
Phương trình oxy hóa rượu thành acid acetic:
CH3CH2OH + O2 
CH3CHO + H2O
CH3COOH + H2O + Q
CH3CHO + H2O 
CH3CH(OH)2
CH3CH(OH)2 + O2 
CH3COOH + H2O + Q
CH3CH2OH + O2  CH3COOH + H2O + Q
Quá trình oxy hóa rượu thành acid acetic trong tế bào
Vi khuẩn acetic còn có khả năng oxy hóa một số rượu khác thành acid tương ứng
Propylic  Acid propinic
Lactic acid  Acetoin
Glycerin  Dioxyaxeton
D- Manit  D- Fructose
D- Glucose  Acid gluconic  D-5-ketogluconic
…
Lên men acetic
Tác nhân vi sinh vật:
- Vi khuẩn Acetobacter là tác nhân chính của quá trình lên men acetic.
Hệ VSV: giống Acetobacter, chúng có những đặc điểm chung sau:
Là những trực khuẩn gram âm, không sinh bào tử, hô hấp hiếu khí bắt buộc, xếp đôi hay tạo thành từng chuỗi, thường tạo thành lớp màng trên bề mặt, có loài có khả năng chuyển động và có loài không
Có nhiều trong rau quả.
Nguồn dinh dưỡng carbon: oxy hóa rượu etylic hay các rượu khác thành acid tương ứng, có khả năng sử dụng glucose.
Nguồn dinh dưỡng nito: sử dụng muối amôn hay peptone
Nhiệt độ thích hợp 20-35ºC
Có hai ngưỡng pH: pH thích hợp cho sự phát triển tăng sinh khối từ 5,4-6.8, pH thích ứng cho sự lên men từ 3,5-4.5.
A. xylinum
A. aceti
Acetobacter suboxydans
Acetobacter pasteurianum
Lên men acetic
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:
Nồng độ acid: Trong quá trình lên men acetic, nồng độ acid ảnh hưởng rất quan trọng đến sự lên men. Nếu nồng độ acid acetic đạt hơn 8% sẽ ức chế hoạt động của vi khuẩn và nếu nồng độ acid acetic đạt từ 12-14% sẽ ức chế hoàn toàn vi khuẩn.
Lên men acetic
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:
Nồng độ rượu: nồng độ rượu trong môi trường lên men là 6-7% thể tích hoặc 9-14% đối với các loại vi khuẩn khác.
Nếu trong môi trường không có rượu thì vi khuẩn tiếp tục oxy hóa acid acetic thành CO2 và H2O để thu nhận năng lượng dùng trong sự sống.
CH3COOH + 2O2  2CO2 + 2H2O
Trong sản xuất người ta thường giữ lại độ rượu trong môi trường là 0,3÷ 0,5%.
Lên men acetic
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:
Vi khuẩn Acetobacter thuộc nhóm ưa ấm, nhiệt độ thích hợp đối với chúng là từ
25-32oC.
Tùy theo từng loài mà nhiệt độ tối ưu cho quá trình oxy hóa sẽ thay đổi. Nhưng trong sản xuất người ta dùng những loài vi khuẩn có nhiệt độ thích ứng cho quá trình oxy hóa rượu thành acid acetic từ 30÷35oC
Nhiệt độ:
Lên men acetic
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:
Oxy: Oxy là 1 yếu tố quan trọng và là nhân tố điều chỉnh quá trình lên men. Theo cơ chế của quá trình oxy hóa, lượng không khí cung cấp cho quá trình lên men là tương đối lớn. Cần cung cấp lượng vừa đủ để tránh trường hợp oxy hóa acid acetic thành CO2 và H2O nếu thừa oxy hoặc không oxy hóa hết rượu thành acid acetic nếu thiếu oxy.
Lên men acetic
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:
Môi trường dinh dưỡng:
Nếu chỉ có rượu thì vi khuẩn acetic không thể sống được nên cần bổ sung muối vô cơ, glucid và hợp chất nito dễ hấp thu.
Để quá trình oxy xảy ra nhanh, trong dịch lên men ngoài acid acetic, rượu etylic, dung dịch lên men cần bổ sung một số khoáng (NH4)2SO4, (NH4)3PO4, MgSO4, CaHPO4, FeCl3,…. tùy theo nhu cầu cụ thể từng loài.
Quá trình lên men acetic được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất giấm. Ngoài phương pháp thủ công truyền thống (phương pháp lên men chậm) thì trong công nghiệp hiện nay phương pháp lên men nhanh được ứng dụng rất phổ biến.
Lên men citric
 Cơ chế lên men:
Trong quá trình này glucose được chuyển hóa thành acid pyruvic theo con đường đường phân, sau đó acid pyruvic tiếp tục chuyển hóa thành acid citric.
Phương trình hóa học:
2C6H12O6 + 3O2  2C6H8O7 + 4H2O
 Tác nhân vi sinh vật:
Acid citric chủ yếu được tổng hợp nhờ loài nấm sợi. Các loài nấm sợi có khả năng này: Penicillium lutcum, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus batatac,…
Aspergillus niger :là một loại nấm sợi và là một trong những loài phổ biến nhất của chi Aspergillus. Có nhiều công dụng trong công nghệ sinh học, nhiệt độ tối ưu khoảng 35- 37oC, pH từ 1,4 đến 9
Có khả năng tạo acid rất mạnh
Có khả năng chịu được môi trường acid khi lượng acid tăng cao
Ít tạo ra những acid hữu cơ khác như acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric
 Điều kiện cần thiết cho quá trình lên men
Môi trường dinh dưỡng
pH môi trường
Nồng độ đường
Sự thoáng khí
Nhiệt độ
Để nuôi cấy A. niger sử dụng môi trường có thành phần saccarose 140g/l, NH4NO3 2.23g/l, K2HPO4 1g/l, MgSO4.7H2O 2.23 g/l.
Môi trường thường dùng để lên men: 1000ml nước + 150g đường + 2g NH4NO3 ( hoặc NH4Cl)
 Điều kiện cần thiết cho quá trình lên men
pH môi trường
+ Để nấm mốc phát triển tốt, giữ pH = 6
+ Để lên men tốt, giữ pH =3,4 - 3,5
+ Để điều chỉnh pH thường dùng HCl
 Điều kiện cần thiết cho quá trình lên men
Nồng độ đường
Nồng độ acid citric cao nhất đạt được nếu phát triển ở môi trường có nồng độ đường cao (15 – 20%)
 Điều kiện cần thiết cho quá trình lên men
Sự thoáng khí
Tất cả mixen của nấm mốc là loại hiếu khí điển hình, rất cần oxy tự do, vì vậy cần phải cung cấp không khí cho quá trình lên men bằng cách thông thoáng khí môi trường.
 Điều kiện cần thiết cho quá trình lên men
Nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp khoảng 31 – 37oC . Sinh khối nấm mốc phát triển mạnh ở 34 – 37oC . Để tạo ra nhiều acid citric cần duy trì nhiệt độ 31 – 32oC.
Ứng dụng sản xuất acid citric
Trong quá trình sản xuất acid citric người ta sử dụng nấm mốc Aspergillums niger
Phương pháp lên men trên bề mặt
Phương pháp lên men chìm
 Lên men thay thế
 Lên men không thay thế
Phân hủy chất béo và acid béo
Cơ chế
Chất béo là hỗn hợp các este của glycerin và các acid béo bậc cao.
Dưới tác động của vi sinh vật bắt đầu là sự thủy phân chất béo thành glycerin và acid béo tự do.Quá trình này xảy ra dưới tác dụng xúc tác của enzyme lipase.
Một khi đã được chuyển vào trong ti thể,axít béo trải qua nhiều chu trình trình ôxi hóa β cho đến khi mạch cacbon của axít phân rã hoàn toàn. Mỗi chu trình như vậy giải phóng một acetyl CoA chứa 2 nguyên tử cacbon và trải qua 4 bước như sau:
Phân hủy chất béo và acid béo
Một số vi sinh vật, ngoài enzyme lipase còn enzyme oxy hóa lipoxygenase – xúc tác quá trình peoxit của acid béo được tạo thành. Các peoxit này dễ dàng bị oxy hóa tiếp theo để tạo thành những sản phẩm trung gian – oxy acid, andehyte, xeton,… làm cho chất béo có những mùi vị khó chịu.
Phân hủy chất béo và acid béo
Vi sinh vật phân hủy chất béo và acid béo
Vi sinh vật phân hủy chất béo và acid béo mạnh mẽ nhất là Pseudomonas fluorescens là các trực khuẩn nhỏ, không sinh bào tử có tạo sắc tố màu xanh nhạt.
- Ngoài ra các vi khuẩn : Micrococcus, Chromobacterium, Prodigioscens ; nhiều loài nấm, xạ khuẩn và một số nấm men còn có. Trong số nấm có hoạt tính này ta thấy đáng chú ý là Oidium lactis, Clasdosporium hebarium, nhiều loài thuộc Aspergilus và Penicillium.
Nấm Clasdosporium
Penicillum
Vi khuẩn Chromobacterium Bacteria
Phân hủy chất béo và acid béo
Ứng dụng
-Phân hủy chất béo do vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên (ở đất và nước) xảy ra thường xuyên và có ý nghĩa rất lớn trong vòng tuần hoàn vật chất nói chung
-Sử dụng chế phẩm sinh học để xử lý ô nhiễm dầu tràn
-Làm bột giặt sinh học để tẩy các vết bẩn dầu mỡ trên quân áo…
Phân hủy pectin và cellulose
Phân hủy pectin
Pectin là một trong những thành phần khó thủy phân ở thực vật, là 1 polymer của acid polygalacturonic và ester methyl của chúng
Có bản chất là 1 glucid
Pectin chứa nhiều trong các loại quả trái cây: táo, mận, cam, chanh, cà rốt, lê...
Trong thực vật, pectin tồn tại dưới 2 dạng
Protopectin không tan: tồn tại chủ yếu ở thành tế bào
Dạng pectin hòa tan : tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào
Pectin tồn tại với hàm lượng khác nhau với các chủng loại khác nhau
Phân hủy pectin
Cơ chế
Phân hủy các chất pectin của cây gai:
C46H68O40 + 10H2O = 4CHO(CHOH)4COOH + C5H10O5 + C5H10O5 + C6H12O6 + 2CH3COOH + 2CH3OH
Acid galacturinic
acid pectinic
xylose
arabinose
galactose
Acid Axetic
metanol
Phân hủy pectin
Tác nhân vi sinh vật
Các vi khuẩn yếm khí:
Clostridium bao gồm vi khuẩn gram dương thuộc ngành Firmicutes. Đa số là các loài kị khí bắt buộc chỉ có 1 ít ( như Cl.pectinovorum,Cl.histolycium....) là kị khí không bắt buộc.
Một số loài vi khuẩn yếm khi: Clostridium pectinovorum , Clostridium felsinerum
Các vi khuẩn hiếu khí : Bascillus subtilis, Bacillus mesentericus, Bacillus macarans, Bacillus polyxima.
Các nấm mốc : Mucor, Fusaium, Botrytis
Phân hủy pectin
Ứng dụng rộng rãi trong quá trình kĩ nghệ sản xuất sợ đay, gai,dệt vải, làm bao tải,....
Ứng dụng trong công nghệ chế biến đồ hộp, sản xuât nước trái cây.....
Ứng dụng để sản xuất axetol và butanol
Ứng dụng
Phân hủy cellulose
Là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm 50% tổng số hydratcarbon trên trái đất. Trong vách tế bào thực vật, celluse tồn tại trong mối liên kết chặt chẽ với các polisaccharit, hemicellulose, pectin, ligin tạo thành liên kết bền vững.
Phân hủy cellulose
Phân hủy cellulose yếm khí
Phân hủy cellulose hiếu khí
Vi sinh vật phân giải yếm khí cellulose có nhiều trong rau quả, đất và phân trâu bò,..
 Bacillus cellulose hydrogenicus
 Bacillus cellulose methanicus
Phân hủy cellulose
Phân hủy hiếu khí
Những nấm khác nhau, một số vi khuẩn và xạ khuẩn có khả năng này (Arzotobacter,  Polyangium, Cellulomonas )
Vi khuẩn nhầy Myxococus Hutchinonii có khả năng phân giải mạnh mẽ
Phân hủy cellulose
Tạo dinh dưỡng cho cây trồng
Sản xuất chế phẩm sinh học
Giảm thiểu cholesterol trong máu
Ứng dụng
Cảm ơn Cô và các bạn đã lắng nghe!
Nhóm 3 - Lớp Công Nghệ Sau Thu Hoạch K13