Công nghệ Sản xuất sinh khối nấm men bánh mì

Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 1 LỜI MỞ ĐẦU Nếu như ở Châu Á chủ yếu sử dụng gạo, thì ở Châu Âu con người lại dùng lúa mì làm lương thực chính. Từ lúa mì, người Châu Âu sản xuất ra bánh mì, một sản phẩm truyền thống nổi tiếng bên cạnh bia, phomat,…Do vai trò quan trọng của bánh mì đối với loài người nên quy trình sản xuất bánh mì rất được quan tâm và không ngừng được con người cải tiến. Tuy không hiểu rõ nguyên nhân nhưng con người đã biết cách tạo ra những bánh men bổ sung vào quy trình sản xuất bánh mì. Đến đầu thế XIX, nấm men bia, nấm men thải từ nhà máy rượu bia đã được con người sử dụng để làm bánh mì. Cuối thế kỷ XIX, nhiều cải tiến kỹ thuật như hệ thống thông khí ( nước Anh ), kỹ thuật ly tâm để tách men ra khỏi môi trường tăng trưởng (Mỹ) đã được dùng để sản xuất men bánh mì. Con người chỉ làm theo thói quen, không lý giải được tại sao làm như vậy thì chất lượng bánh mì sẽ tốt hơn. Sau đại chiến thứ I và thứ II, việc sản xuất nấm men Sacharomyces và Candida phát triển mạnh. Ngày nay, với sự hiểu biết về vi sinh vật học, con người đã phần nào giải thích được những quá trình xảy ra trong quy trình sản xuất bánh mì. Từ đó cho thấy được tầm quan trọng của việc sản xuất bánh men có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Ở bài tiểu luận này, nhóm em chỉ tập trung tìm hiểu loại nấm men dùng trong sản xuất bánh mì bằng vốn kiến thức ít ỏi và các nguồn tài liệu đáng tin cậy khác. Trong quá trình tìm hiểu không tránh khỏi những sai sót về nội dung cũng như cách trình bày. Vì vậy, nhóm em rất chân thành cảm ơn về sự đóng góp ý kiến của Thầy cùng các bạn. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 2 NỘI DUNG Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về sinh khối nấm men trong sản xuất bánh mì. 1.1.1 Tên gọi. [1] Saccharomyces là một chi nấm men được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm như làm bánh mì, sản xuất cồn. Saccharomyces có nghĩa là nấm đường và là loại vi sinh vật duy nhất đuợc sản xuất với quy mô rất lớn trên thế giới. 1.1.2 Vài nét lịch sử về nấm men trong sản xuất bánh mì. [1] Nấm men sử dụng trong sản xuất bánh mì là nấm men Saccharomyces cerevisiae. Loài người sử dụng nấm men để làm nở bánh mì từ trước khi biết được hình thái, cấu tạo và đặc tính sinh lý, sinh hóa của chúng. Lúc đầu, người Châu Âu để bột mì lên men tự nhiên và làm bánh. Người ta thấy nếu để bột mì lên men tự nhiên thì khối lượng bột sẽ nhiều hơn và khi nướng bánh sẽ có mùi thơm và vị chua hấp dẫn, nhưng người ta không biết tại sao lại thế. Sau đó, vào thế kỷ 17 người Châu Âu không cho bột mì lên men tự nhiên nữa mà sử dụng nấm men bia để nhào bột. Kết quả của việc làm này là khối bột nở đều hơn, bánh thơm hơn, đặc biệt là không chua như cho ủ tự nhiên. Năm 1850 bắt đầu giai đoạn rất quan trọng trong sự phát triển của công nghệ sản xuất nấm men bánh mì. Người Châu Âu đã biết sản xuẩt sinh khối nấm men bánh mì dạng nhão (dạng paste). Lúc đầu họ lấy cặn nấm men từ quá trình sản xuất rượu, chuyển cặn nấm men này sang thùng đựng nấm men, rửa sạch nấm men bằng nước lạnh và đưa vào máy ép vít. Năm 1878, L. Pasteur nghiên cứu ảnh hưởng của oxy đến sự phát triển của nấm men. Kết quả cho thấy khi có mặt oxy hiệu suất thu nhận nấm men rất cao. Khó khăn nhất trong việc cung cấp oxy cho quá trình lên men ở giai đoạn này là người Châu Âu sử dụng môi trường nhão, do đó oxy rất khó phân tán đều vào khối nhão này. Năm 1886, người Châu Âu bắt đầu thay đổi môi trường. Người ta không dùng môi trường nhão nữa mà sử dụng dung dịch nước đường. Bột lúa mì hay đại mạch được thủy phân thành đường, sau đó người ta dùng nước đường này để sản Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 3 xuất nấm men. Năm 1900, người ta sử dụng máy ly tâm tốc độ cao để tách nước ra khỏi nấm men và phương pháp nuối cấy nấm men được hoàn thiện dần. Sau đó, người ta thay bột thủy phân bằng mật rỉ hoặc phế liệu nhà máy đường, nhà máy bánh kẹo. Lượng đường dùng để lên men cũng giảm dần, lưu lượng khí được tăng lên để tăng khả năng hô hấp của nấm men. Năm 1916, xuất hiện nhà máy đầu tiên thực hiện những cải tiến này. Năm 1940 nhà máy men bánh mì lớn nhất Châu Âu với công suất 16500 tấn / năm được xây dựng ở Moscow. Từ đó đến nay, hầu như nước Châu Âu nào cũng có hàng chục nhà máy lớn, nhỏ sản xuất nấm men bánh mì. 1.1.3 Đặc điểm hình thái và kích thước. [2] Nấm men saccharomyces có hình bầu dục, gần tròn, kích thước khoảng 6 - 8 µm x 5 - 6 µm. Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ, từ 5-14 mircomet. Saccharomyces là loại nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, gồm có nấm men chìm và nấm men nổi: Nấm men chìm (lager): hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi. Hình dạng chủ yếu là hình cầu. Nấm men nổi (ale): tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi tế bào nấm men. Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan với kích thước 7-10 micromet. Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm: là khả năng lên men các loại đường trisaccharide, ví dụ raffinose. Trong nấm men chìm có enzyme có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinose, trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường saccharose. Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm. Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 4 1.1.4 Thành phần cấu tạo.[2] Nấm men Saccharomyces thuộc họ Saccharomycetaceae, ngành Ascomycota và thuộc giới nấm. Nấm men Saccharomyces gồm những thành phần chủ yếu sau: - Vách tế bào - Màng tế bào chất: nằm sát vách tế bào, có cấu tạo chủ yếu là lipoprotein, giữ vai trò điều hòa vận chuyển các chất dinh dưỡng cho tế bào. - Tế bào chất: gồm có mạng lưới nội chất là vị trí của nhiều hệ thống enzyme khác nhau, đảm bảo sự vận chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nhau như bộ máy golgi, lysosom, không bào, (chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc lạ có thể có hại cho tế bào). Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất. Trong tế bào chất có nhân chứa thông tin di truyền cho tế bào và các thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào. Nhân nấm men có phần trên là trung thể (centrosome) và centrochrometin và phần đáy của nhân có thêm không bào (vacuole), bên trong chứa 6 cặp nhiễm sắc thể (NST) và bên ngoài màng nhân có nhiều ti thể bám quanh. Ngoài ra còn có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào. 1.1.5 Thành phần hóa học.[2] Thành phần hoá học của tế bào nấm men Saccharomyces khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường nuôi cấy, thành phần các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy và tình trạng sinh lý của tế bào. Nấm men ép có chứa 70-75% nước, 25-30% còn lại là chất khô. Nước: bao gồm phần nước nằm bên ngoài tế bào và phần nước nằm trong tế bào. Lượng nước khác nhau tuỳ thuộc vào chủng nấm men, kỹ thuật nuôi và phương pháp thu tế bào. Ví dụ: khi nuôi trong môi trường NaCl thì lượng nước trong tế bào giảm. Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có nitơ khác chiếm 50% , chất béo 1,6%, hydratcacbon 33,2%, mô tế bào 7,6%, tro 7,6%. Thành phần của những chất này không cố định, nó có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy cũng như quá trình lên men. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 5 Hydratcacbon gồm: polysaccharide, glycogen, trehalose (12 -12,5%), mannan (18,7-24,9%), glucan (9,47-10,96%) và chitin . Những nghiên cứu động học về sự biến đổi hydrat cacbon trong quá trình bảo quản nấm men cho thấy là glucan, mannan và dạng glycogen tan trong kiềm và axit clohydric là yếu tố cấu trúc của tế bào, trong khi trehalose và glycogen tan trong axit acetic, là chất tạo năng lượng chính cho tế bào. Hàm lượng trehalose trong nấm men có liên quan đến tính bền vững của nó : lượng trehalose càng cao nấm men càng bền. Chất mỡ của nấm men là mỡ trung tính glycerol, photpho lipide, sterol tự do và nhiều sterol, este. Tro chiếm 6,5-12% lượng chất khô trong nấm men và dao động tùy theo môi trường nuôi cấy. 1.1.6 Các chất dinh dưỡng cho nấm men.[2] Trong công nghiệp vi sinh, môi trường nuôi cấy tốt nhất là môi trường cho hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất, trong thời gian ngắn nhất với giá thành thấp nhất đối với mỗi chủng vi sinh vật. Nguồn thức ăn chủ yếu cho nấm men là các chất hữu cơ ở dạng dễ hấp thu và các chất vô cơ. Ngoài ra, để nấm men phát triển bình thường cần một lượng nhỏ các yếu tố vi lượng và các chất kích thích. Nguồn thức ăn cho nấm men rất đa dạng, do đó cần nghiên cứu riêng từng nguồn. 1.1.6.1 Nước. Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của tế bào nấm men. Không có nước không thể có quá trình đồng hóa thức ăn và quá trình trao đổi chất trong cơ thể. 1.1.6.2 Nguồn cacbon. Nguồn cacbon là nguồn chủ yếu liên quan đến quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng. Nấm men có khả năng đồng hóa hoàn toàn đường glucose, fructose và mannose. Ngoài ra, tùy thuộc vào chủng giống, nấm men còn có thể đồng hóa hoàn toàn hoặc một phần nào đó đường galactose. Đường disaccharide quan trọng cần quan tâm tới là saccharose, lactose, melibiose. Nấm men đồng hóa lên men rất tốt maltose và saccharose, đồng hóa một phần hoặc hoàn toàn đường lactose. Riêng melibiose chỉ lên men được khi có enzyme melibiozase. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 6 Nấm men nổi ( lên men nổi ) chỉ lên men được 1/3 rafinose sau khi phân giải ra một phân tử fructose và melibiose. Nấm men chìm (lên men chìm ) có khả năng thủy phân hoàn toàn rafinose do có enzyme invertase và melibiozase. Các polysaccharide cần được thủy phân hoàn toàn bằng axit hoặc enzyme thì nấm men mới có thể sử dụng được. 1.1.6.3 Nguồn nitơ. Ý nghĩa chủ yếu của nguồn nitơ là cung cấp cho tế bào nguyên liệu để hình thành các nhóm amin (-NH2) và imin (-NH-) để tổng hợp nên protein và các hợp chất khác của nguyên chất. Nấm men đồng hóa được các hợp chất axit amin và nitơ vô cơ. Dễ đồng hóa hơn cả là ion NH4+ và ammoniac NH3 với lượng sử dụng lớn nhất là 20 – 35 mg N2/109 tế bào. Nguồn nitơ được coi là tốt nhất và được đồng hóa hoàn toàn là ure: NH2 – CO – NH2 + H2O = 2NH3 + CO2 Nấm men có thể tự tổng hợp axit amin. Tuy nhiên, nếu cho các axit amin vào môi trường thì quá trình sinh sản và phát triển của tế bào sẽ nhanh hơn. Nấm men đồng hoá các axit amin bằng cách amin hóa (tách NH3 ra khỏi các chất), do đó các nguồn nitơ khác nhau sẽ có ảnh hưởng rất ít tới hàm lượng axit amin trong tế bào nấm men. 1.1.6.4 Các chất khoáng. Trong môi trường dinh dưỡng cần phải có một lượng nhất định các chất khoáng để đảm bảo cho tế bào phát triển. Nếu trong môi trường tổng hợp thì các chất khoáng sau đây sẽ cần thiết cho nấm men: Bảng 1.1: Các chất khoáng cần thiết cho nấm men Chất khoáng Hàm lượng (g/l) K2HPO4 KH2PO4 MgSO4.7H2O MgSO4.4H2O 1 – 2 1 – 2 0.2 – 0.5 0.02 – 0.1 Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 7 FeSO4.7H2O ZnSO4.7H2O CuSO4.5H2O Na2SO4 CaCl2 0.05 – 0.2 0.02 – 0.1 0.01 – 0.02 0.02 – 0.05 Nếu nồng độ các chất này trong môi trường ít hơn nồng độ đã nói ở trên thì quá trình phát triển sẽ chậm lại, còn nếu nhiều hơn thì áp suất thẩm thấu tăng ức chế quá trình sinh sản. Phospho rất cần thiết cho quá trình tổng hợp các thành phần nguyên sinh chất và có trong thành phần của coenzyme, dùng để phospho hóa các hydrocacbon trong quá trình oxy hóa. Phospho còn tham gia vào các phản ứng năng lượng. Nó được cung cấp dưới dạng muối natri hoặc kali. Nếu lượng phospho ít thì tổng hợp protein giảm và tổng hợp lipide tăng. Kali và natri chiếm 1/5 – 3/4 hàm lượng chất tro. Nếu thiếu kali hoặc natri trong môi trường nuôi cấy thì quá trình phát triển sẽ bị chậm lại. Magie có khả năng thúc đẩy quá trình sinh sản và tổng hợp riboflavin. Hàm lượng magie có trong tế bào nấm men là 0.3 – 0.4%. Kẽm tuy có rất ít trong môi trường nhưng đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Nhờ có kẽm, các quá trình oxy hóa xảy ra hoàn toàn và khả năng đồng hóa glucose tăng. 1.1.6.5 Các chất kích thích sinh trưởng. Thường là các vitamin và các axit amin. Các loại vi sinh vật khác nhau có nhu cầu về vitamin khác nhau. Đa số các chủng nấm men đang ở giai đoạn nhân giống cần đến isositol, canxi pantothenat, thiamyl và đặc biệt là biotin. Tế bào sử dụng các chất này để tạo tế bào chất. Nồng độ của vitamin có thể ảnh hưởng dến quá trình sinh trưởng và phát triển là 0.01 – 1.10mg/l. Các vitamin quan trọng như B1, B3, B6, B7. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 8 1.1.7 Sự hấp phụ chất dinh dưỡng của tế bào nấm men. Hiện nay người ta nhận thấy quá trình dinh dưỡng của nấm men gồm 2 giai đoạn: 9Chất dinh dưỡng qua màng tế bào chất vào tế bào. Chuỗi các phản ứng hóa học, biến đổi chất dinh dưỡng để tổng hợp chất liệu cho tế bào. Môi trường dinh dưỡng chứa những thành phần có áp suất thẩm thấu khác nhau. Các chất không điện tích như đường saccharose, rượu axit hữu cơ, amino axit xâm nhập qua màng tế bào bằng cách khuếch tán hay vận chuyển thụ động, do sự khác nhau về nồng độ các chất này giữa tế bào và môi trường. Các chất điện tích trong dung dịch như muối KCl, magie, canxi và các kim loại khác có thể vào tế bào thụ động theo thang nồng độ hay vận động ngược lại thang nồng độ (vận chuyển hoạt động). Ngoài nguồn hydratcacbon và nguồn nitơ hoặc vô cơ hoặc hữu cơ, nấm men còn sử dụng các nguyên tố vi lượng như K, Na, Ca, Mg có vai trò quan trọng trong dinh dưỡng nấm men. Riêng natri có ý nghĩa quan trọng trong sự tăng trưởng của tế bào nấm men. Ion natri là thành phần duy nhất di chuyển vào tế bào bằng cả 2 cơ chế: thụ động và hoạt động và khi nó thâm nhập vào tế bào nấm men, mang theo cả saccharose, amino axit, ngay cả khi không có sự chênh lệch nồng độ các chất này giữa tế bào và môi trường. Kết quả thi nghiệm cho thấy: khi thêm NaCl vào môi trường từ 1-1,5%, dẫn đến qua trình tổng hợp hoạt động tăng, gia tăng hoạt tính sinh sản của nấm men và hiệu suất thành phẩm cao hơn, phẩm chất thành phẩm được cải tiến, đồng thời hạn chế sự phát triển của nấm men lạ. Bảng 1.2: Ảnh hưởng trên thành phẩm men bánh mì. Thành phần trong tế bào Chất lượng nấm men Phương pháp nuôi Chất khô Độ ẩm Hoạt lực làm cô bột Tính nhạy cảm thẩm thấu (phút) Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 9 Không thêm NaCl 34,7 65,3 60 - 75 5 – 20 Có thêm NaCl 40,0 60,0 45 – 55 0 – 6 9Chất dinh dưỡng sau khi vào tế bào nấm men sẽ được biến đổi theo một trong hai con đường sau, tuy điều kiện môi trường và phương pháp nuôi cấy: C6H12O6 2CH3 CO COOH + 2 H2 CH3CH2OH + 3CO2 [1] 6CO2 + 6 H2O [2] Trong đó, con đường chủ yếu là tạo cồn. Theo quan điểm năng lượng, qua trình này ít kinh tế hơn vì còn nhiều năng lượng trong rượu, trong khi còn đường tạo ra các thành phần chủ yếu của tế bào. Từ những thành phần này khối lượng tế bao gia tăng đến một giới hạn nhất định, sau đó tế bào bắt đầu nảy chồi. Vách tế bào mềm đi, chất nguyên sinh của tế bào chui qua vách này, và bắt đầu hình thành vách cho túi sinh chất con. Chồi tăng dần kích thước cho đến khi tách khỏi tế bào mẹ. Tùy chủng và điều kiện nuôi, quá trình này thường mất từ 1-1,5 giờ. Cho đến nay chưa rõ là có bao nhiêu tế bào con có thể được sinh ra từ tế bào mẹ. Theo dữ kiện của A.Kyker mỗi tế bào nấm men có khả năng tạo được trung bình 25-40 tế bào mới. 1.2 Vai trò của sinh khối nấm men [1] Trong công nghệ sản xuất bánh mì, giai đoạn lên men bột mì đóng vai trò quyết định đến chất lượng bánh mì. Quá trình lên men được thực hiện bởi nấm men. Khi đó nấm men chuyển hóa đường có trong bột mì thành cồn và CO2 theo phương trình phản ứng sau: C6H12O6 Nấm men 2 C2H5OH + 2 CO2 Chính CO2 là tác nhân làm bánh mì nở. Khi CO2 được tạo thành sẽ bị giữ lại trong mạng gluten. Gluten trong bột mì là loại protein rất đặc biệt, chúng có tính chất đàn hồi và tạo mạng. Các protein khác không có đặc tính này. Khi nướng bánh mì ở nhiệt độ cao, CO2 sẽ tăng thể tích, mạng gluten sẽ căng ra và tạo thành những túi chứa CO2. Khi nhiệt độ cao hơn, CO2 sẽ thoát ra khỏi túi chứa đó và tạo ra những lỗ xốp trong bánh, kết quả là bánh có độ xốp. Khả năng lên men càng mạnh Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 10 thì độ xốp của bánh càng nhiều và bánh càng nở, thể tích bánh càng tăng. Tuy nhiên, không phải thể tích bánh lớn quyết định đến chất lượng bánh mì. Mức độ tăng thể tích của bánh mì chỉ nói lên khả năng lên men bột mì của nấm men. Các nước sản xuát bánh mì có yêu cầu mức tăng thể tích khác nhau. Điều này phụ thuộc vào thói quen khi sử dụng bánh mì. Trong sản xuất bánh mì hiện nay ở các nước châu Âu, người ta sử dụng 3 dạng nấm men để làm nở bánh: – Dạng nấm men lỏng. – Dạng nấm men nhão (paste). – Dạng nấm men khô. 1.2.1 Nấm men dạng lỏng. Nấm men dạng lỏng có ưu điểm là dễ sử dụng và có hoạt lực làm nở bánh rất cao. Tuy nhiên, nấm men lỏng có nhược điểm rất lớn là khó bảo quản, thời gian sử dụng chỉ nằm trong giới hạn 24 giờ sau khi sản xuất. Chính vì thế, việc sản xuất và sử dụng nấm men lỏng thường được tổ chức như một phân xưởng riêng trong những cơ sở sản xuất bánh mì mang tính chất tự cung tự cấp. Nấm men lỏng là một sản phẩm thu nhận được ngay sau khi quá trình lên men hiếu khí kết thúc. Người ta thu nhận dịch lên men có chứa sinh khối nấm men dạng đang phát triển để sản xuất bánh mì. Lượng nấm men sử dụng thường lớn từ 1 – 10 % so với khối lượng bột mì đem sử dụng. Ngoài ra, khi sử dụng nấm men lỏng thì vấn đề chất lượng rất được quan tâm do nó rất dễ bị nhiễm những vi sinh vật lạ, bị lẫn các sản phẩm trao đổi chất của nấm men. Hiện nay nhiều cơ sở sản xuất bánh mì ở các nước châu Âu và châu Mỹ không sử dụng nấm men lỏng mà sử dụng chủ yếu nấm men dạng paste và dạng khô. 1.2.2. Nấm men dạng paste: Nấm men paste là khối nấm men thu được sau khi ly tâm nấm men lỏng. Nấm men paste thường có độ ẩm khoảng 70 -75 %. Nấm men paste thường có hoạt lực nở bánh kém hơn nấm men lỏng do trong quá trình ly tâm và thời gian kéo dài, nhiều tế bào nấm men chết. Nếu được bảo quản lạnh ở 4 – 70C, ta có thể sử dụng Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 11 nấm men paste trong khoảng 10 ngày. Như vậy nếu chuyển nấm men loãng sang nấm men paste, ta có thể kéo dài thời gian sử dụng và thuận lợi trong việc vận chuyển. Ở nhiều nước, nhiều cơ sở sản xuất bánh mì sử dụng nấm men dạng paste. Ở Việt Nam, các cơ sở sản xuất bánh mì cũng thường sử dụng nấm men paste. Liều lượng sử dụng khoảng – 5 % so với khối bột lên men, điều này cũng còn tùy vào chất lượng nấm men paste. 1.2.3. Nấm men khô: Nấm men khô lại được sản xuất từ nấm men paste. Người ta sấy nấm men paste ở nhiệt độ < 400C hoặc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa. Nấm men khô có độ ẩm < 10%, hoạt lực nở không cao nhưng lại có ưu điểm rất lớn là thời gian sử dụng rất lâu và dễ vận chuyển. 1.3 Các yêu cầu ( chỉ tiêu chất lượng ) của sinh khối nấm men bánh mì.[1] Nấm men Sacchromyces cerevisiae dùng cho sản xuất nấm men bánh mì đảm bảo những yêu cầu sau: - Tế bào nấm men có kích thước lớn, đều, có khả năng phát triển mạnh và chịu được nhiệt độ cao. -Có hoạt lực enzyme zymase < 45 phút (giá trị này được xác định khi cho nấm men (2,5% ) lên men 20 ml dung dịch đường 5% giải phóng ra được 10ml CO2). - Hoạt lực maltase < 70 phút (giá trị này biểu thị thời gian cần thiết để giải phóng 10 ml CO2 khi lên men 20ml dung dịch mantose 5% với hàm lượng nấm men 2,5%). Chỉ số này dùng để đánh giá khả năng lên men đường mantose của nấm men. - Lực nở bột < 45 phút (giá trị này biểu thị thời gian cần thiết để làm nở 280 gam bột với 160 ml dung dịch NaCl 2,5% và lượng nấm men la 5 g) trong khuôn hình bình hành có kích thước xác định. - Độ bền của nấm men > 72 giờ (xác định sự thay đổi thời gian làm nở bột của nấm men lúc ban đầu và sau một thời gian bảo quản nhất định. Nếu độ bền của nấm men cao thì sau 72 giờ bảo quản ở nhiệt độ 0 - 4°C, thời gian làm nở bánh không được tăng quá 5 phút). Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 12 Chương 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 2.1. Nguyên liệu trong sản xuất nấm men bánh mì 2.1.1. Nước Nước được coi là nguyên liệu chính trong sản xuất vì đây là công nghệ lên men chìm hiếu khí. Nước sử dụng trong sản xuất nấm men bánh mỳ là nước sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày. Trong trường hợp sử dụng nước giếng hoặc nước bề mặt khác, phải xử lý để đạt chất lượng nước dùng trong sinh hoạt. Yêu cầu của nước: ¾Có độ cứng từ 4 - 8° (1° cứng ≈ 10mg CaO/lít). ¾Không màu, không mùi, không vị. ¾Các 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. ¾E. coli < 20 tế bào. 2.1.2. Nguồn hydratcacbon Hydratcacbon sử dụng trong sản xuất nấm men bánh mì thường là đường có trong rỉ đường (mật rỉ). Như vậy rỉ đường là nguyên liệu chính thứ hai dùng trong sản xuất nấm men bánh mì. Rỉ đường có hai loại : rỉ đường từ quá trình sản xuất đường từ mía và từ củ cải đường. Rỉ đường từ hai nguồn nguyên liệu khác nhau này có nhiều đặc điểm vật lý và hoá học giống nhau. Tuy nhiên, giữa 2 loại nguyên liệu này có một số chất có thành phần khác nhau. Bảng 2.1. Thành phần hóa học của 2 loại rỉ đường: Hàm lượng rỉ đường Thành phần Đơn vị tính Củ cải Đường mía Đường tổng số % 48 – 52 48 – 56 Chất hữu cơ khác % 12 – 17 9 – 12 Protein % 6 – 10 2 – 4 K % 2 – 7 1.5 – 5 Ca % 0.1 – 0.5 0.4 – 0.8 Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 13 Mg % 0.09 0.06 P % 0.02 – 0.07 0.6 – 2 Biotin (vitamin H) mg/kg 0.02 – 0.15 1 – 3 Axit pantothenic mg/kg 50 – 110 15 – 55 Inositol mg/kg 5000 – 8000 2500 – 6000 Thiamin mg/kg 1.3 1.8 Những đặc tính quan trọng của rỉ đường phù hợp với quá trình lên men : - Chứa hàm lượng đường cao. - Ngoài đường saccharose còn chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ, các chất thuộc vitamin và các chất điều hoà sinh trưởng. Trong đó có vitamin H (biotin) là chất kích thích sinh trưởng đối với phần lớn nấm men. Trong 2 loại rỉ đường thì rỉ đường từ mía có hàm lượng biotin cao hơn rỉ đường từ củ cải đường. Chính vì thế, ở nhiều nước không có mía, người ta phải nhập rỉ đường từ mía về trộn chung với rỉ đường từ củ cải đường để đảm bảo hàm lượng biotin cho nấm men phát triển. Tuy nhiên rỉ đường cũng có những đặc điểm không phù hợp với quá trình lên men. Muốn sử dụng chúng cho quá trình lên men, ta phải tiến hành một số quá trình xử lý. Các đặc điểm ảnh hưởng quá trình lên men là : - Rỉ đường thường có màu nâu sẫm, được tạo ra trong quá trình chế biến đường. Màu này rất khó bị phá hủy trong quá trình lên men. Sau khi lên men, chúng sẽ bám vào sinh khối nấm men và tạo cho nấm men có màu vàng sẫm. Màu này không phải màu tự nhiên của nấm men và việc tách màu ra khỏi sinh khối rất tốn kém và khó khăn. Các chất màu này bao gồm các hợp chất caramen, phức chất của phenol – Fe +2, Melanoidin, Melanin. - Hàm lượng đường khá cao, nên khi tiến hành lên men phải pha loãng tới nồng độ thích hợp cho sự phát triển của nấm men. - Hệ keo trong rỉ đường có ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men. Hệ keo trong rỉ đường hình thành bởi protein và pectin. Hệ keo này tạo ra độ nhớt cao làm giảm khả năng hoà tan của oxy, làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men. Nếu hệ keo không được phá sẽ gây thoái hoá tế bào, dẫn đến hiệu suất thu nhận sinh khối nấm men thấp. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 14 - Rỉ đường là chất dinh dưỡng khá lý tưởng nên rất dễ bị nhiễm vi sinh vật lạ. Do đó chất lượng của rỉ đường cũng dễ bị thay đổi theo thời gian bảo quản. Ngoài ra, người ta còn sử dụng bột khoai mỳ, bột ngô, gạo đã nấu,… để làm nguồn thức ăn cung cấp hydratcacbon cho nấm men. 2.1.3. Nguồn phospho và nitơ: Trong sản xuất nấm men bánh mì, người ta thường sử dụng urea như nguồn nitơ và diamonphotphat (DAP) như nguồn chứa nitơ và phospho. Ngoài ra, có nhiều hợp chất vô cơ khác của photpho và nitơ có thể dùng để nuôi nấm men như (NH4)2SO4, NH4OH, H3PO4, Ca(H2PO4)2, nhưng hai nguồn trên được sử dụng nhiều trong nông nghiệp, dễ mua và rẻ. Lượng DAP sử dụng từ 0,15 – 0,3%. 2.1.4. Nguồn kali và magie: Trong sản xuất nấm men, người ta dùng K2CO3 và KCl làm nguồn cung cấp kali và MgSO4.7H2O, hay MgCl2 làm nguồn cung cấp magie. 2.1.5. Không khí: Quá trình lên men tạo sinh khối nấm men là quá trình lên men hiếu khí nên cần phải sục không khí vào dịch lên men. Không khí sử dụng có thể có lẫn các vi sinh vật lạ gây hại cho quá trình lên men, do đó không khí cần được qua thiết bị lọc trước khi vào thiết bị lên men. Ngoài ra người ta còn dùng dầu phá bọt, có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt dung dịch, áp suất khí CO2 làm vỡ tung bọt thoát ra ngoài. Có thể dùng acid oleic hay dầu lạc, dầu cám, dầu thầu dầu, nồng độ từ 0,005 – 0,01% so với dung dịch cần phá bọt. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 15 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất sinh khối nấm men bánh mì: [1] Rỉ đường Nấm men Xử lý rỉ đường Nuôi cấy nấm men Nuôi cấy men thương phẩm Ly tâm tách rửa men Ép Định hình Sấy Bao gói Bảo quản nhiệt độ thường Đóng gói men ép Bảo quản lạnh Men ép Men khô Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 16 2.3. Thuyết minh quy trình 2.3.1. Xử lý rỉ đường [1] Rỉ đường là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp đường. Rỉ đường mía hoặc rỉ đường củ cải đều là nguồn nguyên liệu rất tốt cho công nghiệp vi sinh, trong đó có công nghiệp sản xuất nấm men. Trong rỉ đường chứa tới 60 – 75% đường, trong đó phần lớn là saccharose, giàu chất khoáng, nhưng thiếu phospho và có thể thiếu nguồn nitơ dinh dưỡng cho nấm men. Rỉ đường mía khá giàu biotin (vitamin H). Đặc biệt là cả hai loại rỉ đường đều thấy có mặt các vi khuẩn không sinh bào tử và các loài sinh bào tử với số lượng khá lớn. Do vậy, muốn đưa rỉ đường vào nuôi cấy nấm men cần phải xử lý: Xử lý rỉ đường gồm hai phương pháp sau: a. Phương pháp hóa học: [1] – Pha loãng đường theo tỷ lệ 1:1 (1 rỉ đường + 1 nước theo thể tích) – Acid hóa bằng acid H2SO4. – Bổ sung nguồn N và P cùng các chất kháng khuẩn rồi khuấy đều. – Gia nhiệt có thể tới 1200C trong 10 phút, 1100C trong 30 phút, hoặc 80 – 950C trong vòng 45 – 60 phút. Khi gia nhiệt khuấy đều. – Để yên khoảng 4 giờ để lắng cặn. Lấy phần trong phía trên cặn để chuẩn bị dịch nuôi men nhân giống. b. Phương pháp cơ học: [2] Dùng máy ly tâm để loại chất bẩn, chất keo có ưu điểm hơn so với phương pháp hóa học về phương diện kinh tế và thời gian, giảm thất thoát so với phương pháp hóa học 2% còn 0.14%. Trước khi ly tâm pha loãng rỉ đường với nước theo tỷ lệ 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, tùy thuộc vào thành phần muối canxi trong rỉ đường. Nếu lượng muối canxi trong rỉ đường < 0.5% thì pha loãng 1:1, nếu là 0.6% thì pha loãng 1:2, hơn 1% thì pha loãng 1:4. Ngoài ra nếu gặp rỉ đường bị xấu hay bị thiếu thì ta phải tiến hành xử lý rỉ đường. Nếu rỉ đường không đủ chất dinh dưỡng cho nấm men (chẳng hạn như nhu cầu nấm men đối với Mg ≥ 0,15% cao hơn nồng độ có trong rỉ đường) cần bổ sung cho đủ để nấm men có thể tăng trưởng được. Riêng đối với rỉ đường xấu, tùy yếu tố ảnh hưởng mà xử lý như sau : Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 17 Bảng 2.2: Xử lý rỉ đường xấu Loại Phương pháp và thời gian xử lý Rỉ đường chứa vi khuẩn tạo nitric Chlotetraccyline: từ 1 – 5g trên 1 m3 dung dịch rỉ đường pha loãng để lam trong đường thời gian 1h Rỉ đường có SO2 Clo 11g/110g SO2 trong 60 phút Acid bay hơi cao Dung H3PO4 thay vì H2SO4 để làm trong rỉ đường Đô màu cao (2ml dung dịch iốt 0.1N) Pha loãng ít nhất 20 lần Canxi cao ≥ 1% Pha loãng với nước theo tỉ lệ 1:3, hạ pH đến 4.5 để 4giờ ly tâm lọai kết tủa 2.3.2. Nuôi cấy men giống. [2] Ở nước ngoài, để sản xuất men thương phẩm,thường dùng men mẹ lớn, bảo quản dưới dạng men sữa, có hàm lượng từ 300-700g/l. Giai đọan nuôi men mẹ thường tiến hành trong điều kiện vô trùng, hệ thống nuôi nấm men kín, nguyên liệu được khử trùng hoặc triệt để trong nồi hấp áp suất hoặc ở 1000C trong 60 phút. Chẳng hạn ở Anh, Hunggari, Tiệp Khắc người ta nuôi nấm men mẹ trong phòng thí nghiệm gồm 3 giai đoạn. Ở Thụy Điển, Liên Xô gồm 4 giai đoạn, Ý gồm 5 giai đoạn và 1 giai đoạn cuối sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch. Thời gian sản xuất thay đổi từ 3 – 6 ngày. Trong quy trình sản xuất men mẹ, ở các nước này thường dùng môi trường tổng hợp, nhất là các giai đọan trong phòng thí nghiệm như: nước mạch nha, cà chua, cà rốt, dịch tự phân của nấm men, đường glucose, maltose làm nguồn cacbon và nitơ, vitamin cho nấm men. Giai đoạn sản xuất men mẹ trong phân xưởng giống sạch tuy không vô trùng triệt để, nhưng nguyên liệu, nước đều được khử trùng ở 1000C trong 60 phút, hoặc được xử lý hypocloric. Ở nước ta, hầu như chỉ có giai đoạn giống gốc, được thực hiện trong phòng thí nghiệm, các giai đoạn nhân giống tiếp theo đều thực hiện trong điệu kiện vô trùng tương đối, hệ thống nuôi men từ giai đoạn 4 trở đi là hệ thống hở và môi trường sử dụng thường không được giàu như các quy trình trên. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 18 Nồng độ nguyên liệu được dùng để nuôi men như sau: Nguồn hydratcacbon: tính trên rỉ đường hoặc rỉ đường có bổ sung nước mạch nha: 12 – 15% chất khô. – Ammonium sunfat: từ 0,1 – 0,3%. – Urê: 0,1 – 0,15%. – DAP: 0,1% hay acid photphoric 0,06%. – Magie sunfat 0,05%. Bảng 2.3: Sơ đồ các giai đọan nhân giống nấm men: Thể tích nuôi Nguồn hydrat cacbon Thời gian nuôi (giờ) pH Thông khí Ống nghiệm 10ml x 4 16-20 Nước chiết khoai tây và đừơng cát 5 Lắc ở tốc độ 130- 200 vòng/phút Bình 1 lít 8-10 Rỉ đường nước mạch nha (1:1) 5 Thông khí 1-2m3/m3/giờ Bình 10 lít 8-10 Rỉ đường nước mạch nha (1:1) 5 1-2m3/m3/giờ Bình 50 lít 3 Rỉ đường nước mạch nha (2:1) 5 3-5m3/m3/giờ Phuy 100 lít 3 Rỉ đường 5 8-10m3/m3/giờ 6-8 Rỉ đường 5 Phuy 200 lit Men lắng - ly tâm lấy tế bào 8-10m3/m3/giờ Ở các cơ sở sản xuất men bánh mì tại thành phố ta không bảo quản men mẹ dưới dạng men sữa. Mầm men trong thể tích trên lại tiếp tục được nhân lên theo cách thức tuần hoàn để sản xuất men ép thành phẩm như sau: Ống nghiệm 20–100ml bình 1L bình 10L phuy 100L phuy 200L 200L 100L 200L 100L Lắng ly tâm lấy men thành phẩm Từ giai đoạn ống nghiệm đến giai đoạn 200L có thể xem như giai đọan men mẹ yêu cầu về chất lượng không được để nhiễm men dại hay vi khuẩn. Nếu Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 19 không có điều kiện nhân giống từ ống nghiệm gốc, có thể ly tâm lấy men trong giai đoạn này để sử dụng cho đợt nuôi men tiếp theo. Nếu để lắng và ly tâm tiếp theo trong giai đoạn này men mẹ phải đạt được các chỉ tiêu sau đây: – Hoạt lực làm dậy bột ≤ 45phút. – Độ bền vững > 72 giờ. – Hoạt tính zymase ≤ 45 phút. – Hoạt tính maltase ≤ 70 phút. – Tính nhạy cảm thẩm thấu ≤ 10 phút. – Cũng có thể đánh giá sơ bộ bảng đặc điểm hình thái và vài đặc điểm của một số cơ quan của tế bào khi nhuộm và quan sát dưới kính hiển vi. – Tế bào đồng nhất không lớn. – Không có thể mở. Nhuộm tế bào với xanh metylen: nếu tế bào già, chết sẽ bắt đầu từ màu xanh đến xanh đậm, trong khi tế bào trẻ không bắt màu. Vòng tuần hoàn sau 200L có thể lên đến 10 lần phụ thuộc vào chất lượng men mẹ, độ sạch của môi trường, nguyên liệu, điều kiện vệ sinh của cơ sở mỗi vòng từ 6 đến 8 giờ. Ở các nước phát triển giai đọan nuôi men mẹ và men thương phẩm được thực hiện trong thiết bị lên men kín, khá tối ưu về điều kiện thông khí, điều kiện kiểm tra quá trình được tự động hoá ,do đó kịp thời xử lý những sơ sót về kỹ thuật. Thiết bị nuôi men – Phuy nhựa 200L: 25 – 30 cái, đây là thùng nuôi men bánh mì phổ biến ở thành phố ta, thích hợp với điều kiện sản xuất bán thủ công, dễ làm vệ sinh, sau mỗi đợt nuôi. Tuy nhiên, cũng còn có một số điểm hạn chế như hệ thống khí bố trí không đồng đều, chiều cao cột nước không đạt, lượng khí chi phí khá cao. – Nếu có điều kiện đầu tư xây dựng, nên thiết kế hai nồi nuôi men qui mô 0,5m³ và 2m³. Dùng thép không rỉ làm đáy và phầm vỏ bọc xung quanh, nắp đậy bằng kim loại, có hệ thống phân bố khí, hơi nước, hệ kiểm tra nhiệt độ, độ pH, lượng khí,… Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 20 2.3.3. Nuôi cấy nấm men thương phẩm [1] Gồm các phương pháp sau: a. Nuôi nấm men thương phẩm theo chu kì Trong giai đoạn nuôi cấy cần phải lưu ý mấy vấn đề quan trọng sau: – Thành phần môi trường: môi trường nuôi cấy nấm men thương phẩm thường không khác nhiều so với môi trường nuôi cấy trong quá trình nhân giống. Tuy nhiên, thành phần môi trường phải tuyệt đối ổn định để chất lượng nấm men đồng đều ở tất cả các mẻ nuôi trong suốt quá trình sản xuất và môi trường nuôi cấy phải vô trùng. Lượng đường trong môi trường khoảng 2 – 3%, không nên nhiều hơn và cũng không nên ít hơn. Nếu lượng đường cao sẽ vừa lãng phí và vừa tạo ra những sản phẩm trao đổi chất khác, gây ức chế ngược đến quá trình tạo sinh khối. pH môi trường khỏang 4.2 – 5.4. Không nên hạ thấp độ pH của môi trường xuống vì làm như vậy nấm men sẽ khó phát triển. Nếu pH cao quá vừa ức chế nấm men phát triển, vùa tạo điều kiện cho vi khuẩn nhiễm vào dung dịch nuôi và phát triển, cạnh tranh chất dinh dưỡng, làm giảm chất lượng nấm men. – Thiết bị nuôi nấm men vừa có dung tích thích hợp, vừa thuận lợi cho việc nạp môi trường, phá bọt cũng như thu nhận sản phẩm. Thiết bị phải được lắp đặt hợp lý hệ thống thổi khí, hệ thống cánh khuấy và tấm cản dòng chuyển động của môi trường để làm tăng quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. – Việc cung cấp oxy cho quá trình tạo sinh khối rất cần thiết. Oxy là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nấm men Saccharomyces cerevisiae. Vi sinh vật nhất là nấm men không thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan trong môi trường lỏng. Lượng oxy hòa 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 oxy từ bên ngoài thiết bị. Nấm men Saccharomyces cerevisiae là loài vi sinh vật hiếu khí tùy tiện. Nếu chỉ thiếu oxy trong một thời gian ngắn, ngay lập tức chúng chuyển quá trình lên men hiếu khí sang quá trình lên men yếm khí. Như vậy lượng sinh khối sẽ tạo thành rất ít và đường sẽ chuyển hóa theo các chu trình đường phân của các chu trình Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 21 khác để cuối cùng tạo ra những 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. Vì nấm men chỉ có thể sử dụng oxy ở dạng hòa tan nên khi tốc độ hòa tan của oxy vào dung dịch bằng tốc độ sử dụng oxy của tế bào nấm men thì sinh khối tế bào nấm men sẽ đạt cực đại. Tốc độ hòa tan của oxy vào môi trường lỏng được tính theo công thức: )( 1CCKdt dcR La −== Trong đó: R: tốc độ hòa tan của oxy C: nồng độ oxy bão hòa C1: nồng độ oxy hòa tan ở thời điểm khảo sát KLa: hằng số tỷ lệ t: thời gian. 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. Khi số vòng quay của cánh khuấy và tốc độ thổi khí tăng thì độ hòa tan của oxy vào dung dịch môi trường sẽ tăng theo. Đồng thời làm tăng sự xáo trộn môi trường, thúc đẩy quá trình trao đổi chất và sinh sản tăng nhanh. Tuy nhiên, việc tăng tốc độ khuấy và tốc độ thổi khí chỉ đến một giới hạnh nhất định. Nếu tốc độ của hai yếu tố này quá cao, sẽ làm tăng hiện tượng tự phân của tế bào và bọt sẽ tạo ra nhiều. 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 làm tăng sự hòa tan của oxy vào môi trường. Độ hòa tan của oxy bị chi phối bởi nhiệt độ của môi trường. Khi nhiệt độ của môi trường tăng thì độ hòa tan của oxy sẽ giảm. Nhiệt độ thấp thường làm tăng tốc độ hòa tan của oxy. 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 Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 22 môi trường. Nếu không làm hạ nhiệt độ, độ hòa tan của oxy sẽ giảm và năng suất sinh khối sẽ giảm. 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. Hiện nay, có nhiều phương pháp xác định oxy hòa tan. Những phương pháp phổ biến nhất như sau: – Phương pháp hóa học – Phương pháp cực phổ – Phương pháp đo điện thế oxy hóa – khử – Phương pháp đo trên máy Vacbua Khi xác định lượng oxy hòa tan trong môi trường, người ta biểu hiện giá trị này theo các đơn vị sau: – Phần trăm so với khả năng bão hòa – Áp suất riêng phần – Milimol hoặc miligam Nghiên cứu ảnh hưởng của oxy hòa tan đến sự phát triển của nấm men Saccharomyces cerevisiae cho thấy: năng suất tạo thành sinh khối tăng dần khi tăng hàm lượng oxy hòa tan. Năng suất sinh khối nấm men đạt cao nhất khi lượng oxy hòa tan tăng từ 0.5 – 1 milimol/l/phút. Khi lượng oxy hòa tan tăng tới 4 milimol/l/phút, sinh khối giảm. Nếu tăng lượng oxy lên nữa, sinh khối sẽ giảm nhanh. Điều đó cho thấy sự tăng oxy hòa tan không phải tỷ lệ thuận với sự tăng sinh khối. Không khí trước khi đưa vào thiết bị lên men, phải được làm sạch khỏi vi sinh và các tạp chất. Nhu cầu cung cấp oxy cho quá trình phát triển của nấm men không phải lúc nào cũng giống nhau. Do đó, ta phải thay đổi mức độ cung cấp oxy theo đúng nhu cầu thực tế của nấm men. Ở giai đoạn tiềm phát, nấm men cần có thời gian thích nghi với điều kiện mới. Ở giai đoạn này, việc tạo thành acid amin, các pectin và acid nucleic xảy ra nhanh hơn các quá trình khác. Thời gian này có thể dài, có thể ngắn tùy thuộc vào Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 23 từng loại nấm men. Giai đoạn này thường khoảng 0.5 – 1 giờ. Giai đoạn này chỉ cần cung cấp lượng không khí khoảng 50m3/giờ/m3 môi trường là đủ. Ở giai đoạn tăng trưởng, nấm men tiến hành quá trình trao đổi chất rất mạnh, khối lượng nấm men trong các thiết bị tăng rõ rệt. Việc tổng hợp 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 đọan nấm men cần nhiều oxy nhất, do đó lượng oxy cung cấp phải gấp đôi giai đoạn đầu tiên, khoảng 80 – 100m3/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 giai đoạn này từ 20 – 50m3/giờ/m3 môi trường. Trong sản xuất nấm men bánh mì, người ta thường kết thúc quá trình nuôi nấm men ờ giai đoạn 2, bởi vì, một trong những yêu cầu quan trọng của nấm men bánh mì 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 nhiều tế bào già. Trong nuôi cấy nấm men bánh mì, người ta thường nuôi trong khoảng thời gian 8 – 16 giờ. Tối đa là 16 giờ. b. Nuôi cấy nấm men bánh mì theo chu kì có bổ sung dịch nuôi cấy Nuôi cấy theo chu kì có nhược điểm: – Tổn thất thời gian cho giai đoạn vệ sinh thiết bị và điều kiện sản xuất. – Sinh khối nấm men thu nhận được bao gồm cả tế bào mới sinh trưởng, tế bào trưởng thành và tế bào già. – Bị tác động mạnh bởi chất dinh dưỡng với hàm lượng khá cao ngay từ thời gian mới nuôi cấy. Để khắc phục nhược điểm thứ hai và thứ ba, người ta cải tiến phương pháp bằng cách đưa chất dinh dưỡng vào thành nhiều đợt. Phương pháp này giúp tế bào nấm men không chịu áp suất thẩm thấu cao. Cách bổ sung mật rỉ đã xử lý được tóm tắt trong bảng sau: Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 24 Bảng 2.4: Bổ sung mật rỉ và các chất dinh dưỡng trong nuôi cấy theo chu kì Giờ nuôi cấy Rỉ đường (%) (NH4)2SO4 (%) (NH4)2HPO4 (%) H2O (%) Thể tích dịch (m3) 0 5 10 10 5 0 – 1 4 - - - 27 1 – 2 4 15 15 2 27.5 2 – 3 5 15 15 6 30 3 – 4 6 15 15 6 37 4 – 5 7 15 15 7 51 5 – 6 8 15 15 8 59.5 6 – 7 10 15 15 9.5 70 7 – 8 12 - - - 70 8 – 9 13 - - - 70 9 – 10 14 - - - 70 10 – 11 12 - - - 70 11 – 12 ổn định - - - 70 Tổng số 2700 kg 130 kg 40 kg 43.5 kg 70m3 Ghi chú: –Tỉ lệ phần trăm so với tổng số chất dinh dưỡng cần cho vào. –Thiết bị trên dùng cho thiết bị nuôi cấy là 100m3, dung tích dịch nuôi là 70m3. c. Nuôi cấy nấm men thương phẩm theo phương pháp liên tục Để khắc phục nhược điểm của phương pháp nuôi cấy theo chu kì, người ta thực hiện phương pháp nuôi cấy liên tục. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là năng suất tăng và tế bào nấm men luôn luôn được đổi mới chất dinh dưỡng. Phương pháp nuôi cấy liên tục còn cho phép ta kiểm soát và điều khiển dễ dàng quá trình. Điều lưu ý là việc cung cấp oxy là phải liên tục và có cùng một mức độ. Đây là điểm khác biệt giữa phương pháp liên tục và phương pháp theo chu kì. Mức độ cung cấp không khí trong phương pháp này là 80 – 100m3/giờ/m3 môi trường suốt quá trình nuôi cấy. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 25 Thiết bị sử dụng: Máy nén khí (máy thổi) [2] Là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong bộ phận sản xuất men. Cần chọn máy có khả năng tự hoạt động được cả về số lượng khí vận dụng và năng lượng tiêu thụ, có thể duy trì một áp suất ổn định trong thể tích lớn. Khi cần giảm thể tích khí, năng lượng tiêu thụ của máy giảm, đồng thời áp suất cũng không vượt quá mức tối đa đã xác định trước để đảm bảo an toàn. Yếu tố này cần thiết vì thể tích khí thay đổi tùy giai đoạn phát triển của nấm men và môi trường nuôi men. 2.3.4. Ly tâm tách rửa men bánh mì: Dịch bã là một hệ thống các cấu tử phức tạp, gồm có nước ( 82-90% theo khối lượng), chất khô (4-10%) và rượu etylic và các chất bay hơi (5-8%) theo khối lượng (W) hoặc 6-10% theo thể tích (V). Dịch này luôn luôn có một lượng CO2 hòa tan nhất định (1-1.5% g/l), độ chua khoảng 0.5, pH 4.9-5.2. Dịch men sau kết thúc quá trình lên men rượu có khá nhiều tế bào nấm men lơ lửng trong dịch và một phần bị lắng thành cặn xác men.[1] Chất khô trong tế dịch men gồm có tế bào nấm men, cặn bã của môi trường rỉ đường cùng với những chất hòa tan trong hỗn hỗn hợp rượu-nước (đường không lên men, protein, chất khoáng…)[1] Để tách được sinh khối nấm men giữ được hoạt tính để làm nở khối bột nhào khỏi khối dịnh người ta thực hiện bằng cách ly tâm tách ( seperator) 5 cấp, 7 cấp, ly tâm tách hoàn toàn, rửa sạch men để làm trắng màu, rồi đưa qua sấy khô không làm cho men chết.[1] Qua các cấp thu được xác nấm men cần phải rửa sạch và nồng độ lên men đặc dần được sáng màu dần, sản phẩm thu được là men đậm đặc. Để tách men từ dạng đậm đặc ta qua thiết bị lọc ép, men nằm lại ở giữa các bản lọc.[1] Dùng bơm bơm dịch men vào máy ly tâm để loại môi trường còn lại. Thời gian ly tâm càng nhanh càng tốt (không quá 2giờ). Rửa không làm xấu chất lượng men nhưng nước rửa phải ở 2oC, nếu rửa nước ở nhiệt độ thường làm tăng thời gian ly tâm, có thể ảnh hưởng lên chất lượng thành phẩm. Trong khi nuôi, nếu có sự cố về kỹ thuật như nhiệt độ tăng không đủ chất khoáng thì sau khi ly tâm hòa tế bào vào nước lạnh 2oC kết hợp với xử lý sau: – Chlotetracylin-hydroclodrid 5g/m3 trong hơn 30 phút. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 26 – Axit sorbic 1kg/m3 trong 30 phút. – KH2PO4 (8,5-20kg/m3 ) từ 1-15 phút. Những chất này 1 phần hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây nhiễm, đồng thời có tác dụng “dương” trên hoạt tính sinh sản của men. Men ép có độ ẩm 71%-74% và đưa vào định hình, đóng gói. Nếu men quá khô cần thêm 10% nước theo khối lượng rồi mới định hình. Khi định hình nên thêm 0,1% dầu thực vật và thực hiện ở nhiệt độ 10-15oC (ở nhiệt độ cao hơn có thể thu nhận được sản phẩm không tốt). Men ép được cắt thành bánh với khối lượng khác nhau (50, 100, 500, 1000) và được gói vào trong giấy thiếc hoặc bằng giấy plastic ngoài vỏ bao bằng giấy thường. Men thành phẩm dạng này là men bánh mì dạng bánh (hay dạng ướt), bảo quản ở 0-4oC và độ ẩm không khí giữ ở 82-96%. Thời gian bảo quản trên 12 ngày trong điều kiện này. Men ép có độ ẩm khoảng 75% trong nhiệt độ bình thường tương đối bị mất hoạt tính. Vì vậy không nên vận chuyển ở khoảng cách xa, cũng như giữ ở nhiệt độ thường trong thời gian dài. Và để khắc phục được nhược điểm này người ta thường cho qua sấy. Khi sản xuất men bánh mì cần chú ý đến quá trình này vì quá trình này có ảnh hưởng lớn đến chất lượng thành phẩm. Trong quá trình lắng, không còn chất dinh dưỡng trong môi trường, hệ enzyme trong tế bào nấm men chuyển từ quá trình hoạt động sinh tổng hợp sang quá trình trao đổi chỉ nhằm duy trì những chức năng bình thường của tế bào. Trong giai đoạn này, có dạng tế bào con, tế bào trẻ vừa mới tạo chồi, tế bào thành thục. Tỉ số các dạng này khác nhau tùy thuộc quy trình kỹ thuật và môi trường hoạt động lúc đầu. Số tế bào thành thục càng cao men thành phẩm càng giữ được tính chất của nó lâu hơn. Điều kiện lắng tốt nhất là: – Giảm nhiệt độ đến 27o C. – Giảm lượng không khí 40-60% so với giai đoạn nuôi chính. – Thời gian lắng từ 1,5-2 giờ. 2.3.5. Lọc ép quạt khô: Ly tâm xong, thu lấy nấm men cho vào máy lọc ép trước khi đóng gói. Nấm men được giữ lại trong lớp vải lọc và dịch môi trường sẽ thấm ra ngoài. Tốc Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 27 độ và độ lọc phụ thuộc vào lực tác dụng và sự đối kháng của môi trường. Nếu giai đoạn lọc ép tốt, sau giai đoạn này sẽ nhận được dạng men ép chứa khoảng 75% độ ẩm có thể đóng gói, không qua giai đọan quạt khô. Trường họp lọc ép không đạt hiệu quả, có thể dùng quạt gió để xử lý tiếp từ nửa giờ đến 1giờ. 2.3.6. Sản xuất men ép: 2.3.6.1 Tạo hình, đóng gói men ép: Ở các nước, giai đoạn này được thực hiện bằng máy, và có bổ sung dầu thực vật (0,1%), lecithin để đảm bảo độ bền chắc và màu sắc sản phẩm. Các cơ sở sản xuất men bánh mì ở nước ta do trình độ công nghiệp chưa cao và có nhiều lao động thủ công nên sau khi lọc ép để men được nhào trộn cho đều, người ta có thể nhồi bằng tay như nhồi bột làm bánh bao hay cho từ 5-10kg men vào bao vải dày, cột chặt miệng bao lại và đạp bằng chân cho đến khi đồng nhất về màu sắc và độ chắc. Cân men thành từng phần nặng 0,5kg cho vào túi nilon loại dày, ép trong khuôn cấy có kích thước tương ứng. Ép chặt men theo khối vuông vức của khuôn, vuốt bao lại cho thẳng, bọc kín và cột thun lại. Cất vào tủ lạnh bảo quản từ 2-400C. Khâu tạo hình và đóng gói men càng làm nhanh càng tốt, vì trong điều kiện sản xuất của ta, nếu không rửa sạch men, hệ enzyme của tế bào nấm men đang ở trạng thái nghỉ, có thể tiếp tục hoạt động ảnh hưởng lên chất lượng men, hoặc có vi khuẩn gây nhiễm sinh sản mạnh hơn tế bào nấm men đang nghỉ. Hoạt động của vi khuẩn sẽ tạo ra trong môi trường những chất độc làm kìm hãm tế bào nấm men, làm cho số lượng nấm men sống trong thành phẩm giảm.(3) 2.3.6.2 Bảo quản lạnh men ép: Sau khi đóng gói, nấm men được chuyển đến phòng lạnh 0 – 40C, độ ẩm không khí phải duy trì ở 82 – 96%w 2.3.7. Sản xuất men khô [1] 2.3.7.1 Sấy Sau khi thu được dạng men ép bằng phương pháp nuôi men đặc biệt để làm men khô, quá trình làm men khô tiếp theo gồm hai giai đoạn chính: – Trục nấm men ép thành dạng sợi dài có độ dày và độ chắc đồng nhất. Môn: CÔNG NGHỆ LÊN MEN GVHD: NGÔ LÂM TUẤN ANH Đề tài: CN SẢN XUẤT SINH KHỐI NẤM MEN BÁNH MÌ 28 – Khử nước, làm khô sợi nấm men trên lưới thép nhờ quạt thông khí kết hợp với nhiệt độ từ 31 – 32ºC. Trục nấm men thành dạng sợi Để thực hiện giai đoạn này có thể thiết kế dĩa đồng, có đục lỗ kích thước≈ 0,3 cm, gắn ở đầu ra của