1/31/2013
1
CÔNG NGHỆ SINH HỌC
THỰC PHẨM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI
Giảng viên: Nguyễn Quang
SĐT: 01689 034 127
Email: [email protected]
Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật
trong công nghệ thực phẩm
3.1. Công nghệ sản xuất sinh khối tế bào
3.3. Tổng hợp acid amin
3.4. Tổng hợp enzym
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
sinh khối tế bào
 Vi sinh vật đã tồn tại trên trái đất cách
đây 3,5 triệu năm
 Vi sinh vật là những sinh vật có kích
thước rất nhỏ bé nhưng chúng hấp thu
và chuyển hóa vật chất rất nhanh. Bên
cạnh đó tốc độ phát triển của VSV cũng
rất cao.
 Hơn 1% VSV đã được định danh và
nghiên cứu.
Nguyễn Quang
Một số loại VSV
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
sinh khối tế bào
 Nguyên lý của quá trình sản xuất:

ở tế bào VSV
Nguyễn Quang
Yếu tố ảnh hưởng
VSV
Các loại sản phẩm
Quá trình tổng hợp
Dị hóa trong tế bào
Enzym
nội bào
Dị hóa ngoài
tế bào
Yếu tố ảnh hưởng
Dinh dưỡng Sản phẩm thừa
Sản phẩm phân giải
Môi trường nuôi cấy Biomass Sản phẩm bậc hai
Sản phẩm của quá trình lên men
 Phân loại theo tính chất thương mại:
 Bản thân các tế bào vi sinh vật (sinh
khối) là các sản phẩm mong muốn.
 Các enzym do VSV tạo nên: amylase,
protease, lipase…
 Các dược phẩm: chất kháng sinh và các
alkanoid…
Nguyễn Quang
 Sinh khối tế bào
 Nấm men: dùng làm nở bột mì, lên men
rượu…
 Các vi khuẩn và vi tảo: được sử dụng
cho mục đích dinh dưỡng.
Nguyễn Quang

 Các amino acid sản xuất bằng con đường này:
acid glutamic, lysine và tryptophan.
 Một số vitamin cũng được sản xuất bằng con
đường vi sinh vật, đó là riboflavin, vitamin B12 và
acid ascorbic (vitamin C)
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
1/31/2013
3
 Các hóa chất thông dụng:
 Ethanol
 Acid acetic
 Acid lactic
 Glycerol
 Trong đó, ethanol là sản phẩm phổ
biến và quan trọng nhất.
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
 Phân loại theo sinh lý trao đổi chất:
 Vật chất tế bào (sinh khối)
 Các sản phẩm trao đổi chất
 Các sản phẩm chuyển hóa
Nguyễn Quang
Sản phẩm của quá trình lên men
 Các sản phẩm trao đổi chất:
 Các sản phẩm lên men: ethanol, acid lactic,
methan, acetol-butanol,…
 Các chất trao đổi bậc 1: amino acid,
nucleotide, vitamin, đường…
 Các chất trao đổi bậc 2: chất kháng sinh,

 Quyết định giá thành sản phẩm.
Nguyễn Quang
1/31/2013
4
Yêu cầu giống VSV
 Giống VSV phải cho ra sản phẩm mà ta
mong muốn.
 Giống phải cho năng suất sinh học cao.
 Giống phải có khả năng đồng hóa các
nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm.
 Sản phẩm của giống dễ dàng tách tạp
chất.
Nguyễn Quang
Yêu cầu giống VSV
 Giống phải ổn định về genotype và
fenotype.
 Giống phải có tính thích nghi cao.
 Có tốc độ sinh sản và phát triển mạnh.
 Tốc độ trao đổi chất mạnh để nhanh tạo
ra sản phẩm mong muốn.
 Giống phải ổn định trong bảo quản và
dễ dàng bảo quản.
Nguyễn Quang
Kỹ thuật tạo giống
 Phân lập giống trong tự nhiên.
 Phân lập giống trong môi trường sản
xuất.
 Phân lập giống trong những ống giống
đã thoái hóa.
Nguyễn Quang

 Điều kiện: phải bảo quản lạnh.
Nguyễn Quang
Phương pháp giữ giống trên
môi trường thạch có lớp dầu khoáng
 Sử dụng dầu khoáng như vaselin,
parafin…
 Ưu điểm:
 Đơn giản, hiệu quả cao.
 Môi trường không bị mất nước.
 Vi sinh vật được bảo quản lâu hơn so với
phương pháp cấy truyền.
Nguyễn Quang
Phương pháp giữ giống trên đất, cát
 Bảo quản các VSV tạo bào tử.
 Thời gian bảo quản từ 1 đến vài năm.
 Trước khi dùng phải:
 Cấy ria trên môi trường agar.
 Chọn các khuẩn lạc điển hình.
Nguyễn Quang
Phương pháp giữ giống trên hạt
 Bảo quản những VSV có dạng hình
sợi, sinh bào tử hoặc không.
 Thời gian bảo quản có thể lên tới 1
năm.
Nguyễn Quang
Phương pháp lạnh đông
 Phương pháp đơn giản, VSV giữ được
lâu.
 Nhiệt độ trữ lạnh từ -15
0

 Thời gian lưu giữ lâu lên tới vài chục năm.
 Được dùng nhiều trong sản xuất.
Nguyễn Quang
Một số ngân hàng giống VSV
Nguyễn Quang
Sản phẩm công nghệ VSV
Nguyễn Quang
Quá trình sản xuất
 Nuôi cấy lắc (Shake flash)
 Quy mô phòng thí nghiệm (Lab scale
fermentor 5 – 10 L)
 Pilot scale fermentor (300 – 3000 L)
 Hệ thống nuôi cấy công nghiệp
(10.000 – 500.000 L)
Nguyễn Quang
Nuôi cấy lắc
 Tối ưu hóa điều
kiện cho tế bào
phát triển và hình
thành sản phẩm:
 pH
 Nhiệt độ
 Oxy hòa tan (DO)
 Cơ chất
 Nồng độ cơ chất
 Yếu tố khác
Nguyễn Quang
Hệ thống lên men
phòng thí nghiệm
 Agitation

nấm men bánh mì
 Các dạng nấm men:
 Nấm men dạng lỏng
 Nấm men dạng nhão (paste)
 Nấm men khô
 Nguyên liệu: nước, carbon hydrate,
phospho, nitơ, kali và magie.
 Vi sinh vật: Saccharomyces cerevisiae.
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
nấm men bánh mì
 C
6
H
12
O
6
C
2
H
5
OH + CO
2
 Công nghệ sản xuất bánh mì:
Bột mì  Nhào bột  Định hình (4h)  Nướng
Nấm men
Bột mì  Nhân giống nấm men (6h)  Trộn bột…
Nguyễn Quang
1/10
9/10

nấm men bánh mì
 Tế bào nấm men có kích thước lớn,
đều, có khả năng phát triển mạnh và
chịu được nhiệt độ cao.
 Lực nở bột
 Độ bền của nấm men (>72h)
Nguyễn Quang
Điều kiện nuôi
 Nước đường: 2 – 4 %
 Nhiệt độ lên men: 25 – 28
0
C
 pH dịch nuôi: 4,2 – 5,4
 DAP: 0,15 – 0,25 %
 Ure: 0,15 – 0,2 %
 Thời gian nuôi: 12 – 16h
 Lưu lượng khí: 1m
3
/m
3
.h
Nguyễn Quang
1/31/2013
9
Công nghệ sản xuất
Nguyễn Quang
Protein đơn bào (Single Cell Protein - SCP)
 Là nguồn dinh dưỡng chứa nhiều protein từ
VSV (vi khuẩn, nấm men, nấm sợi và tảo)
 Hàm lượng protein cao.

Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
 Kanembu làm bánh Dihé.
 Người Mexico đã thu hoạch
tảo Spirulina từ thế kỷ 16.
Nguyễn Quang
1/31/2013
10
Hệ thống cánh khuấy
Nguyễn Quang
Thu nhận tảo
Nguyễn Quang
Một số kiểu hồ nuôi khác
Nguyễn Quang
Hồ nuôi hình tròn
Nguyễn Quang
1/31/2013
11
Hệ thống nuôi dạng ống
Nguyễn Quang
Câu hỏi ôn tập
 Hãy trình bày nguyên lý của quá trình
sản xuất sinh khối tế bào?
 Hãy nêu các sản phẩm của quá trình
lên men.
 Hãy trình bày các phương pháp bảo
quản giống VSV.
 Hãy trình bày công nghệ sản xuất tảo.

 Chủng dùng trong sản xuất thường là chủng đột
biến, có khả năng tích lũy nhiều acid amin trong
môi trường nhiều carbon hydrat và ít nitơ.
 Nguyên tắc chung:
 Thay đổi môi trường nuôi cấy bằng cách bổ
sung thêm chất kháng sinh, các chất bề mặt và
acid béo vào môi trường.
 Ngoài ra có thể sản xuất acid amin từ các chất
trung gian và tổng hợp như enzym.
Nguyễn Quang
1/31/2013
12
Cơ chế trao đổi amin
 Các họ acid amin:
 Họ α-ketoglutarat: glutamat, glutamin, prolin,
arginin.
 Họ 3-phospho glycerat: serin, glycin, cystein.
 Họ pyruvat: alanin, valin, leucin.
 Họ oxaloacetat: aspartat, asparagin, methionin,
threonin, lysin, isoleusin.
 Họ phosphoenol pyruvat: erythro-4-phosphat,
tryptophan, phenylalanin, tyrosin.
 Họ ribose-5-phosphat: histidin.
Nguyễn Quang
Sinh tổng hợp các
acid amin họ α-ketoglutarat
Nguyễn Quang
Sinh tổng hợp các
acid amin họ 3-phosphoglycerat
Nguyễn Quang

 Chất điều hòa sinh trưởng
 Các chất khác
 Ảnh hưởng của pH
 Ảnh hưởng của hệ thống gió và khuấy
 Ảnh hưởng của việc cung cấp điện tử
 Ảnh hưởng của thực khuẩn thể
Nguyễn Quang
Cơ chế sinh tổng hợp lysine
Nguyễn Quang
Glucose
Acid pyruvic
Oxaloacetic
Aspatic
Aspatic-β-semialdehyde
Lysine Methionine
Isoleucine
Threonine
Quy trình sản xuất lysine
Nguyễn Quang
Thu dịch sau ly tâm
Nhả hấp phụ
Trao đổi ion
Chuẩn bị dịch lên men
Ly tâm
Lên men
Ly tâm
Đun nóng
Làm lạnh Điều chỉnh pH
Nguyên liệu
Lysine

 Apoenzym: phần protein
 Cofactor: chất hữu cơ đặc hiệu gắn với
apoenzym.
Nguyễn Quang
1/31/2013
14
Các yếu tố ảnh hưởng
đến hoạt tính của enzym
 Nhiệt độ
 pH
 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
 Ảnh hưởng của các chất kiềm hãm
Nguyễn Quang
Danh pháp
 Thông thường thêm đuôi –ase sau cơ chất.
VD: ure  urease, lactose  lactase…
 Theo kiểu phản ứng xúc tác.
VD: thủy phân  hydrolase
oxy hóa  oxidase…
 Một số loại enzym không theo quy luật trên.
VD: bromelin trong dứa, papain trong đu đủ,
ficin trong quả sung…
Nguyễn Quang
Ứng dụng
 Ứng dụng trong công nghệ chế biến
thực phẩm: chế biến bột, sản xuất kẹo, sản
xuất bánh mì, sản xuất nước quả, rượu vang,
chế biến thịt, sản xuất bia…
 Ứng dụng trong các ngành công
nghiệp: sản xuất chất tẩy rửa, công nghiệp

Nghiền
Trích ly
Sấy
Tinh chế
Enzym ngoại bào
Phá vỡ tế bào
Lọc hoặc ly tâm
Vi sinh vật
Nuôi cấy (lên
men)
Enzym nội bào
Cô đặc
Sản phẩm
1/31/2013
15
Phương pháp thu nhận enzym
 Phương pháp cơ học tách enzym
 Phương pháp phá vỡ tế bào
 Phương pháp cô đặc
 Phương pháp tinh sạch enzym
 Tạo sản phẩm
Nguyễn Quang
Phương pháp cơ học tách enzym
 Phương pháp ly tâm: ly tâm là quá
trình tách vật chất rắn ra khỏi dung
dịch. Phương pháp lý tâm chỉ tách
được thành phần rắn có tỷ trọng lớn
hơn dung dịch.
 Trong công nghiệp, người ta thường ly
tâm thu nhận enzym bằng máy ly tâm

Thường được sử dụng
trong trường hợp dung dịch
cần lọc có khối lượng nhỏ.
 Lọc chân không
(vacuum filter): là phương
pháp được ứng dụng nhiều
trong nghiên cứu và sản
xuất.
Nguyễn Quang
Phương pháp lọc
 Lọc theo dòng chảy cắt ngang (cross-flow
filtration): phương pháp này có ưu điểm là làm
giảm sức đề kháng quá trình lọc của vật liệu rắn.
Nguyễn Quang
 Lọc thông thường (conventional filter):
phương pháp này được sử dụng từ rất lâu. Tuy
nhiên có nhược điểm là thời gian lọc lâu.
Phương pháp phá vỡ tế bào
 Phá vỡ tế bào bằng phương pháp cơ
học:
 Phương pháp áp suất cao
 Phương pháp nghiền
 Phương pháp siêu âm
 Phá vỡ tế bào bằng phương pháp
không phải cơ học:
 Phương pháp sấy
 Phương pháp phân giải
Nguyễn Quang
Phá vỡ tế bào
bằng máy đồng hóa

chạm với các hạt này.
 Ở quy mô phòng thí nghiệm có thể
nghiền tế bào với hạt thủy tinh bằng
cối chày sứ.
Nguyễn Quang
Phương pháp lạnh đông
 Huyền phù tế bào dưới dạng bột nhão
được lạnh đông ở -20
0
C, rồi nén dưới
áp suất cao (10-15 tấn/inch
2
) qua các
lỗ hẹp của máy nén Hughes thì tế bào
sẽ bị phá vỡ.
Nguyễn Quang
Phá vỡ tế bào không phải
bằng phương pháp cơ học
 Sốc thẩm thấu
 Xử lý kiềm
 Sử dụng chất tẩy rửa
 Dung giải bằng enzym
Nguyễn Quang
Sản xuất acid hữu cơ
 Công nghệ sản xuất acid acetic (dấm):
 Acid acetic tan trong nước, cồn, eter,
benzen, aceton và trong chloroform.
 Acid acetic rất bền với các chất oxy hóa
như acid chromic, permanganate.
 Chúng có khả năng hòa tan cellulose,

(hydrat acetaldehyde)
CH
3
CH(OH)
2
+ O
2
 CH
3
COOH + H
2
O
Nguyễn Quang
Sản xuất acid acetic
Nguyễn Quang
1/31/2013
18
Quá trình oxy hóa
rượu thành acid acetic
Nguyễn Quang
Nguyên liệu
 Nguyên liệu lên men acetic trực tiếp là
rượu ethanol. Ngoài ra, có thể dùng
dung dịch đường hay tinh bột đã qua
đường hóa.
Nguyễn Quang
Phân loại
 Dấm cất (dấm gạo):
 Nguyên liệu chính: lương thực,
đường

Nguyễn Quang
Công nghệ sản xuất
 Phương pháp lên men chậm
 Phương pháp lên men nhanh
 Phương pháp lên men chìm
 Phương pháp kết hợp
Nguyễn Quang
1/31/2013
19
Tác nhân lên men
 Vi khuẩn acetobacter là
tác nhân chính trong quá
trình lên men acetic.
 Đặc điểm:
 Hình que (tùy điều kiện
nuôi cấy mà tế bào có thể
có hình thái khác nhau)
 Kích thước thay đổi tùy
loài (0,3-0,6×10
-8
µm)
Nguyễn Quang
Tác nhân lên men
 Có thể di động (có tiên
mao đơn hoặc chu mao)
hoặc không di động
(không có tiên mao)
 Không sinh bào tử.
 Hiếu khí bắt buộc.
 Chịu được độ acid cao.

nguồn nitơ.
 Một số chất kích thích sinh trưởng như
acid nicotine, acid amin, folic và
biotin… có vai trò quan trọng trong
sinh trưởng của vi khuẩn acetic.
Nguyễn Quang
Yêu cầu về giống VSV
 Phải lựa chọn những chủng vi khuẩn
thỏa điều kiện:
 Phải oxy hóa etylic tốt nhất
 Tạo dấm có nồng độ acid acetic cao, chịu
được độ cồn và acid cao.
 Các điều kiện phân lập, nuôi cấy, bảo
quản giống phải đơn giản, không tốn
kém, phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.
Nguyễn Quang
1/31/2013
20
Một số VSV có khả năng
lên men acid acetic
A. pasteurianum
A. orleaneuse
A. schiitzenbachii
A. curvum
A. suboxydans
Nguyễn Quang
Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình lên men acid acetic
 Ảnh hưởng của oxy:
 Oxy là một yếu tố quan trọng trong quá trình lên

3
…
 Cần bổ sung vitamin, chất kích thích sinh
trưởng như pepton, cao nấm men…
 Cần bổ sung thêm acid lactic, glycerine,
muối đậu nành…
Nguyễn Quang
Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình lên men acid acetic
 Ảnh hưởng của nồng độ ethanol:
 Ethanol là cơ chất lên men acid acetic. Tùy từng
loại VSV mà chúng có thể tồn tại ở những nồng
độ rượu khác nhau, thường từ 11-13%.
 Để tránh hiện tượng oxy hóa tiếp tục acid acetic
thành CO2 và H2O cần có một lượng rượu sót
trong sản phẩm, thường là 0.3-0.5%.
 Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic:
 Acid acetic sinh ra nhiều sẽ gây ảnh hưởng ức
chế đến hoạt động sinh lý của vi khuẩn acetic.
Nguyễn Quang
Quy trình sản xuất
Nguyễn Quang
Phương pháp lên men chậm
Nguyễn Quang
1/31/2013
21
Phương pháp lên men nhanh
Nguyễn Quang
Phương pháp lên men chìm
 Người ta thiết kế hệ thống lên men

 Mục đích: thu được acid acetic có nồng
độ cao hơn.
 Phương pháp này rất đơn giản và dễ
thực hiện.
 Tuy nhiên, phương pháp này thường tiêu
hao nhiều năng lượng và hàm lương acid
acetic thường không cao.
Nguyễn Quang
Phương pháp nâng cao nồng độ
acid acetic trong dịch lên men
 Phương pháp chưng cất bằng muối:
 Sử dụng một cấu tử có khả năng phân ly mạnh
làm thay đổi trạng thái cân bằng lỏng – hơi. Trong
chưng cất có sự tham gia của muối CaCl
2
hoặc
CH
3
COONa.
 Ưu điểm:
 Tốn ít năng lượng
 Hiệu suất thu nhận acid acetic thường rất cao
 Sản phẩm có độ tinh khiết cao
 Nhược điểm:
 Phải hoàn nguyên cấu tử phân ly nên tốn thiết bị và năng
lượng cho quá trình này
 Gây ăn mòn thiết bị
Nguyễn Quang
1/31/2013
22

độ acid acetic.
Nguyễn Quang