Đề tài Tổng hợp sắc tố carotenoid từ Rhodotorula sp

........................................................ 1 Danh mục bảng ................................................................................................................................ 2 Danh mục hình................................................................................................................................. 3 Lời mở đầu....................................................................................................................................... 4 I. Giới thiệu về Carotenoid ............................................................................................................. 5 1.1 Phân bố ................................................................................................................................ 5 1.2 Phân loại .............................................................................................................................. 6 II. Nguyên liệu ................................................................................................................................. 6 2.1 Thành phần nguyên liệu ...................................................................................................... 6 2.2 Mô tả nguyên liệu ................................................................................................................ 6 III. Giống vi sinh vật ........................................................................................................................ 9 3.1 Giới thiệu giống vi sinh vật ................................................................................................. 9 3.2 Hình thái ............................................................................................................................ 10 3.3 Sinh lý ............................................................................................................................... 11 3.4 Sinh sản .............................................................................................................................. 11 3.5 Tiêu chí chọn giống ........................................................................................................... 12 IV. Quy trình công nghệ ................................................................................................................ 12 4.1 Sơ đồ khối .......................................................................................................................... 12 4.2 Thuyết minh quy trình ....................................................................................................... 12 4.2.1 Chuẩn bị môi trường ................................................................................................. 12 4.2.2 Tiệt trùng .................................................................................................................. 14 4.2.3 Hoạt hóa giống, nhân giống ...................................................................................... 15 4.2.4 Lên men .................................................................................................................... 15 4.2.5 Ly tâm tách sinh khối ............................................................................................... 18 4.2.6 Đồng hóa ................................................................................................................... 20 4.2.7 Trích ly ..................................................................................................................... 21 4.2.8 Lọc ............................................................................................................................ 22 4.2.9 Cô đặc chân không ................................................................................................... 23 4.2.10 Sấy phun ................................................................................................................. 23 V. Chỉ tiêu ...................................................................................................................................... 25 5.1 Vật lý ................................................................................................................................. 25 5.1.1 Dạng tồn tại .............................................................................................................. 25 5.1.2 Tính hấp thu ánh sáng ............................................................................................... 25 5.1.3 Nhiệt độ nóng chảy ................................................................................................... 26 5.1.4 Tính tan ..................................................................................................................... 26 5.1.5 Màu sắc ..................................................................................................................... 26 5.2 Hóa lý ................................................................................................................................ 26 5.3 Sinh học ............................................................................................................................. 26 5.3.1 Vai trò ....................................................................................................................... 27 5.3.2 Tính miễn dịch .......................................................................................................... 27 5.3.3 Tác dụng chống sự lão hóa ....................................................................................... 27 VI. Thành tựu ................................................................................................................................ 27 VII. Tài liệu tham khảo .................................................................................................................. 29 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 2 - Danh mục bảng Bảng 1: Sự phân bố và đặc điểm của carotenoid ở các sinh vật ...................................................... 5 Bảng 2: Thành phần hóa học chính trong mật rỉ đường mía (tính theo % chất khô) ...................... 6 Bảng 3: Thành phần tro trong mật rỉ (tính theo % khối lượng của tro) ........................................... 6 Bảng 4: Thành phần vitamin trong mật rỉ (tính theo μg/g rỉ đường) ............................................... 6 Bảng 5: Thành phần chất chiết men ................................................................................................ 7 Bảng 6: Thành phần chất chiết malt ............................................................................................... 7 Bảng 7: Thành phần của KH2PO4 thương phẩm .............................................................................. 8 Bảng 8: Thành phần hóa học của K2HPO4 ...................................................................................... 8 Bảng 9: Thành phần của (NH4)2SO4 ................................................................................................ 9 Bảng 10: Một vài loài sinh tổng hợp chất màu carotenoid ............................................................ 10 Bảng 11: Thành phần các chất màu carotenoid được tổng hợp bởi các chủng Rhodotorula ....... 18 Bảng 12: Khả năng hấp thụ ánh sáng của một số carotenoid ........................................................ 25 Bảng 13: Khả năng tạo chất màu carotenoid bởi Rhodotorula rubra GED8 và chủng đột biến Rhodotorula rubra 56 – 13 trong môi trường glucose và lactose ................................................. 28 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 3 - Danh mục hình Hình 1: Tảo ...................................................................................................................................... 5 Hình 2: Cà chua ............................................................................................................................... 5 Hình 3: Rhodotorula sp. .................................................................................................................. 9 Hình 4: Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC - 20 ................................................................................ 14 Hình 5: Thiết bị lên men có bộ đảo trộn dạng sủi bọt ................................................................... 16 Hình 6: Con đường sinh tổng hợp carotenoid ............................................................................... 17 Hình 7: Máy ly tâm siêu tốc loại ống ............................................................................................ 19 Hình 8: Thiết bị đồng hóa .............................................................................................................. 20 Hình 9: Thiết bị trích ly liên tục dạng trục vis ............................................................................... 21 Hình 10: Sơ đồ thiết bị lọc chân không dạng thùng quay tác động liên tục .................................. 22 Hình 11: Thiết bị cô đặc một nồi ................................................................................................... 23 Hình 12: Sơ đồ hệ thống sấy phun................................................................................................. 24 Hình 13: Thiết bị sấy phun ............................................................................................................ 25 Hình 14: Chuyển hóa β-carotene thành vitamin A ........................................................................ 27 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 4 - Lôøi môû ñaàu Xaõ hoäi ngaøy caøng phaùt trieån keùo theo söï phaùt trieån cuûa caùc ngaønh khoa hoïc kó thuaät. Coâng ngheä sinh hoïc ñaõ vaø ñang trôû thaønh moät trong nhöõnh ngaønh ñöôïc quan taâm haøng ñaàu treân theá giôùi noùi chung vaø ôû Vieät Nam noùi rieâng. Coâng ngheä sinh hoïc phaùt trieån nhanh choùng ñang taïo ra moät cuoäc caùch maïng sinh hoïc trong caùc ngaønh noâng nghieäp vaø coâng nghieäp thöïc phaåm, laøm thay ñoåi phöông thöùc saûn xuaát trong caùc ngaønh y döôïc, naêng löôïng khai thaùc khoaùng vaø moâi tröôøng… Ñoái vôùi Vieät Nam, moät ñaát nöôùc noâng nghieäp thì vieäc öùng duïng, xöû lyù vaø taùi cheá caùc nguoàn pheá phuï phaåm töø ñoäng vaät vaø thöïc vaät trong caùc ngaønh saûn xuaát noâng nghieäp vaø coâng nghieäp thöïc phaåm để làm bieán ñoåi nhöõng nguoàn nguyeân lieäu reû tieàn này taïo ra nhöõng saûn phaåm coù chaát löôïng cao, giaûm nguy cô oâ nhieãm moâi tröôøng mang laïi hieäu quaû kinh teá cho xaõ hoäi đang ngày càng được ưu tiên. Hằng ngày cơ thể chúng ta hấp thu rất nhiều loại chất dinh dưỡng khác nhau. Bên cạnh những dưỡng chất quan trọng như nước, protein, lipit, carbonhydrate, cơ thể chúng ta cũng cần được cung cấp một lượng khoáng, vitamin cho cơ thể phát triển cân đối. Trong đó chúng ta đặc biệt quan tâm tới thành phần vitamin trong thực phẩm được sử dụng. Và một trong những nhóm vitamin không thể thiếu trong các bữa ăn hằng ngày có thể kể đến là vitamin A. Vitamin A coù vai troø raát quan troïng ñoái vôùi söï soáng cuûa con ngöôøi noùi chung vaø giôùi ñoäng vaät noùi rieâng. Nguoàn nguyeân lieäu thöïc vaät vaø vi sinh vaät ñöôïc xem laø caùc nguoàn cung caáp doài daøo saéc toá carotenoid (nguồn gốc tạo tiền chất cho quá trình tổng hợp vitamin A). Vaø moät trong raát ít gioáng naám men coù khaû naêng toång hôïp ñöôïc saéc toá carotenoid laø Rhodotorula sp. Ñaõ coù nhieàu coâng trình ngieân cöùu veà khaû naêng sinh toång hôïp saéc toá carotenoid treân caùc nguoàn cô chaát khaùc nhau, vôùi caùc phöông phaùp nuoâi caáy khaùc nhau: nhö nuoâi caáy giaùn ñoaïn, baùn lieân tuïc, leân men dòch theå, leân men baùn raén…chæ töø gioáng Rhodoturula sp hay nuoâi caáy keát hôïp vôùi moät chuûng vi sinh vaät khaùc nhö: naám men, naám moác, vi khuaån…Những nghiên cứu này hiện nay cũng đang được ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp và không ngừng phát triển trong tương lai… COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 5 - I. GIỚI THIỆU VỀ CAROTENOID Carotenoids laø nhoùm chaát maøu hoøa tan trong chaát beùo coù trong luïc laïp, trong quaû và rau maøu coù maøu da cam, maøu vaøng vaø maøu ñoû. Có khoảng hơn 600 loại Carotenoid tồn tại trong tự nhiên. Chuùng raát phoå bieán vaø ñöôïc taïo ra raát nhieàu trong töï nhieân. Ngöôøi ta öôùc tính raèng haøng naêm coù treân 100 trieäu taán caroteoid ñöôïc saûn sinh ra trong töï nhieân. Phaàn lôùn löôïng naøy ôû daïng fucoxanthin (trong taûo), vaø trong 3 carotenoid chính của laù caây laø lutein, violaxanthin vaø neoxanthin. Coøn laïi tuy chieám löôïng nhoû hôn nhöng hieän dieän khaép nôi laø β-carotene vaø zeaxanthin. Nhöõng saéc toá khaùc laø lycopene (caø chua), capsanthin (tieâu ñoû), bixin (ñieàu). Hình 1: Tảo Hình 2: Cà chua 1.1 Phaân boá: Baûng 1: Sự phân bố và đặc điểm của carotenoid ở các sinh vật Nguoàn goác Ñaëc ñieåm Thöïc vaät  Carotenoid thöôøng toàn taïi ôû phaàn dieäp luïc cuûa moâ xanh, maøu cuûa chuùng bò che laáp bôûi maøu cuûa chorophyll.  Haøm luôïng carotenoid haàu nhö gioáng nhau ôû caùc loaøi laù caây: β-carotene (25-30%), lutein (khoaûng 45%), violaxanthin (15%), neoxanthin (15%) trên tổng số khối lượng carotenoid. Ngoaøi ra coøn coù moät löôïng nhoû α-carotene, α vaø β-cryptoxanthin, zeaxanthin, atheraxanthin, lutein – 5, 6 – epoxdide. Carotenoid cuõng phaân boá trong caùc moâ thöôøng (khoâng coù phaûn öùng quang hôïp) taïo ra maøu vaøng, cam, ñoû cho hoa quaû nhö caø chua, caø roát, bí ñoû… Ñoäng vaät  Carotenoid taïo maøu vaøng, ñoû cho loâng caùnh caùc loaøi chim; taïo maøu loâng vaø da vaøng cho gaø con, taïo maøu ñoû cho loøng ñoû tröùng.  Trong moät soá ñoäng vaät bieån nhö toâm huøm, cua… toàn taïi moät daïng phöùc hôïp giöõa carotenoid vaø protein goïi laø carotenoprotein luùc coøn soáng coù maøu xanh laù, tím hoaëc xanh döông; nhöng khi naáu chín protein bò bieán tính maøu ñoû cuûa carotenoid môùi hieän ra. Vi sinh vaät  Carotenoid laø chaát maøu noäi baøo cuûa moät soá caùc loaøi vi sinh vaät nhö: vi khuaån (Brevibacterium tạo canthaxanthin, Flavobacterium taïo zeaxanthin), naám men (Rhodotorula sp.), naám moác (Neurospora Crassa, Mucorals choanophoracea), taûo (Dunadiella). COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 6 - 1.2 Phaân loaïi Carotenoids ñöôïc caáu taïo töø 8 ñôn vò isoprene lieân tieáp nhau ôû trung taâm cuûa phaân töû taïo neân caáu truùc ñoái xöùng, coù theå chia laøm hai nhoùm chính: - Carotenes : goàm caùc hydrocarbon carotenoid (C40H56) - Xanhthophylls: goàm caùc daãn xuaát coù nhoùm chöùa chöùa oxy nhö keto, epoxy, methoxy, acid cuûa carotenoid. (C40H56O2) II. NGUYEÂN LIEÄU 2.1 Thaønh phaàn nguyeân lieäu • Mật rỉ đường mía • Chất chiết nấm men • Chất chiết malt • KH2PO4 • K2HPO4 • (NH4)2SO4 2.2 Moâ taû nguyeân lieäu  Mật rỉ đường mía Nguồn cacbon sử dụng là mật rỉ đường, có hàm lượng chất khô 75 -83 % khối lượng, pH = 4.5-6 Bảng2: Thành phần hóa học chính trong mật rỉ đường mía (tính theo % chất khô) Succrose 32 - 45 Glucose 5 - 11 Fructose 6 - 15 Lượng đường tổng 52 - 65 Nitơ tổng 0.4 -1.5 Tro 7 - 11 Binkley and Wolfrom (1953) ; Wiley (1954), p.314; Olbrich (1956),p.12;Ruter (1975); Paturau (1989) Bảng3 : Thành phần tro trong mật rỉ (tính theo % khối lượng của tro) Na2O 0.3 - 9 CaO 7 – 15 MgO 2-14 P2O5 0.5 – 2.5 SO3 7 -27 SiO2 1-7 K2O 30 – 50 Olbrich (1963), p.540, Chen and Chou (1993), p. 408 Ngoaøi ra, ra trong maät ræ coøn coù chöùa moät soá vitamin Baûng 4: Thaønh phaàn vitamin trong maät ræ (tính theo μg/g ræ ñöôøng) Thiamine 8.3 Riboflavine 2.5 Nicotimic acid 21 Pantothenic acid 21.4 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 7 - Folic acid 0.038 Pyridocine 6.5 Biotin 12 Mật rỉ trước khi dùng pha chế môi trường phải được xử lý để phá hệ keo và màu sẫm của mật rỉ. Hệ keo của mật rỉ do protein và pectin hình thành. Hệ keo thường tạo độ nhớt cao và làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men. Nếu hệ keo không được phá đi sẽ gây hiện tượng thoái hóa, tế bào sẽ phát triển và sinh sản kém, sinh khối nấm men thu nhận sẽ bám đầy vào các chất keo này dẫn đến khó làm sạch sản phẩm. Keo càng nhiều, khả năng hòa tan của oxy càng kém và khả năng trao đổi chất của vi sinh vật càng kém. Màu sẫm bám vào sinh khối nấm men và tạo cho nấm men có màu vàng thẫm, không phải màu tự nhiên của nấm. Ngoài ra rỉ đường cũng là môi trường dinh dưỡng khá lý tưởng cho vi sinh vật xâm nhập và phát triển. Để xử lý hệ keo và màu sẫm của mật rỉ, người ta sử dụng 3.5kg acid sunfuric đậm đặc cho một tấn mật rỉ. Khi cho H2SO4 vào mật rỉ, có ba cách thực hiện quá trình xử lý này. Cách thứ nhất: Khi cho 3.5kg H2SO4 vào một tấn mật rỉ, người ta khuấy đều ở nhiệt độ thường trong 24h, sau đó ly tâm thu dịch đường. Cách thứ hai: Khi cho 3.5kg H2SO4 vào một tấn mật rỉ, người ta đun toàn bộ lên 850C và khuấy đều liên tục trong 6h, sau đó ly tâm thu dịch đường Cách thứ ba: cho H2SO4 đến khi pH của mật rỉ đạt giá trị 4, người ta đun nóng đến 120 – 1250C trong một phút để các chất vô cơ kết tủa, đó ly tâm thu dịch đường. Dịch đường sau khi xử lý được pha chế thành môi trường có nồng độ phù hợp cho quá trình lên men thu sinh khối.  Chất chiết nấm men Bảng5: Thaønh phaàn chaát chieát men Tiêu chuẩn Paste nấm men bia Bột nấm men bia Màu Vàng nâu Bột vàng sáng Tổng N, % KL chất khô ≥ 7 ≥ 9 Nitơ amin, % KL chất khô ≥ 3 ≥ 3.5 Chất khô ,% KL chất khô ≥ 65 ≥ 94 NaCl, % KL chất khô ≤ 4 ≤ 4 pH 5 – 6.5 5 – 6.5 Tro % KL chất khô ≤ 10 ≤ 10  Chất chiết malt Bảng 6: Thành phần chất chiết malt Màu Từ vàng sáng đến nâu Chỉ số DE 39 – 60 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 8 - Protein % KL chất khô ≥ 4.2 Acid (ml/100g) ≤ 23 pH ≥ 5 Ñoä ẩm, % ≤ 4 Thể tích riêng (ml/100g) 180 Tro, % KL chất khô ≤ 2 Cloriform (tế bào/g) ≤ 100 Hàm lượng vi sinh vật (cfu/g) ≤ 50000  KH2PO4 Bảng 7: Thành phần của KH2PO4 thương phẩm Độ tinh sạch, % KL chất khô ≥ 99 P2O5, % KL chất khô ≥ 51.5 K2O, % KL chất khô ≥ 34 Chloride ,% KL chất khô ≤ 0.2 pH ≤ 4.4 – 4.8 Chất không tan trong nước, % KL chất khô ≤ 0.1 Độ ẩm, % ≤ 0.2 Kim loại nặng (như Pb), % KL chất khô ≤ 0.001 Arsen, % KL chất khô ≤ 0.0003 Flour, % KL chất khô ≤ 0.005  K2HPO4 Bảng 8: thành phần hóa học của K2HPO4 Độ tinh sạch, % KL chất khô 98 P2O5, % KL chất khô 40 K2O (khan), % KL chất khô 53 pH 8 – 9 Chất không tan, % KL chất khô 0.05 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 9 - Kim loại nặng (như Pb), % KL chất khô 0.001 Arsen, % KL chất khô 0.0003 Flour, % KL chất khô 0.002  (NH4)2SO4 Bảng 9: Thành phần của (NH4)2SO4 Nitơ tổng, % KL chất khô 21 Độ ẩm ,% 0.2 Acid tự do, % KL chất khô 0.03 Fe, % KL chất khô 0.007 As , % KL chất khô 0.00005 Kim loại nặng (Pb) , % KL chất khô 0.005 Chất không tan, % KL chất khô 0.01 III. GIOÁNG VI SINH VAÄT Hình 3: Rhodotorula sp 3.1 Giôùi thieäu gioáng vi sinh vaät - Theo phaân loaïi Harison(1927) naám men Rhodotorula sp thuoäc: • Giôùi: Naám(fungi) • Ngaønh: Basidiomycota • Lôùp: Urediniomycetes COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 10 - • Boä: Sporidiales • Hoï: Sporidiobolaceae • Gioáng: Rhodotorula - Naám men Rhodotorulasp coøn ñöôïc goïi laø naám men sinh saéc toá carotenoid (carotengensis), laø moät trong raát ít caùc chi naám men coù khaû naêng toång hôïp tích luõy moät löôïng lôùn caùc saéc toá carotenoid trong ñoù chuû yeáu laø β_ caroten, torulene, torulahodin… - Rhodotorula thuoäc cô theå ñôn baøo, khoâng sinh baøo töû, khoâng coù sôïi khuaån ti hay sôïi khuaån ti giaû. - Rhodotorula laø nhoùm sinh vaät öa aám, khoaûng nhieät ñoä hoaït ñoäng töø 20-400C. - Chuùng phaân boá roäng raõi khaép nôi: trong ñaát, khoâng khí, treân caùc voû laù caây nhö taùo, döa haáu, daâu taây… 3.2 Hình thaùi - Khi quan saùt döôùi kính hieån vi teá baøo naám men Rhodotorula sp coù daïng hình troøn, oval, elip, caàu ñeán daïng thon daøi hoaëc gaäy. - Kích thöôùc teá baøo dao ñoäng trong khoaûng 2-5μm, chieàu roäng 2,5-10μm, chieàu daøi phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän nuoâi caáy vaø ñoä tuoåi. - Kích thöôùc khuaån laïc tuøy moâi tröôøng, coù theå ñaït töø 1-10mm. - Quan saùt döôùi kính hieån vi khoâng hình thaønh sôïi naám, moät soá coù sinh sôïi naám giaû nhöng raát keùm phaùt trieån, thöôøng naûy choài ôû ñænh, khoâng hình thaønh baøo töû tuùi. - Trong quá trình phát triển, hình thái nấm men có thể thay đổi như sau: • Ôû naám men treû (qua 12 - 16h nuoâi caáy): maøng moûng, teá baøo chaát ñoàng nhaát, khoâng baøo chöa coù hoaëc môùi baét ñaàu xuaát hieän, teá baøo sinh saûn chieám tæ leä cao. • Ôû naám men tröôûng thaønh (qua 24 – 48h nuoâi caáy): kích thöôùc ñieån hình, khoâng baøo lôùn, soá khoâng baøo coù theå ñeán hai, löôïng glycogen taêng, teá baøo sinh saûn chieám tæ leä cao. Ôû naám men giaø( ñaõ nuoâi caáy töø 72h trôû leân): maøng daøy nhaün, teá baøo chaát khoâng ñoàng nhaát, khoâng baøo lôùn, löôïng chaát beùo taêng, teá baøo haàu nhö khoâng sinh saûn nöõa, khoâng coù glycogen, teá baøo cheát chieám tæ leä lôùn. Bảng 10: Một vài loài sinh tổng hợp chất màu carote noid Loaøi Maøu khuaån laïc Hình daïng Nguoàn phaân laäp Rh. Acheniorum Hoàng Daøi Quaû daâu, laù leâ Rh. Araucarie Hoàng Troøn caàu Goã caây baùch taùn Rh. Aurantiaca Hoàng hoaëc ñoû Daøi Khoâng khí, bia, ñaát Rh. Bogoriensis Kem hoaëc hoàng Gaäy Rh. Diffluens Kem Troøn caàu,elip Rh. Fujisanense Kem hoaëc hoàng Gaäy Caây nho daïi Rh. Glutinis Hoàng hoaëc ñoû Troøn caàu Rh. Graminis Hoàng Troøn caàu Rh. Ingeniosa Kem Troøn caàu Rh. Javanica Kem Daøi Rh. Lactosa Vaøng, hoàng hoaëc ñoû Troøn caàu Khoâng khí Rh. Marina Hoàng hoaëc ñoû Troøn caàu Con toâm Rh. Minuta Hoàng hoaëc ñoû Troøn caàu Khoâng khí, bieån COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 11 - Rh. Mucilaginosa(rubra) Kem, hoàng hoaëc ñoû Daøi Nöôùc, khoâng khí… Rh. Muscorum Kem hoaëc naâu nhaït Gaäy Rh. Pallida Kem hoaëc hoàng Troøn caàu Nöôùc bieån, döa leo ngaâm Rh. Pilatii Kem Troøn caàu Caây tuøng baùch Rh. Pilimanae Hoàng hoaëc ñoû Troøn caàu Nöôùc, ñaát 3.3 Sinh lyù - Khoâng leân men caùc loaïi ñöôøng nhö: D-Glucose, D-Galactose, Maltose, Saccharose vaø nhieàu loaïi ñöôøng khaùc nhöng chuùng laïi söû duïng caùc loaïi ñöôøng naøy ñeå cung caáp nguoàn carbon cho vieäc xaây döïng teá baøo. - Taïo ra enzyme urease. - Ñoàng hoùa DBB (Diazonium Blue B). - Coù chöùa saéc toá Carotenoid. - Khoâng taïo ra acid acetic. - Khoâng ñoàng hoùa ñưôïc inositol, ñaây laø neùt ñaëc tröng cô baûn nhaát cuûa Rhodotorula sp khaùc vôùi caùc gioáng naám men Cryptococcus, Candida. - Khaû naêng sinh toång hôïp saéc toá carotenoid. Toùm taét - Leân men: - - D-glucuranate: +/- - Myo-inositol: - - Ñoàng hoaù nitrate: +/- - Cô chaát gioáng tinh boät: - - Phaûn öùng DBB: + - Hoaït hoùa Urease: + - Coenzyme: Q9 hoaëc Q10 - Xylose: - 3.4 Sinh saûn - Ña soá loaøi cuûa naám men Rhodotorula sp sinh saûn baèng caùch naûy choài nhö: Rh. pilimanae, Rh. pilatii, Rh. javaniti, Rh. ingniosa, Rh.difluens vaø Rh. bogoriensis. Ngoaøi ra, Rhodotorula sp coøn sinh saûn theo kieåu phaân ñoâi nhöng gioáng Rhodotorula sp khoâng coù kieåu sinh saûn theo kieåu höuõ tính. 3.4.1 Sinh saûn baèng hình thöùc naûy choài • Ñaàu tieân haïch naám men baét ñaàu daøi ra vaø sau ñoù haïch baét ñaàu thaét laïi ôû chính giöõa. • Teá baøo meï baét ñaàu phaùt trieån moät choài con. Haïch moät phaàn chuyeån vaøo choài vaø moät phaàn ôû teá baøo meï, nguyeân sinh chaát cuõng chuyeån sang choài con. • Khi choài con gaàn baèng choài meï noù seõ ñöôïc taùch ra vaø soáng ñoäc laäp. ⇒ Ñaây laø phöông phaùp sinh saûn voâ tính chuû yeáu nhaát ôû naám men. 3.4.2 Sinh saûn baèng hình thöùc phaân ñoâi • Luùc ñaàu teá baøo daøi ra, sau ñoù töø töø thaét laïi ôû chính giöõa, nôi thaét naøy nhoû daàn, nhoû daàn tôùi khi ñöùt haún vaø taïo thaønh 2 teá baøo con ñoäc laäp. COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 12 - • Hai teá baøo con naøy gioáng heät nhau vaø ñeàu mang moät nöûa vaät chaát di truyeàn cuûa teá baøo meï. • Toác ñoä sinh saûn cuûa Rhodotorula sp nhanh, thôøi gian ñeå soá teá baøo taêng gaáp ñoâi thöôøng töø 2 - 6h. • Quaù trình sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa naám men goàm 4 giai ñoaïn: Giai ñoaïn thích nghi Giai ñoaïn phaùt trieån Giai ñoaïn oån ñònh Giai ñoaïn dieät vong 3.5 Tieâu chí choïn gioáng • Không có khả năng sinh tổng hợp độc tố • Khả năng sinh tổng hợp hợp chất màu carotenoid cao • Có khả năng thích nghi và tốc độ sinh trưởng cao • Điều kiện nuôi cấy rẻ tiền, đơn giản IV. QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ 4.1 Sơ đồ khối Sấy phun Sản phẩm COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 13 - 4.2 Thuyeát minh quy trình 4.2.1 Chuaån bò moâi tröôøng Mật rỉ đường: nồng độ 40 – 50% Chất chiết nấm men: 2.5g/l Chất chiết malt: 2g/l KH2PO4: 2g/l K2HPO4: 2g/l (NH4)2SO4: 1g/l pH cuûa moâi tröôøng: 5.5 Môi trường được khuấy đều trong thùng phối trộn với tốc độ 120 – 200 rpm. 4.2.2 Tieät truøng Mục ñích: chuẩn bị cho quaù trình leân men. Moâi tröôøng sau khi ñöôïc troän ñöa vaøo thiết bị tiệt trùng liên tục YHC - 20 ñeå tieâu dieät heä vi sinh vaät coù saün trong moâi tröôøng. Heä vi sinh vaät naøy coù theå coù hoaït ñoäng caïnh tranh vôùi naám men chính qui trình saûn xuaåt. Bieán ñoåi nguyeân lieäu : Sinh hoïc : heä vi sinh vaät coù trong moâi tröôøng bò tieâu dieät Thieát bò : thiết bị tiệt trùng liên tục YHC - 20 Hình 4: Thiết bị tiệt trùng liên tục YHC - 20 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 14 - Trong công nghiệp, để tiệt trùng các môi trường lỏng, người ta thường sử dụng các thiết bị tiệt trùng dạng YHC-5, YHC-20, YHC-50 với năng suất tương ứng 5, 20, 50 m3/h. Cấu tạo thiết bị: thùng chứa, bộ đun nóng, bộ giữ nhiệt, làm nguội, các bơm, hệ thống kiểm tra tự động và điều chỉnh các thông số của quá trình. Thùng chứa: là thiết bị hình trụ có nắp. Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu khuấy trộn và các khớp nối cần thiết. Bộ đun nóng gồm: vỏ trụ đứng, nắp và hai vòi phun và có các khớp nối để nạp môi trường dinh dưỡng, hơi nước được lắp trên vỏ thiết bị. Giữa các phần trên và dưới thiết bị có côn để nạp lớp mỏng, đều của môi trường đã được đun nóng vào bộ giữ nhiệt. Bộ giữ nhiệt: là một ống xoắn gồm nhiều ống tiện lợi cho bảo quản dài hạn trong trường hợp cần thiết cho sản xuất. Thiết bị làm mát: được sử dụng để làm lạnh môi trường dinh dưỡng tiệt trùng đến 40 0 C và thường được sử dụng bộ trao đổi nhiệt kiểu “ống lồng ống”. Nguyên tắc làm việc của thiết bị là đun nóng nhanh môi trường đến nhiệt độ tiệt trùng 120 ÷140 0 C khi cho tiếp xúc trực tiếp với hơi nước, được giữ trong bộ giữ nhiệt khoảng 15 phút và sau đó làm lạnh nhanh đến 28-32 0 C. Trước khi bắt đầu tiệt trùng môi trường dinh dưỡng tất cả các bộ phận của thiết bị (bộ đun nóng, bộ giữ nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, bộ lấy mẫu và hệ thống đường ống) phải được tiệt trùng bằng hơi trong 4 giờ. Sau khi triệt trùng thiết bị tiến hành mở các dụng cụ kiểm tra tự động và dụng cụ điều chỉnh các thông số của quá trình, đặt chế độ tiệt trùng môi trường. Nối thiết bị tiệt trùng YHC – 20 với nồi lên men đã nạp sơ bộ không khí tiệt trùng với áp suất 76 ÷ 96 kPa. Để tránh sự xuất hiện không khí trong đường ống nối nồi phản ứng với YHC thường có van ngược chiều để điều chỉnh áp suất. Quá trình tiệt trùng môi trường dinh dưỡng được thực hiện một cách tự động theo chế độ đã cho nhờ các dụng cụ điều chỉnh (dụng cụ kiểm tra mức môi trường trong thùng chứa, kiểm tra tốc độ nạp môi trường vào bộ giữ nhiệt, kiểm tra áp suất môi trường do bơm đẩy và áp suất môi trường khi ra khỏi bộ giữ nhiệt, kiểm tra áp suất hơi cho van điều chỉnh của thiết bị). Nhiệt độ môi trường trong bộ đun nóng và áp suất của môi trường khi ra khỏi bộ giữ nhiệt là những thông số phải điều chỉnh. Thông số công nghệ: Nhiệt độ: 1210C Thời gian : 20 phút 4.2.3 Hoaït hoùa gioáng, nhaân gioáng Muïc ñích : chuaån bò Môi trường nhân giống nấm men là môi trường MRS Môi trường MRS có thành phần sau (g/l): Casein peptone, tryptic digest 10, cao thịt - 10, cao nấm men - 5, glucose -20. Tween 80, K2HPO4 - 2, Natriacetate - 5, Diamonicitrate - 2.00, MgSO4.7H2O - 0.20, MnSO4.H2O - 0.05, nước 1000 ml, pH to 6.2 - 6.8. Khử trùng 1210C trong 15 phút. COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 15 - 4.2.4 Leân men Muïc ñích: Khai thaùc Lên men laø quaù trình chính trong quy trình, taïo ra caùc hôïp chaát maøu. Bieán ñoåi nguyeân lieäu Sinh hoïc: bieán ñoåi quan troïng trong quaù trình leân men laø söï trao ñoåi chaát vaø söï sinh tröôûng cuûa vi sinh vaät. Trong quaù trình trao ñoåi chaát cuûa naám men Rhodotorula sp söû duïng chaát dinh döôõng cuûa moâi tröôøng ñeå taêng sinh khoái vaø ñoàng thôøi xaûy ra quaù trình toång hôïp caùc hôïp chaát maøu carotenoid. thaønh phaàn moâi tröôøng thay ñoåi, chaát dinh döôõng daàn caïn kieät, chaát thaûi cuûa naám men ngaøy caøng tích luõy nhieàu. Hoùa sinh vaø hoaù hoïc: coù nhöõng bieán ñoåi raát ña daïng ôû beân trong vaø beân ngoaøi thaønh teá baøo naám men. Hoùa lyù : coù khí CO2 – chaát thaûi cuûa naám men laãn vaøo canh tröôøng. Thieát bò: thieát bò leân men ñaûo troän daïng suûi boït Hình 5: Thieát bò leân men coù boä ñaûo troän daïng suûi botï COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 16 - Dạng thiết bị lên men này là một xilanh đứng được chế tạo bằng thép X18H10T hay kim loại kép có nắp và đáy hình nón. Tỷ lệ chiều cao và đường kính bằng 2,6:1. Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và cho khử bọt bằng cơ học; ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, nạp và thải không khí; các cửa quan sát; cửa để đưa vòi rửa; van bảo hiểm và các khớp nối để cắm các dụng cụ kiểm tra. Khớp xả 16 ở đáy của thiết bị dùng để tháo canh trường. Bên trong Động cơ - bộ truyền động làm quay trục 6 và các cơ cấu đảo trộn 8, 12, 14. Thiết bị lên men được trang bị vỏ áo 17, gồm từ 6 ÷ 8 ô. Mỗi ô có 8 rãnh được chế tạo bằng thép góc có kích thước 120×60 mm. Diện tích làm việc của áo 60 m 2 . Bề mặt làm việc bên trong 45 m 2 gồm ống xoắn 9 có đường kính 600 mm với số vít 23 khi tổng chiều cao của ruột xoắn 2,4 m. Bộ sủi bọt có dạng hình thoi được làm bằng những ống đục lỗ. Ở phần trên của bộ sủi bọt có khoảng 2000 ÷ 3000 lỗ theo kiểu bàn cờ. COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 17 - Hình 6: Con đường sinh tổng hợp carotenoid. Thoâng soá coâng ngheä : Lên men tĩnh có bổ sung cơ chất Thôøi gian leân men : khoảng 72 giờ. Tốc độ khuấy: 240 vòng/phút Saûn phaåm caàn thu là các chất nội bào ta thường keát thuùc quaù trình leân men sau pha suy vong để tế bào tự phân. Nhưng đối với sản phẩm carotenoid thì hàm lượng được tạo ra trong quá trình lên men sẽ bị giảm nếu để đến giai đoạn tự phân của tế bào. pH: ñieàu kieän toát nhaát laø pH = 5.5. Nhieät ñoä: nuoâi caáy naám men ôû nhieät ñoä phoøng (28-300C) Lượng nấm men cho vào thùng lên men là 5% thể tích môi trường lên men. COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 18 - Tốc độ sục khí: 1,6l/phút Bảng 11: Thành phần của các chất màu carotenoid được tổng hợp bởi các chủng Rhodotorula 4.2.5 Ly taâm taùch sinh khoái Muïc ñích : khai thác Bieán ñoåi nguyeân lieäu: Trong quá trình ly tâm, yếu tố chủ yếu tác động lên nguyên liệu là tác động của lực cơ học ( lực ly tâm). Vì vậy, ngoài sự tách pha, các biến đổi khác trong quá trình ly tâm đều không đáng kể. Sự tách pha trong quá trình ly tâm sẽ dẫn đến sự thay đổi về các tính chất hóa lý trong mỗi pha như: thay đổi độ nhớt, nhiệt độ của dung dịch tăng. Thieát bò: maùy ly taâm sieâu toác loaïi oáng COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 19 - Hình 7: Máy ly tâm siêu tốc loại ống. Để phân riêng hệ huyền phù thì các máy ly tâm siêu tốc được hoạt động theo chu kỳ và tháo cặn bằng phương pháp thủ công. Bộ phận kết cấu quan trọng của máy ly tâm siêu tốc thuộc loại OTP và PTR là loại rôto ống. Máy siêu âm cao tốc được lắp đặt trên bệ bằng gang 8, đồng thời cũng là vỏ để bảo vệ máy và nó gồm rôto 9, đỉnh dẫn động 2 được nối với trục, bộ hãm và các khớp nối để thu nhận và tháo chất lỏng 4 và 7. Đầu trên của rôto được nối với đỉnh dẫn động qua trục, còn đầu dưới thì tỳ tự do vào ống dẫn hướng, cho phép trung tâm quay của rôto luôn ở hướng trọng tâm vì đáy rôto chuyển dời vào vị trí trọng tâm. Khả năng chuyển dời tự do được giảm đến tối thiểu nhằm giảm sự nguy hiểm khi xuất hiện ứng lực lớn trong các ổ bi và loại trừ rung động gây ra sự phá huỷ cân bằng. Bên trong rôto lắp cánh quạt 5 để truyền tốc độ góc của rôto cho chất lỏng. Phớt chắn 3 ở dưới có lỗ trung tâm để thu nhận chất lỏng. Dẫn động máy ly tâm được thực hiện từ động cơ 1 nằm ở phần trên của máy, qua truyền động dây đai dẹt có cơ cấu căng đai dạng con lăn ép 10. Khi máy hoạt động, huyền phù qua vòi phun của ống nạp liệu vào phần dưới của rôto và khi quay cùng rôto huyền phù sẽ chảy theo tường của nó theo hướng dọc trục. Theo mức độ chuyển động dọc theo rôto, huyền phù bị phân lớp tương xứng với tỷ trọng của các phần trong thành phần chất lỏng. Khi đó tiểu phần rắn trong trạng thái lơ lửng bị tách ra khỏi chất lỏng, và bị lắng trên tường rôto, còn chất lỏng qua lỗ trên ở đầu rôto. Khi kết thúc sự phân chia, máy được dừng lại nhờ bộ hãm 6, tháo rôto cùng cặn, thiết lập sự an toàn và lặp lại chu kỳ hoạt động. Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm đều được chế tạo bằng thép 12X18H10T và 20X13. Khoang bên trong của khung bằng gang được phủ lớp sơn chịu axit. Các máy ly tâm siêu tốc rất gọn, tiện lợi cho và có số vòng quay lớn. Nhược điểm của các máy ly tâm siêu tốc: tính hoạt động chu kỳ, cần thiết phải tháo và lắp thường xuyên, tháo chất lắng và rửa rôto bằng phương pháp thủ công, sự tồn tại truyền động bằng dây đai. 1. Động cơ dẫn động 2. Đỉnh dẫn động 3. Phớt chắn có lỗ ở dưới 4. Đầu thu chất lỏng 5. Cánh quạt 6. Bộ hãm 7. Đầu nạp nguyên liệu 8. Bệ bằng gang 9. Rôto 10. Truyền động dây đai COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 20 - Thông số công nghệ: Tốc độ vòng quay 5000 vòng/phút. 4.2.6 Đồng hóa Mục đích công nghệ: Chuẩn bị: phá vỡ thành tế bào, tăng hiệu quả trích ly các chất màu carotenoid. Biến đổi của nguyên liệu : Vật lý : Thành tế bào vi sinh vật bị phá vỡ, các chất nội bào được giải phóng ra bên ngoài, giúp tăng cường khả năng trích ly các hợp chất carotenoid ở quá trình sau. Nhiệt độ của dịch trích tăng nhưng chưa đến mức làm ảnh hưởng đến cấu trúc của các hợp chất carotenoid. Hóa lý, hóa học, hóa sinh, sinh học: trong quá trình đồng hóa, các biến đổi này xảy ra không đánh kể. Thiết bi: thiết bị đồng hóa áp suất cao Hình 8: Thiết bị đồng hóa Thông số công nghệ: Đồng hóa áp lực cao bằng thiết bị đồng hóa 2 cấp 300 bar. 4.2.7 Trích ly Muïc ñích: khai thaùc COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 21 - Carotenoid ñöôïc trích ly bằng hỗn hợp dung môi ete dầu hỏa ở nhiệt độ 400C trong vòng 20 phút. Biến đổi nguyên liệu: Vật lý: sự khuếch tán của carotenoid vào dung môi. - Hóa lý: có sự tách pha. Pha lỏng là carotenoid tan trong dung môi, pha rắn là xác nấm men và cấu tử không tan trong dung môi. - pH: ñieàu kieän toát nhaát laø pH = 5.5. - Nhieät ñoä: nuoâi caáy naám men ôû nhieät ñoä phoøng (28-300C) Thieát bò: duøng thieát bò trích ly liên tục dạng trục vis (thiết bị Hildebrandt) Hình 9: Thiết bị trích ly liên tục dạng trục vis Thiết bị trích ly gồm 3 cột- nạp liệu, dỡ liệu kiểu nâng và cột nằm ngang. Bên trong mỗi cột có ví tải, bộ truyền động điều chỉnh số vòng quay trung bình 1 vòng/phút. Các cột nạp và tháo liệu gồm những đoạn ống nối nhau có đường kính trong 600 mm. Chiều dài của khoan trích ly 10.000 mm, còn tổng chiều dài của cột 12000 mm. Bộ nạp liệu kiểu vis tải chuyển pha rắn vào phần trên của cột nạp liệu. Vis tải chuyển tiếp xuống phía dưới và qua phần nằm ngang của cột để vào cột nâng. Pha rắn chuyển từ cột nạp liệu qua cột COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 22 - chuyển nằm ngang vào cột nâng và sau khi vắt thì thải ra ngoài. Dung môi dâng lên trong cột nạp liệu được bảo hoà liên tục và sau khi qua bộ lọc ở phần trên của cột nâng thì đưa ra ngoài. Thoâng soá coâng ngheä: Thời gian trích ly: khoảng 20 phút. Nhiệt độ trích ly : 400C 4.2.8 Lọc Mục đích: hoàn thiện Sau khi trích ly, dịch trích ly thu được vẫn còn lẫn xác nấm men. Lọc làm tăng độ tinh khiết của sản phẩm sau này. Biến đổi nguyên liệu: Vật lý: có sự thay đổi tỷ trọng của dịch sau trích ly Hóa lý: có sự tách pha rắn (là xác nấm men, những cấu tử không tan trong dung môi) Thiết bị: máy lọc chân không thùng quay. Thông số công nghệ: Hình 10 . Sơ đồ thiết bị lọc chân không dạng thùng quay tác động liên tục 1,8- Thùng két có bộ khuấy trộn huyền phù; 2- Bơm đẩy huyền phù; 3- Bơm đẩy huyền phù của chất lọc hỗ trợ; 4-Thùng két có bộ khuấy chất lọc hỗ trợ; 5- Bơm tuần hoàn; 6- Thùng két có bộ khuấy để chứa huyền phù khi trào ra;7- Lọc chân không; 9- Thùng chứa phần lọc; 10- Bơm hút phần lọc; 11- Bình chứa chất lọc đã được rửa; 12- Bơm hút phần lọc đã được rửa; 13- Bộ tách nước; 14- Máy quạt gió; 15- Hộp áp kế; 16- Bơm chân không; 17- Bộ ngưng tụ; 18- Bộ thu hồi; I- Phương án chính để nối thiết bị phụ; II- Phương án kết hợp để huyền phù lắng nhanh; III- Huyền phù của chất lọc hỗ trợ ở phương án hoạt động có lớp bồi tích; IV- Phương án kết hợp thu hồi; V- Phương án kết hợp bộ ngưng tụ; VI-Phương án kết hợp bộ thu hồi và bộ ngưng tụ Năng suất đơn vị của thiết bị phụ thuộc vào các tính chất hoá lý của huyền phù phân ly, vào vật liệu lọc, vào các giai đoạn xảy ra trước khi lọc và dao động trong giới hạn rộng. Thùng lọc dạng hình trụ nằm ngang, trên thân thùng có đục lỗ và bề mặt ngoài có phủ một lớp vách ngăn. Người ta có thể phủ thêm một lớp bột trợ lọc lên bề mặt ngoài của lớp vách ngăn để tách các hợp chất nhỏ ra khỏi huyền phù. Bên trong thùng được chia thành nhiều ngăn riêng biệt, mỗi ngăn có đường dẫn nối với ống trung tâm tại trục của thùng quay. Các ống dẫn vào đường ống trung tâm sẽ tạo nên một hệ thống đường ống hút chân không và dẫn dịch lọc Hệ tạo chân không gồm bơm chân không, các thùng chứa phần lọc, nước rửa và bộ thu hồi. Loại bỏ chất cặn khỏi bộ lọc được thực hiện bằng một số phương pháp, phụ thuộc vào các tính chất của lớp cặn. Sử dụng cào để loại khối mixen dễ bóc ở dạng lớp dày, đối với các lớp tế bào vi COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 23 - khuẩn dạng mỏng và dính dùng trục cán và để loại chất cặn có bề dày trung bình và lớn thường sử dụng dây cào. Bộ lọc được chế tạo bằng thép không rỉ, chất dẻo và các vật liệu được bọc cao su. Không khí dưới áp suất 50 ÷100 KPa được nạp vào thiết bị để thổi chất cặn, tiêu hao không khí từ 0,1 đến 0,5 m 3 / m 2 . Máy lọc chân không dạng thùng quay được thiết kế theo chế độ nạp liệu đến 1/3 và 2/3 đường kính, phụ thuộc vào các tính lắng đọng của huyền phù. Góc nạp liệu tối ưu của thùng quay bằng 130÷149 0 . Hoạt động của thiết bị lọc chân không được tiến hành như sau: Chất lỏng canh trường từ thùng chứa được đẩy vào tấm đáy, tại đây mực chảy lỏng được giữ không đổi. Quá trình lọc được thực hiện trong bốn vùng theo chu kỳ quay của thùng 4.2.9 Cô đặc chân không Mục đích: Chuẩn bị: Quá trình cô đặc tăng hàm lượng chất khô chuẩn bị cho quá trình sấy phun. Khai thác: Tách bớt nước và dung môi ra khỏi nguyên liệu. Biến đổi nguyên liệu: Vật lý: Dung môi và bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần. Độ nhớt, khối lương riêng tăng, hệ số truyền nhiệt giảm. Hóa lý: có sự chuyển pha từ lỏng sang hơi của dung môi và nước. Thiết bị: Dùng thiết bị cô đặc chân không một nồi Thông số công nghệ: nhiệt độ cô đặc 650C. Hình 11: Thiết bị cô đặc một nồi 4.2.10 Sấy phun Mục đích: Khai thác: Sản phẩm ra khỏi thiết bị đồng hóa ngoài chứa sản phẩm cần thu, còn chứa dung môi. Qua quá trình sấy phun, dung môi cùng với nước bay hơi, thu nhận sản phẩm dưới dạng bột mịn Hoàn thiện: Sau quá trình sấy phun sản phẩm thu được dưới dạng bột mịn Biến đổi nguyên liệu: COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 24 - Vật lý: Trong quá trình sấy, gradient nhiệt bên trong nguyên liệu. Tại vùng bề mặt nguyên liệu nhiệt độ sẽ tăng cao và giảm dần tại vùng tâm. Thể tích, tỉ trọng của sản phẩm sau sấy giảm nhiều so với nguyên liệu trước sấy. Kích thước của sản phẩm cần thu thay đổi, tồn tại dạng bột. Hóa học: Do phản ứng oxy hóa dưới tác dụng của nhiệt độ, chất màu có thể bị nhạt màu. Tuy nhiên sấy phun được tiến hành trong thời gian rất ngắn ( chưa đến 10 giây) nên sự thất thoát trên cũng được hạn chế. Hóa lý: Biến đổi quan trọng nhất là sự chuyển pha của nước thành lỏng bay hơi, cùng với đó là sự bay hơi của dung môi. Thiết bị: dùng hệ thống thiết bị sấy phun Thông số công nghệ: dòng tác nhân và dòng nguyên liệu chuyển động cùng chiều. Thời gian sấy ngắn hơn 10 giây. Hình 12: Sơ đồ hệ thống sấy phun 1. Bộ phận trao đổi nhiệt; 2. Quạt hút khí nóng; 3. Cơ cấu phun sương; 4. Bơm áp lực phun sấy; 5. Đồng hồ áp lực; 6. Bộ phận phối nhiệt; 7. Tháp sấy; 8. Cửa vệ sinh; 9. Ống hút sản phẩm sấy; 10. Lấy thành phẩm; 11. Cửa xả thành phẩm; 12. Sàn rung thành phẩm; 13. Quạt hút hơi ẩm; 14. Cyclon tách bụi; 15. Quạt tuần hoàn; 16. Bồn chứa nguyên liệu cần sấy 3 7 8 9 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 25 - Hình 13: Thiết bị sấy phun V. CHỈ TIÊU 5.1 Vaät lyù 5.1.1 Daïng toàn taïi - Carotenoid keát tinh ôû daïng tinh theå. Tinh theå carotenoid coù nhieàu daïng vaø kích thöôùc raát khaùc nhau. Ví duï: hình kim daøi (lycopene, δ-caroten), hình khoái laêng truï ña dieän (α-caroten), daïng laù hình thoi (β-caroten), keát tinh voâ ñònh hình (γ-caroten). 5.1.2 Tính haáp thuï aùnh saùng - Chuoãi polyene lieân hôïp ñaëc tröng cho maøu thaáy ñöôïc cuûa carotenoid. Döïa vaøo quang phoå haáp thu cuûa carotenoid, ngöôøi ta thaáy raèng khaû naêng haáùp thuï aùnh saùngï phuï thuoäc vaøo soá löôïng noái ñoâi lieân hôïp, phuï thuoäc vaøo nhoùm C9 laø mạch thaúng hay maïch voøng, cuõng nhö vaøo nhoùm chöùc gaén treân voøng. - Trong moãi dung moâi hoaø tan khaùc nhau, khaû naêng haáp thuï aùnh saùng toái ña cuõng khaùc nhau ñoái vôùi cuøng moät loaïi carotenoid. - Do khaû naêng haáp thu aùnh saùng maïnh neân chæ caàn 1 g carotenoid cuõng coù theå thaáy baèng maét thöôøng. Baûng 12: Khaû naêng haáp thuï aùnh saùng cuûa moät soá carotenoid Carotenoid Soá noái ñoâi lieân hôïp Böôùc soùng (nm)/ dung moâi ether A/ AÛnh höôûng cuûa noái doâi lieân hôïp Phytoene 3 275 285 296 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 26 - Phytofluene 5 331 348 367 ε-carotene 7 378 400 425 Neurosprene 9 416 440 470 Lycopene 11 446 472 505 B/ AÛnh höôûng cuaû voøng γ-carotene 11 431 462 495 β-carotene 11 425 454 483 5.1.3 Nhieät ñoä noùng chaûy - Nhieät ñoä noùng chaûy cuaû carotenoid khaù cao, khoaûng 130 – 220oC 5.1.4 Tính tan - Carotenoid tan trong caùc dung moâi hoaøn toaøn khoâng gioáng nhau. Haàu nhö taát caû caùc carotenoid ñeàu tan trong chaát beùo, caùc dung moâi chöùa chlor (chloroform, dicholoromethane) vaø caùc dung moâi khoâng phaân cöïc khaùc 5.1.5 Maøu saéc - Caùc carotenoid töï do taïo maøu kem, vaøng, cam, hoàng, ñoû tuøy theo loaïi carotenoid, theå mang maøu, … - Moät soá hôïp chaát khoâng coù maøu nhöng vaãn ñöôïc xeáp vaøo loaïi carotenoid. Daïng carotenoprotein taïo daõy maøu töø xanh laù, tím, xanh döông, vaø ñen khi ñun noùng seõ chuyeån sang maøu ñoû do protein bò bieán tính. 5.2 Hoaù hoïc - Tính chất cuûa carotenoids cuõng do heä thoáng noái ñoâi lieân hôïp taïo neân. Heä thoáng noái ñoâi lieân hôïp naøy laøm cho carotenoid khoâng beàn: + Laøm taêng söï nhaïy caûm vôùi quaù trình oxy hoaù bôûi kim loaïi hoïaêc peroxide, söï boå sung H+ vaø acid Lewis. + Taêng söï ñoàng phaân hoaù bôûi aùnh saùng, nhieät ñoä vaø hoaù chaát. Khi coù söï ñoàng phaân hoaù chuyeån töø trans sang cis carotenoids raát deã bò maát maøu. - Carotenoid raát beàn khi ôû daïng huyeàn phuø hoaëc dung dòch vôùi daàu thöïc vaät, ñaëc bieät khi coù chaát choáng oxy hoùa laø α-tocoferol (vitamin E).  Nhö vaäy caùc taùc nhaân aûnh höôûng ñeán ñoä beàn maøu laø: nhieät ñoä, phaûn öùng oxy hoùa tröïc tieáp hoaëc giaùn tieáp, ion kim loaïi, aùnh saùng, taùc duïng cuûa enzym (peroxidase, lipoxidase, lipoperoxidase), aûnh höôûng cuûa nöôùc… 5.3 Sinh học: theå hieän tính chaát sinh hoïc cuûa carotenoids. 5.3.1 Vai troø tieàn vitamin A COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 27 - - Tieàn vitamin A laø nhöõng chaát thuoäc hoï carotenoid maø coù khaû naêng caét giöõa maïch C40 vaø chuyeån hoaù thaønh moät hay hai phaân töû vitamin A. Trong cô theå, ngöôøi ta ñaõ khaùm phaù ñöôïc coù khoaûng 70 loaïi carotenoid laø tieàn vitamin A, phoå bieán laø α–carotene, β-carotene, γ- carotene…Trong ñoù β- carotene laø coù hoaït tính cao hôn caû (do coù khaû naêng taïo ra hai phaân töû vitamin A) neân ñöôïc quan taâm nhieàu nhaát. Hình 14 : Chuyển hóa β-carotene thành vitamin A 5.3.2 Tính mieãn dòch - Carotenoid coù nhöõng ñaêc tính kích thích tính mieãn dòch raát cao do ñoù nhieàu naêm qua caùc carotene ñaëc bieät laø β – carotene ñaõ ñöôïc caùc nhaø nghieân cöùu söû duïng trong ñieàu tròï AIDS. 5.3.3 Taùc duïng choáng söï laõo hoaù - Caùc carotenoid coøn ñöôïc bieát coù hoaït tính choáng oxy hoaù cao. Hoaït chaát choáng oxy hoaù cuûa carotenoid coù theå phoøng ngöøa ung thö. + Trong cô theå toàn taïi peroxide vaø superoxide, chuùng coù theå phaûn öùng vôùi nhau taïo thaønh goác hydroxyl vaø oxy ñôn boäi raát ñoäc haïi. Superoxide, peroxide, goác hydroxyl , oxy ñôn boäi ñöôïc goïi laø caùc daïng oxy hoaït ñoäng, chuùng ñeàu ñoäc hai vaø laø nguyeân nhaân gaây hieän töôïng laõo hoaù cuûa cô theå, laøm xuaát hieän nhöõng beänh nhö ung thö, tim maïch…Trong cô theå, caùc chaát naøy loaïi ñi chuû yeáu nhôø vitamin A, C ,E vaø β - carotene. Ngoaøi ra caùc carotenoid khaùc nhö lycopen, canthaxanthin … cuõng coù hoaït tính sinh hoïc ngöøa ung thö. VI. THÀNH TỰU - Dùng những chủng nấm men đột biến, có thể thu được hàm lượng chất màu cao hơn rất nhiều lần - Khi cùng lên men nấm men Rhodotorula và hệ vi sinh vật trong sữa chua (gồm Lactobacillus bulgarius và Streptococus thermophilus) trong môi trường thích hợp, hàm lượng chất màu thu được cũng tăng hơn so với chỉ dùng Rhodotorula trong quá trình lên men. Rhodotorula không tự chuyển hóa được đường lactose trong dịch whey sữa nhưng nhờ có hệ vi sinh vật trong sữa chua, đường lactose được thủy phân thành đường glucose, galactose và Rhodotorula có thể sử dụng những đường đơn này cho việc tắng sinh khối và sinh tổng hợp chất màu. - Nghiên cứu được tiến hành như sau: Hai môi trường lên men được chuẩn bị: 1. Môi trường tổng hợp với đường glucose là nguồn cung cấp carbon. Thành phần (g/l) của các nguyên liệu lần lượt là: glucose (45), (NH4)2SO4 (6.0), KH2PO4 (5.5), Na2HPO4 (3.0), MgSO4.H2O (0.5), dịch chiết nấm men (5.0), pH 5.5 COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 28 - 2. Môi trường tự nhiên với lactose là nguồn carbon. Hàm lượng lactose là 45g/l, lactose được sử dụng dưới dạng whey trong quá trình sản xuất phomai. Bổ sung thêm các thành phần như môi trường 1. - Với môi trường 1 tiến hành lên men với chủng Rhodotorula rubra GED8 và thể đột biến của nó là Rhodotorula rubra 56 – 13. Môi trường 2 cũng làm với hai chủng trên nhưng quá trình lên men có bổ sung hệ Lactobacillus bulgarius và Streptococus thermophilus. - Lượng nấm men bổ sung vào mỗi môi trường là 5% (v/v), lượng vi sinh vật sữa chua bổ sung là 1% (v/v). - Cả hai loại môi trường lên men được nuôi trong 8 ngày với điều kiện là 300C, trong bình có cánh khuấy với tốc độ 200 rpm. Bình này có thể tích 1000ml và chứa 100ml môi trường. Kết quả được cho bởi bảng sau: Bảng 13: Khả năng tạo chất màu carotenoid bởi Rhodotorula rubra GED8 và chủng đột biến Rhodotorula rubra 56 – 13 trong môi trường glucose và lactose Nấm men Tổng carotenoid Tỉ lệ màu (β- caroten:torulene:torularhodin),% mg/l dịch lỏng µg/g tế bào khô Rhodotorula rubra GED8* 2.9 ± 0.19 194 ± 5.57 26:30:42 Rhodotorula rubra 56 – 13* 8.7 ± 0.25 658 ± 7.00 63:29:7 Rhodotorula rubra GED8** 5.5 ± 0.16 305 ± 8.06 33:28:38 Rhodotorula rubra 56 – 13** 15.7 ± 0.31 946 ±5.00 71:24:4 * Rhodotorula rubra GED8 và Rhodotorula rubra 56 – 13 nuôi trong môi trường glucose. ** Rhodotorula rubra GED8 và Rhodotorula rubra 56 – 13 nuôi trong môi trường lactose với sự tham gia của Lactobacillus bulgarius và Streptococus thermophilus. Ginka I. Frengova, Emilina D. Simova and Dora M. Beshkova Laboratory of Applied Microbiology, Institute of Microbiology, Bulgarian Academy of Sciences 4002 Plovdiv, 26 Maritza Blvd., Bulgaria. E-mail: lbpmbas@plov.omega.bg Z. Naturforsch, 59c, 99 – 103 (2004), received May 23/July 3, 2003. COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN THÖÏC PHAÅM - 29 - VII. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO Lê Văn Việt Mẫn(chủ biên), Công nghệ chế biến thực phẩm, nhà xuất bản đại học quốc giq thành phố Hồ Chí Minh. Toân Nöõ Minh Nguyeät (2001) , Nghieân cöùu quaù trình sinh toång hôïp carotenoid cuûa naám men Rhodotorula, luaän vaên thaïc só, ÑHBK TpHCM. Löông Ñöùc Phaåm(2006), Naám men coâng nghieäp, NXB KH&KT Haø Noäi. Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh – Vi sinh vật học công nghiệp, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, 2002. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology (2001) 26, 327 – 332, P Bhosale and RV Gadre, ß – carotene production in surgarcane molassess by Rhdotorula glutinis mutant, Nature Publishing Group 1367 – 5435/01. J Ind Microbiol Biotechol (2009) 36:163 – 180, Ginka I. Frengova – Dora M.Beshkova, Carotenoids from Rhodotorula and Phaffia: yeasts of biotechnological importance