Đề tài Tìm hiểu quá trình lên men do vi sinh vật

Tìm hiểu quá trình lên men do vi sinh vật GVDH: Trần Hậu Vương SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Ánh Nguyễn Hữu An Trường ĐH Lạc Hồng Khoa CNSH-môi trường Đề tài: 1. Giới thiệu: Lên men là gì? Lên men là một quá trình sinh học, mà ở đó phản ứng oxy hóa khử xảy ra trong tế bào vsv, trong đều kiện không có chất oxy hóa nào. Một phần chất hữu cơ bị phân giải thành chất khử, phần còn lại bị phân giải thành chất oxy hóa Lên men là phương thức chủ yếu của vsv yếm khí,đặc điểm của lên men là không thể nhận điện tử bên ngoài, oxy hóa không triệt để, năng lượng sinh ra không nhiều. Trong công nghiệp, quá trình lên men nhân tạo dù là vsv hiếu khí hay kị khí đều gọi là lên men. 2. Cơ chế quá trình lên men Quá trình lên men tự nhiên là một quá trình phức tạp với thực phẩm và tế bào phản ứng với nhau một cách hỗn độn. *Ta xét 2 trường hợp đơn giản sau: Một loại vi khuẩn C tác động, thường gọi là tế bào hay vi khuẩn. Một loại cần thực phẩm A, được gọi là cơ chất. Nếu thực phẩm phù hợp, vi khuẩn sẽ ăn, sinh sản và sản xuất ra chất R. A C + R 2. Cơ chế của quá trình lên men Trong một số trường hợp sự hiện diện của sản phẩm R ức chế hoạt động của vi khuẩn bất kể thực phẩm còn nhiều hay không. Ví dụ: Khi nồng độ rượu tăng, sự sinh sản tế bào sẽ chậm dần, và khi nồng độ rượu đạt 12% thì các vi khuẩn ngừng hoạt đông. Nho,trái cây,.. Vi khuẩn Thêm vi khuẩn + Rượu 2. Cơ chế quá trình lên men Xử lý bùn hoạt tính của nước thải là quá trình lên men không chịu ức chế do sản phẩm. Ví dụ: Trong quá trình lên men, chúng ta không chỉ quan tâm đến sự phân hủy chất A (trong xử lý nước thải) mà còn chú trọng đến quá trình sản xuất thêm C như là sản xuất protein đơn bào để làm thực phẩm. Cuối cùng là những trường hợp ta cần chất thải R của vk, như trong quá trình sản xuất pennicillin và các chất kháng sinh khác. Chất thải hữu cơ (Vi khuẩn sinh thêm) + CO2, H2O… Nuôi cấy Sơ đồ tổng quát quá trình lên men vi sinh vật Hệ lên men Phát triển nguyên vật liệu sinh vật Pha chế môi trường Dịch nuôi cấy Tách chiết sản phẩm Sản phẩm Nguyên liệu Xử lý chất thải 3. Phân loại lên men  1. Dựa vào kỹ thuật nuôi cấy: Dựa vào cách nạp liệu + thu sản phẩm ta có các loại lên men: Gián đoạn Liên tục Bán liên tục Dựa vào thành phần đồng nhất của môi trường tacó các loại lên men: Bề mặt (nổi) Bề sâu (chìm) Bán rắn 3. Phân loại lên men 2. Dựa vào sản phẩm chính: Lên men etilic Lên men lactic Lên men propionic Lên men formic Lên men butiric và lên men axeton-butanol Lên men metan Lên men axetat Lên men xenlulozo 1. Lên men gián đoạn Vi sinh vật được nuôi cố định trong bình lên men với một thể tích môi trường xác định. Trong các thiết bị này, tế bào vsv sinh ra, thành cơ chất thay đổi, và sản phẩm có thể ức chế sự thành lập tế bào. Vi sinh vật phát triển theo các giai đoạn sau: + Giai đoạn tiềm tàng + Giai đoạn phát triển. + Giai đoạn ổn định + Giai đoạn suy thoái 1. Lên men gián đoạn Giai đoạn tiềm tàng: Khi các tế bào vsv trong bình sử dụng hết nguồn thực phẩm, nó sẽ ngừng sinh sản, hoạt động ezim cũng giảm, các hóa chất phân tử lượng khuyếch tán ra, tế tào vsv thay đổi tính chất và chúng trưởng thành. Khi các tế bào vào môi trường mới, thời gian tiềm tàng mới xãy ra, các tế bào sản xuất các chất cần thiết cho sự sinh sản và phát triển. 1. Lên men gián đoạn Giai đoạn phát triển và ổn định: Số lượng tế bào vsv phát triển theo dạng lũy thừa trong môi trường đồng nhất. Nhưng khi trong một hệ gián đoạn, môi trường thay đổi nên tốc độ phát triển cũng thay đổi. Giai đoạn suy thoái: + Giai đoạn này tế bào vsv bị chi phối bởi một trong hai yếu tố sau: Cạn kiệt nguồn dinh dưỡng Tích tụ các chất độc hại cho tế bào Kết thúc quá trình, người ta tiến hành các công đoạn cần thiết để thu lấy sản phẩm. Phương pháp lên men chu kỳ được ứng dụng để sản xuất nhiều hoạt chất quan trọng như amino acid, các chất kháng sinh. 2. Lên men liên tục - rC = K CA CC CA + CM Trong giai đoạn này nguyên liệu liên tục vào và sản phẩm lên men liên tục đi ra. Tế bào vsv trong môi trường đồng nhất không cần giai đoạn thích nghi và quá trình sinh sản., tốc độ lên men được xác định theo thành phần của hỗn hợp trong bình. Quá trình được biểu diễn theo pt Monod: Giá trị k phụ thuộc và nhiệt độ, sự hiện diện của các nguyên tố dưới dạng vết, các vitamin, các chất độc hại cuờng độ ánh sáng… 3. Lên men trong môi trường bán liên tục Lên men bán liên tục là quá trình lên men vsv trong điều kiện xác định. Khi vsv phát triển trong một thời gian đủ để tạo ra nồng độ sinh khối cần thiết người ta lấy bớt đi mộ t thể tích môi trường bao gồm cả sinh khối, đồng thời bổ sung thêm một thể tích môi trường đã lấy đi. Bằng cách làm như vậy chỉ cần truyề n giống một lần vẫn có thể thu hoạch sản phẩm nhiều lần. 3. Lên men trong môi trường bán liên tục vi khuẩn sẽ mất một thời gian ban đầu để thích nghi với môi truờng lên men. Tốc độ phát triển của tế bào được biểu diễn theo phương trình Monod như sau: CM là nồng độ của A tại đó tế bào sinh ra với tốc độ bằng ½ tốc độ cực đại rC = K CA CC CA + CM 2. Các ứng dụng sản phẩm lên men Con người ứng dụng tiềm năng của VSV sản xuất các sản phẩm khi còn chưa nhận thức được sự tồn tại của chúng trong tự nhiên : Sản xuất đồ uống chứa rượu như: rượu, rượu vang, bia, … Sản xuất nước tương, nước mắm… Sản xuất thực phẩm lên men như: muối chua rau quả, ủ chua thức ăn cho gia súc… Ngoài ra, trong kỹ thuật người ta ứng dụng quá trình lên men để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy. Một số ứng dụng lên men vsv Một số ứng dụng lên men vsv Kết luận Như vậy, vi sinh vật có khả năng sinh trưởng và phát triển trên nhiều loại cơ chất (môi trường dinh dưỡng) khác nhau và có thể sản xuất nhiều sản phẩm lên men khác nhau. Các sản phẩm này ngày càng đáp ứng được nhiều nhu cầu của con người. Trong khoa học và y học, người ta ứng dụng lên men vi sinh vật để sản xuất nhiều loại thuốc chữa bệnh và các sản phẩm sinh học khác. Đặc biệt, ngày nay môi trường đang ngày càng bị suy thoái và ô nhiễm nghiêm trọng, việc ứng dụng vi sinh vật để xử lý chất thải do con người gây ra ngày càng được phất triển mạnh mẽ. Tài liệu tham khảo Vũ Bá Minh .Kỹ thuật phản ứng. Tập 4. nhà xuất bản đại học quốc gia tp. Hồ Chí Minh Bùi Ái, 2008. Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh. Kiều Hữu Ảnh, 1999. Vi sinh vật học công nghiệp, Nhà xuất bản KH&KT, Hà Nội. Lương Đức Phẩm, 1998. Công nghệ Vi sinh. Nhà xuất bản Nông Nghiệp Cám ơn thầy và các bạn đã chú ý lắng nghe