tổng quan về vi khuẩn lactic, chi tiết quy trình sản xuất sinh khối trong công nghiệp, điều kiện, thiết bị và thông số công nghệ, ứng dụng trong sản xuất,Các vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacteriaccae. Mặc dù nhóm vi khuẩn này không đồng nhất về mặt hình thái (gồm vi khuẩn dạng que ngắn , que dài, vi khuẩn hình cầu) song về mặt sinh lí chúng lại tương đối đồng nhất.
NGUỒN NGUYÊN LIỆU VI SINH VẬT
I Nguyên liệu làm môi trường vi sinh vật
Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacteriaccae, mặc dù có sự đa dạng về hình thái như vi khuẩn dạng que ngắn, que dài và vi khuẩn hình cầu, nhưng chúng lại có sự đồng nhất về mặt sinh lý.
Trực khuẩn và cầu khuẩn Gram dương là những vi khuẩn không tạo bào tử, chủ yếu không di động và có khả năng hô hấp tùy tiện Chúng thu nhận năng lượng bằng cách phân giải hidrát cacbon và sản xuất acid lactic trong quá trình này.
Vi khuẩn lactic là sinh vật kỵ khí không bắt buộc, có khả năng duy trì hoạt động sống trong môi trường có nồng độ oxy thấp, nhưng không cần thiết phải luôn ở trong điều kiện này.
Acid lactic có một số đặc điểm quan trọng, trong đó có nhu cầu về chất sinh trưởng phức tạp Để phát triển, đa số vi khuẩn acid lactic cần nhiều loại vitamin như lactoflavin, tiamin, axit nicotinic, axit folic, biotin, cùng với các acid amin, peptone, khoáng chất và thậm chí là peptide ngắn.
- Không thể phát triển triển trên môi trường muối khóang thuần khiết chứa glucose và ammonium(, NH4 + )
- Hoạt động phân giải protein kém.
- Có khả năng lên men nhiều loại đường đơn và đường đôi nhưng không thể lên men các loại glucid phức tạp và tinh bột
Quá trình lên men diễn ra hiệu quả nhất trong môi trường có độ pH axit từ 4,5 đến 6,8, với nhiệt độ lý tưởng từ 10 đến 50 độ C Mỗi loài vi khuẩn có khoảng nhiệt độ phù hợp riêng, và nếu nhiệt độ vượt quá 80 độ C, vi khuẩn lactic sẽ bị tiêu diệt hoàn toàn.
Nhóm vi khuẩn lên men đồng hình:
Giống LACTOBALICILLUS: Là giống được sử dụng rộng rãi
- Có dạng hình que thẳng hay hơi cong
Một số vi khuẩn lên men hiếu khí sử dụng oxy nhờ enzyme flavoprotein oxidase, trong khi một số khác là kị khí bắt buộc Bào tử của các loài này có tính kị khí tùy tiện, trong khi phần còn lại là kị khí bất buộc Chúng thuộc nhóm vi khuẩn acid lactic, vì hầu hết các thành viên trong nhóm này có khả năng chuyển đổi lactose và các loại đường khác thành acid lactic.
- Nhiệt độ phát triển thích hợp o Loại ưa nóng: 40 đến 60 0 C như Lactobacillus bulgaricus o Loại ưa ấm: 28 đến 35 0 C như Lactobacillus plantarum
Sinh trưởng ở pH 4,5, vi sinh vật này yêu cầu dinh dưỡng phức tạp bao gồm amino acids, peptides, nucleotide bases, vitamins, khoáng chất, acid béo và carbohydrates Chúng sống cộng sinh trong ruột non của con người, góp phần nhỏ vào việc phân giải thực vật, và thường xuất hiện trong các nguyên liệu thực vật thối rữa.
Lactobacillus bulgaricum: được phân lập từ sữa chua của Bulgari vào năm 1905, do giáo sư
Grigorov phat hiện ra Chủng loại này cú kớch thước tế bào 5.1 0.8-1àm nhiệt độ phỏt triển 20-
50 o C, nhiệt độ cực thuận là 40-42 o C Chúng có khả năng tích lũy 1.7% axit lactic Chủng này được sử dụng để sản xuất sữa chua xuất khẩu.
Lactobacterium plantarum là một loài vi khuẩn lactic ưa ấm, phát triển tốt ở nhiệt độ khoảng 30°C Loài vi khuẩn này có khả năng phân hủy nhiều loại đường, thậm chí cả tinh bột và casein Lactobacterium plantarum phân bố rộng rãi trong tự nhiên, thường xuất hiện trên bề mặt các loại rau.
Lactobacterium casei là vi khuẩn gây chua sữa tự nhiên, có khả năng lên men tốt glucose, maltose và lactose, tạo ra môi trường với 0,8 ÷ 1% axit lactic Chúng có thể làm chua sữa trong khoảng thời gian 10 đến 12 giờ ở điều kiện bình thường Nguồn nitơ cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn này là peptone, với nhiệt độ tối thiểu là 10oC, tối ưu là 35oC và tối đa là 45oC Ngoài ra, Lactobacterium casei còn có khả năng thủy phân cazein và gelatin rất yếu.
- Streptococcus là một giống vi khuẩn gram dương hình cầu, phát triển ở dạng song cầu khuẩn hoặc song cầu khuẩn
- Nhiệt độ phát triển thường thấp hơn Lactobacterium casei, tối ưu từ 25-30 o C Không sinh trưởng ở 10 o C nhưng lại sinh trưởng được ở 45 o C
- Streptococcus được chia nhỏ thành Lactococcus, Enterococcus, Vagococcus, dựa trên đặc tính sinh học cũng như cấu tạo phân tử.Trong quá khứ, người ta phân lọai
Streptococcus bằng cách phân tích huyết thanh.
- Do sự ảnh hưởng to lớn của loài này đến công nghiệp, cả hai loài phụ của nó là lactis and cremoris cũng được sử dụng rộng rãi.
Pediococcus là một loại vi khuẩn gram dương, thường xuất hiện dưới dạng song cầu hoặc tứ cầu khuẩn, được chia đối xứng qua một hoặc hai mặt phẳng Một số đại diện tiêu biểu của giống vi khuẩn này bao gồm Pediococcus acidilactici, Pediococcus damnosus và Pediococcus dextrinicus.
Pediococcus parvulus và Pediococcus pentosaceu.
Pediococcus pentosaceus là một vi khuẩn có khả năng chịu đựng môi trường acid, không tổng hợp được pothyrins và chuyển hóa hoàn toàn thành acid lactic như sản phẩm cuối cùng Vi khuẩn này phát triển tốt ở nhiệt độ 40°C (không phát triển ở 50°C), với pH dao động từ 4.5 đến 8, và có thể hoạt động trong dung dịch NaCl 9-10% P pentosaceus có khả năng thủy phân arginine, sử dụng maltose và sản xuất "pseudo-catalase" Nó có thể được cô lập từ nguyên liệu thực vật và vi khuẩn trong sản xuất phô mai Loại vi khuẩn này thường được ứng dụng như một chất tạo môi trường acid trong quá trình lên men của xúc xích, dưa chuột, đậu xanh và đậu nành.
Leuconostoc là một giống vi khuẩn gram dương thuộc họ Leuconostocaceae, thường xuất hiện dưới dạng chuỗi cầu và có thể kéo dài trong môi trường acid Tất cả các loài trong giống này đều lên men dị dưỡng (heterofermentative) và có khả năng sản xuất dextran từ đường saccharose, thường có dạng nhớt Leuconostoc tồn tại phổ biến trong tự nhiên và đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp cũng như trong quá trình lên men thực phẩm.
Leuconostoc mesenteroides là một loài vi khuẩn kị khí không bắt buộc, cần các yếu tố sinh trưởng phức tạp Chúng thường xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng hình tròn, riêng lẻ hoặc thành cụm nhỏ, nhưng hình dạng có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện môi trường Trong môi trường giàu glucose, vi khuẩn này có thể kéo dài hình dạng hoặc chuyển thành hình que.
1.3 Phân bố Ít gặp trong đất và nước,thường phát triển trong những môi trường có chứa nhiều chất hữu cơ phức tạp như:
Lactic acid bacteria commonly found in milk and dairy products include Lactobacillus lactic, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus casei, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis, and Streptococcus diacetylactis These lactic bacteria synthesize ATP from lactose substrates to thrive in the milk environment.
Trên bề mặt thực vật và xác thực vật đang phân giải, có sự hiện diện của các vi khuẩn như Lactobacillus plantanium, Lactobacillus delnikii, Lactobacillus ferment, Lactobacillus brevis và Streptococcus lactis Những vi khuẩn này cũng được tìm thấy trên nhiều loại rau quả và trái cây.
- Trong ruột và các niêm dịch ở người và động vật có Lactobacillus acidophilus, Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis, Streptococcus salivanius, Streptococcus pyogenes, Bifidobacterrium, Pneumococcus
2 Sinh khối của vi khuẩn lactic
2.1 Mục đích thu nhận sinh khối của vi khuẩn lactic
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Sơ đồ quy trình công nghệ
Hình 1: Sơ đồ quy trình
Xử lý mật rỉ
- Mục đích : chuẩn bị cho quá trình acid hóa
- Biến đổi o Hóa học : giảm nồng độ chất khô o Vật lý: làm giảm độ nhớt o Hóa lý: tăng độ hòa tan các chất
Để làm sáng mật rỉ đường, bạn cần sử dụng nguyên liệu này vì tính kinh tế và dễ tìm Hãy pha loãng mật rỉ theo tỉ lệ nước và mật rỉ là 3:1, sau đó cho dung dịch chạy qua than hoạt tính Than hoạt tính sẽ hấp thụ các chất màu và tạo ra các chất keo có trong mật rỉ, giúp mật rỉ trở nên sáng hơn nhanh chóng.
Xử lý dịch pha loãng
- Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men, tiêu diệt vi sinh vật gây hại
Biến đổi trong quá trình chế biến thực phẩm bao gồm ba loại chính: Biến đổi hóa học, khi đường saccharose chuyển hóa thành đường glucose; biến đổi hóa lý, liên quan đến việc phá vỡ hệ keo; và biến đổi vi sinh, trong đó nhiệt độ cao và pH thấp giúp tiêu diệt vi sinh vật.
- Cách thực hiện: Làm loãng mật rỉ đến nồng độ 15% chất khô, acid hóa môi trường bằng
H2SO4 đậm đặc với hàm lượng 5% trong dung dịch đóng vai trò là chất điều hòa pH, giúp phá vỡ hệ keo và chuyển hóa đường saccharose thành đường nghịch đảo, từ đó cải thiện quá trình lên men Sau đó, dung dịch cần được đun nóng đến 90—95 độ C trong vòng 6 giờ và tiến hành ly tâm để thu được dung dịch trong.
1-Ống nối để nạp chất tải nhiệt
2-Ống chảy tràn sản phẩm
4- Đầu nối ống nạp nguyên liệu
6- Cửa thoát chất tải nhiệt;
7- Cửa vào của chất tải nhiệt;
8- Cửa ra của sản phẩm;
9- Cửa thoát chất tải nhiệt
Hình 2: Nồi phản ứng – máy trộn
Ly tâm thu dịch trong:
- Mục đích : chuẩn bị cho quá trình lên men
Biến đổi trong quá trình xử lý chất lỏng bao gồm ba loại: Biến đổi vật lý, nơi các chất bã và tạp chất được tách ra nhằm tăng độ trong và giảm khối lượng riêng của dung dịch; Biến đổi hóa học, trong đó các tạp chất bị loại bỏ để giữ lại các chất hòa tan cần thiết; và Biến đổi hóa lý, tập trung vào việc tách riêng biệt pha rắn và pha lỏng.
Thiết bị nạp huyền phù từ trên vào máy ly tâm lọc khi số vòng quay của roto giảm, sau đó tăng số vòng quay đến trị số lớn nhất để vắt, rửa và lại vắt chất lỏng.
HÌnh 3: Thiết bị ly tâm lọc
Chuẩn bị môi trường
Môi trường dinh dưỡng là sự kết hợp của các chất dinh dưỡng thiết yếu, giúp duy trì trạng thái oxy hóa khử, áp suất thẩm thấu và ổn định pH của tế bào Khi chuẩn bị môi trường nuôi cấy, cần lưu ý các đặc điểm quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình phát triển tế bào.
- Có đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết : Các chất dinh dưỡng là những hợp chất tham gia vào quá trình trao đổi chất nộibào.
- Có độ pH thích hợp
- Có độ nhớt nhất định
- Không chứa các yếu tố độc hại
Nhu cầu dinh dưỡng của môi trường nuôi cấy
Vi khuẩn lactic đòi hỏi môi trường nuôi cấy phải có :
- Glucose + NH4 + ( thành phần chính)
- Hàng loạt các vitamin ( thiamin, acid nicotinic, biotin, acid folic…)
Người ta thường nuôi cấy vi khuẩn lactic trên một môi trường phức tạp chứa một lượng khá cao nấm men, cao thịt và nước chiết cà chua.
Vi khuẩn lactic có khả năng sử dụng đa dạng các loại hydrat cacbon, bao gồm monosaccarit như glucoza, fructoza, manoza, disaccarit như saccaroza, lactoza, maltoza, và polysaccarit như tinh bột, dextrin Nguồn cacbon này không chỉ cung cấp năng lượng mà còn hỗ trợ xây dựng cấu trúc tế bào và là cơ chất cho quá trình lên men tổng hợp các acid hữu cơ.
Trong quá trình lên men các chất chứa cacbon, vi khuẩn lactic có khả năng sử dụng các acid amin như acid glutamic, arginine và tyrosine làm nguồn năng lượng.
Nguồn carbon tốt nhất cho vi khuẩn lactic là các loại đường có tính khử ở mức nhỏ Việc sử dụng các loại đường hiếm trong quá trình nhân giống có thể giúp vi khuẩn phát triển hiệu quả hơn mà không làm ảnh hưởng đến các nguồn cacbon thông thường.
Phần lớn vi khuẩn lactic không thể tự tổng hợp các hợp chất chứa nitơ, do đó chúng cần sử dụng nguồn nitơ có sẵn trong môi trường để đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển Các nguồn nitơ mà vi khuẩn lactic có thể sử dụng bao gồm cao thịt, cao nấm men, trypton, dịch thủy phân casein từ sữa và pepton.
Cao nấm men hiện đang là nguồn nitơ phổ biến và hiệu quả nhất Tuy nhiên, trong quy mô công nghiệp, việc sử dụng nguồn nitơ này trở nên không khả thi do chi phí cao.
Nhu cầu vitamin của vi khuẩn lactic rất quan trọng, vì hầu hết các loài vi khuẩn này không thể tự tổng hợp vitamin Do đó, việc bổ sung vitamin vào môi trường nuôi cấy là cần thiết Các nguồn cung cấp vitamin thường được sử dụng bao gồm nước chiết từ khoai tây, ngô, cà rốt và dịch tự phân từ nấm men.
Các loại vitamin mà vi khuẩn lactic thường cần là : riboflavin, thiamin, acid pantothenic, nicotinic, biotin…
Nhu cầu về muối khoáng đối với vi khuẩn lactic là rất quan trọng để đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển đầy đủ Các hợp chất vô cơ như photpho, lưu huỳnh, magie, đồng, sắt, natri, kali và đặc biệt là mangan cần được cung cấp Mangan đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa quá trình tự phân và ổn định cấu trúc tế bào.
Bảng 4: Nồng độ cần thiết về muối khoáng của vi sinh vật
Nhu cầu các hợp chất hữu cơ khác:
Ngoài các axit amin và vitamin, vi khuẩn lactic còn cần các hợp chất hữucơ khác cho sự phát triển như các bazơ nitơ hay các axit hữu cơ
Một số axit hữu cơ như axit xitric và axit oleic có tác động tích cực đến tốc độ phát triển của vi khuẩn lactic Hiện nay, các muối citrat và dẫn xuất của axit oleic được sử dụng rộng rãi trong môi trường nuôi cấy, phân lập và bảo quản các chủng vi khuẩn lactic.
Axit axetic, giống như hai axit hữu cơ khác, đóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng của tế bào Vì lý do này, axit axetic thường được sử dụng dưới dạng muối axetic để làm chất đệm trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn lactic.
Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của Vi khuẩn lactic
Nhiệt độ: Vi khuẩn lactic có thể phát triển tốt trong nhiệt độ từ 15-30 độ C gồm
- Nhóm ưa ẩm : phát triển ở nhiệt độ trung bình, nhiệt độ phát triển tối ưu là 25-35 độ C
Nhóm vi khuẩn ưa nhiệt phát triển tốt nhất ở nhiệt độ từ 37-45 độ C, với pH tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn lactic nằm trong khoảng 5.5-6.5 Tuy nhiên, sự phát triển của chúng sẽ bị ức chế mạnh mẽ khi pH giảm xuống dưới 4.5.
Vi khuẩn lactic là loại vi khuẩn hiếu khí, vì vậy hàm lượng oxy lớn có thể gây độc cho chúng Độ ẩm đóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lactic, vì nước là môi trường cần thiết cho các phản ứng tế bào Ngoài ra, áp suất thẩm thấu cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn lactic; khi nồng độ muối trong môi trường nuôi cấy cao hơn 2%, sự phát triển của chúng sẽ bị ức chế.
Thanh trùng môi trường
Sau khi pha chế, môi trường sẽ được thanh trùng nhằm ức chế và tiêu diệt vi sinh vật cũng như enzyme có trong môi trường, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của giống.
Tùy thuộc vào giống vi sinh vật và thành phần hóa học của môi trường, các nhà sản xuất sẽ đề xuất chế độ thanh trùng phù hợp Thông thường, chế độ thanh trùng được áp dụng ở nhiệt độ 80-90 độ C trong khoảng 30 phút để đảm bảo hiệu quả.
Thiết bị: Ống lồng ống
Thông số công nghệ: nhiệt độ 85 – 90 độ C
Hình 4: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống
Nhân giống
Mục đích: tăng số lượng vi sinh vật , chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy
Trong quá trình nhân giống, việc đảm bảo giống thuần khiết là rất quan trọng Nếu giống bị lẫn vi sinh vật lạ, quá trình lên men có thể bị hư hỏng, dẫn đến sản phẩm không đạt yêu cầu và có thể gây hại cho người tiêu thụ.
- Chọn môi trường với thành phần cơ chất thích hợp để nuôi vi sinh vật
- Chọn phương pháp và các điều kiện nuôi tối ưu (pH, nhiệt độ, sự cung cấp oxi, ) cho quá trình tăng sinh khối của giống
Mục tiêu là tối ưu hóa số lượng tế bào trong môi trường nuôi trồng, đạt giá trị cao nhất trong thời gian ngắn nhất, đồng thời giảm thiểu chi phí nguyên liệu và năng lượng.
- Sinh khối thu được phải có hoạt tính lên men cao, tỷ lệ tế bào chết càng thấp càng tốt
HÌnh 5: Sơ đồ tổng quát quá trình nhân giống
Giai đoạn từ cấp 1 đến cấp 4 là quá trình nhân giống trong phòng thí nghiệm, trong khi cấp 5 trở đi liên quan đến sản xuất công nghiệp Để cấy giống, cần bổ sung một lượng canh trường vi khuẩn xác định vào môi trường dinh dưỡng đã được xử lý nhiệt và điều chỉnh đến nhiệt độ thích hợp Để đảm bảo sự ổn định trong canh trường, việc duy trì lượng giống cấy, nhiệt độ nuôi cấy và thời gian nuôi cấy không đổi là rất quan trọng trong tất cả các giai đoạn.
Trong phòng thí nghiệm, giống được nhân trong các bình cầu với nhiệt độ khoảng 37 – 40 oC Sau khi cho môi trường lỏng vào với tỷ lệ 5% thể tích, cần duy trì nhiệt độ ở mức 40 – 45 oC Sau 8 - 10 giờ, giống sẽ đạt yêu cầu và có thể tiếp tục nhân giống ở các thể tích lớn hơn.
Trong phân xưởng, vi khuẩn lactic được nuôi cấy riêng biệt tại khu vực nhân giống Khi đạt được số lượng tế bào tối thiểu khoảng x*106 tế bào/1ml, quá trình lên men sẽ được tiến hành.
Giống VSV được bảo quản trên thạch nghiên tại nhà máy
Nuôi và thu nhận giống cấp 1 (10ml môi trường)
Nuôi và thu nhận giống cấp 2 (100ml môi trường)
Nuôi và thu nhận giống cấp 3 (1 l môi trường) cấp 4 (10 l) cấp 5 cấp 6
Sau khi nhân giống, vi khuẩn lactic được chuyển vào thùng lên men với tỷ lệ 2.5-3% Trong quá trình sản xuất lactic, vi khuẩn lactobacillus thường được sử dụng Nhiệt độ trong suốt quá trình lên men được duy trì ở 40°C, pH ở mức 5-6, và thời gian lên men kéo dài từ 1 đến 8 ngày Môi trường lên men được khuấy trộn liên tục, và trong nhiều trường hợp, khí được thổi vào để tăng cường sản xuất acid lactic.
Sử dụng thiết bị lên men bề sâu, gián đoạn
Hình 6: Thiết bị lên men với bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt có sức chứa 63 m 2
- Dạng thiết bị này là một xilanh đứng, bằng thép X18H10T hay kim loại kép có nắp và đáy hình nón Tỷ lệ chiều cao và đường kính 2,6 : 1
Nắp thiết bị được trang bị bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và khử bọt cơ học, cùng với ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, cũng như nạp và thải không khí Ngoài ra, nắp còn có 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.
Các cơ cấu chuyển đảo được lắp đặt chắc chắn trên 6 trục bên trong, bao gồm 8 tuabin có đường kính từ 600 mm đến 1000 mm với cánh rộng từ 150 mm đến 200 mm, được bố trí ở 2 tầng Ngoài ra, tuabin hở thứ ba được gắn trên bộ sủi bọt 13 nhằm phân tán các bọt không khí.
- Bộ sủi bọt có dạng hình thoi được làm bằng những ống đột lỗ Ở phần trên của bộ sủi bọt có khoảng 2000 ÷ 3000 lỗ theo kiểu bàn cờ.
Động cơ và bộ truyền động quay trục 6 cùng các cơ cấu đảo trộn 8, 12, 14 được trang bị bộ giảm tốc và bộ dẫn động sử dụng dòng điện không đổi Hệ thống này cho phép điều chỉnh vô cấp số vòng quay trong khoảng từ 110 đến 200 vòng/phút.
- Thiết bị lên men được trang bị 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 m2
- 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
- Hoạt động được dưới áp suất dư 0,25 MPa , chịu được nhiệt độ 90-950C (phục vụ quá trình thanh trùng)
Trong quá trình nuôi cấy, thiết bị duy trì áp suất bên trong là 50 kPa và tiêu hao không khí tiệt trùng đạt 1 m3/phút Chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị dao động từ 5 đến 6 m, trong khi chiều cao tổng thể của thiết bị vượt quá 8 m.
Để đảm bảo quá trình tiệt trùng hiệu quả, các trục của cơ cấu chuyển đảo cần được trang bị vòng bít kín Những vòng bít này được thiết kế để hoạt động tối ưu ở áp suất 0,28 MPa, với áp suất dư tối thiểu là 2,7 kPa, trong khoảng nhiệt độ từ 30 đến 2500C và với số vòng quay trục đạt yêu cầu.
Với tốc độ 500 vòng/phút, các vòng đệm đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa rò rỉ môi trường và xâm nhập không khí vào khoang thiết bị tại vị trí nhô ra của trục.
Vòng bít kín được chế tạo từ thép X18H10T, X17H13M2T và titan BT-10, đảm bảo thời gian hoạt động ổn định không dưới 2000 giờ với tuổi thọ lên tới 8000 giờ Độ đảo hướng kính cho phép của trục trong vùng đệm kín không vượt quá 0,25 mm, trong khi độ đảo chiều trục cũng không lớn hơn 0,250.
Hình 7: Sơ đồ chỉ dẫn thao tác:
2- Không khí tiệt trùng vào;
3- Không khí tiệt trùng hay hơi vào vùng bít kín;
4- Thoát hơi hay không khí tiệt trùng tới bộ sủi bọt;
5- Hơi hay không khí tiệt trùng vào thiết bị ở phần trên;
6- Thải hơi hay không khí tiệt trùng tới bộ lấy mẫu thử nghiệm;
7- Thải hơi hay không khí tiệt trùng;
8- Cơ cấu ống nhánh có van điều chỉnh bằng khí động học;
9- Nạp hơi hay không khí tiệt trùng vào thiết bị ở phần dưới;
16- Nạp hơi hay không khí tiệt trùng khi lấy mẫu;
17- Đoạn ống để nối áp kế kiểm tra;
19- Van để nạp vật liệu cấy;
22- Thải hơi hay không khí từ vùng bít kín; 24- Ống nhánh để nạp dung dịch chuẩn;
26- Cung cấp khí thải từ thiết bị;
29- Van để rót nước từ áo;
30- Van để nạp nước lạnh;
31- Ống nhánh để nạp nước lạnh;
32- Lược; 33- Ap kế; 34- Van an toàn; 35- Cảm biến nhiệt độ;
36, 37- Các dụng cụ thứ cấp để đo nhiệt độ và độ pH; 38- Cảm biến pH met; 39- Thiết bị lên men;
40- Cơ cấu để làm sạch không khí
Thông số công nghệ: pH 4.5 ; Nhiệt độ 30-32 o C
Các biến đổi trong quá trình nuôi cấy
- Vi khuẩn chưa có sự thích nghi nhưng tang rõ rệt về thể tích và khối lượng tế bào do quá trình tổng hợp chất diễn ra mạnh mẽ
- Hình thành các enzyme cần thiết cho quá trình tổng hợp cơ chất và các enzyme nằm trong quá trình chuyển hóa cơ chất
- Sinh khối và khối lượng tế bào tăng rất nhanh
- Xảy ra hàng loạt các quá trình biến đổi quan trọng để tạo sinh khối: tổng hợp enzyme, chuyển hóa các hợp chất carbonhydrate, các hợp chất nito
- Quần thể vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động học, số tế bào mới sinh ra bằng số tế bào chết đi sinh khối không tăng
- Nồng độ cơ chất giảm tốc độ sinh trưởng giảm
- Sự trao đổi diễn ra lien tục nên có sự tăng nhiệt độ của canh trường nuôi cấy
- pH thay đổi do xuất hiện các sản phẩm trao đổi chất
- Các vi khuẩn lactic đồng hình phân giải glucose theo con đường EMP do chúng chứa các enzyme cần thiết (kể cả enzyme aldolaza)
Các vi khuẩn lactic dị hình thiếu enzyme aldolaza và trioxophotphatizomeraza, dẫn đến việc phân giải glucose theo con đường PP ở giai đoạn đầu Quá trình này nhằm tổng hợp vật chất tế bào và cung cấp năng lượng cho sự sinh trưởng của vi khuẩn lactic.
Mục đích: tách thu sinh khối
Sinh khối vi sinh vậtnên thu nhận vào đầu pha ổn định Canh trường sau khi nhân giống được lọc và đưa vào thiết bị ly tâm
Hình 8: Thiết bị ly tâm
Thiết bị ly tâm hoạt động với hai dòng thoát: hỗn hợp canh trường được nạp từ ống dẫn bên dưới Qua hệ thống kênh dẫn từ các lỗ trên dĩa ly tâm, dòng giàu vi sinh vật với khối lượng riêng lớn di chuyển ra ngoài thùng và thoát qua cửa bên hông Ngược lại, dòng chứa ít tế bào vi sinh vật do có khối lượng riêng thấp hơn sẽ di chuyển về phía trục quay và thoát ra qua cửa trên đỉnh thùng.
- Mục đích: thu hoạch (chế phẩm vi sinh vật dạng hạt), bảo quản
- Phương pháp thực hiện: sấy thăng hoa
Ứng dụng
Axit lactic được sản xuất thông qua quá trình lên men đồng hình và sau đó được tinh chế thành axit lactic tinh khiết Loại axit này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm, đặc biệt là trong việc thay thế axit citric trong sản xuất bánh kẹo và đồ hộp.
Trong ngành công nghiệp chế biến sữa, vi khuẩn lactic đóng vai trò quan trọng nhất Chúng có hình dạng cầu hoặc hình que và có khả năng lên men mono và disacarit, tuy nhiên không phải tất cả các vi sinh vật đều có thể sử dụng mọi loại disacarit Đặc biệt, vi khuẩn lactic không có khả năng lên men tinh bột và các polysacarit khác, ngoại trừ loài L delbrueckii có thể đồng hóa tinh bột Một số vi khuẩn lactic cũng có khả năng sử dụng pentoza và acid citric, chủ yếu là các vi khuẩn lên men lactic dị hình.
Các vi khuẩn lactic ngoài việc tạo thành acid còn có một số loài tạo chất thơm (diaxetyl, axetoin, acid bay hơi…) như Streptococcus diaxetylactic
Vi khuẩn lactic có hoạt tính proteaza có khả năng phân hủy protein trong sữa thành các peptit và acid amin, với mức độ hoạt tính khác nhau giữa các loài, thường thì vi khuẩn thường trực có hoạt tính cao hơn Sữa chua đặc axidophilin được chế biến từ sữa đã được tiệt trùng bằng phương pháp Pasteur, sau đó được thêm vi khuẩn vào để lên men.
Lactobacillus acidophilus được thêm vào sữa và lên men ở nhiệt độ 37-40 độ C trong vài giờ, giúp sữa trở nên đặc chắc và bền Vi khuẩn này không chỉ ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây thối rửa mà còn tạo ra các chất độc có hại cho vi khuẩn gây bệnh đường ruột, mang lại giá trị dinh dưỡng cao cho sữa acidophilin.
Sữa chua kêfia : ngườit ta cho vào sữa các viên kêfia gồm vi khuẩn lactic chủ yếu là
Streptococcus lactis, Lactobacillus bulgaricus và nấm men được sử dụng để lên men sữa ở nhiệt độ 30-32°C cho đến khi sữa đông đặc lại, sau đó được bảo quản lạnh Sữa chua kêfia có hương vị thơm ngon và được ưa chuộng tại nhiều nước châu Âu Việc sử dụng các viên kêfia giúp làm chua nhanh chóng các loại sữa, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng, đặc biệt là trong môi trường bệnh viện.
Yaourt là một loại sữa chua phổ biến, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người Quá trình lên men của yaourt được thực hiện bởi các vi khuẩn Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus, diễn ra ở nhiệt độ từ 40-50 độ C cho đến khi sữa đông đặc Sau đó, yaourt được bảo quản trong điều kiện lạnh để duy trì chất lượng.
Phomai là sản phẩm chế biến từ sữa thông qua quá trình lên men lactic, mang lại giá trị dinh dưỡng cao và khả năng bảo quản lâu dài Thực phẩm này rất phổ biến và phù hợp với khẩu vị của người châu Âu và châu Mỹ Quá trình sản xuất phomai bắt đầu bằng việc sử dụng enzyme để đông kết cazein trong sữa, sau đó tiếp tục lên men với nồng độ muối loãng Tùy thuộc vào loại phomai, các vi sinh vật khác nhau sẽ được sử dụng trong quá trình ủ chín, bao gồm vi khuẩn propionic và nấm mốc.
Sản phẩm này được chế biến từ chất béo sữa và sử dụng lên men lactic Chất béo được tách khỏi sữa thông qua phương pháp ly tâm, dựa trên sự khác biệt về tỷ trọng giữa chất béo (0,93) và sữa (1,036).
Sau khi tách acid và khử trùng Pasteur, chất béo được làm nguội và cấy vi khuẩn lactic thuần khiết để thực hiện quá trình lên men lactic Kết quả của quá trình này là bơ chín với vị hơi chua và mùi thơm dễ chịu.
Muối chua rau quả có hai mục đích chính: bảo quản nguyên liệu và nâng cao giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị cảm quan của sản phẩm Nguyên tắc muối chua là tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn lactic, đồng thời ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa.
Muối chua rau quả là một phương pháp phổ biến trong chế biến thực phẩm, được áp dụng cả trong công nghiệp và gia đình Các loại rau như cải bắp, cải sen, cải bẹ và các loại quả như dưa leo, dưa chuột, cà pháo thường chứa 4-6% đường trong trọng lượng khô Để ngăn chặn vi khuẩn gây thối và tăng hương vị, cần thêm khoảng 2-3% muối ăn Hàm lượng muối cao giúp đường từ rau quả khuếch tán nhanh hơn vào môi trường Quá trình lên men bắt đầu với sự tham gia của vi khuẩn Leuconstoc, tiếp theo là hoạt động của Lactobacillus plantarum.
Vi khuẩn lactic còn sử dụng phối hợp với nấm men làm nở bột mì, chẳng hạn như Lactobacillus delnickii, Thermobacterium cereal.
Trong ngành chăn nuôi, ủ chua thức ăn gia súc là phương pháp hiệu quả để bảo vệ và nâng cao chất lượng thức ăn, với sự tham gia tích cực của vi khuẩn lactic Nguyên liệu ủ rất đa dạng như bắp chuối, thân ngô, lá khoai tây, cỏ và các phế phẩm từ công nghiệp thực phẩm Những nguyên liệu này được băm nhỏ để lên men tự nhiên, có thể kết hợp thêm một số thành phần khác Quá trình lên men chủ yếu do Streptococcus lactis và Lactobacillus plantarum thực hiện, và các yếu tố như tỉ lệ C:N, điều kiện kị khí, nhiệt độ và độ ẩm đều có ảnh hưởng lớn đến quá trình này.
