Bài giảng Vi sinh vật thực phẩm - Chương 8: Các sản phẩm lên men

Chương 8
CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN
I. TỔNG QUAN VỀ CÁC SẢN 
PHẨM CỦA CN VSV
1. Các nhóm sản phẩm căn bản
• a) Sinh khối vi sinh vật : Gồm giống ban đầu cho sản
xuất, nấm men bánh mì và men chăn nuôi, vaccine,
protein đơn bào, phân vi sinh, chế phẩm diệt côn
trùng, probiotic.
• b) Enzyme vi sinh vật : Phổ biến hiện nay là α-
amylase, -glucanase, amyloglycosidase, glucose
isomerase, glucose oxidase, cellulase, hemicellulase,
pectinase, invertase, protease, lactase, lipase,
streptokinase
• c) Các sản phẩm trao đổi chất : Gồm các sản phẩm sơ cấp và
thứ cấp. Sản phẩm sơ cấp gồm rượu bia, amino acid, acid
hữu cơ, nucleotide, vitamin,
• Sản phẩm thứ cấp gồm thuốc kháng sinh, lipid VSV,
sidephore, các chất tăng trưởng và chất có hoạt tính sinh học.
• d) Sản phẩm tái tổ hợp gen : Các r-protein và các sản phẩm
khác được tạo ra nhờ các tế bào vi sinh vật chuyển gen.
• e) Sản phẩm của chuyển hoá sinh học gồm các steroid,
vitamin C, acrylamide, được sản xuất bằng tế bào VSV
hoặc enzyme.
• f) Các biopolymer và biosurfactant : Các polysacchride ngoại
bào như xanthan, gellan, alginat vi sinh, celluose vi khuẩn,
và các chất hoạt động bề mặt (biosurfactant) được sản xuất
bằng CNVSV.
Doanh số các sản phẩm của công nghệ 
vi sinh vật (1981).
TT Saûn phaåm Doanh soá (trieäu USD)
1. Nöôùc giaûi khaùt (röôïu, 
bia,)
36800 (36,8 tæ)
2. Fomaùt (Fromage, Cheese) 23800 (23,8 tæ)
3. Khaùng sinh 7900 (7,9 tæ)
4. Coàn coâng nghieäp (naêm
1983)
3625 (3,625 tæ)
5. Sirop giaøu fructose 1360 (1,365 tæ)
Doanh số
6. Amino acid 1275 (1,275
tæ)
7. Naám men baùnh mì 920
8. Caùc steroid 850
9. Caùc vitamin 560
10. Citric acid 360
11. Caùc enzyme 340
12. Caùc loaïi vaccine 255
13. Nhöïa deûo polysaccharide
(Polysaccharide gums)
100
II. Probiotic (Chế phẩm trợ sinh)
Probiotic, hay còn gọi là chế phẩm trợ sinh,
chứa các VSV sống (vô hại hoặc có lợi) có tác
dụng làm cải thiện cân bằng VSV trên cơ thể
vật chủ.
Probiotic tác dụng theo 4 cơ chế chủ yếu:
1) Trung hoà độc tố
2) Cạnh tranh với mầm bệnh
3) Thay đổi chuyển hoá của VSV
4) Kích thích tính miễn dịch của chủ thể.
• Bacillus subtilis được dùng từ lâu như probiotic. B.
subtilis được sử dụng qua đường uống để phòng và
chữa các rối loạn tiêu hoá sau khi dùng kháng sinh, mà
nhiều trường hợp dẫn đến tiêu chảy.
• B. subtilis có tác dụng hồi phục hệ vi sinh vật tự nhiên
trong ống tiêu hoá của người sau khi dùng kháng sinh
kéo dài hoặc bị bệnh. Bào tử của B. subtilis có thể qua
được rào chắn đường tiêu hoá, một phần bào tử nảy
mầm trong ruột non và sinh sôi trong đường ruột.
• Ngoài ra, một số tác dụng lâm sàng của B. subtilis đã
được biết như làm tác nhân kích thích miễn dịch trong
một số bệnh.
• Nhiều chế phẩm Probiotic B. subtilis hiện có
trên thị trường với nhiều tên gọi khác nhau
được sản xuất ở trong nước như Biosubtyl
(Công ti Sinh phẩm Y học Biopharco – Đà
Lạt)) và Subtyl (XNDPTW 24).
• Một số chế phẩm sử dụng nấm men
(Saccharomyces boulardii) như Biolactine,...
• Nhiều loại chế phẩm Probiotic sản xuất trong
và ngoài nước được sử dụng rộng rãi trong
nuôi trồng thủy sản (tôm, cá tra) để hạn chế
dịch bệnh.
III. PROTEIN ĐƠN BÀO(SCP)
• Sinh khối vi khuẩn, nấm men, nấm sợi, vi tảo có
nhiều protein nên gọi là protein đơn bào (Single
cell protein – SCP). Do lịch sử, khái niệm protein
đơn bào hiểu theo 2 nghĩa khác thường :
• – Gồm cả sinh khối của tế bào với nhiều chất
chứ không chỉ protein.
• – Không chỉ sinh vật đơn bào, mà có thể là nấm
sợi đa bào.
• Sinh khối của tế bào VSV luôn có hàm
lượng protein cao. Năng suất tạo protein
của các VSV cao hơn nhiều so với chăn
nuôi nhờ tốc độ sinh sản nhanh. Hơn
nữa, các VSV có thể tạo SCP từ các
nguyên liệu rẻ tiền, thậm chí từ nhiều
phụ phế liệu công, nông, lâm nghiệp.
1. SCP từ nguồn carbohydrate
• Thực ra, việc sử dụng VSV làm nguồn thực phẩm đã được
Đức thực hiện với nấm men Torula trong Thế chiến I.
• Đến 1930, bắt đầu ứng dụng VSV để tạo nguồn thực phẩm
và trong Thế chiến II đạt 15000 tấn.
• Năm 1967, tập đoàn BP (British Petroleum) đã thông báo
về kết quả sản xuất SCP nhờ lên men công nghiệp bằng
nấm men từ parafin dầu mỏ, n-alkane.
• Đến năm 1973, các kết quả tốt hơn được thông báo.
Protein nấm men có tên thương mại là Toprina từ dầu
mỏ. Do đó có lúc người ta nói đến “biptết từ dầu mỏ”.
• Tương tư,ï ở Ý và Nhật đã sản xuất SCP từ n-paraffin với
công xuất 100000 – 200000 tấn/năm.
• Ngoài ra, vi khuẩn Methylophilus methylotrophus
sử dụng methanol, một phụ phẩm dồi dào của công
nghiệp dầu mỏ, để tạo SCP và đã đạt 100000
tấn/năm.
• Trong thập niên 1980, Liên xô là nước sản xuất
SCP lớn nhất, đã đạt 1 triệu tấn protein nấm men
từ nguyên liệu gỗ thủy giải với 90 cơ sở sản xuất
trong 1 năm.
• Những protein này là tế bào nấm men, tế bào vi
khuẩn nên chất lượng tốt. Nhưng cho đến nay,
SCP chủ yếu vẫn chỉ được làm thức ăn gia súc.
Trong những thập niên sau này, sản xuất SCP đã
dừng do phải tốn nhiều năng lượng sục khí trong
khi giá dầu mỏ tăng cao.
• Do vậy, cho đến nay, chỉ có sản phẩm protein
từ nấm (mycoprotein) được sản xuất theo
công nghệ của Công ti Ranks Hovis
McDougall (Anh), là protein vi sinh vật duy
nhất được công nhận sử dụng làm thực phẩm
cho cả người và gia súc.
• Hiện nay mycoprotein thương phẩm được
bán rộng rãi ở Anh có thành phần : protein –
47%, mỡ – 14%, chất xơ – 25%,
carbohydrate – 10%, tro – 3% và RNA – 1%
khối lượng khô.
Công nghệ sản xuất spirulina
• Spirulina đã được sử dụng cách đây 600 
năm
• Protein cao (70-75%), hoàn hảo
• Không chứa độc tố, chứa chất chống lão 
hóa
• Quang hợp giống cây xanh.
• Điều kiện sản xuất đơn giản: 3000-10000 
lux
Công nghệ sản xuất spirulina
• Nguyên liệu→ Môi trường dinh dưỡng→ 
lên men
Công nghệ sản xuất 
protein đơn bào (SCP)
• Có 2 dạng: Tảo đơn bào ( algar), vi khuẩn 
(Bacteria)
• Tảo: Spirulina, chlorella, scenedesmus
Bể nuôi 
IV. CÔNG NGHIỆP RƯỢU BIA VÀ 
CỒN NHIÊN LIỆU
• Đây là lĩnh vực CNSH chiếm tIû lệ và
doanh số lớn nhất. Sản xuất có thể ở quy mô
công nghiệp lớn và ở gia đình. Nhiều sản
phẩm nổi tiếng gắn liền với tên các dân tộc
hay địa phương như rượu Champagne,
Cognac, Bordeaux (Pháp), Vodka (Nga),
Saké (Nhật Bản).
• Ngoài ra, ethanol nhiên liệu là vấn đề nổi
cộm được tập trung nghiên cứu và tăng
nhanh quy mô sản xuất để trước mắt giải
quyết nhu cầu cấp thiết khi giá xăng dầu lên
cao và về lâu dài sẽ thay thế nguồn năng
lượng cổ sinh cạn kiệt.
1. Lên men rượu
• Lên men các đường thành rượu được
thực hiện bởi nhiều loại nấm men, chủ
yếu là các loài Saccharomyces và một số
vi khuẩn.
• Sản phẩm rượu có thể dùng ở dạng không
chưng cất hay chưng cất.
Nguyên liệu làm rượu có thể chia thành 3 nhóm
• – Các cơ chất giàu đường như rỉ đường, nước mía,
củ cải đường, nước trái cây chín, Sự lên men
rượu xảy ra trực tiếp từ loại nguyên liệu này và
không cần xử lí.
• – Tinh bột từ các loại ngũ cốc như lúa mì, gạo,
ngô, và các loại củ như khoai tây, sắn, Ngũ cốc
là nguồn nguyên liệu lớn từ trồng trọt, nhưng trước
khi lên men phải được thủy giải thành đường, rồi
mới lên men đường thành rượu.
• – Phức hợp lignocellulose từ gỗ, phế thải nông, lâm
nghiệp, giấy in báo,. Đây là nguồn nguyên liệu
dồi dào nhất trên Trái đất từ sinh khối thực vật,
nhưng việc xử lí phân cắt cellulose thành glucose
khó khăn và tốn kém hơn nhiều.
2. Các loại rượu bia chủ yếu
Loaïi Nguoàn nguyeân lieäu
1. Khoâng chöng caát :
– Bia
– Cider (cidre)
–Vang(vin, wine)
– Sakeâ (sakeù)
– Röôïu caàn
– Röôïu neáp than
2. Chöng caát :
-Röôïuñeá (Vodka)
- Röôïu Whisky
- Röôïu Rhum
- Cognac
Malt ( maàm luùa ñaïi maïch).
Nöôùc eùp traùi taùo
Nho
Gaïo loaïi ñaëc bieät
Gaïo, neáp, baép, khoai mì,
Neáp than .
Gaïo, neáp, khoai taây, khoai mì, baép,
Baép, luùa ñaïi maïch
Maät ræ ñöôøng
Nho
a) Bia có thể hiểu đơn giản là thức uống có độ
rượu thấp, sủi bọt mạnh (hình 8.3), được tạo
ra từ lên men rượu trên dịch malt (hạt đại
mạch nẩy mầm) với hoa houblon (hops). Về
nguyên lí, bia tạo ra do lên men rượu nên các
ngũ cốc khác đều có thể dùng làm bia, nhưng
không sánh được với malt.
Quá trình lên men bia trong bồn yếm khí gồm 2 
giai đoạn :
• lên men 
• ủ chín bia. 
•  Lên men nổi lúc đầu khi nồng độ đường cao
chủ yếu do Saccharomyces cerevisiae sinh ra
nhiều khí CO2 làm sủi bọt nổi phía trên và lên
men chìm do S. carlsbergensis ở dưới đáy bồn.
Ngày nay, chỉ sử dụng S. carlsbergensis là
giống có vai trò quyết định chất lượng bia. Sự
lên men diễn ra ở nhiệt độ 20OC trong 5 – 7
ngày.
 Ủ chín bia kéo dài ít nhất 4 – 5 tuần đủ 
để hình thành hương vị đặc trưng và 
giảm thiểu hình thành các chất bất lợi 
như chất tạo mùi khắm.
• Hoa houblon tạo vị đắng đặc trưng và 
có vai trò ức chế vi khuẩn trong lên 
men.
• b) Rượu cần (tube wine) là loại không chưng
cất và có lịch sử lâu đời, từ chế độ Mẫu hệ.
Nguyên liệu ban đầu là bột từ gạo tẻ, gạo nếp,
ngô (bắp), sắn (khoai mì), được nấu chín
không nhão.
Về giống thì trước đây dùng rễ cây có hoạt
tính ức chế vi khuẩn để các loài mốc phân hủy
bột thành đường và nấm men tự nhiên chuyển
hoá đường thành rượu.
• c) Rượu sakê (saké) là loại rượu không 
chưng cất truyền thống của dân tộc Nhật 
Bản. Nó có nhiều đặc điểm thú vị : 
• – Loại rượu không chưng cất duy nhất có 
độ cồn cao đến 20 – 22%.
• – Chủng nấm men là Saccharomyces 
cerevisiae var. saké
• – Quy trình công nghệ khác với làm bia và 
rượu vang
• Sự lên men sakê bắt đầu bằng công đọan
chuẩn bị mốc (koji) Aspergillus oryzae, có tác
dụng đường hoá tinh bột gạo thành glucose.
Sau đó, cho nấm men sakê vào thì sự lên men
mới bắt đầu. Sự đường hoá và lên men xảy
ra cùng lúc tại cùng một thời điểm, nên gọi là
"sự lên men song song”.
• d) Rượu vang nho là loại rượu không chưng
cất có truyền thống lâu đời (hình 8.6).
• Nho thu hái về làm dập, ép lấy nước cho vào
thùng lên men. Sự lên men được thực hiện
bằng chủng sản xuất S. cerevisiae hay do các
loài nấm men tự nhiên như Saccharomyces sp,
Zygosaccharomyces sp,
• 2 loại nho đỏ và trắng tạo ra tương ứng vang
đỏ và trắng.
Tranh cổ : hái nho làm rượu
Hái nho làm rượu
• Champange là vang nho mà ở giai
đoạn cuối có bổ sung đường để tạo khí
CO2 áp lực mạnh.
• Gần đây phát hiện trong rượu nho đỏ
có chất polyphenol tự nhiên
RESVERATROL có tác dụng làm
tăng tuổi thọ và trong thí nghiệm kéo
dài tuổi thọ S. cerevisiae 70%.
e) Rượu Congac là một loại ruợu nho chưng
cất. Cognac là tên một địa phương ở Pháp
nổi tiếng nhờ loại rượu này.
• Đặc điểm sản xuất là nho được lên men
thành rượu vang và tiếp theo được chưng
cất. Sau đó, rượu có độ cồn cao cho vào
thùng gỗ sồi, rượu này sẽ hút các chất từ gỗ
sồi tạo hương vị đặc trưng. Rượu trữ càng
lâu càng ngon.
• f) Rượu đế hay rượu trắng và vodka
đều là rượu chưng cất nguyên chất có
độ cồn cao (40O trở lên) làm từ bột.
• Ở nước ta, một số rượu nổi tiếng là rượu
Làng Vân (Bắc Ninh), Gò Đen (Long
An), Bàu Đá (Bình Định). Nước Nga nổi
tiếng với rượu Vodka.
Các loại rượu đế nổi tiếng ở ta
3. Chuyển hoá sinh khối thực vật 
thành ethanol nhiên liệu
• Bên cạnh vai trò là một nước giải khát,
ethanol còn được xem như một nguồn nhiên
liệu, vật liệu ban đầu cho sản xuất các hoá chất
như acetic acid, acetaldehyde, butanol và
ethylen (chất trung gian trong công nghiệp
hoá dầu). Ưu điểm của cồn nhiên liệu là ít gây
ô nhiễm.
a) Các giống vi sinh vật lên men 
ethanol nhiên liệu
• – Nấm men S. cerevisiae lên men các loại đường
glucose, fructose, galactose, maltose, maltriose,
xylulose.
• – Vi khuẩn Zymommonas mobilis lên men glucose,
fructose, sucrose.
• – Các vi nấm chịu nhiệt có khả năng lên men ethanol từ
cellulose : Clostridium thermocellum lên men glucose,
cellobiose, cellulose và C. thermohydrosulfurium lên
men glucose, xylose, sucrose, cellobiose và bột.
Các chủng Saccharomyces đáp ứng tốt
nhất những đặc điểm nêu trên. Mặc dù là
giống thuận lợi cho quá trình sản xuất
ethanol liù tưởng, nhưng chúng chưa sử
dụng một số đường khác như xylose và
khả năng chịu đựng nồng độ cồn cao hạn
chế.
• Công nghệ gen đã tạo được chủng nấm men
S. cerevisiae lên men cả đường xylose và nó
làm tăng 40% sản lượng cồn khi lên men
dịch thủy phân rơm rạ, bẹ ngô.
• Zymomonas mobilis là vi khuẩn có thể dùng
trong sản xuất ethanol thay thế nấm men.
• . Zymomonas mobilis sử dụng glucose tạo thành ethanol với
tốc độ nhanh hơn nấm men 3  4 lần, sản lượng ethanol tối đa
theo lí thuyết là 97%.
• Zymomonas không cần oxygen và nó có thể phát triển trong
môi trường tối thiểu không có một hợp chất hữu cơ nào.
• Nhiều giống Zymomonas phát triển được ở nhiệt độ 38  40oC.
• Zymomonas chịu được áp suất thẩm thấu cao, hầu hết các
giống đều phát triển trong dung dịch chứa 40% glucose (theo
khối lượng), nhưng khả năng chịu đựng muối thấp, không
giống nào chịu được nồng độ NaCl 2%,
• Các giống Z. mobilis có thể chịu được cồn, sản lượng lên men
lên đến 13% (theo thể tích) cồn ở 30oC.
b) Sự can thiệp của KTDT vào sản xuất 
ethanol nhiên liệu
Các nghiên cứu chủ yếu nhằm thiết kế :
• – Các chủng sử dụng lactose để tận dụng phụ phẩm
công nghiệp sữa.
• – Các chủng vi sinh có khả năng chuyển hoá xylose
mà nấm men không đồng hoá.
• – Các chủng nấm men phân giải tinh bột để lên men
bột khỏi phải qua đường hoá.
• – Các chủng VSV để sản xuất ethanol từ pentose.
• Ngoài ra, vấn đề quan trọng khác là
sản xuất enzyme cellulse giá rẻ để giá
thành ethanol nhiên liệu đủ sức cạnh
tranh với xăng dầu.
• Chuyển hoá sinh khối thực vật thành
ethanol nhiên liệu là một điểm nóng
của CNSH hiện đại.
Caùc quy tr ình vi
sinh vaät
Öùng duïng vaøo coâng
nghieäp
1. Saûn xuaát caùc thöïc phaåm leân men:
nöôùc töông, fromage, nöôùc maém...
2. Saûn xuaát vaø söû duïng sinh khoái vi
sinh vaät : men baùnh mì, naám men
chaên nuoâi , chlorel la, spirul ina,
protein ñôn baøo (SCP).
Söû duïng caùc acid r ibonucleot id,
protein vaø thaønh phaàn teá baøo khaùc.
3. Caùc cheá phaåm vi sinh vaät dieät
saâu, naám beänh vaø phaân vi sinh.
4. Sinh khoái vi sinh vaät -> vaccine
5. Nöôùc giaûi khaùt : röôïu caàn, röôïu
ñeá, röôïu sakeù, bia, röôïu vang, röôïu
t raùi caây, whiskey, brandy, caùc röôïu
chöng caát vaø khoâng chöng caát .
Coâng nghieäp thöïc phaåm leân men,
chaên nuoâi , thöïc phaåm thuûy saûn.
Coâng nghieäp thöïc phaåm vaø thöùc
aên cho chaên nuoâi .
Coâng nghieäp thöïc phaåm, hoùa
döôïc.
Noâng nghieäp
Y teá
Coâng nghieäp röôïu bia
6. Saûn xuaát caùc dung moâi : ethanol , acetone,
7. Saûn xuaát caùc acid höõu cô : ci t r ic, lact ic, acet ic,
fumar ic, i taconic, ...
8. Saûn xuaát caùc biopolymer (macromolecular
polysacchar ides): dext ran, levan, xanthan,
mannan, caragheenin....
9. Saûn xuaát caùc chaát khaùng sinh: penici l l in, caùc
penici l l in toång hôïp, st reptomycin, kanamycin,
bleomycin, act inomycin.
 Blast icidin S, kasugamycin.
 Thiost repton, thiopept in.
10. Saûn xuaát caùc chaát coù hoaït t ính sinh hoïc:
- Caùc vi tamin B2, B6, B12, C
- Caùc alkaloids
- Caùc chaát öùc cheá enzymes
- Chuyeån hoùa sinh hoïc caùc steroid
- Gibber i l l in, auxin, chaát ñieàu hoøa taêng t röôûng TV.
11. Caùc acid amin: acid glytamic (laøm boät ngoït ),
glutamine, lysine, acid aspar t ic, arginine, orni thine,
threonine, val ine, tyrosine, phenylalanine, leucine,
t ryptophan, hydroxyt ryptophan.
Coâng nghieäp hoùa hoïc
Coâng nghieäp thöïc phaåm
vaø hoùa chaát
Coâng nghieäp thöïc phaåm
vaø khai khoaùng
Coâng nghieäp y döôïc
Noâng nghieäp vaø y döôïc
Dinh döôõng
Coâng nghieäp hoùa döôïc
vaø y döôïc
Noâng nghieäp
Coâng nghieäp thöïc
phaåm, hoùa hoïc
• 12. Sản xuất các mononucleotides và các đồng đẳng: acid 5’-
inosinic, acid 5’-guanilic, 5’-amino-4-imidazole-carboxy amid
(AICA), riboside, ATP, AMP vòng.
• 13. Sản xuất và sử dụng enzyme : amylase, protease, enzyme đồng tụ
sữa (rennin), lipase, cellulase, asparaginase, glucose isomerase,
glucose oxydase, aspartase và các enzymes không tan khác.
• Penicillinase, glucose oxydase
• 14. Luyện kim bằng VSV (microbial hydrometallurgy): thu nhận
đồng, uranium, kẽm, mangan từ quặng hoặc quặng phế thải. Khai
thác vàng nhờ tách chất sulfure khó tan.
• 15. Xử lý nước thải thành phố và nước thải công nghiệp.
• Sử dụng vi sinh vật phân hủy dầu mỏ.
• 16. Các quá trình lên men tạo các sản phẩm có ích từ nguồn phế thải.
Khí đốt sinh học (biogas)...