Bài giảng Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ thực phẩm - Chương II: Công nghệ sinh học trong tạo nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm

CHƢƠNG II: 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG 
TẠO NGUỒN NGUYÊN LIỆU 
CHO CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 
Thực vật 
Động vật TNSH 
Vi sinh vật 
 Các nguồn khác 
1. Tài nguyên sinh học 
1.1 Phân loại thực phẩm theo tài nguyên sinh học 
TÀI NGUYÊN ĐỘNG VẬT ĐẶC TRƢNG DINH DƢỠNG 
Động vật Có hàm lƣợng cao các protein chất lƣợng tốt 
Trứng Cholesterol trong lòng đỏ cao 
Các sản phẩm từ sữa Chất béo bảo hoà cao 
Calcium cao (trừ bơ) 
Lactose (một số cá nhân không hấp thu đƣợc đƣờng 
này) 
Cá nƣớc ngọt 
Cá biển 
Cá nƣớc ngọt ít Na hơn cá biển. Nhiều acid béo thiết 
yếu. 
Nghêu, sò, hến Cung cấp cholesterol với mức độ tƣơng tự nhƣ cá, 
nhƣng cho nhiều acid béo thiết yếu hơn. 
Nhiều nguyên tố vi lƣợng, nhƣng đôi khi nhiễm kim 
loại nặng. 
Động vật giáp xác (ví dụ: tôm sú, tôm 
hùm) 
Nhiều cholesterol hơn cá, nhiều acid béo thiết yếu. 
Động vật ăn cỏ Hàm lƣợng sắt cao. 
Hàm lƣợng chất béo bảo hoà cao. 
Động vật dạ dày đơn, đã đƣợc thuần 
hoá (vd: heo) 
Chất béo nhiều hơn động vật ăn cỏ. 
Động vật dạ dày đơn, chƣa đƣợc thuần 
hoá (vd: Kangaroo, thỏ) 
Chất béo nhiều hơn động vật ăn cỏ. 
Gia cầm (thuộc giống chim) Thƣờng ít chất béo. 
Thịt từ các cơ quan động vật: 
Gan Là nguồn tài nguyên tốt về vitamin và đa số 
nguyên tố. 
Hàm lƣợng cholesterol cao. 
Hàm lƣợng acid amin cao. 
Óc Hàm lƣợng cholesterol cao. 
Các cơ quan khác (thận, tim, ruột) Hàm lƣợng cholesterol cao. 
TÀI NGUYÊN THỰC VẬT 
Thực vật nói chung Đều có chứa các sợi ăn đƣợc, chứa Ca nhiều 
hơn Na. 
Rau quả: 
Củ (cà rốt, khoai tây, khoai lang) Hàm lƣợng tinh bột cao. 
Hàm lƣợng vitamin C vừa phải và hàm lƣợng 
vitamin A cao trong các loại có màu vàng 
cam. 
Lá xanh Carotene, vitamin K cao. 
Họ bầu, bí Carotene cao (nếu có màu vàng cam) 
Hoa Hàm lƣợng vit C cao. 
Thân (vd: cần tây, hành) Cung cấp năng lƣợng thấp. 
Cà chua Năng lƣợng thấp và hàm lƣợng vit C vừa 
phải. 
Ớt Năng lƣợng thấp, vit C cao. 
Các loại đậu Hàm lƣợng tinh bột cao. 
Số lƣợng protein vừa phải nhƣng thiếu 
protein thiết yếu là methionin. 
Ngũ cốc và hạt Chứa các sợi ăn đƣợc giàu pentosan là 
chất có vai trò chủ yếu trong chức 
năng của ruột. 
Hàm lƣợng tinh bột cao. 
Hàm lƣợng protein vừa phải nhƣng thiếu 
protein thiết yếu là lysin. 
Bắp Thiếu 2 amino acid thiết yếu (lysin và 
tryptophan) và vitamin nhóm B 
(niacin). 
Trái cây: 
Họ cam chanh Giàu pectin, có đặc điểm làm keo tụ. 
Hàm lƣợng vit C cao và folacin vừa phải. 
Quả cứng (mận, đào, mơ) Hàm lƣợng caratene vừa phải, vit C thấp. 
Lê và táo Thành phần chủ yếu là nƣớc, crbonhydrate 
và sợi, ít vit. và chất khoáng. 
Quả nhiệt đới (xoài) Hàm lƣợng carotene, vit. C cao, giàu pectin. 
Quả mọng (dâu) Vit. C cao. 
Hạt (đậu, cà phê) Năng lƣợng cao, nhiều loại acid béo với hàm 
lƣợng cao, hàm lƣợng protein vừa phải. 
CÁC CHẤT NGỌT 
Các chất tạo ra đƣờng Cung cấp năng lƣợng cao, dinh dƣỡng thấp. 
VI SINH VẬT 
Vi sinh vật đất Tạo ra vit 8-12; ngƣời ăn chay thƣờng thiếu 
các vitamin này. 
Nấm men Tạo ra nhiều loại vitamin và các nguyên tố vi 
lƣợng, hàm lƣợng acid nucleic cao. 
Nƣớc uống lên men Hàm lƣợng dinh dƣỡng tuỳ thuộc vào nguồn 
carbohydrate dùng trong quá trình chế 
biến; có độ rƣợu. 
Thực phẩm lên men Hàm lƣợng amino acid cao, Na có thể cao. 
CÔN TRÙNG 
Phần thân thể côn trùng Hàm lƣợng protein cao. 
Mật ong Hàm lƣợng đƣờng đơn cao. 
NƢỚC 
Nƣớc Không cung cấp năng lƣợng, hàm lƣợng 
nguyên tố khoáng thay đổi. 
ĐẤT 
Thƣờng là do nhiễm bẩn thức ăn Có nhiều nguyên tố và vi sinh vật. 
1.2 Các chất phụ gia thực phẩm 
• Phụ gia thực phẩm là những cơ chất đƣợc thêm vào 
với mục đích cải thiện vẻ ngoài cho bắt mắt hơn, vị 
ngon, kết cấu, quá trình chế biến hay thời gian dự 
trữ thực phẩm. Trong đa số quốc gia, việc dùng 
chất phụ gia thực phẩm đƣợc chi phối bởi nhiều 
quy định. Chỉ những chất phụ gia đƣợc phép mới 
đƣợc dùng và tiếp theo là loại phụ gia nào đƣợc 
dùng cho loại thực phẩm nào với nồng độ tối đa 
đƣợc xác định. 
• Trƣớc khi một chất phụ gia đƣợc chứng nhận là 
đƣợc dùng cho thực phẩm thì nó phải đƣợc xác 
nhận là an toàn và phải không có sản phẩm tƣơng 
tự đƣợc sản xuất mà không cần dùng chất phụ gia 
đó. 
• Khi phụ gia thực phẩm đƣợc dùng, trên nhãn hiệu 
hàng hoá phải ghi rõ điều này bằng tên hoá học hay 
tên của lớp. Trong đa số trƣờng hợp, tên lớp mô tả 
chức năng của phụ gia trong thực phẩm. 
PHÂN LOẠI PHỤ GIA THỰC PHẨM 
Anti-caking agents 
Antioxidants 
Artificial sweetening 
substances 
Bleaching (tẩy trắng) agents 
Colours 
Emulsifiers 
Enzymes 
Flavours 
Flour treatment agents 
Food acids 
Flavour enhancers 
Humectants (chất làm ẩm) 
Minerals 
Mineral salts 
Preservatives 
Propellants (Tác nhân đẩy) 
Thickeners (Chất làm đặc) 
Vegetable gums 
Vitamins 
SỬ DỤNG CHẤT PHỤ GIA THỰC PHẨM 
NHÓM PHỤ GIA VÀ CHỨC NĂNG THỰC PHẨM CÓ THỂ CHỨA 
 CHẤT PHỤ GIA 
Tác nhân chống vón cục 
(e.g. sodium alumino silicate). 
Added to finely powdered and 
crystalline foods to prevent lumping. 
Salt, milk powder in drink-
dispensing machines. 
Chất chống oxy hoá 
(e.g. butylated hydroxyanisole). 
Preservatives to retard development 
of rancidity and discolouration. 
Edible oils and fats, margarine, 
'instant' potato, dehydrated 
vegetables. 
Tác nhân tẩy trắng 
(e.g. chlorine dioxide). 
Added to flour to lighten its colour 
and improve bread-making. 
Flours, bread. 
NHÓM PHỤ GIA VÀ CHỨC NĂNG THỰC PHẨM CÓ THỂ CHỨA 
 CHẤT PHỤ GIA 
Màu 
(e.g. tartrazine). 
To improve appearance and reinforce 
flavour. 
Pastry products, cake, cheese, 
confectionery, cordials, dessert mixes, 
flavoured milk, fruit-flavoured drinks, 
spreads and fillings, fruit yoghurt, ice 
cream, icing mixture, jams, jellies, 
margarine, pickles, sauces, soft drinks. 
Chất tạo nhũ, chất làm đặc 
(e.g. glyceryl monostearate). 
To improve consistency, impart body 
and stabilize air/oil/water mixtures. 
Biscuits, bread, cake, canned meats, 
confectionery, thickened cream, instant 
potato, dessert mixes, flavoured milk, 
fruit drinks, fruit yoghurt, ice cream, 
imitation cream, margarine, mayonnaise, 
peanut butter, salad dressings, soups. 
Chất tạo hƣơng vị và tăng cƣờng 
hƣơng vị 
(e.g vanillin). 
To impart taste and/or aroma to food 
Pastry products, cheese, chocolate, 
confectionery, cordials, dessert mixes, 
flavoured milk, ice cream, imitation 
cream, jellies, manufactured meats, soft 
drinks, margarine, pickles. 
The most widely used flavour enhancer, 
MSG (monosodium glutamate) is used 
in prepared meat/fish dishes, packet 
soups and many canned foods. 
NHÓM PHỤ GIA VÀ CHỨC NĂNG THỰC PHẨM CÓ THỂ CHỨA 
 CHẤT PHỤ GIA 
Acid thực phẩm 
(e.g. citric acid) 
Give sour or tart taste, aid 
preservation 
Pastry products, cake, cheese, cider, 
confectionery, jellies, cordials, 
desserts, pickles, fruit drinks, jams, 
modify other flavours, sauces, 
mayonnaise, salad dressings, 
soft drinks, soups, spreads. 
Chất tạo ẩm 
(e.g. glycerol) 
Help to retain a soft consistency 
during storage. 
Pastry products, cake, confectionery, 
fruit spreads and fillings, almond 
icing, sweetened coconut. 
Chất bảo quản 
(e.g. benzoic acid) 
Prevent the growth of moulds, 
yeasts and bacteria. 
Pastry products, bread, canned fruit, 
canned meat products, cheese, 
cordials, cured meat,'instant' potato, 
flour, fruit drinks, fruit salad, 
pickles, sausages, soft drinks, tomato 
juice. 
2. Những vấn đề về nguyên liệu 
cho chế biến thực phẩm 
2.1 Những ứng dụng của công nghệ sinh học 
trong quá trình chế biến thực phẩm 
Công nghệ sinh học bao gồm nhiều kỹ thuật có thể 
đƣợc ứng dụng vào lĩnh vực thực phẩm và nông 
nghiệp. Những kỹ thuật đó bao gồm: biến đổi gen, 
chuyển gen, chuyển phôi, tạo các dạng tam bộiNó 
cũng bao gồm cả những kỹ thuật dùng để thu hái 
nguyên liệu thô từ mùa vụ, từ đánh bắt hải sản và từ 
vật nuôi. Điều này đƣợc quan tâm vì nó rất quan 
trọng đối với việc an toàn thực phẩm. 
- Mục tiêu của công nghệ sinh học thực phẩm là chọn 
lọc và cải tiến chủng vi sinh vật nhằm có thể điều 
khiển quá trình, nâng cao sản lƣợng, chất lƣợng, an 
toàn và ổn định sản phẩm. Vi sinh vật dùng trong 
CNSH TP gồm cả vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. 
- Lên men là quá trình chuyển hoá sinh học 
những chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hay 
enzyme vi sinh vật, thực vật hay động vật. 
Lên men là dạng được dùng lâu đời nhất để 
bảo quản thực phẩm. Những thực phẩm lên 
men như phô mai, rượu vang, bánh mìđã 
được tiêu thụ hàng ngàn năm nay và có liên 
quan đến văn hoá và truyền thống của các 
quốc gia dân tộc. Ước tính thực phẩm lên 
men chiếm 1/3 trong thực phẩm toàn cầu. 
Lên men được ứng dụng rộng rãi trong việc bảo 
quản các chất liệu từ nông nghiệp (ngũ cốc, rễ, củ, 
rau quả, sữa, thịt, cá). Nhiều sản phẩm đã được 
đưa ra thị trường và chiếm thị phần lớn như phô 
mai, yogurt, sữa lên men, nước tương Ở các 
nước phát triển, thực phẩm lên men được đông 
đảo người tiêu dùng chấp nhận vì tính an toàn của 
nó do quá trình lên men được điều khiển nghiêm 
nhặt. Trong khi đó, một số quá trình lên men 
truyền thống lại không được kiểm soát và phụ 
thuộc vào vi sinh vật từ môi trường cũng như cơ 
chất dùng cho lên men. Những quá trình như thế 
dẫn đến sản lượng thấp và chất lượng không ổn 
định. 
2. 2 Hiện trạng của công nghệ sinh học thực phẩm 
2.2.1 Công nghệ sinh học dùng trong thực phẩm lên men: 
• Vi sinh vật là yếu tố trung tâm của hệ thống quá trình 
trong sự sản xuất thực phẩm lên men. Các chủng VSV có 
thể được cải tiến về mặt di truyền bằng cả phương pháp 
truyền thống cũng như các kỹ thuật hiện đại. Những tính 
chất được quan tâm trong quá trình cải tiến chủng VSV là 
nâng cao chất lượng về mùi, hương, vẽ ngoài, kết cấu, tính 
ổn định, kháng vi rút, khả năng tạo kháng sinh để ức chế 
những VSV không mong muốn. Trong nhiều nước phát 
triển, nghiên cứu còn tập trung vào khả năng phân giải 
hoặc bất hoạt các chất độc tự nhiên (vd: cyanogenic 
glucosides trong cây sắn), độc chất của nấm trong lên men 
ngũ cốc). 
• Các phƣơng pháp truyền thống: gây đột biến 
gen, tiếp hợp (dùng cho vi khuẩn), phƣơng 
pháp lai dùng trong nấm men đƣợc ứng 
dụng rộng rãi trong công nghệ bia và bánh 
mì. 
a) Gây đột biến gen 
Dùng các hoá chất gây đột biến hoặc tia UV để 
tạo ra những thay đổi trong bộ gen. Các 
chủng đột biến nhƣ thế sẽ tiếp tục đƣợc 
chọn lọc dựa trên những tính chất cơ bản 
nhƣ khả năng tạo màu hay kháng vi rút. Tuy 
nhiên, những đột biến này lại thƣờng có 
những biểu hiện không mong muốn có thể 
ảnh hƣởng đến quá trình lên men. 
b) Sự tiếp hợp 
Đây là quá trình mà chất liệu di truyền đƣợc 
chuyển đến những loài VSV gần gũi do sự 
tiếp xúc lý học giữa thể cho và thể nhận. Sự 
trao đổi gen tiếp hợp cho phép chuyển cả 
gen nhiễm sắc thể và gen nằm trên plasmid. 
c) Sự lai 
Sự sinh sản hữu tính trong nấm men dẫn đến 
sự tái tổ hợp gen, nhờ đó có sự cải tiến 
giống trong nấm men. Ví dụ, sự giao phối 
giữa những chủng nấm men đơn bội có đặc 
diểm tách khí tốt với nấm men có đặc tính 
làm khô tốt sinh ra chủng mới tập hợp đƣợc 
cả hai đặc điểm trên. 
• Phƣơng pháp phân tử 
a) Biến đổi gen 
Phƣơng pháp DNA tái tổ hợp đƣợc dùng trong biến 
đổi gen ở vi khuẩn, nấm men và nấm mốc để biểu 
hiện đƣợc những gen mong muốn, che dấu những 
gen. Những ứng dụng thành công trong biến đổi gen 
dùng cho CNSH thực phẩm đòi hỏi sự phát triển và 
sử dụng các vector dùng cho thực phẩm tức là 
những plasmid không chứa những gen kháng kháng 
sinh nhƣ là các gen đánh dấu gồm các trình tự DNA 
từ các VSV đƣợc xác định là an toàn. 
Nấm men biến đổi gen ứng dụng trong làm bánh mì và 
bia đã đƣợc chấp nhận cho sử dụng đã cho thấy 
sử dụng tốt hơn nguồn carbon hydrat. Tuy nhiên 
không có chủng nào đƣợc thƣơng mại hoá. 
b) Sự đặc trƣng hoá di truyền 
• Sự đặc trƣng di truyền của những chủng 
VSV thông qua việc dùng những kỹ thuật 
chẩn đoán phân tử có thể đóng góp nhiều 
cho sự hiểu biết về quá trình lên men. Những 
chẩn đoán phân tử cung cấp những công cụ 
hữu ích cho việc khám phá, nhận dạng và 
đặc trƣng hoá các chủng VSV dùng cho cải 
tiến quá trình lên men. Những hểu biết đó 
bao gồm những tƣơng tác sinh thái của 
những chủng VSV, vai trò của chúng, sự 
cạnh tranh trong quá trình lên men để dẫn 
đến sản phẩm cuối cùng có chất lƣợng cao. 
c) Liên quan đến bộ gen 
• Trong những năm gần đây, trình tự bộ 
gen của nhiều VSV liên quan đến thực 
phẩm đã đƣợc giải mã, ví dụ nhƣ 
Saccharomyces cerevisiae-1996 
2.2.2 Công nghệ sinh học trong việc sản xuất enzyme 
• Enzymes là chất xúc tác sinh học giúp cho 
các phản ứng chuyển hoá tiến hành nhanh 
và thuận lợi. Đó là những protein và đòi hỏi 
cơ chất chuyên biệt để hoạt động. Điều kiện 
xúc tác của chúng nằm trong giới hạn hẹp 
(nhiệt độ, pH). Đa số enzyme bị biến tính ở 
trên 42°C. Tuy nhiên các enzyme vi khuẩn có 
giới hạn nhiệt độ rộng hơn. 
• Sản xuất công nghiệp enzyme từ VSV liên 
quan đến việc nuôi cấy VSV trong các bồn 
lên men. VSV sẽ tiết enzyme vào môi trƣờng 
nuôi cấy nhƣ là chất chuyển hoá của hoạt 
động vi sinh. Sau đó enzyme đƣợc chiết tách 
ra khỏi môi trƣờng, tinh chế và dùng cho 
nhiều quá trình chế biến. 
2.2.3 Công nghệ sinh học trong việc sản xuất các 
thành phần thực phẩm 
Các tác nhân tạo mùi, các acid hữu cơ, phụ gia thực phẩm 
và các amino acid là các chất chuyển hoá của vi sinh vật 
trong quá trình lên men. Quá trình lên men vi sinh vật do 
đó đã đƣợc ứng dụng trong thƣơng mại để sản xuất ra 
những thành phần của thực phẩm. Kỹ thuật chuyển hoá, 
một phƣơng pháp mới liên quan con đƣờng chuyển hoá 
theo mục tiêu của VSV đƣợc nghiên cứu rộng rãi để cải 
tiến năng suất và sản lƣợng các thành phần thực phẩm. 
Các nghiên cứu này liên quan đến việc thay đổi hoạt 
động ngoại bào dựa vào enzyme, chức năng vận chuyển 
và điều hoà của tế bào nhờ kỹ thuật tái tổ hợp ADN và 
các kỹ thuật di truyền khác. 
2.2.4 Công nghệ sinh học trong chẩn đoán các 
xét nghiệm thực phẩm 
Nhiều phƣơng pháp vi sinh thực phẩm cổ điển 
dùng trong quá khứ thì dựa vào quá trình nuôi 
cấy VSV trên những đĩa thạch và khám phá 
những đặc điểm sinh hoá. Những phƣơng pháp 
này thƣờng chậm chạp và độ chính xác không 
cao. Những chẩn đoán và nhận dạng dựa trên 
gen khắc phục những nhƣợc điểm trên. Các 
phƣơng pháp sinh học phân tử nhƣ 
polymerase chain reaction (PCR), ribotyping 
(xác định sự tƣơng đồng và khác nhau giữa vi 
khuẩn ở mức độ loài và chủng), restriction 
fragment length polymorphism (RFLP) phân tích 
ribosomal ribonucleic acids (rRNA) genes  
3. Công nghệ sinh học cổ điển tạo nguyên liệu 
cho chế biến thực phẩm 
• Mặc dù con ngƣời có xu hƣớng xem CNSH 
nhƣ một ngành khoa học mới, nhƣng thực ra 
nó đã xuất hiện trên 6000 năm kể từ sản 
phẩm bia đầu tiên đƣợc lên men. 
• Lịch sử của CNSH liên quan đến thực phẩm 
bắt đầu từ khi con ngƣời biết trồng cây, nuôi 
thú để dùng cho bữa ăn, biết làm bánh mì, 
làm rƣợu và tạo ra nhiều sản phẩm lên men 
khác nhƣ yoghurt, phô mai, các sản phẩm 
lên men từ đậu 
Những giai đoạn chính của sự phát triển CNSH 
liên quan đế ...  phẩm truyền thống, ngƣời ta dựa 
vào 3 yếu tố chính: 
1. Thành phần và tính chất của sản phẩm 
truyền thống là gì? 
2. Những tính chất nào đƣợc thay đổi để tạo ra 
thực phẩm mới, và những thay đổi này dẫn 
đến thay đổi thành phần nhƣ thế nào? Điều 
này thực hiện bằng cách xem xét cách thu 
nhận sản phẩm truyền thống, những thay đổi 
để thu nhận sản phẩm mới, những ảnh 
hƣởng phụ của sản phẩm mới và tính chất 
của những phần đƣợc thay đổi trong sản 
phẩm mới. 
3. Những tính chất và thành phần của sản 
phẩm mới so với sản phẩm truyền thống. 
• Dựa vào 3 yếu tố trên, những hiểu biết về 
thực phẩm mới hay thành phần thực phẩm 
đƣợc tạo ra từ nguyên liệu có những đặc 
trƣng mới sẽ đƣợc mô tả kỹ lƣỡng, cộng 
thêm sự đảm bảo về việc không gây nguy 
hiểm cho ngƣời tiêu dùng, thực phẩm mới sẽ 
đƣợc xem xét để đƣợc tồn tại. 
• Cũng có trƣờng hợp liên quan đến an toàn 
và dinh dƣỡng đƣợc xem là không thuận lợi. 
Ví dụ: khoai tây bíến tự nhiên có lớp protein 
vỏ vi rút chống tác nhân xâm nhiễm. Những 
protein này chẳng bao giờ có ảnh hƣởng tác 
hại. Khoai tây có thể kháng lại những bệnh vi 
rút. Khoai tây biến đổi di truyền lại chứa lớp 
vỏ này với mức độ kháng virut thấp. 
• Nếu thực phẩm mới không tƣơng đồng 
với thực phẩm truyền thống về những 
đặc điểm ƣu việt thì tình trạng khá 
phức tạp và sẽ đƣợc tập trung xem xét 
đánh giá để đảm bảo chắc chắn chỉ 
những thực phẩm an toàn mới đƣợc 
đƣa ra ngƣời tiêu thụ. Khi một biểu 
hiện đƣợc xem là không an toàn thì 
phải đảm bảo rằng gen mã hoá cho nó 
không đƣợc chuyển sang loài khác. 
TÀI NGUYÊN SINH HỌC 
ĐƠN GIẢN NHẤT CHO THỰC PHẨM 
I. Các ứng dụng về sự lên men các nguyên 
liệu thô có thành phần căn bản là đƣờng 
II. Các ứng dụng về sự lên men các nguyên 
liệu thô từ tinh bột 
I. Các ứng dụng về sự lên men các nguyên liệu thô có 
thành phần căn bản là đƣờng 
 1. Mở đầu: 
• Những nguyên liệu thô chủ yếu: những 
carbohydrate, cung cấp nguồn năng lƣợng chủ 
yếu cho các vi sinh vật có thể xâm nhiễm đƣợc, 
liên quan đến quá trình lên men công nghiệp. Các 
đƣờng tinh nhƣ glucose hay sucrose thƣờng quá 
đắt để dùng trong công nghiệp, do đó cần thiết 
phải tìm nguồn carbon rẻ hơn. 
• Hiệu quả kinh tế quan trọng nhất chọn nguyên 
liệu cho quá trình lên men hết sức cần thiết. Nguồn 
carbon chiếm một phần lớn trong toàn bộ giá 
thành sản phẩm (chiếm tối thiểu 25%). 
– dựa vào yếu tố giá 
– nhiều yếu tố khác nhƣ là: kiểu lên men, sản 
lƣợng tạo ra, giá của các thành phần dinh 
dƣỡng cần bổ sung theo nhu cầu của vi sinh vật. 
• Carbohydrate vừa là nguồn năng lƣợng, vừa 
là nguồn nguyên liệu cho sự tổng hợp các 
đại phân tử, cũng nhƣ cung cấp oxygen và 
hydrogen. Các nguyên liệu thô phức tạp hơn 
nhƣ xi- rô hay mật đƣờng chứa nitrogen, các 
chất khoáng, vitamin hay những cơ chất 
tăng trƣởng khác có thể giảm giá thành của 
việc sản xuất biomass. 
• Một số lƣợng lớn carbohydrate thô và tinh 
có thể thu đƣợc từ tinh bột, cellulose hay 
các carbon khác chứa nguyên liệu thô, 
chƣơng này chỉ đề cập đến các nguyên liệu 
thô từ đƣờng. Thuật ngữ đƣờng ở đây dùng 
để chỉ disaccharide sucrose và những sản 
phẩm của công nghệ đƣờng bao gồm chủ 
yếu là sucrose. 
2. Nguồn gốc của đường và các nguyên liệu thô 
 Củ cải đƣờng hoặc mía 
  
 Nƣớc Chiết rút đƣờng Bột, bã mía 
  
 Tinh chế nƣớc ép, lọc 
  
 Nƣớc ép loãng 
  
 Làm bốc hơi nƣớc ép Nƣớc 
  
 Nƣớc ép cô đặc 
  
 Tinh thể hoá Nƣớc 
  
 Đƣờng tinh thể Mật đƣờng 
3. Nguyên liệu thô dùng như cơ chất 
- Nƣớc ép trái cây và mật đƣờng đƣợc xem là 
nguyên liệu thô. Trong lên men công nghệ 
sinh học, các nguyên liệu này đƣợc sử 
dụng nhƣ cơ chất nhờ có giá trị dinh 
dƣỡng cao, giảm chi phí do không phải bổ 
sung các chất tăng trƣởng khác. 
- Đa số các sản phẩm trung gian không có giá 
trị thƣơng mại cao nên ít có thông tin về 
thành phần của chúng, tuy nhiên thành 
phần của các nguyên liệu thô này cơ bản là 
giống nhau. Chúng khác nhau chủ yếu ở 
hàm lƣợng nƣớc và độ tinh sạch cũng nhƣ 
một vài chất thứ yếu thay đổi trong sự bốc 
hơi. 
- Một cơ chất dùng trong công nghệ lên men 
phải đƣợc chuẩn bị sẳn sàng quanh năm vì 
có thể mùa vụ chỉ kéo dài trong một thời 
gian ngắn. 
- Nƣớc ép thô có hàm lƣợng sucrose khoảng 
15% có thể dùng nhƣ nguồn carbon thuận 
lợi cho sự lên men quy mô lớn vì nó chứa 
nhiều hợp chất lên men bổ sung mà những 
chất này sẽ bị loại dần trong từng buớc của 
quá trình chế biến. Tuy nhiên, mặc dù ở pH, 
nhiệt độ thuận lợi, nguyên liệu này không 
tránh khỏi quá trình bị xâm nhiễm bởi các 
VSV nên nó phải đƣợc tiền xử lý trƣớc khi 
dự trữ. 
- Mật đƣờng cũng là một nguyên liệu tốt cho 
lên men . 
4. Mật đường 
Các loại mật đường: Là dung dịch gồm đƣờng, các 
chất hữu cơ, các chất vô cơ và nƣớc, nồng độ 
đƣờng cao. Hai loại phổ biến: mật đƣờng củ cải, 
mật đƣờng mía. 
– Mật đường thật: là sản phẩm phụ trong quá 
trình chế biến đƣờng 
– Các sản phẩm giống mật đường: Hydrol (dung 
dịch thu đƣợc sau khi chuyển tinh bột thành 
đƣờng; Milk sugar molasse (dung dịch thu 
đƣợc từ quá trình sản xuất lactose) 
– Các sản phẩm tương tự mật đường: Cane high-
test molasse (thu đƣợc do bốc hơi trực tiếp từ 
dịch nuớc mía ép), Citrus molasse (thu đƣợc từ 
sự cô đặc nƣớc ép vỏ trái cây họ citrus đến 
nồng độ khoảng 72%) 
5. Dùng nguyên liệu thô từ đường cho lên men 
• Quá trình dùng mật đƣờng truyền thống là 
sản xuất ra alcohol, một quá trình thực hiện 
với mật đƣờng chƣng cất, hay trong sự 
sản xuất sinh khối nấm men. Nguyên liệu 
thô từ đƣờng còn đƣợc dùng đơn lẻ hay 
kết hợp với các nguồn carbon khác hoặc 
pha trộn với mật đƣờng. 
• Trong khi bã mía đƣợc ƣa dùng nhƣ nguồn 
nhiên liệu trong công nghiệp đƣờng mía 
hay dùng sản xuất bột giấy, thì củ cải 
đƣờng phù hợp hơn nhƣ nguồn carbon 
cho lên men số lƣợng lớn. 
• Một số nguyên liệu thô không thuận lợi nhƣ nƣớc 
ép trái cây cô đặc đƣợc thử nghiệm để sản xuất 
nấm men bánh mì. Với sự pha trộn nƣớc ép và 
mật đƣờng và mật đƣờng, sản lƣợng thu đƣợc 
hầu nhƣ tƣởng ứng với mật đƣờng thuần chất. 
• Một phƣơng pháp cải tiến cho sản xuất glycerol 
đƣợc phát triển, ngƣời ta dùng mật mía nhƣ 
nguồn carbon. Mặc dù dung dịch đƣờng từ nhiều 
nguồn khác nhau đƣợc dùng để sản xuất acid 
citric nhƣng mật đƣờng vẫn là nguồn nguyên liệu 
chính đƣợc dùng để sản xuất acid citric với nấm 
mốc Aspergillus niger. Mật mía phải đƣợc tiền xử 
lý với potassium ferrocyanide, một hợp chất quan 
trọng cho sự kết tủa mới có thể dùng nhƣ cơ chất. 
• Nƣớc ép trái cây cô đặc cũng đƣợc 
dùng trong sản xuất ethanol. Có nhiều 
nấm men chịu nhiệt cũng đƣợc nghiên 
cứu để lên men ethanol từ nƣớc mía ép 
và mật mía. Năm 1987, ABATE và cộng 
sự nghiên cứu sản xuất ethanol bằng 
nấm men flocculent (kết thành cụm) với 
cơ chất mật mía và nƣớc mía ép, và 
thấy rằng sản lƣợng và nồng độ 
ethanol cao hơn khi dùng cơ chất là 
sucrose bổ sung peptone. 
• Một số quá trình lên men khác nhƣ: 
– Nƣớc ép mía, mật củ cải đƣờng dùng cho sản 
xuất levan. 
– Nƣớc ép trái cây đặc, mật đƣờng → sx L- lysine. 
– So sánh việc dùng mật củ cải đƣờng với các 
nguồn carbon khác → cải thiện sản lƣợng lysine 
và giảm giá thành khi lên men với 
Corynebacterium glutamicum. KHALAF: sản 
lƣợng lysine tốt nhất trên môi trƣờng chứa 15% 
mật đƣờng mía. Mật đƣờng đƣợc thủy phân và 
xử lý với Ca2+ dùng để sx fructose và là nguồn 
carbon tốt cho lên men acid glutamic và lysine. 
– Mật củ cải đƣờng có ảnh hƣởng đồng thời trên 
sự sản xuất poly- hydroxyalkanoates (PHB). Khi 
trộn 0,5-3% mật củ cải đƣờng với 2% sucrose sẽ 
kích thích tăng trƣởng và sản lƣợng PHB. 
• Nhiều ứng dụng khác nhau phù hợp 
với nguyên liệu thô có thành phần căn 
bản là đƣờng. Đa số là những ứng 
dụng trong lĩnh vực sản xuất alcohol, 
nấm men và các acid hữu cơ. 
II. Các ứng dụng về sự lên men các nguyên liệu thô từ 
tinh bột 
1. Mở đầu 
• Tinh bột là một carbohydrate dự trữ trong 
thực vật phong phú nhất. Nó hiện diện 
trong hạt mầm hay củ với số lƣợng chiếm 
hơn ½ trọng lƣợng khô. Tinh bột có thể ở 2 
dạng, dạng phân tử mạch thằng gọi là 
amylose và dạng phân nhánh gọi là 
amylopectin. 
• Amylose gồm những đơn vị glucose nối 
với nhau bởi các nối (1,4) trong khi 
amylopectin là những chuỗi phân nhánh 
bởi liên kết (1,6) với chuỗi (1,4). 
• Tinh bột có thể chiết xuất tƣơng đối dễ từ những 
nguyên liệu thô khác nhau với sản lƣợng cao và khá 
thuần chất. Thêm vào đó, nó có thể chuyển hoá bằng 
quá trình đơn giản để cho một phổ rất rộng các các 
sản phẩm thủy phân từ maltodextrin cho tới glucose. 
Tinh bột hay các chất dẫn xuất của tinh bột có thể 
đƣợc chuyển hoá hầu nhƣ hoàn toàn bởi nhiều loài 
VSV khác nhau. Vì tất cả những lý do trên, tinh bột là 
nguyên liệu thô cho lên men đƣợc chọn lựa nhiều 
nhất. 
• Tinh bột dùng trong quá trình lên men đƣợc chiết 
xuất từ nhiều nguồn khác nhau tùy theo vùng địa lý. 
Ví dụ, bắp là nguồn nguyên liệu chủ yếu ở Mỹ, tinh 
bột lúa mì, bắp, cà chua đƣợc dùng ở châu Âu, bắp 
và sắn đƣợc dùng ở châu Á. 
2. Các loại tinh bột 
Quá trình chiết xuất tinh bột tùy thuộc vào loại 
nguyên liệu thô. 
– Sản xuất tinh bột bắp 
Bắp → rửa sạch → loại sạn, bắp vụn → ngâm 
30-40 giờ trong nƣớc sulfite nóng (nhằm 
làm mềm vỏ, bẻ cầu nối disulphur của 
protein gluten, chiết dung dịch từ hạt ngũ 
cốc) → loại mầm (mầm chứa 50% dầu) → 
chất sệch đƣợc nghiền và loạt các sợi 
bằng rây → ly tâm để tách tinh bột và 
gluten → rửa sạch tinh bột, sấy tới độ ẩm 
11-13%. 
– Sản xuất tinh bột lúa mì 
Lúa mì → nghiền → rây để thu nhận bột 
→ trộn với nƣớc để đƣợc bột nhào → 
rây và sàng lần nữa đề phân tách 
gluten và tinh bột → rửa tinh bột để loại 
protein còn sót và các dung dịch khác 
→ tinh bột lúc mì gồm những hạt tinh 
bột lớn (tinh bột A) và những hạt tinh 
bột nhỏ (tinh bột B) → rửa để tách tinh 
bột B→ tinh bột A sấy khô đến độ ẩm 
12-13%. 
– Sản xuất tinh bột sắn 
Chiết rút từ phần củ của cây sắn. 
Củ sắn → rửa, lột vỏ→ mài thành bột (chứa 70-90% 
hạt tinh bột) → sàng bột để loại những tiểu phần 
lớn → tiếp tục sàng → ly tâm → rửa → sấy khô. 
– Sản xuất tinh bột khoai tây 
Khoai tây → làm sạch, rửa→ nghiền bằng lƣỡi cƣa 
quay → bột khoai tây thô → sang quay để tách tinh 
bột ra khỏi bột → tinh bột dạng sữa đƣợc cô đặc 
và ly tâm → rửa → sấy khô. 
– Sử dụng tinh bột 
Tinh bột hoá lỏng có thể dùng trong những ứng 
dụng mà ở đó VSV có thể tạo ra các amylase 
cần thiết để thủy phân cơ chất (vi khuẩn hình 
que, nấm) 
3. Maltodextrin 
Maltodextrin là sản phẩm của quá trình 
thủy phân tinh bột bằng enzyme hoặc 
bằng acid. 
Quá trình này phải tiến hành đồng thời 
với quá trình gelatin hóa để tránh hình 
thành nhớt. 
Quá trình hiện đại: Dùng -amylase ổn 
định với nhiệt của Bacillus 
licheniformis hay Bacillus 
stearothermophilus. 
4. Dịch xi-rô 
– Xi-rô glucose 
• Xi-rô glucose thu đƣợc nhờ tác động của 
glucoamylase lên dịch tinh bột. Sau khi 
đƣờng hoá, xi-rô đƣợc cô đặc đến nồng độ 
70-75%. 
– Xi-rô maltose 
– Xi-rô đặc biệt 
Glucose/Maltose/Maltotriose/Maltotetraose 
– Xi-rô fructose 
– Xi-rô manno 
5. D-glucose tinh thể (Dextrose) 
• D-glucose tinh thể thƣờng đƣợc đặt tên là 
dextrose để phân biệt với glucose dạng 
lỏng. D-glucose có thể đƣợc tinh thể hoá 
thành dạng monohydrate ở dƣới 500C hay 
thành dạng anhydrous (khan) ở trên 500C. 
• Sự hoá tinh thể D-glucose monohydrate 
xảy ra bởi sự làm lạnh chậm xi- rô glucose 
nồng độ bão hoà ở 50- 300C trong khoảng 
2-3 ngày. Tinh thể thu đƣợc nhờ ly tâm, 
đem rửa sạch với nƣớc và làm khô tới độ 
ẩm ít hơn 9%. Dung dịch ban đầu có thể 
làm bốc hơi để thu đƣợc những mảnh tinh 
thể lần thứ hai. 
• D-glucose khan đƣợc tạo ra bằng sự bốc hơi ở 
650C dƣới điều kiện ủ trong quá trình tinh thể 
hoá dạng mẻ. Khi sản lƣợng ở pha tinh thể theo 
ƣớc muốn đã đạt đƣợc, đem ly tâm. Sau khi rửa, 
tinh thể đƣợc làm khô tới độ ẩm rất thấp. 
• D-glucose monohydrate thƣờng đƣợc dùng 
trong phòng thí nghiệm hay trong sự lên men 
quy mô nhỏ. Nó có thể đƣợc dự trữ rất dễ dàng, 
không đòi hỏi thiết bị dự trữ chuyên biệt, và ổn 
định trong nhiều tháng. Trong sự lên men quy 
mô lớn, dextrose tinh thể ít hấp dẫn hơn xi-rô 
glucose dạng lỏng ngoài trừ khi lên men tạo ra 
các sản phẩm dƣợc hoặc các quá trình lên men 
cần cơ chất thật tinh khiết. 
6. Sorbitol 
• Sorbitol đƣợc tạo ra bằng sự 
hydrogen hoá glucose (dextrose) 
trong sự hiện diện của chất xúc tác 
kim loại và ở nhiệt độ cao. Nguyên 
liệu thô đƣợc hydrogen hoá phải 
đƣợc tinh chế nhằm tránh xúc tác do 
chất độc. Sau phản ứng, các chất xúc 
tác rắn có thể đƣợc dùng lại. Hỗn hợp 
phản ứng sau đó đƣợc tinh chế bằng 
sự trao đổi ion. 
• Sorbitol đƣợc dùng chủ yếu cho sản xuất 
acid ascorbic (vitamin C) nhờ quá trình 
Reichstein. Trong quá trình này, sorbitol 
đƣợc oxy hoá vi sinh học thành sorbone nhờ 
Gluconobacter oxydans trong điều kiện hiếu 
khí. Sorbone đƣợc tinh chế bằng sự tinh thể 
hoá và đƣợc dung để chuyển hoá thành 
vitamin C. Trong sự hydrogen hoá, một 
lƣợng nhỏ mannitol hình thành từ glucose 
bằng sự hydrogen hoá và đồng phân hoá. 
Mannitol cũng đƣợc lên men nhờ 
Glucobacter sp. và chuyển hoá thành 
fructose, sau đó tiếp tục chuyển hoá thành 
isoascorbic acid. Do vậy, điều quan trọng là 
tối thiểu hoá sự hình thành mannitol trong 
suốt sự hydrogen hoá. 
7. Sự chọn lọc nguyên liệu thô dẫn xuất từ tinh bột 
dùng cho lên men 
Ngoài việc xem xét về hiệu quả kinh tế,sự chọn lọc 
nguyên liệu thô dẫn xuất từ tinh bột dùng cho lên 
men phải dựa vào 3 đặc điểm chính sau đây: 
– Vi sinh vật 
• VSV phải tạo ra amylase để có thể lên men tinh bột 
hay maltodextrin. 
• Enzyme maltase thì cần thiết để lên men các 
oligosaccharide nhƣ maltose và maltotriose. 
Glucose phù hợp nhất cho nhiều loài không tạo ra 
các enzyme cần thiết để thủy giải oligo hay 
polysaccharide. 
• Cơ chất phải sẳn sàng cho VSV ở mức độ tối thích 
cho sự chuyển hoá. Nếu nồng độ cơ chất quá cao, 
có thể hình thành các sản phẩm phụ. Mặt khác, sự 
ức chế cơ chất cũng có thể xảy ra, ví dụ glucose 
có thể ức chế nấm men hay ức chế quá trình sản 
xuất kháng sinh. 
– Những giới hạn của quá trình 
• Những điều kiện phòng thí nghiệm cho phép ta có 
thể sử dụng bất cứ loại cơ chất nào, trong khi đó ở 
điều kiện sản xuất thì sự chọn lựa cơ chất có thể bị 
giới hạn. Ví dụ, tinh bột không thể đƣợc dùng 
nguyên nhƣ thế mà phải hoá lỏng trƣớc khi khử 
trùng môi trƣờng lên men. 
• Một loại giới hạn khác cũng khá quan trọng cho sự 
lựa chọn cơ chất, ví dụ, khi tinh bột đã hoá lỏng 
đƣợc dùng, sự vận chuyển oxygen có thể bị hạn chế 
bởi thiết bị đã đƣợc thiết kế cho tốc độ lƣu lƣợng 
không khí thấp hay lắp đặt cho dạng bột. Trong 
những trƣờng hợp nhƣ thế, chỉ một ít cơ chất dạng 
nhày có thể đƣợc sử dụng cho quá trình. 
– Những tương quan của quá trình 
Nguyên liệu thô phải đƣợc lựa chọn nhằm đạt đƣợc 
khả năng lên men cơ chất cao nhất và sự chuyển 
hoá thành sản phẩm mong muốn cao nhất không 
chỉ để hạ chi phí xuống mức thấp nhất mà còn 
phải giảm thiểu các chất thải tạo ra.