BÁO cáo THU HOẠCH về THÀNH PHẦN môi TRƯỜNG lên MEN và tối ưu hóa THÀNH PHẦN môi TRƯỜNG lên MEN

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ HĨA  - TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI BÁO CÁO THU HOẠCH VỀ THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG LÊN MEN VÀ TỐI ƯU HĨA THÀNH PHẦN MƠI TRƯỜNG LÊN MEN CBHD: TS.Đỗ Thị Hạnh Sinh viên thực hiện: Nhóm Nguyễn Lan Anh Tạ Kiều Anh Nguyễn Thị Ban Lê Quang Bằng Nguyễn Thị Dịu Vũ Đại Dương Lớp,khóa: TP03-K14 Hà Nội, tháng năm 2021 Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Mục lụ Mục lục .1 Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu Lời mở đầu Nội dung .4 Định nghĩa lên men Thành phần môi trường lên men .4 2.1 Nước 2.2 Nguồn lượng 2.3 Nguồn carbon 2.4 Nguồn nitrogen 2.5 Các nguyên tố khoáng trung – vi lượng 2.6 Chelator (Chất kìm) .6 2.7 Nhân tố tăng trưởng .7 2.8 Các chất đệm pH 2.9 Chất tiền thân (precursor) 2.10 Chất kìm hãm 2.11 Chất cảm ứng Yêu cầu oxygen Tối ưu hóa thành phần mơi trường: Tài liệu tham khảo 10 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1.Chu trình TCA cân lượng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1.Các chất kìm hãm dùng lên men Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa LỜI MỞ ĐẦU Hệ sinh vật giới phong phú đa dạng với số lượng giống chủng loại khác với số không tưởng Và hệ vi khuẩn bắt nguồn từ sống xuất tới người xác định có vi khuẩn xuất khả chúng tới đâu Vi khuẩn với số lượng xem lớn hành tinh mang cho người xã hội khó khăn với bệnh hiểm ác Tuy nhiên , người phủ nhận giá trị quan trọng ứng dụng vảo đời sống mang lại nhiều lợi ích mà ta khơng tưởng Lồi người biết sử dụng sản phẩm lên men từ thời cổ xưa Rượu vang thấy xuất xã hội Ai Cập từ đến 10 ngàn năm trước Công nguyên Bỉa thấy xuất Babilon trước khoảng 7.000 năm Nhóm chúng em tìm hiểu báo cáo thu hoạch thành phần mơi trường lên men tối ưu hóa thành phần mơi trường Do thời gian hạn chế , nhóm khơng thể tìm hiểu kĩ, nội dung chủ yếu tham khảo qua báo chí, sách qua mạng internet nên khơng tránh khỏi thiếu sót đề tài tiểu luận Nhóm mong nhận lời nhận xét giáo chúng em gửi lời cảm ơn chân thành đến cô! Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa NỘI DUNG Định nghĩa lên men Lên men phản ứng hóa học thực vi sinh vật, nhờ trình mà phân tử carbohydrat tinh bột glucose phân cắt phá hủy Lên men có nhiều lợi ích cho sức khỏe người sử dụng sản xuất sản phẩm nước uống có cồn, bánh mì, sữa chua, dưa chua, giấm táo… Nó sử dụng cơng nghiệp sản xuất ethanol nguồn lượng sinh học Thành phần môi trường lên men 2.1 Nước Tế bào vi sinh vật chứa 70% nước, nước yếu tố quan trọng tất mơi trường lên men Ngồi nước cần thiết cho hoạt động khác công nghệ lên men tác nhân gia nhiệt, giải nhiệt phục vụ cho việc vệ sinh thiết bị Nguồn nước cung cấp phải ổn định, bảo đảm yếu tố độ pH, muối khống hịa tan mức độ tạp khuẩn nước 2.2 Nguồn lượng Năng lượng cho tăng trưởng vi sinh vật bắt nguồn từ oxy hóa thành phần dinh dưỡng môi trường từ ánh sáng Hầu hết công nghiệp vi sinh, chủng thường dùng hóa dưỡng Do vậy, nguồn lượng thơng dụng dùng từ nguồn carbon carbohydrate, lipid protein Một vài chủng dùng hydrocarbon hay methanol làm nguồn C lượng cho trình tăng trưởng trao đổi chất Chu trình TCA vừa cung cấp acid hữu làm khung C để hình thành chất quan trọng khác cung cấp cho tế bào mặt khác cung cấp chất mang lượng lớn NADH, FADH, chất sau di vào chuỗi Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa chuyển điện tử để tổng hợp ATP cung cấp nguồn lượng lớn cho hoạt động tế bào Hình 2.1.Chu trình TCA cân lượng 2.3 Nguồn carbon Nguồn carbon sử dụng thường có ảnh hưởng đến tổng hợp sinh khối hay sản phẩm trao đổi sơ cấp thứ cấp Khi chọn lựa nguồn carbon cho qui trình lên men cần dựa yếu tố sau: - Sản phẩm q trình Giá thành sản phẩm Độ tinh khiết nguyên liệu (các ion kim loại) Các nguồn C thường dùng carbohydate: bột ngơ, bột ngũ cốc, khoai tây, bột mì… Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2.4 Khoa Cơng nghệ Hóa Nguồn nitrogen Hầu hết chủng vi sinh vật sử dụng cơng nghiệp dùng hai nguồn nitrogen vô (ammonia, nitrate, nitrite,) hữu (amino acid, urea, cao nấm men, dịch chiết thịt, dịch chiết cao bắp, dịch thủy phân đậu nành, peptone, dịch thủy phân cá–nước mắm, …) NH3 dùng vừa để hiệu chỉnh pH vừa nguồn cung cấp N môi trường nuôi cấy 2.5 Các nguyên tố khoáng trung – vi lượng Hầu hết chủng vi sinh vật đòi hỏi số nguyên tố trung-vi lượng định cho tăng trưởng trao đổi chất Trong nhiều môi trường nuôi cấy, Mg, P, K, S, Ca, Chlorine thành tố cần thiết Tùy loại môi trường mà nồng độ yêu cầu khác chúng thường bổ sung vào môi trường từ thành phần riêng biệt Các nguyên tố khác Co, Cu, Mn, Mb Zn ngun tố đóng vai trị quan trọng thường có sẵn thành phần nguyên liệu với hàm lượng nhỏ nên cần phải phân tích mơi trường ni cấy để cần thiết phải bổ sung thêm nhằm ln bảo đảm nguyên tố vi lượng đạt hàm lượng theo nhu cầu vi sinh vật môi trường nuôi cấy 2.6 Chelator (Chất kìm) Đối với nhiều loại mơi trường lên men thường có tình trạng sau pha chế sau khử trùng có hình thành chất lắng cặn dạng phức hợp phosphate kim loại không tan Để giải vấn đề hình thành phosphate kim loại khơng tan môi trường lên men, người ta bổ sung chất chelator nồng độ thấp ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA), citric acid, polyphosphates … vào môi trường nuôi cấy Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2.7 Khoa Cơng nghệ Hóa Nhân tố tăng trưởng Một số chủng vi sinh vật khơng thể tổng hợp tồn thành tố cấu tạo nên tế bào, chúng địi hỏi cần có số tiền chất vitamin, số amino acid đặc trưng, acid béo sterol…, chất gọi nhân tố tăng trưởng Các nhân tố tăng trưởng thường có nguồn nguyên liệu tự nhiên cung cấp nguồn C N dùng công thức môi trường nuôi cấy Tuy nhiên số trường hợp nhân tố tăng trưởng môi trường không đủ để đáp ứng nhu cầu vi sinh vật nên cần thiết phải bổ sung vào 2.8 Các chất đệm pH Muốn thu nhận sinh khối với suất tối đa, độ pH mơi trường phải kiểm sốt giá trị tối ưu Một số hợp chất bổ sung vào mơi trường ni cấy ngồi vai trị thành phần dinh dưỡng, cịn đóng vai trị đặc trưng chất đệm nhằm điều chỉnh pH giá trị ổn định Nhiều mơi trường kiểm sốt pH 7.0 nhờ kết hợp đệm CaCO3 Khi pH giảm, carbonate bị phân hủy để hiệu chỉnh pH ổn định Ngồi vai trị quan trọng dinh dưỡng tế bào phosphate cịn đóng vai trị chất đệm pH Tuy nhiên, nồng độ phosphate cao gây ức chế sinh tổng hợp chất trao đổi thứ cấp 2.9 Chất tiền thân (precursor) Một số hóa chất bổ sung vào số loại môi trường lên men hổ trợ trực tiếp cho việc tổng hợp sản phẩm mong muốn Ví dụ bổ sung cao bắp (corn-steep) vào môi trường lên men sản xuất penicilin làm tăng tích luỹ sản 50 phẩm từ 20 đơn vị/cm3 lên 100 đơn vị/cm3 dịch môi trường Trong cao bắp có chứa phenylalanine làm tăng cường sản xuất benzyl penicillin Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa 2.10 Chất kìm hãm Khi bổ sung chất kìm hãm vào mơi trường lên men, sản phẩm đặc trưng định tổng hợp nhiều hơn, chất trao đổi trung gian theo đường thơng thường tích lũy dần Bảng 2.1.Các chất kìm hãm dùng lên men Sản phẩm Glycerol Citric acid Valine Đa số enzyme sản xuất công nghiệp enzyme cảm ứng Các enzyme sinh tổng hợp có đáp ứng với diện chất cảm ứng môi trường nuôi cấy Các chất cảm ứng thường chất bột đường amylase; maltose pullunase pectin pectinase Yêu cầu oxygen Mặc dù oxygen không bổ sung vào môi trường nuôi cấy vi sinh vật thành phần nhiên oxygen đóng vai trị quan trọng tăng trưởng sinh tổng hợp sản phẩm trao đổi chất vi sinh vật Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Tối ưu hóa thành phần mơi trường: Thành phần mơi trường nuôi cấy vi sinh vật xác định thực với mục đích lựa chọn mơi trường dinh dưỡng để nuôi cấy nhằm thu nhận lượng sản phẩm tối đa Đây công việc vất vả, lâu dài địi hỏi người nghiên cứu phải có kiến thức sâu sinh lý vi sinh vật Thành phần môi trường điều kiện tối ưu xác định cách: “chọn lọc thực nghiệm lâu dài qua nhiều giai đoạn” “sử dụng phương pháp tốn học mơ hình hóa thực nghiệm” Cách thứ phổ biến từ trước tới Người ta xác định tính chất, thành phần môi trường dựa đặc điểm sinh lý vi sinh vật, nồng độ xác định hàng loạt thí nghiệm, cấu tử môi trường thay đổi khoảng giới hạn, cấu tử khác giữ nguyên Cách đáng tin cậy, nhiều thời gian Cách thứ sử dụng phương pháp toán học kế hoạch háo thực nghiệm cho phép xác định nhanh chế độ thành phần tối ưu môi trường dinh dưỡng Tối ưu hóa gồm giai đoạn:  Giai đoạn đầu cần xác lập hàng loạt thí nghiệm nhằm xác định ý nghĩa yếu tố nghiên cứu, xác định hướng mức độ biến đổi yếu tố thí nghiệm q trình tối ưu hóa Sau thực kế hoạch hóa dựa vào yếu tố 2n việc thực tất tổ hợp có n yếu tố nghiên cứu Mỗi yếu tố kiểm tra đồng thời không phụ thuộc vào mức độ: cận (+) (-) tối ưu háo thành phần môi trường Trung tâm thực nghiệm mức độ trung bình hay mức bản(0), tức số trung bình cộng mức mức yếu tố  Giai đoạn thứ thân q trình tối ưu hóa mơi trường theo phương pháp lên dốc(phương pháp Box-Wilson ) Nhiệm vụ giai đoạn tìm tương quan tối ưu cho yếu tố quan trọng nhất( có ý nghĩa nhất) sở cố định yếu tố lại.[ CITATION PGS10 \l 1033 ] Tài liệu tham khảo Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội [1] Khoa Cơng nghệ Hóa P L G Huy, Cơ sở công nghệ vi sinh vật ứng dụng, Hà Nội: Nhà xuất giáo dục Việt Nam , 2010 10 ... vi sinh vật Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Tối ưu hóa thành phần mơi trường: Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật xác định thực với mục đích lựa chọn mơi trường dinh... trình tối ưu hóa Sau thực kế hoạch hóa dựa vào yếu tố 2n việc thực tất tổ hợp có n yếu tố nghiên cứu Mỗi yếu tố kiểm tra đồng thời không phụ thu? ??c vào mức độ: cận (+) (-) tối ưu háo thành phần môi. .. báo cáo thu hoạch thành phần môi trường lên men tối ưu hóa thành phần mơi trường Do thời gian hạn chế , nhóm khơng thể tìm hiểu kĩ, nội dung chủ yếu tham khảo qua báo chí, sách qua mạng internet