chuong-21

CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2 1 Vi sinh vật 2 1 1 Sinh vật nhân chuẩn 2 1 1 1 Nấm men Nấm men (Yeast, Levure) thường tồn tại ở dạng đơn bào, đa số sinh sản th[.]

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 2.1 Vi sinh vật 2.1.1 Sinh vật nhân chuẩn 2.1.1.1 Nấm men Nấm men (Yeast, Levure) thường tồn dạng đơn bào, đa số sinh sản theo lối nảy chồi, có theo hình thức phân cắt tế bào, nhiều loại có khả lên men đường thích nghi với mơi trường chứa đường cao, có tính acid cao Nấm men phân bố rộng rãi tự nhiên, môi trường có chứa đường, có pH thấp, chẳng hạn hoa quả, rau dưa, rỉ đường, đất trồng loại ăn quả, đất có nhiễm dầu mỏ Nhiều lồi nấm men có ứng dụng cao sản xuất công nghiệp lên men bia rượu, glycerine, sản xuất nấm men bánh mì, thức ăn gia súc 2.1.1.2 Nấm sợi Nấm sợi (Microfilamentous fungi) tất nấm nấm men không sinh mũ nấm Nấm sợi cịn gọi nấm mốc, có dạng sợi phân nhánh, khơng có vách ngăn, lối sống hiếu khí, chủ yếu hoại sinh Nấm sợi phân bố rộng rãi tự nhiên, tham gia tích cực vào vịng tuần hồn vật chất, trình phân giải chất hữu hình thành chất mùn Rất nhiều loài nấm sử dụng rộng rãi công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp enzyme, công nghiệp dược phẩm, sản xuất thuốc trừ sâu sinh học, kích thích tố sinh trưởng thực vật Nhiều nấm sợi kí sinh người, động vật thực vật gây bệnh nấm nguy hiểm Một số nấm sợi phát triển nhanh chất hữu gây hư hỏng lương thực, thực phẩm, nguyên vật liệu 2.1.1.3 Tảo (Algae) Vi tảo (Microalgae) gồm đại diện có khả quang hợp, có dạng đơn bào sống thành tập đoàn, phân bố chủ yếu môi trường nước ngọt, nước mặn đất ẩm Vi tảo sinh sản theo hình thức dinh dưỡng, vơ tính hữu tính Nhiều lồi vi tảo có ứng dụng sản xuất đời sống thu sinh khối giàu protein làm thức ăn cho người gia súc (Chlorella), nuôi tảo silic (Skeletonema costatum) làm thức ăn cho ấu trùng tôm, tách acid béo không no Sử dụng vi tảo cho xử lí mơi trường (Scenedesmus) làm sinh vật thị môi trường nghèo calcium (calcium) (tảo lục Desmid) 2.1.1.4 Nấm thể Nhiều lồi nấm có thể sử dụng để làm thực phẩm, nấm giàu protein, chất khoáng, vitamin A, B1, B2, C, D, E Ngoài chúng cịn có nhiều đặc tính biệt dược, có khả phòng chữa bệnh hạ huyết áp, chống béo phì, đường ruột, hỗ trợ chữa ung thư Đa số nấm ăn thuộc ngành nấm đảm (Basidiomycota), thường gặp nấm ăn thuộc Agaricales nấm rơm Volvariella volvaceae, Agaricus bisporus Ngoài giá trị tài nguyên, thực phẩm dược phẩm, nhiều lồi nấm có ý nghĩa cơng nghệ sinh học đời sống chúng có khả sản sinh nhiều chất có ích eter, acid acetic, acid tanic, chất kháng sinh Nhiều lồi nấm có khả hấp thụ đào thải chất phóng xạ, số lồi nấm sử dụng để phân giải chất thải độc hại nguồn phế liệu gây ô nhiễm môi trường 2.1.2 Sinh vật nhân sơ 2.1.2.1 Vi khuẩn Vi khuẩn (Bacteria) có nhiều hình thái cách xếp khác nhau, kích thước nhỏ so với nấm sợi nấm men Phần lớn vi khuẩn thuộc nhóm dị dưỡng, đời sống hiếu khí, kị khí dạng sống tuỳ nghi Nhiều vi khuẩn có ứng dụng sản xuất cơng nghiệp Điển lồi vi khuẩn lên men acid hữu (lactic, propionic ), sản sinh enzyme, acid acetic, acid glutamic, lysine, vitamin, lên men methane, sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu sinh học 2.1.2.2 Xạ khuẩn Xạ khuẩn (Actinomycetes) thuộc nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria) phân bố rộng rãi tự nhiên Phần lớn xạ khuẩn hiếu khí, hoại sinh, có cấu tạo dạng sợi phân nhánh (khuẩn ti) Xạ khuẩn nhóm vi sinh vật đóng vai trò quan trọng tự nhiên Chúng tham gia vào q trình chuyển hóa nhiều hợp chất tự nhiên Trên 80% chất kháng sinh phát xạ khuẩn sinh Xạ khuẩn dùng để sản xuất nhiều loại enzyme, vitamin, acid hữu 2.1.2.3 Vi khuẩn lam Trước vi khuẩn lam (Cyanobacteria) gọi tảo lam (Cyanophyta) hay tảo lam lục Thực nhóm vi sinh vật nhân nguyên thủy thuộc vi khuẩn thật Vi khuẩn lam có khả tự dưỡng quang nhờ có chứa sắc tố quang hợp Vi khuẩn lam phân bố rộng rãi tự nhiên, nhiều lồi có ý nghĩa sản xuất sinh khối giàu protein, cố định đạm hay sử dụng cơng nghiệp xử lí nước thải 2.2 Các tiêu chuẩn vi sinh vật dùng công nghiệp 2.2.1 Khả sử dụng nguyên liệu Tính kinh tế q trình sản xuất đòi hỏi phải sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, đơn giản chủng vi sinh vật không địi hỏi q cao nhu cầu dinh dưỡng Thơng thường, nguồn carbon nitơ (nitrogen) dùng cho sản xuất nguồn thông dụng loại rỉ đường, tinh bột, dịch kiềm sulfid, nguồn nitơ kĩ thuật cao ngơ, bột đậu tương 10 2.2.2 Tính chất sản phẩm phụ Yêu cầu chủng vi sinh vật dùng sản xuất không tạo thành sản phẩm phụ khơng mong muốn Thực q trình sống vi sinh vật tạo thành nhiều sản phẩm trao đổi chất tích luỹ mơi trường, số sản phẩm trao đổi chất khơng có lợi cho trao đổi chất tế bào gây ức chế tế bào Sự tích luỹ nhiều sản phẩm phụ môi trường mặt làm giảm hiệu suất tạo thành sản phẩm chính, mặt khác gây nhiều khó khăn cho q trình thu nhận tinh khiết sản phẩm 2.2.3 Mức độ mẫn cảm với lây tạp khả tách sản phẩm khỏi mơi trường Trong q trình lên men thường bị nhiễm vi sinh vật lạ Nguồn lây nhiễm từ ngun liệu, khơng khí hay từ thiết bị lên men Nếu vi sinh vật lạ thích nghi với điều kiện sống mơi trường lên men chúng cạnh tranh với chủng sản xuất đồng thời tạo chất có tác dụng ức chế gây chết chủng sản xuất Do đó, chủng sản xuất phải lựa chọn cho không mẫn cảm với tạp nhiễm vi sinh vật lạ đặc biệt với bacteriophage Trong trường hợp bị nhiễm bacteriophage lượng giống môi trường lên men giảm nhanh Ví dụ mơi trường bị nhiễm vi khuẩn butiric ảnh hưởng mạnh đến sức sống giống lượng nhỏ acid butiric tạo thành gây độc tế bào Ngoài tiêu trên, khả tách sản phẩm khỏi môi trường lên men tiêu chuẩn để chọn chủng vi sinh vật cho sản xuất, có nhiều q trình sản xuất cho sản phẩm nhiều việc tách sản phẩm khó thực hiệu kinh tế thấp 2.3 Dinh dưỡng cho q trình ni cấy vi sinh vật 2.3.1 Nguyên tố đại lượng C, O, N, H, P, S, Mg, Ca, Fe Môi trường dinh dưỡng phải chứa tất nguyên tố cần thiết cho sinh trưởng tạo thành sản phẩm Các môi trường để nuôi cấy vi sinh vật cần thiết bổ sung nguyên tố khoáng Những nguyên tố khoáng mà vi sinh vật đòi hỏi phải cung cấp với liều lượng lớn gọi nguyên tố đại lượng, bao gồm nguyên tố C, O, N, H, P, S, Mg, Ca, Fe Nhu cầu chất khoáng vi sinh vật khác phụ thuộc loài, giai đoạn sinh trưởng phát triển Nồng độ cần thiết muối khoáng nấm, vi khuẩn xạ khuẩn thường thay đổi phạm vi sau (bảng 2.1) Bảng 2.1 Nồng độ cần thiết muối khoáng nấm, vi khuẩn xạ khuẩn Nồng độ cần thiết (g/l) Muối khoáng Đối với vi khuẩn 11 Đối với nấm xạ khuẩn K2HPO4.3H2O 0,2 - 0,5 1-2 KH2PO4 0,2 - 0,5 1-2 MgSO4.7H2O 0,1 - 0,2 0,2 - 0,5 MnSO4.4H2O 0,005 - 0,01 0,02 - 0,1 FeSO4.7H2O 0,005 - 0,01 0,05 - 0,2 Na2MoO4 0,001 -0,005 0,01 - 0,02 ZnSO4.7H2O - 0,02 - 0,1 CoCl2 tới 0,03 tới 0,06 CaCl2 0,01 - 0,03 0,02 - 0,1 CaSO4.5H2O 0,001 - 0,005 0,01 - 0,05 2.3.2 Nguyên tố vi lượng Mn, Na, B, Mo, Zn, Cu, Ni, Va, Cl, Si Những nguyên tố khống mà vi sinh vật địi hỏi với liều lượng nhỏ gọi nguyên tố vi lượng, bao gồm nguyên tố Mn, Na, B, Mo, Zn, Cu, Ni, Va, Cl, Si Nồng độ cần thiết nguyên tố vi lượng môi trường thường vào khoảng 10-6 - 10-8 M Thông thường, chế tạo môi trường nuôi cấy vi sinh vật không cần bổ sung nguyên tố vi lượng thành phần khống đại lượng nguyên liệu hay nước để pha chế môi trường có đủ thành phần vi lượng Ngoại trừ số trường hợp bổ sung Zn vào môi trường nuôi cấy nấm mốc, Co vào môi trường nuôi cấy vi khuẩn sinh tổng hợp vitamin B12 với hàm lượng thấp (khoảng 3-5 µg/l) 2.3.3 Dịch dinh dưỡng cho vi sinh vật dị dưỡng Trong trình lên men, môi trường nuôi cấy tốt phải môi trường đảm bảo cho sản xuất với hiệu suất cao thời gian ngắn giá thành thấp chủng giống vi sinh vật Những chủng vi sinh vật dùng cho công nghiệp giống dị dưỡng, trừ chủng tảo thuộc giống tự dưỡng Các chủng tảo thường nuôi cấy q trình khử bẩn cho nước thải ni tảo thu sinh khối Những vi sinh vật dị dưỡng sản sinh lượng ATP dùng cho sinh trưởng nhờ q trình ơxy hố hợp chất hữu ATP thành phần quan trọng mà tế bào dùng để vận chuyển lượng Trong phản ứng không thuận lợi phương diện nhiệt động, ATP cho phép thực phản ứng với tốc độ thích hợp 12 Trong cơng nghệ vi sinh, mơi trường ni cấy chủng dị dưỡng thường có thành phần sau: 2.3.3.1 Nguồn carbon lượng Nguồn carbon lượng thường sử dụng tinh bột, mật rỉ, saccharose, glucose, dịch đường thuỷ phân từ bột gỗ v.v Một số loài vi sinh vật có khả sử dụng cellulose, hemicellulose đặt biệt carbuahydro (alkan, methane) Chủ yếu nguồn carbon sử dụng carbohydrate Lượng carbon bổ sung vào môi trường tuỳ thuộc chủng giống vi sinh vật Một số chủng hiếu khí sử dụng khoảng 50% chất, cịn chủng kỵ khí tuỳ tiện dùng tới 10% cho sinh trưởng Rỉ đường Rỉ mật phụ phẩm ngành sản xuất đường, sản phẩm cuối q trình sản xuất đường mà từ đường khơng cịn kết tinh Bảng 2.2 Thành phần hóa học rỉ đường củ cải rỉ đường mía Thành phần Tỷ lệ Rỉ đường củ cải Rỉ đường mía Đường tổng số % 48-52 48-56 Chất hữu đường % 2-17 9-12 Protein (N x 6,25) % 6-10 2-4 K % 2-7 1,5-5,0 Ca % 0,1-0,5 0,4-0,8 Mg % khoảng 0,09 khoảng 0,06 P % 0,02-0,07 0,6-2,0 Biotin mg/kg 0,02-0,15 1,0-3,0 Acid pantoteic mg/kg 50-110 15-55 Inositol mg/kg 5000-8000 2500-6000 Tiamin mg/kg khoảng 1,3 khoảng 1,8 Có hai loại rỉ đường: rỉ đường củ cải, rỉ đường mía Trong rỉ đường có tới 70 – 80% chất khơ, chủ yếu đường sacaroza 46 – 54%, đường khử 6-9%, rafinoza – 2%, 13 nitơ tổng số 0,45-2,88% chất khoảng – 4% (hơn 30 loại khoáng chất phát rỉ đường) Hàm lượng muối photphat rỉ đường thấp Phần lớn hợp chất photpho phần lắng cặn Khi dùng rỉ đường xử lý loại bỏ cặn thiết phải bổ sung nguồn photpho vào mơi trường dinh dưỡng Rỉ đường có chứa hàm lượng lớn biotin (vitamin H) – chất sinh trưởng cần thiết nhiều loại vi sinh vật chất điều hịa q trình sinh tổng hợp axít amin Ngồi ra, rỉ đường cịn chứa vitamin B1, B2, PP, axít pantotenic, mezoiozit Tuy nhiên, rỉ đường có đặc điểm khơng phù hợp với trình lên men Cả hai loại rỉ đường có màu nâu thẫm nấu cô nhiều lần, caramen melanoit tạo thành Màu khó bị phá hủy q trình lên men Sau lên men chúng bán vào sinh khối vsv sản phẩm Việc tách màu khỏi sinh khối vsv sản phẩm thường khó khăn tốn Đặc điểm gây khó khăn lớn cho q trình lên men hệ keo rỉ đường Keo nhiều khả hịa tan ơxy Do công việc quan trọng sử dụng rỉ đường phải phá hệ keo Để giải đặc điểm khơng thuận lợi có rỉ đường q trình lên men, axít sunfuric đậm đặc sử dụng với lượng 3,5 kg cho rỉ đường, có ba cách thực q trình xử lý này: - Cách thứ nhất: cho 3,5 kg H2SO4 vào rỉ đường, khuấy nhiệt độ thường thời gian 23 giờ, sau ly tâm thu dịch - Cách thứ hai: cho 3,5 kg H2SO4 vào rỉ đường, trì 850C khuấy liên tục 6h, sau ly tâm thu dịch - Cách thứ hai: cho H2SO4 vào pH rỉ đường đạt giá trị tì đun nóng đến 120 – 1250C phút để chất vơ kết tủa, sau ly tâm thu dịch Rỉ đường qua xử lý loại keo màu pha chế thành loại mơi trường có nồng độ đường khác Ví dụ: môi trường nuôi cấy thu nhận sinh khối, nồng độ đường – 4%; môi trường lên men cồn axít hữu cơ, nồng độ đường từ 16 – 20% Dịch kiềm sulfid Trong cơng nghiệp men cịn sử dụng dung dịch thủy phân từ gỗ - dịch kiềm sulfid phế thải công nghiệp giấy Thành phần dịch kiềm sulfid linhosunfonate đường pentose Thành phần dịch kiềm sulfid từ gỗ kim khác Ngoài ra, thành phần thay đổi nhiều tuỳ theo mức độ khai thác Dịch kiềm sulfid gỗ chiếm tỉ lệ cao đường pentose (khoảng 80% đường) thường sử dụng để nuôi cấy thu sinh khối nấm men Còn dịch kiềm sulfid gỗ kim hexose lại chiếm ưu (khoảng 70% đường) dùng để lên men thu rượu 14 Việc tiền xử lý chất thải trước lên men tối thiểu Bơm nước thơng khí pH 1,5 - 3,0 cần thiết để loại SO2 chất vốn kìm hãm sinh trưởng vi sinh vật Sau pH điều chỉnh tới tối ưu (pH khoảng 5) môi trường bổ sung chất dinh dưỡng chứa nitơ phosphate Các nguyên liệu thủy phân tinh bột Để cung cấp nguồn carbon chủ yếu glucose bột sắn có lẽ nguồn nguyên liệu tốt Trong bột sắn chứa chủ yếu tinh bột, hàm lượng N hữu cơ, chất khoáng, vitamin có với lượng nhỏ Thủy phân loại tinh bột thường thực theo hai cách: - Thủy phân acid với áp lực dư Dịch thủy phân thu qua trung hòa Na2CO3 NaOH, dùng H2SO4 làm tác nhân thủy phân dùng CaCO3 nước vơi để trung hịa, sau đem lọc qua lọc ép khung với than hoạt tính khử màu Dịch thủy phân chứa chủ yếu đường glucose, lượng nhỏ acid amin, có mặt chất bẩn, khoáng dùng để chuẩn bị môi trường nuôi cấy đem cô đặc tới 60 70% chất khô để sử dụng dần - Thủy phân enzyme: Các chế phẩm enzyme chủ yếu từ nấm mốc nuôi cấy bề mặt bề sâu, dùng với tư cách phức hệ amylase gồm có α, β - amylase glucoamylase Sản phẩm thu hỗn hợp maltose glucose Cũng có trường hợp dùng phối hợp chế phẩm enzyme từ mốc chế phẩm enzyme từ vi khuẩn nuôi bề sâu (α amylase chịu nhiệt) nên hiệu trình cao Phương pháp thủy phân loại bột (bột sắn, gạo, ngơ, bột mì, cao lương, khoai Hạt bột ngũ cốc Các loại bột ngũ cốc thường dùng bột gạo, bột ngô tách phôi, bột mỳ, bột đại mạch Ngoài thành phần chủ yếu tinh bột, loại bột chứa khoảng vài phần trăm hợp chất protein, chất xơ (chủ yếu cellulose) chất khoáng Bột sắn loại nguyên liệu rẻ tiền so với loại bột khác sử dụng nhiều cho công nghệ lên men đặc biệt lên men cồn Các nguyên liệu tinh bột lên men dùng trực tiếp làm thành phần môi trường dinh dưỡng cho chủng sinh enzyme amylase ngoại bào, đặc biệt phương pháp nuôi cấy bề mặt Ngồi ra, nguồn ngun liệu cịn qua giai đoạn thủy phân thành dung dịch loại đường dùng chuẩn bị môi trường dinh dưỡng 15 Khoai mì Trong cơng nghiệp lên men, khoai mì coi loại nguyên liệu chứa tinh bột rẻ tiền Ngoài hàm lượng tinh bột cao, khoai mì cịn chứa nhiều khoáng chấy kali, natri, photpho, magiê sắt Vi sinh vật cần chất khống q trình phát triển chuyển hóa để tạo sản phẩm thứ cấp Trong công nghiệp lên men thường sử dụng khoai mì khơ Để sử dụng khoai mì làm môi trường cho vi sinh vật tiến hành trình chuyển hóa tinh bột khoai mì phải đường hóa enzyme thành đường glucose Hiện nay, khoai mì sử dụng để sản xuất đường glucose phương pháp thủy phân tinh bột enzyme sản xuất bột ngọt, Ngô mảnh Ngô mảnh loại nguyên liệu thơng dụng q trình lên men Ưu điểm lớn ngô mảnh loại vật liệu rời, tinh bột có ngơ mảnh khơng tạo thành khối kết dính nên thuận lợi để làm mơi trường bán rắn nuôi cấy bề mặt Mặt khác, ngô mảnh bảo quản lâu dễ mua giá rẻ Hiện nay, ngô mảnh sử dụng q trình ni cấy nấm sợi để thu nhận enzyme, nguyên liệu sản xuất rượu, nguyên liệu thay malt sản xuất bia, làm môi trường để bảo quản nấm sợi, xạ khuẩn tốt Cám gạo Trong nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên, cám gạo sử dụng nhiều nuôi cấy vsv Cám gạo chứa đầy đủ dưỡng chất phù hợp với phát triển vsv, đặc biệt nấm sợi Tuy nhiên trình trùng, tinh bột cám gạo bị kết dính tạo nên khối chặt ngăn chặn vận chuyển ôxy khối mơi trường Vì vây, sản xuất mơi trường ni cấy nấm sợi cần phải bổ sung vào môi trường 25% trấu để tạo độ xốp tăng khả thâm nhập khơng khí vào mơi trường Ngồi ra, parafin có mạch từ C8 - C18, khí methane sử dụng làm nguồn carbon ni cấy vi sinh vật thu cồn protein đơn bào cho sản xuất thức ăn gia súc 2.3.3.2 Nguồn nitơ Nguồn nitơ chủ yếu công nghệ lên men nước amoniac muối ammon Dùng vào mục đích cịn có nguồn nitơ hữu cao ngơ, dịch thuỷ phân nấm men, thuỷ phân khô lạc, đậu tương, hạt bông, bã thải công nghệ bia (dịch ngâm malt rễ mầm malt), bã thải rau quả, khoai tây, sữa loại bỏ mỡ, phụ phẩm chế biến mát, thịt cá Các nguồn nitơ hữu với vai trò làm nguồn nitơ nguồn carbon, đồng thời 16 cung cấp chất sinh trưởng Vì vậy, sử dụng nguồn nitơ hữu cơ, vi sinh vật thường phát triển mạnh Nitơ tham gia vào tất cấu trúc tế bào vi sinh vật, giúp tế bào hoàn thiện chức hoạt động sống Nguồn nitơ nguồn dinh dưỡng quan trọng không nguồn carbon Nitơ cung cấp cho tế bào vi sinh vật nhiều dạng khác nhau: + Dưới dạng hợp chất vô hữu khiết như: NH4 , NO3 , pespton loại, amino acid Trong lên men công nghiệp người ta thường sử dụng nguồn nitơ dạng sản phẩm thô gọi nguồn nitơ kỹ thuật bao gồm loại sau: + Dịch thuỷ phân nấm men: Một lý người quan tâm nhiều đến nấm men tế bào nấm men chứa nhiều chất dinh dưỡng có giá trị, bật protein vitamin Hàm lượng protein nấm men dao động khoảng 40 - 60% chất khô tế bào Về tính chất protein nấm men gần giống protein nguồn gốc động vật, có chứa khoảng 20 amino acid, có đủ amino không thay Thành phần amino acid nấm men cân đối so với lúa mì hạt ngũ cốc khác; chút so với sữa bột cá Vì dịch thuỷ phân nấm men loại dịch giàu chất bổ dưỡng, gồm amino acid, peptid, vitamin, đặc biệt vitamin thuộc nhóm B Người ta sử dụng nấm men thuỷ phân với mục đích bổ sung nguồn nitơ nguồn chất kích thích sinh trưởng vào mơi trường ni cấy vi sinh vật Có thể thu nhận nấm men nhiều phương pháp khác nhau: tác động enzyme; phương pháp tự phân 45 - 50oC, pH = 6,2; phương pháp tiêu nguyên sinh chất dung dịch NaCl nồng độ cao Thành phần hóa học dịch thuỷ phân nấm men phụ thuộc vào nguyên liệu quy trình sản xuất + Bột đậu nành: Bột đậu nành sau tách lấy dầu nguyên liệu lý tưởng dùng công nghệ vi sinh Loại bột chứa tới 40- 50% protein, 30% carbohydrate, hàm lượng dầu lại 1%, lecithin 1,8% + Cao ngơ: Có dạng lỏng màu nâu thẫm tạo nên từ nước chiết ngâm ngơ thơng qua q trình cô đặc Thành phần cao ngô chất khô chiếm 40 - 50% (trong chứa: -5% N, 1-3% đạm amine) Trong cao ngơ cịn chứa protein, số amino acid tự peptid có phân tử lượng thấp + Khô lạc hay bánh dầu phộng: Là xác bã thu sau ép lạc lấy dầu Thành phần giàu protein số acid béo Hàm lượng đạm tổng số đạm amine gần giống cao ngô + Nước mắm, nước tương: Nước mắm, nước tương sử dụng với vai trị nguồn nitrogen có chứa đầy đủ amino acid cần thiết Nước mắm: Là sản phẩm 17 chế biến từ trình lên men tự nhiên, phân huỷ protein cá tác dụng hệ enzyme protease Nước mắm có giá trị dinh dưỡng cao, có đầy đủ amino acid hợp phần protein.Thành phần: đạm tổng số 15 - 25 g/l, đạm amine chiếm 60 - 70% đạm tổng số Nước tương: Là dịch thuỷ phân từ bánh dầu lạc hay dầu đậu nành HCl thơng qua q trình thuỷ phân enzyme nấm mốc Thành phần nước tương: đạm tổng số: 20 25 g/l, đạm amine 70- 75% đạm tổng số Dịch amino acid thu thiếu hai amino acid acid tryptophan cysteine hai amino acid bị phá huỷ mơi trường acid Do vậy, nước tương thu thuỷ phân bánh dầu enzyme nấm mốc có đầy đủ thành phần amino acid 2.3.3.3 Nước Trong công nghệ vsv cần phải coi nước nguồn ngun liệu quan trọng, mơi trường lên men (hoặc nuôi cấy) cần lượng nước lớn Nước dùng cho sản xuất lên men nước mềm Các số quan trọng nước là: độ cứng, độ ơxy hóa, số vi sinh vật - Độ cứng thể có mặt ion Ca++ Mg++ có nước Các muối bicacbonat hai muối độ cứng tạm thời (khi đung sôi chúng chuyển sang dạng cacbonat lắng cặn), muối ion khác như: Cl-, SO4 NO- độ cứng vĩnh cửu Độ cứng nước tính mg đương lượng lít nước, mg đương lượng tương đương 20,04 mg Ca++ 12,16 mg Mg++ Nước dùng lên men phải có độ cứng chung không vượt mg đương lượng - Độ ôxy hóa nước cho biết mức độ nhiễm bẩn nước chất hữu Chỉ số biểu số mg ơxy có lít nước - Chỉ số vsv cho biết mức độ nhiễm bẩn nước tổng số vi sinh vật lượng vi sinh vật đường ruột (đại diện E.coli) có lít nước Nước dùng lên men trước tiên phải đạt tiêu chuẩn dùng làm nước uống, không mùi vị, suốt không màu, đặc biệt khơng chứa sắt, khơng có mùi ammoniac, khơng chứa kim loại (thủy ngân, chì, asen….) đạt tiêu chuẩn sau: - Độ cứng chung: ≤ mg đương lượng/l - Cặn khô ≤ 1000 mg/l - Cặn sunfat ≤ 500 mg/l - Cặn clorua ≤ 350 mg/l - Tổng lượng vi khuẩn nước ≤ 1000 tế bào/lít Xử lý nước phương pháp trao đổi ion Ba loại cation sử dụng xử lý nước là: 18 - Natri ký hiệu NaR - Hydro ký hiệu HR - Amon ký hiệu NH4R Trong : R gốc cation khơng tan nước Nếu sử dụng natri cationit, phản ứng xảy sau : Ca(HCO3)2 + 2NaR = CaR2 + 2NaHCO3 Mg(HCO3)2 + 2NaR = MgR2 + 2NaHCO3 CaCl2 + 2NaR = CaR2 + 2NaCl Kết toàn độ cứng nước khử độ kiềm nước thay đổi Nếu sử dụng hydro cationit, phản ứng xảy sau: Ca(HCO3)2 + 2HR = CaR2 + 2CO2 + H2O Mg(HCO3)2 + 2HR = MgR2 + 2CO2 + H2O CaCl2 + 2HR = CaR2 + 2HCl Kết độ cứng độ kiềm nước khử tạo thành axít nước Nếu sử dụng amon cationit, phản ứng xảy sau : Ca(HCO3)2 + 2NH4R = CaR2 + 2NH4HCO3 Mg(HCO3)2 + 2NH4R = MgR2 + 2NH4HCO3 CaCl2 + 2NH4R = CaR2 + 2NH4Cl Kết độ cứng giảm muối amon chuyển thành NH3 theo phản ứng NH4Cl = NH3 + HCl NH3 tạo thành tiếp xúc với ôxy gây ăn mòn kim loại đồng Trong thực tế, thường phối hợp ba phương pháp để hạn chế nhược điểm phương pháp Sau thời gian sử dụng, cationit bị cạn kiệt hết cation Để tái sử dụng, cationit hoàn nguyên Với natri cationit sử dụng dung dịch NaCl, hydro cationit sử dụng dung dịch H2SO4 hay HCl, amon cationit sử dụng dung dịch muối amon Quá trình xảy phản ứng sau: CaR2 + 2NaCl = 2NaR + CaCl2 MgR2 + 2NaCl = 2NaR + MgCl2 Hay CaR2 + 2H2SO4 = 2HR + CaSO4 MgR2 + 2H2SO4 = 2HR + MgSO4 19 CaR2 + 2NH4Cl = NH4R + CaCl2 Các liên kết tách sau hoàn nguyên liên kết tan nước thải khỏi lớp cationit cách rửa Những ion Natrium hạt nhựa thay Calcium Magnesium tạo loại nước mềm theo phản ứng sau: Ca ++ / Mg ++ + Na2- Zeolite → Ca / Mg (Zeolite) + 2Na+ Để loại trừ Calcium, Magnesium người ta dùng loại muối Aluminium (Sodium Aluminosilicates) có thiên nhiên gọi Zéolite hay hạt nhựa nhân tạo (Cation exchange resin) Sau hạt nhựa hút Calcium Magnesium, trở nên bão hòa, tác dụng, dùng nước muối để tái sinh nhựa trở lại để sử dụng theo phản ứng: Ca / Mg (Zeolite) + 2NaCl → Na2- Zeolite + CaCl2 / MgCl2 (Nhựa thải ra) → (Nhựa trao đổi Ion tái sinh) + (Thải ngoài) Ngày nhà sản xuất hạt nhựa trao đổi Ion nhân tạo từ nguyên lý nói trừ khử Anion vô nước Nitrates, Sulphate, Chlorides, Silicates Carbonates hạt nhựa Anion mạnh theo phản ứng sau: + R-Cl → RNO3 + CaCl MgNO3 + R-Cl → RNO3 + MgCl CaNO3 (Anion exchange resin) Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống xử lý nước trao đổi ion Đây phương pháp kinh tế thuận lợi công nghệ xử lý nước công nghiệp, đặc biệt có hiệu nhà máy dùng nước làm nguyên liệu linh vực y dược, nước uống có pha loại Vitamin mỹ phẩm Cần lưu ý thêm hạt nhựa 20 trao đổi Ion khơng có khả diệt khuẩn lại có tác dụng tích cực loại trừ chất phèn, muối khoáng dư thừa nước, đặc biệt loại nước giếng có hàm lượng muối khống q mức cho phép Cho nên hệ lọc sử dụng phương pháp thường gọi máy làm mềm nước (Water Softener) hay khử Ion (Deionizer) Hiện nhà sản xuất cho đời loại máy khử Ion kèm theo hệ rửa ngược tự động để tái sinh hạt nhựa bị bão hòa ống lọc 2.3.3.4 Các ngun tố khống Trong cơng nghệ lên men, người ta nhận thấy vai trị dinh dưỡng khống lớn, ảnh hưởng nhiều đến chất lượng trình lên men Trong số dinh dưỡng khống, người ta đặc biệt ý đến vai trò phospho (P) Khi lên men công nghiệp, người ta thường bổ sung P dạng bột đậu, bột bắp, bã rượu, hay dạng phosphate vơ Với chất khống khác như: Mg, Na, Fe vi sinh vật nhận từ môi trường dinh dưỡng dạng muối vô có nước pha mơi trường dinh dưỡng Vì pha mơi trường người ta thường dùng nước máy mà không dùng nước cất Các nguyên tố vi lượng như: Mn, Mo, Co thường có mặt nguyên liệu tự nhiên ban đầu đưa vào môi trường lên men dịch trái cây, nước chiết loại hạt - Nguồn lưu huỳnh bổ sung vào dịch lên men dạng muối sulfate - Nguồn Mg K thường đưa vào dạng cation muối phosphate sulfate Trong số q trình lên men, calcium đưa vào mơi trường dạng muối carbonate để trì pH vùng trung tính gần trung tính acid tạo thành (ví dụ lên men tạo acid hữu cơ) - Nguồn Fe: thông thường nguyên liệu sử dụng có đủ sắt, nên phải bổ sung Tuy vai trị ngun tố khống quan trọng, trình lên men cần lượng thích hợp, vượt giới hạn giảm hiệu trình lên men Vì thiết kế nồi lên men, người ta chế tạo từ thép carbon, bên nồi quét lớp keo bảo vệ 2.3.3.5 Vitamin yếu tố sinh trưởng khác Trong môi trường dinh dưỡng dùng cho công nghiệp, vitamin yếu tố sinh trưởng thường bổ sung dạng nguyên liệu làm giàu vitamin cao ngô, rỉ đường, cao nấm men Chúng chứa hỗn hợp acid amin, vitamin số yếu tố khác chưa biết rõ, ví dụ dịch chiết động vật hay thực vật Lượng có ích yếu tố đặt biệt đơi cần Ví dụ α - alanine có hiệu lực nồng độ 1/100.000.000, cịn acid pantotenic có hiệu lực nồng độ 1/50.000 Những yếu tố chưa biết rõ gọi chung yếu tố sinh trưởng 21 Cao ngô, cao nấm men, dịch thủy phân từ nguồn protein thực vật, động vật vừa đóng vai trò nguồn nitơ hữu vừa nguồn cung cấp chất sinh trưởng cần thiết Ngoài ra, cơng nghệ vi sinh cịn dùng nước chiết cám, dịch ép khoai tây, dịch ép giá đậu, dịch ép cà chua, bắp cải số rau khác chứa nhiều vitamin dùng làm nguồn kích thích sinh trưởng nuôi cấy vi sinh vật Dịch dinh dưỡng chứa chất dinh dưỡng nồng độ đủ đảm bảo suốt q trình ni Như vậy, nguồn carbon lượng đưa vào phạm vi 10-100g/l Ở nhiều thể, nồng độ cần thiết để trì tốc độ sinh trưởng cực đại nhỏ; đường khoảng 1-10mg/l Với amino acid vitamin tế bào cần nồng độ 1-100 μg/l Các trị số có tính đặc hiệu thể đặc hiệu trình Dịch dinh dưỡng dùng lên men chứa thành phần cần thiết thường không tỷ lệ cân đối mà sinh trưởng đòi hỏi Nhờ điều kiện tỷ lệ C : N cực trị thiếu phosphate mà trao đổi chất điều khiển theo hướng có ý nghĩa cho việc tổng hợp sản phẩm mong muốn Điều với nguyên tố đại lượng vi lượng Chẳng hạn cách đưa Co vào mà đạt thu hoạch cao vitamin B12, hay thiếu sắt kích thích q trình tổng hợp acid citric 2.3.3.6 Nhu cầu ơxy thơng khí q trình lên men Độ hồ tan ơxy nước Tế bào sử dụng ôxy để hô hấp làm giảm lượng ơxy mơi trường Vì ni cấy hiếu khí phải cung cấp ơxy cách đặn Thiếu ôxy thời thời điểm mơi trường dẫn đến phá vỡ trình trao đổi chất tế bào Vi sinh vật sử dụng ôxy môi trường lỏng Lượng ôxy hồ tan nước thường Phải cung cấp ơxy cho tốc độ hồ tan tốc độ tiêu thụ ôxy vi sinh vật Tốc độ hồ tan ơxy vào mơi trường lỏng tính theo cơng thức: R = K (C - C1) Trong đó: R- tốc độ hồ tan ơxy, C - nồng độ ơxy bảo hồ áp suất riêng biết, C1nồng độ ơxy hồ tan thời điểm lựa chọn, K - số tỉ lệ, t - thời gian Độ hồ tan ơxy cịn phụ thuộc vào nhiệt độ nuôi cấy, vào nồng độ chất hợp phần độ nhớt môi trường Khi nhiệt độ tăng lên độ hồ tan ơxy giảm Độ hồ tan ơxy mơi trường giảm lần nhiệt độ tăng từ 30 - 370C Điều khắc phục cách cho sục khí mạnh q trình lên men Nồng độ ôxy hoà tan giảm dùng chất hoạt động bề mặt, chất phá bọt hàm lượng sinh khối vi sinh vật tăng Trong trình ni cấy khơng khí nén thổi vào thùng lên men có hệ thống cánh khuấy Tốc độ sục khí mạnh tăng tốc độ hồ tan ơxy trộn chất dinh dưỡng 22 môi trường Nhưng khơng nên khuấy q mạnh dẫn đến hư hỏng học tế bào dẫn đến tượng tự phân Nồng độ ôxy giới hạn Ôxy cần đời sống vi sinh vật hiếu khí Tăng thơng khí đến giới hạn định phát triển vi sinh vật tăng lên theo Đối với nhiều vi sinh vật, thông khí làm tăng tốc độ sinh trưởng, rút ngắn pha tiềm phát, nâng cao lượng sinh khối Khi tăng tốc độ hồ tan ơxy từ - milimol O2 /l.phút, lượng sinh khối cuối Serratia marsescens tăng cách đáng kể; sinh khối cực đại đạt cường độ thơng khí khoảng milimol O2/l.phút Nếu tiếp tục tăng thơng khí lượng sinh khối cuối giảm Hiện tượng gặp nhiều giống vi sinh vật Để trì việc cung cấp ơxy tối thích cho tế bào khơng cần thiết phải làm bão hồ mơi trường ơxy hồ tan Chỉ cần nồng độ ơxy nhỏ nhiều đủ để cung cấp cho enzyme phản ứng với chất Nồng độ ôxy gây hô hấp tối đa gọi nồng độ ôxy tới hạn (hoặc áp suất riêng phần ơxy) Đó khơng phải đại lượng cố định mà hàm số tốc độ sinh trưởng tốc độ hơ hấp có liên quan với Trị số vào khoảng 10 μmol/l Khi vận chuyển ôxy bị cản trở tập hợp tế bào (các cục sợi nấm) lớp chất nhầy bao quanh tế bào nồng độ ôxy giới hạn có trị số cao Sự cung cấp ơxy cho tế bào chìm Sự cung cấp ôxy cho tế bào chìm trình chuyển dịch chất, ơxy chuyển từ bóng khơng khí vào mơi trường dinh dưỡng từ vào tế bào Q trình xảy nhờ dịng chảy khuếch tán Lực đẩy chênh lệch nồng độ ơxy Sự chuyển dịch chất từ tướng khí sang tướng lỏng quy định bề mặt giới hạn hai tướng số lượng kích thước bóng khơng khí Chỉ phần nhỏ khơng khí cung cấp vào dung dịch Bởi thực tiễn, người ta thường sử dụng tỷ số thể tích khơng khí/thể tích nồi lên men/phút Đối với trình lên men cần phải nghiên cứu ảnh hưởng cường độ thơng khí hiệu suất tạo thành sản phẩm Trong sản xuất cơng nghiệp khơng khí nén qua máy nén, qua hệ thống làm nguội, qua hệ thống lọc để loại hết tạp khuẩn thổi vào thùng lên men Trong thùng lên men thùng ni cấy nhân giống có hệ thống khuấy tuỳ thuộc vào yêu cầu loại vi sinh vật, vào điều kiện nuôi cấy để nhằm thu hiệu suất tối đa 23 2.4 Nguyên lý trao đổi chất tế bào vi sinh vật Vi sinh vật cấu tạo tự tế bào (cơ thể đơn bào) nên chịu tác động trực tiếp từ môi trường Sự trao đổi chất vsv xảy theo hai q trình: q trình đồng hóa q trình dị hóa Q trình đồng hóa: thúc đẩy q trình sinh trưởng sinh sản tế bào Quá trình dị hóa: q trình phân giải chất Q trình dị hóa diễn tế bào (do enzim nội bào thực hiện) tế bào (do enzim ngoại bào thực hiện) Do ảnh hưởng điều kiện tự nhiên khắc nghiệt, vi sinh vật thường phải trải qua trình đấu tranh để sinh tồn Chính chúng phải có khả thích nghi cao khả giúp vsv loại trừ q trình trao đổi chất khơng thích hợp hồn thiện dần q trình giúp thích nghi với mơi trường Có nghĩa vi sinh vật tiến hành q trình trao đổi chất thường khơng tạo sản phẩm dư thừa Các sản phẩm tạo trình trao đổi chất đủ để tiến hành q trình sinh hóa tế bào Như sản xuất công nghiệp vi sinh vật, ta thu nhận số trình tổng hợp sản phẩm thường khơng có ý nghĩa lớn vsv, với người sản xuất sản phẩm có ý nghĩa quan trọng q trình kinh doanh Trong trình trao đổi chất vi sinh vật tạo sản phẩm sau: - Sinh khối vsv (các vật chất có tế bào vsv – sản phẩm bậc một) - Các vật chất tạo trình trao đổi chất, tế bào tách chúng môi trường, chúng không tham gia trình tạo sinh khối tế bào – sản phẩm trao đổi chất bậc hai - Ngồi cịn có dạng sản phẩm khác sản phẩm chuyển hóa Chúng thường chất trung gian khơng bền mặt hóa học chúng cịn tiếp tục chuyển hóa chuỗi chuyển hóa tế bào 2.5 Nguyên lý điều hòa trao đổi chất vi sinh vật Trong trình trao đổi chất, vi sinh vật không tạo nhiều chất hay chất khác mà mức độ cần thiết định cho sinh sản, phát triển trì lồi Như vậy, tự nhiên khơng có q trình tạo dư thừa sản phẩm trao đổi chất Điều khiển cho không tạo dư thừa trình trao đổi chất vsv tự nhiên trình phức tạp chặt chẽ Các nhà khoa học tìm ba chế điều hịa q trình trao đổi chất vi sinh vật là: Điều hịa hoạt tính enzyme nhờ ức chế sản phẩm cuối Cơ chế gọi kìm hãm theo chế ngược Theo chế này, sản phẩm cuối trình phản ứng gây ức chế trình phản ứng Các sản phẩm 24 cuối sản phẩm tạo thành q trình trao đổi chất, chất đưa vào q trình ni cấy Các sản phẩm tham gia gây ức chế hoạt tính enzyme tham gia phản ứng chuỗi phản ứng Các enzyme bị ức chế thường enzyme dị lập thể Khi có tác động sản phẩm cuối cùng, enzyme bị thay đổi cấu hình khơng gian trung tâm hoạt động bị thay đổi cấu hình khơng phù hợp với cấu hình khơng gian chất Khi tốc độ phản ứng giảm hay bi tiêu diệt Về mặt lý thuyết, muốn chuỗi phản ứng tiếp tục xảy phải triệt tiêu sản phẩm cuối Tuy nhiên thực tế, chế ức chế sản phẩm cuối nhanh có hiệu tức Trong trình sống, vsv thường sử dụng sản phẩm cuối cho trình phát triển sinh sản Cũng sản phẩm cuối sản phẩm không cần thiết cho q trình Mà lại chất dinh dưỡng cho vsv khác Và thiên nhiên có thay đổi nhịp nhàng q trình tạo Điều hịa q trình sản phẩm cuối tạo Khi sản phẩm tạo dư so với nhu cầu vsv, sản phẩm cuối ức chế trình tạo chúng Khi hết, chế ức chế khơng cịn trì chế tạo sản phẩm cuối tái lập Cứ vậy, điều hòa trở nên nhịp nhàng suốt trình phát triển vsv Trong q trình sản xuất, ta điều khiển trình việc làm tăng hay giảm lượng sản phẩm cuối phản ứng Điều hịa chế kiềm dị hóa tổng hợp enzyme chất phản ứng Trường hợp enzyme tham gia q trình dị hóa điều hịa chế kiềm dị hóa, enzyme tham gia vào trình dị hóa gọi enzyme cảm ứng Chất mà enzyme tham gia phân hủy gọi chất cảm ứng Các chất có khả kích thích tổng hợp enzyme cảm ứng tương ứng Do enzyme tương ứng mơi trường ni cấy có mặt chất tương ứng Thực tế, môi trường không tồn loại chất mà có nhiều chất Các chất có khả kích thích tạo enzyme cảm ứng, cịn q trình tổng hợp enzyme lại phụ thuộc hồn tồn vào tính chất chất Cơ chất dễ dàng bị phân hủy dễ bị kích thích tổng hợp enzyme cảm ứng tương ứng trước Lần lượt tất chất phân hủy tất enzyme tạo thành Trong trường hợp glucose có mặt môi trường, xảy tượng tế bào vsv tăng trình sinh tổng hợp enzyme phân hủy glucose Các trình khác bị ức 25 chế khơng cịn glucose mơi trường Sự ức chế trình sinh tổng hợp loại enzyme khác glucose trường hợp gọi hiệu ứng glucose 2.6 Nguyên lý sinh tổng hợp thừa vi sinh vật Các enzyme thường tồn loại cấu trúc không gian Trong cấu trúc không gian enzyme tồn hai trung tâm: trung tâm phản ứng với chất trung tâm chịu kiểm sốt chất kiềm chế Cấu tạo khơng gian trung tâm hoạt động enzyme có hình dạng giống chất mà chúng tham gia phản ứng Sự trùng lặp cấu trúc không gian chất trung tâm hoạt động enzyme tạo phản ứng dị hóa Trong trường hợp enzyme bị ức chế ngược sản phẩm cuối sản phẩm cuối coi chất kiềm chế (trung tâm dị lập thể) làm thay đổi cấu trúc không gian trung tâm phản ứng không phù hợp với cấu trúc khơng giam chất Khi phản ứng khó xảy Như vậy, muốn phản ứng xúc tác diễn liên tục trung tâm dị thể phải luôn biến đổi để chùng không tương tác với chất kiềm chế (Ví dụ: sản phẩm cuối cùng) Khi cấu trúc khơng gian trung tâm hoạt động khơng cịn bị biến dạng chúng hồn toàn tương ứng với chất Như vậy, sản phẩm phản ứng tạo liên tục Sản phẩm tạo khơng có kiểm soát chất kiềm chế gọi sản phẩm thừa vsv Một vấn đề khác cần sáng tỏ để hiều chế sinh tổng hợp thừa – vị trí axít amin cấu trúc enzyme Do có sai lệch thứ tự xếp hay số lượng axit amin nằm trung tâm hoạt động dẫn đến sai lệch chiều hướng phản ứng hay tốc độ phản ứng Sự thay đổi axít amin trung tâm kiềm chế làm khả kết hợp với chất kiềm chế Khi trung tâm hoạt động không thay đổi cấu trúc khơng gian q trình phản ứng liên tục xảy Kết ta nhận sản phẩm thừa liên tục Trong thiên nhiên xảy nhiều đột biến khác Các đột biến thường không định hướng Các đột biến làm thay đổi cấu trúc không gian trung tâm kiềm hãm Từ đó, chất kiềm hãm khơng có khả phong tỏa trung tâm hoạt động Như vậy, muốn cho vsv sinh tổng hợp thừa đó, phải tác động vào trung tâm dị lập thể để chúng khơng cịn khả hoạt động, tác động vào chất kiềm hãm làm cho chúng khơng cịn khả tương tác với trung tâm dị lập thể Tóm lại, muốn có trình sinh tổng hợp enzyme hay sản phẩm trao đổi chất diễn liên tục cần phải giải tỏa kiềm chế 26 2.7 Các sản phẩm trình lên men Các chất sản xuất đường lên men nhờ vi sinh vật đa dạng Để tiện cho nghiên cứu ứng dụng phải tiến hành phân loại sản phẩm lên men công nghiệp dựa vào tiêu chuẩn sinh lý sinh hóa trao đổi chất vi sinh vật Chính cơng tác phân loại sản phẩm việc làm cần thiết công nghệ vi sinh 2.7.1 Sinh khối (vật chất tế bào) Q trình ni cấy chủ yếu sinh sản, phát triển tế bào giống vi sinh vật, chất dinh dưỡng chuyển hóa thành vật chất tế bào Các dạng sản phẩm loại là: protein đơn bào dạng nấm men, men bánh mì, tế bào vi khuẩn thuốc trừ sâu vi sinh, chế phẩm phân bón vi sinh cố định đạm, chế phẩm có tế bào sống nấm men hay vi khuẩn để làm tăng men tiêu hóa, chế phẩm làm vaccine y học… Trong lên men thu sinh khối chủ yếu trình sinh sản phát triển tế bào chủng nuôi cấy Sinh sản tăng lên số lượng tế bào, sinh trưởng đòi hỏi tổng hợp tất chất cấu trúc thành phần tế bào, acid nucleic, protein, lipid, polysacharide thành tế bào Sinh trưởng phục vụ cho trì sinh sản vi sinh vật Trong nuôi cấy tối ưu với nguồn hydratcacbon thích hợp có khoảng nửa lượng chất dùng cho sinh trưởng tăng sinh khối, nửa dùng để trao đổi lượng phục vụ cho q trình hơ hấp vi sinh vật sản phẩm cuối hô hấp CO2 nước Các sản phẩm lên men chức tế bào Vì q trình ni cấy cần chọn điều kiện cho nhiều chất chuyển hóa thành chất tốt Lên men thu sinh khối nấm men chứa nhiều protein gọi protein đơn bào (sinh khối nấm men chăn nuôi ) Men bánh mì sinh khối nấm men Saccharomyces cerevisiae, chế phẩm thuốc trừ sâu vi sinh sinh khối vài loài thuộc giống Bacillus (chúng cịn sống có khả sinh tinh thể độc ống tiêu hoá sâu làm sâu bị chết), vi khuẩn cố định nitơ thường chúng sống cộng sinh họ đậu gây nốt sần rễ hay tự đất Trong chế phẩm phân bón, vi khuẩn cịn sống có hoạt tính cố định đạm 2.7.2 Các sản phẩm trao đổi chất 2.7.2.1 Các sản phẩm cuối trao dổi lượng 27 Đó sản phẩm trình lên men Lên men đường q trình trao đổi lượng Ngồi việc cung cấp lượng cho tế bào, lên men cịn cung cấp sản phẩm có giá trị đời sống người Đó sản phẩm lên men cổ điển : etanol, metanol, propanol, acid lactic, axetol butanol, metan… 2.7.2.2 Các sản phẩm trao đổi bậc Gồm sản phẩm: acid amin, nucleotit, vitamin, acid citric… Các chất trao đổi bậc chất cấu trúc tế bào, acid hữu Trong q trình ni cấy vi sinh vật hay q trình lên men qui mơ cơng nghiệp, phục vụ, người ta cần điều chỉnh điều kiện cho chủng có khả tổng hợp thừa hay “siêu tổng hợp” sản phẩm yêu cầu sinh trưởng chúng 2.7.2.3 Các sản phẩm trao đổi bậc hai Gồm sản phẩm: chất kháng sinh, alcaloit, chất kích thích kìm hãm sinh trưởng, độc tố từ vi sinh vật… Các chất trao đổi bậc hai hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, khơng gặp thể Chúng có số nhóm vi sinh vật định Chúng khơng có chức chung trao đổi chất tế bào , có ý nghĩa với sinh trưởng thể sản sinh chúng Các chất kháng sinh tiêu biểu cho hợp chất 2.7.2.4 Các enzyme Là protein xúc tác cho biến đổi chất tế bào Mỗi tế bào vi sinh vật có khoảng 1000 loại enzyme, bao gồm enzyme nội ngoại bào - Enzyme ngoại bào: protease, amylase, pectinase, - Enzyme nội bào: asparaginase, penicilinase, Tế bào vi sinh vật có khoảng 1000 enzyme khác nhau, phần lớn enzyme tế bào cần thiết tiết enzyme tế bào để phân huỷ chất tương ứng (như amylase thủy phân tinh bột, pectinase thuỷ phân pectin…) Do vi sinh vật sử dụng nhiều loại chất khác cho sinh sản sinh trưởng Các sản phẩm chuyển hóa chất tế bào vi sinh vật Tiền sản phẩm Sản phẩm Các tế bào vi sinh vật thông qua hệ enzyme đóng vai trị xúc tác cho phản ứng chuyển hóa chất Về mặt lý thuyết phản ứng xảy nhờ xúc tác hóa học Tuy nhiên q trình không thực 28 điều kiện bình thường, mà thực điều kiện đặc biệt (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm) thích hợp cho q trình chuyển hóa, trường hợp người ta chuyển sang sản xuất công nghệ vi sinh vật Ví dụ: từ ethanol chuyển đến acetic acid phải dùng chủng Acetobacter Hình 2.2 Các sản phẩm trình lên men 29 Filename: CHƯƠNG 2i.doc Directory: C:\Documents and Settings\welcome\Desktop\New Folder Template: C:\Documents and Settings\welcome\Application Data\Microsoft\Templates\Normal.dot Title: CHƯƠNG Subject: Author: User Keywords: Comments: Creation Date: 9/5/2010 5:36:00 PM Change Number: 14 Last Saved On: 9/9/2011 8:42:00 AM Last Saved By: User Total Editing Time: 76 Minutes Last Printed On: 9/9/2011 8:42:00 AM As of Last Complete Printing Number of Pages: 21 Number of Words: 10,030 (approx.) Number of Characters: 36,412 (approx.)