NHỮNG NGUYÊN lý cơ bản trong công nghệ lên men

1 CHƯƠNG 2 NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN I. Nguyên lý sảnxuất công nghiệp II. Nguyên lý trao đổichất ở tế bào VSV III. Nguyên lý điềukhiển quá trình trao đổichất IV. Nguyên lý sinh tổng hợpthừa ở VSV I. Nguyên lý sảnxuất công nghiệp Quá trình lên men là một quá trình hếtsức phứctạp. Bao gồm: - Quá trình tuyểnchọngiống - Quá trình sảnxuấtthử - Quá trình sảnxuất công nghiệp - Quá trình thu nhậnvàtinhchế sảnphẩm Quá trình tạogiống Quá trình sản xuấtthử Quá trình sản xuấtcông nghiệp Quá trình thu nhậnvàtinh chế sảnphẩm Bao gồm các quá trình nghiên cứu các yếutố tác động vào cơ thể sống. Tối ưu hóa các yếutốảnh hưởng đếncơ thể sống Tối ưuhóacác yếutốảnh hưởng đến quá trình trao đổichất trong quy mô công nghiệp Bao gồmtậphợpcácphương pháp hóa lý và sinh học để thu nhậnsảnphẩm cuối cùng Bao gồm các quá trình phân lập, tuyển chọn, tạokhả năng thích nghi, nâng cao chấtlượng giống bằng kỹ thuậtditruyền và các quá trình bảoquảngiống 1 2 3 4 Nguyên lý các quá trình cơ bản trong công nghệ lên men 2 Tuyểnchọngiống ¾ ¾ Mua Mua t t ừ ừ c c á á c c ngân ngân h h à à ng ng gi gi ố ố ng ng ¾ ¾ Phân Phân l l ậ ậ p p trong trong t t ự ự nhiên nhiên ¾ ¾ K K ỹ ỹ thu thu ậ ậ t t di di truy truy ề ề n n ¾ ¾ Đ Đ ộ ộ t t bi bi ế ế n n ¾ ¾ K K ỹ ỹ thu thu ậ ậ t t sinh sinh h h ọ ọ c c t t ế ế b b à à o o International Culture Collections International Culture Collections Domestically, strains can be purchased from: CGMCC or China General Microbiological Culture Collection Center Phân lập trong tự nhiên 3 K K ỹ ỹ thu thu ậ ậ t t di di truy truy ề ề n n Incorporation into artificial plasmids of genes from a wide variety of sources has made possible the transfer of genetic material across virtually any species barrier Various high value added products have been produced from the Genetic engineering methods Đ Đ ộ ộ t t bi bi ế ế n n Hóa học Vậtlý Sinh học Cell biology techniques Cell biology techniques   Protoplast fusion Protoplast fusion (promote high (promote high frequencies of genetic recombinants) frequencies of genetic recombinants)   removing the cell wall with removing the cell wall with lytic lytic enzymes in enzymes in the presence of osmotic stabilizers. the presence of osmotic stabilizers.   In the presence of In the presence of fusogenic fusogenic agent such as agent such as polyethylene glycol (PEG), protoplasts are polyethylene glycol (PEG), protoplasts are induced to fuse and form transient hybrids or induced to fuse and form transient hybrids or diploids. diploids.   Regeneration of viable cells from the fused Regeneration of viable cells from the fused protoplasts. protoplasts. 4 S S ả ả n n xu xu ấ ấ t t th th ử ử - - s s ả ả n n xu xu ấ ấ t t công công nghi nghi ệ ệ p p   Th Th í í nghi nghi ệ ệ m m trong trong b b ì ì nh nh tam tam gi gi á á c c   Lên Lên men men v v ớ ớ i i quy quy mô mô phòng phòng th th í í nghi nghi ệ ệ m m (5 (5 - - 10 L) 10 L)   Lên Lên men men quy quy mô mô nh nh ỏ ỏ (100 (100 - - 3000 L) 3000 L)   Lên Lên men men quy quy mô mô thương thương m m ạ ạ i i (10,000 (10,000 - - 500,000 L) 500,000 L) Th Th í í nghi nghi ệ ệ m m trong trong b b ì ì nh nh tam tam gi gi á á c c Tối ưuhóađiềukiện để phát triểntế bào và hình thành sảnphẩm 1. pH 2. Nhiệt độ 3. Oxi hòa tan 4. cơ chất 5. Nồng độ chấtkhô 6. Others S S ả ả n n xu xu ấ ấ t t th th ử ử - - quy quy mô mô phòng phòng th th í í nghi nghi ệ ệ m m Hơinước Hơi nước  pH T o  Nồng độ chấtkhô  Hoạt tính nước Lưulượng không khí 5 S S ả ả n n xu xu ấ ấ t t th th ử ử Lên Lên men men quy quy mô mô công công nghi nghi ệ ệ p p Lên Lên men men công công nghi nghi ệ ệ p p 6 Thựcchấtcủa quá trình sảnxuấtcácsản phẩmtừ VSV theo quy mô công nghiệp là phảitiếnhànhđiềukhiển 3 quá trình cơ bản sau: 1. Quá trình đk genotype (kiểu gen) 2. Quá trình đk phenotype (kiểu hình) 3. Quá trình thu nhậnvàtinhchế sảnphẩm Quá trình tạogiống Quá trình sản xuấtthử Quá trình sản xuấtcông nghiệp Quá trình thu nhậnvàtinh chế sảnphẩm Bao gồm các quá trình nghiên cứucác yếutố tác động vào cơ thể sống. Tối ưu hóa các yếutốảnh hưởng đếncơ thể sống Tối ưuhóacácyếutốảnh hưởng đến quá trình trao đổichất trong quy mô công nghiệp Bao gồmtậphợpcácphương pháp hóa lý và sinh học để thu nhậnsảnphẩm cuối cùng Bao gồm các quá trình phân lập, tuyển chọn, tạokhả năng thích nghi, nâng cao chấtlượng giống bằng kỹ thuậtditruyền và các quá trình bảoquảngiống 1 2 3 4 Đk genotype trong tb Đk phenotype ngoài tb Thu nhận và tinh chế sp Quá trình đk genotype (kiểugen) ¾Là cả 1 quá trình tạogiống, nâng cao chất lượng giống và bảoquảnchấtlượng giống. ¾Mục đích của quá trình này là thu được giống có chấtlượng tốt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong sảnxuất Một gen -> Một enzym-> mộtphản ứng sinh hóa -> sảnphẩm Tấtcả các quá trình này nằm trong mộttế bào mà trọng tâm là những vấn đề về gen Quá trình này là công việc quan trọng nhất trong toàn bộ tiến trình sảnxuất 7 Quá trình đk phenotype (kiểuhình) - Là quá trình tối ưu hóa các điềukiệncó ảnh hưởng đếnbiểuhiệncủa enzym. Việc biểuhiệnhoạt động của enzym phụ thuộc rất nhiềuvàocả yếutố bên trong lẫn bên ngoài củatế bào. Trong đó, các yếutố như pH, t o , nồng độ chất khô, chấthoạt hóa, chấtkiềm hãm, nồng độ enzym được coi như yếutốđiềukhiểncủa quá trình => Thựcchấtcủaviệc điềukhiển phenotype là điềukhiểnkỹ thuậtsảnxuất trong công nghệ lên men Quá trình thu nhậnvàtinhchế sảnphẩm Là quá trình áp dụng hàng loạt các phương pháp cơ học, hóa lý để nhằmvàomục đích cuối cùng của quá trình sảnxuấtlàsảnphẩm Question ? 8 II. Nguyên lý trao đổichất ở tế bào VSV (Metabolism) ĐN: Trao đổichấtlàgì? Tại sao cầnphảibiết? ¾Biếtcáchứcchế hoặcngừng sự trao đổichất ở VSV ¾Điềukhiển quá trình biếndưỡng để kéo dài thờigiancủa sảnphẩm Trao đổichất hay biếndưỡng là những quá trình sinh hoá xảy ra trong cơ thể sinh vật, gồm: ¾ Đồng hóa ¾ Dị hóa Breakdown Proteins to Amino Acids, Starch to Glucose Synthesis Amino Acids to Proteins, Glucose to Starch 9 II. Nguyên lý trao đổichất ở tế bào VSV (Metabolism) Đồng hóa: thúc đẩy quá trình sinh trưởng và quá trình sinh sản củatế bào; chỉ xảy ra trong tế bào, cần cung cấp năng lượng + nguyên liệu Dị hóa: phân giải các hợpchất, giải phóng năng lượng + nguyên liệuchođồng hóa (có thể xảyra trong hoặc ngoài tb) Dị hóa trong tế bào: nhằmcungcấp năng lượng và nguyên liệu cho qt tổng hợpcủatb(Do enzymnộibàothựchiện( Endoenzyme)) Dị hóa ngoài tế bào: nhằmcungcấp nguyên liệu cho qt tổng hợpcủatb (Do enzym nộibàothựchiện( exoenzyme)) Tóm tắt nguyên lý 2 SP1: Sảnphẩmbậc1 (Sảnphẩm quá trình tổng hợp) SP2: Sảnphẩmbậc2 (Sảnphẩm quá trình phân giải) Tế bào Các yếutố ảnh hưởng Sảnphẩm Môi trường Tổng hợp Dị hóa trong tế bào SP2 Dị hóa ngoài tế bào SP2 SP1 (sinh khối) Môi trường SP2 II. Nguyên lý trao đổichất ở tế bào VSV (Metabolism) Trong quá trình trao đổichấtcủa VSV sẽ tạora các dạng sảnphẩm sau: -Sinhkhối VSV (các v/c có trong tế bào VSV) -> sp1 -Cácvậtchất đượctạo ra trong quá trình trao đổi chất, tb tách chúng ra môi trường, chúng không tham gia qt tạorasinhkhốitế bào -> sp2 - Ngoài ra, còn mộtdạng sp khác đượcgọilàsp của sự chuyểnhóa(thường là những chất trung gian không bềnvề mặt hóa học. Chúng còn tiếptục được chuyển hóa trong chuỗichuyển hóa củatế bào 10 II. Nguyên lý trao đổichất ở tế bào VSV (Metabolism) Tiềnsảnphẩm Sảnphẩmchuyển hóa Tế bào Cơ chất Sơđồcác sảnphẩm trong trao đổichấtcủa VSV SảnphẩmbậcII Sảnphẩmbậc1 Question ? III. Nguyên lý điều hòa trao đổichất ở VSV Các yếutốđiềukhiểntraođổichất ở VSV Ý thức Hệ thầnkinh Hệ dịch quanh tế bào Enzym NgườiĐộng vậtThựcvậtVSVYếutốđiềukhiển Đốivới VSV, điềukhiển? [...]... enzym tham gia phân hủy gọi là cơ chất cảm ứng - Các cơ chất này có khả năng kích thích sự tổng hợp ra các enzym cảm ứng tương ứng Do đó, các enzym tương ứng chỉ được tạo ra khi trong môi trường nuôi cấy có mặt các cơ chất tương ứng - Trong mt có nhiều cơ chất, các cơ chất đều tham gia tạo enzym cảm ứng Nên cơ chất nào dễ phân hủy thì tạo enzym cảm ứng trước IV Nguyên lý tổng hợp thừa ở VSV - Các sp... phản ứng bằng sản phẩm cuối 3 Điều khiển tổng hợp enzym bằng cơ chế cảm ứng 1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức chế của sản phẩm cuối cùng Cơ chế này được gọi là sự kìm hãm theo cơ chế ngược Sp cuối cùng của 1 qt phản ứng sẽ gây ra sự ức chế qt pứ Các sp cuối có thể là các sp được tạo thành trong quá trình trao đổi chất, cũng có thể là những chất đưa vào môi trường nuôi cấy Các sp này sẽ tham gia... thừa ở VSV - Các sp thừa của VSV rất cần thiết cho qt sx các sp từ VSV - Cơ chế sinh tổng hợp thừa có liên quan rất nhiều đến cấu trúc không gian của enzym và liên quan rất nhiều đến cơ chế di truyền của VSV 13 IV Nguyên lý tổng hợp thừa ở VSV Trung tâm hoạt động I I ⇒Muốn pứ tạo ra sản phẩm liên tục? Trung tâm chịu sự kiểm soát của cơ chất (Trung tâm dị lập thể) -Trung tâm dị lập thể phải có cấu trúc...III Nguyên lý điều hòa trao đổi chất ở VSV Các yếu tố điều khiển trao đổi chất ở VSV Yếu tố điều khiển VSV Thực vật Động vật Người Enzym + + + + Hệ dịch quanh tế bào Hệ thần kinh - + + + - - + + Ý thức - - - + Đối với VSV, điều khiển ? III Nguyên lý điều hòa trao đổi chất ở VSV 1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức chế của sản... còn phù hợp cấu hình không gian với cơ chất -> Tốc độ phản ứng sẽ giảm hay bị triệt tiêu 11 1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức chế của sản phẩm cuối cùng * Trong qt sống, VSV thường sử dụng các sản phẩm cuối cho qt phát triển và sinh sản Cũng có thể sp cuối là sp không cần thiết cho qt trên -> Sự điều hòa trở nên nhịp nhàng suốt quá trình phát triển của VSV * Trong quá trình sản xuất, có thể điều... 1 Điều hòa hoạt tính enzym nhờ sự ức chế của sản phẩm cuối cùng Các yếu tố cần để điều khiển enzym: pH To Cơ chất Chất kìm hãm (liên quan trung tâm điều khiển) 2 Điều khiển tốc độ phản ứng bằng sản phẩm cuối - Sản phẩm cuối cùng ức chế sự tổng hợp enzym (enzym tham gia tạo ra sản phẩm cuối) - Trong qt tổng hợp ra enzym tham gia tạo ra sp cuối, việc đọc thông tin di truyền này sẽ bị phong tỏa Nếu nồng... phản ứng đầu tiên dễ bị sản phẩm cuối tác động vào Trong trường hợp này, sản phẩm cuối được xem như là chất kìm hãm Muốn cho phản ứng xảy ra liên tục hoặc với tốc độ cao thì giảm hoặc triệt tiêu sản phẩm cuối Bằng cách: Tách hẳn ra Dùng sản phẩm cuối như là một sản phẩm trung gian tiếp tục chuyển hóa bằng enzym khác 3 Điều khiển tổng hợp enzym bằng cơ chế cảm ứng - Các enzym tham gia vào quá trình dị . 1 CHƯƠNG 2 NH NG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN I. Nguyên lý sảnxuất công nghiệp II. Nguyên lý trao đổichất ở tế bào VSV III. Nguyên lý điềukhiển quá tr nh trao đổichất IV. Nguyên lý sinh tổng hợpthừa ở VSV I. Nguyên. Nguyên lý sảnxuất công nghiệp Quá tr nh lên men là một quá tr nh hếtsức phứctạp. Bao gồm: - Quá tr nh tuyểnchọngiống - Quá tr nh sảnxuấtthử - Quá tr nh sảnxuất công nghiệp - Quá tr nh thu nh nvàtinhchế. Nồng độ chấtkhô  Hoạt t nh nước Lưulượng không khí 5 S S ả ả n n xu xu ấ ấ t t th th ử ử Lên Lên men men quy quy mô mô công công nghi nghi ệ ệ p p Lên Lên men men công công nghi nghi ệ ệ p p 6 Thựcchấtcủa