Slide Đề tài Lên men Ethanol với vi khuẩn Zymomonas mobilis

Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 1 Đ ÁN MÔN HỌCỒ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM • LÊN MEN ETHANOL VỚI VI KHUẨN • ZYMOMONAS MOBILIS GVHD: PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn SVTH : Văn Thò Ánh Minh Chửụng 1: Giụựi thieọu ve loaứi vi khuaồn Zymomonas mobilis Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 3 Nguồn phân lập Môi trường Điều kiện, kết quả Người thực hiện Hèm bia Thạch gelatin Xuất hiện khuẩn lạc sau 11 ngày ở 22 o C. Barker và Hillier, 1912 Bia tiệt trùng Thạch agar (2% glucose ) Yếm khí Shimwell, 1937 Dòch nước táo Môi trường lỏng (1% chất chiết men, 0.001% actidione) Yếm khí, pH = 4.5, 25 o C Millis, 1951-1956 Rượu vang cọ Zairese 3 canh trường chứa dòch chiết nấm men (Difco) khác nhau. Khuẩn lạc sau 4 -5 ngày ở 30 o C có dạng hình hạt đậu, đường kính từ 1 – 4mm, màu xanh sậm. Swings và Deley, 1974 1. Một số nguồn phân lập Z. mobilis Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 4 2. Đặc điểm nhận dạng: – Là một loài vi khuẩn gram âm, có roi dài từ 1 – 1.4µm Là một loài vi khuẩn gram âm, có roi dài từ 1 – 1.4µm – Không hình thành bào tử Không hình thành bào tử – Một số loài có từ 1 -4 tiên mao. Một số loài có từ 1 -4 tiên mao. – Không phát triển trên môi trường thạch hoặc nước thòt Không phát triển trên môi trường thạch hoặc nước thòt dinh dưỡng. dinh dưỡng. – Là loài vi khuẩn vi hiếu khí (kỵ khí không bắt buộc) Là loài vi khuẩn vi hiếu khí (kỵ khí không bắt buộc) – Có thể lên men đường glucose và fructose Có thể lên men đường glucose và fructose – Tạo ra số mol ethanol và CO Tạo ra số mol ethanol và CO 2 2 bằng nhau bằng nhau – Chứa khoảng 47.5 – 49.5% guanine và cytosine Chứa khoảng 47.5 – 49.5% guanine và cytosine (G+C). (G+C). Chương 1: Giới thiệu về loài vi khuẩn Zymomonas mobilis Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 5 3. Danh pháp 3. Danh pháp Zymomonas mobilis Zymomonas mobilis  Giống : Giống : Zymomonas Zymomonas  Loài : Loài : Zymomonas mobilis Zymomonas mobilis  Loài phụ Loài phụ Zymomonas mobilis subsp. mobilis Zymomonas mobilis subsp. mobilis Chủng tiêu biểu Chủng tiêu biểu : ATCC 10988 (NCIB 8938, : ATCC 10988 (NCIB 8938, NNRL B-806, DSM 424, IMG 1655, L192) NNRL B-806, DSM 424, IMG 1655, L192)  Loài phụ Loài phụ Zymomonas mobilis subsp. pomaceae Zymomonas mobilis subsp. pomaceae Chủng tiêu biểu Chủng tiêu biểu : ATCC 29192 (NCIB 11200) : ATCC 29192 (NCIB 11200) Chương 1: Giới thiệu về loài vi khuẩn Zymomonas mobilis 6 4. Thành phần hóa học của tế bào: 4. Thành phần hóa học của tế bào: Thành phần Hàm lượng (theo chất khô) Protein: Pha logarit Pha ổn đònh ADN ARN Carbohydrate Poly- -hydroxybutyrate Polphosphate Lưu huỳnh NH 3 Acid amin ATP: Pha logarit Trong điều kiện thiếu thức ăn 65 – 69% 54% 17 – 22% 2.7% 4 – 5% 0% 0% 0.5% 0.1 – 0.5 µmol/mg 0.02 – 0.2 µmol/mg 1 – 5 µg/mg 0 – 0.4 µg/mg Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 7 5. Điều kiện sinh trưởng: 5. Điều kiện sinh trưởng: – pH = 3.5 – 7.5 pH = 3.5 – 7.5 – Nhiệt độ: 25 - 30 Nhiệt độ: 25 - 30 o o C C – Nồng độ ethanol là 5.5% Nồng độ ethanol là 5.5% – Nồng độ glucose là 20% Nồng độ glucose là 20% – Nồng độ NaCl 1% Nồng độ NaCl 1% – Rất nhạy cảm với thuốc nhuộm (brilliant Rất nhạy cảm với thuốc nhuộm (brilliant green, malachite green…) green, malachite green…) – … … Chương 1: Giới thiệu về loài vi khuẩn Zymomonas mobilis Chương 2: Cơ chế chuyển hóa đường thành ethanol bởi Zymomonas mobilis Cơ chế lên men chính của vi khuẩn Zymomonas từ nguồn cơ chất glucose và fructose là con đường Entner- Doudoroff. Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 9 Con ñöôøng Entner – Doudoroff Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 10 Do đó cân bằng chung của con đường KDPG là : Do đó cân bằng chung của con đường KDPG là : Glucose Glucose   2 piruvat + ATP + NADH 2 piruvat + ATP + NADH 2 2 + NADPH + NADPH 2 2 Các enzyme của con đường Entner – Doudoroff có thể Các enzyme của con đường Entner – Doudoroff có thể kháng cự tốt hơn với ethanol nên kháng cự tốt hơn với ethanol nên Z. mobilis Z. mobilis có thể có thể nhanh chóng hấp thu glucose và sản xuất ethanol nhanh chóng hấp thu glucose và sản xuất ethanol nhiều hơn 15% w/v. nhiều hơn 15% w/v. Màng tế bào của Màng tế bào của Z. mobilis Z. mobilis có chứa nhiều loại acid béo có chứa nhiều loại acid béo giúp nó chòu được nồng độ ethanol cao. giúp nó chòu được nồng độ ethanol cao. Chương 2: Cơ chế chuyển hóa đường thành ethanol bởi Zymomonas mobilis [...]... suất lên men Với 25 % (w/v) tất cả các chủng đều giảm khả năng hấp thu cơ chất và lên men ethanol Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 12 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 1.2 Cơ chất 1.2.1 Glucose hoặc fructose Thông số Tốc độ hấp thu đường riêng cực đại (g đường/g tế bào.giờ ) Tốc độ sản xuất ethanol riêng cực đại (g ethanol/ g... tích lũy và chuyển hóa glucose và fructose ở Z mobilis Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 15 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 1.2 Cơ chất: 1.2.3 Hỗn hợp glucose và xylose 16 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 1.2 Cơ chất: 1.2.3 Hỗn hợp glucose và xylose... 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 1.4 pH ban đầu • Hiệu suất lên men đạt cực đại ở pH 7 và thấp nhất ở pH 4, chứng tỏ nếu gia tăng pH ban đầu thì sự hấp thu cơ chất và hiệu suất lên men cũng tăng • Do đó pH tối ưu cho sự lên men ethanol với Z mobilis được chọn là 7 21 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis    ... hóa glucose và fructose cao (gần 96%) và năng suất ethanol đạt cực đại ở độ pha loãng 0.9 – 1.8h -1 25 Hình ảnh Zymomonas mobilis ở trạng thái đơn lẻ và kết bông Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 26 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 2 Phương pháp thực hiện 2.1 Vi khuẩn tự do Lên men liên tục :  Nhiệt độ lên men trong thiết bò khoảng 27 – 37 oC  Điều kiện kỵ... thành ethanol bởi Zymomonas mobilis  Sự hình thành các sản phẩm phụ 1 Sản phẩm phụ là Acrolein 2 Sản phẩm phụ là sorbitol 3.Sản phẩm phụ là glycerol dihydroxyacetone và glycerol Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 3-phosphate, 11 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 1.1 Nồng độ đường ban đầu Hiệu suất lên men cực đại ứng với. .. (g/L.h) Glucose 150 75 44 Glucose 150 85 53 Glucose 100 - 120 32 Mô hình thiết bò lên men liên tục FBR Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 33 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 2 Phương pháp thực hiện 2.2 Vi khuẩn cố đònh Lên men liên tục :  Phương pháp hấp phụ: Tế bào Z mobilis được hấp phụ lên bề mặt của lớp chất mang và từ đó hình thành màng sinh học  Chất mang sử... 28.3%  Với môi trường là glucose có 3% ethanol ban đầu thì hấp thu đường giảm 60 – 65% (Moreau và cộng sự, 1997) 23 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 1.6 Nồng độ ethanol ban đầu • Ở nồng độ ethanol rất cao (20%, wt/vol), sự lên men bò kìm hãm hoàn toàn • Thêm ethanol vào quá trình lên men sẽ ức chế khả năng lên men của tế bào Z mobilis. .. môi trường lên men 29 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 2 Phương pháp thực hiện 2.1 Vi khuẩn tự do Lên men bán liên tục :  Một số lượng tế bào sẽ được giữ lại trong thiết bò với mong muốn là giữ được càng nhiều càng tốt Khoảng 95 -99% tế bào vi khuẩn được giữ lại trong thiết bò sau khi tháo sản phẩm  Điều kiện môi trường : pH=5.0, T=30oC 30 Mô hình thiết bò lên men có tái... năng kết bông, vi khuẩn sẽ nhanh chóng lắng xuống đáy thiết bò  Dung dòch chỉnh pH : KOH, NaOH hoặc HCl  Sử dụng thiết bò lên men tầng sôi (Fluidized Bed Reactor) : đạt nồng độ ethanol 58 – 60g/l với năng suất sản xuất ethanol là 28g/l.h trong 30 ngày 27 Hệ thống bồn lên men 1 và 2: bơm nhu động 3 : ống dẫn sản phẩm ra 4: bộ phận trao đổi nhiệt Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 28 Chương... pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 2 Phương pháp thực hiện 2.1 Vi khuẩn tự do Lên men bán liên tục :  Với phương pháp này, tế bào sẽ kết bông và lắng xuống đáy thiết bò, ethanol được tháo ra và một dòng môi trường mới sẽ được cho vào thiết bò lên men một cách đònh kỳ  Sự tháo sản phẩm đònh kỳ được thực hiện nhờ lớp chất lỏng nổi trên bề mặt có chứa ethanol  Thể tích dòng lỏng có chứa ethanol . thành ethanol bởi Zymomonas mobilis Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 12 Chương 3: Phương pháp lên men ethanol với Zymomonas mobilis 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 1.1 thiệu về loài vi khuẩn Zymomonas mobilis Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 5 3. Danh pháp 3. Danh pháp Zymomonas mobilis Zymomonas mobilis  Giống : Giống : Zymomonas Zymomonas . Lên men ethanol với vi k huẩn Zymomonas mobilis 1 Đ ÁN MÔN HỌCỒ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM • LÊN MEN ETHANOL VỚI VI KHUẨN • ZYMOMONAS MOBILIS GVHD: PGS. TS. Lê Văn Vi t Mẫn SVTH :