cong nghe san xuat protein

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM MỤC LỤC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN MỞ ĐẦU Vai trò protein người: - Cơ thể người động vật thường xuyên đòi hỏi cung cấp chất dinh dưỡng có thức ăn để tiến hành trao đổi chất, trước hết nhằm trì sống, tăng cường sinh trưởng phát triển - Thức ăn, nước gồm nhóm chất: protein, chất béo, gluxit, vitamin, muối khoáng, chất gia vị, phần quý protein - Protein nguồn nitơ cho người động vật Trong trình tiêu hoá người động vật, protein phân giải thành khoảng 20 axit amin thành phần, có axit amin không thay (hoặc trẻ em, 10 lợn 11 gia cầm) cần phải có sẵn thức ăn Nếu không nhận axit amin thể bị bệnh chết Định nghĩa sinh khối: Sinh khối toàn tế bào vi sinh vật (biomas) thu nhận trình lên men Nó sử dụng nguồn dinh dưỡng protein cho người động vật, đồng nghĩa với protein đơn bào (single cell protein – SCP) Protein đơn bào đa bào: Cụm từ “ protein đơn bào” dùng để nguồn protein tìm từ thể đơn bào (từ vi sinh vật), phân biệt với protein từ động vật thực vật (protein đa bào protein truyền thống) 3.1 Protein đa bào: nguồn dinh dưỡng quan trọng nuôi sống loài người từ trước tới Đây nguồn cung cấp protein quan trọng Các giải pháp tăng nhanh nguồn protein đa bào: - Cải biến hệ thống di truyền trồng vật nuôi: thực phẩm chế biến từ nguồn động vật thực vật biến đổi gen gọi thực phẩm biến đổi gen - Phát triển kỹ thuật di truyền không ngừng nghiên cứu nâng cao kỹ thuật truyền thống trồng trọt chăn nuôi 3.2 Protein đơn bào: Protein đơn bào thuật ngữ loại chất dinh dưỡng có tế bào sản xuất từ vi sinh vật Thuật ngữ không đơn giản protein từ tế bào thể đơn bào, nhiều vi sinh vật thể đơn bào mà khai thác chúng Do đó, thuật ngữ nên hiểu nguồn dinh dưỡng chứa nhiều protein từ vi sinh vật (từ vi khuẩn, nấm men, nấm sợi tảo) Protein đơn bào hướng nghiên cứu mạnh mẽ để giải vấn đề thiếu hụt protein 3.2.1 Lịch sử phát triển: Thuật ngữ protein đơn bào có từ năm 50 kỷ 20 thực tế loài người biết sử dụng loại protein chất có tế bào vi sinh vật từ lâu: làm bánh mì, sữa chua, phomat, bia hoạt động sống vi sinh vật dù không hiểu vi sinh vật Mãi đến kỷ 17, người ta biết đến vi sinh vật sinh vật thứ ba sau động vật thực vật CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 3.2.2 Đặc điểm sản xuất Protein đơn bào: - Chi phí lao động nhiều so với sản xuất nông nghiệp - Có thể sản xuất địa điểm trái đất, không chịu ảnh hưởng khí hậu thời tiết, trình công nghiệp , dễ khí hoá tự động hoá - Năng suất cao: vi sinh vật có tốc độ sinh sản mạnh, khả tăng trưởng nhanh Chỉ thời gian ngắn thu nhận khối lượng sinh khối lớn; thời gian tính giờ, động vật thực vật, tính tháng hàng chục năm - Sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền hiệu suất chuyển hoá cao Các nguyên liệu thường phế phẩm, phụ phẩm ngành khác rỉ đường, dịchkiềm sufit, parafin dầu mỏ v v , chí nước thải trình sản xuất nàođó Hiệu suất chuyển hoá cao: hidrat cacbon chuyển hoá tới 50%, cacbuahidro tới 100% thành chất khô tế bào - Hàm lượng protein tế bào cao: vi khuẩn 60 -70%, nấm men 40-50% chất khô v v… Hàm lượng phụ thuộc vào loài chịu nhiều ảnh hưởng điều kiện nuôi cấy - Chất lượng protein cao: Nhiều axit amin có vi sinh vật với hàm lượng cao, giống sản phẩm thịt, sữa hẳn protein thực vật Protein vi sinh vật đặc biệt giàu lizin, lợi lớn bổ sung thức ăn chăn nuôi, thức ăn thường thiếu axit amin Trái lại, hàm lượng axit amin chứa lưu huỳnh lại thấp - Khả tiêu hoá protein: có phần hạn chế thành phần phi protein axit nucleic, peptit thành tế bào, nữa, thành vỏ tế bào vi sinh vật khó cho enzim tiêu hoá qua - An toàn mặt độc tố: Trong sản xuất protien đơn bào không dùng vi sinh vật gây bệnh loài chứa thành phần độc nghi ngờ Vì đến SCP dùng dinh dưỡng động vật - Những vấn đề kỹ thuật: Sinh khối vi sinh vật phải để tách xử lý Vấn đề phụ thuộc chủ yếu vào kích thước tế bào Sinh khối nấm men dễ tách li tâm vi khuẩn Ngoài ra, vi sinh vật có khả sinh trưởng mật độ cao cho suất cao, sinh trưởng tốt nhiệt độ cao (có tính chất ưa nhiệt chịu nhiệt) giảm chi phí làm nguội sản xuất, mẫn cảm với tạp nhiễm v v sử dụng nguồn cacbon rẻ tiền, chuyển hoá nhiều tốt dùng sản xuất Vì nấm men sử dụng chủ y ếu sản xuất protein đơn bào Như ưu điểm sản xuất protein đơn bào phân lập lựa chọn chủng vi sinh vật có ích thích hợp cho qui trình công nghệ, cho nguyên liệu cách tương đối nhanh dễ dàng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VI SINH VẬT Protein vi sinh vật chủ yếu tổng hợp để hình thành enzim Vì phần lớn nằm tế bào, số tách môi trường Yêu cầu chủng vi sinh vật dùng sản xuất: - Thời gian nhân đôi ngắn - Có khả tạo thành 40-70% protein - Tiêu hoá tối đa chất dinh dưỡng môi trường - Không gây bệnh đem vào môi trường độc tố - Có sức bền cao chịu điều kiện nuôi cấy không vô trùng - Dễ tách khỏi dịch nuôi cấy điều kiện tuyển (flotation) li tâm tách Các nhóm vi sinh vật tổng hợp protein 1.1 Tảo đơn bào đa bào 1.1.1 Vai trò tảo đời sống Tảo theo tiếng Latin Algue có nghĩa cỏ biển, thực nước đất, thân cây, bèo hoa dâu v v có tảo Trong tự nhiên có nhiều loại tảo có hàm lượng protein cao không sử dụng cho người gia súc có độc tố Một số tảo ăn dân gian nhiều địa phương như: Trung Đông á, Nam Mỹ hay dùng tảo lam, Bolovi số nước Nam Mỹ dùng loài Nostae commune (Sphaeronostos commune), Trung Quốc dùng loài Nematonostos Flagelliforme, Châu Phi vớt loại tảo lam đa bào Spirulina maxima ao hồ giàu muối canxi làm thức ăn bồi bổ dùng làm số thuốc chữa bệnh phù chân, đau đường tiêu hoá Từ đó, tảo Spirulina nhiều nước giới đưa vào sản xuất công nghiệp Khoảng năm 1970, nhà khoa học người Pháp phát tảo có khả phát triển nhanh có hàm lượng protein cao nên họ nghiên cứu xây dựng qui định công nghệ sản xuất tảo Đến có loại tảo đơn bào sản xuất qui mô lớn có kinh tế cao là: + Chlorella + Spirulina + Scenedesmus hai loài Chlorella Spirulina sản xuất nhiều 1.1.2 Ưu điểm tảo đơn bào: - Giá trị dinh dưỡng tảo cao phạm vi ứng dụng rộng rãi: + Tảo đơn bào có hàm lượng protein cao (chiếm khoảng 40-55% chất khô), riêng tảo Spirrlina có chứa tới 70% + Protein tảo thuộc loại protein hoàn hảo có chất lượng cao Hàm lượng axit amin protein tảo gần với qui định protein tiêu chuẩn, đặc biệt lizin protein tảo cao hẳn lizin lúa mạch Tổng số axit amin không thay protein cao, có lên đến 42% + Tảo chứa nhiều protein vitamin (VTM) (nhất VTM B12 C) nên sản xuất làm thức ăn cho người, gia súc, gia cầm tôm cá CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM + Giá trị dinh dưỡng tảo thể chất lượng số lượng VTM có Tảo Chlorella có nhiều VTM A, nhóm VTM B, tế bào tươi có nhiều VTM C Ngoài có nhiều VTM B, K, axit aconitic, axit pantotenic, biotin, lencophorin loại tảo - Cho đến chưa tìm thấy độc tố nguy hiểm tồn sinh khối tảo - Đặc điểm tế bào loài tảo có chất diệp lục (chlorophyll) Chất có vai trò quan trọng việc cố định lượng ánh sáng mặt trời tảo Vì tảo loài sinh vật tự dưỡng, chúng hoàn toàn có khả quang hợp mà giới hiển vi sinh vật khác - Tảo có kích thước tế bào lớn, hoàn toàn đáp ứng tới yêu cầu kỹ thuật, đặc biệt thuận lợi giai đoạn thu nhận - Không bị virus công, sống điều kiện đơn giản - Tảo có khả làm nguồn nước bẩn, giữ vệ sinh môi trường Tảo lam tham gia trình cố định nitơ không khí nhờ tính chất đặc biệt mình, tảo lam lôi ý nhà khoa học lĩnh vực di truyền, tế bào, hoá sinh, lý sinh 1.1.3 So sánh loại tảo Chlorella Spirulina - Tảo Spirulina chứa VTM B12, caroten nhiều hẳn tảo Chlorella, chứa nhiều xantophin chất cần thiết cho gia cầm (để gà công nghiệp cho trứng gà có lòng đỏ tươi, thịt gà vàng ngon), Spirulina chứa nhiều loại chất kháng sinh chống vi khuẩn loại nấm, nên bảo quản lâu mà không bị mốc - Hàm lượng protein tảo Spirulina cao nhiều so với tảo Chlorella Protein tế bào Spirulina 60-70%, Chlorella 40-50% - Kích thước tảo Spirulina lớn kích thước tảo Chlorella Mặt khác, tảo Spirulina trình phát triển có xu hướng lên bề mặt tảo Chlorella có kích thước nhỏ lại có xu hướng lắng chìm không khuấy trộn Thu hoạch tảo Spirulina phưong pháp đơn giản, với tảo Chlorella phức tạp giống thu hoạch sinh khối nấm men sinh khối vi khuẩn - Thành tế bào tảo Spirulina mỏng, thành tế bào Chlorella dày Do hệ số tiêu hoá ta dùng tảo Spirulina cao tảo Chlorella Tảo Spirulina phát triển môi trường kiềm Chlorella phát triển môi trường axit yếu - Khi dùng CO2 nguồn cacbon, mà nguồn cacbon điều kiện kiềm đất dễ chuyển hoá sang dạng dễ hấp thụ theo phản ứng sau: HCO3 + OH CO3 2- + H2O CO3 2- + CO2 + H2O 2HCO3 Spirulina hấp thụ CO2 theo chiều hướng tốt tảo Chlorella Vì vậy, sản xuất công nghiệp, tảo Spirulina chiếm vị trí ưu CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 1.2 Nấm men vi khuẩn: 1.2.1 Nấm men: - Trong nguồn protein sản xuất đường vi sinh vật, nấm men nghiên cứu sớm áp dụng rộng rãi giới Con người sử dụng nấm men sản phẩm hoạt động sống chúng từ hàng nghìn năm - Nấm men tên chung để nhóm nấm có cấu tạo đơn bào, sinh sản cách nẩy chồi Nấm men diệp lục sử dụng lượng mặt trời Vì chúng dinh dưỡng hydratcbon, hydrocacbua, trước hết đường - Trong tế bào nấm men có chứa hầu hết chất cần thiết cho sống (protein, gluxit, lipit, enzim, VTM, axit nucleic, chất khoáng) - Không sản phẩm thực vật động vật có thành phần lượng chất có tác dụng đặc hiệu nấm men Tuy nhiên thành phần chất đặc hiệu nấm men không phù hợp hoàn toàn với nhu cầu sinh lý động vật - Nấm men ý nhiều, tế bào chúng có nhiều chất dinh dưỡng có giá trị, mà chúng lại có khả tăng sinh khối đặc điểm sinh lý phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp - Về giá trị dinh dưỡng: + Nấm men giàu protein VTM, đặc biệt VTM nhóm B + Sinh khối nấm men chứa khoảng 75-80% nước, 20-25% chất khô đó: cacbon 4550%, nitơ 7-10% (tương ứng với 40-60% protein, hydro 5-7%, oxy 25- 30%, nguyên tố vô 5-10% (photpho kali chiếm tới 95-97%) tổng lượng tro, số lại canxi, magiê, nhôm, lưu huỳnh, clo, sắt, silic Ngoài có lượng nhỏ nguyên tố mangan, kẽm, molipden, bo, cacbon ) + Trong thành phần quí protein Hàm lượng protein tuỳ thuộc vào loại giống, vào thành phần môi trường điều kiện nuôi cấy Dao động khoảng 40-60% + Về tính chất protein nấm men gần giống protein nguồn gốc động vật Protein nấm men chứa khoảng 20 axit amin không thay Thành phần axit amin nấm men cân đối so với lúa mì hạt ngũ cốc khác, chút so với sữa, bột cá, bột xương thịt sản phẩm động vật nói chung Sự thay đổi thành phần axit amin thời gian nuôi cấy nghiên cứu cho thấy thành phần axit amin thay đổi giai đoạn phát triển: giai đoạn tiềm phát Sau phát triển, tổng hàm lượng axit amin protein tăng lên 17% so với thời điểm ban đầu Sau tổng hợp axit amin giảm xuống giữ mức độ 40% Đến cuối, tế bào già, chất dự trữ, trước hết glucogen tiêu hao nhiều nên giảm trọng lượng, tỉ lệ axit amin so với trọng lượng chung tế bào tăng lên gần 50% (tăng không thực chất) - Các giống nấm men dùng làm thực phẩm cho người thức ăn gia súc là: Endomyces vernalis, Hansenula anomala, Hansenula suaveolens, Saccharomyces cerevisiae, Candida arbores, Candida tropicalis, Mycotorula lipolytica, Mycotorula japonica, Torulopis utilis, Torulopis utilis var, major, Torulopsis utilis var thermophilis, Monilia candia, Oidium lactic - Các tiêu chuẩn để lựa chọn giống nấm men để sản xuất protein từ nguồn hydrocacon: + Có khả đồng hoá nhiều nguồn cacbon khác nhau, loại pentoza (xiloza, arabinoza) axit hữu CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM + Có thể phát triển tốt môi trường có nồng độ chất khử cao + Có khả phát triển nhanh, có sức đề kháng cao nồng độ CO2 + Sản lượng cao, sinh khối chứa nhiều chất dinh dưỡng có giá trị (hàm lượng protein cao, có nhiều axit amin không thay thế, vitamin ) + Kích thước tế bào tương đối lớn để dễ tách li tâm + Chịu đựng nhiệt độ tương đối cao, làm biến đổi pH môi trường - Trong sản xuất nấm men thường dùng chủng thuộc ba giống Saccharmyces, Candida Torulopsis Khả chuyển hoá ba giống cao đa dạng, qui trình công nghệ tương đối đơn giản 1.2.2 Vi khuẩn: - Vi khuẩn để sản xuất protein thường nuôi cacbua hidro Thường sử dụng giống Pseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium Nocardia - Các giống vi khuẩn có khả đồng hoá ankal (C6-C18) - Đối với nguyên liệu sử dụng metan, sử dụng giống Methylomonas, Methyllococens capsulatus - Ngoài nhiều nơi sử dụng vi khuẩn khí nổ có đại diện giống Hydrogenomonas (H facilia, H entropha) - Đặc điểm vi khuẩn: + Tốc độ sinh trưởng nhanh + Dùng nhiều chất + pH cần giữ 5-7, nguy nhiễm vi khuẩn gây bệnh + Thu hồi li tâm: khó + Thành phần axit amin cân đối hàm lượng axit amin chứa S thấp + Khi dùng vi khuẩn Gram âm để sản xuất SCP cần lưu ý khả sản sinh độc tố chúng 1.3 Nấm mốc xạ khuẩn: - Nói chung người ta dùng nấm mốc xạ khuẩn để sản xuất protein Về mặt dinh dưỡng, protein vi sinh vật giá trị so vói protein vi khuẩn, nấm men Về kĩ thuật nuôi cấy, hệ sợi phát triển thành búi chằng chịt nên trở ngại đến việc sục khí khuấy trộn - Nấm mốc thể đa bào, giàu vitamin nhóm B, chứa chừng 30-60% protein Hàm lượng metionin tryptophan thấp, có axit amin khác tương tự protein tiêu chuẩn FAO Các giống nấm mốc có hàm lượng protein cao Fusarium, Rhizopus, Penicillium, Aspergillus Trong nghiên cứu thu nhận protein từ nấm mốc, người ta ý nhiều đến công trình B.Volesky H.Zajic Hai người phân lập từ nước từ chủng mốc thuộc Graphium, chủng có chứa tới 52% protein, có 16 axit amin, metionin chiếm 1% so với protein thô, lizin chiếm đến 7,7%, axit amin không thay khác có hàm lượng tương đương với protein tiêu chuẩn, trừ izolơxin Chủng mốc có khả đồng hoá etan, metan nuôi môi trường chứa hỗn hợp hai nguyên liệu để thu sinhkhối CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM - Như nói, nấm mốc dùng sản xuất protein Hiện có số sở sản xuất United Parer rills Phần Lan, công suất 10.000tấn/năm, nguyên liệu nước sunfit, RHM Foods ( 10.000tấn/năm ) Tate anotty1 (4.000tấn/năm) Anh - Cho đến xạ khuẩn chưa dùng sản xuất protein Tuy vậy, người ta thường thu hệ sợi chúng nấm mốc, trình sản xuất chất kháng sinh, enzim, axit xitric … dạng sản phẩm phụ nhà máy, nhằm sử dụng protein, vitamin, enzim có vào mục đích khác Nhược điểm sinh khối xạ khuẩn nấm mốc thu theo phương pháp chóng bị hư hỏng, phải ý khâu sấy ngày sau tách sinh khối khỏi dây chuyền công nghệ Trong công nghiệp kháng sinh, người ta thu sinh khối hệ sợi gần 17% chất chứa nitơ, số chất chứa nitơ đồng hoá khoảng 14%, gần 10% protein tiêu hoá, 2% chất béo, 2,5% chất xơ … sinh khối sử dụng chăn nuôi Quá trình dinh dưỡng tế bào vi sinh vật Trong trình sống, tế bào vi sinh vật tiến hành trao đổi chất không ngừng với môi trường chung quanh Các chất dinh dưỡng qua màng tế bào chuyển hoá để tạo thành chất riêng biệt cần thiết để xây dựng tế bào Các chất dinh dưỡng qua màng tế bào tham gia vào hai loại phản ứng sinh hoá: - Biến đổi dị hoá: làm xuất sản phẩm có cấu trúc đơn giản hơn, Một số thải đi, số khác làm vật liệu làm tiền chất cho phản ứng đồng hoá Những biến đổi cung cấp cho vi sinh vật lượng chuyển hoá dạng ATP hợp chất giàu lượng khác - Biến đổi đồng hoá: đảm bảo tổng hợp thành phần có cấu trúc phức tạp hơ n phân tử lượng cao Quá trình gọi đồng hoá phản ứng sinh tổng hợp Khi môi trường có hợp chất - vật liệu vi sinh vật trực tiếp sử dụng Nhưng môi trường có sẵn hợp chất - vật liệu cần cho trình sinh tổng hợp Muốn có tế bào vi sinh vật bắt buộc phải tự sản xuất cách tự biển đổi dị hoá thành phần có môi trường nuôi cấy Các chất dinh dưỡng vi sinh vật chủ yếu lấy môi trường chung quanh môi trường dinh dưỡng nhân tạo cần cung cấp đầy đủ lượng, vật liệu xây dựng tế bào đảm bảo hiệu suất sinh tổng hợp cao Thành phần môi trường gồm nguồn thức ăn cacbon, nitơ, chất khoáng, nguyên tố vi lượng chất kích thích sinh trưởng Việc lựa chọn nguồn dinh dưỡng nồng độ chúng môi trường phụ thuộc vào đặc tính sinh lý chủng, loài vi sinh vật điều kiện nuôi cấy chúng 2.1 Dinh dưỡng cacbon: Nguồn số nguồn cacbon: Cacbon có tế bào chất, thành tế bào, tất phân tử enzim, axit nucleic sản phẩm trao đổi chất Số nguồn cacbon sinh vật vô lớn Hầu hợp chất cacbon (trừ kim cương, than chì) mà nhóm vi sinh vật định sử dụng Giá trị dinh dưỡng khả hấp thụ nguồn cacbon phụ thuộc vào: - Thành phần cấu tạo hoá học, đặc biệt mức độ oxi hoá nguyên tử cacbon - Đặc điểm sinh lý vi sinh vật: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM + với hợp chất có phân tử thấp số đường vi sinh vật đồng hoá trực tiếp + Với hợp chất hữu cao phân tử (tinh bột, protein …) phân huỷ nhờ enzim tạo thành hợp chất phân tử thấp mà vi sinh vật đồng hoá + Với hợp chất không tan nước (lipit, xenluloza, parafin ) vi sinh vật hấp thụ quanh bề mặt chúng phân giải chúng Nguồn thức ăn cacbon chủ yếu vi sinh vật: hydrat cacbon trước hết phải kể đến glucoza Trao đổi hydrat cacbon đáp ứng nhu cầu tế bào: + Sản sinh lượng + Tạo thành tiền chất + Tạo trình oxi hoá-khử để biến đổi tiền chất thành sản phẩm trung gian hay sản phẩm cuối để xây dựng tế bào, đồng thời tích tụ môi trường vài sản phẩm sinh tổng hợp Trong công nghiệp lên men nói chung, trừ trường hợp thu sinh khối vi sinh vật đơn thuần, người ta cố gắng tạo điều kiện cho vi sinh vật sử dụng nguồn dinh dưỡng cacbon để tổng hợp sản phẩm cần thiết nhiều để tăng sinh khối tạo thành CO2 Như vậy, chất dinh dưỡng làm nguồn cacbon trình trao đổi chất sản xuất lên men loại đường sacaroza, maltoza, lactoza, glucoza, đường hexoza khác loại bột ngũ cốc bột gạo, bột ngô, bột đại mạch … chứa chủ yếu tinh bột Để đồng hoá tinh bột, vi sinh vật phải tiết vào môi trường enzim amilaza α-amilaza, β-amilaza, α-glucosidaza Hệ enzim sinh tế bào tiết môi trường để phân huỷ chất cảm ứng tinh bột 2.2 Dinh dưỡng nitơ: Vi sinh vật tất thể sống khác cần nitơ trình sống để xây dựng tế bào Tất loại protein cấu tạo từ axit amin Các axit amin dạng tự nguyên liệu để tổng hợp phân tử protein Các axit amin tạo thành trình trao đổi cacbon nitơ Việc tổng hợp axit amin trải qua hàng loạt phản ứng phức tạp với xúc tác nhiều loại enzim khác nhau, qui hai phản ứng có tế bào vi sinh vật phản ứng amin hoá phản ứng chuyền amin Nguồn nitơ + Nitơ không khí phong phú, song bền vững mặt hoá học, khó bị oxi hoá khử Chỉ có số vi sinh vật cố định nitơ có khả đồng hoá nitơ không khí + Trong tất môi trường nuôi cấy cần thiết phải có loại hợp chất nitơ mà vi sinh vật đồng hoá để đảm bảo hiệu suất lên men cao Các nguồn nitơ dùng công nghiệp lên men hợp chất nitơ hữu vô * Các axit amin có mặt môi trường thường không vi sinh vật sử dụng trực tiếp mà phải tiến hành loại phản ứng trao đổi chất: phản ứng khử amin phản ứng khử cacboxy1 * Các axit amin dạng hợp chất thường protein đậu tương, khô lạc pepton Muốn đồng hoá hợp chất này, Vi sinh vật phải tiết vào môi trường hệ enzim proteaza để thủy phân axit amin thành axit amin Rất nhiều loài nấm mốc, vi khuẩn, xạ khuẩn có hoạt tính proteaza cao: Asperillus, Penicillium, Fusarium, Rhizopus, CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Actinomyces, Clostridium, Bacillus v v Những axit amin, purin pirimidin thức ăn thích hợp hay Vi sinh vật sử dụng Sự dị hoá purin pirimidin hai hợp chất tạo thành trình thuỷ phân axit nucleic, nucleotit nucleozit thành cacbonic, amoniac, axit focmioc, axetic lactic chúng tham gia vào chuỗi chuyển hoá khác * Urê dùng tổng hợp có hai tác dụng: Làm nguồn N chất điều chỉnh pH Dưới tác dụng ereaza, urê phân huỷ thành CO2 NH3 (NH2)2CO + H2O 2NH3 + CO2 * Nitrat: Vi sinh vật thường không trực tiếp đồng hoá nitrat mà phải qua trình biến đổi: 4AH2 + HNO3 NH3 + 3H2O AH2 - chất khử có môi trường HNO3 HNO2 (HNO)2 NH2OH NH3 Axit nitric Axit nitơ Hyponitrit Hydrolamin Quá trình thực nhờ hệ enzim nitratreductaza Muối amon: Tất loại vi sinh vật đồng hoá muối amon.Việc sử dụng nguồn N hữu cơ, ure muối amon gắn liền với việc tách NH3 hấp thụ vào tế bào Như vậy, NH3 trung tâm đường dinh dưỡng nitơ Vi sinh vật Ảnh hưởng nguồn nitơ đến khả sinh tổng hợp vi sinh vật phụ thuộc vào nguồn N mà phụ thuộc vào tỉ số C:N môi trường Tỷ số có nhiều ý nghĩa Nó tạo cho vi sinh vật có khả trao đổi chất thích hợp, khả tích tụ cao sản phẩm sinh tổng hợp tạo thành hệ enzim để tiến hành phản ứng hoá sinh theo chiều hướng có lợi 2.3 Dinh dưỡng khoáng 2.3.1 Các hợp chất photpho Sự có mặt hợp chất photpho nồng độ chúng môi trường có ảnh hưởng lớn đến trình trao đổi chất tế bào vi sinh vật Ngoài ra, photpho môi trường có tác dụng điều chỉnh hoạt tính hệ enzim đồng hoá loại thức ăn cacbon Nguồn photpho có mặt môi trường nuôi cấy vi sinh vật thường loại hợp chất photpho hữu có bột đậu, cao ngô, bã rượu, khô dầu … hợp chất photpho vô cơ, muối photpho mono dibazic K Na, amon super photpho Yêu cầu photpho vi sinh vật phụ thuộc vào chủng loài, vào tỉ lệ thành phần môi trường trước hết tỉ lệ C:N điều kiện nuôi cấy Nồng độ nguồn photpho cao làm cho vi sinh vật phát triển giảm hiệu suất sinh tổng hợp Nếu môi trường có cacbonat canxi, trùng, chất photpho vô kết hợp với ion Ca2+ tạo thành kết tủa Vi sinh vật thường sử dụng nhanh photpho vô hoà tan, hợp chất photpho vô không tan môi trường thường sử dụng chậm 10 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 26 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Công nghệ sản xuất protein dịch thuỷ phân gổ Ở Mỹ, nấm men gia súc sản xuất từ dịch kiềm sunfit nhà máy bột giấy: - Một số công ty công ty Enviroson Ltd dùng nước thải bột giấy đem khử trùng (ở 121oC/1giờ) làm nguội đến 37oC để làm chất cho phát triển hiếu khí loại vi nấm Chactomium cellulolytium Ngoài môi trường bổ sung chất dinh dưỡng khác chứa nitơ, photpho kali Vi nấm tồn vật rắn dạng huyền phù, bám vào sợi xelluloza chất tiết enzim xenluloza làm chuyển hoá xenluloza thành glucoza Sau đồng hoá xenluloza, vi nấm tạo sinh khối thải CO2 Đối với dịch kiềm sunfit này, chủng nấm 27 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM men sản xuất cần làm quen với nồng độ axit sunfurơ cao bể tập trung Cứ cacbon chất tạo 500kg sinh khối Sản phẩm cuối chứa 40 % protein, 60% lipit, xenluloza hydrat cacbon (với sản phẩm có độ ẩm 5%) (theo Chemical Engineering News, 6-2-1984) 3.Công nghệ sản xuất protein dịch thuỷ phân nguyên liệu thực vật 3.1 Sản xuất protein nguyên liệu chiết ngô nước chiết lúa mì 3.1.1 Nguyên liệu: nước chiết ngô nước chiết lúa mì Thành phần nước chiết từ lúa mì ngô ( theo kết nghiên cứu Viện nghiên cứu tinh bột M V Plevaco) cho bảng 3.1 Trong nước chiết lúa mì, thành phần đường khử có mantoza glucoza, chiếm 30% chất khô nước chiết.Trong nước chiết ngô, đường khử mantoza, glucoza, xyloza glucoza chiếm tỉ lệ cao nhất.Hàm lượng biotin nước chiết ngô gấp lần nước chiết lúa mì 3.1.2 Chủng nấm men: Để nuôi nấm men, dùng chủng Candida Tropicalis có khả lên men mono disacarit Chủng cho hiệu suất cao có khả phát triển nước chiết có nồng độ cao 3.1.3 Nuôi cấy nấm men: Gián đoạn liên tục có sục không khí Nồng độ tối thích môi trường dinh dưỡng nước chiết lúa mì – 2%, nước chiết ngô 11,5% Theo phương pháp liên tục với qui trình sau: 28 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Nước chiết muối khoáng (amon sunfat supephotphat ) đưa vào thiết bị nuôi men (đã cho nấm men giống ) với tốc độ tăng dần giờ, môi trường thông khí liên tục Đến cuối thứ 6, lượng sinh khối nấm men sinh khoảng 25 – 30 % tính theo nấm men ép Đến thứ 7, phần môi trường từ thùng nuôi men chuyển vào thiết bị lên men phụ: đầu – 10 %, thứ 2- 15% cuối 20% thể tích môi trường chung Sau 12 bắt đầu sang giai đoạn 3, giai đoạn nuôi cấy liên tục Trong giai đoạn này, thiết bị nuôi men lại lấy 20% dung tích, bổ sung vào môi trường nước chiết, nước muối khoáng Amon sunfat cho vào tính theo hàm lượng chất có nấm men ép: nitơ 2%, photpho P2O5 1,5 -2% Tốc độ phát triển nấm men nước chiết lúa mì 16-20% ( so với trọng lượng nấm men thiết bị) 1h, nước chiết ngô 20-22% 1h Hiệu suất thu sau: 100kg chất khô tuyệt đối nước chiết lúa mì thu lượng nấm men ép ( có độ ẩm 75%) khoảng 194kg, từ nước chiết ngô 240 -260 kg 3.2 Sản xuất sinh khối nấm men nguyên liệu nước chiết từ bã khoai tây 3.3.1 Nguyên liệu: Trong nhà máy sản xuất tinh bột từ khoai tây, nước dịch chiết nước ép trích ly từ bả khoai tây, từ bể lắng từ thiết bị li tâm Trong nước dịch chứa khoảng 96% dịch tế bào khoai tây, có gần 77,8% chất nitơ, 88% gluxit hoà tan, 87% lipit 63,3% chất khoáng (tính theo khối lượng chất có khoai tây Trong 1m3 nước dịch chứa khoảng 0,54g kali oxit ( K2O) 0,09 kg axit photphoric Bên cạnh nước dịch, nước sữa công nghiệp sản xuất tinh bột nước thu rửa tinh bột máy chứa 0,16% tinh bột khô tuyệt đối so với số lượng khoai tây đem chế biến Lượng nước rửa chiếm khoảng 170 - 270% so với khối lượng khoai tây Nước rửa chứa chủ yếu chất vô hữu hoà tan Thành phần hoá học nước rửa khác phụ thuộc nhiều yếu tố như: kĩ thuật sản xuất, chất lượng nguyên liệu, điều kiện bảo quản nguyên liệu, kích thước củ v v Hàm lượng tinh bột không vượt 1g/l Nước dịch nước rửa không tận dụng chế biến, xử lý trước thải ngoài, làm nhiễm bẩn nguồn nước, thải sông, hồ, ao làm chết nhiều cá.Với hàm lượng protein lớn nước dịch, thải nước vào cánh đồng tưới để làm sinh học tự nhiên, hiệu 29 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Vì sử dụng nước dịch thải để sản xuất sinh khối nấm men có ý nghĩa kinh tế bảo vệ môi trường.Các nghiên cứu chứng tỏ nước dịch tế bào khoai tây có chứa a.aspactic, biotin, D-alanin, chất cần cho nấm men sinh trưởng, phát triển sinh sản Nồng độ môi trường thíng hợp 1,5-4oBx 3.2.2.Hiệu suất tổng thu hồi Theo kinh nghiệm sản xuất, khoai tây đem chế biến thu không 30kg nấm men bánh 7-8 kg nấm men gia súc khô Tính theo lượng protein thu 300kg khoai tây 30 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Thuyết minh qui trình sản xuất Nước dịch tách tinh bột nhờ phận lọc 1, chảy xuống bơm pitông qua thùng trùng gian vào thiết bị nuôi nấm men Amon sunfat sau hoà tan thùng 6, với axit octphotphoric máy bơm bơm vào thùng định lượng 8, vào thùng nuôi men Sự sinh sản nấm men theo qui trình liên tục từ thùng lên men thùng chứa sinh khối Chất phá bọt từ thùng chứa bơm 10 đưa thùng nuôi men qua bình đo 11 Thùng nuôi men luôn sục khí nhờ quạt gió turbin 27 Việc nuôi men theo qui trình bảng 3.2 Sau 11 lên men, thùng chứa đầy môi trường, nghĩa 80m3 bắt đầu tháo liên tục nấm men xuống thùng với lượng 15m3/ Đồng thời đưa liên tục nước dịch vào với lượng chừng ( 15m3/ giờ) với amon sunfat axit octphotphoric Sinh khối lấy từ thùng 5, nhờ bơm 12, chảy liên tục vào máy phân ly 13, vào thùng chứa 14, sau tiết tục phân ly lần thiết bị 16 chứa 17 Ở thùng 17, nhờ máy bơm 18 vào máy sấy 20 Men khô băng chuyền 21 chuyển sang phễu 22, vào phận đóng gói bàn 23 cân cân 24 sau qua băng vận chuyển 25, 26 phân ly 31 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Công nghệ sản xuất protein bã rượu từ rỉ đường Phần lớn nhà máy sản xuất rượu từ nguyên liệu rỉ đường có số lượng bã thải lớn.Hiện lượng bã thải được sử dụng lại với số lượng không đáng kể nên phần lớn phải thải ngoài.Nếu không xử lý mức, bã rượu phân huỷ không hoàn toàn, thường nguồn gây ô nhiễm hồ chứa nước.Ngoài ra, phân huỷ hợp chất hữu chứa bã rượu tạo thành chất có mùi hôi thối gây ô nhiểm môi trường không khí trầm trọng Ngoài phải tiêu tốn khoảng chi phí lớn cho việc thải bã ( làm sạch, mở rộng, thay đường ống v v ) Vì việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sản xuất sản phẩm thực phẩm sinh học có nguyên liệu từ bã rượu rỉ đường có ý nghĩa quan trọng kinh tế bảo vệ mô trường Bã rượu chế biến thành sản phẩm sau: - Glyxein than cốc - Tách từ rỉ đường axit glutamic betain làm thức ăn gia súc - Sản xuất nấm men bánh mì sinh khối nấm men cho gia súc sản xuất sinh khối nấm men cho gia súc quan tâm sản xuất nhiều Qui trình công nghệ sản xuất sinh khối nấm men dùng cho gia súc tổng quát trình bày sơ đồ tóm tắt sau: ( Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất) 4.1 Nguyên liệu rỉ đường Với bã rượu từ rỉ đường mía cô đặc thành phần cho bảng 3.3 32 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 33 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Như bã rượu từ rỉ đường môi trường có giá trị đầy đủ chất để nuôi cấy nấm men tạo sinh khối Sinh khối nấm men nguồn giàu protein vitamin chất quan trọng phát triển gia súc, bổ sung vào thức ăn để điều chỉnh, làm cân protein cho thức ăn gia súc (1 kg chế phẩm protein có giá trị 3,5 kg hạt) 4.2 Chủng vi sinh vật: Candida Tropicalis, Torulopsis Utilis 4.3 Xử lý nguyên liệu chuẩn bị môi trường: Tuỳ theo qui trình công nghiệp nhà máy, muốn thu nấm men thức ăn gia súc bã rượu không bổ sung thêm rỉ đường, sử d ụng chủng Candida Tropicalis Bổ sung thêm rỉ đường tăng hiệu suất nấm men làm giảm hệ số sử dụng gluxit bã rượu, làm tăng giá thành sản phẩm Nếu bổ sung rỉ đường tỉ lệ rỉ đường trùng 1% so với bã rượu Bã rượu trước đưa vào sản xuất bơm đến thiết bị lọc chân không thùng quay để tách nấm men chết trình chưng cất rượu trước Ngoài bã rượu rỉ đường, môi trường dinh dưỡng bổ sung axit photphoric kỹ thuật (70%) hàm lượng 0,5kg/m3 bã rượu sunfat amon tinh thể (0,5kg/m3) Axit hoá dịch nuôi cấy axit sunfuric HCl đến pH môi trường 4,5 Lượng axit sunfuric dùng đến 1kg 1m3 bã rượu Nếu pha loãng với nước theo tỉ lệ 1: cần pha thêm 5070g/m3 magiê sunfat 4.4 Nuôi cấy men giống: Theo qui trình công nghệ Viện nghiên cứu công nghiệp rượu Ucraina với nguyên liệu bã rượu tách nấm men, việc nhân giống nấm men từ men giống tiến hành giai đoạn Trong giai đoạn đầu người ta sử dụng rỉ đường pha thêm 1% super photphat theo khối lượng rỉ đường Nồng độ dịch 2,5% axit hoá thành axit sunfuric hay axit HCl đến pH = 5-5,2 trùng nồi hấp áp suất 0,5ati thời gian 30 phút, sau làm nguội đến 30oC (rót 200ml dịch vào bình cầu dung tích 700ml ) cấy men giống vào dich để bình máy lắc phòng thí nghiệm điều kiện có sục khí 24h Sau tiến hành nhân giống lần lược vào thiết bị tích 15,120 12001 có trang bị máy sục khí máy lọc không khí Khối lượng môi trường thiết bị 10,100 1000l với nồng độ dịch môi trường 3,5% thời gian nuôi cấy 24,18 16 Từ thiết bị cấy men sau (thùng 1000l) người ta đưa liên tục nấm men giống vào thùng chứa men có dung tích 32m3, chứa 25m3 dung dịch sau chuyển vào thiết bị nuôi men công nghiệp có dung tích tổng cộng khoảng 310 m3 4.5 Nuôi men công nghiệp: Thể tích men giống đưa vào thùng lên men có nồng độ 18-20 g/l (độ ẩm 75%) 10% dung tích có ích thùng Quá trình lên men liên tục có sục khí, thời gian lên men từ 5-6 ngày Sinh khối nấm men lỏng chiếu tia tử ngoại để chuyển ergosterin thành canxipherol trước qua thiết bị ly tâm tách thiết bị sấy 34 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Công nghệ sản xuất protein từ nguồn phế liệu xenluloza: Từ lâu nguồn xenluloza ứng dụng rộng rãi làm vật liệu hữu rắn nhiều lĩnh vực.Nguồn phế liệu xenluloza từ nông nghiệp bã mía 36 triệu Riêng Mỹ 15 triệu Thành công Srinivaane Han (Louisiana State University) việc phân lập hai loài vi khuẩn có khả cộng sinh Cellulomonas Alcaligens mở hướng quan trọng việc sử dụng nguồn phế liệu xenluloza để sản xuất protein đơn bào Protein vi khuẩn lại cao, trung bình 60-70% có loài lên đến 87% 5.1 Phân lập vi khuẩn: Hai ông Srinivaane Han phân lập VK có độ hoạt động xenluloza cao sau: Môi trường phân lập: NaCl 6,0 g/l : (NH4)2 SO4 1.0g/l K2HPO4 0,5g/l KH2PO4 0,5g/l MgSO4 0,1g/l CaCl2 0,1g/l 0,1 % dịch chiết men mảnh giấy lọc Chừng 1g đường sacaroza để lên men trộn với môi trường ủ Sau – ngày ủ nhiệt độ 300C máy trộn lắc, phần giấy lọc chuyển thành môi trường fresh Quá trình lặp lại nhiều lần để tăng cường hiếu khí mesophil chứa vi khuẩn sử dụng xenluloza Giấy lọc nuôi cấy vi sinh vật rửa ngâm nước vô trùng cấy thành đường môi trường thạch nuôi cấy: Thạch cacboxylmetyl xenluloza, thạch giấy lọc Sự xuất khuẩn lạc môi trường chuyển sang ống nghiệm có xenluloza muối dinh dưỡng Vi khuẩn cellumonas phát triển tốt nhiệt độ 25-35oC 5.2 Qui trình công nghệ sản xuất protein vi khuẩn từ bả thải xenluloza Một xưởng pilot sản xuất protein Vi sinh vật từ bã thải xenluloza (bã mía) gồm công đoạn sau: - Công đoạn gia công bã mía - Công đoạn chế biến bột bã mía - Công đoạn tiệt trùng - Lên men - Thu hồi tế bào vi sinh vật thành phẩm Qua nghiên cứu sản xuất thử, người ta xây dựng nên qui trình sản xuất protein vi khuẩn từ xenluloza sau (hình 3.5) Đầu tiên nguyên liệu xenluloza qua phận nghiền đặc biệt có cánh nghiền cố định Xenluloza nghiền thànhbột đưa qua thiết bị kiềm hoá dung dịch NaOH 24% o Sau hỗn hợp rắn lỏng qua khâu li tâm tách qua lò oxi hoá với chất xúc tác oxit hoá clorit coban Thanh trùng 260F – 320F qua hệ thống phun Làm nguội: Hệ thống đường ống Lên men; Sau làm nguội dịch lên men qua van kiểm tra vào thùng lên men Dịch men từ thùng chứa hay thùng nhủ tương hoá lại Điều chỉnh pH NH4OH 35 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Hình 3.5 Sơ đồ trình sản xuất protein đơn bào từ bã thải xenluloza ( theo V.W.Han cộng 1971) Thành phần môi trường sau: Nguồn xenluloza, nước muối vô cơ, số chất dinh dưỡng đặc biệt số chất chống bọt 36 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN TỪ TẢO ĐƠN BÀO 1.GIỚI THIỆU VỀ TẢO SPIRULINA 1.1 Đặc điểm tảo Spirulina: Tảo Spirulina có cấu tạo hình sợi đa bào, có hình dạng xoắn lò xo, kích thước khoảng 0.25 ⎟ 0.5 mm, sống tự nhiên nước kiềm giàu natri bicacbonat Tảo Spirulina sinh sản cách gãy khúc, tốc độ sinh trưởng nhanh, sống môi trường nghèo chất dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy đơn giản Đặc biệt điều kiện tự nhiên có cường độ chiếu sáng lớn môi trường có pH =8.5 - tốc độ sinh trưởng lớn Hiệu suất sử dụng lượng mặt trời cao tới - 4.5 % Hiệu suất sử dụng khí CO2 để làm nguồn cacbon cao, tới 80 - 85 % Chlorella đạt khoảng 30 % Tảo Spirulina có kích thước lớn, lại có xu hướng lên mặt nước tụ tập sinh khối nên dễ dàng thu hoạch cách vớt lọc Chlorella có kích thước nhỏ nên phải thu nhận phương pháp ly tâm phức tạp Năng suất tính đơn vị diện tích nuôi trồng cao có giá trị kinh tế cao Theo báo Vietnam Net, Long An nuôi trồng tảo Spirulina nhà kính, so với sử dụng đất để trồng lúa với thu nhập 50 triệu đồng/ha/năm, việc chuyển sang nuôi tảo Spirulina tạo mức thu nhập khoảng1.2 tỉ đồng/năm, tức tăng gấp 24 lần so với trồng lúa Tảo Spirulina chứa hàm lượng protein cao, khoảng 60 - 70 % trọng lượng chất khô đặc biệt có đầy đủ axit amin không thay Hàm lượng axit amin protein gần với qui định protein tiêu chuẩn, tương đương với protein động vật cao hẳn protein thực vật Bảng 5.1.Thành phần axit amin tảo Spirulina Giá trị dinh dưỡng tảo thể thể chất lượng số lượng vitamin chứa β − caroten, vitamin B3, B6, B1, E đặc biệt nhiều vitamin B12 Viện nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiết β − caroten dùng làm thức ăn bồi dưỡng sức khỏe, chống suy dinh dưỡng cho trẻ em Ngoài Spirulina chứa nhiều xantophyl chất cần thiết cho gia cầm Nếu dùng tảo với lượng 10 % phần thức ăn để nuôi cá có tác dụng làm tăng cao tỉ lệ sống cá bột 2.Công nghệ sản xuất tảo Spirulina: Qui trình sản xuất tảo gồm giai đoạn: - Nuôi cấy tảo - Thu nhận sinh khối 2.1 Nuôi cấy tảo Giống: Spirulina chi gồm số loài sử dụng phổ biến công nghệ nuôi trồng tảo Spirulina platensis, Spirulina maxima.Chọn Spirulina với sợi nhỏ xoắn cân đối để thu hoạch Spirulina phải chứa % axit α - linoleic tính theo trọng lượng chất khô Tảo phải tập trung lại với nhau, lơ lửng thành lớp Trong trình nuôi cấy, phải tiến hành khuấy trộn, khuấy trộn liên tục nồng độ tảo đạt đến 0,8 g/l 37 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Môi trường nuôi cấy tảo Spirulina: a Các điều kiện kỹ thuật trình nuôi cấy tảo; - Phải có ánh sáng với cường độ chiếu cao Ánh sáng chiếu sáng nhân tạo giúp Spirulina phát triển nhanh biện pháp kinh tế phiền phức mặt công nghệ Người ta dùng đèn huỳnh quang đèn halogen nhằm để vừa chiếu sáng vừa làm nóng môi trường nuôi cấy - pH môi trường phải trì= 8,5 - (đối với tảo Spirulina) trung tính (đối với tảo Chlorella) - Phải cung cấp đầy đủ muối vi lượng - Phải khuấy đảo liên tục, tạo tiếp xúc thường xuyên với ánh sáng (đi với Spirulina) phải tạo chu kì sáng thích hợp (đối với Chlorella) Vì trình nuôi cấy tảo đòi hỏi thiết bị đặc biệt Thông thường người ta dùng bể phẳng ( bể tròn), máng phẳng uốn khúc Những thiết bị có tác dụng lật đảo nhằm hạn chế lắng tế bào đưa tế bào trở lại bề mặt chiếu sáng - Cung cấp CO2: tối ưu khoảng 4-5% so với không khí ( có tác giả cho 1-3%) Việc cung cấp CO2 với vai trò nguồn cacbon trình quang hợp cần thiết CO2 cung cấp băng nhiều cách khác Sục không khí có chứa CO2 (1-3%) kết hợp với sục CO2 100% ngắt quãng v v Các phương pháp nuôi tảo: Hiện giới có ba hình thức nuôi trồng Spirulina: thu hoạch Spirulina tự nhiên hồ, nuôi cấy hồ nhà kính có mái che phát triển hệ thống nuôi ống suốt để tăng tiếp xúc tảo ánh sáng mặt trời Những hệ thống nuôi cấy bán tự nhiên cho chất lượng tốt thu hoạch tảo mọc tự nhiên 2.2 Thu nhận sinh khối Khi hàm lượng sinh khối đạt cực đại tiến hành thu hoạch tảo Việc thu hoạch thao tác dễ dàng trừ trở nên già dính lại với việc thu hoạch trở nên khó khăn Thời gian thu hoạch tảo tốt vào buổi sáng sớm nhiều lý do: • Công việc dễ dàng thời tiết mát mẻ • Trời nắng dễ làm khô sản phẩm • Phần trăm protein Spirulina cao vào buổi sáng Về bản, việc thu hoạch tảo có bước: • Cô đặc sơ thu khoảng 10 % chất khô phần lại chứa 50 % môi trường nuôi cấy • Việc loại bỏ phần lại môi trường nuôi cấy sinh khối Spirulina tươi tiến hành trình sử dụng trình sấy khô, chứa khoảng 20 % vật chất khô dường không môi trường nuôi cấy Cách lọc tiến hành đơn giản cách cho tảo môi trường qua lớp vải lọc nhờ vào trọng lực Lớp vải làm từ poliamide poliester với kích thước mắt lưới cỡ 30 - 50 μm thích hợp Việc hổ trợ thêm lưới lọc mịn làm tăng nhanh trình lọc bảo vệ lớp vải lọc không bị thủng Nhưng cách đơn giản sử dụng túi lớn để lọc 38 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Việc lọc tiến hành trực tiếp ao nuôi cấy tảo để phục hồi nước lọc, việc thu hoạch tảo tiến hành thông qua sàng với kích thước mắt lưới 200 μm để giữ lại chất lạ sâu bọ, ấu trùng, cây, vón cục polysacarit bùn Thật tiện lợi để xúc mảng Spirulina chúng lên trên, sử dụng thùng để múc tảo, việc thu hoạch tảo thành lớp có khuynh hướng tăng thêm phần trăm Spirulina, không lên gây khó khăn cho trình thu hoạch Khi hầu lọc, sinh khối tập trung lại thành cuộn Việc tách thực tốt với vải lọc cotton *Bổ sung môi trường dinh dưỡng: Những chất dinh dưỡng bị tách với sinh khối thu hoạch cần phải bổ sung để trì môi trường dinh dưỡng Chất dinh dưỡng cacbon, lấy trực tiếp từ không khí khí CO2 độ pH > 10 Tuy nhiên không khí chứa lượng nhỏ khí CO2 nên hấp thụ trình chậm, trình đạt cực đại pH > 10,5 CO2 tinh khiết cung cấp từ đốt oxi hóa hợp chất hữu đường Lượng khí cần thiết sục chiếm khoảng % tổng diện tích hồ Việc thêm HCO3- cách làm giảm bớt độ pH có hiệu dễ thực ng làm tăng độ mặn môi trường Thỉnh thoảng phải rút bớt phần môi trường nuôi cấy thay môi trường giàu HCO3- để trì độ mặn định Hàm lượng khí, rỉ đường, HCO3- bổ sung điều chỉnh độ pH khoảng 10,4 Độ pH< 10,2 gây sản sinh thừa không mong muốn không nguy hiểm Đường gây số biến đổi môi trường dinh dưỡng nên sử dụng lượng nhỏ 0,3 kg/kg cung cấp đặn tốt Ngoài C, Spirulina cần phải có chất dinh dưỡng cần thiết như: N, P, K, S, Mg, Ca, Fe vả số nguyên tố vi lượng khác Trong số trường hợp, nguyên tố vi lượng canxi không cần cung cấp có sẵn nước chất hóa học sử dụng làm thức ăn cho Spirulina Trong vài trường hợp, nước có chứa lượng lớn Ca, Mg, Fe, làm đục môi trường Nếu sử dụng phân bón hóa học chúng phải hòa tan để đề phòng việc có kim loại nặng Hg, Cd, Pb, Spirulina dễ dàng hấp thu chất bị kết dính lại Nitrat nguồn cung cấp nitơ tốt, chứa đựng nhiều chất dinh dưỡng nitơ Nguồn nitơ rẻ urê, urê tạo thành từ NH3 CO2 chất dinhdưỡng tuyệt vời cho Spirulina hàm lượng phải giữ mức thấp, khoảng 60 mg/l Urê thừa chuyển hóa thành NH3 NO3- môi trường *Bảo quản sản phẩm: Sinh khối tươi thu hoạch không giữ lâu tủ lạnh không vài nhiệt độ phòng Thêm vào 10 % muối phương pháp để tăng thời hạn bảo quản lên tới vài tháng vẻ bề mùi vị sản phẩm bị thay đổi: màu xanh phycocyanin bị đi, sản phẩm trở nên lỏng mùi vị có phần giống bột cá Việc lạnh đông cách để giữ Spirulina thời gian dài Nó làm màu xanh tảo không làm thay đổi mùi vị Sấy phương pháp phổ biến để bảo quản phân phối Spirulina Nếu 39 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM Spirulina sấy đóng gói kĩ thuật sấy coi phương pháp tốt để giữ Spirulina vòng năm Sấy khô: Máy sấy Spirulina dùng công nghiệp máy sấy phun, điều tầm với người sản xuất thủ công Sấy khô ánh nắng mặt trời phương pháp phổ biến để làm khô sản phẩm người sản xuất nhỏ Việc sấy trực tiếp ánh nắng mặt trời phải tiến hành nhanh không cholorophyl bị phá hủy Dù dùng nguồn nhiệt lớp sinh khối tảo phải đủ mỏng để kịp khô trước bắt đầu lên men Không khí ẩm khô xuyên qua sinh khối phải với tốc độ cao vào lúc bắt đầu trình sấy Trong sấy sau, sản phẩm sấy phải bảo vệ chống lại nhiễm bẩn từ bụi, sâu bọ không tiếp xúc trực tiếp với tay Nhiệt độ sấy cần phải nhỏ 68oC Sự lên men xuất trình sấy phát việc xuất mùi sau trình sấy Tuy nhiên, mùi mạnh bắt đầu trình sấy 40 [...]... tổng hợp protein 3.1 Vai trò điều khiển sự tổng hợp protein của ADN Protein có phân tử rất lớn, trong hoá học người ta gọi là đại phân tử Đại phân tử protein được cấu tạo từ những phân tử đơn giản hơn là các axit amin đính kết kế tiếp nhau Số lượng các axit amin trong phân tử protein có đến hàng trăm hoặc hàng nghìn đơn vị, nhưng tất cả cũng chỉ thuộc trong số 20 axit amin khác nhau Một loại protein. .. hợp protein của axit nucleic có thể trình bày ở sơ đồ hình 1.1 sau: 11 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 3 Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp protein và vai trò định hướng của axit dexoxyribonucleic (ADN) Theo sơ đồ này sự tổng hợp protein xảy ra ở riboxôm Ở đây có 2 dòng hoà lại với nhau: là dòng ARNt từ nhân tới và dòng các axit amin được hoạt hoá và nhờ ARN vận tải (ARNv), chuyển đến 3.2 Cơ chế sinh tổng hợp protein. .. lựa chọn tại các riboxôm này và quá trình tổng hợp protein được hoàn thành Như vậy, cơ chế sinh tổng hợp protein có thể tóm tắt như sau: - Nơi tổng hợp protein trong tế bào vi sinh vật (và cả tế bào động thực vật) là các riboxôm - Sự tổng hợp protein cần có sự tham gia của các enzim hoạt hoá và các ARN vận tải - Ở riboxôm xảy ra quá trình tổng hợp protein do ADN điều khiển, như vậy phải tồn tại một... định protein tổng hợp nên, sau đó các phân tử ARNt khác lại đi vào ribôxôm 12 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 3 Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp protein trong tế bào ( theo Lobasov) 4 Các yếu tố tổng hợp protein 4.1 Riboxôm Trong tế bào chất của các vi sinh vật, có 1 loại hạt bé nhỏ nhất trong các thành phần cấu tạo nên tế bào chất, loại hạt này gọi là ribôxôm, cơ quan trung tâm tổng hợp nên mọi loại protein. .. 35% so với lượng rơm cỏ sử dụng Đặc biệt protein do Roper và Moss thu được từ rơm rạ có chất lượng tương đương với lòng đỏ trứng gà Giáo sư Macmilan, nhà lãnh đạo phong trào chống đói ở Australia gọi cong trình của hai nhà phát minh này là “ Một tiếng nổ kỳ diệu trong cuộc chiến đấu với nạn đói protein của thế giới” 19 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 3 3 Sản xuất protein vi sinh vật từ dầu mỏ và khí đốt... NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 3 33 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 3 Như vậy bã rượu từ rỉ đường là môi trường có giá trị và đầy đủ các chất để nuôi cấy nấm men tạo sinh khối Sinh khối nấm men là một nguồn giàu protein và các vitamin là những chất quan trọng đối với sự phát triển của gia súc, được bổ sung vào thức ăn để điều chỉnh, làm cân bằng về protein cho thức ăn gia súc (1 kg chế phẩm protein có giá... nấm men từ rỉ đường 18 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN NHÓM 3 1.3.2 Sản xuất sinh khối vi sinh vật từ nguyên lịêu chứa tinh bột hoặc xenluloza: 2 Sản xuất sinh khối vi khuẩn Nguyên liệu và vi sinh vật Ngoài nấm men, người ta còn sử dụng rộng rãi vi khuẩn để sản xuất protein từ nguyên liệu xenluloza Protein vi khuẩn có hàm lượng axit amin cân đối hơn ở nấm men, tỉ lệ protein trong tế bào vi khuẩn lại rất cao,... protein, các axit nucleic quyết định cấu trúc hoá học và xác định các vị trí các axit amin trong chuỗi protein tổng hợp trong đó vai trò của ADN rất quan trọng Nó quyết định thành phần và cấu tạo các kiểu ARN đặc biệt gọi là ARN thông tin (ARNt), do đó quyết định thành phần và cấu tạo phân tử protein Những ARN đi vào riboxôm thực hiện chức năng làm khuôn mẫu Các axit amin được xếp đặt vào phân tử protein. .. PROTEIN NHÓM 3 men sản xuất cần được làm quen với nồng độ axit sunfurơ cao ngay trong các bể tập trung Cứ mỗi tấn cacbon của cơ chất thì có thể tạo ra 500kg sinh khối Sản phẩm cuối cùng chứa 40 % protein, 60% lipit, xenluloza và hydrat cacbon (với sản phẩm có độ ẩm 5%) (theo Chemical Engineering News, 6-2-1984) 3.Công nghệ sản xuất protein trên dịch thuỷ phân các nguyên liệu thực vật 3.1 Sản xuất protein. .. axit amin (thường là khoảng trên 10), do đó thành phần các protein của các vi sinh vật khác nhau thì khác nhau Giá trị dinh dưỡng của các loại protein cũng hoàn toàn phụ thuộc vào thành phần và số lượng của các axit amin trong việc hình thành các chủng loại protein khác nhau Do đó từ 20 axit amin, cơ thể sống có thể hình thành vô số các loại protein khác nhau Trong tế bào sống thường xuyên có 2 loại ... dụng nguồn dinh dưỡng protein cho người động vật, đồng nghĩa với protein đơn bào (single cell protein – SCP) Protein đơn bào đa bào: Cụm từ “ protein đơn bào” dùng để nguồn protein tìm từ thể đơn... phân biệt với protein từ động vật thực vật (protein đa bào protein truyền thống) 3.1 Protein đa bào: nguồn dinh dưỡng quan trọng nuôi sống loài người từ trước tới Đây nguồn cung cấp protein quan... lượng protein cao (chiếm khoảng 40-55% chất khô), riêng tảo Spirrlina có chứa tới 70% + Protein tảo thuộc loại protein hoàn hảo có chất lượng cao Hàm lượng axit amin protein tảo gần với qui định protein