Giống vi sinh vật và các kỹ thuật thao tác trên giống

Quy trình lên men vi sinh vật cổ điển Chế tạo môi trường Khử trùngmôi trường Giống Nhân giống Cấp 1,2,3 Lên men Kiểm tra sự tạo thành sản phẩm Thu hồi sản phẩm... 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN

CHƯƠNG 2:

GIỐNG VI SINH VẬT

VÀ CÁC KỸ THUẬT THAO TÁC TRÊN GIỐNG

NỘI DUNG

2.1 Vai trò của giống vi sinh vật

2.2 Yêu cầu về giống

2.3 Phương pháp phân lập, cải tạo và bảo quản giống

Quy trình lên men vi sinh vật cổ điển

Chế tạo môi trường Khử trùngmôi trường

Giống Nhân giống

Cấp 1,2,3 Lên men

Kiểm tra sự tạo thành sản phẩm Thu hồi sản phẩm

2.1 VAI TRÒ CỦA GIỐNG VI SINH VẬT

• Giống ảnh hưởng đến:

– Chất lượng của sản phẩm

– Hiệu suất thu hồi sản phẩm

– Giá trị kinh tế của quy trình công

nghệ sản xuất

2.2 YÊU CẦU VỀ GIỐNG VSV

• Cho năng suất cao, chất lượng tốt, ít sản phẩm phụ không mong muốn

• Nuôi cấy dễ dàng, sử dụng nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền

• Thời gian lên men ngắn

• Dễ tách sinh khối hay sản phẩm sau khi lên men

Thế nào là giống VSV tốt?

2.2 YÊU CẦU VỀ GIỐNG VSV

• Giống phải thuần chủng , không chứa vi sinh vật lạ, đặc biệt là không chứa bacteriophage ký sinh , ít mẫn cảm với sự tạp nhiễm

• Dễ bảo quản và ổn định các đặc tính sinh lý, sinh hóa trong thời gian sử dụng

Không phải tất cả tiêu chuẩn phải có trong khi lên men một loại VSV cụ thể

VD: Nấm mốc dễ dàng thu nhận nhưng hoạt tính trao đổi chất không cao

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG

PHÂN LẬP GIỐNG VSV

• Các phương pháp chính để phân lập VSV

có đặc tính mong muốn trong tự nhiên

• Quy trình phân lập VSV có hoạt tính mong muốn trong tự nhiên

Đối với từng loại mẫu khác nhau, cách thu khác nhau

Cho Môi trường

cơ bản vào mẫu

Chỉ cho phép một loại VSV mong muốn phát triển

Dựa vào đặc tính sinh hóa riêng biệt cho từng loại theo khóa phân loại của Bergey

4 bước chính trong quy trình phân

lập VSV

Thu nhận từ trung tâm giữ giống

+ Mỹ: ABBOTT, ATCC, NRRL…

+ Canada: CANAD - 212 + Nhật: FERM, HIR…

+ Úc: CC + Trung Quốc: IMASP

+ Việt Nam: Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật (VTCC) thuộc Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh

học và Trung tâm Giống và Bảo tồn nguồn gen Vi

sinh vật (CCGM)

Ngoài việc tự phân lập từ môi trường tự nhiên tại địa phương, các

chủng vsv còn được thu nhận từ các trung tâm giữ giống trên thế giới

Giống vsv đang được sản xuất tại cơ sở, khi mua

về cần phải:

→ phân lập lại

→ kiểm tra tính di truyền

→ ổn định đặc tính di truyền →Nâng cao đặc tính di truyền ( huấn luyện thích nghi với đk lên men công nghiệp hoặc thay đổi cơ chế trong thông tin di truyền phù hợp với nhu cầu)

Thu nhận giống có sẵn từ cơ sở sản xuất

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG

CẢI TẠO GIỐNG VSV

• Cần giống cho năng suất cao

• Thời gian lên men ngắn ít tạo bọt trong khi lên men

Lý do cải tạo giống:

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG

CẢI TẠO GIỐNG VSV

• Ít tạo sản phẩm phụ trong quá trình lên men

• Tạo được nhiều sản phẩm quý mà chủng khác không

có được như sản xuất insulin người, kháng nguyên Hbs người, …

• Khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi của môi trường cao

Lý do cải tạo giống:

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG

CẢI TẠO GIỐNG VSV

• Đột biến nhân tạo

– Sử dụng tác nhân vật lý, hóa học – Phương pháp tái tổ hợp gene

• Lựa chọn thường xuyên

– vsv rất dễ biến dị nên theo thời gian, chủng vsv

sẽ biến đổi xấu đi hoặc tốt hơn, do đó cần lựa chọn thường xuyên để thu nhận những chủng vsv mang đặc tính tốt

Phương pháp cải tạo giống:

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG

CẢI TẠO GIỐNG VSV

– Yêu cầu kỹ thuật cao

– Trong quá trình sản xuất có thể xuất hiện hiện tượng hồi biến

Nhược điểm của phương pháp cải tạo giống:

Hồi biến: đột biến từ kiểu đột biến quay về

kiểu hình hoang dại

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG

BẢO QUẢN GIỐNG VSV

*Ý nghĩa: Giữ được những đặc tính quý (không bị

thoái hóa) của vi sinh vật sống và bảo đảm cung cấp

giống cho các quá trình sản xuất

*Nhiệm vụ của việc giữ giống: Sử dụng các kỹ thuật

cần thiết để giữ cho vsv có tỷ lệ sống cao, các đặc tính

di truyền không bị biến đổi và không bị tạp nhiễm

CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG

1 Bảo quản trong môi trường thạch nghiêng

và định kỳ cấy chuyển:

– Bảo quản trong tủ lạnh với nhiệt độ 4 –

60C, thời gian tối đa là 3 tháng

– Ưu điểm: Đơn giản được sử dụng phổ biến

– Nhược điểm: Thời gian bảo quản ngắn , tính chất của chủng dễ bị thay đổi qua những lần cấy chuyển

CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG

2 Bảo quản giống trong cát hoặc trong đất sét vô trùng

– Đất và cát được xử lý để đạt đến độ mịn và vô trung tuyệt đối, sau đó trộn với vi sinh vật và đem bảo

quản trong không gian kín

– Có thể sử dụng các hạt ngũ cốc hoặc trên silicagen

– Phương pháp bảo quản giống này chủ yếu áp dụng cho vsv: ….?

CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG

3 Giữ giống bằng phương pháp lạnh đông

– Nguyên tắc: Ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong điều kiện lạnh sâu (-25 đến - 750C)

– Các chất bảo quản: Glycerin 15%, Huyết

thanh ngựa, Dung dich glucose hoặc lactose 10% hoặc sorbitol,…

– Quá trình làm lạnh từ từ : 1-20C/phút

– Thời gian cấy chuyển định kỳ:

T0 = -15 đến -200C: 6 tháng/lần T0 = -30 0 C : 9 tháng/lần

T0 = -400C: 12 tháng/lần T0 = -50 0 C: 36 tháng/lần T0 = -70 0 C: 120 tháng/lần

Phương pháp này đạt hiệu quả cao và hiện nay

được sử dụng rất phổ biến

4 Giữ giống bằng phương pháp lạnh khô (đông khô):

Trong chất mang giữ giống có các chất bảo vệ:

Glutamate: 3%

Lactose: 1,2% + pepton 1,2%

Saccharose 8% + 5% sữa + 1,5% gelatin

Đây là phương pháp giữ giống tối ưu nhất,

Giữ giống qua hàng chục năm với tỷ lện sống cao, không

bị biến tính và chiếm ít diện tích bảo quản

5 Giữ giống bằng ngân hàng gene

Chỉ giữ những gen tổng hợp nên những đặc tính có lợi

CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG

NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT

Trường hợp là tế bào sinh dưỡng:

- Nhân giống là làm tăng số lượng tế bào trong một thời gian ngắn

- Thường nhân giống trong môi trường dịch thể (nuôi cấy chìm)

Trường hợp là bào tử (đối với xạ khuẩn và nấm mốc):

- Thường nhân giống trên môi trường bán rắn và thu bào tử bằng máy hút bụi hoặc chổi quét

Giống vsv sau khi phân lập và bảo quản cần nhân giống

để sản xuất

* Giai đoạn phòng thí nghiệm

Giai đoạn hoạt hóa giống: cấy từ giống được bảo quản sang môi trường dinh dưỡng mới

Giai đoạn cấy chuyền một số lần từ thể tích nhỏ sang thể tích lớn (nhân giống cấp 1, 2, 3…)

Hoạt hóa

Nhân giống cấp 1

Nhân giống cấp 2

NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT

* Giai đoạn ở xưởng - cơ sở sản xuất

• Kết quả quá trình nhân giống: vsv sống tốt, không nhiễm,

tỷ lệ giống thu được giao động từ 1-10% so với thể tích

môi trường dinh dưỡng mới (của cấp nhân giống cao hơn)

NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT

Sơ đồ nuôi cấy giống

1.Thùng gây men 150 l cấp 1 chứa

* Nhân giống trong sản xuất –lên men

NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT

Nhân giống trong sản xuất, thể tích của các bình nhân giống cấp 1,2,3 đều lớn

• Bài tập:

– Mô tả quy trình và giải thích các bước trong quy trình phân lập VSV mang đặc tính có lợi cho thu nhận enzyme amylase từ môi trường – Mô tả quy trình và giải thích các bước trong quy trình phân lập VSV có khả năng sản xuất acid citric

• Các bước nhân giống cấp 1, 2, 3 là gì? Tại sao lại nhân

giống từng bước mà không lên men ngay?

• Đề xuất một quy trình đầy đủ các bước để cải tạo giống

vsv được mua từ một cơ sở sản xuất nhỏ