Kỹ thuật vô trùng và lên men

KỸ THUẬT VÔ TRÙNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN Ths. Bùi Hồng Quân 09.09.25.24.1909.17.27.26.25 Email: buihongquanhui.edu.vn Website: www.buihongquan.tk GBD giữ gìn màu xanh cho quê hương, xây dựng tương lai từ chất lượng cuộc sốngThs. Bùi Hồng Quân 2 KỸ THUẬT VÔ TRÙNG Kỹ thuật vô trùng diệt sạch các tế bào và bào tử của vi sinh vật trong môi trường ban đầu Khử trùng Tẩy trùng Sát trùngThs. Bùi Hồng Quân 3 PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG Vật lý Hóa học Sinh họcThs. Bùi Hồng Quân 4 Phương pháp vật lý Cơ Nhiệt Quang Bức xạThs. Bùi Hồng Quân 5 Phương pháp hóa học Cồn Oxide ethylene: khử trùng dụng cụ plastic Phenol FormalineThs. Bùi Hồng Quân 6 Cơ sở khoa học Vô trùng tương đối Vô trùng tuyệt đốiThs. Bùi Hồng Quân 7 VÔ TRÙNG TƯƠNG ĐỐI Vô trùng tương đối là vô trùng những vi sinh vật gây ảnh hưởng nghiêm trọng Cơ sở: lấn át và cạnh trang trong sinh học Sử dụng: trong quá trình lên men truyền thống và quá trình thu nhận sinh khối vi sinh vật dùng trong chăn nuôi hoặc trong quá trình chế biến tiếp theoThs. Bùi Hồng Quân 8 LÊN MEN KHÔNG VÔ TRÙNG Để cho quá trình lên men diễn ra có kết quả thì cần phải ngăn cản sự phát triển của các cơ thể lạ Trong việc sản xuất sinh khối (như sinh khối nấm men, sinh khối vi khuẩn, tảo) thường tiến hành lên men không vô trùng Sự phát triển của các cơ thể lạ bị ngăn cản mạnh mẽ bằng cách tạo ra những điều kiện nuôi sao cho chủng sản xuất có thể sinh trưởng trội hơn. Ví dụ: nhờ cơ chất đặc hiệu hay pH môi trườngThs. Bùi Hồng Quân 9 VÔ TRÙNG TUYỆT ĐỐI Tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật gây tạp, môi trường không chứa mầm mống vi sinh vật Áp dụng: thu nhận sản phẩm tinh khiết, cụ thể phần lớn là sản phẩm bậc haiThs. Bùi Hồng Quân 10 LÊN MEN VÔ TRÙNG Nhiệm vụ thanh trùng là tiêu diệt hết vi sinh vật có mặt trong môi trường (do có sẵn từ trong thành phần như nước, nguyên liệu, không khí và trên bề mặt các thiết bị tiếp xúc với môi trường) Những vi sinh vật này còn sống sót sẽ phát triển cạnh tranh với chủng sản xuất, làm hỏng quá trình lên men Các vi sinh vật thường có sức bền với nhiệt, một số có mặt trong nguyên liệu dưới dạng bào tử. Muốn diệt chúng phải gia nhiệt tới 120oC– 121oC trong vài chục phútThs. Bùi Hồng Quân 11 KHỬ TRÙNG BẰNG NỒI HẤP Trong lên men từng mẻ các thiết bị sau khi làm vệ sinh được khử trùng bằng hơi nóng tới 120oC – 130oC. Sau đó mới cho môi trường lỏng vào các nồi lên men khử trùng môi trường cùng với cả hệ thống khuấy và các đoạn đường ống, van tiếp cận Việc gia nhiệt cao có thể dẫn đến sự phá hủy các thành phần dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt và caramen hóa các nguồn đường cũng như xảy ra các phản ứng melanoid giữa đường với amino acid hoặc các vitamin bị phá hỏng Những thành phần mẫn cảm với nhiệt có khi phải khử trùng riêng, sau đó mới trộn lẫn hoặc khử trùng theo phương pháp khác như lọc qua phin vô trùng Ngoài cách khử trùng theo phương pháp hơi nước gián đoạn này, người ta còn dùng phương pháp khử trùng bằng hơi liên tục bằng cách cho môi trường chảy qua thiết bị khử trùng chuyên dụng ở nhiệt độ 140oC trong vài phútThs. Bùi Hồng Quân 12 KHỬ TRÙNG MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY BỀ MẶT Môi trường nuôi cấy bề mặt thường là những hợp chất rắn (cám, bột và các chất dinh dưỡng) Trong sản xuất công nghiệp môi trường rắn được khử trùng bằng hơi nóng trong thiết bị chuyên dùng với áp suất dư, đạt nhiệt độ 104oC – 110oC Thanh trùng bằng hơi nóng có thể qua hai giai đoạn: – Giai đoạn đầu nâng nhiệt độ tới 100oC và đảo khối môi trường liên tục trong 15 – 20 phút – Giai đoạn sau nâng nhiệt độ tới 110oC khoảng 60 – 90 phút và cứ sau 15 phút lại đảo môi trường 3 – 5 phútThs. Bùi Hồng Quân 13 KHỬ TRÙNG MÔI TRƯỜNG LỎNG NUÔI CẤY CHÌM Khử trùng nồi lên men và hệ thống đường ống tiếp xúc với môi trường bằng hơi nóng Cho dịch môi trường đã pha chế vào nồi (lượng dịch bằng ¾ thể tích nồi và phải tính thêm phần nước ngưng khi cho hơi trực tiếp vào môi trường) Gia nhiệt tới nhiệt độ thanh trùng Giữ ở nhiệt độ này trong khoảng thời gian thanh trùng cần thiết Làm nguội dịch ở ngay trong nồi bằng cách cho nước vào vỏ hoặc ống xoắn trao đổi nhiệt cùng với hệ thống khuấy làm việcThs. Bùi Hồng Quân 14 KHỬ TRÙNG MÔI TRƯỜNG LỎNG NUÔI CẤY Để tránh biến đổi thành phần dinh dưỡng của môi trường nên chỉ tiến hành ở nhiệt độ 110oC – 120oC trong khoảng thời gian 1 – 1,5 giờ từ lúc đạt được nhiệt độ tới hạn Ngoài ra có thể tiến hành thanh trùng liên tục ở nhiệt độ cao hơn (140oC – 145oC) và giữ ở thời gian ngắn hơn (5 – 15 phút) ở nhiệt độ nàyThs. Bùi Hồng Quân 15 KHỬ TRÙNG BẰNG HÓA CHẤT Đối với những chất kém bền nhiệt dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao thì việc khử trùng có thể bằng cách lọc qua phin lọc hoặc bằng các hóa chất diệt khuẩn Sử dụng các hóa chất diệt khuẩn cần phải cân nhắc kỹ về tính gây độc cho vi sinh vật nuôi cấy, cho người sử dụng sản phẩm cũng như về vệ sinh an toàn lao động Một số hóa chất được dùng để khử trùng trong một số trường hợp ngoại lệ như ethylenoxyl, propiolacton rất thích hợp cho việc khử trùng các chất kém bền nhiệt (enzyme) – Ethylenoxyl hỗn hợp với không khí theo tỷ lệ 3 – 8% sẽ gây nổ, vì vậy khi dùng phải trộn lẫn với CO2 hoặc N2 – Vì vậy khử trùng bằng hóa chất ít được sử dụng trong công nghệ lên menThs. Bùi Hồng Quân 16 CUNG CẤP KHÍ Không khí dùng để cung cấp oxy đựơc khử trùng bằng cách lọc khử trùng Nguyên liệu lọc thường dùng là bông đá, bông thủy tinh hoặc bông Hiện nay trong công nghệ vi sinh phổ biến là các loại màng lọc Lọc khử trùng có thể sử dụng để làm sạch không khíThs. Bùi Hồng Quân 17 CUNG CẤP KHÍ SẠCH CHO NUÔI CẤY BỀ MẶT Cung cấp khí sạch cho nuôi cấy bề mặt là một bộ phận những máy điều hòa và làm sạch khí đặt ở bên trên hoặc bên cạnh phòng nuôi cấy Trong các xí nghiệp sản xuất quy mô lớn có thể thiết kế để sử dụng khí tuần hoàn Việc cung cấp khí sạch còn có bộ phận điều nhiệt và điều ẩm để đảm bảo nhiệt độ và độ ẩm tối ưu cho quá trình nuôi cấy tránh làm khô môi trườngThs. Bùi Hồng Quân 18 CUNG CẤP KHÍ CHO QUÁ TRÌNH NUÔI CẤY CHÌM Không khí => lọc sơ bộ => máy nén => làm nguội không khí => tách dầu mỡ => lọc tổng thể => lọc riêng =>cấp cho thiết bị lên men Lọc sơ bộ: hai lớp lưới inox đặt trước và sau hai đầu hộp hình trụ (giữa hai lớp lưới xếp mảnh sứ, có tẩm dầu nhờn) Phin lọc không khí cấu tạo theo hình trụ, bên trong xếp vật liệu lọc (bông thủy tinh, bông mỡ vải, amiang, màng lọc vi sinh,…)Ths. Bùi Hồng Quân 19 THANH TRÙNG KHÔNG KHÍ TRONG SẢN XUẤT Không khí trong phòng: không khí là vật chất có thể len lỏi vào tất cả các vị trí, các khe trong máy móc thiết bị,…=> làm sao thanh trùng? Biện pháp: – Đèn UV: Lắp ráp như đèn huỳnh quang Ưu điểm: tiêu diệt nhanh, không để lại dấu vết Nhược điểm: không tiêu diệt được bào tử, sự tiêu diệt vi sinh vật bị cản trở – Formalin: Xử lý trước khi làm thí nghiệm Ưu điểm: rẻ, nhanh, hạn chế được nhược điểm của việc sử dụng đèn UV Nhược điểm: độc hại, còn lưu lại trong không khí => Huấn lyện giống quen dần với formalin – Màng lọc: Thùng nuôi cấy (tủ cấy vô trùng) Điều kiện: thực hiện trước khi nuôi cấy Ưu điểm: ít tốn điện, đầy không khí một phí, hút không khí một phíaThs. Bùi Hồng Quân 20 PHÒNG VÔ TRÙNG Phòng vô trùng, phòng cấy, tủ cấy vô trùng Phòng vô trùng thổi khí vô trùng tạo áp suất ao bên trong phòng (người thực hiện: phả qua phòng riêng tắm và mặc quần áo chuyên biệt phủ toàn thân)Ths. Bùi Hồng Quân 21 KIỂM TRA MỨC ĐỘ SẠCH CỦA KHÔNG KHÍ Hệ thống cung cấp không khí: bắt buộc phải qua kiểm tra vi sinh vật định kỳ Phương pháp kiểm tra: kiểm tra vi sinh vật không khí trong phòng thí nghiệmThs. Bùi Hồng Quân 22 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN Trong quá trình thu nhận các sản phẩm sinh học nói chung và các chế phẩm diệt sâu hại nói riêng, tùy từng đối tượng vi sinh vật mà người ta áp dụng các phương pháp lên men khác nhau Các phương pháp lên men gồm: – Nuôi không liên tục Nuôi cấy chìm Nuôi cấy bề mặt Nuôi cấy xốp – Nuôi cấy liên tụcThs. Bùi Hồng Quân 23 NUÔI KHÔNG LIÊN TỤC Phương pháp nuôi không liên tục (batch culture) hay còn gọi là nuôi gián đoạn Vi sinh vật sinh trưởng đến khi một thành phần chủ yếu của môi trường dinh dưỡng bị giới hạn Culture (giống) chuyển từ pha lũy thừa sang pha cân bằng Sinh trưởng gắn liền với sự thay đổi kéo dài của điều kiện nuôi, sự giảm chất dinh dưỡng và sự tăng khối lượng tế bào Trong quá trình đó trạng thái sinh lý của tế bào cũng thay đổi Việc tạo thành sản phẩm mong muốn liên quan với một trạng thái sinh lý nhất định trong pha sinh trưởng Không thể duy trì được trạng thái này trong một thời gian dài Phương pháp nuôi gián đoạn thường được sử dụng cho sự lên men vô trùng Dễ dàng về mặt kỹ thuậtThs. Bùi Hồng Quân 24 NUÔI KHÔNG LIÊN TỤC – NUÔI CHÌM Dùng cho cả vi sinh vật kị khí và hiếu khí Đối với nuôi vi sinh vật kị khí trong quá trình nuôi không cần sục khí, chỉ thỉnh thoảng khuấy trộn Vi sinh vật hiếu khí thì phải sục khí liên tục Là phương pháp hiện đại đã được dùng trong khỏang nửa cuối thế kỷ XX Kết quả lớn đối với công nghệ vi sinh Nuôi chìm hay nuôi cấy bề mặt sâu dùng trong môi trường dịch thể Chủng vi sinh vật cấy vào môi trường được phân tán khắp mọi điểm và chung quanh bề mặt tế bào được tiếp xúc với dịch dinh dưỡng Đặc điểm này đòi hỏi trong suốt quá trình nuôi cấy phải khuấy và cung cấp oxy bằng cách sục khí liên tụcThs. Bùi Hồng Quân 25 Phương pháp nuôi cấy chìm được dùng phổ biến trong công nghệ vi sinh Men bánh mì Protein đơn bào Các chế phẩm vi sinh làm phân bón Thuốc trừ sâu Các enzyme Các acid amin Vitamin, các chất kháng sinh, các chất kích thích sinh học,…Ths. Bùi Hồng Quân 26 ƯU ĐIỂM Tốn ít mặt bằng xây dựng và lắp đặt dây chuyền Chi phí điện năng, nhân lực, các khỏan phụ cho một đơn vị sản phẩm thấp Dễ tổ chức được xí nghiệp có sản lượng lớn Các thiết bị lên men chìm dễ cơ khí hóa, tự động hóaThs. Bùi Hồng Quân 27 NHƯỢC ĐIỂM Đòi hỏi trang bị kỹ thuật cao, dễ bị nhiễm trùng toàn bộ Những thiết bị lên men chìm cần phải chế tạo đặc biệt, chịu áp lực cao, đòi hỏi kín và vô trùng tuyệt đối Trong lên men chìm phải khuấy, sục khí liên tục (đối với vi sinh vật hiếu khí) vì vi sinh vật chỉ sử dụng được oxy hòa tan trong môi trường. Khí được nén qua một hệ thống lọc sạch tạp trùng, hệ thống này tương đối phức tạp và dễ gây nhiễm cho môi trường nuôi cấy.Ths. Bùi Hồng Quân 28 NUÔI KHÔNG LIÊN TỤC – NUÔI CẤY BỀ MẶT Các tế bào vi sinh vật tồn tại ở bề mặt môi trường. Các tế bào hướng về khoảng không khí được cung cấp đầy đủ oxy. Ở các váng nấm, chất dinh dưỡng của môi trường chỉ được hấp thu nhờ các tế bào chìm và được chuyển vào sợi nấm khí sinh. Sự tạo váng trong phương pháp nuôi bề mặt dẫn tới một trạng thái sinh lý có ý nghĩa quan trọng (đối với việc sản xuất các chất trao đổi, ví dụ sản xuất acid citric hay các enzyme). Cố gắng đạt đến trạng thái sinh lý tương ứng với môi trường nuôi cấy chìm Ưu điểm: – Đơn giản, ít tốn chi phí Nhược điểm: – Không phát triển một cách trọn vẹn như nuôi cấy chìmThs. Bùi Hồng Quân 29 NUÔI KHÔNG LIÊN TỤC – NUÔI CẤY XỐP Nuôi hệ sợi nấm trên các cơ chất rắn: lúa mì, cám hoặc lúa nước trong các thùng quay chậm Phương pháp này được dùng để sản xuất một số enzyme Phương pháp này thường thích hợp cho một số nấm mốc và xạ khuẩn Việc nuôi thường được tiến hành trên các khay phẳng xếp chồng lên nhau và ủ trong các buồng chứa vô trùng đóng kín. Giống được cấy vào bằng cách thổi bào tử vào bên trong buồng chứa Giống vi sinh vật hiếu khí sau khi cấy sẽ phát triển trên bề mặt và dần dần lan xuống phía dưới theo các kẽ hở giữa các cấu tử thành phần môi trườngThs. Bùi Hồng Quân 30 NUÔI KHÔNG LIÊN TỤC – NUÔI CẤY XỐP Một số vi khuẩn cũng có thể sản xuất theo phương pháp này Độ ẩm của môi trường khoảng 55 – 60% Khi vi sinh vật phát triển sẽ thải CO2 gây hiện tượng tỏa nhiệt làm nóng và khô môi trường => cần phải thông gió, phun mù hoặc làm ẩm trực tiếp để giữ cho độ ẩm tương đối của không khí khoảng 90% Nhược điểm: – Tốn nhiều diện tích mặt bằng, khó cơ khí hóa và tự động hóa – Chi phí nhân công, điện nước,… cho một đơn vị sản phẩmThs. Bùi Hồng Quân 31 NUÔI CẤY LIÊN TỤC Môi trường mới cho vào đúng bằng lượng môi trường cũ(sản phẩm) rút ra Quy trình được sản xuất liên tục Duy trì trạng thái ổn định: – Môi trường cung cấp vào bồn theo tốc độ thích hợp – Sự hình thành sinh khối mới cân bằng với sự mất sinh khối từ bồn – Trạng thái cân bằng được thiết lậpThs. Bùi Hồng Quân 32 PHƯƠNG PHÁP ĐƠN CẤP Nuôi vi sinh vật trong một nồi lên men Môi trường dinh dưỡng được bổ sung cũng như môi trường đã lên men rút ra khỏi nồi lên men một cách liên tục với cùng một tốc độ Phương pháp đơn giản, dễ ứng dụng Sản xuất để thu sinh khối nấm men hoặc sản phẩm là các chất chuyển hóa gắn trực tiếp với sự phát triển của tế bàoThs. Bùi Hồng Quân 33 PHƯƠNG PHÁP NHIỀU CẤP Vi sinh vật được nuôi ở hệ thống nồi lên men đặt làm nhiều cấp Nồi thứ nhất được dùng cho vi sinh vật phát triển tốt nhất Các nồi sau để các tế bào tiết ra chất chuyển hóa Môi trường dinh dưỡng mới được bổ sung vào nồi thứ nhất và từ đó lần lượt chày vào nồi tiếp theo Nồi lên men thường xuyên được cung cấp thêm dung dịch dinh dưỡng mới Cũng với tốc độ như vậy, môi trường đã bị sử dụng một phần và các tế bào đã được rút điThs. Bùi Hồng Quân 34 PHƯƠNG PHÁP NHIỀU CẤP Việc khuấy và thông khí nhằm trộn đều chất chứa trong nồi lên men(hệ thống đồng nhất)=> Các tế bào trong nồi lên men luôn luôn sinh trưởngtheo hàm số mũ và luôn luôn tồn tại trong cùng những điều kiện sinh lý Tuy nhiên, các tế bào đang phân chia và các tế bào không phân chia cùng tồn tại vì không có sự sinh sản đồng bộ Các tế bào chỉ hoạt động trong một thời gian nhất định nên sau một thời gian nào đó cần phải thay thế hoặc bổ sung giống Thực chất thì hệ thống này là sự kéo` dài pha cân bằng của sự nuôi gián đoạn nhờ việc đưa cơ chất vào một cách liên tụcThs. Bùi Hồng Quân 35 ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY LIÊN TỤC Giảm bớt thời gian làm vệ sinh thiết bị, khử khuẩn và làm nguội Giảm bớt thể tích của tòan bộ thiết bị Lao động dễ dàng và có khả năng tự động hóa các thao tác Tăng hiệu suất của tòan bộ quá trìng công nghệ nhờ chọn lọc tốt nhất các điều kiện thao tácThs. Bùi Hồng Quân 36 NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY LIÊN TỤC Đòi hỏi cán bộ và công nhân thành thạo chuyên môn. Khi hoạt động, cùng một lúc phải có đủ các dạng năng lượng cần thiết, giá thành cao đối với tự động hóa và dụng cụ đo lường hiện đại Trong quá trình nuôi cấy tế bào vi sinh vật có thể có những đột biến bất ngờ xảy ra làm hỏng cả quá trình Phải vô khuẩn tuyệt đối trong toàn bộ thời gian thao tác. Vì trong quá trình nuôi liên tục đã tạo ra các điều kiện tối ưu cho chủng nuôi cấy thì cũng tối ưu đối với nhiều loại tạp khuẩnThs. Bùi Hồng Quân 37 FED – BATCH Là kiểu nuôi cấy không liên tục (nuôi cấy theo mẻ batch) Môi trường được bổ sung liên tục mà không loại bỏ dịch nuôi cấy Theo thời gian thể tích dịch nuôi cấy tăngThs. Bùi Hồng Quân 38 CÁC DẠNG FED – BATCH Sử dụng môi trường thêm vào tương tự môi trường ban đầu (MT batch) => tăng thể tích Sử dụng cơ chất giới hạn thêm vào có nồng độ tương tự MT batch => tăng thể tích Cô đặc dung dịch cơ chất giới hạn => tăng thể tích vừa phải Dung dịch cơ chất giới hạn rất đặc => tăng thể tích nhẹ Hệ thống lên men fed – batch sẽ duy trì nồng độ cơ chất giới hạn ở mức sinh lý Tránh ảnh hưởng ức chế do nồng độ cơ chất caoVI SINH VẬT TRONG CÔNG NGHỆ LÊN MEN Ths. Bùi Hồng Quân 09.09.25.24.1909.17.27.26.25 Email: buihongquanhui.edu.vn Website: www.buihongquan.tk GBD giữ gìn màu xanh cho quê hương, xây dựng tương lai từ chất lượng cuộc sốngSINH LÝ VI SINH VẬT Chia làm bốn giai đoạn: – Pha lag: làm quen môi trường, kéo dài hay ngắn tùy theo giống vi sinh vật – Pha log: vi sinh vật phát triển mạnh tăng sinh khối nhanh theo cấp số 2n – Pha cân bằng: nguồn dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt, số tế bào sinh ra bằng số tế bào chết đi – Pha suy vong: nguồn dinh dưỡng đã cạn kiệt, chất thải từ hoạt động sống của vi sinh vật tích tụ càng nhiều, số lượng tế bào chết nhiều hơn số lượng tế bào sống Trong công nghệ lên men chúng ta thường quan tâm đến pha lag và pha cân bằng. Pha lag càng ngắn thì quá trình lên men càng nhanhQUÁ TRÌNH LÊN MEN HAI PHA • Pha 1: là pha sinh trưởng, thu nhận sản phẩm bậc 1 – Sinh tổng hợp protein và xây dựng tế bào – Các tế bào trẻ sinh trưởng nhanh và tăng sinh khối – Bao gồm từ nhân giống và thời gian đầu quá trình lên men – Sản phẩm trao đổi chất không có hoặc bắt đầu tích tụ với số lượng nhỏ. Dấu hiệu chuyển qua pha thứ haiQUÁ TRÌNH LÊN MEN HAI PHA • Pha 2: tích tụ các sản phẩm trao đổi chất, các tế bào vi sinh vật trưởng thành, sinh khối phát triển chậm hoặc ngừng phát triển => thu nhận sản phẩm bậc hai – Bắt đầu giống vi sinh vật phát triển chậm lại – Các sản phẩm trao đổi chất tích tụ trong pha này – Môi trường dinh dưỡng còn ít hoặc bắt đầu cạn kiệt • Thời kỳ đầu pha 2: tích tụ nhiều sản phẩm trong môi trường • Thời kỳ cuối pha 2: – Sinh khối giảm do tế bào tự phân – Tích tụ sản phẩm bậc 2 ít – Một số sản phẩm lại trở thành nguồn dinh dưỡng của vi sinh vật (giống có thể đồng hóa trở lại sản phẩm) – Hiện tượng tế bào tự phân làm tăng độ nhớt dịch lên men – Quá trình lên men thu nhận sản phẩm bậc 2: kết thúc trước thời kỳ cuối của pha 2QUÁ TRÌNH LÊN MEN HAI PHA Thu sản phẩm bậc 2: • Thu sản phẩm bậc 2 không nằm trong giai đoạn thu sinh khối mà phải đợi thời gian thoát ra môi trường => chậm hơn • Vi sinh vật luôn có quá trình tự phân => thoát ra ngoài môi trường. Muốn thu sản phẩm bậc 2 phải đợi qua giai đoạn vi sinh vật phát triển sinh khối cực đại • Chọn các điều kiện phát triển tối ưu của giống vi sinh vật trong pha 1 (nếu để thu sản phẩm bậc 2 thì càng cần nghiên cứu để rút ngắn giai đoạn này (pha log)) • Xác định những điều kiện chuyển tiếp từ pha 1 sang pha 2 => khảo sát biến động của quá trình lên men • Tìm những nguyên nhân làm giảm hàm lượng các sản phẩm được tạo thành sau khi đã đạt mức tối đa (tự phân, tạp nhiễm, đồng hóa ngược lại,…)QUÁ TRÌNH LÊN MEN HAI PHA • Pha 1: – Môi trường nhân giống giàu các chất dinh dưỡng hơn môi trường lên men – Môi trường nhân giống có hàm lượng đường thấp hơn môi trường lên men • Pha 2: – Thành phần môi trường ảnh hưởng đến sự chuyển tiếp từ pha 1 sang pha 2 – Thay đổi thành phần môi trường dinh dưỡng: thay đổi hoạt lực và hình thái của giống – Thay đổi hình thái: tính chất tế bàoQUÁ TRÌNH LÊN MEN HAI PHA • Phải biết sản phẩm cần thu sinh ra ở giai đoạn nào của quá trình nuôi cấy • Tìm ra trạng thái sinh lý của vi sinh vật cho năng suất tạo sản phẩm đạt cao nhất và duy trì nó trong thời gian dài • Nhiều trường hợp đặt ra là vi sinh vật đạt trạng thái sinh trưởng phát triển tối ưu không đồng thời cho ra sản phẩm với hiệu suất caoVAI TRÒ CỦA GIỐNG VI SINH VẬT • Giống đóng vai trò quyết định: –Năng suất sinh học => giảm chi phí cho qúa trình sản xuất –Chất lượng sản phẩm lên men –Vốn đầu tư cho sản xuất –Giá thành sản phẩmYÊU CẦU VỀ GIỐNG • Cho sản phẩm có số lượng và chất lượng cao hơn các sản phẩm phụ khác • Năng suất sinh học cao • Sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, hoặc phối hợp với các nguồn phế liệu, phế thải công nghiệp thực phẩm • Sản phẩm dễ thu nhận và tinh sạch • Tính ổn định của giống • Tính thích nghi trong điều kiện lên men công nghiệp • Tính cạnh tranh và ức chế, sinh sản và phát triển mạnh • Tốc độ trao đổi chất mạnhPHÂN LẬP GIỐNG – PHÂN LẬP TỰ NHIÊN • Tự nhiên là nguồn vô tận để thu nhận các giống vi sinh vật • Nguyên tắc cơ bản: cơ chất nào thì có mặt vi sinh vật phân hủy cơ chất đó • Năng suất sinh học không cao • Chưa thích nghi sản xuất quy mô công nghiệpTIẾN HÀNH PHÂN LẬP • Xác định vị trí phân lập giống • Môi trường tập trung: để loại dần các vi sinh vật không mong muốn • Môi trường đặc hiệu: chỉ cho phép vi sinh vật cần phân lập phát triển • Định danh giống cần phân lậpPHÂN LẬP GIỐNG TRONG NHÀ MÁY • Dễ thích nghi trong điều kiện sản xuất • Cho năng suất và chất lượng sản phẩm sinh học cao • Trong nước thải, chất thải có mật độ vi sinh vật cần quan tâm nhất • Phân lập tương tự trong tự nhiênHOẠT HÓA GIỐNG • Môi trường bồi dưỡng • Sàng lọc giống • Rút gọn pha lag • Chiếu tia tử ngoại, laser => không gây đột biến => kích hoạt giống. Ví dụ: nấmTUYỂN CHỌN • Nguyên tắc: ở đâu có cơ chất thì ở đó có vi sinh vật phân giải cơ chất đó • Tự nhiên: có hệ gen ổn định • Nhà máy: phòng thí nghiệm nhà máy, thùng lên men, nước thải, chất thải • Ngân hàng giống vi sinh vật • Ví dụ: – Phân lập giống Bifidobacteria để ứng dụng trong sản xuất chế phẩm probiotic – Phân lập giống Lactococcus lactis để ứng dụng trong sản xuất chế phẩm Bacteriocin – Phân lập giống Bacillus subtilis để ứng dụng trong sản xuất probioticNÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIỐNG • Thay đổi đặc tính di truyền: – Phương pháp di truyền cổ điển – Lai • Ưu điểm: dễ thực hiện • Nhược điểm: giới hạn trong loài – Phương pháp tạo tế bào trần – Gây đột biến • Ưu điểm: phá vỡ giới hạn loài • Nhược điểm: không định hướng • Phương pháp hiện đại – Phương pháp chuyển gen – Phương pháp tạo dòngHUẤN LUYỆN THÍCH NGHI • Nguyên tắc: tất cả các vi sinh vật có khả năng thích nghi cao • Huấn luyện thích nghi với điều kiện sản xuất công nghiệp • Tiếp cận với năng suất sinh học cao nhất của nó trong tự nhiên, những yếu tố ảnh hưởng như: nhiệt độ, pH, enzyme,… • Bắt nó phải thay đổi quá trình trao đổi chất • Huấn luyện thích nghi để nâng cao chất lượg giống • Thay đổi các yếu tố tạo ra tính thích nghi • Tính thích nghi chỉ biểu hiện khi các yếu tố tác động đến tính thích nghi đó tồn tại (vì tính thích nghi không di truyền) • Ví dụ: nâng cao biểu hiện gen amylaseNGUYÊN LÝ SINH TỔNG HỢP THỪA Ở VI SINH VẬT • Quá trình trao đổi chất tuân theo nguyên tắc kinh tế và hài hòa: không tổng hợp những chất quá thừa so với nhu cầu phát triển • Cơ chế sinh tổng hợp thừa (siêu tổng hợp): cấu trúc không gian của enzyme và cơ chế di truyềnNhững nguyên tắc điều hòa trao đổi chất • Điều hòa hoạt tính enzyme nhờ sự ức chế quá trình tổng hợp của chính nó • A > B > C > X • (b) (c) • Enzyme (a): thay đổi cấu hình không gian khi có mặt sản phẩm cuối > giảm bớt hoạt tính xúc tác • (a) có khả năng gắn với A • Nếu X dư thừa => bao vây trung tâm dị lập thể => trung tâm xúc tác bị biến đổi => (a) không thể gắn với A mà chỉ gắn với X => (a) không có hiệu lực chuyển A thành B => chuỗi sinh tổng hợp X bị gián đoạn => X giảmNGUYÊN LÝ SINH TỔNG HỢP THỪA Ở VI SINH VẬT • Vị trí các axít amin trong cấu trúc enzyme: – Sự sai lệch thứ tự sắp xếp hay số lượng các axít amin nằm trong các trung tâm hoạt động – Sự thay đổi axít amin trong trung tâm kiềm chế > mất khả năng kết hợp với chất kiềm chếNHỮNG PHƯƠNG PHÁP GIỮ GIỐNG THUẦN CHỦNG VÀ ỔN ĐỊNH HOẠT TÍNH SINH HỌC Trên môi trường agar: – Phổ biến, đơn giản, tiện lợi – Thời gian giữ giống ngắn – Dễ mất hoạt tính di truyền ban đầu của giống – Tốn nhiều công sức – Dễ nhiễm bacteriophage, mất nướcNHỮNG PHƯƠNG PHÁP GIỮ GIỐNG THUẦN CHỦNG VÀ ỔN ĐỊNH HOẠT TÍNH SINH HỌC • Dưới lớp dầu khoáng – Phủ lên môi trường agar đã có vi sinh vật một lớp dầu khoáng – Thời gian bảo quản là 12 tháng • Trên cát, đất – Giữ vi sinh vật có bào tử • Silicagen và hạt ngũ cốc – Tương tựNHỮNG PHƯƠNG PHÁP GIỮ GIỐNG THUẦN CHỦNG VÀ ỔN ĐỊNH HOẠT TÍNH SINH HỌC • Giấy lọc – Bảo quản vi sinh vật có bào tử trong nhiều năm – Thời gian ngắn hơn so với giữ giống trên cát, đất, ngũ cốc • Gelatin • Phương pháp lạnh sâu – Sự phát triển của vi sinh vật bị ức chế ở nhiệt độ lạnh sâuNHỮNG PHƯƠNG PHÁP GIỮ GIỐNG THUẦN CHỦNG VÀ ỔN ĐỊNH HOẠT TÍNH SINH HỌC • Phương pháp đông khô – Có 3 giai đoạn: – Lạnh đông (tiền đông khô) – Sấy chính – Sấy phụVI SINH VẬT TẠP NHIỄM TRONG CÔNG NGHỆ LÊN MEN Ths. Bùi Hồng Quân 09.09.25.24.1909.17.27.26.25 Email: buihongquanhui.edu.vn Website: www.buihongquan.tk GBD giữ gìn màu xanh cho quê hương, xây dựng tương lai từ chất lượng cuộc sốngNHIỄM KHUẨN VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN • Hệ vi sinh vật ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men ở những mức độ khác nhau • Vi khuẩn tạp nhiễm thường là vi khuẩn tạp ăn, tiêu thụ các chất dinh dưỡng nhiểu và phát triển nhanh, lấn át các chủng nuôi cấy • Sản phẩm trao đổi chất sinh ra bởi tạp hiễm ảnh hưởng đến chất lượng lên men chính • Tạp nhiễm có thể làm ảnh hưởng một phần hay toàn bộ quá trình lên menNguyên nhân gây nhiễm: • Nhiễm từ ống giống • Nhiễm trong quá trình nhân giống • Dụng cụ tiệt trùng chưa tiệt để • Môi trường thanh trùng chưa triệt để • Do khí nén chưa lọc sạch • Thao tác • Các thiết bịPhương pháp phát hiện tạp nhiễm • Soi kính hiển vi • Nuôi cấy trên môi trườngVIRUS VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN • Tạp nhiễm cực kỳ nguy hiểm • Gây hỏng hàng loạt đợt lên men, giảm hoạt lực, thoái hóa giống, diệt giống hoặc mất giống • Ngừng sản xuất • Đặc tính của bacteriophage là làm tan các tế bào vi sinh vật, làm phân hủy tế bào hàng loạt • Hiện tượng: tế bào vi khuẩn dưới kính hiển vi bị biến dạng, to, phình ra, hình que thành hình cầu…KỸ THUẬT CỐ ĐỊNH TẾ BÀO VI SINH VẬT Ths. Bùi Hồng Quân 09.09.25.24.1909.17.27.26.25 Email: buihongquanhui.edu.vn Website: www.buihongquan.tk GBD giữ gìn màu xanh cho quê hương, xây dựng tương lai từ chất lượng cuộc sốngĐỊNH NGHĨA • Sự cố định tế bào vi sinh vật là quá trình gắn tế bào vi sinh vật vào phase riêng biệt tách khỏi phase tự do của dung dịch, nhưng vẫn có khả năng trao đổi chất với các phân tử cơ chất có mặt trong phase tự do nói trên • Cố định vi sinh vật là việc gắn tế bào vi sinh vật vào chất mang không hòa tan trong nước. Tế bào sau khi cố định có thể sử dụng nhiều lần, không lẫn vào sản phẩm và có thể chủ động ngừng phản ứng mong muốnPHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP • Trên bề mặt chất mang • Trong lòng chất mang • Không mang chất mang • Một số phương pháp khác: gel lạnh sâu, cố định liên hợp, nhờ photopolymerCHẤT MANG CỐ ĐỊNH TẾ BÀO • Vai trò: – Đóng vai trò quyết định lựa chọn phương pháp – Quyết định tính hiệu quả của quá trình cố địnhYÊU CẦU • Điểm quan tâm đầu tiên khi lựa chọn chất mang là phải rẻ tiền. Điều này liên quan đến hiệu quả kinh tế của quy trình công nghệ, đặc biệt là khi quy trình đó ứng dụng vào quy mô công nghiệp • Chất mang phải có tính chất cơ lý bền vững, ổn định. Nhờ đó mà chất mang mới chịu được các điều kiện môi trường như khuấy trộn, áp lực trong quy trình sản xuất • Về mặt hóa học chất mang phải bền vững, không tan trong môi trường phản ứng • Chất mang không được làm mất hay ức chế hoạt tính enzyme của vi sinh vậtYÊU CẦU • Chất mang phải có tính kháng khuẩn cao, bền vững với sự tấn công của vi sinh vật • Phù hợp hình dạng thiết bị phản ứng sinh học • Chất mang phải được chọn lọc sao cho cố định vi sinh vật dễ dàng • Chất mang có thể sử dụng nhiều lần • Chất mang phải an toàn cho môi trường sống • Chất ang phải có độ trương tốt, có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn. Tính chất này của chất mang vừa tăng khả năng cố định vi sinh vật vừa tăng khả năng tiếp xúc của cơ chất với enzyme, nhờ đó làm tăng hoạt tính enzyme và số lần tái sử dụng • Chất mang có thể có cấu trúc siêu lỗ, lỗ xốp, dạng hạt, dạng màng, dạng phim mỏngPHÂN LOẠI • Polysaccharide: cellulose, alginate, carrageenan… • Protein: collagen, keratin… • Hữu cơ tổng hợp: polysaccharide, polyvinylacetate… • Vô cơ tự nhiên: than hoạt tính, zeolit, silicate… • Vô cơ tổnh hợp: silicagel, Al2O3…ƯU ĐIỂM CỦA TẾ BÀO CỐ ĐỊNH • Mật độ tế bào cao • Sản phẩm sạch • Có thể tái sử dụng nhiều lần • Chịu được sự tác động bên ngoài • Điều chỉnh được kích thước khối vi sinh vật cố định phù hợp với môi trường phản ứng, reactor • Enzyme của tế bào vẫn xúc tác phản ứng hóa sinh, không tan trong nước • Kích thước thiết bị nhỏ, gọn • Quá trình sản xuất liên tục, tế bào vi sinh vật không bị rửa trôi • Sử dụng được nhiều loại cơ chất, quy trình thiết kế đơn giản hơn • Chất lượng sản phẩm đồng đều • Tế bào cố định được bảo vệ ít bị ức chế bởi cơ chất và sản phẩm cuốiNHƯỢC ĐIỂM CỦA TẾ BÀO CỐ ĐỊNH • Hoạt lực thấp hơn tế bào tự do • Trong môi trường phản ứng sử dụng tế bào cố định, không thể không tránh khỏi hiện tượng rửa trôi tế bào ra khỏi chất mang. Các tế bào này sẽ lẫn vào sản phẩm, dẫn đến khó khăn trong việc chiết tách, tinh sạch sản phẩm, gây tốn kém chi phí • pH hoạt động tối ưu bị chuyển dịch sang kiềm hay acid so với tế bào bình thường • Tế bào cố định cũng đòi hỏi về dinh dưỡng đầy đủ để có thể hoạt động bình thường, thực hiện trao đổi chất. • Cơ chất muốn vào trong tế bào để thực hiện trao đổi chất tạo ra sản phẩm phải qua chất mang, thành tế bào, màng tế bào…Các chất này ảnh hưởng đến sự thẩm thấu vào và ra của cơ chất và sản phẩmCÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TẾ BÀO CỐ ĐỊNH • Bản thân chất mang polymer ngăn cản sự khuếch tán tự do của các phân tử theo hướng tới enzyme cũng như đi khỏi enzyme từ đó ảnh hưởng tới hiệu quả xúc tác của enzyme • Nếu cố định trên chất mang có phân tử lượng cao: giảm đáng kể hoạt tính của chúng trên bề mặt so với các chất mang có phân tử lượng thấp • Các tính chất lý hoc của chất mang: tính kỵ nước, háo nước, hòa tan, bền cơ học…đều ảnh hưởng nhất định đến khả năng cố định • Bản chất hóa học của chất mang cũng ảnh hưởng đáng kể tới khả năng hấp phụ lên cơ chấtẢnh hưởng của sự khuếch tán cơ chất, sản phẩm và các phân tử khác • Tốc độ khuếch tán cơ chất, sản phẩm và các chất khác phụ thuộc vào các yếu tố: – Kích thước lỗ gel của chất mang polymer – Trọng lượng phân tử của cơ chất – Sự chênh lệch nồng độ giữa vùng môi trường vi mô xung quanh vi sinh vật và dung dịch tự do – Những giới hạn khuếch tán có thể được thể hiện ở 2 dạng hàng rào khuếch tán bên ngoài và bên trongẢnh hưởng của sự khuếch tán cơ chất, sản phẩm và các phân tử khác • Rào khuếch tán bên ngoài xuất hiện là do có sự tồn tại của lớp mỏng dung môi bao xung quanh hạt polymer • Các chất khuếch tán vào lớp này nhờ sự kết hợp của khuếch tán phân tử thụ động và sự đối lưu • Độ dày của lớp phụ thuộc vào tốc độ khuấy trộn dung dịch xung quanh các hạt chứa tế bào cố định • Việc gia tăng tốc độ pha trộn sẽ làm giảm rào khuếch tán bên ngoài • Trong bất kỳ quy trình công nghệ nào, tốc độ khuấy đảo đóng vai trò hết sức quan trọngẢnh hưởng của vi sinh vật • Thành phần hóa học, cấu tạo màng ế bào, kích thước, hình dạng…của những loài vi sinh vật khác nhau sẽ ảnh hưởng khác nhau đến việc lựa chọn kỹ thuật cố định tế bào đó vào chất mang • Bản chất hay hình dạng loài vi sinh vật sẽ quyết định kiểu liên kết và độ bền kiểu liên kết hình thành giữa tế bào vi sinh vật và chất mang • Trạng thái sinh lý cũng như hoạt tính của loài vi sinh vật ảnh hưởng đến liên kết và độ bền của những liên kết đó.CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO VI SINH VẬT • Yêu cầu chung của các phương pháp cố định tế bào vi sinh vật: – Đơn giản – Độ lặp lại lớn – Không gây biến tính – Cho phép dễ dàng kiểm soát được số lượng tế bào cố định – Các tế bào không bị rửa trôi khỏi chất mang trong quá trình sử dụng hoặc bảo quảnPHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO VI SINH VẬT TRÊN BỀ MẶT CHẤT MANG • PHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ • PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤPHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ • Định nghĩa: bản chất liên kết cộng hóa trị là nối tế bào với chất mang thông qua “cầu nối”. Cầu nối này phải có kích thước không lớn lắm và có hai đầu, một đầu nối polymer, đầu kia nối tế bào • Chất mang: cellulose, dẫn xuất của cellulose, agarose, silicagel, bentonit… • Cách tiến hành: – Theo một giai đoạn: chất mang có khả năng liên kết trực tiếp tế bào. Việc gắn sẽ hiệu quả hơn nếu diện tích của tế bào và chất mang có dấu ngược nhau – Theo hai giai đoạn: hoạt hóa chất mang. Thường được ứng dụng để cố định enzymePHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ • Định nghĩa: ???. Trong quá trình cố định vi sinh vật bằng cách hấp phụ có các liên kết sau được hình thành: – Liên kết tĩnh điện Van der walls: giữa tế bào và bề mặt chất mang tạo nên một sự chênh lệch điện thế giữa bề mặt chất mang và bề mặt tế bào giúp tế bào và chất mang gắn liền nhau. – Liên kết mao quản: chất mang có các mao quản, khi được ngâm trong các huyền phù vi sinh vật sẽ hình thành các lực mao quản kéo huyền phù vi sinh vật vào trong long chất mang – Liên kết ion: bề mặt chất mang và vi sinh vật có mang các ion trái dấu, nhờ vậy tế bào vi sinh vật liên kết chất mangPHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ • Chất mang: – Chất mang không có cấu trúc xốp: thủy tinh – Chất mang không có cấu trúc lỗ xốp: than hoạt tính – Chất mang có điện tích: nhựa trao đổi ion • Cách tiến hành: – Phương pháp cổ điển – Phương pháp cổ điển có cải tiến – Phương pháp bơm canh trường vi sinh vật qua cột chứa chất mangPHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH TẾ BÀO VI SINH VẬT TRONG CẤU TRÚC GEL • Định nghĩa: – Polymer tạo màng lưới bao xung quanh tế bào – Mạng lưới này có lỗ nhỏ tới mức không cho tế bào chui ra khỏi mạng, nhưng đồng thời đủ lớn cho cơ chất và sản phẩm tạo ra có thể ra vào dễ dàng • Các phương pháp: – Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong ion gel – Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong covalent gel – Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong cryogel – Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật trong noncovalent gelCỐ ĐỊNH TẾ BÀO KHÔNG CHẤT MANG • Cố định tế bào vi sinh vật bằng liên kết chéo giữa các tế bào vi sinh vật • Cách tiến hành: – Các tế bào liên kết với nhau tạo thành khối tế bào – Tác nhân liên kết: glutaraldehyde, toluene, diisocyanate, hexamethylene • Vai trò của các tác nhân: – Tính thẩm thấu nhanh vào tế bào vi sinh vật – Phản ứng được với thành tế bào vi sinh vậtCỐ ĐỊNH TẾ BÀO KHÔNG CHẤT MANG • Phương pháp cố định tế bào vi sinh vật bằng màng chắn membrane: • Ví dụ tế bào vi khuẩn A.xylinum trong mạng lưới cellulose, tế bào nấm men cố định trong mạng lưới celluloseCỐ ĐỊNH TẾ BÀO TRÊN CHẤT MANG ALGINATE • Tính chất tạo gel của dung dịch alginate: – Một trong những tính chất quan trọng của alginate là khả năng tạo gel ở những điều kiện nhất định – Khi cho kết hợp cation hóa trị II và III, thường dung nhất là Ca2+ sẽ xuất hiện vùng nối giữa các mạch phân tử alginate và tạo gel theo mô hình “hộp trứng”CỐ ĐỊNH TẾ BÀO TRÊN CHẤT MANG ALGINATE • Phương pháp cố định sử dụng chất mang alginate: – Alginate được ứng dụng làm chất cố định tế bào do có những đặc điểm: alginic acid là polyanion nên dễ dàn khâu mạch tạo gel trong dung dịch CaCl2 và KCl, alginic acid có khả năng bao xung quanh tế bào – Phương pháp cố định tế bào dung chất mang alginate phổ biến là phương pháp bẫy tế bào trong lòng chất mang – Hỗn hợp huyền phù của tế bào vi sinh vật và chất mang alginate được nhỏ vào dung dịch đa diện để thực hiện phản ứng tạo mạng lưới gel – Qua đó, tế bào vi sinh vật sẽ được cố định trong hệ thống mạng lưới vừa được hình thànhCỐ ĐỊNH TẾ BÀO TRÊN CHẤT MANG CARRAGEENAN • Chất mang carageenan: – Carrageenan là những phân tử polymer mạch thẳng, gồm ~ 25000 dẫn xuất galactose được sắp xếp một cách cân đối – Tính chất tạo gel của carrageenan: – Một trong những tính chất quan trọng nhất là khả năng tạo gel – Carrageenan hình thành gel trong điều kiện làm lạnh dung dịch nóng chứa một số loại cation, đặc biệt là K+ và Ca2+CỐ ĐỊNH TẾ BÀO TRÊN CHẤT MANG CARRAGEENAN • Được thực hiện theo phương pháp nhốt trong long chất mang – Làm lạnh đông huyền phù tế bào và carrageenan xuống nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy – Hỗn hợp huyền phù của tế bào vi sinh vật và chất mang carrageenan được nhỏ vào dung dịch đa diện để thực hiện phản ứng tạo mạng lưới gel • Tế bào vi sinh vật sẽ được cố định trong hệ thống mạng lưới vừa đựơc hình thànhMÔI TRƯỜNG LÊN MEN Ths. Bùi Hồng Quân 09.09.25.24.1909.17.27.26.25 Email: buihongquanhui.edu.vn Website: www.buihongquan.tk GBD giữ gìn màu xanh cho quê hương, xây dựng tương lai từ chất lượng cuộc sốngMÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH VẬT • Môi trường tổng hợp: – Môi trường xác định mọi thành phần được biết và xác định rõ – Môi trường xác định được sử dụng rất nhiều trong nghiên cứu để xác định những chất mà vi sinh vật có khả năng chuyển hóa • Môi trường phức tạp: – Là môi trường mà thành phần không được biết rõ – Có chứa các thành phần phức tạp như: pepton, cao thịt, cao nấm men… • Môi trường chọn lọc: – Là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của các vi sinh vật đặc biệt – Các môi trường chứa phẩm màu để ức chế nhóm vi khuẩn G(+) hoặc G()MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH VẬT • Môi trường phân biệt: – Cho phép phân biệt những nhóm vi khuẩn khác nhau – Xác định các vi sinh vật dựa trên những đặc tính sinh học của chúng • Môi trường đặc hiệu và không đặc hiệu: – Mội trường đặc hiệu: là môi trường phù hợp với một chủng vi sinh vật để tạo ra môi trường này phải hiểu sinh lý vi sinh vật và sản phẩm quan tâm – Môi trường không đặc hiệu: là môi trường dùng nuôi các vi sinh vật trong cùng loài, không hoặc rất hiếm khi sử dụng môi trường này • Môi trường tự nhiên: – Không đầy đủ và mất cân đối – Điều kiện vật lý, hóa học thay đổi liên tục không phù hợp cho ta thu sản phẩm mong muốn – Tuy nhiên, trong quá trình xử lý môi trường (không quan tâm đến sản phẩm) do đó, môi trường tự nhiên có ý nghĩa vô cùng quan trọngMÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH VẬT • Môi trường nhân tạo: – Đảm bảo đầy đủ, cân đối chất dinh dưỡng tạo môi trường hù hợp cho vi sinh vật phát triển – Có tác động của con người – Kiểm soát của quá trình: thanh trùng môi trường, tránh nhiễm tạp – Tạo ra môi trường vừa đầy đủ vừa cân đối – Ứng dụng: môi trường nhân tạo ứng dụng cho sản phẩm cụ thể trong quá trình lên men, môi trường tự nhiên ứng dụng trong xử lý chất thảiCHẤT DINH DƯỠNG • Chất đa lượng • Chất trung lượng • Chất vi lượng: quyết định tính đặc hiệu của môi trường • Dung dịch chất vi lượng để điều chỉnh môi trường đặc hiệuCHẤT DINH DƯỠNG • Dinh dưỡng điều chỉnh: là dinh dưỡng cần cung cấp thêm để thu được sản phẩm 1, 2 theo mong muốn. Phụ thuộc vào sản phẩm cần thu • Dinh dưỡng cơ bản: – Nitơ: có thể lấy từ vô cơ, hữu cơ. Nitơ là thành phần cơ bản của acid amin – Carbon: từ vô cơ, khí, hữu cơ. Carbon là khung cho các cấu tạo tế bào – Oxy: cung cấp trực tiếp hoặc nhận từ các hợp chất hữu cơ chứa oxy hay nhận từ các phản ứng xảy ra. Đóng vai trò quan tọng cần cho tất cả vi sinh vật – Hydro: từ nước – Lưu huỳnh: enzyme, có thể lấy từ các hợp chất vô cơ, hữu cơ – Phopho: acid nucleic, có thể từ các hợp chất vô cơ, hữu cơNGUỒN NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP CARBON • Hợp chất carbon có ý nghĩa hàng đầu đối với tế bào vi sinh vật (cấu trúc tế bào chất, thành tế bào, enzyme, acid nucleic) • Dạng tinh khiết: glucose, sucrose • Dạng tạp chất: rỉ đường • Xu hướng : sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm • Ảnh hưởng đến sức sinh trưởng và hiệu suất tạo sản phẩm của chủng giống • Phải sản xuất thử khâu trung gian phòng thí nghiệm và nhà máy giúp vi sinh vật làm quen từ từ với điều kiện mới và xác định các thông số phù hợpNGUỒN NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP CARBON • Rỉ đường: – Là hợp chất khá phức tạp, hàm lượng đường khá cao, chứa các hợp chất nitơ, vitamin, các hợp chất vô cơ, chất kích thích sinh trưởng, chất keo, vi sinh vật tạp nhiễm, chất kiềm hãm sinh trưởng vi sinh vật – Màu nâu sẫm khó bị phân hủy trong quá trình lên men, màu bám vào sinh khối và sản phẩm tách màu khó khăn và tốn kém – Hệ keo trong mật rỉ có khả năng hòa tan oxy va trao đổi chất vi sinh vật kém – Vi sinh vật tạp nhiễmNGUỒN NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP CARBON • Tinh bột và cellulose – Hạt hoặc bột của khoai, sắn, lúa, bắp… – Cellulose: rơm, rạ, giấy, mạc cưa… – Phải qua xử lý và đường hóanhững tiến bộ của cải tạo giống vi sinh vật có khả sử dụng tinh bột sốngNGUỒN NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP CARBON Thủy phân các loại tinh bột thường theo 2 cách: • Thủy phân bằng acid với áp lực dư: – Dung dịch thủy phân thu được qua trung hòa bằng Na2CO3 hoặc NaOH. Sau đó đem lọc qua lọc ép khung bản với than hoạt tính khử màu – Dung dịch thủy phân này chứa chủ yếu đường glucose, một lượng nhỏ các acid amin, khóang được dung để chuẩn bị môi trường nuôi cấy hoặc đem cô đặc tới 60 – 70% chất khô để sử dụng dần • Thủy phân bằng enzyme: – Các chế phẩm enzyme chủ yếu là nấm mốc được nuôi cấy bầ mặt hoặc sâu – Sản phẩm thu được là hỗn hợp maltose và glucose – Phương pháp thủy phân các loại bột bằng các chế phẩm enzyme được dung trong công nghiệp sản xuất rượu cồnNGUỒN NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP CARBON • Dầu thực vật: – Vừa là nguồn carbon vừa là chất phá bọt – Nguồn carbon: khi vi sinh vật sinh tổng hợp lipase glycerin và acid béo – Chú ý: phải phù hợp với mức độ tạo bọt của môi trường, tăng độ nhớtNGUỒN NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP CARBON • Dung dịch kiềm sunfit: – Dung dịch thủy phân từ gỗ dung dịch kiềm sunfit (là phế thải của công nghiệp giấy) – Thành phần chính: linhosunfonate và các đường pentose – Thường sử dụng nuôi cấy thu sinh khối nấm men – Dung dịch kiềm sunfit gỗ cây lá kim, hexose chiếm ưu thế lên men rượu – Tiền xử lý chất thải này trước lên men, điều chình pH, bổ sung các chất dinh dưỡng chứa N, PNguồn Nitơ kỹ thuật • Bột đậu nành: – Được dung như một nguồn nitơ kỹ thuật tương đối phổ biến trong nhiều môi trường dinh dưỡng – Trong bột đậu nành có gần tới 40% protein, ~ 19% chất béo, có đủ các acid amin – Đối với sinh tổng hợp nhiều chất kháng sinh không những chỉ có những hợp chất protein mới có tác dụng mà còn phải kể đến các chất béo có trong đậu nànhNguồn Nitơ kỹ thuật • Nước chiết bắp: – Là sản phẩm phụ trong công nghiệp chế biến bột bắp – Trước khi xay, bắp được ngâm với dung dịch natri sunfit, trong khi ngâm, các acid amin, vitamin được chiết ra và hòa tan vào dung dịch – Cô trong điều kiện chân không tới 50% chất khô ở dạng sệt gọi là cao bắp – Trong cao bắp có chứa 6,4 – 8% nitơ tổng sốNguồn Nitơ kỹ thuật • Nước chiết nấm men và cao nấm men: – Sinh khối men bia hoặc men rượu được rửa sạch và cho tự phân ở 48 – 52oC trong 2 3 ngày, lọc bỏ bã, thu được dịch thủy phân gọi là nước chiết nấm men, cô đặc có cao nấm men – Các sản phẩm này giàu acid amin, peptide cùng nhiều vitamin nhóm B vá các khóang chất – Trong cao nấm men có 40 50% chất khô, 0,6 – 1,5 nitơ tổng số, 0,3 – 0,5 nitơ amon

Kỹ thuật vô trùng và lên men

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan