Quá trình tổng hợp các chất nhờ vi sinh vật

4.1. Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào 4.2. Quá trình sinh tổng hợp axit amin 4.3. Quá trình sinh tổng hợp enzym 4.4. Một số quá trình sinh tổng hợp khác Ưu điểm của phương pháp sản xuất sinh khối Vi sinh vật dùng trong sản xuất sinh khối Tóm tắt sơ đồ công nghệ của quá trình sản xuất protein đơn bào

Chương 4: Quá trình sinh tổng hợp chất nhờ vi sinh vật 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào 4.2 Quá trình sinh tổng hợp axit amin 4.3 Quá trình sinh tổng hợp enzym 4.4 Một số trình sinh tổng hợp khác 4.1.1 Lịch sử phát 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào triển  Chiến tranh TG thứ nhất: Candida utilis - rỉ đường  Năm 1936: Candida utilis - dịch kiềm sulfit  Chiến tranh TG thứ 2: ~ 15 000 nấm men / năm  Năm 1973: phát khả đồng hóa cacbuahydro VSV  100 000 nấm men / năm  Năm 1951, nuôi tảo qui mô lớn, làm thức ăn cho gia súc  Năm 1968, hội nghị “chế biến tảo làm thức ăn cho người” Thụy điển 4.1.2 Ưu điểm 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein phương pháp sản xuất sinh đơn bào khối Tốc độ sinh trưởng cao Sinh vật Vi khuẩn Nấm men, tảo Thực vật Thời gian nhân đôi sinh khối Sinh vật Thời gian nhân đôi sinh khối 0,3 ÷ 2h Gà 288÷ 576h ÷ 6h Bò 720 ÷ 2000h 144 ÷ 288h Lợn 1000h Chi phí cho sản xuất thấp Chi phí cho nguyên liệu, nhân công khấu hao thiết bị Hàm lượng protein cao: Hàm lượng protein vi sinh vật: 50 ÷ 70% chất khô 4.1.2 Ưu điểm 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein phương pháp sản xuất sinh đơn bào khối Chất lượng protein cao:  Hàm lượng axit amin không thay tỷ lệ axit amin không thay tổng số axit amin  Khả đồng hóa protein đơn bào  Tính an toàn thực phẩm: hàm lượng axit nucleic (10-15%) Các vấn đề kỹ thuật 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào 4.1.3 Vi sinh vật dùng sản xuất sinh khối Nấm men Protein 55 ÷ 60%, giàu vitamin nhóm B (B1 & B12)  Dễ tách sinh khối (li tâm; tự lắng)  Tốc độ nhân đôi sinh khối lớn; sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền  Hàm lượng axit nucleic cao (15%); axit amin chứa lưu huỳnh thấp (0,1 ÷ 1,7% cystein, ÷ 2% methionin)  Sử dụng: Yêu cầu nấm men - Sản xuất men bánh mì, men rượu, bia: Saccaromyces cerevisiae Không lên men đường khả lên men đường yếu; - Làm thức cho giakhí súc; làm thức chosinh người;  Có khả hôăn hấp hiếu mạnh, phátăn triển khốilàm lớn thuốc: Candida (n-alkan), Kluyveromyces (lactoserum), Pichia 4.1.3 Vi sinh vật 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein dùng sản xuất sinh đơn bào khối Tảo  Protein 40÷ 70%, lipit 5÷ 7%, giàu vitamin B1& B12, giàu carotenoit  Tảo đơn bào (Chlorella) tảo đa bào (Spirulina)  Sử dụng: làm thức ăn cho người gia súc (lizin); tác dụng chữa bệnh phù chân, đau răng, bệnh tiêu hóa Đặc điểm Cấu tạo tế bào Tốc độ sinh trưởng Hệ số tiêu hóa Hàm lượng protein Năng suất Phương pháp thu hoạch Tảo đơn bào Tảo đa bào Hình tròn, Φ ~ 1µm Hình dài, dạng sợi 3h ÷ 8h 50% 80% 40 ÷ 45% 60 ÷ 75% 10 ÷ 15 tấn/ha/năm 25 ÷ 45 tấn/ha/năm Li tâm Dùng vợt vớt 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào 4.1.3 Vi sinh vật dùng sản xuất sinh khối Vi khuẩn  Protein 80 ÷ 90% (thành phần axit amin cân đối)  Tốc độ sinh trưởng lớn nhất; sử dụng nguyên liệu rẻ tiền  Hàm lượng axit nucleic 20%; axit amin chứa lưu huỳnh thấp  Một số vi khuẩn Gram (-) có khả sinh độc tố  Khó tách sinh khối tế bào 4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào 4.1.3 Vi sinh vật dùng sản xuất sinh khối Nấm mốc  Protein nấm mốc có giá trị dinh dưỡng  Hệ sợi nấm mốc dài, rối  khó quấy đảo trình nuôi  tăng sinh khối  Một vài loài nấm mốc sinh độc tố trình phát triển  Nấm mốc có hệ enzym amilaza xelluloza phong phú  sử dụng trực tiếp nguồn nguyên liệu tinh bột xenluluza 4.1.5 Tóm tắt sơ đồ công nghệ trình sản xuất protein đơn bào Hydratcacbon Nguyên liệu & cacbuahydro Chuẩn bị môi trường Giống VSV Nuôi sinh khối Nhân giống Thu hồi sinh khối Sinh khối tươi Giảm hàm lượng axit nucleic protein đơn bào Xử lý sinh khối Thành phẩm Tự đọc tài liệu 4.1.6 Một số quy trình sản xuất Sản xuất sinh khối nấm men từ hydratcacbon Sản xuất sinh khối nấm men từ rỉ đường Sản xuất nấm men bánh mỳ 10 4.2 Sinh tổng hợp axit amin 4.2.4 Sản xuất axit glutamic mì Giống vi sinh vật • Corynebacterium glutamycum #30 Slide 30 (năm 1957) • Brevibacterium, Micrococcus, Microbacterium • Corynbacterium glutamycum : vi khuẩn Gram (+), không sinh bào tử, không di động, pHop = 7,5÷ 9 ; 70 ÷ 72g sp/l (lý thuyết), 40 ÷ 50g sp/l (thực tế) 16 4.2.4 Sản xuất axit glutamic mì Cơ chế + α xetoglutaric không chuyển hóa tiếp tục theo chu trình Kreb + Tránh chuyển hóa từ izoxitrat sang nhánh khác trình + Tăng cường amin hóa α xetoglutaric thành axit glutamic + Phá vỡ tính bán thấm tế bào - Bổ sung biotin (vitamin H6) vào môi trường - Bổ sung penicilin - Bổ sung chất hoạt động bề17 mặt 4.2 Sinh tổng hợp axit amin Sản xuất mì Nguyên liệu Tỉ lệ C/N=100/11 ÷ 100/21 Chuẩn bị môi trường ĐK lên men: 30 ÷ 34oC; pH = ÷ 7,8; nồng độ biotin 2,5 ÷ 5µg/l Na2CO3 Lên men Ly tâm Giống VSV Sinh khối VSV Dịch glutamat natri Tinh chế Lọc bỏ sinh khối, cô đặc dịch lọc 600mmHg 65oC, kết tinh pI = 3,2 Kết tinh Tinh thể 18 4.2 Sinh tổng hợp axit amin 4.2.5 Sản xuất lizin Vi sinh vật  Biến chủng Corynebacterium glutamicum  50g lizin/l môi trường 19 4.2.5 Sản xuất lizin 4.2 Sinh tổng hợp axit amin Cơ chế tổng hợp lizin 20 4.2 Sinh tổng hợp axit amin 4.2.5 Sản xuất lizin Các yếu tố kỹ thuật  Dịch đường ÷ 10%; (NH4)2SO4 : 1,5% ; K2HPO4 0,1% ; MgSO4 0,03% ; treonin 40mg/l ; biotin 7,5µg/l  Lên men 30 ÷ 320C 72h; thổi khí khuấy đảo liên tục  Thu hồi: lọc thu dịch lên men, trung hòa, sử dụng cột trao đổi ion với tốc độ 40 ml/h/cm2, chuyển lizin sang dạng clorit, kết tinh tách tinh thể li tâm 21 4.3 Sinh tổng hợp emzym 4.3.1 Vai trò ứng dụng enzym  Enzym chất xúc tác sinh học có chất protein  Công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược phẩm, trồng trọt, chăn nuôi (>30 ngành)  CN thực phẩm: - SX bia, amilaza, thay 20 ÷ 30% malt đại mạch - SX nước quả, pectinaza, tăng 10 ÷ 25% lượng nước - SX bánh mỳ, bánh ngọt, amilaza, rút ngắn 30% thời gian sản xuất, giảm 50% lượng đường 22 4.3 Sinh tổng hợp emzym 4.3.2 Các phương pháp sản xuất enzym Chiết rút từ động vật, thực vật  Amilaza : đại mạch, thóc nảy mầm  Papain: nhựa đu đủ, lõi dứa  Tripxin: dày bê, bò Sinh tổng hợp enzym nhờ vi sinh vật  Hệ enzym phong phú; khối lượng lớn; hoạt tính mạnh  Qui trình sản xuất gọn nhe, hiệu suất cao 23 4.3 Sinh tổng hợp emzym Khả tổng hợp enzym vi sinh vật Enzym Vi sinh vật Ứng dụng Các amilaza Baccillus subtilis Bacillus stearothermophilus Sản xuất bia, rượu α amilaza Aspergillus niger Aspergillus oryzae Sản xuất bánh mỳ, bánh Glucoamilaza Aspergillus niger Aspergillus oryzae Endomycopsis bispora Sản xuất glucoza, sản xuất bia Các xenluloza Tricoderma viride Thủy phân xellulo Dextranaza Penicillium funiculorum Sản xuất dextrin Lipaza Aspergillus sp Làm chín phomat, sx men tiêu hóa Enzyme đông tụ sữa Mucor pusillus Sản xuất phomat Streptokinaza Streptomyces sp Men tiêu hóa Penoxilinaza E coli Sxt penicillium bán tổng 24 4.3 Sinh tổng hợp emzym 4.3.3 Sơ đồ khái quát quy trình sản xuất Nguyên liệu Chuẩn bị môi trường Nuôi cấy Giống VSV Tách enzym Tinh chế Enzym tinh khiết 25 4.3 Sinh tổng hợp emzym 4.3.4 Một số enzym sản xuất nhờ vi sinh vật Amilaza  Vi khuẩn, nấm mốc  Nguyên liệu: Cám gạo, bột mì; bột ngô, bột đậu tương; độ ẩm 55 ÷ 60%; ÷ 1,5 at/30 ÷ 45 phút; tỷ lệ giống bào tử 0,1 ÷ 0,2%, TB dinh dưỡng 2%  Quá trình nuôi: giai đoạn - GĐ1: Hoạt hoá, 10 ÷ 14h, ÷ m3KK/m3phòng - GĐ2: Phát triển sinh khối, 14 ÷ 18h, ~ 60m3KK/m3 phòng - GĐ3: Tích luỹ enzym, 10 ÷ 14h, 20 ÷ 25 m3KK/m3 phòng  Thu nhận: Chế phẩm thô sấy 40 ÷ 450C đến ÷ 10%; 26 4.3 Sinh tổng hợp emzym Các enzym amilaza sản xuất từ vi sinh vật Enzym Vi sinh vật α amilaza Bacillus, Proteus, Micrococcus, Pseudomonas Aspergillus (Asp oryzae), Penicillium, Mucor, Rhizopus β amilaza Bacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Rhizopus γ amilaza Rhizopus, Aspergillus (Asp niger) 27 4.3 Sinh tổng hợp emzym 4.3.4 Một số enzym sản xuất nhờ vi sinh vật Proteaza  Vi khuẩn, nấm mốc  Proteaza kiềm : pHop= ÷ 11, nấm mốc (Asp oryzae, Asp flavus, Asp niger), vi khuẩn (Bac amiloliquefaciens, Bac megaterium, Streptomyces sp)  Proteaza trung tính: pHop= ÷ 7.5, nấm mốc (Asp oryzae, Asp sojae, Pericularia oryzae), vi khuẩn (Bac subtilis, Bac megaterium)  Proteaza axit: pHop ≤ 4, nấm mốc (Aspergillus) 28 4.3 Sinh tổng hợp emzym Các ứng dụng proteaza Lĩnh vực Nguồn enzym Thực vật Nấm mốc Vi khuẩn CN chế biến thịt + + CN chế biến cá + + + CN chế biến sữa Động vật + + CN sản xuất bia + + + CN da + + CN dệt + + 29 4.4 Một số trình sinh tổng hợp khác 4.4.1 Sinh tổng hợp vitamin B12 4.4.2 Sinh tổng hợp vitamin B2 4.4.3 Sinh tổng hợp vitamin C VTM.ppt 30 ... sữa Động vật + + CN sản xuất bia + + + CN da + + CN dệt + + 29 4.4 Một số trình sinh tổng hợp khác 4.4.1 Sinh tổng hợp vitamin B12 4.4.2 Sinh tổng hợp vitamin B2 4.4.3 Sinh tổng hợp vitamin C... enzym nhờ vi sinh vật  Hệ enzym phong phú; khối lượng lớn; hoạt tính mạnh  Qui trình sản xuất gọn nhe, hiệu suất cao 23 4.3 Sinh tổng hợp emzym Khả tổng hợp enzym vi sinh vật Enzym Vi sinh vật. ..  Sinh tổng hợp nhờ vi sinh vật Axit amin dạng L; Lizin, axit glutamic, histidin, triptophan Lizin: >85% - sinh tổng hợp; ~ 10% - thủy phân; 5% hóa học  Kết hợp tổng hợp hóa học sinh tổng hợp