Đặc điểm của chất trao đổi bậc 2 Chỉ được tạo thành bởi một số rất ít cơ thể và dường như không cần thiết cho sự sinh trưởng và sinh sản. Phụ thuộc vào các điều kiện sinh trưởng, đặc biệt là thành phần của môi trường. Thường được tạo thành dưới dạng một nhóm, các chất có cấu trúc gần gũi. Thường được tạo thành do sinh tổng hợp thừa hay từ một sản phẩm trung gian tích lũy trong môi trường nuôi cấy hoặc trong tế bào trong quá trình trao đổi chất bậc 1. Ý nghĩa của việc phân loại sản phẩm Định hướng cho các nhà tạo giống. Gây đột biến đối với các vi sinh vật tạo sản phẩm bậc 2.
Trang 1ĐỀ CƯƠNG VI SINH HỌC CÔNG NGHIỆP Câu 1: Phương pháp tạo chủng vi sinh vật công nghiệp dùng cho công nghệ sản xuất lên men? Trả lời:
* Mua giống từ ngân hàng giống: Nhập ngoại các men giống có năng suất chất lượng cao, hoặc thu nhận giống từ Bảo tàng chủng giống QG
* Phân lập tuyển chọn trong tự nhiên Gồm các bước:
+ Thu mẫu và xử lý mẫu
+ Pha chế môi trường dinh dưỡng Môi trường chỉ ứng với vi sinh vật phân lập, ức chế các vi sinh vật khác và chỉ tạo điều kiện riêng biệt cho loài phân lập phát triển
+ Pha loãng mẫu và gieo cấy trên môi trường thạch đĩa
+ Nuôi cho mọc thành khuẩn lạc ở nhiệt độ và thời gian thích hợp
+ Tách cấy từ khuẩn lạc mọc riêng biệt ra ống môi trường thạch nghiêng
+ Lựa chọn và thuần khiết vi sinh vật
* Dùng biện pháp kĩ thuật di truyền
* Nghiên cứu điều khiển quá trình lên men
* Nghiên cứu điều khiển quá trình sinh tổng hợp thừa
Câu 2: Các kiểu phân loại sản phẩm VSVCN hiện nay? Phân biệt sản phẩm bậc 1 (sơ cấp) và sản phẩm bậc 1 (thứ cấp) Cho ví dụ minh họa Đặc điểm của chất trao đổi bậc 2? ý nghĩa của việc phân loại sản phẩm?
Trả lời:
* Các kiểu phân loại sản phẩm VSVCN hiện nay:
+ Phân loại theo Thomas D Brock (1995), các sản phẩm vi sinh vật có ý nghĩa trogn công nghiệp được phân thành 5 loại chính:
1 Bản thân các tế bào vi sinh vật (sinh khối) là các sản phẩm mong muốn
2 Các enzyme do vi sinh vật tạo nên: amylase, protease, lipase…
3 Các dược phẩm: các chất kháng sinh và các alcaloit
4 Các hóa chất đặc biệt và các chất điều trị thực phẩm: bột ngọt nhân tạo aspartame là một dipeptide giữa aspartic và phenylalanine; acid glutamic, lysine và tryptophan, một số vitamin
Trang 25 Các hóa chất thông dụng được sản xuất bằng vi sinh vật bao gồm ethanol, acidacetic, acid lactic
và glycerine
+ Phân loại sản phẩm theo Fritsche (1978)
1 Vật chất tế bào (sinh khối): gồm các loại protein đơn bào, các giồng khởi động như men bánh mì, các vi khuẩn lên men lactic…
2 Các sản phẩm trao đổi chất gồm có:
- Các sản phẩm cuối cùng của trao đổi năng lượng, ví dụ: ethanol, acid lactic…
- Các chất trao đổi bậc 1, ví dụ: amino acid, nucleotide, viatamin, đường…
- Các chất trao đổi bậc 2, ví dụ: chất kháng sinh, alkaloid, gibberellin…
- Các loại enzyme, ví dụ: các enzyme ngoại bào như protease, amylase; các enzyme nội bào như asparaginase, penicillinase
3 Các sản phẩm chuyển hóa : gồm steroids và các sản phẩm của sự oxi hóa không hoàn toàn như sự tạo thành acid acetic và socbose
* Phân biệt sản phẩm bậc 1 và sản phẩm bậc 2
Sản phẩm bậc 1 (sản phẩm sơ cấp) Sản phẩm bậc 2 (sản phẩm thứ cấp)
- Là những chất được tạo thành trong pha
sinh trưởng đầu tiên của vi sinh vật
- Ví dụ: amino acid, nucleotid, vitamin
- Là những chất được tạo thành gần vào lúc kết thúc pha sinh trưởng thường là vào chính pha cân bằng
- Ví dụ: chất kháng sinh, steroid
* Đặc điểm của chất trao đổi bậc 2
- Chỉ được tạo thành bởi một số rất ít cơ thể và dường như không cần thiết cho sự sinh trưởng và sinh sản
- Phụ thuộc vào các điều kiện sinh trưởng, đặc biệt là thành phần của môi trường
- Thường được tạo thành dưới dạng một nhóm, các chất có cấu trúc gần gũi
- Thường được tạo thành do sinh tổng hợp thừa hay từ một sản phẩm trung gian tích lũy trong môi trường nuôi cấy hoặc trong tế bào trong quá trình trao đổi chất bậc 1
* Ý nghĩa của việc phân loại sản phẩm
- Định hướng cho các nhà tạo giống
- Gây đột biến đối với các vi sinh vật tạo sản phẩm bậc 2
Trang 3Câu 3: Vai trò của công tác giống trong sản xuất lên men Ví dụ?
Trả lời:
* Vai trò của công tác giống trong sản xuất lên men:
1.Quyết định chất lượng sản phẩm và giá trị kinh tế của quy trình công nghệ sản xuất.
Giống quyết điịnh đến năng suất sinh học của nhà máy Một giống tốt bao giờ cũng cho năng suất sinh học cao Các sản phẩm thu nhận được trong quá trình sản xuất sec vừa có chất lượng cao vừa có số lượng nhiều Trong trường hợp này tính nổi trội của một sản phàm có ý nghĩa rất lớn cả về kỹ thuật cũng như kinh tế Khi ta có một giống VSV có khả năng tạo ra một sản phẩm lên men nào đó với số lượng lớn hơn các sản phẩm lên men khác sẽ giúp ta giảm chi phí có quá trình sản xuất
Giống quyết định chất lượng sản phẩm sinh học Một giống tốt là gióng cho chất lượng sản phẩm hơn hẳn những giống khác, từ đó tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường
2.Quyết định vốn đầu tư cho nhà sản xuất.
Một giống tốt sẽ giúp ta không phải chi phí cho đầu tư xây dựng thêm nhiều nhà máy, cũng như giảm những chi phí trong sản xuất rất nhiều
VD: một giám đốc có trong tay giống Corynebacterium Glutamicum nhưng chỉ có khả năng
sinh tổng hợp 60 g/l môi trường axit glutamic Một giám đốc khác cũng có giống
Corynebacterium Glutamicum nhưng giống này lại có khả năng sinh tổng hợp tới 120 g/l axit glutamic, thì giám đốc đầu tiên phải xây dựng hai nhà máy mới có năng suất sản phẩm sinh học bằng một nhà máy của giám đốc thứ hai
3.Quyết định giá thành sản phẩm.
Một giống tốt thường cho năng suất và chất lượng sản phẩm cao và như vậy giá thành tất nhiên
sẽ hạ hơn so với một giống có năng suất và chất lượng sản phẩm thấp
4.Xác định được cơ sở vật chất, quy trình kĩ thuật, định hướng thị trường tiêu thụ sản phẩm.
=> Như vậy giống có ý nghĩa rất lớn trong phát triển công nghệ vsv
Câu 4: 1 chủng vi sinh vật công nghiệp ứng dụng vào sản xuất cần đáp ứng những tiêu chuẩn nào?
Trả lời:
Tiêu chuẩn của 1 chủng vi sinh vật công nghiệp ứng dụng vào sản xuất cần phải đáp ứng:
- Giống vsv phải cho ra sản phẩm mà ta mong muốn Sản phẩm này phải có số lượng và chất lượng cao hơn các sản phầm phụ khác.vì trong quá trình TĐC, VSV xảy ra trong các thùng lên men thường tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau Do đó, giống vsv dùng trong một quá trình sản cuất cả một sản phẩm nào đó, thì sản phẩm này phải trội hơn các sản phẩm khác về cả số lượng và chất lượng
Trang 4- Phải đảm bảo khả năng tạo ra sản phẩm có năng suất cao, chất lượng tốt, có cấu trúc di truyền ổn định, ít sản phẩm phụ không mong muốn
- Sử dụng được các nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền
- Chủng vi sinh vật phải thuần, có đề kháng tốt với tạp nhiễm, vi sinh vật khác, đặc biệt là không chứa Bacteriophage kí sinh
- Có khả năng tách thiết bị và sản phẩm dễ dàng, sản phẩm tạo ra tương đối thuần khiết
- Có khả năng thích ứng và sinh sản mạnh
- Thời gian lên men ngắn, hiệu suất cao
- Dễ bảo quản và ổn định các đặc tính sinh lý, sinh hóa trong thời gian sử dụng
- Có khả năng thay đổi các đặc tính bằng các kỹ thuật đột biến, kỹ thuật gen để không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm
Câu 5: Sinh tổng hợp thừa ở vi sinh vật công nghiệp? Phương pháp tạo chủng vi sinh vật sinh tổng hợp thừa? cho 1 vài ví dụ về sản phẩm sinh tổng hợp thừa?
vật công nghiệp
+ Sinh tổng hợp thừa là sinh tổng hợp dư Nghĩa là các sản phẩm của các phản ứng sẽ tạo ra liên tục
và sản phẩm này tạo ra không chịu sự kiểm soát của chất kiềm chế
+ Các enzyme thường tồn tại loại cấu trúc không gian Trong cấu trúc không gian của enzyme tồn tại hai trung tâm:
- Trung tâm hoạt động: có hình dạng giống như cơ chất mà chúng tham gia phản ứng
- Trung tâm chịu sự kiểm soát của cơ chất (trung tâm dị lập thể): enzyme bị ức chế ngược bởi sản phẩm cuối thì sản phẩm này được gọi là chất kiềm chế (trung tâm dị lập thể).Làm cho cấu trúc không gian của trung tâm hoạt động không phù hợp với cấu trúc không gian của cơ chất Phản ứng khó xảy ra
+ Muốn phản ứng tạo ra sản phẩm liên tục thì:
- Trung tâm dị lập thể phải có cấu trúc biến đổi liên tục để không còn tương tác với chất kiềm chế (Tim la- không có tính chất kìm hãm- giống I lấp vào)
Trang 5- Dựa theo di truyền hiện đại: AND của vị sinh vật có gen tổng hợp inhibitor loại bỏ gen này gen sẽ không tổng hợp I sản phẩm liên tục
- Đột biến tự nhiên nhưng tần số thấp
* Phương pháp tạo chủng vi sinh vật sinh tổng hợp thừa (đọc thêm trong giáo trình/ 129 nếu
đề yêu cầu phân tích sâu).
+ Các cơ chế điều hòa enzyme mở đầu
+ Phương pháp dùng chất chống chất trao đổi
+ Phương pháp phân lập các thể hổi biến của các chủng trợ dưỡng
* Ví dụ: sinh tổng hợp thừa glutamic acid, sản xuất công nghiệp IMP (5’-inosine) nhờ các thể đột
biến của Brevibacterium ammoniagenes bằng cách cải thiện về di truyền và về môi trường để tăng năng suất IMP ở Brevibacterium ammoniagenes
Câu 6: Các phương pháp khử trùng áp dụng trong sản xuất lên men?
Trả lời:
* Khử trùng thiết bị và hệ thống truyền dẫn
Cần phải tiệt trùng thiết bị, dụng cụ có liên quan đến giống vi sinh vật (thùng gieo cấy, khay, thùng chứa nước, bơm, hoặc đường ống dẫn….) bằng cách:
+ dùng các dịch sát khuẩn để ngâm hoặc lau rửa.
+ xông SO2 hoặc đem sấy ở nhiệt độ cao (khay dụng cụ thủy tinh có thể sấy khô ở 1600C trong thời gian là 60 phút)
+ tiệt trùng bằng hơi ở nhiệt độ 105- 120ºC với áp suất dư 0,05 – 0,1 Mpa
+ Mặt bàn để cấy giống, các miệng bình nhân giống đều phải tráng rửa bằng cồn ethanol
* Khử trùng môi trường xung quanh sản xuất
* Khử trung môi trường lên men
+ Khử trùng môi trường nuôi cấy bề mặt:
Khử trùng bằng hơi nóng với áp suất dư 0,05 Mpa, nhiệt độ 104 - 110OC và pH điều chỉnh bằng acid clohydric, sulfuric hoặc lactic
+ Khử trùng môi trưởng lỏng để lên men bề mặt sâu: (2 phương pháp)
- Phương pháp gián đoạn: dùng trong trường hợp khối dịch không lớn ( ví dụ: dịch dùng trong các
bình lên men thí nghiệm, các nồi nhân giống hoặc các nồi lên men không quá lớn)
- Phương pháp liên tục: tiến hành ở nhiệt độ cao hơn và giữ ở thời gian ngắn hơn ở nhiệt độ này.
Trang 6+ Khử trùng bằng hóa chất: 2 phương pháp
- Lọc qua phin lọc
- Sử dụng các hóa chất diệt khuẩn Một số hóa chất được sử dụng: ethylenoxit, propiolacton tác dụng khử trùng các chất kém bền với nhiệt
+ Khử trùng bằng lọc khử trùng:
Dùng để lọc không khi nhằm cung cấp oxygen Nguyên liệu:
- Bông đá, bông thủy tinh hoặc bông
- Trong công nghệ vi sinh phổ biến một số màng lọc ( dẫn xuất cellulose): nhựa, gốm xốp, hoặc các
bộ lọc thủy tinh kết dính thích hợp
Câu 7: Quy trình sản xuất 1 sản phẩm lên men bằng công nghệ vi sinh
Trả lời:
PHẦN BỔ SUNG THÊM PHÒNG NẾU CÓ Câu 1: Các công việc chủ yếu của công tác giống trong sản xuất rượu vang?
Mở đầu
Giống VSV có vai trò quan trọng trong sản xuất góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Giống tốt NSCL mới cao
Công tác giống trong sản xuất bao gồm nhiều công đoạn liên quan mật thiết với nhau:tạo giống, kiểm tra giống, hoạt hóa giống, nhân giống và lưu giữ chủng giống
Nội dung
Các công việc chủ yếu của công tác giống trong sản xuất rượu vang bao gồm:
1. Công tác thu nhận giống (tạo giống)
2 Kiểm tra chất lượng giống
3 Hoạt hóa chủng giống nấm men S.vini
4 Cách nhân giống
Trang 75 Cách lưu giữ chủng giống nấm men
1 Công tác thu nhận giống
- Nhập ngoại các men giống có năng suất chất lượng cao, hoặc thu nhận giống từ Bảo tàng chủng giống QG
- Phân lập và tuyển chọn các chủng nấm men S.vini có chất lượng cao từ trái cây ở Việt Nam + Phương pháp pha loãng (khg áp dụng)
+ Phương pháp Robert Koch (Phân lập nấm men trên vỏ quả rồi tiến hành thuần khiết, nhân giống, lên men sản xuất vang – ví dụ vang Thăng Long VN) + Phương pháp gây đột biến bằng các tác nhân vật lý, hoá học, sinh học kết hợp chọn lọc định hướng
để tạo ra các chủng có năng suất chất lượng cao
+ Phương pháp sử dụng KTDT để tạo ra chủng nấm men có năng suất, chất lượng cao
2 Kiểm tra chất lượng men giống
- Kiểm tra độ thuần khiết của các chủng nấm men S.vini trong lên men
- Kiểm tra khả năng hồi biến của chủng nấm men S.vini
3 Hoạt hóa chủng giống nấm men S.vini.
Cấy truyền giống gốc (dạng thạch nghiêng hay dạng bột sang dạng dịch thể (nước quả) trước khi lên men 24-48h)
Giống sản xuất thường được bảo quản để tránh giảm hoạt tính Do đó, việc cấy giống trên môi trường thạch nghiêng trước khi nhân giống là việc làm rất cần thiết Có thể coi đây là việc “đánh thức” chủng giống đồng thời để kiểm tra hoạt tính của giống sau một thời gian bảo quản ở nhiệt độ thấp
4 Cách nhân giống:
Nhân giống tức làm tăng lượng men giống, thường qua nhiều cấp:
-Nhân giống cấp 1: theo tỉ lệ 1:10 (1 thể tích giống 10 thể tích MT dịch quả)
Trang 8-Nhân giống cấp 2: 1:25 (1 giống 25 thể tích MT dịch quả)
5 Cách lưu giữ chủng giống
- Giữ giống nấm men S.vini bằng những biện pháp thích hợp để duy trì những tính chất cần có của chủng giống
+ Bảo quản lạnh;
+ Đông khô;
+ Ngân hàng gen;
+ Thư viện bộ gen
Vai trò của chủng nấm men S.vini thuần khiết: Là tác nhân chính của quá trình sản xuất rượu vang
6 Kết luận và đề nghị:
1.Để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm cần dùng chủng giống nhập ngoại
2.Giống đem SX phải là giống thuần chủng
Đảm bảo các yếu tố KT
3.PP hoạt hóa chủng giống thường dùng là cấy truyền giống gốc sang MT dịch quả
4.Để SX tránh nhiễm khuẩn thường nhân giống đạt 25% thể tích dịch lên men
5 Căn cứ vào đk của cơ sở SX để sử dụng PP lưu giữ chủng giống phù hợp