n3.bản Word LÊN MEN hoàn chỉnh

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ==== ==== TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ LÊN MEN THỰC PHẨM TÌM HIỂU VỀ MƠI TRƯỜNG LÊN MEN Nhóm sinh viên: Nhóm Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ THANH THỦY HÀ NỘI 2/2016 DANH SÁCH NHÓM 26 STT HỌ VÀ TÊN MSV LỚP Trần Diệu Linh 581532 K58CNTPB Trương Thị Xuân Mơ 581539 K58CNTPB Lê Thành Trung 581569 K58CNTPB Dương Thị Vui 581572 K58CNTPB MỤC LỤC PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU 26 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích .5 1.3 Yêu cầu .5 PHẦN HAI: NỘI DUNG 2.1 Dinh dưỡng vi sinh vật .6 2.1.1 Thành phần dinh dưỡng tế bào vi sinh vật 2.1.2 Quá trình dinh dưỡng tế bào vi sinh vật 2.1.3 Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật 2.2 Các thành phần môi trường lên men 11 2.2.1 Yêu cầu môi trường lên men 12 2.2.1.1 Yêu cầu chung .12 2.2.1.2 Yêu cầu nguồn dinh dưỡng môi trường lên men 13 2.2.2 Thành phần môi trường 13 2.2.2.1 Nguồn C 13 2.2.2.2 Nguồn N 15 2.2.2.3 Nguồn muối vô 16 2.2.2.4 Vitamin 18 2.2.2.5 Thành phần công nghệ 19 2.3 Một số môi trường lên men tiêu biểu .20 2.3.1 Khái quát chung 20 2.3.1.1 Môi trường tự nhiên (complex medium) .20 2.3.1.2 Môi trường tổng hợp (medium)synthetic 21 2.3.1.3 Môi trường bán tổng hợp .23 2.3.2 Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu 23 PHẦN BA: KẾT LUẬN 25 26 26 PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Loài người biết sử dụng sản phẩm lên men từ thời cổ xưa Rượu vang thấy xuất xã hội Ai Cập từ đến 10 ngàn năm trước Công nguyên Bia xuất Babilon trước khoảng 7000 năm, rượu xuất Trung Quốc khoảng 2000 năm trước Công nguyên Suốt thời gian dài, q trình lên men thực quy mơ thủ cơng gia đình người ta không thấy rõ tác nhân gây lên men Đến kỷ XIX, Louise Paster phát vi sinh vật sở trinh lên men.Từ đó, ngành công nghiệp lên men phát triển mạnh mẽ trở thành kinh tế độc lập, chiếm tỷ trọng lớn nhiều quốc gia Ngày với tốc độ thị hóa, đại hóa đất nước, nhu cầu ăn uống người ngày cao dẫn đến ngành cơng nghệ thực phẩm có điều kiện phát triển mạnh Đặc biệt ngành công nghệ thực phẩm có ứng dụng q trình lên men Lên men q trình chuyển hóa cacbohydrat số hợp chất hữu khác thành chất tác dụng enzyme vi sinh vật gây Mục đích q trình lên men chuyển hóa chất mơi trường dinh dưỡng thành sản phẩm Tuy nhiên thực tế chưa hiểu rõ đặc tính biến đổi vi sinh vật môi trường gây mà khống chế biến đổi có hại phát huy hết đặc tính có lợi vi sinh vật tạo trình lên men Chẳng hạn, vi khuẩn hiếu khí bắt buộc khơng thể sinh trưởng phát triển môi trường thiếu oxy Sự sinh trưởng phát triển vi sinh vật chịu ảnh hưởng lớn nhân tố vật lý, hóa học mơi trường Hiểu biết ảnh hưởng nhân tố môi trường sinh trưởng vi sinh vật giúp ích nhiều cho việc khống chế vi sinh vật nghiên cứu phân bố chúng Do đó, để tránh tổn thất khơng đáng có phát huy hết điểm mạnh vi sinh vật việc tạo mơi trường sống phù hợp đáp ứng yêu cầu vấn đề quan trọng Vì việc tìm hiểu dinh dưỡng môi trường lên men vấn đề cần thiết 26 1.2 Mục đích Tìm hiểu dinh dưỡng cần thiết cho trình lên men vi sinh vật để thuận lợi cho tiến hành trình lên men 1.3 Yêu cầu - Tìm hiểu chung dinh dưỡng thiết yếu vi sinh vật; - Tìm hiểu số thành phần mơi trường lên men; - Tìm hiểu môi trường lên men tiêu biểu; PHẦN HAI: NỘI DUNG 26 2.1 Dinh dưỡng vi sinh vật 2.1.1 Thành phần dinh dưỡng tế bào vi sinh vật Chất dinh dưỡng vi sinh vật nguyên liệu cung cấp cho trình sinh tổng hợp tạo thành phần tế bào trình trao đổi lượng vi sinh vật Quá trình dinh dưỡng hấp thu chất dinh dưỡng để thỏa mãn nhu cầu sinh trưởng phát triển vi sinh vật Đây sở để nghiên cứu, ứng dụng hay ức chế vi sinh vật Chất dinh dưỡng hợp chất tham gia vào trình trao đổi chất nội bào Do để nghiên cứu mơi trường dinh dưỡng thích hợp cho vi sinh vật, người ta cần nghiên cứu thành phần hóa học tế bào vi sinh vật, định nhu cầu dinh dưỡng chúng Thành phần dinh dưỡng tế bào vi sinh vật xây dựng từ nguyên tố đa lượng C, H, O, N nguyên tố khoáng đa lượng vi lượng Ví dụ như: Bảng 2.1.1 Thành phần nguyên tố chủ yếu tế bào vi khuẩn E.coli Nguyên tố % chất khô Nguyên tố % chất khô C 50 Na 0.5 N 20 Ca 0.5 O 14 Mg 0.5 H Cl 0.2 P S K Fe nguyên tố khác 0.3 ( Nguồn:Lê Gia Huy, 2010, Cơ sở công nghệ vi sinh vật ứng dụng) Lượng nguyên tố chứa vi sinh vật khác không giống Trong điều kiện nuôi cấy khác ứng với giai đoạn phát triển khác nhau, lượng nguyên tố lồi khơng giống Bảng 2.1.2 Lượng chứa trung bình loại nguyên tố chủ yếu tế bào số nhóm vi sinh vật (% trọng lượng khơ) 26 Nguyên tố Vi khuẩn Nấm men Nấm sợi C ~50 ~50 ~48 H ~8 ~7 ~7 O ~20 ~31 ~40 N ~15 ~12 ~5 P ~3 - - S ~1 - - Tuy nhiên chúng gồm phần lớn: Nước muối khoáng; hợp chất hữu Nước muối khoáng: Nước chiếm khoảng 70-90% khối lượng thể vi sinh vật Phần lớn nước tham gia vào trình trao đổi chất vi sinh vật dạng nước tự Nước kết hợp phần nước liên kết với hợp chất hữu cao phân tử tế bào Nước liên kết khả hịa tan lưu động Muối khống chiếm khoảng 2-5% khối lượng khô tế bào Chúng thường tồn dạng muối sufat, phosphate, cacbonat, clorua…Trong tế bào chúng thường tồn dạng ion Các ion tế bào tồn tỷ lệ định, nhằm trì độ pH áp suất thẩm thấu thích hợp cho loại vi sinh vật Chất hữu tế bào vi sinh vật chủ yếu cấu tạo nguyên tố: C, H, O, N, P, S…Riêng nguyên tố C, H, O, N chiếm tới 90-97% tồn chất khơ tế bào Trong tế bào vi khuẩn hợp chất đại phân tử chiếm 3.5%, cịn ion vơ có 1% 2.1.2 Q trình dinh dưỡng tế bào vi sinh vật Trao đổi chất tất phản ứng hóa học xảy tế bào thể Nó gồm hai q trình: đồng hóa phản ứng tổng hợp chất khác để xây dựng kiến tạo tế bào dị hóa q trình phân gải tạo lượng Nhu cầu lượng vi sinh vật thỏa mãn nhờ: Quang hợp - sử dụng ánh sáng làm nguồn lượng oxy hóa hợp chất hóa học cao phân tử chứa nhiều lượng 26 Căn vào nguồn C, nguồn lượng, nguồn điện tử, chia thành loại sau (bảng 2.1.3) Bảng 2.1.3 Các loại hình dinh dưỡng vi sinh vật (I) Nguồn C (Carbon sources) +Tự dưỡng (autotroph) +Dị dưỡng (heterotroph) CO2 nguồn C hay chủ yếu Nguồn C chất hữu Nguồn lượng (Energy sources) +Dinh dưỡng quang (phototroph) +Dinh dưỡng hoá (chemotroph) Nguồn lượng ánh sáng Nguồn lượng lượng hóa học giải từ oxy hoá hợp Nguồn điện tử (Electron sources) + Dinh dưỡng vô (lithotroph) + Dinh dưỡng hữu Dùng phân tử vô dạng khử để cung cấp điện tử Dùng phân tử hữu để cung cấp điện tử (organotroph) Tất vi sinh vật có nhu cầu nguyên tố giống để xây dựng lên tế bào chúng.Vi sinh vật nhận ‘khối xây dựng bản’ từ mơi trường sau thu thập vào tế bào 2.1.3 Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật Các chất dinh dưỡng đa lượng vi lượng có ý nghĩa lớn q trình ni cấy nghiên cứu chủng vi sinh vật Hiểu nguyên tố, hàm lượng cấu thành tế bào, nguồn gốc chức chúng tế bào vi sinh vật cần thiết nghiên cứu tối ưu hóa mơi trường ni cấy lên men sản xuất sản phẩm công nghiệp 26 thường xử lý trước lên men Thông thường sử dụng acid sunfuric đậm đặc với lượng 3,5 kg cho mật rỉ Khuấy li tâm thu dịch Sau từ dịch mật rỉ xử lý đem pha chế thành loại mơi trường có nồng độ đường khác Với môi trường nuôi cấy thu nhận sinh khối, nồng độ đường cần 2-4% Trong mơi trường lên men cồn hay acid hữu khác, nồng độ đường lại từ 16-22% Tuy nhiên giá trị mật rỉ q trình ni cấy nấm men thu nhận sinh khối không lượng đường saccharose có mật rỉ mà cịn phụ thuộc vào lượng mối khống, chất kích thích sinh trưởng thành phần khác định Như mật rỉ đường vừa nguồn chất dưỡng chất 2.2.1 Yêu cầu môi trường lên men 2.2.1.1 Yêu cầu chung Khi xây dựng công thức phối chế thực chuẩn bi môi trường lên men, ta cần lưu ý điểm sau:  Đối với dưỡng chất, phải có đầy đủ thành phần cần thiết cho sinh trưởng vi sinh vật Các thành phần phải cân đối, hài hịa phải dễ hấp thu, dễ chuyển hóa  Cần có tính cơng nghệ cao: dễ tìm, dễ vận chuyển, dễ bảo quản, dễ tiệt trùng, dễ tinh chế  Khơng hay có ảnh hưởng đến sinh trưởng hoạt tính vi sinh vật  Khơng hay có ảnh hưởng đến sản phẩm q trình xử lý sau lên men  Giá thành hợp lý Điều đặc biệt quan trọng sản xuất sản phẩm thông dụng ( bột ) 2.2.1.2 Yêu cầu nguồn dinh dưỡng môi trường lên men Trong công nghiệp người ta dùng nguồn dinh dưỡng khác để chuẩn bị môi trường với yêu cầu thỏa mãn điều kiện sau tốt:  Tăng cường tối đa hiệu suất tạo sinh khối hoặc/và sản phẩm  Tăng cường tối đa nồng độ sinh khối sản phẩm  Cho phép tạo tốc độ sản xuất tối đa 26  Hạn chế đến mức tối thiểu hiệu suất tổng hợp sản phẩm không mong muốn  Ổn định chất lượng sẵn sàng cho sử dụng quanh năm  Hạn chế đến mức tối thiểu việc xảy vấn đề trình chuẩn bị trùng môi trường  Hạn chế đến mức tối thiểu vấn đề nảy sinh gây trở nảy cho việc khuấy trộn, chiết tách, tinh xử lý chất thải  Cần lưu ý việc chọn môi trường có liên quan mật thiết đến việc thiết kế nồi lên men, ảnh hưởng đến trình thu hồi sản phẩm trình xử lý chất thải sau lên men yếu tố liên quan đến pháp luật, văn hóa, tơn giáo, … 2.2.2 Thành phần mơi trường Tùy theo mục đích mà tạo môi trường với thành phần khác Nhưng xem xét mặt chức môi trường gồm nguồn C, nguồn N, khoáng yếu tố vi lượng chất kích thích sinh trưởng 2.2.2.1 Nguồn C Nguồn cacbon nguồn ngun liệu cho mơi trường lên men Nguồn cacbon cung cấp từ hợp chất hữu gluxit polysaccarit hay mỡ dầu, acid hữu rượu lactic acid vi sinh vật hấp thu dễ dàng Gluxit tự nhiên gồm nhóm: đường đơn (monosaccarit), oligosaccarit (đường đôi đến đường 10) polysaccarit Polysaccarit hợp chất gluxit có phân tử lớn trùng hợp từ hexozo pentozo Các hợp chất polysaccarit tiêu biểu tinh bột, xenlulozo hemixenlulozo Song, công nghiệp lên men đường đơn (glucozo, fructozo), đường đơi ( saccarozo, maltozo) tinh bột có ý nghĩa Vì mà nguyên liệu dùng lên men chủ yếu loại hạt ngũ cốc, có hàm lượng tinh bột cao loại mật rỉ đường Trong tế bào nguồn C trải qua loạt trình biến hố hố học phức tạp biến thành vật chất thân tế bào sản phẩm trao đổi chất C chiếm đến khoảng nửa trọng lượng khô tế bào Đồng thời hầu hết nguồn C trình phản ứng sinh hố cịn sinh tế bào nguồn lượng cần thiết cho hoạt động sống vi sinh vật Một số vi sinh 26 vật dùng CO2 làm nguồn C hay chủ yếu để sinh trưởng, nguồn C khơng phải nguồn sinh lượng Vi sinh vật sử dụng cách chọn lọc nguồn C Đường nói chung nguồn C nguồn lượng tốt cho vi sinh vật Nhưng tuỳ loại đường mà vi sinh vật có khả sử dụng khác Ví dụ mơi trường chứa glucose galactose vi khuẩn Escherichia coli sử dụng trước glucose (gọi nguồn C tốc hiệu) galactose sử dụng sau (gọi nguồn C trì hiệu) Hiện sở lên men công nghiệp người ta sử dụng nguồn C chủ yếu glucose, saccharose, rỉ đường (phụ phẩm nhà máy đường) tinh bột (bột ngô, bột khoai sắn ), cám gạo, nguồn cellulose tự nhiên hay dịch thuỷ phân cellulose Năng lực đồng hoá nguồn C vi sinh vật khác khơng giống Có lồi có khả sử dụng rộng rãi nhiều nguồn C khác nhau, có lồi khả chọn lọc Chẳng hạn vi khuẩn Pseudomonas đồng hoá tới 90 loại hợp chất C, vi khuẩn thuộc nhóm dinh dưỡng methyl (methylotrophs) đồng hoá hợp chất 1C methanol, methane Nguồn C chủ yếu vi sinh vật sử dụng gồm có đường, acid hữu cơ, rượu, lipid, hydrocarbon, CO2, carbonat (Bảng 2.2.1) Bảng 2.2.1: Nguồn C vi sinh vật sử dụng Nguồn C Đường Acid hữu Rượu Lipid Hydrocarbon Carbonate Các nguồn C khác Các dạng hợp chất Glucose, fructose, maltose, saccharose, tinh bột, galactose, lactose, mannite, cellobiose, cellulose, hemicellulose, chitin Acid lactic, acid citric, acid fumaric, acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp, aminoacid Ethanol Lipid, phospholipid Khí thiên nhiên, dầu thô, dầu paraffin NaHCO3, CaCO3, đá phấn Hợp chất nhóm thơm, cyanide, protein, pepton, acid nucleic 2.2.2.2 Nguồn N Vi sinh vật cần nitơ để xây dựng tế bào tất thành phần tế bào có chứa nitơ Nguồn nitơ khơng khí phong phú bền vững mặt hóa học có vi sinh vật cố định nitơ có khả 26 đồng hóa chúng Do nguồn nitơ sử dụng công nghệ lên men chủ yếu hợp chất vô hữu Thông thường người ta thường dung loại muối amon, nitrat hay ure làm nguồn cung cấp Bên cạnh ta dùng nguyên liệu tự nhiên giàu đạm bánh dầu họ đậu, dịch chiết nấm men để kích thích sinh trưởng Trong số trường hợp sục NH3 giải pháp để cung cấp nitơ cho vi sinh vật Nguồn N thường không nguồn lượng, số vi sinh vật tự dưỡng (thuộc nhóm ammon hố-ammonification, nhóm nitrate hốnitrification) dùng muối ammone, muối nitrate làm nguồn lượng Trong điều kiện thiếu nguồn C số vi sinh vật kỵ khí điều kiện khơng có oxy sử dụng số aminoacid làm nguồn lượng Nguồn N thường vi sinh vật sử dụng protein sản phẩm phân huỷ protein ( peptone, peptide, aminoacid ), muối ammone, nitrate, N phân tử (N2), purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (bảng 2.2.2) Bảng 2.2.2: Nguồn N vi sinh vật sử dụng Nguồn N Protein sản phẩm phân giải protein Ammone muối ammone Nitrate N phân tử Các nguồn N khác Các dạng hợp chất Peptone, peptide, aminoacid (một số vi sinh vật tiết men proteinase phân giải protein thành hợp chất phân tử nhỏ hấp thu vào tế bào) NH3, (NH4)2SO4, (dễ hấp thu) KNO3 (dễ hấp thu) N2 (với vi sinh vật cố định N) Purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (chỉ số nhóm vi sinh vật đồng hố được) Nguồn N thường sử dụng để ni cấy vi sinh vật gồm có pepton, bột cá, bột nhộng tằm, bột đậu tương, bột khô lạc, cao ngô, cao thịt, cao nấm men Vi sinh vật sử dụng chọn lọc nguồn N Chẳng hạn xạ khuẩn sản sinh terramycin sử dụng cao ngô với tốc độ nhanh so với sử dụng khơ đậu tương hay khơ lạc, nguồn N cao ngô sản phẩm phân giải dễ hấp thu protein Cao ngô coi nguồn N tốc hiệu, cịn khơ dầu coi nguồn N trì hiệu Loại N tốc hiệu có lợi cho sinh trưởng vi sinh vật, loại trì hiệu lại có lợi cho hình thành sản phẩm trao đổi chất Khi sản xuất terramycin chẳng hạn, người ta phối hợp sử dụng cao ngô khô dầu theo 26 tỷ lệ định để phối hợp giai đoạn sinh trưởng tạo sinh khối giai đoạn sinh tổng hợp sản phẩm trao đổi chất, nhằm mục tiêu nâng cao sản lượng terramycin 2.2.2.3 Nguồn muối vô Các muối vô nguồn chất dinh dưỡng thiếu sinh trưởng vi sinh vật Chúng có chức sinh lý chủ yếu là: tham gia vào thành phần trung tâm hoạt tính enzyme vi sinh vật, trì tính ổn định kết cấu cá đại phân tử tế bào, điều tiết trì cân áp suất thẩm thấu tế bào, khống chế điện oxy hoá khử tế bào nguồn vật chất sinh lượng số loài vi sinh vật (bảng 2.2.3) Bảng 2.2.3: Muối vô chức sinh lý chúng Nguyên tố Hợp chất sử dụng P S Mg Ca Na K Fe Chức sinh lý Là thành phần acid nucleic, nucleoprotein, KH2PO4, phospholipid, coenzyme, ATP Làm nên hệ thống K2HPO4 đệm giúp điều chỉnh pH môi trường Là thành phần aminoacid chứa S, số (NH4)2SO4, vitamin; glutathione có tác dụng điều chỉnh điện MgSO4 oxy hoá khử tế bào Là thành phần trung tâm hoạt tính enzyme phosphoryl hoá hexose, dehydrogenase acid MgSO4 isocitric, polymerase acid nucleic, thành phần chlorophyll bacterio-chlorophyll CaCl2, Tạo tính ổn định số cofactor, enzyme Ca(NO3)2 trì, cần cho dựng trạng thái cảm thụ tế bào Thành phần hệ thống chuyển vận tế bào, NaCl trì áp suất thẩm thấu, trì tính ổn định số enzyme Là cofactor số enzyme, trì áp suất KH2PO4, thẩm thấu tế bào, nhân tố ổn định KH2PO4 ribosome số vi khuẩn ưa mặn Thành phần sắc tố vi khuẩn số enzyme, vật chất nguồn lượng số vi khuẩn FeSO4 sắt, cần thiết để tổng hợp chlorophyll độc tố vi khuẩn bạch hầu Trong trình sinh trưởng vi sinh vật cần tới số nguyên tố vi lượng Những nguyên tố có vai trò quan trọng cần với số lượng nhỏ, khoảng 10-8-10-6 mol/ L môi trường nuôi cấy Nguyên tố vi lượng tham gia vào thành phần enzyme làm hoạt hoá enzyme (Bảng 2.2.4) 26 Bảng 2.2.4: Tác dụng sinh lý nguyên tố vi lượng Nguyên tố Zn Mn Mo Se Co Cu W Br Tác dụng sinh lý Có mặt alcohol dehydrogenase, lactodehydrogenase, phosphatase kiềm, ARNpolymerase, ADNpolymerase Có mặt peroxyd dismutase, carboxylase ciitric synthetase Có mặt reductase nitrate, nitrogenase, dehydrogenase formic Có mặt reductase glycin, reductase formic Có mặt mutase glutamic Có mặt cytochrome oxydase Có mặt dehydrogenase formic Có mặt urease, cần cho sinh trưởng vi khuẩn hydrogen Nếu thiếu nguyên tố vi lượng q trình sinh trưởng hoạt tính sinh lý vi sinh vật bị giảm sút, chí ngừng sinh trưởng Do nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật không giống khái niệm nguyên tố vi lượng chi có ý nghĩa tương đối Vi sinh vật thường tiếp nhận nguyên tố vi lượng từ chất dinh dưỡng hữu thiên nhiên, hố chất vơ cơ, nước máy hay từ dụng cụ nuôi cấy thuỷ tinh Chỉ trường hợp đặc biệt cần bổ sung nguyên tố vi lượng vào môi trường nuôi cáy vi sinh vật Vì nhiều nguyên tố vi lượng kim loại nặng dư thừa gây hại cho vi sinh vật Khi cần bổ sung thêm nguyên tố vi lượng vào môi trường cần lưu ý khống chế xác liều lượng 2.2.2.4 Vitamin Tùy theo yêu cầu chất lượng mà ta bổ sung loại vitamin cho phù hợp tránh lãng phí Một số vi sinh vật tự tổng hợp vitamin, nhiều loại khác lại cần cung cấp vitamin mơi trường dinh dưỡng sinh trưởng Vitamin chủ yếu coenzyme hay cofactor enzyme tham gia vào trình trao đổi chất Một số vi sinh vật không tự tổng hợp aminoacid đó, cần bổ sung vào mơi trường aminoacid hay bổ sung peptide chuỗi ngắn Chẳng hạn vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides cần tới 17 loại aminoacid sinh trưởng đươc Một số vi khuẩn cần cung cấp D-alanin để tổng hợp thành tế bào Purine pyrimidine chủ yếu dùng làm coenzyme hay cofactor enzyme cần thiết cho trình tổng hợp nucleoside, nucleotide acid nucleic 26 Bảng 2.2.5: Chức số vitamin thông thường vi sinh vật Vitamin Chức Ví dụ vi sinh vật cần cung cấp Carboxyl hóa (cố định CO2) Leuconostoc mesenteroides (B) Biotin (H) Saccharomyces cerevisiae (F) Trao đổi chất carbon Ochromonas malhamensis (A) Acanthammoeba castellanii (P) Sắp xếp lại phân tử Lactobacillus spp (B) Vitamin B12 Nhóm mang methyl trao Euglena gracilis (A) đổi chất carbon Tảo silic nhiều vi tảo khác (A) Acanthammoeba castellanii (P) Acid folic Trao đổi chất carbon Enterococcus faecalis (B) Tetrahymena pyriformis (P) Acid lipoic Chuyển nhóm acyl Lactobacillus casei (B) Tetrahymena spp (P) Acid Tiền thể CoA (oxy hóa Proteus morganii (B) pantotenic pyruvat, trao đổi axit béo) Hanseniaspora spp (F) Paramecium spp (P) Pyridoxin (B6) Trao đổi acid amin Lactobacillus spp (B) Tetrahymena pyriformis (P) Tiền thể NAD, NADP Brucella abortus (B) Niacin Haemophilus influenza (B) Blastocladia pringsheimii (F) Crithidia fasciculata (P) Tiền thể FAD, FMN Caulobacter vibrioides (B) Riboflavin Dictyostelium spp (F) (B2) Tetrahymena pyriformis (P) Bacillus anthracis (B) Chuyển nhóm aldehyd Phycomyces blakesleeanus (F) Thiamin (B1) (khử carboxyl pyruvat, oxy Ochromonas malhamensis (A) hóa acid α-keto) Colpidium campylum (P) Chú thích: B-Vi khuẩn; F-Vi nấm; A-Vi tảo; P-Động vật nguyên sinh 2.2.2.5 Thành phần công nghệ Các thành phần công nghệ để hỗ trợ cho trình lên men xẩy dễ dàng hơn, theo chiều hướng thuận lợi hay ngăn cản số tượng, tiến trình có hại Một số thành phần cơng nghệ là: - Chất đệm: giữ cho pH môi trường lên men ổn định, thường dùng CaCO3 muối phốt phát - Chất chống tạo bọt: silicon, polyether, loại dầu thực vật dùng cho mục đích 26 - Chất tạo phức: ngăn ngừa kết tủa ion kim loại, đặc biệt tiệt trùng Ta dùng axit xitric, poly phốt phát, etylendiamn tetraaxetic (EDTA) - Các chất định hướng: làm trình lên men chuyển biến theo chiều hường phù hợp với mục đích sản xuất - Các chất cảm ứng: để thúc đẩy tiến trình lên men tạo sản phẩm đó, thí dụ dùng tinh bột để sản xuất amylaz, dùng pectin để sản xuất pectinaz - Các chất xúc tiến: dùng để rút ngắn thời gian pha tiềm phát (pha lag), qua làm tăng suất thiết bị Như chất dinh dưỡng đưa vào môi trường lên men phải đảm bảo đủ lượng vật liệu cần thiết cho trình lên men.Tuy nhiên cung lưu ý tới loại vi sinh vật mà xây dựng phần dinh dưỡng thích hợp.Tùy lồi vi sinh vật mà ta cung cấp chất dinh dưỡng khác cần ý đến đặc điểm sinh lý chúng điều kiện tiến hành 2.3 Một số môi trường lên men tiêu biểu 2.3.1 Khái quát chung Người ta chia môi trường nuôi cấy thành nhiều loại khác Căn vào thành phần môi trường ta có ba loại mơi trường môi trường tự nhiên, môi trường bán tổng hợp môi trường tổng hợp 2.3.1.1 Môi trường tự nhiên (complex medium) Đây loại môi trường chứa chất hữu thiên nhiên khơng biết rõ thành phần hóa học thành phần hóa học khơng ổn định, cịn gọi mơi trường khơng xác định hóa học (chemically undefined medium) Các mơi trường Cao thịt-Pepton, môi trường Mạch nha, môi trường LB (LuriaBertani) ví dụ loại mơi trường - Ưu điểm : Loại môi trường thường chứa nhiều chất hữu vơ tan nước, đáp ứng nhu cầu phát triển vi khuẩn Môi trường tự nhiên dễ chuẩn bị, vừa rẻ tiền lại sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu vi khuẩn 26 - Nhược điểm: Khơng biết xác thành phần dinh dưỡng, thành phần dinh dưỡng lần chuẩn bị khác không hồn tồn giống Do ni cấy vi khuẩn lần chuẩn bị môi trường khác khơng giống Thành phần mơi trường LB sau (g/l): Peptone - 10; Cao nấm men - 5; NaCl -10; pH: 7,0; khử trùng 1210C 21 phút Cao thịt nước chiết thịt cô đặc lại Cao thịt chứa chất đạm hữu cơ, đường, vitamin, muối khoáng- tất dễ tan nước Peptone dạng thủy phân protease hay acid thịt, casein, gelatin sau làm khô lại thành dạng bột Peptone chứa phong phú chất đạm hữu cơ, có số vitamin đường Cao nấm men dịch tự phân (autolysate) tế bào nấm men cô đặc lại Cao nấm men chứa phong phú vitamin nhóm B, có chứa chất đạm hữu đường Ngoài loại nói mơi trường tự nhiên cịn chế tạo từ nguyên liệu khác thường sản phẩm hay phụ phẩm sản xuất nông lâm ngư nghiệp, thực phẩm bột ngũ cốc, mật rỉ đường, bánh dầu nước chiết khoai tây, nước chiết giá đậu, nước chiết đất, nước chiết rơm rạ, nước chiết lông vũ bột ngô, cám gạo, sữa, huyết thanh, nước ép cà rốt, nước dừa Mơi trường tự nhiên có tính chất sau : • Là hỗn hợp nhiều thành phần nên đáp ứng nhiều yêu cầu dưỡng chất nguồn C, nguồn N, vitamin, khoáng • Thích hợp cho sản xuất với số lượng lớn, sản phẩm có u cầu khơng q nghiêm ngặt, đặc biệt cho thực phẩm • Giá thành mơi trường thiên nhiên thường thấp, không sử dụng phịng thí nghiệm mà cịn sử dụng xí nghiệp lên men cơng nghiệp Tuy nhiên thành phần môi trường tự nhiên thường khơng cân đối, hài hịa theo u cầu sinh trưởng vi sinh vật Thành phần chât lượng khơng ổn định gây khó khăn cho sản xuất Khi sử dụng môi trường tự nhiên, ta thường phải bổ sung thêm thành phần cịn khiếm khuyết 2.3.1.2 Mơi trường tổng hợp (medium)synthetic Đây loại mơi trường có thành phần hóa học biết rõ cịn gọi mơi trường xác định hóa học (chemically defined medium) Nhiều vi khuẩn hoá dưỡng dị dưỡng sinh trưởng mơi trường chứa glucơzơ nguồn cacbon muối amôn nguồn nitơ Tùy theo nhu cầu dinh dưỡng 26 loại vi khuẩn mà người ta thiết lập thành phần dinh dưỡng khác loại mơi trường, ví dụ: mơi trường MacConkey, Vinson Blai, SS (Salmonella-Shigella), KAI (Kligler -Iron-Agar), - Ưu điểm: Biết rõ ràng thành phần dinh dưỡng mơi trường, để phù hợp với mục đích ni cấy loại vi khuẩn, biết rõ nhu cầu dinh dưỡng chúng - Nhược điểm: Đắt tiền, chuẩn bị phức tạp, sử dụng cho loài vi khuẩn thích hợp, trường hợp vi khuẩn chưa xác định, khơng thể nuôi cấy môi trường cách bảo đảm Ví dụ mơi trường Gause thích hợp cho Xạ khuẩn với thành phần sau (g/l): Tinh bột tan - 20; KNO3 - 1; NaCl - 0,5;KHPO4.3H2O- 0,5; K2HPO4.3H2O- 0,5; FeSO4.7H2O- 0,01, pH: 7,2-7,4; khử trùng 121oC 21 phút Có vi khuẩn địi hỏi mơi trường tổng hợp đơn giản, chẳng hạn vi khuẩn Escherichia coli với môi trường sau đây: K2HPO4-7,0g; KH2PO4-2,0g; (NH4)2SO4-1,0g; MgSO4-0,1g; CaCl2-0,02g; Glucose-10g; Nguyên tố vi lượng (Fe,Co,Mn,Zn,Cu,Ni,Mo)-mỗi loại 2-10μg; Nước cất1000ml Escherichia coli Có vi sinh vật địi hỏi mơi trường tổng hợp phức tạp (và đắt tiền) Sau ví dụ mơi trường tổng hợp dùng để nuôi cấy vi tảo Euglena: acid glutamic-6g; acid aspartic-4g; Glycine-5g; Sacchaose-30g; Acid malic1,04g; Acid boric-1,14mg; Thiamine HCl-12mg; KH2PO4- 0,6g; MgSO4-0,8g; CaCO3-0,16g; (NH4)2CO3- 0,72g; FeCl3-60mg; ZnSO4- 40mg; MnSO4-6mg; CuSO4- 0,62mg; CoSO4- 5mg ; (NH 4)2MoO4- 1,34mg; Nước 1000ml 26 Vi tảo Euglena Để chuẩn bị môi trường thuộc loại này, ta phối trộn thành phần đơn giản (thường loại hóa chất) theo liều lượng, sau kết hợp với chất mang xử lý tiếp Mơi trường loại có tính chất sau: - Đơn giản, dễ thực hiện, khơng địi hỏi nhiều công sức để chuẩn bị - Thành phần xác định yêu cầu đề ra, ổn định - Chất lượng cao - Việc tiến hành trình lên men tương đổi dễ dàng hơn, chất lượng sản phẩm ổn định Tuy nhiên loại môi trường có giá thành cao loại mơi trường vi sinh vật phát triển tương đối chậm nên phù hợp cho quy mô nhỏ, pilot, giai đoạn nhân giống hay dùng để sản xuất sản phẩm cao cấp, có giá trị cao dược phẩm; nói chung thích hợp sử dụng phạm vi phịng thí nghiệm 2.3.1.2 Mơi trường bán tổng hợp Mơi trường bán tổng hợp mơi trường có số chất tự nhiên không xác định thành phần số lượng pepton, cao thịt, cao nấm men chất hoá học biết thành phần số lượng Vì mà mơi trường bán tổng hợp có ưu điểm khắc phục nhược điểm hai mơi trường Ví dụ: mơi trường gồm: nước chiết thịt gan: 30g/l; glucose: 2g/l; thạch: 6g/l; nước cất: 1g/l 2.3.2 Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu • Mơi trường sinh tổng hợp Amylase ( Underkotler, 1966) Dịch thủy phân đậu nành 1,85% Dịch chiết nấm men thủy phân 1,5% 26 Dịch thủy phân Casein 0,65% Lactose 4,75% MgSO4.7H2O 0,04% Chất phá bọt 0,05%  Môi trường sản xuất Glutamic acid ( Gore et al., 1968) Dextrose 270g/L NH4H2PO4 2g/L (NH4)2HPO4 2g/L K2SO4 2g/L MgSO4.7H2O 0,5g/L MnSO4.H2O 0,04g/L FeSO4.7H2O 0,02g/L Polyglycol 2000 0,3g/L Biotin 12mg/L Penicillin 11mg/L • Mơi trường sản xuất Pennicillin ( Perlan, 1970) Glucose rỉ đường (feed liên tục) 10% Dịch chiết bắp 4-5% Phenylacetic aid 0,5-0.8% Lard oil (hoặc dầu thực vật) dùng làm chất phá bọt pH 6,5-7,5 (acid kiềm) 0.5% • Mơi trường sản xuất Endotoxin từ Baccillus thuringlensis ( Holmberg et al., 1980) Rỉ đường 0-4% Bột đậu nành 2-6% KH2PO4 0,5% 26 ... môi trường lên men yếu tố định suất sinh học cho trình lên men Để chuẩn bị cho trình lên men việc quan trọng phải chuẩn bị xử lý kỹ lưỡng môi trường lên men Khi có mơi trường lên men tốt đật... dài, trình lên men thực quy mơ thủ cơng gia đình người ta khơng thấy rõ tác nhân gây lên men Đến kỷ XIX, Louise Paster phát vi sinh vật sở trinh lên men. Từ đó, ngành công nghiệp lên men phát triển... trưởng cho nấm men Tuy nhiên mật rỉ có màu nâu sẫm khó phá hủy q trình lên men sau lên men chúng bám màu vào sinh khối vi sinh vật sản phẩm nên mật rỉ 26 thường xử lý trước lên men Thông thường