TÌM HIỂU VỀ MÔI TRƯỜNG LÊN MEN

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM DANH SÁCH NHÓM BỐ CỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG KẾT LUẬN PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Lên men trình chuyển hóa cacbonhydrat số hợp chất hữu khác thành chất tác dụng enzym vi sinh vật gây Tuy nhiên, thực tế ta chưa hiểu rõ đặc tính biến đổi vi sinh vật mơi trường gây Vì việc tìm hiểu mơi trường lên men vấn đề cần thiết 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 môi trường lên men - Tìm hiểu mơi trường lên men tiêu biểu PHẦN HAI: NỘI DUNG 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  Thành phần dinh dưỡng tế bào vi sinh vật xây dưng từ nguyên tố đa lượng C, H,O, N nguyên tố khoáng đa lượng vi lượng  Trong điều kiện nuôi cấy khác ứng với giai đoạn phát triển khác nhau,lượng ngun tố lồi khơng giống Bảng 2.1: lượng chứa trung bình loại nguyên tố chủ yếu tế bào số nhóm vi sinh vật (% trọng lượng khô) 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 - PHẦN HAI: NỘI DUNG 2.1 Dinh dưỡng vi sinh vật 2.1.2 Quá 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 dị hóa Bảng 2.2 Các loại hình dinh dưỡng vi sinh vật - Nguồn C (Carbon sources)       +Tự dưỡng (autotroph)    +Dị dưỡng (heterotroph)    CO2 là nguồn C hay chủ yếu Nguồn C chất hữu -Nguồn lượng (Energy sources)         +Dinh dưỡng quang Nguồn lượng ánh sáng           (phototroph)    Nguồn lượng lượng hóa       +Dinh dưỡng hố học giải từ oxy hoá hợp        (chemotroph)   Nguồn điện tử (Electron sources)   Dùng phân tử vô dạng khử để cung cấp điện tử       + Dinh dưỡng vô            (lithotroph)    Dùng phân tử hữu để cung cấp    + Dinh dưỡng hữu điện tử          (organotroph)  PHẦN HAI: NỘI DUNG 2.1 Dinh dưỡng vi sinh vật 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 ‒ Tự dưỡng vi sinh vật không cần nhân tố sinh trưởng chúng cần yếu tố môi trường nuôi cấy đủ ‒ Khuyết dưỡng (Dị dưỡng) lànhững vi sinh vật đòi hỏi chất hữu đinh cần cho sinh trưởng chúng  Một số nhân tố sinh trưởng bao gồm: + Các vitamin thành phần, protein nhiều enzyme + Các axit amin cho sinh tổng hợp protein gốc kiềm purin, pirimidi + Các axit nucleic để tổng hợp AND ARN PHẦN HAI: NỘI DUNG Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng đa lượng, vi lượng, nguồn gốc chức tế bào vi sinh vật Nguyên tố % Khối lượng khô (*) Nguồn gốc Chức Thức ăn đa lượng Cacbon 50 Hợp chất hứu CO2 Oxy 20 H2O, hợp chất hữu cơ, CO2 O2 Xây dựng thành phần cật chất tế bào Xây dựng nên vật chất nước tế bào, O2 chất nhận điện tử hơ hấp hiếu khí Nito 14 NH3, NO3, hợp chất hữu cơ,N2 Xây dựng nên axit amin, nucleotit axit nucleic coenzyme Hydro H2O, hợp chất hữu cơ, H2 Xây dựng nên hợp chất hữu cơ, tham gia vào trình sinh lượng proton Photpho Photphat vô (PO4) Xây dựng nên axit nucleic, nucleotit, photpholipit, LPS, axit teichoic Thức ăn vi lượng Lưu huỳnh SO4, H2S, SO, hợp chất hữu chứa lưu Xây dựng nên xystein, methionin, glutathion nhiều coenzyme huỳnh Kali Muối kali Xây dựng nên cation vô tế bào cofacto cho enzyme Magie 0.5 Muối magie Dạng cation vô tế bào, cofacto cho nhiều phản ứng enzyme Canxi 0.5 Muối canxi Cation vô cofacto cho nhiều enzym cấu phần nội bào tử Sắt 0.2 Muối sắt Cấu phần xitocrom protein khác cofactor cho số phẩn ứng enzym PHẦN HAI: NỘI DUNG 2.2 Các thành phần môi trường lên men PHẦN HAI: NỘI DUNG Yêu cầu môi trường lên men Đối với dưỡng chất: đầy đủ, cân đối, hài hịa, dễ hấp thụ, chuyển hóa Cần có tính cơng nghệ cao: dễ tìm, dễ vận chuyển, dễ bảo quản, dễ tiệt trùng, dễ tinh chế Khơng ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển vi sinh vật, sản phẩm hay trình xử lý sau lên men Giá thành hợp lý 10 Bảng 2.4: Nguồn C vi sinh vật sử dụng Nguồn C Đường Các dạng hợp chất glucose, fructose, maltose, saccharose, tinh bột, galactose, lactose, mannite, cellobiose, cellulose, hemicellulose, chitin Acid hữu acid lactic, acid citric, acid fumaric, acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp, aminoacid Rượu ethanol Lipid lipid, phospholipid Hydrocarbon Carbonate Các nguồn C khác khí thiên nhiên, dầu thô, dầu paraffin NaHCO3, CaCO3, đá phấn Hợp chất nhóm thơm, cyanide, protein, pepton, acid nucleic 13 nitơ sử dụng công nghệ lên men chủ yếu hợp chất vô hữu cơ, thường dung loại muối amon, nitrat hay ure làm nguồn cung cấp  Chức  Vi sinh vật cần nitơ để xây dựng tế bào tất thành phần tế bào có chứa nitơ  Loại N tốc hiệu có lợi cho sinh trưởng vi sinh vật, cịn loại trì hiệu lại có lợi cho hình thành sản phẩm trao đổi chất  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 14 Bảng 2.5: Nguồn N vi sinh vật sử dụng   Nguồn N Protein sản phẩm phân giải 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) protein Ammone muối ammone NH3, (NH4)2SO4, (dễ hấp thu) Nitrate KNO3 (dễ hấp thu) N phân tử N2 (với vi sinh vật cố định N) purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (chỉ số nhóm vi sinh vật đồng Các nguồn N khác hoá được) 15 Nguồn muối vô Các muối vô nguồn chất dinh dưỡng thiếu sinh trưởng vi sinh vật  Chức  Tham gia vào thành phần trung tâm hoạt tính enzyme vi sinh vật  Duy 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 16 coenzyme hay cofactor enzyme tham gia vào trình trao đổi chất Vitamin Bảng 2.6: Chức số vitamin thông thường vi sinh vật Vitamin Chức   -Carboxyl hóa (cố định CO2) Biotin (H) -Trao đổi chất carbon   -Sắp xếp lại phân tử Vitamin B12 -Nhóm mang methyl trao đổi chất carbon Acid folic -Trao đổi chất carbon Acid lipoic -Chuyển nhóm acyl Acid pantotenic -Tiền thể CoA (oxy hóa pyruvat, trao đổi axit béo) Pyridoxin   (B6) -Trao đổi acid amin   -Tiền thể NAD, NADP Niacin   -Tiền thể FAD, FMN Riboflavin (B2) Thiamin (B1) -Chuyển nhóm aldehyd (khử carboxyl pyruvat, oxy hóa acid α-keto) 17 Thành phần cơng nghệ 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  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 18 PHẦN HAI: NỘI DUNG 2.3 Các loại môi trường 19 2.3 Các loại mơi trường Ưu điểm Nhược điểm Ví dụ Môi trường Chứa nhiều chất hữu , vô tan Khơng biết xác thành phần dinh môi trường Cao thịt-Pepton, tự nhiên nước đáp ứng nhu cầu phát triển dưỡng môi trường Mạch nha, môi vi khuẩn Thành phần dinh dưỡng lần trường LB (Luria-Bertani) Dễ chuẩn bị, rẻ tiền, sử dụng cho nhiều chuẩn bị khác khác mục đích nghiên cứu vi khuẩn Mơi trường Biết rõ ràng thành phần dinh dưỡng Đắt tiền, chuẩn bị phức tạp, sử môi trường MacConkey, Vinson tổng hợp Phù hợp với mục đích ni cấy loại dụng cho lồi vi khuẩn thích hợp Blai, SS (Salmonella-Shigella), vi khuẩn biết rõ nhu cầu dinh dưỡng Trường hợp vi khuẩn chưa xác định, KAI (Kligler -Iron-Agar), chúng nuôi cấy môi trường cách bảo đảm Môi trường khắc phục nhược điểm môi trường gồm: nước chiết bán tổng hai môi trường thịt gan: 30g/l; glucose: hợp 2g/l; thạch: 6g/l; nước cất: 1g/l 20 Ví dụ môi trường tương ứng với loại vi sinh vật Escherichia coli Mơi trường Gause thích hợp cho Xạ khuẩn với thành phần sau (g/l): Tinh bột tan - 20; KNO3 - 1; NaCl - 0,5; K2HPO4.3H2O- 0,5; K2HPO4.3H2O- 0,5; FeSO4.7H2O- 0,01, pH: 7,2-7,4; khử trùng 1210C 21 phút 21 Ví dụ mơi trường tương ứng với loại vi sinh vật Vi tảo Euglena Môi trường tổng hợp dùng để nuôi cấy vi tảo Euglena: acid glutamic-6g; acid aspartic4g; Glycine-5g; Sacchaose-30g; Acid malic-1,04g; Acid boric-1,14mg; Thiamine HCl12mg; KH2PO4- 0,6g; MgSO4-0,8g; CaCO3-0,16g; (NH4)2CO3- 0,72g; FeCl3-60mg; ZnSO4- 40mg; MnSO4-6mg; CuSO4- 0,62mg; CoSO4- 5mg ; (NH4)2MoO4- 1,34mg; Nước 1000ml 22 PHẦN HAI: NỘI DUNG Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu Môi trường sinh tổng hợp Amylase Môi trường sản xuất Glutamic acid ( Gore et al., 1968) ( Underkotler, 1966) Dịch thủy phân đậu nành Dịch chiết nấm men thủy phân Dịch thủy phân Lactose MgSO4.7H2O 1,85% 1,5% 0,65% 4,75% 0,04% Dextrose NH4H2PO4 0,05% 2g/L (NH4)2HPO4 2g/L K2SO4 2g/L MgSO4.7H2O MnSO4.H2O Chất phá bọt 270g/L FeSO4.7H2O Polyglycol 2000 Biotin Penicillin 0,5g/L 0,04g/L 0,02g/L 0,3g/L 12mg/L 11mg/L 23 PHẦN HAI: NỘI DUNG Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu Môi 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% Môi trường sản xuất Endotoxin từ Baccillus thuringlensis ( Holmberg et al., 1980) Rỉ đường Bột đậu nành 0-4% 2-6% KH2PO4 0,5% K2HPO4 0,5% MgSO4 0,0005% MnSO4 0,003% FeSO4 0,001% CaCl2 0,005% Na(NH4)2PO4.4H2O 0,15% 24 PHẦN BA: KẾT LUẬN - Môi trường lên men điều kiện cần thiết cho vi sinh vật phát triển Dinh dưỡng vi sinh vật quan trọng - Một môi trường lên men gồm chất, dưỡng chất, chất mang chất phụ gia Thành phần môi trường gồm nguồn C, nguồn N, muối vô cơ, vitamin thành phần cơng nghệ Khi có mơi trường lên men tốt đạt yêu cầu thu sản phẩm mong muốn với độ tinh khiết suất cao - Việc tìm hiểu thành phần số môi trường lên men tiêu biểu tạo điều kiện cho phát triển việc tối ưu hóa mơi trường lên men vi sinh vật 25 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng việt Lê Gia Hy (2010), Cơ sở công nghệ vi sinh vật ứng dụng, NXB giáo dục Việt Nam  Lê Văn Hồng (2004), Các q trình thiết bị công nghệ sinh học công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật Lương Đức Phẩm (2010), Giáo trình cơng nghệ lên men, NXB giáo dục Việt Nam  Nguyễn Đức Lượng(2014),Vi sinh vật học công nghiệp tập 2, NXB đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Tài liệu internet  1. Môi trường lên men, Truy cập ngày 15/2/2016 từ http://hoctp.com/…/qtlm4x-chuan…/cb6-moi-truong-len-men.html  2. Môi trường nuôi cấy, Thư viện Học liệu mở Việt Nam, Truy cập ngày 15/2/2016 từ http://voer.edu.vn/m/moi-truong-nuoi-cay-culture-m…/e29607b0 3. Nguyễn Lân Dũng Bùi Việt Hà ( 06/03/2009), Dinh dưỡng vi sinh vật, Truy cập ngày 15/2/2016 từ http://vietsciences.free.fr/khaocuu/nguyenlandung/visv13.htm Đề tài nghiên cứu trình lên men Lactic từ mật rỉ đường, Truy cập ngày 16/2/2016 từ   http://doc.edu.vn/…/de-tai-nghien-cuu-qua-trinh-len-men-la…/     26 Cảm ơn cô bạn ý lắng nghe 27 ... Vì việc tìm hiểu mơi trường lên men vấn đề cần thiết 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... trường lên men tốt đạt yêu cầu thu sản phẩm mong muốn với độ tinh khiết suất cao - Việc tìm hiểu thành phần số môi trường lên men tiêu biểu tạo điều kiện cho phát triển việc tối ưu hóa mơi trường lên. .. cho số phẩn ứng enzym PHẦN HAI: NỘI DUNG 2.2 Các thành phần môi trường lên men PHẦN HAI: NỘI DUNG Yêu cầu môi trường lên men Đối với dưỡng chất: đầy đủ, cân đối, hài hòa, dễ hấp thụ, chuyển hóa