- Môi trường bổ sun g2 (g/l):
3.NGUYÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT 1 Các hợp chất cung cấp nguồn carbon
3.1. Các hợp chất cung cấp nguồn carbon
3.1.1. Các nguyên liệu nguồn tinh bột
Các loại ngũ cốc và bột sắn: trong các loại bột ngũ cốc thường được dùng là bột gạo, bột ngô đã tách phôi, khoai mì, bột đại mạch….Ngoài thành phần chủ yếu là tinh bột, các loại bột này còn chứa các hợp chất protein, các chất xơ (chủ yếu là cellulose) và các chất khoáng.
Khoai mì được coi là nguyên liệu chứa tinh bột có nhiều thành phần dinh dưỡng thuận lợi cho nhiều quá trình lên men. Trong khoai mì còn có nhiều chất khoáng như K, Na, P, Mg và Fe. Vi sinh vật rất cần các chất khoáng này để tạo ra các sản phẩm thứ cấp. Mặt khác khi làm nguồn thực phẩm cho con người lại là loại thực phẩm thiếu dinh dưỡng nên giá thành khoai mì thường rất rẻ và là loại dễ trồng nên được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều quá trình lên men. Thành phần hóa học của khoai mì bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần hóa học trung bình của khoai mì
STT Thành phần Đơn vị Số lượng STT Thành phần Đơn vị lượng Số 1 Protein % 1,1 8 P mg/100g 30,0 2 Lipid % 0,2 9 Fe mg/100g 1,2 3 Glucide tổng số % 36,4 10 Vitamin B1 mg/100g 0,03 4 Cellulose % 1,5 11 Vitamin B2 mg/100g 0,03 5 Tro % 0,8 12 Vitamin PP mg/100g 0,6 6 K mg/100g 394 13 Vitamin C mg/100g 34 7 Ca mg/100g 25,0 14 Acid folic mg/100g 520 Ngô mảnh là một loại nguyên liệu rất thông dụng trong các quá trình lên men. Ngô mảnh chứa nhiều glucide, protid và cả lipid. Ưu điểm của ngô mảnh là vật liệu rời, tinh bột có trong ngô mảnh thường không tạo khối kết dính nên thuận lợi để làm môi trường bán rắn trong nuôi cấy bề mặt. Ngoài ra chúng lại dễ bảo quản, dễ mua và rẻ tiền. Thành phần hóa học của ngô mảnh bảng 3.2.
STT Thành
phần Đơn vị lượng Số STT Thành phần Đơn vị lượng Số
1 Protein % 8,5 9 P mg/100g 190,0 2 Lipid % 3,2 10 Fe mg/100g 2,3 3 Glucide % 71,8 11 Mg mg/100g 85 4 Cellulose % 1,7 12 Zn mg/100g 1,4 5 Tro % 0,8 13 Cu mg/100g 0,16 6 Ka Mg/100g 310,6 14 Mn mg/100g 0,5 7 Ca Mg/100g 30,0 15 Co mg/100g 22,4 8 Na Mg/100g 10,4 16 Mo mg/100g 35
Cám gạo được sử dụng nhiều nhất trong nuôi cấy vi sinh vật. Trong cám gạo chứa đầy đủ các chất phù hợp cho sự phát triển của vi sinh vật, trong đó nấm sợi phát triển rất mạnh trong môi trường cám. Trong thành phần hóa học của cám, hàm lượng tinh bột chiếm khối lượng lớn.
Tuy nhiên tinh bột của cám là tinh bột của gạo nên rất dễ tạo ra sự kết dính khi ta tiến hành gia nhiệt trong quá trình thanh trùng. Sự kết dính này tạo thành một khối chặt chẽ, ngăn chặn sự vận chuyển O2 trong khối môi trường. Chính vì vậy trong quá trình sản xuất sử dụng cám gạo người ta thường cho vào môi trường khoảng 25% trấu làm chất độn tạo khả năng xâm nhập của không khí vào môi trường. Thành phần hóa học của cám gạo bảng 3.3.
Bảng 3.3. Thành phần hóa học trung bình của cám gạo
STT Thành phần Đơn vị Số lượng 1 Protein % 12,2 2 Lipid % 22,7 3 Glucide % 40,3 4 Cellulose % 6,3 5 Tro % 6,5 6 Ca mg/100g 30,0 7 P mg/100g 4,6 8 Fe mg/100g 14.0 9 Vitamin B1 mg/100g 0,96
Các nguyên liệu tinh bột có thể sử dụng cho lên men trực tiếp với các chủng vi sinh vật có khả năng sinh ra enzyme amylase ngoại bào, đặc biệt là trong phương pháp nuôi cấy bề mặt. Ngoài ra, nguồn nguyên liệu này phải qua giai đoạn thủy phân thành đường rồi mới dùng chuẩn bị môi trường dinh dưỡng.
Để cung cấp nguồn C chủ yếu là đường glucose thì bột sắn, bột ngô, khoai tây là những nguồn nguyên liệu tốt nhất. Trong bột sắn chủ yếu chứa tinh bột, các hàm lượng nitrogen hữu cơ, khoáng, vitamin có với lượng rất ít.
Thủy phân các loại tinh bột, hai cách:
+ Thủy phân bằng acid (HCl hoặc H2SO4) ở nhiệt độ cao. Dịch thủy phân được trung hòa bằng Na2CO3 hoặc NaOH, nếu dùng H2SO4 làm tác nhân thủy phân thì có thể dùng CaCO3 hoặc dùng nước vôi để trung hòa, sau đó đem qua lọc khung bản với than hoạt tính để khử màu. Dịch thủy phân này chứa chủ yếu là glucose, một lượng nhỏ amino acid, các chất khoáng. Sử dụng làm môi trường nuôi cấy hoặc cô đặc 60- 70% chất khô để dùng dần.
+ Thủy phân bằng enzyme: sử dụng chế phẩm enzyme từ nấm mốc nuôi cấy bề mặt hoặc nuôi cấy chìm, gồm phức hệ enzyme α, β- amylase và glucoamylase. Sản phẩm thu được là hỗn hợp maltose và glucose. Hoặc phối hợp chế phẩm enzyme từ nấm mốc và chế phẩm enzyme từ vi khuẩn (α- amylase chịu nhiệt), hiệu quả của quá trình thủy phân cao hơn.
3.1.2. Các loại mật rỉ
- Mật rỉ hydrol: dịch thu được sau khi kết tinh glucose ở các cơ sở sản xuất glucose từ tinh bột thủy phân bằng acid. Trong hydrol có tới 40-50% glucose và một hàm lượng đáng kể là NaCl.
- Rỉ đường là một hỗn hợp khá phức tạp. Bên cạnh hàm lượng đường lên men được khá cao, trong rỉ đường còn chứa các hợp chất chứa nitrogen, các vitamin, các hợp chất vô cơ, một số chất keo và vi sinh vật tạp nhiễm làm bất lợi cho quá trình lên men sau này. Vì vậy, tuỳ theo mục đích sử dụng khác nhau cần phải xử lý rỉ đường trước khi dùng làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật. Thành phần hóa học của rỉ đường bảng 3.4.
Rỉ đường mía là phế phẩm thu được của công nghiệp sản xuất đường. Rỉ đường củ cải là nước cốt sinh ra trong sản xuất đường từ củ cải đường.
Bảng 3.4. Thành phần hóa học trung bình của rỉ đường củ cải và mía
STT Thành phần Đơn vị Hàm lượng rỉ đường Củ cải Đường mía 1 Đường tổng số % 48-52 48-56 2 Chất hữu cơ khác % 12-17 9,0-12 3 Protein % 6,0-10 2-4 4 K % 2,0-7,0 1,5-5,0
5 Ca % 0,1-0,5 0,4-0,8 6 Mg % 0,09 0,06 7 P % 0,02 -0,07 0,6-2,0 8 Biotin mg/kg 0,02 – 0,15 1,0-3,0 9 Pantotenic acid mg/kg 50-110 15-55 10 Inozitol mg/kg 5000 -8000 2500-6000 11 Thiamin mg/kg 1,3 1,8
Ngoài các nguồn nguyên liệu trên trong công nghiệp lên men còn sử dụng các nguồn nguyên liệu sau đây để làm nguồn C nuôi cấy vi sinh vật thu nhận cồn hoặc protein đơn bào:
+ Dịch kiềm sulfite: Là một loại phế phẩm của công nghiệp sản xuất cellulose. Dịch kiềm sulfite có thành phần: 80% chất khô là đường hexose (glucose, mannose, galactose), phần còn lại là đường pentose. Ngoài ra trong dịch kiềm sulfite có chứa acid ligninsulfuric. Acid này chưa được vi sinh vật sử dụng, hiện nay đang có hướng nghiên cứu để vi sinh vật có thể sử dụng acid này trong công nghệ lên men. Lưu ý kiềm sulfite có đặc tính hấp phụ nhiều O2, cho nên khi nuôi cấy các vi sinh vật hiếu khí có thể giảm mức cung cấp O2 tới 60% so với mức bình thường.
+ Cellulose được sử dụng dưới dạng rơm, rạ, giấy, mạt cưa...Các loại nguyên liệu tuỳ theo đối tượng vi sinh vật sẽ có cách xử lý thích hợp khác nhau. Hiện nay sử dụng trực tiếp cellulose còn rất hạn chế.
+ Hydrocarbon: Cũng có thể là nguồn nguyên liệu dùng trong công nghiệp lên men. Trong quá trình tìm kiếm nguồn carbon cho môi trường nuôi cấy vi sinh vật ở quy mô công nghiệp, con người đã phân lập được một số vi sinh vật có khả năng sử dụng được nguồn hydrocarbon là dầu mỏ và khí đốt. Các nguồn nguyên liệu này rất dồi dào và rẻ tiền, vì vậy việc sử dụng vi sinh vật nuôi cấy trên môi trường dầu mỏ và khí thiên nhiên đã và đang là vấn đề hấp dẫn các nhà nghiên cứu cũng như nhà sản xuất.
+ Các loại dầu thực vật (dầu dừa, dầu lạc, dầu đậu tương, dầu hạt bông, dầu hướng dương… ) được dùng trong nuôi cấy vi sinh vật với vai trò là nguồn dinh dưỡng carbon, ngoài ra còn là chất phá bọt trong quá trình lên men. Trong quá trình lên men vi sinh vật có khả năng tiết ra enzyme lipase sẽ phân hủy các chất dầu này thành glycerine và các acid béo.
Bảng 3.5. Thành phần hóa học của các loại dầu thực vật (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các loại dầu Acid béo (%)
Oleic Linoleic Palmitic Stearic Arachidic
Dầu lạc 50 – 70 13 – 26 6 – 11 2 – 6 5 – 7
Dầu đậu tương 25 – 36 52 – 65 6 – 8 3 – 5 0,4 – 10 Dầu bông 30 – 35 40 – 45 20 – 22 2,0 0,1 – 0,6
Dầu lanh 13 - 29 15 – 30 9 – 11 6 – 7 -
3.2. Các hợp chất cung cấp nguồn nitrogen
Nitrogen tham gia trong các thành phần cấu trúc nên tế bào vi sinh vật, giúp tế bào hoàn thiện được mọi chức năng của hoạt động sống, đây là nguồn dinh dưỡng quan trọng không kém gì nguồn carbon. Nitrogen được cung cấp cho tế bào dưới nhiều dạng khác nhau:
* Dưới dạng các hợp chất vô cơ và hữu cơ khá thuần khiết như: NH4 +