Những nghiên cứu về lên men fed-batch Corynebacterium glutamicum thu nhận L-lysine chưa được nghiên cứu nhiều trong nước. Vì vậy, chúng tôi chỉ đề cập đến những nghiên cứu của các tác giả nước ngoài.
Tác giả Jianzhong Xu (2014) tiến hành lên men fed-batch chủng Corynebacterium glutamicum Lys5-8 trong môi trường có nguồn cơ chất là glucose, rỉ đường củ cải và dịch bắp. Sau 36 giờ nuôi cấy, lượng L-lysine thu được đạt 896 ± 33,41mM, tương đương 131 ± 4,8g/L. Dung dịch bổ sung trong quá trình lên men fed-batch bao gồm: glucose 800g/L, (NH4)2SO4 400g/L. Nồng độ glucose duy trì trong dịch lên men khoảng 20-30g/L. Điều chỉnh pH ở mức 7,0 bởi dung dịch NH4OH [34].
Cùng tác giả Jianzhong Xu (2013), quá trình lên men fed-batch được thực hiện trong fermentor 7L chứa 3L môi trường lên men. Tốc độ dòng không khí đi vào được cài đặt với tốc độ 2,5L/phút. Điều chỉnh pH tự động, sử dụng dung dịch NH4OH 25% để duy trì pH 6.9. Tốc độ hòa tan oxy trên 10%/phút. Dịch fed-batch gồm: 800g/L glucose và 400g/L (NH4)2SO4 vô trùng. Tốc độ nạp được điều chỉnh sao cho nồng độ glucose trong dịch lên men ở khoảng 20-30g/L bằng cách kiểm tra mỗi 4 giờ. Trong thí nghiệm này, tác giả thu được L-lysine với năng suất 2,6g/L/giờ, tương đương 96,8g/L sau 36 giờ nuôi cấy [33].
Nghiên cứu lên men fed-batch Corynebacterium glutamicum thu L-lysine của Judith Becker (2011) sử dụng hệ thống Biostat với bình lên men 5L, thể tích môi trường lên men 1L. Tốc độ dòng không khí đi vào được cài đặt với tốc độ 2,5L/phút. Điều
chỉnh pH tự động, sử dụng dung dịch NH4OH 25% để duy trì pH 6.9. Tốc độ hòa tan oxy trên 10%/phút. Dịch bổ sung bao gồm: 200g rỉ đường và 800g glucose được hòa tan trong 1,8L nước, hấp vô trùng ở 1210C trong 20 phút. 200mL (NH4)2SO4 (40%) được hấp riêng. 0,8 mL dịch vitamine và 2mL antifoam được bổ sung sau. Dịch vitamine bao gồm: 300mg/L biotin, 500mg/L thiamin.HCl, 2g/L pantothenic acid và 600mg/L nicotinamide. Năng suất L-lysine thu được 4g/L/giờ, tương đương 120g/L sau 30 giờ nuôi cấy [8].
Zhen Chen và cộng sự (2011) tiến hành lên men fed-batch Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 và Corynebacterium glutamicum LC 198 trong fermentor 2L ở 340
C. Dung dịch bổ sung bao gồm: 50% (w/v) glucose, 4,5% (w/v) NH4Cl và 0,5mg/L biotin. Việc bổ sung dinh dưỡng bắt đầu sau khi lượng đường ban đầu được sử dụng hết. Tốc độ nạp được điều khiển sao cho nồng độ glucose dưới 10g/L. Tốc độ khuấy được thay đổi trong suốt quá trình lên men để đảm bảo cung cấp lượng oxy đầy đủ. pH được duy trì ở 7,3 bằng dung dịch NH4OH. Kết quả thu được 58g/L L-lysine sau 30 giờ lên men [10].
Tateno và cộng sự (2007) đã khảo sát khả năng hình thành L-lysine của
Corynebacterium glutamicum trên nguồn cơ chất là tinh bột bắp thô. Với hình thức lên men liên tục và lên men fed-batch, lượng L-lysine đã tăng gấp 2,5 lần ở nhiệt độ 340
C, 72 giờ lên men so với lên men theo mẻ [32].
Tác giả Ohnishi và cộng sự (2006) đã tiến hành lên men fed-batch sáu chủng
Corynebacterium glutamicum mang đột biến đồng gen lysC. Môi trường lên men sử dụng là LPG1. Glucose được chọn là nguồn cơ chất bổ sung trong quá trình lên men fed-batch. Kết quả, lượng L-lysine thu được thấp nhất là 33g/L, cao nhất là 59g/L sau 35 giờ lên men [25].
Tác giả Ohnishi (2002) đã khảo sát khả năng sinh L-lysine của 4 chủng
Corynebacterium glutamicum: HD1, AK1, AHD2 và AHP3. Đây là những chủng đã được gây đột biến để tăng khả năng sinh tổng hợp L-lysine. Quá trình lên men được thực hiện theo hình thức fed-batch trong môi trường LPG có nồng độ glucose 50g/L ở quy mô 5L. Kết quả, các chủng đều cho sản lượng L-lysine trên 80g/L chỉ sau 27 giờ nuôi cấy [24].
Có thể thấy rằng, ở nước ngoài, các nghiên cứu về sản xuất L-lysine khá phong phú. Ở quy mô phòng thí nghiệm, glucose là nguồn cơ chất được sử dụng nhiều và cho năng suất L-lysine cao. Những nghiên cứu trên cho thấy, dịch bổ sung có thể là nguồn carbon, nguồn nitơ hay vitamine hoặc hỗn hợp cả ba nguồn. Nồng độ glucose bổ sung khoảng 400-800g/L. Tốc độ nạp tuy không nói rõ nhưng đều duy trì nồng độ glucose trong môi trường lên men khoảng 10-20%.
Qua tổng quan tài liệu, chúng tôi rút ra một số các vấn đề chính như sau:
- L-lysine là một trong những amino acid quan trọng đối với người và động vật, thuộc nhóm amino acid không thay thế.
- Corynebacterium glutamicum là chủng vi khuẩn được sử dụng nhiều trong nghiên cứu sản xuất L-lysine. Những chủng cho năng suất cao thường là những chủng đột biến.
- Kỹ thuật lên men fed-batch thể hiện nhiều ưu điểm trong việc nghiên cứu thu nhận L-lysine.
Tuy nhiên, trước khi lên men fed-batch cần tối ưu hóa môi trường lên men, đồng thời xác định thời điểm bổ sung cơ chất, tốc độ bổ sung cũng như nồng độ cơ chất bổ sung để duy trì nồng độ đường tối ưu trong canh trường.
Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU