Ch ng 5 ,môi tr ng lên menươ ườ
H u h t các quá trình lên men yêu c u các ph ng ti n truy n thông ch t l ng, th ng đ c g i làầ ế ầ ươ ệ ề ấ ỏ ườ ượ ọ
n c dùng, m c dù m t s quá trình lên men r n-ch t n n đ c v n hành. Ph ng ti n truy nướ ặ ộ ố ắ ấ ề ượ ậ ươ ệ ề
thông lên men ph i đáp ng t t c nhu c u dinh d ng c a vi sinh v t và hoàn thành các m c tiêuả ứ ấ ả ầ ưỡ ủ ậ ụ
k thu t c a quá trình. Các ch t dinh d ng c n đ c xây d ng đ thúc đ y s t ng h p các s nỹ ậ ủ ấ ưỡ ầ ượ ự ể ẩ ự ổ ợ ả
ph m m c tiêu, ho c sinh kh i t bào ho c m t ch t chuy n hóa c th . Trong h u h t các quáẩ ụ ặ ố ế ặ ộ ấ ể ụ ể ầ ế
trình lên men công nghi p có nhi u giai đo n mà các ph ng ti n truy n thông đ c yêu c u. ho cóệ ề ạ ươ ệ ề ượ ầ
th bao g m các ngu n b nh khác nhau (kh i văn hóa) b c tuyên truy n, qui mô th nghi m lênể ồ ồ ệ ở ướ ề ử ệ
men và s n xu t quá trình lên men chính. Các m c tiêu c a k thu t c y tuyên truy n, quá trình lênả ấ ụ ủ ỹ ậ ấ ề
men chính th ng r t khác nhau, trong đó có th đ c ph n ánh trong s khác bi t trong ph ngườ ấ ể ượ ả ự ệ ươ
ti n truy n thông công th c c a h . Tr ng h p sinh kh i ho c các ch t chuy n hóa chính là cácệ ề ứ ủ ọ ườ ợ ố ặ ấ ể
s n ph m m c tiêu, m c tiêu là đ cung c p m t ph ng ti n s n xu t cho phép s tăng tr ngả ẩ ụ ụ ể ấ ộ ươ ệ ả ấ ự ưở
t i u c a vi sinh v t. Đ i v i s n xu t ch t chuy n hóa th c p, ch ng h n nh thu c khángố ư ủ ậ ố ớ ả ấ ấ ể ứ ấ ẳ ạ ư ố
sinh, quá trình sinh t ng h p c a h không ph i là tăng tr ng có liên quan. Do đó, cho m c đích,ổ ợ ủ ọ ả ưở ụ
ph ng ti n truy n thông đ c thi t k đ cung c p m t giai đo n đ u c a s phát tri n c a tươ ệ ề ượ ế ế ể ấ ộ ạ ầ ủ ự ể ủ ế
bào, ti p theo là các đi u ki n t i u cho s n xu t ch t chuy n hóa th c p. T i th i đi m này,ế ề ệ ố ư ả ấ ấ ể ứ ấ ạ ờ ể
vi c cung c p m t ho c nhi u ch t dinh d ng (carbon, ph t pho ho c nit source) có th b gi iệ ấ ộ ặ ề ấ ưỡ ố ặ ơ ể ị ớ
h n và tăng tr ng nhanh chóng ch m d t.ạ ưở ấ ứ
H u h t các quá trình lên men, ngo i tr nh ng ng i liên quan đ n các ch t n n r n, yêu c u sầ ế ạ ừ ữ ườ ế ấ ề ắ ầ ố
l ng l n các n c, trong đó môi tr ng đ c xây d ng.T ng ph ng ti n truy n thông yêu c uượ ớ ướ ườ ượ ự ổ ươ ệ ề ầ
bao g m m t ngu n carbon, mà h u nh trong t t c các quá trình lên men công nghi p cung c pồ ộ ồ ầ ư ấ ả ệ ấ
c năng l ng và các đ n v carbon cho quá trình sinh t ng h p, và các ngu n nit và ph t pho, l uả ượ ơ ị ổ ợ ồ ơ ố ư
huỳnh.Các y u t khác nh và d u v t cũng ph i đ c cung c p, và m t s vi sinh v t đòi h iế ố ỏ ấ ế ả ượ ấ ộ ố ậ ỏ
vitamin b sung, ch ng h n nh biotin và riboflavin.Quá trình lên men hi u khí ph thu c vào m tổ ẳ ạ ư ế ụ ộ ộ
đ u vào liên t c c a các phân t oxy, và th m chí m t s quá trình lên men k khí yêu c u thôngầ ụ ủ ử ậ ộ ố ỵ ầ
khí ban đ u c a các ph ng ti n truy n thông, ví d nh bia các fermenta. Thông th ng, ph ngầ ủ ươ ệ ề ụ ư ườ ươ
ti n truy n thông k t h p b đ m, pH đ c ki m soát b ng cách b sung axit và ki m, ch ng t oệ ề ế ợ ộ ệ ượ ể ằ ổ ề ố ạ
b t đ i lý có th đ c yêu c u. Đ i v i m t s quá trình, các h p ch t ti n thân, c m ng ho cọ ạ ể ượ ầ ố ớ ộ ố ợ ấ ề ả ứ ặ
ch t c ch ph i đ c gi i thi u các giai đo n nh t đ nh c a quá trình lên men.ấ ứ ế ả ượ ớ ệ ở ạ ấ ị ủ
B c đ u tiên xây d ng trong ph ng ti n truy n thông là vi c ki m tra toàn b quá trình là d aướ ầ ự ươ ệ ề ệ ể ộ ự
trên stoichiometry cho s phát tri n và hình thành s n ph m.Đi u này ch y u liên quan đ nự ể ả ẩ ề ủ ế ế
onsideration c a các đ u vào c a ngu n carbon và nit , khoáng ch t và oxy, và chuy n đ i sinhủ ầ ủ ồ ơ ấ ể ổ
kh i t bào, các s n ph m trao đ i ch t, dioxide carbon, n c và nhi t.T thông tin này, nên có thố ế ả ẩ ổ ấ ướ ệ ừ ể
đ tính toán s l ng t i thi u m i y u t c n thi t đ s n xu t m t s l ng nh t đ nh c a sinhể ố ượ ố ể ỗ ế ố ầ ế ể ả ấ ộ ố ượ ấ ị ủ
kh i ho c ch t chuy n hóa. Thông th ng, công th c nguyên t chính c a các t bào vi sinh v t làố ặ ấ ể ườ ứ ố ủ ế ậ
kho ng C4H7O2N,trên c s tr ng l ng khô là 48% C, 7% H, 32% O và 14% N. Thành ph nả ơ ở ọ ượ ầ
nguyên t c a n m men bánh mì, ví d , C3.72 H6.11 O1.95 N0.61 S 0,017 P0 0,035 và K0.056.ố ủ ấ ụ
Elemental thành ph n bi n đ i nh theo t c đ tăng tr ng, nh ng ph m vi là t ng đ i nh soầ ế ổ ẹ ố ộ ưở ư ạ ươ ố ỏ
v i gi a các loài khác nhau, đ c bi t là gi a vi khu n và n m. Lý t ng nh t, m t ki n ớ ữ ặ ệ ữ ẩ ấ ưở ấ ộ ế th c c aứ ủ
các thành ph n nguyên t hoàn toàn vi sinh v t công nghi p c th cho phép sàng l c các ph ngầ ố ậ ệ ụ ể ọ ươ
ti n truy n thông h n n a. Đi u này đ m b o r ng không có y u t h n ch , tr khi đi u này làệ ề ơ ữ ề ả ả ằ ế ố ạ ế ừ ề
mong mu n cho m t m c đích c th .ố ộ ụ ụ ể
M t khi các yêu c u nguyên t c a vi sinh v t đã đ c thành l p, các ngu n dinh d ng phù h pộ ầ ố ủ ậ ượ ậ ồ ưỡ ợ
có th đ c tích h p vào các ph ng ti n truy n thông đ đáp ng nh ng yêu c u này.Tuy nhiên,ể ượ ợ ươ ệ ề ể ứ ữ ầ
đi u quan tr ng là ph i nh n th c đ c ti m năng c a các v n đ có th phát sinh khi s d ngề ọ ả ậ ứ ượ ề ủ ấ ề ể ử ụ
m t s h p ch t. Ví d , nh ng ng i đang nhanh chóng chuy n hóa có th áps n ph m hình thành.ộ ố ợ ấ ụ ữ ườ ể ể ả ẩ
Đ kh c ph c đi u này, liên t c ho c liên t c b sung các môi tr ng m i có th đ c th c hi nể ắ ụ ề ụ ặ ụ ổ ườ ớ ể ượ ự ệ
đ duy trì m t n ng đ t ng đ i th p, đó không ph i là áp. M t s ph ng ti n truy n thôngể ộ ồ ộ ươ ố ấ ả ộ ố ươ ệ ề
ch t dinh d ng ho c đi u ki n môi tr ng có th nh h ng đ n không ch là sinh lý h c và hóaấ ưỡ ặ ề ệ ườ ể ả ưở ế ỉ ọ
sinh, mà còn là hình thái c a vi sinh v t. Trong m t s n m men, các t bào đ n l có th phát tri nủ ậ ộ ố ấ ế ơ ẻ ể ể
thành gi s i n m ho c lam thanh t ng cuc, và n m s i nh có th t o thành b t viên. Đi u này cóả ợ ấ ặ + + ư+ ấ ợ ỏ ể ạ ộ ề
th ho c không th đ c mong mu n, nh thay đ i hình thái nh v y có th nh h ng đ n s nể ặ ể ượ ố ư ổ ư ậ ể ả ưở ế ả
l ng s n ph m và tài s n lên men khác.ượ ả ẩ ả
Các ph ng ti n truy n thông đã thông qua cũng ph thu c vào quy mô c a quá trình lên men.Đ iươ ệ ề ụ ộ ủ ố
v i quá trình lên men quy mô phòng thí nghi m nh hoá ch t tinh khi t th ng đ c s d ng trongớ ệ ỏ ấ ế ườ ượ ử ụ
các ph ng ti n truy n thông cũng đ c xác đ nh.Tuy nhiên, đi u này không ph i là có th cho h uươ ệ ề ượ ị ề ả ể ầ
h t các quá trình lên men quy mô công nghi p, ch đ n gi n là do chi phí, nh ph ng ti n truy nế ệ ỉ ơ ả ư ươ ệ ề
thông các thành ph n có th chi m đ n 60-80% c a quá trình chi tiêu. Quá trình lên men quy môầ ể ế ế ủ
công nghi p ch y u s d ng hi u qu chi phí ch t n n ph c t p, n i mà nhi u carbon và ngu nệ ủ ế ử ụ ệ ả ấ ề ứ ạ ơ ề ồ
nit là g n nh undefinable. H u h t các có ngu n g c t th c v t và đ ng v t nguyên v t li u tơ ầ ư ầ ế ồ ố ừ ự ậ ộ ậ ậ ệ ự
nhiên, th ng là s n ph m ph c a các ngành công nghi p khác, v i thành ph n đa d ng và bi n.ườ ả ẩ ụ ủ ệ ớ ầ ạ ế
Các tác đ ng c a hàng lo t hàng lo t các bi n th ph i đ c xác đ nh. Th nghi m quy mô nhộ ủ ạ ạ ế ể ả ượ ị ử ệ ỏ
th ng đ c th c hi n v i t ng lô m i b m t, đ c bi t là ki m tra tác đ ng đ n s n l ng s nườ ượ ự ệ ớ ừ ớ ề ặ ặ ệ ể ộ ế ả ượ ả
ph m và thu h i s n ph m.ẩ ồ ả ẩ
Các y u t chính nh h ng đ n s l a ch n cu i cùng c a nguyên v t li u cá nhân nh sau.ế ố ả ưở ế ự ự ọ ố ủ ậ ệ ư
1 Chi phí và tính s n có: lý t ng, v t li u ph i đ cẵ ưở ậ ệ ả ượ
r ti n, và ch t l ng phù h p và quanh nămẻ ề ấ ượ ợ
s n có.ẵ
2 D x lý d ng r n ho c l ng, cùng v iễ ử ở ạ ắ ặ ỏ ớ
liên quan đ n v n chuy n và chi phí l u tr , ví d : yêu c u-ế ậ ể ư ữ ụ ầ
ments cho ki m soát nhi t đ .ể ệ ộ
3 Ti t trùng các yêu c u và ti m năng b t kỳ denatu-ệ ầ ề ấ
kh u ph n v n đ .ẩ ầ ấ ề
4 Xây d ng, tr n, t o ph c và đ nh tự ộ ạ ứ ộ ớ
đ c đi m mà có th nh h ng đ n kích đ ng, thông khíặ ể ể ả ưở ế ộ
và t o b t trong quá trình lên men và h l uạ ọ ạ ư
các khâu ch bi n.ế ế
5 N ng đ c a s n ph m m c tiêu đ t đ c, lãi su tồ ộ ủ ả ẩ ụ ạ ượ ấ
hình thành và s n l ng m i gram b m t s d ng.ả ượ ỗ ề ặ ử ụ
6 M c lo t các t p ch t, và ti m năngứ ạ ạ ấ ề
đ t o ra thêm các s n ph m không mong mu n trong quá trìnhể ạ ả ẩ ố
quá trình.
7 Nhìn chung s c kh e và nh ng tác đ ng an toàn.ứ ỏ ữ ộ
Thành ph n cu i cùng c a các ph ng ti n truy n thông công nghi p không ch đ n thu n là m iầ ố ủ ươ ệ ề ệ ỉ ơ ầ ố
quan tâm c a giai đo n lên men.Ch t n n thô cung c p ti t ki m chi phí ban đ u, nh ng m c đủ ạ ấ ề ấ ế ệ ầ ư ứ ộ
cao h n c a các t p ch t có th c n ph i ph c h i t n kém và ph c t p h n và b c thanh l c ơ ủ ạ ấ ể ầ ả ụ ồ ố ứ ạ ơ ướ ọ ở
h ngu n, và chi phí x lý ch t th i có th tăng lên.Ngoài ra, các tính ch t v t lý và hóa h c c aạ ồ ử ấ ả ể ấ ậ ọ ủ
môi tr ng xây d ng có th nh h ng đ n các ho t đ ng kh trùng d ng.M t ph ng ti n đ cườ ự ể ả ưở ế ạ ộ ử ụ ộ ươ ệ ượ
d dàng kh trùng v i nh ng thi t h i nhi t t i thi u là c c kỳ quan tr ng.Nhi t thi t h i khôngễ ử ớ ữ ệ ạ ệ ố ể ự ọ ệ ệ ạ
ch làm gi m m c đ c a các thành ph n c th , nh ng cũng có th s n xu t các s n ph m ph cóỉ ả ứ ộ ủ ầ ụ ể ư ể ả ấ ả ẩ ụ
kh năng c ch cũng có th can thi p v i ch bi n sâu.Các ph ng ti n truy n thông các đ c tínhả ứ ế ể ệ ớ ế ế ươ ệ ề ặ
khác có th nh h ng đ n thu h i s n ph m và thanh l c, và s d dàng mà các t bào đ c táchể ả ưở ế ồ ả ẩ ọ ự ễ ế ượ
ra t các ph ng ti n chi tiêu (xem Ch ng 7).ừ ươ ệ ươ
carbon ngu nồ
M t ngu n carbon là c n thi t cho t t c các quá trình sinh t ng h p hàng đ uộ ồ ầ ế ấ ả ổ ợ ầ
sinh s n hình thành s n ph m, và duy trì t bào. Trong h u h t các quá trình lên men, nó cũng ph cả ả ẩ ế ầ ế ụ
v nh là ngu n năng l ng. Yêu c u carbon có th đ c xác đ nh tụ ư ồ ượ ầ ể ượ ị ừ
h s năng su t sinh kh i (Y), m t ch s c a hi u qu c a vi c chuy n đ i ch t n n vào v t li uệ ố ấ ố ộ ỉ ố ủ ệ ả ủ ệ ể ổ ấ ề ậ ệ
di đ ng.ộ
Đ i v i quá trình lên men th ng m i xác đ nh h s năng su t cho t t c các ch t dinh d ngố ớ ươ ạ ị ệ ố ấ ấ ả ấ ưỡ
khác th ng là đi u c n thi t. M i th đ c xác đ nh b ng cách ti n hành m t lo t các hàng lo tườ ề ầ ế ỗ ể ượ ị ằ ế ộ ạ ạ
thí nghi m nuôi c y b m t c th là tăng tr ng ch h n ch thành ph n ph ng ti n truy nệ ấ ề ặ ụ ể ưở ỉ ạ ế ầ ươ ệ ề
thông và t t c các ch t dinh d ng khác đ c v t quá (xem Ch ng 2). B ng cách thay đ iấ ả ấ ưỡ ượ ượ ươ ằ ổ
n ng đ ban đ u c a ch t n n tăng tr ng h n ch và sau đó v đ th tăng tr ng so v i n ng đồ ộ ầ ủ ấ ề ưở ạ ế ẽ ồ ị ưở ớ ồ ộ
ch t n n cho m i kh i, năng su t tăng tr ng (Y) có th đ c c tính. Tuy nhiên, giá tr thu đ cấ ề ỗ ố ấ ưở ể ượ ướ ị ượ
liên quan đ n m t t p h p c th c a đi u ki n ho t đ ng, thay đ i pH, nhi t đ , vv, có th làmế ộ ậ ợ ụ ể ủ ề ệ ạ ộ ổ ệ ộ ể
thay đ i h s năng su t. Sinh v t khác nhau có th bi u hi n h s năng su t khác nhau cho cùngổ ệ ố ấ ậ ể ể ệ ệ ố ấ
m t ch t n n (B ng 5.1), do ch y u vào con đ ng mà b ng h p ch t đ c chuy n hóa. S khácộ ấ ề ả ủ ế ườ ằ ợ ấ ượ ể ự
bi t cũng có th đ c nhìn th y trong m t cá nhân. Ví d , Saccharomyces cerevisiae phát tri n trênệ ể ượ ấ ộ ụ ể
glucose có h s năng su t sinh kh i 0,56 và 0.12g / g trong đi u ki n hi u khí và k khí, t ngệ ố ấ ố ề ệ ế ỵ ươ
ng.ứ
Nh h u h t các ch t n n carbon cũng ph c v nh là ngu n năng l ng, hi u qu c a sinh v tư ầ ế ấ ề ụ ụ ư ồ ượ ệ ả ủ ậ
c a c hai th h adenosine triphosphate (ATP) và s d ng c a nó là nh ng y u t quan tr ng rõủ ả ế ệ ử ụ ủ ữ ế ố ọ
ràng là dditional.Thông th ng, nó là r t h u ích, m c dù khá khó khăn, đ c tính bao nhiêu ATPườ ấ ữ ặ ể ướ
là c n thi t cho s tăng tr ng.Tuy nhiên, c tính YATP (năng su t c a các t bào trên m i molầ ế ự ưở ướ ấ ủ ế ỗ
c a ATP đ c t o ra trong quá trình tăng tr ng) có th đ c tính n u s trao đ i ch t c a sinhủ ượ ạ ưở ể ượ ế ự ổ ấ ủ
v t đã đ c làm sáng t (cũng th y 14 Ch ng, Đ c thân t bào s n xu t protein).ậ ượ ỏ ấ ươ ộ ế ả ấ
Carbohydrates là carbon và năng l ng truy n th ng ngu n cho quá trình lên men vi sinh v t, m cượ ề ố ồ ậ ặ
dù các ngu n này có th đ c s d ng, ch ng h n nh r u, ankan và axit h u c . M đ ng v tồ ể ượ ử ụ ẳ ạ ư ượ ữ ơ ỡ ộ ậ
và các lo i d u th c v t cũng có th tích h p vào m t s ph ng ti n truy n thông, th ng là bạ ầ ự ậ ể ợ ộ ố ươ ệ ề ườ ổ
sung ngu n carbon chính.ồ
mât mia /
Tinh khi t glucose và sucrose ít đ c s d ng cho quá trình lên men quy mô công nghi p, ch y uế ượ ử ụ ệ ủ ế
là do chi phí. M t r , m t s n ph m ph c a s n xu t mía và c c i đ ng, là m t ngu n r h nậ ỉ ộ ả ẩ ụ ủ ả ấ ủ ả ườ ộ ồ ẻ ơ
và nhi u h n n a thông th ng c a sucrose. Tài li u này là các d l ng còn l i sau khi h u h t làề ơ ữ ườ ủ ệ ư ượ ạ ầ ế
đ ng sucroza đã đ c k t tinh t các chi t xu t th c v t. Nó là m t xi-rô nh t t i màu có ch aườ ượ ế ừ ế ấ ự ậ ộ ớ ố ứ
50-60% (w / v) carbohydrates, ch y u là đ ng sucrose, 2% (w / v) ch t đ m, cùng v i m t sủ ế ườ ấ ạ ớ ộ ố
vitamin và khoáng ch t. Thành ph n t ng th thay đ i tùy thu c vào ngu n th c v t, v trí c a câyấ ầ ổ ể ổ ộ ồ ự ậ ị ủ
tr ng, đi u ki n khí h u, theo đó nó đ c tr ng và nhà máy n i mà nó đ c x lý. N ng đồ ề ệ ậ ượ ồ ơ ượ ử ồ ộ
carbohydrate có th gi m trong th i gian l u tr b ng cách làm ô nhi m vi sinh v t. M t s n ph mể ả ờ ư ữ ằ ễ ậ ộ ả ẩ
t ng t , m t đ ng hydrol, cũng có th đ c s d ng. Đây là s n ph m ph c a tinh b t ngôươ ự ậ ườ ể ượ ử ụ ả ẩ ụ ủ ộ
ch bi n ch y u có ch a glucoseế ế ủ ế ứ
chi t su t t ế ấ ừ malt
Chi t xu t dung d ch n c c a lúa m ch có th đ c t p trung đ t o thành xi-rô là ngu n carbonế ấ ị ướ ủ ạ ể ượ ậ ể ạ ồ
đ c bi t h u ích cho vi c tr ng n m s i, n m menặ ệ ữ ệ ồ ấ ợ ấ
và x khu n. Extract chu n b v c b n gi ng nh cho s n xu t wort malt trong s n xu t bia r uạ ẩ ẩ ị ề ơ ả ố ư ả ấ ả ấ ượ
(Ch ng 12). Thành ph n c a các ch t chi t xu t t ươ ầ ủ ấ ế ấ ừ malt thay đ i đ n m c đ nào đó, nh ng hổ ế ứ ộ ư ọ
th ng ch a kho ng 90% carbohydrate, trên c s tr ng l ng khô. Đi u này bao g m hexosesườ ứ ả ơ ở ọ ượ ề ồ
20% (glucose và m t l ng nh đ ng fructose), disaccharides 55% (ch y u là maltose và các d uộ ượ ỏ ườ ủ ế ấ
v t c a sucrose), cùng v i maltotriose 10%, m t b sung trisaccharide.In, các s n ph m này có ch aế ủ ớ ộ ổ ả ẩ ứ
m t lo t các dextrin nhánh và không phân nhánh (15 -20%), mà có th ho c không th đ c chuy nộ ạ ể ặ ể ượ ể
hóa, ph thu c vi sinh v t. Chi t xu t m ch nha cũng ch a m t s vitamin và kho ng 5% ch tụ ộ ậ ế ấ ạ ứ ộ ố ả ấ
đ m, protein, peptide và acid amin.ạ
Kh trùng các ph ng ti n truy n thông có ch a chi t xu t t ử ươ ệ ề ứ ế ấ ừ malt ph i ảki m soát c n th n để ẩ ậ ể
ngăn ch n quá nóng. Thành ph n làm gi m đ ng và amino axit có khuynh h ng t o ra các s nặ ầ ả ườ ướ ạ ả
ph m ph n ng Maillard khi b nung nóng đ pH th p. Đây là nh ng s n ph m ng ng t màuẩ ả ứ ị ở ộ ấ ữ ả ẩ ư ụ
nâu k t qu t ph n ng c a các nhóm amin c a các amin, axit amin và các protein v i các nhómế ả ừ ả ứ ủ ủ ớ
cacbonyl đ ng kh , xeton và aldehyt. Không ch th c hi n đi u này thay đ i màu s c nguyênườ ử ỉ ự ệ ề ổ ắ
nhân, nh ng nó cũng d n đ n m t v t li u lên men và m t s s n ph m ph n ng có th c chư ẫ ế ấ ậ ệ ộ ố ả ẩ ả ứ ể ứ ế
s phát tri n c a vi sinh v t.ự ể ủ ậ
Tinh b t và dextrinộ
Nh ng polysaccharides đ c không ph i là d dàng s d ng nh monosacarit và disaccharides,ữ ượ ả ễ ử ụ ư
nh ng có th đ c tr c ti p chuy n hóa b i các vi sinh v t s n xu t amylase,đ c bi t là các s iư ể ượ ự ế ể ở ậ ả ấ ặ ệ ợ
n m. Enzyme ngo i bào c a h th y phân các ch t n n m t h n h p c a maltose, glucose ho cấ ạ ủ ọ ủ ấ ề ộ ỗ ợ ủ ặ
maltotriose đ s n xu t m t quang ph t ng t đ c tìm th y nhi u trong chi t xu t m ch nhaể ả ấ ộ ổ ươ ự ượ ấ ề ế ấ ạ
đ ng.ườ
Tinh b t ngô đ c s d ng r ng rãi nh t, nh ng nó cũng có th thu đ c t ngũ c c và các lo iộ ượ ử ụ ộ ấ ư ể ượ ừ ố ạ
cây tr ng khác g c.Đ cho phép s d ng trong m t ph m vi r ng l n h n c a quá trình lên men,ồ ố ể ử ụ ộ ạ ộ ớ ơ ủ
tinh b t th ng đ c chuy n đ i thành xi-rô đ ng, ch a ch y u là glucose.It là l n đ u tiên keoộ ườ ượ ể ổ ườ ứ ủ ế ầ ầ
hóa và sau đó th y phân b ng axít loãng ho c enzym phân gi i tinh b t, glucoamylases th ng c aủ ằ ặ ả ộ ườ ủ
vi sinh v tậ
ho t đ ng nhi t đ cao.ạ ộ ở ệ ộ
Sulfit WASTE R UƯỢ
Đ ng có ch a các ch t th i có ngu n g c t ngành công nghi p xay thành b t gi y ch y u đ cườ ứ ấ ả ồ ố ừ ệ ộ ấ ủ ế ượ
s d ng cho vi c tr ng r u yeasts.Waste t cây lá kim có ch a 2-3% (w / v) đ ng, mà là m tử ụ ệ ồ ượ ừ ứ ườ ộ
h n h p c a hexoses (80%) và pentoses (20%). Các Hexoses bao g m mannose, glucose vàỗ ợ ủ ồ
galactose, trong khi các đ ng pentose ch y u là xylose và arabinose. Nh ng lo i r u có ngu nườ ủ ế ữ ạ ượ ồ
g c t cây r ng lá có ch a ch y u là pentoses. Thông th ng, dung d ch đòi h i ph i x lý tr cố ừ ụ ứ ủ ế ườ ị ỏ ả ử ướ
khi s d ng vì nó có ch a sulfur dioxide. Các pH th p đ c đi u ch nh v i hydroxit canxi ho cử ụ ứ ấ ượ ề ỉ ớ ặ
canxi cacbonat, và nh ng lo i r u này đ c b sung v i ngu n nit và ph t pho.ữ ạ ượ ượ ổ ớ ồ ơ ố
cellulose
Cellulose là ch y u đ c tìm th y nh là lignocellulose trong thành t bào th c v t, trong đó baoủ ế ượ ấ ư ế ự ậ
g m ba polyme: cellulose, hemicellulose và lignin (xem Ch ng 10, Bio chuy n đ i c aồ ươ ể ổ ủ
lignocellulose). Lignocellulose có s n t nông nghi p, lâm nghi p, công nghi p và ch t th i trongẵ ừ ệ ệ ệ ấ ả
n c. Vi sinh v t t ng đ i ít có th s d ng nó tr c ti p, vì nó là khó khăn đ th y phân. Cácướ ậ ươ ố ể ử ụ ự ế ể ủ
thành ph n cellulose là m t ph n tinh th , n m lignin, và cung c p di n tích b m t nh cho cu cầ ộ ầ ể ạ ấ ệ ề ặ ỏ ộ
t n công enzyme. hi n nayấ ệ
nó là ch y u đ c s d ng trong quá trình lên men r n ch t n n đ s n xu t n m khác nhau (xemủ ế ượ ử ụ ắ ấ ề ể ả ấ ấ
ch ng 14). Tuy nhiên, nó có kh năng là m t ngu n năng l ng tái t o r t có giá tr c a các lo iươ ả ộ ồ ượ ạ ấ ị ủ ạ
đ ng lên men th y phân m t l n, đ c bi t là trong bioconversion ethanol s d ng nhiên li u (xemườ ủ ộ ầ ặ ệ ử ụ ệ
Ch ng 10).ươ
whey
Whey là m t s n ph m ph c a ngành công nghi p s a n c. Vi c s n xu t trên toàn th gi iộ ả ẩ ụ ủ ệ ữ ướ ệ ả ấ ế ớ
hàng năm là h n 80 tri u t n, ch a h n 1 tri u t n lactose và 0,2 tri u t n protein s a. Tài li u nàyơ ệ ấ ứ ơ ệ ấ ệ ấ ữ ệ
là t n kém đ l u tr và v n chuy n. Vì v y, lactose t p trung th ng đ c chu n b s n sàng choố ể ư ữ ậ ể ậ ậ ườ ượ ẩ ị ẵ
quá trình lên men sau đó bay h i c a whey, sau đây lo i b các protein s a đ s d ng nh là th cơ ủ ạ ỏ ữ ể ử ụ ư ự
ph m b sung. Lactose là ít h u ích nh là m t nguyên li u lên men h n sucrose, vì nó đ cẩ ổ ữ ư ộ ệ ơ ượ
chuy n hóa c a sinh v t ít h n. S. cerevisiae, ví d , không lên men lactose. Disaccharide này tr cể ủ ậ ơ ụ ướ
đây đ c s d ng r ng rãi trong quá trình lên men v i penicillin và nó là v n còn đ c s d ng đượ ử ụ ộ ớ ẫ ượ ử ụ ể
s n xu t ethanol, protein, t bào duy nh t, acid lactic, k o cao su Xanthan, vitamin B12 và axitả ấ ế ấ ẹ
gibberellic.
Alkan và c nồ
n-alkan chi u dài chu i C10-C20 có th d dàng chuy n hóa b i các vi sinh v t nh t đ nh. H nề ỗ ể ễ ể ở ậ ấ ị ỗ
h p, ch không ph i là m t h p ch t duy nh t, th ng là thích h p nh t cho vi sinh v t lên men.ợ ứ ả ộ ợ ấ ấ ườ ợ ấ ậ
Tuy nhiên, s d ng trong công nghi p c a h là ph thu c vào giá hi n hành c aử ụ ệ ủ ọ ụ ộ ệ ủ
petroleum.Methane đ c s d ng nh m t ngu n carbon b i m t s vi sinh v t, nh ng chuy n đ iượ ử ụ ư ộ ồ ở ộ ố ậ ư ể ổ
methanol s n ph m c a nó th ng đ c a thích cho quá trình lên men công nghi p vì nó trình bàyả ẩ ủ ườ ượ ư ệ
ít v n đ k thu t. Methanol đ tinh khi t cao là d dàng đ t đ c và nó là hoàn toàn có th tr nấ ề ỹ ậ ộ ế ễ ạ ượ ể ộ
v i water.Methanol% hàm l ng carbon cao và t ng đ i r , m c dù ch có m t s h n ch c aớ ượ ươ ố ẻ ặ ỉ ộ ố ạ ế ủ
các sinh v t s chuy n hóa nó. ậ ẽ ể Ngoài ra, không gi ng nh nhi u ngu n carbon khác, ch có n ng đố ư ề ồ ỉ ồ ộ
th p, 0,1-1% (v / v), đ c ch p nh n b i vi sinh v t, c p đ cao h n là quá trình lên menấ ượ ấ ậ ở ậ ấ ộ ơ
toxic.During trên methanol, nhu c u oxy và nhi t đ lên men cao, nh ng đây là th m chí còn cóầ ệ ộ ư ậ
nhi u v n đ khi phát tri n trên alkan. M t s công ty s d ng methanol trong s n xu t protein viề ấ ề ể ộ ố ử ụ ả ấ
khu n trong nh ng năm 1970 và đ u nh ng năm 1980, nh ng các quá trình này là không kinh t (14ẩ ữ ầ ữ ư ế
Ch ng, sinh kh i vi sinh v t)ươ ố ậ
Ethanol là ít đ c h i h n so v i methanol và đ c s d ng nh là m t duy nh t ho c cosubstrateộ ạ ơ ớ ượ ử ụ ư ộ ấ ặ
nhi u vi sinh v t, nh ng nó là quá đ t đ s d ng chung nh m t ngu n carbon.Tuy nhiên, chuy nề ậ ư ắ ể ử ụ ư ộ ồ ể
d ng sinh h c c a nó thành axit acetic do vi khu n axit axetic v n còn là m t quá trình lên menạ ọ ủ ẩ ẫ ộ
chính (xem Ch ng 12, Gi m s n xu t).ươ ấ ả ấ
M và d uỡ ầ
M đ ng v t c ng mà ch y u bao g m các glycerides c a axit palmitic và stearic ít đ c s d ngỡ ộ ậ ứ ủ ế ồ ủ ượ ử ụ
trong quá trình lên men. Tuy nhiên, các lo i d u th c v t (ch y u là t h t bông, h t lanh, ngô,ạ ầ ự ậ ủ ế ừ ạ ạ
d u ô liu, lòng bàn tay, h t gi ng hi p dâm và đ u t ng) và d u cá th ng xuyên, có th đ c sầ ạ ố ế ậ ươ ầ ườ ể ượ ử
d ng nh là ngu n carbon chính ho c b sung, đ c bi t là trong s n xu t thu c kháng sinh. Lo iụ ư ồ ặ ổ ặ ệ ả ấ ố ạ
d u th c v t ch y u là bao g m axit oleic và linoleic, nh ng h t lanh và d u đ u nành cũng cóầ ự ậ ủ ế ồ ư ạ ầ ậ
m t s l ng đáng k axit linolenic. Các lo i d u ch a nhi u năng l ng trên m t đ n v tr ngộ ố ượ ể ạ ầ ứ ề ượ ộ ơ ị ọ
l ng h n carbohydrates. Ngoài ra, các carbohydrate chi m m t kh i l ng l n h n, b i vì chúngượ ơ ế ộ ố ượ ớ ơ ở
th ng đ c chu n b nh dung d ch n c c a n ng đ không l n h n 50% (w / w). Do đó, d u cóườ ượ ẩ ị ư ị ướ ủ ồ ộ ớ ơ ầ
th đ c bi t h u ích trong ăn-hàng lo t các ho t đ ng, nh ít năng l c ph tùng c n thi t đ thíchể ặ ệ ữ ạ ạ ộ ư ự ụ ầ ế ể
b sung thêm ngu n carbon.ổ ồ
nit ngu nơ ồ
H u h t các vi sinh v t công nghi p có th s d ng c hai ngu n nit vô c và h u c . Nit vô cầ ế ậ ệ ể ử ụ ả ồ ơ ơ ữ ơ ơ ơ
có th đ c cung c p nh mu i amoni, th ng amonisunfat và diammonium hydrogen phosphate,ể ượ ấ ư ố ườ
ho c ammonia.Ammonia cũng có th đ c s d ng đ đi u ch nh đ pH c a quá trình lên men.ặ ể ượ ử ụ ể ề ỉ ộ ủ
Ngu n nit h u c bao g m các axit amin, protein và urê. Nit th ng đ c cung c p trong cácồ ơ ữ ơ ồ ơ ườ ượ ấ
hình th c thô ch y u là s n ph m ph c a các ngành công nghi p khác, ch ng h n nh r u ngôứ ủ ế ả ẩ ụ ủ ệ ẳ ạ ư ượ
d c, chi t xu t men, peptones và b t đ u nành. Tinh khi t axit amin ch đ c s d ng trong cácố ế ấ ộ ậ ế ỉ ượ ử ụ
tình hu ng đ c bi t, th ng nh recursors cho các s n ph m c th .ố ặ ệ ườ ư ả ẩ ụ ể