Giáo trình Công nghệ sinh học thực phẩm II - ĐH Đà Nẵng

Chia sẻ: 986753421 986753421 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

539
lượt xem 206
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Công nghệ sinh học thực phẩm II có kết cấu nội dung giới thiệu về những nguyên tắc hóa sinh trong công nghệ vi sinh vật, những vấn đề kỹ thuật và phương pháp chung trong công nghệ vi sinh vật, sản xuất sinh khối vi sinh vật, sản xuất axit amin, sản xuất chế phẩm Enzym, sản xuất axit hữu cơ. Hy vọng đây sẽ là tài liệu hữu ích dành cho giảng viên sinh viên chuyên ngành công nghệ thực phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Công nghệ sinh học thực phẩm II - ĐH Đà Nẵng

ð I H C ðÀ N NG TRƯ NG ð I H C BÁCH KHOA KHOA HOÁ K THU T B MÔN CÔNG NGH TH C PH M GIÁO TRÌNH CÔNG NGH SINH H C TH C PH M II TH I LƯ NG 45 TI T ðÀ N NG 2007
M ðU Công ngh sinh h c là m t ngành khoa h c ñang ñư c th gi i quan tâm. Giá tr c a công ngh sinh h c là ch ñó là m t công c có th áp d ng cho nhi u ngành kinh t như s n xu t lương th c th c ph m, chăn nuôi thú y, công nghi p dư c và công nghi p hoá h c, chuy n hoá sinh kh i thành năng lư ng, x lý ph li u và ph li u công nông nghi p, phòng ch ng ô nhi m và v sinh môi trư ng… - Công ngh sinh h c ñã giúp cho các chương trình c i thi n nông nghi p, ngh vư n và ngh r ng tăng năng su t cây tr ng, tăng ch t lư ng dinh dư ng c a nông ph m, ch n gi ng ch ng ch u v i sâu b nh và v i th i ti t ñ t ñai không thu n l i và t o ra các gi ng thích nghi v i các ñi u ki n th như ng và khí h u nh t ñ nh. ð ng th i nó cũng t o ñi u ki n ñ duy trì m t s ña d ng di truy n ñ r ng gi a các gi ng cây tr ng và gi gìn các ngu n gen ñã ñư c t o nên t các h hàng hoang d i c a chúng. Tính ña d ng di truy n ñư c th hi n thông qua m t s lư ng c c l n các ki u k t h p gen có trong m t s cá th c a m t loài và thông qua s khác nhau v các tính tr ng c a các gi ng trong cùng m t loài: ki u sinh trư ng, tính kháng sâu b nh, tính kháng v i ngo i c nh (sương mu i, h n, nóng…) và năng su t. Sau khi nghiên c u k t qu c a nhi u t h p lai m t cách c n th n và nghiêm túc, các nhà ch n gi ng d a và tính ña d ng di truy n ñ ch n ra các dòng có tính tr ng mong mu n. ð thành công, nhà ch n gi ng ph i có ñư c trong tay v n di truy n càng l n càng t t. V n di truy n này bao g m các gi ng cây tr ng, các gi ng ch ng ch u, các gi ng ñ a phương (các gi ng này thư ng b b quên vì do năng su t th p nhưng nó r t quý vì có tính ch ng sâu b nh và các ñi u ki n ngo i c nh không thu n l i). Trong v n di truy n còn ph i k ñ n các cây hoang d i có tác d ng tăng s c s ng cho các cây gi ng tr ng. Tính ña ñ ng di truy n là nhân t b o ñ m cây tr ng không b các tai bi n khí h u ho c sâu b nh tiêu di t hoàn toàn. Cây tr ng càng thu n nh t thì càng d b h i khi có tai ho . - Công ngh sinh h c cũng ñư c ng d ng r ng rãi trong lĩnh v c th c ph m và dinh dư ng. Ngành công ngh lên men là m t b ph n c a công ngh sinh h c ñã s n xu t ra nhi u s n ph m r t thú v cho ngành th c ph m. Ho c vi c s n xu t n m men cũng có m t nghĩa r t quan tr ng. Ngư i ta có th s d ng m t lư ng nh n m men ñ b sung protein, vitamin và các ch t khoáng cho th c ph m. Ngoài ra, sinh kh i n m men là ngu n th c ăn b sung trong chăn nuôi r t có hi u qu . - Công ngh sinh h c giúp cho chăn nuôi và thú y t o ra ñư c nh ng gi ng nuôi mong mu n và s n xu t ra các lo i vacxin ñ phòng ch ng b nh t t cho các v t nuôi. Ví d : vi c c y chuy n h p t bò ñã t o ra ñư c gi ng bò t t, có s c ch u ñ ng cao. K thu t c y chuy n ñư c th c hi n như sau: gây s r ng tr ng m t con bò cái có các ñ c ñi m mà ngành chăn nuôi c n ñ n và ñem th tinh nhân t o b ng tinh trùng c a m t con bò ñ c có nh ng ñ c ñi m như ngư i ta mong mu n. Các h p t hay phôi ñư c thu nh n b ng cách r a d con. Làm ñông l nh phôi trong nitơ l ng
-179oC và có th v n chuy n tr ng thái này: 1000 phôi ñông l nh không n ng quá 50kg. Phôi ñư c c y vào bò cái ch a ñ h . Bê con phát tri n lên t các phôi này s ra ñ i trong môi trư ng s ng sau này c a chúng và không ph i ñương ñ u v i nh ng s b t l i c a môi trư ng mà các súc v t nh p hay g p ph i. S b o v b ng các kháng th c a bò m và nh bú s a c a bò m mà sau khi ra ñ i bê sơ sinh có th ch u ñ ng t t hơn ñ i v i các lo i b nh t t thông thư ng. - Công ngh sinh h c còn tích c c giúp ñ ngành y t ñ b o v s c kho c a c ng ñ ng. Ngư i ta nói r ng y h c d phòng (và lâu dài hơn là y h c d báo d a trên hi u bi t v ñ c ñi m di truy n m i cá th ) s mang l i l i ích nhi u hơn các phương pháp ñi u tr . M t lĩnh v c c a công ngh sinh h c có th góp ph n quan tr ng trong gi i quy t các v n ñ y t , trong khuôn kh m t chính sách ưu tiên cho y h c d phòng, ñó là c i ti n các vacxin hi n có và ch t o ra các vacxin m i. ð ng th i nó còn giúp ích trong vi c s n xu t các lo i kháng sinh, vitamin và các thu c ch a b nh khác. Nh ng năm g n ñây, nh vào k thu t di truy n ngư i ta ñã tìm cách tách chi t các ho t ch t c a th c v t b c cao ñ làm v t li u xu t phát cho hàng lo t lo i thu c. - Công ngh sinh h c còn góp ph n trong vi c s n xu t ra năng lư ng như: s n xu t c n b ng con ñư ng lên men, chương trình biogas…và chính các ngu n năng lư ng này l i ñi ph c v cho các quá trình s n xu t khác. - Công ngh sinh h c còn tham gia vào vi c chuy n hoá các ch t và ngăn ch n s ô nhi m môi trư ng. S n ph m ph và các ch t th i ch a hydratcacbon có th ñư c chuy n hoá b ng cách lên men nh các vi sinh v t thông thư ng hay b ng các qui trình công ngh sinh h c. Ho c các k thu t tái t h p AND cũng s góp ph n tích c c ñ tách ñư c các gi ng vi khu n thích h p nh t cho vi c t i ưu hoá nh ng s chuy n hoá ñó. Ví d : chuy n gen mã hoá các enzym xenluloza và hemixenluloza c a Clostridium thermocellum thành nh ng loài Clostridium khác có th ñi u khi n ñư c s chuy n hoá xenluloza và hemixenluloza thành etanol, axeton, butanol, axít axetic và axít lactic. Dùng m t vài gi ng ưa nhi t Clostridium (toop= 65-75oC) có l i là c t gi m ñư c chi phí trong vi c chưng c t và s h ñư c giá thành s n ph m. ð ngăn ch n s ô nhi m môi trư ng ngư i ta có th dùng các lo i vi sinh v t khác nhau. Các k thu t tái t h p AND ñã t o ra nh ng ch ng vi khu n có th phân hu và h p th m t s l n các ch t do công nghi p hoá ch t th i ra. Như v y công ngh sinh h c có liên quan ñ n nhi u lĩnh v c và bao g m các ngành như: - Công ngh di truy n - Công ngh nuôi c y mô và t bào - Công ngh enzyme - Công ngh vi sinh v t… Trong h c ph n này s nghiên c u v m t s ph n c a công ngh vi sinh v t. Các quá trình vi sinh ñư c s d ng r ng rãi trong các lĩnh v c khác nhau c a n n kinh t . Nh ng thành t u khoa h c k thu t và sinh hoá cho phép t o ra nh ng quá trình s n xu t có năng su t cao d a trên các phương pháp công ngh ñã ñư c ñi u ch nh ñ có m t s s n ph m th c ph m, chăn nuôi, thu c ch a b nh và các ch t h u cơ.
CHƯƠNG I: NH NG NGUYÊN T C HOÁ SINH TRONG CÔNG NGH VI SINH V T ð t o ra b t kì m t s n ph m lên men nào ñ u ph i qua các bư c sau: - Chu n b môi trư ng - Chu n b gi ng - Lên men - Thu h i và tinh ch s n ph m ð t o ra s n ph m có ch t lư ng t t và năng su t cao thì c n hi u rõ các v n ñ sau. 1.1 Phân lo i s n ph m c a công ngh vi sinh v t Các s n ph m lên men công nghi p ñư c phân lo i theo các tiêu chu n sinh lí trao ñ i ch t. S phân lo i này d a vào s n ph m chính c a quá trình lên men vì các quá trình s n xu t nh vi sinh v t luôn luôn t o thành nhi u s n ph m. 1.1.1 V t ch t bào (sinh kh i) Cơ ch t t bào Ví d : + protein ñơn bào (tr ng thái ch t) + vi khu n c ñ nh ñ m (s ng): Rhizobium, Azotobacter, VK tr sâu Bacillus thuringiensis… Vi c t ng h p sinh kh i hay v t ch t t bào ñ ng nh t v i sinh trư ng c a vi sinh v t. Sinh trư ng và sinh s n g n li n v i nhau. Sinh trư ng là tăng kh i lư ng, còn sinh s n là tăng s lư ng. 1.1.2 Các s n ph m trao ñ i ch t Cơ ch t s n ph m + t bào 1. Các s n ph m cu i cùng c a s trao ñ i năng lư ng (các s n ph m lên men) Ví d : etanol, axít lactic, axeton-butanol… Lên men là quá trình y m khí c a s thu nh n năng lư ng, trong ñó hydro tách ra ñư c chuy n ñ n các ch t nh n h u cơ (nó không ñ ng nghĩa v i s lên men trong ngôn ng qu c t - nó ñư c hi u là các quá trình s n xu t công nghi p nh vi sinh v t) M t s cơ th ti n hành lên men khi không có oxy làm ch t nh n hydro cu i cùng (k khí tuỳ ti n), nh ng nhóm cơ th lên men b t bu c thì không ch a các enzym hô h p. Các h p ch t h u cơ nh n hydro là nh ng h p ch t ñư c hinh thành trong quá trình trao ñ i ch t d hoá. Sau khi nh n hydro, các h p ch t này th i ra ngoài t bào gi ng như các s n ph m cu i cùng c a s hô h p. T ñó n y ra v n ñ là trong s n xu t c n ch n các ñi u ki n nuôi sao cho càng nhi u cơ ch t ñư c chuy n thành các s n ph m lên men càng t t. Ví d : trong s n xu t rư u ñ tăng hàm lư ng rư u thì c n tăng hàm lư ng ñư ng và gi m các y u t quan tr ng cho sinh trư ng.
2. Các ch t trao ñ i b c 1 Ví d : axít amin, nucleotit, vitamin, axít xitric. Các ch t trao ñ i b c m t là nh ng viên g ch c u trúc có tr ng lư ng phân t th p c a các cao phân t sinh h c c a t bào ch t: axít amin, nucleotit, nucleozit, ñư ng, axít béo, vitamin… Ngoài ra các s n ph m trung gian c a quá trình trao ñ i ch t (các axít h u cơ trong chu trình ATC) cũng là các ch t trao ñ i b c 1. Các cơ ch ñi u hoà phát tri n trong quá trình ti n hoá b o ñ m sao cho các ch t trao ñ i b c 1 ch ñư c t ng h p ñ n m c ñ c n thi t. 3. Các ch t trao ñ i b c 2 Ví d : kháng sinh, alcaloit Các ch t trao ñ i b c 2 là nh ng ch t trao ñ i có tr ng lư ng phân t th p, không g p m i cơ th , s phân b c a chúng ch gi i h n nh ng ñơn v phân lo i nh t ñ nh. Chúng không có ch c năng chung trong trao ñ i ch t c a t bào và t bào cũng có th t n t i mà không c n ñ n chúng. Tuy nhiên, các ch t trao ñ i b c 2 có th có ý nghĩa v i s sinh trư ng và các cơ th s n sinh ra chúng. Ch ng h n m t s ch t trao ñ i b c 2 có vai trò trong s h p th s t khi thi u nguyên t này. Thư ng các ch t b c 2 ñư c t o thành khi s sinh trư ng ñã k t thúc. Các ch ng t n t i trong t nhiên thư ng ch t o thành r t ít ch t trao ñ i b c 2, nh ng ch t này ñư c tích lu trong t bào ho c th i ra ngoài. 4.Các enzym Ví d : enzym ngo i bào: proteaza, amylaza enzym n i bào : asparaginaza, penixilinaza. T bào vi sinh v t ch a kho ng 1000 enzym khác nhau. M t s enzyme ch có m t v i s lư ng vài phân t nhưng nhi u enzym có m t v i s lư ng l n. Ch nh ng enzym ch u trách nhi m phân hu các cơ ch t không hoà tan như tinh b t, xenlulo, protein…m i ñư c ti t t t bào vào môi trư ng. Vi sinh v t có kh năng s d ng các cơ ch t khác nhau cho sinh trư ng và thích ng v i các ñi u ki n sinh trư ng r t khác nhau. Trong s gi i h n c a th tích t bào ch t ng h p nh ng enzym mà nó c n. Trong công ngh s n xu t enzym c n ph i ñi u khi n trao ñ i ch t sao cho enzym mà ta mong mu n ñư c t ng h p càng nhi u càng t t. 1.1.3 Các s n ph m c a s chuy n hoá ch t Ví d : s oxy hoá không hoàn toàn ñ t o thành axit axetic soboza. Trong quá trình chuy n hoá các t bào ho t ñ ng như nh ng h th ng xúc tác cho m t ho c nhi u bư c chuy n hoá ch t. V m t lí thuy t nh ng ph n ng này cũng x y ra nh các enzym cô l p, tuy nhiên con ñư ng này không th th c hi n ñư c ho c không kinh t (ví d v i các ph n ng enzym ph thu c năng lư ng). Các enzym chuy n hoá các ch t theo cách r t ñ c hi u. Ví d : s
chuy n hoá ho c tách hydro x y ra nh phân t steroid không có ý nghĩa ñ i v i t bào (cũng có th ñó là nh ng ph n ng kh ñ c). Trong s chuy n hoá ñ t o axít axetic g n li n v i sinh trư ng, nó g n li n v i s thu nh n năng lư ng. 1.2 ð ng h c c a sinh trư ng và c a s t o thành s n ph m Sinh trư ng c a m t qu n th vi sinh v t di n ra qua các giai ño n khác nhau. S sinh s n c a t bào b t ñ u sau m t giai ño n ti m phát. Trong giai ño n log ti p theo x y ra s sinh s n theo hàm s mũ. Sau m t th i gian sinh trư ng ng ng l i vì thi u ch t dinh dư ng cơ b n và vì tích lu các ch t c ch . Các t bào chuy n vào giai ño n cân b ng. Trong giai ño n này không di n ra sinh trư ng n a nhưng t bào v n còn ho t ñ ng trao ñ i ch t. Toàn b quá trình nuôi g n li n v i s thay ñ i kéo dài c a các ñi u ki n nuôi. Ch t dinh dư ng gi m ñi, s lư ng t bào tăng lên. ð ng th i ho t tính trao ñ i ch t cũng thay ñ i. V phương di n ch c năng c a các s n ph m trao ñ i ch t ñ i v i t bào có th phân bi t 2 nhóm: - Các s n ph m mà s hình thành c a chúng g n li n v i s sinh trư ng. Ví d : các s n ph m lên men, các ch t trao ñ i b c 1, các enzym. S t ng h p nh ng s n ph m này x y ra trong th i gian sinh trư ng và còn có th ti p di n sau khi sinh trư ng ñã k t thúc. - Các s n ph m mà s hình thành c a chúng x y ra sau khi sinh trư ng ñã k t thúc; ví d các s n ph m trao ñ i ch t b c 2. ð ng th i Th i gian Không ñ ng th i Th i gian Hình 1: ð ng h c c a quá trình sinh trư ng và t o thành s n ph m Nhi u s n ph m chi m m t v trí trung gian. Ví d s t ng h p axít amin m c dù di n ra trong th i gian sinh trư ng nhưng v n ti p di n sau khi sinh trư ng ñã k t thúc, vì quá trình t ng h p ti p di n trên cơ s c a m t sai h ng
di truy n. S t ng h p c a nhi u enzym x y ra không song song v i sinh trư ng mà g n li n v i m t tr ng thái sinh lí nh t ñ nh c a t bào cho nên trong lên men công nghi p c n ph i tìm ra tr ng thái sinh lí c a năng su t cao nh t và duy trì nó trong th i gian dài. 1.3 S t ng h p th a Vi sinh v t t n t i trong t nhiên sinh ra các s n ph m trao ñ i ch t và các thành ph n t bào ch m c ñ c n thi t cho s sinh s n t i ưu và cho s duy trì loài. S trao ñ i ch t như v y ñư c b o ñ m nh các cơ ch ñi u hoà. Ví d : các cơ ch này c n ho t ñ ng sao cho các axit amin không ñư c t ng h p quá nhu c u c a s t ng h p protein. Như v y, trong ñi u ki n t nhiên không có s s n sinh dư th a các s n ph m trao ñ i ch t b c 1, b c 2 và các enzym. N u trong t nhiên cơ ch ñi u hoà này b r i lo n, ví d do k t qu ñ t bi n thì các th ñ t bi n sai h ng trao ñ i ch t thư ng có h i ñ t v i ch ng ban ñ u. 1.3.1 Nh ng nguyên t c ñi u hoà trao ñ i ch t Có 3 cơ ch ch u trách nhi m ñi u hoà trao ñ i ch t: 1. ði u hoà ho t tính enzym nh s c ch b ng s n ph m cu i cùng hay còn g i là s kìm hãm theo liên k t ngư c. 2. ði u hoà t ng h p enzym nh s ki m ch b ng s n ph m cu i cùng và s gi i ki m ch . 3. ði u hoà t ng h p enzym nh s ki m ch d hoá. Các enzym c u trúc 1 2 3 4 Glucoza Ki m ch d hoá Ki m ch b ng s n ph m cu i cùng E.1 E.2 E.3 E.4 A C D B S.ph m cu i cùng c ch b ng s n ph m cu i cùng Sơ ñ 1: Các nguyên t c c a s ñi u hoà enzyme * Trong cơ ch 1 s n ph m cu i cùng c a 1 quá trình sinh t ng h p gây ra s c ch quá trình t ng h p c a chính nó. ñây, s n ph m cu i cùng dù ñư c hình thành trong t bào hay ñư c thu nh n t môi trư ng dinh dư ng, ñi u ñó cùng ý nghĩa. Trong cơ ch này, s n ph m cu i cùng nói chung nh hư ng ñ n enzyme ñ u tiên c a chu i sinh t ng h p. Enzym có tính quy t ñ nh này là 1 protein d l p th . Nó có ñ c ñi m là thay ñ i c u hình không gian khi
có m t s n ph m cu i cùng nh m gi m b t ho t tính xúc tác. S c ch này x y ra nhanh và r t có hi u qu . * Trong cơ ch 2, s n ph m cu i cùng c ch s t ng h p enzym c n cho s t o thành s n ph m y, trong ñó vi c ñ c thông tin di truy n c n cho s t ng h p enzym (s phiên âm) b phong to . n ng ñ cao c a s n ph m cu i cùng s t ng h p c a các enzym tham gia vào chu i ph n ng b ng ng ho c b kéo dài m t cách ñáng k . N u n ng ñ c a s n ph m cu i cùng gi m xu ng dư i 1 m c nào ñó thì x y ra s gi i ki m ch , nghĩa là các enzym ñư c t o thành v i t c ñ cao hơn. S ñi u hoà theo ki u này x y ra t t vì nó g n li n v i s t ng h p enzym. Ho t ñ ng Ch t nh hư ng d l p th Ch t nh hư ng d l p th Th ñ t bi n Không ho t ñ ng D ng hoang d i Hình 2: Mô hình c a s c ch b ng s n ph m cu i cùng *S ki m ch d hoá ñi u hoà quá trình t ng h p các enzym d hoá xúc tác s phân hu cơ ch t. Các enzym này ñư c t ng h p nh s c m ng enzym. Cơ ch này tương t cơ ch ki m ch t c là cũng x y ra m c ñ phiên âm. Trong s c m ng enzym, m t ch t dinh dư ng ñóng vai trò ch t c m ng kích thích s t ng h p enzym xúc tác cho s phân hu chính nó, nghĩa là ch t này c m ng s t ng h p. Do ñó, vi c t ng h p các enzym c m ng ch x y ra khi có m t cơ ch t tương ng trong môi trư ng.
* S ki m ch d hoá ñi u hoà quá trình t ng h p các enzym d hoá xúc tác s phân hu cơ ch t. Các enzym này ñư c t ng h p nh s c m ng enzym. Cơ ch này tương t cơ ch ki m ch t c là cũng x y ra m c ñ phiên âm. Trong s c m ng enzym, m t ch t dinh dư ng ñóng vai trò ch t c m ng kích thích s t ng h p enzym xúc tác cho s phân hu chính nó, nghĩa là ch t này c m ng s t ng h p. Do ñó, vi c t ng h p các enzym c m ng ch x y ra khi có m t cơ ch t tương ng trong môi trư ng. Gen ch t ki m ch không ho t ñ ng vì ch t ki m ch không ñi u b sai h ng (ngay c khi không có ho t ñ ng vì không khi n s n ph m cu i cùng ) có s n ph m cu i cùng không phong t a s truy n không phong to s thông tin t ng h p enzym truy n thông tin t ng h p enzym ch t ki m ch Các ch t ki m ch không ho t ñ ng ho t ñ ng gen S n ph m cu cu i cùng trúc Ch t ki m ch ho t ñ ng không phong t a s truy n thông tin t ng h p enzym Không có s truy n thông tin không t ng h p enzym D ng hoang d i Th ñ t bi n Hình 3: Mô hình ki m ch b ng s n ph m cu i cùng
N u trong môi trư ng có m t nhi u cơ ch t thì trư c h t x y ra s t ng h p c a enzym nào xúc tác phân hu cơ ch t d s d ng nh t. S t ng h p c a các enzym khác b c ch b i s ki m ch d hoá. Thông thư ng thì glucoza là cơ ch t thích h p nh t. 1.3.2 Nh ng sai h ng di truy n c a ñi u hoà trao ñ i ch t Các cơ ch ñi u hoà trao ñ i ch t có th b thay ñ i do nh ng ñ t bi n d n t i s t ng h p th a các ch t trao ñ i ch t. Nh ng enzyme d l p th ngoài v trí ph n ng v i cơ ch t, chúng còn m t v trí khác ñ i v i s n ph m cu i cùng (hình 2). V trí th 2 này g i là trung tâm d l p th . Hai v trí này tách bi t nhau v không gian và khác nhau v c u trúc. M t ñ t bi n có th d n ñ n k t qu làm protein enzyme d l p th b thay ñ i b ng cách m t ñi kh năng ph n ng v i ch t hi u ng nhưng v n còn ho t tính xúc tác. M t protein b bi n ñ i như v y v n còn ho t ñ ng ngay c khi có m t s n ph m cu i cùng nó d n ñ n s t ng h p th a c a s n ph m cu i cùng tương ng (hình 2 phía bên ph i). Trong s ki m ch t ng h p enzym x y ra nh ng ph n ng quy t li t trong ph m vi thông tin di truy n, s phiên âm (hình 3). S ñi u hoà t ng h p enzym có th b r i lo n do nh ng ñ t bi n khác nhau. Nh ng ñ t bi n có th ñ ng ch m ñ n gen ki m ch d n t i m t sai h ng c a ch t ki m ch ho c làm bi n m t nó; hay ñ ng ch m ñ n gen ñi u khi n và làm cho gen này m t kh năng tác d ng v i ch t ki m ch (bên ph i hình 3). Toàn b nh ng sai h ng tương ng cũng có th bi u hi n s c m ng enzyme. Nh nh ng s sai h ng y mà các enzyme c m ng tr thành các enzyme c u trúc, nghĩa là chúng t n t i trong t bào không ph thu c vào cơ ch t s ki m ch d hoá b m t ñi. CHƯƠNG II: NH NG V N ð K THU T VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG TRONG CÔNG NGH VI SINH V T S n xu t sinh kh i và các s n ph m trao ñ i ch t trong quá trình lên men có nhi u ñi m gi ng nhau v phương pháp và k thu t. Vi c áp d ng k thu t và phương pháp tuỳ t ng ñ i tư ng vi sinh v t và m c tiêu s n ph m cu i cùng. Trên cơ s ñó có th áp d ng nh ng m c tiêu và phương pháp riêng. Chính vì th không th có m t phương pháp chung cho t t c các s n ph m. Vi c áp d ng k thu t và phương pháp ch có th trên cơ s nh ng nguyên t c chung c a các k thu t và phương pháp ñã trình bày. Vì th , trong chương này s gi i thi u nh ng nguyên t c chung c a k thu t và phương pháp ñư c áp d ng r ng rãi trong các ngành vi sinh công nghi p. Các nguyên t c chung ñó bao g m vi c tuy n ch n gi ng vi sinh v t, gi gi ng vi sinh v t, các quá trình và thi t b
N u trong môi trư ng có m t nhi u cơ ch t thì trư c h t x y ra s t ng h p c a enzym nào xúc tác phân hu cơ ch t d s d ng nh t. S t ng h p c a các enzym khác b c ch b i s ki m ch d hoá. Thông thư ng thì glucoza là cơ ch t thích h p nh t. 1.3.2 Nh ng sai h ng di truy n c a ñi u hoà trao ñ i ch t Các cơ ch ñi u hoà trao ñ i ch t có th b thay ñ i do nh ng ñ t bi n d n t i s t ng h p th a các ch t trao ñ i ch t. Nh ng enzyme d l p th ngoài v trí ph n ng v i cơ ch t, chúng còn m t v trí khác ñ i v i s n ph m cu i cùng (hình 2). V trí th 2 này g i là trung tâm d l p th . Hai v trí này tách bi t nhau v không gian và khác nhau v c u trúc. M t ñ t bi n có th d n ñ n k t qu làm protein enzyme d l p th b thay ñ i b ng cách m t ñi kh năng ph n ng v i ch t hi u ng nhưng v n còn ho t tính xúc tác. M t protein b bi n ñ i như v y v n còn ho t ñ ng ngay c khi có m t s n ph m cu i cùng nó d n ñ n s t ng h p th a c a s n ph m cu i cùng tương ng (hình 2 phía bên ph i). Trong s ki m ch t ng h p enzym x y ra nh ng ph n ng quy t li t trong ph m vi thông tin di truy n, s phiên âm (hình 3). S ñi u hoà t ng h p enzym có th b r i lo n do nh ng ñ t bi n khác nhau. Nh ng ñ t bi n có th ñ ng ch m ñ n gen ki m ch d n t i m t sai h ng c a ch t ki m ch ho c làm bi n m t nó; hay ñ ng ch m ñ n gen ñi u khi n và làm cho gen này m t kh năng tác d ng v i ch t ki m ch (bên ph i hình 3). Toàn b nh ng sai h ng tương ng cũng có th bi u hi n s c m ng enzyme. Nh nh ng s sai h ng y mà các enzyme c m ng tr thành các enzyme c u trúc, nghĩa là chúng t n t i trong t bào không ph thu c vào cơ ch t s ki m ch d hoá b m t ñi. CHƯƠNG II: NH NG V N ð K THU T VÀ PHƯƠNG PHÁP CHUNG TRONG CÔNG NGH VI SINH V T S n xu t sinh kh i và các s n ph m trao ñ i ch t trong quá trình lên men có nhi u ñi m gi ng nhau v phương pháp và k thu t. Vi c áp d ng k thu t và phương pháp tuỳ t ng ñ i tư ng vi sinh v t và m c tiêu s n ph m cu i cùng. Trên cơ s ñó có th áp d ng nh ng m c tiêu và phương pháp riêng. Chính vì th không th có m t phương pháp chung cho t t c các s n ph m. Vi c áp d ng k thu t và phương pháp ch có th trên cơ s nh ng nguyên t c chung c a các k thu t và phương pháp ñã trình bày. Vì th , trong chương này s gi i thi u nh ng nguyên t c chung c a k thu t và phương pháp ñư c áp d ng r ng rãi trong các ngành vi sinh công nghi p. Các nguyên t c chung ñó bao g m vi c tuy n ch n gi ng vi sinh v t, gi gi ng vi sinh v t, các quá trình và thi t b
lên men cơ b n, m t s k thu t và phương pháp chính ñ thu nh n s n ph m lên men. 2.1 Gi ng vi sinh v t 2.1.1 Yêu c u v gi ng vi sinh v t công nghi p Các ch ng vi sinh v t mu n ñem vào s n xu t l n ph i b o ñ m các tiêu chu n sau ñây: - Ph i cho s n ph m mong mu n v i năng su t cao, ch t lư ng t t, có ý nghĩa kinh t trong s n xu t và ít s n ph m ph không mong mu n. - S d ng nguyên li u s n có, r ti n - Th i gian lên men ng n. - D tách sinh kh i hay s n ph m sau lên men. - Vi sinh v t ph i thu n ch ng, không ch a vi sinh v t l , ñ c bi t không ch a bacteriophage ký sinh. - Ch ng vi sinh v t ph i kho , phát tri n d dàng và nhanh chóng, cho nhi u t bào dinh dư ng ho c các bào t ho c các hình th c tái sinh khác. - Có kh năng ch ng, ch u các ñi u ki n b t l i c a môi trư ng. - D b o qu n, t n t i và n ñ nh các ñ c tính sinh lí, sinh hóa su t trong th i gian s d ng. - Có kh năng thay ñ i các ñ c tính b ng các k thu t ñ t bi n, k thu t gen ñ không ng ng nâng cao năng su t và ch t lư ng s n ph m. 2.1.2 Ngu n gi ng vi sinh v t 2.1.2.1 Phân l p trong t nhiên Thiên nhiên là ngu n cung c p gi ng vô t n cho công nghi p vi sinh v t. Các vi sinh v t s d ng trong công nghi p th c ph m có th d dàng phân l p chúng t các lo i th c ăn, nư c u ng s n xu t theo phương pháp c truy n: t bánh men thu c b c, m c tương, s a chua… Vi sinh v t s d ng trong công nghi p s n xu t kháng sinh thư ng ñư c phân l p trong ñ t, nư c nh ng vùng khác nhau. ð phân l p ñư c m t ch ng vi sinh v t mong mu n t m t qu n th h n h p vi sinh v t trong t nhiên chúng ta ph i th c hi n các bư c sau: thu m u, hoà loãng, c y lên môi trư ng, nuôi, thu n khi t, ki m tra… Các công vi c này ñ u gi ng nhau khi nghiên c u trên các ñ i tư ng vi rút, vi khu n, n m, t o, nguyên sinh ñ ng v t, các ñ ng v t không xương s ng lo i nh . ð hoà loãng m u ngư i ta thư ng s d ng nư c mu i sinh lí (0,85% dung d ch NaCl) ho c nư c c t. ð i v i m t s loài d ch t trong nư c c t ho c nư c mu i sinh lí như Pseudomonas thì dùng dung d ch peptone 0,1% ñ làm loãng. Sau khi pha loãng thì ñem c y r a trên môi trư ng th ch r i ñem nuôi trong t m 1-3 ngày. Ti p theo tách các khu n l c ñi n hình và làm tinh khi t m t s l n trên môi trư ng th ch ñ tách riêng t ng khu n l c.
ð i v i nhóm vi sinh v t y m khí n u c y trên môi trư ng th ch trong h p Petri ngư i ta ph i cho thêm các ch t kh hay g n kín b ng parafin ho c nuôi trong môi trư ng không có oxy. ð phân l p các ch ng s n xu t kháng sinh ho c kháng kháng sinh ngư i ta thư ng dùng phương pháp nhanh: hoà loãng m u 10 ho c 100 l n, sau ñó l y 1ml dung d ch hoà loãng c y lên môi trư ng th ch ñã có s n vi sinh v t c n tiêu di t ho c cơ ch t c n phân gi i. Sau khi nuôi 1-3 ngày trong t m thì ñem xem xét nh ng khu n l c nào có ñ c tính mà chúng ta mong mu n thì ti n hành phân l p và thu n khi t nh ng ch ng có ho t l c cao. ð phân l p ñư c ch ng vi sinh v t mong mu n thì ph i ti n hành làm giàu s lư ng vi sinh v t ñó, t c là ph i s d ng nh ng môi trư ng và ñi u ki n nuôi c y ñ ch n l c các ch ng mong mu n và c ch các ch ng không mong mu n. 2.1.2.2 Thu nh n t các trung tâm gi gi ng Ngày nay có nhi u trung tâm gi gi ng gi ng trên th gi i có th cung c p cho chúng ta các gi ng vi sinh v t ph c v cho công tác nghiên c u, gi ng d y, s n xu t. M t s trung tâm gi gi ng như: - M : ABBOTT, ATCC, NRRL - Canada: CANAD-212 - Nh t: FERM, HIR - Úc: CC - Trung qu c: IMASP 2.1.3 C i t o gi ng vi sinh v t Tr m t s ngành c a công ngh th c ph m ngư i ta có th có s d ng vi sinh v t ki u d i còn h u h t các ngành công nghi p khác như s n xu t kháng sinh, vitamin, enzyme v.v. ngư i ta ñ u dùng các bi n ch ng. 2.1.3.1 Ưu như c ñi m khi s d ng bi n ch ng * Ưu ñi m: - Cho năng su t cao - Th i gian lên men ng n và ít t o b t trong khi lên men - Ít t o s n ph m ph trong quá trình lên men - T o ñư c nhi u s n ph m quí mà ch ng ki u d i không có ñư c, ví d như: insulin, kháng nguyên Hbs (ch ng vim gan B) v.v. - Kh năng ch ng, ch u các ñi u ki n b t l i c a môi trư ng cao. * Như c: - ðòi h i công ngh cao - Trong quá trình s n xu t có th xu t hi n hi n tư ng h i bi n 2.1.3.2 Phương pháp t o gi ng m i ð t o ra gi ng vi sinh v t m i ngư i ta có th s d ng nhi u phương pháp khác nhau:
- ð t bi n nhân t o và ch n l a: ñây là công vi c c a các phòng thí nghi m ho c các trung tâm nghiên c u nh m tìm ra các ch ng vi sinh v t có năng su t cao ho c s n xu t ñư c nh ng s n ph m mà mình mong mu n. - Tái t h p gen: s d ng các kh năng bi n n p, ti p h p, t i n p, lai t bào ch t vi sinh v t và các k thu t gen ñ th c hi n vi c t o ra các cá th m i v i nh ng b gen theo ý mu n. - L a ch n thư ng xuyên: công vi c này thư ng th c hi n các phòng thí nghi m c a các nhà máy nh m gi ñư c các cá th t t trong qu n th vi sinh v t. Khi ki m tra lo i b các ñ t bi n ng u nhiên không cho năng su t cao ho c có nh ng bi u hi n b t l i và gi nh ng cá th thích nghi t t trong ñi u ki n s n xu t. 2.1.4 Gi gi ng vi sinh v t 2.1.4.1 Ý nghĩa và nhi m v c a công tác gi gi ng Gi gi ng vi sinh v t là m t công vi c có ý nghĩa vô cùng l n. Nó giúp cho chúng ta gi ñư c các ñ c tính quí (không b thoái hoá) c a vi sinh v t và b o ñ m cung c p gi ng cho các quá trình s n xu t. Nhi m v c a công tác gi gi ng là s d ng các k thu t c n thi t ñ gi cho vi sinh v t có t l s ng cao, các ñ c tính di truy n không b bi n ñ i và không b t p nhi m b i vi sinh v t l . 2.1.4.2 Các phương pháp gi gi ng Có r t nhi u phương pháp gi gi ng vi sinh v t. Tuỳ theo trang thi t b và lo i vi sinh v t c n gi mà chúng ta có th s d ng m t trong các phương pháp sau: - Gi gi ng trên môi trư ng th ch nghiêng - Gi gi ng dư i l p d u khoáng - Gi gi ng trong cát - Gi gi ng trong ñ t -Gi gi ng trên silicagen -Gi gi ng trên các lo i h t ngũ c c (lúa, ngô, kê..) -Gi gi ng trên gi y l c -Gi gi ng trên các mi ng gelatin -Gi gi ng b ng phương pháp l nh ñông -Gi gi ng b ng phương pháp ñông khô 2.2 Dinh dư ng và môi trư ng nuôi c y vi sinh v t 2.2.1 Quá trình và nhu c u dinh dư ng t bào vi sinh v t Trong quá trình s ng t bào vi sinh v t không ng ng trao ñ i ch t v i môi trư ng xung quanh. T bào vi sinh v t tuy r t nh nhưng vì h p thu các ch t dinh dư ng và th i các s n ph m trao ñ i ch t qua toàn b b m t t bào cho nên cư ng ñ trao ñ i ch t c a chúng là r t l n. Các ch t dinh dư ng qua màng vào t bào và ñư c chuy n hoá ñ t o thành nh ng ch t riêng bi t c n
thi t cho vi c xây d ng t bào. Nh quá trình ñ ng hoá các t bào m i có th sinh trư ng, phát tri n tăng sinh kh i, ñ ng th i sinh ra các s n ph m trao ñ i ch t. S bi n ñ i các ch t dinh dư ng bao g m nhi u ph n ng hoá sinh khác nhau nh h enzym theo con ñư ng trao ñ i ch t ñ : 1. T o ra nh ng ch t có trong thành ph n c a t bào 2. S n ra năng lư ng sinh h c c n thi t cho ho t ñ ng s ng Nh ng ch t dinh dư ng khi ñã là nh ng h p ch t có phân t nh có th ñi qua màng t bào vi sinh v t và tham gia vào 2 loai ph n ng: - Bi n ñ i d hoá làm xu t hi n nh ng s n ph m có c u trúc ñơn gi n hơn. Nh ng bi n ñ i d hoá này cung c p cho vi sinh v t năng lư ng chuy n hoá d ng ATP ho c nh ng h p ch t giàu năng lư ng khác. M t s nh ng s n ph m d hoá th i ñi, m t s khác làm v t li u ho c làm ti n ch t cho các ph n ng ñ ng hoá. - Bi n ñ i ñ ng hoá, ñ m b o s t ng h p c a thành ph n m i có c u trúc ph c t p hơn và phân t lư ng cao hơn - g i là quá trình sinh t ng h p. Các ch t dinh dư ng c a vi sinh v t ch y u l y môi trư ng xung quanh. Cho nên thành ph n c a môi trư ng dinh dư ng b o ñ m cung c p các nguyên t C, H, O, N, P, S, Ca, Fe và các nguyên t vi lư ng. 2.2.2 Môi trư ng nuôi c y vi sinh v t 2.2.2.1 Phân lo i môi trư ng 1. Phân lo i theo thành ph n có trong môi trư ng: + Môi trư ng t nhiên: có thành ph n không xác ñ nh, ñư c ch t o t ñ ng hay th c v t. + Môi trư ng t ng h p: g m nh ng ch t hoá h c tinh khi t và ñư c l y v i n ng ñ cho trư c. + Môi trư ng bán t ng h p. 2. Phân lo i theo tr ng thái v t lí: + Môi trư ng l ng: dùng ñ tăng sinh, tích lu các s n ph m trao ñ i ch t, phát hi n các ñ c tính sinh lí, sinh hoá, ñ gi gi ng và b o qu n nhi u lo i vi sinh v t không phát tri n ñư c trên môi trư ng ñ c. + Môi trư ng ñ c: dùng ñ phân l p thu khu n l c r i, nghiên c u ñ nh danh, gi gi ng, ñ m s lư ng vi sinh v t. + Môi trư ng x p: dùng trong công ngh vi sinh v t. 2.2.2.2 Nguyên li u dùng chu n b môi trư ng trong công ngh vi sinh v t 1. Nguyên li u cung c p ngu n cacbon Cacbon chi m m t ph n r t l n trong t bào vi sinh v t, chính vì v y nh ng h p ch t ch a cacbon có ý nghĩa hàng ñ u trong s s ng c a vi sinh v t. Ngu n th c ăn cacbon ch y u c a vi sinh v t là hydratcacbon. Các h p ch t có phân t th p như m t s ñư ng thì vi sinh v t có th ñ ng hoá tr c ti p.
Còn các h p ch t cao phân t (tinh b t, xenlulo…) s ñư c phân hu nh các enzyme do vi sinh v t ti t ra. Trong các hydratcacbon thi glucose là m t ngu n cacbon v n năng ñ i v i vi sinh v t. Quá trình bi n ñ i glucose trong t bào vi sinh v t có th di n ra b ng 3 con ñư ng: chu trình Embden-Meyerhof-Parnas (EMP); pentoza; Entner-Dondoroff. T t c ñ u d n t i t o thành axít pyruvic r i t ñó ñi vào các quá trình khác nhau. Các enzym CO2, rư u, các s n ph m k khí khác Tinh b t  → glucose amylaza CO2, H2O, các axít h u cơ và các s n ph m trao Các enzym Qt. ngo i bào ñ i hi u khí Ngoài ra vi sinh v t có th ñ ng hoá m t s các cacbuahydro: CH3-(CH2)n-CH3 CH3-(CH2)n-CH2OH CH3-(CH2)n-CHO CH3-(CH2)n-COOH Ankan alkanol alkanal axít béo Axetyl-CoA. ð i v i ch t béo: Ch t béo triglycerit axít béo palmityl-CoA axetyl-CoA 2. Nguyên li u cung c p ngu n nitơ Vi sinh v t c n nitơ ñ xây d ng t bào vì t t c các thành ph n quan tr ng c a t bào ñ u có ch a nitơ (protein, axít nucleic, enzym…). Axít amin t o ra protein. Các axit amin trong t bào vi sinh v t ñư c t o thành do quá trình trao ñ i cacbon và nitơ. Nitơ trong không khí r t phong phú nhưng nó b n v ng v m t hoá h c và ch có các vi sinh v t c ñ nh nitơ m i có kh năng ñ ng hoá chúng. Còn các ngu n nitơ dùng trong lên men c a công ngh vi sinh v t là các h p ch t nitơ vô cơ và h u cơ. Các axit amin thư ng không ñư c vi sinh v t s d ng tr c ti p ngay mà ph i qua 2 lo i ph n ng: ho c kh amin ho c kh cacboxil. Kh amin: R-CH-COOH + O2 E .deza min → R-C-COOH + NH3  aza NH2 O Như v y, ch có nh ng vi sinh v t nào có kh năng kh amin m i có kh năng s d ng axit amin. Quá trình này thư ng x y ra nh ng vùng pH=6,5 ÷ 7,5. Khi pH vùng axít thì x y ra ph n ng kh cacboxyl:
R-CH-COOH E .→ R-CH2-NH2 + CO2  NH2 (S n ph m decacboxyl c a m t s các axit amin có ñ c t , ví d : t lizin cadaverin). Ngu n nitơ h u cơ thư ng là các h p ch t ph c t p nên ñ u tiên vi sinh v t ph i ti t vào môi trư ng enzym proteaza ñ thu phân. Các ngu n nitơ vô cơ (NH2)2CO + H2O ureaza → 2NH3 + CO2  - Urê: - HNO3: 4AH2 + HNO3 NH3 + 3H2O AH2 - ch t kh có trong môi trư ng. Ho c : HNO3 HNO2 (HNO)2 NH2OH NH3 Quá trình này nh h enzym nitratreductaza T t c các lo i vi sinh v t ñ u ñ ng hoá ñư c mu i amôn. Nhưng ñ s d ng ñư c nitơ vi sinh v t ñ u ph i tách NH3. 3. Nguyên li u cung c p các ch t khoáng * Các h p ch t photpho: nh hư ng l n quá trình trao ñ i ch t c a t bào vi sinh v t. Trong t bào vi sinh v t thư ng g p các h p ch t polyphotphat, chúng có ch c năng tham gia v n chuy n glucose qua màng t bào d n ñ n quá trình photphoril hoá glucose. Ngu n photpho có th là vô cơ ho c có trong các lo i nguyên li u h u cơ. Vi sinh v t s d ng nhanh nh t là các h p ch t photpho vô cơ hoà tan, còn photpho h u cơ s d ng ít và ch m. Tuy nhiên nhu c u v photpho ph thu c vào ch ng vi sinh v t, dư cũng nh hư ng x u. * Các ch t khoáng khác: Mg, Na, Fe, K, Al, Li, Rb, Mn…l y t môi trư ng dinh dư ng. Các ch t này có ý nghĩa khác nhau ñ i v i vi sinh v t: có m t s kim lo i tham gia vào c u t o phân t ho c làm thay ñ i ho t l c enzym. Tuy nhiên n ng ñ các ch t này cũng n m trong m t gi i h n. 4. Các ch t kích thích sinh trư ng: - Cao ngô - Cao n m men - D ch ép trái cây 5. Ch t béo trong công ngh vi sinh v t - D u béo (l c, ñ u tương, ngô, lanh…): thư ng dùng làm c t phá b t. - M t khác n u vi sinh v t có kh năng ti t ra enzym lypaza s phân hu ch t béo ñ n axetyl-CoA và ñ ng hoá ti p. Chú ý: không dùng quá nhi u d u phá b t có th nh hư ng x u ñ n quá trình lên men: ñ nh t l n, t o nhũ tương c a các h t xà phòng. 6. Nư c
Trong công ngh vi sinh v t nư c ñư c s d ng nhi u và v i nhi u m c ñích khác nhau. Ch t lư ng c a nư c có nh hư ng ñ n ti n trình công ngh và ch t lư ng c a s n ph m. Do ñó, tuỳ vào m c ñích s d ng mà ph i b o ñ m yêu c u v các ch tiêu ch t lư ng c a nư c như: ñ c ng, ñ oxy hoá, vi sinh… 2.3 Các phương pháp lên men Có nhi u cách ñ phân lo i các phương pháp lên men. D a vào cách n p li u và thu h i bán thành ph m sau lên men ngư i ta chia ra lên men gián ño n, liên t c và bán liên t c. Lên men gián ño n th c hi n theo t ng m nên thư ng có năng su t th p và chu kì s n xu t b kéo dài. Lên men liên t c thì ngư c l i, nguyên li u liên t c vào và s n ph m sau lên men liên t c ñi ra. Lên men bán liên t c là hình th c k t h p gi a hai phương pháp trên. D a vào thành ph n ñ ng nh t hay không ñ ng nh t c a canh trư ng ngư i ta chia ra lên men b m t (n i), lên men b sâu (chìm) và bán r n. Trong lên men b m t, vi sinh v t phát tri n trên b m t c a môi trư ng nuôi c y và l y không khí t m t thoáng c a môi trư ng. Phương pháp này thư ng s d ng ñ s n xu t axit citric và m t s enzyme. Như c ñi m l n nh t c a phương pháp này là t n kém b m t. Tuy nhiên, do ñ u tư ít nên ch ng m c nào ñó v n ñư c s d ng. Lên men bán r n là phương pháp trung gian gi a lên men b m t và b sâu. Hàm lư ng nư c trong môi trư ng chi m kho ng 70% ch t khô. M t s enzyme hi n nay ñư c s n xu t theo phương pháp này. Ngư i ta c i ti n phương pháp này b ng thi t b thùng quay nh m cung c p ñ oxy cho quá trình lên men và th c hi n luôn khâu s y khô sau lên men. ði u khó khăn là do s truy n nhi t kém c a các ch t ñ n nên khó th c hi n t t khâu thanh trùng. Lên men chìm là phương pháp ñư c s d ng nhi u nh t. Nó có th cho phép ki m soát ñư c toàn b quá trình lên men m t cách thu n l i, ít t n kém m t b ng. Do h th ng khu y tr n t t nên toàn b môi trư ng nuôi c y là m t h th ng nh t. 2.4 Thu h i s n ph m ð thu h i s n ph m ph i qua nhi u bư c. S lư ng các bư c ph thu c vào nguyên li u ban ñ u, n ng ñ ban ñ u, s n ñ nh v m t sinh h c c a s n ph m và m c ñ yêu c u v ñ tinh khi t c a s n ph m. Bư c ñ u c a vi c thu h i s n ph m là tách t bào và các s n ph m không hoà tan ra kh i d ch lên men b ng cách l c ho c l ng. ð trích li các s n ph m bên trong t bào thì ph i phá v t bào b ng các phương pháp v t lí (siêu âm, ép, l nh ñông r i tan giá…) ho c các phương pháp hoá h c (x lí b ng axit, trích li b ng axeton…) ho c b ng phương pháp sinh h c (dùng enzyme). N u s d ng axit thì s n ph m ph i b n v ng trong môi trư ng axit.
Các s n ph m lên men có trong môi trư ng ít thì ph i làm ñ m ñ c. Các phương pháp thư ng dùng ñ tách s n ph m như: l c, ly tâm, l ng, trích li, s c kí, cô ñ c, k t t a, k t tinh, tuy n n i, s y khô, nghi n…. CHƯƠNG III: S N XU T SINH KH I VI SINH V T 3.1 S n xu t protein ñơn bào 3.1.1 Ưu, như c ñi m c a s n xu t protein ñơn bào 1. Ưu: - Ít t n di n tích - T c ñ sinh trư ng cao: g p 100 ÷ 1000 l n so v i ñ i gia súc Ví d : ñ s n xu t 1t protein c n: + Tr ng 4ha ñ u trong 3 tháng + Nuôi 4 con bò trong 15 ÷ 18 tháng + Nuôi 300m3 vi sinh v t trong 24h - Không ph thu c vào khí h u - Thành ph n và giá tr dinh dư ng c a sinh kh i có th ñi u ch nh b ng cách thay ñ i thành ph n môi trư ng, ñi u ki n nu i c y ho c t o gi ng m i. - S d ng nguyên li u s n có, r ti n. 2. Như c: - Trong sinh kh i c a vi sinh v t ch a nhi u axít nucleic (10 ÷ 20%) không có l i cho s c kho c a con ngư i. - Protein vi sinh v t có hương v chưa cao. 3.1.2 Các yêu c u cơ b n c a vi c s n xu t protein ñơn bào ð ñ t ñư c hi u qu kinh t cao trong vi c s n xu t sinh kh i vi sinh v t c n ph i b o ñ m các yêu c u sau: 1. S d ng nguyên li u r ti n v i thu ho ch cao. ð ñ t ñư c năng su t cao c n lưu ý ñ n hi u su t chuy n hoá nguyên li u c a vi sinh v t. Các d ng nguyên li u ñư c quan tâm nhi u: - Cacbuahydro: vi sinh v t có kh năng chuy n hoá 100% ñ t o thành sinh kh i. - Hydratcacbon (r ñư ng, d ch ki m sunfit, xenluloza, tinh b t, c n s a…): vi sinh v t có kh năng chuy n hoá 50% v t ch t khô này sang sinh kh i. 2. T c ñ sinh trư ng cao: nói chung t c ñ sinh trư ng c a vi sinh v t r t l n, th i gian nhân ñôi c a chúng ng n. Vi khu n 0,3-2 gi N m men và t o 2-6 gi N m s i kho ng 10 gi
Các s n ph m lên men có trong môi trư ng ít thì ph i làm ñ m ñ c. Các phương pháp thư ng dùng ñ tách s n ph m như: l c, ly tâm, l ng, trích li, s c kí, cô ñ c, k t t a, k t tinh, tuy n n i, s y khô, nghi n…. CHƯƠNG III: S N XU T SINH KH I VI SINH V T 3.1 S n xu t protein ñơn bào 3.1.1 Ưu, như c ñi m c a s n xu t protein ñơn bào 1. Ưu: - Ít t n di n tích - T c ñ sinh trư ng cao: g p 100 ÷ 1000 l n so v i ñ i gia súc Ví d : ñ s n xu t 1t protein c n: + Tr ng 4ha ñ u trong 3 tháng + Nuôi 4 con bò trong 15 ÷ 18 tháng + Nuôi 300m3 vi sinh v t trong 24h - Không ph thu c vào khí h u - Thành ph n và giá tr dinh dư ng c a sinh kh i có th ñi u ch nh b ng cách thay ñ i thành ph n môi trư ng, ñi u ki n nu i c y ho c t o gi ng m i. - S d ng nguyên li u s n có, r ti n. 2. Như c: - Trong sinh kh i c a vi sinh v t ch a nhi u axít nucleic (10 ÷ 20%) không có l i cho s c kho c a con ngư i. - Protein vi sinh v t có hương v chưa cao. 3.1.2 Các yêu c u cơ b n c a vi c s n xu t protein ñơn bào ð ñ t ñư c hi u qu kinh t cao trong vi c s n xu t sinh kh i vi sinh v t c n ph i b o ñ m các yêu c u sau: 1. S d ng nguyên li u r ti n v i thu ho ch cao. ð ñ t ñư c năng su t cao c n lưu ý ñ n hi u su t chuy n hoá nguyên li u c a vi sinh v t. Các d ng nguyên li u ñư c quan tâm nhi u: - Cacbuahydro: vi sinh v t có kh năng chuy n hoá 100% ñ t o thành sinh kh i. - Hydratcacbon (r ñư ng, d ch ki m sunfit, xenluloza, tinh b t, c n s a…): vi sinh v t có kh năng chuy n hoá 50% v t ch t khô này sang sinh kh i. 2. T c ñ sinh trư ng cao: nói chung t c ñ sinh trư ng c a vi sinh v t r t l n, th i gian nhân ñôi c a chúng ng n. Vi khu n 0,3-2 gi N m men và t o 2-6 gi N m s i kho ng 10 gi