CHƯƠNG IV Sinh tổng hợp các chất hoạt động sinh học

Protein Thành phần quan trọng, không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống Thiếu → Cần bổ sung → Chăn nuôi gia súc, gia cầm → Trồng trọt Đáp ứng không nổi → Tìm nguồn protein dồi dà

CHƯƠNG IV

Sinh tổng hợp các

chất hoạt động sinh học

Sản xuất sinh khối

vi sinh vật

Sản phẩm của quá trình sinh tổng hợp

 Là sinh khối vi sinh

→ ảnh hưởng đến hoạt động của

nhiều cơ quan chức năng như gan, tuyến nội tiết, hệ thần kinh

→thay đổi thành phần hoá học và cấu tạo hình thái của xương

Protein

→ Tổng hợp bằng

phương pháp hoá học

Sinh tổng hợp

→ Tổng hợp protid, axit amin, kháng

sinh, hocmon, vitamin, enzyme từ các phế

liệu công nghiệp

→ Ứng dụng thiết thực cho đời sống con người

Protein Thành phần quan trọng, không thể thiếu được của tất cả các cơ

thể sống

Thiếu → Cần bổ sung → Chăn nuôi gia súc, gia

cầm

→ Trồng trọt Đáp ứng không nổi

→ Tìm nguồn protein dồi dào cho người và

động vật bằng phương pháp sinh tổng hợp nhờ

vi sinh vật và động vật bậc thấp

Sản xuất protein đơn bào

 Nuôi 4 con bò trong 15-18 tháng

 Nuôi 300 m3 vi sinh vật trong 24 h

 Không phụ thuộc vào khí hậu

 Thành phần giá trị dinh dưỡng của sinh khối có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi thành phần môi trường, điều kiện nuôi cấy hoặc tạo giống mới

 Sử dụng nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền

Yêu cầu cơ bản của việc sản xuất protein đơn bào

 Sử dụng nguyên liệu rẻ tiền

 Carbohydrate ( rỉ đường, cellulose, tinh bột, cặn sữa)

 Hydrocarbua ( parafin, methane, hoá chất từ dầu hỏa như

methanol)

 Tốc độ sinh trưởng

 Thời gian nhân đôi rất ngắn

 Vi khuẩn: 0.3-2 giờ, nấm men và tảo 2-6 giờ

 Gà mái 500 giờ, heo 1000 giờ

→ đảm bảo về tính kinh tế

 Hàm lượng protein cao

 Vi sinh vật đơn bào: hàm lượng protein 50-60% chất khô

 Có tính đặc hiệu loài và điều kiện nuôi

 Chất lượng protein cao

 Hàm lượng aa không thay thế qui định chất lượng

protein

 Có tính đặc hiệu loài

 Hàm lượng aa cao như trong protein thịt, sữa và rất giàu lysine

 Khả năng tiêu hoá cao của protein

 Khả năng được tiêu hoá của protein vi sinh vật bi hạn chế bởi:

 Các thành phần nitơ phi protein (acid nucleic, peptid của thành tế bào)

 Sự bao bọc protein bằng thành tế bào của vi sinh vật rất khó cho các enzyme tiêu hoá đi qua

 Bản chất thành tế bào là tiêu chuẩn cho việc lựa chọn

vi sinh vật thích hợp

 Khả năng sinh trưởng tốt ở nhiệt độ cao

 Không mẫn cảm với sự tạp nhiễm

Vi sinh vật trong sản xuất

Nấm men

 Được nghiên cứu sớm nhất và đến nay đã ứng dụng rộng rãi trên nhiều nước

 Giàu protein, vitamin (nhất là nhóm B)

 Hàm lượng protein dao động 40-60% khối

lượng chất khô

 Protein của nấm men gần giống protein nguồn gốc động vật, chứa khoảng 20 loại aminoacid, trong đó đầy đủ các axit amin không thay thế

 Sử dụng rộng rãi: Candida, Torulopsis,

Saccharomyces

Vi khuẩn

 Vi khuẩn dùng để sản xuất protein đơn

bào thường được nuôi trên carbuahydro

Vi khuẩn lam và vi tảo

 Tất cả mọi loài tảo có kích thước nhỏ bé và có thể thích hợp với việc sử dụng các phương pháp nuôi cấy đối với vi sinh vật: vi tảo

 Vi khuẩn lam: tảo lam

 Hàm lượng protein chiếm 40-60% lượng chất khô Hàm lượng aminoacid khá cân đối và gần với

protein tiêu chuẩn

 Ngòai ra sinh khối tảo còn chứa nhiều loại vitamin:

A, B, K, pantothenic, và dạng tươi chứa vitamin C

 Spirulina chứa nhiều B12 nên dùng làm thực phẩm,

mỹ phẩm, thức ăn gia súc (gà cho trứng đỏ, da

vàng)

 Sinh khối vi khuẩn lam chứa kháng sinh nên bảo

quản tốt

Quy trình công nghệ sản xuất protein đơn bào

 Cấy vi sinh vật mong muốn

 Tách sinh khối tế bào khỏi môi trường đã tiêu dùng

 Hậu xử lý sinh khối tinh khiết hoặc không

Quy trình sản xuất protein đơn bào từ vi sinh vật

 Không chứa chất độc

 Giá thành sản xuất thấp

 Nuôi cấy

 Đun nóng hoặc lọc thành phần môi trường

và khử trùng các thiết bị lên men

 Không cần thông khí mạnh

 Nhiệt tạo ta được loại bỏ nhờ hệ thống làm lạnh

 Thu hồi sinh khối

 Thu hồi bằng li tâm

 Loại bớt nước trước khi làm khô

 Tuỳ thuộc vào loại cơ chất và loại sản phẩm, sinh khối cần hậu xử lý

 Xử lý dịch thải trước khi thải ra môi trường

 Tái xử dụng nguồn nước thải

Sản xuất sinh khối tảo

 Đặc điểm tế bào của các loài tảo: có diệp lục tố nên có khả năng quang hợp

 Phản ứng quang hợp của tảo:

 C02 + 4 H20 → CH20 + 3H20 + 02

 Nuôi tảo: ngoài việc cung cấp protein còn

có tác dụng làm sạch môi trường nước

Yêu cầu về tảo giống

 Tốc độ sinh trưởng nhanh

 Năng suất quang hợp cao

 Có sức chống chịu với điều kiện ngoại cảnh

 Sinh khối có thành phần hóa học thích hợp

 Tế bào luôn ở trạng thái huyền phù, không dính bết vào thành bể hoặc lắng xuống đáy

 Dễ tách sinh khối (nhờ vớt, lọc)

Các loại tảo thường dùng

 Vi tảo: Chlorela, Scendemus

 Vi khuẩn lam: Spirulina

 Bổ sung thêm các chất khoáng

 Điều kiện nuôi:

 pH 8,5-10, T 0 20-40 0 C

 Đủ ánh sáng, C02

 Thu hoạch: lọc vớt hoặc cào

Ý nghĩa của việc sản xuất protein đơn bào

 Giải quyết được vấn đề thực phẩm của nhân

loại

 Tạo nguồn thức ăn giàu protein, vitamin và một

số chất khác bổ sung cho người và động vật

 Thay thế việc sử dụng bột đậu tương, bột

cá…cho dinh dưỡng người

 Sản xuất protein đơn bào làm cho chăn nuôi

không phụ thuộc vào việc nhập khẩu protein

 Nguồn nguyên liệu sản xuất ra protein: phê, phụ liệu của nhà máy, nước thải… →giải quyết vấn

đề môi trường

Sản xuất nấm men bánh mì

 Là sinh khối của chủng Saccharomyces cerevisiae vẫn còn sống

Nấm men

 Cấu tạo đơn bào

 Sinh sản theo kiểu nẩy chồi

 Ứng dụng:

 Lên men rượu

 Sản xuất rượu vang

 Sản xuất bánh mì

 Nguồn bổ sung protein,

vitamin cho người và gia súc

Quan tâm nhất: chủng

Saccharomyces Cerevisiae

Yêu cầu đối với giống nấm men bánh mì

 Có khả năng nở bột tốt, làm khối bột nhào nhẹ và xốp

 Dễ hoà với nước

 Có đặt tính sinh hoá ổn định và độ bền vững tốt (khó bị

tự phân)

 Bền nhiệt, có thể kéo dài hoạt tính enzyme ở nhiệt độ cao

 Có khả năng lên men các nguồn đường glucose,

fructose, maltose, saccharose

 Khả năng sinh sản nhanh, cho năng suất cao trong

quá trình lên men

 Dễ tách sinh khối

Công nghệ sản xuất

 Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng →cấy giống →nuôi →tách nấm men →xử lí

→thành phẩm

Ƣu điểm của việc chuyển hoá bã thải hữu cơ nhờ nấm ăn

 Chất thải được loại bỏ một cách có lợi và được hoà nhập trở lại vào hệ sinh thái nhờ các quá trình chuyển hoá tự nhiên

 Chất thải rắn và lỏng đều có thể tham gia trực tiếp vào sự chuẩn bị cơ chất

 Lignin không tiêu hoá được và các thành phần của thành tế bào đã bị lignin hoá cao như

cellulose và hemicellulose đều có thể được

huy động và được khoáng hoá hoàn toàn

 Các nguồn carbon thông thường hầu như không được sử dụng sẽ được chuyển hoá thành sinh khối giàu protein

 Việc thu hoạch thịt quả thể từ bề mặt cơ chất là cách tốt nhất để tách sinh khối vi sinh vật thuần khiết khỏi cơ chất của chúng bằng tay hoặc bằng máy

 Nấm ăn là một loại sinh khối vi sinh vật đã được xác định kỹ càng và được người tiêu dùng chấp nhận rộng rãi

Một số loại nấm ăn và nấm dƣợc liệu trồng ở Việt Nam

Nấm sò Nấm rơm Mộc nhĩ

Thuận lợi và khó khăn của việc sản xuất

protein đơn bào (SCP)

Thuận lợi

 Nguồn cung cấp dồi dào protein, chất béo không bão hoà, chất xơ, vitamin, khoáng

 Sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền

 Sử dụng hiệu quả đất nông nghiệp

 Tốc độ sinh trưởng nhanh của vi sinh vật

Bài tập

 Trong mẻ nuôi, vi sinh vật sinh trưởng

theo cấp số mũ, số lượng vi sinh vật sinh

ra từ 1 tế bào sinh vật là 2n, trong đó n là

số thế hệ

 Qua 1 thế hệ, số lượng vi sinh vật là 21, 2 thế hệ 22, 3 thế hệ là 23

Bài tập

 Bắt đầu từ 1 tế bào vi khuẩn với thời gian nhân đôi (thời gian tạo ra 1 thế hệ tiếp theo) là 1 giờ, và sinh trưởng theo cấp số mũ Vậy có bao nhiêu vi sinh vật sinh ra sau

48 giờ?

 Một tế bào vi khuẩn có trọng lượng khô là 10 -10 g, vậy trọng lượng khô của toàn vi khuẩn sinh ra là bao nhiêu?

 Các tế bào vi khuẩn này chứa 50 % protein Lượng

protein tạo thành là bao nhiêu?

 Một người trung bình nhu cầu hằng ngày là 70 g protein Với lượng protein từ tế bào vi khuẩn này thì đủ cho một người dùng trong bao nhiêu lâu?

 Lập lại phép tính tương tự với lượng protein tạo ra sau

72 giờ

Khuyết điểm - Bất lợi

 Dinh dưỡng

Khuyết điểm - Bất lợi

 Tính chất cảm quan

Khuyết điểm - Bất lợi

 Ảnh hưởng bất lợi

Khuyết điểm - Bất lợi

 Giá cả

Khuyết điểm - Bất lợi

 An toàn

Khuyết điểm - Bất lợi