Sinh tổng hợp các chất hoạt động sinh học

• 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.. • An toàn v

CHƯƠNG III

Sinh tổng hợp các chất hoạt

động sinh học

Nội dung

• Sản xuất protein đơn bào

• Sản xuất axit amin.

• Nuôi trồng tảo Spirulina

SINH TỔNG HỢP PROTEIN ĐƠN

BÀO

Sản phẩm của quá trình sinh tổng hợp

• Là sinh khối vi sinh

Hợp phần chủ yếu, quyết định toàn bộ

các đặc trưng của khẩu phần thức ăn

Chất cấu tạo tế bào và cung cấp năng

lượng cho cơ thể

Nhu cầu 80-100g/ngày

Thiếu → suy dinh dưỡng, giảm khả năngmiễn dịch → ảnh hưởng đến hoạt động củanhiều cơ quan chức năng như gan, tuyếnnội tiết, hệ thần kinh…

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

•Khai thác protein từ rau quả thực vật

•Mở rộng và cải thiện nền sản xuất nông nghiệp

•Tổng hợp hóa học

•Sinh tổng hợp protein nhờ vi sinh vật là con đường quan

trọng nhất

→ Tổng hợp bằng phương pháp

hoá học

Sinh tổng hợp protein nhờ vi sinh vật

→ 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

Thuận lợi và khó khăn của việc sản

xuất protein đơn bào (SCP)

Thuận lợi

• Vi sinh vật rất giàu protein, chất béo không bão hoà, chất xơ, vitamin, khoáng.

• Sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền.

• Vi sinh vật có thể sử dụng lựa chọn nguồn

carbon.

• Sử dụng hiệu quả không gian.

• Quá trình sản xuất không phụ thuộc vào thời tiết khí hậu.

• 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

• 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 baonhiêu vi sinh vật sinh ra sau 48 giờ?

• Một tế bào vi khuẩn có trọng lượng khô là 10-10g, vậy trọng

lượng khô của toàn vi khuẩn sinh ra là bao nhiêu?

• Các tế bào vi khuẩn này chứa 50 % protein Lượng protein tạothành 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 dùngtrong 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

Bài tập

• Giả sử theo khuyến cáo mỗi người nạp vào cơ thể

lượng acid nucleic < 2g/ ngày

– Nếu SCP có chứa hàm lượng acid nucleic là 15 % Hỏi lượng tiêu thụ bao nhiêu SCP /ngày để có thể

an toàn cho người?

– Nếu SCP chứa 50 % protein Vậy thì lượng trên đáp ứng được bao nhiêu phần trăm nhu cầu sử dụng protein (70 gram) hằng ngày / người?

Khuyết điểm - Bất lợi

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

• An toàn về độc tố

– Vi sinh vật gây bệnh và các cơ thể chứa những thành phần độc hoặc nghi ngờ về sinh lý dinh dưỡng ở dạng khó tách riêng thì không được dùng để sản xuất protein đơn bào.– Hàm lượng axit nucleic phải thấp, nếu cao làm giảm giá trị protein

• Thuận tiện về kỹ thuật

– Phải dễ tách và dễ xử lý

– Vi sinh vật tăng trưởng tốt ở mật độ cao →đạt được năng suất cao

– 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.

Nấm sợi

• Thời gian nhân đôi dài và hàm lượng protein thấp (khoảng 30%).

• Rất dễ tách sinh khối và tạo hương vị đặc biệt.

• Dùng trong thực phẩm: loài Morchella.

• Sử dụng hỗn hợp giống Trichoderma virid và nấm men Sacch.Cerevisiae để sản xuất

protein.

• Các giống này có khả năng đồng hóa các ankal,

carbuahydro béo và thơm.

• Methylomonas methanica, Methylococens

capsulatus: nguyên liệu metan.

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 amino acid 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.

Vi sinh vật và nguồn cơ chất trong sản xuất SCP

Sản xuất sinh khối nấm men

• Nguyên liệu

- Các sản phẩm chứa saccharose của công nghiệp chếbiến đường (rỉ đường mía, rỉ đường củ cải, bã mía, cặn

rỉ đường, )

- Nước thải của nhà máy sữa còn chứa nhiều lactoza

- Dịch kiềm sunfit có chứa nhiều pentose, hexose, dịchthuỷ phân gỗ

- Các nguyên liệu chứa tinh bột và cellulose khác

Chủng nấm men

• Đối với nguyên liệu là rỉ đường, dung dịch đường, nấm men

thường dùng là Saccharomysces cerevisiae, Candidas tropicalis, Candidas utilis.

• Đối với nguyên liệu tinh bột hay nước thải tinh bột, dùng chủngnấm men tương ứng là Endomycopis fibuligera hoặc phối hợp

giữa Endomycopis với Candidas tropicalis.

• Nếu nguyên liệu là bã rượu, chủng nấm men là Candidas utilis.

• Nếu sử dụng lactoserum (nhũ thanh sữa) thì chủng nấm men đặc chủng là Torula cremoris, T lactosa

• Nguyên liệu là kiềm sunfit, chủng nấm men sử dụng là

Cryptococus diffluens, Candidas tropicalis, Candidas utilis

Qui trình sản xuất sinh khối nấm men

từ rỉ

đường

Sản xuất sinh khối vi sinh vật từ nguyên liệu chứa tinh bột hoặc cellulose

Sản xuất sinh khối nấm men từ dầu mỏ

• Chủng vi sinh vật: đáp ứng được các yêu cầu

– Có khả năng sử dụng tốt nguồn nguyên liệu hydrocacbuadùng trong sản xuất

– Sinh trưởng nhanh chóng, cho sản lượng cao trong gianngắn, không đòi hỏi các yếu tố sinh trưởng bổ sung trongsản xuất lớn

– Có đặc điểm hoá học và nuôi cấy ổn định, có hàm lượngprotein cao, chứa đầy đủ các axit amin cần thiết, không

có độc tố và phải được động vật đồng hoá tốt

Sản xuất sinh khối nấm men từ dầu mỏ thô và parafin tinh khiết

Ý nghĩa của việc sản xuất sinh khối

nấm men

• Tạo nguồn thức ăn giàu protein, vitamin và

một số chất khác bổ sung cho người và động vật.

• Cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường.

• Vấn đề tồn đọng: tinh chế sinh khối nấm men (loại bớt a nucleic, tăng hương vị, phá hủy

màng tế bào nấm men…)

ứng dụng

• Trong lên men rượu bia, nước giải khát, trong sản

xuất bánh mì.

• Thức ăn bổ sung cho người và động vật.

– Chế phẩm Neo-Polynut (chứa beta glucan) thu được chiết

xuất từ nấm men đã được bổ sung vào thức ăn cho tôm, cá, gà-ngan-vịt

– Imunofood: chiết xuất từ nấm men axit amin, để tạo ra thực phẩm chức năng có nhiều tác dụng cho người, giúp tăng cường hệ miễn dịch cho con người

• Sử dụng như gia vị trong món ăn hằng ngày có thể

thay thế bột ngọt.

Sản xuất nấm ăn

• Rơm, rạ, bã mía, lục bình,mùn cưa, trấu….→

x ử lý→ cơ chất nuôi nấm ăn.

Cơ chất →Nuôi →Nấm ăn

Bã thực vật

Ủ Phân hữu cơ

Quy trình trồng nấm rơm

(Lê Duy Thắng, 2006)

Ưu điểm của việc chuyển hoá bã thải hữu cơ nhờ

• Các nguồn carbon thông thường hầu như không

được sử dụng sẽ được chuyển hoá thành sinh khối

giàu protein

• Dễ tách sinh khối do 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 dược liệu trồng ở

Việt Nam

Nấm sò (nấm

Nấm hương (nấm đông cô) Nấm kim châm

Nấm”bổ dưỡng”

cần đúng cách

• Nấm: giúp tăng cường sức đề kháng cho cơ thể, chống lão hóa, kích thích cơ thể sản sinh hoạt chất interferon

(chất có khả năng ức chế sự sinh trưởng của các loại

virus, ngăn chặn quá trình hình thành và phát triển tế bào ung thư trong cơ thể)

• Nấm giúp lưu thông khí huyết, thải độc tố ra ngoài cơ thể, giảm nguy cơ ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt

cường năng lực miễn dịch của cơ thể, ức chế tế bào ung thư, hạ huyết áp, giảm cholesterol máu, phòng ngừa sỏi mật và sỏi tiết niệu, trợ tiêu hóa

– Thức ăn lý tưởng cho những người bị thiếu máu do thiếu sắt, cao huyết áp, tiểu đường, rối loạn lipid máu, trẻ em suy dinh dưỡng

Bổ dưỡng

cao, tác dụng chống ung thư rất hiệu quả, hạ mỡ máu, phòng chống bệnh lý viêm loét đường tiêu hóa và bệnh gan mật

• Nấm kim châm chứa nhiều lysine rất cần cho quá trình sinh trưởng, cải thiện chiều cao và trí tuệ trẻ em

• Nấm Linh Chi: giảm lượng đường trong máu, khả năng kích thích tiết insulin của các tế bào be-ta tuyến tụy

• Nấm Linh Chi hỗ trợ điều trị hiệu quả các chứng bệnh như

bệnh gút (gout), thiểu năng tuần hoàn não, tốt cho bệnh huyết

áp và chống mỡ máu, bệnh suy nhược thần kinh và bệnh bệnh gan, bệnh thận

Cần đúng cách

• Theo y học cổ truyền, nấm có vị ngọt, tính mát, nếu dùng

nhiều và lâu dài có thể dẫn đến lạnh bụng, khó tiêu → tùy vàođối tượng mà sử dụng nấm cho hiệu quả

• Trong số hơn 100 loài nấm ăn được, 10-20 loài có độc tố có thể gây chết người sau khi ăn → cần lưu ý khi mua nấm tránhmua nhầm nấm bị biến chất, hư hỏng trong quá trình bảo quản, chọn nấm non tươi