Quá trình tổng hợp các chất nhờ vi sinh vật

4.1. Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào 4.2. Quá trình sinh tổng hợp axit amin 4.3. Quá trình sinh tổng hợp enzym 4.4. Một số quá trình sinh tổng hợp khác Ưu điểm của phương pháp sản xuất sinh khối Vi sinh vật dùng trong sản xuất sinh khối Tóm tắt sơ đồ công nghệ của quá trình sản xuất protein đơn bào

Chương 4: Quá trình sinh tổng hợp các chất nhờ vi sinh vật

4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein đơn bào

4.2 Quá trình sinh tổng hợp axit amin

4.3 Quá trình sinh tổng hợp enzym

4.4 Một số quá trình sinh tổng hợp khác

4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein

đơn bào

4.1.1 Lịch sử phát triển

 Chiến tranh TG thứ nhất: Candida utilis - rỉ đường

 Năm 1936: Candida utilis - dịch kiềm sulfit

 Chiến tranh TG thứ 2: ~ 15 000 tấn nấm men / năm

 Năm 1973: phát hiện khả năng đồng hóa cacbuahydro

của VSV  100 000 tấn nấm men / năm

 Năm 1951, nuôi tảo qui mô lớn, làm thức ăn cho gia

súc

 Năm 1968, hội nghị “chế biến tảo làm thức ăn cho

người” tại Thụy điển

1 Tốc độ sinh trưởng cao

Sinh vật Thời gian

nhân đôi sinh

khối

Sinh vật nhân đôi sinh Thời gian

2 Chi phí cho sản xuất thấp

Chi phí cho nguyên liệu, nhân công và khấu hao thiết bị

3 Hàm lượng protein cao:

Hàm lượng protein của các vi sinh vật: 50 ÷ 70% chất khô

4.1.2 Ưu điểm của phương pháp sản xuất sinh khối

4 Chất lượng protein cao:

 Hàm lượng axit amin không thay thế và tỷ lệ axit amin không thay thế trên tổng số axit amin

 Khả năng đồng hóa protein đơn bào

 Tính an toàn thực phẩm: hàm lượng axit nucleic (10-15%)

5 Các vấn đề kỹ thuật

4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein

đơn bào

4.1.3 Vi sinh vật dùng trong sản xuất sinh

khối

1 Nấm men

Protein 55 ÷ 60%, giàu vitamin nhóm B (B1 & B12)

 Dễ tách sinh khối (li tâm; tự lắng)

 Tốc độ nhân đôi sinh khối lớn; sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ

- Làm thức ăn cho gia súc; làm thức ăn cho người; làm

thuốc: Candida (n-alkan), Kluyveromyces (lactoserum), Pichia

(rượu metylic), Rhodotoroula

Yêu cầu đối với nấm men

 Không lên men đường hoặc khả năng lên men đường yếu;

 Có khả năng hô hấp hiếu khí mạnh, phát triển sinh khối lớn

4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein

đơn bào

 Tảo đơn bào (Chlorella) và tảo đa bào (Spirulina)

 Sử dụng: làm thức ăn cho người và gia súc (lizin); tác dụng

chữa bệnh phù chân, đau răng, các bệnh tiêu hóa Đặc điểm Tảo đơn bào Tảo đa bào

Cấu tạo tế bào Hình tròn, Φ ~ 1 µ m Hình dài, dạng sợi

4.1.3 Vi sinh vật dùng trong sản xuất sinh

khối

3 Vi khuẩn

 Protein 80 ÷ 90% (thành phần axit amin cân đối)

 Tốc độ sinh trưởng lớn nhất; sử dụng nguyên liệu rẻ tiền

 Hàm lượng axit nucleic 20%; axit amin chứa lưu huỳnh

thấp

 Một số vi khuẩn Gram (-) có khả năng sinh độc tố

 Khó tách sinh khối tế bào

4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein

đơn bào

4.1.3 Vi sinh vật dùng trong sản xuất sinh

khối

4 Nấm mốc

 Protein của nấm mốc có giá trị dinh dưỡng kém

 Hệ sợi nấm mốc dài, rối  khó quấy đảo trong quá trình

nuôi  tăng sinh khối kém

 Một vài loài nấm mốc có thể sinh độc tố trong quá trình

phát triển

 Nấm mốc có hệ enzym amilaza và xelluloza phong phú 

sử dụng trực tiếp các nguồn nguyên liệu là tinh bột và

xenluluza

4.1 Quá trình sinh tổng hợp protein

đơn bào

4.1.5 Tóm tắt sơ đồ công nghệ của quá trình sản xuất

protein đơn bào

Nguyên liệu

Chuẩn bị môi trường

Giống VSV

Nhân giốngThu hồi sinh khối

Xử lý sinh khốiSinh khối tươiNuôi sinh khối

Thành phẩm

Hydratcacbon

& cacbuahydro

Giảm hàm lượng axit

nucleic của protein đơn

bào

4.1.6 Một số quy trình sản xuất

Tự đọc tài liệu

1 Sản xuất sinh khối nấm men từ hydratcacbon

2 Sản xuất sinh khối nấm men từ rỉ đường

3 Sản xuất nấm men bánh mỳ

• Axit amin không thay thế

• Axit amin riêng biệt (bổ sung vào lương thực và các thực

phẩm thực vật)

• Thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm

4.2.2 Các phương pháp sản xuất axit amin

4.2 Sinh tổng hợp axit

amin

 Thủy phân protein của động vật, thực vật

L cystein, L asparagin, L tysorin

Axit

glutamic Corynebacterium glutamicum Brevibacterium flavum >10098 Axit axeticGlucoza

Lysine Corynebacterium glutamicum Brevibacterium flavum 3975 Axit axeticGlucoza

 Hiện tượng siêu tổng hợp (1955)

 Gây đột biến các chủng VSV; chọn lọc ; điều kiện nuôi cấy bất thường, các giai đoạn của quá trình tổng hợp

 Nguyên liệu : các sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi gluxit, các xetoaxit hoặc các tiền axit amin , chuyển từ axit amin này sang axit amin khác

 Enzym raxemaza (chuyển D - a/a sang L - a/a)

Cơ chế sinh tổng hợp các axit amin từ glucoza 4.2 Sinh tổng hợp axit amin

4.2.4 Sản xuất axit glutamic và mì chính

4.2 Sinh tổng hợp axit amin

1 Giống vi sinh vật

• Corynebacterium glutamycum #30 Slide 30 (năm 1957)

• Brevibacterium, Micrococcus, Microbacterium

• Corynbacterium glutamycum : vi khuẩn Gram (+), không

sinh bào tử, không di động, pHop = 7,5÷ 9 ; 70 ÷ 72g sp/l (lý thuyết), 40 ÷ 50g sp/l (thực tế)

4.2.4 Sản xuất axit glutamic và mì chính

2 Cơ chế

+ α xetoglutaric không

được chuyển hóa tiếp

tục theo chu trình Kreb

Ly tâm

Tinh chế

Dịch glutamat

natri Lên men

4.2.5 Sản xuất lizin

4.2 Sinh tổng hợp axit amin

1 Vi sinh vật

 Biến chủng của Corynebacterium glutamicum

 50g lizin/l môi trường

4.2.5 Sản xuất lizin 4.2 Sinh tổng hợp axit amin

2 Cơ chế tổng hợp lizin

MgSO4 0,03% ; treonin 40mg/l ; biotin 7,5µg/l.

 Lên men ở 30 ÷ 320C trong 72h; thổi khí và khuấy đảo liên

tục

 Thu hồi: lọc thu dịch lên men, trung hòa, sử dụng cột trao

đổi ion với tốc độ 40 ml/h/cm2, chuyển lizin sang dạng clorit,

kết tinh và tách tinh thể bằng li tâm

4.3.1 Vai trò và ứng dụng của enzym4.3 Sinh tổng hợp emzym

 Enzym là một chất xúc tác sinh học có bản chất protein

 Công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược phẩm, trồng trọt, chăn nuôi (>30 ngành)

 CN thực phẩm:

- SX bia, amilaza, thay thế 20 ÷ 30% malt đại mạch

- SX nước quả, pectinaza, tăng 10 ÷ 25% lượng nước quả

- SX bánh mỳ, bánh ngọt, amilaza, rút ngắn 30% thời gian sản xuất, giảm 50% lượng đường

4.3.2 Các phương pháp sản xuất enzym

4.3 Sinh tổng hợp emzym

1 Chiết rút từ động vật, thực vật

 Amilaza : đại mạch, thóc nảy mầm

 Papain: nhựa đu đủ, lõi dứa

 Tripxin: dạ dày bê, bò

2 Sinh tổng hợp enzym nhờ vi sinh vật

 Hệ enzym phong phú; khối lượng lớn; hoạt tính mạnh

 Qui trình sản xuất gọn nhe, hiệu suất cao

Sản xuất bia, rượu

α amilaza Aspergillus niger

Aspergillus oryzae

Sản xuất bánh mỳ, bánh ngọt

Glucoamilaza Aspergillus niger

Aspergillus oryzae Endomycopsis bispora

Sản xuất glucoza, sản xuất bia

Các xenluloza Tricoderma viride Thủy phân xellulo

Dextranaza Penicillium funiculorum Sản xuất dextrin

tiêu hóa Enzyme đông

tụ sữa

hợp

4.3.3 Sơ đồ khái quát quy trình sản xuất

4.3 Sinh tổng hợp emzym

Nguyên liệuChuẩn bị môi trường

 Nguyên liệu: Cám gạo, bột mì; bột ngô, bột đậu tương; độ

ẩm 55 ÷ 60%; 1 ÷ 1,5 at/30 ÷ 45 phút; tỷ lệ giống bào tử 0,1

 Thu nhận: Chế phẩm thô sấy ở 40 ÷ 450C đến 9 ÷ 10%;

chiết, tách, làm sạch

β amilaza Bacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Rhizopus

γ amilaza Rhizopus, Aspergillus (Asp niger)

 Proteaza kiềm : pHop= 8 ÷ 11, nấm mốc (Asp oryzae, Asp

flavus, Asp niger), vi khuẩn (Bac amiloliquefaciens, Bac

megaterium, Streptomyces sp)

 Proteaza trung tính: pHop= 6 ÷ 7.5, nấm mốc (Asp oryzae,

Asp sojae, Pericularia oryzae), vi khuẩn (Bac subtilis, Bac

megaterium)

 Proteaza axit: pHop ≤ 4, nấm mốc (Aspergillus)