TÌM HIỂU VỀ MÔI TRƯỜNG LÊN MEN

Đặt vấn đề Lên men là quá trình chuyển hóa cacbonhydrat và một số hợp chất hữu cơ khác thành chất mới dưới tác dụng của enzym do vi sinh vật gây ra.. 2.1.1 Thành phần dinh dưỡng ở tế bào

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

2

MỞ ĐẦU NỘI DUNG KẾT LUẬN

1.1 Đặt vấn đề

Lên men là quá trình chuyển hóa cacbonhydrat và một số hợp chất hữu cơ khác thành chất mới dưới tác dụng của enzym do vi sinh vật gây ra Tuy nhiên, trong thực tế ta chưa hiểu rõ được các đặc tính biến đổi của các vi sinh vật do môi trường gây ra Vì vậy việc tìm hiểu về môi trường lên men là một vấn đề cần thiết.

1.2 Mục đích

Tìm hiểu về dinh dưỡng cơ bản và cần thiết cho quá trình lên men của vi sinh vật để thuận lợi cho tiến hành quá trình lên men.

1.3 Yêu cầu

- Tìm hiểu chung về dinh dưỡng cơ bản và thiết yếu của vi sinh vật.

- Tìm hiểu về một số thành phần của môi trường lên men.

- Tìm hiểu về môi trường lên men tiêu biểu.

2.1.1 Thành phần dinh dưỡng ở tế bào vi sinh vật

 Chất dinh dưỡng vi sinh vật là nguyên liệu cung cấp cho các quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào và các quá trình trao đổi năng lượng ở vi sinh vật

 Thành phần dinh dưỡng của tế bào vi sinh vật được xây dưng từ các nguyên tố đa lượng như C, H,O, N và các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng

 Trong điều kiện nuôi cấy khác nhau ứng với các giai đoạn phát triển khác nhau,lượng nguyên tố trong cùng một loài cũng không giống nhau

Bảng 2.1: lượng chứa trung bình các loại nguyên tố chủ yếu trong tế bào một số nhóm vi sinh vật (% trọng lượng khô)

2.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

C H O N P

~48

~7

~40

~5 -

2.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

2.1.2 Quá trình dinh dưỡng ở tế bào vi sinh vật

Trao đổi chất là tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào hoặc trong cơ thể Nó gồm hai quá trình: đồng hóa và

dị hóa

Bảng 2.2 Các loại hình dinh dưỡng của vi sinh vật

- Nguồn C (Carbon sources)       +Tự dưỡng (autotroph)    +Dị dưỡng (heterotroph) 

  CO2 là nguồn C duy nhất hay chủ yếu Nguồn C là chất hữu cơ -Nguồn năng lượng (Energy sources)

      +Dinh dưỡng quang năng        (phototroph)          +Dinh dưỡng hoá năng        (chemotroph)  

  Nguồn năng lượng là ánh sáng 

  Nguồn năng lượng là năng lượng hóa học giải phỏng ra từ sự oxy hoá hợp

Nguồn điện tử (Electron sources)       + Dinh dưỡng vô cơ            (lithotroph)       + Dinh dưỡng hữu cơ        (organotroph) 

  Dùng các phân tử vô cơ dạng khử để cung cấp điện tử

Dùng các phân tử hữu cơ để cung cấp

điện tử  

2.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

2.1.3 Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật

‒ Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng có ý nghĩa rất lớn trong quá trình nuôi cấy và nghiên cứu các chủng vi sinh vật.

‒ Tự dưỡng là những vi sinh vật không cần các nhân tố sinh trưởng và chúng cần những yếu tố của môi trường nuôi cấy là đủ.

‒ Khuyết dưỡng (Dị dưỡng) lànhững vi sinh vật đòi hỏi các chất hữu cơ nhất đinh cần cho sự sinh trưởng của chúng.

 Một số nhân tố sinh trưởng bao gồm:

+ Các vitamin không phải là thành phần, không phải là protein của nhiều enzyme

+ Các axit amin cho sinh tổng hợp protein như các gốc kiềm purin, pirimidi

+ Các axit nucleic để tổng hợp AND và ARN

Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng đa lượng, vi lượng, nguồn gốc và chức năng đối với tế bào vi sinh vật

Thức ăn đa lượng Cacbon 50 Hợp chất hứu cơ hoặc CO2 Xây dựng thành phần cật chất cơ bản của tế bào.

Oxy 20 H2O, hợp chất hữu cơ, CO2 và O2 Xây dựng nên vật chất và nước trong tế bào, O2 là chất nhận điện tử

trong hô hấp hiếu khí

Nito 14 NH3, NO3, hợp chất hữu cơ,N2 Xây dựng nên axit amin, nucleotit của các axit nucleic và coenzyme

Hydro 8 H2O, hợp chất hữu cơ, H2 Xây dựng nên các hợp chất hữu cơ, tham gia vào quá trình sinh năng

lượng như các proton

Photpho 3 Photphat vô cơ (PO4) Xây dựng nên các axit nucleic, nucleotit, photpholipit, LPS, axit

teichoic

Thức ăn vi lượng Lưu huỳnh 1 SO4, H2S, SO, hợp chất hữu cơ chứa lưu

huỳnh.

Xây dựng nên xystein, methionin, glutathion và nhiều coenzyme

enzyme

Magie 0.5 Muối magie Dạng cation vô cơ của tế bào, cofacto cho nhiều phản ứng enzyme

Canxi 0.5 Muối canxi Cation vô cơ là cofacto cho nhiều enzym và là cấu phần của nội bào

tử

một số phẩn ứng enzym

2.2 Các thành phần của môi trường lên men

Đối với dưỡng chất: đầy đủ, cân đối, hài hòa, dễ hấp thụ, chuyển hóa

Cần có tính công nghệ cao: dễ tìm, dễ vận chuyển, dễ bảo quản, dễ tiệt trùng, dễ tinh chế.

Cần có tính công nghệ cao: dễ tìm, dễ vận chuyển, dễ bảo quản, dễ tiệt trùng, dễ tinh chế.

Không hoặc ít ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, sản phẩm hay quá trình xử lý sau lên men.

Không hoặc ít ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, sản phẩm hay quá trình xử lý sau lên men.

Thành phần của môi trường lên men

Thành phần của môi trường lên men Thành phần môi trường

cho hoạt động sống của vi sinh vật

không phải là nguồn sinh năng lượng.

lipid, hydrocarbon,CO2, carbonat

 Chức năng

Nguồn C Các dạng hợp chất

Đường glucose, fructose, maltose, saccharose, tinh bột, galactose, lactose, mannite, cellobiose,

cellulose, hemicellulose, chitin

Acid hữu cơ acid lactic, acid citric, acid fumaric, acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp, aminoacid

Hydrocarbon khí thiên nhiên, dầu thô, dầu paraffin

 Vi sinh vật cần nitơ để xây dựng tế bào vì tất cả các thành phần trong tế bào đều có chứa nitơ

 Loại N tốc hiệu là có lợi cho sự sinh trưởng của vi sinh vật, còn loại trì hiệu lại có lợi cho sự hình thành các sản phẩm trao đổi chất

 Nguồn N thường được vi sinh vật sử dụng là protein và các sản phẩm phân huỷ của protein ( peptone, peptide, aminoacid ), muối ammone, nitrate, N phân tử (N2), purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide

thường dung các loại muối amon, nitrat hay ure làm nguồn cung cấp chính

 Chức năng

peptone, peptide, aminoacid (một số vi sinh vật tiết men proteinase phân giải protein thành

các hợp chất phân tử nhỏ hơn rồi mới hấp thu được vào tế bào)

Ammone và muối

ammone NH3, (NH4)2SO4, (dễ được hấp thu)

N phân tử N2 (với vi sinh vật cố định N)

purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (chỉ một số nhóm vi sinh vật mới có thể đồng

một số loài vi sinh vật

 Chức năng

Bảng 2.6: Chức năng của một số vitamin thông thường đối với vi sinh vật

Acid folic -Trao đổi chất một carbon

Acid lipoic -Chuyển nhóm acyl

Acid pantotenic -Tiền thể của CoA (oxy hóa pyruvat, trao đổi axit béo)

Pyridoxin   (B6) -Trao đổi acid amin

Niacin

-Tiền thể của NAD, NADP

 Chất đệm: giữ cho pH của môi trường lên men được ổn định ; thường dùng CaCO3 hoặc các

muối phốt phát.

 Chất chống tạo bọt: silicon, polyether, các loại dầu thực vật có thể dùng cho mục đích này.

 Chất tạo phức : ngăn ngừa sự kết tủa của các ion kim loại, đặc biệt là khi tiệt trùng Ta có thể dùng axit xitric, các poly phốt phát, etylendiamn tetraaxetic (EDTA).

 Các chất định hướng: làm quá trình lên men chuyển biến theo một chiều hường phù hợp với mục đích sản xuất.

 Các chất cảm ứng: để thúc đẩy tiến trình lên men tạo ra một sản phẩm nào đó; thí dụ dùng tinh bột để sản xuất amylaz, dùng pectin để sản xuất pectinaz.

 Các chất xúc tiến: dùng để rút ngắn thời gian của pha tiềm phát (pha lag), qua đó làm tăng năng suất của thiết bị.

2.3 Các loại môi trường

Dễ chuẩn bị, rẻ tiền, sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu vi khuẩn

Không biết chính xác thành phần dinh dưỡng

Thành phần dinh dưỡng của những lần chuẩn bị khác nhau sẽ khác nhau

môi trường Cao thịt-Pepton, môi trường Mạch nha, môi trường LB (Luria-Bertani)

môi trường MacConkey, Vinson Blai, SS (Salmonella-Shigella), KAI (Kligler -Iron-Agar),

Môi trường

bán tổng

hợp

khắc phục được những nhược điểm của

cả hai môi trường trên

môi trường gồm: nước chiết thịt và gan: 30g/l; glucose: 2g/l; thạch: 6g/l; nước cất: 1g/l

Môi trường Gause thích hợp cho Xạ khuẩn với thành phần như sau (g/l): Tinh bột tan - 20; KNO3 - 1; NaCl - 0,5; K2HPO4.3H2O- 0,5;

K2HPO4.3H2O- 0,5; FeSO4.7H2O- 0,01, pH: 7,2-7,4; khử trùng ở 1210C

trong 21 phút.

Escherichia

coli

Vi tảo Euglena

Môi trường tổng hợp dùng để nuôi cấy vi tảo Euglena: acid glutamic-6g; acid 4g; Glycine-5g; Sacchaose-30g; Acid malic-1,04g; Acid boric-1,14mg; Thiamine HCl- 12mg; KH2PO4- 0,6g; MgSO4-0,8g; CaCO3-0,16g; (NH4)2CO3- 0,72g; FeCl3-60mg;

aspartic-ZnSO4- 40mg; MnSO4-6mg; CuSO4- 0,62mg; CoSO4- 5mg ; (NH4)2MoO4- 1,34mg;

Nước 1000ml

22

1 Môi trường sinh tổng hợp Amylase

( Underkotler, 1966)

Dịch thủy phân đậu nành 1,85%

Dịch chiết nấm men thủy phân 1,5%

2 Môi trường sản xuất Glutamic acid ( Gore et al., 1968)

Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu

4 Môi trường sản xuất Endotoxin từ

Baccillus thuringlensis ( Holmberg et al.,

3 Môi trường sản xuất Pennicillin (Perlan, 1970)

Glucose hoặc rỉ đường (feed liên tục) 10%

Dịch chiết bắp 4-5%

Phenylacetic aid 0,5-0.8%

Lard oil (hoặc dầu thực vật) dùng làm chất phá bọt pH 6,5-7,5

(acid hoặc kiềm)

0.5%

Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu

- Môi trường lên men là điều kiện cần thiết cho vi sinh vật phát triển Dinh dưỡng đối với

- Việc tìm hiểu về một thành phần một số môi trường lên men tiêu biểu sẽ tạo điều

kiện cho sự phát triển trong việc tối ưu hóa môi trường lên men của vi sinh vật

Tài liệu tiếng việt

1 Lê Gia Hy (2010), Cơ sở công nghệ vi sinh vật và ứng dụng, NXB giáo dục Việt Nam 

2 Lê Văn Hoàng (2004), Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, NXB khoa học và kỹ thuật

3 Lương Đức Phẩm (2010), Giáo trình công nghệ lên men, NXB giáo dục Việt Nam 

4 Nguyễn Đức Lượng(2014),Vi sinh vật học công nghiệp tập 2, NXB đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh

Tài liệu internet

 1. Môi trường lên men, Truy cập ngày 15/2/2016 từ http://hoctp.com/…/qtlm4x-chuan…/cb6-moi-truong-len-men.html 

2. Môi trường nuôi cấy, Thư viện Học liệu mở Việt Nam, Truy cập ngày 15/2/2016 từ