San Xuat Protein Don Bao

̀ NÔ ĐA Ị HO C̣ QUÔ ́ C GIA HA Ị ̀ NG ĐA TRƯƠ NHIÊN Ị HO C̣ KHOA HO C̣ TƯ ̣ NHIÊN KHOA SINH HO C̣ ______ ______ 12 – CNKHTN LƠ ́ P K 12 – CNKHTN SINH HO C̣C̣

BÀI TIÊ ̉ U LUÂ Ṇ MÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO (SCP)

Ha Ni, Ni, 1/2012



SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO (SCP) Giảng viên: PGS.TS. Ngô Tự Thành Sinh viên thư c̣ hiê ṇ : Trần Vũ Quỳnh Giao Nguyê ̃n Câ ̉ m Linh Lê Hải Vân

Ha Nô i,̣ 1/2012



SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO (SCP) Giảng viên: PGS.TS. Ngô Tự Thành Sinh viên thư c̣ hiê ṇ : Trần Vũ Quỳnh Giao Nguyê ̃n Câ ̉ m Linh Lê Hải Vân

Ha Nô i,̣ 1/2012

Tiể u luận môn Vi sinh v ật học Công nghiệ p

Sản xuất Protein đơn bào

Mục lục PHẦN I. TỔNG QUAN ................................ ................................................. .................................. .................................. .......................... ......... 3 1. Các khái niệm chung . ...................................... ....................................................... ................................... ................................ .............. 3 1.1. Protein đơn bào ................................... ................................................... ................................. .................................. ..................... .... 3 1.2. Công nghệ sản xuất protein đơn bào .................................. .................................................. ....................... ....... 3

2. Lịch sử nghiên cứu và sản xuất protein đơn bào ................................. ............................................... .............. 4 3. Các nhóm vi sinh v ật đƣợ c sử dụng để sản xuất protein đơn bào ..................... ..................... 6 3.1. Yêu cầu đố i vớ i các chủng vi sinh vật sử d ụng trong sản xuấ t.t. ................. 6 3.2. Các nhóm vi sinh v ật sử d ụng trong sản xuất protein đơn bào. ................ 6

4. Các nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất protein đơn bào ............................... ............................... 9 4.1. Các sản phẩ m thải trong nông nghiệ p ................................ ................................................. ....................... ...... 9 4.2. Các sản phẩ m phụ của các quá trình lên men công nghi ệ p. ..................... ..................... 9 4.3. Các sản phẩ m, m, d ịch chiế t và d ịch thủ y phân t ừ ừ nguyên liệu thự c vật...... 10 4.4. Các nguồn nhiên liệu có giá tr ị thương mại cao như khí đố t,t, methan, methanol và các n-alkan................................... ................................................... ................................... .............................. ............ 10

5. Quy trình sản xuất protein đơn bào ................................ ................................................. ................................. ................ 11 6. Chế biến protein đơn bào thành thự c phẩm .................................. ................................................... ................... 11 ế bào: .................................. 6.1. Phá hủ y thành t ế ................................................... .................................. ........................... .......... 12 6.2. Loại bỏ axit nucleic ................................ ................................................. ................................... ................................. ............... 12

7. Ƣu nhƣợc điể m của protein đơn b ào. ................................ ................................................. .............................. ............. 13 m: ................................... .................................................... .................................. .................................. .............................. ............. 13 7.1. Ưu điể m:

7.2. Nhược điể m: m: ................................ ................................................. .................................. .................................. ........................... .......... 13 1



PHẦN II. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO ................ ................ 14 1. Sản xuất protein đơn bào sử dụng chủng Cellulomonas đột biến [3] ............. ............. 14 2. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm men: ................................ ................................ 18 ụng để sản xuất protein đơn bào. 20 2.1. M ột số nguồn nguyên liệu thườ ng ng sử d ụng 2.2. Quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấ m men ................................. ..................................... .... 26

3. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm mốc: ................................ ................................ 29 ừ chấ t thải công nghiệ p:................................ 3.1. Sản xuất protein đơn bào t ừ ................................ 30 3.2. Sản xuất protein đơn bào từ rác thải nông nghiệ p t ừ ừ phần bỏ đi của quả .................................. ................................................... .................................. .................................. ................................... .............................. ............ 30

4. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nhóm vi sinh vật quang hợ p ... 31 4.1. Nhóm vi sinh v ật quang hợ p- nguồn cung cấ p protein. ........................... ........................... 31 4.2. Ứ ng ng d ụng trong sản xuấ t SCP................................. .................................................. ................................. ................ 34

PHẦN III. KẾT LUẬN ................................. .................................................. .................................. .................................. ........................ ....... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO: .................................. .................................................. .................................. ................................... ................... 55

2



PHẦN I. TỔNG QUAN 1. Các khái niệm chung . 1.1. Protein đơn bào

Protein đơn bào (Single -cell protein – SCP) là thuật ngữ thƣờng dùng để chỉ phần protein thu đƣợ c trong sinh khối khô của các tế bào hoặc tổng lƣợ ng ng protein tách chiết đƣợ c từ môi trƣờ ng ng nuôi cấy vi sinh vật, đƣợ c sử dụng làm nguồn thức ăn cho con ngƣờ i hay nguồn thức ăn chăn nuôi.

Thuật ng ữ “protein đơn bào” đƣợc GS. C.L.Wilson đƣa ra vào năm 1 966, đƣợ c dùng thích hợp hơn đối vớ i hầu hết các vi sinh v ật đơn bào hoặ c cá thể dạng sợ i.i. Các protein đơn bào có thành p hần protein cao (60-80% kh ối lƣợ ng ng khô của t ế bào), chất béo, carbohydrate, axit nucleic, vitamin và ch ất khoáng. Chúng cũng chứ a nhiều các axit amin thi ết yếu nhƣ Lysin và Methionine. 1.2. Công nghệ sản xuất protein đơn bào

Công nghệ sản xuất protein đơn bào là công ngh ệ nuôi cấy và thu sinh kh ối các vi sinh vật. Nó ra đời đƣợ c coi là một phƣơng pháp hứ a hẹn có thể giải quyết đƣợ c vấn đề thiếu protein trên toàn th ế giớ i.i. Công nghệ sản xuất protein đơn bào bao gồ m cả các quá trình chuyển vị sinh học, biến đổi các sản phẩm phụ ít giá trị và chi phí th ấp, thƣờ ng ng là các ch ất thải, trở thành sản phẩm vớ i giá trị dinh dƣỡ ng ng và giá tr ị thị trƣờ ng ng cao hơn. Sản xuất protein đơn bào đòi hỏ i ph ải v ận dụng các kiến th ức về lên men, công nghệ sản xuất sinh khối, nuôi cấy vi sinh vật. Đầu thế kỉ 20, sự áp d ụng r ộng rãi các chƣơng trình phát triể n nông nghiệp đã làm cho các ngu ồn thức ăn thự c vật, nhƣ đậu nành, ngô, lúa mì và g ạo luôn ở trong tình trạng s ẵn có. Ngoài ra, s ự phát triển v ề chính trị và kinh tế đã thay đổi tr ật t ự thế giớ i từ một hệ thống các khối nƣớ c trở nên toàn cầu hóa, tạo điều kiện thuận lợ i cho việc mở cửa giao dịch các sản phẩm nông nghiệp. Các sản phẩm nông nghiệp này vƣợ t trội so với protein đơn bào trên cơ sở giá cả sản xuất th ấp hơn. Tuy nhiên, sự kết h ợ p giữa việc sản xuất phức tạp vớ i các công ngh ệ chế biến thực phẩm đã mang lạ i một thế hệ sản phẩm protein đơn bào mớ i,i, có thể sử dụng để thay thế các loại thị hay dùng làm chất tăng cƣờng hƣơng vị . Các ứng dụng trong tƣơng lai củ a vi ệc bi ểu hi ện protein dị hợ p thể có thể phát triển hơn nữa tiềm năng của dạng thực phẩm này, tạo ra các sản

3

Tiể u luận môn Vi sinh vật học Công nghiệ p


phẩm phù hợ p vớ i yêu cầu của chế độ ăn uống hay tạo thành các dòng sản phẩm có giá trị cao. Sản xuất protein đơn bào ở quy mô công nghệp có một số đặc điểm nhƣ sau: 







Sử dụng đa dạng các phƣơng pháp, loạ i nguyên liệu thô và loại vi sinh vật khác nhau. Có hiệu quả biến đổi cơ chất ban đầ u cao Năng suất cao nhờ vào tốc độ tăng trƣở ng nhanh của các vi sinh v ật.

Không phụ thuộc vào các yếu tố mùa hay thờ i tiết.

2. Lịch sử nghiên cứu và sản xuất protein đơn bào

Ngƣờ i tiên phong nghiên cứu và xây dựng công nghệ này là nhà khoa học ngƣờ i Đức Max Delbruck và các c ộng sự của ông cách đây gần 1 thế kỉ. Họ là ngƣời đầu tiên chú ý đến giá trị của các nấm men rƣợu dƣ thừ a trong việc t ạo nguồn th ức ăn cho vậ t nuôi.

Trong chiến tranh Thế giớ i thứ nhất, ngƣời Đức đã thay thế phần nửa nguồn protein quan trọng b ằng nấm men. Vì các nấm men rƣợ u từ công nghiệp s ản xuất bia không đủ số lƣợng để đáp ứng nhu cầu protein thức ăn, một tỉ lệ rất l ớ n sinh khối nấm men đƣợ c sản xuất trong điề u kiện hiếu khí trong môi trƣờ ng bán tổng hợ p chứa nguồn nitơ là các muối ammonium. Phƣơng pháp này hiệ u quả hơn so với lên men, nhƣng vẫn có hiện tƣợ ng lên men một s ố chất trong nguồn cacbon, đồng thờ i năng suất sinh khối thu đƣợ c là không tối ƣu. Vào năm 1919, Sak (Đan Mạch) và Hayduck (Đức) đã phát minh ra mộ t quy trình mớ i, đƣa dung dịch đƣờ ng vào dịch huyền phù chứa n ấm men thay vì đƣa thêm nấm men vào một dung dịch đƣờng đã pha loãng. Công nghệ này đến ngày nay vẫn đƣợ c sử dụng.

Sau khi Chiến tranh Thế giớ i thứ nhất kết thúc, sự quan tâm của ngƣời Đức đế n nấm men đã giả m xuống, nhƣng đến 1936, ngƣờ i ta tiếp tục sử dụng nấm men rƣợ u và một số loài nấm men khác, đặ c bi ệt là các loài đƣợ c nuôi cấy vớ i s ố lƣợ ng lớn để làm thức ăn bổ sung cho con ngƣời và độ ng vật. K ể từ đó, ƣu điể m của vi ệc nuôi cấy nấm men trong môi trƣờng giàu dinh dƣỡng và điề u kiện hiếu khí đã đƣợ c nhận ra một cách đầy đủ và nhanh chóng tr ở thành một phƣơng tiện để sản xuất thức ăn trên quy m ô công nghiệp.

4



Vào thời điểm bắt đầu Chiến tranh thế giớ i thứ II, nấm men đƣợ c sử dụng trƣớ c hết làm thức ăn trong quân đội, sau đó áp dụ ng cho tất cả các công dân. Ngƣời ta đã hi vọng có thể sản xuất đƣợc hơn 100,000 tấ n mỗi năm, tuy nhiên trên thự c tế, sản lƣợ ng chƣa bao giờ vƣợ t quá 15,000 tấn, do việc sản xuất liên tục bị gián đoạn bở i chiến tranh. Việc s ử dụng nấm men làm thức ăn trong giai đoạ n này bắt đầu t ừ Đức, sau đó đƣợ c áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giớ i. Phòng thí nghi ệm các sản ph ầm rừng của Sở nông nghiệp Hoa K ỳ đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm nuôi cấy nấm men Candida utilis trên môi trƣờ ng chứa sulfit là chất thải trong quá trình s ản xuất giấy. Sau chiến tranh, vấn đề sản xu ất protein đơn bào ngày càng đƣợ c chú trọng để giải quyết các vấn đề của nhân loại trên quy mô toàn c ầu. Đầu nh ững năm 60, một s ố công ti đa quốc gia đã quyết đị nh nghiên cứu sản xuất sinh khối vi sinh v ật để làm nguồn protein thức ăn. Các c ơ chế cơ bản quyết định sự tăng trƣở ng của các sinh v ật nhƣ nấm men và n ấm sợi đã đƣợ c lám sáng t ỏ, tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn trong ứng dụng các cơ chế trên trong công nghiệp, do đó ngƣờ i ta tiếp t ục đẩy mạnh nghiên cứu. Ngƣờ i ta tiếp tục tìm kiếm các loại cơ chấ t vớ i giá thành thấp. Các sản phẩm phụ trong công nghiệp nhƣ sữa phomat, rỉ đƣờng hay các cơ chấ t giá thành rẻ nhƣ tinh bột, ethanol và methanol, sulfit t ừ quá trình sản xuất giấy đã đƣợ c chọn để sử dụng trong quá trình s ản xuất protein đơn bào. Lợ i ích của việc sản xuất protein đơn bào không chỉ dừng lại ở việc cung cấp thêm nguồn thức ăn cho con ngƣờ i nữa mà còn h ạn chế sự lãng phí các sản phẩm phụ trong các quá trình s ản xuất khác và bảo vệ môi trƣờ ng.

Vào giữa th ập niên 60, ngƣời ta đã sả n xu ất đƣợ c hàng triệu t ấn n ấm men thực phẩm ở các vùng khác nhau trên th ế giới. Liên bang Soviet đã lên kế hoạch sản xuất thƣờ ng niên 900,000 tấn kể từ năm 1970 để bù đắp lại sự thiếu hụt của protein nông nghiệp. Đến năm 1980, quá trình sả n xuất protein đơn bào tiế p tục đƣợ c mở rộng ở các nƣớ c phát triển và đƣợ c dự kiến tiến hành ở các quốc gia đang phát triể n. Từ đó đến nay, quy trình sản xuất protein đơn bào đƣợ c không ngừng nghiên cứu phát triển hoàn thiện, tìm kiếm các cơ chấ t và các loài vi sinh v ật phong phú hơn, phụ c vụ nhu cầu của con ngƣờ i ở khắp các quốc gia trên thế giớ i.

5



3. Các nhóm vi sinh vật đƣợc sử dụng để sản xuất protein đơn bào 3.1. Yêu cầu đối với các chủng vi sinh vật sử dụng trong sản xuất. 

Thời gian sinh trƣở ng ngắn.



Có khả năng tạo thành lƣợ ng protein lớ n, từ 40-70% sinh khối khô của tế bào.



Có khả năng tận dụng đƣợ c tối đa các chất dinh dƣỡng trong môi trƣờ ng nuôi cấy.



Không có độc tố, không có khả năng gây bệnh



Có sức bền cao, ít bị nhiễm trong quá trình nuôi cấy, dễ tách khỏi dịch nuôi cấy.

Ngoài ra, phần trăm axit nucleic củ a t ế bào vi sinh vật cũng là một y ếu t ố quan trọng cần xem xét. Quá trình hấp thụ axit nucleic quá m ức có thể dẫn đến lắng đọng axit uric, gây ra m ột số bệnh nhƣ gout hay hình thành sỏ i thận, nên đối v ới ngƣờ i thì thành phần axit nucleic này ph ải giảm xuống dƣới 2%. Do đó, ngƣời ta đ ã áp dụng một vài kĩ thuật để giảm thành phần axit nucleic trong t ế bào vi sinh vật, bao gồm c ả quy trình về hóa học và enzyme. 3.2. Các nhóm vi sinh vật sử dụng trong sản xuất protein đơn bào.

Ngƣờ i ta sử dụng nhiều nhóm vi sinh v ật khác nhau để sản xuất protein đơn bào, bao gồm: 

Các nhóm vi khuẩn: Cellulomonas, Alcaligenes,…



Nấm men: Candida, Saccharomyces,…



Nấm sợi: Trichoderma, Fusarium, Rhizopus,…



Các nhóm tảo: Spirulina, Chlorella,… Giá trị dinh dƣỡ ng của chúng đƣợ c trình bày trong Bảng 1 [1]:

Thành phần

Nấm

Tảo

Nấm men

Vi khuẩn

Protein

30-45

40-60

45-55

50-65

Chất béo

2-8

7-20

2-6

1-3

Các chất vô cơ 9-14

8-10

5-10

3-7

Axit nucleic

3-8

6-12

8-12

7-10

6

Tiể u luận môn Vi sinh vật học Công nghiệ p Bả ng 1: Trung bình các thành phầ n trong tế bào

Sản xuất Protein đơn bào ở các nhóm vi sinh vậ t chính (%

khối lượ ng khô) theo Miller and Litsky (1976)

Ngƣời ta đã ƣớ c tính rằng, 100 pound nấm men có thể sản xuất ra 250 tấn protein trong vòng 24h. Đố i vớ i tảo nuôi cấy trong ao thì năng suất protein thu đƣợ c là 20 tấn sinh khối khô/acre/năm. Vi khuẩn thì cho lƣợ ng protein cao, có thể lên đến 80% và có tốc độ sinh trƣởng nhanh hơn, tuy nhiên lạ i có nhiều nhƣợc điể m.

Nấm men là loài có nhi ều ƣu điể m, ví dụ nhƣ kích thƣớ c l ớ n, d ễ thu sinh khối, hàm lƣợ ng axit nucleic trong t ế bào thấp, hàm lƣợ ng lysine cap, có kh ả năng sinh trƣở ng ở pH axit. Tuy nhiên, đặc điể m quan trọng nhất là nó rất phổ biến và đƣợ c chấp nhận rộng rãi vì đã đƣợ c sử dụng từ rất lâu trong công ngh ệ lên men truyền thống. Nhƣợc điểm của nấm men bao g ồm tốc độ sinh sản chậm, hàm lƣợng protein cũng nhƣ methionine thấp hơn so vớ i vi khuẩn. Nấm sợ i cũng có những ƣu điểm tƣơng tự , dễ thu hoạch, tuy nhiên hạn chế về tốc độ sinh trƣởng, hàm lƣợng protein và ít đƣợ c chấp nhận hơn so vớ i nấm men. Một nhóm vi sinh v ật khác là t ảo thì lại có nhƣợc điể m là thành tế bào cấu t ạo từ cellulose – loại phân tử mà con ngƣời không tiêu hóa đƣợ c, bên cạnh đó nó còn chứa nhiều kim loại nặng. Ngoài ra, cần nhấn mạnh rằn, vì lý do kĩ thuậ t và kinh tế thì ngƣời ta thƣờ ng thu cả sinh khối tảo chứ không tách riêng protein c ủa nó, do vậy đôi lúc thuật ng ữ protein đơn bào ở đây chƣa hoàn toàn chính xác. Protein của tảo thƣờ ng có chất lƣợ ng cao, có thể sánh đƣợ c vớ i protein từ thực vật. Sản xuất protein đơn bào từ các vi sinh v ật khác nhau, c ụ thể là từ nấm và vi khuẩn đã nhận đƣợ c sự quan tâm đáng kể, ngƣợ c lại nghiên cứu sản xuất và sử dụng thành công protein trên tảo hiện nay còn chƣa nhiề u, do giá thành sản xuất cao hơn và khó khăn hơn về mặt kĩ thuậ t. Một vài loài tảo, n ấm s ợ i, nấm men và vi khu ẩn đƣợ c s ử dụng làm protein đơn bào và hiện đang đƣợ c sản xuất thƣơng mạ i, cùng vớ i nguồn carbon của nó đƣợ c thể hiện trong Bảng 2: Vi sinh vật

Cơ chất

Vi khuẩn

Aeromos hydrophylla

Lactose

Acromobacter delvacvate

n-alkan

Acinetobacter calcoacenticus

Ethanol

7



Bacillus megaterium

Các hợ p chất nitơ (ng oài protein)

Bacillus subtilis, Cellulomonas sp., Flavobacterium sp., Thermomonospora fusca

Cellulose, hemicellulose

Lactobacillus sp.

Glucose, amylose, maltose

Methylomonas methylotrophus, M. clara

Methanol

Pseudomonas fluorescens

Axit uric và các h ợ p chất chứa nitơ ngoài protein khác.

Rhodopseudomonas capsulata

Glucose

Nấm sợ i

Aspergillus fumigatus

Maltose, glucose

Aspergillus niger, A. oryzae, Cephalosporium eichhorniae, Chaetomium cellulolyticum

Cellulose, hemicellulose

Penicillium cyclopium

Glucose, lactose, galactose

Rhizopus chinensis

Glucose, maltose

Scytalidium aciduphlium, Thricoderma alba

Thricoderma

viridae,

Cellulose, pentose

N ấ m men Amoco torula

Ethanol

Candida tropicalis

Maltose, glucose

Candida utilis

Glucose

Candida novellas

n-alkan.

Candida intermedia

Lactose

Saccharomyces cereviciae

Lactose, pentose, maltose

Tảo

Chlorella

pyrenoidosa,

Chlorella

sorokiana,

CO2 dùng cho quang hợ p

8



Chondrus crispus, Scenedesmus sp, Spirulina sp., Porphyrium sp. Bả ng 2: M ộ t số loài vi sinh v ậ t sử d ụ ng trong sả n xuất protein đơn bào và nguồ n carbon củ a chúng theo Bhalla và cộ ng sự (2007)

4. Các nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất protein đơn bào

Các nguồn nguyên liệu hi ện đang đƣợ c sử dụng để sản xuất protein đơn bào rấ t phong phú và đa dạng, có thể liệt kê một số loại chính nhƣ sau: 4.1. Các sản phẩm thải trong nông nghiệp

Cellulose từ nguồn nông nghiệp và lâm nghiệp là nguồn nhiên liệu tái tạo nhiều nhất trên hành tinh này, đồ ng thờ i là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sả n xuất protein đơn bào. Trong tự nhiên, cellulose thƣờ ng ở dạng phức h ợ p v ớ i lignin, hemicellulose, tinh bột và có cấu tạo phức tạp, do vậy, để sử dụng dƣớ i dạng cơ chất nó phải đƣợ c xử lý hóa học (phân giải bằng axit hay ki ềm) hoặc bằng các enzyme (cellulase) để phân giải cellulose thành các đƣờ ng mà tế bào vi sinh vật sử dụng đƣợ c. Lignocellulose là ngu ồn nguyên liệu từ gỗ, đòi hỏi phải xử lý trƣớ c khi sử dụng làm cơ chất cho sản xuất protein đơn bào. Có nhiề u cách xử lý khác nhau, ví d ụ nhƣ phân giải bằng axit hay kiềm, bằng hơi nƣớ c hay thậm chí dùng phóng x ạ tia X [2]. Ngƣờ i ta có thể nấu g ỗ trong dung dịch chứa Canxi sulfit. Đến ngày nay, để tận d ụng các nguồn lignocellulose là s ản phẩm thải ngƣờ i ta dùng các nhóm n ấm, trong đó đƣợ c biết rõ nhất là Agaricus bisporus và một số các nhóm khác chứa enzyme phân gi ải lignocellulose. 4.2. Các sản phẩm phụ của các quá trình lên men công nghiệp.

Dịch kiềm sulfit – sản phẩm phụ của quá trình sản xuất giấy đã đƣợ c sử dụng làm cơ chất để lên men kể từ nawmg 1909 ở Thụy Điển và sau đó ở nhiều nơi trên thế giớ i. Dạng vi sinh vật đầu tiên đƣợ c sử dụng trong quá trình này là Saccharomyces cerevisiae, mặc dù loài vi sinh vât này không có kh ả năng chuyển háo pentose – loại hợ p chất có mặt với lƣợ ng lớ n trong sản phẩm thải này. Sau đó, ngƣờ i ta tìm ra các loài vi sinh vật thích hợp hơn nhƣ Candida tropicalis hay Candida utilis . Rỉ đƣờ ng là một sản phẩm phụ của quá trình lên men đƣờ ng. Dịch đƣờ ng nồng độ cao thu đƣợ c từ quá trình xay xát mía hay c ủ cải đƣờng đƣợ c làm lạnh để đƣờ ng kêt tinh. Khi đƣờ ng không kết tinh nữa thì ngƣời ta thu đƣợ c phần dung dịch còn lại, đó là rỉ đƣờng. Đối vớ i 100kg thực vật có thể thu đƣợc 3.5 đế n 4.5 kg rỉ đƣờ ng. Bên cạnh nồng độ đƣờ ng cao, rỉ đƣờ ng còn chứa các ch ất khoáng, các hợ p chất hữu cơ và

9



vitamin có giá tr ị cao trong công nghiệp lên men. Tuy nhiên, s ản xuất sinh khối vi sinh vật từ rỉ đƣờng đòi hỏ i phải bổ sung thêm nguồn nitơ và photpho phù hợ p. Nguồn nitơ truyền thống là các muối amonium, nguồn photpho thêm vào thƣờ ng ở dạng muối. 4.3. Các sản

phẩm, dịch chiế t và dịch thủy phân từ nguyên liệu thực vật. Tinh bột thu đƣợ c t ừ các loài th ực v ật có củ ở các nƣớ c nhiệt đới và ôn đớ i, t ừ gạo, ngô và ngũ cố c là nguồn nguyên liệu để sản xuất protein đơn bào. Ở các nƣớ c nhiệt đới, ngƣờ i ta còn sử dụng sắn nhƣ một nguồn nguyên liệu sản xuất protein đơn bào. Quy trình sản xuất này sử dụng một số loài vi sinh vật có enzyme amylase nhƣ Endomycosis fibuligira , sau đó đƣa dị ch nuôi cấy sau khi phân h ủy tinh bột qua nồi lên men có chứa một loại vi sinh vật có tốc độ sinh trƣởng nhanh nhƣ Candida utilis .

Dịch chiết c ủa m ột s ố loại qu ả nhƣ đủ đủ, d ứa, chuối cũng là nguồn cơ chất để tổng hợ p protein đơn bào. Dịch chiết đu đủ có hàm lƣợ ng chất dinh dƣỡ ng cao: saccharride chiếm 9.6%, protein, protein chi ếm 0.2%, đƣờ ng hòa tan chi ếm khoảng 7%; đƣờ ng hòa tan trong đu đủ ở dạng glucose, fructose và sucrose, đồ ng thời đây là loài thực vật có năng suất cao, sinh trƣởng tƣơng đố i nhanh. Một loại quả khác là chuối cũng là nguyên liệu để sản xuất protein đơn bào. Điề u này có rất có ích trong việc t ận dụng nguồn s ản ph ẩm dƣ thừa do không đủ chất lƣợ ng xuất kh ẩu ở các quốc gia có trồng nhiều loại cây ăn quả này. 4.4. C ác nguồn nhiên liệu có giá trị thương mại cao như khí đốt, methan, methanol và các n-alkan.

Các vi sinh vật liên quan đế n quá trình sản xuất protein đơn bào từ nguồn cơ chất trên chủ yếu là các vi khu ẩn và nấm men. Nhiều quá trình hi ện nay đang trong giai đoạn nghiên cứu. Việc sử dụng nguồn hợ p chất nhiên liệu trên để sản xuất thức ăn từ lâu đã đƣợ c nhiều nhà khoa học đặt ra. Công ti dầu mỏ của Anh đã sử dụng hai loại nấm men Candida lipolytica và C. tropicalis vớ i nguồn cơ chất là các alkan có m ạch Carbon từ 12 đến 20 nguyên tử có trong phần dẻo của khí gas. Một vài loại dầu thô có chứa phần này chiếm khoảng 15%. Sản phẩm thu đƣợ c từ quá trình này còn g ọi là TOPRINA, đã đƣợ c kiểm tra độc tính và kh ả năng gây ung thƣ trong vòng 12 năm, sau đó đã đƣợ c sử dụng làm nguồn thức ăn thay thế có hàm lƣợ ng protein cao cho cá ho ặc dùng làm bột sữa không béo. Tuy nhiên, do giá d ầu mỏ ngày càng cao, nhi ều nƣớc đã ngừng sử dụng nguồn nguyên liệu này để sản xuất protein đơn bào. Thay vào đó, ngƣời ta tăng cƣờ ng nghiên cứu s ử dụng methane làm ngu ồn cơ chất. Vi sinh vật phù hợ p vớ i nguồn cơ chất này mà đã đƣợ c nghiên cứu kĩ là Methylomonas methanica, nuôi cấy trong môi trƣờ ng có chứa muối nitrat hay muối ammonium làm ngu ồn nitơ.

10



Mặt khác, methanol cũng là mộ t nguồn ch ất đƣợ c quan tâm. Lên men trên quy mô lớn để thu sinh khối của Methylophilus methtlotrophus từ nguồn cơ chất là methanol là phƣơng pháp đƣợ c xây dựng để sản xuất protein đơn bào từ nguồn này, và sản ph ẩm của quy trình này đƣợ c s ử dụng làm thức ăn cho vậ t nuôi. Methanol vớ i vai trò là nguồn carbon để sản xuất protein đơn bào có nhiều ƣu điểm vƣợ t trội hơn so vớ i n-paraffin, khí metan hay th ậm chí một số hợ p chất carbohydrate. 5. Quy trình sản xuất protein đơn bào

Quá trình lên men tạo sinh khối yêu cầu l ựa chọn loại vi sinh vật đƣợ c có giai đoạn sinh lý phù hợ p, khử trùng môi trƣờ ng nuôi cấy và các thi ết bị dùng để giữ môi trƣờ ng nuôi ở trạng thái sẵn sàng, tách tế bào, thu các t ế bào ở phần d ịch nổi, tinh chế và xử lý, bộ ổn nhiệt để điều hòa nhiệt độ, dụng cụ xác định pH và các thi ết bị điều khiến khác để điều hòa các yếu tố cần thiết cho sự sinh trƣở ng ở mức ổn định. Sau khi chuẩn bị, nuôi cấy vi sinh vật ở điều kiện thích hợp trong môi trƣờng đã chuẩn b ị. Quá trình này đòi hỏ i ph ải ki ểm soát nồng độ carbon ở mức thích hợp cũng nhƣ cung cấp đủ oxy để duy trì điều kiện hi ếu khí cần cho sự sinh trƣở ng c ủa vi sinh vật. Vì đây là một quá trình phụ thuộc vào thờ i gian, nên vi ệc biến đổi liên tục các yếu tố của môi trƣờ ng sẽ ảnh hƣởng đến sinh lý của tế bào, trong đó nồng độ cơ chất có ảnh hƣở ng l ớ n nh ất. Vì thế, ngƣờ i ta sử dụng phƣơng pháp nuôi cấ y liên tục để có thể kiểm soát nguồn Carbon đƣa vào môi trƣờ ng, đồng thờ i lấy ra một lƣợ ng vi sinh vật nhất định để đảm b ảo cung cấp đủ oxy cho lƣợ ng vi sinh vật ở trong thùng nuôi cấy. Các phƣơng pháp thƣờng đƣợ c áp dụng bao gồm: lên men nổi, lên men chìm và lên men trên pha r ắn. Sau khi nuôi cấy, cần thu sinh khối vi sinh vật. Hiện nay có nhiều phƣơng pháp để cô đặc dịch nuôi cấy nhƣ lọc, để lắng, li tâm và dùng các màng bán th ấm. Ngƣờ i ta thƣờ ng thu sinh khối n ấm men bằng cách li tâm, còn đố i vớ i nấm sợi thƣờ ng thu bằng cách lọc. Tuy nhiên, các thi ết bị cần thiết tƣờng đắ t và không phù hợ p vớ i sản xuất ở quy mô nhỏ cũng nhƣ mở rộng sản xuất. Việc loại bỏ lƣợng nƣớ c là rất cần thiết để giữ các chất ổn định để lƣu trữ nhƣng lại không dễ thực hiện. Protein đơn bào cầ n phải đƣợ c s ấy đến độ ẩm 10% hoặc ph ải làm cô đặ c l ại và biến tính để đề phòng chúng bị hỏng. 6. Chế biến protein đơn bào thành thực phẩm

Để sử dụng hiệu quả các protein vi sinh v ật làm thức ăn cho ngƣờ i, cần các điề u kiện sau: 

Giải phóng protein tế bào bằng cách phá hủy hay phân hủy thành tế bào.

11

Tiể u luận môn Vi sinh vật học Công nghiệ p 


Làm giảm hàm lƣợ ng axit nucleic trong t ế bào.

6.1. Phá hủy thành tế bào:

Có thể phá hủy thành tế bào vi sinh vật bằng nhiều cách: ép, bẻ vụn, nghiền, dùng áp lực hay phá h ủy bằng sóng âm. Ngoài ra ngƣờ i ta còn sử dụng các enzyme hay hỗn hợ p enzyme để phân hủy từng phần hoặc hoàn toàn thành t ế bào. Thủy phân thành tế bào nhờ enzyme có hiệu quả cao hơn do tác động đặ c hiệu. Phƣơng pháp enzyme có thể dùng để thay thế phá hủy cơ học, đặ c biệt là đối v ớ i các nguyên liệu có thể bị bất hoạt do yếu tố cơ học, ngƣờ i ta sử dụng cả các enzyme n ội bào và ngoại bào do các vi sinh vật khác tiết ra. Tuy nhiên, quá trình này di ễn ra chậm hơn so với dùng phƣơng pháp cơ học hoặc hóa học, do vậy, ngƣời ta thƣờ ng sử dụng phối hợ p nhiều phƣơng pháp để có hiệu quả cao hơn. Phƣơng pháp phi-cơ học

Xử lý hóa học: dùng axit, bazơ, các chất hòa tan, chất tẩy rửa Phân giải bằng enzyme: enzyme th ủy phân, dùng phage, tự phân hủy Dùng các phƣơng pháp vậ t lý: làm đông lạnh-để tan, sốc thẩm thấu, dùng nhiệt và sấy khô

Phƣơng pháp cơ họ c

Dùng áp lực cao Nghiền ƣớ t, sử dụng các hạt nghiền Dùng sóng âm để phá hủy tế bào

Nén tế bào Dùng áp suất cao ở nhiệt độ thấp

Bả ng 3: M ộ t số phương pháp thườ ng sử d ụng để phá hủ y thành tế bào vi sinh v ậ t 6.2. Loại bỏ axit nucleic

Các phƣơng pháp dùng để loại bỏ axit nucleic trong t ế bào bao gồm phƣơng pháp xử lý hóa học và xử lý bằng enzyme. Mỗi phƣơng pháp đều có nhƣợc điể m là giá thành đắt và có thể ảnh hƣởng đế n thành phần dinh dƣỡ ng trong tế bào.

Một số phƣơng pháp: 



Tách axit nucleic b ằng các rƣợ u, muối, acid và kiềm. Tách axit nucleic kh ỏi sinh khối vi sinh vật bằng kiềm ở nhiệt độ cao, tuy nhiên phƣơng pháp này có thể tạo ra các ch ất độc, ví dụ nhƣ lysinoalanine.



Xử lý bằng anhydrid để biến đổi cấu trúc nucleoprotein ở nấm men.



Sử dụng các enzyme nuclease để phân giải axit nucleic.

12



7. Ƣu nhƣợc điểm của protein đơn bào. 7.1. Ưu điểm: 









Vi sinh vật có tốc độ nhân đôi và tăng trƣở ng nhanh, thu sinh khối trong thờ i gian ngắn. Vi sinh vật có hàm lƣợng protein tƣơng đố i cao. Các vi sinh vật có khả năng sử dụng m ột s ố lƣợ ng nguồn carbon phong phú để tạo thành năng lƣợng, trong đó có mộ t số nguyên liệu đƣợ c tái sử dụng từ nguồn chất thải nông nghiệp hay công nghiệp. Các chủng vi sinh vật với năng suất cao cũng nhƣ thành phần chất dinh dƣỡ ng phù hợ p có thể đƣợ c chọn lọc và nuôi cấy vớ i số lƣợ ng lớn trong điề u kiện phòng thí nghiệm, đồng thời cũng có tiềm năng áp dụ ng ở quy mô công nghiệp. Sinh khối vi sinh vật dùng để thu protein đơn bào không phụ thuộc vào mùa cũng nhƣ biến đổ i khí hậu.

7.2. Nhược điểm:

Bên cạnh các ƣu điể m trên, việc sử dụng các nguồn vi sinh vật hay sinh khối vi sinh vật làm thức ăn hay sản xu ất protein đơn bào cũng có nhiều nhƣợc điể m cần phải khắc phục, bao gồm: 









Nhiều loài vi sinh v ật có thể tạo ra các ch ất gây độc cho cơ thể ngƣời và cơ thể động vật, Vì vậy, khi chọn lựa một loài vi sinh v ật để tiến hành sản xuất phải đảm bảo nó không chứa bất kì chất độc nào. Đôi khi sử dụng sinh khối vi sinh vật để làm nguồn th ức ăn bổ sung có thể dẫn đến khó tiêu hoặc không tiêu hóa đƣợ c, thậm chí gây phản ứng dị ứng cho ngƣờ i. Hàm lƣợ ng axit nucleic cao trong sinh kh ối khô của nhiều loài vi sinh vật cũng là một yếu tố gây ảnh hƣở ng không mong mu ốn cho con ngƣời. Đôi khi hàm lƣợ ng axit nucleic cao này có th ể dẫn đến sự hình thành sỏi thận hay bệnh gout.

Khả năng chứ a các hợ p chất gây độc hay gây ung thƣ cho con ngƣời và độ ng vật. Sản xuất protein đơn bào là một quá trình đắ t tiền, vì nó cần có các ch ất điều khiển có độ tiệt trùng cao khi nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

13



PHẦN II. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO 1. Sản xuất protein đơn bào sử dụng chủng Cellulomonas

đột biến [3] Cellulase là một h ệ enzyme có hoạt động theo cơ chế kiềm ch ế bằng s ản ph ẩm cuối cùng, tức là sự có mặt thừa của glucose (sản phẩm của quá trình phân gi ải cellulose bở i enzyme cellulase) s ẽ làm giảm sự tổng hợ p ra enzyme này, t ừ đó hạn chế sự sinh trƣở ng của tế bào.

Trong nghiên cứu này, ngƣờ i ta giải quyết vấn đề trên bằng cách sử dụng chủng Cellulomonas đột biến làm giảm hàm lƣợ ng cellulase trong t ế bào. Quy trình:

Môi trƣờ ng nuôi cấy cơ bả n bao gồm các chất sau (tính theo s ố gam trên 100ml nƣớ c máy ở pH=7.0)

Chất hóa học

Số gam trên 100 ml nƣớ c

NaNO3

0.1

K2HPO4

0.1

KCl

0.05

MgSO4.7H2O

0.05

Dịch chiết nấm men

0.05

Glucose

0.1

Bảo quản môi trƣờ ng ở -20 oC trên thạch Bả ng 4: Thành phầ n của môi trường cơ bả n dùng trong thí nghiệ m nuôi cấ y chủ ng

Cellulomonas độ t biế n Nguồn nitơ và cellulose:

Ngƣờ i ta nghiên c ứu 5 sử dụng 5 nguồn nitơ khác nhau bao gồ m: ammoni bisulfat, ammoni bicacbonat, ammoni nitrat, ure và natri nitrat thu đƣợ c tốc độ tăng trƣở ng của tế bào tƣơng tự nhau, tuy nhiên ure còn có th ể đóng vai trò là chất điề u khiển độ pH nên sự tăng trƣở ng của tế bào ở nguồn nitơ này cao hơn.

14



Cellulose đƣợ c sử dụng dƣớ i dạng bột cellolose kết tinh (Avicel, FMC Corp.)

Nuôi cấy vi sinh vật trong nồi lên men dung tích 250l, ch ứa dung dịch cơ bản nhƣ trên nhƣng không có glucose, bổ sung Avicel 0.5 % và ure.

Hình 1: Nuôi cấ y liên tụ c .

Điều kiện nuôi cấy: 

Tốc độ dẫn khí vào: 0.09 m3 /phút



Tốc độ lắc: 100 vòng/phút.



Tốc độ phá bọt khí: 1800 vòng/phút



Áp lực 2 lb. Nuôi cấy trong vòng 72- 96h trƣớ c khi thu tế bào. Thu tế bào và sấy khô sinh khối vi sinh vật.

Xác định hàm lƣợ ng các chất dinh dƣỡ ng và phân tích thành ph ần các amino acid có mặt trong protein của vi sinh v ật. Sau đó, ngƣờ i ta thí nghi ệm trên chuột b ằng cách nuôi chuột bằng nguồn thức ăn có chứ a sinh khối Cellulomonas và so sánh vớ i các nguồn thức ăn khác. Các lô thí nghiệm đƣợ c thể hiện trong bảng 5:

Các thành phần

Lƣợ ng (g/kg)

Chế độ ít protein Tinh bột ngô

633

Chế độ Casein 578

Chế độ Cellulomonas 573

15



Dextrose

100

100

100

Hỗn hợ p vitamin

10

10

10

Hỗn hợ p muối

40

40

40

Avicel

122

122

Dầu ngô

50

50

Bột trứng

45a

Casein

50

100

Cellulomonas

222

Choline

0.75

0.75

0.75

DL-Methionine

4.5

Bột trứng đƣợ c cho vào làm nguồn bổ sung protein Bả ng 5: Thành phầ n củ a các chế độ ăn thí nghiệ m

Kết quả thu đƣợ c nhƣ sau: Thành phần

% khối lƣợ ng khô của tế bào

Protein (AA)

67.6

Protein (N)

74

Carbohydrate

12

Chất vô cơ

9.2

RNA

26

DNA

2

Năng lƣợ ng Nƣớ c

4.03 kilocalo/g 76.9 % tổng khối lƣợ ng của tế bào

Bả ng 6: Thành phầ n chất dinh dưỡ ng có trong Cellulomonas

16



Axit amin

Theo tiêu chuẩn của FAO

Cần cho chuột đang lớ n

Cellulomonas

Arginine

_

6.0

10.2

Histidine

_

3.0

3.6

Isoleucine

4.2

5.0

3.3

Leucine

4.8

5.0

3.3

Lysine

4.2

7.0

6.5

Methionine

2.2

6.0a

1.5

Phenylalanine

2.8

8.0b

3.4

Tyrosine

2.8

Threonine

2.8

5.0

4.7

Valine

4.2

6.0

5.8

2.6

a

⅓ đến ½ có thể đƣợ c thay thế bở i cystein

b

⅓ đến ½ có thể đƣợ c thay thế bở i tyrosine

Bả ng 7: So sánh thành phầ n axit amin cầ n cho chuộ t và thành phầ n axit amin trong Cellulomonas

Chế độ ăn

Thay đổi về trọng lƣợng cơ thể

Lƣợng cho ăn

Lƣợng N đƣa vào

Ít protein

- 8.7

126.4

0.61

Casein

29.0

153.1

2.45

58.1 ± 0.5

Cellulomonas

23.6

163.4

2.61

50.4 ± 0.4

NPU (biểu thị mức sử dụng protein) (%)

Bả ng 8: Thay đổ i cân nặng, lượ ng thức ăn và giá trị NPU ở các chế độ ăn thí nghiệ m

Từ các kết quả trên, có thể thấy r ằng chủng Cellulomonas độ t bi ến này có kh ả năng phân giả i cellulose tinh thể để tạo thành một sản phẩm có chất lƣợng dinh dƣỡ ng

17



tốt, nhƣ đã chỉ ra ở thí nghiệm nuôi chuột. Đồng thờ i, có thể thấy rằng Cellulomonas là một sinh vật có thể sử dụng an toàn và có nhi ều tiềm năng để sản xuất protein đơn bào từ cellulose. 2. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm men:

Trong các nguồn protein sản xuất bằng con đƣờ ng vi sinh vật, nấm men đƣợ c nghiên cứu sớ m nhất và đƣợ c áp dụng rộng rãi trên thế giới. Con ngƣời đã sử dụng nấm men hoặc các sản phẩm hoạt động sống của chúng từ hàng nghìn năm nay. Nấm men là tên chung để chỉ nhóm nấm có cấu tạo đơn bào, sinh sả n bằng cách nảy ch ồi. Nấm men không có di ệp lục và không thể sử dụng năng lƣợ ng mặt trờ i. Vì vậy chúng dinh dƣỡ ng bằng các hydratcacbon, các hydrocacbua, trƣớ c hết là đƣờ ng. Trong tế bào nấm men có chứa h ầu h ết các chất c ần thiết cho sự sống (protein, gluxit, lipit, các enzim, các vitamin, các axit nucleic, các ch ất khoáng). Không một sản phẩm thực vật hoặc động vật nào có trong thành ph ần của mình một lƣợ ng các chất có tác dụng đặc hiệu nhƣ trong nấm men. Tuy nhiên thành ph ần các chất đặc hiệu của nấm men không phù hợ p hoàn toàn vớ i những nhu cầu sinh lý của động vật. Nấm men đƣợ c chú ý nhiều vì không những trong tế bào của chúng có nhiều chất dinh dƣỡ ng có giá trị, mà chúng lại có khả năng tăng sinh khối và các đặc điể m sinh lý phù hợ p với điều kiện sản xuất công nghiệp. Về đặc điểm lịch sử: Men gia súc đƣợ c sản xuất đầu tiên ở Đức vào khoảng năm 1880. Lúc đó ngƣờ i ta dùng men bia (Saccharomyces cerevisiae). Trong th ế chiến thứ I, men gia súc và men th ực phẩm đƣợ c sản xuất chủ yếu ở Đức là giống Torula utilis. Ở Mỹ, từ năm 1946 mớ i tổ chức sản xuất sinh khối nấm men. Lúc đầu, ngƣờ i ta nuôi cấy nấm men trên sacaroza để thu hồi sinh khối làm thức ăn cho ngƣời. Sau đó vì lý do kinh tế , d ần d ần ngƣờ i ta thay sacaroza b ằng dịch thủy phân từ tinh bột và xenluza, ph ế liệu công nghiệp đƣờng, bia, rƣợu … Năm 1968, Liên Xô là nƣớc đầ u tiên xây dụng nhà máy sản xuất nấm men từ paraphin dầu mỏ, sau đó Anh, Pháp , Nhật v…v.. đã tiế n hành rất nhanh trong lĩnh vực sử dụng nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền này vào mục đích thu protein củ a nấm men và đã đƣa sản lƣợ ng nấm men trên th ế giới ngày càng tăng.

Về giá trị dinh dƣỡ ng: 

Nấm men rất giàu protein và vitamin, đặ c biệt là các vitamin nhóm B.

18







Sinh khối nấm men chứa khoảng 75-80% nƣớ c, 20-25% chất khô trong đó: cacbon 45-50%, nitơ 7 -10% (tƣơng ứ ng vớ i 40-60% protein, hydro 5-7%, oxy 25-30%, các nguyên t ố vô cơ 5-10% (photpho và kali chi ếm tớ i 95-97%) tổng lƣợ ng ro, số còn lại là canxi, magiê, nhôm, lƣu huỳ nh, clo, sắt, silic. Ngoài ra còn có một lƣợ ng rất nhỏ các nguyên tố mangan, kẽm, molipden, bo, cacbon ..). Trong đó thành phầ n quí nhất là protein. Hàm lƣợ ng protein tuỳ thuộc vào từng loại giống, vào thành phần môi trƣờng và điề u kiện nuôi cấy. Dao động trong khoảng 40-60%.

Về tính chất protein của nấm men gần giống protein nguồn gốc động vật. Protein của nấm men chứa khoảng 20 axit amin không thay th ế. Thành phần các axit amin c ủa nấm men cân đối hơn so vớ i lúa mì và các h ạt ngũ cốc khác, kém chút ít so vớ i sữa, bột cá, bột xƣơng thị t và các s ản phẩm động vật nói chung.

Sự thay đổi thành phần các axit amin trong th ờ i gian nuôi cấy đƣợ c nghiên cứu cho thấy thành phần của các axit amin thay đổ i ở một giai đoạn phát triển: giai đoạ n tiềm phát. Sau 3 gi ờ phát triển, tổng hàm lƣợng các axit amin trong protein tăng lên 17% so vớ i thời điểm ban đầu. Sau đó tổ ng hợ p axit amin giảm xuống và giữ ở mức độ trên 40%. Đến cuối, tế bào già, các ch ất dự trữ, trƣớ c hết là glucogen tiêu hao nhi ều nên giảm tr ọng lƣợng, do đó tỉ lệ giữa các axit amin so v ớ i trọng lƣợ ng chung của các tế bào tăng lên gần 50% (tăng không thự c chất). Các giống nấm men dùng làm thực phẩm cho ngƣờ i và thức ăn gia súc là: Endomyces vernalis, Hansenula anomala, Hansenula suaveolens, Saccharomyces cerevisiae, Candida arbores, Candida tropicalis, Mycotorula lipolytica, Mycotorula japonica, Torulopis utilis , Torulopis utilis var . major , Torulopsis utilis var thermophilis, Monilia candia, Oidium lactic. Các tiêu chuẩn để lựa chọn giống nấm men để sản xuất protein t ừ các nguồn hydrocacon: 

Có khả năng đồng hoá nhiều nguồn cacbon khác nhau, nh ất là các lo ại pentoza (xiloza, arabinoza) và các axit h ữu cơ.



Có thể phát triển tốt trên môi trƣờ ng có nồng độ chất khử cao.



Có khả năng phát triể n nhanh, có sức đề kháng cao đối vớ i nồng độ CO2.





Sản lƣợ ng cao, sinh khối chứa nhiều chất dinh dƣỡ ng có giá tr ị (hàm lƣợ ng protein cao, có nhi ều axit amin không thay th ế, vitamin ..) Kích thƣớ c tế bào tƣơng đối lớn để dễ tách bằng li tâm.

19



Chịu đựng đƣợ c nhiệt độ tƣơng đối cao, ít làm biến đổi pH môi trƣờ ng.

Trong sản xuất nấm men thƣờ ng dùng các ch ủng thuộc ba giống Saccharmyces, Candida và Torulopsis. Kh ả năng chuyển hoá của ba giống này rất cao và đa dạ ng, qui trình công nghệ tƣơng đối đơn giả n. 2.1. Một số nguồn nguyên liệu thường sử dụng để sản xuất protein đơn bào.

2.1.1. Sản xuất protein đơn bào từ các sản phẩ m chứ a saccarose :

Sản phẩm từ ngành công nghiệp chế biến đƣờ ng: (rỉ đƣờ ng mía, rỉ đƣờ ng củ cải, bã mía, cặn rỉ đƣờng, nƣớ c rửa thô … Dịch chiết các loại trái cây có hàm l ƣợng đƣờng cao ( nhƣ đu đủ…) Rỉ đườ ng: Thành phần chính của rỉ đƣờ ng gồm: đƣờ ng, chất phi đƣờng và nƣớ c. Các chất phi đƣờ ng bao gốm các chất hữu cơ và vô cơ. Các chấ t hữu cơ có chứ a nitơ của rỉ đƣờ ng mía chủ yếu là các acid amin cùng v ớ i một lƣợ ng nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó. Các chất phi đƣờng vô cơ là các loạ i muối tìm thấy trong thành phần tro của rỉ đƣờ ng. Rỉ đƣờ ng mía còn chứa các nguyên t ố khác với hàm lƣợ ng nhỏ nhƣ: Zn, Mn, Cu, B, Co, Mo. Rỉ đƣờ ng rất giàu các ch ất sinh trƣởng nhƣ: acid pentotenic, nicotinic, folic, B1, B2 và đặ c biệt là biotin. Các nguyên liệu chứa sacaroza (rỉ đƣờ ng..) là dạng nguyên liệu lý tƣở ng nhất đến sản xuất protein đơn bào, vì các nguyên liệ u này chứa nhiều yếu t ố kích thích sinh trƣở ng, khí, biotin và sản phẩm protein thu đƣợ c hầu nhƣ sạch, không độ c. Rỉ đƣờng đƣợc dùng làm các cơ chấ t cho nhiều quá trình lên men vì: Giá thành rẻ hơn các nguyên liệ u chứa đƣờ ng khác. Ngoài đƣờ ng sacaroza, rỉ đƣờ ng còn chứa một số chất vô cơ, hữu cơ và vitamin có giá trị. Đối vớ i nguyên liệu là rỉ đƣờ ng, dung dịch đƣờ ng, nấm men thƣờ ng dùng là Saccharomysces cerevisiae, Candidas tropicalis, Candidas utilis. Rỉ củ cải đườ ng: Rỉ đƣờ ng củ cải chứa nhiều đƣờng sacaroza hơn rỉ đƣờ ng mía vì trong r ỉ đƣờ ng củ cải hầu nhƣ không có mộ t loại đƣờ ng chuyển hoá nào (có khi ch ỉ có khoảng 1%) trong khi rỉ đƣờ ng mía có th ể chứa t ớ i 15-25% hidrat cacbon c ủa nó dƣớ i dạng đƣờ ng chuyển hoá. Rỉ đƣờ ng củ cải chứa nitơ hữu cơ năm lần cao hơn rỉ đƣờng mía, nhƣng mộ t nửa là betain, m ột thành phần không đƣợc Saccharomyces đồng hoá, trong khi đó betain không có mặt trong rỉ đƣờ ng mía.  

20



Rỉ đƣờ ng củ cải chứa axit pantothenic g ấp 2-4 lần so vớ i rỉ đƣờ ng mía. Quy trình xử lý r ỉ đườ ng Rỉ đƣờ ng cần đƣợ c xử lý chút ít trƣớ c khi nuôi cấy. Thông thƣờng nó đƣợ c axit hoá bằng axit sunfuric tới pH = 4 và đun nóng tớ i 120-1500C trong 1 phút để kết t ủa một số chất vô cơ và chất lơ lử ng. Cần phải loại bỏ một phần các ch ất sinh trƣở ng, đồng thờ i bổ sung các muối khoáng cần thiết (nhƣ urê 0,15%, KH2PO 4 0,35%, Mg, Ca) và có th ể phải thêm hỗn hợ p các axit amin dạng protein thủy phân (dịch n ấm men tự phân, dịch thải trong sản xuất nƣớ c chấm, dịch bã rƣợ u ở giai đoạn nhân giống). Khi chuẩn bị phối trộn, rỉ đƣờ ng củ cải và rỉ đƣờ ng mía phải đƣợ c xử lý tách biệt trong các khâu pha lo ãng, điều chỉnh pH, đun nóng, làm trong, khử trùng rồi mớ i đƣợ c phối trộn. Thƣờng pha loãng đế n nồng độ đƣờ ng khoảng 5-6%. Sau khi chuẩn bị xong môi trƣờng dinh dƣỡ ng, tiến hành thanh trùng ở nhiệt độ 1200C. Ngoài ra, hệ keo trong rỉ đƣờ ng có ảnh hƣở ng xấu đến quá trình lên men. H ệ keo trong rỉ đƣờ ng hình thành bở i protein và pectin. H ệ keo này tạo ra độ nhớ t cao làm giảm khả năng hoà tan củ a oxy, làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men. Nếu h ệ keo không đƣợ c phá sẽ gây thoái hoá t ế bào, dẫn đến hiệu su ất thu nhận sinh khối nấm men thấp. 2.1.2. Sản xuất protein đơn bào từ d ịch chiế t đu đủ [4]: Đu đủ là loại cây trồng cho hàm lƣờng đƣờ ng rất cao, trồng phổ biến ở nhiều nƣớ c nhiệt đới, tăng trƣởng nhanh và năng suấ t cao. Dịch chiết đu đủ đƣợ c dùng làm cơ chấ t sản xuất protein sử dụng Saccharomyces cerevisiae là loại nấm men có trong các qu ả đu đủ thối. Theo nghiên cứu của C. Maragatham and A. Panneerselvam ta có đƣợ c môi trƣờ ng nuôi cấy tối ƣu của nấm men trong môi trƣờ ng dịch chiết đu đủ . B1: Sơ chế Đu đủ đƣợ c rửa sạch với nƣớ c khử trùng và gọt vỏ, bỏ ruột và hạt, làm sạch vớ i H2SO4 2% cắt thành khối và rửa lại với nƣớ c kh ử trùng, và cho vào máy xay, d ịch l ọc qua vải lọc cho chảy vào thùng chứa vô trùng cung cấp nguồn đƣờ ng và protein thô. Sau đó bổ sung thêm nito. B2. Nuôi cấy tạo sinh khối Theo nghiên cứu trên, môi trƣờ ng nuôi cấy có bổ sung thêm (NH4)2HPO4 và thử nghiệm vớ i các nồng độ pha loãng môi trƣờng khác nhau để thu đƣợ c nguồn sinh khối lớ n nhất. Ở lƣợng pha loãng 200ml nƣớc, lƣợ ng tế bào nấm men thu đƣợ c là nhiều nhất. Qua kết quả phân tích sinh khối thu đƣợ c 34.0% protein, 40.0%, sacchride, 0.003% lipids, 9.54% độ ẩm và 0.14% tro.

21


Ngày nuôi

Sản xuất Protein đơn bào Mẫu pha loãng

Mẫu không pha loãng

200ml

400ml

600ml

1

9.20x108

1.22x108

7.23x105

7.73x104

2

8.60x108

1.28x108

4.36x105

3.27x104

3

7.51x108

9.31x107

5.28x104

4.30x103

4

4.63x108

8.25x107

3.55x103

8.48x102

5

4.14x108

8.27x106

4.16x103

5.22x102

Bả ng 9: Sinh khối Saccharomyces cerevisiae thu đượ c ở các môi trườ ng pha loãng

ở nồng độ và thể tích khác nhau 2.1.3. Sản xuất protein đơn bào từ d ịch kiề m sulfit

Dịch kiềm sufit: Nƣớ c thải các nhà máy giấy xenluloza theo phƣơng pháp sunfit gọi là dịch kiềm sunfit (SWL-Sunfit Waste Liquors) cũng là nguồ n nguyên liệu t ốt để sản xuất nấm men. Thành phần hydrocacbon của nó chủ yếu là đƣờ ng pentoza, một loại đƣờ ng chỉ có nấm men mớ i chuyển hoá tốt. Ngoài ra còn có linhin, phi xenluloza, một số axit hữu cơ … Khi sử dụng d ịch kiềm sunfit cần ph ải đƣợ c làm nóng và thông khí trƣớ c khi nuôi nấm men để loại bảo các yếu tố kiềm hãm (SO2 và furfurol). Bổ sung chất dinh dƣỡ ng vào dịch thải trên (nhƣ NH4+ và PO4 --), điều chỉnh pH về khoảng 5 sẽ đƣợc môi trƣờ ng nuôi cấy nấm men khá tốt và lƣợ ng sinh khối n ấm men sinh ra sau quá trình lên men có ch ất lƣợng đáng kể vớ i các thành phần nhƣ sau: protein (46% chất khô), lipit (7-8%), photpho (1,8%), axit nucleic (10%)… Ngƣờ i ta tính rằng khoảng 5 tấn bột xenluloza để sản xuất giấy sẽ thải ra một lƣợ ng dịch kiềm sunfit chứa tới 180 kg đƣờ ng. Dịch này hấp phụ nhiều O2 nên khi nuôi cấy nấm men có th ể giảm mức cung cấp oxi tớ i 60% so với bình thƣờ ng.

Nguyên liệu là kiềm sunfit, chủng nấm men sử dụng là Cryptococus diffluens, Candidas tropicalis, Candidas utilis. 2.1.4. Sản xuất protein đơn bào từ nguyên liệu sừng động vật [5]

Sừng thu đƣợ c từ lò mổ ở Erzurum đã đƣợ c thủy phân bằng phƣơng pháp vậ t lý và hóa học. Thành phần g ồm có protein, nitơ, tro, mộ t s ố khoáng chất, đƣờ ng t ổng s ố và axit amin đã đƣợc xác đị nh và thấy r ằng nó có đủ nguyên liệu hữu cơ và vô cơ để cho phép sử dụng nhƣ là một nguồn cơ chấ t trong sản xuất protein đơn bào. Dung dị ch

22



thủy phân sừng thô đã đƣợ c làm giàu bằng cách bổ sung chiết xu ất n ấm men, glucose và KH2PO4. Các ảnh hƣở ng của các nồng độ khác nhau (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10%) trên tăng trƣở ng c ủa C. utilis đƣợc điề u tra và 4% c ủa CHH (Horn Broth = HB) đƣợ c tìm thấy là tối ƣu. Năng suấ t sinh khối của C. utilis và hàm lƣợ ng protein của nó là 6,8 g l-1 và 49,8%. Mặt khác, sinh khối có chứa chất béo 5,4%, 5,94% RNA, DNA 1,53% và tro 9,7%. Sinh kh ối có chứa t ất c ả các axit amin thi ết yếu. Kết quả đã chứng minh rằng sừng có thể đƣợ c sử dụng nhƣ là mộ t nguồn cơ chất trong việc sản xuất protein đơn bào. Tạo môi trƣờ ng: 35gr bột sừng đã đƣợ c ngâm tẩm vớ i 50 ml dung dịch HCl 6 N. Hỗn hợ p ủ ở 80oC trong 24 giờ . Vào cuối của giai đoạn này, hỗn hợp đƣợ c ủ ở 130oC trong 1 giờ và thêm vào 100 ml nƣớ c kh ử ion. Sau đó đã đƣợ c làm lạnh và điều chỉnh pH đến 7 bằng 10 N NaOH. Đƣợ c lọc hai lần thông qua giấy lọc Whatman No.1. Khối lƣợng tăng đế n 400 ml bằng nƣớ c khử Ion. Các dịch lọc đƣợ c gọi là sừng thủy phân (CHH) và đƣợc lƣu trữ tại 4oC. CHH đƣợc pha loãng để giảm n ồng độ của chất ức chế. Các nồng độ khác nhau (1-9 và 10%) c ủa CHH đã đƣợ c làm giàu bằng cách thêm 0.1% dịch chiết xuất nấm men (Difco, Mỹ), đƣờ ng 1% (Oxoid, Anh) và 0,1% KH2PO4. 3H 2O (Difco, Mỹ). D ịch pha loãng đƣợ c g ọi là dịch s ừng (HB). pH của môi trƣờng đã đƣợc điề u chỉnh đến 5 với 1 N HCl, đƣợ c tiệt trùng và sử dụng. -1

Thờ i gian nuôi (h)

Sinh kh ối (g l )

24

3.4

48

5.6

72

6.8

Bả ng 10: Sinh khối thu đượ c sau các khoả ng thờ i gian khác nhau

Thành phần

-100

gg

Protein tổng số

49.8

Lipit tổng số

5.4

Ash

9.7

RNA

5.94

DNA

1.53

ỷ l ệ phần trăm thành phầ n sinh khố i Bả ng 11: T 2.1.5. Sản xuất protein đơn bào từ nguyên liệu d ầu mỏ và khí đố t:

23



Vấn đề lựa chọn các chủng vi sinh vật có hoạt lực sinh tổng hợp cao để dùng trong sản xuất có một ý nghĩa quan trọ ng. Trong công nghiệp sản xuất protein từ dầu mỏ và khí đốt, phải chọn các chủng đáp ứng đƣợ c các yêu cầu sau: Có khả năng sử dụng tốt nguồn nguyên liệu hydrocacbua dùng trong sản xuất. Sinh trƣở ng nhanh chóng, cho s ản lƣợ ng cao trong thờ i gian ngắn, không đòi hỏi các yếu tố sinh trƣở ng bổ sung trong sản xuất lớ n. Có đặc điể m hoá học và nuôi cấy ổn định, có hàm lƣợ ng protein cao, ch ứa đầy đủ các axit amin c ần thiết, không có độ c tố và phải đƣợc độ ng vật đồng hoá tốt. Phần lớ n các chủng nấm men có sản lƣợng cao trên cơ chất hydrocacbua đƣợ c phân lập t ừ những m ẫu đất và bùn ở những nơi có mỏ dầu ho ặc chung quanh các nhà máy chế biến dầu mỏ.  



Chỉ những phần dầu mỏ nhất định mới đƣợ c vi sinh vật đồng hoá nhƣ: 

Các alkan (paraphin) v ớ i chiều dài chuỗi C10 - C20



Các alkin, anken, hydrocacbon thơm.



Các parafin chuỗi ngắn còn lại trong phần dầu mỏ có nhiệt độ nóng chảy thấp.



Sử dụng n-parafin tinh khiết đƣợ c tách từ mỏ dựa trên các nguyên t ắc sang phân tử làm cơ chất có ƣu điể m là nguồn C bị tiêu thụ hoàn toàn và không để lại những cacbua hidro độ c. Cơ chế của sự hấp thụ ankal cho đến nay cũng chƣa đƣợ c làm sáng tỏ đầy đủ.

So v ớ i các tế bào sinh trƣở ng trên glucoza thì n ấm men nuôi trên cacbua hidro có màng tế bào dày hơn và có nếp nhăn.. Tuy nhiên các tế bào này không gặp khó khăn gì trong việ c h ấp th ụ những cơ chất không tan trong nƣớc đƣợ c b ổ sung vào môi trƣờ ng vớ i nồng độ 2 - 4%. Đối vớ i các khí đốt, ví dụ nhƣ metan, khi sử dụng làm nguồn carbon trong nuôi cấy dễ tạo thành hỗn hợ p dễ cháy nổ, vì vậy để khắc phục những nhƣợc điể m đó, có thể sử dụng methanol thu đƣợ c t ừ metan nhờ sự oxy hoá hoá học. Methanol có những ƣu điểm sau: 

Methanol dễ tan trong nƣớ c nên có thể dùng ở nồng độ cao hơn (2-3%).



Nhu cầu oxy của sự đồng hoá methanol là th ấp hơn.



Có thể dùng nấm men để đồng hoá methanol. Mà n ấm men có kích thƣớ c tế bào lớn hơn vi khuẩn nên năng lƣợ ng cần thiết cho quá trình li tâm tách sinh kh ối ít hơn so vớ i vi khuẩn sử dụng để đồng hoá metan. Tính kinh tế cao hơn.

24



Tuy nhiên dùng methanol có nhƣợc điể m sau: 

Methanol đắt hơn nhiề u so vớ i metan ho ặc khí thiên nhiên.



Thu hoạch đƣợc lƣợ ng sinh khối tế bào từ methanol thấp hơn từ metan.

Các chủng nấm men thƣờng đƣợ c sử dụng là Candida, Cytomyces, Debaryomyces. Endomyces, Hansemula, Monolia, Scopuloriopsis. 2.1.6. Sản xuất protein đơn bào từ một số nguồn nguyên li ệu khác 



Các nguồn xenluloza thực v ật (g ỗ, rơm, rạ bã mía, lõi ngô..) đƣợ c chú ý nhiều trong sản xuất nấm men. Trƣớ c hết cần phải thuỷ phân xenluloza bằng axit hoặc bằng enzim. Nếu dùng gỗ thì thƣờ ng phải thuỷ phân bằng axit sunfuric. Nƣớ c thải của nhà máy chế biến sữa, còn gọi là nhũ thanh (lactoserum): trong quá trình lên men lactic để chế biến phomat, sau khi kết t ủa cazein ra kh ỏi s ữa, phần còn lại g ọi là nhủ thanh có chứa lactoza, protein, axit lactic, axit béo, m ột số vitamin và muối khoáng. Ngƣờ i ta chọn ch ủng nấm men thích h ợp để có thể thuỷ phân đƣợ c liên kết β-galactozidaza và thu đƣợ c sinh khối nấm men dạng khô có thành phần protein thô khoảng 32%, lipit 4-5%, lacto kho ảng 23%. Chủng nấm men C.utilis và C.pseudotropical rất thích hợp trong môi trƣờ ng trên đây.

Nếu sử dụng lactoserum (nhũ thanh sữ a) thì chủng nấm men đặ c chủng là Torula cremoris, T. lactosa. 

Bột ngũ cốc: là nguồn sản xuất sinh khối nấm men rất tốt. Bột hoặc tinh bột dùng vào mục đích này trƣớ c tiên phải tiến hành thu ỷ phân bằng axit hoặc bằng enzim của mầm mạ hoặc enzim của vi sinh v ật để biến các polysacarit thành các dạng đƣờ ng mà nấm men có thể đồng hoá đƣợ c. Đối vớ i nguyên liệu tinh bột hay nƣớ c thải tinh bột, dùng chủng nấm men tƣơng ứng là Endomycopis fibuligera hoặc phối hợ p gi ữa Endomycopis vớ i Candidas tropicalis.

Trong trƣờ ng hợ p dùng nấm men Saccharomysces cerevisiae thì có thể kết h ợ p chƣng cất thu lấy cồn từ dịch thải sau khi tách sinh kh ối. Nhƣ vậ y trong dây chuyền công nghệ cần phải trang bị thêm bộ phận chƣng cất. Dịch ly tâm đƣợc đƣa vào hệ li tâm tách (separator) và d ịch thải sau khi đƣợc tách ra đƣợ c chuyển đến khâu chƣng cấ t.

25



2.2. Quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm men

2.2.1. Quy trình chung

Môi trƣờ ng nuôi cấy chiết xuất từ các thành phần khác nhau đƣợ c sử dụng để nuôi nấm men thu sinh khối. Thành phẩm đƣợ c tách ra khỏi dịch nuôi cấy bằng phƣơng pháp ly tâm và sấ y khô. 2.2.2. Quy trình áp d ụng cho t ừ ng loại nguyên liệu như sau:

2.2.1.1. Nguyên liệu từ rỉ đƣờ ng: Rỉ đƣờng sau khi đƣợ c xử lý nhƣ trên sẽ pha loãng với nƣớ c khử trùng, dung dịch đƣợc đem đi thanh trùng để loại bỏ vi sinh vật gây hại và bổ sung muối vô cơ để tạo thành môi trƣờng dinh dƣỡ ng. Nấm men đã đƣợ c nhân giống sẽ đƣợ c nuôi trong môi trƣờng trên để thu sinh khối. Tách lấy sinh khối bằng phƣơng pháp ly tâm. Lấ y phần kết tủa ở dƣớ i và sấy khô, phần dịch thải bỏ. 2.2.1.2. Nguyên liệu tinh bột Từ nguyên liệu tinh bột hoặc có ch ứa xenlulose đƣợ c thủy phân bằng enzyme xenluloza hoặc amilaza t ạo môi trƣờng dinh dƣỡng để nuôi thu sinh khối. Ly tâm để tách lấy sản phẩm. 2.2.1.3. Nguyên liệu từ dầu mỏ. Qui trình công nghệ sản xuất sinh khối nấm men cụ thể từ dầu mỏ thô và parafin tinh khiết cũng tƣơng tự nhau. Tuy nhiên dùng d ầu mỏ thô thì đòi hỏ i qui trình công nghệ phức tạp hơn, mặc dù giá thành tƣơng đố i rẻ hơn. Dùng parafin thì khâu tách nấm men có th ể bỏ bớ t khâu tẩy rửa bằng dung môi hữu cơ vì thự c tế paraffin đƣợ c nấm men sử dụng hoàn toàn. 2.2.2. Quy trình s ản xuất protein đơn bào từ nấ m men trong công nghi ệ p

Ở đây, lấy ví dụ quy trình sản xuất protein đơn bào trong công nghiệ p từ nguyên liệu là xenluloz

Xử lý nguyên liệu và chuẩn bị môi trƣờ ng Đối v ớ i các nguyên li ệu ban đầu dùng để sản xu ất protein đơn bào từ nấm men cần phải đƣợ c xử lý sơ bộ. Sau đó tiến hành pha chế môi trƣờ ng. Tuỳ từng loại nguyên liệu và chủng vi sinh vật nuôi cấy, có các thành ph ần môi trƣờ ng thích hợ p. Nói chung, ngoài nguồn cơ chất cơ bản là nguồn cacbon ra, cần đƣa vào môi trƣờ ng nguồn nitơ, photpho, kali, magiê, các nguyên t ố khoáng khác nữa. Nguồn nitơ thƣờ ng là các muối sunfat, nguồn photpho là supephotphat, K – KCl, Mg – MgSO4. Có thể dùng amoniac

26



để giữ pH xác định. Trong quá trình lên men còn c ần nguồn ch ất sinh trƣởng nhƣ cao ngô, cao nấm men, hoặc các dịch thuỷ phân khác …

Các thành phần môi trƣờng đƣợ c hoà tan, l ọc bỏ cặn, điều chỉnh pH đến 4,8 – 5,2 bằng axit sunfuric hoặc axit clohydric (đố i với môi trƣờ ng rỉ đƣờ ng thì pH là 4,2 – 4,5). Thực vật đƣợ c thủy phân bằng H2SO4 nồng độ 0.5-0.6%, nhiệt độ 179-190oC trong các bể chứa lớn. Sau đó, đƣợ c trung hòa b ằng sữa vôi và làm trong. Ở các bể làm trong thƣờ ng có các cách khu ấy và ống thông khí, nh ờ đó các chất ức chế dạng bay hơi nhƣ fucfurol, SO sẽ đƣợ c loại bỏ. Sau khi đã đƣợ c trung hoà và làm trong, d ịch l ỏng còn nóng sẽ đƣợ c làm nguội đến nhiệt độ 30 – 32 oC, rồi pha loãng đến một nồng độ đƣờ ng thích hợ p cho nấm men và tùy theo yêu c ầu mà bổ sung các muối vô cơ. Tách sinh khố i thu đƣợ c nhờ quá trình lên men trên, dịch thải sẽ đƣợ c tinh chế, chƣng cấ t thành c ồn ethanol.

Thu hồi sinh khối: Bọt và sinh khối tràn ra ngoài trong quá trình lên men đƣợc tách trƣớ c tiên theo phƣơng pháp tạ o thành bọt cùng vớ i sinh khối trào ra ngoài r ồi đƣa đi li tâm tách. Bọ t và sinh khối tràn ra ngoài đƣợ c thu gom lại đi xử lý bằng phƣơng pháp tuyển nổi (flotation) rồi đƣa đi li tâm qua các máy li tâm tách (Seprator), cô đặ c ở chân không. Sinh khối đƣợc đƣa vào sấ y ở máy sấy 2 trục hoặc sấy phun. Trong tế bào nấm men kể cả vi khuẩn, có nhiều vitamin nhóm B (trừ vitamin B12): tiamin, riboflavin, axit niconitic, axit folic, đặ c biệt rất giàu tiền vitamin D2 (ergosterin). Dƣớ i ánh sáng tia t ử ngoại (tia cực tím) ergosterin s ẽ chuyển thành vitamin D2. Vì v ậy trƣớc khi đóng gói sản phẩm sinh khối nấm men đƣợ c chiếu tia tử ngoại để vitamin hoá sản phẩm.

27



Hình 2: Mô tả quy trình sả n xuấ t protein từ nấ m men trong công nghiệ p

Chú thích: 1. N ồi lên men. 2. Thùng tuy ể n n ổi.

3. Bơm. 4. Bình tách khí. 5. và 8. Li t âm tách I và II. 6. Thùng ch ứa men. 7. Bơm nướ c. 9. Thùng chứa men đặc. 10. Bình điề u chỉ nh nhiệ t liên tụ c. 11. Thùng tập trung men trước khi cô đặ c. 12. Thiế t b ị cô đặ c chân không. 13. Thiế t b ị tạ o chân không. 14. Thùng chứa men trướ c khi sấ y. 15. Sấ y phun. 16, 17. Cát xiclon. 18. Thùng tàn trữ

Về cơ bản đối v ớ i các loại nguyên liệu khác sản xu ất protein từ nấm men cũng dựa trên các bƣớc nhƣ trên. Chỉ khác nhau về bƣớ c tổng hợp môi trƣờ ng nuôi cấy ban đầu. Riêng quy trình s ản xuất từ khí đốt có nhiều khác biệt, cụ thể nhƣ sau: Quá trình nuôi cấy: 



Parafin nóng (50-600C) đƣợ c liên tục cho vào thùng lên men, n ồng độ paraffin trong môi trƣờng ban đầ u là 1,5 -2 % thể tích. Sự tích tụ sinh khối nấm men trong th ờ i gian nuôi cấy có thể thực hiện trong hai nồi lên men: - Lên men chính: ở nồi thứ nhất; đƣợ c thổi khí mạnh.

28



- Lên men ph ụ: có thổi khí nhƣng yếu hơn. Nếu so sánh quá trình lên men sinh kh ối trên môi trƣờ ng chứa parafin vớ i môi trƣờ ng hydratcacbon, chúng ta th ấy có những điểm giống và khác nhau sau đây: 





Nuôi cấy nấm men trên môi trƣờ ng chứa paraphin thƣờ ng phải thổi khí mạnh gấp 2,6 - 2,8 lần so vớ i khí nuôi cấy nấm men trên môi trƣờ ng hydrat cacbon. Sự sinh trƣở ng của vi sinh vật trên hidrocacbua ph ụ thuộc vào pH cũng giố ng nhƣ khi nuôi trên môi trƣờ ng sacaroza (pH = 5-6). Tuy nhiên, có th ể ở trị số pH thấp hơn để tránh tạp nhiễm. Khi sinh trƣở ng trên hydrocacbua, n ấm men toả nhiệt hơn và yêu cầ u v ề thanh trùng không chặt chẽ nhƣ khi nuôi trên môi trƣờ ng sacaroza.

3. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm mốc:

Nấm mốc là những cơ thể đa bào, dị dƣỡ ng. Hoại sinh trên môi trƣờ ng giàu chất hữu cơ. Có chứ a vitamin nhóm B, ch ứa chừng 30-60% protein. Hàm lƣợ ng metionin và tryptophan thấp, còn có các axit amin khác tƣơng tự nhƣ protein tiêu chuẩ n của FAO. Các giống nấm mốc có hàm lƣợ ng protein cao là Fusarium, Rhizopus, Penicillium, Aspergillus . Nhƣ đã nói, nấ m mốc ít đƣợ c dùng trong sản xuất protein. Hiện nay chỉ có một số cơ sở sản xuất nhƣ United Parer rills ở Phần Lan, công su ất 10.000tấn/năm, nguyên liệu chính là nƣớ c sunfit, RHM Foods ( 10.000t ấn/năm ) và Tate anotty1 (4.000tấn/năm) đề u ở Anh.

Các lý do sử dụng nấm mốc để sản xuất protein: 

Sản ph ẩm t ạo thành có dạng s ợi nhƣng dễ dàng chuyển thành các d ạng k ết c ấu khác



Nấm mốc có thờ i gian tồn tại khá lâu trong hệ thống tiêu hóa



Protein thu đƣợ c rất lớ n, chiếm đến 50% thành phần.



Chi phí sản xuất thấp.

Tuy vậy, nó vẫn có nhƣợc điể m là: 

Tốc độ tăng trƣở ng chậm hơn so vớ i các vi sinh vật khác



Có nguy cơ gây ô nhiễ m



Một số loài có chứa chất độc nên cần đƣợ c sàng lọc kỹ.

29



3.1. Sản xuất protein đơn bào từ chất thải công nghiệp:

B.Volesky và H.Zajic [6], đã phân lập đƣợ c từ nƣớ c từ chủng mốc thuộc chi Graphium, chủng này có ch ứa tới 52% protein, trong đó có 16 axit amin, met hionine chiếm 1% so vớ i protein thô, lysine chi ếm đến 7,7%, các axit amin không thay th ế khác đều có hàm lƣợng tƣơng đƣơng vớ i protein tiêu chu ẩn, trừ isoleucine. Chủng mốc này có khả năng đồng hoá etan, metan và đã đƣợc nuôi trong môi trƣờ ng chứa hỗn hợ p hai nguyên liệu này để thu sinh khối, sử dụng amoni sunphat làm nguồn nito.

Ngƣờ i ta vẫn thƣờ ng thu hệ sợ i nấm mốc, trong quá trình s ản xuất các chất kháng sinh, các enzim, axit xitric … dƣớ i dạng sản phẩm phụ của nhà máy, nhằm sử dụng protein, vitamin, enzim có trong đó vào nhữ ng mục đích khác nhau. Nhƣợc điể m của sinh khối n ấm mốc thu theo phƣơng pháp này là nhanh bị hƣ hỏng, vì vậy phải chú ý khâu s ấy ngày sau khi đã tách sinh khố i ra khỏi dây chuyền công nghệ. Trong công nghiệp kháng sinh, ngƣờ i ta có thể thu đƣợ c sinh khối hệ sợ i gần 17% các chất chứa nitơ, trong số đó các chấ t chứa nitơ đồng hoá khoảng 14%, gần 10% protein tiêu hoá, 2% chất béo, 2,5% chất xơ … sinh khố i này có th ể sử dụng trong chăn nuôi. 3.2. Sản xuất protein đơn bào từ rác thải nông nghiệp từ phần bỏ đi của quả

Phần rác thải trong nông nghiệp, c ụ thể là những phần không sử dụng làm thực phẩm của qu ả, thân, rễ sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trƣờ ng nếu không đƣợ c x ử lý tốt. Sử dụng các loại này có th ể dùng làm môi trƣờ ng tạo protein từ nấm mốc sẽ đem lại nguồn dinh dƣỡ ng rất lớ n và có thể góp phần bảo vệ môi trƣờ ng. Theo M. Khan và cộng sự [7], Rhizopus oligosporus có khả năng phát triển trên các phần b ỏ đi của qu ả nhƣ: phần th ừa t ừ đu đủ, v ỏ dƣa chuột, v ỏ quả lựu và cùi dƣa hấu. Các phần thừa này đƣợ c rửa sạch và đem đi khử trùng ở 121OC và áp suất 15 Psi trong 15 phút. Sau khi đƣợ c làm mát, nguyên li ệu đƣợc cho vào các đĩa petri đã khử trùng và cấy Rhizopus oligosporus. Các tấm sau đó đƣợ c ủ ở 28 ± 1 º C trong 5-7 ngày. Sau khi tăng trƣở ng, sợ i nấm đƣợ c lọc trên giấy lọc (Whatmann số 1) và rửa sạch bằng nƣớ c cất để loại bỏ các hạt nếu có. Các giấy t ờ lọc có chứa các sợ i nấm đã đƣợ c sấy khô ở 90 ± 2 º C trong 24 giờ để loại bỏ độ ẩm. Kết quả thu đƣợ c là hệ nấm phát triển trên dịch đu đủ là thu đƣợ c sinh khối lớ n nhất. Cơ chất

Sản phẩm sinh khối (mg/100g c ủa cơ chất)

Phần thừa của đu đủ

59.5

30



Vỏ dƣa chuột

57.3

Vỏ dứa

48.0

Hạt lựu

51.6

Cùi dƣa hấu

43.2

Bả ng 12: Mô tả sinh khối thu đượ c từ các môi trườ ng khác nhau củ a Rhizopus oligosporus

4. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nhóm vi sinh vật quang hợp 4.1. Nhóm vi sinh vật quang hợp- nguồn cung cấp protein. Trong những thập niên gần đây, đã có nhiề u nghiên cứu để việc tìm ra nguồn protein thay thế sử dụng nhƣ là nguồn cung cấp thức ăn trƣớ c tình trạng không đủ nguồn protein cung cấp trong tƣơng lai. Khái niệm protein đơn bào (SCP) đƣợ c dùng để chỉ việc sản xuất protein từ sinh vật lƣợ ng hay sinh kh ối, bắt đầu từ các nguồn vi sinh vật khác nhau, ch ẳng h ạn nhƣ các nhóm di dƣỡng nhƣ nấ m, hay tảo và một s ố vi khuẩn quang hợ p.

Tuy nhiên, trong bữa ăn hằng ngày của chúng ta, giá tr ị dinh dƣỡ ng là một danh sách dài các ch ất c ần thiết, không chỉ có protein mà còn có các ch ất dinh dƣỡ ng khác nhƣ chất béo, carbohydrate, ch ất khoáng, vitamin, các ch ất vi lƣợ ng...Nguồn nguyên liệu từ các vi sinh v ật quang tự dƣỡ ng không chỉ có protein mà còn có hằng loạt các chất dinh dƣỡ ng c ần thiết khác, vì th ế, cho đế n nay, các công ngh ệ tiên tiến trên toàn thế giới đã đƣợ c sử dụng trong sản xuất đại trà các tvi sinh v ật quang tự dƣỡ ng. 4.1.1. Phân tích thành ph ần hóa học.

Nhiều phân tích v ề các thành phần hóa học cơ bản nhƣ lipid, protein, carbohydrate từ các loại vi sinh vật quang hợp khác nhau đã đƣợ c công bố (Bảng 13). Nhìn chung, thánh ph ần protein chiếm lƣợng đáng kể (có thể nói là nhiều nhất) trên cả trọng lƣợ ng tế bào, đây có lẽ là nguyên nhân khiến chúng đƣợ c coi là ngu ồn protein thay thế vô cùng phong phú.

31



Bả ng13: Thành phầ n hóa họ c trong các VSV quang hợ p

Tuy nhiên, ngoài những thành phần kể trên, chỉ một vài loài chính đƣợ c chọn để sản xuất trên quy mô l ớ n, ví dụ nhƣ tảo lục Chlorella sp. Và Scenedesmus obliquus và các khuẩn thuộc h ọ Cyanophyta nhƣ Spirulina sp. và Anthrospira sp. Chlorella là tảo đơn bào hình cầ u, nhân thực và có đƣờ ng kính từ 5-10µm. Tảo xanh Scenedesmus cũng có kích thƣớc tƣơng tự nhƣng gồm cụm 4 tế bào vớ i nhau. Spirulina và Anthrospira là những sinh vật đa bào, dạng sợ i, xoắn ốc, quang hợ p và chiều dài có thể đạt t ới 0.5m, chúng trƣớc đây đƣợ c phân loại vào tảo xanh, tuy nhiên ngày nay chũng đƣợ c xếp vào nhóm vi khu ẩn do cấu trúc nhân sơ. 4.1.2. Đặc tính c ủa protein sản xuấ t t ừ các vi sinh v ật quang hợ p.

Trƣớc đây ngƣời ta đánh giá hàm lƣợ ng protein từ tảo thông qua việc thủy phân sinh khối tảo và định lƣợng hàm lƣợ ng nito tổng số. Chính vì vậy mà hàm lƣợ ng protein đƣợc đánh giá quá cáo trong khi thự c tế nguồn nito còn có trong các acid nucleic, các amin, glucosamine và các v ật liệu cấu t ạo thành tế bào… Theo nhƣ thố ng kê thì hàm lƣợ ng nito không chứa trong protein c ủa Scenedesmus obliquus là 12%, Spirulina 11.5% và Dunaliella 6%. Chất lƣợ ng của protein đƣợc đánh giá qua thành phần, t ỷ lệ và s ự có mặt của các acid amin có trong nó. Bảng 14 thể hiện thành phần acid amin có m ặt trong một số loại tảo và vi khuẩn quang hợ p vớ i một số mẫu thực phẩm giàu protein hằng ngày và hàm lƣợ ng hợ p lí theo thiêu chu ẩn của WHO/FAO. Có 3 chỉ tiêu đánh giá về protein trong tảo và vi khuẩn quang hợp đó là định lƣợ ng giá trị sinh học (BV), hệ số tiêu thụ (DC) và NPU (the net protein utilization= BVxDC). Tuy nhiên, các thành ph ần của tế bào nhƣ cellulose chiế m t ớ i 10% trọng lƣợ ng khô, gây ra nhứng vấn đề trong việc tiêu dùng hay s ử dụng sinh khổi từ tảo, vì đây là nhữ ng phần con ngƣời và các độ ng vật không nhai l ại không thể tiêu hóa đƣợc. Do đó, các

32



phƣơng pháp hiệ u qu ả làm phá vỡ tế bào để thu lấy protein cũng nhƣ thành phầ n khác là cần thiết để cho các enzyme tiêu hóa.

Bả ng 14: Các thành phầ n aminoacid trong tả o và mộ t số thự c phẩ m.

Bả ng 15: So sánh mộ t số chỉ số về hàm lượ ng protein trong mộ t số loài tả o.

Có nhiều nghiên cứu về ảnh hƣở ng của việc xử lí sau thu hoạch trên khả năng tiêu thụ của nhiều loại tảo b ằng PER ( protein efficiency ratio) trong sinh khối đã xử lí, nêu ra những vai trò quan trọng trong quá trình chế biến sinh khối của các vi sinh vật quang hợ p (Bảng 15). 4.1.3. Ứ ng d ụng và vai trò c ủa protein t ừ t ảo và vi khuẩ n quang hợ p.

Các mặt hàng thực ph ẩm muốn đƣợc coi là an toàn cho ngƣờ i tiêu thụ phải tr ải qua các bƣớ c thử độc tính, điều này đặ c biệt áp dụng vớ i nguồn protein từ có nguồn gốc t ừ các vi sinh vật quang hợ p. Các thử nghiệm đã chứng minh không có b ất kì tác hại nào của nguồn protein này vớ i s ức kh ỏe con ngƣờ i, không những thế, đây thực s ự là những thực phẩm đầy hứa hẹn vớ i những protein mớ i. Nhìn chung là chất lƣợ ng các loại protein từ nhóm này là nhƣ nhau, và thậ m chí nhiều loại còn cao cấp hơn so vớ i protein thực vật thông thƣờ ng. Mặc dù chƣa làm lƣợng protein cao, nhƣng dạ ng tảo khô lại không đạt đƣợ c tầm quan trọng đáng kể nhƣ các thự c ph ẩm khác. Vấn đề chính là do các lo ại này bột, màu sắc xanh và vị tanh của nó, làm hạn chế sự kết hợ p của tảo vớ i các thực phẩm

33



thông thƣờ ng. Nhiều thử nghiệm đƣợ c ti ến hành nhằm c ải bi ến hay tổ hợ p lại các vật liệu từ tảo hay các vi khu ẩn quang hợ p vớ i các mặt hàng thực phẩm phổ biến bằng các cách nhƣ nƣớ ng, trộn..tuy nhiên thì cũng rất khó khăn. Chăng hạn nhƣ chỉ có thể có một lƣợ ng nhỏ tảo cho vào bánh, nhào trộn đều bột và mùi trở nên khó chịu hay khi trộn vào mì khiến nó có màu nâu không b ắt m ắt…Tuy nhiên, ngày nay trên thi trƣờ ng có rất nhiều thực ph ẩm chức năng có thành phầ n là các vi t ảo, đƣợc đóng gói bán nhƣ là thuốc chữa chống lại mọi chứng bệnh, trừ các bệnh do suy dinh dƣỡ ng protein.

Việc s ử dụng tảo làm thức ăn cho độ ng vật ngày càng ph ổ biến. M ột lƣợ ng l ớ n các giá trị dinh dƣỡng và độc hại chỉ ra sự thích hợ p của các sinh khối tảo nhƣ là nguồn bổ sung dinh dƣỡ ng thay thế nguồn protein thông thƣờng nhƣ thịt, cá, đậ u tƣơng… Hiện nay, việc áp dụng nguồn dinh dƣỡng này đem lại cho nhà chăn nuôi nguồn lợ i kinh tế lớ n, chẳng hạn nhƣ trong chăn nuôi gia cầm khi trộn tảo vào khẩu phần ăn hay là việ c sử dụng các vi tảo trong nuôi trồng thủy sản. 4.2. Ứng dụng trong sản xuất SCP

Chính vì những đặc điể m và vai trò của các vi sinh vật quang hợ p kể trên mà chúng đƣợ c áp dụng vớ i các quy mô l ớ n trong việc sản xuất nguồn protein hay thế. Mặc dù đây là nhữ ng sinh vật quang tự dƣỡ ng có thể phát triển một cách tự nhiên, nhƣng để đem lại hiệu suất lớ n, cần có những đầu tƣ trong công nghiệ p vớ i các quy trình tiên tiến nh ằm nâng cao hơn nữa năng suấ t, mà thực chất là thu đƣợ c càng nhiều sinh khối của chúng đồng nghĩa vớ i việc tạo điều kiện tối ƣu cho chúng phát triể n. Ở một số quốc gia, tảo đƣợ c nuôi cấy trên quy mô l ớn trong các ao nƣớ c thải giàu oxy trong điề u kiện ánh sang mặt trờ i hay hệ thống chiếu sáng nhân tạo để mở rộng không gian sản xuất.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến sản xuất sinh khối. -

Thờ i gian chiếu sáng Cƣờng độ ánh sáng Nguồn cung cấp CO2 Nguồn nito Các tế bào đang phát triển để duy trì các tế bào trong trạng thái lơ lử ng

Sự nuôi lấy sinh khối tảo bắt đầu từ nhiều nƣớc nhƣ Nhậ t Bản, Đức, Mexico, Ấn Độ… Ở Ấn Độ, vi ện nghiên cứu công nghệ môi trƣờ ng quốc gia (NEERI) Nagpur đã phát triển kĩ nghệ nuôi cấy tảo trong hệ thống ao thải giàu oxy (Hình 3)

34



Hình 3 : Sơ đồ dòng nuôi cấy tảo trong các bể nước thải có sự oxy hóa và

khả năng ứng dụng của sinh khối tảo

Việc thu hoạch sinh khối tảo có nhiều vấn đề bở i vì sự lắng xuống của các tế bào ở đấy và việc pha trộn môi trƣờ ng nuôi cấy. Các tế bào đƣợ c thu hồi bằng cách ly tâm (phân tách), lo ại nƣớ c và làm khô. Đôi khi 1 số chất kết tủa nhƣ nhôm sunfat, canxi hydroxide và các polymer có tính cation đƣợc thêm vào môi trƣờng nhƣng chúng không stheer tách ra kh ỏi các tế bào thu đƣợ c. Vì thế phƣơng pháp này đả m bảo việc ứng dụng các sản phẩm SCP trong thực phẩm và chăn nuôi. Các phƣơng pháp phân tách và ly tâm cũng cho phép ly tâm, kế t tủa và ly tâm cộng vớ i sự kết tủa và ly tâm đi kèm vớ i kết tủa nhƣng không khả thi về mặt kinh tế. 4.2.1. Sản xuấ t SCP t ừ vi khuẩ n quang hợ p thuộc chi Spirulina.

Việc thu hoạch các Cyanobacteria, nhóm vi khu ẩn quang hợ p, ví dụ nhƣ Spirulina sp. ít khó khăn hơn vì chúng số ng trôi nổi trên bề mặt nƣớ c vi tế bào chúng chứa các không bào chứa đầy khí, kết qu ả tạo nên các th ảm t ảo n ổi. Chúng có khả năng nữa là cố định đƣợ c nguồn nito từ khí quyển. Trong quá trình x ử lí chúng sẽ đƣợ c làm khô vớ i khí nóng tạo ra dạng bột mịn. 

Nhữ ng lợ i ích t ừ SCP Spirulina:

Việc nuôi tạo sinh khối Spirulina đam lạ i nhiều lợ i thế hơn so vớ i Chloralla và Scenedemus bở i những lí do sau:

35



- Là dạng sợ i nên Spirulina có th ể đƣợ c thu hoạch bằng các phƣơng pháp đơn giản và ít tốn kém hơn nhƣ dung màng lọ c nylon hay cotton - Các sợ i Spirulina nổi lên trên m ặt nƣớ c do có các không bào khí, vì th ế vấn đề thu hoạch đơn giản hơn. - Có rất ít khả năng bị nhiễm trong pha sinh trƣở ng của Spirula khi mà nó sinh trƣởng trên môi trƣờ ng pH kiềm, pH 8-11 - Chỉ cần làm khô trong nhiệt là có hiệu quả vì vách tế bào mỏng, trong khí đó làm khô bằng cách phun sấy là yêu c ầu bắt buộc vớ i Chlorella và Scenedesmus, r ất tốn kém. - Không gây tác d ụng phụ cho con ngƣời cũng nhƣ độ ng vật khi sử dụng. - Spirulina có tính tiêu h ủy cao do thành m ỏng và hàm lƣợ ng acid acetic th ấp (4%). Nó chƣa tỷ lệ protein dễ tiêu hóa cao (62-72%), vitamin, các aminoacid và các chất dinh dƣỡ ng khác (bảng 16)

Bảng 16: Thành phần các chất dinh dưỡng có trong Spirulina sp.

4.2.1.1. Sự nuôi cấy và sản xuất của Spirulina. a. Sản xuất tự nhiên Hầu hết các hệ thống sản xuất thƣơng mại đề u dựa trên các h ệ thống kênh nông nơi mà môi trƣờng nuôi đƣợc mix đề u b ở i các bánh chèo. Tuy nhiên, v ẫn còn một vài trƣờ ng hợ p thu sinh khối vớ i mục đích kinh tế từ các khu tự nhiên. Ví dụ nhƣ ở Mexico những năm 1967 vẫ n còn thu vớ t sinh khối c ủa Spirulina maxima t ừ khu vực hồ Texcoco, ở độ cao 2200m so vớ i mặt nƣớ c biển, trong môi trƣờ ng c ận nhiệt nơi mà nhiệt độ trung bình hàng năm khoả ng 18oC. Đây có thể coi là nhà máy cho sinh kh ối tảo lớ n nhất, dạng môi trƣờ ng nuôi cấy bán tự nhiên bao gồm việc thu sinh khối xuyên suốt ngày đêm và sinh khố i tảo tăng gấp đôi chỉ trong 3 đến 4 ngày. Lƣợng thu đƣợ c sẽ đƣợc đem lọc, phơi khô, làm đồ ng nhất và khử trùng.

36



Mặc dù các hồ này là điều kiện lí tƣở ng cho sự phát triển của tảo, nhƣng vẫ n có những yếu tố tự nhiên không kiểm soát đƣợ c dẫ tới hàm lƣợng dinh dƣỡ ng thấp. Tuy vậy, vẫn ph ải khẳng định rằng SCP ở những h ồ này hoàn toàn t ốt cho dinh dƣỡ ng c ủa cá hay 1 số động vật. b. Nuôi cấy quy mô phòng thí nghiệm. Có tám yếu tố môi trƣờ ng ảnh hƣởng đến chất lƣợ ng của Spirulina: cƣờng độ ánh sáng, nhiệt độ (30oC). kích cỡ ủ, tốc độ khuấy, các chất rắn hòa tan (10-60g/lít) , pH 8.5-10.5 . chất lƣợng nƣớ c, các ch ất đa lƣợng, vi lƣợ ng (C, N, P, K, S, Mg, Na, Cl, Ca and Fe, Zn, Cu, Ni, Co, Se) Sau đây là một số môi trƣờ ng tối ƣu cho sự phát triển của chủng nhằm sinh khối lớ n nhất.

Sử dụng nƣớ c thải nhà máy rƣợu đƣợ c phân giải kị khí (ADE) để sản xuất Spirulina platensis (ARM 730) ( Rajeev Kaushik, 2006) Tiế n hành: Chuẩn bị chủng S.platensis (AMR 730) đƣợ c giữ giống và nuôi trƣớ c trong môi trƣờ ng Zarrouk. Chuẩn bị các môi trƣờ ng pha loãng sử dụng ADE và các điều kiện nuôi cấy. Thành phần thu hồi c ủa môi trƣờng ADE và Zarrouk đƣợ c ch ỉ ra trong Bảng 17. Môi trƣờng ADE đƣợ c sử dụng với các độ pha loãng khác nhau: 5, 10, 20, 30, 50 và 70%). Môi trƣờng ADE là môi trƣờng có đủ hàm lƣợ ng N, P, K và 1 số chất dinh dƣỡ ng khác. Ở đây, môi trƣờng Zarrouk đƣợ c sử dụng nhƣ là môi trƣờng đố i chứng. 

37



Bảng 17 : Thành phần hóa học của môi trường ADE và Zarrouk

Pha loãng 3 lần mỗi lo ại ADE và chỉnh pH đến 9 với NaOH 1N và đựng trong các bình lắc, môi bình lắc này đƣợ c ủ vớ i chủng đƣợ c lấy t ừ môi trƣờng ban đầ u vớ i OD t ừ 0.8- 1 ở 560nm và 0.23µg chlorophyll/ml và ủ trong 2 tuần ở nhiệt độ khoảng 30oC , mật độ ánh sáng 2500 lux đƣợ c lấy từ các tube hu ỳnh quang trắng lạnh, chu trình 12/12 giờ sáng tối. Môi trƣờng đƣợ c lắc 2 lần 1 ngày cho đến khi thu hồi sinh khối. Phƣơng pháp phân tích: Dị ch nuôi cấy đƣợ c dồng nhất bằng máy làm đồng nhất trƣớ c kho mẫu đƣợc đánh giá các thông số khác nhau. Định lƣợ ng khối lƣợ ng khô đƣợ c thực hiện bở i việc lọc 25ml mẫu chủng đã đồng nhất qua màng lọc Whatman (đƣờ ng kính 4cm). Màng lọc đƣợ c làm khô trong không khí và chuy ển sang nhiệt độ 80oC trong 4-6 giờ . Màng lọc khô cùng vớ i sính khối sinh vật đƣợ c làm lạnh trong máy dessicator và cân. Chlorophyll tổng số đƣợc định lƣợ ng màu sắc bằng 10ml dịch đồng nhất vớ i 95% methanol. Định lƣợng protein, 0.5ml NaOH 1N đƣợ c cho vào dịch mẫu, đun cách thủ y 5 phút và protein đƣợc định lƣợng theo phƣơng pháp Lowry

38



Hàm lƣợng lipid đƣợc định lƣợ ng vớ i các thiết bị Soxhlet, sử dụng hồn hợ p chloroform và phenol (2:1) và đƣợc định lƣợ ng ở 628nm bằng phản ứng vớ i sulfophosphovanilin.

Tổng lƣợng C đƣợc định lƣợ ng bằng thang chuẩn glucose. BOD,TOC, và tổng lƣợng nito trong môi trƣờng ADE đầu tiên và dƣ thừ a sau khi nuôi cấy Spirulina đƣợc định lƣợ ng qua sử dụng SPSS cho Window version 10.0.1. K ết quả:

Các thông số thu đƣợ c trong bảng III.2.3 Sinh khối thu đƣợ c ở ADE 50% cao hơn so với môi trƣờng đố i chứng, nồng độc ao hơn củ a ADE có lẽ không thích hợ p cho sự phát triển của chủng, vì thế mà thu đƣợ c ít sinh khối.

Bảng 18: Các thông số sinh trưởng và thành phần hóa học sau khi nuôi cấy 14 ngày chủng S.platensis trong môi trường có nồng độ ADE khác nhau và môi trường đối chứng. Hàm lƣợ ng TOC và sinh khối tăng dần trong các dịch pha loãng khác nhau (5-

50%). Giớ i hạn về lƣợ ng Nito trong môi trƣờ ng ADE phản ánh sự thấp của nồng độ protein. Ngoại trừ nồng độ 50% ADE, các nồng độ khác đều có hàm lƣợ ng protein thấp hơn mẫu đối chứng. Hàm lƣợ ng C tổng s ố trong mẫu 5,10, 20 % đƣơc chỉ ra ở mức trung bình nhƣ môi trƣờng đố i chứng, nồng độ 75% chỉ ra ít nhất và cao nhất vẫn thuộc loại 50%.

39



Tỉ lệ C/P khi nuôi S. platensis cao hơn so với môi trƣờ ng Zarrouk và khi n ồng độ ADE giảm, tỷ lệ C/P cũng giảm (Hình 4) Không có sự khác biệt về lƣợng chlorophyll thu đƣợ c. Vì ánh sáng không đổi nên hàm lƣợ ng lipid tạo ra phụ thuộc n ồng độ ADE. So vớ i mấu đối chứng, ngoại trừ nồng độ ADE 50%, các nồng độ khác đều thu hồi lƣợ ng lipid thấp hơn. (Bảng 18)

Sự giảm BOD, TOC và t ổng lƣợng N đƣợ c nh ận th ấy trong môi trƣờ ng còn lại sau nuôi cấy chủng. (Hình 5) Ở đây, ngƣờ i ta lập mối quan hệ giữa khối lƣợ ng sinh khối và sự giảm các ch ỉ số dựa trên việc nuôi cây trên nh ững nồng độ ADE khác nhau thu đƣợc. Đặc biệt chú ý ở nồng độ ADE 50% ứng với 1.23 mg/ml, hàm lƣợ ng N trong nƣớ c có sự giảm đáng kể, điều này có ý nghĩa trong việc xử lí nƣớ c thải bị ô nhiễm N.

Hình 4:Sự biến động tỷ lệ

C/P cho thấy ảnh hưởng của nồng độ ADE

Hình 5: Sự giảm phần

trăm N, C và BOD trong môi trường ADE nuôi cấy S. plantensis

40



Sản xuất sinh khối và các hợ p chất thực phẩm chức năng bở i Spitulina platensis dƣới điều kiện nhiệt độ và nito khác nhau ( Luciane Maria 2005) Tiế n hành: Chuẩn b ị môi trƣờng Zarouk nhƣ trên, trong đó thay đổ i v ề nồng độ Nito khác nhau: 0.0625, 1.250, 1.875 và 2500g/l. Chuẩn bị chủng S. platensis LEB 52 và nuôi c ấy trong môi trƣờ ng trên ở 2 mức nhiệt độ khác nhau: 30 và 35 độ C. Chủng S. platensis LEB 52 đƣợ c nuôi cấy trong bể lên men ánh sáng 20l v ớ i lƣợng ban đầu là 14l và sinh khối là 0.15g/l. 2 tube kính đƣợc đƣua qua điể m dừng của bể, một trong 2 mẫu đƣợ c thu hồi và 1 mẫu khác tiếp tục đƣợ c sục khí CO2 vào. Môi trƣờng đƣợc mix đề u và thông khí sử dụng không khí đƣợ c lọc theo luồng 170l/giờ cung cấp bởi bơm. Sử dụng ánh sáng hu ỳnh quang 40W cung cấp 31.35µmol photon m-2s-1 . Việc nuôi cấy đƣợc duy trì trong nhà kính dƣớ i ánh sáng 12h sáng/ 12 h t ối ở 2 điều kiện nhiệt độ nêu trên. Để xem xét sự thay đổi của sinh khối, cứ 24h lại lấy mẫu ra bằng kĩ thuật vô trùng. Cho đến ngày cuối nuôi cấy, môi trƣờ ng nhân lên cho m ỗi thí nghiệm phân đoạn, lọc, rửa với nƣớ c cất để loại bỏ muối tan, ly tâm 15000rpm, làm đông khô và giữ ở -20oC cho định lƣợ ng protein, lipid và các h ợ p chất phenol. Phƣơng pháp phân tích: Nồng độ sinh khối đƣợc đinh lƣợ ng ở OD 670nm để tạo 1 thang chuẩn liên quan dến kh ối lƣợ ng khô S. platensis vớ i s ố đo OD, sau đó sẽ đƣợc dùng để định lƣợ ng mẫu nhanh. Hàm lƣợng đƣợ c tính bằng phƣơng trình P= (X i- X o)/t i vớ i P= sản lƣợ ng( mg/l/ ngày) X o là lƣợng ban đầ u (mg/l) và Xi là lƣợ ng thu đƣợ c tại thời điểm I và ti là thờ i gian giữa Xo và Xi. Protein đƣợc định lƣợ ng bằng phƣơng pháp Kjeldahl. Lipid đƣợc định lƣợ ng nhờ sử dụng phƣơng pháp Folch bằ ng sửu dụng hỗn hợ p 2 chloroform: 1 methanol. Các hợ p ch ất phenol đƣợc định lƣợ ng b ằng methanol , theo sau bở i s ự chia các hexane và kết tuả các chất không phải phenol vớ i Ba(OH)2 và ZnSO4. Tổng lƣợ ng phenol đƣợc định lƣợ ng bằng máy đo OD với phƣơng pháp Folin sử dụng tyrosine nhƣ là thang chuẩn. K ết quả:

Sự sinh trƣở ng ở 30 độ và 37 độ đƣợ c chỉ ra trong hình III.2.4. Nhìn chung thì ở 30 độ thu đƣợ c sinh khối lớn hơn 37 độ .

41



Các giá trị: tốc độ sinh trƣở ng tối đa (µmax) khoảng thờ i gian của phase cấp số nhân (∆t) , sản lƣợ ng ở 450h (P450) và hàm lƣợ ng protein, lip, h ợ p ch ất phenol đƣợ c chỉ ra trong Bảng 19. Nhìn chung, sinh khối và µmax cao hơn ở 35 độ. Giá trị p chỉ ra nồng độ của sodium nitrate trong môi trƣờ ng Zarrouk và có ảnh hƣởng đến sự sản xuất protein , lipid và các phenolic, trong khi nhi ệt độ có ảnh hƣở ng lên tất cả các biến số.

Hình 6 : Mật độ sinh khối của S. Platensis trong môi trường có nồng độ sodium

nitrate khác nhau (a) 30 độ C (b) 35 độ C. Nồng độ sodium nitrate 0.625 , 1.250 , 1.875 and 2.500

g /l

Bảng 19: Phân tích các giá trị khác nhau khi điều chỉnh từng yếu tố và tích hợp cả 2 yếu tố nhiệt độ và nồng độ nito Hàm lƣợng protein thu đƣợ c cao nhất ở nồng độ 1.875g/l ở cả 2 loại môi trƣờ ng, tuy nhiên ở cùng nồng độ đó, nhiệt độ 35 độ lại cho hàm lƣợ ng protein cao

42



hơn (hình 7.) Nồng độ lipd nhìn chung ở 35 độ cao hơn 30 độ và ở 2 nồng độ cuối gần nhƣ tƣơng tự nhau. Hàm lƣợ ng phenol ở 30 độ có sự dao động lên xuống qua các nồng độ nhƣng cao nhấ t ở nồng độ cuối trong khi đó , ở 35 độ hàm lƣợ ng này nhìn thấy rất thấp ở 2 nồng độ đầu tiên và tăng vọ t lên ở 2 nồng độ cuối vớ i giá trị tƣơng đƣơng.

Hình 7: Hàm lượng các chất

trong môi trường nuôi cyy có nồng độ nito khác nhau dưới ảnh hưởng nhiệt độ khác nhau.(a) protein (b) lipid (c) các hợp chất phenol.

Nhƣ vậy, trong thí nghiệm này, chủng S. platensis phát triển và cho các s ản phẩm hàm lƣợ ng cao ở 35 độ C vớ i nồng độ sodium nitate ở 1.875g/l hay 2.5g/l.

43



Việc sản xuất Spirulina đƣợ c nuôi cấy trên các quy mô l ớn hơn, có thể xây dựng lên các trang tr ại t ốn kém hay cũng có thể nuôi trên các b ể xử lí nƣớ c thải (Hình 8). 4. 2.1.2. Ứ ng dụng của SCP Spirulina Nhƣ nguồn thực phẩm bổ sung protein.

Các sản phẩm chức năng (ví dụ nhƣ thực phẩm dùn cho ngƣờ i bị béo phì hay là các sản phẩm cung cấp vitamin dƣớ i dạng bột, viên…) Các loại thuốc điều tr ị tự nhiên: sử dụng nhiều trong phòng ngừa các bệnh, nhƣ giảm t ỷ lệ cholesterol trong cơ thể , gi ảm lƣợng đƣờ ng trong máu của b ệnh nhân tiểu đƣờng do có axit gamma linoleic… là nguồ n cung cấp vitamin A giúp sáng mắt và có chứa các carotene nhƣ là chấ t chống ung thƣ…

Hình 8 Một số mô hình nuôi trồng Spirulina

Trong mĩ phẩm: do sản phẩm Spirulina có chứa hàm lƣợ ng protein và vitamin A và B cao, nên có th ể duy trì mái tóc khỏe m ạnh… hay sắc t ố phycocyanin giúp tạo

44



các son môi và mặt nạ dƣợ c thảo của Nhật… chúng có thể thay thế các chất trong thuốc nhuộm mà gây ung thƣ. 4.2.2. Sản xuấ t SCP t ừ t ảo Chlorella

Tảo Chlorella là một chi của tảo xanh đơn bào, thuộc về ngành Chlorophyta. Chlorella có dạng hình cầu, đƣờ ng kính khoảng 2-10 μm và không có tiên mao.Chlorella có màu xanh lá cây nh ờ sắc t ố quang hợ p chlorophyll -a và b trong l ục lạp.Thông qua quang hợ p nó phát triển nhanh chóng chỉ cần lƣợ ng khí carbon dioxide, nƣớ c, ánh sáng mặt trờ i, và một lƣợ ng nhỏ các khoáng ch ất để tái sản xuất. Thành phần hóa học: - Tảo có chứa 65-68 % protein, 17% đƣờ ng (glucan), 6% ch ất béo(Axit béo) - Vitamin A gấp 5,8 lần cà rốt - B1 gấp 1,3 lần men vô cơ - B2 gấp 35 lần sữa - Sắt gấp 13 lần gan lợ n, 45 lần nho - Chất xơ gấp 1,5 lần khoai lang - Canxi Gấp 1,6 lần sữa Đây là loại tảo cũng đƣợ c sản xuất phổ biến rộng rãi, sau Spirulina. Mặc dù việc sản xuất của Chlorella nhìn đầ y hứa hẹn và có liên quan đế n công nghệ sáng tạo, nó sẽ không chứng minh đƣợ c hiệu quả kinh tế trên thị trƣờ ng. Trong cuộc cạnh tranh vớ i Spirulina và các s ản phẩm nhƣ đậu nành, ngũ cốc, nó kém thành công hơn trên thị trƣờ ng thực phẩm phục vụ cho sức khỏe. Trong thực tế, Chlorella đã không đƣợ c thu hoạch dễ dàng vớ i giá rẻ nhƣ dự đoán của 40 năm trƣớc đó. Để thực t ế hoá, toàn bộ lô nuôi cấy của t ảo đang phát triể n sẽ phải đƣợ c lắp trong ánh sáng nhân t ạo hoặc trong bóng râm để sản xuất vớ i hiệu quả quang hợ p tối đa. Ngoài ra đối với Chlorella, để đƣợc nhƣ sản xuất nhƣ trên thế giớ i sẽ yêu cầu, nó sẽ phải đƣợ c trồng trong nƣớ c có gas, chi phí s ản xuất s ẽ rất l ớ n. Một quy trình phức tạp và nhiều chi phí, yêu cầu thu hoạch theo vụ mùa và sẽ cho ra Chlorella một nguồn thực phẩm hữu hiệu đƣợ c nghiền thành bột. Ngoài việc hiệu quả sản xuất kém, Chlorella còn không t ận dụng đƣợ c các lợ i ích của ánh sáng mặt trời nhƣ dự đoán. Sau một thập kỷ thử nghiệm, nghiên cứu cho thấy rằng sau khi tiếp xúc vớ i ánh sáng mặt tr ờ i, Chlorella chỉ chiếm 2,5% - không tốt hơn nhiều so vớ i cây trồng thông thƣờ ng. Các nhà khoa h ọc trong những năm 1960 đã phát hiện rằng con ngƣời và độ ng vật không thể tiêu hóa Chlorella ở trạng thái tự nhiên do nó có các thành t ế bào, gây khó khăn trong việ c lấy các chất dinh dƣỡ ng. Từ đó, 

45



nhiều phƣơng pháp đã đƣợ c phát triển để phá vỡ thành tế bào này để chế biến thành các chất dinh dƣỡ ng có sẵn cho tiêu hóa. 4. 2.2.1. Sự nuôi cấy và sản xuất tảo Chlorella Đã có nhiều nghiên cứu trong việc t ạo đƣợ c sinh khối l ại t ảo này cao nhất và ít tốn kém nhất. Nghiên cứu nuôi cấy sinh khối c ủa Chloralla Vulgaris và hiệu qu ả thu hồi sinh khối bằng phƣơng pháp giá thành thấ p.( N. Mohan, 2009) Tiế n hành: Chủng đƣợ c nuôi cấy trên môi trƣờ ng Bold Basal (BBM) và nuôi c ấy ủ trong 15 ngày ở 24 độ trong phòng điề u nhiệt và đèn không huỳnh quang lạnh (Phillips 40W, cool daylight 6500K0 và mật độ 2000lux theo 12/12 giờ sáng tối. Các bể nuôi cấy ngoài trời đƣơc thiế t kế vớ i thành dày 0.25m, kích c ỡ dài 3.65m và rộng 2.3, sâu 0.44m. Tảo đƣợc nuôi trong môi trƣờ ng CFTRI vớ i nhiệt độ ử khoảng 30 đến 40 độ và vòng quay ngày đêm tự nhiên (20000-75000 lux). Một kilo môi trƣờng đƣợ c chuẩn bị bằng khóa lọc nƣớc va chú ý để độ sau của môi trƣờ ng không quá 15cm. Các ch ất dùng để ủ tảo đƣợc thêm vào và sinh trƣở ng vớ i sự kích ứng 3 lần trong ngày. Thu hồi sinh khối sau 30 ngày. Sự mất nƣớc do bay hơi đƣợ c kiểm soát thƣờ ng xuyên. Sự sinh trƣởng đƣợc đánh giá qua việc đế m các tế bào nhờ máy huyết tốc kế ( Haemocytometer). Các phƣơng pháp phân tích: Chlorophyl đƣợc định lƣợ ng bằng phƣơng pháo tiêu hủy của Jejjery và Humphrey (1975). Tách chi ết và định lƣợng β carotene theo Shaish (1992), tổng lƣợng C đƣợc xác định theo phƣơng pháp anthrone và tổng lƣợ ng protein đƣợ c xác định theo Lowry, t ổng lipid đƣợ c tính toán theo Bligh và Dyer (1959). Đo pH bằng máy đo pH. 

K ết quả:

Các mẫu đƣợ c lấy 5 ngày/ 1 lần và số lƣợ ng tế bào đƣợc định lƣợ ng trên máy.

46


Sản xuất Protein đơn bào Ở ngày đầu tiên, có 85*104 tê bào/ml và tăng dần lên 221*104 tê bào/ml ở ngày thứ 5, vào pha log lƣợ ng tế bào lên tớ i 1224*104 tê bào/ml ở ngày thứ 25. Tê bào ở pha tĩnh 2-3 ngày trƣớ c khi giảm xuống 495*104 tê bào/ml ở ngày thứ 30.( hình 9)

Hình 9 Sự phát triển của Chloralla Vulgaris

Nồng độ pH tăng trong suốt thờ i gian nuôi cấy (hình 10) Hàm lƣợ ng các sắc tố cũng đƣợ c chỉ ra trong hình 11 và 12, với hàm lƣợ ng chlorophyll a giảm dần, trong khi đo hàm lƣợng β carotene lạ i cao nhất ở 25 ngày. Hình 10

Trong khi hàm lƣợng protein và carbohydrate tăng lên trong suốt quá trình nuôi cấy, đặc biệt là hàm lƣợng C tăng mạ nh từ ngày thứ 25 đến ngày 30 thì một sự giảm đáng kể hàm lƣợng lipid đƣợ c nhìn thấy (Hình 13, 14, 15) Định lƣợ ng số lƣợ ng vi khuẩn có trong môi trƣờ ng nuôi cấy, nhận thấy khi số lƣợ ng tảo tăng thì số lƣợ ng vi khuẩn giảm và ngƣợ c lại (hình 16) Nhƣ vậ y, trong nghiên c ứu này đã chỉ ra sự phát triển của tảo mạnh nhất là thờ i gian nuôi cấy 25 ngày, thời điểm mà thu đƣợc lƣợ ng protein và carbohydrate nhi ều nhất.

47


Hình 11 Hàm lượng Chlorophyll a

Hình 13 Hàm lượng protein tổng số

Hình 15 Hàm lượng lipid


Hình 12 Hàm lượng Catotenoid

Hình 14 Hàm lượng carbohydrate

Hình 16: Sự phát triển của vi khuẩn trong Chloralla Vulgaris

48



Nuôi cấy hỗn h ợ p Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana : phƣơng pháp sản xuất sinh khối tảo trên diện rộng (Emmanuel T. Friday, 2010) Tiế n hành: Chuẩn bị 2 chủng tảo nói trên. Chuẩn bị môi trƣờ ng lên men l ỏng bao gồm: 20% Nitrogen, 20% Phosphorous, 20% potassium, 0.1% Magnesium, 0.15% Iron EDTA, 0.0755% Manganese EDTA, 0.0755% Copper EDTA, 0.0755% Zinc EDTA; 0.0315% Boron, 0.0012% C0balt EDTA và 0.0012% Molybdenum. Môi trƣờng I: 0.5g glucose đƣơc hòa tan trong 100ml nƣớ c cất và 0.25ml môi trƣờ ng lên men lỏng, khử trùng 121 độ /15 phút và làm lạnh ở 25 độ. Môi trƣờng II: 0.25ml môi trƣờ ng lên men lỏng hòa tan trong 100ml nƣớ c cất, khử trùng 121 độ /15 phút và làm lạnh ở 25 độ. Subculture và seed cuture: 0.3ml môi trƣờ ng lên men lỏng hòa tan trong 100ml nƣớ c cất, khử trùng 121 độ /15 phút và làm l ạnh ở 25 độ. 0.5ml mỗi seed cuture đƣợ c ủ vớ i mỗi bình trên dƣới ánh đèn huỳ nh quang ở 4 góc phòng trong 2 tuần. Nuôi cấy tự dƣỡ ng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợ c ủ thêm bào 100ml môi trƣờ ng II và lắc nhiệt độ phòng 25 độ bên ngoài hộp đƣợ c chiếu sáng với 4 đèn huỳnh quang trong 480 giờ . Nuôi cấy dị dƣỡ ng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợ c ủ thêm bào 100ml môi trƣờ ng I và lắc nhiệt độ phòng 25 độ trong bóng tối trong 480 giờ . Nuôi cấy hỗn hợ p: Nuôi cấy tự dƣỡ ng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợ c ủ thêm bào 100ml môi trƣờ ng I và lắc nhiệt độ phòng 25 độ bên ngoài hộp đƣợ c chiếu sáng với 4 đèn huỳnh quang trong 480 giờ . Lƣợng nhƣ nhau 2 chủng trên đƣợ c ủ vào mỗi môi trƣờ ng và nuôi cấy trong cùng điều kiện. Phƣơng pháp phân tích: sự sinh trƣở ng của tế bào đƣợc định lƣợ ng bằng sắc huyết kế ở 5 ngày. Sự tiêu thụ glucose đƣợ c tính bằng glucose peroxidase theo Ogbonna (1997). Sản lƣợ ng sinh khối và nồng độ cuối cùng đƣợ c mô tả theo Ogbonna và Tanaka (1996). Nồng độ tế bào cuối cùng : X= Xf – X0 , Xf ,X0 trong đó tƣơng ứng là lƣợ ng tế bào ở 480 giờ và 0 giờ . Sản lƣợ ng sinh khối: Yield= dx/ds vớ i dx= X- X0, ds= S0- S v ớ i S0, S tƣơng tự là lƣợng cơ chất ban đầ u và cuối cùng. 

K ết quả:

Hình 17 và 18 chỉ ra đặc điể m tốc độ sinh trƣở ng của mỗi hệ thống nuôi cấy đơn của tảo hợ p Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana . Kết quả cho thấy sau 480h

49



nuôi cấy, nồng độ của Euglena trong cả 3 loại nuôi cấy đạt 8.8*105 tế bào/ml, 1.64*105 tế bào/ml và 37.2*105 tế bào/ml, trong khi ở Chlorella đạt tớ i 27.9*105 tế bào/ml, 33.7*105 tế bào/ml và 44.8*105 tế bào/ml

Hình 17 : Tốc độ sinh trưởng của Euglena gracilis trong hệ thống nuôi cấy tự

dưỡng, dị dưỡng và hỗn dưỡng

Hình 18: Tốc độ sinh trưởng của C. sorokiniana trong hệ thống nuôi cấy tự dưỡng,

dị dưỡng và hỗn dưỡng

Hình 19 và 20 chỉ ra đặc điểm t ốc độ sinh trƣở ng của h ệ thống nuôi cấy h ỗn hơp của tảo Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana. Nồng độ của Euglena trong cả 3

50



loại nuôi cấy đạt 16.1*105 tế bào/ml, 27.3*105 tế bào/ml và 47.7*10 5 tế bào/ml tƣơng ứng trong tự dƣỡ ng, dị dƣỡ ng và hỗn hợ p, trong khi ở Chlorella đạt tớ i 39.4*105 tế bào/ml, 50.7*105 tế bào/ml và 61*05*105 tế bào/ml tƣơng ứng nhƣ thế .

Hình 19: Tốc độ sinh trưởng của Euglena gracilis trong hệ thống nuôi cấy kép.

Hình 20: Tốc độ sinh trưởng của C. sorokiniana trong hệ thống nuôi cấy kép

Nhƣ vậ y, có thể thấy rõ ràng là trong h ệ thống nuôi cấy đơn và kép, tốc độ sinh trƣở ng c ủa tảo Chlorella là cao hơn hẳn. Trong các điề u kiện nuôi cấy tính riêng cho

51



mỗi loài thì ki ểu nuôi cấy tự dƣỡ ng mang lại năng suất thấp nhất trong khi nuôi cấy kiểu h ỗn dƣỡ ng l ại cho kết quả cao nhất. Việc nuôi cấy kep 2 chủng đem lạ i hi ệu qu ả lớ n nhất cho sự sinh trƣở ng của mỗi loài. 4. 2.2.2. Ứ ng dụng của SCP Chlorella Giải độc :Nhờ có lớ p màng thớ(sporopolleine), lƣợ ng chlorophylle cao, chlorella có thể hấp thu đƣợ c các kim lo ại n ặng, thuốc tr ừ sâu, thuốc di ệt côn trùng và các hóa chất bảo vệ thực vật hay của polychlorinated biphenyls (PCBs) là nhóm hóa ch ất đƣợ c cho là gây ra các b ất thƣờ ng v ề gen ở cá, đƣợc dùng trong hàng trăm ứ ng dụng công nghiệp và thƣơng mạ i, chẳng hạn nhƣ sản xuất chất cách điệ n, chất làm dẻo trong nhựa, sơn và cao su, chất nhuộm màu... nhờ vậy giúp cơ thể đào thải độc tố này ra ngoài, thúc đẩ y quá trình bài ti ết. Một số nghiên cứu cho thấy rằng bổ sung Chlorella có tác độ ng tích cực đối vớ i việc gi ảm c ủa nồng độ dioxin trong sữa m ẹ và nó cũng có thể có tác dụng t ốt đối v ớ i trẻ đang bú bằng cách tăng lƣợ ng IgA trong sữa mẹ. Chlorophylle: Làm s ạch và cung cấp oxy: Chlorella r ất giàu Chlorophylle, thành phần giúp cung cấp oxy cho các mô và làm s ạch đƣờ ng ruột. Chlorophyll có tác d ụng tốt vớ i các loại bệnh thiếu máu khác nhau, có tác d ụng ức chế sự phát triển của vi khuẩn, tăng cƣờ ng sửa chữa ở các mô bị phá hủy và bảo vệ khỏi tác nhân gây ung thƣ. Chlorophyll còn có tác d ụng giúp tiêu hóa tốt và làm đẹ p da. C.G.F(Chlorella grow factor)- Nhân tố sinh trƣở ng của Chlorella :Nằm trong nhân của Chlorella, C.F.G là m ột h ỗn h ợp đƣợ c t ạo thành từ các vitamin, các nucleoit (ADN,ARN) và các axit amin. C.F.G là cơ sở di truyền của Chlorella. Tăng sức đề kháng tự nhiên: Vớ i C.F.G, Chlorella tham gia vào quá trình làm tăng bạch huyết bào T( thuộc hệ miễn dịch của cơ thể). Tăng khả năng chịu đự ng và sự dẻo dai: C.F.G có thể coi là nguồn tập trung năng lƣợ ng: các thí nghi ệm ở các vận động viên thể thao cho thấy chỉ vớ i một liều dùng duy nhất, tác dụng khả năng chịu đự ng và dai s ức có thể duy trì trong 10 tiếng sau đó. Hiệu quả probiotic và cân b ằng hệ vi khuẩn ruột: Số lƣợ ng vi khuẩn Lactobaccilius tăng lên nhờ sự có mặt của C.F.G. Do vậy hiệu quả probiotic( lợ i ích về sức khoẻ do vi khuẩn có ích đƣợ c nuôi cấy mang lại) đƣợ c phát huy.

Vitamin và khoáng ch ất: Tăng cƣờ ng sức sống: trong đó phải đặ c biệt kể đến vai trò của vitamin B6, B12 và ph ốt pho có tác dụng củng cố hệ thần kinh và cải thiện giấc ngủ. Hàm lƣợ ng sắt cao trong T ảo lục giúp tăng cƣờ ng chức năng tạo máu. Do có nhiều sợ i Xenlulô( chất xơ) nên giúp tiêu hoá tố t duy trì sự khoẻ mạnh của đƣờ ng ruột.

52



Chữa bệnh: Chlorella có ch ứa một loại hormon kích thích s ự tái sinh của các tế bào. Các bác s ỹ ở Nhật B ản đã chữa tr ị thành công nhiều ca viêm loét d ạ dày chỉ vớ i Chlorella vớ i một loại thuốc chống dƣ axit. Chlorella có tác d ụng làm giảm huyết áp. Điều đặc biệt là nó không làm gi ảm huyết áp bình thƣờ ng mà chỉ phát huy tác dụng này ở những trƣờ ng h ợ p huyết áp cao, làm giảm cholesterol xấu và tăng cƣờ ng cholesterol tốt. Chlorella đã đƣợ c tìm thấy có đặc tính ch ống khối u khi làm thức ăn cho chuộ t. Một nghiên cứu khác tìm thấy tăng cƣờ ng chức năng mạ ch máu ở chuột cống cao huyết áp liều uống cholera.

Chlorella có chứa các axit amin c ần thiết nhƣ Lysine, Threonine … Rấ t quan trọng cho trẻ nhất là tr ẻ thiếu s ữa m ẹ. Hàm lƣợ ng khoáng chất và các vi lƣợ ng phong phú có thể phòng tránh các bệnh thiếu máu do thiếu dinh dƣỡ ng một cách hiệu quả, và cũng là nguồn bổ sung dinh dƣỡ ng rất tốt cho trẻ lƣời ăn. Chlorella có chứa chất chống lão hóa nhƣ β carotene, vitamin E, gamma linoleic axit. Những chất này có khả năng loại bỏ các gốc tự do thông qua tác dụng chống Oxy hóa, làm chậm sự lão hóa của tế bào, đồng thờ i sắt, canxi có nhi ều trong tảo lục vừa dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng và h ỗ trợ điều trị các bệnh thƣờ ng gặp ở ngƣời già nhƣ thiếu máu, xốp xƣơng. Sự bổ sung Tảo lục tiểu cầu vào sản phẩm tảo xoắn Spirulina đã làm tăng thêm rất nhiều l ần tác dụng tẩy độc cơ thể do các kim loại n ặng, Dioxin, thuốc b ảo v ệ thực vật hay các hóa ch ất độc hại khác cũng nhƣ tác dụ ng hỗ trợ điều trị cac bệnh hiểm nghèo nhƣ ung thƣ cũng nhƣ các bệ nh về rối loạn chuyển hóa nhƣ tiểu đƣờ ng, béo phì, huyết áp cao, mỡ máu cao hay gan nhiễm mỡ . Tảo lục khi đƣợ c hấp thu vào cơ thể có tác dụng: Tăng cƣờ ng interferon, làm sạch máu, gan thận và ruột, kích thích sinh s ản tế bào hồng cầu, tăng oxy cho tế bào não, trợ tiêu hóa, kích thích quá trình s ửa chữa ở các mô; giúp tăng PH máu để đạt trạng thái kiềm hơn; giúp giữ cho trái tim hoạt động bình thƣờng; giúp tăng cƣờ ng sản phẩm của các khu hệ sinh vật trong đƣờ ng tiêu hóa.

53



PHẦN III. KẾT LUẬN Protein đơn bào – loại protein đƣợ c sản xuất từ sinh khối vi sinh vật, t ừ lâu đã đƣợ c nghiên cứu và sử dụng trên khắp thế giớ i. Từ một số công trình nghiên cứu đã đƣợ c nhắc đến và phân tích ở trên đây, ta có thể thấy rằng, công nghệ sản xuất protein đơn bào ngày càng đƣợ c phát triển hoàn thiện, để tạo đƣợc lƣợ ng sinh khối cao hơn, thành phần chất dinh dƣỡ ng có chất lƣợng cao hơn, đƣợ c chấp nhận rộng rãi hơn và tốt cho sức khỏe của con ngƣờ i. Không chỉ dừng lại ở mục tiêu đáp ứ ng nguồn thức ăn protein bổ sung cho con ngƣờ i và các loài động v ật, protein đơn bào thu đƣợ c t ừ sinh khối các loài vi sinh v ật ngày càng có nhi ều lợ i ích khác ph ục vụ cho nhiều mặt của cuộc sống con ngƣờ i: chữa bệnh, làm đẹp,…, bên cạnh đó, công nghệ sản xuất protein đơn bào còn có nhiề u ứng dụng trong bảo v ệ môi trƣờ ng, tiết ki ệm nhiên liệu, nguyên liệu cũng nhƣ góp phần đảm bảo cho sự phát triển bền vững của nhiều quốc gia trên thế giớ i.

54



TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Single cell Protein: Production and Process – A.T. Nasseri, S. Rasoul-Amini, M.H. Morowvat and Y.Ghasemi

2. Single cell Proteins from Fungi and Yeasts – U.O.Ugalde and J.I. Castrillo 3. Use of a Cellulase – Derepressed Mutant of Cellulomonas in the Production of a Single-Cell Protein Product from Cellulose – E.V.Hitchner and J.M.Leatherwood 4. Production of Single Cell Protein from Yeast using Papaya Extract Medium – C. Maragatham and A. Panneerselvam.

5. Production of Single-Cell Protein from Ram Horn Hydrolysate – EsabÝ Baßaran KURBANOÚLU

6. Batch Production of Protein from Ethane and Ethane-Methane Mixtures - B. Volesky and J. E. Zajic.

7. Production of fungal single cell protein using Rhizopus oligosporus grown on fruit wastes - Mahnaaz Khan, Shaukat Saeed Khan, Zafar Ahmed and Arshiya Tanveer. 8. Mixed cultivation of Euglena gracilis and Chlorella sorokiniana: a production method of algae biomass on a large scale. - Emmanuel T. Friday, Ejoba Rapheal, Nwalo F.O, Ayodele S.M.

9. Utilization of anaerobically digested distillery effluent for the production of Spirulina platensis (ARM 730) - Rajeev Kaushik, Radha Prasanna and H C Joshi

10. A review on culture, production and use of Spirulina as food for humans and feeds for domestic animals and fish- M. Ahsan B. Habib, Mashuda Parvin 11. Production of biomass and nutraceutical compounds by Spirulina platensis under different temperature and nitrogen regimes - Luciane Maria Colla, Christian Oliveira Reinehr, Carolina Reichert, Jorge Alberto Vieira Costa

12. Micro-algae as a source of protein- E.W. Becker 13. Studies on mass cultivation of Chlorella vulgaris and effective harvesting of biomass by low-cost methods- N. Mohan, P. Hanumantha Rao, R. Ranjith Kumar, S. Sivasankaran and V. Sivasubramanian .

55

San Xuat Protein Don Bao

Recommend Documents