Chương 3 Vi sinh vật trong sản xuất sinh khối ( Biomasse) 1. Định nghiã: Thuật ngữ sinh khối (biomasse) chỉ toàn bộ khối lượng tế bào vi sinh vật được thu hoạch từ quá trình nuôi cấy VSV trong các nồi lên men (Fermentor) có chứa môi trường dinh dưỡng phù hợp và được thông khí đầy đủ. 2. Mục đích sử dụng: Sinh khối VSV thu nhận được trong quá trình lên men công nghiệp trong các fermetor được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau : 1. Dùng làm nguồn thức ăn cho người và vật nuôi. Thí du : " Sinh khối tế bào nấm men, vi khuẩn, tảo, nấm được dùng làm thức ăn " Sinh khối hemicellulose thu hoạch do lên men nước dứa (Nata de coco) 2. Dùng làm nguồn giống khởi động (Starter culture) trong các quá trình lên men : " Giống khởi động để lên men sữa chua: Lactobacillus bulgaricus…. " Men làm nổi bánh mì : nấm men Saccharosemyces cerevisiae 3. Được sử dụng làm các chế phẩm sinh học : " Chế phẩm diệt côn trùng : là sinh khối của tế bào vi khuẩn còn sống : Bacillus thuringesis. " Chế phẩm phân vi sinh cố định đạm. Nitrazin là sinh khối tế bào vi khuẩn Rhizobium. 4. Dùng làm dược phẩm để điều trị. Thí du : " Dược phẩm Subtilin là sinh khối vi khuẩn sống Bacillus subtilus dùng điều trị tiêu chảy. Dược phẩm Biolactyl là te bào vi khuẩn lactic còn sống dùng trong điều trị rối loạn tiêu hoá gây tiêu chảy b Các yếu tố kỹ thuật: Lên men chìm trong các fermentor có hệ thống sụt khí và khuấy đảo mội trường: " Nồng độ đường trong dịch nuôi cấy phải bảo đảm 2-4% " Muối ure 3g/l. " Superphosphat 4g/l. " Nhiệt độ nuôi cấy 28-300C. " Thời gia nuôi cấy 18-36 giờ. " PH môi trường 4,5-5,5 3. Sản xuất Protein đơn bào (Single cell protein) 3.1 Định nghĩa: Protein đơn bào đầu tiên được dùng để chỉ dạng protein thu từ sinh khối tế bào nấm men. Nhưng về sau thuật ngữ nầy được mở rộng để chỉ protein thu từ sinh khối tế bào vi khuẩn, nấm sợi, tảo, và ngay cả nấm có quả thể. Đặc biệt thành phần hoá học của protein đơn bào không chỉ đơn thuần là protein mà còn là toàn bộ những sản phẩm sinh học do VSV tạo ra trong tế bào bao gồm các sản phẩm trao đổi chất bậc 1 và 2 như : lipid, glucid, acid hưu cơ, acid amin, vitamie, enzime, hormon. Tóm lại, Protein đơn bào ( Single cell protein) là một thuật ngữ được gọi theo qui ước dùng để chỉ vật chất tế bào vi sinh vật được sử dụng làm nguồn thức ăn cho người và động vật.Thuật ngữ này thật ra không hoàn toàn chính xác, vì thông thường sản phẩm 20 được tạo ra không phải là một protein thuần khiết mà là các tế bào đã được xử lý, thuộc nhiều loại vi sinh vật khác nhau, cả đơn bào lẫn đa bào. 3.2 Tiêu chuẩn vi sinh vật được dùng để sản xuất protein đơn bào: " VSV sử dụng được nguồn nguyên liệu rẻ tiền, thường là phụ phẩm của nông công nghiệp, như rỉ đường, dịch kiềm sulphit, tinh bột , bã miá, rơm rạ…. " Vi sinh vật có tốc độ tăng trưởng cao.Thí dụ : vi khuẩn 0,3- 2 giờ. " Hàm lượng protein trong tế bào phải cao (đạt trên 50-60% chất khô). " Chất lượng protein phải cao, nghĩa là phải có đầy đủ acid amin không thay thế với tỷ lệ cân đối. " Khả năng tiêu hóa cao của protein. Khả năng nầy thường bị hạn chế bởi thành phần nitơ phi protein như : acid nucleic, trong nhân tế bào, glucopeptid trong thành tế bào. " Sự an toàn về độc tố. " Về mặt kỹ thuật, nên chọn những chủng VSV dể tách sinh khối. Chọn chủng có khả năng chiụ nhiệt để giảm chi phí cho việc làm nguội. Tính không mẫn cảm với sự tạp nhiễm. 3.3. Các vi sinh vật dùng trong sản xuất protein đơn bào 1.Sinh khối SCP từ nấm men: Rĩ đường - Sacchromyces cerevisiae Dung dịch đường - Candida utilis. - Candida tropicalis. Dịch kiềm sulphit -Cryptococcusdifuens - Candida utilis. - Candida tropicalis -C. robusta, C. crusei. Tinh bột và nước thải -Endomycopsis+ C. utilis. tinh bột -E. fibuligera+ C. tropicalis. Dịch thuỷ phân cellulose - Candida utilis. - Candida tropicalis Bã rượu - Candida utilis. - Candida tropicalis Nhũ thanh ( Whey) -Torula cremoris. - T. lactosa n- alkan -Candida tropicalis -C. gudlliermondii. Metan và metanol - Hansenula capsulata. -C. methanolica Nước thải chứa dầu mở - Candida utilis Nước phân chuồng - Sacchromyces sp… 21 2.Sinh khối SCP từ nấm sợi: Nhược điểm chính của nấm men là không có các enzime cellulase và amilase, nên khi sử dụng các nguồn nguyên liệu là tinh bột và cellulose ta phải phối hợp với nấm sợi. Nấm sợi thường sinh trưởng chậm hơn nấm men. Thời gian nhân đôi của chúng phải trên 10 giờ.Hàm lượng protein trong nấm sợi khá thấp (khoảg 30%). Nhưg nấm sợi lại có ưu điểm là dể tách sinh khối và tính tạo hương vị dặc biệt. Để dùng trong thực phẩm, người ta thường sử dụng nhiều loài Morchella (M. crassique, M.esculata, M.hortesis) Loài này có vị ngon phù hợp để chế biến thực phẩm (thường dùng để chế súp). Tuy nhiên khó khăn lớn nhất là nuôi cấy Morchella rất tốn kém và dể bị nhiễm. Hiện nay nhiều nơi sử dụng hổ hợp giống Trichoderma viridea và nấm men Saccharosemyces cerevisiae để sản xuất protein. Ngoài ra người ta còn sử dụng hổn hợp Trichoderma viridea với Candida utilis, giữa Endomycopsis fibuliger và Cadida utilis. 3.Sinh khối SCP từ vi khuẩn Vi khuẩn dùng để sản xuất sinh khối proteitn được nuôi trên carbur hydro. Người ta thương sử dụng các giống Pseudomonas. Flavobacterium, Mycobacterium, Nocardia. Các giống vi khuẩn này có khả năng đồng hóa các alkan (C6 - C18), carbur hydro béo và thơm khác. Đối với nguyên liệu sử dụng là metan, người ta dùng các giống Methylomonas methanica, Methylococens capsulatus. Ngoài ra nhiều nơi còn sử dụng các loài vi khuẩn khí nổ trong trường hợp tự dưỡng CO2. Thuộc về vi khuẩn khí nổ có các đại diện của giống Hydrogenomonas fagilia, H. entropha. như : metan, etan, propan v.v… tạo sinh khối giàu protein là :Pseudommas, Methaomonas, Corynebacterium, Brevibacrerium, Mycobacterium v.v… Người ta đã nuôi Mycobacterium trên 1kg metan, thu được 1kg sinh khối có hàm lượng prorein rất cao 60-70%, gluxit 20-40%, lipit 2-4%, còn 2-6% là chất khoáng và vitamin, đặc biệt có vitamin B12. Với nguyên liệu hydrocacbua - (dầu từ mỏ) người ta có thể sản xuất một lượng rất lớn sinh khối từ nấm men và vi khuẩn giàu protein. Điều cần thiết là phải tinh sạch và chế biến sao cho có thể dùng làm thức ăn một cách rộng rãi và hợp khẩu vị cho con người. 4.Sinh khối SCP từ tảo. Trong các phương pháp sinh tổng hợp protein chúng ta không quên khả năng của các loài tảo. Tảo là thực vật bậc thấp, sử dụng năng lượng mặt trời và muối vô cơ để phát triển, tăng sinh khối khá nhanh và giàu protein. Ngày nay người ta đã nghiên cứu và sử dụng nhiều loại tảo để tạo ngưồn protein, đáng chú ý là tảo Chlorella, Scenedesmus, Spirulina … Tảo Chlorella, Scenedesmus tạo đơn bào sinh sản nhanh, cho hàm lượng protein cao từ 50-55% (sản lượng gấp 10 lúa mì). Nhiều nước đã có nhà máy sản xuất tảo này trên quy mô công nghiệp (Mỹ, Liên Xô, Tiệp, Đức, Bungari, Nhật …) dùng protein tảo để trộn vào bánh mì, kẹo bánh, và pha trộn trong nấu thức ăn cho người. Từ năm 1963, người ta đã tìm thấy một loài tảo đa bào ở Châu Phi có tên là Spirulina, kích thước gấp 100 lần Chlorella, giàu protein. Nhân dân các vùng Châu Phi và Mỹ la tinh từ lâu đã sử dụng làm thức ăn cho người như làm nước chấm, nấu cháo, chế biến thức ăn v.v….Hàm lượng protein tảo này rất cao từ 60-73%, gluxit 5-7%, khoáng 4,7- 6% chứa cả vitamin B kể cả B12, tiền vitamin A (coro-ten) xanlofil … Năm 1968, một hội nghị quốc tế về tảo Spirulina họp ở Thụy Điển đã kết luận lợi ích của tảo này và bắt đầu nghiên cưú sản xuất tảo này làm thức ăn cho trẻ em sơ sinh, cho vận động viên, và 22 cho người nói chung, áp dụng nhiều, trên qui mô sản xuất lớn công nghiệp (có cơ sở sản xuất hàng vạn tấn/năm) Nuôi tảo trong fermentor thuỷ tinh Nấm bậc cao Một số loài nấm có quả thể cũng cung cấp nguồn protein đáng kể (30-50%) như: nấm mở, nấm rơm, nấm mèo (mộc nhĩ v.v…). Có thể nuôi chúng trên rơm, rạ, cây mục, mạt cưa, phế thải, lò sát sinh, vỏ chuối, rỉ đường … Các nuớc sản xuất nhiều nấm ăn như Úc, Đài Loan, Indonexia … ở Úc sản xuất 3000 tấn/năm. Tuy nhiên việc nuôi nấm ăn, cũng còn khó khăn hơn các loài khác, khó công nghiệp hóa, do vậy vẫn có là loại thức ăn quý, hiếm đặc sản. Kết luận : qua những vấn đề đã nêu trên chúng ta thấy rằng trong thế giới sinh vật phong phú, chúng ta có thể sử dụng nhiều nhóm VSV khác nhau để tổng hợp protein cho người và động vật. Đây là một biện pháp nhanh, hiệu quả kinh tế cao, góp phần đáng kể vào việc giải quyết nạn "thiếu đói" protein của loài người hiện nay. Rõ ràng rằng trong tương lai không xa, chúng ta có thể có thịt, có giò lụa, jămbon, xúc xích, bitết, patê … từ nấm men cũng như từ các vi sinh vật, hay từ các loài tảo, và nấm khác nhau không phải đơn thuần từ thịt của các động vật nuôi như hiện nay. 23 . Chương 3 Vi sinh vật trong sản xuất sinh khối ( Biomasse) 1. Định nghiã: Thuật ngữ sinh khối (biomasse) chỉ toàn bộ khối lượng tế bào vi sinh vật được. loại vi sinh vật khác nhau, cả đơn bào lẫn đa bào. 3.2 Tiêu chuẩn vi sinh vật được dùng để sản xuất protein đơn bào: " VSV sử dụng được nguồn nguyên liệu