1. Trang Chủ
  2. Sinh học
  3. Bài giảng Vi sinh vật ứng dụng trong chăn nuôi: Chương 2 - TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Bài giảng Vi sinh vật ứng dụng trong chăn nuôi: Chương 2 - TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Bài giảng Vi sinh vật ứng dụng trong chăn nuôi: Chương 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Cơ sở của việc sử dụng vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm sinh tổng hợp; Các sản phẩm của công nghệ vi sinh; Sản xuất sinh khối vi sinh vật; Sản xuất một số enzyme sử dụng trong chăn nuôi. Mời các bạn cùng tham khảo! 9/24/2018 Chương II Nội dung của chương: ỨNG DỤNG VSV TRONG SINH TỔNG HỢP CÁC SẢN PHẨM DÙNG TRONG CHĂN NUÔI Cơ sở của việc sử dụng vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm sinh tổng h

Thể loại Tài liệu miễn phí Sinh học

Số trang 10

Ngày tạo 4/9/2023 2:51:41 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.10 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Vi sinh vật ứng dụng trong chăn nuôi: Ch... (.pdf)

Xem mẫu

  1. 9/24/2018 Chương II Nội dung của chương: ỨNG DỤNG VSV TRONG SINH TỔNG HỢP CÁC SẢN PHẨM DÙNG TRONG CHĂN NUÔI Cơ sở của việc sử dụng vi sinh vật để sản xuất các sản phẩm sinh tổng hợp Các sản phẩm của công nghệ vi sinh  Sản xuất sinh khối vi sinh vật Sản xuất một số enzyme sử dụng trong chăn nuôi 2.1. CƠ SỞ CỦA VIỆC SỬ DỤNG VSV TRONG SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM SINH TỔNG HỢP Không chỉ sinh trưởng nhanh chóng mà vi sinh vật còn có khả năng tổng hợp protein cao hơn rất 2.1.1. Tốc độ sinh trưởng cực kỳ nhanh chóng nhiều so với các sinh vật khác. Tốc độ sinh tổng hợp các hợp chất là rất lớn. Thời gian thế hệ ngắn Loại sinh vật Thời gian tăng gấp đôi khối lượng Vi khuẩn và nấm men 10 – 120 phút Nấm mốc và Tảo 2 – 6 giờ Cỏ và một số thực vật 1 – 2 tuần Gà 2 – 4 tuần Lợn 4 – 6 tuần Trâu, bò 1 – 2 tháng Người 0,2 – 0,5 năm (Israelidis, 2003) 2.2.1. TB VSV có hàm lượng protein cao. Giá trị sinh học của protein VSV không thua kém protein từ TV và ĐV Hàm lượng N và protein của VSV so sánh với một số thức ăn khác (Karatyan, 1978) Thành phần dinh dưỡng của một số nhóm VSV tính theo VCK (Miller và cs. 1976) 1
  2. 9/24/2018 2.2.3. Có khả năng thích ứng cao, biến dị lớn: ứng dụng trong 2.2. SẢN PHẨM CỦA CÔNG NGHỆ VI SINH gây đột biến cảm ứng để chọn lọc các giống vi sinh vật có năng 2.2.1. SINH KHỐI suất cao như các vi sinh vật sử dụng để sản xuất kháng sinh… Là khối lượng tế bào VSV thu được sau quá trình lên men. 2.2.4. Chủng loại lớn và đa dạng: cho phép lựa chọn vi sinh vật Các chất dinh dưỡng được chuyển hoá thành vật chất của tế bào thích hợp cho sản xuất các sản phẩm không tổng hợp được để tăng nhanh số lượng tế bào theo sự biến đổi sau: bằng phương pháp hoá học. Cơ chất  tế bào. 2.2.5. Có thể phát triển trên nhiều nguồn dinh dưỡng khác nhau Sinh khối gồm có hai dạng: • Hữu cơ hoặc vô cơ - Khối lượng vật chất chủ yếu của các tế bào chết (Protein • Chất phi thực phẩm - phụ phẩm công, nông nghiệp. đơn bào -SCP-Single cell protein): thu được từ quá trình nuôi cấy vi sinh vật như nấm men hoặc vi khuẩn và được sử dụng để 2.2.6. Có thể sinh trưởng phát triển ở các điều kiện sống khác thay thế các thực phẩm giàu protein trong TA chăn nuôi hoặc để nhau: Điều kiện nuôi cấy và lên men của VSV đơn giản. Có bổ sung vào trong khẩu phần ăn cho người. thể nuôi cấy liên tục, không phụ thuộc vào thời tiết khí hậu, - Khối lượng các tế bào sống có hoạt tính: Sinh khối sau khi không cần diện tích đất lớn. nuôi cấy gồm các TB vi sinh vật còn sống, tiếp tục sinh trưởng  Khả năng công nghiệp hoá trong sản xuất cao: Cho phép tiết và thể hiện vai trò khi được sử dụng. (giống khởi động, chế phẩm probiotics, phân bón cố định đạm, thuốc trừ sâu vi sinh, kiệm được diện tích, thời gian và chủ động trong sản xuất. men bánh mì, vaccine... Protein đơn bào (SCP-single cell protein) Giống khởi động (Starter culture) • Thuật ngữ “Protein đơn bào” được sử dụng đầu tiên bởi giáo sư Carol Wilson năm 1966 để mô tả nguồn protein thu được từ VSV • Giống khởi động là những VSV được chọn lọc để hỗ trợ quá • Năm 2003, Israelidis đã đưa ra khái niệm protein đơn bào là các tế trình lên men hay tăng hiệu quả của quá trình nuôi cấy vi bào đã chết và được sấy khô của một số nhóm VSV như tảo, nấm, sinh vật. vi khuẩn thu được sau khi nuối cấy trên các nguồn carbon khác • Giống khởi động có thể là dung dịch nuôi cấy thuần hoặc các nhau. sản phẩm thương mại. • Protein đơn bào được sử dụng trong dinh dưỡng ĐV như một • Các vi sinh vật sử dụng làm giống khởi động thường là vi nguyên liệu cung cấp protein: sử dụng trong chăn nuôi lợn, gia khuẩn, nấm men hoặc nấm sợi. Có thể là đơn chủng hoặc đa cầm, trâu bò, nuôi trồng thủy sản và đặc biệt bổ sung các axit chủng amin, vitamin cho thú nuôi cảnh • Một số nhóm VSV chủ yếu sử dụng để sản xuất protein đơn bào: • Chọn lọc các chủng giống khởi động dựa trên các tiêu chí: khả năng lên men sản sinh axit lactic tốt; chịu được pH thấp; - Nấm men: một số loài Candida và Saccharomyces cerevisiae sinh trưởng tốt ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau; sản sinh - Nấm sợi (Aspergillus niger, Aspergillus oryzae…) các enzyme ngoại bào tốt; sản sinh các sản phẩm trao đổi chất - Vi khuẩn (Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Lactobacillus sp.) có lợi như hợp chất kháng khuẩn, các hợp chất tạo hương vị - Vi tảo/vi khuẩn lam (Spirulina, Chlorella, Scenedesmus..) của sản phẩm… 2.2.2. CÁC SẢN PHẨM TĐC b. Sản phẩm TĐC thứ cấp/bậc 2 (secondary metabolites):  Là các sản phẩm khác thu được cùng với tế bào sau quá trình lên men, theo sự biến đổi cơ chất của môi trường như sau: • Gồm kháng sinh (penicillin…), các chất kích thích hoặc kìm hãm sinh trưởng, các độc tố, ergot alkaloids, naphtalenes, .... Cơ chất  sản phẩm + tế bào • Đặc điểm của các sản phẩm TĐC bậc hai: Các sản phẩm TĐC bao gồm các loại: - Các chất này được hình thành sau khi sinh trưởng kết thúc a. Sản phẩm TĐC sơ cấp/bậc 1 (primary metabolites): (cuối pha logarith hoặc ở đầu pha cân bằng) hoặc khi môi *Các sản phẩm của quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ: rượu, trường thiếu dinh dưỡng, các điều kiện sống không thích hợp axit hữu cơ (a. acetic, a. lactic, a. citric…), các chất khí. cho sự phát triển của vi sinh vật phân giải Cơ chất enzyme - Không cần thiết cho sự sinh trưởng, phát triển, sinh sản của ngoại bào Sản phẩm tế bào vi sinh vật. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ĐTC *Thành phần cấu trúc tế bào : lipid, vitamins, polysaccharides bậc 2 tạo ra các sản phẩm với mục đích giúp bảo vệ sự tồn tại * Các enzyme ngoại bào: Cellulase, amylase, protease… của tế bào như các hợp chất kháng khuẩn, các độc tố. * Các chất trung gian trong quá trình tổng hợp thành phần TB:  Quá trình TĐC bậc 2 ở vi sinh vật cung cấp nhiều sản nucleoid, amino acids phẩm dược phẩm quan trọng trong đời sống như các kháng Đặc điểm: Hình thành trong pha sinh trưởng logarith; cần thiết cho sinh, kháng nấm, kháng côn trùng… quá trình sinh trưởng, phát triển và sinh sản của TB 2
  3. 9/24/2018 2.3. Các quá trình lên men VSV 2.3.2. Phương pháp nuôi cấy chìm 2.3.1. Phân loại các quá trình lên men: -Ưu điểm: Tốn ít mặt bằng trong xây dựng và lắp đặt dây - Phân loại theo sự phát triển của vi sinh vật trong môi trường: chuyền; chi phí điện năng, nhân lực và các khoản phụ cho một đơn vị sản phẩm thấp; Các thiết bị lên men chìm dễ cơ + Lên men chìm: lên men ở bề sâu của môi trường lỏng lỏng khí, tự động hóa; Dễ tổ chức và sản xuất với quy mô lớn + Lên men bề mặt: Lên men nổi trên bề mặt của môi trường rắn hoặc lỏng -Nhược điểm: - Phân loại theo nguyên lý hoạt động của thiết bị lên men: + Đòi hỏi trang bị kỹ thuật cao, dễ bị nhiễm trùng toàn bộ môi trường. Vì vậy, phương pháp này đòi hỏi điều kiện vô + Nuôi cấy mẻ (Lên men tĩnh) trùng cao. + Nuôi cấy mẻ có bổ sung cơ chất (Fed-batch culture) + Phương pháp lên men chìm đòi hỏi phải khuấy đảo và sục + Lên men liên tục khí liên tục vì vi sinh vật chỉ sử dụng được oxy hòa tan trong - Phân loại theo điều kiện lên men: môi trường. Khí được nén qua một hệ thống lọc sạch tạp + Lên men hiếu khí: cung cấp oxy nhờ sục khí (SX sinh khối) khuẩn. Hệ thống này khá phức tạp và dễ gây nhiễm trùng + Lên men yếm khí: sản xuất rượu, bia cho môi trường lên men. 2.3.3. Phương pháp nuôi cấy bề mặt/Lên men xốp Là phương pháp nuôi cấy mà VSV sẽ sinh trưởng trên bề mặt của môi 2.4. SẢN XUẤT SINH KHỐI VI SINH VẬT trường. 2.4.1. Sản xuất sinh khối vi tảo và vi khuẩn lam Cơ chất sử dụng để lên men như cám, bột ngô, bột sắn, bột sữa…… Thực tế a. Ưu điểm và nhược điểm của vi tảo, vi khuẩn lam thường dùng chủ yếu dùng cám gạo loại I, vì cám có đủ các chất dinh dưỡng *Ưu điểm: và cấu trúc xốp ẩm, thích hợp cho sự phát triển của nấm men. Môi trường phải đạt độ ẩm 58-60%, điều chỉnh ở độ pH thích hợp ; sau khi • Có hàm lượng dầu, carbohydrate và protein cao nên được ứng dụng khử trùng ở 1-1,5 atm trong 45-60 phút, trải mỏng với độ dày 2-2,5 cm vào nhiều trong các lĩnh vực: sản xuất thực phẩm, thức ăn cho người, vật các khay. Thời gian nuôi cấy: 36-60 giờ, tùy thuộc vào chủng giống nuôi; sản xuất dầu sinh học, các sản phẩm dược…. Ưu điểm: Chế phẩm dễ sấy khô, ít bị giảm hoạt tính, dễ vận chuyển và sử • Chủng loại đa dạng, phổ biến rộng rãi dụng. • Có tốc độ sinh trưởng nhanh chóng: vòng đời ngắn (vài ngày). Kích - Không cần các thiết bị phức tạp, tiêu thụ năng lượng ít nên thích hợp với thước tế bào lớn, thu sinh khối lớn nhiều vùng sản xuất. - Trong quá trình nuôi cấy nếu bị tạp nhiễm thì chỉ cần loại bỏ cục bộ từng • Nhu cầu dinh dưỡng đơn giản: ánh sáng, nước, CO2 và một số chất vô phần. cơ Nhược điểm: Thu sinh tế bào khối khó, vì phải thu cả cơ chất. Thường sử • Không bị virus tấn công; Không sản sinh các độc tố nguy hiểm. dụng để sản xuất chế phẩm sinh học hoặc sản xuất enzyme. • Có thể tận dụng nguồn nước thải, hoặc phát triển được trong các Cần mặt bằng lớn và chi phí lao động cao, khó cơ giới hoá trong sản xuất mương, rãnh nước thải, ao nuôi… để nuôi trồng tảo. Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm như: Tóm tắt quy trình sx - Nhiều chất diệp lục không được khuyến cáo sử dụng cho người; - Tốn diện tích nếu nuôi ngoài tự nhiên và bị ảnh hưởng bởi điều kiện ngoại cảnh. Nếu nuôi trong nhà thì tốn năng lượng cho quá trình điều khiển môi trường (điện chiếu sáng, nhiệt độ, chế độ thổi khí…) Quy trình sản xuất: 1. Chọn giống 2. Chuẩn bị môi trường nuôi cấy 3. Nuôi trồng qui mô pilot 4. Nuôi trồng ở qui mô sản xuất 5. Thu hoạch -Tách nước 6. Xử lý/chế biến 7. Thành phẩm 3
  4. 9/24/2018 a. Chọn giống Tảo, vi khuẩn lam giống được lựa chọn làm giống phải đạt - Tùy vào mục đích sx để lựa chọn các loài phù hợp: VD: các tiêu chí sau: vi tảo thường được lựa chọn để sx dầu sinh học (sinh - Có thành phần dinh dưỡng đáp ứng mục đích/yêu cầu trưởng nhanh chóng, hàm lượng lipid cao, có thể tận dụng của sản xuất: Ví dụ: tảo nuôi để sản xuất dầu phải có hàm nguồn nước thải…) lượng triacylglycerols, lipid cao; Tảo, vi khuẩn lam sư - Sử dụng kỹ thuật gen để nâng cao chất lượng/năng suất dụng để sản xuất thực phẩm, thức ăn gia súc… phải có của giống sx thành phần dinh dưỡng chứa nhiều axít amin thiết yếu,  Một số giống tảo được sản xuất chủ yếu: giàu protein, vitamin, khoáng chất… Chlorella vulgaris, Chlorella pyrenoidosa, Scenedesmus - Sinh trưởng nhanh (1 vài ngày), tạo sinh khối lớn, mật độ quadricauda, Haematococcus pluvialis, Dunaliella salina… cao (>5 triệu tb/ml); Dễ thu hoạch  Giống vi khuẩn lam: Spirulina platensis, Spirulina - Thích nghi tốt với điều kiện khí hậu/môi trường, chịu maxima; Synechococcus nhiệt, chịu mặn… - Không hấp phụ các độc tố: pb, asen… Một số giống tảo, vi khuẩn lam được sử dụng để sản b. Chuẩn bị môi trường xuất sinh khối * Nguồn nước: Có thể dùng nhiều nguồn nước khác nhau để nuôi tảo như nước giếng khoan (có chứa nhiều chất vô cơ có ích, nhưng cần phải loại bỏ các chất độc như chì, arsen,…); nước máy (có nhiều khoáng tốt nhưng đắt); Nước biển, suối nước khoáng (có chứa nhiều dưỡng chất tốt cho tảo phát triển) Các phương pháp khử trùng: - Hấp tiệt trùng (ở 120oC/15-45 phút tùy vào thể tích nước); - Khử trùng Pasteur (80oC/1-2 giờ); - Sử dụng tia UV để khử môi trường nuôi trong ống nghiệm, bình tam giác, thùng…. - Với thể tích nuôi cấy >20 lít có thể sử dụng phương pháp lọc với đường kính lỗ lọc 1µm hoặc xử lý với axit HCl ở pH 3, trung hòa axit sau 24 giờ với sodium cacbonate Na2CO3. Môi trường Walne (cải tiến từ môi trường của Laing, 1991) * Yêu cầu về dinh dưỡng: - Khoáng đa lượng: Nitrate (NO3-) NH3, muối amon; Phosphat, Ca, Na, K, silicate… - Khoáng vi lượng: Cu, Zn, Mn, Co… - Vitamins: thiamin (B1), cyanocobalamin (B12), Biotin… Hai môi trường được sử dụng rộng rãi và phù hợp với sự phát triển của phần lớn các loài tảo là môi trường Walne (cải tiến từ môi trường của Laing, 1991) và môi trường Guillard’s F/2 (cải tiến từ môi trường của Smith và cs.,1993). Ngoài ra, có thể kết hợp các môi trường trên với các loại phân bón dưới đây cho sản xuất sinh khối vi tảo ở quy mô công nghiệp 4
  5. 9/24/2018 * Các điều kiện sinh trưởng của tảo: Các loại phân bón sử dụng trong nuôi trồng tảo ở quy - Ánh sáng: nguồn năng lượng chủ yếu. Ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp mô công nghiệp (cải tiến từ Palanisamy và cs., 1991) hoặc nhân tạo (đèn huỳnh quang; tối thiểu 18 giờ/ngày). Cường độ chiếu sang từ 1000-10.000 lux tùy thuộc vào thể tích bể và mật độ nuôi trồng (thích hợp từ 2500-5000 lux) - Độ pH: phần lớn các loài tảo có thể sinh trưởng ở môi trường kiềm pH 7-9,5. Khoảng thích hợp cho sprirulina từ 8,5-9, tảo chlorella cần MT trung tính 8,2-8,7 - Sục khí: liên tục hoặc 24/24h - Khuấy đảo: cần thiết để tránh hiện tượng sa lắng tảo, tăng cường trao đổi khí; tảo tiếp cận tốt với dinh dưỡng, ánh sáng, tránh hiện tượng phân tầng. Tùy thuộc vào mô hình nuôi trồng mà có phương pháp khuấy đảo khác nhau. • Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho các loài tảo phù du từ 20-24oC (Mức tối thiểu không 38oC). Đối với Sprirulina nhiệt độ thích hợp 35oC. - Độ mặn: Nồng độ muối giao động 12-40g/l, thích hợp từ 20-24g/l c. Nuôi trồng tảo * Các hệ thống nuôi trồng tảo: -Nuôi trong nhà/ngoài trời (Indoor/outdoor) -Hệ thống hở/kín (Open/closed) -Hệ thống vô trùng/không vô trùng (Anxenic/Xenic) -Nuôi cấy mẻ/đợt/lứa, nuôi cấy liên tục và bán liên tục (Batch, continuous, semi-continuous) SX quy mô công nghiệp: thường sử dụng hệ thống nuôi cấy vô trùng, liên tục hoặc bán liên tục như phytobioreactor để kiểm soát tốt năng suất, chất lượng *Lựa chọn địa điểm nuôi tảo - Nơi nuôi tảo phải có lượng chiếu sáng thích hợp giúp tảo sinh trưởng bình thường, giảm chi phí chiếu sáng - Chủ động nguồn nước nuôi tảo, nước không bị ô nhiễm - Giao thông thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu đầu vào và sản phẩm sau thu hoạch. - Nơi có hệ thống điện lưới tốt Hệ thống mở (open system) Hệ thống kín (closed system) HT nuôi đợt (batch culture) HT nuôi liên tục (continuous culture) Production scheme for batch culture of algae (Lee and Tamaru, 1993) Các hồ nuôi tảo Spirulina ở Bình Thuận của Công ty Tảo Vĩnh Hảo. 5
  6. 9/24/2018 d. Các phương pháp thu hồi sinh khối e. Tách nước: -Thời điểm thu hoạch: - Sinh khối tảo chỉ chiếm từ 0,1-1% khối lượng nuôi + Khi mật độ TB đạt từ 1-10g/l thì có thể thu hoạch. trồng còn lại đến 99% là nước cần phải loại bỏ. + Hoặc sử dụng đĩa Secchi (đo độ trong của nước): độ - Có 3 phương pháp loại nước: sâu nhìn thấy đĩa từ 1,5-2cm thì thu hoạch, thu đến độ sâu 4cm thì dừng và bổ sung hóa chất để tiếp tục nuôi và thu hoạch. + Ly tâm (centrifugation): ly tâm tốc độ cao  loại bỏ nước một cách hiệu quả Nên thu hoạch vào buổi sáng: + Lọc (membrane filtration): lọc qua màng lọc - Hàm lượng protein của tảo thu buổi sáng cao hơn các thời điểm khác trong ngày polyester, lỗ lọc 30µm hoặc lọc áp lực chân không - Có thời gian để phơi khô sản phẩm + Kết bông (flocculation): Sử dụng hóa chất để kết các TB tảo thành khối nổi trên bề mặt (chitosan, - Nhiệt độ buổi sáng mát  đỡ mệt mỏi polyacrylamides). Có thể sử dụng bọt khí CO2 sục xuống đáy bể đẩy tảo nổi lên (chỉ sd hệ thống kín) f. Chế biến tảo: SX sinh khối tảo: tảo sau khi tách nước được sấy khô/phơi khô Phơi khô: phơi trực tiếp dưới nắng mặt trời  phương pháp này không phải chi phí nhiên liệu nhưng có một số nhược điểm: phụ thuộc vào thời tiết; dễ gây biến tính một số hợp chất hữu cơ của tảo; đòi hỏi diện tích lớn 1m2 bề mặt/100g tảo khô Các phương pháp sấy phổ biến: sấy phun (spray drying), sấy trống quay (roller drum drying), sấy thăng hoa (freeze drying) - Tảo Spirulina sau khi tách nước được sấy khô bằng khí nóng ở 60oC/7h độ ẩm còn 5-7% - Hoặc Tảo được đun nóng đến 60oC sau đó được sấy trong buồng sấy có nhiệt độ đầu vào từ 120-140oC, nhiệt độ đầu ra là 85oC. Thời gian sấy 6-8 giây - Sinh khối tảo Chlorella vulgaris được sấy phun đến độ ẩm 4-6% Ưu điểm: đảm bảo tổn thất chất dinh dưỡng thấp; đạt được độ ẩm thấp Nhược điểm: chi phí giá thành cao 2.4.2 Sản xuất sinh khối nấm men Quy trình sản xuất sinh khối nấm men 1. Chuẩn bị nguyên liệu/MT dinh dưỡng 5. Ly tâm, làm sạch  Kem nấm a. Ưu điểm của nấm men 2. Nhân giống phòng thí nghiệm 6. Lọc chân không  nấm men tươi - Giàu dinh dưỡng: protein
  7. 9/24/2018 Quy trình sx sinh khối nấm men từ rỉ mật đường a. Bước 1: Chuẩn bị nguyên vật liệu và môi trường * Giống nấm men được sử dụng để sản xuất sinh khối *Các cơ chất sử dụng sản xuất sinh khối nấm men: Xử lý rỉ mật đường - Nguồn carbohydrates: + Đường và các phụ phẩm của sản xuất đường (rỉ mật đường); + Ngũ cốc, bột sắn, khoai và các phụ phẩm của chúng + Nguyên liệu giàu xơ như rơm, rạ…), phụ phẩm của ngành sản xuất giấy, chế biến rau quả, (bã mía, bã dứa, vỏ chuối, vỏ các loại hạt…) + Các nguyên liệu khác: whey, lignocellulose từ thực vật - Nguồn hydrocarbons: n-alkanes, n-paraffins, methanol, ethanol (phụ phẩm của ngành dầu khí), axit béo, triglycerites, dầu … (dầu đậu nành, dầu hướng dương) - Rỉ mật đường: là nguyên liệu được sử dụng chủ yếu nhất để SX sinh khối nấm men do: rẻ tiền, dễ kiếm, giàu dinh dưỡng, có hàm lượng đường cao; chứa nhiều vitamin, khoáng chất và các chất điều hòa sinh trưởng như biotin (vitamin H) Yêu cầu của rỉ đường dung trong sản xuất sinh khối nấm men: Hàm lượng chất khô không dưới 75%; hàm lượng đường từ 40-50%; N tổng số không dưới 1,4%. Số lượng VSV tạp nhiễm không quá15.000TB/g rỉ đường Rỉ mật đường cần được xử lý trước khi sử dụng nuôi cấy nấm men * Nguồn nước: - Nước sạch: Có độ cứng từ 4-8o (1o cứng ≈10mg CaO/lit); không màu, không mùi, không vị - Các chất sau không được vượt quá mức cho phép: Cl-
  8. 9/24/2018 Bước 2: Nhân giống - Nhân giống phòng thí nghiệm: giống ống nghiệm được cấy chuyền vào bình tam giác có 1 lít môi trường vô trùng và được nuôi cấy ở 25 – 30oC/24-48 giờ. Lắc ở tốc độ 130-200 vòng/phút. Giống khởi động cần đạt số lượng tối thiểu 2-5x106TB/ml. - Nhân giống cấp 1: Các bình tam giác lên men đạt tiêu chuẩn sẽ được cấy chuyển tiếp vào các bình lên men kín có sục khí đến khi đạt được 3,5 – 5g sinh khối/1lít dịch nuôi. Quá trình kết thúc sau 12 – 15 giờ. - Nhân giống cấp 2,3…: giống cấp 2 sẽ được cấy chuyển tiếp vào các nồi lên men có dung tích từ 4 – 5 m3. Tỉ lệ tiếp giống 1:10. Trong quá trình nhân giống dùng nước amoniac để giữ pH 4,5-5,5 và thổi khí liên tục. Yêu cầu về giống: Giống nấm men sử dụng nhân giống sản xuất phải là giống - Nhân giống sản xuất: Từ nồi 4 – 5 m3 sẽ được chuyển sang thùng 12 – khỏe, trẻ, không nhiễm tạp; tế bào chết không quá 5%. Quá trình nhân giống 15 m3 tới vài chục m3 hoặc lớn hơn. phòng thí nghiệm phải đảm bảo 10% thể tích dịch men để đủ cung cấp cho các nồi lên men. Số lượng TB trong dịch men đạt 100-120 triệu TB/ml. Bước 3: Lên men Lên men công nghiệp: giống được cấy chuyển vào các nồi lên men kín hoặc hở, thể tích từ vài chục mét khối tới 500m3. Sử dụng phương pháp lên men liên tục hoặc nuôi cấy mẻ có bổ sung dinh dưỡng cho hiệu quả kinh tế cao. * Nuôi cấy mẻ: - Môi trường giống như môi trường nhân giống - Giống khởi động: 2-5x106TB/ml, tỷ lệ giống cấy 1-3%v/v - Hàm lượng đường từ 2-3%; pH môi trường từ 4,2-4,5 - Cung cấp oxy: + ở giai đoạn tiềm phát thường kéo dài 0,5-1 giờ, sục khí với lượng 50m3/giờ/m3 môi trường + Giai đoạn sinh trưởng logarithm: kéo dài từ 7-14 giờ, là giai đoạn cần nhiều oxy nhất để tăng cường trao đổi chất. Lượng khí sục từ 80-100m3/giờ/m3 môi trường + Giai đoạn cân bằng: quá trình TĐC giảm mạnh, thường kéo dài từ 1-2 giờ. Lượng khí sục giảm từ 20-50m3/giờ/m3 môi trường Nhân giống nấm men trong sx sinh khối men bánh mì - Nhiệt độ nuôi cấy: 28-30oC. Thời gian nuôi 16 giờ *Phương thức nuôi bán liên tục (nuôi cấy mẻ có bổ sung chất dinh dưỡng): Phương thức nuôi cấy mẻ có nhược điểm là: Khó xác định thời Bước 4. Thu hồi sản phẩm điểm thu sinh khối; Sinh khối nấm men thu nhận gồm cả TB già và TB * Thu nhận nấm men tươi dạng paste: trẻ, ảnh hưởng đến chất lượng sinh khối; Đòi hỏi mất thời gian vệ sinh -Thu hồi ngay sau khi kết thúc lên men thiết bị; TB bị tác động mạnh bởi hàm lượng chất dinh dưỡng cao ngay từ -Ly tâm: 2000-5000v/p  nấm men dạng nhão (paste), hàm lượng nước ban đầu. Vì vậy, để khắc phục nhược điểm này, chất dinh dưỡng được cao  ép bằng máy ép khung bản  Miếng có độ ẩm 70-75%  đóng gói  bảo quản lạnh 0-4oC, độ ẩm 82-95% đưa vào môi trường thành nhiều đợt để giúp TB nấm men không bị tác * Thu nhận nấm men khô: động bởi áp suất thẩm thấu cao. -Từ nấm men dạng paste  sấy khô  nấm men có độ ẩm
  9. 9/24/2018 * Sinh khôi nấm men khô: 2.5. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYME -Từ nấm men dạng paste sau khi sấy khô thu được nấm men khô, có Ngày nay VSV là đối tượng chính dùng để sản xuất enzyme do: độ ẩm
  10. 9/24/2018 b. Chuẩn bị môi trường, nguyên vật liệu c. Phương pháp nuôi cấy - Cơ chất sử dụng: cám gạo, bột ngô, bột khoai tây… Phương pháp nuôi cấy bề mặt/ Lên men xốp - Nếu sử dụng cám gạo là cơ chất chính thì cần bổ sung 20-25% trấu để tạo độ xốp, Cơ chất thường dùng: cám vì cám có đủ các chất dinh dưỡng và cấu trúc xốp tăng lượng oxy hòa tan trong môi trường, giúp vi sinh vật phát triển tốt hơn. ẩm, thích hợp cho sự phát triển của VSV. -Hoặc tận dụng phụ phẩm của ngành công, nông nghiệp: bã mía, rơm lúa, mùn Môi trường phải đạt độ ẩm 58-60%, điều chỉnh ở độ pH thích hợp ; sau khi cưa, lõi ngô, xơ dừa, vỏ chuối, bã chè, vỏ dứa, cam…. khử trùng ở 1-1,5 atm trong 45-60 phút, trải mỏng với độ dày 2-2,5 cm vào Môi trường nuôi cấy các khay. - Nuôi cấy giống sinh amylase: môi trường cần có chất cảm ứng là tinh bột hoặc Thời gian nuôi cấy: 36-60h, tùy thuộc vào chủng giống dextrin với nồng độ 0,7-6% tuỳ theo từng loại VSV và có sự phối hợp với thành phần Ưu điểm: - Nồng độ và hoạt tính enzyme cao. có chứa N là NaNO3 hoặc NH4NO3, có bổ sung thêm các nguyên tố vi lượng như: S, - Chế phẩm dễ sấy khô, ít bị giảm hoạt tính, dễ vận chuyển và sử dụng. Mn, Mg, K, P... - Không cần các thiết bị phức tạp, tiêu thụ năng lượng ít nên thích hợp với - Nuôi cấy giống sinh protease: môi trường cần có chất cảm ứng là peptone, nhiều vùng sản xuất. gluten, bột đậu tương, bột mì, cám mì, hoặc mầm mạch, có thể phối hợp thêm N vô cơ - Trong quá trình nuôi cấy nếu bị tạp nhiễm thì chỉ cần loại bỏ cục bộ từng như (NH4)2HPO4 sẽ tốt hơn. Nguồn C là đường mono/disaccharide (glucose, fructose, phần maltose...) và tinh bột (0,5-2%) nếu nuôi cấy vi khuẩn và xạ khuẩn. Nhược điểm: - Nuôi cấy giống sinh cellulase: cần chất cảm ứng là cellulose (giấy lọc, bã củ cải - Cần mặt bằng lớn và chi phí lao động cao - Khó khăn trong cơ giới hoá trong sản xuất hay lõi ngô...) hoặc có thể là tinh bột 1%. Nguồn N chủ yếu là N vô cơ (muối nitrat) có bổ sung thêm N hữu cơ và yếu tố sinh trưởng (cao nấm men, cao ngô...). Phương pháp nuôi cấy chìm d. Phương pháp tách và làm sạch chế phẩm enzyme  Phối chế môi trường thành dịch thể, điều chỉnh độ pH thích hợp, khử Tách từ môi trường rắn (nuôi cấy bề mặt) trùng trong thiết bị chịu áp lực ở 118 - 125oC/45-60 phút. Nghiền nhỏ → chiết tách → lọc → kết tủa → lọc ép → sấy khô  Phương pháp nuôi cấy: → pha trộn → thành phẩm. • Tiến hành nhân giống từ ống nghiệm qua bình tam giác có lắc đảo, nhân  Tách enzyme : khuếch tán bằng nước hay dung dịch NaCl 1%. tiếp từ bình sang thùng có thể tích bằng 5-10 thể tích thùng lên men chính Ngâm môi trường trong dung dịch (lượng dung dịch cao gấp 3 lần)/30 trong 24-36h, sau đó cấy chuyển sang thùng lên men chính với tỷ lệ cấy phút sau đó đem lọc, nhiệt độ cần 25-28oC Chiết được 90-95% giống 2-5%. enzyme, không có tạp chất hoà tan. Dịch thu được có mầu nâu xẫm • Quá trình nuôi cấy phải thổi khí và khuấy liên tục, thời gian kéo dài 2-4 chứa 10-15% chất khô sẽ được bổ sung 0,1% Nabenzoat và làm lạnh ngày. Trong quá trình nuôi cấy dùng NaOH và H2SO4 để điều chỉnh độ pH. ngay xuống 10-12oC để bảo quản.  Ưu điểm: Dịch chiết có thể cô đặc tới 50-55% chất khô hoà tanđưa vào • Dễ cơ giới hóa, tốn ít nhân công, có thể sản xuất ở quy mô công nghiệp; máy sấy phun chế phẩm dạng bột. • Thu hồi sản phẩm đơn giản hơn chủ yếu nhờ phương pháp lọc hoặc ly tâm,  Kết tủa: hiệu suất thu hồi cao. • Tuy nhiên, khi nuôi cấy bằng phương pháp này cần đảm bảo điều kiện vô - Phương pháp kết tủa enzyme bằng dung môi hữu cơ (rượu, axeton...) trùng nghiêm ngặt tránh tạp nhiễm và đầu tư trang thiết bị ban đầu cao. - Phương pháp kết tủa bằng muối trung tính: dùng (NH4)2SO4 vì tan tốt trong nước và không ảnh hưởng hoạt tính enzyme. Tách từ dịch nuôi cấy chìm Câu hỏi ôn tập 1. Vì sao VSV được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sinh khối và các sản phẩm trao đổi • Lọc dịch nuôi cấy sẽ thu được dung dịch chứa 1-3% chất khô, Dịch lọc 2. chất? cần cô để giảm thể tích 4-10 lần trong chân không ở 25-30oC rồi sau đó 3. Sinh khối vi sinh vật là gì? Ưu và nhược điểm của sinh khối vi sinh vật? Ứng dụng của 4. sinh khối VSV trong thực tiễn sản xuất và đời sống? chiết tách enzyme như các phương pháp trên. 5. Phân biệt phương pháp lên men chìm và lên men bề mặt. Cho biết ứng dụng thực tiễn 6. của hai phương pháp này? • Để cô đặc và phun sấy ngoài việc sử dụng phương pháp cô chân không 7. Phương pháp lên men chìm là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng trong sản xuất? 8. Phương pháp lên men bề mặt là gì? Ưu, nhược điểm và ứng dụng trong sản xuất còn có thể dùng phương pháp hấp thụ qua nhựa trao đổi ion hoặc các 9. Thế nào là nuôi cấy liên tục, bán liên tục và nuôi cấy mẻ? Ưu, nhược điểm và ứng dụng chất có hoạt tính bề mặt sau đó lại tiến hành phản hấp phụ. Ví dụ: Dịch 10. của các phương thức nuôi cấy này trong sản xuất? 11. Lên men công nghiệp là gì? có đặc điểm gì khác với lên men truyền thống? Cho ví dụ cụ chứa -amylase của nấm mốc, vi khuẩn có thể được hấp phụ lại bằng thể tinh bột khoai tây hoặc ngô đã xử lý sơ bộ bằng nhiệt (các enzyme khác 12. Trình bày phương pháp sản xuất sinh khối nấm men? Ứng dụng của sinh khối nấm men trong chăn nuôi và đời sống? Cho ví dụ không được hấp phụ). Tinh bột hấp phụ được sấy khô. 13. Trình bày phương pháp sản xuất sinh khối tảo, vi khuẩn lam? Ứng dụng sinh khối tảo,Vk lam trong chăn nuôi và đời sống? Cho ví dụ e. Tinh sạch enzyme 14. Trình bày phương pháp sản xuất sinh khối vi khuẩn lactic? Ứng dụng sinh khối VK lactic trong chăn nuôi, trong đời sống? Cho ví dụ cụ thể Enzyme thô sẽ được tinh sạch bằng 3 phương pháp: Phương pháp 15. Trình bày tóm tắt quy trình kỹ thuật chung trong sản xuất enzyme từ vi sinh vật? kết tinh; Phương pháp điện di và Phương pháp sắc ký (Sắc ký lọc gel; 16. Cho biết vi sinh vật được lựa chọn làm giống để sản xuất sinh khối, sản xuất enzyme cần phải đạt các tiêu chuẩn gì? Sắc ký trao đổi ion và Sắc kí ái lực) 10
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học