san xuat protein don bao

5/17/2018 San Xuat Protein Don Bao - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/san-xuat-protein-don-bao 1/58

ĐA I HO C QUÔ C GIA HA NÔ I TRƯƠ NG ĐA I HO C KHOA HO C TƯ NHIÊN

KHOA SINH HO C ____________

LƠ P K 12 – CNKHTN SINH HO C

BÀI TIÊ U LUÂ NMÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PROTEINĐƠN BÀO (SCP)

Ha Ni, 1/2012



ĐA I HO C QUÔ C GIA HA NÔ I TRƯƠ NG ĐA I HO C KHOA HO C TƯ NHIÊN

KHOA SINH HO C ____________

LƠ P K 12 – CNKHTN SINH HO C

BÀI TIÊ U LUÂ NMÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PROTEIN

ĐƠN BÀO (SCP)

Giảng viên: PGS.TS. Ngô Tự Thành

Sinh viên thư c hiê n: Trần Vũ Quỳnh Giao

Nguyê n Câ m Linh Lê Hải Vân

Ha Nô i, 1/2012



Tiể u luận môn Vi sinh vật học Công nghiệ p Sản xuất Protein đơn bào

1

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 vật đƣợ c sử dụng để sản xuất protein đơn bào..................... 63.1. Yêu cầu đố i vớ i các chủng vi sinh vật sử d ụng trong sản xuấ t. ................. 6

3.2. Các nhóm vi sinh vật 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 nghiệ p. ..................... 9

4.3. Các sản phẩ m, d ịch chiế t và d ịch thủ y phân t ừ nguyên liệu thự c vật...... 10

4.4. Các nguồn nhiên liệu có giá tr ị thương mại cao như khí đố t, methan,methanol và các n-alkan.................................................................................. 10

5. Quy trình sản xuất protein đơn bào ................................................................. 11

6. Chế biến protein đơn bào thành thực phẩm .................................................... 11

6.1. Phá hủ y thành t ế bào: .............................................................................. 126.2. Loại bỏ axit nucleic .................................................................................. 12

7. Ƣu nhƣợc điểm của protein đơn bào. .............................................................. 13

7.1. Ưu điể m: ................................................................................................... 13

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




2

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

2.1. M ột số nguồn nguyên liệu thườ ng sử d ụng để sản xuất protein đơn bào.20

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

3.1. Sản xuất protein đơn bào t ừ chấ t thải công nghiệ p:................................ 30

3.2. Sản xuất protein đơn bào từ rác thải nông nghiệ p t ừ phần bỏ đi của

quả ................................................................................................................... 304. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nhóm vi sinh vật quang hợ p ... 31

4.1. Nhóm vi sinh vật quang hợ p- nguồn cung cấ p protein. ........................... 31

4.2. Ứ ng d ụng trong sản xuấ t SCP.................................................................. 34

PHẦN III. KẾT LUẬN ........................................................................................... 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO: ...................................................................................... 55




3

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 protein táchchiết đƣợ c từ môi trƣờ ng nuôi cấy vi sinh vật, đƣợ c sử dụng làm nguồn thức ăn chocon ngƣờ i hay nguồn thức ăn chăn nuôi.

Thuật ngữ “protein đơn bào” đƣợc GS. C.L.Wilson đƣa ra vào năm 1966, đƣợ cdùng thích hợp hơn đối vớ i hầu hết các vi sinh vật đơn bào hoặc cá thể dạng sợ i.

Các protein đơn bào có thành phần protein cao (60-80% khối lƣợ ng khô của tế

bào), chất béo, carbohydrate, axit nucleic, vitamin và chất khoáng. Chúng cũng chứanhiều các axit amin thiết yếu nhƣ Lysin và Methionine.

1.2. Công nghệ sản xuất protein đơn bào

Công nghệ sản xuất protein đơn bào là công nghệ nuôi cấy và thu sinh khối cácvi sinh vật. Nó ra đời đƣợ c coi là một phƣơng pháp hứa hẹn có thể giải quyết đƣợ c vấnđề thiếu protein trên toàn thế giớ i. Công nghệ sản xuất protein đơn bào bao gồm cả cácquá trình chuyển vị sinh học, biến đổi các sản phẩm phụ ít giá trị và chi phí thấp,thƣờ ng là các chất thải, trở thành sản phẩm vớ i giá trị dinh dƣỡ ng và giá trị thị trƣờ ngcao hơn.

Sản xuất protein đơn bào đòi hỏi phải vận dụng các kiến thức về lên men, côngnghệ sản xuất sinh khối, nuôi cấy vi sinh vật.

Đầu thế kỉ 20, sự áp dụng rộng rãi các chƣơng trình phát triển nông nghiệp đã

làm cho các nguồn thức ăn thực vật, nhƣ đậu nành, ngô, lúa mì và gạo luôn ở trongtình trạng sẵn có. Ngoài ra, sự phát triển về chính trị và kinh tế đã thay đổi trật tự thế giớ i từ một hệ thống các khối nƣớ c trở nên toàn cầu hóa, tạo điều kiện thuận lợ i cho

việc m

ở cử

a giao dịch các s

ản ph

ẩm nông nghi

ệp. Các s

ản ph

ẩm nông nghi

ệp này vƣợ ttrội so với protein đơn bào trên cơ sở giá cả sản xuất thấp hơn. Tuy nhiên, sự kết hợ p

giữa việc sản xuất phức tạp vớ i các công nghệ chế biến thực phẩm đã mang lại một thế hệ sản phẩm protein đơn bào mớ i, có thể sử dụng để thay thế các loại thị hay dùng làmchất tăng cƣờng hƣơng vị. Các ứng dụng trong tƣơng lai của việc biểu hiện protein dị hợ p thể có thể phát triển hơn nữa tiềm năng của dạng thực phẩm này, tạo ra các sản




4

phẩm phù hợ p vớ i yêu cầu của chế độ ăn uống hay tạo thành các dòng sản phẩm có giátrị 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, loại nguyên liệu thô và loại vi sinh vật khácnhau.

Có hiệu quả biến đổi cơ chất ban đầu cao

Năng suất cao nhờ vào tốc độ tăng trƣở ng nhanh của các vi sinh vật.

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 cộng sự của ông cách đây gần 1 thế kỉ. Họ là ngƣời đầu tiênchú ý đến giá trị của các nấm men rƣợu dƣ thừa trong việc tạo nguồn thức ăn cho vậtnuôi.

Trong chiến tranh Thế giớ i thứ nhất, ngƣời Đức đã thay thế phần nửa nguồnprotein quan trọng bằng nấm men. Vì các nấm men rƣợ u từ công nghiệp sản xuất biakhông đủ số lƣợng để đáp ứng nhu cầu protein thức ăn, một tỉ lệ rất lớ n sinh khối nấmmen đƣợ c sản xuất trong điều kiện hiếu khí trong môi trƣờ ng bán tổng hợ p chứa nguồnnitơ là các muối ammonium. Phƣơng pháp này hiệu quả hơn so với lên men, nhƣng

vẫn có hiện tƣợ ng lên men một số chất trong nguồn cacbon, đồng thờ i năng suất sinhkhối thu đƣợ c là không tối ƣu.

Vào năm 1919, Sak (Đan Mạch) và Hayduck (Đức) đã phát minh ra mộ t quytrình mớ i, đƣa dung dịch đƣờ ng vào dịch huyền phù chứa nấm men thay vì đƣa thêm

nấm men vào một dung dịch đƣờng đã pha loãng. Công nghệ này đến ngày nay vẫnđƣợ c sử dụng.

Sau khi Chiến tranh Thế giớ i thứ nhất kết thúc, sự quan tâm của ngƣời Đức đếnnấm men đã giảm xuống, nhƣng đến 1936, ngƣờ i ta tiếp tục sử dụng nấm men rƣợ u và

một số loài nấm men khác, đặc biệt là các loài đƣợ c nuôi cấy vớ i số lƣợ ng lớn để làmthức ăn bổ sung cho con ngƣời và động vật. Kể từ đó, ƣu điểm của việc nuôi cấy nấmmen trong môi trƣờng giàu dinh dƣỡng và điều kiện hiếu khí đã đƣợ c nhận ra một cáchđầy đủ và nhanh chóng trở thành một phƣơng tiện để sản xuất thức ăn trên quy môcông nghiệp.




5

Vào thời điểm bắt đầu Chiến tranh thế giớ i thứ II, nấm men đƣợ c sử dụng trƣớ chết làm thức ăn trong quân đội, sau đó áp dụng cho tất cả các công dân. Ngƣời ta đã hi

vọng có thể sản xuất đƣợc hơn 100,000 tấn mỗi năm, tuy nhiên trên thực tế, sản lƣợ ngchƣa bao giờ vƣợ t quá 15,000 tấn, do việc sản xuất liên tục bị gián đoạn bở i chiến

tranh.Việc sử dụng nấm men làm thức ăn trong giai đoạn này bắt đầu từ Đức, sau đó

đƣợ c áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giớ i. Phòng thí nghiệm các sản phầm rừngcủa Sở nông nghiệp Hoa Kỳ đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm nuôi cấy nấm menCandida utilis trên môi trƣờ ng chứa sulfit là chất thải trong quá trình sản xuất giấy.

Sau chiến tranh, vấn đề sản xuất protein đơn bào ngày càng đƣợ c chú trọng để giải quyết các vấn đề của nhân loại trên quy mô toàn cầu. Đầu những năm 60, một số công ti đa quốc gia đã quyết định nghiên cứu sản xuất sinh khối vi sinh vật để làm

nguồn protein thức ăn. Các cơ chế cơ bản quyết định sự tăng trƣở ng của các sinh vậtnhƣ nấm men và nấm sợi đã đƣợ c lám sáng tỏ, tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn trongứng dụng các cơ chế trên trong công nghiệp, do đó ngƣờ i ta tiếp tục đẩy mạnh nghiêncứu.

Ngƣờ i ta tiếp tục tìm kiếm các loại cơ chất vớ i giá thành thấp. Các sản phẩmphụ trong công nghiệp nhƣ sữa phomat, rỉ đƣờng hay các cơ chất giá thành rẻ nhƣ tinh

bột, ethanol và methanol, sulfit từ quá trình sản xuất giấy đã đƣợ c chọn để sử dụngtrong quá trình sản 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 hạnchế sự lãng phí các sản phẩm phụ trong các quá trình sản xuất khác và bảo vệ môitrƣờ ng.

Vào giữa thập niên 60, ngƣời ta đã sản xuất đƣợ c hàng triệu tấn nấm men thựcphẩm ở các vùng khác nhau trên thế giới. Liên bang Soviet đã lên kế hoạch sản xuấtthƣờ ng niên 900,000 tấn kể từ năm 1970 để bù đắp lại sự thiếu hụt của protein nôngnghiệp. Đến năm 1980, quá trình sản xuất protein đơn bào tiếp tục đƣợ c mở rộng ở cácnƣớ c phát triển và đƣợ c dự kiến tiến hành ở các quốc gia đang phát triển. Từ đó đến

nay, quy trình sản xuất protein đơn bào đƣợ c không ngừng nghiên cứu phát triển hoànthiện, tìm kiếm các cơ chất và các loài vi sinh vật phong phú hơn, phục vụ nhu cầu củacon ngƣờ i ở khắp các quốc gia trên thế giớ i.




6

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 nuôicấy.

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 của tế bào vi sinh vật cũng là một yếu tố quantrọng cần xem xét. Quá trình hấp thụ axit nucleic quá mức có thể dẫn đến lắng đọng

axit uric, gây ra một số bệnh nhƣ gout hay hình thành sỏi thận, nên đối với ngƣờ i thìthành phần axit nucleic này phải giảm xuống dƣới 2%. Do đó, ngƣời ta đã áp dụng mộtvài kĩ thuật để giảm thành phần axit nucleic trong tế bào vi sinh vật, bao gồm cả quytrình 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 vật 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 7-10 3-8 6-12 8-12




7

Bả ng 1: Trung bình các thành phầ n trong tế 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. Đối 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 lại có nhiều nhƣợc điểm.

Nấm men là loài có nhiều ƣu điểm, ví dụ nhƣ kích thƣớ c lớ n, dễ thu sinh khối,hàm lƣợ ng axit nucleic trong tế bào thấp, hàm lƣợ ng lysine cap, có khả năng sinh

trƣở ng ở pH axit. Tuy nhiên, đặc điểm quan trọng nhất là nó rất phổ biến và đƣợ c chấpnhận rộng rãi vì đã đƣợ c sử dụng từ rất lâu trong công nghệ lên men truyền thống.

Nhƣợc điểm của nấm men bao gồm 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 chấpnhận hơn so vớ i nấm men.

Một nhóm vi sinh vật khác là tảo thì lại có nhƣợc điểm là thành tế bào cấu tạotừ 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 thuật và kinh tế thìngƣời ta thƣờ ng thu cả sinh khối tảo chứ không tách riêng protein của nó, do vậy đôi

lúc thuật ngữ protein đơn bào ở đây chƣa hoàn toàn chính xác. Protein của tảo thƣờ ngcó chất lƣợ ng cao, có thể sánh đƣợ c vớ i protein từ thực vật.

Sản xuất protein đơn bào từ các vi sinh vật khác nhau, cụ thể là từ nấm và vikhuẩn đã nhận đƣợ c sự quan tâm đáng kể, ngƣợ c lại nghiên cứu sản xuất và sử dụngthành công protein trên tảo hiện nay còn chƣa nhiều, do giá thành sản xuất cao hơn vàkhó khăn hơn về mặt kĩ thuật.

Một vài loài tảo, nấm sợ i, nấm men và vi khuẩn đƣợ c sử dụng làm protein đơn

bào và hiện đang đƣợ c sản xuất thƣơng mại, 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




8

Bacillus megaterium Các hợ p chất nitơ (ngoàiprotein)

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 hợ p chấtchứa nitơ ngoài proteinkhác.

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 viridae,

Thricoderma alba

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




9

Chondrus crispus, Scenedesmus sp, Spirulina sp.,

Porphyrium sp.

Bả ng 2: M ộ t số loài vi sinh vậ 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 hiện đang đƣợ c sử dụng để sản xuất protein đơn bào rất 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 nhiềunhất trên hành tinh này, đồng thờ i là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất proteinđơn bào. Trong tự nhiên, cellulose thƣờ ng ở dạng phức hợ p vớ 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 kiềm) hoặc bằng các enzyme (cellulase) để phângiải cellulose thành các đƣờ ng mà tế bào vi sinh vật sử dụng đƣợ c.

Lignocellulose là nguồn nguyên liệu từ gỗ, đòi hỏi phải xử lý trƣớ c khi sử dụnglàm cơ chất cho sản xuất protein đơn bào. Có nhiều cách xử lý khác nhau, ví dụ nhƣ

phân giải bằng axit hay kiềm, bằng hơi nƣớ c hay thậm chí dùng phóng xạ tia X [2]. Ngƣờ i ta có thể nấu gỗ trong dung dịch chứa Canxi sulfit. Đến ngày nay, để tận dụngcác nguồn lignocellulose là sản phẩm thải ngƣờ i ta dùng các nhóm nấm, trong đó đƣợ c

biết rõ nhất là Agaricus bisporus và một số các nhóm khác chứa enzyme phân giảilignocellulose.

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 dụnglàm 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 khả năng chuyển háo pentose – loạihợ p chất có mặt với lƣợ ng lớ n trong sản phẩm thải này. Sau đó, ngƣờ i ta tìm ra cácloài 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 nồngđộ cao thu đƣợ c từ quá trình xay xát mía hay củ cải đƣờng đƣợ c làm lạnh để đƣờ ng kêttinh. 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 đến 4.5 kg rỉ đƣờ ng. Bên cạnhnồng độ đƣờ ng cao, rỉ đƣờ ng còn chứa các chất khoáng, các hợ p chất hữu cơ và




10

vitamin có giá trị cao trong công nghiệp lên men. Tuy nhiên, sản xuất sinh khối vi sinhvật từ rỉ đƣờng đòi hỏi 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 từ các loài thực vật có củ ở các nƣớ c nhiệt đới và ôn đớ i, từ gạo, ngô và ngũ cốc là nguồn nguyên liệu để sản xuất protein đơn bào. Ở các nƣớ cnhiệt 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 dịch nuôi cấy sau khi phân hủy tinh bột qua nồi lênmen có chứa một loại vi sinh vật có tốc độ sinh trƣởng nhanh nhƣ Candida utilis.

Dịch chiết của một số loại quả nhƣ đủ đủ, dứa, 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 chiếm 0.2%, đƣờ ng hòa tan chiếm khoảng7%; đƣờ ng hòa tan trong đu đủ ở dạng glucose, fructose và sucrose, đồng thời đây là

loài thực vật có năng suất cao, sinh trƣởng tƣơng đối nhanh. Một loại quả khác làchuối cũng là nguyên liệu để sản xuất protein đơn bào. Điều này có rất có ích trongviệc tận dụng nguồn sản phẩm dƣ thừa do không đủ chất lƣợ ng xuất khẩu ở các quốcgia 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 đến quá trình sản xuất protein đơn bào từ nguồn cơ

chất trên chủ yếu là các vi khuẩn và nấm men. Nhiều quá trình hiện nay đang tronggiai 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 loạinấm men Candida lipolytica và C. tropicalis vớ i nguồn cơ chất là các alkan có mạchCarbon từ 12 đến 20 nguyên tử có trong phần dẻo của khí gas. Một vài loại dầu thô cóchứa phần này chiếm khoảng 15%. Sản phẩm thu đƣợ c từ quá trình này còn gọi làTOPRINA, đã đƣợ c kiểm tra độc tính và khả 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 hoặcdùng làm bột sữa không béo. Tuy nhiên, do giá dầu mỏ ngày càng cao, nhiều 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 sử dụng methane làm nguồn cơ chất. Vi sinh vật phùhợ 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 nguồn nitơ.




11

Mặt khác, methanol cũng là một nguồn chất đƣợ c quan tâm. Lên men trên quymô lớn để thu sinh khối của Methylophilus methtlotrophus từ nguồn cơ chất làmethanol là phƣơng pháp đƣợ c xây dựng để sản xuất protein đơn bào từ nguồn này, vàsản phẩm của quy trình này đƣợ c sử dụng làm thức ăn cho vật 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 in-paraffin, khí metan hay thậm chí một số hợ p chất carbohydrate.

5. Quy trình sản xuất protein đơn bào

Quá trình lên men tạo sinh khối yêu cầu lựa chọn loại vi sinh vật đƣợ c có giaiđoạn sinh lý phù hợ p, khử trùng môi trƣờ ng nuôi cấy và các thiết bị dùng để giữ môitrƣờ ng nuôi ở trạng thái sẵn sàng, tách tế bào, thu các tế bào ở phần dịch nổi, tinh chế và xử lý, bộ ổn nhiệt để điều hòa nhiệt độ, dụng cụ xác định pH và các thiết bị điềukhiến 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 đãchuẩn bị. Quá trình này đòi hỏi phải kiểm soát nồng độ carbon ở mức thích hợp cũngnhƣ cung cấp đủ oxy để duy trì điều kiện hiếu khí cần cho sự sinh trƣở ng của vi sinhvật. Vì đây là một quá trình phụ thuộc vào thờ i gian, nên việc biến đổi liên tục các yếutố của môi trƣờ ng sẽ ảnh hƣởng đến sinh lý của tế bào, trong đó nồng độ cơ chất cóảnh hƣở ng lớ n nhất. Vì thế, ngƣờ i ta sử dụng phƣơng pháp nuôi cấy liên tục để có thể kiểm soát nguồn Carbon đƣa vào môi trƣờ ng, đồng thờ i lấy ra một lƣợ ng vi sinh vậtnhất định để đảm bảo 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 lênmen trên pha rắn.

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 thấm. Ngƣờ i tathƣờ ng thu sinh khối nấm men bằng cách li tâm, còn đối vớ i nấm sợi thƣờ ng thu bằngcách lọc. Tuy nhiên, các thiết bị cần thiết tƣờng đắt 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 cần phải

đƣợ c sấy đến độ ẩm 10% hoặc phải làm cô đặc lại 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 vật làm thức ăn cho ngƣờ i, cần các điềukiện sau:

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




12

Làm giảm hàm lƣợ ng axit nucleic trong tế 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 hủy bằng sóng âm. Ngoài ra ngƣờ i ta còn sử dụng các enzyme hayhỗn hợ p enzyme để phân hủy từng phần hoặc hoàn toàn thành tế bào. Thủy phân thànhtế bào nhờ enzyme có hiệu quả cao hơn do tác động đặc hiệu. Phƣơng pháp enzyme cóthể dùng để thay thế phá hủy cơ học, đặc biệt là đối vớ i các nguyên liệu có thể bị bấthoạt do yếu tố cơ học, ngƣờ i ta sử dụng cả các enzyme nội bào và ngoại bào do các visinh vật khác tiết ra. Tuy nhiên, quá trình này diễn 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 Phƣơng pháp cơ học

Xử lý hóa học: dùng axit, bazơ, cácchất hòa tan, chất tẩy rửa

Phân giải bằng enzyme: enzyme thủyphân, dùng phage, tự phân hủy

Dùng các phƣơng pháp vật lý: làmđông lạnh-để tan, sốc thẩm thấu, dùngnhiệt và sấy khô

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 vậ t

6.2. Loại bỏ axit nucleic

Các phƣơng pháp dùng để loại bỏ axit nucleic trong tế bào bao gồm phƣơng

pháp xử lý hóa học và xử lý bằng enzyme. Mỗi phƣơng pháp đều có nhƣợc điểm là giáthành đắt và có thể ảnh hƣởng đến thành phần dinh dƣỡ ng trong tế bào.

Một số phƣơng pháp:

Tách axit nucleic bằng các rƣợ u, muối, acid và kiềm. Tách axit nucleic khỏi sinh khối vi sinh vật bằng kiềm ở nhiệt độ cao, tuy nhiên

phƣơng pháp này có thể tạo ra các chất 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.




13

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 đối cao.

Các vi sinh vật có khả năng sử dụng một số lƣợ ng nguồn carbon phong phú để tạo thành năng lƣợng, trong đó có một 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 ngphù hợ p có thể đƣợ c chọn lọc và nuôi cấy vớ i số lƣợ ng lớn trong điều kiệnphòng thí nghiệm, đồng thời cũng có tiềm năng áp dụng ở quy mô công nghiệp.

Sinh khối vi sinh vật dùng để thu protein đơn bào không phụ thuộc vào mùacũng nhƣ biến đổi khí hậu.

7.2. Nhược điểm:

Bên cạnh các ƣu điểm trên, việc sử dụng các nguồn vi sinh vật hay sinh khối visinh vật làm thức ăn hay sản xuất protein đơn bào cũng có nhiều nhƣợc điểm cần phảikhắc phục, bao gồm:

Nhiều loài vi sinh vật có thể tạo ra các chất gây độc cho cơ thể ngƣời và cơ thể động vật, Vì vậy, khi chọn lựa một loài vi sinh vật để tiến hành sản xuất phảiđảm bảo nó không chứa bất kì chất độc nào.

Đôi khi sử dụng sinh khối vi sinh vật để làm nguồn thức ăn bổ sung có thể dẫnđến khó tiêu hoặc không tiêu hóa đƣợ c, thậm chí gây phản ứng dị ứng chongƣờ i.

Hàm lƣợ ng axit nucleic cao trong sinh khối khô của nhiều loài vi sinh vật cũng

là một yếu tố gây ảnh hƣở ng không mong muốn cho con ngƣời. Đôi khi hàm

lƣợ ng axit nucleic cao này có thể dẫn đến sự hình thành sỏi thận hay bệnh gout. Khả năng chứa các hợ p chất gây độc hay gây ung thƣ cho con ngƣời và động

vật.

Sản xuất protein đơn bào là một quá trình đắ t tiền, vì nó cần có các chất điềukhiển có độ tiệt trùng cao khi nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.




14

PHẦN II. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤTPROTEIN ĐƠN BÀO

1. Sản xuất protein đơn bào sử dụng chủng Cellulomonas đột biến [3]Cellulase là một hệ enzyme có hoạt động theo cơ chế kiềm chế bằng sản phẩm

cuối cùng, tức là sự có mặt thừa của glucose (sản phẩm của quá trình phân giảicellulose bở i enzyme cellulase) sẽ làm giảm sự tổng hợ p ra enzyme này, từ 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 chủngCellulomonas đột biến làm giảm hàm lƣợ ng cellulase trong tế bào.

Quy trình:

Môi trƣờ ng nuôi cấy cơ bản bao gồm các chất sau (tính theo số gam trên 100mlnƣớ 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 cứu 5 sử dụng 5 nguồn nitơ khác nhau bao gồm: ammonibisulfat, 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 thể đóng vai trò là chất điềukhiển độ pH nên sự tăng trƣở ng của tế bào ở nguồn nitơ này cao hơn.




15

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, chứa dung dịch cơ bảnnhƣ 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 phần các aminoacid có mặt trong protein của vi sinh vật. Sau đó, ngƣờ i ta thí nghiệm trên chuột bằngcách nuôi chuột bằng nguồn thức ăn có chứa sinh khối Cellulomonas và so sánh vớ icác 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 Chế độ Casein Chế độ Cellulomonas

Tinh bột ngô 633 578 573




16

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 50

Bột trứng 45a

Casein 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 4.03 kilocalo/g

Nƣớ c 76.9 % tổng khối lƣợ ng của tế bào

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




17

Axit amin Theo tiêu chuẩn củaFAO

Cần cho chuột đang

lớ nCellulomonas

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 2.6

Threonine 2.8 5.0 4.7

Valine 4.2 6.0 5.8

a ⅓ đến ½ có thể đƣợ c thay thế bở i cysteinb 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 đƣavào

NPU (biểu thị mức sử dụngprotein) (%)

Ít protein - 8.7 126.4 0.61

Casein 29.0 153.1 2.45 58.1 ± 0.5Cellulomonas 23.6 163.4 2.61 50.4 ± 0.4

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 rằng chủng Cellulomonas đột biến này có khả năng phân giải cellulose tinh thể để tạo thành một sản phẩm có chất lƣợng dinh dƣỡ ng




18

tốt, nhƣ đã chỉ ra ở thí nghiệm nuôi chuột. Đồng thờ i, có thể thấy rằng Cellulomonas làmột sinh vật có thể sử dụng an toàn và có nhiều 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 dụngnấm 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 sản bằng cáchnảy chồi. Nấm men không có diệp lục và không thể sử dụng năng lƣợ ng mặt trờ i. Vìvậy chúng dinh dƣỡ ng bằng các hydratcacbon, các hydrocacbua, trƣớ c hết là đƣờ ng.

Trong tế bào nấm men có chứa hầu hết các chất cần thiết cho sự sống (protein,

gluxit, lipit, các enzim, các vitamin, các axit nucleic, các chất khoáng).Không một sản phẩm thực vật hoặc động vật nào có trong thành phần của mình

một lƣợ ng các chất có tác dụng đặc hiệu nhƣ trong nấm men. Tuy nhiên thành phầncác chất đặc hiệu của nấm men không phù hợ p hoàn toàn vớ i những nhu cầu sinh lýcủa động vật.

Nấm men đƣợ c chú ý nhiều vì không những trong tế bào của chúng có nhiềuchất dinh dƣỡ ng có giá trị, mà chúng lại có khả năng tăng sinh khối và các đặc điểmsinh 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 khoảngnăm 1880. Lúc đó ngƣờ i ta dùng men bia (Saccharomyces cerevisiae). Trong thế chiếnthứ I, men gia súc và men thực 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 thứcăn cho ngƣời. Sau đó vì lý do kinh tế, dần dần ngƣờ i ta thay sacaroza bằng dịch thủyphân từ tinh bột và xenluza, phế liệu công nghiệp đƣờng, bia, rƣợu …

Năm 1968, Liên Xô là nƣớc đầu tiên xây dụng nhà máy sản xuất nấm men từ paraphin dầu mỏ, sau đó Anh, Pháp , Nhật v…v.. đã tiến hành rất nhanh trong lĩnh vựcsử dụng nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền này vào mục đích thu protein của nấmmen và đã đƣa sản lƣợ ng nấm men trên thế giới ngày càng tăng.

Về giá trị dinh dƣỡ ng:

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




19

Sinh khối nấm men chứa khoảng 75-80% nƣớ c, 20-25% chất khô trong đó:cacbon 45-50%, nitơ 7-10% (tƣơng ứng vớ i 40-60% protein, hydro 5-7%, oxy25-30%, các nguyên tố vô cơ 5-10% (photpho và kali chiếm tớ i 95-97%) tổnglƣợ ng ro, số còn lại là canxi, magiê, nhôm, lƣu huỳnh, clo, sắt, silic. Ngoài ra

còn có một lƣợ ng rất nhỏ các nguyên tố mangan, kẽm, molipden, bo, cacbon ..). Trong đó thành phần quí nhất là protein. Hàm lƣợ ng protein tuỳ thuộc vào từng

loại giống, vào thành phần môi trƣờng và điều kiện nuôi cấy. Dao động trongkhoảng 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 thế. Thành phần cácaxit amin của nấm men cân đối hơn so vớ i lúa mì và các hạt ngũ cốc khác, kémchút ít so vớ i sữa, bột cá, bột xƣơng thịt và các sản phẩm động vật nói chung.

Sự thay đổi thành phần các axit amin trong thờ i gian nuôi cấy đƣợ c nghiên cứu chothấy thành phần của các axit amin thay đổi ở một giai đoạn phát triển: giai đoạn tiềmphát. Sau 3 giờ phát triển, tổng hàm lƣợng các axit amin trong protein tăng lên 17% so

vớ i thời điểm ban đầu. Sau đó tổng hợ p axit amin giảm xuống và giữ ở mức độ trên40%. Đến cuối, tế bào già, các chất dự trữ, trƣớ c hết là glucogen tiêu hao nhiều nêngiảm trọng lƣợng, do đó tỉ lệ giữa các axit amin so vớ i trọng lƣợ ng chung của các tế

bào tăng lên gần 50% (tăng không thực 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 từ các nguồnhydrocacon:

Có khả năng đồng hoá nhiều nguồn cacbon khác nhau, nhất là các loại pentoza

(xiloza, arabinoza) và các axit hữu cơ. Có thể phát triển tốt trên môi trƣờ ng có nồng độ chất khử cao.

Có khả năng phát triển 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 trị (hàm lƣợ ngprotein cao, có nhiều axit amin không thay thế, vitamin ..)

Kích thƣớ c tế bào tƣơng đối lớn để dễ tách bằng li tâm.




20

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 chủng thuộc ba giống Saccharmyces,Candida và Torulopsis. Khả năng chuyển hoá của ba giống này rất cao và đa dạng, quitrình công nghệ tƣơng đối đơn giản.

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 lƣợng 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 chất hữu cơ có chứanitơ của rỉ đƣờ ng mía chủ yếu là các acid amin cùng vớ i một lƣợ ng nhỏ protein và sảnphẩm phân giải của nó. Các chất phi đƣờng vô cơ là các loại muối tìm thấy trong thànhphần tro của rỉ đƣờ ng.

Rỉ đƣờ ng mía còn chứa các nguyên tố khác với hàm lƣợ ng nhỏ nhƣ: Zn, Mn,

Cu, B, Co, Mo. Rỉ đƣờ ng rất giàu các chất sinh trƣởng nhƣ: acid pentotenic, nicotinic,folic, B1, B2 và đặc biệt là biotin.

Các nguyên liệu chứa sacaroza (rỉ đƣờ ng..) là dạng nguyên liệu lý tƣở ng nhấtđến sản xuất protein đơn bào, vì các nguyên liệu này chứa nhiều yếu tố kích thích sinhtrƣở ng, khí, biotin và sản phẩm protein thu đƣợ c hầu nhƣ sạch, không độc.

Rỉ đƣờng đƣợc dùng làm các cơ chất cho nhiều quá trình lên men vì:

Giá thành rẻ hơn các nguyên liệu 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 rỉ đƣờ ngcủ cải hầu nhƣ không có một loại đƣờ ng chuyển hoá nào (có khi chỉ có khoảng 1%)trong khi rỉ đƣờ ng mía có thể chứa tớ i 15-25% hidrat cacbon của nó dƣớ i dạng đƣờ ngchuyển hoá.

Rỉ đƣờ ng củ cải chứa nitơ hữu cơ năm lần cao hơn rỉ đƣờng mía, nhƣng mộtnửa là betain, một thành phần không đƣợc Saccharomyces đồng hoá, trong khi đó

betain không có mặt trong rỉ đƣờ ng mía.




21

Rỉ đƣờ ng củ cải chứa axit pantothenic gấp 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 axithoá bằng axit sunfuric tới pH = 4 và đun nóng tớ i 120-1500C trong 1 phút để kết tủa

một số chất vô cơ và chất lơ lửng. Cần phải loại bỏ một phần các chất sinh trƣở ng,đồng thờ i bổ sung các muối khoáng cần thiết (nhƣ urê 0,15%, KH2PO4 0,35%, Mg,Ca) và có thể phải thêm hỗn hợ p các axit amin dạng protein thủy phân (dịch nấm mentự 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 táchbiệt trong các khâu pha loãng, điều chỉnh pH, đun nóng, làm trong, khử trùng rồi mớ iđƣợ c phối trộn. Thƣờng pha loãng đến 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. Hệ keo trong rỉ đƣờ ng hình thành bở i protein và pectin. Hệ keo này tạo ra độ nhớ t cao làmgiảm khả năng hoà tan của oxy, làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấmmen. Nếu hệ keo không đƣợ c phá sẽ gây thoái hoá tế bào, dẫn đến hiệu suất thu nhậnsinh 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 nhiềunƣớ c nhiệt đới, tăng trƣởng nhanh và năng suất cao.

Dịch chiết đu đủ đƣợ c dùng làm cơ chất sản xuất protein sử dụngSaccharomyces cerevisiae là loại nấm men có trong các quả đu đủ thối.

Theo nghiên cứu của C. Maragatham and A. Panneerselvam ta có đƣợ c môitrƣờ 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 iH2SO4 2% cắt thành khối và rửa lại với nƣớ c khử trùng, và cho vào máy xay, dịch lọcqua 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 khốiTheo 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 khốilớ n nhất. Ở lƣợng pha loãng 200ml nƣớc, lƣợ ng tế bào nấm men thu đƣợ c là nhiềunhất. 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.




22

Ngày nuôiMẫu không

pha loãng

Mẫu 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 nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất nấm men. Thành phần hydrocacbon của nó chủ yếu là đƣờ ng pentoza, mộtloại 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 dịch kiềm sunfit cần phải đƣợ c làm nóng và thôngkhí 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 nấm mensinh ra sau quá trình lên men có chất 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 mộtlƣợ ng dịch kiềm sunfit chứa tới 180 kg đƣờ ng. Dịch này hấp phụ nhiều O2 nên khinuôi cấy nấm men có thể 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 vật lývà hóa học. Thành phần gồm có protein, nitơ, tro, một số khoáng chất, đƣờ ng tổng số và axit amin đã đƣợc xác định và thấy rằng nó có đủ nguyên liệu hữu cơ và vô cơ để cho phép sử dụng nhƣ là một nguồn cơ chất trong sản xuất protein đơn bào. Dung dịch




23

thủy phân sừng thô đã đƣợ c làm giàu bằng cách bổ sung chiết xuất nấm men, glucosevà 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 của C. utilis đƣợc điều tra và 4% của CHH (Horn Broth = HB) đƣợ ctìm thấy là tối ƣu. Năng suất 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 khối có chứa tất cả các axit amin thiết yếu. Kết quả đã chứng minhrằng sừng có thể đƣợ c sử dụng nhƣ là một nguồn cơ chất trong việc sản xuất proteinđơn bào.

Tạo môi trƣờ ng: 35gr bột sừng đã đƣợ c ngâm tẩm vớ i 50 ml dung dịch HCl 6N. 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 khử ion. Sau đó đã đƣợ c làm lạnh và điềuchỉnh pH đến 7 bằng 10 N NaOH. Đƣợ c lọc hai lần thông qua giấy lọc Whatman No.1.Khối lƣợng tăng đến 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 nồng độ của chấtức chế. Các nồng độ khác nhau (1-9 và 10%) của CHH đã đƣợ c làm giàu bằng cáchthêm 0.1% dịch chiết xuất nấm men (Difco, Mỹ), đƣờ ng 1% (Oxoid, Anh) và 0,1%KH2PO4. 3H2O (Difco, Mỹ). Dịch pha loãng đƣợ c gọi là dịch sừng (HB). pH của môitrƣờng đã đƣợc điều chỉnh đến 5 với 1 N HCl, đƣợ c tiệt trùng và sử dụng.

Thờ i gian nuôi (h) Sinh khối (g l-1

)

24

4872

3.4

5.66.8

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

Thành phần g g-100

Protein tổng số

Lipit tổng số

Ash

RNA

DNA

49.8

5.4

9.7

5.94

1.53

Bả ng 11: T ỷ l ệ phần trăm thành phầ n sinh khố i2.1.5. Sản xuất protein đơn bào từ nguyên liệu d ầu mỏ và khí đố t:




24

Vấn đề lựa chọn các chủng vi sinh vật có hoạt lực sinh tổng hợp cao để dùngtrong sản xuất có một ý nghĩa quan trọng. Trong công nghiệp sản xuất protein từ dầumỏ 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 sản lƣợ ng cao trong thờ i gian ngắn, không đòihỏi các yếu tố sinh trƣở ng bổ sung trong sản xuất lớ n.

Có đặc điểm hoá học và nuôi cấy ổn định, có hàm lƣợ ng protein cao, chứa đầyđủ các axit amin cần thiết, không có độc tố và phải đƣợc động vật đồng hoá tốt.Phần lớ n các chủng nấm men có sản lƣợng cao trên cơ chất hydrocacbua đƣợ c

phân lập từ những mẫu đất và bùn ở những nơi có mỏ dầu hoặc chung quanh các nhàmáy chế biến dầu mỏ.

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

Các alkan (paraphin) vớ 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 tắc sang phântử làm cơ chất có ƣu điểm là nguồn C bị tiêu thụ hoàn toàn và không để lạinhững cacbua hidro độc.

Cơ chế của sự hấp thụ ankal cho đến nay cũng chƣa đƣợ c làm sáng tỏ đầy đủ.

So vớ i các tế bào sinh trƣở ng trên glucoza thì nấm men nuôi trên cacbua hidrocó màng tế bào dày hơn và có nếp nhăn.. Tuy nhiên các tế bào này không gặp khókhăn gì trong việc hấp thụ những cơ chất không tan trong nƣớc đƣợ c bổ sung vào môitrƣờ ng vớ i nồng độ 2 - 4%.

Đối vớ i các khí đốt, ví dụ nhƣ metan, khi sử dụng làm nguồn carbon trong nuôicấy dễ tạo thành hỗn hợ p dễ cháy nổ, vì vậy để khắc phục những nhƣợc điểm đó, cóthể sử dụng methanol thu đƣợ c từ metan nhờ sự oxy hoá hoá học. Methanol có nhữngƣu 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 thấp hơn.

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




25

Tuy nhiên dùng methanol có nhƣợc điểm sau:

Methanol đắt hơn nhiều so vớ i metan hoặc 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 liệu khác

Các nguồn xenluloza thực vật (gỗ, rơm, rạ bã mía, lõi ngô..) đƣợ c chú ý nhiềutrong sản xuất nấm men. Trƣớ c hết cần phải thuỷ phân xenluloza bằng axit hoặcbằng 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): trongquá trình lên men lactic để chế biến phomat, sau khi kết tủa cazein ra khỏi sữa,phần còn lại gọi là nhủ thanh có chứa lactoza, protein, axit lactic, axit béo, mộtsố vitamin và muối khoáng. Ngƣờ i ta chọn chủng nấm men thích hợp để có thể thuỷ phân đƣợ c liên kết β-galactozidaza và thu đƣợ c sinh khối nấm men dạngkhô có thành phần protein thô khoảng 32%, lipit 4-5%, lacto khoảng 23%.Chủng nấm men C.utilis và C.pseudotropical rất thích hợp trong môi trƣờ ngtrên đây.

Nếu sử dụng lactoserum (nhũ thanh sữa) thì chủng nấm men đặc chủng làTorula cremoris, T. lactosa.

Bột ngũ cốc: là nguồn sản xuất sinh khối nấm men rất tốt. Bột hoặc tinh bộtdùng vào mục đích này trƣớ c tiên phải tiến hành thuỷ phân bằng axit hoặc bằngenzim của mầm mạ hoặc enzim của vi sinh vật để biến các polysacarit thành cácdạng 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 tƣơngứng là Endomycopis fibuligera hoặc phối hợ p giữa Endomycopis vớ i Candidas

tropicalis.

Trong trƣờ ng hợ p dùng nấm men Saccharomysces cerevisiae thì có thể kết hợ pchƣng cất thu lấy cồn từ dịch thải sau khi tách sinh khối. Nhƣ vậy trong dây chuyềncông nghệ cần phải trang bị thêm bộ phận chƣng cất. Dịch ly tâm đƣợc đƣa vào hệ litâm tách (separator) và dịch thải sau khi đƣợc tách ra đƣợ c chuyển đến khâu chƣng cất.




26

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 sấy 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, dungdịch 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 trongmôi trƣờng trên để thu sinh khối. Tách lấy sinh khối bằng phƣơng pháp ly tâm. Lấy

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 chứa xenlulose đƣợ c thủy phân bằng enzymexenluloza hoặc amilaza tạo 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 dầu mỏ thô thì đòi hỏi qui trìnhcông nghệ phức tạp hơn, mặc dù giá thành tƣơng đối rẻ hơn. Dùng parafin thì khâu

tách nấm men có thể bỏ bớ t khâu tẩy rửa bằng dung môi hữu cơ vì thực tế paraffinđƣợ c nấm men sử dụng hoàn toàn.

2.2.2. Quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấ m men trong công nghiệ p

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

Xử lý nguyên liệu và chuẩn bị môi trƣờ ng

Đối vớ i các nguyên liệu ban đầu dùng để sản xuất protein đơn bào từ nấm mencần phải đƣợ c xử lý sơ bộ. Sau đó tiến hành pha chế môi trƣờ ng. Tuỳ từng loại nguyênliệu và chủng vi sinh vật nuôi cấy, có các thành phần 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 tố khoáng khác nữa. Nguồn nitơ thƣờ ng là các muốisunfat, nguồn photpho là supephotphat, K – KCl, Mg – MgSO4. Có thể dùng amoniac




27

để giữ pH xác định. Trong quá trình lên men còn cần nguồn chất sinh trƣởng nhƣ caongô, cao nấm men, hoặc các dịch thuỷ phân khác …

Các thành phần môi trƣờng đƣợ c hoà tan, lọc bỏ cặn, điều chỉnh pH đến 4,8 – 5,2bằng axit sunfuric hoặc axit clohydric (đối 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 179-190oCtrong các bể chứa lớn. Sau đó, đƣợ c trung hòa bằng sữa vôi và làm trong. Ở các bể làmtrong thƣờ ng có các cách khuấy và ống thông khí, nhờ 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, dịch lỏng còn nóng sẽ đƣợ c làm nguộiđến nhiệt độ 30 – 32 oC, rồi pha loãng đến một nồng độ đƣờ ng thích hợ p cho nấm menvà tùy theo yêu cầu mà bổ sung các muối vô cơ. Tách sinh khối thu đƣợ c nhờ quá trìnhlên men trên, dịch thải sẽ đƣợ c tinh chế, chƣng cất thành cồn 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 tạo thành bọt cùng vớ i sinh khối trào ra ngoài rồi đƣa đi li tâm tách. Bọtvà 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 đặc ở chân không.Sinh khối đƣợc đƣa vào sấy 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, đặc biệt rất giàu tiền vitamin D2 (ergosterin). Dƣớ i ánh sáng tia tử ngoại (tia cực tím) ergosterin sẽ chuyển thành vitamin D2. Vì vậy trƣớc khi đóng gói

sản phẩm sinh khối nấm men đƣợ c chiếu tia tử ngoại để vitamin hoá sản phẩm.




28

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 tuyể n nổi. 3. Bơm. 4. Bình tách khí. 5. và 8. Li t âm tách I

và II. 6. Thùng chứa men. 7. Bơm nướ c. 9. Thùng chứa men đặc. 10. Bình điều

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 vớ i các loại nguyên liệu khác sản xuất protein từ nấm men cũngdựa trên các bƣớc nhƣ trên. Chỉ khác nhau về bƣớ c tổng hợp môi trƣờ ng nuôi cấy banđầu.

Riêng quy trình sản 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, nồng độ paraffin

trong môi trƣờng ban đầu là 1,5 -2 % thể tích.

Sự tích tụ sinh khối nấm men trong thờ i gian nuôi cấy có thể thực hiện trong hainồi lên men:

- Lên men chính: ở nồi thứ nhất; đƣợ c thổi khí mạnh.




29

- Lên men phụ: có thổi khí nhƣng yếu hơn.

Nếu so sánh quá trình lên men sinh khối trên môi trƣờ ng chứa parafin vớ i môitrƣờ ng hydratcacbon, chúng ta thấy có những điểm giống và khác nhau sau đây:

Nuôi cấy nấm men trên môi trƣờ ng chứa paraphin thƣờ ng phải thổi khí mạnhgấp 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 phụ thuộc vào pH cũng giốngnhƣ khi nuôi trên môi trƣờ ng sacaroza (pH = 5-6). Tuy nhiên, có thể ở trị số pHthấp hơn để tránh tạp nhiễm.

Khi sinh trƣở ng trên hydrocacbua, nấm men toả nhiệt hơn và yêu cầu về thanhtrùng 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 chấthữu cơ. Có chứa vitamin nhóm B, chứa chừng 30-60% protein. Hàm lƣợ ng metioninvà tryptophan thấp, còn có các axit amin khác tƣơng tự nhƣ protein tiêu chuẩn củaFAO. Các giống nấm mốc có hàm lƣợ ng protein cao là Fusarium, Rhizopus,

Penicillium, Aspergillus.

Nhƣ đã nói, nấm mốc ít đƣợ c dùng trong sản xuất protein. Hiện nay chỉ có mộtsố cơ sở sản xuất nhƣ United Parer rills ở Phần Lan, công suất 10.000tấn/năm, nguyên

liệu chính là nƣớ c sunfit, RHM Foods ( 10.000tấn/năm ) và Tate anotty1

(4.000tấn/năm) đều ở Anh.

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

Sản phẩm tạo thành có dạng sợi nhƣng dễ dàng chuyển thành các dạng kết cấukhác

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 điểm là:

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

Có nguy cơ gây ô nhiễm

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




30

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 chiGraphium, chủng này có chứa tới 52% protein, trong đó có 16 axit amin, methioninechiếm 1% so vớ i protein thô, lysine chiếm đến 7,7%, các axit amin không thay thế

khác đều có hàm lƣợng tƣơng đƣơng vớ i protein tiêu chuẩn, trừ isoleucine. Chủng mốcnày có khả năng đồng hoá etan, metan và đã đƣợc nuôi trong môi trƣờ ng chứa hỗn hợ phai 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 sản xuất các chấtkháng sinh, các enzim, axit xitric … dƣớ i dạng sản phẩm phụ của nhà máy, nhằm sử dụng protein, vitamin, enzim có trong đó vào những mục đích khác nhau.

Nhƣợc điểm của sinh khối nấm mốc thu theo phƣơng pháp này là nhanh bị hƣ

hỏng, vì vậy phải chú ý khâu sấy ngày sau khi đã tách sinh khối ra khỏi dây chuyền

công nghệ. Trong công nghiệp kháng sinh, ngƣờ i ta có thể thu đƣợ c sinh khối hệ sợ igần 17% các chất chứa nitơ, trong số đó các chất chứa nitơ đồng hoá khoảng 14%, gần10% protein tiêu hoá, 2% chất béo, 2,5% chất xơ … sinh khối này có thể sử dụng trongchăn 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, cụ thể là những phần không sử dụng làm thựcphẩm của quả, thân, rễ sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trƣờ ng nếu không đƣợ c xử lý tốt.Sử dụng các loại này có thể dùng làm môi trƣờ ng tạo protein từ nấm mốc sẽ đem lạinguồn 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 trêncác phần bỏ đi của quả nhƣ: phần thừa từ đu đủ, vỏ dƣa chuột, vỏ 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 Psitrong 15 phút. Sau khi đƣợ c làm mát, nguyên liệu 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 bằngnƣớ c cất để loại bỏ các hạt nếu có. Các giấy tờ 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 triểntrên dịch đu đủ là thu đƣợ c sinh khối lớ n nhất.

Cơ chấtSản phẩm sinh khối (mg/100g của cơ

chất)

Phần thừa của đu đủ 59.5




31

Vỏ dƣa chuột

Vỏ dứa

Hạt lựu

Cùi dƣa hấu

57.3

48.0

51.6

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 nhiều nghiên cứu để việc tìm ra nguồnprotein 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 dùngđể chỉ việc sản xuất protein từ sinh vật lƣợ ng hay sinh khối, bắt đầu từ các nguồn visinh vật khác nhau, chẳng hạn nhƣ các nhóm di dƣỡng nhƣ nấm, hay tảo và một số vikhuẩn quang hợ p.

Tuy nhiên, trong bữa ăn hằng ngày của chúng ta, giá trị dinh dƣỡ ng là một danhsách dài các chất cần thiết, không chỉ có protein mà còn có các chất dinh dƣỡ ng khácnhƣ chất béo, carbohydrate, chất khoáng, vitamin, các chất vi lƣợ ng...Nguồn nguyênliệu từ các vi sinh vật quang tự dƣỡ ng không chỉ có protein mà còn có hằng loạt các

chất dinh dƣỡ ng cần thiết khác, vì thế, cho đến nay, các công nghệ tiên tiến trên toànthế giới đã đƣợ c sử dụng trong sản xuất đại trà các tvi sinh vật quang tự dƣỡ ng.

4.1.1. Phân tích thành phần hóa học.

Nhiều phân tích về 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 phần 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 nguồn proteinthay thế vô cùng phong phú.




32

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 lớ n, ví dụ nhƣ tảo lục Chlorella sp. Và Scenedesmus obliquus vàcác khuẩn thuộc họ Cyanophyta nhƣ Spirulina sp. và Anthrospira sp. Chlorella là tảođơn bào hình cầu, 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 tới 0.5m, chúng trƣớc đây đƣợ c phân loại vào tảo xanh, tuy nhiên ngày nay chũng

đƣợ c xếp vào nhóm vi khuẩn do cấu trúc nhân sơ.

4.1.2. Đặc tính của protein sản xuấ t t ừ các vi sinh vật quang hợ p.

Trƣớc đây ngƣời ta đánh giá hàm lƣợ ng protein từ tảo thông qua việc thủy phânsinh khối tảo và định lƣợng hàm lƣợ ng nito tổng số. Chính vì vậy mà hàm lƣợ ngprotein đƣợc đánh giá quá cáo trong khi thực tế nguồn nito còn có trong các acidnucleic, các amin, glucosamine và các vật liệu cấu tạo thành tế bào… Theo nhƣ thốngkê thì hàm lƣợ ng nito không chứa trong protein của Scenedesmus obliquus là 12%,Spirulina 11.5% và Dunaliella 6%. Chất lƣợ ng của protein đƣợc đánh giá qua thành

phần, tỷ lệ và sự có mặt của các acid amin có trong nó. Bảng 14 thể hiện thành phầnacid amin có mặt 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 chuẩn của WHO/FAO.Có 3 chỉ tiêu đánh giá về protein trong tảo và vi khuẩn quang hợp đó là định lƣợ ng giátrị sinh học (BV), hệ số tiêu thụ (DC) và NPU (the net protein utilization= BVxDC).Tuy nhiên, các thành phần của tế bào nhƣ cellulose chiếm tớ i 10% trọng lƣợ ng khô,gây ra nhứng vấn đề trong việc tiêu dùng hay sử dụng sinh khổi từ tảo, vì đây là nhữngphần con ngƣời và các động vật không nhai lại không thể tiêu hóa đƣợc. Do đó, các




33

phƣơng pháp hiệu quả làm phá vỡ tế bào để thu lấy protein cũng nhƣ thành phần kháclà 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 bằng 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 sinhvật quang hợ p (Bảng 15).

4.1.3. Ứ ng d ụng và vai trò của protein t ừ t ảo và vi khuẩ n quang hợ p.

Các mặt hàng thực phẩm muốn đƣợc coi là an toàn cho ngƣờ i tiêu thụ phải trảiqua các bƣớ c thử độc tính, điều này đặc biệt áp dụng vớ i nguồn protein từ có nguồngốc từ các vi sinh vật quang hợ p. Các thử nghiệm đã chứng minh không có bất kì tác

hại nào của nguồn protein này vớ i sức khỏe con ngƣờ i, không những thế, đây thực sự là những thực phẩm đầy hứa hẹn vớ i những protein mớ i. Nhìn chung là chất lƣợ ng cácloại protein từ nhóm này là nhƣ nhau, và thậm chí nhiều loại còn cao cấp hơn so vớ iprotein thực vật thông thƣờ ng.

Mặc dù chƣa làm lƣợng protein cao, nhƣng dạng tảo khô lại không đạt đƣợ ctầm quan trọng đáng kể nhƣ các thực phẩm khác. Vấn đề chính là do các loại này bột,màu sắc xanh và vị tanh của nó, làm hạn chế sự kết hợ p của tảo vớ i các thực phẩm




34

thông thƣờ ng. Nhiều thử nghiệm đƣợ c tiến hành nhằm cải biến hay tổ hợ p lại các vậtliệu từ tảo hay các vi khuẩn quang hợ p vớ i các mặt hàng thực phẩm phổ biến bằng cáccách nhƣ nƣớ ng, trộn..tuy nhiên thì cũng rất khó khăn. Chăng hạn nhƣ chỉ có thể cómột 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 bắt mắt…Tuy nhiên, ngày nay trên thi trƣờ ngcó rất nhiều thực phẩm chức năng có thành phần là các vi tảo, đƣợc đóng gói bán nhƣ

là thuốc chữa chống lại mọi chứng bệnh, trừ các bệnh do suy dinh dƣỡ ng protein.

Việc sử dụng tảo làm thức ăn cho động vật ngày càng phổ biến. Một lƣợ ng lớ ncác giá trị dinh dƣỡng và độc hại chỉ ra sự thích hợ p của các sinh khối tảo nhƣ lànguồn bổ sung dinh dƣỡ ng thay thế nguồn protein thông thƣờng nhƣ thịt, cá, đậutƣơng… 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 việc sử dụng các vi tảo trong nuôi trồng thủy sản.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất SCP

Chính vì những đặc điểm và vai trò của các vi sinh vật quang hợ p kể trên màchúng đƣợ c áp dụng vớ i các quy mô lớ n trong việc sản xuất nguồn protein hay thế.Mặc dù đây là những 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 nghiệp vớ i các quytrình tiên tiến nhằm nâng cao hơn nữa năng suất, mà thực chất là thu đƣợ c càng nhiềusinh khối của chúng đồng nghĩa vớ i việc tạo điều kiện tối ƣu cho chúng phát triển.

Ở một số quốc gia, tảo đƣợ c nuôi cấy trên quy mô lớn trong các ao nƣớ c thảigiàu oxy trong điều 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 lửng

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




35

Hình 3 : Sơ đồ dòng nuôi cấy tảo trong các bể nước thải có sự oxy hóa vàkhả 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 lytâm (phân tách), loại 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 khỏi các tế bào thu đƣợ c. Vì thế phƣơng pháp này đảm bảo việcứng dụng các sản phẩm SCP trong thực phẩm và chăn nuôi. Các phƣơng pháp phân

tách và ly tâm cũng cho phép ly tâm, kết tủa và ly tâm cộng vớ i sự kết tủa và ly tâm đikèm 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 khuẩn quang hợ p, ví dụ nhƣ Spirulina

sp. ít khó khăn hơn vì chúng sống trôi nổi trên bề mặt nƣớ c vi tế bào chúng chứa cáckhông bào chứa đầy khí, kết quả tạo nên các thảm tảo nổi. Chúng có khả năng nữa là

cố định đƣợ c nguồn nito từ khí quyển. Trong quá trình xử lí chúng sẽ đƣợ c làm khôvớ i khí nóng tạo ra dạng bột mịn.

Nhữ ng lợ i ích t ừ SCP Spirulina:

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




36

- Là dạng sợ i nên Spirulina có thể đƣợ c thu hoạch bằng các phƣơng pháp đơngiản và ít tốn kém hơn nhƣ dung màng lọc nylon hay cotton

- Các sợ i Spirulina nổi lên trên mặt nƣớ c do có các không bào khí, vì thế vấn đề thu hoạch đơn giản hơn.

- Có rất ít khả năng bị nhiễm trong pha sinh trƣở ng của Spirula khi mà nó sinhtrƣởng 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 đólàm khô bằng cách phun sấy là yêu cầu bắt buộc vớ i Chlorella và Scenedesmus, rất tốnkém.

- Không gây tác dụng phụ cho con ngƣời cũng nhƣ động vật khi sử dụng.- Spirulina có tính tiêu hủy cao do thành mỏng và hàm lƣợ ng acid acetic thấp

(4%). Nó chƣa tỷ lệ protein dễ tiêu hóa cao (62-72%), vitamin, các aminoacid và cácchất 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 đều dựa trên các hệ thống kênh nôngnơi mà môi trƣờng nuôi đƣợc mix đều bở i các bánh chèo. Tuy nhiên, vẫn 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 vẫn còn thu vớ t sinh khối của Spirulina maxima từ khu vựchồ Texcoco, ở độ cao 2200m so vớ i mặt nƣớ c biển, trong môi trƣờ ng cận nhiệt nơi mànhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 18oC. Đây có thể coi là nhà máy cho sinh khốitảo lớ n nhất, dạng môi trƣờ ng nuôi cấy bán tự nhiên bao gồm việc thu sinh khối xuyênsuốt ngày đêm và sinh khối tảo tăng gấp đôi chỉ trong 3 đến 4 ngày. Lƣợng thu đƣợ c sẽ đƣợc đem lọc, phơi khô, làm đồng nhất và khử trùng.




37

Mặc dù các hồ này là điều kiện lí tƣở ng cho sự phát triển của tảo, nhƣng vẫn cónhững yếu tố tự nhiên không kiểm soát đƣợ c dẫ tới hàm lƣợng dinh dƣỡ ng thấp. Tuyvậy, vẫn phải khẳng định rằng SCP ở những hồ này hoàn toàn tốt cho dinh dƣỡ ng củacá 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 chất 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 khốilớ n nhất.

Sử dụng nƣớ c thải nhà máy rƣợu đƣợ c phân giải kị khí (ADE) để sản xuấtSpirulina 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 môitrƣờ ng Zarrouk.

Chuẩn bị các môi trƣờ ng pha loãng sử dụng ADE và các điều kiện nuôi cấy.Thành phần thu hồi của môi trƣờng ADE và Zarrouk đƣợ c chỉ ra trong Bảng 17. Môitrƣờng 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 đối chứng.




38

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

Pha loãng 3 lần mỗi loại ADE và chỉnh pH đến 9 với NaOH 1N và đựng trongcác bình lắc, môi bình lắc này đƣợ c ủ vớ i chủng đƣợ c lấy từ môi trƣờng ban đầu vớ iOD từ 0.8- 1 ở 560nm và 0.23µg chlorophyll/ml và ủ trong 2 tuần ở nhiệt độ khoảng

30o

C , mật độ ánh sáng 2500 lux đƣợ c lấy từ các tube huỳnh quang trắng lạnh, chutrình 12/12 giờ sáng tối. Môi trƣờng đƣợ c lắc 2 lần 1 ngày cho đến khi thu hồi sinhkhối.

Phƣơng pháp phân tích: Dịch nuôi cấy đƣợ c dồng nhất bằng máy làm đồng nhấttrƣớ c kho mẫu đƣợc đánh giá các thông số khác nhau. Định lƣợ ng khối lƣợ ng khôđƣợ 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 chuyển sang nhiệt độ 80oC trong 4-6 giờ . Màng lọc khô cùng vớ i sính khối sinh vật đƣợ c làm lạnh trong máydessicator và cân.

Chlorophyll tổng số đƣợc định lƣợ ng màu sắc bằng 10ml dịch đồng nhất vớ i95% methanol.

Định lƣợng protein, 0.5ml NaOH 1N đƣợ c cho vào dịch mẫu, đun cách thủy 5 phút và protein đƣợc định lƣợng theo phƣơng pháp Lowry




39

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

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 thừa saukhi nuôi cấy Spirulina đƣợc định lƣợ ng qua sử dụng SPSS cho Window version10.0.1.

K ế t quả:

Các thông số thu đƣợ c trong bảng III.2.3 Sinh khối thu đƣợ c ở ADE 50% caohơn so với môi trƣờng đối chứng, nồng độc ao hơn của ADE có lẽ không thích hợ pcho 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 ngàychủng 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 proteinthấp hơn mẫu đối chứng.

Hàm lƣợ ng C tổng số trong mẫu 5,10, 20 % đƣơc chỉ ra ở mức trung bình nhƣmôi trƣờng đối chứng, nồng độ 75% chỉ ra ít nhất và cao nhất vẫn thuộc loại 50%.




40

Tỉ lệ C/P khi nuôi S. platensis cao hơn so với môi trƣờ ng Zarrouk và khi nồngđộ 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 nồng độ ADE. Sovớ i mấu đối chứng, ngoại trừ nồng độ ADE 50%, các nồng độ khác đều thu hồi lƣợ nglipid thấp hơn. (Bảng 18)

Sự giảm BOD, TOC và tổng lƣợng N đƣợ c nhận thấy trong môi trƣờ ng còn lạisau nuôi cấy chủng. (Hình 5) Ở đây, ngƣờ i ta lập mối quan hệ giữa khối lƣợ ng sinhkhối và sự giảm các chỉ số dựa trên việc nuôi cây trên những nồng độ ADE khác nhauthu đƣợc. Đặc biệt chú ý ở nồng độ ADE 50% ứng với 1.23 mg/ml, hàm lƣợ ng N trongnƣớ 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 lệC/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




41

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 bị môi trƣờng Zarouk nhƣ trên, trong đó thay đổi về nồng độ Nito khác

nhau: 0.0625, 1.250, 1.875 và 2500g/l.Chuẩn bị chủng S. platensis LEB 52 và nuôi cấy 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 vớ i

lƣợng ban đầu là 14l và sinh khối là 0.15g/l. 2 tube kính đƣợc đƣua qua điểm dừng củabể, một trong 2 mẫu đƣợ c thu hồi và 1 mẫu khác tiếp tục đƣợ c sục khí CO2 vào. Môitrƣờng đƣợc mix đều và thông khí sử dụng không khí đƣợ c lọc theo luồng 170l/giờ cung cấp bởi bơm. Sử dụng ánh sáng huỳnh quang 40W cung cấp 31.35µmol photonm-2s-1 . Việc nuôi cấy đƣợc duy trì trong nhà kính dƣớ i ánh sáng 12h sáng/ 12 h tối ở 2điều kiện nhiệt độ nêu trên.

Để xem xét sự thay đổi của sinh khối, cứ 24h lại lấy mẫu ra bằng kĩ thuật vôtrùng. Cho đến ngày cuối nuôi cấy, môi trƣờ ng nhân lên cho mỗi thí nghiệm phânđoạn, 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 hợ 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 khối lƣợ ng khô S. platensis vớ i số 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) Xo là lƣợng ban đầu (mg/l) và Xi là lƣợ ng thuđƣợ 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 bằng sửu dụng hỗn hợ p

2 chloroform: 1 methanol.Các hợ p chất phenol đƣợc định lƣợ ng bằng methanol , theo sau bở i sự 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 ế t 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.




42

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, hợ p chất phenol đƣợ cchỉ 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 nhiệt 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 môitrƣờ ng, tuy nhiên ở cùng nồng độ đó, nhiệt độ 35 độ lại cho hàm lƣợ ng protein cao




43

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

Hình 7: Hàm lượng các chất

trong môi trường nuôi cyy cónồng 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 sảnphẩm hàm lƣợ ng cao ở 35 độ C vớ i nồng độ sodium nitate ở 1.875g/l hay 2.5g/l.




44

Việc sản xuất Spirulina đƣợ c nuôi cấy trên các quy mô lớn hơn, có thể xâydựng lên các trang trại tốn kém hay cũng có thể nuôi trên các bể xử lí nƣớ c thải (Hình8).

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 làcác sản phẩm cung cấp vitamin dƣớ i dạng bột, viên…)

Các loại thuốc điều trị tự nhiên: sử dụng nhiều trong phòng ngừa các bệnh, nhƣ

giảm tỷ lệ cholesterol trong cơ thể, giảm lƣợng đƣờ ng trong máu của bệnh nhân tiểuđƣờng do có axit gamma linoleic… là nguồn cung cấp vitamin A giúp sáng mắt và cóchứa các carotene nhƣ là chất 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 vitaminA và B cao, nên có thể duy trì mái tóc khỏe mạnh… hay sắc tố phycocyanin giúp tạo




45

các son môi và mặt nạ dƣợ c thảo của Nhật… chúng có thể thay thế các chất trongthuốc 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 tiênmao.Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợ p chlorophyll -a và b trong lụclạp.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 chất để tái sản xuất.

Thành phần hóa học:- Tảo có chứa 65-68 % protein, 17% đƣờ ng (glucan), 6% chất 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 việcsản xuất của Chlorella nhìn đầy hứa hẹn và có liên quan đến công nghệ sáng tạo, nó sẽ không chứng minh đƣợ c hiệu quả kinh tế trên thị trƣờ ng. Trong cuộc cạnh tranh vớ iSpirulina và các sản 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 tế hoá, toàn bộ lô nuôi cấy của tảo đang phát triểnsẽ phải đƣợ c lắp trong ánh sáng nhân tạo 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 sản xuất sẽ rất lớ n. Một quytrình 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 tận dụng đƣợ c các lợ iích của ánh sáng mặt trời nhƣ dự đoán. Sau một thập kỷ thử nghiệm, nghiên cứu chothấy rằng sau khi tiếp xúc vớ i ánh sáng mặt trờ i, Chlorella chỉ chiếm 2,5% - không tốthơn nhiều so vớ i cây trồng thông thƣờ ng. Các nhà khoa học trong những năm 1960 đã

phát hiện rằng con ngƣời và động vật không thể tiêu hóa Chlorella ở trạng thái tự nhiêndo nó có các thành tế bào, gây khó khăn trong việc lấy các chất dinh dƣỡ ng. Từ đó,




46

nhiều phƣơng pháp đã đƣợ c phát triển để phá vỡ thành tế bào này để chế biến thànhcác 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 tạo đƣợ c sinh khối lại tảo này cao nhất và íttốn kém nhất.

Nghiên cứu nuôi cấy sinh khối của Chloralla Vulgaris và hiệu quả thu hồi sinhkhối bằng phƣơng pháp giá thành thấp.( N. Mohan, 2009)

Tiế n hành:

Chủng đƣợ c nuôi cấy trên môi trƣờ ng Bold Basal (BBM) và nuôi cấy ủ trong 15ngày ở 24 độ trong phòng điều 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 thiết kế vớ i thành dày 0.25m, kích cỡ 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 kilomôi trƣờng đƣợ c chuẩn bị bằng khóa lọc nƣớc va chú ý để độ sau của môi trƣờ ngkhông quá 15cm. Các chất dùng để ủ tảo đƣợc thêm vào và sinh trƣở ng vớ i sự kíchứng 3 lần trong ngày. Thu hồi sinh khối sau 30 ngày. Sự mất nƣớc do bay hơi đƣợ ckiểm soát thƣờ ng xuyên. Sự sinh trƣởng đƣợc đánh giá qua việc đếm 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 chiết và định lƣợng β carotene theoShaish (1992), tổng lƣợng C đƣợc xác định theo phƣơng pháp anthrone và tổng lƣợ ng protein đƣợ c xác định theo Lowry, tổng lipid đƣợ c tính toán theo Bligh và Dyer(1959). Đo pH bằng máy đo pH.

K ế t quả:

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




47

Hình 9 Sự phát triển của Chloralla Vulgaris

Ở ngày đầu tiên, có 85*104

tê bào/ml và tăng dần lên221*104 tê bào/ml ở ngàythứ 5, vào pha log lƣợ ng tế

bào lên tớ i 1224*104

têbào/ml ở ngày thứ 25. Têbào ở pha tĩnh 2-3 ngàytrƣớ c khi giảm xuống495*104 tê bào/ml ở ngàythứ 30.( hình 9)

Nồng độ pH tăng trong suốtthờ i gian nuôi cấy (hình 10)Hàm lƣợ ng các sắc tố cũngđƣợ c chỉ ra trong hình 11 và 12,với hàm lƣợ ng chlorophyll agiảm dần, trong khi đo hàmlƣợng β carotene lại cao nhất ở 25 ngày.

Hình 10

Trong khi hàm lƣợng protein và carbohydrate tăng lên trong suốt quá trình nuôicấy, đặc biệt là hàm lƣợng C tăng mạnh từ ngày thứ 25 đến ngày 30 thì một sự giảmđáng 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 vậy, trong nghiên cứu 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 nhiềunhất.




48

Hình 11 Hàm lượng Chlorophyll a

Hình 12 Hàm lượng Catotenoid

Hình 13 Hàm lượng protein tổng số Hình 14 Hàm lượng carbohydrate

Hình 15 Hàm lượng lipid Hình 16: Sự phát triển của vi khuẩn trong Chloralla Vulgaris




49

Nuôi cấy hỗn hợ p Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana: phƣơng pháp sảnxuất 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 lỏng bao gồm: 20% Nitrogen, 20% Phosphorous,20% potassium, 0.1% Magnesium, 0.15% Iron EDTA, 0.0755% ManganeseEDTA, 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 môitrƣờ 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 100mlnƣớ c cất, khử trùng 121 độ /15 phút và làm lạnh ở 25 độ. 0.5ml mỗi seed cuture đƣợ củ vớ i mỗi bình trên dƣới ánh đèn huỳnh quang ở 4 góc phòng trong 2 tuần.

Nuôi cấy tự dƣỡ ng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợ c ủ thêm bào 100ml môitrƣờ ng II và lắc nhiệt độ phòng 25 độ bên ngoài hộp đƣợ c chiếu sáng với 4 đèn huỳnhquang trong 480 giờ .

Nuôi cấy dị dƣỡ ng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợ c ủ thêm bào 100ml môitrƣờ 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 sángvới 4 đèn huỳnh quang trong 480 giờ .

Lƣợng nhƣ nhau 2 chủng trên đƣợ c ủ vào mỗi môi trƣờ ng và nuôi cấy trongcùng điều kiện.

Phƣơng pháp phân tích: sự sinh trƣở ng của tế bào đƣợc định lƣợ ng bằng sắchuyết kế ở 5 ngày. Sự tiêu thụ glucose đƣợ c tính bằng glucose peroxidase theoOgbonna (1997). Sản lƣợ ng sinh khối và nồng độ cuối cùng đƣợ c mô tả theo Ogbonnavà 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 vớ i S0, S tƣơng tự là lƣợng cơ chất ban đầu và cuối cùng.

K ế t quả:

Hình 17 và 18 chỉ ra đặc điểm tốc độ sinh trƣở ng của mỗi hệ thống nuôi cấyđơn của tảo hợ

p Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana. Kết quả cho thấy sau 480h




50

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 tốc độ sinh trƣở ng của hệ thống nuôi cấy hỗn hơp

của tảo Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana. Nồng độ của Euglena trong cả 3




51

loại nuôi cấy đạt 16.1*105 tế bào/ml, 27.3*105 tế bào/ml và 47.7*105 tế bào/ml tƣơngứng 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 vậy, có thể thấy rõ ràng là trong hệ thống nuôi cấy đơn và kép, tốc độ sinhtrƣở ng của tảo Chlorella là cao hơn hẳn. Trong các điều kiện nuôi cấy tính riêng cho




52

mỗi loài thì kiểu nuôi cấy tự dƣỡ ng mang lại năng suất thấp nhất trong khi nuôi cấykiểu hỗn dƣỡ ng lại cho kết quả cao nhất. Việc nuôi cấy kep 2 chủng đem lại hiệu quả 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, chlorellacó thể hấp thu đƣợ c các kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng và các hóachất bảo vệ thực vật hay của polychlorinated biphenyls (PCBs) là nhóm hóa chất đƣợ ccho là gây ra các bất thƣờ ng về gen ở cá, đƣợc dùng trong hàng trăm ứng dụng côngnghiệp và thƣơng mại, chẳng hạn nhƣ sản xuất chất cách điện, chất làm dẻo trongnhựa, sơn và cao su, chất nhuộm màu... nhờ vậy giúp cơ thể đào thải độc tố này rangoài, thúc đẩy quá trình bài tiết.

Một số nghiên cứu cho thấy rằng bổ sung Chlorella có tác động tích cực đối vớ iviệc giảm của nồng độ dioxin trong sữa mẹ và nó cũng có thể có tác dụng tốt đối vớ itrẻ đang bú bằng cách tăng lƣợ ng IgA trong sữa mẹ.

Chlorophylle: Làm sạch và cung cấp oxy: Chlorella rất giàu Chlorophylle, thànhphần giúp cung cấp oxy cho các mô và làm sạch đƣờ ng ruột. Chlorophyll có tác dụngtốt vớ i các loại bệnh thiếu máu khác nhau, có tác dụng ức chế sự phát triển của vikhuẩn, tăng cƣờ ng sửa chữa ở các mô bị phá hủy và bảo vệ khỏi tác nhân gây ung thƣ.

Chlorophyll còn có tác dụng giúp tiêu hóa tốt và làm đẹp da.C.G.F(Chlorella grow factor)- Nhân tố sinh trƣở ng của Chlorella :Nằm trong

nhân của Chlorella, C.F.G là một hỗn hợp đƣợ c tạo 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 làmtăng bạch huyết bào T( thuộc hệ miễn dịch của cơ thể).

Tăng khả năng chịu đựng và sự dẻo dai: C.F.G có thể coi là nguồn tập trung nănglƣợ ng: các thí nghiệm ở các vận động viên thể thao cho thấy chỉ vớ i một liều dùng duynhất, tác dụng khả năng chịu đựng và dai sức có thể duy trì trong 10 tiếng sau đó.Hiệu quả probiotic và cân bằng hệ vi khuẩn ruột: Số lƣợ ng vi khuẩn Lactobacciliustăng lên nhờ sự có mặt của C.F.G. Do vậy hiệu quả probiotic( lợ i ích về sức khoẻ do vikhuẩn có ích đƣợ c nuôi cấy mang lại) đƣợ c phát huy.

Vitamin và khoáng chất: Tăng cƣờ ng sức sống: trong đó phải đặc biệt kể đến vaitrò của vitamin B6, B12 và phốt pho có tác dụng củng cố hệ thần kinh và cải thiện giấcngủ. Hàm lƣợ ng sắt cao trong Tảo lục giúp tăng cƣờ ng chức năng tạo máu. Do cónhiều sợ i Xenlulô( chất xơ) nên giúp tiêu hoá tốt duy trì sự khoẻ mạnh của đƣờ ng ruột.




53

Chữa bệnh: Chlorella có chứa một loại hormon kích thích sự tái sinh của các tế bào. Các bác sỹ ở Nhật Bản đã chữa trị thành công nhiều ca viêm loét dạ dày chỉ vớ iChlorella vớ i một loại thuốc chống dƣ axit.

Chlorella có tác dụng làm giảm huyết áp. Điều đặc biệt là nó không làm giảm

huyết áp bình thƣờ ng mà chỉ phát huy tác dụng này ở những trƣờ ng hợ p huyết áp cao,làm giảm cholesterol xấu và tăng cƣờ ng cholesterol tốt.

Chlorella đã đƣợ c tìm thấy có đặc tính chống khối u khi làm thức ăn cho chuột.Một nghiên cứu khác tìm thấy tăng cƣờ ng chức năng mạch máu ở chuột cống caohuyết áp liều uống cholera.

Chlorella có chứa các axit amin cần thiết nhƣ Lysine, Threonine … Rất quantrọng cho trẻ nhất là trẻ thiếu sữa mẹ. Hàm lƣợ ng khoáng chất và các vi lƣợ ng phongphú có thể phòng tránh các bệnh thiếu máu do thiếu dinh dƣỡ ng một cách hiệu quả, vàcũng 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 Oxyhóa, làm chậm sự lão hóa của tế bào, đồng thờ i sắt, canxi có nhiều trong tảo lục vừa dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng và hỗ 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 lần tác dụng tẩy độc cơ thể do các kim loại nặng, Dioxin, thuốc bảo vệ thựcvật hay các hóa chất độc hại khác cũng nhƣ tác dụng hỗ trợ điều trị cac bệnh hiểmnghèo nhƣ ung thƣ cũng nhƣ các bệnh 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, làmsạch máu, gan thận và ruột, kích thích sinh sản tế bào hồng cầu, tăng oxy cho tế bàonão, trợ tiêu hóa, kích thích quá trình sửa chữa ở các mô; giúp tăng PH máu để đạttrạng thái kiềm hơn; giúp giữ cho trái tim hoạt động bình thƣờng; giúp tăng cƣờ ng sảnphẩm của các khu hệ sinh vật trong đƣờ ng tiêu hóa.




54

PHẦN III. KẾT LUẬN

Protein đơn bào – loại protein đƣợ c sản xuất từ sinh khối vi sinh vật, từ lâu đãđƣợ 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 proteinđơn 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 tốtcho sức khỏe của con ngƣờ i. Không chỉ dừng lại ở mục tiêu đáp ứng nguồn thức ăn

protein bổ sung cho con ngƣờ i và các loài động vật, protein đơn bào thu đƣợ c từ sinhkhối các loài vi sinh vật ngày càng có nhiều lợ i ích khác phục vụ cho nhiều mặt củacuộc sống con ngƣờ i: chữa bệnh, làm đẹp,…, bên cạnh đó, công nghệ sản xuất proteinđơn bào còn có nhiều ứng dụng trong bảo vệ môi trƣờ ng, tiết kiệm nhiên liệu, nguyênliệu cũng nhƣ góp phần đảm bảo cho sự phát triển bền vững của nhiều quốc gia trênthế giớ i.




55

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 bio-

mass by low-cost methods- N. Mohan, P. Hanumantha Rao, R. Ranjith Kumar, S.

Sivasankaran and V. Sivasubramanian.




56

14. http://www.eplantscience.com/index_files/biotechnology/Microbial%20biotechnol

ogy/Single%20Cell%20Protein%20%28SCP%29%20and%20Mycoprotein/biotec

h_scp_production_of_algal_biomass.php#cc

15. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorella

http://www.eplantscience.com/index_files/biotechnology/Microbial%20biotechnology/Single%20Cell%20Protein%20%28SCP%29%20and%20Mycoprotein/biotech_scp_production_of_algal_biomass.php#cc





http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorella






san xuat protein don bao

Documents