CÁC VI SINH VẬT SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO (SCP)

PROTEIN ĐƠN BÀOCụm từ Protein đơn bào (Single Cell

Protein – SCP) được dùng lần đầu tiên bởi giáo sư Carol Wilson nhằm chỉ

protein có nguồn gốc từ vi sinh vật.(Ware, 1977)

Protein đơn bào dùng để chỉ các tế bào vi sinh vật

đã chết, được sấy khô. (Israelidis, 2003)

VÌ SAO VIỆC SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO TRỞ THÀNH VẤN ĐỀ “NÓNG”?

Sự thiếu hụt nguồn protein đa bào

Những ưu điểm của protein đơn bào đã

mở ra tiềm năng thay thế nguồn protein

đa bào

NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN THIẾU HỤT NGUỒN PROTEIN ĐA BÀO

Tốc độ tăng sản lượng lương thực, thực

phẩm không theo kịp tốc độ tăng dân

số

Sự phân phối nguồn protein không

đồng đều giữa các nơi trên thế giới

Bệnh dịch gia súc, gia cầm xuất hiện

làm giảm năng suất lớn

Môi trường ô nhiễm,biến đổi khí hậu

làm mất dần nguồn lợi thức ăn từ tự nhiên

Vi sinh vật là nguồn cung cấp thức ăn trong tương lai

Khả năng sinh sản và phát triển nhanh

Hàm lượng protein cao (20-80%), thành

phần cân đối và đầy đủ

Dễ điều khiển chất lượng bằng cách

thay đổi điều kiện nuôi cấy hoặc tác động

vào hệ gene

Phát triển trên nhiều loại nguyên liệu,

đặc biệt là các nguyên liệu rẻ tiền

Chủ động trong sản xuất , ít chiếm diện

tích

NĂNG SUẤT THU NHẬN PROTEIN TỪ VI SINH VẬT RẤT CAO

Nguồn thu nhận

Sản lượng (kg/ha/năm)

Spirulina platensis 24,300

Chlorella pyrenoidosa 15,700

Nấm 8,000

Đậu nành 716

Đậu phộng 470

Đậu Hà lan 395

Lúa mì 300

Sữa 100

Thịt 60

Hiệu suất sinh tổng hợp protein của một số đối tượng

Các loài Sản lương protein / ngày(kg)

Hiệu suất/ngày(%)

Bò 1 0.1

Đậu tương 10 1

Nấm men 105 104

Vi khuẩn 1011 1010

HÀM LƯỢNG PROTEIN TRONG MỘT SỐ LOÀI VI SINH VẬT

Nhóm

% protein

Tảo Nấm men

Nấm mốc

Vi khuẩn

Xạ khuẩ

n

Đại diệnSpirulina

sp.70%

Saccharomyces43-56%

Fusarium40-45% -

Trung bình 40-55% 30-75% 30-60% 60-70% -

Hàm lượng axit amin không thay thế của một số nguồn protein(mg/100g chất khô

Axit amin

Lúa mỳ

Trứng Spirulina maxima

S.Cerevi-siae

C.lipolytica

Pseudom-onas

Lysine 2,8 6,5 4,6 7,7 7,8 5,3

Threonin 1,9 5,1 4,6 4,8 5,4 4,5

Methionin

1,5 3,2 1,4 1,7 1,6 1,8

Cystein 2,5 2,4 0,4 - 0,9 0,3

Tryptopha-n

1,1 1,6 1,4 1,0 1,3 -

Izoloxin 3,3 6,7 6,0 4,6 5,3 3,9

Lơxin 6,7 8,9 8,0 7,0 7,8 7,0

Valin 4,4 7,3 6,5 5,3 5,8 5,9

Phenylala-nin

4,5 5,8 5,0 4,1 4,8 4,2

CÁC VSV TRONG SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO

Nấm mốc Aspergillus fumigatus Aspergillus niger Rhizopus cyclopium

Nấm men Saccharomyces cerevisae Candida tropical Candida utilis

Tảo Spirulina sps. Chlorella pyrenoidosa Chondrus crispus

Vi khuẩn Pseudomonas fluroescens Lactobacillus Bacillus megaterium

Nấm mốc

Nấm men

Vi khuẩnTảo

CÁC LOÀI TẢO SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO

Chlorera Spirulina Scenedesmus

ƯU ĐIỂM CỦA TẢO ĐƠN BÀO Giá trị dinh dưỡng cao và có khả năng ứng

dụng rộng rãi. Cho đến nay chưa tìm thấy loại độc tố

nguy hiểm nào trên các loại tảo trên. Có diệp lục nên có khả năng tự dưỡng. Kích thước tế bào lớn, thuận lợi thu nhận

cũng như số lượng sinh khối. Không bị virus tấn công, môi trường nuôi

cấy đơn giản. Có khả năng làm sạch nguồn nước bẩn,

giữ vệ sinh môi trường. Tham gia quá trình cố định nitơ trong không khí.

NHƯỢC ĐIỂM Nhiều chất diệp lục không được khuyến

cáo cho người dùng Mật độ thấp 1-2mg khô/ lit chất nền Nguy cơ gây ô nhiễm môi trường Tốn diện tích, nuôi ngoài tự nhiên bị ảnh

hưởng bởi điều kiện môi trường, hoặc tốn năng lượng cho quá trình điều khiển môi trường như điện chiếu sáng, nhiệt độ, chế độ thổi khí, gió…

THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG CỦA SPIRULINA PLATENSIS VÀ CHLORELLA PYRENOIDOSA

% khối lượng khô

Spirulina platensis

Chlorella pyrenoidosa

Protein 46-63 51-58

Lipid 4-9 2

Glucide 8-14 26

Khoáng 4-5 10-15

Amino acid(% KLK)

Spirulina

platensis

Chlorellapyrenoidos

a

Arginine 6.9 2.39

Histidine 1.6 0.65

Isoleucine 5.6 1.69

Leucine 8.7 2

Lycine 4.7 2.43

Methionine 2.3 0.57

Phenylalanine 4.5 2.14

Threonine 5.2 1.91

Tryptophan 1.5 0.41

Valine 6.5 2.67

SINH KHỐI TẢO Tảo phát triển ở

những vùng nhiệt đới

Yêu cầu cường độ ánh sáng thấp

Nhiệt độ – 35°- 40° C & pH – 8. 5 -10.5

Phát triển được trong các mương rãnh nước thải, ao nuôi, làm sạch môi trường

Các hình thức nuôi tảo spirulina

THU HOẠCH SINH KHỐI TẢO

CÔNG DỤNG CHÍNH CỦA SPIRULINA

Tăng cường sức đề kháng của cơ thể• Hạ lipid máu• Tăng hàm lượng IgA, IgM• Giảm tỉ lệ mắc bệnh suy giảm bạch cầu

(Học viện Quân Y Trung Quốc)

Nguồn bổ sung dinh dưỡng• Tăng cường sức khỏe cho vận động viên (Viện Thực

vật Vũ Hán, TQ)• Linavina, Pirulamin, Spirulin: Sản phẩm cho trẻ suy

dinh dưỡng và người già• Hạ cholesterol, chống béo phì (Đại học Tokai, Nhật)

Nguồn thực phẩm• Sản xuất sữa chua, phô mai, đậu hũ• Sản xuất mì ăn liền, bánh mì

MỘT SỐ SẢN PHẨM PROTEIN TỪ TẢO

NẤM MEN Được nghiên cứu, ứng dụng sớm và rộng

rãi nhất trong sản xuất protein đơn bào Là nhóm nấn đơn bào,sinh sản nảy chồi,

dị dưỡng Trong tế bào chứa hầu hết các chất cần

thiết cho cơ thể(protein,lipid,enzym,vitamin…)

Khả năng tăng sinh khối cao, đặc điểm sinh lý phù hợp với sản xuất công nghiệp

SINH KHỐI NẤM MEN Trồng trên các chất

thải công nghiệp nông nghiệp như rỉ đường, vật liệu tinh bột, bột gỗ,….

Yêu cầu : nhiệt độ 30°-34° c &

pH : 3.5- 4.5. Bổ sung chất dinh

dưỡng, muối khoáng.

GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG Giàu protein (40-60%), và vitamin đặc

biệt VTM nhóm B Protein nấm men gần giống với protein

động vật, chứa khoảng 20aa cần thiết, thành phần aa cân đối hơn lúa mì và các hạt ngũ cốc khác, kém chút ít so với sữa và bột cá …

Các chủng nấm men thường được sử dụng cho người và gia súc:E.vernalis, S.cerevisiae, C.tropicalis …

Các protein được sản xuất bởi candida langeronii trong thủy phân hemicellulose bã mía chứa các axit amin cần thiết cho thức ăn chăn nuôi và chất lượng của nó có thể so sánh với protein đậu nành. Hàm lượng lysine và threonine của nó cho thấy protein này có thể bổ sung cho thức ăn chăn nuôi, đặc biệt trong khẩu phần ăn sử dụng ngũ cốc (Kihlberg 1972)Nigam (2000)

NẤM MEN KÉM ƯU VIỆT HƠN TẢO TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM

Dị dưỡng

Thành phần

các chất đặc

hiệu trong nấm

men không hoàn

toàn phù hợp với

người

Amino acid Tảo Men bia Lý tưởng(FAO 1975)

Cysteine 1.0 0.74 1.41

Isoleucine 5.6 2.76 2.8

Leucine 8.7 3.83 4

Lycine 4.7 3.53 1.9

Methionine 2.3 1.05 1.68

Phenylalanine 4.5 2.29 3.67

Threonine 5.2 3.26 2.60

Tryptophan 1.5 0.82 0.94

Valine 6.5 3.23 0.36

TIÊU CHUẨN CHỌN CHỦNG NẤM MEN TRONG SẢN XUẤT PROTEIN TỪ NGUỒN HYDRAD CACBON

Có khả năng đồng hóa nhiều nguồn cacbon khác nhau Có thể phát trên mối trường có nồng độ chất khử cao Phát triển nhanh, sức đề kháng cao với nồng độ CO2

Sinh khối chứa nhiều chất dinh dưỡng có giá trị(hàm lượng P cao, nhiều VTM quý, aa không thay thế….)

Kích thước tế bào tương đối lớn dễ dàng tách bằng ly tâm

Chịu được nhiệt độ cao,ít làm biến đổi PH môi trường Các chủng nấm men thường được sử dụng trong công

nghiệp: saccharomyces cerevisiea, Candida utilisvà Turolopsis utilis

Saccharomyces cerevisiae Candida utilis

Candida tropicalis

VI KHUẨN Thường sử dụng sản xuất

protein trên các nguồn cacbua hydro, các chủng thường sử dụng: Pseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium

Các giống vi khuẩn này có khả năng đòng hóa ankan(C6-C18) cacbua hydro béo và thơm khác

Nguyên liệu là methal thường sử dụng: Methylamonas,Methyllocosens capsulatus Pseudomonas fluroescens

ĐẶC ĐIỂM CÁC CHỦNG VK SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO Tốc độ sinh trưởng nhanh Sử dụng được nhiều loại cơ chất pH luôn giữ ở 5-7 để tránh các vk gây

bệnh Thành phần các aa cân đối Với vi khuẩn gram âm cần lưu ý khả

năng sinh độc tố Tế bào nhỏ khó khăn cho nuôi trồng và

thu sản phẩm

NẤM MỐC

Nấm mốc là những cơ thể đa bào giàu VTM B, chứa khoảng 30-60% protein,hàm lượng tryp, met thấp, có các aa khác tương tự tiêu chuẩn của FAO.

Các chủng có hàm lương protein cao: Fusarium,Rhizopus, Penicillium, Aspergillus Aspergillus fumitus

NHƯỢC ĐIỂM

  Nó có hàm lượng cao acid nucleic. Sản xuất nội độc tố cần được kiểm tra

cẩn thận. Dinh dưỡng kém hơn của tảo, nấm men và vi

khuẩn Kỹ thuật do hệ sợi phát triển gây khó khăn cho

quá trình khuấy trộn và sục khí

SINH KHỐI VI KHUẨN VÀ NẤM MỐC Vi khuẩn và

nấm mốc có thể phát triển dễ dàng trên nhiều loại cơ chất

Yêu cầu :Nhiệt độ:15-340

CpH: 5-7

LOÀI VSV NÀO ĐƯỢC ỨNG DỤNG NHIỀU NHẤT NHẤT

TRONG SẢN XUẤT SCP ???

Tảo ?

Nấm men ?

Nấm mốc ?

Vi khuẩn ?

???

Nguồn thu Nitrogen(%)

Protein(%)

Nấm mốc 5-8 31-50

Tảo 7.5-10 47-63

Nấm men 7.5-8.5 47-53

Vi khuẩn 11.5-12.5 72-78

Sữa 3.5-4.0 22-25

Thịt bò 13-14.4 81-90

Trứng 5.6 35

Gạo 1.2-1.4 7.5-9.0

Bột mì 1.6-2.2 9.8-13.5

Bột ngô 1.1-1.5 7.0-9.4

Hàm lượng nitơ và protein của các té bào VSV so với các loại thực phẩm từ động, thực

vật

Kharatyan(1978)

VI SINH VẬT

THÀNH PHẦN

NẤM MỐC TẢO NẤM MEN VI KHUẨN

PROTEIN 30- 40 % 40- 60 % 45- 55 % 50- 65 %

FAT 9-14 % 8-10 % 5-10 % 3-7 %

NUCLEIC ACID

7-10 % 3-8 % 6-12 % 8-12 %

• vi sinh vật sử dụng là nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn•Bảng sau đây cho thấy sự khác nhau của các thành phần từ một số loài VSV

hiệu quả sản xuất protein của một số nguồn trong 24h

năng xuất thu protein đơn bào từ VSV lớn hơn so với phương pháp truyền thống

Sinh vật(1,000 kg)

Số lượng Protein

Thịt bò 1.0 kg

Đậu tương 10.0 kg

Nấm men 105 kg

Vi khuẩn 1011 kg

Axit amin

Lúa mỳ

Trứng Spirulina maxima

S.Cerevi-siae

C.lipolytica

Pseudom-onas

Lysine 2,8 6,5 4,6 7,7 7,8 5,3

Threonin 1,9 5,1 4,6 4,8 5,4 4,5

Methionin

1,5 3,2 1,4 1,7 1,6 1,8

Cystein 2,5 2,4 0,4 - 0,9 0,3

Tryptopha-n

1,1 1,6 1,4 1,0 1,3 -

Izoloxin 3,3 6,7 6,0 4,6 5,3 3,9

Lơxin 6,7 8,9 8,0 7,0 7,8 7,0

Valin 4,4 7,3 6,5 5,3 5,8 5,9

Phenylala-nin

4,5 5,8 5,0 4,1 4,8 4,2

Hàm lượng axit amin không thay thế của một số nguồn protein(mg/100g chất khô

Lợi thế về thời gian tăng gấp đôi lượng sinh khối của VSV so với động, thực vât

Sinh vật Sinh khối tăng gấp đôi

Vi khuẩn và nấm men 10-120 min

Nấm mốc và tảo 2-6h

Một số loài thực vật 1-2wk

Gà 2-4 wk

Lợn 4-6 wk

Gia súc 1-2 mo

Người 0.2-0.5 yrs

SO SÁNH CÁC VSVVi sinh vât Thuận lợi Khó khăn

Nấm mốc Dễ trồng và thu hoạch

Tốc độ tăng trưởng và hàm lượng protein thấp hơn

Tảo Dễ trồng và thu hoạch, protein chất lượng cao

Khó tiêu hóa do thành tế bào chứa cellulose,nhiều kim loại nặng

Nấm men Kích thước tế bào lớn,hàm lượng NA thấp,dinh dưỡng cân đối

Khó tiêu hóa, hàm lượng protein thấp hơn tảo, tốc độ tăng trưởng chậm hơn vi khuẩn

Vi khuẩn Hàm lượng protein cao, dễ tiêu hóa

Kích thước nhỏ, mật độ thấp, hàm lượng NA cao

NHIỆM VỤ KHOA HỌC

Cải biến các giống cũ Nghiên cứu lai tạo ra các

chủng đột biến có năng suất chất lượng tốt

Tìm kiếm phát hiện các giống mới ưu việt

Tạo các chủng giống có năng suất chất lượng tốt đồng thời tạo được các sản phẩm phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng

Đồng thực hiện

Chử Thị Huyên

Trần Thị Hạnh

Lê Thị Thanh Ngân

Nguyễn Thị Hương

Nguyễn Thị Lương