CHƯƠNG IIMỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN LIÊN

QUAN ĐẾN CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN

DINH DƯỠNG VÀ MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI SINH VẬT

MỤC TIÊU

• Nắm được các quá trình chuyển hóa và

nhu cầu dinh dưỡng của tế bào vi sinh vật

• Giới thiệu các nguồn nguyên liệu để tạo

môi trường cho quá trình lên men.

NỘI DUNG

• Các quá trình chuyển hóa và nhu cầu dinh dưỡng của tế bào vi sinh vật.

• Các nguồn nguyên liệu để tạo môi trường cho quá trình lên men

1. Quá trình và nhu cầu dinh dưỡng ở tế bào vi sinh vật

Sự biến đổi các chất dinh dưỡng bao gồm nhiều phản ứng hóa sinh khác nhau nhờ hệ enzym theo con đường trao đổi chất để:

+ Tạo ra những chất có trong thành phần của tế bào (xây dựng tế bào)

+ Tạo ra sản phẩm trao đổi chát và sản sinh năng lượng sinh học cần thiết cho hoạt động sống

Những chất dinh dưỡng khi đã là những hợp chất có phân tử lượng nhỏ có thể đi qua màng tế bào VSV và tham gia vào hai loại phản ứng:

+ Biến đổi dị hóa làm xuất hiện những sản phẩm có cấu trúc đơn giản hơn và giải phóng năng lượng hoặc các hợp chất giàu năng lượng

+ Biến đổi đồng hóa, bảo đảm sự tổng hợp của thành phần mới có cấu trúc phức tạp hơn và phân tử lượng cao hơn – gọi là quá trình sinh tổng hợp

Các chất dinh dưỡng của VSV chủ yếu lấy từ môi trường xung quanh. Cho nên thành phần của môi trường dinh dưỡng bảo đảm cung cấp các nguyên tố C, H, O, P, N, S, Ca, Fe…và các nguyên tố vi lượng

* Môi trường nuôi vi sinh vật

- Nếu như xem xét theo thành phần có trong môi trường thì người ta chia ra:

+ Môi trường tự nhiên: có thành phần không xác định, được tạo ra từ động vật hay thực vật.

+ Môi trường tổng hợp: Gồm những chất hóa học tinh khiết và được lấy với nồng độ cho trước.

+ Môi trường bán tổng hợp: là sự kết hợp của môi trường tự nhiên và môi trường tổng hợp.

- Nếu xét theo trạng thái vật lý thì người ta chia ra:

+ Môi trường lỏng: Dùng để tăng sinh, tích lũy các sản phẩm trao đổi chất,

phát hiện các đặc tính sinhh lý, sinh hóa để giữ giống và bảo quản nhiều loại

không phát triển được trên môi trường đặc.

+ Môi trường xốp (môi trường bán rắn): Thường được dùng trong công

nghệ nuôi cấy lên men VSV sinh bào tử.

2. Nguồn nguyên liệu dùng để chuẩn bị môi trường lên men

2.1. Nguồn nguyên liệu cung cấp cacbon:

Nguồn cacbon chủ yếu của VSV là hydratcacbon. Các hợp chất có phân tử lượng thấp như đường thì VSV có thể hấp thụ trực tiếp được. Còn các hợp chất cao phân tử (tinh bột, xelullo…) sẽ được thủy phân nhờ các enzym do VSV tiết ra.

Trong các hydratcacbon thì glucoza là nguồn cacbon vạn năng đối với VSV. Quá trình biến đổi glucoza trong tế bào vi sinh vật có thể diễn ra theo 1 trong 3 đường hướng

+ Chu trình Embden – Meyerhof – parnas (EMP)

+ Pentoza

+ Entner-Dondoroff.

Tổng quát:

CO2, rượu và các sản phẩm kỵ khí khác

Tinh bột Glucoza

CO2, H2O và các sản phẩm hiếu khí

amylaza

Các

enz

ym

Ngoài ra vi sinh vật có thể đồng hóa một số cacbuahydro:

CH3-(CH2)-CH3 CH3-(CH2)-CH2OH CH3–(CH2)–CHO CH3-(CH2)-COOH

Ankan ankanol ankanal axít béo

Acetyl-CoA.

Đối với chất béo:

Chất béo triglycerit axít béo palmityl-CoA axetyl-CoA.

2.2. Nguyên liệu cung cấp nitơ

+VSV cần nitơ để xây dựng tế bào vì tất cả các thành phần quan trọng của

tế bào đều có chứa nitơ (protein, axit nucleic, enzym…)

Các axit amin thường không được vi sinh vật sử dụng trực tiếp mà phải qua hai loại phản ứng:

Khử amin:R-CH-COOH + O2 R-C-COOH + NH3

NH2 O Khử cacboxyl:R-CH-COOH + O2 R – CH2 – NH2 + CO2

NH2

E

E

Các nguồn nitơ vô cơ

Urê: (NH2)2CO + H2O 2NH3 + CO2ureaza

2.3. Nguồn nguyên liệu cung cấp chất khoáng

Nguồn photpho có thể có trong các nguồn nguyên liệu vô cơ

hoặc hữu cơ.

VSV sử dụng nhanh nhất là các hợp chất photpho vô cơ hòa

tan, còn photpho hữu cơ sử dụng ít và chậm.

* Các chất khoáng khác: Mg, Na, Fe, K, Al, Mn….lấy từ

môi trường dinh dưỡng. Các chất này có ý nghĩa khác

nhau đối với VSV. Có một số kim loại tham gia vào cấu

tạo phân tử hoặc làm thay đổi hoạt lực của enzym.

2.4.Các chất kích thích sinh trưởng

chất khô chiếm 40 - 50% trong đó:3 -5% N, 1-3% đạm amine, một ít protein, một số amino acid tự do và các peptid có phân tử lượng thấp.

- Cao nấm men

- Cao ngô

Hàm lượng protein của nấm men 40 - 60% chất khô của tế bàocó chứa khoảng 20 amino acid, trong đó có đủ các amino không thay thế.

Ngoài ra còn chưa các vitamin, đặc biệt là vitamin thuộc nhóm B.

- Dịch ép trái cây

2.5. Các chất béo trong công nghệ lên men

- Dầu béo (lạc, đậu tương…) thường dùng làm chất phá bọt

- Mặt khác nếu vi sinh vật có khả năng tiết ra lypaza sẽ thủy

phân chất béo đến axetyl – CoA và đồng hóa tiếp (Penicilium,

Apergillus, Geotrichum, Oide và Monilia)

2.6. Nước:

Trong CNLM VSV nước được sử dụng nhiều và với

những mục đích khác nhau. Chất lượng của nước có

ảnh hưởng đến tiến trình công nghệ và chất lượng của

sản phẩm. Do đó tùy vào mục đích sử dụng mà phải

bảo đảm yếu cầu về các chỉ tiêu chất lượng của nước

như: độ cứng, độ oxy hóa, vi sinh ...

CÂU HỎI

• Bài 1: Xét theo thành phần môi trường, theo bạn loại môi trường nào được sử dụng nhiều nhất trong sản xuất ở quy mô công nghiệp và ở quy mô phòng thí nghiệm.

• Bài 2: Theo ban nước dùng trong nuôi cấy vi sinh vật là loại nước nào? (nước cất, nước máy…)

TÀI LIỆU

• Nguyễn Xuân Thành, Nguyễn Bá Hiên, Hoàng Hải, Vũ Thị Hoan. Giáo trình vi sinh vật học công nghiệp. Nhà xuất bản Giáo dục.

• Trần Thị Thanh. Công nghệ vi sinh. Tái bản lần thứ ba. Nhà xuất bản Giáo dục.

• Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty. Vi sinh vật học. Nhà xuất bản Giáo dục

• Các webside