Upload
luong-nguyenthanh
View
1.124
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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