CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

PROTEIN ĐƠN BÀO

Huỳnh Nguyễn Anh Khoa

Đặng Thị Tuyết Ân

Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, 12/2009

Nguồn thu nhận protein

Protein

Protein đa bào Protein đơn bào

Thực vật

Động vật

Vi sinh vật

Cụm 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

Môi trường ô nhiễm 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

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

Đức - nước tiên phong sản xuất SCPViệc dùng tảo làm thức ăn không phải là “chuyện

mới”.Trong CTTG I, Saccharomyces cerevisae và Candida

utilis từ bã lên men rượu, bia được thu nhận để làm nguồn cung cấp protein.

Sự phát triển của ngành công nghiệp dầu mỏ những năm 60 mở ra khả năng sản suất SCP từ phế phẩm dầu mỏ

Thập kỷ 60 – đầu thập kỷ 80: Phát triển sản phẩm thức ăn gia súc

1985: Xuất hiện thực phẩm cho người từ Fusarium graminearum

“Đường dẫn đến tương lai”

Nghiên cứu thu sinh khối rẻ nhưng có giá trị

dinh dưỡng cao

Nghiên cứu thu thức ăn gia súc từ CO2

hoặc cellulose

Nghiên cứu lên men từ dầu mỏ

Nghiên cứu sản xuất thức ăn cho người từ

nguyên liệu rẻ tiền

Vi sinh vật trong sản xuất protein đơn bào

Hai loại VSV tiềm năng là:

• Tảo đơn bào và Tảo đa bào

• Nấm men

Hàm lượng protein trong một số loài vi sinh vật

Nhóm

% protein

Tảo Nấm men Nấm mốc Vi khuẩn

Đại diệnSpirulina sp.

70%Saccharomyces

43-56%Fusarium40-45%

-

Trung bình 40-55% 30-75% 30-60% -

Sản xuất sinh khối tảo để thu nhận protein Các loài tảo tiềm năng:

• Vi khuẩn lam Spirulina platensis• Vi tảo Chlorella pyrenoidosa• Vi tảo Aphanizomenon flos-aquae

Nguồn cơ chất

Công nghệ nuôi cấy và thu nhận sinh khối

Sản phẩm

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

Chlorellapyrenoidosa

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

CO2 từ không khí là nguồn carbon gián tiếp trong sản xuất sinh khối tảo

Nuôi trồng tảo theo qui mô công nghiệp

Thu hoạch sinh khối tảo

3 công dụng chính của SP tảo 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 hủ• Sản xuất mì ăn liền, bánh mì

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

Bã nấm men nguồn nguyên liệu sản xuất thức ăn gia súc Sinh khối khô Sacchromyces cerevisae, Sacchromyces carlsbergensis từ công nghiệp rượu, bia được bổ sung từ 30 đến 60% vào hỗn hợp đậu nành/bắp làm thức ăn cho heo con Kết quả:

• Ảnh hưởng của hàm lượng bổ sung đến sự tăng trọng của heo không rõ ràng

• Giảm được chi phí/1kg tăng trọng của heoSlagle and Zimmerman (1979), Landell và cộng sự (1994),

Ikurior (1995), Miyada và cộng sự (1997)

Nấm men là đối tượng chủ chốt trong việc sản xuất protein từ dầu mỏ

1925, Tauson phát hiện ra khả năng phân giải

hydrocarbon của vi sinh vật

Các vi sinh vật có khả năng phân giải hydrocarbon:• Vi khuẩn: Achrobacter, Corynebacterium,

Mycobacterium, Pseudomonas, …• Nấm men: Candida (C. lipolytica, C. intermedia,

C. parasilopsis, C. utilis), Cytomyces, …• Xạ khuẩn,Nấm sợi: Acremonium, Aspergilus,

Actinomyces

Sản xuất protein từ dầu mỏ, khí đốt vẫn còn nhiều hạn chế

Parafin (20% trong dầu mỏ) là loại nguyên liệu dễ

lên men nhất

Hiệu suất chuyển hóa cơ chất thành protein thấp

Cần bổ sung nguồn nitơ, khoáng

Sản phẩm hiện nay chỉ được dùng trong chăn nuôi

Một số sản phẩm bổ sung vào thức ăn gia súc

Sản phẩm Vi sinh vật

PRUTEEN Methyllophilus methylotropus

TORUTEIN Candida utilis

TOPRINA Candida lipolytica

PEKILO Paecilomyces variotii

Thức ăn nhân tạo cho người

Vấn đề loại bỏ tạp chất từ môi trường nuôi cấy

Vấn đề độc tố từ vi sinh vật

Vấn đề cân bằng dinh dưỡng

Vấn đề giá trị cảm quan, thị hiếu người tiêu dùng

Nhiệm vụ của nền khoa học Việt Nam Các sản phẩm protein từ VSV vẫn còn “một quãng đưỡng khá xa” để góp phần mạnh mẽ vào cuộc chiến đẩy lùi nạn “đói Protein” Nhiệm vụ trước mắt:

• Sản xuất protein vi sinh vật ở dạng dung dịch hoặc dạng bột trắng không mùi để trộn vào thức ăn

• Sản xuất protein vi sinh vật ở dạng thô để làm thức ăn gia súc, làm tăng sản lượng thịt, sữa, trứng…trong khẩu phần ăn

Xin cám ơnsự theo dõi!