San Xuat Protein Don Bao

ĐAI HOC QUÔC GIA HA NÔI TRƯƠNG ĐAI HOC KHOA HOC TƯ NHIÊN KHOA

SINH HOC

LƠP K12 – CNKHTN SINH HOC

BÀI TIÊU LUÂNMÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO (SCP)

Ha Nôi, 1/2012ĐAI HOC QUÔC GIA HA NÔI TRƯƠNG ĐAI HOC KHOA HOC TƯ NHIÊN KHOA

SINH HOC

LƠP K12 – CNKHTN SINH HOC

BÀI TIÊU LUÂNMÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO (SCP)

Giảng viên: PGS.TS. Ngô Tự Thành Sinh viên thưc hiên: Trần Vũ Quỳnh Giao

Nguyên Câm LinhLê Hải Vân

Ha Nôi, 1/2012

Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào

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 đƣợc sử dụng để sản xuất protein đơn bào..................... 6

3.1. Yêu cầu đối với các chủng vi sinh vật sử dụng trong sản xuất. ................. 6

3.2. Các nhóm vi sinh vật sử dụng trong sản xuất protein đơn bào. ................ 6

4. Các nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất protein đơn bào ............................... 9

4.1. Các sản phẩm thải trong nông nghiệp ....................................................... 9

4.2. Các sản phẩm phụ của các quá trình lên men công nghiệp. ..................... 9

4.3. Các sản phẩm, dịch chiết và dịch thủy phân từ nguyên liệu thực vật...... 10

4.4. Các nguồn nhiên liệu có giá trị thương mại cao như khí đốt, 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 hủy thành tế bào: .............................................................................. 12

6.2. Loại bỏ axit nucleic .................................................................................. 12

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

7.1. Ưu điểm: ................................................................................................... 13

7 .2. N h ư ợ c đ i ể m:

............................................................... . ............................. 13 1


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. Một số nguồn nguyên liệu thường sử dụng để sản xuất protein đơn bào.20

2.2. Quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm men ..................................... 26

3. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm mốc: ................................ 29

3.1. Sản xuất protein đơn bào từ chất thải công nghiệp:................................ 30

3.2. Sản xuất protein đơn bào từ rác thải nông nghiệp từ phần bỏ đi củaquả ................................................................................................................... 30

4. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào từ nhóm vi sinh vật quang hợp ... 31

4.1. Nhóm vi sinh vật quang hợp- nguồn cung cấp protein. ........................... 31

4.2. Ứng dụng trong sản xuất SCP.................................................................. 34

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

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

2


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 đƣợc trong sinh khối khô của các tế bào hoặc tổng lƣợng protein tách chiết đƣợc từ môi trƣờng nuôi cấy vi sinh vật, đƣợc sử dụng làm nguồn thức ăn cho con ngƣời hay nguồn thức ăn chăn nuôi.

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

Các protein đơn bào có thành phần protein cao (60-80% khối lƣợng khô của tế bào), chất béo, carbohydrate, axit nucleic, vitamin và chất khoáng. Chúng cũng chứa nhiều 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 các vi sinh vật. Nó ra đời đƣợc coi là một phƣơng pháp hứa hẹn có thể giải quyết đƣợc vấn đề thiếu protein trên toàn thế giới. Công nghệ sản xuất protein đơn bào bao gồm cả các quá trình chuyển vị sinh học, biến đổi các sản phẩm phụ ít giá trị và chi phí thấp, thƣờng là các chất thải, trở thành sản phẩm với giá trị dinh dƣỡng và giá trị thị trƣờng cao hơn.

Sản xuất protein đơn bào đòi hỏi phải vận dụng các kiến thức về lên men, công nghệ 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 trong tình trạng sẵn có. Ngoài ra, sự phát triển về chính trị và kinh tế đã thay đổi trật tự thế giới từ một hệ thống các khối nƣớc trở nên toàn cầu hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở cửa giao dịch các sản phẩm nông nghiệp. Các sản phẩm nông nghiệp này vƣợt trội so với protein đơn bào trên cơ sở giá cả sản xuất thấp hơn. Tuy nhiên, sự kết hợp giữa việc sản xuất phức tạp với các công nghệ chế biến thực phẩm đã mang lại một thế hệ sản phẩm protein đơn bào mới, có thể sử dụng để thay thế các loại thị hay dùng làm chất tăng cƣờng hƣơng vị. Các ứng dụng trong tƣơng lai của việc biểu hiện protein dị

hợp thể có thể phát triển hơn nữa tiềm năng của dạng thực phẩm này, tạo ra các sản

3


phẩm phù hợp với yêu cầu của chế độ ăn uống hay tạo thành các dòng sản phẩm có giá trị 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 khác nhau.

Có hiệu quả biến đổi cơ chất ban đầu cao

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

Không phụ thuộc vào các yếu tố mùa hay thời tiết.

2. Lịch sử nghiên cứu va sản xuất protein đơn bao

Ngƣời tiên phong nghiên cứu và xây dựng công nghệ này là nhà khoa học ngƣời Đức Max Delbruck và các cộng sự của ông cách đây gần 1 thế kỉ. Họ là ngƣời đầu tiên chú ý đến giá trị của các nấm men rƣợu dƣ thừa trong việc tạo nguồn thức ăn cho vật

nuôi.

Trong chiến tranh Thế giới thứ nhất, ngƣời Đức đã thay thế phần nửa nguồn protein quan trọng bằng nấm men. Vì các nấm men rƣợu từ công nghiệp sản xuất bia không đủ số lƣợng để đáp ứng nhu cầu protein thức ăn, một tỉ lệ rất lớn sinh khối nấm men đƣợc sản xuất trong điều kiện hiếu khí trong môi trƣờng bán tổng hợp chứa nguồn nitơ là các muối ammonium. Phƣơng pháp này hiệu quả hơn so với lên men, nhƣng vẫn có hiện tƣợng lên men một số chất trong nguồn cacbon, đồng thời năng suất sinh khối thu đƣợc là không tối ƣu.

Vào năm 1919, Sak (Đan Mạch) và Hayduck (Đức) đã phát minh ra một quy trình mới, đƣa dung dịch đƣờng 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 vẫn đƣợc sử dụng.

Sau khi Chiến tranh Thế giới thứ nhất kết thúc, sự quan tâm của ngƣời Đức đến nấm men đã giảm xuống, nhƣng đến 1936, ngƣời ta tiếp tục sử dụng nấm men rƣợu và một số loài nấm men khác, đặc biệt là các loài đƣợc nuôi cấy với số lƣợng lớn để làm thức ăn bổ sung cho con ngƣời và động vật. Kể từ đó, ƣu điểm của việc nuôi cấy nấm men trong môi trƣờng giàu dinh dƣỡng và điều kiện hiếu khí đã đƣợc nhận ra một cách đầy đủ và nhanh chóng trở thành một phƣơng tiện để sản xuất thức ăn trên quy môcông nghiệp.

4


Vào thời điểm bắt đầu Chiến tranh thế giới thứ II, nấm men đƣợc sử dụng trƣớc hết 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 lƣợng chƣa bao giờ vƣợt quá 15,000 tấn, do việc sản xuất liên tục bị gián đoạn bởi chiếntranh.

Việc sử dụng nấm men làm thức ăn trong giai đoạn này bắt đầu từ Đức, sau đó đƣợc áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Phòng thí nghiệm các sản phầm rừng của Sở nông nghiệp Hoa Kỳ đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm nuôi cấy nấm men Candida utilis trên môi trƣờng chứa sulfit là chất thải trong quá trình sản xuất giấy.

Sau chiến tranh, vấn đề sản xuất protein đơn bào ngày càng đƣợc 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 trƣởng của các sinh vật nhƣ nấm men và nấm sợi đã đƣợc lám sáng tỏ, tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn trong ứng dụng các cơ chế trên trong công nghiệp, do đó ngƣời ta tiếp tục đẩy mạnh nghiêncứu.

Ngƣời ta tiếp tục tìm kiếm các loại cơ chất với giá thành thấp. Các sản phẩm phụ 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 đƣợc chọn để sử dụng trong quá trình sản xuất protein đơn bào. Lợi ích của việc sản xuất protein đơn bào không chỉ dừng lại ở việc cung cấp thêm nguồn thức ăn cho con ngƣời nữa mà còn hạn chế sự lãng phí các sản phẩm phụ trong các quá trình sản xuất khác và bảo vệ môi trƣờng.

Vào giữa thập niên 60, ngƣời ta đã sản xuất đƣợc hàng triệu tấn nấm men thực phẩm ở các vùng khác nhau trên thế giới. Liên bang Soviet đã lên kế hoạch sản xuất thƣờng niên 900,000 tấn kể từ năm 1970 để bù đắp lại sự thiếu hụt của protein nông nghiệp. Đến năm 1980, quá trình sản xuất protein đơn bào tiếp tục đƣợc mở rộng ở các nƣớc phát triển và đƣợc dự kiến tiến hành ở các quốc gia đang phát triển. Từ đó đến nay, quy trình sản xuất protein đơn bào đƣợc không ngừng nghiên cứu phát triển hoàn thiện, tìm kiếm các cơ chất và các loài vi sinh vật phong phú hơn, phục vụ nhu cầu của

con ngƣời ở khắp các quốc gia trên thế giới.

5


3. Các nhóm vi sinh vật đƣợc sử dụng để sản xuất protein đơn bao

3.1. Yêu cầu đối với các chủng vi sinh vật sử dụng trong sản xuất.

Thời gian sinh trƣởng ngắn.

Có khả năng tạo thành lƣợng protein lớn, từ 40-70% sinh khối khô của tế bào.

Có khả năng tận dụng đƣợc tối đa các chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng nuôi cấy.

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 quan trọng 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 ngƣời thì thành phần axit nucleic này phải giảm xuống dƣới 2%. Do đó, ngƣời ta đã áp dụng một vài kĩ thuật để giảm thành phần axit nucleic trong tế bào vi sinh vật, bao gồm cả quy trình về hóa học và enzyme.

3.2. Các nhóm vi sinh vật sử dụng trong sản xuất protein đơn bào.

Ngƣời ta sử dụng nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau để sản xuất protein đơnbào, 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 dƣỡng của chúng đƣợc 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

6


Bảng 1: Trung bình các thành phần trong tế bào ở các nhóm vi sinh vật chính (%khối lượng khô) theo Miller and Litsky (1976)

Ngƣời ta đã ƣớc tính rằng, 100 pound nấm men có thể sản xuất ra 250 tấnprotein trong vòng 24h. Đối với tảo nuôi cấy trong ao thì năng suất protein thu đƣợc là

20 tấn sinh khối khô/acre/năm. Vi khuẩn thì cho lƣợng 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 thƣớc lớn, dễ thu sinh khối, hàm lƣợng axit nucleic trong tế bào thấp, hàm lƣợng lysine cap, có khả năng sinh trƣởng ở pH axit. Tuy nhiên, đặc điểm quan trọng nhất là nó rất phổ biến và đƣợc chấp nhận rộng rãi vì đã đƣợc 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 với vi khuẩn. Nấm sợi cũng có những ƣu điểm tƣơng tự, dễ thu hoạch, tuy nhiên hạn chế về tốc độ sinh trƣởng, hàm lƣợng protein và ít đƣợc chấp nhận hơn so với nấm men.

Một nhóm vi sinh vật khác là tảo thì lại có nhƣợc điểm là thành tế bào cấu tạo từ cellulose – loại phân tử mà con ngƣời không tiêu hóa đƣợc, bên cạnh đó nó còn chứa nhiều kim loại nặng. Ngoài ra, cần nhấn mạnh rằn, vì lý do kĩ thuật và kinh tế thì ngƣời ta thƣờng 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 thƣờng có chất lƣợng cao, có thể sánh đƣợc với protein từ thực vật.

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

Một vài loài tảo, nấm sợi, nấm men và vi khuẩn đƣợc sử dụng làm protein đơn bào và hiện đang đƣợc sản xuất thƣơng mại, cùng với nguồn carbon của nó đƣợc thể hiện trong Bảng 2:

Vi sinh vật Cơ chất

Vi khuẩn

Aeromos hydrophylla Lactose

Acromobacter delvacvate n-alkan

Acinetobacter calcoacenticus Ethanol

7


Bacillus megaterium Các hợp 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 hợp chất chứa nitơ ngoài protein khác.

Rhodopseudomonas capsulata Glucose

Nấm sợi

Aspergillus fumigatus Maltose, glucose

Aspergillus niger, A. oryzae, Cephalosporiumeichhorniae, Chaetomium cellulolyticum

Cellulose, hemicellulose

Penicillium cyclopium Glucose, lactose, galactose

Rhizopus chinensis Glucose, maltose

Scytalidium aciduphlium, Thricoderma viridae, Thricoderma alba

Nấm menCellulose, pentose

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 hợp

8


Chondrus crispus, Scenedesmus sp, Spirulina sp., Porphyrium sp.

Bảng 2: Một số loài vi sinh vật sử dụng trong sản xuất protein đơn bào và nguồn carbon của chúng theo Bhalla và cộng sự (2007)

4. Các nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất protein đơn bao

Các nguồn nguyên liệu hiện đang đƣợc 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 nhiều nhất trên hành tinh này, đồng thời là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất protein đơn bào. Trong tự nhiên, cellulose thƣờng ở dạng phức hợp với lignin, hemicellulose, tinh bột và có cấu tạo phức tạp, do vậy, để sử dụng dƣới dạng cơ chất nó phải đƣợc xử lý hóa học (phân giải bằng axit hay kiềm) hoặc bằng các enzyme (cellulase) để phân giải cellulose thành các đƣờng mà tế bào vi sinh vật sử dụng đƣợc.

Lignocellulose là nguồn nguyên liệu từ gỗ, đòi hỏi phải xử lý trƣớc khi sử dụng làm 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 nƣớc hay thậm chí dùng phóng xạ tia X [2]. Ngƣời ta có thể nấu gỗ trong dung dịch chứa Canxi sulfit. Đến ngày nay, để tận dụng các nguồn lignocellulose là sản phẩm thải ngƣời ta dùng các nhóm nấm, trong đó đƣợc biết rõ nhất là Agaricus bisporus và một số các nhóm khác chứa enzyme phân giải lignocellulose.

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 đƣợc sử dụng làm cơ chất để lên men kể từ nawmg 1909 ở Thụy Điển và sau đó ở nhiều nơi trên thế giới. Dạng vi sinh vật đầu tiên đƣợc sử dụng trong quá trình này là Saccharomyces cerevisiae, mặc dù loài vi sinh vât này không có khả năng chuyển háo pentose – loại hợp chất có mặt với lƣợng lớn trong sản phẩm thải này. Sau đó, ngƣời ta tìm ra các loài vi sinh vật thích hợp hơn nhƣ Candida tropicalis hay Candida utilis.

Rỉ đƣờng là một sản phẩm phụ của quá trình lên men đƣờng. Dịch đƣờng nồng độ cao thu đƣợc từ quá trình xay xát mía hay củ cải đƣờng đƣợc làm lạnh để đƣờng kêt

tinh. Khi đƣờng không kết tinh nữa thì ngƣời ta thu đƣợc phần dung dịch còn lại, đó là rỉ đƣờng. Đối với 100kg thực vật có thể thu đƣợc 3.5 đến 4.5 kg rỉ đƣờng. Bên cạnh nồng độ đƣờng cao, rỉ đƣờng còn chứa các chất khoáng, các hợp chất hữu cơ và

9


vitamin có giá trị cao trong công nghiệp lên men. Tuy nhiên, sản xuất sinh khối vi sinh vật từ rỉ đƣờng đòi hỏi phải bổ sung thêm nguồn nitơ và photpho phù hợp. Nguồn nitơ truyền thống là các muối amonium, nguồn photpho thêm vào thƣờng ở dạng muối.

4.3. Các sản phẩm, dịch chiết và dịch thủy phân từ nguyên liệu thực vật.

Tinh bột thu đƣợc từ các loài thực vật có củ ở các nƣớc nhiệt đới và ôn đới, từ gạo, ngô và ngũ cốc là nguồn nguyên liệu để sản xuất protein đơn bào. Ở các nƣớc nhiệt đới, ngƣời 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 lên men 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 hợp protein đơn bào. Dịch chiết đu đủ có hàm lƣợng chất dinh dƣỡng cao: saccharride chiếm 9.6%, protein, protein chiếm 0.2%, đƣờng hòa tan chiếm khoảng7%; đƣờng 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 là chuối cũng là nguyên liệu để sản xuất protein đơn bào. Điều này có rất có ích trong việc tận dụng nguồn sản phẩm dƣ thừa do không đủ chất lƣợng xuất khẩu ở các quốc gia có trồng nhiều loại cây ăn quả này.

4.4. Các nguồn nhiên liệu có giá trị thương mại cao như khí đốt, methan, methanolvà 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 trong giai đoạn nghiên cứu. Việc sử dụng nguồn hợp chất nhiên liệu trên để sản xuất thức ăn từ lâu đã đƣợc nhiều nhà khoa học đặt ra. Công ti dầu mỏ của Anh đã sử dụng hai loại nấm men Candida lipolytica và C. tropicalis với nguồn cơ chất là các alkan có mạch Carbon từ 12 đến 20 nguyên tử có trong phần dẻo của khí gas. Một vài loại dầu thô có chứa phần này chiếm khoảng 15%. Sản phẩm thu đƣợc từ quá trình này còn gọi là TOPRINA, đã đƣợc kiểm tra độc tính và khả năng gây ung thƣ trong vòng 12 năm, sau đó đã đƣợc sử dụng làm nguồn thức ăn thay thế có hàm lƣợng protein cao cho cá hoặc dùng 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 cƣờng nghiên cứu sử dụng methane làm nguồn cơ chất. Vi sinh vật phù hợp với nguồn cơ chất này mà đã đƣợc nghiên cứu kĩ là Methylomonas methanica,nuôi cấy trong môi trƣờng có chứa muối nitrat hay muối ammonium làm nguồn nitơ.

10


Mặt khác, methanol cũng là một nguồn chất đƣợc quan tâm. Lên men trên quy mô lớn để thu sinh khối của Methylophilus methtlotrophus từ nguồn cơ chất là methanol là phƣơng pháp đƣợc xây dựng để sản xuất protein đơn bào từ nguồn này, và sản phẩm của quy trình này đƣợc sử dụng làm thức ăn cho vật nuôi. Methanol với vai trò là nguồn carbon để sản xuất protein đơn bào có nhiều ƣu điểm vƣợt trội hơn so với n-paraffin, khí metan hay thậm chí một số hợp chất carbohydrate.

5. Quy trình sản xuất protein đơn bao

Quá trình lên men tạo sinh khối yêu cầu lựa chọn loại vi sinh vật đƣợc có giai đoạn sinh lý phù hợp, khử trùng môi trƣờng nuôi cấy và các thiết bị dùng để giữ môi trƣờng 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 điều khiến khác để điều hòa các yếu tố cần thiết cho sự sinh trƣởng ở mức ổn định.

Sau khi chuẩn bị, nuôi cấy vi sinh vật ở điều kiện thích hợp trong môi trƣờng đã chuẩn bị. Quá trình này đòi hỏi phải kiểm soát nồng độ carbon ở mức thích hợp cũng nhƣ cung cấp đủ oxy để duy trì điều kiện hiếu khí cần cho sự sinh trƣởng của vi sinh vật. Vì đây là một quá trình phụ thuộc vào thời gian, nên việc biến đổi liên tục các yếu tố của môi trƣờng sẽ ảnh hƣởng đến sinh lý của tế bào, trong đó nồng độ cơ chất có ảnh hƣởng lớn nhất. Vì thế, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp nuôi cấy liên tục để có thể kiểm soát nguồn Carbon đƣa vào môi trƣờng, đồng thời lấy ra một lƣợng vi sinh vật nhất định để đảm bảo cung cấp đủ oxy cho lƣợng vi sinh vật ở trong thùng nuôi cấy. Các phƣơng pháp thƣờng đƣợc áp dụng bao gồm: lên men nổi, lên men chìm và lên men 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. Ngƣời ta thƣờng thu sinh khối nấm men bằng cách li tâm, còn đối với nấm sợi thƣờng thu bằng cách lọc. Tuy nhiên, các thiết bị cần thiết tƣờng đắt và không phù hợp với sản xuất ở quy mô nhỏ cũng nhƣ mở rộng sản xuất. Việc loại bỏ lƣợng nƣớc là rất cần thiết để giữ các chất ổn định để lƣu trữ nhƣng lại không dễ thực hiện. Protein đơn bào cần phải đƣợc 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 bao thanh thực phẩm

Để sử dụng hiệu quả các protein vi sinh vật làm thức ăn cho ngƣời, cần các điều kiện sau:

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

11


Làm giảm hàm lƣợng 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 ngƣời ta còn sử dụng các enzyme hay hỗn hợp enzyme để phân hủy từng phần hoặc hoàn toàn thành tế bào. Thủy phân thành tế bào nhờ enzyme có hiệu quả cao hơn do tác động đặc hiệu. Phƣơng pháp enzyme có thể dùng để thay thế phá hủy cơ học, đặc biệt là đối với các nguyên liệu có thể bị bất hoạt do yếu tố cơ học, ngƣời ta sử dụng cả các enzyme nội bào và ngoại bào do các vi sinh 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 thƣờng sử dụng phối hợp 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 thủy phân, dùng phage, tự phân hủy

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

Dùng áp lực cao

Nghiền ƣớt, sử dụng các hạt nghiền Dùng sóng âm để phá hủy tế bào Nén tế bào

Dùng áp suất cao ở nhiệt độ thấp

Bảng 3: Một số phương pháp thường sử dụng để phá hủy thành tế bào vi sinh vật

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 giá thành đắt và có thể ảnh hƣởng đến thành phần dinh dƣỡng trong tế bào.

Một số phƣơng pháp:

Tách axit nucleic bằng các rƣợu, 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.

12


7. Ƣu nhƣợc điểm của protein đơn bao.

7.1. Ưu điểm:

Vi sinh vật có tốc độ nhân đôi và tăng trƣởng nhanh, thu sinh khối trong thời gian ngắn.

Vi sinh vật có hàm lƣợng protein tƣơng đối cao.

Các vi sinh vật có khả năng sử dụng một số lƣợng nguồn carbon phong phú để tạo thành năng lƣợng, trong đó có một số nguyên liệu đƣợc 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 dƣỡng phù hợp có thể đƣợc chọn lọc và nuôi cấy với số lƣợng lớn trong điều kiện phòng 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 vi sinh vật làm thức ăn hay sản xuất protein đơn bào cũng có nhiều nhƣợc điểm cần phải khắc 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 phải đảm 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 dẫn đến khó tiêu hoặc không tiêu hóa đƣợc, thậm chí gây phản ứng dị ứng cho ngƣời.

Hàm lƣợng axit nucleic cao trong sinh khối khô của nhiều loài vi sinh vật cũng là một yếu tố gây ảnh hƣởng không mong muốn cho con ngƣời. Đôi khi hàm

lƣợng axit nucleic cao này có thể dẫn đến sự hình thành sỏi thận hay bệnh gout.

Khả năng chứa các hợp chất gây độc hay gây ung thƣ cho con ngƣời và động vật.

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

13


PHẦN II. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO

1. Sản xuất protein đơn bao sử dụng chủng Cellulomonas đôt 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 giải cellulose bởi enzyme cellulase) sẽ làm giảm sự tổng hợp ra enzyme này, từ đó hạn chế sự sinh trƣởng của tế bào.

Trong nghiên cứu này, ngƣời ta giải quyết vấn đề trên bằng cách sử dụng chủngCellulomonas đột biến làm giảm hàm lƣợng cellulase trong tế bào.

Quy trình:

Môi trƣờng nuôi cấy cơ bản bao gồm các chất sau (tính theo số gam trên 100mlnƣớc máy ở pH=7.0)

Chất hóa học Số gam trên 100 ml nƣớc

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 trƣờng ở -20 oC trên thạch

Bảng 4: Thành phần của môi trường cơ bản dùng trong thí nghiệm nuôi cấy chủngCellulomonas đột biến

Nguồn nitơ và cellulose:

Ngƣời ta nghiên cứu 5 sử dụng 5 nguồn nitơ khác nhau bao gồm: ammoni bisulfat, ammoni bicacbonat, ammoni nitrat, ure và natri nitrat thu đƣợc tốc độ tăng trƣởng của tế bào tƣơng tự nhau, tuy nhiên ure còn có thể đóng vai trò là chất điềukhiển độ pH nên sự tăng trƣởng của tế bào ở nguồn nitơ này cao hơn.

14


Cellulose đƣợc sử dụng dƣới 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.

Điều kiện nuôi cấy:

Tốc độ dẫn khí vào: 0.09 m3/phút

Tốc độ lắc: 100 vòng/phút.Hình 1: Nuôi cấy liên tục .

Tốc độ phá bọt khí: 1800 vòng/phút

Áp lực 2 lb.

Nuôi cấy trong vòng 72- 96h trƣớc khi thu tế bào.

Thu tế bào và sấy khô sinh khối vi sinh vật.

Xác định hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng và phân tích thành phần các amino acid có mặt trong protein của vi sinh vật. Sau đó, ngƣời ta thí nghiệm trên chuột bằng cách nuôi chuột bằng nguồn thức ăn có chứa sinh khối Cellulomonas và so sánh vớicác nguồn thức ăn khác. Các lô thí nghiệm đƣợc thể hiện trong bảng 5:

Các thành phần Lƣợng (g/kg)

Chế độ ít protein Chế độ Casein Chế độCellulomonas

Tinh bột ngô 633 578 573

15


Dextrose 100 100 100

Hỗn hợp vitamin 10 10 10

Hỗn hợp 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 đƣợc cho vào làm nguồn bổ sung protein

Bảng 5: Thành phần của các chế độ ăn thí nghiệm

Kết quả thu đƣợc nhƣ sau:

Thành phần % khối lƣợng khô của tế bào

Protein (AA) 67.6

Protein (N) 74

Carbohydrate 12

Chất vô cơ 9.2

RNA 26

DNA 2

Năng lƣợng 4.03 kilocalo/g

Nƣớc 76.9 % tổng khối lƣợng của tế bào

Bảng 6: Thành phần chất dinh dưỡng có trong Cellulomonas

16


Axit amin Theo tiêu chuẩn củaFAO

Cần cho chuột đanglớn

Cellulomonas

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 đƣợc thay thế bởi cysteinb ⅓ đến ½ có thể đƣợc thay thế bởi tyrosine

Bảng 7: So sánh thành phần axit amin cần cho chuột và thành phần axit amintrong Cellulomonas

Chế độ ăn Thay đổi về trọng lƣợng cơ

thể

Lƣợng cho ăn Lƣợng N đƣavào

NPU (biểu thị mức sử dụng protein) (%)

Ít protein - 8.7 126.4 0.61

Casein 29.0 153.1 2.45 58.1 ± 0.5

Cellulomonas 23.6 163.4 2.61 50.4 ± 0.4

Bảng 8: Thay đổi cân nặng, lượng thức ăn và giá trị NPU ở các chế độ ăn thí

nghiệm

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 dƣỡng

17


tốt, nhƣ đã chỉ ra ở thí nghiệm nuôi chuột. Đồng thời, có thể thấy rằng Cellulomonas là một sinh vật có thể sử dụng an toàn và có nhiều tiềm năng để sản xuất protein đơn bào từ cellulose.

2. Môt số quy trình sản xuất protein đơn bao từ nấm men:

Trong các nguồn protein sản xuất bằng con đƣờng vi sinh vật, nấm men đƣợc nghiên cứu sớm nhất và đƣợc áp dụng rộng rãi trên thế giới. Con ngƣời đã sử dụng nấm 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 cách nảy chồi. Nấm men không có diệp lục và không thể sử dụng năng lƣợng mặt trời. Vì vậy chúng dinh dƣỡng bằng các hydratcacbon, các hydrocacbua, trƣớc hết là đƣờng.

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 lƣợng các chất có tác dụng đặc hiệu nhƣ trong nấm men. Tuy nhiên thành phần các chất đặc hiệu của nấm men không phù hợp hoàn toàn với những nhu cầu sinh lý của động vật.

Nấm men đƣợc chú ý nhiều vì không những trong tế bào của chúng có nhiều chất dinh dƣỡng có giá trị, mà chúng lại có khả năng tăng sinh khối và các đặc điểm sinh lý phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp.

Về đặc điểm lịch sử: Men gia súc đƣợc sản xuất đầu tiên ở Đức vào khoảng năm 1880. Lúc đó ngƣời ta dùng men bia (Saccharomyces cerevisiae). Trong thế chiến thứ I, men gia súc và men thực phẩm đƣợc sản xuất chủ yếu ở Đức là giống Torula utilis. Ở Mỹ, từ năm 1946 mới tổ chức sản xuất sinh khối nấm men.

Lúc đầu, ngƣời ta nuôi cấy nấm men trên sacaroza để thu hồi sinh khối làm thức ăn cho ngƣời. Sau đó vì lý do kinh tế, dần dần ngƣời ta thay sacaroza bằng dịch thủy phân 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 vực sử dụng nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền này vào mục đích thu protein của nấm men và đã đƣa sản lƣợng nấm men trên thế giới ngày càng tăng.

Về giá trị dinh dƣỡng:

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

18


Sinh khối nấm men chứa khoảng 75-80% nƣớc, 20-25% chất khô trong đó:cacbon 45-50%, nitơ 7-10% (tƣơng ứng với 40-60% protein, hydro 5-7%, oxy

25-30%, các nguyên tố vô cơ 5-10% (photpho và kali chiếm tới 95-97%) tổng lƣợng ro, số còn lại là canxi, magiê, nhôm, lƣu huỳnh, clo, sắt, silic. Ngoài ra còn có một lƣợng rất nhỏ các nguyên tố mangan, kẽm, molipden, bo, cacbon ..).

Trong đó thành phần quí nhất là protein. Hàm lƣợng protein tuỳ thuộc vào từng loại giống, vào thành phần môi trƣờng và điều kiện nuôi cấy. Dao động trong khoảng 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 các axit amin của nấm men cân đối hơn so với lúa mì và các hạt ngũ cốc khác, kém chút ít so với sữa, bột cá, bột xƣơng thịt và các sản phẩm động vật nói chung.

Sự thay đổi thành phần các axit amin trong thời gian nuôi cấy đƣợc nghiên cứu cho thấy thành phần của các axit amin thay đổi ở một giai đoạn phát triển: giai đoạn tiềm phát. Sau 3 giờ phát triển, tổng hàm lƣợng các axit amin trong protein tăng lên 17% so với thời điểm ban đầu. Sau đó tổng hợp axit amin giảm xuống và giữ ở mức độ trên40%. Đến cuối, tế bào già, các chất dự trữ, trƣớc hết là glucogen tiêu hao nhiều nên giảm trọng lƣợng, do đó tỉ lệ giữa các axit amin so với trọng lƣợng chung của các tế bào tăng lên gần 50% (tăng không thực chất).

Các giống nấm men dùng làm thực phẩm cho ngƣời 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 nguồn hydrocacon:

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 trƣờng có nồng độ chất khử cao.

Có khả năng phát triển nhanh, có sức đề kháng cao đối với nồng độ CO2.

Sản lƣợng cao, sinh khối chứa nhiều chất dinh dƣỡng có giá trị (hàm lƣợng protein cao, có nhiều axit amin không thay thế, vitamin ..)

Kích thƣ ớc tế bào tƣ ơn g đ ối lớn để dễ tác h b ằ ng li tâ m.

19


Chịu đựng đƣợc nhiệt độ tƣơng đối cao, ít làm biến đổi pH môi trƣờng.

Trong sản xuất nấm men thƣờng dùng các chủng thuộc ba giống Saccharmyces, Candida và Torulopsis. Khả năng chuyển hoá của ba giống này rất cao và đa dạng, qui trình 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 phẩm chứa saccarose :

Sản phẩm từ ngành công nghiệp chế biến đƣờng: (rỉ đƣờng mía, rỉ đƣờng củ cải, bã mía, cặn rỉ đƣờng, nƣớc rửa thô …

Dịch chiết các loại trái cây có hàm lƣợng đƣờng cao ( nhƣ đu đủ…)

Rỉ đường:Thành phần chính của rỉ đƣờng gồm: đƣờng, chất phi đƣờng và nƣớc.

Các chất phi đƣờng bao gốm các chất hữu cơ và vô cơ. Các chất hữu cơ có chứa nitơ của rỉ đƣờng mía chủ yếu là các acid amin cùng với một lƣợng nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó. Các chất phi đƣờng vô cơ là các loại muối tìm thấy trong thành phần tro của rỉ đƣờng.

Rỉ đƣờng mía còn chứa các nguyên tố khác với hàm lƣợng nhỏ nhƣ: Zn, Mn, Cu, B, Co, Mo. Rỉ đƣờng rất giàu các chất sinh trƣởng nhƣ: acid pentotenic, nicotinic, folic, B1, B2 và đặc biệt là biotin.

Các nguyên liệu chứa sacaroza (rỉ đƣờng..) là dạng nguyên liệu lý tƣởng nhất đến sản xuất protein đơn bào, vì các nguyên liệu này chứa nhiều yếu tố kích thích sinh trƣởng, khí, biotin và sản phẩm protein thu đƣợc 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 đƣờng khác.

Ngoài đƣờng sacaroza, rỉ đƣờng còn chứa một số chất vô cơ, hữu cơ và vitamincó giá trị.Đối với nguyên liệu là rỉ đƣờng, dung dịch đƣờng, nấm men thƣờng dùng là

Saccharomysces cerevisiae, Candidas tropicalis, Candidas utilis.Rỉ củ cải đường:

Rỉ đƣờng củ cải chứa nhiều đƣờng sacaroza hơn rỉ đƣờng mía vì trong rỉ đƣờng củ cải hầu nhƣ không có một loại đƣờng chuyển hoá nào (có khi chỉ có khoảng 1%) trong khi rỉ đƣờng mía có thể chứa tới 15-25% hidrat cacbon của nó dƣới dạng đƣờng chuyển hoá.

Rỉ đƣờng củ cải chứa nitơ hữu cơ năm lần cao hơn rỉ đƣờng mía, nhƣng một nửa là betain, một thành phần không đƣợc Saccharomyces đồng hoá, trong khi đóbetain không có mặt trong rỉ đƣờng mía.

20


Rỉ đƣờng củ cải chứa axit pantothenic gấp 2-4 lần so với rỉ đƣờng mía.Quy trình xử lý rỉ đường

Rỉ đƣờng cần đƣợc xử lý chút ít trƣớc khi nuôi cấy. Thông thƣờng nó đƣợc axit hoá bằng axit sunfuric tới pH = 4 và đun nóng tới 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 trƣởng, đồng thời bổ sung các muối khoáng cần thiết (nhƣ urê 0,15%, KH2PO4 0,35%, Mg,

Ca) và có thể phải thêm hỗn hợp các axit amin dạng protein thủy phân (dịch nấm men tự phân, dịch thải trong sản xuất nƣớc chấm, dịch bã rƣợu ở giai đoạn nhân giống).

Khi chuẩn bị phối trộn, rỉ đƣờng củ cải và rỉ đƣờng mía phải đƣợc xử lý tách biệt trong các khâu pha loãng, điều chỉnh pH, đun nóng, làm trong, khử trùng rồi mới đƣợc phối trộn. Thƣờng pha loãng đến nồng độ đƣờng khoảng 5-6%.

Sau khi chuẩn bị xong môi trƣờng dinh dƣỡng, tiến hành thanh trùng ở nhiệt độ

1200C.Ngoài ra, hệ keo trong rỉ đƣờng có ảnh hƣởng xấu đến quá trình lên men. Hệ

keo trong rỉ đƣờng hình thành bởi protein và pectin. Hệ keo này tạo ra độ nhớt cao làm giảm khả năng hoà tan của oxy, làm cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men. Nếu hệ keo không đƣợc phá sẽ gây thoái hoá tế bào, dẫn đến hiệu suất thu nhận sinh khối nấm men thấp.

2.1.2. Sản xuất protein đơn bào từ dịch chiết đu đủ [4]:Đu đủ là loại cây trồng cho hàm lƣờng đƣờng rất cao, trồng phổ biến ở nhiều

nƣớc nhiệt đới, tăng trƣởng nhanh và năng suất cao.Dịch chiết đu đủ đƣợc dùng làm cơ chất sản xuất protein sử dụng

Saccharomyces cerevisiae là loại nấm men có trong các quả đu đủ thối.

Theo nghiên cứu của C. Maragatham and A. Panneerselvam ta có đƣợc môi

trƣờng nuôi cấy tối ƣu của nấm men trong môi trƣờng dịch chiết đu đủ .

B1: Sơ chế

Đu đủ đƣợc rửa sạch với nƣớc khử trùng và gọt vỏ, bỏ ruột và hạt, làm sạch với H2SO4 2% cắt thành khối và rửa lại với nƣớc khử trùng, và cho vào máy xay, dịch lọc

qua vải lọc cho chảy vào thùng chứa vô trùng cung cấp nguồn đƣờng và protein thô. Sau đó bổ sung thêm nito.

B2. Nuôi cấy tạo sinh khốiTheo nghiên cứu trên, môi trƣờng nuôi cấy có bổ sung thêm (NH4)2HPO4 và thử

nghiệm với các nồng độ pha loãng môi trƣờng khác nhau để thu đƣợc nguồn sinh khối lớn nhất. Ở lƣợng pha loãng 200ml nƣớc, lƣợng tế bào nấm men thu đƣợc là nhiều nhất. Qua kết quả phân tích sinh khối thu đƣợc 34.0% protein, 40.0%, sacchride,

0.003% lipids, 9.54% độ ẩm và 0.14% tro.

21


Ngay 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

Bảng 9: Sinh khối Saccharomyces cerevisiae thu được ở các môi trường pha loãng

ở nồng độ và thể tích khác nhau

2.1.3. Sản xuất protein đơn bào từ dịch kiềm sulfit

Dịch kiềm sufit: Nƣớc 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 đƣờng pentoza, một loại đƣờng chỉ có nấm men mới chuyển hoá tốt. Ngoài ra còn có linhin, phi xenluloza, một số axit hữu cơ … Khi sử dụng dịch kiềm sunfit cần phải đƣợc làm nóng và thông khí trƣớc khi nuôi nấm men để loại bảo các yếu tố kiềm hãm (SO2 và furfurol). Bổ sung chất dinh dƣỡng vào dịch thải trên (nhƣ NH4+ và PO4--), điều chỉnh pH về khoảng 5 sẽ đƣợc môi trƣờng nuôi cấy nấm men khá tốt và lƣợng sinh khối nấm men sinh ra sau quá trình lên men có chất lƣợng đáng kể với các thành phần nhƣ sau: protein (46% chất khô), lipit (7-8%), photpho (1,8%), axit nucleic (10%)…

Ngƣời ta tính rằng khoảng 5 tấn bột xenluloza để sản xuất giấy sẽ thải ra một lƣợng dịch kiềm sunfit chứa tới 180 kg đƣờng. Dịch này hấp phụ nhiều O2 nên khi nuôi cấy nấm men có thể giảm mức cung cấp oxi tới 60% so với bình thƣờng.

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 đƣợc từ lò mổ ở Erzurum đã đƣợc thủy phân bằng phƣơng pháp vật lý và hóa học. Thành phần gồm có protein, nitơ, tro, một số khoáng chất, đƣờng 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

22


thủy phân sừng thô đã đƣợc làm giàu bằng cách bổ sung chiết xuất nấm men, glucose và KH2PO4. Các ảnh hƣởng của các nồng độ khác nhau (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10%)

trên tăng trƣởng của C. utilis đƣợc điều tra và 4% của CHH (Horn Broth = HB) đƣợc tìm thấy là tối ƣu. Năng suất sinh khối của C. utilis và hàm lƣợng 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 minh rằng sừng có thể đƣợc sử dụng nhƣ là một nguồn cơ chất trong việc sản xuất protein đơn bào.

Tạo môi trƣờng: 35gr bột sừng đã đƣợc ngâm tẩm với 50 ml dung dịch HCl 6

N. Hỗn hợp ủ ở 80oC trong 24 giờ. Vào cuối của giai đoạn này, hỗn hợp đƣợc ủ ở

130oC trong 1 giờ và thêm vào 100 ml nƣớc khử ion. Sau đó đã đƣợc làm lạnh và điều chỉnh pH đến 7 bằng 10 N NaOH. Đƣợc lọc hai lần thông qua giấy lọc Whatman No.1. Khối lƣợng tăng đến 400 ml bằng nƣớc khử Ion. Các dịch lọc đƣợc gọi là sừng thủy

phân (CHH) và đƣợc lƣu trữ tại 4oC. CHH đƣợc pha loãng để giảm nồng độ của chất ức chế. Các nồng độ khác nhau (1-9 và 10%) của CHH đã đƣợc làm giàu bằng cách thêm 0.1% dịch chiết xuất nấm men (Difco, Mỹ), đƣờng 1% (Oxoid, Anh) và 0,1% KH2PO4. 3H2O (Difco, Mỹ). Dịch pha loãng đƣợc gọi là dịch sừng (HB). pH của môitrƣờng đã đƣợc điều chỉnh đến 5 với 1 N HCl, đƣợc tiệt trùng và sử dụng.

Thời gian nuôi (h) Sinh khối (g l-1)

24

48

72

3.4

5.6

6.8

Bảng 10: Sinh khối thu được sau các khoảng thời gian khác nhau

Thanh phần g g-100

Protein tổng số

Lipit tổng số

Ash

RNA

DNA

49.8

5.4

9.7

5.94

1.53

Bảng 11: Tỷ lệ phần trăm thành phần sinh khối2.1.5. Sản xuất protein đơn bào từ nguyên liệu dầu mỏ và khí đốt:

23


Vấn đề lựa chọn các chủng vi sinh vật có hoạt lực sinh tổng hợp cao để dùng trong sản xuất có một ý nghĩa quan trọng. Trong công nghiệp sản xuất protein từ dầu mỏ và khí đốt, phải chọn các chủng đáp ứng đƣợc các yêu cầu sau:

Có khả năng sử dụng tốt nguồn nguyên liệu hydrocacbua dùng trong sản xuất.

Sinh trƣởng nhanh chóng, cho sản lƣợng cao trong thời gian ngắn, không đòihỏi các yếu tố sinh trƣởng bổ sung trong sản xuất lớn.

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

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

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

Các alkan (paraphin) với 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 đƣợc tách từ mỏ dựa trên các nguyên tắc sang phân tử làm cơ chất có ƣu điểm là nguồn C bị tiêu thụ hoàn toàn và không để lại những cacbua hidro độc.

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

So với các tế bào sinh trƣởng trên glucoza thì nấm men nuôi trên cacbua hidro có màng tế bào dày hơn và có nếp nhăn.. Tuy nhiên các tế bào này không gặp khó khăn gì trong việc hấp thụ những cơ chất không tan trong nƣớc đƣợc bổ sung vào môi trƣờng với nồng độ 2 - 4%.

Đối với các khí đốt, ví dụ nhƣ metan, khi sử dụng làm nguồn carbon trong nuôi cấy dễ tạo thành hỗn hợp dễ cháy nổ, vì vậy để khắc phục những nhƣợc điểm đó, có thể sử dụng methanol thu đƣợc từ metan nhờ sự oxy hoá hoá học. Methanol có những ƣu điểm sau:

Methanol dễ tan trong nƣớc 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 thƣớc tế bào lớn hơn vi khuẩn nên năng lƣợng cần thiết cho quá trình li tâm tách sinh khối íthơn so với vi khuẩn sử dụng để đồng hoá metan. Tính kinh tế cao hơn.

24


Tuy nhiên dùng methanol có nhƣợc điểm sau:

Methanol đắt hơn nhiều so với metan hoặc khí thiên nhiên.

Thu hoạch đƣợc lƣợng sinh khối tế bào từ methanol thấp hơn từ metan.

Các chủng nấm men thƣờng đƣợc 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..) đƣợc chú ý nhiều trong sản xuất nấm men. Trƣớc hết cần phải thuỷ phân xenluloza bằng axit hoặc bằng enzim. Nếu dùng gỗ thì thƣờng phải thuỷ phân bằng axit sunfuric.

Nƣớc thải của nhà máy chế biến sữa, còn gọi là nhũ thanh (lactoserum): trong quá 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, một số vitamin và muối khoáng. Ngƣời ta chọn chủng nấm men thích hợp để có thể thuỷ phân đƣợc liên kết β-galactozidaza và thu đƣợc sinh khối nấm men dạng khô 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 trƣờng trên 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 bột dùng vào mục đích này trƣớc tiên phải tiến hành thuỷ phân bằng axit hoặc bằng enzim của mầm mạ hoặc enzim của vi sinh vật để biến các polysacarit thành các dạng đƣờng mà nấm men có thể đồng hoá đƣợc.

Đối với nguyên liệu tinh bột hay nƣớc thải tinh bột, dùng chủng nấm men tƣơng ứng là Endomycopis fibuligera hoặc phối hợp giữa Endomycopis với Candidas tropicalis.

Trong trƣờng hợp dùng nấm men Saccharomysces cerevisiae thì có thể kết hợp chƣng cất thu lấy cồn từ dịch thải sau khi tách sinh khối. Nhƣ vậy trong dây chuyền công 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 đƣợc chuyển đến khâu chƣng cất.

25


2.2. Quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm men

2.2.1. Quy trình chung

Môi trƣờng nuôi cấy chiết xuất từ các thành phần khác nhau đƣợc sử dụng để nuôi nấm men thu sinh khối. Thành phẩm đƣợc tách ra khỏi dịch nuôi cấy bằng phƣơng pháp ly tâm và sấy khô.

2.2.2. Quy trình áp dụng cho từng loại nguyên liệu như sau:

2.2.1.1. Nguyên liệu từ rỉ đƣờng:

Rỉ đƣờng sau khi đƣợc xử lý nhƣ trên sẽ pha loãng với nƣớc khử trùng, dung dịch 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 dƣỡng. Nấm men đã đƣợc nhân giống sẽ đƣợc nuôi trong môi trƣờng trên để thu sinh khối. Tách lấy sinh khối bằng phƣơng pháp ly tâm. Lấy phần kết tủa ở dƣới và sấy khô, phần dịch thải bỏ.

2.2.1.2. Nguyên liệu tinh bột

Từ nguyên liệu tinh bột hoặc có chứa xenlulose đƣợc thủy phân bằng enzyme xenluloza 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 trình công nghệ phức tạp hơn, mặc dù giá thành tƣơng đối rẻ hơn. Dùng parafin thì khâu tách nấm men có thể bỏ bớt khâu tẩy rửa bằng dung môi hữu cơ vì thực tế paraffin đƣợc nấm men sử dụng hoàn toàn.

2.2.2. Quy trình sản xuất protein đơn bào từ nấm men trong công nghiệp

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

Xử lý ng u y ên l i ệu và c huẩn bị m ô i tr ƣ ờng

Đối với các nguyên liệu ban đầu dùng để sản xuất protein đơn bào từ nấm men cần phải đƣợc xử lý sơ bộ. Sau đó tiến hành pha chế môi trƣờng. Tuỳ từng loại nguyên liệu và chủng vi sinh vật nuôi cấy, có các thành phần môi trƣờng thích hợp. Nói chung, ngoài nguồn cơ chất cơ bản là nguồn cacbon ra, cần đƣa vào môi trƣờng nguồn nitơ, photpho, kali, magiê, các nguyên tố khoáng khác nữa. Nguồn nitơ thƣờng là các muối sunfat, nguồn photpho là supephotphat, K–KCl, Mg – MgSO4. Có thể dùng amoniac

26


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 đƣợc hoà tan, lọc bỏ cặn, điều chỉnh pH đến 4,8–5,2 bằng axit sunfuric hoặc axit clohydric (đối với môi trƣờng rỉ đƣờng thì pH là 4,2– 4,5).

Thực vật đƣợc thủy phân bằng H2SO4 nồng độ 0.5-0.6%, nhiệt độ 179-190oC

trong các bể chứa lớn. Sau đó, đƣợc trung hòa bằng sữa vôi và làm trong. Ở các bể làm trong thƣờng có các cách khuấy và ống thông khí, nhờ đó các chất ức chế dạng bay hơi nhƣ fucfurol, SO sẽ đƣợc loại bỏ.

Sau khi đã đƣợc trung hoà và làm trong, dịch lỏng còn nóng sẽ đƣợc làm nguội

đến nhiệt độ 30 – 32 oC, rồi pha loãng đến một nồng độ đƣờng thích hợp cho nấm men và tùy theo yêu cầu mà bổ sung các muối vô cơ. Tách sinh khối thu đƣợc nhờ quá trình lên men trên, dịch thải sẽ đƣợc tinh chế, chƣng cất thành cồn ethanol.

Thu hồi s i nh k h ố i:

Bọt và sinh khối tràn ra ngoài trong quá trình lên men đƣợc tách trƣớc tiên theo phƣơng pháp tạo thành bọt cùng với sinh khối trào ra ngoài rồi đƣa đi li tâm tách. Bọt và sinh khối tràn ra ngoài đƣợc 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). Dƣới ánh sáng tia tử ngoại (tia cực tím) ergosterin sẽ chuyển thành vitamin D2. Vì vậy trƣớc khi đóng góisản phẩm sinh khối nấm men đƣợc chiếu tia tử ngoại để vitamin hoá sản phẩm.

27


Hình 2: Mô tả quy trình sản xuất protein từ nấm men trong công nghiệp

Chú thích:

1. Nồi lên men. 2. Thùng tuyển nổi. 3. Bơm. 4. Bình tách khí. 5. và 8. Li tâm tách I và II. 6. Thùng chứa men. 7. Bơm nước. 9. Thùng chứa men đặc. 10. Bình điều chỉnh nhiệt liên tục. 11. Thùng tập trung men trước khi cô đặc. 12. Thiết bị cô đặc chân không. 13. Thiết bị tạo chân không. 14. Thùng chứa men trước khi sấy. 15. Sấy phun. 16, 17. Cát xiclon. 18. Thùng tàn trữ

Về cơ bản đối với các loại nguyên liệu khác sản xuất protein từ nấm men cũngdựa trên các bƣớc nhƣ trên. Chỉ khác nhau về bƣớc tổng hợp môi trƣờng 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) đƣợc 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 thời gian nuôi cấy có thể thực hiện trong hai nồi lên men:

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

28


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

Nếu so sánh quá trình lên men sinh khối trên môi trƣờng chứa parafin với môi

trƣờng hydratcacbon, chúng ta thấy có những điểm giống và khác nhau sau đây:

Nuôi cấy nấm men trên môi trƣờng chứa paraphin thƣờng phải thổi khí mạnh gấp 2,6 - 2,8 lần so với khí nuôi cấy nấm men trên môi trƣờng hydrat cacbon.

Sự sinh trƣởng của vi sinh vật trên hidrocacbua phụ thuộc vào pH cũng giống nhƣ khi nuôi trên môi trƣờng sacaroza (pH = 5-6). Tuy nhiên, có thể ở trị số pH thấp hơn để tránh tạp nhiễm.

Khi sinh trƣởng trên hydrocacbua, nấm men toả nhiệt hơn và yêu cầu về thanh trùng không chặt chẽ nhƣ khi nuôi trên môi trƣờng sacaroza.

3. Môt số quy trình sản xuất protein đơn bao từ nấm mốc:

Nấm mốc là những cơ thể đa bào, dị dƣỡng. Hoại sinh trên môi trƣờng giàu chất hữu cơ. Có chứa vitamin nhóm B, chứa chừng 30-60% protein. Hàm lƣợng metionin và tryptophan thấp, còn có các axit amin khác tƣơng tự nhƣ protein tiêu chuẩn của FAO. Các giống nấm mốc có hàm lƣợng protein cao là Fusarium, Rhizopus, Penicillium, Aspergillus.

Nhƣ đã nói, nấm mốc ít đƣợc dùng trong sản xuất protein. Hiện nay chỉ có một số cơ sở sản xuất nhƣ United Parer rills ở Phần Lan, công suất 10.000tấn/năm, nguyên liệu chính là nƣớc 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 cấu khác

Nấm mốc có thời gian tồn tại khá lâu trong hệ thống tiêu hóa

Protein thu đƣợc rất lớn, chiếm đến 50% thành phần.

Chi phí sản xuất thấp.

Tuy vậy, nó vẫn có nhƣợc điểm là:

Tốc độ tăng trƣởng chậm hơn so với các vi sinh vật khác

Có nguy cơ gây ô nhiễm

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

29


3.1. Sản xuất protein đơn bào từ chất thải công nghiệp:

B.Volesky và H.Zajic [6], đã phân lập đƣợc từ nƣớc từ chủng mốc thuộc chi Graphium, chủng này có chứa tới 52% protein, trong đó có 16 axit amin, methionine chiếm 1% so với protein thô, lysine chiếm đến 7,7%, các axit amin không thay thế khác đều có hàm lƣợng tƣơng đƣơng với protein tiêu chuẩn, trừ isoleucine. Chủng mốc này có khả năng đồng hoá etan, metan và đã đƣợc nuôi trong môi trƣờng chứa hỗn hợp hai nguyên liệu này để thu sinh khối, sử dụng amoni sunphat làm nguồn nito.

Ngƣời ta vẫn thƣờng thu hệ sợi nấm mốc, trong quá trình sản xuất các chất kháng sinh, các enzim, axit xitric … dƣới 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, ngƣời ta có thể thu đƣợc sinh khối hệ sợi gần 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 thực phẩm của quả, thân, rễ sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng nếu không đƣợc xử lý tốt. Sử dụng các loại này có thể dùng làm môi trƣờng tạo protein từ nấm mốc sẽ đem lại nguồn dinh dƣỡng rất lớn và có thể góp phần bảo vệ môi trƣờng.

Theo M. Khan và cộng sự [7], Rhizopus oligosporus có khả năng phát triển trên các 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 đƣợc rửa sạch và đem đi khử trùng ở 121OC và áp suất 15 Psi trong 15 phút. Sau khi đƣợc làm mát, nguyên liệu đƣợc cho vào các đĩa petri đã khử trùng và cấy Rhizopus oligosporus. Các tấm sau đó đƣợc ủ ở 28 ± 1 º C trong 5-7 ngày. Sau khi tăng trƣởng, sợi nấm đƣợc lọc trên giấy lọc (Whatmann số 1) và rửa sạch bằng nƣớc cất để loại bỏ các hạt nếu có. Các giấy tờ lọc có chứa các sợi nấm đã đƣợc sấy khô ở 90 ± 2 º C trong 24 giờ để loại bỏ độ ẩm. Kết quả thu đƣợc là hệ nấm phát triểntrên dịch đu đủ là thu đƣợc sinh khối lớn nhất.

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

chất)

Phần thừa của đu đủ 59.5

30


Vỏ dƣa chuột Vỏ dứa Hạt lựu

Cùi dƣa hấu57.3

48.0

51.6

43.2

Bảng 12: Mô tả sinh khối thu được từ các môi trường khác nhau của Rhizopus oligosporus

4. Môt số quy trình sản xuất protein đơn bao 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 nguồn protein thay thế sử dụng nhƣ là nguồn cung cấp thức ăn trƣớc tình trạng không đủ nguồn protein cung cấp trong tƣơng lai. Khái niệm protein đơn bào (SCP) đƣợc dùng để chỉ việc sản xuất protein từ sinh vật lƣợng hay sinh khối, bắt đầu từ các nguồn vi sinh vật khác nhau, chẳng hạn nhƣ các nhóm di dƣỡng nhƣ nấm, hay tảo và một số vi khuẩn quang hợp.

Tuy nhiên, trong bữa ăn hằng ngày của chúng ta, giá trị dinh dƣỡng là một danh sách dài các chất cần thiết, không chỉ có protein mà còn có các chất dinh dƣỡng khác nhƣ chất béo, carbohydrate, chất khoáng, vitamin, các chất vi lƣợng...Nguồn nguyên liệu từ các vi sinh vật quang tự dƣỡng không chỉ có protein mà còn có hằng loạt các chất dinh dƣỡng cần thiết khác, vì thế, cho đến nay, các công nghệ tiên tiến trên toàn thế giới đã đƣợc sử dụng trong sản xuất đại trà các tvi sinh vật quang tự dƣỡng.

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 đƣợc công bố (Bảng 13). Nhìn chung, thánh phần protein chiếm lƣợng đáng kể (có thể nói là nhiều nhất) trên cả trọng lƣợng tế bào, đây có lẽ là nguyên nhân khiến chúng đƣợc coi là nguồn proteinthay thế vô cùng phong phú.

31


Bảng13: Thành phần hóa học trong các VSV quang hợp

Tuy nhiên, ngoài những thành phần kể trên, chỉ một vài loài chính đƣợc chọn để sản xuất trên quy mô lớn, ví dụ nhƣ tảo lục Chlorella sp. Và Scenedesmus obliquus và các khuẩn thuộc họ Cyanophyta nhƣ Spirulina sp. và Anthrospira sp. Chlorella là tảo đơn bào hình cầu, nhân thực và có đƣờng kính từ 5-10µm. Tảo xanh Scenedesmus cũng có kích thƣớc tƣơng tự nhƣng gồm cụm 4 tế bào với nhau. Spirulina và Anthrospira là những sinh vật đa bào, dạng sợi, xoắn ốc, quang hợp và chiều dài có thể đạt tới 0.5m, chúng trƣớc đây đƣợc phân loại vào tảo xanh, tuy nhiên ngày nay chũng đƣợc xếp vào nhóm vi khuẩn do cấu trúc nhân sơ.

4.1.2. Đặc tính của protein sản xuất từ các vi sinh vật quang hợp.

Trƣớc đây ngƣời ta đánh giá hàm lƣợng protein từ tảo thông qua việc thủy phân sinh khối tảo và định lƣợng hàm lƣợng nito tổng số. Chính vì vậy mà hàm lƣợng protein đƣợc đánh giá quá cáo trong khi thực tế nguồn nito còn có trong các acid nucleic, các amin, glucosamine và các vật liệu cấu tạo thành tế bào… Theo nhƣ thống kê thì hàm lƣợng nito không chứa trong protein của Scenedesmus obliquus là 12%, Spirulina 11.5% và Dunaliella 6%. Chất lƣợng 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 phần acid amin có mặt trong một số loại tảo và vi khuẩn quang hợp với một số mẫu thực phẩm giàu protein hằng ngày và hàm lƣợng hợp 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 lƣợng giá trị 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 tới 10% trọng lƣợng khô,

gây ra nhứng vấn đề trong việc tiêu dùng hay sử dụng sinh khổi từ tảo, vì đây là những

phần con ngƣời và các động vật không nhai lại không thể tiêu hóa đƣợc. Do đó, các

32


phƣơng pháp hiệu quả làm phá vỡ tế bào để thu lấy protein cũng nhƣ thành phần khác là cần thiết để cho các enzyme tiêu hóa.

Bảng 14: Các thành phần aminoacid trong tảo và một số thực phẩm.

Bảng 15: So sánh một số chỉ số về hàm lượng protein trong một số loài tảo.

Có nhiều nghiên cứu về ảnh hƣởng 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 sinh vật quang hợp (Bảng 15).

4.1.3. Ứng dụng và vai trò của protein từ tảo và vi khuẩn quang hợp.

Các mặt hàng thực phẩm muốn đƣợc coi là an toàn cho ngƣời tiêu thụ phải trải qua các bƣớc thử độc tính, điều này đặc biệt áp dụng với nguồn protein từ có nguồn gốc từ các vi sinh vật quang hợp. Các thử nghiệm đã chứng minh không có bất kì tác hại nào của nguồn protein này với sức khỏe con ngƣời, không những thế, đây thực sự là những thực phẩm đầy hứa hẹn với những protein mới. Nhìn chung là chất lƣợng các loại protein từ nhóm này là nhƣ nhau, và thậm chí nhiều loại còn cao cấp hơn so với protein thực vật thông thƣờng.

Mặc dù chƣa làm lƣợng protein cao, nhƣng dạng tảo khô lại không đạt đƣợc tầm 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 hợp của tảo với các thực phẩm

33


thông thƣờng. Nhiều thử nghiệm đƣợc tiến hành nhằm cải biến hay tổ hợp lại các vật liệu từ tảo hay các vi khuẩn quang hợp với các mặt hàng thực phẩm phổ biến bằng các cách nhƣ nƣớng, trộn..tuy nhiên thì cũng rất khó khăn. Chăng hạn nhƣ chỉ có thể có một lƣợng 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 trƣờng có 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 dƣỡng protein.

Việc sử dụng tảo làm thức ăn cho động vật ngày càng phổ biến. Một lƣợng lớn các giá trị dinh dƣỡng và độc hại chỉ ra sự thích hợp của các sinh khối tảo nhƣ là nguồn bổ sung dinh dƣỡng thay thế nguồn protein thông thƣờng nhƣ thịt, cá, đậu tƣơng… Hiện nay, việc áp dụng nguồn dinh dƣỡng này đem lại cho nhà chăn nuôi nguồn lợi kinh tế lớn, 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 hợp kể trên mà chúng đƣợc áp dụng với các quy mô lớn trong việc sản xuất nguồn protein hay thế. Mặc dù đây là những sinh vật quang tự dƣỡng có thể phát triển một cách tự nhiên, nhƣng để đem lại hiệu suất lớn, cần có những đầu tƣ trong công nghiệp với các quy trình tiên tiến nhằm nâng cao hơn nữa năng suất, mà thực chất là thu đƣợc càng nhiều sinh khối của chúng đồng nghĩa với việc tạo điều kiện tối ƣu cho chúng phát triển.

Ở một số quốc gia, tảo đƣợc nuôi cấy trên quy mô lớn trong các ao nƣớc thải giàu oxy trong điều kiện ánh sang mặt trời hay hệ thống chiếu sáng nhân tạo để mở rộng không gian sản xuất.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến sản xuất sinh khối.

- Thời 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 trƣờng quốc gia (NEERI) Nagpurđã phát triển kĩ nghệ nuôi cấy tảo trong hệ thống ao thải giàu oxy (Hình 3)

34


Hình 3 :Sơ đồ dòng nuôi cấy tảo trong các bể nước thải có sự oxy hóa và khả năng ứng dụng của sinh khối tảo

Việc thu hoạch sinh khối tảo có nhiều vấn đề bởi vì sự lắng xuống của các tế bào ở đấy và việc pha trộn môi trƣờng nuôi cấy. Các tế bào đƣợc thu hồi bằng cách ly tâm (phân tách), loại nƣớc 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 đƣợc. Vì thế phƣơng pháp này đảm bảo việc ứng 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 với sự kết tủa và ly tâm đi kèm với kết tủa nhƣng không khả thi về mặt kinh tế.

4.2.1. Sản xuất SCP từ vi khuẩn quang hợp thuộc chi Spirulina.

Việc thu hoạch các Cyanobacteria, nhóm vi khuẩn quang hợp, ví dụ nhƣ Spirulina sp. ít khó khăn hơn vì chúng sống trôi nổi trên bề mặt nƣớc vi tế bào chúng chứa các không bào chứa đầy khí, kết quả tạo nên các thảm tảo nổi. Chúng có khả năng nữa là cố định đƣợc nguồn nito từ khí quyển. Trong quá trình xử lí chúng sẽ đƣợc làm khô với khí nóng tạo ra dạng bột mịn.

Những lợi ích từ SCP Spirulina:

Việc nuôi tạo sinh khối Spirulina đam lại nhiều lợi thế hơn so với Chloralla vàScenedemus bởi những lí do sau:

35


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

- Các sợi Spirulina nổi lên trên mặt nƣớc do có các không bào khí, vì thế vấn đềthu hoạch đơn giản hơn.

- Có rất ít khả năng bị nhiễm trong pha sinh trƣởng của Spirula khi mà nó sinhtrƣởng trên môi trƣờng pH kiềm, pH 8-11

- Chỉ cần làm khô trong nhiệt là có hiệu quả vì vách tế bào mỏng, trong khí đó làm khô bằng cách phun sấy là yêu cầu bắt buộc với Chlorella và Scenedesmus, rất tốn kém.

- 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 lƣợng acid acetic thấp (4%). Nó chƣa tỷ lệ protein dễ tiêu hóa cao (62-72%), vitamin, các aminoacid và các chất dinh dƣỡng 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 nông nơi mà môi trƣờng nuôi đƣợc mix đều bởi các bánh chèo. Tuy nhiên, vẫn còn một vài trƣờng hợp thu sinh khối với mục đích kinh tế từ các khu tự nhiên. Ví dụ nhƣ ở Mexico những năm 1967 vẫn còn thu vớt sinh khối của Spirulina maxima từ khu vực

hồ Texcoco, ở độ cao 2200m so với mặt nƣớc biển, trong môi trƣờng cận nhiệt nơi mà

nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 18oC. Đây có thể coi là nhà máy cho sinh khối

tảo lớn nhất, dạng môi trƣờng nuôi cấy bán tự nhiên bao gồm việc thu sinh khối xuyên suốt ngày đêm và sinh khối tảo tăng gấp đôi chỉ trong 3 đến 4 ngày. Lƣợng thu đƣợc sẽđƣợc đem lọc, phơi khô, làm đồng nhất và khử trùng.

36


Mặc dù các hồ này là điều kiện lí tƣởng cho sự phát triển của tảo, nhƣng vẫn có những yếu tố tự nhiên không kiểm soát đƣợc dẫ tới hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp. Tuy vậy, vẫn phải khẳng định rằng SCP ở những hồ này hoàn toàn tốt cho dinh dƣỡng của cá hay 1 số động vật.

b. Nuôi cấy quy mô phòng thí nghiệm.

Có tám yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến chất lƣợng 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 nƣớc, các chất đa lƣợng, vi lƣợng (C, N, P, K, S, Mg, Na, Cl, Ca and Fe, Zn, Cu, Ni, Co, Se)

Sau đây là một số môi trƣờng tối ƣu cho sự phát triển của chủng nhằm sinh khối lớn nhất.

Sử dụng nƣớc thải nhà máy rƣợu đƣợc phân giải kị khí (ADE) để sản xuất

Spirulina platensis (ARM 730) ( Rajeev Kaushik, 2006)Tiế n hành:

Chuẩn bị chủng S.platensis (AMR 730) đƣợc giữ giống và nuôi trƣớc trong môitrƣờng Zarrouk.

Chuẩn bị các môi trƣờng pha loãng sử dụng ADE và các điều kiện nuôi cấy. Thành phần thu hồi của môi trƣờng ADE và Zarrouk đƣợc chỉ ra trong Bảng 17. Môi trƣờng ADE đƣợc 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 lƣợng N, P, K và 1 số chất dinh dƣỡngkhác. Ở đây, môi trƣờng Zarrouk đƣợc sử dụng nhƣ là môi trƣờng đối chứng.

37


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 trong các bình lắc, môi bình lắc này đƣợc ủ với chủng đƣợc lấy từ môi trƣờng ban đầu với OD từ 0.8- 1 ở 560nm và 0.23µg chlorophyll/ml và ủ trong 2 tuần ở nhiệt độ khoảng30oC , mật độ ánh sáng 2500 lux đƣợc lấy từ các tube huỳnh quang trắng lạnh, chu

trình 12/12 giờ sáng tối. Môi trƣờng đƣợc lắc 2 lần 1 ngày cho đến khi thu hồi sinh

khối.Phƣơng pháp phân tích: Dịch nuôi cấy đƣợc dồng nhất bằng máy làm đồng nhất

trƣớc kho mẫu đƣợc đánh giá các thông số khác nhau. Định lƣợng khối lƣợng khô đƣợc thực hiện bởi việc lọc 25ml mẫu chủng đã đồng nhất qua màng lọc Whatman (đƣờng kính 4cm). Màng lọc đƣợc làm khô trong không khí và chuyển sang nhiệt độ80oC trong 4-6 giờ. Màng lọc khô cùng với sính khối sinh vật đƣợc làm lạnh trong máy

dessicator và cân.

Chlorophyll tổng số đƣợc định lƣợng màu sắc bằng 10ml dịch đồng nhất với95% methanol.

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

38


Hàm lƣợng lipid đƣợc định lƣợng với các thiết bị Soxhlet, sử dụng hồn hợp chloroform và phenol (2:1) và đƣợc định lƣợng ở 628nm bằng phản ứng với sulfophosphovanilin.

Tổng lƣợng C đƣợc định lƣợng bằng thang chuẩn glucose.

BOD,TOC, và tổng lƣợng nito trong môi trƣờng ADE đầu tiên và dƣ thừa sau khi nuôi cấy Spirulina đƣợc định lƣợng qua sử dụng SPSS cho Window version10.0.1.

Kế t quả:

Các thông số thu đƣợc trong bảng III.2.3 Sinh khối thu đƣợc ở ADE 50% cao hơn so với môi trƣờng đối chứng, nồng độc ao hơn của ADE có lẽ không thích hợp cho sự phát triển của chủng, vì thế mà thu đƣợc ít sinh khối.

Bảng 18: Các thông số sinh trưởng và thành phần hóa học sau khi nuôi cấy 14 ngày chủng S.platensis trong môi trường có nồng độ ADE khác nhau và môi trường đối

chứng.

Hàm lƣợng TOC và sinh khối tăng dần trong các dịch pha loãng khác nhau (5-

50%).

Giới hạn về lƣợng Nito trong môi trƣờng ADE phản ánh sự thấp của nồng độ

protein. Ngoại trừ nồng độ 50% ADE, các nồng độ khác đều có hàm lƣợng protein thấp hơn mẫu đối chứng.

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

39


Tỉ lệ C/P khi nuôi S. platensis cao hơn so với môi trƣờng Zarrouk và khi nồngđộ ADE giảm, tỷ lệ C/P cũng giảm (Hình 4)

Không có sự khác biệt về lƣợng chlorophyll thu đƣợc.

Vì ánh sáng không đổi nên hàm lƣợng lipid tạo ra phụ thuộc nồng độ ADE. So với mấu đối chứng, ngoại trừ nồng độ ADE 50%, các nồng độ khác đều thu hồi lƣợng lipid thấp hơn. (Bảng 18)

Sự giảm BOD, TOC và tổng lƣợng N đƣợc nhận thấy trong môi trƣờng còn lại sau nuôi cấy chủng. (Hình 5) Ở đây, ngƣời ta lập mối quan hệ giữa khối lƣợng sinh khối và sự giảm các chỉ số dựa trên việc nuôi cây trên những nồng độ ADE khác nhau thu đƣợc. Đặc biệt chú ý ở nồng độ ADE 50% ứng với 1.23 mg/ml, hàm lƣợng N trong nƣớc có sự giảm đáng kể, điều này có ý nghĩa trong việc xử lí nƣớc thải bị ô nhiễm N.

Hình 4:Sự biến động tỷ lệ C/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

40


Sản xuất sinh khối và các hợp chất thực phẩm chức năng bởi Spitulina platensisdƣới 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 trƣờng trên ở 2 mức

nhiệt độ khác nhau: 30 và 35 độ C.Chủng S. platensis LEB 52 đƣợc nuôi cấy trong bể lên men ánh sáng 20l với

lƣợng ban đầu là 14l và sinh khối là 0.15g/l. 2 tube kính đƣợc đƣua qua điểm dừng của bể, một trong 2 mẫu đƣợc thu hồi và 1 mẫu khác tiếp tục đƣợc sục khí CO2 vào. Môi

trƣờng đƣợc mix đều và thông khí sử dụng không khí đƣợc lọc theo luồng 170l/giờ cung cấp bởi bơm. Sử dụng ánh sáng huỳnh quang 40W cung cấp 31.35µmol photon

m-2s-1 . Việc nuôi cấy đƣợc duy trì trong nhà kính dƣới ánh sáng 12h sáng/ 12 h tối ở 2 điều kiện nhiệt độ nêu trên.

Để xem xét sự thay đổi của sinh khối, cứ 24h lại lấy mẫu ra bằng kĩ thuật vô trùng. Cho đến ngày cuối nuôi cấy, môi trƣờng nhân lên cho mỗi thí nghiệm phân đoạn, lọc, rửa với nƣớc cất để loại bỏ muối tan, ly tâm 15000rpm, làm đông khô và giữ

ở -20oC cho định lƣợng protein, lipid và các hợp chất phenol.

Phƣơng pháp phân tích: Nồng độ sinh khối đƣợc đinh lƣợng ở OD 670nm để tạo 1 thang chuẩn liên quan dến khối lƣợng khô S. platensis với số đo OD, sau đó sẽ đƣợc dùng để định lƣợng mẫu nhanh. Hàm lƣợng đƣợc tính bằng phƣơng trình P= (Xi- Xo)/ti với P= sản lƣợng( mg/l/ ngày) Xo là lƣợng ban đầu (mg/l) và Xi là lƣợng thu

đƣợc tại thời điểm I và ti là thời gian giữa Xo và Xi.Protein đƣợc định lƣợng bằng phƣơng pháp Kjeldahl.

Lipid đƣợc định lƣợng nhờ sử dụng phƣơng pháp Folch bằng sửu dụng hỗn hợp2 chloroform: 1 methanol.

Các hợp chất phenol đƣợc định lƣợng bằng methanol , theo sau bởi sự chia các hexane và kết tuả các chất không phải phenol với Ba(OH)2 và ZnSO4. Tổng lƣợng

phenol đƣợc định lƣợng bằng máy đo OD với phƣơng pháp Folin sử dụng tyrosine nhƣ là thang chuẩn.

Kế t quả:

Sự sinh trƣởng ở 30 độ và 37 độ đƣợc chỉ ra trong hình III.2.4. Nhìn chung thì ở30 độ thu đƣợc sinh khối lớn hơn 37 độ.

41


Các giá trị: tốc độ sinh trƣởng tối đa (µmax) khoảng thời gian của phase cấp số nhân (∆t) , sản lƣợng ở 450h (P450) và hàm lƣợng protein, lip, hợp chất phenol đƣợc chỉ 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 trƣờng Zarrouk và có ảnh hƣởng đến sự sản xuất protein , lipid và các phenolic, trong khi nhiệt độ có ảnh hƣởng 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 đƣợc cao nhất ở nồng độ 1.875g/l ở cả 2 loại môi

trƣờng, tuy nhiên ở cùng nồng độ đó, nhiệt độ 35 độ lại cho hàm lƣợng protein cao

42


hơn (hình 7.) Nồng độ lipd nhìn chung ở 35 độ cao hơn 30 độ và ở 2 nồng độ cuối gần nhƣ tƣơng tự nhau. Hàm lƣợng phenol ở 30 độ có sự dao động lên xuống qua các nồng độ nhƣng cao nhất ở nồng độ cuối trong khi đó , ở 35 độ hàm lƣợng này nhìn thấy rất thấp ở 2 nồng độ đầu tiên và tăng vọt lên ở 2 nồng độ cuối với giá trị tƣơng đƣơng.

Hình 7: Hàm lượng các chất trong môi trường nuôi cyy có nồng 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 sản

phẩm hàm lƣợng cao ở 35 độ C với nồng độ sodium nitate ở 1.875g/l hay 2.5g/l.

43


Việc sản xuất Spirulina đƣợc nuôi cấy trên các quy mô lớn hơn, có thể xây dựng lên các trang trại tốn kém hay cũng có thể nuôi trên các bể xử lí nƣớc thải (Hình8).

4. 2.1.2. Ứng dụng của SCP Spirulina

Nhƣ nguồn thực phẩm bổ sung protein.

Các sản phẩm chức năng (ví dụ nhƣ thực phẩm dùn cho ngƣời bị béo phì hay là các sản phẩm cung cấp vitamin dƣới 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 đƣờng trong máu của bệnh nhân tiểu đƣờng do có axit gamma linoleic… là nguồn cung cấp vitamin A giúp sáng mắt và có

chứa 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 lƣợng protein và vitaminA và B cao, nên có thể duy trì mái tóc khỏe mạnh… hay sắc tố phycocyanin giúp tạo

44


các son môi và mặt nạ dƣợc thảo của Nhật… chúng có thể thay thế các chất trong thuốc nhuộm mà gây ung thƣ.

4.2.2. Sản xuất SCP từ tảo Chlorella

Tảo Chlorella là một chi của tảo xanh đơn bào, thuộc về ngành Chlorophyta. Chlorella có dạng hình cầu, đƣờng kính khoảng 2-10 μm và không có tiên mao.Chlorella có màu xanh lá cây nhờ sắc tố quang hợp chlorophyll -a và b trong lục lạp.Thông qua quang hợp nó phát triển nhanh chóng chỉ cần lƣợng khí carbon dioxide, nƣớc, ánh sáng mặt trời, và một lƣợng nhỏ các khoáng chất để tái sản xuất.

Thành phần hóa học:

- Tảo có chứa 65-68 % protein, 17% đƣờng (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 lợn, 45 lần nho

- Chất xơ gấp 1,5 lần khoai lang- Canxi Gấp 1,6 lần sữa

Đây là loại tảo cũng đƣợc sản xuất phổ biến rộng rãi, sau Spirulina. Mặc dù việc sản xuất của Chlorella nhìn đầy hứa hẹn và có liên quan đến công nghệ sáng tạo, nó sẽ không chứng minh đƣợc hiệu quả kinh tế trên thị trƣờng. Trong cuộc cạnh tranh với Spirulina và các sản phẩm nhƣ đậu nành, ngũ cốc, nó kém thành công hơn trên thị trƣờng thực phẩm phục vụ cho sức khỏe.

Trong thực tế, Chlorella đã không đƣợc thu hoạch dễ dàng với giá rẻ nhƣ dự đoán của 40 năm trƣớc đó. Để thực tế hoá, toàn bộ lô nuôi cấy của tảo đang phát triển sẽ phải đƣợc lắp trong ánh sáng nhân tạo hoặc trong bóng râm để sản xuất với hiệu quả quang hợp tối đa. Ngoài ra đối với Chlorella, để đƣợc nhƣ sản xuất nhƣ trên thế giới sẽ yêu cầu, nó sẽ phải đƣợc trồng trong nƣớc có gas, chi phí sản xuất sẽ rất lớn. Một quy trình phức tạp và nhiều chi phí, yêu cầu thu hoạch theo vụ mùa và sẽ cho ra Chlorella - một nguồn thực phẩm hữu hiệu đƣợc nghiền thành bột.

Ngoài việc hiệu quả sản xuất kém, Chlorella còn không tận dụng đƣợc các lợi ích của ánh sáng mặt trời nhƣ dự đoán. Sau một thập kỷ thử nghiệm, nghiên cứu cho thấy rằng sau khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, Chlorella chỉ chiếm 2,5% - không tốt hơn nhiều so với cây trồng thông thƣờng. 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 dƣỡng. Từ đó,

45


nhiều phƣơng pháp đã đƣợc phát triển để phá vỡ thành tế bào này để chế biến thành các chất dinh dƣỡng 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 đƣợc sinh khối lại tảo này cao nhất và ít tốn kém nhất. Nghiên cứu nuôi cấy sinh khối của Chloralla Vulgaris và hiệu quả thu hồi sinh khối bằng phƣơng pháp giá thành thấp.( N. Mohan, 2009)

Tiế n hành:

Chủng đƣợc nuôi cấy trên môi trƣờng Bold Basal (BBM) và nuôi cấy ủ trong 15 ngày 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 với thành dày 0.25m, kích cỡ dài

3.65m và rộng 2.3, sâu 0.44m. Tảo đƣợc nuôi trong môi trƣờng CFTRI với nhiệt độ ử khoảng 30 đến 40 độ và vòng quay ngày đêm tự nhiên (20000-75000 lux). Một kilo môi trƣờng đƣợc chuẩn bị bằng khóa lọc nƣớc va chú ý để độ sau của môi trƣờng không quá 15cm. Các chất dùng để ủ tảo đƣợc thêm vào và sinh trƣởng với sự kích ứng 3 lần trong ngày. Thu hồi sinh khối sau 30 ngày. Sự mất nƣớc do bay hơi đƣợc kiểm soát thƣờng 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 lƣợng bằng phƣơng pháo tiêu hủy của Jejjery và Humphrey (1975). Tách chiết và định lƣợng β carotene theo Shaish (1992), tổng lƣợng C đƣợc xác định theo phƣơng pháp anthrone và tổng lƣợng protein đƣợc xác định theo Lowry, tổng lipid đƣợc tính toán theo Bligh và Dyer (1959). Đo pH bằng máy đo pH.

Kế t quả:

Các mẫu đƣợc lấy 5 ngày/ 1 lần và số lƣợng tế bào đƣợc định lƣợng trên máy.

46


Ở ngày đầu tiên, có 85*104

tê bào/ml và tăng dần lên

221*104 tê bào/ml ở ngày thứ 5, vào pha log lƣợng tế

bào lên tới 1224*104 tê bào/ml ở ngày thứ 25. Tê bào ở pha tĩnh 2-3 ngày trƣớc khi giảm xuống

495*104 tê bào/ml ở ngàythứ 30.( hình 9)

Hình 9 Sự phát triển của Chloralla Vulgaris

Nồng độ pH tăng trong suốt thời gian nuôi cấy (hình 10) Hàm lƣợng các sắc tố cũng đƣợc chỉ ra trong hình 11 và 12, với hàm lƣợng chlorophyll a giảm dần, trong khi đo hàm lƣợng β carotene lại cao nhất ở25 ngày.

Hình 10

Trong khi hàm lƣợng protein và carbohydrate tăng lên trong suốt quá trình nuôi cấy, đặc biệt là hàm lƣợng C tăng mạnh từ ngày thứ 25 đến ngày 30 thì một sự giảm đáng kể hàm lƣợng lipid đƣợc nhìn thấy (Hình 13, 14, 15)

Định lƣợng số lƣợng vi khuẩn có trong môi trƣờng nuôi cấy, nhận thấy khi số

lƣợng tảo tăng thì số lƣợng vi khuẩn giảm và ngƣợc lại (hình 16)

Nhƣ vậy, trong nghiên cứu này đã chỉ ra sự phát triển của tảo mạnh nhất là thời gian nuôi cấy 25 ngày, thời điểm mà thu đƣợc lƣợng protein và carbohydrate nhiềunhất.

47


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 trongChloralla Vulgaris

48


Nuôi cấy hỗn hợp Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana: phƣơng pháp sản xuất sinh khối tảo trên diện rộng (Emmanuel T. Friday, 2010)

Tiế n hành: Chuẩn bị 2 chủng tảo nói trên.

Chuẩn bị môi trƣờng lên men lỏng bao gồm: 20% Nitrogen, 20% Phosphorous,20% potassium, 0.1% Magnesium, 0.15% Iron EDTA, 0.0755% Manganese EDTA, 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 nƣớc cất và 0.25ml môitrƣờng lên men lỏng, khử trùng 121 độ /15 phút và làm lạnh ở 25 độ.

Môi trƣờng II: 0.25ml môi trƣờng lên men lỏng hòa tan trong 100ml nƣớc cất, khử trùng 121 độ /15 phút và làm lạnh ở 25 độ.

Subculture và seed cuture: 0.3ml môi trƣờng lên men lỏng hòa tan trong 100ml nƣớc cất, khử trùng 121 độ /15 phút và làm lạnh ở 25 độ. 0.5ml mỗi seed cuture đƣợc ủ với mỗi bình trên dƣới ánh đèn huỳnh quang ở 4 góc phòng trong 2 tuần.

Nuôi cấy tự dƣỡng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợc ủ thêm bào 100ml môi trƣờng II và lắc nhiệt độ phòng 25 độ bên ngoài hộp đƣợc chiếu sáng với 4 đèn huỳnh quang trong 480 giờ.

Nuôi cấy dị dƣỡng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợc ủ thêm bào 100ml môitrƣờng I và lắc nhiệt độ phòng 25 độ trong bóng tối trong 480 giờ.

Nuôi cấy hỗn hợp: Nuôi cấy tự dƣỡng: 0.1ml mỗi subculture đã đƣợc ủ thêm bào 100ml môi trƣờng I và lắc nhiệt độ phòng 25 độ bên ngoài hộp đƣợc chiếu sáng với 4 đèn huỳnh quang trong 480 giờ.

Lƣợng nhƣ nhau 2 chủng trên đƣợc ủ vào mỗi môi trƣờng và nuôi cấy trongcùng điều kiện.

Phƣơng pháp phân tích: sự sinh trƣởng của tế bào đƣợc định lƣợng bằng sắc huyết kế ở 5 ngày. Sự tiêu thụ glucose đƣợc tính bằng glucose peroxidase theo Ogbonna (1997). Sản lƣợng sinh khối và nồng độ cuối cùng đƣợc mô tả theo Ogbonna và Tanaka (1996).

Nồng độ tế bào cuối cùng : X= Xf – X0 , Xf ,X0 trong đó tƣơng ứng là lƣợng tế

bào ở 480 giờ và 0 giờ.

Sản lƣợng sinh khối: Yield= dx/ds với dx= X- X0, ds= S0- S với S0, S tƣơng tự là lƣợng cơ chất ban đầu và cuối cùng.

Kế t quả:

Hình 17 và 18 chỉ ra đặc điểm tốc độ sinh trƣởng của mỗi hệ thống nuôi cấy

đơn của t ảo hợp Eu g l e na gracilis và Ch l orel l a sorokinia n a . Kế t quả cho t h ấ y s a u 480h

49


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 tới 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 trƣởng của hệ thống nuôi cấy hỗn hơpcủa tảo Euglena gracilis và Chlorella sorokiniana. Nồng độ của Euglena trong cả 3

50


loại nuôi cấy đạt 16.1*105 tế bào/ml, 27.3*105 tế bào/ml và 47.7*105 tế bào/ml tƣơng

ứng trong tự dƣỡng, dị dƣỡng và hỗn hợp, trong khi ở Chlorella đạt tới 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 sinhtrƣởng của tảo Chlorella là cao hơn hẳn. Trong các điều kiện nuôi cấy tính riêng cho

51


mỗi loài thì kiểu nuôi cấy tự dƣỡng mang lại năng suất thấp nhất trong khi nuôi cấy kiểu hỗn dƣỡng lại cho kết quả cao nhất. Việc nuôi cấy kep 2 chủng đem lại hiệu quả lớn nhất cho sự sinh trƣởng của mỗi loài.

4. 2.2.2. Ứng dụng của SCP Chlorella

Giải độc :Nhờ có lớp màng thớ(sporopolleine), lƣợng chlorophylle cao, chlorella có thể hấp thu đƣợc các kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng và các hóa chất bảo vệ thực vật hay của polychlorinated biphenyls (PCBs) là nhóm hóa chất đƣợc cho là gây ra các bất thƣờng về gen ở cá, đƣợc dùng trong hàng trăm ứng dụng công nghiệp và thƣơng mại, chẳng hạn nhƣ sản xuất chất cách điện, chất làm dẻo trong nhựa, sơn và cao su, chất nhuộm màu... nhờ vậy giúp cơ thể đào thải độc tố này ra ngoài, thúc đẩy quá trình bài tiết.

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

Chlorophylle: Làm sạch và cung cấp oxy: Chlorella rất giàu Chlorophylle, thành phần giúp cung cấp oxy cho các mô và làm sạch đƣờng ruột. Chlorophyll có tác dụng tốt với các loại bệnh thiếu máu khác nhau, có tác dụng ức chế sự phát triển của vi khuẩn, tăng cƣờng 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 trƣởng của Chlorella :Nằm trong nhân của Chlorella, C.F.G là một hỗn hợp đƣợc 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: Với 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 năng lƣợng: các thí nghiệm ở các vận động viên thể thao cho thấy chỉ với một liều dùng duy nhất, 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 lƣợng vi khuẩn Lactobaccilius tăng lên nhờ sự có mặt của C.F.G. Do vậy hiệu quả probiotic( lợi ích về sức khoẻ do vi khuẩn có ích đƣợc nuôi cấy mang lại) đƣợc phát huy.

Vitamin và khoáng chất: Tăng cƣờng sức sống: trong đó phải đặc biệt kể đến vai trò của vitamin B6, B12 và phốt pho có tác dụng củng cố hệ thần kinh và cải thiện giấc ngủ. Hàm lƣợng sắt cao trong Tảo lục giúp tăng cƣờng chức năng tạo máu. Do có nhiều sợi Xenlulô( chất xơ) nên giúp tiêu hoá tốt duy trì sự khoẻ mạnh của đƣờng ruột.

52


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 với Chlorella với 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 thƣờng mà chỉ phát huy tác dụng này ở những trƣờng hợp huyết áp cao, làm giảm cholesterol xấu và tăng cƣờng cholesterol tốt.

Chlorella đã đƣợc tìm thấy có đặc tính chống khối u khi làm thức ăn cho chuột. Một nghiên cứu khác tìm thấy tăng cƣờng chức năng mạch máu ở chuột cống cao huyết áp liều uống cholera.

Chlorella có chứa các axit amin cần thiết nhƣ Lysine, Threonine … Rất quan trọng cho trẻ nhất là trẻ thiếu sữa mẹ. Hàm lƣợng khoáng chất và các vi lƣợng phong phú có thể phòng tránh các bệnh thiếu máu do thiếu dinh dƣỡng một cách hiệu quả, và cũng là nguồn bổ sung dinh dƣỡng 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 Oxy hóa, làm chậm sự lão hóa của tế bào, đồng thời sắt, canxi có nhiều trong tảo lục vừa dễ hấp thụ vừa có tác dụng phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh thƣờng 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 thực vật hay các hóa chất độc hại khác cũng nhƣ tác dụng hỗ trợ điều trị cac bệnh hiểm nghèo nhƣ ung thƣ cũng nhƣ các bệnh về rối loạn chuyển hóa nhƣ tiểu đƣờng, béo phì, huyết áp cao, mỡ máu cao hay gan nhiễm mỡ.

Tảo lục khi đƣợc hấp thu vào cơ thể có tác dụng: Tăng cƣờng interferon, làm sạch máu, gan thận và ruột, kích thích sinh sản tế bào hồng cầu, tăng oxy cho tế bào não, trợ tiêu hóa, kích thích quá trình sửa chữa ở các mô; giúp tăng PH máu để đạt trạng thái kiềm hơn; giúp giữ cho trái tim hoạt động bình thƣờng; giúp tăng cƣờng sảnphẩm của các khu hệ sinh vật trong đƣờng tiêu hóa.

53


PHẦN III. KẾT LUẬNProtein đơn bào – loại protein đƣợc sản xuất từ sinh khối vi sinh vật, từ lâu đã

đƣợc nghiên cứu và sử dụng trên khắp thế giới. Từ một số công trình nghiên cứu đã đƣợc nhắc đến và phân tích ở trên đây, ta có thể thấy rằng, công nghệ sản xuất protein đơn bào ngày càng đƣợc phát triển hoàn thiện, để tạo đƣợc lƣợng sinh khối cao hơn, thành phần chất dinh dƣỡng có chất lƣợng cao hơn, đƣợc chấp nhận rộng rãi hơn và tốt cho sức khỏe của con ngƣời. Không chỉ dừng lại ở mục tiêu đáp ứng nguồn thức ăn protein bổ sung cho con ngƣời và các loài động vật, protein đơn bào thu đƣợc từ sinh khối các loài vi sinh vật ngày càng có nhiều lợi ích khác phục vụ cho nhiều mặt của cuộc sống con ngƣời: chữa bệnh, làm đẹp,…, bên cạnh đó, công nghệ sản xuất protein đơn bào còn có nhiều ứng dụng trong bảo vệ môi trƣờng, tiết kiệm nhiên liệu, nguyên liệu cũng nhƣ góp phần đảm bảo cho sự phát triển bền vững của nhiều quốc gia trên

thế giới.

54


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.

55


14. http://w w w.eplan t scie n ce.c o m /ind e x_ f iles/bio t echnolo g y / Microb i al

% 20biotech n ol o g y /Singl e %20C e ll% 2 0Protein % 20%2 8 SC P %29%20a n d

%2 0 M y c o protein/bi o tec h_scp_pr o duction _ o f _algal_bi o m a ss.ph p #cc

15. http://en. wikipedi a.org /wiki/Chl orella

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


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




56

Documents

San Xuat Protein Don Bao