BÁO cáo CÔNG NGHỆ sản XUẤT PROTEIN đơn bào vai trò của protein đối với con người

ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

----------***----------

BÁO CÁO
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO

HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Ngọc Bảo
NIÊN KHOÁ (K19-21)

HÀ NỘI, THÁNG 10, 2021

MỞ ĐẦU


1. Vai trò của protein đối với con người
- Cơ thể người và động vật thường xuyên đòi hỏi cung cấp các chất dinh dưỡng có trong

thức ăn để có thể tiến hành trao đổi chất, trước hết nhằm duy trì sự sống, tăng cường sinh trưởng
và phát triển.
- Thức ăn, ngồi nước cịn gồm những nhóm chất: protein, chất béo, gluxit, vitamin, muối

khống, các chất gia vị, trong đó phần quý hiếm nhất là protein.
- Protein là nguồn nitơ duy nhất cho người và động vật. Trong quá trình tiêu hoá của

người và động vật, protein phân giải thành khoảng 20 axit amin thành phần, trong đó có 8 axit
amin không thay thế (hoặc 9 đối với trẻ em, 10 đối với lợn và 11 đối với gia cầm) cần phải có sẵn
trong thức ăn. Nếu khơng nhận được các axit amin này cơ thể sẽ bị bệnh hoặc chết.
- Thiếu protein sẽ dẫn đến nhiều bệnh tật hết sức hiểm nghèo:

+ Bệnh thiếu protein lần đầu tiên được phát hiện ở Châu Phi, có tên gọi quốc tế là
Kwashiokor, hiện này là bệnh phổ biến ở nhiều vùng trên thế giới. Trẻ em mắc bệnh này chậm
lớn, còi cọc, kém phát triển về trí tuệ. Bệnh này có thể điều trị bằng cách thêm vào khẩu phần
bệnh nhân một lượng thích đáng các loại protein có phẩm chất tốt như cazein. Tuy nhiên nhiều
tài liệu cho thấy sự kém phát triển về trí tuệ vì bệnh này khơng phục hồi được và ảnh hưởng đến
toàn bộ cuộc đời của bệnh nhân.
+ Về mặt sinh lý, thiếu protein dẫn đến giảm thể trọng. Hàng ngày cơ thể người trưởng
thành có tới 100 tỉ tế bào chết và cần thay thế. Thiếu protein thì trước hết protein của gan, máu và
chất nhày niêm mạc, ruột được huy động để bù đắp. Và như vậy sẽ dẫn đến suy gan, số lượng
kháng thể trong máu giảm đi, sức đề kháng của cơ thể đối với bệnh bị yếu.
+ Về nhu cầu protein của người, nhiều nhà nghiên cứu cho biết dao động trong khoảng 80
– 120g/ngày.
2. Protein đơn bào
Protein đơn bào là thuật ngữ chỉ một loại chất dinh dưỡng có trong tế bào và chỉ được sản
xuất từ vi sinh vật. Thuật ngữ này không chỉ đơn giản là protein từ tế bào của cơ thể đơn bào, vì
rất nhiều vi sinh vật không phải là cơ thể đơn bào mà vẫn khai thác chúng. Do đó, thuật ngữ này
nên hiểu là nguồn dinh dưỡng chứa nhiều protein từ vi sinh vật (từ vi khuẩn, nấm men, nấm sợi


và tảo). Protein đơn bào là hướng nghiên cứu mạnh mẽ hiện nay để giải quyết vấn đềthiếu hụt
protein.
Lịch sử phát triển:
Thuật ngữ protein đơn bào có từ những năm 50 của thế kỷ 20 nhưng thực tế loài người đã
biết sử dụng loại protein này và các chất có trong tế bào vi sinh vật từ rất lâu: làm bánh mì, sữa
chua, phomat, bia bằng hoạt động sống của vi sinh vật dù không hiểu vi sinh vật là gì. Mãi đến
thế kỷ 17, người ta mới biết đến vi sinh vật là một sinh vật thứ ba sau động vật và thực vật. Trước
thế kỷ 20, việc sử dụng vi sinh vật trong các quá trình chế biến thực phẩm hồn tồn mang tính
truyền thống và ở điều kiện tự nhiên. Việc nghiên cứu và sản xuất protein đơn bào cịn xa lạ với
lồi người, nhất là với qui mô công nghiệp. Đầu thế kỷ thứ I, nhà máy sản xuất sinh khối nấm
men được coi là nhà máy đầu tiên sản xuất protein đơn bào tại Đức với phương pháp ni

Candida utilis cịn gọi là “nấm men Torula”. Sau đó, mối quan tâm của Đức giảm đi nhưng đến
năm 1930, Đức mở phục hồi và mở rộng sản xuất, năng suất nấm men là 15.000 Tấn/năm, trên cơ
sở nuôi trên dịch kiềm sunfit, dịch thải của công nghiệp xenluloza, làm thực phẩm phục vụ trong
quân đội và dân thường, chủ yếu là nấu canh và làm xúc xích. Sau năm 1950, phong trào sản xuất
SCP lan rộng khắp Châu Âu, Mỹ. Tuy nhiên tất cả vẫn ở qui mô vừa và nhỏ, chủ yếu cho chăn
nuôi và có thể chiết tách tinh sạch protein để làm thức ăn nhân tạo hoặc bổ sung vào các nguồn
chế biến TP. Vào lúc diễn ra hội nghị lần thứI về SCP tại Viện Kỹ thuật Massachusett (MIT) năm
1967, đa số các dự án chỉ mới nằm trong thực nghiệm, chỉ số hãng British Petroleum (BP) là có
báo cáo về những kết quả của quá trình lên men SCP ở qui mơ cơng nghiệp (CƠNG NGHIệP).
Nhưng đến hội nghị lần thứ II họp vào năm 1973 thì nhiều hãng của nhiều nước khác nhau đã bắt
đầu sản xuất SCP ở qui mơ CƠNG NGHIệP. Cũng bắt đầu từ năm 1973, CƠNG NGHIệP sản
xuất SCP đã có những bước phát triển nhảy vọt do việc sử dụng hidrocabon của dầu mỏ, khí đốt
làm nguồn cabon và năng lượng rất có hiệu quả. Vậy nguyên nhân nào dẫn đến việc nhiều nước
phải sản xuất SCP? Sản xuất SCP là nguồn protein có chất lượng cao thay thế các loại bột dinh
dưỡng làm từ các hạt chứa dầu nhưđậu tương hoặc bột cá dành cho động vật sẽ giải quyết được 2
vấn đề:
+ Tăng nguồn đậu tương cá, và cả ngũ cốc cho dinh dưõng người.
+ Các nước Châu Âu, Nga, Nhật và một số vùng khác khơng trồng được đậu

tương, do đó SCP sẽ giúp cho nước đó khơng phụ thuộc vào việc nhập khẩu protein.


7
+ Trong tế bào vi sinh vật, ngoài hàm lượng protein tương đối lớn cịn có chất

béo, vitamin và các chất khoáng, năng suất của vi sainh vật vượt xa năng suất
cây trồng và vật nuôi trong công nghiệp nhiều lần.
2.1.1 Đặc điểm của sản xuất Protein đơn bào
2.1.1.1. Ưu điểm
- Chi phí lao động ít hơn nhiều so với sản xuất nơng nghiệp.

- Có thể sản xuất ở bất kỳ địa điểm nào trên trái đất, không chịu ảnh hưởng
của khí hậu thời tiết, các q trình cơng nghiệp , dễ cơ khí hố và tự động hố.
- Năng suất cao: vi sinh vật có tốc độ sinh sản mạnh, khả năng tăng trưởng nhanh. Chỉ
trong một thời gian ngắn có thể thu nhận được một khối lượng sinh khối rất lớn; thời gian này
được tính bằng giờ, cịn ở động vật và thực vật, tính bằng tháng hoặc hàng chục năm.
- Sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền và hiệu suất chuyển hoá cao. Các nguyên liệu

thường là phế phẩm, phụ phẩm của các ngành khác như rỉ đường, dịch kiềm sufit, parafin dầu mỏ
v..v.. , thậm chí cả nước thải của một q trình sản xuất nào đó. Hiệu suất chuyển hố cao: hidrat
cacbon được chuyển hố tới 50%, cacbuahidro tới 100% thành chất khơ của tế bào.
- Hàm lượng protein trong tế bào rất cao: ở vi khuẩn là 60 -70%, ở nấm men là 40-50%

chất khơ v..v… Hàm lượng này cịn phụ thuộc vào lồi và chịu nhiều ảnh hưởng của điều kiện
ni cấy. Cần chú ý rằng hàm lượng protein ở đây chỉ bao hàm protein chứ không gồm cả thành
phần nitơ phi protein khi xác định theo phương pháp nitơ tổng số của Kjeldal, như axit nucleic,
các peptit của thành phần tế bào.
- Chất lượng protein cao: Nhiều axit amin có trong vi sinh vật với hàm lượng

cao, giống như trong sản phẩm của thịt, sữa và hơn hẳn protein của thực vật. Protein vi sinh vật
đặc biệt giàu lizin, là một lợi thế lớn khi bổ sung thức ăn và chăn ni, vì trong thức ăn thường
thiếu axit amin này. Trái lại, hàm lượng các axit amin chứa lưu huỳnh lại thấp.
- Khả năng tiêu hố của protein: có phần hạn chế bởi thành phần phi protein như axit

nucleic, peptit của thành tế bào, hơn nữa, chính thành và vỏ tế bào vi sinh vật khó cho các enzim
tiêu hố đi qua.


- An toàn về mặt độc tố: Trong sản xuất protien đơn bào không dùng vi sinh vật gây bệnh

cũng như lồi chứa thành phần độc hoặc nghi ngờ. Vì vậy đến nay hầu như SCP chỉ dùng trong

dinh dưỡng động vật.
- Những vấn đề kỹ thuật: Sinh khối vi sinh vật phải để tách và xử lý. Vấn đề này phụ

thuộc chủ yếu vào kích thước tế bào. Sinh khối nấm men dễ tách bằng li tâm hơn vi khuẩn.
Ngồi ra, vi sinh vật nào có khả năng sinh trưởng ở mật độ cao sẽ cho năng suất cao, sinh trưởng
tốt ở nhiệt độ cao (có tính chất ưa nhiệt và chịu nhiệt) sẽ giảm chi phí về làm nguội trong sản
xuất, ít mẫn cảm với tạp nhiễm v..v.. sử dụng các nguồn cacbon rẻ tiền, chuyển hoá càng nhiều
càng tốt .. thì sẽ được dùng trong sản xuất. Vì vậy nấm men được sử dụng chủ yếu trong sản xuất
protein đơn bào. Như vậy ưu điểm của sản xuất protein đơn bào là có thể phân lập và lựa chọn
các chủng vi sinh vật có ích và thích hợp cho các qui trình cơng nghệ, cho từng ngun liệu 1
cách tương đối nhanh và dễ dàng.
2.1.1.2. 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 nhược điểm cần phải khắc phục, bao
gồm:
• Nhiều lồi vi sinh vật có thể tạo ra các chất gây độc cho cơ thể người và cơ thể động vật,
Vì vậy, khi chọn lựa một loài vi sinh vật để tiến hành sản xuất phải đảm bảo nó khơng chứa bất kì
chất độc nào.
• Đơi khi sử dụng sinh khối vi sinh vật để làm nguồn thức ăn bổ sung có thể dẫn đến khó
tiêu hoặc khơng tiêu hóa được, thậm chí gây phản ứng dị ứng cho người.
• Hàm lƣợng axit nucleic cao trong sinh khối khơ của nhiều lồi vi sinh vật cũng là một
yếu tố gây ảnh hưởng 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 q trình đắt tiền, vì nó cần có các chất điều khiển có độ
tiệt trùng cao khi nghiên cứu trong phịng thí nghiệm.
3. Ngun liệu sản xuất
3.1. u cầu đối với các chủng vi sinh vật sử dụng trong sản xuất

- Nguồn gốc rõ ràng và cần được phân loại đến mức chủng. Các chủng này đã được lưu

giữ tại các ngân hàng chủng giống.
- Không gây bệnh và không có chứa các chất độc với cơ thể hoặc động vật. Do sản phẩm

này được trực tiếp sử dụng làm thức ăn cho người.
- Có giá trị dinh dưỡng cao, có hàm lượng protein chiếm từ 40 đến 70% khối lượng.
- Dễ nuôi cấy tốc độ sinh trưởng cao, nhu cầu dinh dưỡng thấp, dễ tách và làm khô, tận

dụng được các phế phẩm để giảm giá thành sản xuất.
- Hàm lượng acid nucleic thấp: yêu cầu dưới 2% để hạn chế ảnh hưởng đến người sử

dụng.
3.2. Người ta sử dụng nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau để sản
xuất protein đơn bào, 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 dưỡng của chúng đƣợc trình bày trong Bảng 1 [1]:
Thành phần
Protein
Chất béo
Các chất vô cơ
Axit nucleic
Bảng 1: Trung bình các thành phần trong tế bào ở các nhóm vi sinh vật chính (%
khối lượng khơ) theo Miller and Litsky (1976)
Người ta đã ƣớc tính rằng, 100 pound nấm men có thể sản xuất ra 250 tấn protein trong
vịng 24h. Đối với tảo ni cấy trong ao thì năng suất protein thu được là 20 tấn sinh khối
khô/acre/năm. Vi khuẩn thì cho lượng protein cao, có thể lên đến 80% và có tốc độ sinh trƣởng

nhanh hơn, tuy nhiên lại có nhiều nhược điểm.


Nấm men là lồi có nhiều ưu điểm, ví dụ như kích thƣớc lớn, dễ thu sinh khối, hàm lƣợng
axit nucleic trong tế bào thấp, hàm lượng lysine cap, có khả năng sinh trưởng ở pH axit. Tuy
nhiên, đặc điểm quan trọng nhất là nó rất phổ biến và đƣợc chấp nhận rộng rãi vì đã được sử
dụng từ rất lâu trong công nghệ lên men truyền thống. Nhược điểm của nấm men bao gồm tốc độ
sinh sản chậm, hàm lượng protein cũng như 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 trưởng, hàm lượng
protein và ít được chấp nhận hơn so với nấm men.
Một nhóm vi sinh vật khác là tảo thì lại có nhược điểm là thành tế bào cấu tạo từ cellulose
– loại phân tử mà con ngƣời không tiêu hóa đƣợc, bên cạnh đó nó cịn chứa nhiều kim loại nặng.
Ngồi 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 đơi lúc thuật ngữ protein đơn bào ở đây chưa hồn
tồn chính xác. Protein của tảo thường có chất lượng cao, có thể sánh được 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 được sự quan tâm đáng kể, ngược lại nghiên cứu sản xuất và sử dụng thành công protein
trên tảo hiện nay còn chưa 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
Vi khuẩn
Aeromos hydrophylla
Acromobacter delvacvate
Acinetobacter calcoacenticus
Bacillus megaterium
Bacillus subtilis, Cellulomonas sp., Flavobacterium sp.,
Thermomonospora fusca

Lactobacillus sp.


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
Aspergillus niger, A. oryzae, Cephalosporium
eichhorniae, Chaetomium cellulolyticum
Penicillium cyclopium

Maltose, glucose
Cellulose, hemicellulose
Glucose, lactose,
galactose

Rhizopus chinensis
Scytalidium

acid

Nấm men
Amoco torula
Candida tropicalis
Candida utilis
Candida novellas
Candida intermedia
Saccharomyces cereviciae
Tảo
Chlorella
CO2 dùng cho quang hợp
Chondrus crispus, Scenedesmus sp, Spirulina sp., Porphyrium sp.

pyreno



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)

3.3. Các nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất protein đơn bào
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 như sau:
3.3.1. 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 dưới 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 trước 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].
Người 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 được
biết rõ nhất là Agaricus bisporus và một số các nhóm khác chứa enzyme phân giải
lignocellulose.
3.3.2. 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 lồi vi sinh vât này khơng có khả năng chuyển háo pentose – loại
hợp chất có mặt với lượng lớn trong sản phẩm thải này. Sau đó, ngƣời ta tìm ra các
lồi vi sinh vật thích hợp hơn nhƣ Candida tropicalis hay Candida utilis.
Rỉ đường là một sản phẩm phụ của quá trình lên men đƣờng. Dịch đường nồng
độ cao thu được từ quá trình xay xát mía hay củ cải đƣờng đƣợc làm lạnh để đƣờng
kêt tinh. Khi đường không kết tinh nữa thì ngƣời ta thu được phần dung dịch cịn lại,
đó là rỉ đƣờng. Đối với 100kg thực vật có thể thu được 3.5 đến 4.5 kg rỉ đường. Bên
cạnh nồng độ đường cao, rỉ đường cịn chứa các chất khống, các hợp chất hữu cơ và


vitamin có giá trị cao trong cơng nghiệp lên men. Tuy nhiên, sản xuất sinh khối vi sinh
vật từ rỉ đường đòi hỏi phải bổ sung thêm nguồn nitơ và photpho phù hợp. Nguồn nitơ
truyền thống là các muối amonium, nguồn photpho thêm vào thường ở dạng muối.
3.3.3. Các sản phẩm, dịch chiết và dịch thủy phân từ nguyên liệu thực vật.
Tinh bột thu được từ các loài thực vật có củ ở các nƣớc nhiệt đới và ơn đới, từ

gạo, ngô và ngũ cốc là nguồn nguyên liệu để sản xuất protein đơn bào. Ở các nước
nhiệt đới, người ta còn sử dụng sắn nhƣ một nguồn nguyên liệu sản xuất protein đơn
bào. Quy trình sản xuất này sử dụng một số lồi vi sinh vật có enzyme amylase như
Endomycosis fibuligira, sau đó đưa dịch ni 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 khoảng
7%; đƣờng hòa tan trong đu đủ ở dạng glucose, fructose và sucrose, đồng thời đây là
lồi thực vật có năng suất cao, sinh trưởng tương 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 dư thừa do không đủ chất lượng xuất khẩu ở các quốc gia có
trồng nhiều loại cây ăn quả này.
3.3.4. Các nguồn nhiên liệu có giá trị thương mại cao như khí đốt, methan,
methanol và 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 thơ có
chứa phần này chiếm khoảng 15%. Sản phẩm thu đƣợc từ q trình này cịn gọi là
TOPRINA, đã đƣợc kiểm tra độc tính và khả năng gây ung thƣ trong vịng 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
nước đã ngừng sử dụng nguồn nguyên liệu này để sản xuất protein đơn bào. Thay vào
đó, người 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, ni cấy trong mơi trƣờng có chứa muối nitrat hay muối ammonium làm
nguồn nitơ.

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

Xử lý nguyên liệu
Khử trùng

Giống

Nhân
Giống

Khuấy trộn
Cấp khí (O2, CO2 )
Ánh sáng

Ly tâm
Lọc
Vắt

Loại bỏ
axit
nucleic

Cũng gồm 3 giai đoạn chính là trước ni cấy, sau nuôi cấy và xử lý dịch lên men sau
nuôi cấy.

-

Trước lên men: cần chuẩn bị giống, môi trường nuôi cây. Giống cần đạt các tiêu chuẩn
của protein đơn bào, và được phân lập đến cấp chủng. Môi trường dinh dưỡng cần có
đủ các thành phần hydrocacbon, nguồn Nitơ hữu cơ hoặc vơ cơ, các ngun tố vi
lượng…

-

Q trình lên men: cần có chế độ cấp khí hoặc khuấy trộn thích hợp; nhiệt độ mơi
trường cần được duy trì để tạo điều kiện tốt nhất cho sự phát triển của vi sinh vật.

-

Sau lên men: vi sản phẩm là tế bào nguyên khối. Nên tiến hành ly tâm lọc hoặc vắt để
lấy tế bào. Sau đó có thể tinh chế để loại bớt một số tạp như acid nucleic.

Tiêu chuẩn sản phẩm: sản phẩm protein đơn bào thu được cần có hàm lượng protein cao
và tỉ lệ acid nucleic thấp (dưới 1% nếu sử dụng cho người).
4.1. Sản xuất protein đơn bào sử dụng chủng Cellulomonas đột 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 chủng
Cellulomonas đột biến làm giảm hàm lƣợng cellulase trong tế bào.

Quy trình:
Mơi trƣờng ni cấy cơ bản bao gồm các chất sau (tính theo số gam trên 100ml
nƣớc 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
Dịch chiết nấm men
Glucose
Bảo quản môi trƣờng ở -20 oC trên thạch
Bảng 4: Thành phần của môi trường cơ bản dùng trong thí nghiệm ni cấy chủng
Cellulomonas 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 cịn có thể đóng vai trị là chất điều khiển độ pH nên sự

tăng trƣởng của tế bào ở nguồn nitơ này cao hơn.


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
bản nhƣ trên nhƣng khơng có glucose, bổ sung Avicel 0.5 % và ure.

Hình 1: Ni cấy liên tục .
Điều kiện ni cấy:
Tốc độ dẫn khí vào: 0.09 m3/phút
Tốc độ lắc: 100 vịng/phút.
Tốc độ phá bọt khí: 1800
vịng/phút Áp lực 2 lb.
Ni 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 ni chuột bằng nguồn thức ăn có chứa sinh khối Cellulomonas và so sánh với
các nguồn thức ăn khác. Các lơ thí nghiệm đƣợc thể hiện trong bảng 5:
Các thành phần

Tinh bột ngô


Dextrose
Hỗn hợp vitamin
Hỗn hợp muối
Avicel
Dầu ngô
Bột trứng

Casein
Cellulomonas
Choline
DL-Methionine
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
Protein (AA)
Protein (N)
Carbohydrate
Chất vô cơ
RNA
DNA
Năng lƣợng
Nƣớc
Bảng 6: Thành phần chất dinh dưỡng có trong Cellulomonas
Axit amin


Arginine
Histidine
Isoleucine
Leucine
Lysine
Methionine
Phenylalanine
Tyrosine
Threonine
Valine

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

Chế độ ăn

Ít protein
Casein
Cellulomonas
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


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