Khảo sát ảnh hưởng của môi trường nuôi tới sinh trưởng của chủng xạ khuẩn streptomyces krainskii xk16 (khóa luận tốt nghiệp)

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
------- -------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MƠI TRƯỜNG NUÔI
TỚI SINH TRƯỞNG CỦA CHỦNG XẠ KHUẨN
Streptomyces krainskii XK16

Sinh viên thực hiện

: Phạm Thị Hà Thu

Mã sinh viên

: 637278

Lớp

: K63-CNSHC

Giảng viên hướng dẫn

: TS. Nguyễn Trường Sơn
: PGS. TS. Nguyễn Văn Giang

Bộ môn

: Công nghệ vi sinh

HÀ NỘI – 2022


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân, số liệu và
kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực và chưa hề được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào.
Tơi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện khóa luận đã
được cảm ơn và thơng tin trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Sinh viên

Phạm Thị Hà Thu

i


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành khóa luận này, lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn quý
thầy, cô trong Bộ môn Công nghệ vi sinh, Khoa Công nghệ sinh học, Học viện
Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận tốt
nghiệp này.
Tơi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Nguyễn Trường Sơn, PGS.
TS. Nguyễn Văn Giang đã quan tâm, chỉ bảo, dạy dỗ tơi trong suốt q trình làm
khóa luận tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các bạn, các anh chị đang học tập và làm việc tại Bộ môn
Công nghệ vi sinh đã đồng hành và giúp đỡ tôi rất nhiều trong công việc.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, bạn bè thân thiết đã
hết lịng động viên, giúp đỡ tơi trong q trình học tập tại Học viện.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Sinh viên

Phạm Thị Hà Thu

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii
MỤC LỤC ..............................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT........................................................................... viii
TÓM TẮT .............................................................................................................. ix
PHẦN I. MỞ ĐẦU.................................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa ............................................................................................................. 2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học........................................................................................... 2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................... 2
PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................... 3
2.1. Tổng quan về xạ khuẩn .................................................................................... 3
2.1.1. Giới thiệu chung về xạ khuẩn ....................................................................... 3
2.1.2. Đặc điểm hình thái cấu tạo và kích thước ..................................................... 5
2.1.3. Sinh sản ......................................................................................................... 6
2.1.4. Ứng dụng ....................................................................................................... 7

2.1.4.1. Ứng dụng trong nông nghiệp ..................................................................... 7
2.1.4.2. Ứng dụng trong y dược .............................................................................. 9
2.2. Tổng quan về lên men xốp ............................................................................. 10
2.2.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 10
2.2.2. Cơ chất trong lên men xốp .......................................................................... 11
2.2.3. Sinh khối vi sinh vật trong lên men xốp ..................................................... 12
2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến lên men xốp ...................................................... 13
iii


2.2.4.1. Chủng vi sinh vật .................................................................................... 13
2.2.4.2. Cơ chất ..................................................................................................... 14
2.2.4.3. Độ ẩm ....................................................................................................... 15
2.2.4.4. pH ............................................................................................................. 16
2.2.4.5. Kích thước hạt .......................................................................................... 16
2.2.5. Ứng dụng của lên men xốp ......................................................................... 17
2.2.5.1. Sản xuất enzyme....................................................................................... 17
2.2.5.2. Sản xuất các axit hữu cơ .......................................................................... 17
2.2.5.3. Sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp ...................................................... 18
2.2.5.4. Xử lý sinh học .......................................................................................... 19
2.2.5.5. Nhiên liệu sinh học ................................................................................... 19
2.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của đề tài ........... 20
2.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................ 20
2.3.2. Tình hình nghiên cứu tại nước ngồi .......................................................... 20
PHẦN III. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....... 22
3.1. Thời gian và địa điểm thí nghiệm .................................................................. 22
3.2. Phương tiện nghiên cứu ................................................................................. 22
3.2.1. Vật liệu ........................................................................................................ 22
3.2.2. Dụng cụ và thiết bị ...................................................................................... 22
3.2.3. Hóa chất....................................................................................................... 22

3.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 23
3.3.1. Khảo sát các ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy lỏng đến sự sinh trưởng
của chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ............................................... 23
3.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường lên men lỏng đến sự sinh trưởng
của chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16............................................... 23
3.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường lỏng đến sinh trưởng của chủng
xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ................................................................ 24
3.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nguồn cacbon đến sinh trưởng của chủng xạ
khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ....................................................................... 25
iv


3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường lên men xốp đến sinh trưởng của
chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ....................................................... 26
3.3.3. Khả năng sinh enzyme pectinase .................................................................. 27
3.3.4. Khả năng phân giải phosphate khó tan của xạ khuẩn Streptomyces
krainskii XK16 ........................................................................................................ 28
PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 29
4.1. Khảo sát các ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy lỏng đến sự sinh trưởng
của chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ................................................. 29
4.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường lên men lỏng đến sự sinh trưởng của
chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ....................................................... 29
4.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường đến sinh trưởng của chủng xạ
khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ....................................................................... 32
4.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nguồn cacbon đến sinh trưởng của chủng xạ
khuẩn Streptomyces krainskii XK16 ....................................................................... 34
4.2. Ảnh hưởng của môi trường lên men xốp đến sinh trưởng của xạ khuẩn
Streptomyces krainskii XK16 .................................................................................. 36
4.3. Khả năng sinh enzyme pectinase ..................................................................... 40
4.4. Khả năng phân giải phosphate khó tan của xạ khuẩn Streptomyces krainskii

XK16 ....................................................................................................................... 42
PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 44
5.1. Kết luận ............................................................................................................ 44
5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 45
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 51

v


DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1. Số lượng khuẩn lạc của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 trên
các môi trường khác nhau ............................................................................................ 30
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của cơ chất cám gạo, cám ngô, cám mạch, cám hỗn hợp ở
các độ ẩm 50%, 55% và 60% đến sinh trưởng của xạ khuẩn Streptomyces
krainskii XK16 ................................................................................................................. 37

vi


DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1. Khối lượng tươi của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 sau 5
ngày nuôi cấy trong các môi trường lỏng khác nhau ............................. 30
Hình 4.2. Khuẩn lạc của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 hình thành trên
mơi trường ISP-2 ở thời điểm 5 ngày sau khi cấy.................................. 31
(A) mặt trên đĩa; (B) mặt dưới đĩa ...................................................................... 31
Hình 4.3. Sự hình thành khuẩn lạc của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16
trên một số môi trường khác nhau ở thời điểm 5 ngày sau khi cấy ....... 32

(A) mặt trên đĩa; (B) mặt dưới đĩa; (a1), (a2): môi trường MSSCM; .................. 32
(b1), (b2): môi trường WYE; (c1), (c2): môi trường MT7 .................................... 32
Hình 4.4. Mật độ tế bào của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 sau 5 ngày
nuôi cấy trong môi trường ISP-2 lỏng ở các pH khác nhau ................... 33
Hình 4.5. Sinh khối tươi của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 sau 5 ngày
nuôi cấy trong môi trường ISP-2 lỏng ở các pH khác nhau ................... 34
Hình 4.6. Khuẩn lạc của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 hình thành trên
mơi trường ISP-2, pH 7 ở thời điểm 5 ngày sau khi cấy ........................ 34
Hình 4.7. Mật độ tế bào của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 sau 5 ngày nuôi
cấy trong môi trường ISP-2 lỏng, pH 7 tại các nguồn cacbon khác nhau.... 35
Hình 4.8. Sinh khối tươi của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 sau 5 ngày nuôi
cấy trong môi trường ISP-2 lỏng, pH 7 tại các nguồn cacbon khác nhau.... 35
Hình 4.9. Khuẩn lạc của xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 hình thành trên
mơi trường ISP-2, pH 7, nguồn cacbon D-Glucose ở thời điểm 5 ngày
sau khi cấy .............................................................................................. 36
Hình 4.10. Khuẩn lạc xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16 trong môi trường
lên men xốp chứa cơ chất cám hỗn hợp, cám gạo, cám ngô, cám mạch ở
các độ ẩm 50%, 55% và 60% sau 7 ngày lên men ................................. 40
Hình 4.12. Khả năng phân giải phosphate khó tan của xạ khuẩn Streptomyces
krainskii XK16 qua các ngày nuôi cấy ................................................... 42
vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ viết đầy đủ

SSF

Solid State Fermentation/lên men xốp

ADN

Axit Deoxyribonucleic

ATP

Adenosine Triphosphate

LNMS

Low Nutrient Mineral Salts Agar Modified

ISS

Inorganic Salt Starch Agar

WYE

Water Yeast Extract Agar

MSSCM

Mineral Salts Starch Casein Agar Modified

cs

Cộng sự

viii


TĨM TẮT

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới với hệ vi sinh vật phong phú,
hứa hẹn mang lại những ứng dụng vô cùng đa dạng trong thực tế cuộc sống.
Trong hệ vi sinh vật, chi xạ khuẩn Streptomyces được biết đến có khả năng sản
xuất nhiều loại hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Nghiên cứu khảo sát ảnh
hưởng của môi trường nuôi tới sinh trưởng của chủng xạ khuẩn Streptomyces
krainskii XK 16 đã được thực hiện nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các điều
kiện môi trường nuôi tới khả năng tăng mật độ và tạo sinh khối cho q trình lên
men. Trong 7 mơi trường ni lỏng được thử nghiệm, chủng xạ khuẩn
Streptomyces krainskii XK 16 sinh trưởng tốt trong môi trường ISP-2 lỏng, pH
7, sử dụng nguồn cacbon là D-Glucose. Trong 4 cơ chất cám được thử nghiệm
khi lên men xốp (cám gạo, cám ngô, cám mạch, cám hỗn hợp (tỷ lệ cám
gạo:cám ngô:cám mạch là 1:1:1)), sau 7 ngày lên men, chủng xạ khuẩn
Streptomyces krainskii XK 16 sinh trưởng tốt ở môi trường chứa cơ chất cám
hỗn hợp, tỷ lệ tiếp giống 10% với mức độ ẩm từ 50-60 % đều duy trì được mật
độ tế bào/g chế phẩm ở mức cao. Chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK 16
có khả năng sinh enzyme pectinase và có khả năng phân giải phosphate khó tan
cao nhất ở 5 ngày sau khi nuôi cấy trong môi trường NBRIP lỏng.

ix


PHẦN I. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Công nghệ lên men xốp (Solid State Fermentation/SSF) đã được sử dụng
rộng rãi trong ngành cơng nghiệp trong những năm qua. Quy trình SSF thu hút

các nhà nghiên cứu và các nhà công nghiệp hơn các hệ thống lên men chìm vì
những ưu điểm như: Nguồn cơ chất dễ kiếm và rẻ tiền, cơ chất rắn cần ít thời
gian cho q trình tiền xử lý hơn môi trường lỏng, thiết bị lên men đơn giản, loại
bỏ nhu cầu kiểm sốt nghiêm ngặt nhiều thơng số trong quá trình lên men, sản
phẩm hầu hết cao hơn, yêu cầu năng lượng thấp hơn, tạo ra ít nước thải hơn,
không tạo bọt và thu hồi sản phẩm cuối tương đối dễ dàng.
Nhiều loại vi sinh vật được sử dụng trong hệ thống SSF để tạo ra các sản
phẩm đa dạng và quan trọng về mặt kinh tế như enzyme, axit hữu cơ, các chất
chuyển hóa thứ cấp, kháng sinh, nhiên liệu sinh học, các chất kiểm soát sinh học
và vitamin với chi phí thấp và tiêu tốn ít lao động. Nếu điều kiện nuôi cấy được
tối ưu hóa và giải quyết được các vấn đề liên quan đến việc mở rộng quy mơ lớn
hơn và kiểm sốt hệ thống trong các điều kiện môi trường khác nhau, thì SSF có
thể được sử dụng hiệu quả để đáp ứng nhu cầu rộng rãi của con người thông qua
các chế phẩm vi sinh mà không gây ô nhiễm môi trường.
Thế giới đang ngày càng phát triển và tiến bộ, đang hướng đến một nền
nơng nghiệp bền vững. Do đó, việc sử dụng các chế phẩm sinh học có nguồn
gốc từ tự nhiên đang dần được thay thế cho các sản phẩm hóa học gây hại đến
mơi trường. Streptomyces là chi lớn nhất trong ngành Actinobacteria, là chi xạ
khuẩn được biết đến có khả năng sản xuất nhiều loại chất có hoạt tính sinh học
cao. Do đó việc nghiên cứu chế phẩm sinh học chứa các chủng thuộc chi
Streptomyces đang ngày càng được quan tâm. Trong các chế phẩm, đòi hỏi phải
duy trì được mật độ xạ khuẩn cao trong thời gian dài, có chất chuyển hóa thứ
cấp hoặc kiểm sốt sinh học hay khơng, phụ thuộc rất lớn vào cơ chất trong chế
phẩm. Cơ chất phải đảm bảo sự tăng trưởng và duy trì mật độ mong muốn của
1


chủng vi sinh vật nghiên cứu trong khoảng thời gian chấp nhận được. Vì vậy, tơi
đã tiến hành đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của môi trường nuôi tới sinh trưởng
của chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16”, nhằm nghiên cứu ảnh

hưởng của các điều kiện môi trường nuôi cấy đến khả năng tạo sinh khối cho
quá trình lên men.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát các ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy dạng lỏng đến sinh
trưởng của chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16.
Khảo sát các ảnh hưởng của môi trường lên men xốp đến sinh trưởng của
chủng xạ khuẩn Streptomyces krainskii XK16.
1.3. Ý nghĩa
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp và bổ sung nguồn dữ liệu về
nhóm xạ khuẩn có tiềm năng sản sinh các các chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt
tính sinh học.
Cung cấp dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo về xạ khuẩn này.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của đề tài sẽ cung cấp chủng xạ khuẩn có tiềm năng sản xuất các
sản phẩm hữu ích phục vụ cho nền nông nghiệp nước nhà.

2


PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về xạ khuẩn
2.1.1. Giới thiệu chung về xạ khuẩn
Xạ khuẩn thuộc về lớp Actinobacteria, bộ Actinomycetales, bao gồm 10
dưới bộ, 35 họ, 110 chi và 1000 loài. Hiện nay, 478 loài đã được cơng bố thuộc
chi Streptomyces và hơn 500 lồi thuộc tất cả các chi cịn lại và được xếp vào
nhóm xạ khuẩn hiếm (Nguyễn Lân Dũng & cs., 2012).
Xạ khuẩn là vi khuẩn Gram dương, có tỷ lệ GC trong ADN cao hơn 55%.
Trong số khoảng 1000 chi và 5000 lồi sinh vật nhân sơ đã cơng bố có khoảng
100 chi và 1000 loài xạ khuẩn (Das & cs., 2008). Xạ khuẩn là nhóm vi khuẩn

đặc biệt. Chúng có khuẩn lạc khơ và đa số có dạng hình phóng xạ (actino-)
nhưng khuẩn thể lại có dạng sợi phân nhánh như nấm (myces). Xạ khuẩn phân
bố rộng rãi trong tự nhiên. Số lượng đơn vị sinh khuẩn lạc (CFU-colony forming
unit) xạ khuẩn trong 1g đất thường đạt tới hàng triệu. Trên mơi trường đặc đa số xạ
khuẩn có hai loại khuẩn ty: khuẩn ty khí sinh (aerial mycelium) và khuẩn ty cơ chất
(substrate mycelium). Nhiều loại chỉ có khuẩn ty cơ chất nhưng cũng có loại (như
chi Sporichthya) lại chỉ có khuẩn ty khí sinh (Nguyễn Lân Dũng & cs., 2012).
Xạ khuẩn phân bố chủ yếu trong đất và đóng vai trị rất quan trọng trong
chu trình tuần hồn vật chất trong tự nhiên. Chúng sử dụng acid humic và các
chất hữu cơ khó phân giải khác trong đất. Xạ khuẩn phân bố trong đất phụ thuộc
nhiều vào pH môi trường, thường có nhiều trong lớp đất trung tính và kiềm yếu
hoặc axit yếu, trong khoảng pH 6-8. Xạ khuẩn không có nhiều trong lớp đất
kiềm hay axit và càng hiếm trong các lớp đất rất kiềm. Mặc dù xạ khuẩn thuộc
nhóm sinh vật nhân sơ nhưng chúng thường sinh trưởng dưới dạng sợi và
thường tạo nhiều bào tử. Thậm chí một số loại xạ khuẩn cịn hình thành túi bào
tử như chi Streptosporangium, Micromonospora và bào tử di động như chi
Actinoplanes, Kineosporia (Nguyễn Lân Dũng & cs., 2012).
3


Xạ khuẩn là vi khuẩn có khả năng sản sinh các chất chuyển hóa thứ cấp
có hoạt tính sinh học như kháng vi sinh vật, kháng phân bào, ức chế enzyme, ức
chế miễn dịch, kháng côn trùng, diệt cỏ và các đặc tính sinh học quý khác. Hai
phần ba số thuốc kháng sinh đang sử dụng hiện nay ở người và động vật có
nguồn gốc từ nhóm xạ khuẩn, điều này cho thấy vai trò rất lớn của xạ khuẩn
trong sản xuất các thuốc kháng khuẩn có nguồn gốc vi sinh vật (Mahajan, 2012).
Trước đây, vị trí phân loại của xạ khuẩn luôn là câu hỏi gây nhiều tranh
luận giữa các nhà Vi sinh vật học, do nó có những đặc điểm vừa giống vi khuẩn
vừa giống nấm. Tuy nhiên, đến nay, xạ khuẩn đã được chứng minh là vi khuẩn
với những bằng chứng sau đây (Nguyễn Lân Dũng & cs., 2012):

 Một số xạ khuẩn như các loài thuộc chi Actinomyces và Nocardia rất
giống với các loài vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus và Corynebacterium.
 Xạ khuẩn giống vi khuẩn ở chỗ khơng có nhân thật, chúng chỉ chứa
nhiễm sắc chất phân bố dọc theo các sợi hoặc các tế bào.
 Đường kính của sợi xạ khuẩn và bào tử giống với ở vi khuẩn. Đồng thời
sợi xạ khuẩn thường khơng chứa vách ngăn.
 Xạ khuẩn là đích tấn cơng của các thực khuẩn thể giống như vi khuẩn,
trong khi đó, nấm khơng bị tấn cơng bởi thực khuẩn thể.
 Xạ khuẩn thường nhạy cảm với các kháng sinh có tác dụng lên vi khuẩn,
nhưng lại thường kháng với những kháng sinh tác dụng lên nấm như các polyen.
 Xạ khuẩn khơng chứa chitin, chất có mặt trong sợi và bào tử của nhiều
nấm, mà khơng có ở vi khuẩn. Đồng thời giống như phần lớn vi khuẩn, xạ khuẩn
không chứa cellulose.
 Tương tự với vi khuẩn, xạ khuẩn nhạy cảm với phản ứng acid của môi
trường, đặc điểm này khơng có ở nấm.
 Các đặc điểm về sợi và nang bào tử kín (sporangium) của
chi Actinoplanes cho thấy có thể chi này là cầu nối giữa vi khuẩn và các nấm
bậc thấp.
4


2.1.2. Đặc điểm hình thái cấu tạo và kích thước
Đa số xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, các sợi kết với nhau tạo thành khuẩn
lạc có nhiều màu sắc khác nhau: trắng, vàng, nâu, tím, xám v.v.... Màu sắc của
xạ khuẩn là một đặc điểm phân loại quan trọng. Đường kính sợi của xạ khuẩn
khoảng từ 0,1-0,5 μm (Sharma, 1999). Có thể phân biệt được hai loại sợi khác
nhau. Sợi khí sinh là hệ sợi mọc trên bề mặt môi trường tạo thành bề mặt của
khuẩn lạc xạ khuẩn. Từ đây phát sinh ra bào tử. Sợi cơ chất là sợi cắm sâu vào
môi trường làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng. Sợi cơ chất sinh ra sắc tố
thấm vào mơi trường, sắc tố này thường có màu khác với màu của sợi khí sinh.

Đây cũng là một đặc điểm phân loại quan trọng. Một số xạ khuẩn khơng có sợi
khí sinh mà chỉ có sợi cơ chất, loại sợi này làm cho bề mặt xạ khuẩn nhẵn và
khó tách ra khi cấy truyền. Loại chỉ có sợi khí sinh thì ngược lại, rất dễ tách tồn
bộ khuẩn lạc khỏi môi trường (Nguyễn Lân Dũng & cs., 2012).
Khuẩn lạc xạ khuẩn thường rắn chắc, xù xì, có thể có dạng da, dạng phấn,
dạng nhung, dạng vơi phụ thuộc vào kích thước bào tử. Trường hợp khơng có
sợi khí sinh khuẩn lạc có dạng màng dẻo. Kích thước khuẩn lạc thay đổi tuỳ loài
xạ khuẩn và tuỳ điều kiện ni cấy. Khuẩn lạc thường có dạng phóng xạ, một số
có dạng những vịng trịn đồng tâm cách nhau một khoảng nhất định. Nguyên
nhân của hiện tượng vòng tròn đồng tâm là do xạ khuẩn sinh ra chất ức chế sinh
trưởng, khi sợi mọc qua vùng này chúng sinh trưởng yếu đi, qua được vùng có chất
ức chế chúng lại sinh trưởng mạnh thành vòng tiếp theo, vòng này lại sinh ra chất
ức chế sinh trưởng sát với nó khiến khuẩn ty lại phát triển yếu đi. Cứ thế tạo thành
khuẩn lạc có dạng các vịng trịn đồng tâm (Nguyễn Lân Dũng & cs., 2012).
Khuẩn lạc xạ khuẩn tuy có dạng sợi phân nhánh phức tap đan xen nhau
nhưng toàn bộ hệ sợi chỉ là một tế bào có nhiều nhân, khơng có vách ngăn
ngang. Giống như vi khuẩn, nhân thuộc loại đơn giản, khơng có màng nhân.
Thành tế bào xạ khuẩn giống với thành tế bào vi khuẩn Gram dương. Màng tế
bào chất dày khoảng 50 nm và có cấu trúc tương tự như màng tế bào chất của vi
khuẩn. Nhân khơng có cấu trúc điển hình, chỉ là những nhiễm sắc thể khơng có
5


màng. Khi cịn non, tồn bộ tế bào chỉ có một nhiễm sắc thể sau đó hình thành
nhiều hạt rải rác trong toàn bộ hệ khuẩn ty (gọi là hạt cromatin) (Nguyễn Lân
Dũng & cs., 2012).
2.1.3. Sinh sản
Xạ khuẩn sinh sản sinh dưỡng bằng bào tử. Bào tử được hình thành trên
các nhánh phân hố từ khuẩn ty khí sinh gọi là cuống sinh bào tử. Cuống sinh
bào tử ở các lồi xạ khuẩn có kích thước và hình dạng khác nhau. Có lồi cuống

sinh bào tử dài tới 100-200 nm, có lồi cuống sinh bào tử chỉ khoảng 20-30 nm.
Cuống sinh bào tử cấu trúc theo hình lượn sóng, lò xo hoặc xoắn ốc. Sắp xếp
của các cuống sinh bào tử cũng khác nhau. Cuống sinh bào tử có thể sắp xếp
theo kiểu mọc đơn, mọc đơi, mọc vịng hoặc từng chùm. Đặc điểm hình dạng
của cuống sinh bào tử là một tiêu chuẩn phân loại xạ khuẩn (Nguyễn Lân Dũng
& cs., 2012).
Bào tử được hình thành từ cuống sinh bào tử theo kiểu kết đoạn
(fragmentation) hoặc cắt khúc (segmentation):
 Kiểu kết đoạn: Hạt cromatin trong cuống sinh bào tử được phân chia
thành nhiều hạt phân bố đồng đều dọc theo sợi cuống sinh bào tử. Sau đó tế bào
chất tập trung bao bọc quang mỗi hạt cromatin gọi là tiền bào tử. Tiền bào tử
hình thành màng tạo thành bào tử nằm trong cuống sinh bào tử. Bào tử thường
có hình cầu hoặc ơvan, được giải phóng khi màng cuống sinh bào tử bị phân giải
hoặc bị tách ra.
 Kiểu cắt khúc: Hạt cromatin phân chia phân bố đồng đều dọc theo cuống
sinh bào tử. Sau đó giữa các hạt hình thành vách ngăn ngang, mỗi phần đều có tế
bào chất. Bào tử hình thành theo kiểu này thường có hình viên trụ hoặc hình que.
Ngồi hình thức sinh sản bằng bào tử, xạ khuẩn cịn có thể sinh sản bằng
khuẩn ty. Các đoạn khuẩn ty gãy ra môi trường phát triển thành hệ khuẩn ty.

6


2.1.4. Ứng dụng
Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong đất, chúng tham gia
vào các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất như cellulose, tinh bột
v.v.... góp phần khép kín vịng tuần hồn vật chất trong tự nhiên. Đặc tính này
cịn được ứng dụng trong quá trình chế biến phân huỷ rác v.v... Nhiều xạ khuẩn
có khả năng sinh chất kháng sinh. Đặc điểm này được sử dụng trong nghiên cứu
sản xuất các chất kháng sinh dùng trong y học, nông nghiệp và bảo quản thực

phẩm (Ferrer & cs., 2018).
2.1.4.1. Ứng dụng trong nơng nghiệp
Một trong những phương pháp kiểm sốt sinh học được tập trung nghiên
cứu đó là sử dụng các chủng xạ khuẩn. Các chủng xạ khuẩn có khả năng thúc
đẩy tăng trưởng thực vật bằng cách tác động trực tiếp như: thải ra sắt, photpho
hòa tan và sản sinh các hormone thực vật, hoặc gián tiếp như: ức chế tác nhân
gây bệnh hoặc cảm ứng các cơ chế kháng của thực vật chống lại mầm bệnh
(Fravel, 2005),(Hao & cs., 2010).
Một số chủng thuộc chi Streptomyces đã được chứng minh là không
những hỗ trợ thực vật trong việc hấp thu các chất dinh dưỡng mà cịn kiểm sốt
các tác nhân gây bệnh cho cây trồng (Gopalakrishnan & cs., 2013).
Streptomycetes đã được tìm thấy có lợi trong các mối liên hệ với thực vật, nơi
chúng giúp tăng cường sự phát triển của thực vật và bảo vệ chống lại sâu bệnh,
điều này đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu trên tồn thế giới.
Streptomyces có tiềm năng giúp phát triển thực vật và được coi là có liên quan
đến các con đường trao đổi chất thứ cấp, tương tác với cây chủ, đó là lý do tại
sao có thể coi nó là một cơ chế thúc đẩy tăng trưởng thực vật (Lloyd, 1969).
Vì Streptomyces chủ yếu được tìm thấy trong đất và chúng được biết đến
sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp khác nhau có lợi trong việc thúc đẩy sự
phát triển của cây trồng. Có thể kết luận rằng Streptomyces với một lượng lớn
các hợp chất hoạt tính sinh học, cũng có các hoạt động thúc đẩy sinh trưởng thực
7


vật cao và khả năng sản xuất enzyme đất cải thiện đáng kể sự tăng trưởng và
phát triển của cây. Do đó, tác dụng có lợi đầy hứa hẹn này của Streptomyces
trong thực vật mang lại cho các nhà nghiên cứu ý tưởng để thúc đẩy và tăng
cường sự phát triển các đặc tính của nó (Ferrer & cs., 2018).
Trong nghiên cứu về các hoạt động thúc đẩy tăng trưởng thực vật của
Streptomyces spp. trong lúa miến và lúa gạo do Gopalakrishnan và nhóm nghiên

cứu thực hiện. Năm chủng Streptomyces, được phân lập từ phân trùn quế thảo
dược,

CAI-24

(Streptomyces

tsusimaensis),

CAI-121

(Streptomyces

caviscabies), CAI-127 (Streptomyces setonii), KAI-32 (Streptomyces africanus)
và KAI-90 (Streptomyces spp.) đã được nghiên cứu về khả năng thúc đẩy tăng
trưởng thực vật của chúng trên lúa và cao lương, trong các điều kiện khác nhau.
Các chủng Streptomyces đã tăng cường tất cả các thông số tăng trưởng thực vật
như chiều cao cây, trọng lượng thân (trừ CAI-127), diện tích lá (trừ KAI-32),
trọng lượng lá, chiều dài rễ, diện tích bề mặt rễ (trừ CAI-121), khối lượng rễ và
trọng lượng khô của rễ so với đối chứng. Tiềm năng thúc đẩy tăng trưởng thực
vật của Streptomyces đã được báo cáo trên ngũ cốc như lúa mì, gạo, các loại
đậu, đậu Hà Lan, các loại rau quả như cà chua. Streptomyces thúc đẩy sự phát
triển của thực vật bằng cách tạo ra axit indole-3-acetic (IAA) hoặc siderophores
(Gopalakrishnan & cs., 2015).
Các nghiên cứu về các chủng xạ khuẩn nội sinh từ các cây dược liệu cũng
được tiến hành, xạ khuẩn SS004 (Streptomyces diastaticus subsp. ardesiacus)
được phân lập từ cây Trinh nữ hồng cung (Crinum latifolium) có khả năng
kháng lại các vi sinh vật gây bệnh (Trương Minh Phụng & cs., 2017). Năm
2016, Đinh Hồng Thái và Lê Minh Tường đã công bố hiệu quả của 5 chủng xạ
khuẩn phân lập được từ đất trồng sen là các chủng CM18, HG3, HG4, TG1 và

BL6 có khả năng đối kháng cao và bền với nấm Phytophthora sp. gây bệnh cháy
lá, thối thân trên cây sen. Trong đó, chủng CM18 thể hiện khả năng đối kháng
cao nhất với bán kính vịng vơ khuẩn là 16,75 mm và hiệu suất đối kháng là
89,89% ở thời điểm 60 giờ sau khi cấy. Khả năng tiết enzmyme β-glucan cao
8


nhất với bán kính vịng phân giải là 10,81mm sau 14 ngày kể từ thời điểm cấy
(Đinh Hồng Thái & Lê Minh Tường, 2016).
2.1.4.2. Ứng dụng trong y dược
Streptomyces có ích rất lớn trong y học và đóng góp một vai trò rất quan
trọng trong việc sản xuất ra các chất kháng sinh. Trong số 5500 chất kháng sinh
hiện nay có khoảng 4000 chất có nguồn gốc từ xạ khuẩn. Đa số các chất kháng
sinh có nguồn gốc từ xạ khuẩn thì đều có phổ kháng rộng, có khả năng kìm hãm
và ức chế được nhiều loại vi sinh vật khác nhau (Bizuye & cs., 2013). Bắt đầu từ
những năm 1950, các nghiên cứu di truyền ban đầu đã thiết lập bản đồ nhiễm
sắc thể của Streptomyces coelicolor bao gồm các gen sản xuất kháng sinh và
phát triển hình thái. Hiện nay, hàng trăm cụm gen sinh tổng hợp kháng sinh
đang được nghiên cứu và thiết kế, với hy vọng mang lại lợi ích khi điều trị và
các dịng nghiên cứu đa dạng về Streptomyces đang bắt đầu kết hợp với nhau, để
đưa ra một bức tranh phân tử tổng hợp về những sinh vật đáng chú ý này
(Chater, 2013).
Có trên 50 loại kháng sinh phổ biến được ly trích từ xạ khuẩn, trong đó
phải kể đến như Streptomycin, Neomycin, Chloramphenicol và Tetracyclin.
 Streptomycin: Có nguồn gốc từ Streptomyces griseus và có khả năng
kháng các vi khuẩn Gram dương khá mạnh, thường được sử dụng để điều trị các
bệnh về dịch hạch, ho gà và quan trọng hơn cả là bệnh lao (Quinn & cs., 2020).
 Neomycin: Là chất kháng sinh có hoạt phổ rộng, được phát hiện từ
chủng xạ khuẩn Streptomyces fradiae, có khả năng kháng lại vi khuẩn Gram
dương và Gram âm, đặc biệt chống được nhiều loại vi khuẩn kháng penicillin và

streptomycin (Vastrad & Neelagund, 2014).
 Chloramphenicol: Có nguồn gốc từ xạ khuẩn Streptomyces venezueae,
có phổ kháng sinh rộng với vi khuẩn Gram dương và Gram âm (Shaprio &
Vining, 1983).

9


 Tetracyclin: Là kháng sinh được tách chiết từ một số chủng xạ khuẩn
thuộc chi Streptomyces. Loại kháng sinh này có phổ rộng, chống lại được cả vi
khuẩn Gram dương lẫn Gram âm. Ngoài được sử dụng trong y học, tetracyclin
cịn được sử dụng trong cơng nghiệp chế biến thực phẩm (Basavaraj &
Shivayageeswar, 2011).
Chất kháng sinh mới là Yatakemycin đã được cơng bố tìm thấy tại Nhật
Bản từ xạ khuẩn Streptomyces sp. TP-A0356, bằng cách sử dụng phương pháp
sắc ký cột. Chất kháng sinh này có khả năng kiềm hãm sự phát triển của nấm
Aspergillus fumigalus và Candida albicans. Ngoài ra chất kháng sinh này cịn có
khả năng chống lại các tế bào ung thư với giá trị MIC (nồng độ ức chế tối thiểu)
là 0,01-0,3 mg/ml (Igarashi & cs., 2003). Tại Hàn Quốc, đã nghiên cứu tách
chiết được chất kháng sinh Laidlomycin từ xạ khuẩn Streptomyces sp. C684,
chất này có thể tiêu diệt cả tụ cầu khuẩn kháng Methicillin và các cầu khuẩn
kháng Vancomycin (Yoo & cs., 2007).
2.2. Tổng quan về lên men xốp
2.2.1. Giới thiệu
Lên men xốp (Solid State Fermentation/SSF) được định nghĩa là một quá
trình lên men mà trong đó vi sinh vật phát triển trên các vật liệu rắn mà khơng
có sự hiện diện của chất lỏng tự do.
Thuật ngữ SSF cũng đã được định nghĩa theo các cách khác nhau. Aidoo
và các cs mô tả SSF như một quá trình lên men xảy ra trong chất nền rắn hoặc
bán rắn, và trong chất hỗ trợ rắn trơ về mặt dinh dưỡng (Aidoo & cs., 1982),

Raimbault và Alazard, Lonsane và các cs đã định nghĩa nó là một q trình lên
men trong đó sự phát triển của vi sinh vật xảy ra trong cơ chất rắn khi khơng có
mặt của tất cả chất lỏng tự do (Raimbault & Alazard, 1980), (Lonsane & cs.,
1985). Quá trình SSF được định nghĩa là một hệ thống bốn pha. Mức độ ẩm thấp
nhất mà SSF có thể vận hành được là khoảng 12% vì dưới mức này tất cả các
hoạt động sinh học chấm dứt. Giới hạn trên là một hàm của khả năng hấp thụ và
do đó độ ẩm thay đổi tùy theo bản chất của chất nền.
10


SSF ngày càng được chú ý nhiều hơn trong những năm gần đây, ngay cả
ở các nước phương Tây, do khả năng sử dụng chất thải nông nghiệp dồi dào và
rẻ làm chất nền; độ ẩm tối ưu thấp và phần lớn giống cấy được sử dụng trong lên
men xốp giảm được tối đa nguy cơ nhiễm độc vi sinh vật; lượng chất thải sinh ra
trong lên men xốp ít hơn so với lên men dịch thể. Từ quá trình lên men truyền
thống, các phiên bản mới của SSF đã ra đời, dẫn đến các ứng dụng mới của công
nghệ sản xuất thuốc kháng sinh và các chất chuyển hóa thứ cấp khác, các
enzyme công nghiệp, thực phẩm giàu dinh dưỡng, nhiên liệu sinh học, axit hữu
cơ và các hợp chất thơm.
2.2.2. Cơ chất trong lên men xốp
Các cơ chất được sử dụng trong lên men xốp được thu thập từ các phế
phẩm cơng, nơng nghiệp (ví dụ như trấu lúa mì hoặc lúa mì, bã mía, bã cà phê,
bã nho, xơ dừa, cám gạo, cám ngô,...) hoặc các nguyên liệu trơ (các chất nhựa
trong trao đổi ion) cũng được sử dụng. Cơ chất sử dụng trong lên men xốp cần
được chuẩn bị và sơ chế để chuyển chất nền thơ thành dạng phù hợp cho mục
đích sử dụng. Các quy trình hoặc biện pháp sơ chế bao gồm giảm kích thước
thơng qua nghiền, cào hoặc cắt nhỏ, thủy phân vật lý, hóa học hoặc enzyme để
tăng tính sẵn có của cơ chất, bổ sung các chất dinh dưỡng và thiết lập độ pH và
độ ẩm thông qua dung dịch khoáng, nấu hoặc xử lý hơi để phân hủy trước cấu
trúc đại phân tử và loại bỏ chất gây ô nhiễm lớn. Việc lựa chọn một chất nền phù

hợp cho quá trình SSF phụ thuộc vào một số yếu tố chủ yếu liên quan đến chi
phí và tính sẵn có và bản chất không đồng nhất của chất nền làm cho vấn đề trở
nên khó khăn.
Hai loại hệ thống SSF có thể được phân biệt tùy thuộc vào bản chất của
chất nền. Hệ thống được sử dụng phổ biến nhất bao gồm nuôi cấy trên vật liệu tự
nhiên và được gọi là “nuôi cấy trên giá thể tự nhiên” và hệ thống ít được sử
dụng hơn bao gồm ni cấy trên giá thể trơ được ngâm tẩm với môi trường lỏng
(Ooijkaas & cs., 2000).

11


Hệ thống đầu tiên sử dụng các nguyên liệu tự nhiên, vừa đóng vai trị hỗ
trợ vừa là nguồn dinh dưỡng. Những nguyên liệu này thường là các sản phẩm
nông nghiệp dựa trên tinh bột hoặc lignocellulose hoặc các nguồn nông, công
nghiệp. Cơ chất trơ của hệ thống thứ hai, cũng có thể có nguồn gốc tự nhiên, chỉ
đóng vai trò là giá thể cho các sinh vật. Phế phẩm nông nghiệp thường được coi
là chất nền tốt nhất cho quá trình SSF và sản xuất enzyme vì chúng cung cấp các
chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật. Chất nền bao gồm bã
mía, lúa mì, gạo, ngơ và áo ngũ cốc, rơm lúa mì và gạo, xơ dừa, chất thải chuối,
chất thải trà và cà phê, chất thải sắn, chất thải nhà máy dầu cọ, bột củ cải đường,
bột cao lương, bã đậu táo và nho, bột đậu phộng, bánh hạt cải dầu, bánh dầu dừa,
bánh đậu nành, bánh đậu phộng, bánh dầu mù tạt, bột mì, bột sắn và chất thải thực
vật, cây gai dầu, đá trân châu, bọt polyurethane và vermiculite (Krishna, 2005).
Tuy nhiên, chất nền tự nhiên có một nhược điểm lớn, vì nguồn cacbon là
một phần cấu trúc của chúng. Trong q trình phát triển của vi sinh vật, mơi
trường rắn bị phân hủy, gây ra những thay đổi trong các đặc tính hình học và vật
lý của mơi trường, do đó, sự truyền nhiệt và khối lượng có thể bị giảm đi. Điều
này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng một giá thể trơ, có cấu trúc vật lý
ít nhiều khơng đổi trong suốt q trình, cho phép cải thiện khả năng kiểm soát

nhiệt và truyền khối. Một ưu điểm khác của việc sử dụng giá thể trơ là việc thu
hồi sản phẩm ít phức tạp hơn (Ooijkaas & cs., 2000).
Nhiều quy trình đã được phát triển sử dụng chất nền tự nhiên làm nguyên
liệu thô để sản xuất thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, enzyme và hóa chất, các sản
phẩm giá trị gia tăng như ethanol, protein đơn bào, nấm, axit hữu cơ, các chất
chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học, sự phân hủy thuốc nhuộm, v.v.
2.2.3. Sinh khối vi sinh vật trong lên men xốp
Sinh khối là một thông số cơ bản trong việc mơ tả đặc tính sinh trưởng
của vi sinh vật và đo lường sinh khối là điều cần thiết để theo dõi các nghiên cứu
động học tăng trưởng trên SSF. Sinh khối vi sinh vật trong lên men được sử
12


dụng để phân tích và chẩn đốn tình trạng của q trình lên men, phát triển các
mơ hình tốn học của phản ứng sinh học để tính tốn năng suất cụ thể và những
thứ tương tự. Do các vấn đề trong việc tách sinh khối vi sinh vật ra khỏi chất nền
nên ước tính trực tiếp sinh khối là một q trình khơng dễ dàng, bởi sinh khối có
mối liên hệ chặt chẽ với chất nền rắn, vì thế nó được ước tính gián tiếp từ các
phép đo vật lý như: nhiệt độ, thành phần khí thải, phản xạ ánh sáng, sự thay đổi
các thành phần bao gồm ước tính các thành phần tế bào được phân tích bằng
phép đo quang phổ hồng ngoại và sự biến đổi của các đặc tính điện mơi (Auria
& cs., 1993). Các phương pháp gián tiếp khác bao gồm xác định các hoạt động
sinh học như: ATP (vận chuyển năng lượng), hoạt động enzyme, xét nghiệm
ADN, tần số hô hấp (tiêu thụ oxy và giải phóng cacbon dioxide), hoạt động
miễn dịch, tiêu thụ chất dinh dưỡng và phân tích các thành phần cấu tạo tế bào
như chitin, glucosamine, axit nucleic, ergosterol và protein (Scotti & cs., 2001).
Một hoạt động trao đổi chất khác có tầm quan trọng khơng kém để ước
tính sinh khối là sản xuất các enzyme ngoại bào. Mối tương quan tốt giữa sự
tăng trưởng và các enzyme thủy phân như amylase, cellulase và pectinases và
các axit hữu cơ cũng được báo cáo (Raimbault, 1998). Sinh khối cũng có thể

được xác định bằng cách đo các thành phần cụ thể như protein, axit nucleic và
ergosterol. Glucosamine, một đơn phân của chitin và một thành phần của thành
tế bào, là một hợp chất đáng tin cậy khác để ước tính sinh khối nấm. Nói chung,
phương pháp hấp thụ oxy và giải phóng cacbon dioxide dường như là những phương
pháp hứa hẹn nhất để ước tính sinh khối trong SSF hiếu khí. Khơng có phương pháp
nào là phù hợp lý tưởng cho mọi tình huống và do đó phương pháp thích hợp nhất
cho một ứng dụng SSF cụ thể phải được lựa chọn trong từng trường hợp dựa trên sự
đơn giản của thủ tục, chi phí và độ chính xác (Krishna, 2005).
2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến lên men xốp
2.2.4.1. Chủng vi sinh vật
Tiêu chí quan trọng nhất trong SSF là lựa chọn chủng vi sinh vật phù hợp,
có khả năng phân huỷ chất nền rắn. Việc lựa chọn các chủng vi sinh vật thường
13


phụ thuộc vào loại chất nền rắn, yêu cầu sinh trưởng và sản phẩm mục tiêu cuối
cùng (Krishna, 2005). Các chỉ tiêu chung này sẽ ảnh hưởng đến thiết kế lên men
và quá trình xử lý hạ nguồn. Nấm sợi tiếp tục chiếm ưu thế như một vi sinh vật
quan trọng trong SSF do phương thức phát triển của sợi nấm cũng như khả năng
sinh lý trung tính của chúng. Việc sử dụng một vi sinh vật đơn lẻ, đặc biệt là
trong các quy trình SSF cơng nghiệp, có lợi thế là cải thiện tỷ lệ sử dụng cơ chất
và kiểm sốt sự hình thành sản phẩm (Singh Nee’ Nigam & Pandey, 2009).
2.2.4.2. Cơ chất
Cơ chất rắn là một yếu tố chính trong SSF. Ngồi việc cung cấp các chất
dinh dưỡng như cacbon và nitơ, cơ chất rắn còn thực hiện vai trò của cấu trúc
vật lý hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật. Một yếu tố quan trọng khác trong việc
lựa chọn cơ chất là khả năng giữ nước duy trì độ ẩm của chất nền lên men
(Singh Nee’ Nigam & Pandey, 2009). Nói chung, hầu hết các cơ chất rắn được
sử dụng trong SSF là chất thải của công nghiệp chế biến thực phẩm, các loại cây
trồng nông nghiệp và phụ phẩm (Couto & Sanromán, 2006). Chúng thường chưa

qua chế biến và có các kích thước hạt khác nhau. Chất lượng và thành phần chất
dinh dưỡng của cơ chất rắn có thể khác nhau giữa các đợt. Điều này có thể dẫn
đến các vấn đề về tính khơng đồng nhất và năng suất chung của q trình lên
men. Nói chung, cơ chất rắn được sử dụng trong SSF có thể được phân loại
thành năm nhóm chính, đó là:
Cơ chất chứa tinh bột: Chất nền tinh bột đã được sử dụng trong SSF bao
gồm gạo, lúa mạch, yến mạch, sắn, cám lúa mì, bột sắn, bột ngơ, đậu bắp, bã
khoai lang và vỏ chuối. Cơ chất là tinh bột, giàu cacbohydrat (nguồn cacbon
quan trọng trong nhiều quá trình lên men của vi sinh vật), được thủy phân để tạo
ra đường đơn mà vi sinh vật có thể tiêu thụ dễ dàng.
Cơ chất protein: Thực phẩm và các sản phẩm phụ của ngành nông
nghiệp như bánh dầu là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng protein lý tưởng. Việc
sử dụng chúng như một cơ chất rắn rất được ưa chuộng trong SSF. Bánh dầu bí
đỏ, bánh dầu đậu nành, bánh dầu mè, bánh dầu lạc, bánh dầu rum, bánh dầu hạt
14


bông, bánh dầu mù tạt, bánh dầu hướng dương, bánh dầu hạt cải, bánh dầu lanh,
bánh dầu dừa, bánh dầu cọ và bánh dầu ô liu là những phụ phẩm nông nghiệp
dồi dào nhất. Bánh dầu không những giàu protein (nguồn nitơ quan trọng trong
nhiều quá trình lên men vi sinh vật) mà còn chứa nhiều chất dinh dưỡng khác
như carbohydrate và khoáng chất, cung cấp nhiều loại cơ chất thay thế trong
SSF để sản xuất các enzyme khác nhau (ví dụ như protease, lipase, v.v.)
(Sivaramakrishnan & Gangadharan, 2009) (Ramachandran & cs., 2007).
Cơ chất cellulose hoặc lignocellulose: Hầu hết các phụ phẩm nông
nghiệp đều chứa hàm lượng cellulose hoặc lignocellulose cao, có khả năng được
sử dụng làm cơ chất rắn trong SSF. Chúng bao gồm bã mía, vỏ đậu nành, cám
lúa mì, vỏ trấu, xác lúa, lõi ngơ, vỏ lúa mạch, bột củ cải đường, rơm lúa mì, rơm
lúa mạch và gỗ. Trong trường hợp này, các loại nấm cellulolytic
như Trichoderma

viride,

Aspergillus

niger,

Clostridium

cellulolyticum,

Rhizopus sp., Streptomyces sp. và nấm ligninolytic như nấm thối trắng có khả
năng phân giải cellulose và lignocellulose phức tạp để tạo ra đường đơn
(Saratale & cs., 2017).
Cơ chất có đường hịa tan: Cơ chất rắn có chứa lượng đường hịa tan
đáng kể có thể thu được từ q trình chế biến trái cây như mật đường, bã nho, bã
táo, bã kiwi, vỏ chanh, cùi chanh, bã đào, phế thải dứa, cao lương ngọt, thức ăn
gia súc và đường từ củ cải đường, bã củ cải đường, vỏ quả carob và bã cà phê.
2.2.4.3. Độ ẩm
Các yêu cầu về nước của vi sinh vật đối với hoạt động của vi sinh vật có
thể được định lượng và biểu thị dưới dạng hoạt độ nước (aw) của môi trường
hoặc chất nền.
Aw cho biết lượng nước tự do trong chất nền và xác định loại vi sinh vật
có thể phát triển trong SSF. Giá trị aw cần thiết cho SSF thay đổi tùy thuộc vào
vi sinh vật, nhưng thường được khuyến nghị giá trị aw phải đủ cho phép sợi nấm
phát triển xuyên qua các hạt cơ chất rắn mà không làm phân hủy các hạt
(Gervais & Molin, 2003). Theo Nigam và Singh (1994), các vi sinh vật thích
15