BÀI TIỂU LUÂṆ MÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT PROTEIN ĐƠN BÀO (SCP)

ĐA
̣
I HO
̣
C QUÔ
́
C GIA HA
̀
NÔ
̣
I
TRƯƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƯ
̣
NHIÊN
KHOA SINH HO
̣
C
____________

LƠ
́
P K12 – CNKHTN SINH HO
̣

C


BÀI TIÊ
̉
U LUÂ
̣
N
MÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PROTEIN
ĐƠN BÀO (SCP)







H Ni, 1/2012
ĐA
̣
I HO
̣
C QUÔ
́
C GIA HA
̀
NÔ
̣

I
TRƯƠ
̀
NG ĐA
̣
I HO
̣
C KHOA HO
̣
C TƯ
̣
NHIÊN
KHOA SINH HO
̣
C
____________

LƠ
́
P K12 – CNKHTN SINH HO
̣
C


BÀI TIÊ
̉
U LUÂ
̣
N
MÔN VI SINH VẬT CÔNG NGHIỆP

SẢN XUẤT PROTEIN
ĐƠN BÀO (SCP)



Giảng viên: PGS.TS. Ngô Tự Thành
Sinh viên thư
̣
c hiê
̣
n: Trần Vũ Quỳnh Giao
Nguyê
̃
n Câ
̉
m Linh
Lê Hải Vân




H Nô
̣
i, 1/2012
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
1

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. Nhược điểm: 13
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
2

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 của
quả 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

Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
3

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
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
4

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 và sản xuất protein đơn bào
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 mô
công nghiệp.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
5

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 chiến
tranh.
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 nghiên
cứu.
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.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
6

3. Các nhóm vi sinh vật đƣợc sử dụng để sản xuất protein đơn bào
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 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 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
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
7

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 tấn
protein 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
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
8

Bacillus megaterium
Các hợp chất nitơ (ngoài
protein)
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, Cephalosporium
eichhorniae, Chaetomium cellulolyticum
Cellulose, hemicellulose
Penicillium cyclopium
Glucose, lactose,
galactose
Rhizopus chinensis
Glucose, maltose
Scytalidium aciduphlium, Thricoderma viridae,
Thricoderma alba
Cellulose, pentose
Nấm men
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,
CO
2
dùng cho quang hợp
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
9

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 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 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
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
10

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 khoảng
7%; 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, 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 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.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
11

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 bào
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 bào thành 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.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
12

 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, các
chất hòa tan, chất tẩy rửa
Phân giải bằng enzyme: enzyme thủy
phân, dùng phage, tự phân hủy
Dùng các phƣơng pháp vật lý: làm
đông 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.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
13

7. Ƣu nhƣợc điểm của protein đơn bào.
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 mùa
cũng 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.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
14

PHẦN II. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT
PROTEIN ĐƠN BÀO
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:
Môi trƣờng nuôi 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
NaNO
3

0.1
K
2
HPO
4
0.1
KCl
0.05
MgSO
4
.7H
2
O
0.05
Dịch chiết nấm men
0.05
Glucose
0.1
Bảo quản môi trƣờng ở -20
o
C trên thạch
Bảng 4: Thành phần của môi trường cơ bản dùng trong thí nghiệm nuôi 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 còn có thể đóng vai trò là chất điều
khiển độ pH nên sự tăng trƣởng của tế bào ở nguồn nitơ này cao hơn.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
15

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 không có glucose, bổ sung Avicel 0.5 % và ure.
Hình 1: Nuôi cấy liên tục .
Điều kiện nuôi cấy:
 Tốc độ dẫn khí vào: 0.09 m
3
/phút
 Tốc độ lắc: 100 vòng/phút.
 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 với
các 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 độ
Cellulomonas
Tinh bột ngô

633
578
573
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
16

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
45
a

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
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
17

Axit amin
Theo tiêu chuẩn của
FAO
Cần cho chuột đang
lớn
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
6.0
a
1.5
Phenylalanine
2.8
8.0
b

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 cystein
b
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 amin
trong Cellulomonas
Chế độ ăn
Thay đổi về
trọng lƣợng cơ
thể
Lƣợng cho ăn
Lƣợng N đƣa
vào
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
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
18

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. Một số quy trình sản xuất protein đơn bào 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.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
19

 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 trên

40%. 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 thƣớc tế bào tƣơng đối lớn để dễ tách bằng li tâm.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
20

 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 vitamin
có 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 đó
betain không có mặt trong rỉ đƣờng mía.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
21

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%, KH2PO
4
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
H
2
SO

4
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 khối
Theo nghiên cứu trên, môi trƣờng nuôi cấy có bổ sung thêm (NH
4
)
2
HPO
4
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.
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
22

Ngày nuôi
Mẫu không
pha loãng
Mẫu pha loãng
200ml
400ml
600ml
1
9.20x10
8
1.22x10

8

7.23x10
5
7.73x10
4

2
8.60x10
8

1.28x10
8

4.36x10
5

3.27x10
4

3
7.51x10
8

9.31x10
7
5.28x10
4

4.30x10

3

4
4.63x10
8

8.25x10
7

3.55x10
3

8.48x10
2

5
4.14x10
8

8.27x10
6

4.16x10
3

5.22x10
2

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
Tiểu luận môn Vi sinh vật học Công nghiệp Sản xuất Protein đơn bào
23

thủy phân sừng thô đã đƣợc làm giàu bằng cách bổ sung chiết xuất nấm men, glucose
và KH
2
PO
4
. 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 80
o
C trong 24 giờ. Vào cuối của giai đoạn này, hỗn hợp đƣợc ủ ở
130
o
C 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 4
o
C. 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%
KH
2
PO
4
. 3H
2
O (Difco, Mỹ). Dịch pha loãng đƣợc gọi là dịch sừng (HB). pH của môi
trƣờng 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

Thành 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 khối
2.1.5. Sản xuất protein đơn bào từ nguyên liệu dầu mỏ và khí đốt: