GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM III

ð I H C ðÀ N NG
TRƯ NG ð I H C BÁCH KHOA
KHOA HỐ K THU T
B MƠN CƠNG NGH TH C PH M

GIÁO TRÌNH
CƠNG NGH SINH H C TH C PH M II
TH I LƯ NG 45 TI T

ðÀ N NG 2007


M

ð U

Công ngh sinh h c là m t ngành khoa h c ñang ñư c th gi i quan tâm. Giá
tr c a công ngh sinh h c là ch đó là m t cơng c có th áp d ng cho nhi u ngành
kinh t như s n xu t lương th c th c ph m, chăn nuôi thú y, công nghi p dư c và
công nghi p hoá h c, chuy n hoá sinh kh i thành năng lư ng, x lý ph li u và ph
li u cơng nơng nghi p, phịng ch ng ơ nhi m và v sinh môi trư ng…
- Công ngh sinh h c đã giúp cho các chương trình c i thi n nông nghi p,
ngh vư n và ngh r ng tăng năng su t cây tr ng, tăng ch t lư ng dinh dư ng c a
nông ph m, ch n gi ng ch ng ch u v i sâu b nh và v i th i ti t đ t đai khơng thu n
l i và t o ra các gi ng thích nghi v i các ñi u ki n th như ng và khí h u nh t đ nh.
ð ng th i nó cũng t o đi u ki n đ duy trì m t s ña d ng di truy n ñ r ng gi a các
gi ng cây tr ng và gi gìn các ngu n gen đã đư c t o nên t các h hàng hoang d i
c a chúng. Tính đa d ng di truy n đư c th hi n thông qua m t s lư ng c c l n các
ki u k t h p gen có trong m t s cá th c a m t lồi và thơng qua s khác nhau v
các tính tr ng c a các gi ng trong cùng m t lồi: ki u sinh trư ng, tính kháng sâu
b nh, tính kháng v i ngo i c nh (sương mu i, h n, nóng…) và năng su t. Sau khi

nghiên c u k t qu c a nhi u t h p lai m t cách c n th n và nghiêm túc, các nhà
ch n gi ng d a và tính đa d ng di truy n đ ch n ra các dịng có tính tr ng mong
mu n. ð thành công, nhà ch n gi ng ph i có đư c trong tay v n di truy n càng l n
càng t t. V n di truy n này bao g m các gi ng cây tr ng, các gi ng ch ng ch u, các
gi ng ñ a phương (các gi ng này thư ng b b quên vì do năng su t th p nhưng nó r t
q vì có tính ch ng sâu b nh và các ñi u ki n ngo i c nh không thu n l i). Trong
v n di truy n cịn ph i k đ n các cây hoang d i có tác d ng tăng s c s ng cho các
cây gi ng tr ng.
Tính đa đ ng di truy n là nhân t b o ñ m cây tr ng khơng b các tai bi n khí
h u ho c sâu b nh tiêu di t hoàn tồn. Cây tr ng càng thu n nh t thì càng d b h i
khi có tai ho .
- Cơng ngh sinh h c cũng ñư c ng d ng r ng rãi trong lĩnh v c th c ph m
và dinh dư ng. Ngành công ngh lên men là m t b ph n c a công ngh sinh h c ñã
s n xu t ra nhi u s n ph m r t thú v cho ngành th c ph m. Ho c vi c s n xu t n m
men cũng có m t nghĩa r t quan tr ng. Ngư i ta có th s d ng m t lư ng nh n m
men ñ b sung protein, vitamin và các ch t khoáng cho th c ph m. Ngoài ra, sinh
kh i n m men là ngu n th c ăn b sung trong chăn ni r t có hi u qu .
- Cơng ngh sinh h c giúp cho chăn nuôi và thú y t o ra đư c nh ng gi ng
ni mong mu n và s n xu t ra các lo i vacxin đ phịng ch ng b nh t t cho các v t
ni. Ví d : vi c c y chuy n h p t bị đã t o ra đư c gi ng bị t t, có s c ch u ñ ng
cao. K thu t c y chuy n ñư c th c hi n như sau: gây s r ng tr ng m t con bò cái
có các đ c đi m mà ngành chăn ni c n ñ n và ñem th tinh nhân t o b ng tinh
trùng c a m t con bò ñ c có nh ng ñ c ñi m như ngư i ta mong mu n. Các h p t
hay phơi đư c thu nh n b ng cách r a d con. Làm đơng l nh phơi trong nitơ l ng


-179oC và có th v n chuy n tr ng thái này: 1000 phơi đơng l nh khơng n ng q
50kg. Phơi đư c c y vào bị cái ch a ñ h . Bê con phát tri n lên t các phơi này s
ra đ i trong mơi trư ng s ng sau này c a chúng và không ph i ñương ñ u v i nh ng
s b t l i c a môi trư ng mà các súc v t nh p hay g p ph i. S b o v b ng các

kháng th c a bò m và nh bú s a c a bò m mà sau khi ra ñ i bê sơ sinh có th
ch u đ ng t t hơn đ i v i các lo i b nh t t thông thư ng.
- Cơng ngh sinh h c cịn tích c c giúp ñ ngành y t ñ b o v s c kho c a
c ng ñ ng. Ngư i ta nói r ng y h c d phịng (và lâu dài hơn là y h c d báo d a trên
hi u bi t v ñ c ñi m di truy n m i cá th ) s mang l i l i ích nhi u hơn các phương
pháp ñi u tr . M t lĩnh v c c a cơng ngh sinh h c có th góp ph n quan tr ng trong
gi i quy t các v n đ y t , trong khn kh m t chính sách ưu tiên cho y h c d
phịng, đó là c i ti n các vacxin hi n có và ch t o ra các vacxin m i. ð ng th i nó
cịn giúp ích trong vi c s n xu t các lo i kháng sinh, vitamin và các thu c ch a b nh
khác. Nh ng năm g n ñây, nh vào k thu t di truy n ngư i ta đã tìm cách tách chi t
các ho t ch t c a th c v t b c cao ñ làm v t li u xu t phát cho hàng lo t lo i thu c.
- Cơng ngh sinh h c cịn góp ph n trong vi c s n xu t ra năng lư ng như: s n
xu t c n b ng con ñư ng lên men, chương trình biogas…và chính các ngu n năng
lư ng này l i ñi ph c v cho các q trình s n xu t khác.
- Cơng ngh sinh h c còn tham gia vào vi c chuy n hố các ch t và ngăn ch n
s ơ nhi m môi trư ng. S n ph m ph và các ch t th i ch a hydratcacbon có th
đư c chuy n hố b ng cách lên men nh các vi sinh v t thông thư ng hay b ng các
qui trình cơng ngh sinh h c. Ho c các k thu t tái t h p AND cũng s góp ph n
tích c c đ tách đư c các gi ng vi khu n thích h p nh t cho vi c t i ưu hoá nh ng s
chuy n hố đó. Ví d : chuy n gen mã hoá các enzym xenluloza và hemixenluloza c a
Clostridium thermocellum thành nh ng lồi Clostridium khác có th đi u khi n đư c
s chuy n hố xenluloza và hemixenluloza thành etanol, axeton, butanol, axít axetic
và axít lactic. Dùng m t vài gi ng ưa nhi t Clostridium (toop= 65-75oC) có l i là c t
gi m đư c chi phí trong vi c chưng c t và s h ñư c giá thành s n ph m.
ð ngăn ch n s ô nhi m môi trư ng ngư i ta có th dùng các lo i vi sinh v t
khác nhau. Các k thu t tái t h p AND ñã t o ra nh ng ch ng vi khu n có th phân
hu và h p th m t s l n các ch t do công nghi p hoá ch t th i ra.
Như v y cơng ngh sinh h c có liên quan đ n nhi u lĩnh v c và bao g m các
ngành như:
- Công ngh di truy n

- Công ngh nuôi c y mô và t bào
- Công ngh enzyme
- Công ngh vi sinh v t…
Trong h c ph n này s nghiên c u v m t s ph n c a cơng ngh vi sinh v t.
Các q trình vi sinh ñư c s d ng r ng rãi trong các lĩnh v c khác nhau c a n n
kinh t . Nh ng thành t u khoa h c k thu t và sinh hoá cho phép t o ra nh ng q
trình s n xu t có năng su t cao d a trên các phương pháp công ngh đã đư c đi u
ch nh đ có m t s s n ph m th c ph m, chăn nuôi, thu c ch a b nh và các ch t h u
cơ.


CHƯƠNG I: NH NG NGUN T C HỐ SINH TRONG
CƠNG NGH VI SINH V T
ð t o ra b t kì m t s n ph m lên men nào ñ u ph i qua các bư c sau:
- Chu n b môi trư ng
- Chu n b gi ng
- Lên men
- Thu h i và tinh ch s n ph m
ð t o ra s n ph m có ch t lư ng t t và năng su t cao thì c n hi u rõ các
v n đ sau.
1.1 Phân lo i s n ph m c a công ngh vi sinh v t
Các s n ph m lên men cơng nghi p đư c phân lo i theo các tiêu chu n
sinh lí trao đ i ch t. S phân lo i này d a vào s n ph m chính c a q trình lên
men vì các quá trình s n xu t nh vi sinh v t luôn luôn t o thành nhi u s n
ph m.
1.1.1 V t ch t bào (sinh kh i)
Cơ ch t t bào
Ví d : + protein đơn bào (tr ng thái ch t)
+ vi khu n c ñ nh ñ m (s ng): Rhizobium, Azotobacter, VK tr sâu
Bacillus thuringiensis…

Vi c t ng h p sinh kh i hay v t ch t t bào ñ ng nh t v i sinh trư ng
c a vi sinh v t. Sinh trư ng và sinh s n g n li n v i nhau. Sinh trư ng là tăng
kh i lư ng, còn sinh s n là tăng s lư ng.
1.1.2 Các s n ph m trao ñ i ch t
Cơ ch t s n ph m + t bào
1. Các s n ph m cu i cùng c a s trao ñ i năng lư ng (các s n ph m lên
men)
Ví d : etanol, axít lactic, axeton-butanol…
Lên men là q trình y m khí c a s thu nh n năng lư ng, trong đó
hydro tách ra đư c chuy n ñ n các ch t nh n h u cơ (nó khơng đ ng nghĩa v i
s lên men trong ngơn ng qu c t - nó ñư c hi u là các quá trình s n xu t
công nghi p nh vi sinh v t)
M t s cơ th ti n hành lên men khi không có oxy làm ch t nh n hydro
cu i cùng (k khí tuỳ ti n), nh ng nhóm cơ th lên men b t bu c thì khơng
ch a các enzym hô h p. Các h p ch t h u cơ nh n hydro là nh ng h p ch t
đư c hinh thành trong q trình trao đ i ch t d hoá. Sau khi nh n hydro, các
h p ch t này th i ra ngoài t bào gi ng như các s n ph m cu i cùng c a s hơ
h p. T đó n y ra v n ñ là trong s n xu t c n ch n các ñi u ki n ni sao cho
càng nhi u cơ ch t đư c chuy n thành các s n ph m lên men càng t t.
Ví d : trong s n xu t rư u đ tăng hàm lư ng rư u thì c n tăng hàm
lư ng ñư ng và gi m các y u t quan tr ng cho sinh trư ng.


2. Các ch t trao đ i b c 1
Ví d : axít amin, nucleotit, vitamin, axít xitric.
Các ch t trao ñ i b c m t là nh ng viên g ch c u trúc có tr ng lư ng
phân t th p c a các cao phân t sinh h c c a t bào ch t: axít amin, nucleotit,
nucleozit, đư ng, axít béo, vitamin… Ngồi ra các s n ph m trung gian c a quá
trình trao ñ i ch t (các axít h u cơ trong chu trình ATC) cũng là các ch t trao
đ i b c 1. Các cơ ch đi u hồ phát tri n trong q trình ti n hố b o ñ m sao

cho các ch t trao ñ i b c 1 ch ñư c t ng h p ñ n m c ñ c n thi t.
3. Các ch t trao đ i b c 2
Ví d : kháng sinh, alcaloit
Các ch t trao ñ i b c 2 là nh ng ch t trao đ i có tr ng lư ng phân t
th p, không g p m i cơ th , s phân b c a chúng ch gi i h n nh ng ñơn
v phân lo i nh t đ nh. Chúng khơng có ch c năng chung trong trao ñ i ch t
c a t bào và t bào cũng có th t n t i mà khơng c n đ n chúng. Tuy nhiên,
các ch t trao đ i b c 2 có th có ý nghĩa v i s sinh trư ng và các cơ th s n
sinh ra chúng. Ch ng h n m t s ch t trao ñ i b c 2 có vai trị trong s h p th
s t khi thi u nguyên t này. Thư ng các ch t b c 2 ñư c t o thành khi s sinh
trư ng ñã k t thúc. Các ch ng t n t i trong t nhiên thư ng ch t o thành r t ít
ch t trao đ i b c 2, nh ng ch t này ñư c tích lu trong t bào ho c th i ra
ngồi.
4.Các enzym
Ví d : enzym ngo i bào: proteaza, amylaza
enzym n i bào : asparaginaza, penixilinaza.
T bào vi sinh v t ch a kho ng 1000 enzym khác nhau. M t s enzyme
ch có m t v i s lư ng vài phân t nhưng nhi u enzym có m t v i s lư ng
l n. Ch nh ng enzym ch u trách nhi m phân hu các cơ ch t khơng hồ tan
như tinh b t, xenlulo, protein…m i đư c ti t t t bào vào mơi trư ng. Vi sinh
v t có kh năng s d ng các cơ ch t khác nhau cho sinh trư ng và thích ng
v i các đi u ki n sinh trư ng r t khác nhau. Trong s gi i h n c a th tích t
bào ch t ng h p nh ng enzym mà nó c n. Trong công ngh s n xu t enzym
c n ph i ñi u khi n trao ñ i ch t sao cho enzym mà ta mong mu n ñư c t ng
h p càng nhi u càng t t.
1.1.3 Các s n ph m c a s chuy n hoá ch t
Ví d : s oxy hố khơng hồn tồn ñ t o thành axit axetic soboza.
Trong quá trình chuy n hố các t bào ho t đ ng như nh ng h th ng
xúc tác cho m t ho c nhi u bư c chuy n hoá ch t. V m t lí thuy t nh ng ph n
ng này cũng x y ra nh các enzym cô l p, tuy nhiên con đư ng này khơng th

th c hi n đư c ho c khơng kinh t (ví d v i các ph n ng enzym ph thu c
năng lư ng). Các enzym chuy n hoá các ch t theo cách r t đ c hi u. Ví d : s


chuy n hoá ho c tách hydro x y ra nh phân t steroid khơng có ý nghĩa đ i
v i t bào (cũng có th đó là nh ng ph n ng kh đ c).
Trong s chuy n hố ñ t o axít axetic g n li n v i sinh trư ng, nó g n
li n v i s thu nh n năng lư ng.
1.2 ð ng h c c a sinh trư ng và c a s t o thành s n ph m
Sinh trư ng c a m t qu n th vi sinh v t di n ra qua các giai ño n khác
nhau. S sinh s n c a t bào b t ñ u sau m t giai ño n ti m phát. Trong giai
ño n log ti p theo x y ra s sinh s n theo hàm s mũ. Sau m t th i gian sinh
trư ng ng ng l i vì thi u ch t dinh dư ng cơ b n và vì tích lu các ch t c ch .
Các t bào chuy n vào giai ño n cân b ng. Trong giai đo n này khơng di n ra
sinh trư ng n a nhưng t bào v n cịn ho t đ ng trao đ i ch t.
Tồn b q trình ni g n li n v i s thay ñ i kéo dài c a các ñi u ki n
nuôi. Ch t dinh dư ng gi m ñi, s lư ng t bào tăng lên. ð ng th i ho t tính
trao đ i ch t cũng thay ñ i.
V phương di n ch c năng c a các s n ph m trao ñ i ch t đ i v i t bào
có th phân bi t 2 nhóm:
- Các s n ph m mà s hình thành c a chúng g n li n v i s sinh trư ng.
Ví d : các s n ph m lên men, các ch t trao ñ i b c 1, các enzym. S t ng h p
nh ng s n ph m này x y ra trong th i gian sinh trư ng và cịn có th ti p di n
sau khi sinh trư ng ñã k t thúc.
- Các s n ph m mà s hình thành c a chúng x y ra sau khi sinh trư ng
đã k t thúc; ví d các s n ph m trao ñ i ch t b c 2.

ð ng th i

Th i gian

Khơng đ ng th i

Th i gian

Hình 1: ð ng h c c a quá trình sinh trư ng và t o thành s n ph m
Nhi u s n ph m chi m m t v trí trung gian. Ví d s t ng h p axít amin
m c dù di n ra trong th i gian sinh trư ng nhưng v n ti p di n sau khi sinh
trư ng ñã k t thúc, vì quá trình t ng h p ti p di n trên cơ s c a m t sai h ng


di truy n. S t ng h p c a nhi u enzym x y ra không song song v i sinh
trư ng mà g n li n v i m t tr ng thái sinh lí nh t đ nh c a t bào cho nên trong
lên men công nghi p c n ph i tìm ra tr ng thái sinh lí c a năng su t cao nh t và
duy trì nó trong th i gian dài.
1.3 S t ng h p th a
Vi sinh v t t n t i trong t nhiên sinh ra các s n ph m trao ñ i ch t và
các thành ph n t bào ch m c ñ c n thi t cho s sinh s n t i ưu và cho s
duy trì lồi. S trao đ i ch t như v y ñư c b o ñ m nh các cơ ch đi u hồ.
Ví d : các cơ ch này c n ho t ñ ng sao cho các axit amin khơng đư c
t ng h p quá nhu c u c a s t ng h p protein.
Như v y, trong ñi u ki n t nhiên khơng có s s n sinh dư th a các s n
ph m trao ñ i ch t b c 1, b c 2 và các enzym. N u trong t nhiên cơ ch đi u
hồ này b r i lo n, ví d do k t qu đ t bi n thì các th đ t bi n sai h ng trao
đ i ch t thư ng có h i ñ t v i ch ng ban ñ u.
1.3.1 Nh ng ngun t c đi u hồ trao ñ i ch t
Có 3 cơ ch ch u trách nhi m đi u hồ trao đ i ch t:
1. ði u hồ ho t tính enzym nh s c ch b ng s n ph m cu i cùng
hay cịn g i là s kìm hãm theo liên k t ngư c.
2. ði u hoà t ng h p enzym nh s ki m ch b ng s n ph m cu i cùng

và s gi i ki m ch .
3. ði u hoà t ng h p enzym nh s ki m ch d hoá.
1

2

3

Các enzym c u trúc
4
Glucoza

Ki m ch d hoá
Ki m ch b ng s n ph m
cu i cùng

A

E.1

B

E.2

C

E.3

D

E.4

S.ph m cu i cùng

c ch b ng s n ph m
cu i cùng

Sơ ñ 1: Các ngun t c c a s đi u hồ enzyme
* Trong cơ ch 1 s n ph m cu i cùng c a 1 quá trình sinh t ng h p gây
ra s c ch quá trình t ng h p c a chính nó. đây, s n ph m cu i cùng dù
đư c hình thành trong t bào hay đư c thu nh n t mơi trư ng dinh dư ng,
đi u đó cùng ý nghĩa. Trong cơ ch này, s n ph m cu i cùng nói chung nh
hư ng đ n enzyme đ u tiên c a chu i sinh t ng h p. Enzym có tính quy t đ nh
này là 1 protein d l p th . Nó có đ c đi m là thay đ i c u hình khơng gian khi


có m t s n ph m cu i cùng nh m gi m b t ho t tính xúc tác. S c ch này x y
ra nhanh và r t có hi u qu .
* Trong cơ ch 2, s n ph m cu i cùng c ch s t ng h p enzym c n cho
s t o thành s n ph m y, trong đó vi c ñ c thông tin di truy n c n cho s t ng
h p enzym (s phiên âm) b phong to . n ng ñ cao c a s n ph m cu i cùng
s t ng h p c a các enzym tham gia vào chu i ph n ng b ng ng ho c b kéo
dài m t cách ñáng k . N u n ng ñ c a s n ph m cu i cùng gi m xu ng dư i 1
m c nào đó thì x y ra s gi i ki m ch , nghĩa là các enzym ñư c t o thành v i
t c đ cao hơn. S đi u hồ theo ki u này x y ra t t vì nó g n li n v i s
t ng h p enzym.

Ho t ñ ng

Ch t nh hư ng

d l p th

Ch t nh hư ng
d l p th

Th ñ t bi n

Khơng ho t đ ng
D ng hoang d i

Hình 2: Mơ hình c a s

c ch b ng s n ph m cu i cùng

*S ki m ch d hoá đi u hồ q trình t ng h p các enzym d hoá xúc
tác s phân hu cơ ch t. Các enzym này ñư c t ng h p nh s c m ng enzym.
Cơ ch này tương t cơ ch ki m ch t c là cũng x y ra m c ñ phiên âm.
Trong s c m ng enzym, m t ch t dinh dư ng đóng vai trị ch t c m ng kích
thích s t ng h p enzym xúc tác cho s phân hu chính nó, nghĩa là ch t này
c m ng s t ng h p. Do đó, vi c t ng h p các enzym c m ng ch x y ra khi
có m t cơ ch t tương ng trong mơi trư ng.


* S ki m ch d hố đi u hồ q trình t ng h p các enzym d hố xúc
tác s phân hu cơ ch t. Các enzym này ñư c t ng h p nh s c m ng enzym.
Cơ ch này tương t cơ ch ki m ch t c là cũng x y ra m c ñ phiên âm.
Trong s c m ng enzym, m t ch t dinh dư ng đóng vai trị ch t c m ng kích
thích s t ng h p enzym xúc tác cho s phân hu chính nó, nghĩa là ch t này
c m ng s t ng h p. Do đó, vi c t ng h p các enzym c m ng ch x y ra khi
có m t cơ ch t tương ng trong mơi trư ng.

Gen
đi u
khi n

ch t ki m ch khơng
ho t đ ng vì khơng
có s n ph m cu i cùng

khơng phong to s
truy n thông tin t ng
h p enzym

Các
gen
c u
trúc

ch t ki m ch
ho t ñ ng

ch t ki m ch khơng ho t đ ng vì
b sai h ng (ngay c khi khơng có
s n ph m cu i cùng )

không phong t a s truy n
thông tin
t ng h p enzym

ch t ki m ch khơng ho t đ ng

S n ph m
cu i cùng

Ch t ki m ch
ho t đ ng

Khơng có s truy n thơng
tin khơng t ng h p enzym
D ng hoang d i

không phong t a s truy n
thơng tin
t ng h p enzym

Th đ t bi n

Hình 3: Mơ hình ki m ch b ng s n ph m cu i cùng


N u trong mơi trư ng có m t nhi u cơ ch t thì trư c h t x y ra s t ng
h p c a enzym nào xúc tác phân hu cơ ch t d s d ng nh t. S t ng h p c a
các enzym khác b c ch b i s ki m ch d hố. Thơng thư ng thì glucoza là
cơ ch t thích h p nh t.
1.3.2 Nh ng sai h ng di truy n c a đi u hồ trao ñ i ch t
Các cơ ch ñi u hoà trao ñ i ch t có th b thay ñ i do nh ng ñ t bi n
d n t i s t ng h p th a các ch t trao ñ i ch t.
Nh ng enzyme d l p th ngồi v trí ph n ng v i cơ ch t, chúng cịn
m t v trí khác đ i v i s n ph m cu i cùng (hình 2). V trí th 2 này g i là
trung tâm d l p th . Hai v trí này tách bi t nhau v không gian và khác nhau
v c u trúc.

M t đ t bi n có th d n ñ n k t qu làm protein enzyme d l p th b
thay ñ i b ng cách m t ñi kh năng ph n ng v i ch t hi u ng nhưng v n cịn
ho t tính xúc tác. M t protein b bi n ñ i như v y v n cịn ho t đ ng ngay c
khi có m t s n ph m cu i cùng
nó d n đ n s t ng h p th a c a s n ph m
cu i cùng tương ng (hình 2 phía bên ph i).
Trong s ki m ch t ng h p enzym x y ra nh ng ph n ng quy t li t
trong ph m vi thông tin di truy n, s phiên âm (hình 3).
S đi u hồ t ng h p enzym có th b r i lo n do nh ng ñ t bi n khác
nhau. Nh ng ñ t bi n có th đ ng ch m đ n gen ki m ch d n t i m t sai h ng
c a ch t ki m ch ho c làm bi n m t nó; hay đ ng ch m ñ n gen ñi u khi n và
làm cho gen này m t kh năng tác d ng v i ch t ki m ch (bên ph i hình 3).
Tồn b nh ng sai h ng tương ng cũng có th bi u hi n s c m ng
enzyme. Nh nh ng s sai h ng y mà các enzyme c m ng tr thành các
enzyme c u trúc, nghĩa là chúng t n t i trong t bào không ph thu c vào cơ
ch t s ki m ch d hố b m t đi.

CHƯƠNG II: NH NG V N ð K THU T VÀ PHƯƠNG
PHÁP CHUNG TRONG CÔNG NGH VI SINH V T
S n xu t sinh kh i và các s n ph m trao đ i ch t trong q trình lên men
có nhi u ñi m gi ng nhau v phương pháp và k thu t. Vi c áp d ng k thu t
và phương pháp tuỳ t ng ñ i tư ng vi sinh v t và m c tiêu s n ph m cu i cùng.
Trên cơ s đó có th áp d ng nh ng m c tiêu và phương pháp riêng. Chính vì
th khơng th có m t phương pháp chung cho t t c các s n ph m. Vi c áp
d ng k thu t và phương pháp ch có th trên cơ s nh ng nguyên t c chung
c a các k thu t và phương pháp đã trình bày. Vì th , trong chương này s gi i
thi u nh ng nguyên t c chung c a k thu t và phương pháp ñư c áp d ng r ng
rãi trong các ngành vi sinh cơng nghi p. Các ngun t c chung đó bao g m
vi c tuy n ch n gi ng vi sinh v t, gi gi ng vi sinh v t, các quá trình và thi t b

N u trong mơi trư ng có m t nhi u cơ ch t thì trư c h t x y ra s t ng
h p c a enzym nào xúc tác phân hu cơ ch t d s d ng nh t. S t ng h p c a
các enzym khác b c ch b i s ki m ch d hố. Thơng thư ng thì glucoza là
cơ ch t thích h p nh t.
1.3.2 Nh ng sai h ng di truy n c a đi u hồ trao ñ i ch t
Các cơ ch ñi u hoà trao ñ i ch t có th b thay ñ i do nh ng ñ t bi n
d n t i s t ng h p th a các ch t trao ñ i ch t.
Nh ng enzyme d l p th ngồi v trí ph n ng v i cơ ch t, chúng cịn
m t v trí khác đ i v i s n ph m cu i cùng (hình 2). V trí th 2 này g i là
trung tâm d l p th . Hai v trí này tách bi t nhau v không gian và khác nhau
v c u trúc.
M t đ t bi n có th d n ñ n k t qu làm protein enzyme d l p th b
thay ñ i b ng cách m t ñi kh năng ph n ng v i ch t hi u ng nhưng v n cịn
ho t tính xúc tác. M t protein b bi n ñ i như v y v n cịn ho t đ ng ngay c
khi có m t s n ph m cu i cùng
nó d n đ n s t ng h p th a c a s n ph m
cu i cùng tương ng (hình 2 phía bên ph i).
Trong s ki m ch t ng h p enzym x y ra nh ng ph n ng quy t li t
trong ph m vi thông tin di truy n, s phiên âm (hình 3).
S đi u hồ t ng h p enzym có th b r i lo n do nh ng ñ t bi n khác
nhau. Nh ng ñ t bi n có th đ ng ch m đ n gen ki m ch d n t i m t sai h ng
c a ch t ki m ch ho c làm bi n m t nó; hay đ ng ch m ñ n gen ñi u khi n và
làm cho gen này m t kh năng tác d ng v i ch t ki m ch (bên ph i hình 3).
Tồn b nh ng sai h ng tương ng cũng có th bi u hi n s c m ng
enzyme. Nh nh ng s sai h ng y mà các enzyme c m ng tr thành các
enzyme c u trúc, nghĩa là chúng t n t i trong t bào không ph thu c vào cơ
ch t s ki m ch d hố b m t đi.

CHƯƠNG II: NH NG V N ð K THU T VÀ PHƯƠNG

PHÁP CHUNG TRONG CÔNG NGH VI SINH V T
S n xu t sinh kh i và các s n ph m trao đ i ch t trong q trình lên men
có nhi u ñi m gi ng nhau v phương pháp và k thu t. Vi c áp d ng k thu t
và phương pháp tuỳ t ng ñ i tư ng vi sinh v t và m c tiêu s n ph m cu i cùng.
Trên cơ s đó có th áp d ng nh ng m c tiêu và phương pháp riêng. Chính vì
th khơng th có m t phương pháp chung cho t t c các s n ph m. Vi c áp
d ng k thu t và phương pháp ch có th trên cơ s nh ng nguyên t c chung
c a các k thu t và phương pháp đã trình bày. Vì th , trong chương này s gi i
thi u nh ng nguyên t c chung c a k thu t và phương pháp ñư c áp d ng r ng
rãi trong các ngành vi sinh cơng nghi p. Các ngun t c chung đó bao g m
vi c tuy n ch n gi ng vi sinh v t, gi gi ng vi sinh v t, các quá trình và thi t b


lên men cơ b n, m t s k thu t và phương pháp chính đ thu nh n s n ph m
lên men.
2.1 Gi ng vi sinh v t
2.1.1 Yêu c u v gi ng vi sinh v t công nghi p
Các ch ng vi sinh v t mu n ñem vào s n xu t l n ph i b o ñ m các tiêu
chu n sau ñây:
- Ph i cho s n ph m mong mu n v i năng su t cao, ch t lư ng t t, có ý
nghĩa kinh t trong s n xu t và ít s n ph m ph khơng mong mu n.
- S d ng nguyên li u s n có, r ti n
- Th i gian lên men ng n.
- D tách sinh kh i hay s n ph m sau lên men.
- Vi sinh v t ph i thu n ch ng, không ch a vi sinh v t l , đ c bi t khơng
ch a bacteriophage ký sinh.
- Ch ng vi sinh v t ph i kho , phát tri n d dàng và nhanh chóng, cho
nhi u t bào dinh dư ng ho c các bào t ho c các hình th c tái sinh khác.
- Có kh năng ch ng, ch u các đi u ki n b t l i c a môi trư ng.
- D b o qu n, t n t i và n đ nh các đ c tính sinh lí, sinh hóa su t trong

th i gian s d ng.
- Có kh năng thay đ i các đ c tính b ng các k thu t đ t bi n, k thu t
gen đ khơng ng ng nâng cao năng su t và ch t lư ng s n ph m.
2.1.2 Ngu n gi ng vi sinh v t
2.1.2.1 Phân l p trong t nhiên
Thiên nhiên là ngu n cung c p gi ng vô t n cho công nghi p vi sinh v t.
Các vi sinh v t s d ng trong công nghi p th c ph m có th d dàng phân l p
chúng t các lo i th c ăn, nư c u ng s n xu t theo phương pháp c truy n: t
bánh men thu c b c, m c tương, s a chua… Vi sinh v t s d ng trong công
nghi p s n xu t kháng sinh thư ng ñư c phân l p trong ñ t, nư c nh ng
vùng khác nhau.
ð phân l p ñư c m t ch ng vi sinh v t mong mu n t m t qu n th h n
h p vi sinh v t trong t nhiên chúng ta ph i th c hi n các bư c sau: thu m u,
hoà lỗng, c y lên mơi trư ng, ni, thu n khi t, ki m tra…
Các cơng vi c này đ u gi ng nhau khi nghiên c u trên các ñ i tư ng vi
rút, vi khu n, n m, t o, nguyên sinh ñ ng v t, các ñ ng v t không xương s ng
lo i nh .
ð hồ lỗng m u ngư i ta thư ng s d ng nư c mu i sinh lí (0,85%
dung d ch NaCl) ho c nư c c t. ð i v i m t s loài d ch t trong nư c c t ho c
nư c mu i sinh lí như Pseudomonas thì dùng dung d ch peptone 0,1% đ làm
lỗng. Sau khi pha lỗng thì đem c y r a trên môi trư ng th ch r i ñem nuôi
trong t m 1-3 ngày. Ti p theo tách các khu n l c đi n hình và làm tinh khi t
m t s l n trên môi trư ng th ch ñ tách riêng t ng khu n l c.


ð i v i nhóm vi sinh v t y m khí n u c y trên mơi trư ng th ch trong
h p Petri ngư i ta ph i cho thêm các ch t kh hay g n kín b ng parafin ho c
nuôi trong môi trư ng không có oxy.
ð phân l p các ch ng s n xu t kháng sinh ho c kháng kháng sinh ngư i
ta thư ng dùng phương pháp nhanh: hồ lỗng m u 10 ho c 100 l n, sau đó l y

1ml dung d ch hồ lỗng c y lên mơi trư ng th ch đã có s n vi sinh v t c n tiêu
di t ho c cơ ch t c n phân gi i. Sau khi nuôi 1-3 ngày trong t m thì đem xem
xét nh ng khu n l c nào có đ c tính mà chúng ta mong mu n thì ti n hành
phân l p và thu n khi t nh ng ch ng có ho t l c cao.
ð phân l p ñư c ch ng vi sinh v t mong mu n thì ph i ti n hành làm
giàu s lư ng vi sinh v t đó, t c là ph i s d ng nh ng mơi trư ng và đi u ki n
ni c y đ ch n l c các ch ng mong mu n và c ch các ch ng không mong
mu n.
2.1.2.2 Thu nh n t các trung tâm gi gi ng
Ngày nay có nhi u trung tâm gi gi ng gi ng trên th gi i có th cung
c p cho chúng ta các gi ng vi sinh v t ph c v cho công tác nghiên c u, gi ng
d y, s n xu t. M t s trung tâm gi gi ng như:
- M : ABBOTT, ATCC, NRRL
- Canada: CANAD-212
- Nh t: FERM, HIR
- Úc: CC
- Trung qu c: IMASP
2.1.3 C i t o gi ng vi sinh v t
Tr m t s ngành c a công ngh th c ph m ngư i ta có th có s d ng
vi sinh v t ki u d i còn h u h t các ngành công nghi p khác như s n xu t
kháng sinh, vitamin, enzyme v.v. ngư i ta ñ u dùng các bi n ch ng.
2.1.3.1 Ưu như c ñi m khi s d ng bi n ch ng
* Ưu ñi m:
- Cho năng su t cao
- Th i gian lên men ng n và ít t o b t trong khi lên men
- Ít t o s n ph m ph trong q trình lên men
- T o đư c nhi u s n ph m quí mà ch ng ki u d i khơng có đư c, ví d
như: insulin, kháng nguyên Hbs (ch ng vim gan B) v.v.
- Kh năng ch ng, ch u các ñi u ki n b t l i c a môi trư ng cao.
* Như c:

- ðịi h i cơng ngh cao
- Trong q trình s n xu t có th xu t hi n hi n tư ng h i bi n
2.1.3.2 Phương pháp t o gi ng m i
ð t o ra gi ng vi sinh v t m i ngư i ta có th s d ng nhi u phương
pháp khác nhau:


- ð t bi n nhân t o và ch n l a: đây là cơng vi c c a các phịng thí
nghi m ho c các trung tâm nghiên c u nh m tìm ra các ch ng vi sinh v t có
năng su t cao ho c s n xu t ñư c nh ng s n ph m mà mình mong mu n.
- Tái t h p gen: s d ng các kh năng bi n n p, ti p h p, t i n p, lai t
bào ch t vi sinh v t và các k thu t gen ñ th c hi n vi c t o ra các cá th
m i v i nh ng b gen theo ý mu n.
- L a ch n thư ng xuyên: công vi c này thư ng th c hi n các phịng
thí nghi m c a các nhà máy nh m gi ñư c các cá th t t trong qu n th vi sinh
v t. Khi ki m tra lo i b các ñ t bi n ng u nhiên không cho năng su t cao ho c
có nh ng bi u hi n b t l i và gi nh ng cá th thích nghi t t trong ñi u ki n
s n xu t.
2.1.4 Gi gi ng vi sinh v t
2.1.4.1 Ý nghĩa và nhi m v c a công tác gi gi ng
Gi gi ng vi sinh v t là m t cơng vi c có ý nghĩa vơ cùng l n. Nó giúp
cho chúng ta gi đư c các đ c tính q (khơng b thối hố) c a vi sinh v t và
b o ñ m cung c p gi ng cho các quá trình s n xu t.
Nhi m v c a công tác gi gi ng là s d ng các k thu t c n thi t ñ gi
cho vi sinh v t có t l s ng cao, các đ c tính di truy n khơng b bi n đ i và
khơng b t p nhi m b i vi sinh v t l .
2.1.4.2 Các phương pháp gi gi ng
Có r t nhi u phương pháp gi gi ng vi sinh v t. Tuỳ theo trang thi t b
và lo i vi sinh v t c n gi mà chúng ta có th s d ng m t trong các phương
pháp sau:

- Gi gi ng trên môi trư ng th ch nghiêng
- Gi gi ng dư i l p d u khoáng
- Gi gi ng trong cát
- Gi gi ng trong ñ t
-Gi gi ng trên silicagen
-Gi gi ng trên các lo i h t ngũ c c (lúa, ngô, kê..)
-Gi gi ng trên gi y l c
-Gi gi ng trên các mi ng gelatin
-Gi gi ng b ng phương pháp l nh đơng
-Gi gi ng b ng phương pháp đơng khơ
2.2 Dinh dư ng và môi trư ng nuôi c y vi sinh v t
2.2.1 Quá trình và nhu c u dinh dư ng t bào vi sinh v t
Trong quá trình s ng t bào vi sinh v t không ng ng trao ñ i ch t v i
môi trư ng xung quanh. T bào vi sinh v t tuy r t nh nhưng vì h p thu các
ch t dinh dư ng và th i các s n ph m trao ñ i ch t qua toàn b b m t t bào
cho nên cư ng ñ trao ñ i ch t c a chúng là r t l n. Các ch t dinh dư ng qua
màng vào t bào và ñư c chuy n hố đ t o thành nh ng ch t riêng bi t c n


thi t cho vi c xây d ng t bào. Nh q trình đ ng hố các t bào m i có th
sinh trư ng, phát tri n tăng sinh kh i, ñ ng th i sinh ra các s n ph m trao ñ i
ch t.
S bi n ñ i các ch t dinh dư ng bao g m nhi u ph n ng hoá sinh khác
nhau nh h enzym theo con ñư ng trao ñ i ch t ñ :
1. T o ra nh ng ch t có trong thành ph n c a t bào
2. S n ra năng lư ng sinh h c c n thi t cho ho t ñ ng s ng
Nh ng ch t dinh dư ng khi ñã là nh ng h p ch t có phân t nh có th
đi qua màng t bào vi sinh v t và tham gia vào 2 loai ph n ng:
- Bi n ñ i d hoá làm xu t hi n nh ng s n ph m có c u trúc đơn gi n
hơn. Nh ng bi n đ i d hố này cung c p cho vi sinh v t năng lư ng chuy n

hoá d ng ATP ho c nh ng h p ch t giàu năng lư ng khác. M t s nh ng s n
ph m d hoá th i ñi, m t s khác làm v t li u ho c làm ti n ch t cho các ph n
ng đ ng hố.
- Bi n đ i đ ng hố, đ m b o s t ng h p c a thành ph n m i có c u
trúc ph c t p hơn và phân t lư ng cao hơn - g i là quá trình sinh t ng h p.
Các ch t dinh dư ng c a vi sinh v t ch y u l y môi trư ng xung
quanh. Cho nên thành ph n c a mơi trư ng dinh dư ng b o đ m cung c p các
nguyên t C, H, O, N, P, S, Ca, Fe và các nguyên t vi lư ng.
2.2.2 Môi trư ng nuôi c y vi sinh v t
2.2.2.1 Phân lo i môi trư ng
1. Phân lo i theo thành ph n có trong mơi trư ng:
+ Mơi trư ng t nhiên: có thành ph n khơng xác đ nh, ñư c ch t o t
ñ ng hay th c v t.
+ Môi trư ng t ng h p: g m nh ng ch t hoá h c tinh khi t và ñư c l y
v i n ng ñ cho trư c.
+ Môi trư ng bán t ng h p.
2. Phân lo i theo tr ng thái v t lí:
+ Mơi trư ng l ng: dùng đ tăng sinh, tích lu các s n ph m trao đ i
ch t, phát hi n các đ c tính sinh lí, sinh hố, đ gi gi ng và b o qu n nhi u
lo i vi sinh v t không phát tri n đư c trên mơi trư ng đ c.
+ Mơi trư ng đ c: dùng đ phân l p thu khu n l c r i, nghiên c u ñ nh
danh, gi gi ng, ñ m s lư ng vi sinh v t.
+ Môi trư ng x p: dùng trong công ngh vi sinh v t.
2.2.2.2 Nguyên li u dùng chu n b môi trư ng trong công ngh vi sinh v t
1. Nguyên li u cung c p ngu n cacbon
Cacbon chi m m t ph n r t l n trong t bào vi sinh v t, chính vì v y
nh ng h p ch t ch a cacbon có ý nghĩa hàng đ u trong s s ng c a vi sinh v t.
Ngu n th c ăn cacbon ch y u c a vi sinh v t là hydratcacbon. Các h p
ch t có phân t th p như m t s ñư ng thì vi sinh v t có th đ ng hố tr c ti p.

Còn các h p ch t cao phân t (tinh b t, xenlulo…) s ñư c phân hu nh các
enzyme do vi sinh v t ti t ra.
Trong các hydratcacbon thi glucose là m t ngu n cacbon v n năng đ i
v i vi sinh v t. Q trình bi n ñ i glucose trong t bào vi sinh v t có th di n ra
b ng 3 con ñư ng: chu trình Embden-Meyerhof-Parnas (EMP); pentoza;
Entner-Dondoroff. T t c ñ u d n t i t o thành axít pyruvic r i t đó đi vào các
q trình khác nhau.
Các enzym

CO2, rư u, các s n ph m k khí khác

Tinh b t  → glucose
amylaza

Qt. ngo i bào

Các enzym

CO2, H2O, các axít h u cơ và các s n ph m trao
đ i hi u khí

Ngồi ra vi sinh v t có th đ ng hố m t s các cacbuahydro:
CH3-(CH2)n-CH3 CH3-(CH2)n-CH2OH CH3-(CH2)n-CHO CH3-(CH2)n-COOH
Ankan
alkanol
alkanal
axít béo
Axetyl-CoA.

ð i v i ch t béo:
Ch t béo triglycerit axít béo palmityl-CoA

axetyl-CoA

2. Nguyên li u cung c p ngu n nitơ
Vi sinh v t c n nitơ ñ xây d ng t bào vì t t c các thành ph n quan
tr ng c a t bào đ u có ch a nitơ (protein, axít nucleic, enzym…).
Axít amin t o ra protein. Các axit amin trong t bào vi sinh v t ñư c t o
thành do q trình trao đ i cacbon và nitơ.
Nitơ trong khơng khí r t phong phú nhưng nó b n v ng v m t hố h c
và ch có các vi sinh v t c đ nh nitơ m i có kh năng đ ng hố chúng. Còn các
ngu n nitơ dùng trong lên men c a công ngh vi sinh v t là các h p ch t nitơ
vô cơ và h u cơ.
Các axit amin thư ng khơng đư c vi sinh v t s d ng tr c ti p ngay mà
ph i qua 2 lo i ph n ng: ho c kh amin ho c kh cacboxil.
Kh amin:
aza
R-CH-COOH + O2 E .deza min → R-C-COOH + NH3


NH2

O

Như v y, ch có nh ng vi sinh v t nào có kh năng kh amin m i có kh
năng s d ng axit amin. Quá trình này thư ng x y ra nh ng vùng pH=6,5 ÷
7,5.
Khi pH vùng axít thì x y ra ph n ng kh cacboxyl:

R-CH-COOH E . R-CH2-NH2 + CO2
→
NH2

(S n ph m decacboxyl c a m t s các axit amin có đ c t , ví d : t
lizin cadaverin).
Ngu n nitơ h u cơ thư ng là các h p ch t ph c t p nên ñ u tiên vi sinh
v t ph i ti t vào môi trư ng enzym proteaza đ thu phân.
Các ngu n nitơ vơ cơ
- Urê:
(NH2)2CO + H2O ureaza → 2NH3 + CO2


- HNO3:
4AH2 + HNO3
NH3 + 3H2O
AH2 - ch t kh có trong mơi trư ng.
Ho c : HNO3 HNO2 (HNO)2 NH2OH NH3
Quá trình này nh h enzym nitratreductaza
T t c các lo i vi sinh v t đ u đ ng hố đư c mu i amơn.
Nhưng đ s d ng đư c nitơ vi sinh v t ñ u ph i tách NH3.
3. Nguyên li u cung c p các ch t khoáng
* Các h p ch t photpho:
nh hư ng l n q trình trao đ i ch t c a t bào vi sinh v t. Trong t
bào vi sinh v t thư ng g p các h p ch t polyphotphat, chúng có ch c năng
tham gia v n chuy n glucose qua màng t bào
d n ñ n q trình photphoril
hố glucose.
Ngu n photpho có th là vơ cơ ho c có trong các lo i nguyên li u h u

cơ. Vi sinh v t s d ng nhanh nh t là các h p ch t photpho vơ cơ hồ tan, cịn
photpho h u cơ s d ng ít và ch m. Tuy nhiên nhu c u v photpho ph thu c
vào ch ng vi sinh v t, dư cũng nh hư ng x u.
* Các ch t khoáng khác:
Mg, Na, Fe, K, Al, Li, Rb, Mn…l y t môi trư ng dinh dư ng.
Các ch t này có ý nghĩa khác nhau đ i v i vi sinh v t: có m t s kim lo i
tham gia vào c u t o phân t ho c làm thay ñ i ho t l c enzym.
Tuy nhiên n ng ñ các ch t này cũng n m trong m t gi i h n.
4. Các ch t kích thích sinh trư ng:
- Cao ngơ
- Cao n m men
- D ch ép trái cây
5. Ch t béo trong công ngh vi sinh v t
- D u béo (l c, đ u tương, ngơ, lanh…): thư ng dùng làm c t phá b t.
- M t khác n u vi sinh v t có kh năng ti t ra enzym lypaza s phân hu
ch t béo ñ n axetyl-CoA và đ ng hố ti p.
Chú ý: khơng dùng quá nhi u d u phá b t
có th nh hư ng x u đ n
q trình lên men: đ nh t l n, t o nhũ tương c a các h t xà phòng.
6. Nư c


Trong cơng ngh vi sinh v t nư c đư c s d ng nhi u và v i nhi u m c
đích khác nhau. Ch t lư ng c a nư c có nh hư ng đ n ti n trình cơng ngh và
ch t lư ng c a s n ph m. Do đó, tuỳ vào m c ñích s d ng mà ph i b o ñ m
yêu c u v các ch tiêu ch t lư ng c a nư c như: ñ c ng, ñ oxy hố, vi
sinh…
2.3 Các phương pháp lên men
Có nhi u cách ñ phân lo i các phương pháp lên men. D a vào cách n p
li u và thu h i bán thành ph m sau lên men ngư i ta chia ra lên men gián ño n,

liên t c và bán liên t c.
Lên men gián ño n th c hi n theo t ng m nên thư ng có năng su t th p
và chu kì s n xu t b kéo dài. Lên men liên t c thì ngư c l i, nguyên li u liên
t c vào và s n ph m sau lên men liên t c ñi ra. Lên men bán liên t c là hình
th c k t h p gi a hai phương pháp trên.
D a vào thành ph n ñ ng nh t hay khơng đ ng nh t c a canh trư ng
ngư i ta chia ra lên men b m t (n i), lên men b sâu (chìm) và bán r n.
Trong lên men b m t, vi sinh v t phát tri n trên b m t c a môi trư ng
nuôi c y và l y không khí t m t thống c a mơi trư ng. Phương pháp này
thư ng s d ng ñ s n xu t axit citric và m t s enzyme. Như c ñi m l n nh t
c a phương pháp này là t n kém b m t. Tuy nhiên, do đ u tư ít nên ch ng
m c nào ñó v n ñư c s d ng.
Lên men bán r n là phương pháp trung gian gi a lên men b m t và b
sâu. Hàm lư ng nư c trong môi trư ng chi m kho ng 70% ch t khơ. M t s
enzyme hi n nay đư c s n xu t theo phương pháp này. Ngư i ta c i ti n
phương pháp này b ng thi t b thùng quay nh m cung c p ñ oxy cho quá trình
lên men và th c hi n luôn khâu s y khô sau lên men. ði u khó khăn là do s
truy n nhi t kém c a các ch t đ n nên khó th c hi n t t khâu thanh trùng.
Lên men chìm là phương pháp ñư c s d ng nhi u nh t. Nó có th cho
phép ki m sốt đư c tồn b q trình lên men m t cách thu n l i, ít t n kém
m t b ng. Do h th ng khu y tr n t t nên tồn b mơi trư ng ni c y là m t
h th ng nh t.
2.4 Thu h i s n ph m
ð thu h i s n ph m ph i qua nhi u bư c. S lư ng các bư c ph thu c
vào nguyên li u ban ñ u, n ng ñ ban ñ u, s n ñ nh v m t sinh h c c a s n
ph m và m c ñ yêu c u v ñ tinh khi t c a s n ph m.
Bư c ñ u c a vi c thu h i s n ph m là tách t bào và các s n ph m
khơng hồ tan ra kh i d ch lên men b ng cách l c ho c l ng. ð trích li các s n
ph m bên trong t bào thì ph i phá v t bào b ng các phương pháp v t lí (siêu
âm, ép, l nh đơng r i tan giá…) ho c các phương pháp hố h c (x lí b ng axit,

trích li b ng axeton…) ho c b ng phương pháp sinh h c (dùng enzyme). N u
s d ng axit thì s n ph m ph i b n v ng trong môi trư ng axit.


Các s n ph m lên men có trong mơi trư ng ít thì ph i làm đ m đ c. Các
phương pháp thư ng dùng ñ tách s n ph m như: l c, ly tâm, l ng, trích li, s c
kí, cơ đ c, k t t a, k t tinh, tuy n n i, s y khô, nghi n….

CHƯƠNG III: S N XU T SINH KH I VI SINH V T
3.1 S n xu t protein ñơn bào
3.1.1 Ưu, như c ñi m c a s n xu t protein đơn bào
1. Ưu:
- Ít t n di n tích
- T c đ sinh trư ng cao: g p 100 ÷ 1000 l n so v i đ i gia súc
Ví d : đ s n xu t 1t protein c n:
+ Tr ng 4ha ñ u trong 3 tháng
+ Ni 4 con bị trong 15 ÷ 18 tháng
+ Nuôi 300m3 vi sinh v t trong 24h
- Không ph thu c vào khí h u
- Thành ph n và giá tr dinh dư ng c a sinh kh i có th đi u
ch nh b ng cách thay ñ i thành ph n môi trư ng, ñi u ki n
nu i c y ho c t o gi ng m i.
- S d ng nguyên li u s n có, r ti n.
2. Như c:
- Trong sinh kh i c a vi sinh v t ch a nhi u axít nucleic
(10 ÷ 20%) khơng có l i cho s c kho c a con ngư i.
- Protein vi sinh v t có hương v chưa cao.
3.1.2 Các yêu c u cơ b n c a vi c s n xu t protein ñơn bào
ð ñ t ñư c hi u qu kinh t cao trong vi c s n xu t sinh kh i vi sinh v t
c n ph i b o ñ m các yêu c u sau:

1. S d ng nguyên li u r ti n v i thu ho ch cao. ð ñ t ñư c năng su t
cao c n lưu ý ñ n hi u su t chuy n hoá nguyên li u c a vi sinh v t. Các d ng
nguyên li u ñư c quan tâm nhi u:
- Cacbuahydro: vi sinh v t có kh năng chuy n hố 100% ñ t o thành
sinh kh i.
- Hydratcacbon (r ñư ng, d ch ki m sunfit, xenluloza, tinh b t, c n
s a…): vi sinh v t có kh năng chuy n hố 50% v t ch t khơ này sang sinh
kh i.
2. T c đ sinh trư ng cao: nói chung t c ñ sinh trư ng c a vi sinh v t
r t l n, th i gian nhân ñôi c a chúng ng n.
Vi khu n 0,3-2 gi
N m men và t o 2-6 gi
N m s i kho ng 10 gi


Các s n ph m lên men có trong mơi trư ng ít thì ph i làm đ m đ c. Các
phương pháp thư ng dùng ñ tách s n ph m như: l c, ly tâm, l ng, trích li, s c
kí, cơ đ c, k t t a, k t tinh, tuy n n i, s y khô, nghi n….

CHƯƠNG III: S N XU T SINH KH I VI SINH V T
3.1 S n xu t protein ñơn bào
3.1.1 Ưu, như c ñi m c a s n xu t protein đơn bào
1. Ưu:
- Ít t n di n tích
- T c đ sinh trư ng cao: g p 100 ÷ 1000 l n so v i đ i gia súc
Ví d : đ s n xu t 1t protein c n:
+ Tr ng 4ha ñ u trong 3 tháng
+ Ni 4 con bị trong 15 ÷ 18 tháng
+ Nuôi 300m3 vi sinh v t trong 24h
- Không ph thu c vào khí h u

- Thành ph n và giá tr dinh dư ng c a sinh kh i có th đi u
ch nh b ng cách thay ñ i thành ph n môi trư ng, ñi u ki n
nu i c y ho c t o gi ng m i.
- S d ng nguyên li u s n có, r ti n.
2. Như c:
- Trong sinh kh i c a vi sinh v t ch a nhi u axít nucleic
(10 ÷ 20%) khơng có l i cho s c kho c a con ngư i.
- Protein vi sinh v t có hương v chưa cao.
3.1.2 Các yêu c u cơ b n c a vi c s n xu t protein ñơn bào
ð ñ t ñư c hi u qu kinh t cao trong vi c s n xu t sinh kh i vi sinh v t
c n ph i b o ñ m các yêu c u sau:
1. S d ng nguyên li u r ti n v i thu ho ch cao. ð ñ t ñư c năng su t
cao c n lưu ý ñ n hi u su t chuy n hoá nguyên li u c a vi sinh v t. Các d ng
nguyên li u ñư c quan tâm nhi u:
- Cacbuahydro: vi sinh v t có kh năng chuy n hố 100% ñ t o thành
sinh kh i.
- Hydratcacbon (r ñư ng, d ch ki m sunfit, xenluloza, tinh b t, c n
s a…): vi sinh v t có kh năng chuy n hố 50% v t ch t khơ này sang sinh
kh i.
2. T c đ sinh trư ng cao: nói chung t c ñ sinh trư ng c a vi sinh v t
r t l n, th i gian nhân ñôi c a chúng ng n.
Vi khu n 0,3-2 gi
N m men và t o 2-6 gi
N m s i kho ng 10 gi


Gà mái 500 gi
Heo 1000 gi
Trâu bò 2000 gi
Như v y trong cùng m t th i gian n u ni c y vi sinh v t đ thu nh n

sinh kh i s thu ñư c m t kh i lư ng cao hơn r t nhi u so v i các sinh v t
khác.
3. Hàm lư ng protein cao:
Hàm lư ng protein ph thu c vào ch ng và ch u nh hư ng nhi u ñi u
ki n nu i c y. Nói chung hàm lư ng protein vi sinh v t ñ t 50-60%.
4. Ch t lư ng protein cao:
ðánh giá ch t lư ng protein ngư i ta hay quan tâm ñ n hàm lư ng axit
amin không thay th . Tiêu chu n này cũng mang tính ch t lồi. Thành ph n axit
amin c a protein vi sinh v t gi ng như trong th t và s a. Protein vi sinh v t giàu
lizin nhưng các axit amin ch a lưu huỳnh l i th p.
5. Kh năng tiêu hoá c a protein:
Kh năng tiêu hoá protein vi sinh v t b h n ch b i các thành ph n nitơ
phi protein (như axít nucleic, peptit c a thành t bào). Tuy nhiên n u protein
ñư c tách kh i t bào thì kh i quan tâm. Do đó b n ch t thành t bào là tiêu
chu n ñ l a ch n vi sinh v t dùng trong s n xu t protein vi sinh v t.
6. S an tồn v đ c t :
Các vi sinh v t gây b nh ho c có ch a các thành ph n gây đ c nghi ng
thì khơng đư c dùng ñ s n xu t protein. Yêu c u hàm lư ng axít nucleic ph i
th p, hàm lư ng c a nó càng cao thì càng làm gi m giá tr c a protein. Khi tiêu
hố các axít nucleic s phân hu ti p thành các nucleotit, sau ñó l i ñư c phân
hu ti p thành ademin ho c guanin và cu i cùng thành axít uric. Trong cơ th
ngư i khơng có enzym urinaza do đó uric khơng chuy n hố ti p. S tích t
axít uric s gây nên b nh th p kh p, t o ra s i th n, s i bàng quang do đ hồ
tan th p c a axít này. Lư ng axít nucleic h p th qua dinh dư ng khơng đư c
qua 2g/ngày.
đ ng v t v n đ này khơng quan tr ng vì chúng có kh năng đ ng hố
axít uric. Ta có th làm gi m l ơng nucleic b ng nh ng bi n pháp sau:
- Gi m m nh t c ñ sinh trư ng.
- Chi t rút ARN=dung d ch NaCl 10% nóng.
- Thu phân ARN b ng ki m và tách protein hồ tan trong đó b ng k t

t a.
- Phân hu ARN b i enzym nucleaza ñưa vào ho c c a b n thân t bào.
Dùng phương pháp gây chống nhi t theo 3 bư c: đ u tiên các t bào ñư c ñun
52,5oC trong 2gi và cu i cùng 55nóng lên 68oC trong 5 giây. Sau đó
56oC trong 1h. Vi c x lí này làm bi n tính riboxom và ho t hố các
ribonucleaza. Các s n ph m thu phân ñư c tách kh i t bào, hàm lư ng


protein khơng b nh hư ng, hàm lư ng axít nucleic gi m t 1-2% lư ng v t
ch t khơ c a t bào.
7. Nh ng v n đ k thu t:
Vi sinh v t ph i d tách và d x lí. Các t bào l n như n m men ñư c
tách ra b ng li tâm t t hơn t bào vi khu n. Ch n các ch ng có kh năng ch u
nhi t s làm gi m chi phí cho vi c làm ngu i. Tính khơng m n c m v i s t p
nhi m là ti n ñ cho vi c làm ngu i s n xu t protein không vô trùng. Ngồi ra
ngư i ta cịn chú ý đ n kh năng đ ng hố đ ng th i nhi u ngu n cacbon khác
nhau.
3.1.3 Vi sinh v t dùng trong s n xu t protein ñơn bào
3.1.3.1 N m men
Trong các ñ i tư ng vi sinh v t ñư c s d ng ñ thu nh n protein thì
n m men là lo i đư c nghiên c u s m nh t và ñ n nay ñã ñư c áp d ng r ng
rãi trên nhi u nư c. N m men giàu protein, vitamin (nh t là nhóm B). Hàm
lư ng protein dao đ ng 40-60% kh i lư ng ch t khô. Protein c a n m men g n
gi ng protein ngu n g c ñ ng v t, ch a kho ng 20 lo i aminoacid, trong đó
đ y đ các axit amin không thay th . Thành ph n các aminoacid c a n m men
cân đ i hơn lúa mì, kém chút ít so v i s a, b t cá và s n ph m đ ng v t nói
chung.
S d ng r ng rãi: Candida, Torulopsis, Saccharomyces vì cacs lo i này
kh năng chuy n hoá các ch t cao, đa d ng và qui trình cơng ngh đơn gi n.
3.1.3.2 N m s i

Khi dùng nguyên li u là tinh b t và xenlulo thì khơng th s d ng n m
men đư c vì b n than n m men không ch a enzyme amylaza và xenlulaza, do
dó ph i dùng n m s i. N m s i có như c đi m là th i gian nhân đơi dài và hàm
lư ng protein th p (kho ng 30%). Nhưng n m s i l i có ưu đi m là r t d tách
sinh kh i và t o hương v ñ c bi t.
ð dùng trong th c ph m ngư i ta s d ng các lồi Morchella. Lồi này
có v ngon, phù h p cho ch bi n th c ph m. Tuy nhiên, khó khăn nh t là ni
c y Morchella r t t n kém và d b nhi m.
Hi n nay nhi u nơi s d ng h n h p gi ng Trichoderma virid và n m
men Sacch. Cerevisiae đ s n xu t protein. Ngồi ra, ngư i ta còn s d ng h n
h p Trichoderma virid v i Candida utilis ho c Endomycopsis fibuliger v i
Candida utilis.
3.1.3.3 Vi khu n
Vi khu n dùng ñ s n xu t protein ñơn bào thư ng ñư c nuôi trên
cacbuahydro. Ngư i ta thư ng s
d ng các gi ng Pseudomonas,
Flavobacterium, Mycobacterium, Nocardia. Các gi ng vi khu n này có kh
năng đ ng hố các ankal, cacbuahydro béo và thơm.


ð i v i nguyên li u là metan ngư ita s d ng các gi ng Methylomonas
methanica, Methylococens capsulatus.
3.1.3.4 Vi khu n lam và vi t o
T t c m i lồi t o có kích thư c nh bé và có th thích h p v i vi c s
d ng các phương pháp ni c y đ i v i vi sinh v t ñ u g i là vi t o. Còn vi
khu n lam trư c ñây g i là t o lam. V qui trình cơng ngh s n xu t thu sinh
kh i c a 2 lo i này v cơ b n là gi ng nhau.
Hàm lư ng protein chi m 40-60% lư ng ch t khơ, th m chí đ i v i
Spirulina cịn lên đ n 60-70%. Hàm lư ng các aminoacid c a 2 lo i này khá
cân ñ i, g n v i protein tiêu chu n.

Ngoài ra trong sinh kh i c a các loài t o còn ch a nhi u lo i vitamin: A,
B, K, pantothenic và d ng tươi còn ch a vitamin C. Spirulina ch a nhi u B12
nên dùng làm th c ph m, m ph m, TAGS (gà cho tr ng ñ , da vàng). Trong
sinh kh i vi khu n lam còn ch a kháng sinh nên b o qu n t t.
3.1.4 Qui trình cơng ngh s n xu t protein ñơn bào
3.1.4.1 S n xu t protein ñơn bào t vi sinh v t
1.Qui trình cơng ngh :
Ngun li u x lí chu n b mơi trư ng dinh dư ng
Vi sinh v t thu n khi t ni c y vi sinh v t
S n ph mhồn thi nx lítách sinh kh ilên men
2. Nguyên li u: Thư ng s d ng các lo i nguyên li u như: r ñư ng, nư c th i
c a nhà máy s a, d ch ki m sunfit, d ch th y phân g , tinh b t, dextrin,
cacbuahydro…
3. X lí: bao g m nhi u cơng đo n khác nhau ph thu c vào lo i nguyên li u
và ch ng vi sinh v t s d ng:
+ Làm s ch: (tách t p ch t, lo i b các ph n không c n thi t, làm s ch vi
sinh v t).
+ Làm nh nguyên li u
+ Thu phân nguyên li u (tinh b t, xenlulo…)
4. Chu n b mơi trư ng dinh dư ng: Ngồi cơ ch t chính là cacbon thì trong
mơi trư ng c n ph i b sung thêm các ch t dinh dư ng ngu n nitơ, photpho,
kali, magie, các nguyên t vi lư ng và các ch t sinh trư ng như cao ngơ, cao
n m men…S d ng các hố ch t ñ ñi u ch nh pH c a mơi trư ng đ n giá tr
thích h p.
5. Chu n b gi ng: Nuôi c y nhân gi ng ñ u tiên ñư c th c hi n trong phịng
thí nghi m, sau đó đư c ni c y ti p phân xư ng s n xu t. T l ti p gi ng
chuy n c p là 1:10. Th i gian nuôi m i c p kho ng 15h. Trong quá trình


nhân gi ng dùng nư c amoniac ñ gi pH và ph i s c khí vơ trùng liên t c.

Trong giai ño n này chú ý b o ñ m vi c kh trùng môi trư ng nuôi c y.
6. Lên men: Thư ng s d ng phương pháp lên men chìm và có th ti n hành
lên men gián ño n, liên t c ho c bán liên t c. Khi lên men chú ý ñi u ch nh các
y u t : to, pH, môi trư ng dinh dư ng, O2, phá b t.
7.Tách sinh kh i: Tuỳ vào đi u ki n c th mà có th s d ng các phương
pháp khác nhau ñ tách sinh kh i như l c, l ng, li tâm…
8. X lí sinh kh i: Tuỳ vào m c đích s d ng mà q trình x lí sinh kh i g m
các cơng đo n sau:
+R a
+ Chi t rút protein (lo i b t ARN b ng các phương pháp khác nhau)
+ S y: t t nh t là dùng phương pháp s y phun
3.1.4.2 S n xu t sinh kh i t o:
ð c ñi m t bào c a các lo i t o là có di p l c t nên chúng có kh năng
quang h p. Ph n ng quang h p c a t o: CO2 + 4H2O CH2O + 3H2O + O2 .
S c ñ nh và kh CO2 thành hydratcacbon c a t o theo chu trình Kalvin.
Ni t o ngồi vi c cung c p protein cịn có tác d ng tránh ñư c s làm
giàu dinh dư ng ñ i v i các thu v c do nư c th i ñư c làm s ch b ng vi
khu n gây nên (tránh tích t các ch t khống như NH4+, NO3-, PO43-…)
1. Yêu c u v t o gi ng:
- T c ñ sinh trư ng nhanh
- Năng su t quang h p cao
- Có s c ch ng ch u v i ñi u ki n ngo i c nh
- Sinh kh i có thành ph n hố h c thích h p
- T bào ln tr ng thái huy n phù, khơng dính b t vào thành b ho c
l ng xu ng ñáy.
- D tách sinh kh i (nh v t, l c)
2. Các lo i t o thư ng dùng:
- Vit o: Chlorela, Scendemus, Dunaliella
- Vi khu n lam: Spirulina
3. Công ngh nuôi :

* Qui trình cơng ngh :
Chu n b mơi trư ng c y t o gi ng
nuôi t o
thu ho ch
* Mơi trư ng: đ chu n bi mơi trư ng ni t o ngư i ta có th s d ng
nư c máy, nư c bi n, nư c th i đã qua x lí. C n b sung thêm các ch t
khống c n thi t vào mơi trư ng cho t o phát tri n.
* ði u ki n ni: t o thích h p v i mơi trư ng có pH = 8,5÷10 và nhi t
đ 20÷400C. Trong q trình ni b o đ m cung c p ñ ánh sáng và CO2.


* Thu ho ch: có th thu ho ch t o b ng cách l c, v t ho c cào. ð t n
d ng h t các ch t khống ngư i ta có th s d ng l i mơi trư ng sau khi đã
tách t o.
3.2 S n xu t n m men bánh mì:
N m men bánh mì là sinh kh i c a ch ng Sacch.cerevisiae v n cịn s ng.
3.2.1 u c u đ i v i gi ng n m men bánh mì
- Sinh s n nhanh
- Ch u đư c mơi trư ng r đư ng
- Có l c làm n b t cao: có kh năng lên men đư ng sacarose, glucese,
maltose, có ho t l c zimaza và maltaza cao.
- Ít b thay ñ i khi b o qu n.
- T bào l n ñ d tách sinh kh i.
Ho t l c zimaza và maltaza là th i gian (phút) đ sinh ra 10ml khí CO2
khi lên men dung d ch 5% ñư ng glucoza ho c maltoza b ng men ép v i t l là
2,5% so v i lư ng d ch đư ng.
3.2.2 Cơng ngh s n xu t:
1. Qui trình cơng ngh :
Chu n b môi trư ng dinh dư ng c y gi ng ni tách n m men
x lí thành ph m.

2. Chu n b môi trư ng dinh dư ng:
Ngư i ta thư ng s d ng r ñư ng ñ làm mơi trư ng ni c y n m men
bánh mì. Trư c khi pha mơi trư ng thì c n ph i x lí r đư ng. R đư ng nghèo
ch t dinh dư ng, ñ c bi t là các ch t cung c p ngu n nitơ và photpho cho nên
ph i b sung. Ngồi ra, đ tăng sinh kh i nhanh trong môi trư ng c n ph i có
m t s vitamin như: biotin, inositon, axit pentotenic.v.v.
3. C y gi ng:
Gi ng ph i b o ñ m ñúng yêu c u và ñư c nuôi c y trư c cho ñ s
lư ng t bào. Q trình ni c y gi ng c n th c hi n nghiêm ng t v ch đ vơ
trùng và nhu c u dinh dư ng c a n m men.
4. Ni n m men:
M c đích c a giai ño n này là t o ñư c lư ng sinh kh i l n và có ho t
l c cao. ð n m men sinh trư ng và phát tri n t t thì trong quá trình lên men
c n chú ñ n các y u t như: nhi t đ gi trong kho ng 27÷300C; pH c a mơi
trư ng 4÷5,5; cung c p đ y đ oxy; b o ñ m n ng ñ và thành ph n các ch t
dinh dư ng theo yêu c u; n ng đ t bào n m men tích lu đư c ph i đ t m c
thích h p.
5. Thu nh n sinh kh i:
Sau khi lên men xong thì ti n hành tách sinh kh i. Có th tách sinh kh i
b ng cách l c ho c li tâm.