Sinh tổng hợp các chất hoạt động sinh học

CHƯƠNG III

Sinh tổng hợp các chất hoạt
động sinh học


Nội dung
•
•
•
•

Sản xuất protein đơn bào
Sản xuất axit amin.
Sản xuất enzyme
Nuôi trồng tảo Spirulina


SINH TỔNG HỢP PROTEIN ĐƠN
BÀO


Sản phẩm của quá trình sinh tổng hợp
• Là sinh khối vi sinh
vật chứ không phải
là chất do hoạt động
sống của chúng sinh
ra.
• Hay nói cách khác là
toàn bộ tế bào vi
sinh vật.

Protein
Hợp phần chủ yếu, quyết định toàn bộ
các đặc trưng của khẩu phần thức ăn.
Chất cấu tạo tế bào và cung cấp năng
lượng cho cơ thể
Nhu cầu 80-100g/ngày
Thiếu → suy dinh dưỡng, giảm khả năng
miễn dịch → ảnh hưởng đến hoạt động của
nhiều cơ quan chức năng như gan, tuyến
nội tiết, hệ thần kinh…
→thay đổi thành phần hoá học và cấu tạo
hình thái của xương


Vấn đề đối với nguồn protein truyền thống
 Cạn nguồn thủy sản
 Nhu cầu về protein thay đổi
 Dân số tăng

Giải quyết

•Đẩy nhanh quá trình sinh tổng hợp protein và aa để nâng cao
hàm lượng và cải thiện thành phần của các loại thực phẩm
hiện có
•Khai thác protein từ rau quả thực vật
•Mở rộng và cải thiện nền sản xuất nông nghiệp
•Tổng hợp hóa học.
•Sinh tổng hợp protein nhờ vi sinh vật là con đường quan

trọng nhất


Protein
→
Tổng hợp bằng phương pháp
hoá học
Sinh tổng hợp protein nhờ vi sinh vật
→
Tổng hợp protid, axit amin, kháng
sinh, hocmon, vitamin, enzyme từ các phế
liệu công nghiệp.
→

Ứng dụng thiết thực cho đời sống con người


Thuận lợi và khó khăn của việc sản
xuất protein đơn bào (SCP)


Thuận lợi
• Vi sinh vật rất giàu protein, chất béo không bão
hoà, chất xơ, vitamin, khoáng.
• Sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền.
• Vi sinh vật có thể sử dụng lựa chọn nguồn
carbon.
• Sử dụng hiệu quả không gian.
• Quá trình sản xuất không phụ thuộc vào thời
tiết khí hậu.

• Tốc độ sinh trưởng nhanh của vi sinh vật.


Bài tập
• Trong mẻ nuôi, vi sinh vật sinh trưởng theo
cấp số mũ, số lượng vi sinh vật sinh ra từ 1 tế
bào sinh vật là 2n, trong đó n là số thế hệ.
• Qua 1 thế hệ, số lượng vi sinh vật là 21, 2 thế
hệ 22, 3 thế hệ là 23.


Bài tập
• 1 tế bào vi khuẩn với thời gian nhân đôi (thời gian tạo ra 1 thế
hệ tiếp theo) là 1 giờ, và sinh trưởng theo cấp số mũ. Vậy có bao
nhiêu vi sinh vật sinh ra sau 48 giờ?
• Một tế bào vi khuẩn có trọng lượng khô là 10-10g, vậy trọng
lượng khô của toàn vi khuẩn sinh ra là bao nhiêu?
• Các tế bào vi khuẩn này chứa 50 % protein. Lượng protein tạo
thành là bao nhiêu?
• Một người trung bình nhu cầu hằng ngày là 70 g protein. Với
lượng protein từ tế bào vi khuẩn này thì đủ cho một người dùng
trong bao nhiêu lâu?
• Lập lại phép tính tương tự với lượng protein tạo ra sau 72 giờ.


Khuyết điểm - Bất lợi
• Dinh dưỡng


Khuyết điểm - Bất lợi

• Tính chất cảm quan


Khuyết điểm - Bất lợi
• Ảnh hưởng bất lợi


Khuyết điểm - Bất lợi

• Giá cả


Khuyết điểm - Bất lợi
• An toàn


Bài tập
• Giả sử theo khuyến cáo mỗi người nạp vào cơ thể
lượng acid nucleic < 2g/ ngày
– Nếu SCP có chứa hàm lượng acid nucleic là 15 %.
Hỏi lượng tiêu thụ bao nhiêu SCP /ngày để có thể
an toàn cho người?
– Nếu SCP chứa 50 % protein. Vậy thì lượng trên đáp
ứng được bao nhiêu phần trăm nhu cầu sử dụng
protein (70 gram) hằng ngày / người?


Khuyết điểm - Bất lợi

Yêu cầu cơ bản của việc sản xuất
protein đơn bào
• Sử dụng nguyên liệu rẻ tiền
– Carbohydrate ( rỉ đường, cellulose, tinh bột, cặn sữa).
– Hydrocarbua ( parafin, methane, hoá chất từ dầu hỏa như methanol).

• Tốc độ sinh trưởng
– Thời gian nhân đôi rất ngắn.
– Vi khuẩn: 0.3-2 giờ, nấm men và tảo 2-6 giờ.
– Gà mái 500 giờ, heo 1000 giờ
→ đảm bảo về tính kinh tế.

• Hàm lượng protein cao
– Vi sinh vật đơn bào: hàm lượng protein 50-60% chất khô.
– Có tính đặc hiệu loài và điều kiện nuôi


• Chất lượng protein cao
– Hàm lượng aa không thay thế qui định chất lượng protein.
– Có tính đặc hiệu loài
– Hàm lượng aa cao như trong protein thịt, sữa và rất giàu
lysine.

• Khả năng tiêu hoá cao của protein
– Khả năng được tiêu hoá của protein vi sinh vật bi hạn chế
bởi:
• Các thành phần nitơ phi protein (acid nucleic, peptid của thành tế
bào).
• Sự bao bọc protein bằng thành tế bào của vi sinh vật rất khó cho
các enzyme tiêu hoá đi qua.

– Bản chất thành tế bào là tiêu chuẩn cho việc lựa chọn vi
sinh vật thích hợp.


• An toàn về độc tố
– Vi sinh vật gây bệnh và các cơ thể chứa những thành phần
độc hoặc nghi ngờ về sinh lý dinh dưỡng ở dạng khó tách
riêng thì không được dùng để sản xuất protein đơn bào.
– Hàm lượng axit nucleic phải thấp, nếu cao làm giảm giá trị
protein

• Thuận tiện về kỹ thuật
– Phải dễ tách và dễ xử lý.
– Vi sinh vật tăng trưởng tốt ở mật độ cao →đạt được năng
suất cao.
– Khả năng sinh trưởng tốt ở nhiệt độ cao.
– Không mẫn cảm với sự tạp nhiễm


Vi sinh vật trong sản xuất
•
•
•
•

Nấm men
Nấm sợi
Vi khuẩn
Vi khuẩn lam và vi tảo

Nấm men
• Được nghiên cứu sớm nhất và đến nay đã ứng dụng
rộng rãi trên nhiều nước.
• Giàu protein, vitamin (nhất là nhóm B).
• Hàm lượng protein dao động 40-60% khối lượng
chất khô.
• Protein của nấm men gần giống protein nguồn gốc
động vật, chứa khoảng 20 loại aminoacid, trong đó
đầy đủ các axit amin không thay thế.
• Sử dụng rộng rãi: Candida, Torulopsis,
Saccharomyces.


Nấm sợi
• Thời gian nhân đôi dài và hàm lượng protein
thấp (khoảng 30%).
• Rất dễ tách sinh khối và tạo hương vị đặc biệt.
• Dùng trong thực phẩm: loài Morchella.
• Sử dụng hỗn hợp giống Trichoderma virid và
nấm men Sacch.Cerevisiae để sản xuất
protein.


Vi khuẩn
• Vi khuẩn dùng để sản xuất protein đơn bào thường
được nuôi trên carbuahydro.
• Thường sử dụng các giống Pseudomonas,
Mycobacterium…..

• Các giống này có khả năng đồng hóa các ankal,
carbuahydro béo và thơm.
• Methylomonas methanica, Methylococens
capsulatus: nguyên liệu metan.