TÌM HIỂU VỀ MÔI TRƯỜNG LÊN MEN

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

1


DANH SÁCH NHÓM 3

2


BỐ CỤC

MỞ ĐẦU

NỘI DUNG

KẾT LUẬN

3


PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Lên men là quá trình chuyển hóa cacbonhydrat và một số hợp chất hữu cơ khác thành chất mới dưới
tác dụng của enzym do vi sinh vật gây ra. Tuy nhiên, trong thực tế ta chưa hiểu rõ được các đặc tính
biến đổi của các vi sinh vật do mơi trường gây ra. Vì vậy việc tìm hiểu về mơi trường lên men là một
vấn đề cần thiết.
1.2. Mục đích

Tìm hiểu về dinh dưỡng cơ bản và cần thiết cho quá trình lên men của vi sinh vật để thuận lợi cho
tiến hành quá trình lên men.
1.3. Yêu cầu
- Tìm hiểu chung về dinh dưỡng cơ bản và thiết yếu của vi sinh vật.
- Tìm hiểu về một số thành phần của mơi trường lên men.
- Tìm hiểu về mơi trường lên men tiêu biểu.

4


PHẦN HAI: NỘI DUNG
2.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật
2.1.1 Thành phần dinh dưỡng ở tế bào vi sinh vật



Chất dinh dưỡng vi sinh vật là nguyên liệu cung cấp cho các quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào và các
quá trình trao đổi năng lượng ở vi sinh vật.



Thành phần dinh dưỡng của tế bào vi sinh vật được xây dưng từ các nguyên tố đa lượng như C, H,O, N và các ngun tố
khống đa lượng và vi lượng.



Trong điều kiện ni cấy khác nhau ứng với các giai đoạn phát triển khác nhau,lượng ngun tố trong cùng một lồi cũng
khơng giống nhau.
Bảng 2.1: lượng chứa trung bình các loại nguyên tố chủ yếu trong tế bào một số nhóm vi sinh vật (% trọng lượng khô)

Nguyên tố

Vi khuẩn

Nấm men

Nấm sợi

C

~50

~50

~48

H

~8

~7

~7

O

~20

~31

~40

N

~15

~12

~5

P

~3

-

-

S

~1

-

5


PHẦN HAI: NỘI DUNG
2.1. Dinh dưỡng của vi sinh vật
2.1.2. Quá trình dinh dưỡng ở tế bào vi sinh vật

Trao đổi chất là tất cả các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào hoặc trong cơ thể. Nó gồm hai q trình: đồng hóa và
dị hóa.
Bảng 2.2 Các loại hình dinh dưỡng của vi sinh vật
- Nguồn C (Carbon sources)
      +Tự dưỡng (autotroph)   
+Dị dưỡng (heterotroph) 

 
CO2 là nguồn C duy nhất hay chủ yếu
Nguồn C là chất hữu cơ

-Nguồn năng lượng (Energy sources)

 

      +Dinh dưỡng quang năng

Nguồn năng lượng là ánh sáng 
 

       (phototroph)   
Nguồn năng lượng là năng lượng hóa
      +Dinh dưỡng hố năng
học giải phỏng ra từ sự oxy hoá hợp
       (chemotroph)  
Nguồn điện tử (Electron sources)

 
Dùng các phân tử vô cơ dạng khử để cung cấp điện tử

      + Dinh dưỡng vô cơ    
       (lithotroph)   
Dùng các phân tử hữu cơ để cung cấp
   + Dinh dưỡng hữu cơ
điện tử  
       (organotroph) 

6


PHẦN HAI: NỘI DUNG
2.1. Dinh dưỡng của vi sinh vật
2.1.3. Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật

‒

Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng có ý nghĩa rất lớn trong q trình ni cấy và nghiên cứu các
chủng vi sinh vật.

‒

Tự dưỡng là những vi sinh vật không cần các nhân tố sinh trưởng và chúng cần những yếu tố của môi
trường nuôi cấy là đủ.

‒

Khuyết dưỡng (Dị dưỡng) lànhững vi sinh vật đòi hỏi các chất hữu cơ nhất đinh cần cho sự sinh trưởng
của chúng.



Một số nhân tố sinh trưởng bao gồm:
+ Các vitamin không phải là thành phần, không phải là protein của nhiều enzyme
+ Các axit amin cho sinh tổng hợp protein như các gốc kiềm purin, pirimidi
+ Các axit nucleic để tổng hợp AND và ARN

7


PHẦN HAI: NỘI DUNG
Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng đa lượng, vi lượng, nguồn gốc và chức năng đối với tế bào vi sinh vật.

Nguyên tố

% Khối lượng khô (*)

Nguồn gốc

Chức năng

Thức ăn đa lượng
Cacbon

50

Hợp chất hứu cơ hoặc CO2

Oxy

20

H2O, hợp chất hữu cơ, CO2 và O2

Xây dựng thành phần cật chất cơ bản của tế bào.

Xây dựng nên vật chất và nước trong tế bào, O2 là chất nhận điện tử
trong hơ hấp hiếu khí

Nito

14

NH3, NO3, hợp chất hữu cơ,N2

Xây dựng nên axit amin, nucleotit của các axit nucleic và coenzyme

Hydro

8

H2O, hợp chất hữu cơ, H2

Xây dựng nên các hợp chất hữu cơ, tham gia vào quá trình sinh năng
lượng như các proton

Photpho

3

Photphat vô cơ (PO4)

Xây dựng nên các axit nucleic, nucleotit, photpholipit, LPS, axit
teichoic

Thức ăn vi lượng
Lưu huỳnh

1

SO4, H2S, SO, hợp chất hữu cơ chứa lưu

Xây dựng nên xystein, methionin, glutathion và nhiều coenzyme

huỳnh.
Kali

1

Muối kali

Xây dựng nên các cation vô cơ của tế bào và là cofacto cho các
enzyme

Magie

0.5

Muối magie

Dạng cation vô cơ của tế bào, cofacto cho nhiều phản ứng enzyme

Canxi

0.5

Muối canxi

Cation vô cơ là cofacto cho nhiều enzym và là cấu phần của nội bào
tử

Sắt

0.2

Muối sắt

Cấu phần của xitocrom và các protein khác và cũng là cofactor
cho
8
một số phẩn ứng enzym


PHẦN HAI: NỘI DUNG
2.2. Các thành phần của môi trường lên men

9


PHẦN HAI: NỘI DUNG
Yêu cầu đối với môi trường lên men

Đối với dưỡng chất: đầy đủ, cân đối, hài hòa, dễ hấp thụ, chuyển hóa

Cần có tính cơng nghệ cao: dễ tìm, dễ vận chuyển, dễ bảo quản, dễ
tiệt trùng, dễ tinh chế.

Khơng hoặc ít ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật,
sản phẩm hay quá trình xử lý sau lên men.

Giá thành hợp lý.
10


PHẦN HAI: NỘI DUNG
Thành phần môi trường

Thành phần
của môi trường
lên men

11


Nguồn C chủ yếu được vi sinh vật sử dụng gồm có đường, acid hữu cơ, rượu,
lipid, hydrocarbon,CO2, carbonat...

 Chức năng
 Nguồn cacbon là nguồn ngun liệu chính cho mơi trường lên men
 nguồn C trong các quá trình phản ứng sinh hoá sinh ra trong tế bào nguồn năng lượng cần thiết
cho hoạt động sống của vi sinh vật

 Một số vi sinh vật dùng CO2 làm nguồn C duy nhất hay chủ yếu để sinh trưởng, khi đó nguồn C
không phải là nguồn sinh năng lượng.

12


Bảng 2.4: Nguồn C được vi sinh vật sử dụng

Nguồn C
Đường

Các dạng hợp chất
glucose, fructose, maltose, saccharose, tinh bột, galactose, lactose, mannite,

cellobiose,

cellulose, hemicellulose, chitin...

Acid hữu cơ

acid lactic, acid citric, acid fumaric, acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp, aminoacid...

Rượu

ethanol

Lipid

lipid, phospholipid

Hydrocarbon

Carbonate
Các nguồn C khác

khí thiên nhiên, dầu thơ, dầu paraffin

NaHCO3, CaCO3, đá phấn
Hợp chất nhóm thơm, cyanide, protein, pepton, acid nucleic...
13


nitơ sử dụng trong công nghệ lên men chủ yếu là hợp chất vô cơ và hữu cơ,
thường dung các loại muối amon, nitrat hay ure làm nguồn cung cấp chính.

 Chức năng
 Vi sinh vật cần nitơ để xây dựng tế bào vì tất cả các thành phần trong tế bào đều có chứa nitơ
 Loại N tốc hiệu là có lợi cho sự sinh trưởng của vi sinh vật, cịn loại trì hiệu lại có lợi cho sự hình thành các
sản phẩm trao đổi chất



Nguồn N thường được vi sinh vật sử dụng là protein và các sản phẩm phân huỷ của protein ( peptone,
peptide, aminoacid...), muối ammone, nitrate, N phân tử (N2), purine, pyrimidine, urea, amine, amide,
cyanide...

14

Bảng 2.5: Nguồn N được vi sinh vật sử dụng

 
Nguồn N
Protein và các sản
phẩm phân giải của

Các dạng hợp chất
peptone, peptide, aminoacid... (một số vi sinh vật tiết men proteinase phân giải protein thành
các hợp chất phân tử nhỏ hơn rồi mới hấp thu được vào tế bào)

protein
Ammone và muối
ammone

NH3, (NH4)2SO4,... (dễ được hấp thu)

Nitrate

KNO3 (dễ được hấp thu)

N phân tử

N2 (với vi sinh vật cố định N)
purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (chỉ một số nhóm vi sinh vật mới có thể đồng

Các nguồn N khác

hoá được)
15

Nguồn muối vô

Các muối vô cơ là nguồn chất dinh dưỡng không thể thiếu đối với sự sinh

cơ

trưởng của vi sinh vật

 Chức năng
 Tham gia vào thành phần của các trung tâm hoạt tính ở các enzyme của vi sinh vật
 Duy trì tính ổn định của kết cấu cá đại phân tử và tế bào
 Điều tiết và duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu của tế bào
 Khống chế điện thế oxy hoá khử của tế bào và là nguồn vật chất sinh năng lượng đối với
một số loài vi sinh vật

16


coenzyme hay cofactor của các enzyme tham gia vào quá trình trao đổi chất
Vitamin

Bảng 2.6: Chức năng của một số vitamin thơng thường đối với vi sinh vật
Vitamin

Chức năng

 

-Carboxyl hóa (cố định CO2)

Biotin (H)

-Trao đổi chất một carbon

 

-Sắp xếp lại phân tử

Vitamin B12

-Nhóm mang methyl trong trao đổi chất một carbon

Acid folic

-Trao đổi chất một carbon

Acid lipoic

-Chuyển nhóm acyl

Acid pantotenic

-Tiền thể của CoA (oxy hóa pyruvat, trao đổi axit béo)

Pyridoxin   (B6)

-Trao đổi acid amin

 

-Tiền thể của NAD, NADP

Niacin
 

-Tiền thể của FAD, FMN

Riboflavin (B2)
Thiamin (B1)

-Chuyển nhóm aldehyd (khử carboxyl pyruvat, oxy hóa acid α-keto)

17


Thành phần công nghệ

Chất đệm: giữ cho pH của môi trường lên men được ổn định ; thường

dùng CaCO3 hoặc các

muối phốt phát.

 Chất chống tạo bọt: silicon, polyether, các loại dầu thực vật có thể dùng cho mục đích này.
 Chất tạo phức : ngăn ngừa sự kết tủa của các ion kim loại, đặc biệt là khi tiệt trùng. Ta có thể
dùng axit xitric, các poly phốt phát, etylendiamn tetraaxetic (EDTA).

 Các chất định hướng: làm quá trình lên men chuyển biến theo một chiều hường phù hợp với

mục đích sản xuất.

 Các chất cảm ứng: để thúc đẩy tiến trình lên men tạo ra một sản phẩm nào đó; thí dụ dùng
tinh bột để sản xuất amylaz, dùng pectin để sản xuất pectinaz.

 Các chất xúc tiến: dùng để rút ngắn thời gian của pha tiềm phát (pha lag), qua đó làm tăng
năng suất của thiết bị.

18


PHẦN HAI: NỘI DUNG
2.3. Các loại môi trường

19


2.3. Các loại mơi trường
Ưu điểm

Nhược điểm

Ví dụ

Mơi trường

Chứa nhiều chất hữu cơ , vơ cơ tan trong

Khơng biết chính xác thành phần dinh

môi trường Cao thịt-Pepton,

tự nhiên

nước đáp ứng nhu cầu về sự phát triển

dưỡng

môi trường Mạch nha, môi

của vi khuẩn

Thành phần dinh dưỡng của những lần

trường LB (Luria-Bertani)

Dễ chuẩn bị, rẻ tiền, sử dụng cho nhiều

chuẩn bị khác nhau sẽ khác nhau

mục đích nghiên cứu vi khuẩn

Mơi trường

Biết rõ ràng thành phần dinh dưỡng

Đắt tiền, chuẩn bị phức tạp, chỉ sử

môi trường MacConkey, Vinson

tổng hợp

Phù hợp với mục đích ni cấy từng loại

dụng cho từng lồi vi khuẩn thích hợp

Blai, SS (Salmonella-Shigella),

vi khuẩn khi biết rõ nhu cầu dinh dưỡng

Trường hợp vi khuẩn chưa xác định,

KAI (Kligler -Iron-Agar),...

của chúng

không thể nuôi cấy trên môi trường
này một cách bảo đảm

Môi trường

khắc phục được những nhược điểm của

môi trường gồm: nước chiết

bán tổng

cả hai môi trường trên

thịt và gan: 30g/l; glucose:

hợp

2g/l; thạch: 6g/l; nước cất: 1g/l
20


Ví dụ về các mơi trường tương ứng với từng loại vi sinh vật

Escherichia
coli

Mơi trường Gause thích hợp cho Xạ khuẩn với thành phần như sau
(g/l): Tinh bột tan - 20; KNO3 - 1; NaCl - 0,5; K2HPO4.3H2O- 0,5;
K2HPO4.3H2O- 0,5; FeSO4.7H2O- 0,01, pH: 7,2-7,4; khử trùng ở 1210C
trong 21 phút.
21


Ví dụ về các mơi trường tương ứng với từng loại vi sinh vật

Vi tảo Euglena

Môi trường tổng hợp dùng để nuôi cấy vi tảo Euglena: acid glutamic-6g; acid aspartic4g; Glycine-5g; Sacchaose-30g; Acid malic-1,04g; Acid boric-1,14mg; Thiamine HCl12mg; KH2PO4- 0,6g; MgSO4-0,8g; CaCO3-0,16g; (NH4)2CO3- 0,72g; FeCl3-60mg;
ZnSO4- 40mg; MnSO4-6mg; CuSO4- 0,62mg; CoSO4- 5mg ; (NH4)2MoO4- 1,34mg;
Nước 1000ml.
22


PHẦN HAI: NỘI DUNG

Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu

1. Môi trường sinh tổng hợp Amylase

2. Môi trường sản xuất Glutamic acid
( Gore et al., 1968)

( Underkotler, 1966)
Dịch thủy phân đậu nành
Dịch chiết nấm men thủy phân
Dịch thủy phân
Lactose
MgSO4.7H2O

1,85%
1,5%
0,65%
4,75%
0,04%

Dextrose
NH4H2PO4

0,05%

2g/L

(NH4)2HPO4

2g/L

K2SO4

2g/L

MgSO4.7H2O
MnSO4.H2O

Chất phá bọt

270g/L

FeSO4.7H2O
Polyglycol 2000
Biotin
Penicillin

0,5g/L
0,04g/L
0,02g/L
0,3g/L
12mg/L
11mg/L

23


PHẦN HAI: NỘI DUNG
Một số thành phần môi trường lên men tiêu biểu

3. Môi trường sản xuất Pennicillin (Perlan, 1970)
Glucose hoặc rỉ đường (feed liên tục)

4.

10%

Dịch chiết bắp

4-5%

Phenylacetic aid

0,5-0.8%

Lard oil (hoặc dầu thực vật) dùng làm chất phá bọt pH 6,5-7,5
(acid hoặc kiềm)
0.5%

Môi trường sản xuất Endotoxin từ

Baccillus thuringlensis ( Holmberg et al.,
1980)
Rỉ đường
Bột đậu nành

0-4%
2-6%

KH2PO4

0,5%

K2HPO4

0,5%

MgSO4

0,0005%

MnSO4

0,003%

FeSO4

0,001%

CaCl2

0,005%

Na(NH4)2PO4.4H2O

0,15%

24

PHẦN BA: KẾT LUẬN

- Môi trường lên men là điều kiện cần thiết cho vi sinh vật phát triển. Dinh dưỡng đối với
vi sinh vật là rất quan trọng.
- Một môi trường lên men cơ bản gồm cơ chất, dưỡng chất, chất mang và chất phụ gia.
Thành phần môi trường gồm nguồn C, nguồn N, muối vô cơ, vitamin và thành phần
cơng nghệ. Khi có mơi trường lên men tốt và đạt yêu cầu thì mới thu được các sản phẩm
mong muốn với độ tinh khiết và năng suất cao nhất.
- Việc tìm hiểu về một thành phần một số môi trường lên men tiêu biểu sẽ tạo điều
kiện cho sự phát triển trong việc tối ưu hóa mơi trường lên men của vi sinh vật.

25