Nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh hiện đại để sản xuất chế phẩm giàu axit amin và enzym từ nguồn thứ phẩm nông nghiệp và thuỷ hải sản ở qui mô bán công nghiệp

bé khoa häc vµ c«ng nghÖ

viÖn n«ng nghiÖp vµ c«ng nghÖ sau thu ho¹ch

b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp nhµ n−íc

nghiªn cøu ¸p dông c«ng nghÖ vi sinh

hiÖn ®¹i ®Ó s¶n xuÊt chÕ phÈm axit amin

vµ enzym tõ nguån thø phÈm n«ng nghiÖp

vµ h¶i s¶n ë quy m« b¸n c«ng nghiÖp

m∙ sè: kc.04.20

chñ nhiÖm ®Ò tµi: pgs.ts nguyÔn thïy ch©u

5980

23/8/2006

hµ néi - 2006

1

Danh s¸ch nh÷ng ng−êi tham gia thùc hiÖn ®Ò tµi

Chñ nhiÖm ®Ò tµi: PGS. TS. NguyÔn Thïy Ch©u1

1/ §Ò tµi nh¸nh: “Sö dông kü thuËt hiÖn ®¹i trong chän t¹o c¸c chñng gièng vi sinh vËt”

PGS. TS. NguyÔn Thïy Ch©u1

, chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

TS. §inh Duy Kh¸ng5

NCS. §ç thÞ Ngäc HuyÒn1

Th.S. Vò Kim Thoa1

KS. NguyÔn Ngäc HuyÒn1

CN. NguyÔn ThÞ H−¬ng Trµ1

Th.S. Bïi ThÞ H−¬ng1

2/ §Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit amin L-lysin”

PGS. TS. NguyÔn Thïy Ch©u1

, chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

Th.S. Vò Kim Thoa1

KS. NguyÔn Ngäc HuyÒn1

KS. TrÇn V¨n Tu©n

3/ §Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit amin L-methionin”

Th.S. Bïi ThÞ H−¬ng1

, chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

CN. Vò ThÞ H−¬ng1

CN. NguyÔn TuÊn1

KS. §ç Minh Trung1

4/ §Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt enzym phytaza”

NCS. §ç ThÞ Ngäc HuyÒn1

, Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

CN. NguyÔn ThÞ Hång Hµ1

KS. Lª Thiªn Minh1

CN. §ç TÊt Thñy1

5/ §Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt enzym pectinaza”

KS. Tr−¬ng Thanh B×nh1

, Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

PGS. TS. NguyÔn Thïy Ch©u1

, ®ång chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

CN. Lª Thanh H−¬ng1

2

CN. NguyÔn Ngäc Linh1

CN. §ç ThÞ Thu HiÒn1

6/ §Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt enzym mananaza”

PGS. TS. §Æng ThÞ Thu2

, Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

NCS. §ç Biªn C−¬ng2

KS. Phïng ThÞ Thñy2

7/§Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÞt qu¶ cµ phª lªn men lµm thøc ¨n

gia sóc”

CN. NguyÔn ThÞ H−¬ng Trµ1

, Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

PGS. TS. NguyÔn Thïy Ch©u1

, ®ång chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

KS. Ng« TÊt Trung1

CN. §ç TÊt Thñy1

KS. L©m Tó Minh1

8/ §Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ lªn men lactic c¸c phÕ phô phÈm cña t«m

b»ng c¸c chñng vi khuÈn Lactobacillus lµm thøc ¨n ch¨n nu«i”

GS. Lª V¨n LiÔn3

, Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

KS. Ph¹m Ngäc UyÓn3

KS. Ph¹m ThÞ Thµnh3

KS. Ph¹m ThÞ Thoa3

9/ §Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ lªn men b· døa b»ng vi khuÈn Lactobacillus

lµm thøc ¨n cho bß s÷a”

ThS. NguyÔn Giang Phóc3

, Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

CN. Bïi ThÞ Thu HuyÒn3

CN. NguyÔn Thµnh Long3

KS. NguyÔn V¨n Dòng3

KS. V−¬ng TuÊn Thôc3

KS. NguyÔn V¨n Lý3

CN. NguyÔn §×nh Phóc3

CN. NguyÔn V¨n Ph−¬ng3

3

10/§Ò tµi nh¸nh: “Nghiªn cøu c«ng nghÖ lªn men men lactic c¸c phÕ phô phÈm cña

c¸ b»ng vi khuÈn Lactobacillus lµm thøc ¨n ch¨n nu«i”

KS. L−¬ng V¨n ChÝnh4

, Chñ nhiÖm ®Ò tµi nh¸nh

CN. TrÇn Kh¸nh V©n4

KS. Lª V¨n Huyªn4

1

: ViÖn C¬ ®iÖn N«ng nghiÖp vµ c«ng nghÖ sau thu ho¹ch

2

: ViÖn C«ng nghÖ sinh häc- C«ng nghÖ Thùc phÈm, Trưêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi

3

: ViÖn Ch¨n nu«i Quèc Gia

4

: ViÖn Di truyÒn N«ng nghiÖp

5

: ViÖn C«ng nghÖ Sinh häc- Trung t©m Khoa häc Tù nhiªn vµ C«ng nghÖ Quèc gia

4

PhÇn I: Më ®Çu

Tõ nhiÒu n¨m nay viÖc tËn dông c¸c phÕ phô phÈm n«ng nghiÖp vµ sö dông chóng

mét c¸ch cã hiÖu qu¶ ®a ®−îc c¸c nhµ khoa häc vµ c«ng nghÖ trªn thÕ giíi hÕt søc quan

t©m ®i s©u nghiªn cøu vµ ®· ®¹t ®−îc rÊt nhiÒu thµnh tùu trong vÊn ®Ò nµy. C«ng nghÖ

sinh häc ®ãng mét vai trß hªt søc quan träng trong viÖc tËn dông c¸c phÕ phô phÈm n«ng

nghiÖp ®Ó t¹o ra c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ kinh tÕ vµ gi¸ trÞ dinh d−ìng cao nh»m sö dông

chóng mét c¸ch cã hiÖu qu¶, tr¸nh t×nh tr¹ng l·ng phÝ vµ g©y « nhiÔm m«i tr−êng.

Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, nhê chÝnh s¸ch ®æi míi cña §¶ng vµ nhµ n−íc, ngµnh

n«ng nghiÖp n−íc ta ®· cã nh÷ng b−íc tiÕn bé râ rÖt. S¶n l−îng l−¬ng thùc còng nh− c¸c

n«ng s¶n kh¸c ®· t¨ng mét c¸ch ®¸ng kÓ. S¶n l−îng lóa g¹o ®¹t gÇn 34 triÖu tÊn, ®−êng

®¹t gÇn 1 triÖu tÊn, dõa 500.000 tÊn, s¶n l−îng døa lµ 50 triÖu tÊn. Cµ phª ®¹t 500.000 tÊn.

S¶n l−îng c¸c n«ng s¶n nµy t¨ng kÐo theo s¶n l−îng c¸c phÕ phô phÈm cña chóng còng

t¨ng theo. Cô thÓ: s¶n l−îng c¸m g¹o trong n¨m 1999- 2000 lµ 1.7 triÖu tÊn, l−îng c¸m m×

lµ 150 ngh×n tÊn, thÞt qu¶ cµ phª kho¶ng 1,5 triÖu tÊn, rØ ®−êng 450 ngh×n tÊn, b· døa 10

triÖu tÊn, b· døa sau Ðp 200000 tÊn, phÕ phô phÈm thuû h¶i s¶n kho¶ng 500 ngh×n tÊn.

Do ch−a cã biÖn ph¸p tËn dông mét c¸ch khoa häc thÞt qu¶ cµ phª, b· døa ®· g©y «

nhiÔm m«i tr−êng vµ trë thµnh nçi nhøc nhèi cña ng−êi d©n vïng chÕ biÕn c¸c n«ng s¶n

nµy. ViÖc nghiªn cøu vµ triÓn khai c¸c c«ng nghÖ sinh häc ®Ó tËn dông c¸c phÕ phô phÈm

nµy nh»m t¹o ra c¸c s¶n phÈm dinh d−ìng cao vµ cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao phôc vô chÕ biÕn

thùc phÈm vµ ch¨n nu«i lµ mét vÊn ®Ò cÊp thiÕt cña ngµnh n«ng nghiÖp còng nh− cña c¸c

c¸n bé lµm c«ng t¸c nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ sinh häc ViÖt Nam.

Thùc tÕ cho thÊy rØ ®−êng ë n−íc ta hiÖn nay chñ yÕu míi chØ ®−îc sö dông ®Ó s¶n

xuÊt cån. Trong khi ®ã, cã rÊt nhiÒu s¶n phÈm cã thÓ s¶n xuÊt ®−îc tõ rØ ®−êng ®Ó ®¸p øng

nhu cÇu cuéc sèng cña nh©n d©n ta song vÉn ch−a triÓn khai ®−îc. §Æc biÖt c¸c axit amin

nh− Lysin, Methionine lµ nh÷ng chÊt cã thÓ s¶n xuÊt tõ rØ ®−êng nh−ng ta vÉn ph¶i nhËp

ngo¹i víi sè l−îng vµi tr¨m tÊn/n¨m trÞ gi¸ nhiÒu chôc tØ ®ång. V× vËy, viÖc nghiªn cøu

c«ng nghÖ s¶n xuÊt c¸c axit amin lysine, methionine lµ rÊt cÇn thiÕt ®Ó ®a d¹ng ho¸ c¸c

s¶n phÈm sau ®−êng vµ ph¸t triÓn ch¨n nu«i, d−îc phÈm.

HiÖn nay trong thùc tÕ c¸m g¹o, c¸m m× chñ yÕu ®−îc lµm thøc ¨n gia sóc vµ hÇu

nh− ch−a cã s¶n phÈm sinh häc nµo cã gi¸ trÞ ®−îc t¹o ra tõ nguån c¸m g¹o vµ c¸m m×.

5

Ngµnh cµ phª ViÖt Nam cã tèc ®é ph¸t triÓn nhanh v−ît bËc so víi 20 n¨m tr−íc ®©y, diÖn

tÝch cµ phª ®· t¨ng 25 lÇn, s¶n l−îng t¨ng 100 lÇn, cã nghÜa lµ n¨ng suÊt ®· t¨ng 4 lÇn, tØ lÖ

vá thÞt qu¶ chiÕm kho¶ng 45% träng l−îng qu¶, trong khi ®ã c«ng nghÖ sau thu ho¹ch

kh«ng ®¸p øng kÞp, g©y nªn nh÷ng tæn thÊt nÆng nÒ vµ g©y « nhiÔm m«i tr−êng.

Víi nguån phÕ liÖu thuû h¶i s¶n rÊt lín vµ ®a d¹ng, bao gåm c¸ kÐm chÊt l−îng,

®Çu vµ vá t«m, c¸c phô t¹ng, ®Çu, x−¬ng, v©y cña c¸ t¹o ra tõ c¸c xÝ nghiÖp ®¸nh b¾t vµ

chÕ biÕn xuÊt khÈu thuû s¶n. Nguån nguyªn liÖu nµy rÊt dÔ dµng vµ nhanh chãng bÞ thèi

háng do t¸c ®éng cña khu hÖ vi sinh vËt ®a d¹ng trong ®iÒu kiÖn khÝ hËu n−íc ta. §©y thùc

sù lµ mét vÊn ®Ò kh«ng nh÷ng lµm mÊt ®i mét nguån protein lín mµ con g©y « nhiÔm m«i

tr−êng nghiªm träng.

Ở n−íc ta l−îng b· c¬m dõa sau Ðp hµng n¨m lªn tíi vµi tr¨m ngh×n tÊn vµ hiÖn

nay chØ ®−îc sö dông lµm ph©n bãn, v× vËy hiÖu qu¶ sö dông ch−a cao. §Æng ThÞ Thu vµ

c¸c céng t¸c viªn ë trung t©m c«ng nghÖ sinh häc- §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ®· b−íc

®Çu tËp trung nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt enzim mananaza ®Ó n©ng cao gi¸ trÞ sö dông

b· c¬m dõa sau Ðp. §©y lµ mét lo¹i enzim cã ý nghÜa kinh tÕ cao vµ ch−a ®−îc tËp trung

nghiªn cøu s©u ë ViÖt Nam. V× vËy cÇn ®Çu t− cho vÊn ®Ò nµy cÇn ®Çu t− cho vÊn ®Ò nµy

nh»m t×m ®−îc c«ng nghÖ s¶n xuÊt enzim mananaza ë ViÖt Nam trong thêi gian tíi.

§Ò tµi “Nghiªn cøu ¸p dông c«ng nghÖ vi sinh hiÖn ®¹i ®Ó s¶n xuÊt chÕ phÈm

giµu axit amin vµ enzym tõ nguån thø phÈm n«ng nghiÖp vµ thuû h¶i s¶n ë qui m«

b¸n c«ng nghiÖp” m· sè KC-04-20 thuéc ch−¬ng tr×nh nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t

triÓn c«ng nghÖ sinh häc.

Môc tiªu chung cña ®Ò tµi lµ: TriÓn khai c«ng nghÖ míi cña c«ng nghÖ sinh häc

trong tËn dông phÕ phô phÈm n«ng nghiÖp vµ thuû h¶i s¶n nh»m s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm

cã gi¸ trÞ kinh tÕ phôc vô ph¸t triÓn n«ng nghiÖp

Môc tiªu cô thÓ lµ: ¸p dông ®−îc c¸c kü thuËt vi sinh kinh ®iÓn vµ kü thuËt

sinh häc ph©n tö hiÖn ®¹i trong c«ng t¸c chän t¹o c¸c chñng gièng vi sinh vËt cã ho¹t

tÝnh cao cho c«ng nghÖ tËn dông phÕ phô phÈm n«ng nghiÖp nh− rØ ®−êng, c¸m g¹o, c¸m

m×, b· døa, thÞt qu¶ cµ phª, b· dõa sau Ðp vµ phÕ phô phÈm thuû h¶i s¶n nh− c¸ kÐm

chÊt l−îng, ®Çu t«m

6

X©y dùng qui tr×nh c«ng nghÖ thÝch hîp ®Ó s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ cao

nh− axit amin L- lysin, L-methionine, c¸c enzym phytaza, pectinaza, mannanaza, c¸c

thøc ¨n lªn men tõ c¸c phÕ phô phÈm n«ng nghiÖp vµ phÕ phÈm thuû h¶i s¶n lµm thøc

¨n ch¨n nu«i

X©y dùng ®−îc m« h×nh c«ng nghÖ thiÕt bÞ thÝch hîp ®Ó s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm

nh− axit amin L-lysin, L-methionine, c¸c enzym phytaza, pectinaza, mannanaza, c¸c

thøc ¨n lªn men tõ phô phÕ phÈm n«ng nghiÖp vµ thuû h¶i s¶n lµm thøc ¨n ch¨n nu«i

§Ò tµi ®−îc thùc hiÖn trong 30 th¸ng tõ th¸ng 9 n¨m 2002 ®Õn th¸ng 3 n¨m 2005

víi tæng sè kinh phÝ lµ 2.700 triÖu ®ång tõ ng©n s¸ch SNKH cña Nhµ n−íc. D−íi ®©y lµ

mét sè th«ng tin chung vÒ ®Ò tµi:

Chñ nhiÖm ®Ò tµi:

Hä tªn : NguyÔn Thïy Ch©u

Häc hµm, häc vÞ : PGS. TS Chøc danh khoa häc: NCVC

§iÖn tho¹i CQ: 04.9342487

E.Mail: [email protected]

§Þa chØ c¬ quan: ViÖn C¬ ®iÖn C«ng nghiÖp vµ C«ng nghÖ sau thu ho¹ch Hµ Néi

C¬ quan chñ tr× ®Ò tµi: ViÖn c¬ ®iÖn n«ng nghiÖp vµ C«ng nghÖ sau thu ho¹ch Hµ Néi

§Þa chØ: Sè 4 Ng« quyÒn, Hµ Néi

7

C¬ quan chÝnh phèi hîp thùc hiÖn

TT Tªn tæ chøc §Þa chØ Ho¹t ®éng/®ãng gãp cho ®Ò tµi

1 ViÖn C«ng

nghÖ Sau thu

ho¹ch

4 Ng« QuyÒn,

Hµ néi.

Chñ tr× ®Ò tµi, Sö dông c¸c kü thuËt

hiÖn ®¹i trong chän t¹o c¸c chñng

gièng vi sinh vËt, nghiªn cøu c«ng

nghÖ s¶n xuÊt c¸c axit amin L-lysin,

L-methionin, c¸c enzym phytaza,

pectinaza, c«ng nghÖ s¶n xuÊt thøc

¨n ch¨n nu«i tõ thÞt qu¶ cµ phª

2 ViÖn Ch¨n

nu«i

Thôy

Ph−¬ng- Tõ

Liªm.

Nghiªn cøu c«ng nghÖ lªn men b·

døa b»ng vi khuÈn Lactobacillus

plantarium vµ Streptococcus lactis

lµm thøc ¨n cho bß s÷a.

3 ViÖn Ch¨n

nu«i

Thôy

Ph−¬ng- Tõ

Liªm.

- Nghiªn cøu c«ng nghÖ lªn men

lactic c¸c phÕ phô phÈm cña t«m

b»ng c¸c chñng vi khuÈn

Lactobacillus lµm thøc ¨n ch¨n

nu«i

4 ViÖn Di

truyÒn N«ng

NghiÖp, ViÖn

Ch¨n nu«i

Cæ NhuÕ- Hµ

Néi

- Nghiªn cøu c«ng nghÖ lªn men

lactic c¸c phÕ phô phÈm cña c¸ b»ng

c¸c chñng vi khuÈn Lactobacillus

lµm thøc ¨n ch¨n nu«i.

5 ViÖn C«ng

nghÖ Sinh

häc vµ C«ng

nghÖ thùc

phÈm,

Tr−êng §¹i

häc B¸ch

khoa- Hµ néi.

§¹i Cæ ViÖt -

Hµ Néi

- Nghiªn cøu c«ng nghÖ s¶n xuÊt

enzym mannanaza ®Ó s¶n xuÊt mano￾oligosacharit tõ b· dõa sau Ðp.

1. Néi dung ®Ò tµi:

1. TuyÓn chän bé chñng gièng vi sinh vËt cã ho¹t tÝnh sinh häc tõ c¸c nguån

thiªn nhiªn phôc vô cho ®Ò tµi

2. Sö dông c¸c kü thuËt hiÖn ®¹i trong chän t¹o c¸c chñng gièng vi sinh vËt bao gåm:

+ Sö dông kü thuËt ®ét biÕn chän t¹o c¸c chñng Corynebacterrium glutamicum

sinh tæng hîp L- lysin vµ L-methionine cao

8

+ Sö dông kü thuËt sinh häc ph©n tö ®Ò biÓu hiÖn gen m· hãa phytaza ®Ò kh¸ng

nhiÖt trong nÊm men Pichia pastoris

+ T¸ch dßng vµ biÓu hiÖn gen m· hãa bacteriocin tõ chñng tù nhiªn cã tÝnh ®Ò

kh¸ng víi vi sinh vËt g©y bÖnh E. coli, Salmonella...

3. Nghiªn cøu vµ hoµn thiÖn c«ng nghÖ lªn men axit amin L- lysine, L￾methionine, vµ c¸c enzym phytaza, pectinaza, mannanaza ë qui m« phßng thÝ nghiÖm vµ

qui m« b¸n c«ng nghiÖp 150l/mÎ vµ 1500 l/mÎ

4. Nghiªn cøu qui tr×nh c«ng nghÖ lªn men thÞt qu¶ cµ phª, b· døa, phÕ phô

phÈm thñy h¶i s¶n b»ng c¸c vi khuÈn lactic

5. Thö nghiÖm vµ ®¸nh gi¸ c¸c chÕ phÈm s¶n xuÊt ®−îc trªn ®µn gia sóc gia cÇm

2. Danh môc s¶n phÈm KHCN cña ®Ò tµi (hîp ®ång gi÷a Chñ nhiÖm ch−¬ng

tr×nh KC.04 vµ c¬ quan chñ tr× ®Ò tµi)

TT Tªn s¶n phÈm Sè l−îng ChØ tiªu Kinh tÕ - kü

thuËt

Ghi

chó

1 ChÕ phÈm sinh häc

1.1 ChÕ phÈm axit amin L￾lysin bæ sung vµo thøc ¨n

gia sóc cho lîn, gµ.

10 kg ChÕ phÈm L- lysin ®¹t

tõ 30-35g/l

1.2 ChÕ phÈm L-methionin bæ

sung vµo thøc ¨n gia sóc

cho lîn, gµ.

10 kg ChÕ phÈm L-methionin

®¹t tõ 30-35g/l

1.3 ChÕ phÈm enzym pectinaza

cho lîn, gµ vµ chÕ biÕn mËt

ong

10 kg ChÕ phÈm enzym

pectinaza ®¹t kho¶ng

10®v/ml

1.4 ChÕ phÈm enzym mannanaza

s¶n xuÊt mano￾oligosacharit lµm thøc ¨n

cho lîn, gµ

5 kg ChÕ phÈm emzym

mannanaza ®¹t tõ 300 -

400 ®v/ml

1.5 ChÕ phÈm enzym phytaza bæ

sung vµo thøc ¨n gia sóc cho

lîn, gµ.

10kg ChÕ phÈm enzym phytaza

®¹t tõ 80 -85 ®v/g

1.6 ChÕ phÈm thÞt qu¶ cµ phª

lªn men lµm thøc ¨n cho

bß

10 tÊn 3 % axit lactic

vµ 105

vi khuÈn lactic/g

chÊt kh«

9

1.7 ChÕ phÈm b· døa lªn men

lµm thøc ¨n cho bß

10 tÊn 3 % axit lactic vµ 105

vi

khuÈn lactic/g chÊt kh«

1.8 S¶n phÈm lªn men tõ c¸c

phÕ phô phÈm thuû h¶i s¶n

lµm thøc ¨n ch¨n nu«i cho

gia cÇm, lîn con.

1 tÊn 3 % axit lactic vµ 105

vi

khuÈn lactic/g chÊt kh«.

ChÕ phÈm cã kh¶ n¨ng

t¨ng träng cña gia sóc

tõ 15% -20%.

2 Chñng gièng vi sinh vËt

2.1 C¸c chñng

Corynebacterium

glutamicum

Corynebacterium

acetoglutamicum Candida

tropicalis, Brevibacterium

falvum tù nhiªn vµ ®ét

biÕn sinh L-lysin, L￾methionin cao.

4 chñng Chñng cã ho¹t tÝnh L￾lysin ®¹t tõ 30g/l -

35g/l

Chñng cã ho¹t tÝnh L￾methionin ®¹t tõ 30g/l￾35g/l

2.2 C¸c chñng nÊm mèc

Aspergillus niger sinh

pectinaza

2-3

chñng

Chñng cã ho¹t tÝnh

pectinaza ®¹t kho¶ng

10®v/ml

2.3 C¸c chñng sinh enzym

mannanase

2-3

chñng

Chñng cã ho¹t

tÝnh mannanaza ®¹t tõ

30- 40 ®v/ ml

2.4 Chñng Aspergillus niger tù

nhiªn vµ chñng t¸i tæ h¬p

cho ho¹t tÝnh phytaza cao

tõ 3-5 lÇn so víi chñng tù

nhiªn.

2-3

chñng

Chñng cã ho¹t tÝnh

phytaza ®¹t 80-85®v/l

2.5 C¸c chñng vi khuÈn

Lactobacillus plantarum

sinh axit lactic vµ

bacteriocin.

2-3

chñng

L−îng bacteriocin ®¹t

50ppm

3 Qui tr×nh c«ng nghÖ:

3.1 Quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n

xuÊt axit amin L-lysin trªn

m«i tr−êng rØ ®−êng b»ng

c«ng nghÖ lªn men ch×m

sôc khÝ.

1 quy

tr×nh

Qui m« 1500l/mÎ

3.2 Qui tr×nh c«ng nghÖ s¶n

xuÊt axit amin L￾methionin trªn m«i tr−êng

rØ ®−êng b»ng c«ng nghÖ

lªn men ch×m sôc khÝ.

1 qui

tr×nh

Qui m« 1500l/mÎ

3.3 Qui tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt 3 qui Qui m« 1500l/mÎ

10

enzym pectinaza, mananaza,

phytaza trªn m«i tr−êng thÞt

qu¶ cµ phª, b· dõa sau Ðp,

c¸m g¹o b»ng c«ng nghÖ lªn

men ch×m sôc khÝ.

tr×nh

3.4 Qui tr×nh c«ng nghÖ lªn

men thÞt qu¶ cµ phª, b·

døa, phÕ phô phÈm thuû h¶i

s¶n b»ng c¸c vi khuÈn lactic.

4 qui

tr×nh

Qui m« 1 tÊn thÞt qu¶

cµ phª/mÎ

3. KÕt qu¶ ho¹t ®éng cña ®Ò tµi

3.1. Tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc

3.1.1. Tæng quan vÒ L-lysin

L-lysine b¶n chÊt lµ mét axit amin kh«ng thay thÕ, nghÜa lµ c¬ thÓ ng−êi vµ ®éng

vËt kh«ng tù tæng hîp ®−îc axit amin nµy mµ ph¶i trùc tiÕp thu nhËn tõ nguån bæ sung bªn

ngoµi. Ho¹t tÝnh sinh häc chØ biÓu hiÖn ë d¹ng ®ång ph©n L- lysine míi cã gi¸ trÞ dinh

d−ìng víi ng−êi vµ ®éng vËt. L- lysine ®−îc øng dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc nh−:

Sö dông bæ sung vµo thøc ¨n gia sóc lµm t¨ng chÊt l−îng vµ s¶n l−îng thÞt cña ®éng vËt

nu«i. Trong c«ng nghiÖp d−îc phÈm L-lysine ®−îc sö dông nh− mét chÊt dinh d−ìng,

kÝch thÝch sù ¨n ngon miÖng, sö dông nh− mét chÊt cã nguån gèc protein bæ sung trong

qu¸ tr×nh c¾t ®øt c¨n bÖnh "stress” vµ nã còng cã chøc n¨ng chèng nhiÔm trïng m¸u.

Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm lµ chÊt bæ sung lµm giÇu thùc phÈm, n©ng cao chÊt l−îng

c¸c lo¹i h¹t nh− lóa m×, ng«, g¹o bëi nÕu c¸c s¶n phÈm nµy thiÕu hôt L- lysine th× gi¸ trÞ

dinh d−ìng rÊt thÊp. V× vËy trong thùc phÈm cña con ng−êi nh− thùc phÈm d¹ng chiªn,

thùc phÈm láng, b¸nh m× th−êng ®−îc bæ sung d¹ng muèi L- lysine. Trong c«ng nghiÖp,

L- lysine ®−îc s¶n sinh trong m«i tr−êng dinh d−ìng lªn men bëi c¸c chñng vi khuÈn

Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, B. lactofermentatum hoÆc còng cã

thÓ thu nhËn tõ dÞch thuû ph©n protein ®éng, thùc vËt.

Trªn thÕ giíi viÖc s¶n xuÊt axit amin ë quy m« c«ng nghiÖp ®· ®−îc b¾t ®Çu tõ n¨m

1908. NhËt B¶n ®· cã lÞch sö trªn 40 n¨m s¶n xuÊt vµ ¸p dông axit amin ë quy m« c«ng

nghiÖp víi s¶n l−îng 90.000 tÊn/n¨m (chñ yÕu hai h·ng c«ng nghiÖp vi sinh khæng lå lµ

"Kiowa Hakko" vµ "Ajinamoto"). ë Ph¸p (h·ng "Eurolysine") cã s¶n l−îng L-lysine ®¹t

kho¶ng 20 000 tÊn/n¨m. N¨m 1983 s¶n l−îng L-lysine trªn toµn thÕ giíi lµ 70 000

tÊn/n¨m nh−ng ®Õn n¨m 2000 ®· t¨ng lªn 600 000 tÊn/n¨m. NhiÒu nhµ m¸y s¶n xuÊt L-

11

lysine cßn ®−îc x©y dùng ë Mü, T©y Ban Nha, c¸c n−íc céng hoµ thuéc Liªn X« (cò) vµ

Nam T− (cò)...ViÖc gia t¨ng nhanh chãng s¶n l−îng L-lysine trªn thÕ giíi ®ång nghÜa víi

nhu cÇu rÊt lín vÒ s¶n phÈm nµy.

HiÖn nay ë ViÖt Nam nhu cÇu sö dông lysin cho thùc phÈm con ng−êi vµ thøc ¨n

ch¨n nu«i gia t¨ng nhanh chãng. Hµng n¨m chóng ta ph¶i nhËp khÈu 100% L-lysin víi sè

l−îng lín. Trong nh÷ng n¨m qua (1980-1985) TS. Hå S−ëng, ViÖn C«ng nghiÖp Thùc

phÈm, ®· s¶n xuÊt lysin tõ chñng tù nhiªn cã tªn lµ VTP 22( kh«ng cã tªn chi vµ tªn loµi)

ë qui m« 5000l/mÎ, chñng nµy cho s¶n l−îng lysin 30-35g/l. ChÕ phÈm lysin ë d¹ng th« lµ

80% vµ ë d¹ng sÖt lµ 15-20%. TS. Ng« TiÕn HiÓn còng ®· nghiªn cøu lªn men lysin theo

ph−¬ng ph¸p bÒ mÆt. Tuy nhiªn theo nh− lý thuyÕt th× lªn men theo ph−¬ng ph¸p bÒ mÆt

kh«ng cho s¶n l−îng lysin cao so víi ph−¬ng ph¸p lªn men ch×m sôc khÝ. TS. Ng« ThÞ

M¹i vµ céng sù còng ®· nghiªn cøu vÒ lysin, chñng s¶n xuÊt lµ chñng Corynebacterium

glutamicum tù nhiªn lÊy tõ nguån ATCC. Tuy nhiªn th¸ch thøc lín nhÊt víi chóng ta lµ cã

rÊt Ýt nghiªn cøu hoµn chØnh vÒ L-lysine vµ ch−a cã c¬ së nµo triÓn khai s¶n xuÊt L- lysine

quy m« c«ng nghiÖp chÊt l−îng cao, gi¸ thµnh h¹.

Cho ®Õn nay ë nhiÒu n−íc kh¸c nhau hÇu nh− tÊt c¶ c¸c chñng cã ho¹t tÝnh cao vµ

®−îc øng dông ®Ó s¶n xuÊt axit amin ®Òu lµ c¸c chñng ®ét biÕn. §Æc biÖt lµ c¸c vi khuÈn

Corynebacterium, Brevibacterium cã kh¶ n¨ng ph¸t triÓn tèt trong nh÷ng m«i tr−êng chøa

nhiÒu cacbon vµ Ýt nit¬. ë ®©y sù ph¸ vì c©n b»ng gi÷a trao ®æi chÊt cacbon vµ sù ®ång ho¸

nit¬ lµ nguyªn nh©n dÉn ®Õn sù h×nh thµnh axit amin víi sè l−îng lín, v−ît qu¸ xa so víi

nhu cÇu néi t¹i cña tÕ bµo vµ tÝch luü ë tÕ bµo hay tho¸t ra ngoµi m«i tr−êng. HiÖn t−îng

nµy ®−îc gäi lµ siªu tæng hîp axit amin cña vi sinh vËt vµ th−êng lµ do t¸c ®éng cña con

ng−êi b»ng ph−¬ng ph¸p ®ét biÕn g©y ra ®Ó thu ®−îc s¶n phÈm mong muèn.

§Æc ®iÓm cña chñng vi khuÈn sinh L-lysine

C¸c chñng vi sinh vËt sinh L-lysine ®−îc dïng trong s¶n xuÊt lµ c¸c thÓ ®ét biÕn

thuéc c¸c gièng vi khuÈn C. glutamicum vµ Brevibacterium. NhiÒu chñng ®−îc tuyÓn

chän qua b−íc lµm ®ét biÕn vµ thu ®−îc nh÷ng chñng míi cã ho¹t lùc cao h¬n nhiÒu so

víi chñng nguyªn thuû. §Æc tÝnh cña nh÷ng chñng nµy lµ cÇn biotin víi l−îng cao h¬n

nhiÒu so víi chñng nguyªn thuû sinh axit glutamic, chÞu ®−îc ë nång ®é ®−êng lín tíi

12

20% hoÆc cao h¬n vµ ®Æc biÖt lµ cÇn mét sè axit amin cho sinh tr−ëng, còng nh−

cho sinh tæng hîp L-lysine. Kinoshita ®· thu ®−îc nh÷ng chñng sinh L-lysine theo thø tù

sau: nh÷ng chñng cÇn homoserin (hoÆc hçn hîp threonine + L-methionine) > nh÷ng

chñng cÇn threonine > nh÷ng chñng cÇn isoleucine > nh÷ng chñng cÇn leucine > nh÷ng

chñng cÇn hçn hîp isoleucine + leucine. Trong c«ng nghiÖp th−êng dïng nh÷ng chñng

thuéc c¸c gièng Micrococcus glutamicus, Brevibacterium vµ C. glutamicum cÇn

homoserin. C¸c chñng nµy cã cïng mét con ®−êng tæng hîp L-lysine nh− ë E. coli nh−ng

ph−¬ng thøc ®iÒu hoµ l¹i ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu. Mét trong nh÷ng chñng nµy kh«ng cã

enzym L-homoleucinedehydrogenaza.

L-lysine chØ ®iÒu chØnh ng−îc enzym aspactokinaza mµ kh«ng øc chÕ ng−îc enzym

dehydropicolinatsyntetaza.

− Enzym aspactokinaza chÞu øc chÕ ng−îc cña L-lysine vµ threonine.

− Enzym homoserindehydrogenaza chÞu sù øc chÕ ng−îc cña threonine

Gluco

Pyruvat

Oxalaxetat

Aspastat

β – Aspastat – phosphat

Aspastat – β – semialdehyt

(2)

(3)

Homoserin

Methionin Threonin isoleucin L-lysin

(1)

13

S¬ ®å 1: S¶n xuÊt L-lysine nhê mét thÓ ®ét biÕn C. glutamicum trî d−ìng homoserin.

Nh÷ng ®−êng chÊm chÊm biÓu thÞ sù øc chÕ bëi s¶n phÈm cuèi cïng. ë chñng

hoang d¹i L-lysine vµ threonine cïng g©y ra mét sù øc chÕ phèi hîp (E) ®èi víi

aspactokinaza (1). Do khuyÕt homoserin dehydrogenaza (2) mµ kh«ng cã sù t¹o thµnh

threonine. Dihydropicolinat – synthase (3) kh«ng mÉn c¶m dÞ lËp thÓ. HËu qu¶ lµ sù øc

chÕ bëi s¶n phÈm cuèi cïng (E) bÞ triÖt tiªu vµ cã sù tæng hîp thõa L-lysine.

Cã ba ph−¬ng ph¸p ®−îc dïng ®Ó lo¹i sù ®iÒu chØnh ng−îc:

• Sö dông chñng ®ét biÕn trî d−ìng cÇn homoserin. Chñng nµy cã thÓ mäc ®−îc

khi trong m«i tr−êng cã threonine vµ L-methionine. Víi nång ®é axit amin nµy thÊp th×

aspactokinaza sÏ kh«ng bÞ øc chÕ vµ L-lysine sÏ t¹o thµnh nhiÒu h¬n.

• Sö dông c¸c chñng ®ét biÕn mÉn c¶m cao víi threonine. Enzym

homoserindehydrogenaza cã thÓ bÞ øc chÕ bëi nång ®é threonine rÊt thÊp vµ aspactokinaza

cã thÓ sÏ kh«ng bÞ øc chÕ.

• Sö dông c¸c chñng ®ét biÕn cã kh¶ n¨ng kh¸ng mét chÊt t−¬ng ®ång cña enzym.

Chóng cã enzym aspactokinaza kh«ng bÞ øc chÕ ng−îc bëi L-lysine vµ threonine.

L-lysine lµ mét axit amin thuéc hä aspactat vµ ®−îc tæng hîp qua mét con ®−êng

trao ®æi chÊt ph©n nh¸nh mµ qua ®ã homoserin, L-methionine, threonine vµ isoleucine

còng ®−îc t¹o thµnh. C. glutamicum chØ cã mét aspactokinaza bÞ øc chÕ dÞ lËp thÓ bëi L￾lysine vµ threonine

Mét axit amin riªng lÎ trong kiÓu ®iÒu hoµ nµy kh«ng cã t¸c dông øc chÕ. B»ng

c¸ch sö dông mét thÓ ®ét biÕn cÇn homoserin vµ khuyÕt homoserin dehydrogenaza mµ

threonine kh«ng ®−îc t¹o thµnh. Nhê vËy sù øc chÕ bëi s¶n phÈm cuèi cïng bi triÖt tiªu vµ

con ®−êng sinh tæng hîp dÉn tíi viÖc s¶n xuÊt thõa L-lysine. Mét ®iÒu kiÖn n÷a ®Ó cã sù

tæng hîp L-lysine kh«ng øc chÕ lµ sù cã mÆt cña gen dihydrodipicolinat-syntetaza kh«ng

mÉn c¶m víi s¶n phÈm cuèi cïng. Do ®ã kh«ng xuÊt hiÖn sù øc chÕ bëi s¶n phÈm cuèi

cïng ë nh¸nh L-lysine, nh− vÉn x¶y ra ë c¸c gièng kh¸c. ë C. glutamicum cã thÓ tæng hîp

thõa L-lysine nhê ®ét biÕn theo kiÓu nµy.

14

MÆc dï phÇn lín axit amin ®−îc s¶n xuÊt tõ ho¸ häc, tæng hîp b»ng ho¸ häc th×

quang häc kh«ng t¸c ®éng ®Õn d¹ng hçn hîp D vµ L. Nh−ng trong sinh ho¸ th× axit amin

d¹ng L lµ quan träng nªn ngµy nay ng−êi ta th−êng s¶n xuÊt axit amin b»ng con ®−êng

sinh tæng hîp. Tuy nhiªn trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp axit amin cÇn ph¸ vì c¬ chÕ ®iÒu

chØnh ®Ó chñng cã kh¶ n¨ng siªu s¶n xuÊt (Chibata, K. Nakayama,K and Esaki 1986.

Biotechnology of amino acid production, vol 24, progress in Industrial Microbiology.

Kodansha).

Mét vÝ dô vÒ s¶n xuÊt L-lysine ë chñng Brevibacterium flavum lµ ®iÒu chØnh sinh

ho¸ cña enzym aspartokinase, l−îng L-lysine d− lµm øc chÕ ng−îc ho¹t ®éng cña enzym

nµy vµ t¹o nªn d¹ng L-lysine t−¬ng ®ång S-aminoethylcysteine (AEC). Tuy nhiªn nÕu sö

dông chñng B. flavum ®ét biÕn ®Ó s¶n xuÊt th× l−îng L-lysine d− kh«ng øc chÕ ng−îc ®Õn

aspartokinase n÷a. §ét biÕn AEC bÒn sÏ dÔ dµng chän vÞ trÝ ®Ó s¶n xuÊt d¹ng ®ét biÕn cña

asspartokinase ë ®iÓm biÕn ®æi kh«ng ph©n biÖt ®−îc AEC hay L-lysine vµ trong øc chÕ

ng−îc L-lysine bÞ khö rÊt nhiÒu. Chñng ®ét biÕn B. flavum cã thÓ s¶n xuÊt h¬n 60g/l L￾lysine.

Mét nh©n tè quan träng kh¸c trong s¶n xuÊt axit amin lµ sù bµi tiÕt. Nãi chung sinh

vËt kh«ng bµi tiÕt axit amin, do cã sù øc chÕ ng−îc hay k×m h·m trong ®ét biÕn bÒn

th−êng kh«ng x¶y ra trong tÕ bµo. ViÖc s¶n xuÊt vµ bµi tiÕt qu¸ møc axit glutamic phô

thuéc vµo tÝnh thÊm cña tÕ bµo. Vi khuÈn C. glutamicum dïng s¶n xuÊt c«ng nghiÖp axit

glutamic cÇn vitamin biotin (lµ nh©n tè cÇn thiÕt trong sinh tæng hîp axit bÐo). ThiÕu hôt

biotin dÉn tíi tæn th−¬ng mµng tÕ bµo vµ d−íi ®iÒu kiÖn néi bµo axit glutamic ®−îc bµi

tiÕt. M«i tr−êng sö dông ®Ó s¶n xuÊt axit glutamic th−¬ng m¹i chøa ®Çy ®ñ biotin trong

giai ®o¹n sinh tr−ëng, sau ®ã biotin bÞ thiÕu hôt vµ bµi tiÕt axit glutamic.

S¬ ®å 2,3 : S¶n xuÊt c«ng nghiÖp L-lysine ë chñng B. flavum

Asspartate

Lysin

øc chÕ ng−îc

ATP ADP

Aspartylphosphate

Asspartate

semialdehyde Methionine

Threonin

Dihydrodipicolinate

Isoleucin

Aspartokinase