Thử nghiệm sản xuất ethanol từ vỏ xoài

  • Số trang: 45 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 23 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT ETHANOL TỪ VỎ XOÀI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS. NGÔ THỊ PHƯƠNG DUNG DƯƠNG THỊ THANH XUÂN MSSV: 5085861 LỚP: CNSHTT K34 Cần Thơ, tháng 05/2013 Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT PHẦN KÝ DUYỆT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Ngô Thị Phương Dung Dương Thị Thanh Xuân DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng 05 năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Chuyên ngành Công nghệ Sinh học i Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, cùng Quý Thầy Cô đã tận tình giảng dạy tôi trong thời gian học tập vừa qua. Xin đư c ày t ng i t ơn âu c c a mình đ n cô Ngô Thị Phương Dung đã tận tình hư ng d n, gi p đ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin gửi ời cảm ơn chân thành nhất đ n thầy Nguyễn Hữu Hiệp, ph ng thí nghiệm Vi inh vật, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công Nghệ Sinh Học, à cố vấn học tập, người đã dìu d t, chỉ ảo cho tôi từ những ngày đầu tiên ư c vào giảng đường đại học. Xin chân thành cảm ơn anh Hu nh Xuân Phong, anh Nguyễn Ngọc Thạnh và anh Phạm H ng Quang – cán cán ph ng thí ghiệm Công nghệ Sinh học Thực ph m, anh chị các ph ng thí nghiệm c a Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học đã h tr , đ ng g p ý ki n và tạo điều kiện thuận i để tôi thực hiện đề tài. Xin ghi ơn gia đình và tất cả ạn è đã đ ng viên, gi p đ tôi trong uốt thời gian qua. Kính ch c Quý Thầy Cô đư c nhiều ức kh e, thành đạt trên nhiều ĩnh vực và uôn c những cống hi n quý áu cho ự nghiệp giáo dục và đào tạo. Xin chân thành cảm ơn! Dương Thị Thanh Xuân Chuyên ngành Công nghệ Sinh học ii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT TÓM LƯỢC Ngày nay, các hợp chất lignocellulose ngày càng được ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học do đặc tính rẻ tiền, có thể phục hồi và là nguồn nguyên liệu tạo ra đường dồi dào. Quá trình tạo ra nhiên liệu và các hợp chất khác cần có sự tham gia của phản ứng thủy phân các polysaccharide thành đường đơn và sau đó được lên men thành ethanol. Đề tài này nhằm khảo sát khả năng sản xuất ethanol từ vỏ xoài để tận dụng nguồn phế phẩm và góp phần xử lý môi trường. Nội dung được thực hiện gồm có: khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2SO4, nhiệt độ và thời gian đến quá trình thủy phân vỏ xoài, nghiên cứu ảnh hưởng mật số tế bào nấm men và pH đến khả năng lên men, xác định thời gian và nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men ethanol. Kết quả nghiên cứu cho thấy vỏ xoài khi được thủy phân với nồng độ H2SO4 3% ở 121oC trong 1 giờ thì hàm lượng đường khử sinh ra là 8,49% (w/v). Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men cho thấy điều kiện thích hợp cho lên men ethanol từ dịch thủy phân vỏ xoài là mật số tế bào nấm men 105 tb/mL và pH 5,5. Thời gian lên men 7 ngày ở nhiệt độ 30oC cho kết quả độ cồn là 3,08% (v/v). Từ khóa: ethanol, lên men, Saccharomyces cerevisiae, thủy phân, vỏ xoài Chuyên ngành Công nghệ Sinh học iii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT MỤC LỤC Trang PHẦN KÝ DUYỆT ............................................................................................... i LỜI CẢM TẠ........................................................................................................ ii TÓM LƯỢC.......................................................................................................... iii MỤC LỤC ............................................................................................................. iv DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................ vi DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................. vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... viii CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU ................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu đề tài ............................................................................................ 2 CHƯƠNG II. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ............................................................. 3 2.1. Sơ ư c về xoài ........................................................................................... 3 2.2. Sản xuất ethano từ nguyên iệu chứa ce u o e ........................................... 3 2.3. Nấm men .................................................................................................... 5 2.4. Lên men ethanol ......................................................................................... 13 CHƯƠNG III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 18 3.1. Phương tiện nghiên cứu............................................................................ 18 3.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 19 3.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu vỏ xoài ........................................................... 19 3.2.2. Thủy phân vỏ xoài thành dịch đường .............................................. 19 3.2.2.1. Khảo át ảnh hưởng c a n ng đ H2SO4 ...................................... 19 3.2.2.2. Khảo át ảnh hưởng c a nhiệt đ và thời gian ............................... 20 3.2.3. Lên men ethanol với dòng nấm men Saccharomyces cerevisiae ..... 20 3.2.3.1. Khảo át ảnh hưởng c a mật ố giống ch ng ................................ 20 3.2.3.2. Khảo át ảnh hưởng c a pH đ n quá trình ên men ....................... 21 3.2.3.3. Khảo át ảnh hưởng c a nhiệt đ và thời gian ............................... 21 CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 23 4.1 Thủy phân vỏ xoài thành dịch đường ...................................................... 23 4.1.1 Ảnh hưởng c a n ng đ H2SO4 đ n quá trình th y phân ........................ 23 4.1.2 Ảnh hưởng c a nhiệt đ và thời gian đ n quá trình th y phân ................ 24 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học iv Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT 4.2 Lên men ethanol với dòng nấm men Saccharomyces cerevisiae .............. 27 4.2.1 Ảnh hưởng c a mật ố giống ch ng..................................................... 27 4.2.2 Ảnh hưởng c a pH đ n quá trình ên men............................................ 28 4.2.3 Ảnh hưởng c a nhiệt đ và thời gian đ n quá trình ên men ................ 29 CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................ 31 5.1. Kết luận ..................................................................................................... 31 5.2. Đề nghị ...................................................................................................... 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 32 PHỤ LUC 1. Phụ ục hình ảnh 2. Số iệu thí nghiệm 3. K t quả thống kê 4. Các phương pháp phân tích Chuyên ngành Công nghệ Sinh học v Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 1. Thành phần h a học c a nấm men ............................................................. 7 Bảng 2. Sự hiện diện và ứng dụng c a nấm men trong m t ố thực ph m, thức uống c c n và ản ph m ên men ........................................................................... 12 Bảng 3. Ảnh hưởng c a n ng đ acid H2SO4 đ n quá trình th y phân .................... 24 Bảng 4. Ảnh hưởng c a nhiệt đô và thời gian đ n quá trình th y phân .................... 25 Bảng 5. Ảnh hưởng c a mật ố nấm men đ n quá trình ên men ............................. 27 Bảng 6. Ảnh hưởng c a pH đ n quá trình ên men .................................................. 28 Bảng 7. Ảnh hưởng c a nhiệt đ và thời gian ên men ên đ c n ........................... 30 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học vi Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 1. T ào nấm men quan át dư i kính hiển vi điện tử .................................... 6 Hình 2. Cơ ch phân h y đường trong t Chuyên ngành Công nghệ Sinh học ào nấm men ........................................... 15 vii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DNS Dinitrosalicylic OD Mật đ quang v/v Thể tích/Thể tích w/v khối ư ng/thể tích YPG: Yeast extract-Potato-Glucose Chuyên ngành Công nghệ Sinh học viii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Ethano à m t trong những h p chất hữu cơ c nhiều ứng dụng nhất trong đời ống cũng như trong công nghiệp. Tùy theo n ng đ , n đư c ử dụng như thức uống, chất át trùng, chất chống đông, chất ức ch , dung môi và à m t chất trung gian trong ản xuất các h a chất như aceta dehyde, acid acetic, ethy acetate, ethy acry ate, ethy amine, ethy ch oride và g yco ether. Bên cạnh đ , ethano c n à nguyên iệu thô ch y u trong quá trình ản xuất dư c ph m, nhựa, ơn mài, nư c hoa và mỹ ph m. Hiện nay, nhu cầu về ethano công nghiệp v i đ tinh ạch cao ngày càng cấp thi t, ởi ethano đã đư c chứng minh à m t oại nhiên iệu inh học c tiềm năng thay th những ngu n nhiên iệu h a thạch đang dần cạn kiệt (A fenore et a ., 2002). C thể pha tr n h p ý m t ư ng vừa phải ethano v i xăng để àm nhiên iệu nhằm tăng tính thân thiện v i môi trường đ ng thời hạ giá thành. Việc ản xuất ethano từ quá trình ên men chịu ảnh hưởng đáng kể c a giá thành nguyên iệu, hơn m t nửa chi phí ản xuất (C a en et a ., 1999). Để giảm chi phí ản xuất thì việc tận dụng các ngu n nguyên iệu rẻ tiền từ ph ph m nông nghiệp à giải pháp đang đư c quan tâm. Hầu h t các ph ph m từ trái cây, rau quả au quá trình ch i n đều c tính thời vụ và không đư c phân h y nhanh ch ng, gây ô nhiễm môi trường. Xoài đư c xem à m t trong những oại trái cây đư c ưu chu ng nhất trên th gi i ởi màu xuất xoài c hấp d n, mùi vị thơm ngon và giá trị dinh dư ng cao. Các nư c ản n nhất trên th gi i (trên 1 triệu tấn/năm) à Ấn Đ , Trung Quốc, Thái Lan, Mexico, Paki tan, Indone ia. Sản ư ng xoài c a 6 nư c này chi m 78% ản ư ng xoài th gi i và c ảnh hưởng rất n đ n thị trường xoài th gi i. Việt Nam thu c nh m 20 nư c ản xuất xoài c tiềm năng c a th gi i, ản ư ng xoài c a Việt Nam năm 2003 đạt 306 ngàn tấn trên diện tích khoảng 53.600 ha (Đ Minh Hiền et a ., 2006). Xoài không những đư c ử dụng như m t oại trái cây tươi mà c n đư c ch i n thành nhiều oại ản ph m khác nhau. D đ , vài triệu tấn ph ph m từ xoài đư c tạo ra hàng năm từ các nhà máy. Trong quá trình ản xuất, v xoài à ph ph m chính, chi m khoảng 15 - 20% thành phần quả và đư c thải ra ngoài môi trường do không c Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 1 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT giá trị kinh t . Tuy nhiên, do trong v xoài chứa m t ư ng n chất xơ tổng (73,04%) và đường khử (Arumugam và Manikandan, 2011) nên nghiên cứu này nhằm khảo át quy trình ản xuất ethano từ v xoài. 1.2 Mục tiêu đề tài Đề tài nhằm nghiên cứu các điều kiện thích h p cho quá trình th y phân và ên men trong quy trình ản xuất ethano từ v xoài. N i dung thực hiện: - Khảo át ảnh hưởng c a n ng đ H2SO4 trong quá trình th y phân v xoài. - Khảo át ảnh hưởng c a nhiệt đ và thời gian trong quá trình th y phân. - Khảo át ảnh hưởng c a mật ố nấm men trong quá trình ên men. - Khảo át ảnh hưởng c a pH đ n quá trình ên men. - Khảo át ảnh hưởng c a nhiệt đ và thời gian đ n quá trình ên men. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 2 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. Sơ lư c về xoài 2.1.1. Xoài Xoài có tên khoa học là Mangifera indica thu c họ Anacardiaceae, bao g m 73 chi và 600 loài cây phân bố ở vùng khí hậu nhiệt đ i, tuy nhiên cũng c m t số loài sống ở vùng ôn đ i như ở Nam Âu, vùng ôn đ i Châu Á và Châu Mỹ. Cây xoài bao g m lá, hoa, thân cây, v cây, rễ và quả. Cây trổ hoa màu vàng xanh và thường trổ hoa vào tháng 3 đ n tháng 4 và c trái vào tháng 7, tháng 8, tuy nhiên cũng c m t số loại có thể có s m hoặc mu n hơn. Cây xoài cao từ 15 - 30 m, á xoài c màu xanh đậm và dài từ 15 - 18 cm, ề ngang từ 3,75 - 10 cm. M i quả xoài chỉ c m t hạt to ở giữa. G cây xoài mềm và thô, thường dùng àm ván (Bally, 2006). 2.1.2. Ứng dụng của vỏ xoài Amid Mehrnoush et al. (2012) đã xác định trong v xoài c chứa enzyme po ypheno oxida e c tác dụng tích cực trong phản ứng tạo màu ở trái cây và rau quả. Ngoài ra, enzyme này c n c khả năng kháng ệnh và điều h a quá trình quang h p c a cây. Do chứa m t ư ng thức ăn nhằm h tr n xơ tổng nên v xoài đã đư c ử dụng để ổ ung vào cho quá trình tiêu h a và trao đổi chất trong cơ thể. (http://foodscience.wikispaces.com/Mangoes, 15/01/2013). Ngoài ra, Ajila và Rao (2008) đã tìm ra khả năng chống oxy h a c a v xoài ở h ng cầu chu t. Hiện nay, trên th gi i đã c nhiều nghiên cứu về công dụng c a v xoài, trong ố đ đã c nhiều ứng dụng cụ thể. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam oại v này v n c n à m t ph ph m nông nghiệp, chưa c m t ứng dụng cụ thể nào. Do vậy, việc nghiên cứu quy trình ản xuất ethano từ v xoài à tiền đề cho m t hư ng nghiên cứu ứng dụng m i. 2.2. Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa cellulose Việc ản xuất ethano từ các ngu n nguyên iệu chứa ce u o e không c n à vấn đề m i c a nhiều nư c trên th gi i nhưng đối v i Việt Nam thì đây à m t vấn đề khá Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 3 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT m i. Hiện nay, nư c ta chưa c m t nhà máy nào ản xuất ethano từ các ngu n nguyên iệu chứa ce o o e như: rơm rạ, cây c , mùn cưa, ã mía,… Ethano đư c ản xuất ở Việt Nam ch y u từ các ngu n nguyên iệu chứa tinh t (gạo, ngô, n) và từ rỉ đường. Việc nguyên cứu ản xuất ethano từ ngu n nguyên iệu chứa ce u o e à m t việc àm rất cần thi t nhằm tận dụng đư c các ph ph m từ ngành nông nghiệp, tăng thu nhập cho nông dân. Nguyên iệu khác nhau c thành phần cấu tạo chất không giống nhau nhưng về cơ ản ch ng đư c cấu tạo từ 3 h p chất (ce u o e, hemice u o e, ignin) và chỉ khác nhau về tỉ ệ giữa ch ng (Jean, 2007) . * Cellulose Cellulose c công thức phân tử à (C6H10O5)n. Hàm ư ng dao đ ng trong m t khoảng rất vật. Ở g rơm n (chi m 40 - 60% khối ư ng thực vật) và tùy thu c vào từng oại thực á r ng, hàm ư ng ce u o e chi m 40 - 53%, ở rơm a gạo à 34 - 38%, a mì à 36 - 42%. Đây à thành phần cấu tạo ch y u c a màng t ào thực vật và à h p chất chính c a nguyên iệu chứa ce u o e để ản xuất ethano . Nguyên iệu càng giàu ce u o e thì ản xuất ethano càng đạt hiệu quả cao. Cellulose là h p chất cao phân tử, đơn vị m t xích à anhydro-β-DG ucopyrano e (gọi ng n gọn à D-G uco e). Điều này đư c xác nhận nhờ ự th y phân cellulose ta thu đư c D-G uco e v i hàm ư ng 96 - 98% o v i ý thuy t. Cellulo e c thể tham gia nhiều phản ứng như phản ứng phân h y mạch (th y phân, nhiệt phân, oxy h a) phản ứng tạo nhánh trên phân tử ce u o e. Ở đây, ta chỉ xem xét khả năng tham gia phản ứng th y phân c a ce u o e tạo g uco e. Ce u o e c thể ị th y phân v i tốc đ chậm trong môi trường nư c ở nhiệt đ cao. Dư i tác dụng c a x c tác acide, quá trình th y phân xảy ra v i tốc đ n hơn. Phản ứng th y phân đư c iểu diễn theo phương trình tổng quát: H nC6H12O6 (C6H10O5)n + nH2O + * Hemicellulose Hemice u o e thu c nhóm polysaccharide phi ce u o e. Trong g cũng như trong nhiều oại thực vật khác, hàm ư ng hemice u o e c thể đạt t i 20 - 30% o v i g khô tuyệt đối. Hemice u o e dễ ị th y phân hơn o v i ce u o e. Khi th y phân Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 4 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT đ n cùng, hemice u o e tạo ra các monosaccharidech y u à hexo e (D-glucose, Dmannose, D-galactose), pentose (L-ara ino e..). Trong đ hexo e c khả năng ên men tạo ethano c n pento e không c khả năng này. * Lignin Lignin là h p chất thơm cao phân tử. Hàm ư ng dao đ ng tùy từng oại thực vật cụ thể. Ở rơm rạ: hàm ư ng ignin chi m 17 - 19% khối ư ng rơm ở rơm a mì và 12% a gạo. Trong quá trình ản xuất ethano từ ce u o e thì n hoàn toàn không ị th y phân để tạo các h p chất c khả năng ên men tạo ethano . Vì vậy, lignin là thành phần không mong muốn trong quá trình ản xuất ethano từ ce u o e. 2.3. Nấm men 2.3.1. Đặc điểm nấm men Nấm men à vi inh vật chân hạch, hiện tại c khoảng hơn 1.500 oài đư c tìm thấy, chi m khoảng 1% trong tổng ố các ch ng nấm (Kurtzman và Fe , 2006). Hầu h t nấm men c cấu tạo đơn ào. Ch ng phân ố r ng rãi kh p nơi. Đặc iệt ch ng c mặt nhiều ở đất tr ng nho và các nơi tr ng hoa quả. Ngoài ra, ch ng c mặt trên trái cây chín, trong nhụy hoa, trong không khí và cả nơi ản xuất rư u vang (Lương Đức Ph m, 2005). 2.3.2. Hình dạng và kích thước * Hình dạng tế bào nấm men Nấm men c nhiều hình dạng khác nhau, thường c hình cầu, hình e ip, hình trứng, hình ầu dục và cả hình dài. Ch ng hầu h t t n tại dư i dạng đơn ào, m t ố oài như Candida albicans không chỉ nảy ch i mà các t ào nối ại v i nhau tạo thành khu n ty giả và Eremothecium gossypii hình thành khu n ty thật (Kurtzman và Piškur, 2006). Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 5 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Hình 1. Tế bào nấm men quan sát dưới kính hiển vi điện tử (Nguồn:http://techmart.cesti.gov.vn/news/tabid/59/newsId/545/Default.aspx, ngày 25/10/2012) * Kích thước tế bào T ào nấm men thường c kích thư c rất n gấp từ 5 - 10 ần t ào vi khu n. Kích thư c trung ình: chiều dài 9 - 10 µm, chiều r ng 2 - 7 µm. Kích thư c nấm men không đ ng đều ở các oài khác nhau, ở các giai đoạn phát triển khác nhau và điều kiện nuôi cấy khác nhau. 2.3.3. Cấu tạo tế bào nấm men Thành tế bào: Thành t trọng ư ng khô c a t thành t ào nấm men dày khoảng 25 nm, chi m 15 - 30% ào nấm men, đư c cấu tạo ch y u từ g ucan (60% khối ư ng ào), mannoprotein, chitin và m t lư ng nh lipid. Màng nguyên sinh chất: Màng nguyên sinh chất có 3 tầng k t cấu khác nhau, đư c cấu tạo ch y u từ protein (50% khối lư ng khô), phần còn ại là lipid và m t ít polysaccharide (Nguyễn Lân Dũng, 1999). Chất nguyên sinh: Chất nguyên inh c a nấm men cũng tương tự như chất nguyên inh c a vi khu n, thành phần ch y u à nư c, protein, glucid, lipid, enzyme. Nhân tế bào: Nhân t ào nấm men à nhân điển hình, c màng nhân, ên trong à chất dịch nhân c chứa hạch nhân. Nhân t cerevisiae c chứa 17 đôi nhiễm ào nấm men Saccharomyces c thể. Các bào quan và thành phần khác: ty thể, không ào, ri o ome,… Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 6 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT 2.3.4 Các quá trình sinh lý của tế bào nấm men * Sinh dư ng c a nấm men Cấu tạo c a t ào nấm men thay đổi khác nhau tùy theo oài, đ tuổi và môi trường ống, nhưng nhìn chung ao g m: - Nư c: 75 - 85% - Chất khô: 15 - 25%. Trong đ chất khoáng chi m 2 - 14% hàm ư ng chất khô. Bảng 1. Thành phần hóa học của nấm men Các chất Thành phần (% chất khô) Carbon 49,8 CaO 12,4 Nitơ 6,7 Hydro 3,54 P2O5 2,34 K2 O 0,04 SO3 0,42 MgO 0,38 Fe2O3 0,035 SiO 0,09 (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, 2003) Nấm men cũng như các inh vật ống khác cần oxy, hydro, car on, nitơ, pho pho, ka i, magiê,… - Dinh dư ng carbon Ngu n car on cung cấp à các oại đường khác nhau: accharose, maltose, lactose, glucose,… Hô hấp hi u khí: C6H12O6 + 6 O2 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 6 CO2 + 6 H2O + 674 cal 7 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Hô hấp kỵ khí C6H12O6 Lên men 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 33 cal - Dinh dư ng oxy, hydro: đư c cung cấp cho t ào từ nư c c a môi trường nuôi cấy hay dịch. - Dinh dư ng nitơ: Nấm men không c men ngoại ào để phân giải protein, nên không thể phân c t a umin c a môi trường mà phải cung cấp nitơ ở dạng h a tan, c thể à đạm hữu cơ hoặc vô cơ. Dạng hữu cơ thường dùng à amino acid, peptone, urea. Đạm vô cơ à các muối amon khử nitrate, sulfate,… - Các vitamin và chất khoáng: Chất khoáng c ảnh hưởng to + Pho pho: c n đ n hoạt đ ng ống c a nấm men trong thành phần nuc eoprotein, polyphosphate c a nhiều enzyme c a ản ph m trung gian c a quá trình ên men rư u, ch ng tạo ra iên k t c năng ư ng n. + Lưu hu nh: tham gia vào thành phần m t ố acid amin, a umin, vitamin và enzyme. + Magiê: tham gia vào nhiều phản ứng trung gian c a ự ên men. + S t: tham gia vào các thành phần enzyme, ự hô hấp và các quá trình khác. + Ka i: chứa nhiều trong nấm men, n th c đ y ự phát triển c a nấm men, tham gia vào ự ên men rư u, tạo điều kiện phục h i pho phorin h a c a acid pyruvic. + Mangan: đ ng vai tr tương tự như magiê. * Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng vào trong tế bào nấm men Nấm men hoàn toàn không c cơ quan dinh dư ng riêng iệt, các chất dinh dư ng mà n ử dụng ch y u đư c vận chuyển qua thành t ào theo hai con đường cơ ản - Th m thấu ị đ ng: trên thành t ào nấm men c những c tác dụng àm cho chất dinh dư ng vận chuyển vào trong t Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 8 nh , những này ào từ môi trường ên Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT ngoài nhờ áp uất th m thấu, ngư c ại chất thải trong quá trình trao đổi cũng đư c thải ra theo con đường này. - Hấp thu ch đ ng: các thành phần dinh dư ng không c khả năng xâm nhập vào t ào theo con đường thứ nhất thì ập tức c hệ permea e hoạt h a. Permea e là m t protid hoạt đ ng, ch ng iên k t v i chất dinh dư ng tạo thành h p chất và h p chất này đi qua thành t ào trong, tại đây ch ng ại tách ra và permease ại ti p tục vận chuyển ti p. * Quá trình sinh trưởng và phát triển - Sự inh trưởng Trong quá trình nuôi cấy, trong điều kiện dinh dư ng đầy đ , t ào nấm men tăng nhanh về kích thư c và đ ng thời inh khối đư c tích ũy nhiều. - Sự phát triển Các nấm men inh ản ằng phương pháp nhân đôi thường cho ư ng inh khối rất n au m t thời gian ng n. Trong trường h p inh ản theo phương pháp này thì trong dịch nuôi cấy như vậy t ào không c t ào già. Vì rằng t ào đư c phân chia thành hai cứ c nào cũng ở trạng thái đang phát triển. T thi u chất dinh dư ng và t ào chỉ già khi môi trường ào không c khả năng inh ản nữa. Tuy nhiên đa ố nấm men inh ản ằng phương pháp nảy ch i nên hiện tư ng phát hiện t tách đ trên t ào già rất rõ. Khi ch i non tách kh i t ào mẹ để ống đ c ập thì nơi ào mẹ tạo thành m t v t ẹo. V t ẹo này ch i m i. Cứ như vậy t ào mẹ Để xác định ố ư ng t chuyển thành t không c khả năng tạo ra ào già theo thời gian. ào nấm men phát triển theo thời gian hiện nay người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau như: + Xác định ố ư ng t ào ằng phương pháp đ m trực ti p trên kính hiển vi hay gián ti p trên mặt thạch. + Đo đ đục c a t chu n c a mật đ t ào trong dung dịch nuôi cấy trên cơ ở xây dựng m t đ thị ào,… Quá trình inh trưởng c a nấm men trong dịch ên men tĩnh c thể chia àm 5 giai đoạn: Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 9 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT  Giai đoạn tiềm phát: giai đoạn này t ào àm quen v i môi trường, inh khối chưa tăng nhiều.  Giai đoạn ogarit: đây à giai đoạn phát triển rất nhanh, inh khối tăng ào ạt, kèm theo ự thay đổi mạnh m c a dịch ên men.  Giai đoạn chậm dần: tốc đ inh trưởng nấm men giảm dần, thành phần dịch ên men c n ại ít, các ản ph m ên men đư c tích tụ nhiều.  Giai đoạn ổn định: ố ư ng t ào nấm men không tăng nữa, tốc đ inh ản ằng tốc đ ch t.  Giai đoạn ch t: tốc đ ch t tăng nhanh, tốc đ inh ản rất ít do đ ố ư ng t ào nấm men giảm dần. 2.3.5. Sự sinh sản của nấm men (Lê Xuân Phương, 2001) * Sinh ản vô tính  Sinh sản bằng hình thức nảy chồi: bình thường đ n m t giai đoạn nào đ , t ào phân chia và tạo thành những t mẹ, au đ ào con, n dần, hoặc tách kh i t những ch i nh c đầu những t ào này nh hơn t ào ào mẹ hoặc không tách kh i mà tạo thành iên k t v i nhau ngay cả khi trưởng thành tạo thành chu i t ào gọi à khu n ty giả. Đây à hình thức inh ản vô tính ch y u nhất ở nấm men.  Sinh sản bằng hình thức phân chia: m t ố oài phân đôi t con, c đầu chất nhân chia àm 2 phần, au đ ở phần giữa t ào, thành này t ào thành 2 t ào ào xuất hiện thành t n dần ên và màng nguyên inh chất ọt vào ên trong. L c này thành ào m i phát triển hoàn thiện và chia t ào mẹ àm 2 t ào con đ c ập. * Sinh ản hữu tính ằng t i ào tử (a co pore) Bào tử t i c a nấm men à những ào tử đư c inh ra trong những t i gọi à t i hay nang (a cu ) m i t i chứa 4 - 8 ào tử t i. T i hay nang ào tử c thể đư c inh ra theo 3 phương thức.  Ti p h p đẳng giao: do 2 t ào nấm men c hình thái, kích thư c giống nhau ti p h p v i nhau mà tạo thành (Zygosaccharomyces, Schizosaccharomyces).  Ti p h p dị giao: do 2 t ào nấm men khác nhau về hình thái, kích thư c mà ti p h p v i nhau tạo thành (Zigopichia, Nadsonia). Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 10 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT  Sinh ản đơn tính: tạo thành ào tử trực ti p từ 1 t ào riêng không thông qua ti p h p (nhiều oài trong các giống Pichia, Torulosporus, Saccharomyces). Bào tử t i au khi ra kh i t i gặp điều kiện thích h p men m i. T phát triển thành m t t ào nấm ào này ại ti p tục inh ản theo ối nảy ch i. Sự hình thành ào tử t i à m t quá trình đ ng thời mang hai ý nghĩa vừa inh ản, vừa tạo dạng ền vững vì ào tử t i c v dày chịu đư c điều kiện không thuận i c a môi trường, chịu đư c nhiệt đ cao và ự khô hạn. 2.3.6 Phân lớp nấm men (Lương Đức Ph m, 2006) Ch y u c hai p: nấm men thật (Ascomyces) và p nấm men giả (Fungi imporfecti).  L p nấm men thật ( p Ascomyces – trong công nghiệp thu c p nấm t i): phần n nấm men dùng p Ascomyces, đa ố thu c giống Saccharomyces ao g m Endomyces và Schizosaccharomyces.  L p nấm men giả (Fungi imporfecti – nấm men ất toàn): Crytococus (toscula, tornlopsis), Mycoderma, Eandida, Geotrichum (đã đư c x p vào p nấm mốc) và Rhodotorula. * Kh a phân d ng nấm men (Kurtzman và Fell, 1998) Phân oại các giống nấm men dựa vào m t ố đặc điểm về hình thái, inh ý nấm men: ự nảy ch i c a nấm men, hình dáng nấm men, ự hình thành ào tử, khả năng ên men các oại đường, khả năng đ ng h a urea. Giống Saccharomyces: sinh ản inh dư ng: t ào nảy ch i nhiều hư ng, đôi khi c khu n ty giả. Sinh ản hữu tính: T i khá ền và hình thành trực ti p từ m t t ư ng ào i. M i t i c chứa 1 - 4 (ít khi nhiều hơn) ào tử t i hình ô van hoặc tr n nhẵn. Đặc điểm inh ý: ên men đường, không hoạt h a urea e. Giống Hanseniaspora: inh ản inh dư ng: nảy ch i ở hai cực hoặc m t cực, c thể c khu n ty giả. không tạo khu n ty thật. Sinh ản hữu tính: các t i không ti p h p. M i t i chứa 1 - 4 ào tử t i hình mũ hay hình cầu, nhẵn hay xù xì, c hoặc không c gờ ở giữa. Đặc điểm inh ý: ên men đường, không hoạt h a urea e. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 11 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học
- Xem thêm -