Vi Nấm – Một Số Ứng Dụng Của Vi Nấm Trong Công Nghiệp

Vi Nấm là gì

Vi nấm là nhóm nấm có kích thước hiển vi, muốn nghiên cứu nó phải sử dụng đến các phương pháp vi sinh vật học. Bởi vậy, nó là đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học, khác với các nhóm nấm lớn là đối tượng của thực vật học. Vi nấm khác với vi khuẩn và xạ khuẩn, chúng có cấu tạo nhân điển hình, vì vậy chúng được xếp vào nhóm nhân thực ( Eukaryote).

Vi nấm gồm 2 nhóm lớn là:

– Nấm men: có cấu trúc đơn bào nên còn gọi là nấm đơn bào

– Nấm sợi: có cấu trúc đa bào với hệ sợi phức tạp và còn được gọi là nấm mốc.

Đặc điểm chính của Vi Nấm

1. Nấm men (Yeast)

a. Hình thái và kích thước

Nấm men thường có hình cầu hoặc hình bầu dục, một số loại có dạng hình que và một số hình dạng khác. Kích thước trung bình của nấm men là 3-5 x 5-10 mm. Một số loài nấm men sau khi phân cắt bằng phương pháp nảy chồi, tế bào con không rời khỏi tế bào mẹ và lại tiếp tục mọc chồi. Bởi vậy nó có hình thái giống như cây xương rồng khi quan sát dưới kính hiển vi.

b. Cấu tạo tế bào

Khác với vi khuẩn và xạ khuẩn, nấm men có cấu tạo tế bào khá phức tạp, gần giống như tế bào thực vật. Có đầy đủ các cấu tạo thành tế bào, màng tế bào chất, tế bào chất, ty thể, riboxome, nhân, không bào và các hạt dự trữ.

• Thành tế bào:

Thành tế bào nấm men được cấu tạo bởi hai lớp phân tử bao gồm 90% là hợp chất glucan và mannan, phần còn lại là protein, lipit và glucozamin. Glucan là hợp chất cao phân tử của D-glucose; mannan là hợp chất cao phân tử của D-mannose. Trên thành tế bào có nhiều lỗ, qua đó các chất dinh dưỡng được hấp thu và các sản phẩm của quá trình trao đổi chất được thải ra.

• Màng nguyên sinh chất

Màng nguyên sinh chất của nấm men dày khoảng 8 mm có cấu tạo tương tự như màng nguyên sinh chất của vi khuẩn.

• Tế bào chất của nấm men cũng tương tự như tế bào chất của vi khuẩn, độ nhớt của tế bào chất cao hơn của nước 800 lần.

• Nhân tế bào:

Nhân tế bào nấm men là nhân điển hình, có màng nhân bên trong là chất dịch nhân có chứa hạch nhân. Cũng như nhân tế bào của sinh vật bậc cao, nhân tế bào nấm men ngoài DNA còn có protein và nhiều loại enzym. Hạch nhân của tế bào nấm men không phải chỉ gồm một phân tử protein như ở vi khuẩn mà đã có cấu tạo nhiễm sắc thể điển hình và có quá trình phân bào nguyên nhiễm gọi là gián phân. Quá trình gián phân gồm 4 giai đoạn như ở các sinh vật bậc cao. Số lượng nhiễm sắc thể trong tế bào nấm men khác nhau tùy loại nấm men. Ở Saccharomyces serevisiae là nhóm nấm men phân bố rộng rãi nhất, thể đơn bội của nó có n =17 NST; thể lưỡng bội có 2n =34. Ngoài nhiễm sắc thể ra, trong nhân tế bào S.serevisae còn có từ 50-1000 plasmit có cấu tạo là 1 phân tử DNA dạng vòng kín có kích thước khoảng 2~m, có khả năng sao chép độc lập , mang thông tin di truyền.

• Ty thể

Khác với vi khuẩn, nấm men đã có ty thể giống như ở tế bào bậc cao, đó là cơ quan sinh năng lượng của tế bào. Ty thể nấm men có hỉnh bầu dục, được bao bọc bởi 2 lớp màng, màng trong gấp khúc thành nhiều tấm răng lược hoặc nhiều ống nhỏ làm cho diện tích bề mặt của màng trong tăng lên. Cấu trúc 2 lớp màng ty thể giống cấu trúc của màng nguyên sinh chất. Trên bề mặt của màng trong có đính vô số các hạt nhỏ hình cầu. Các hạt này có chức năng sinh năng lượng và giải phóng năng lượng của ty thể. Trong ty thể còn có 1 phân tử DNA có cấu trúc vòng, có khả năng tự sao chép độc lập với tế bào. Những đột biến tạo ra các tế bào nấm men không có DNA ty thể làm cho tế bào nấm men phát triển rất yếu, khuẩn lạc nhỏ bé. Trong ty thể còn có cả các thành phần cần cho quá trình tổng hợp protein như riboxome, các loại RNA và các loại enzym cần thiết cho sự tổng hợp prtein. Các thành phần này không giống với các thành phần tương tự của nấm men nhưng lại rất giống của vi khuẩn. Bởi vậy có ý kiến cho rằng ty thể của nấm men có nguồn gốc từ một vi khuẩn sống cộng sinh với tế bào nấm men. Ý kiến này vẫn còn nhiều tranh cãi. DNA của ty thể rất nhỏ nên có thể mang mật mã tổng hợp cho một số loại protein của ty thể, số còn lại sẽ do tế bào tổng hợp rồi đưa vào trong ty thể. Người ta đã chứng minh được quá trình tổng hợp protein của ty thể. Quá trình này bị kiềm hãm bởi chloramphenicol giống như ở vi khuẩn, trong khi đó, chất kháng sinh này không kìm hãm được quá trình tổng hợp protein ở nấm men.

• Riboxom

Riboxome ở nấm men có 2 loại: loại 80S gồm 2 tiểu thể 60S và 40S nằm trong tế bào chất, một số khác gắn với màng tế bào chất. Một số nghiên cứu đã chứng minh được rằng: các riboxome gắn với màng tế bào chất có hoạt tính tổng hợp protein cao hơn. Loại thứ 2 là 70S thường có trong ty thể.

Ngoài các cơ quan trên, nấm men còn có không bào và các hạt dự trữ như hạt Volutin, hạt này không những mang vai trò chất dự trữ mà còn dùng làm nguồn năng lượng cho nhiều quá trình sinh hóa học của tế bào. Ngoài hạt Volutin, trong tế bào còn có một số hạt dự trữ khác như glycogen và lipit. Một số nấm men có khả năng hình thành một lượng lớn lipit

• Bào tử:

Nhiều nấm men có khả năng hình thành bào tử, đó là một hình thức sinh sản của nấm men. Có 2 loại bào tử : bào tử bắn và bào tử túi. Bào tử túi là những bào tử được hình thành trong một túi nhỏ gọi là nang. Trong nang thường có chứa từ 1-8 bào tử, đôi khi có đến 12 bào tử. Phương thức hình thành túi phụ thuộc vào hình thức sinh sản của nấm men. Bào tử bắn là những bào tử sau khi hình thành nhờ năng lượng của tế bào bắn mạnh về phía đối diện. Đó là một hình thức phát tán bào tử. Có thể quan sát bào tử bắn bằng cách nuôi cấy nấm men trên đĩa petri, vài ngày sau thấy xuất hiện trên nắp hộp phía đối diện hình thành một lớp mờ mờ. Đem soi nắp hộp dưới kính hiển vi sẽ thấy rõ các bào tử.

c. Sinh sản

Ở nấm men có 3 hình thức sinh sản:

– Sinh sản sinh dưỡng: là hình thức sinh sản đơn giản nhất của nấm men. Có 2 hình thức sinh sản sinh dưỡng: nảy chồi và hình thành vách ngăn ngang phân đôi tế bào như vi khuẩn. Ở hình thức nảy chồi, từ một cực của tế bào mẹ nảy chồi thành một tế bào con sau đó hình thành vách ngăn ngang giữa tế bào. Tế bào con có thể tách rời tế bào mẹ, cũng có thể còn dính trên tế bào mẹ và lại tiếp tực nảy chồi làm cho nấm men có hình dạng như cây xương rồng tai thỏ

– Sinh sản đơn tính bằng hai hình thức là bào tử túi và bào tử bắn như đã trình bày trên

– Sinh sản hữu tính: do hai tế bào nấm men kết hợp với nhau hình thành hợp tử. Hợp tử phân chia thành các bào tử nằm trong nang, nang chín bào tử được phát tán ra ngoài. Nếu hai tế bào nấm men có hình thái kích thước giống nhau tiếp hợp với nhau thì được gọi là tiếp hợp đẳng giao. Nếu 2 tế bào nấm men khác nhau thì được gọi là tiếp hợp dị giáo. Trong chu trình sống của nhiều loài nấm men, có sự kết hợp các hình thức sinh sản khác nhau.

Sau đây là quá trình sinh sản của S.serevisae- một loại nấm men phân bố rộng rãi trong thiên nhiên. Chu trình sống của loài nấm men này có 2 giai đoạn: đơn bội và lưỡng bội. Đầu tiên tế bào dinh dưỡng đơn bội (n) sinh sôi nảy nở theo lối nảy chồi. Sau đó hai tế bào đơn bội kết hợp với nhau, có sự trao đổi của tế bào chất và nhân hình thành tế bào lượng bội (n). tế bào lưỡng bội lại nảy chồi (sinh sản sinh dưỡng) thành nhiều tế bào lưỡng bội khác, cuối cùng hình thành hợp tử. Nhân của hợp tử phân chia giảm nhiễm thành 4 nhân đơn bội. Mỗi nhân đơn bội được bao bọc nguyên sinh chất, hình thành màng tạo thành 4 bào tử nằm trong một túi gọi là bào tử túi. Khi túi vỡ, bào tử được giải phóng ra ngoài phát triển thành tế bào dinh dưỡng và lại phân chia theo lối này rồi tiếp tục chu trình sống.

Ngoài hình thức sinh sản như ở S.sereviase, một số loài nấm men khác có những hình thức sinh sản về cơ bản cũng giống như trên nhưng có một số sai khác. Ví dụ như là Schizosaccharomyces octosporus hợp tử lưỡng bội phân chia 3 lần, lần đầu giảm nhiễm sinh ra 8 bào tử nằm trong nang.

d. Ý nghĩa thực tế của nấm men

Nấm men là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, nó tham gia vào các quá trình chuyển hóa vật chất, phân huỷ chất hữu cơ trong đất. Hoạt tính sinh lý của nhiều loài nấm men được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp và các ngành khác. Ví dụ như quá trình sản xuất các loại rượu, cồn, nước giải khát lên men, làm thức ăn gia súc… Ngoài hoạt tính sinh lý, bản thân tế bào nấm men có rất

nhiều loại vitamin và các acid amin, đặc biệt là các acid amin không thay thế. Đặc tính này được dùng để tạo thức ăn gia súc từ nấm men, thậm chí là thức ăn dùng cho cả con người.

2. Nấm mốc ( nấm sợi)

Nấm mốc cũng thuộc nhóm vi nấm, có kích thước hiển vi. Khác với nấm men, nó không phải là những tế bào riêng biệt mà là một hệ sợi phức tạp, đa bào với màu sắc phong phú.

a. Hình thái và kích thước

Nấm mốc có cấu tạo hình sợi phân nhánh, tạo thành một hệ sợi chằng chịt phát triển rất nhanh gọi là khuẩn ti thể hay hệ sợi nấm. Chiều ngang của khuẩn ti thay đổi từ 3-10 mm. Nấm mốc cũng có 2 loại khuẩn ti: khuẩn ti khí sinh mọc trên bề mặt môi trường, từ đây sinh ra những cơ quan sinh sản và khuẩn ti cơ chất mọc sâu vào trong môi trường.

Khuẩn lạc của nấm mốc cũng có nhiều màu sắc như khuẩn lạc xạ khuẩn.

Khuẩn lạc nấm mốc khác khuẩn lạc xạ khuẩn ở chỗ nó phát triển nhanh hơn và thường to hơn khuẩn lạc xạ khuẩn nhiều lần. Dạng xốp hơn do kích thước khuẩn ti to hơn.

Thường thì mỗi khuẩn lạc sau 3 ngày phát triển có kích thước 5-10 mm trong khi đó khuẩn lạc của xạ khuẩn chỉ khoảng 0,5 – 2 mm

b. Cấu tạo tế bào

Cũng như nấm men, nấm mốc có cấu tạo tế bào điển hình như ở sinh vật bậc cao. Thành phần hóa học và chức năng của các cấu trúc này cũng tương tự như ở nấm men. Điều sai khác cơ bản giữa nấm mốc và nấm men là tổ chức tế bào.

Nấm men chỉ là những tế bào riêng rẽ hoặc xếp với nhau theo kiểu cây xương rồng như đã nói ở phần trên. Nấm mốc có tế bào phức tạp hơn, trừ một số nấm mốc bậc thấp có cấu tạo đơn bào phân nhánh. Ở những nấm mốc bậc thấp này, cơ thể là một hệ sợi nhiều nhân không có vách ngăn.

Đa số nấm mốc có cấu tạo đa bào , tạo thành những tổ chức khác nhau như sợi khí sinh, sợi cơ chất. Sợi cơ chất của nấm mốc không đơn giản như ở xạ khuẩn mà phức tạp hơn nhiều. Có những loài có sợi cơ chất giống như rễ chùm ở thực vật gọi là rễ giả, ví dụ như ở Aspergilus niger. Ở những loài nấm mốc ký sinh trên thực vật, sợi cơ chất tạo thành những cấu trúc đặc biệt gọi là vòi hút.

Ở một số loài nấm mốc, các sợi nấm nối với nhau thông qua các cầu nối hình thành giữa các sợi nằm gần nhau gọi là sự hợp nối do có hiện tượng 2 khối nguyên sinh chất trộn lẫn với nhau. Đó có thể là một hình thức lai dinh dưỡng.

Một số loài nấm mốc có cấu tạo gần giống mô thực vật gọi là mô giả. Đó là các tổ chức sợi xốp gồm các sợi nấm xếp song song với nhau tạo thành một tổ chức sợi xốp. Ngoài tổ chứa sợi xốp còn có tổ chức màng mỏng giả gần giống như màng mỏng ở thực vật bậc cao. Chúng gồm những tế bào có kích thước xấp xỉ nhau hình bầu dục, xếp lại với nhau. Hai tổ chứa trên có ở thể đệm và hạch nấm. Thể đệm cấu tạo bởi nhiều khuẩn ti kết lại với nhau, từ đó sinh ra các cơ quan sinh sản của nấm mốc. Hạch nấm thường có hình tròn hoặc hình bầu dục không đều, kích thước tùy theo loài, từ dưới 1mm đến vài cm. Đặc biệt có loài có kích thước hạch nấm tới vài chục cm. Hạch nấm là một tổ chức giúp cho nấm sống qua các điều kiện ngoại cảnh bất lợi. Sợi nấm tồn tại trong hạch không phát triển. Khi gặp điều kiện thuận lợi, hạch sẽ nảy mầm và phát triển bình thường.

c. Sinh sản

Nấm mốc có 3 hình thức sinh sản chính:

• Sinh sản dinh dưỡng

– Sinh sản dinh dưỡng bằng khuẩn ti: là hình thức từ một khuẩn ti gây ra những

đoạn nhỏ, những đoạn nhỏ này phát triển thành một hệ khuẩn ti.

– Sinh sản dinh dưỡng bằng hạch nấm: như đã nói ở phần trên

– Sinh sản dinh dưỡng bằng bào tử dày: trên phần giữa của khuẩn ti hoặc phần đầu khuẩn ti hình thành tế bào có màng dày bao bọc, bên trong chứa nhiều chất dự trữ. Gặp điều kiện thuận lợi, bào tử dày sẽ nảy mầm thành một hệ sợi nấm. Bào tử dày thường là đơn bào, đôi khi là 2 hay nhiều tế bào.

• Sinh sản vô tính:

Sinh sản vô tính ở nấm mốc có 2 hình thức:

– Bào tử kín: là bào tử hình thành trong một nang kín. Từ một khuẩn ti mọc lên cuống nang, cuống nang thường có đường kính lớn hơn đường kính khuẩn ti. Cuống nang có loại phân nhánh và có loại không phân nhánh. Trên cuống nang hình thành nang bào tử. Cuống nang có phần ăn sâu vào trong nang gọi là nang trụ. Nang trụ có hình dạng khác nhau tùy loài. Ở một số loài, bào tử nằm trong nang có tiên mao, khi nang vỡ, bào tử có khả năng di động trong nước gọi là động bào tử (Zoospore)

Sự khác nhau giữa bào tử dày ở sinh sản dinh dưỡng và bào tử kín ở sinh sản vô tính : bào từ dày chính là một hoặc một vài tế bào trong một sợi nấm hình thành màng dày bọc lại. Bào tử kín phức tạp hơn, có cơ quan mang bào tử là nang, có nang trụ, cuống nang…

– Bào tử đính: là hình thức bào tử được hình thành bên ngoài cơ quan sinh bào tử.

Từ sợi nấm mọc lên cuống sinh bào tử bằng cách phân cắt cùng một lúc từ một sợi thành nhiều bào tử. Có loại mọc chồi thành bào tử thứ nhất, rồi bào tử thứ nhất lại mọc chồi thành bào tử thứ hai, cứ như thế tạo thành chuỗi. Trong chuỗi kiểu này bào tử ở cuối chuỗi non nhất, bào tử ở sát cuống sinh bào tử giá nhất, gọi là chuỗi gốc già. Có loại các bào tử được liên tiếp mọc ra từ đỉnh cuống sinh bào tử đẩy dần thành một chuỗi trong đó bào tử ở cuối chuỗi được sinh ra đầu tiên gọi là chuỗi gốc non.

Ở một số loài bào tử nằm trong thể bình, phương thức sinh bào tử cũng tương tự như ở cơ chế trên (phân cắt cùng một lúc, chuỗi gốc già, chuỗi gốc non). Đặc điểm khác cơ bản là cuống sinh bào tử và bào tử nằm trong một thể hình bình, các bào tử sinh ra được đẩy dần ra khỏi miệng bình. Khác với bào tử kín, nang phải vỡ ra bào tử mới ra ngoài được.

Ngoài các hình thức trên còn có một số hình thức khác nữa. Trên cùng một loài nấm mốc có thể có nhiều hình thức sinh sản khác nhau. Ví dụ như Fusarium có bào tử dày và bào tử đính. Cách phát sinh bào tử khác nhau cũng có thể có ở cùng một loài nấm.

• Sinh sản hữu tính

Nấm mốc có 3 hình thức sinh sản hữu tính : đẳng giao, dị dao và tiếp hợp

– Đẳng giao: từ sợi khuẩn ti sinh ra các túi giao tử trong có chứa giao tử. Các giao tử sau khi ra khỏi túi kết hợp với nhau thành hợp tử. Hợp tử phân chia giảm nhiễm thành các bào tử. Mỗi bào tử sau khi được phóng thích ra từ hợp tử có thể phát sinh thành sợi nấm. Các giao tử và túi giao tử hoàn toàn giống nhau giữa cơ thể “cái” và cơ thể “đực”

– Di giao: là trường hợp các giao tử và túi giao tử ở cơ thể “đực” và cơ thể “cái” khác nhau. Ở lớp nấm noãn (Oomycetes) cơ quan sinh sản cái gọi là noãn khí ở trong có chứa noãn cầu. Cơ quan sinh sản đực gọi là hùng khí có hình ống cong. Có thể có nhiều hùng khí mọc hướng về phía noãn khí, trong hùng khí chứa các tinh trùng. Khi hùng khí mọc vươn tới noãn khí, từ hùng khí tạo thành các ống xuyên và qua đó tinh trùng vào thụ tinh noản cầu tạo thành noãn bào tử. Noãn bào tử được bao bọc với một màng dày, sau một thời gian phân chia giảm nhiễm và phát triển thành sợi nấm mốc.

– Tiếp hợp: Hình thức sinh sản thường gặp ở nấm tiếp hợp. Từ 2 khuẩn ti khác nhau gọi là sợi âm và sợi dương mọc ra 2 mấu lồi gọi là nguyên phối nang. Các nguyên phối nang mọc hướng vào nhau dần dần hình thành màng ngăn với khuẩn ti sinh ra nó tạo tế bào đa nhân. Hai tế bào đa nhân tiếp hợp với nhau tạo thành hợp tử đa nhân gọi là bào tử tiếp hợp có màng dày. Hợp tử sau một thời gian nảy mầm mọc thành ống mầm. Đầu ống mầm sau phát triển thành một nang vô tính chứa nhiều bào tử. Ồng mầm trở thành cuống nang giống như trường hợp hình thành bào tử kín. Sau một thời gian nang vỡ giải phóng bào tử ra ngoài. Mỗi bào tử phát triển thành một sợi nấm.

Ngoài các hình thức sinh sản điển hình như trên, ở nấm mốc còn có hình thức sinh sản phần nào phức tạp hơn, gần giống với thực vật. Đó là ở một số loài thuộc lớp nấm đảm ( Basidiomycetes)

d. Ý nghĩa thực tế của nấm mốc

Nấm mốc hay nấm sợi là một nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong thiên nhiên. Chúng tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hóa vật chất, khép kín các vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Khả năng chuyển hóa vật chất của chúng được ứng dụng trong nhiều ngành, đặc biệt là chế biến thực phẩm (làm rượu, làm tương, nước mắm…) Mặt khác có nhiều loài nấm mốc mọc trên các nguyên , vật liệu đồ dùng , thực phẩm. phá hỏng hoặc làm giảm chất lượng của chúng. Một số loài còn gây bệnh cho người, động thực vật (bệnh lang ben, vảy nến ở người, nấm rỉ sắt ở thực vật.)

Một số ứng dụng của Vi Nấm trong công nghiệp

• Sản xuất sinh khối giàu protein từ nấm men

Từ cuối thế kỷ 20, L.Pasteur (1958) và Duclaux (1864) đã phát hiện thấy nấm men có khả năng sinh sôi nảy nở trên môi trường có nguồn thức ăn N vô cơ. Năm 1915, Classen đã chứng minh có thể nuôi nấm men trong môi trường chứa 0,5-1% đường cùng một lượng nhỏ sunfat amon.

Tế bào nấm men có chứa rất nhiều protein (15-50%), vitamin nhóm B, gluxit (20-40%), lipid (5-20%) a.nucleic 10%. Do đó, sinh khối nấm men có thể coi là nguồn bổ sung dinh dưỡng quan trọng trong chăn nuôi và ngay cả dùng làm thức ăn giàu protein bổ sung cho con người trong hoàn cảnh nhân loại đang thiếu protein thì điều này càng có ý nghĩa quan trọng. Nguồn protein thu được từ nấm men có ưu việt là rất kinh tế bởi vì nấm men phát triển với một tốc độ cực kỳ nhanh chóng- so với các loài động vật nuôi cho protid như cá, heo, trâu bò.. .gấp đến hàng chục ngàn lần, hơn ngũ cốc hàng trăm lần. Nếu cấy 300kg nấm men giống vào hệ thống lên men sau 24h có thể tạo được 25-30 ngàn kg sinh khối, chứa 11000 -13000 kg protein dễ tiêu hóa. Trong khi đó, 1 con bò 300kg sau 24h chăm sóc tốt cũng chỉ tăng trung bình 1,1-1,2kg thể trọng trong đó chỉ có khoảng 120g protein. Một nhà máy có công suất 28-30 tấn sinh khối /ngày có thể cho 9,2 -9,9 nghìn tấn sinh khối /năm tương ứng với 4-5 nghìn tấn protein dễ tiêu hóa. Vì thế hiện nay các nước phát triển đều chú ý đáng kể đến ngành sản xuất này.

Một đặc điểm rất đáng chú ý là nguồn nguyên liệu để sản xuất sinh khối nấm men lại là các loại phụ phế liệu do các nhà máy thải ra, rất đa dạng và rẽ tiền (như rỉ đường, nước thải tinh bột, các phế liệu dầu mỏ.) nên việc tận dụng các nguồn nguyên liệu này còn góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường.

Nguồn nguyên liệu:

– Nhóm nguyên liệu có đường (rỉ đường, huyết thanh, dịch ép phế liệu công nghiệp đồ hộp trái cây.)

– Nhóm nguyên liệu có bột: từ các nhà máy sản xuất tinh bột (nước thải tinh bột)

– Nhóm nguyên liệu có cellulose: phế liệu của nhà máy gỗ, giấy, bông.

– Nhóm nguyên liệu phế liệu dầu mỏ

Tùy theo chủng nấm men mà chọn lựa nguyên liệu sử dụng cho phù hợp

Dưới đây là một số chủng nấm men quan trọng trong sản xuất sinh khối tương ứng với nguyên liệu sử dụng:

Lưu ý: Khi sử dụng làm thực phẩm thì về tính chất cảm quan: protein thu được từ nấm men thiếu độ dai và không có màu sắc như protein động thực vật. Do đó, người ta khắc phục bằng cách:

– Màu sắc: nhuộm màu phớt hồng như thịt

– Độ dài: trộn thêm các protein hình sợi để tăng độ dai ( như collagen, ceratin, gelatin…)

• Trong công nghiệp sản xuất các acid hữu cơ

Acid citric còn gọi là acid limonic là một chất tinh thể rắn, có vị chua, dễ hòa tan trong nước, là một acid quan trọng trong công nghiệp thực phẩm như dùng trong sản xuất bánh kẹo, rau quả, thịt cá, mứt trái cây đóng hộp. Ngoài ra trong công nghiệp phim ảnh, in, y học cũng cần acid citric.

Acid citric có thể được thu nhận từ 3 nguồn:

– Tách chiết từ hoa quả và lá cây

– Tổng hợp hóa học

– Lên men

Trong 3 phương pháp này thì lên men được xem là phương pháp có hiệu quả kinh tế nhất. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất acid citric trên thế giới hiện nay.

Trong số các chủng vi nấm có khả năng sản xuất acid citric ( nấm men Candida lipolytica, C.tropicalis, C.fibriae; nấm mốc Aspergillus awamori, Asp usamoi, Asp.niger…) thì cho cho hiệu suất tạo acid citric cao làAsp.niger

Nguồn nguyên liệu sử dụng cho lên men: hiện nay, đa số các nhà máy sử dụng mật rỉ hoặc mật củ cải đường để nuôi nấm mốc sản xuất acid citric. Mật rỉ là nguồn phế liệu của công nghiệp đường mía, chứa khoảng 30-35% đường, ngoài ra trong thành phần mật rỉ còn chứa nhiều vitamin B và H rất tốt cho sự tăng trưởng của nấm mốc. Ngoài ra cần bổ sung thêm một số thành phần khác vào môi trường lên men để kích thích sự tạo acid citric như :

– K4Fe(CN)6 để loại các kim loại có trong mật rỉ có ảnh hưởng đến hiệu suất tạo acid citric của Asp.niger

– Khoáng nitrogen : NH4(SO4) hoặc urea

– Khoáng Phospho: KH2PO4

Ngoài ra việc bổ sung thêm ethanol hoặc methanol trong môi trường lên men có tác dụng ức chế tạo bào tử và kích thích sự tích luỹ acid citric trong tế bào nấm mốc.

* Phương pháp lên men:

– Lên men bề mặt: Môi trường lên men sau khi khử trùng sẽ cho vào các khay nhôm kích thước 1m x 2m x 0,15m hoặc 4m x 5m x 0,2m , để nguội + ethanol 2% và phun bào tử (107 tế bào / g)

Thông gió, nhiệt độ 30 -320C Thời gian lên men 8-9 ngày

Sau khi kết thúc lên men, rửa màng khuẩn ty bằng nước nóng, dích acid citric có hàm lượng 70-100 g/l tùy loại giống và điều kiện lên men, hiệu suất sử dụng đường 50-70% Ưu điểm: thiết bị lên men đơn giản, điều kiện lên men dễ, khi nhiễm chỉ nhiễm từng khay

Khuyết điểm: tốn diện tích và nhân công

– Lên men chìm: phương pháp này được áp dụng vào năm 1930 để sản xuất acid citric. Nấm mốc tạo ra hệ sợi nằm toàn bộ trong môi trường lỏng và phát triển theo chiều sâu của môi trường

Nuôi cấy chìm được tiến hành trong các thùng lên men 10000-15000lít chứa môi trường dinh dưỡng có cánh khuấy liên tục để cung cấp oxy cho vi sinh vật phát triển; lên man hoàn toàn vô trùng, thời gian lên men 6 ngày. Dịch acid citric có hàm lượng 120g/l tuỳ loại giống và điều kiện lên men. Hiệu suất sử dụng đường là 50-85%

Ưu điểm: dễ cơ khí hóa, ít tốn nhân công, diện tích bề mặt nhỏ, hiệu suất tổng hợp cao Nhược điểm: thiết bị hiện đại, điều kiện vô trùng tuyệt đối, cần có sự đầu tư kỹ thuật và công nghệ cao.

Tuy vậy, đây vẫn là phương pháp được sử dụng hầu hết trong công nghiệp sản xuất acid citric từ nấm mốc Asp. niger

– Lên men xốp: đây cũng là phương pháp lên men bề mặt nhưng sử dụng trên môi trường bán rắn ( tinh bột, bã khoai mì, bã ngô, bã các loại trái cây…)

• Trong công nghiệp sản xuất các acid amin

• Trong công nghiệp sản xuất tương, chao

• Trong công nghiệp sản xuất enzym

• Trong công nghiệp sản xuất vitamin

• Trong công nghiệp sản xuất chất kháng sinh