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

bộ khoa học và công nghệ viện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp nhà n−ớc nghiên cứu áp dụng công nghệ vi sinh hiện đại để sản xuất chế phẩm axit amin và enzym từ nguồn thứ phẩm nông nghiệp và hải sản ở quy mô bán công nghiệp m∙ số: kc.04.20 chủ nhiệm đề tài: pgs.ts nguyễn thùy châu 5980 23/8/2006 hà nội - 2006 1 Danh sách những ng−ời tham gia thực hiện đề tài Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu1 1/ Đề tài nhánh: “Sử dụng kỹ thuật hiện đại trong chọn tạo các chủng giống vi sinh vật” PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu1, chủ nhiệm đề tài nhánh TS. Đinh Duy Kháng5 NCS. Đỗ thị Ngọc Huyền1 Th.S. Vũ Kim Thoa1 KS. Nguyễn Ngọc Huyền1 CN. Nguyễn Thị H−ơng Trà1 Th.S. Bùi Thị H−ơng1 2/ Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất axit amin L-lysin” PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu1, chủ nhiệm đề tài nhánh Th.S. Vũ Kim Thoa1 KS. Nguyễn Ngọc Huyền1 KS. Trần Văn Tuân 3/ Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất axit amin L-methionin” Th.S. Bùi Thị H−ơng1, chủ nhiệm đề tài nhánh CN. Vũ Thị H−ơng1 CN. Nguyễn Tuấn1 KS. Đỗ Minh Trung1 4/ Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym phytaza” NCS. Đỗ Thị Ngọc Huyền1, Chủ nhiệm đề tài nhánh CN. Nguyễn Thị Hồng Hà1 KS. Lê Thiên Minh1 CN. Đỗ Tất Thủy1 5/ Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym pectinaza” KS. Tr−ơng Thanh Bình1 , Chủ nhiệm đề tài nhánh PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu1, đồng chủ nhiệm đề tài nhánh CN. Lê Thanh H−ơng1 2 CN. Nguyễn Ngọc Linh1 CN. Đỗ Thị Thu Hiền1 6/ Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym mananaza” PGS. TS. Đặng Thị Thu2, Chủ nhiệm đề tài nhánh NCS. Đỗ Biên C−ơng2 KS. Phùng Thị Thủy2 7/Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thịt quả cà phê lên men làm thức ăn gia súc” CN. Nguyễn Thị H−ơng Trà1, Chủ nhiệm đề tài nhánh PGS. TS. Nguyễn Thùy Châu1, đồng chủ nhiệm đề tài nhánh KS. Ngô Tất Trung1 CN. Đỗ Tất Thủy1 KS. Lâm Tú Minh1 8/ Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ lên men lactic các phế phụ phẩm của tôm bằng các chủng vi khuẩn Lactobacillus làm thức ăn chăn nuôi” GS. Lê Văn Liễn3, Chủ nhiệm đề tài nhánh KS. Phạm Ngọc Uyển3 KS. Phạm Thị Thành3 KS. Phạm Thị Thoa3 9/ Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ lên men bã dứa bằng vi khuẩn Lactobacillus làm thức ăn cho bò sữa” ThS. Nguyễn Giang Phúc3, Chủ nhiệm đề tài nhánh CN. Bùi Thị Thu Huyền3 CN. Nguyễn Thành Long3 KS. Nguyễn Văn Dũng3 KS. V−ơng Tuấn Thục3 KS. Nguyễn Văn Lý3 CN. Nguyễn Đình Phúc3 CN. Nguyễn Văn Ph−ơng3 3 10/Đề tài nhánh: “Nghiên cứu công nghệ lên men men lactic các phế phụ phẩm của cá bằng vi khuẩn Lactobacillus làm thức ăn chăn nuôi” KS. L−ơng Văn Chính4, Chủ nhiệm đề tài nhánh CN. Trần Khánh Vân4 KS. Lê Văn Huyên4 1: Viện Cơ điện Nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch 2: Viện Công nghệ sinh học- Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà nội 3: Viện Chăn nuôi Quốc Gia 4: Viện Di truyền Nông nghiệp 5: Viện Công nghệ Sinh học- Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia 4 Phần I: Mở đầu Từ nhiều năm nay việc tận dụng các phế phụ phẩm nông nghiệp và sử dụng chúng một cách có hiệu quả đa đ−ợc các nhà khoa học và công nghệ trên thế giới hết sức quan tâm đi sâu nghiên cứu và đã đạt đ−ợc rất nhiều thành tựu trong vấn đề này. Công nghệ sinh học đóng một vai trò hêt sức quan trọng trong việc tận dụng các phế phụ phẩm nông nghiệp để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và giá trị dinh d−ỡng cao nhằm sử dụng chúng một cách có hiệu quả, tránh tình trạng lãng phí và gây ô nhiễm môi tr−ờng. Trong những năm gần đây, nhờ chính sách đổi mới của Đảng và nhà n−ớc, ngành nông nghiệp n−ớc ta đã có những b−ớc tiến bộ rõ rệt. Sản l−ợng l−ơng thực cũng nh− các nông sản khác đã tăng một cách đáng kể. Sản l−ợng lúa gạo đạt gần 34 triệu tấn, đ−ờng đạt gần 1 triệu tấn, dừa 500.000 tấn, sản l−ợng dứa là 50 triệu tấn. Cà phê đạt 500.000 tấn. Sản l−ợng các nông sản này tăng kéo theo sản l−ợng các phế phụ phẩm của chúng cũng tăng theo. Cụ thể: sản l−ợng cám gạo trong năm 1999- 2000 là 1.7 triệu tấn, l−ợng cám mì là 150 nghìn tấn, thịt quả cà phê khoảng 1,5 triệu tấn, rỉ đ−ờng 450 nghìn tấn, bã dứa 10 triệu tấn, bã dứa sau ép 200000 tấn, phế phụ phẩm thuỷ hải sản khoảng 500 nghìn tấn. Do ch−a có biện pháp tận dụng một cách khoa học thịt quả cà phê, bã dứa đã gây ô nhiễm môi tr−ờng và trở thành nỗi nhức nhối của ng−ời dân vùng chế biến các nông sản này. Việc nghiên cứu và triển khai các công nghệ sinh học để tận dụng các phế phụ phẩm này nhằm tạo ra các sản phẩm dinh d−ỡng cao và có giá trị kinh tế cao phục vụ chế biến thực phẩm và chăn nuôi là một vấn đề cấp thiết của ngành nông nghiệp cũng nh− của các cán bộ làm công tác nghiên cứu về công nghệ sinh học Việt Nam. Thực tế cho thấy rỉ đ−ờng ở n−ớc ta hiện nay chủ yếu mới chỉ đ−ợc sử dụng để sản xuất cồn. Trong khi đó, có rất nhiều sản phẩm có thể sản xuất đ−ợc từ rỉ đ−ờng để đáp ứng nhu cầu cuộc sống của nhân dân ta song vẫn ch−a triển khai đ−ợc. Đặc biệt các axit amin nh− Lysin, Methionine là những chất có thể sản xuất từ rỉ đ−ờng nh−ng ta vẫn phải nhập ngoại với số l−ợng vài trăm tấn/năm trị giá nhiều chục tỉ đồng. Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất các axit amin lysine, methionine là rất cần thiết để đa dạng hoá các sản phẩm sau đ−ờng và phát triển chăn nuôi, d−ợc phẩm. Hiện nay trong thực tế cám gạo, cám mì chủ yếu đ−ợc làm thức ăn gia súc và hầu nh− ch−a có sản phẩm sinh học nào có giá trị đ−ợc tạo ra từ nguồn cám gạo và cám mì. 5 Ngành cà phê Việt Nam có tốc độ phát triển nhanh v−ợt bậc so với 20 năm tr−ớc đây, diện tích cà phê đã tăng 25 lần, sản l−ợng tăng 100 lần, có nghĩa là năng suất đã tăng 4 lần, tỉ lệ vỏ thịt quả chiếm khoảng 45% trọng l−ợng quả, trong khi đó công nghệ sau thu hoạch không đáp ứng kịp, gây nên những tổn thất nặng nề và gây ô nhiễm môi tr−ờng. Với nguồn phế liệu thuỷ hải sản rất lớn và đa dạng, bao gồm cá kém chất l−ợng, đầu và vỏ tôm, các phụ tạng, đầu, x−ơng, vây của cá tạo ra từ các xí nghiệp đánh bắt và chế biến xuất khẩu thuỷ sản. Nguồn nguyên liệu này rất dễ dàng và nhanh chóng bị thối hỏng do tác động của khu hệ vi sinh vật đa dạng trong điều kiện khí hậu n−ớc ta. Đây thực sự là một vấn đề không những làm mất đi một nguồn protein lớn mà con gây ô nhiễm môi tr−ờng nghiêm trọng. Ở n−ớc ta l−ợng bã cơm dừa sau ép hàng năm lên tới vài trăm nghìn tấn và hiện nay chỉ đ−ợc sử dụng làm phân bón, vì vậy hiệu quả sử dụng ch−a cao. Đặng Thị Thu và các cộng tác viên ở trung tâm công nghệ sinh học- Đại học Bách Khoa Hà Nội đã b−ớc đầu tập trung nghiên cứu công nghệ sản xuất enzim mananaza để nâng cao giá trị sử dụng bã cơm dừa sau ép. Đây là một loại enzim có ý nghĩa kinh tế cao và ch−a đ−ợc tập trung nghiên cứu sâu ở Việt Nam. Vì vậy cần đầu t− cho vấn đề này cần đầu t− cho vấn đề này nhằm tìm đ−ợc công nghệ sản xuất enzim mananaza ở Việt Nam trong thời gian tới. Đề tài “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” mã số KC-04-20 thuộc ch−ơng trình nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ sinh học. Mục tiêu chung của đề tài là: Triển khai công nghệ mới của công nghệ sinh học trong tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp và thuỷ hải sản nhằm sản xuất các sản phẩm có giá trị kinh tế phục vụ phát triển nông nghiệp Mục tiêu cụ thể là: áp dụng đ−ợc các kỹ thuật vi sinh kinh điển và kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại trong công tác chọn tạo các chủng giống vi sinh vật có hoạt tính cao cho công nghệ tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp nh− rỉ đ−ờng, cám gạo, cám mì, bã dứa, thịt quả cà phê, bã dừa sau ép và phế phụ phẩm thuỷ hải sản nh− cá kém chất l−ợng, đầu tôm 6 Xây dựng qui trình công nghệ thích hợp để sản xuất các sản phẩm có giá trị cao nh− axit amin L- lysin, L-methionine, các enzym phytaza, pectinaza, mannanaza, các thức ăn lên men từ các phế phụ phẩm nông nghiệp và phế phẩm thuỷ hải sản làm thức ăn chăn nuôi Xây dựng đ−ợc mô hình công nghệ thiết bị thích hợp để sản xuất các sản phẩm nh− axit amin L-lysin, L-methionine, các enzym phytaza, pectinaza, mannanaza, các thức ăn lên men từ phụ phế phẩm nông nghiệp và thuỷ hải sản làm thức ăn chăn nuôi Đề tài đ−ợc thực hiện trong 30 tháng từ tháng 9 năm 2002 đến tháng 3 năm 2005 với tổng số kinh phí là 2.700 triệu đồng từ ngân sách SNKH của Nhà n−ớc. D−ới đây là một số thông tin chung về đề tài: Chủ nhiệm đề tài: Họ tên : Nguyễn Thùy Châu Học hàm, học vị : PGS. TS Chức danh khoa học: NCVC Điện thoại CQ: 04.9342487 E.Mail: ntchau@netnam.com Địa chỉ cơ quan: Viện Cơ điện Công nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Hà Nội Cơ quan chủ trì đề tài: Viện cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Hà Nội Địa chỉ: Số 4 Ngô quyền, Hà Nội 7 Cơ quan chính phối hợp thực hiện TT Tên tổ chức Địa chỉ Hoạt động/đóng góp cho đề tài 1 Viện Công nghệ Sau thu hoạch 4 Ngô Quyền, Hà nội. Chủ trì đề tài, Sử dụng các kỹ thuật hiện đại trong chọn tạo các chủng giống vi sinh vật, nghiên cứu công nghệ sản xuất các axit amin L-lysin, L-methionin, các enzym phytaza, pectinaza, công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi từ thịt quả cà phê 2 Viện Chăn nuôi Thụy Ph−ơng- Từ Liêm. Nghiên cứu công nghệ lên men bã dứa bằng vi khuẩn Lactobacillus plantarium và Streptococcus lactis làm thức ăn cho bò sữa. 3 Viện Chăn nuôi Thụy Ph−ơng- Từ Liêm. - Nghiên cứu công nghệ lên men lactic các phế phụ phẩm của tôm bằng các chủng vi khuẩn Lactobacillus làm thức ăn chăn nuôi 4 Viện Di truyền Nông Nghiệp, Viện Chăn nuôi Cổ Nhuế- Hà Nội - Nghiên cứu công nghệ lên men lactic các phế phụ phẩm của cá bằng các chủng vi khuẩn Lactobacillus làm thức ăn chăn nuôi. 5 Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ thực phẩm, Tr−ờng Đại học Bách khoa- Hà nội. Đại Cổ Việt - Hà Nội - Nghiên cứu công nghệ sản xuất enzym mannanaza để sản xuất mano- oligosacharit từ bã dừa sau ép. 1. Nội dung đề tài: 1. Tuyển chọn bộ chủng giống vi sinh vật có hoạt tính sinh học từ các nguồn thiên nhiên phục vụ cho đề tài 2. Sử dụng các kỹ thuật hiện đại trong chọn tạo các chủng giống vi sinh vật bao gồm: + Sử dụng kỹ thuật đột biến chọn tạo các chủng Corynebacterrium glutamicum sinh tổng hợp L- lysin và L-methionine cao 8 + Sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử đề biểu hiện gen mã hóa phytaza đề kháng nhiệt trong nấm men Pichia pastoris + Tách dòng và biểu hiện gen mã hóa bacteriocin từ chủng tự nhiên có tính đề kháng với vi sinh vật gây bệnh E. coli, Salmonella... 3. Nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ lên men axit amin L- lysine, L- methionine, và các enzym phytaza, pectinaza, mannanaza ở qui mô phòng thí nghiệm và qui mô bán công nghiệp 150l/mẻ và 1500 l/mẻ 4. Nghiên cứu qui trình công nghệ lên men thịt quả cà phê, bã dứa, phế phụ phẩm thủy hải sản bằng các vi khuẩn lactic 5. Thử nghiệm và đánh giá các chế phẩm sản xuất đ−ợc trên đàn gia súc gia cầm 2. Danh mục sản phẩm KHCN của đề tài (hợp đồng giữa Chủ nhiệm ch−ơng trình KC.04 và cơ quan chủ trì đề tài) TT Tên sản phẩm Số l−ợng Chỉ tiêu Kinh tế - kỹ thuật Ghi chú 1 Chế phẩm sinh học 1.1 Chế phẩm axit amin L- lysin bổ sung vào thức ăn gia súc cho lợn, gà. 10 kg Chế phẩm L- lysin đạt từ 30-35g/l 1.2 Chế phẩm L-methionin bổ sung vào thức ăn gia súc cho lợn, gà. 10 kg Chế phẩm L-methionin đạt từ 30-35g/l 1.3 Chế phẩm enzym pectinaza cho lợn, gà và chế biến mật ong 10 kg Chế phẩm enzym pectinaza đạt khoảng 10đv/ml 1.4 Chế phẩm enzym mannanaza sản xuất mano- oligosacharit làm thức ăn cho lợn, gà 5 kg Chế phẩm emzym mannanaza đạt từ 300 - 400 đv/ml 1.5 Chế phẩm enzym phytaza bổ sung vào thức nă gia súc cho lợn, gà. 10kg Chế phẩm enzym phytaza đạt từ 80 -85 đv/g 1.6 Chế phẩm thịt quả cà phê lên men làm thức ăn cho bò 10 tấn 3 % axit lactic và 105 vi khuẩn lactic/g chất khô 9 1.7 Chế phẩm bã dứa lên men làm thức ăn cho bò 10 tấn 3 % axit lactic và 105 vi khuẩn lactic/g chất khô 1.8 Sản phẩm lên men từ các phế phụ phẩm thuỷ hải sản làm thức ăn chăn nuôi cho gia cầm, lợn con. 1 tấn 3 % axit lactic và 105 vi khuẩn lactic/g chất khô. Chế phẩm có khả năng tăng trọng của gia súc từ 15% -20%. 2 Chủng giống vi sinh vật 2.1 Các chủng Corynebacterium glutamicum Corynebacterium acetoglutamicum Candida tropicalis, Brevibacterium falvum tự nhiên và đột biến sinh L-lysin, L- methionin cao. 4 chủng Chủng có hoạt tính L- lysin đạt từ 30g/l - 35g/l Chủng có hoạt tính L- methionin đạt từ 30g/l- 35g/l 2.2 Các chủng nấm mốc Aspergillus niger sinh pectinaza 2-3 chủng Chủng có hoạt tính pectinaza đạt khoảng 10đv/ml 2.3 Các chủng sinh enzym mannanase 2-3 chủng Chủng có hoạt tính mannanaza đạt từ 30- 40 đv/ ml 2.4 Chủng Aspergillus niger tự nhiên và chủng tái tổ hơp cho hoạt tính phytaza cao từ 3-5 lần so với chủng tự nhiên. 2-3 chủng Chủng có hoạt tính phytaza đạt 80-85đv/l 2.5 Các chủng vi khuẩn Lactobacillus plantarum sinh axit lactic và bacteriocin. 2-3 chủng L−ợng bacteriocin đạt 50ppm 3 Qui trình công nghệ: 3.1 Quy trình công nghệ sản xuất axit amin L-lysin trên môi tr−ờng rỉ đ−ờng bằng công nghệ lên men chìm sục khí. 1 quy trình Qui mô 1500l/mẻ 3.2 Qui trình công nghệ sản xuất axit amin L- methionin trên môi tr−ờng rỉ đ−ờng bằng công nghệ lên men chìm sục khí. 1 qui trình Qui mô 1500l/mẻ 3.3 Qui trình công nghệ sản xuất 3 qui Qui mô 1500l/mẻ 10 enzym pectinaza, mananaza, phytaza trên môi tr−ờng thịt quả cà phê, bã dừa sau ép, cám gạo bằng công nghệ lên men chìm sục khí. trình 3.4 Qui trình công nghệ lên men thịt quả cà phê, bã dứa, phế phụ phẩm thuỷ hải sản bằng các vi khuẩn lactic. 4 qui trình Qui mô 1 tấn thịt quả cà phê/mẻ 3. Kết quả hoạt động của đề tài 3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài n−ớc 3.1.1. Tổng quan về L-lysin L-lysine bản chất là một axit amin không thay thế, nghĩa là cơ thể ng−ời và động vật không tự tổng hợp đ−ợc axit amin này mà phải trực tiếp thu nhận từ nguồn bổ sung bên ngoài. Hoạt tính sinh học chỉ biểu hiện ở dạng đồng phân L- lysine mới có giá trị dinh d−ỡng với ng−ời và động vật. L- lysine đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nh−: Sử dụng bổ sung vào thức ăn gia súc làm tăng chất l−ợng và sản l−ợng thịt của động vật nuôi. Trong công nghiệp d−ợc phẩm L-lysine đ−ợc sử dụng nh− một chất dinh d−ỡng, kích thích sự ăn ngon miệng, sử dụng nh− một chất có nguồn gốc protein bổ sung trong quá trình cắt đứt căn bệnh "stress” và nó cũng có chức năng chống nhiễm trùng máu. Trong công nghiệp thực phẩm là chất bổ sung làm giầu thực phẩm, nâng cao chất l−ợng các loại hạt nh− lúa mì, ngô, gạo bởi nếu các sản phẩm này thiếu hụt L- lysine thì giá trị dinh d−ỡng rất thấp. Vì vậy trong thực phẩm của con ng−ời nh− thực phẩm dạng chiên, thực phẩm lỏng, bánh mì th−ờng đ−ợc bổ sung dạng muối L- lysine. Trong công nghiệp, L- lysine đ−ợc sản sinh trong môi tr−ờng dinh d−ỡng lên men bởi các chủng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, B. lactofermentatum hoặc cũng có thể thu nhận từ dịch thuỷ phân protein động, thực vật. Trên thế giới việc sản xuất axit amin ở quy mô công nghiệp đã đ−ợc bắt đầu từ năm 1908. Nhật Bản đã có lịch sử trên 40 năm sản xuất và áp dụng axit amin ở quy mô công nghiệp với sản l−ợng 90.000 tấn/năm (chủ yếu hai hãng công nghiệp vi sinh khổng lồ là "Kiowa Hakko" và "Ajinamoto"). ở Pháp (hãng "Eurolysine") có sản l−ợng L-lysine đạt khoảng 20 000 tấn/năm. Năm 1983 sản l−ợng L-lysine trên toàn thế giới là 70 000 tấn/năm nh−ng đến năm 2000 đã tăng lên 600 000 tấn/năm. Nhiều nhà máy sản xuất L- 11 lysine còn đ−ợc xây dựng ở Mỹ, Tây Ban Nha, các n−ớc cộng hoà thuộc Liên Xô (cũ) và Nam T− (cũ)...Việc gia tăng nhanh chóng sản l−ợng L-lysine trên thế giới đồng nghĩa với nhu cầu rất lớn về sản phẩm này. Hiện nay ở Việt Nam nhu cầu sử dụng lysin cho thực phẩm con ng−ời và thức ăn chăn nuôi gia tăng nhanh chóng. Hàng năm chúng ta phải nhập khẩu 100% L-lysin với số l−ợng lớn. Trong những năm qua (1980-1985) TS. Hồ S−ởng, Viện Công nghiệp Thực phẩm, đã sản xuất lysin từ chủng tự nhiên có tên là VTP 22( không có tên chi và tên loài) ở qui mô 5000l/mẻ, chủng này cho sản l−ợng lysin 30-35g/l. Chế phẩm lysin ở dạng thô là 80% và ở dạng sệt là 15-20%. TS. Ngô Tiến Hiển cũng đã nghiên cứu lên men lysin theo ph−ơng pháp bề mặt. Tuy nhiên theo nh− lý thuyết thì lên men theo ph−ơng pháp bề mặt không cho sản l−ợng lysin cao so với ph−ơng pháp lên men chìm sục khí. TS. Ngô Thị Mại và cộng sự cũng đã nghiên cứu về lysin, chủng sản xuất là chủng Corynebacterium glutamicum tự nhiên lấy từ nguồn ATCC. Tuy nhiên thách thức lớn nhất với chúng ta là có rất ít nghiên cứu hoàn chỉnh về L-lysine và ch−a có cơ sở nào triển khai sản xuất L- lysine quy mô công nghiệp chất l−ợng cao, giá thành hạ. Cho đến nay ở nhiều n−ớc khác nhau hầu nh− tất cả các chủng có hoạt tính cao và đ−ợc ứng dụng để sản xuất axit amin đều là các chủng đột biến. Đặc biệt là các vi khuẩn Corynebacterium, Brevibacterium có khả năng phát triển tốt trong những môi tr−ờng chứa nhiều cacbon và ít nitơ. ở đây sự phá vỡ cân bằng giữa trao đổi chất cacbon và sự đồng hoá nitơ là nguyên nhân dẫn đến sự hình thành axit amin với số l−ợng lớn, v−ợt quá xa so với nhu cầu nội tại của tế bào và tích luỹ ở tế bào hay thoát ra ngoài môi tr−ờng. Hiện t−ợng này đ−ợc gọi là siêu tổng hợp axit amin của vi sinh vật và th−ờng là do tác động của con ng−ời bằng ph−ơng pháp đột biến gây ra để thu đ−ợc sản phẩm mong muốn. Đặc điểm của chủng vi khuẩn sinh L-lysine Các chủng vi sinh vật sinh L-lysine đ−ợc dùng trong sản xuất là các thể đột biến thuộc các giống vi khuẩn C. glutamicum và Brevibacterium. Nhiều chủng đ−ợc tuyển chọn qua b−ớc làm đột biến và thu đ−ợc những chủng mới có hoạt lực cao hơn nhiều so với chủng nguyên thuỷ. Đặc tính của những chủng này là cần biotin với l−ợng cao hơn nhiều so với chủng nguyên thuỷ sinh axit glutamic, chịu đ−ợc ở nồng độ đ−ờng lớn tới 12 20% hoặc cao hơn và đặc biệt là cần một số axit amin cho sinh tr−ởng, cũng nh− cho sinh tổng hợp L-lysine. Kinoshita đã thu đ−ợc những chủng sinh L-lysine theo thứ tự sau: những chủng cần homoserin (hoặc hỗn hợp threonine + L-methionine) > những chủng cần threonine > những chủng cần isoleucine > những chủng cần leucine > những chủng cần hỗn hợp isoleucine + leucine. Trong công nghiệp th−ờng dùng những chủng thuộc các giống Micrococcus glutamicus, Brevibacterium và C. glutamicum cần homoserin. Các chủng này có cùng một con đ−ờng tổng hợp L-lysine nh− ở E. coli nh−ng ph−ơng thức điều hoà lại đơn giản hơn nhiều. Một trong những chủng này không có enzym L-homoleucinedehydrogenaza. L-lysine chỉ điều chỉnh ng−ợc enzym aspactokinaza mà không ức chế ng−ợc enzym dehydropicolinatsyntetaza. − Enzym aspactokinaza chịu ức chế ng−ợc của L-lysine và threonine. − Enzym homoserindehydrogenaza chịu sự ức chế ng−ợc của threonine Gluco Pyruvat Oxalaxetat Aspastat β – Aspastat – phosphat Aspastat – β – semialdehyt (2) (3) Homoserin Threonin isoleucin Methionin L-lysin (1) 13 Sơ đồ 1: Sản xuất L-lysine nhờ một thể đột biến C. glutamicum trợ d−ỡng homoserin. Những đ−ờng chấm chấm biểu thị sự ức chế bởi sản phẩm cuối cùng. ở chủng hoang dại L-lysine và threonine cùng gây ra một sự ức chế phối hợp (E) đối với aspactokinaza (1). Do khuyết homoserin dehydrogenaza (2) mà không có sự tạo thành threonine. Dihydropicolinat – synthase (3) không mẫn cảm dị lập thể. Hậu quả là sự ức chế bởi sản phẩm cuối cùng (E) bị triệt tiêu và có sự tổng hợp thừa L-lysine. Có ba ph−ơng pháp đ−ợc dùng để loại sự điều