Các chất khoáng có vai trò quan trọng trong quá trìn h trao đổi chát ở vi sinh vật.
• Các chất khoáng tham gia vào quá trìn h vận chuyển vật chất qua màng và th àn h của tế bào vi sinh vật (ví dụ, như các polyphotphat tham gia quá trìn h vận chuyển glucose qua màng).
• Một số chất khoáng th am gia vào th à n h phần cấu tạo của protein, enzym của vi sinh vật.
• Một sô' chất khoáng tham gia vào quá trìn h điều hòa pH của môi trường nuôi cấy vi sinh vật.
Các chất khoáng được sử dụng trong nuôi cấy vi sinh vật có thể là những chât khoáng ở dạng hợp chât, đơn chât; có th ể ở dạng vô cơ hay ở
hợp chất hữu cơ.
• Một số chất khoáng tham gia vào các hợp chất cao nàng lượng và chất có hoạt tính sinh học.
Bảng 2.1: N hu cầu của vi sinh vật đối với một số loại muối khoáng
Loại muối khoáng
Nồng ổộ cẩn thỉết (g//)
Đối vđỉ vi khuấn Đối với nấm và xạ khuẩn
k2h p o4 0 , 2 - 0 , 5 1 - 2 k h2p o4 0 , 2 - 0 , 5 1 - 2 M gS 04.7H20 0 1 0 ro 0 PO 1 0 *Ư1 MgS0<.4H20 0,005 - 0,050 0 ,0 2 - 0 ,1 0 Na2M o04 0,001 - 0,005 0,001 -0 ,0 0 2 Z nS 04.7H20 0 ,0 2 - 0 ,1 0 CoC)? 0,03 0,05 CaCI2 0,01 - 0 ,0 3 0 ,0 2 - 0 ,1 0 CaSƠ4 0,001 - 0,003 0,001 - 0,050
a) Nguồn dinh dường photpho: Photpho tham gia vào th àn h phần các hợp chát cao năng lượng (ATP, ADP, AMP), thành phần của axit nucleic (AND và ARN), tham gia vào các hợp châ't với lipit, với protein.
Vai trò quan trọng của photpho chính là ở liên k ết giàu năng lượng -P-O-P- trong polyphotphat.
Các polyphotphat chia làm hai nhóm: • Nhóm hòa tan trong axit
• Nhóm không hòa tan trong axit.
Trong tế bào vi sinh vật, nhóm hòa tan trong axit thường ở trạ n g thái tự do, không liên kêt với một hợp chất nào. Trong phân tử nhóm này chứa từ 3 - 25 gô'c photphat.
Nhóm th ứ hai là những phức chất polyphotphat nucleic hoặc là các phức chất với th à n h phần khác của t ế bào như protein. Các polyphotphat chứa nhiều năng lượng giống như ATP. Polyphotphat có th ể chuyển năng lượng cho ATP và ngược lại theo phương trìn h sau:
ADP + ( PO3 )n ADP + ( PO3 )n+l
Ngoài chức năng cung cấp năng lượng ra, các polyphotphat còn tham gia vận chuyển đường glucose. Trong trường hợp này polyphotphat sẽ
CÁC QUÁ TRÌNH TĐC VÀ MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY v/sv/ CÔNG NGHIỆP 43
chuyền gốc photphat cho đường glucose. Từ đó glucose sẽ biến đôi theo con đường photphoric.
Các hợp chât polyphotphat không hòa tan trong axit thường được sử dụng đề tống hợp protein và axit nucleic. Tê bào sứ dụng polyphotphat tan và không ta n trong axit chỉ ở giai đoạn phát triển. Khi sự p h át triển của vi sinh vật ở trạ n g thái cân bằng thì quá trìn h này dừng lại. Sự tồn tại hai dạng polyphotphat hòa tan và không hòa tan trong axit thường không ổn định ơ các t ế bào vi sinh vật. M ặt khác tỷ lệ giữa hai loại polyphotphat này trong tế bào cũng rấ t dao động và hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy. Trong mỗi điều kiện khác nhau, enzym (ịepolymease polyphotphat hoạt động với mức độ hoàn toàn khác nhau.
Trong quá trìn h nuôi cây, người ta thường sử dụng photpho ở dạng hừu cơ và photpho ở dạng vô cơ. Vi sinh vật sử dụng râ't mạnh dạng photpho hòa tan, còn dạng photpho không hòa tan vi sinh vật ít sử dụng hoặc không sử dụng.
Số lượng photpho trong môi trường có ảnh hưởng rấ t lớn đến sự phát triển của vi sinh vật. Nếu số lượng quá cao, vi sinh vật khó ph át triển, nếu ít quá sè không đủ cho quá trìn h trao đổi chất và như vậy sẽ ảnh hưởng râ t lớn đến sự đồng hóa các hydratcacbon.
b) Nguồn các chất khoáng khác: Các chát khoáng khác có th ể tồn tại tự 'lo trong t ế bào chât và cũng có thế tồn tại trong các hợp chât và trong các enzym. Vai trò của các chất khoáng như magie, natri, sắt, nhôm, kali, líti, nubidi, mangan, chì... r ấ t khác nhau. Nhìn chung chứng đóng nhừng vai trò quan trọng sau:
• C hất khoáng làm thay đổi trạ n g thái keo của tế bào chất. Dưới tác dụng của chúng, trạn g th ái keo trong bề m ặt màng, th àn h tê bào luôn thay đổi và vì vậy có ảnh hưởng rấ t lđn đên hoạt động của enzym.
• C hất khoáng làm thay đổi tính thẩm thâu của màng tế bào, làm tăng nhanh hoặc làm giảm mức độ vận chuyển vật chất qua màng tế bào.
• Các kim loại thường là những chất hoạt hóa enzym, do chúng tham gia vào cấu trúc phân tử của enzym. Các enzym có sự tham gia của kim loại được gọi là metaloenzym. Để thực hiện chức năng này, các cation kim loại tham gia cụ th ể nhừng vấn đề sau:
- Kim loại là th àn h phần trung tâm hoạt động của enzym.
- Kim loại làm ổn định phân tử enzym, tăng khả năng xúc tác của enzym
- Kim loại tác dụng lên cơ chất, làm th ay đổi cấu trúc điện tử và làm tả n g kh ả năng tiếp xức với enzym, từ đó làm tăn g phản ứng
- Kim loại làm tăn g sự kết hợp giữa coenzym và apoenzym
- Kim loại thực hiện chức năng cầu nối giữa enzym và cơ chất đê tạo th à n h các hợp chất trung gian
Nhu cầu về các ch ất khoáng khác nhau ở các vi sinh vật rấ t khác nhau. Ta có th ể th am khảo ở bảng 2-1
2.2 MỘT số NGUYỀN LIỆU THƯỜNG Được DÙNG TRONG NUÔI CẤY VI SINH VẬT 2.2.1 Nước
1- Yêu cầu chất lượng nước
Nước là th à n h phần cơ bản n h ấ t và thường được sử dụng với số lượng rấ t nhiều trong nuôi cấy vi sinh vật. Do đó, chất iượng nước phải được bảo đảm đê không xảy ra những phản ứng hóa học khi tiến hành lên men hoặc không đê xảy ra những tác động của vi sinh vật lạ xâm nhập từ nước vào quá trìn h lên men. Chất lượng nước phái được xem xét ở ba chỉ số:
- Độ cứng.
- Khả nàng oxy hóa
- Vi sinh vật, đặc biệt là những vi sinh vật gây bệnh
• Độ cứng của nước được thể hiện bằng sự có m ặt của ion Ca++ và M Ị++ có trong nước. Muôi cacbonat, cúa hai ion này biểu hiện độ cứng tạm thời. Còn các ion khác như ion C l , S 04 NO.) là biểu hiện độ cứng vĩnh cửu.
Độ cứng của nước được tính bằng mg đương iưạng trong 1/ nước, lm g đương lượng tương đương 20,04mg Ca*2 hoặc 12,16 mg Mg*2/l nước lm g đương lượng/llít tương đương 2,8°, từ đó suy ra:
1° tương đương 0,35663 mg đương lượng
Nước được dùng trong lên men phải có độ cứng chung khôag quá 7mg đương lượng.
• Độ oxy hóa của nước cho biết mức độ nhiềm bẩn củạ nước bởi các chất hữu cơ. Chỉ số này được biểu hiện bằng mg c y iít.
• Chỉ sô về vi sinh vật là một chỉ 30 quan trọng, nó biểu hiện sự nhiềm bẩn sinh học. Nước chứa nhiều vi sinh v ật sè không được sử dụng trong các quá trìn h lên men (nhất là các quá trìn h lên men không qua th a n h trùng môi trường). Chỉ tiêu vi sính v ật trong nước dùng trong quá trìn h lên men được xác định như sau:
CÁC QUÁ TRÌNH TĐC VẢ Mỏi TRƯỜNG NUÔI CẤY vsv CÔNG NGHIỆP 45
- Tổng số vi sinh vật hiếu khí: < 1000 tế bào/lít. - Chuẩn độ Coli (m/): không quá 300
- Chỉ sô' Coli (tb//>: không quá 3
Ngoài ra còn một sô' chỉ tiêu quan trọng khác cần phải xác định là: - Cặn khô: 1000 mg/ỉ
- Cặn sunfat: 500 mg// • Cặn clorua: 350 mg/l