Giáo trình Vi sinh vật học - Chương 2: Giống vi sinh vật và các kỹ thuật thao tác trên giống

Nội dung text: Giáo trình Vi sinh vật học - Chương 2: Giống vi sinh vật và các kỹ thuật thao tác trên giống

1. CHƯƠNG 2: GIỐNG VI SINH VẬT VÀ CÁC KỸ THUẬT THAO TÁC TRÊN GIỐNG
2. NỘI DUNG 2.1. Vai trò của giống vi sinh vật 2.2. Yêu cầu về giống 2.3. Phương pháp phân lập, cải tạo và bảo quản giống
3. Quy trình lên men vi sinh vật cổ điển Chế tạo môi trường Khử trùngmôi trường Nhân giống Kiểm tra sự Giống Lên men Cấp 1,2,3 tạo thành sản phẩm Thu hồi sản phẩm
4. 2.1. VAI TRÒ CỦA GIỐNG VI SINH VẬT • Giống ảnh hưởng đến: – Chất lượng của sản phẩm – Hiệu suất thu hồi sản phẩm – Giá trị kinh tế của quy trình công nghệ sản xuất
5. 2.2. YÊU CẦU VỀ GIỐNG VSV Thế nào là giống VSV tốt? • Cho năng suất cao, chất lượng tốt, ít sản phẩm phụ không mong muốn • Nuôi cấy dễ dàng, sử dụng nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền • Thời gian lên men ngắn • Dễ tách sinh khối hay sản phẩm sau khi lên men
6. 2.2. YÊU CẦU VỀ GIỐNG VSV • Giống phải thuần chủng, không chứa vi sinh vật lạ, đặc biệt là không chứa bacteriophage ký sinh, ít mẫn cảm với sự tạp nhiễm. • Dễ bảo quản và ổn định các đặc tính sinh lý, sinh hóa trong thời gian sử dụng Không phải tất cả tiêu chuẩn phải có trong khi lên men một loại VSV cụ thể VD: Nấm mốc dễ dàng thu nhận nhưng hoạt tính trao đổi chất không cao
7. 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG PHÂN LẬP GIỐNG VSV • Các phương pháp chính để phân lập VSV có đặc tính mong muốn trong tự nhiên
8. • Quy trình phân lập VSV có hoạt tính mong muốn trong tự nhiên
9. PHÂN LẬP GIỐNG VSV • Phân lập, thu nhận VSV từ tự nhiên Thu mẫu Đối với từng loại mẫu khác nhau, cách thu khác nhau Tiền tăng sinh Cho Môi trường cơ bản vào mẫu Tăng sinh Chỉ cho phép một loại VSV chọn lọc mong muốn phát triển Dựa vào đặc tính sinh hóa Thử nghiệm sinh hóa riêng biệt cho từng loại theo 4 bước chính trong quy trình phân khóa phân loại của Bergey lập VSV
10. Thu nhận từ trung tâm giữ giống Ngoài việc tự phân lập từ môi trường tự nhiên tại địa phương, các chủng vsv còn được thu nhận từ các trung tâm giữ giống trên thế giới + Mỹ: ABBOTT, ATCC, NRRL + Canada: CANAD - 212 + Nhật: FERM, HIR + Úc: CC + Trung Quốc: IMASP + Việt Nam: Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật (VTCC) thuộc Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học và Trung tâm Giống và Bảo tồn nguồn gen Vi sinh vật (CCGM)
11. Thu nhận giống có sẵn từ cơ sở sản xuất Giống vsv đang được sản xuất tại cơ sở, khi mua về cần phải: → phân lập lại → kiểm tra tính di truyền → ổn định đặc tính di truyền →Nâng cao đặc tính di truyền (huấn luyện thích nghi với đk lên men công nghiệp hoặc thay đổi cơ chế trong thông tin di truyền phù hợp với nhu cầu)
12. 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG CẢI TẠO GIỐNG VSV Lý do cải tạo giống: • Cần giống cho năng suất cao • Thời gian lên men ngắn ít tạo bọt trong khi lên men
13. 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG CẢI TẠO GIỐNG VSV Lý do cải tạo giống: • Ít tạo sản phẩm phụ trong quá trình lên men • Tạo được nhiều sản phẩm quý mà chủng khác không có được như sản xuất insulin người, kháng nguyên Hbs người, . • Khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi của môi trường cao
14. 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG CẢI TẠO GIỐNG VSV Phương pháp cải tạo giống: • Đột biến nhân tạo – Sử dụng tác nhân vật lý, hóa học – Phương pháp tái tổ hợp gene • Lựa chọn thường xuyên – vsv rất dễ biến dị nên theo thời gian, chủng vsv sẽ biến đổi xấu đi hoặc tốt hơn, do đó cần lựa chọn thường xuyên để thu nhận những chủng vsv mang đặc tính tốt
15. 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG CẢI TẠO GIỐNG VSV Nhược điểm của phương pháp cải tạo giống: – Yêu cầu kỹ thuật cao – Trong quá trình sản xuất có thể xuất hiện hiện tượng hồi biến Hồi biến: đột biến từ kiểu đột biến quay về kiểu hình hoang dại
16. 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP, CẢI TẠO, BẢO QUẢN GIỐNG BẢO QUẢN GIỐNG VSV *Ý nghĩa: Giữ được những đặc tính quý (không bị thoái hóa) của vi sinh vật sống và bảo đảm cung cấp giống cho các quá trình sản xuất *Nhiệm vụ của việc giữ giống: Sử dụng các kỹ thuật cần thiết để giữ cho vsv có tỷ lệ sống cao, các đặc tính di truyền không bị biến đổi và không bị tạp nhiễm.
17. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG 1. Bảo quản trong môi trường thạch nghiêng và định kỳ cấy chuyển: – Bảo quản trong tủ lạnh với nhiệt độ 4 – 60C, thời gian tối đa là 3 tháng – Ưu điểm: Đơn giản được sử dụng phổ biến – Nhược điểm: Thời gian bảo quản ngắn, tính chất của chủng dễ bị thay đổi qua những lần cấy chuyển
18. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG 2. Bảo quản giống trong cát hoặc trong đất sét vô trùng – Đất và cát được xử lý để đạt đến độ mịn và vô trung tuyệt đối, sau đó trộn với vi sinh vật và đem bảo quản trong không gian kín. – Có thể sử dụng các hạt ngũ cốc hoặc trên silicagen – Phương pháp bảo quản giống này chủ yếu áp dụng cho vsv: .?
19. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG 3. Giữ giống bằng phương pháp lạnh đông – Nguyên tắc: Ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong điều kiện lạnh sâu (-25 đến - 750C) – Các chất bảo quản: Glycerin 15%, Huyết thanh ngựa, Dung dich glucose hoặc lactose 10% hoặc sorbitol, – Quá trình làm lạnh từ từ: 1-20C/phút – Thời gian cấy chuyển định kỳ: T0 = -15 đến -200C: 6 tháng/lần T0 = -300C : 9 tháng/lần T0 = -400C: 12 tháng/lần T0 = -500C: 36 tháng/lần T0 = -700C: 120 tháng/lần Phương pháp này đạt hiệu quả cao và hiện nay được sử dụng rất phổ biến
20. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG 4. Giữ giống bằng phương pháp lạnh khô (đông khô): Trong chất mang giữ giống có các chất bảo vệ: Glutamate: 3% Lactose: 1,2% + pepton 1,2% Saccharose 8% + 5% sữa + 1,5% gelatin Đây là phương pháp giữ giống tối ưu nhất, Giữ giống qua hàng chục năm với tỷ lện sống cao, không bị biến tính và chiếm ít diện tích bảo quản. 5. Giữ giống bằng ngân hàng gene Chỉ giữ những gen tổng hợp nên những đặc tính có lợi
21. NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT Giống vsv sau khi phân lập và bảo quản cần nhân giống để sản xuất Trường hợp là tế bào sinh dưỡng: - Nhân giống là làm tăng số lượng tế bào trong một thời gian ngắn. - Thường nhân giống trong môi trường dịch thể (nuôi cấy chìm) Trường hợp là bào tử (đối với xạ khuẩn và nấm mốc): - Thường nhân giống trên môi trường bán rắn và thu bào tử bằng máy hút bụi hoặc chổi quét.
22. NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT * Giai đoạn phòng thí nghiệm Giai đoạn hoạt hóa giống: cấy từ giống được bảo quản sang môi trường dinh dưỡng mới. Giai đoạn cấy chuyền một số lần từ thể tích nhỏ sang thể tích lớn (nhân giống cấp 1, 2, 3 ) Nhân Nhân Hoạt giống giống hóa cấp 1 cấp 2
23. NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT * Giai đoạn ở xưởng - cơ sở sản xuất • Kết quả quá trình nhân giống: vsv sống tốt, không nhiễm, tỷ lệ giống thu được giao động từ 1-10% so với thể tích môi trường dinh dưỡng mới (của cấp nhân giống cao hơn) Chú ý: Kết thúc mỗi khâu nhân giống cần phải kiểm tra chất lượng, số lượng giống trước khi cấy vào nồi lên men
24. NHÂN GIỐNG VI SINH VẬT * Nhân giống trong sản xuất –lên men Nhân giống trong sản xuất, thể tích của các bình nhân giống cấp 1,2,3 đều lớn Sơ đồ nuôi cấy giống. 1.Thùng gây men 150 l cấp 1 chứa 100 l dịch; 2.Thùng đường hóa thêm và xử lý dich đường; 3 và 4. Hai thùng gây men cấp 2 có dung tích bằng dung tích thùng đường hóa thêm và đều bằng 10% so với thùng lên men.
25. • Bài tập: – Mô tả quy trình và giải thích các bước trong quy trình phân lập VSV mang đặc tính có lợi cho thu nhận enzyme amylase từ môi trường. – Mô tả quy trình và giải thích các bước trong quy trình phân lập VSV có khả năng sản xuất acid citric.
26. ôn tập • Nêu vai trò của giống vi sinh vật trong một quy trình sản xuất có ứng dụng vi sinh vật. • Liệt kê các yêu cầu đối với giống vi sinh vật và giải thích yêu cầu đó. • Vẽ được quy trình phân lập một giống vi sinh vật theo yêu cầu. • Nêu các phương pháp cải tạo giống, đặc điểm từng phương pháp • Các bước nhân giống cấp 1, 2, 3 là gì? Tại sao lại nhân giống từng bước mà không lên men ngay? • Đề xuất một quy trình đầy đủ các bước để cải tạo giống vsv được mua từ một cơ sở sản xuất nhỏ.