-Protein đơn bào là thuật ngữ dung để chỉ chung các protein thu nhận được từ vi sinh vật đơn hoặc đa bào.-Vì sao việc sản xuất protein đơn bào lại trở thành vấn đè nóng ? +) do sự thiếu hụt nguồn protein đa bào +) và những ưu điểm của protein đa bào đã mở ra tiềm năng thay thế nguần protein đa bào.

Vậy đâu là nguyên nhân dẫn đến sự thiếu hụt nguồn protein đa bào ?- Tốc độ tăng sản lượng lương thực, thực phẩm không theo kịp tốc độ tăng dân số.

hàng năm dân số thế giới tăng khoảng 100tr người. trong Trẻ em chiếm khoảng 50% , yêu cầu hàm lượng protein cao trong khẩu phần ăn lại chưa coskhar năng lao động.

- Sự phân phối nguồn protein không đều giữa các nơi trên thế giới- Bệnh gia súc , gia cầm xuất hiện ngày càng nhiều làm giảm năng suất lớn- Môi trường ô nhiễm, biến đổi khí hậu làm mất dần nguồn lợi từ thiên nhiên, ảnh

hưởng đến quá trình sản suất.Việc thiếu hụt protein đang trở thành mối quan tâm của toàn nhân loại. kể từ đầu những năn 50 các nhà khoa học đã nỗ lực tìm kiếm một nguồn pro mới bổ sung và thay thế. năm 1996 người ta đã sử dụng một số loại vsv đẻ sản xuất pro đơn bào như: nấ men, nấ mốc, tảo thay thế cho phương pháp sản xuất truyền thống.Vi sinh vật được đánh giá là nguồn thức ăn cho tương lai:

- Khả năng sinh sản và phát triển nhanh- Hàm lượng protein cao (20-80%), thành phần cân đối và đầy đủ- Dễ điều khiển chất lương bằng cách thay đổi điều kiện nuôi cấy hoặc tác động

vào hệ gen- Phát triển trên nhiều loại nguyên liệu đặc biệt là các nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm

như các phế phụ phẩm của các nhà máy đường, bia, rượu hay phế phẩm nông nghiệp như rơm, dạ...

- Chủ động trong sản xuất, ít tốn diện tích(trừ tảo)Đây là bảng hàm lương axit amin không thay thế của một số nguồn protein(mg/100g chất khô)Ta có thể thấy được các nguồn thu protein đơn bào có hàm lượng các axit amin không thay thế cao và đầy đủ như tảo spirulina maxima,C.lipolytica, hay S.cerevisiae chỉ thiếu Cystein, Pseudomonas thiếu tryp.Hơn nữa năng suất thu nhận protein đơn bào rất cao. Spirulina platensis là 24.300kg/ha/năm, chlorella pyrenoing dosa là 15.700. trong khi đó protein thu từ đậu nành là 716, lúa mi là 300, sữa là 100 và thịt chỉ có 50kg/ha/năm.Trong 1 năm 1 ha spirulina thu được lượng pro gấp 405 lần thịt, 243 lần sữa, 81 lần lúa mì.Và hiệu suất sinh tổng hợp pro củ chúng cũng có sự chênh lệch rõ rệt. Nếu như trong một ngày bò có thể tạo ra 1kg pro, đậu tương 10kg thì nấm men tạo được 10^5 kg và vi khuẩn là 10^11 kg.Hơn thế nữa hàm lượng pro thu được từ vsv rất cao như tảo là 40-55%, spirulina có thể lên tới 70%. Thành phần cân đối và gần như đầy đủ cả 10 loại axitamin cần thiết theo tiêu chuẩn của FAO, spirulina gần tương đương với trứng, lúa mì, saccaromyces ceverisiea thiếu cystein Pseudomonas thiếu tryp.

Dễ điều khiển chất lượng bằng cách thay đổi điều kiện nuôi cấy hoặc tác động vào hệ gen( do môi trường nuôi cấy đơn giản hệ gen ít phức tạp hơn so với động vật và thực vật).Có thể phát triển trên nhiều loại nguyên liệu khác nhau đặc biệt là các nguyên liệu rẻ tiền như các phế phụ phẩm từ nông nghiệp hoặc các nhà máy sản xuất công nghiệp: bã bia, bã rượu, dịch kiềm sunfit...-Có thể chủ động trong sản xuất do khong chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trương, khí hậu lại chiếm ít diện tích, do quá trình nuôi cấy hoàn toàn diễn ra trong thùng lên men, trừ tảo.Trong sản xuất pro đơn bào thường sử dụng các loại vsv sau: nấm men, nấ mốc, tảo, vi khuẩn.Trong tự nhiên có nhiều loài tảo có hàm lượng pro cao nhưng không được sử dụng cho người và gia súc do sinh độc tố.Cho đến nay có 3 loại tảo được sản xuất trên quy mô công nghiệp và có hiệu quả kinh tế cao là: spirulina, chlorella, scenedesmus.

Ưu điểm: - giá trị dinh dưỡng cao và có khẳ năng ứng dụng rộng rãi.- Cho đến nay chưa tìm thấy một loại độc tố nào trên các loài tảo trên.- Có diệp lục có khả năng tự dưỡng.- Kích thước tế bào lớn dễ nuôi trồng và thhu sinh khối.- Không bị virus tấn công, môi trường nuôi cấy đơn giản.- Có khả năng làm sạch nguồn nước bẩn, giữ vệ sinh môi trường. Tham giá quá

trình cố dịnh nito trong không khí. Nhược điểm: - tế bào chứa nhiều chất diệp lục không được khuyến cáo cho người

tiêu dùng.- Mật độ thấp 1-2 mg/l chất nền.- Nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.- Tốn diện tích, nuôi ngoài tự nhiên bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường, hoặc

tốn năng lượng cho quá trình điều khiển môi trường như điện chiếu sáng, nhiệt độ , chế độ thổi khí, gió...

Với 2 đại diện là spirulina và chlorella ta có thể thấy được chúng là nguồn dinh dưỡng hoàn hảo với đầy đủ các dưỡng chất cân thiết cho cơ thể như: pro, gluxit. Lipit, khoáng chất cũng như đầy đủ các loại axitamin không thay thế, vitamin quý. Hơn nữa môi trường nuôi cấy đơn giản chúng có thể phát triển nhanh trên rãnh mương, ao hồ tự nhiên và yêu cầu lượng ánh sáng yếu nhiệt độ từ 35-400, pH 8,5-10,5. Do đó có thể nuôi tảo ở quy mô thủ công, bán thủ công, hay quy mô công nghiệp và cũng có thể thu ngay trên các hồ tự nhiên , ví dụ: lượng tảo 30 tấn/năm thu được quanh khu vực hồ Sat. Quy trình thu và xử lý tảo tương đối đơn giản Công dụng chính của tảo spirulina là tăng cường sức đề kháng cho cơ thể, nguồn bổ sung dinh dưỡng, nguồn thực phẩm.

Tổ chức liên hợp quốc(UNO) trong hội nghị lương thực thế giới năm 1974 khẳng định spirulina là thực pẩm tốt nhất cho tương lai

Tổ chức y tế thế giới ca ngợi spirulina là siêu thực phẩm lớn nhất trên trái đất NASA đã thử nghiệm và khẳng định 1kg spirulina có hàm lượng dinh dưỡng

tương đương 1000kg rau cac loại Dinh dưỡng Elken spirulina cao gấp 14 lần so với sữa bò

Có 13 loại VTM, rất giàu B12 Nhiều khoáng chất Có 4 loại khoáng chất tự nhiên bao gồm B-caroten Có đủ 10 loại aa không thay thế Được sử dùng làm thức ăn dinh dưỡng cho phi hanh gia(Mỹ)

Đươc công nhận là thực phẩm an toàn và bổ dưỡng Ngày nay các sản phẩm từ tảo rất phong phú và đa dạng phục vụ những nhu cầu ngày càng cao của xã hội, sản phẩm dạng viên, bột, siro hay các sản phẩm thực phẩm có bổ sung tảo, các sản phẩm làm đẹp...

Nấm menTừ hàng ngàn năm trước nấm men đã được sử dụng trong đời sống sinh hoạt của con người như các sản phẩm lên men rượu, muối dưa. Trong các nguồn vsv sản xuất pro đơn bào nấ men cũng dược nghiên cứ sớm nhất và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, là loài được con người hiểu rõ nhất trong số các loài vsv sử dụng sản xuất pro đơn bào. Nấm men là nhóm nấm đơn bào hình trứng sinh sản nảy chồi, dị dưỡng. Trong tế bào chứa hầu hết các chất cần thiết cho cơ thể: pro, lipit, enzym, vitamin. Khả năng tăng sinh khối cao, đặc điểm sinh kí phù hợp với sản xuất pro công nghiệp. Sinh khối nấm men giàu dinh dưỡng, pro chiếm 40-60% , vitamin đặc biệt là vitamin nhóm B. Pro giống pro động vật chứa khoảng 20 aa cần thiết, thành phần aa cân đối hơn lúa mì và các ngũ cốc khác, kém chút so với sữa và bột cá. Trong sản xuất công nghiệp một sô chủng được sử dụng: S.cerevisiea, Candida tropicalis, E.vernalis.Các pro được sản xuất bởi C.langeroni trong thủy phân hemicellulose bã mía chứa các axit amin cần thiết cho thức ăn chăn nuôi và chất lượng của nó có thêt so sánh với đậu nành. Hàm lượng lysine và threonine của nó cho thấy pro này có thể bổ sung cho thức ăn chăn nuôi đặc biệt khảu phần ăn sử dụng ngũ cốc( Kihlberg, 1972)Ngoài những ưu điểm trên để sử dụng một chủng nấm men vào sản xuất công nghiệp cần đạt được những tiêu chuẩn sau:

Có khả năng đồng hóa nhiều nguồn cacbon khác nhau Có thể phát trên mối trường có nồng độ chất khử cao Phát triển nhanh, sức đề kháng cao với nồng độ CO2

Sinh khối chứa nhiều chất dinh dưỡng có giá trị(hàm lượng P cao, nhiều VTM quý, aa không thay thế….)

Kích thước tế bào tương đối lớn dễ dàng tách bằng ly tâm Chịu được nhiệt độ cao,ít làm biến đổi PH môi trường Các chủng nấm men thường được sử dụng trong công nghiệp: saccharomyces,

Candida và Turolopsis VI KHUẨN

Thường sử dụng sản xuất protein trên các nguồn cacbua hydro, các chủng thường sử dụng: Pseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium

Các giống vi khuẩn này có khả năng đòng hóa ankan(C6-C18) cacbua hydro béo và thơm khác

Nguyên liệu là methal thường sử dụng: Methylamonas,Methyllocosens capsulatus Nhược điểm   Nó có hàm lượng cao acid nucleic.

Phục hồi các tế bào là một chút vấn đề. Sản xuất nội độc tố cần được kiểm tra cẩn thận.

NẤM MỐCNấm mốc là những cơ thể đa bào giàu VTM B, chứa khoảng 30-60% protein,hàm lượng tryp,met thấp, có các aa khác tương tự tiêu chuẩn của FAO. Các chủng có hàm lương protein cao: Fusarium,Rhizopus, Penicillium, Aspergillus Nhược điểm Nó có hàm lượng cao acid nucleic. Phục hồi các tế bào là một chút vấn đề. Sản xuất nội độc tố cần được kiểm tra cẩn thận. Dinh dưỡng kém hơn của tảo, nấm men và vi khuẩn Do hệ sợi phát triển gây khó khăn cho quá trình khuấy trộn, sục khí và thu sinh khối.

Vi khuẩn và nấm mốc có thể phát triển dễ dàng trên nhiều loại cơ chất. yêu cầu nhiệt đôi 15-430C . pH 5-7.Bốn loại VSV thường được sử dụng trong sản xuất SCP là nấm men, nấm mốc, tảo và vi khuẩn tuy nhiên mức độ ứng dụng của các loài là không giống nhau thậm chí trong cùng một loài cũng có sự chênh lệch.Sau đây ta sẽ làm một số các so sánh để xem VSV nào được ứng dụng nhiều nhất hiện nay.-Hàm lượng protein của vi khuẩn chiếm 50-65%, sau đó là tảo 40-60%, nấm men 45-55%, cuối cùng là nấm mốc 30-40%-Hàm lượng chất béo vi khuẩn lại chiếm tỉ lệ thấp nhất(3-7%),nấm mốc cao nhất với 9-14%.- Hàm lượng acid nucleic vi khuẩn chứa tỉ lệ cao nhất (8-12%), tảo thấp nhất (3-8%) Nấm men có phải là loài được ứng dụng rộng rãi nhất ???Xét về năng suất thu sinh khối:Trong 24h nấm men sản xuất được 105 kg sinh khối, vi khuẩn sản xuất được 1011 kg

Vi khuẩn có phải là loài vsv được sản xuất nhiều nhất ?Xét về hàm lượng aa không thay thế một số nguồn protein (mg/100g) một số đại diện ta có thể thấy:Trứng và lúa mì là 2 nguồn protein hoàn hảo chứa đầy đủ các loại a.a không thay thế theo tiêu chuẩn của FAO. Spirulina maxima cũng chứa đầy đủ các loại a.a không thay thế với hàm lượng tương đương trứng và lúa mì. Nấm men S.cerevisiea chỉ thiếu cystein.

Vậy có phải tảo là ứng cư viên được ứng dụng sản xuất nhiều nhất trong sản xuất protein đơn bào ???

Xét về lượng sinh khối, thời gian lượng sinh khối tăng lên gấp 2 lần ta có thể thấy ở mỗi loại vsv khác nhau thì những con số cũng như đơn vị tính thời gian của chúng là hoàn toàn không giống nhau.Để tăng gấp đôi lượng sinh khối nấm men cần 10-120 min, tảo và nấm mốc cần 2-6h(120-360min), thực vật cần 1-2 wk(10080-20160min),lợn cần 4-6 wk(40320-60480min), gia súc cần 1-2month(43200-86400min). những con số có sự chênh lệch rất lớn. Nếu thời gian tảo và nấm mốc có lượng sinh khối tăng gấp đôi thì vi khuẩn và nấm men làm được công việc đó 3-12 lần. gia súc thì cần phải tăng 240-36- lần nữa mới đuổi kịp, một số loài thực vật cũng phải mất 56-84 lần.

Như vậy ta có thể thấy tốc độ tăng sinh khối của các vsv sản xuất SCP là rất nhanh, co thể nói là “kinh hoàng”

Vậy vi khuẩn và nấm men có phải là loài được ứng dụng nhiều nhất trong quá trình sản xuất SCP ? Và gia súc, gia cầm, thực vật là không cần thiết trong quá trình sản xuất protein ?

Để đưa một loài vsv vào ứng dụng và sản xuất trên quy mô công nghiệp không chỉ dựa vào một yếu tố chỉ tiêu duy nhất nào:thành phần dinh dưỡng, năng suất thu sinh khối,hay thời gian lượng sinh khối tăng gấp đôi mà phải kết hợp tất cả các thông số liên quan đó cùng một số yêu cầu khác như:

- Mục đích sản xuất SCP : làm thức ăn cho người, động vật hay mục đích khác- Có nuôi trồng trên quy mô công nghiệp,qúa trình nuôi thu sinh khối cố dễ thực

hiện và tự động hóa ?- Có dễ áp dụng trong điều kiện sản xuất công nghiệp không ?- Có sử phát triển trên nhiều loại cơ chất, rẻ tiền, dễ kiếm không ?- Loài đó có sinh độc tố không , có ảnh hưởng gì không tốt cho người và gia súc,

môi trường không ? Hiên nay trên thế giới nguồn thu SCP từ vi sinh vât được sử dụng nhiều nhất bởi

nấm men.Mặc dù hàm lượng protein của chúng không cao bằng vi khuẩn, 1 số loài tảo. Thành phần dinh dưỡng chưa đầy đủ và cân đối như tảo, tốc độ sinh trưởng không bằng vi khuẩn . và hiện nay tình hình an ninh lương thực cũng như tình trạng thiếu dinh dưỡng protein trên toàn cấu chưa thực sự được giả quyết. dù quá trình thu SCP mang lại hiệu quả cao tuy nhiên nó chưa thực sự đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao với thị hiếu người tiêu dùng như màu sắc, mùi vị của các sản phẩm từ từ SCP...Với sự phát triển của khoa học ngày nay, và là một sinh viên công nghệ sinh học chúng ta hy vọng và cũng có trách nhiệm tạo ra những chủng vsv có thể mang đầy đủ những ưu điểm của tất cả các vsv trên và tạo ra chủng giống ưu việt cho quá trình sản xuất protein đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của xã hội.