ứng dụng của vi sinh vật trong các lĩnh vực

VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC   &   GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA I. Lời nói đầu II. Ứng dụng của vi sinh vật trong các lĩnh vực 1. Xử lý hiếu khí nước thải, kỵ khí và bùn hoạt tính. 2. Y tế. 3. Nông nghiệp. 4. Sản xuất thức ăn chăn nuôi. 5. Công nghệ khai khoáng. III. Tài liệu tham khảo. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA I. Lời nói đầu Vi sinh vật là những cơ thể sống bé nhỏ, muốn thấy được chúng phải nhìn qua kinh hiển vi. Đa số các vi sinh vật là đơn bào, một số ít là đa bào. Vi sinh vật bao gồm: siêu vi trùng( virus), vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi tảo, nguyên sinh động vật. Vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, điều này có lợi cho chúng vì chúng có diện tích bề mặt tiếp xúc với ngoại môi trường tương đối lớn so với khối lượng. Do đó, chúng có khả năng hấp thu nhiều dinh dưỡng và khả năng trao đổi chất rất lớn, hơn hẳn vi sinh vật thượng đẳng. Do có khả năng trao đổi chất rất lớn, nên vi sinh vật có thể chuyển hóa một khối lượng lớn vật chất của môi trường gấp mấy lần so với khối lượng của bản thân và có khả năng sinh sản cực kỳ nhanh chóng. Sự tăng sinh khối nhanh như vây có ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất các chất hữu cơ bằng con đường sinh học như sản xuất các vacxin, enzim, vitamin, protein… Do có kích thước nhỏ bé như vậy nên vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trên trái đất. Vi sinh vật có thể sống trong điều kiện rất khắc nghiệt của môi trường: ở vùng địa cực, các suối nước nóng, ở các vùng sa mạc… Vi sinh vật mang lại không ít tai họa cho con người: gây bệnh cho người và gia súc, thực vật. chúng còn gây tổn thất lớn như: làm hư hỏng lương thực, thực phẩm, phá hoại nguyên liệu sản xuất, gây hao hụt trữ lượng đạm cần thiết đối với cây trồng, hao hụt trữ lượng ỏ kim loại trong đất. Bên cạnh đó, vi sinh vật còn có những tác động tích cực: + Tham gia vào quá trình tuần hoàn vật chất trên hành tinh + Nhân tố khởi đầu trong chuỗi thức ăn + Sử dụng rộng rãi trong sản xuất một số hợp chất hóa học mà khó có thể tổng hợp bằng con đường tổng hợp. + Sản xuất các nguồn protid, acid amin, glucid…để dùng làm thức ăn trong chăn nuôi + Trong y học vi sinh vật còn được dùng để sản xuất các vacxin phòng bệnh,chất kháng sinh. + Trong trồng trọt, vi sinh vật cố định đạm dùng để sản xuất các chế phẩm phân vi sinh, chế phẩm diệt côn trùng, thuốc kích tố tăng trưởng cho cây trồng. + Trong chế biến và bảo quản thực phẩm dùng vi khuẩn để tổng hợp acid glutamid, dùng trong sản xuất bột ngọt, sản xuất các loại rượu bia, nước giải khát thông qua quá trình lên men rượu , bột nổi thông qua quá trình sản xuất sinh khối nấm men, ứng dụng quá trình lên men lactic để sản xuất sữa chua, bơ, bảo quản rau quả…sản xuất các sản phẩm lên men cổ truyền như chế biến tương chao… + Trong nuôi trồng thủy sản: thanh lọc nước thải, tái sử dụng nước thải, sản xuất biogas từ phân chuồng nhờ hoạt động của vi sinh vật, tái sử dụng nước thải biogas để nuôi cấy tảo, vi sinh vật quang hợp ở trong nước cố định được khí CO 2 , tổng hợp thành chất hữu cơ, làm nguồn thức ăn cung cấp cho vi sinh vật thủy sinh. + Trong lĩnh vực địa chất người ta nghiên cứu sự hiện diện của cá vi sinh vật chỉ thị dự đoán trong quá trình điều tra quặng mỏ. + Trong nghiên cứu khoa học: vi sinh vật là đối tượng tốt để nghiên cứu về vấn đề di truyền và sinh lý tế bào, do chúng sinh sản nhanh chóng, chu kì đời sống ngắn, dễ theo dõi qua các dòng đời. Chúng ta sẽ đi tìm hiểu về một số ứng dụng cơ bản và gần gũi nhất của vi sinh vật. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA II. Ứng dụng của vi sinh vật trong các lĩnh vực 1. Xử lý hiếu khí nước thải, kỵ khí và bùn hoạt tính. Trong nước thải tồn tại rất nhiều vi sinh vật bởi vì trong nước thải không chứa các chất độc đối với vi sinh vật.Quá trình xử lý sinh học thường theo sau quá trình xử lý cơ học để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải nhờ hoạt động của các vi sinh vật. Vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải • Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ bao gồm cả virus, vi khuẩn, archaea, vi nấm, vi tảo, động vật nguyên sinh • Vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn sẽ góp phần vào 3 quá trình, bao gồm sự loại bỏ BOD carbon, sự đông tụ các hạt keo lơ lửng và sự ổn định chất hữu cơ một cách hoàn chỉnh. • Vi sinh vật sẽ chuyển hóa vật chất hữu cơ dạng keo hòa tan thành khí và sinh khối tế bào -> sinh khối tế bào sẽ được loại bỏ khỏi nước thải qua quá trình lắng. a, Xử lý hiếm khí l Quá trình phân hủy kị khí là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản sau: Chất hữu cơ → CH 4 + CO 2 + NH 3 + H 2 S +TB mới l Quá trình sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ô nhiễm nặng với hàm lượng COD và BOD hàng ngàn mg/l. Có nhiều chủng loại vi sinh vật cùng nhau làm việc để biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ thành khí sinh học. • Quá trình phân hủy yếm khí được chia thành 3 giai đoạn chính như sau: Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia qua trình kỵ khí thành: • Quá trình xử lý kỵ khí dính bám: như quá trình lọc kỵ khí • Quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng: như quá trình tiếp xúc kỵ khí, bể UASB. Quá trình này có thể chia theo 4 giai đoạn: • Giai đoạn 1 Thủy phân : giai đoạn phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những đơn phân hòa tan. Vi khuẩn E.Coli Vi khuẩn B.subtilus ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA • Giai đoạn 2 Acid hóa: vi khuẩn lên men chuyển hóa các hợp chất hòa tan thành chất đơn giản acid béo dễ bay hơi. Vi khuẩn Corynebacterium spp • Giai đoạn 3 Acetic hóa: vk acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, CO 2 , H 2 • Giai đoạn 4 Metan hóa:đây là gđ của quá trình phân hủy kỵ khí sản phẩm của 3 gđ đầu thành CO 2 , CH 4 và sinh khối mới. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA Ưu và nhược điểm của quá trình sinh học kỵ khí so với quá sinh học hiếu khí: Ưu điểm : • Không tốn chi phí năng lượng. • Quá trình kỵ khí sản sinh ra khí metan, là nguồn năng lượng dùng để đốt hoặc cung cấp nhiệt. • Quá trình kỵ khí xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao. • Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao. • Lượng bùn sinh ra ít hơn bể hiếu khí. Nhược điểm : • Quá trình kỵ khí diễn ra chậm hơn hiếu khí. • Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc. • Quá trình khởi động cần nhiều thời gian. • Xem xét khía cạnh phân hủy sinh học thì quá trình kỵ khí đòi hỏi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao. b, Xử lý hiếu khí • Là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục cho chúng và duy trì ở 20÷40 0 C. • Khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính, các chất thải có trong môi trường như các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và phân tử nhỏ sẽ được chuyển hóa bằng cách hấp phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật. Gồm 3 quá trình: ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC Vi khuẩn Methannothrix VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA Phân loại Các vi sinh vật sử lí hiếu khí ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA Ưu điểm và nhược điểm • Ưu: Làm sạch nước thải chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hòa tan và dạng keo. • Nhược: chỉ xử lý được nước thải có mức độ ô nhiễm thấp, chi phí vận hành cho xử lý cao (tiền điện và hóa chất bổ sung), tính ổn định của hệ thống không cao, tạo ra nhiều bùn thải. c, Bùn hoạt tính Là quá trình xử lý sinh học nước thải trong đó vi sinh vật tăng sinh. Tế bào vi sinh tạo thành những bông được lắng ở bể lắng. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA Vi sinh vật trong bể bùn hoạt tính FVi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong các bể xử lý vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. F Vi khuẩn hiếu khí và kị khí sử dụng chất hữu cơ để lấy năng lượng. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh vật khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt sinh vật. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA http://baigiang.violet.vn/present/show?entry_id=8974521 ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC [...]... dầu mỡ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA Vitamin thường rất dễ bị phá hủy khi ở nhiệt độ cao.Khi nấu thức ăn không nên nấu quá nhừ, quá lâu vitamin sẽ bay đi hết Khi sử dụng vitamin nên có lời khuyên và chỉ định của bác sĩ http://giaoan.violet.vn/present/show/entry_id/2504156/cm_id/2838180 3 Ứng dụng của vi sinh vật trong nông nghiệp a Phân vi sinh vật. .. trường agar trong đĩa petri có chất kháng sinh - Tách dòng ADN tái tổ hợp g) Hạn chế: - Vi sinh vật là một thực thể sống nhưng không nhìn thấy bằng mắt thường - Cơ thể vi sinh vật dễ bị biến đổi kiểu gien - Vi sinh vật có tốc độ phát sinh, phát triển rất nhanh • Một số nhóm VSV gây bệnh: ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA Virus cúm * Tác dụng phụ do vacxin:.. .VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA 2 Ứng dụng của vi sing vật trong y tế - Khoa học phát triển, vi sinh vật ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực y tế - Nhờ VSV con người đã tổng hợp thành công nhiều loại chế phẩm như: Vacxin, kháng sinh, hoocmon,… giúp phòng, điều trị bệnh cho người - Tuy VSV có nhiều ứng dụng to lớn trong y tế nhưng... bề mặt của chủng VSV ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG • Hạn chế sự ảnh hưởng của các pư do E xúc tác • GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA Tạo chủng siêu sx polysaccharide nhờ CN di truyền Poly - β – oxybutyrate (POB)  Là 1 ứng dụng của CN vật liệu  Sản xuất bằng CN lên men 1 hay 2 giai đoạn  Hiện nay ứng dụng của nó còn hạn chế, là sản phẩm dẽ bị phân hủy sinh học Sự phá hủy sinh học... kháng có tác dụng cao trong vi c thúc đẩy quá trình phân huỷ chất hữu cơ và có nhiều tác dụng, được dùng cho các loại cây trồng • Chống được các loại nấm bệnh cây trồng gây bệnh thối rễ, chết yểu, xì mủ,… do các nấm bệnh gây nên (Fusarium, Sclerotium, …) ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA • Tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật cố định đạm sống trong đất phát... http://baigiang.violet.vn/present/show?entry_id=7050543 4 Ứng dụng vi sinh vật để sản xuất thức ăn chăn nuôi a) Cơ sở khoa học: Ứng dụng công nghệ vi sinh để sản xuất thức ăn chăn nuôi là lợi dụng hoạt động sống của các vi sinh vật để chế biến, làm giàu thêm chất dinh dưỡng trong các loại thức ăn đã có, hoặc sản xuất ra các loại thức ăn mới cho vật nuôi Cụ thể:  Dùng các chủng nấm men hay vi khuẩn có... thành vi khuẩn + Kháng sinh tác động lên màng bào tương + Kháng sinh ức chế tổng hợp protein + Kháng sinh ức chế tổng hợp acid nucleic Cơ chế tác động của thuốc kháng sinh ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA d) VITAMIN: -Vitamin là những chất thiết yếu cho cuộc sống và điều hòa sự trao đổi chất trong cơ thể, can thiệp vào quá trình sản sinh và kiểm soát năng... theo qui trình ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA Sau khi chế biến, hàm lượng protein trong bột sắn sẽ được nâng từ 1.7% lên 35% Trộn hỗn hợp bột sắn đã lên men với bột sắn thường để thành hỗn hợp thức ăn có 16% protein cho lợn ăn rất tốt Có thể sản xuất các loại thức ăn giàu protein và vitamin cho vật nuôi bằng cách nuôi lấy vi sinh vật (như vi khuẩn, nấm... c) Kháng sinh: Là loại thuốc đặc biệt, ngăn chặn hoặc tiêu diệt sự phát triển của vi khuẩn hoặc các vi sinh vật có mầm bệnh, được sử dụng trong vi c điều trị nhiều căn bệnh - Vai trò & ứng dụng: + Kháng sinh tại chỗ điều trị nhiễm khuẩn bề mặt da + Kháng sinh dự phòng trong phẫu thuật, phòng nhiễm khuẩn sau mổ - Cơ chế tác dụng của kháng sinh: + Kháng sinh tác động đến sự tổng hợp của thành vi khuẩn... Nguyên tắc sản xuất vacxin: • Văcxin vi sinh vật chết • Văc xin vi sinh vật sống • Văc xin giải độc tố • Văc xin đơn giá • Văcxin hấp phụ • Văc xin đa giá ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA Nguyên tắc sử dụng: - Phải dùng rộng rãi - Đối tượng dùng văcxin - Thời gian cần tiêm chủng Phương pháp dùng văcxin + Tiêm dưới da + Tiêm trong da Phương pháp sản xuất vacxin: . DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VI T HOA 2. Ứng dụng của vi sing vật trong y tế - Khoa học phát triển, vi sinh vật. dõi qua các dòng đời. Chúng ta sẽ đi tìm hiểu về một số ứng dụng cơ bản và gần gũi nhất của vi sinh vật. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC VI SINH