bài giảng công nghệ vi sinh vật

CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT BÀI GIẢNG GV: Nguyễn Thị Kim Cúc Các giai đoạn phát triển của Công nghệ vi sinh (CNVS) • Thế hệ 1: Giai đoạn lên men cổ điển – Con người sử dụng các thuộc tính của vi sinh vật một cách thụ động • Thế hệ 2: Từ những năm 30-những năm 60 của thế kỷ XX – Mở đầu với việc tìm ra chất kháng sinh penicillin của Alexander Flemming • Thế hệ 3: Từ những năm 60 đến nay – Công nghệ vi sinh đã phát triển thành một ngành độc lập và là công cụ đắc lực phục vụ cho sản xuất các sản phẩm cần thiết bằng vi sinh vật Ứng dụng của Công nghệ vi sinh vật Công nghệ vi sinh CN Thực phẩm, Công nghệ lên men Trồng trọt, chăn nuôi thú y và nuôi trồng thủy sản Y học Môi trường Ngành Năng lượng Ứng dụng của CNVS trong y tế và bảo vệ sức khỏe con người  Vaccine thế hệ mới  Insulin  Interferon  Chất kháng sinh  Hormone tăng trưởng ở người  Chế phẩm men tiêu hóa  Chế phẩm thuốc  Thực phẩm chức năng từ vi khuẩn, vi tảo… Ứng dụng của CNVS trong y Nông- Lâm-Ngư nghiệp  Cải tạo giống cây trồng, vật nuôi  Chế phẩm thuốc trừ sâu có nguồn gốc vi sinh vật  Phân bón vi sinh  Các chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu EM (Effective Microorganisms)  Các chế phẩm probiotics  Thức ăn chăn nuôi  Cây trồng, vật nuôi biến đổi gen… Ứng dụng của CNVS trong ngành năng lượng và bảo vệ môi trường  Cồn (ethanol)  Xăng sinh học  Khí đốt sinh học  Chế phẩm vi sinh trong xử lý rác thải hữu cơ, nước thải và xử lý môi trường… Ứng dụng của CNVS trong y tế Công nghiệp thực phẩm và Công nghiệp lên men  Enzyme  Rượu, bia và các sản phẩm lên men chứa cồn  Acid hữu cơ  Vitamine  Amino acid  Các chất kích thích sinh trưởng  Các sản phẩm lên men truyền thống… Đôi điều suy ngẫm về một số ứng dụng khác của CNVS  Bom vi trùng: tạo ra các chủng vi sinh vật có bộ gen tái tổ hợp tiếp nhận những gen gây ung thư, gen kháng kháng sinh…?  Những sinh vật biến đổi di truyền (GMO-Genetically Modified Organisms): cà chua GM, đậu nành GM, ngô GM, lúa GM…? Cơ sở hóa sinh và di truyền học của công nghệ vi sinh Chủ đề 1 Phân loại sản phẩm trong Công nghệ vi sinh  Sinh khối  Enzyme  Các sản phẩm trao đổi chất (TĐC) – Sản phẩm TĐC sơ cấp – Sản phẩm TĐC thứ cấp – Sản phẩm chuyển hóa – Sản phẩm tái tổ hợp gen [...]...Phân loại sản phẩm Sinh khối và Enzyme  Sinh khối:  Protein đơn bào (single cell protein)  Men bánh mì (baker yeast)  Men tiêu hóa ( lactobacillus, nấm men…)  Sinh khối vi khuẩn trong chế phẩm thuốc trừ sâu  Phân bón vi sinh cố đònh đạm  Các chế phẩm làm vaccine (vaccine bất hoạt, vaccine giảm hoạt lực…)  Các chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước nuôi thủy sản, nước thải…... vào trung tâm dò lập thể của enzyme • Tác động vào chất kiềm chế Chủ đề 2 Những ngun tắc cơ bản của ni cấy vi sinh cơng nghiệp Nội dung u cầu Sinh vi n tự học • Thiết kế q trình lên men • Thiết bị lên men • Các phương pháp ni cấy vi sinh vật- các phương pháp lên men Quy trình sản xuất trong Vi sinh Cơng nghiệp Giống vsv chuẩn Nhân giống (1,2…) Chuẩn bò môi trường Khử trùng môi trường Lên men Thu hồi... Cơ chất (Kháng sinh, độc tố…) TẾ BÀO VSV Tiền sản phẩm (ethanol, sorbit…) Sản phẩm bậc 1 (aa, đường, nucleoside, nucleotide…) Sản phẩm chuyển hóa (acid acetic, sorbose…) Ưu thế của tế bào vi sinh vật trong Cơng nghệ Vi sinh • Kích thước nhỏ, hấp thu nhanh và đồng hóa ở tốc độ cao • Nguồn nguyên liệu đơn giản : phế phụ phẩm rẻ tiền • Chúng có thể thực hiện rất nhiều các phản ứng hoá sinh khác nhau –... sinh khác nhau – Mỗi loài có một số phản ứng riêng nên các phản ứng sinh hoá của các loài VSV khác nhau rất đa dạng – Dù một hợp chất có phức tạp đến đâu, trong thiên nhiên đều có các VSV sử dụng hoặc phân hủy Sản phẩm loài này loài khác sử dụng • Thích ứng với thiết bò của nhà máy Ưu thế của tế bào vi sinh vật trong Cơng nghệ Vi sinh • Dễ dàng sử dụng KTDT để tăng sản lượng và biến đổi sản phẩm cuối... tỷ lệ giống cấy: – Sử dụng các chủng vi sinh vật có nguồn gốc rõ ràng và có hiệu quả cao trong lên men – Tỷ lệ giống cấp cho sản xuất cơng nghiệp thường từ 0,1-10% tùy chủng vi sinh vật Một số yếu tố khác cần thiết trong q trình lên men • Các yếu tố phá bọt (Antifoaming agents): Ester, acid béo, chất béo, silicone, sulphonate, polypropylene glycol… • Các nhân tố sinh trưởng (Growth factors): thiamine,... giữa sinh trưởng và sự tạo thành sản phẩm Từ cơ chất ban đầu với một dung tích nồi lên men nhỏ đến mức cho phép, trong thời gian ngắn, có thể thu hoạch sản phẩm mong muốn với năng suất cao nhất? Thu sản phẩm ở giai đoạn nào trong quá trình nuôi cấy? VSV đạt sinh trưởng và phát triển tối ưu có đồng thời với vi c tạo ra sản phẩm với hiệu suất cao nhất? Sự sinh trưởng và sự tạo thành sản phẩm ở vi sinh vật. .. nhất (pha sinh trưởng) – Xảy ra các q trình sinh tổng hợp protein và xây dựng tế bào – Bao gồm bước nhân giống và thời kỳ đầu trong q trình ni cấy ở thùng lên men cho tới khi sinh khối ngừng phát triển và bắt đầu tích tụ sản phẩm lên men • Pha thứ hai (pha tích tụ các sản phẩm trao đổi chất) – Các sản phẩm trao đổi chất được tích tụ chủ yếu trong pha này – Ở đầu pha này các tế bào vi sinh vật có khả... • Cạnh tranh với tổng hợp hóa học ngay cả các phân tử đơn giản như L-glutamic acid • Các quá trình công nghiệp vượt xa các cơ chế điều hòa tự nhiên Glucose Sản phẩm lên men Pyruvic acid Vi sinh Streptococcus Saccharomyces Propionibacterium Escherichia Enterobacter Lactobacillus (nấm men) Salmonella vật Bacillus Sản phẩm lên men Acid lactic Ethanol, và CO2 Acid propionic, Ethanol, Ethanol, acid acetic,... dịch thủy phân nấm men, bột đậu nành, cao ngơ, khơ lạc, nước mắm, nước tương… – Lượng amino acid và vitamine nên đưa vào ở phạm vi 1-100 µg/l Nguồn dinh dưỡng trong mơi trường ni cấy cơng nghiệp • Nguồn dinh dưỡng khống – Có vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng của q trình lên men – Phospho: cần cho vi c kiến trúc tế bào và hoạt động của enzyme (phosphat amon và phosphat kali) • Tránh sử thanh... Acid propionic, Ethanol, Ethanol, acid acetic, acid lactic, acid lactic, CO2 và H2 acid succinic, acid formic, acid acetic, butanediol, CO2 và H2 acetoin, CO2 và H2 Ngun lý điều hòa trao đổi chất ở vi sinh vật • Điều hòa hoạt tính enzyme nhờ sự ức chế sản phẩm cuối cùng (sự kìm hãm do liên kết ngược) • Điều hòa sự tổng hợp enzyme nhờ sự cảm ứng và ức chế • Điều hòa tổng hợp enzyme nhờ sự kiềm chế bằng . Công nghệ vi sinh đã phát triển thành một ngành độc lập và là công cụ đắc lực phục vụ cho sản xuất các sản phẩm cần thiết bằng vi sinh vật Ứng dụng của Công nghệ vi sinh vật Công nghệ vi sinh CN. CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT BÀI GIẢNG GV: Nguyễn Thị Kim Cúc Các giai đoạn phát triển của Công nghệ vi sinh (CNVS) • Thế hệ 1: Giai đoạn lên men cổ điển – Con người sử dụng các thuộc tính của vi sinh. GM, đậu nành GM, ngô GM, lúa GM…? Cơ sở hóa sinh và di truyền học của công nghệ vi sinh Chủ đề 1 Phân loại sản phẩm trong Công nghệ vi sinh  Sinh khối  Enzyme  Các sản phẩm trao đổi chất