công nghệ sinh học đại cương học viện nông nghiệp phương pháp và ứng dụng công nghệ sinh học vi sinh và môi trường

CHƢƠNG V PHƢƠNG PHÁP VÀ ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH VÀ MÔI TRƢỜNG I.Khái niệm chung về CNSH vi sinh vật 1.1.KHÁI NIỆM  Là ngành công nghệ nhằm khai thác tốt nhất khả năng của vi sinh vật, tạo ra đƣợc điều kiện để vi sinh vật hoạt động với hiệu suất cao nhất phục vụ việc làm tăng của cải vật chất của xã hội, đáp ứng nhu cầu của con ngƣời và cân bằng sinh thái môi trƣờng  Công nghệ sinh học vi sinh đƣợc phát triển trên cơ sở các kiến thức về giới vi sinh vật cũng nhƣ các kỹ thuật và quy trình công nghệ đặc trƣng  Đây là bộ phận lớn nhất, ra đời sớm nhất, có quá trình phát triển lâu dài và doanh số lớn nhất của CNSH. Đến nay doanh số của lĩnh vực này đạt gần 100 tỷ dola/năm 1.2.Khả năng ứng dụng của công nghệ vi sinh 1.2.1.Trong y tế  Sản xuất vac xin  Sản xuất kháng sinh  Sản xuất các protein tái tổ hợp dùng trong phòng, chữa bệnh: hoc môn tăng trƣởng, insulin, interferon, … 1.2.Khả năng ứng dụng của công nghệ vi sinh (tiếp) 1.2.2.Trong nông nghiệp  Sản xuất phân bón vi sinh vật  Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật  Sản xuất chất kích thích sinh trƣởng thực vật, động vật  Sản xuất chế phẩm xử lý thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm, nuôi trồng thuỷ sản  Sản xuất chế phẩm xử lý phế thải của sản xuất nông nghiệp  … 1.2.Khả năng ứng dụng của công nghệ vi sinh (tiếp) 1.2.3.Trong công nghiệp và năng lƣợng  Chế biến, bảo quản lƣơng thực, thực phẩm, đồ uống…  Sản xuất cồn sinh học  Sản xuất khí gas sinh học  Chế phẩm vi sinh tong thăm dò, khai thác khoáng sản 1.2.Khả năng ứng dụng của công nghệ vi sinh (tiếp) 1.2.4.Trong bảo vệ môi trƣờng  Chỉ thị vi sinh vật môi trƣờng  Chế phẩm vi sinh vật xử lý chất thải, phế thải, nƣớc thải làm sạch môi trƣờng 1.3.KHÁI QUÁT VỀ PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT THƢƠNG MẠI SỬ DỤNG VI SINH VẬT (Phƣơng pháp lên men công nghiệp) 1.3.1. Khái niệm  Lên men (Fermentation) là các quá trình biến đổi do vi sinh vật thực hiện trong điều kiện kị khí hay hiếu khí nhằm tích luỹ các sản phẩm trao đổi chất hữu ích cho con ngƣời  Lên men với quy mô lớn: 10- 10 6 lit thƣờng đƣợc gọi là lên men công nghiệp.  Công nghiệp lên men đƣợc hình thành từ cuối thế kỷ 19 và phát triển mạnh mẽ. Đến nay doanh số của lĩnh vực này đạt gần 100 tỷ dola/năm 1.3.2. Ƣu thế của vi sinh vật công nghiệp  Nhờ kích thƣớc nhỏ, vi sinh vật có tỷ lệ bề mắt/thể tích lớn nên hấp thu dinh dƣỡng nhanh và đồng hoá ở tốc độ cao  Nguồn nguyên liệu ban đầu cho sản xuất đơn giản, rẻ  Vi sinh vật thích ứng với nhiều loại môi trƣờng và điều kiện nuôi cấy khác nhau  Chúng có thể thực hiện nhiều phản ứng hoá sinh khác nhau nên đễ dàng biến đổi sản phẩm cuối của quá trình sản xuất  Dễ dàng dùng kỹ thuật di truyền để tạo nòi, chủng mới mang đặc tính mong muốn và tăng sản lƣợng sản phẩm 1.3.3. Các kiểu lên men và nhu cầu oxy  Lên men bề mặt (lên men tĩnh) có hai cách:  Môi trƣờng lỏng đƣợc chứa trong khay có chiều sâu không quá 5cm,tế bào mọc thành lớp trên bề mặt môi trƣờng và tiếp xúc trực tiếp với không khí.  Lên men bán rắn: Cơ chất rắn, ẩm trải thành lớp mỏng trên khay 1.3.3. Các kiểu lên men và nhu cầu oxy(tiếp)  Lên men chìm:tế bào vi sinh vật đƣợc nuôi chìm trong môi trƣờng lỏng. Có hai cách:  Nuôi cấy lắc:thƣờng dùng trong phòng thí nghiệm và môi trƣờng đƣợc khuấy trộn nhờ máy lắc tạo điều kiện thuận lợi cho sự hoà tan oxy trong dịch lỏng.Nếu môi trƣờng nuôi chỉ chiếm 10-20 % thể tích bình có thể đạt mật độ tế bào 1-2g khô/lit.  Nuôi trong bioreactor: thƣờng dùng trong sản suất công nghiêp. môi trƣờng và tế bào vi sinh đƣợc đảo trộn bằng cánh khuấy. Khi nuôi cấy quy mô lớn, oxy đƣợc cung cấp bằng bơm khí.Cần phải duy trì cung cấp oxy liên tục trong cả quá trình lên men hiếu khí [...]... cao II Gii thiu cỏc nhúm vi sinh vt 2.1 Gii thiu chung v cỏc nhúm vi sinh vt (tip) 2.1.3 .Vi sinh vt thuc nhúm nhõn chun (Eukaryote): Nm men Nm mc Sinh vt nguyờn sinh Vi to II Gii thiu cỏc nhúm vi sinh vt 2.2 Cỏc nhúm vi sinh vt cụng nghip ch yu Vi khun lactic Pseudomonas Bacillus Corynebacteria X khun Stretomyces Vi nm (nm men, nm mc ) Vi to 2.1 .Vi khun lactic L vi khun Gram dng, hỡnh... peneciline để tế bào vi khuẩn tiết nhiều sản phẩm hơn c)Vn hnh quỏ trỡnh lờn men 5 Thu sn phm v tinh ch Chi phí cho công đoạn này có thể chiếm 50%giá thành sản phẩm hoặc cao hơn Tr-ớc hết cần tách n-ớc, sau đó thu đúng sản phẩm mong muốn bằng các ph-ơng pháp của công nghệ hoá học và công nghệ thực phẩm II Gii thiu cỏc nhúm vi sinh vt 2.1 Gii thiu chung v cỏc nhúm vi sinh vt 2.1.1 .Vi khun thc (Eubacteria):... nhúm vi sinh vt 2.1 Gii thiu chung v cỏc nhúm vi sinh vt (tip) 2.1.2 .Vi khun c (Archeaa): Cú kh nng sng trong iu kin rt khc nghit Khỏc vi vi khun thc l vỏch t bo khụng cú peptidoglucan mng t bo cú thnh phn lipid khỏc thng v ARN- polymerase ging vi ARNpolymerase ca Eukaryote nhiu hn Bao gm: - - Vi khun metan: kh CO2 bng H2 to CH4 Vi khun chu nhit v axit: chu nhit cao hn 1000 C hay pH thp hn 2 Cỏc vi. .. môi tr-ờng không đổi Có nghĩa là thể tích của môi tr-ờng t-ơi đ-ợc bổ sung t-ơng đ-ơng với tổng số môi tr-ờng cũ đã bị dùng hết Lên men liên tục Trong ph-ơng pháp này sau 1 giai đoạn đều đặn cả tế bào và một phần môi tr-ờng đ-ợc lấy ra khỏi hệ thống nuôi cấy Sau đó một l-ợng môi tr-ờng t-ơi đ-ợc bổ sung để tổng l-ợng môi tr-ờng vẫn giữ nguyên nh- ban đầu Phần tế bào còn lại tiếp tục sinh tr-ởng và. .. đầu tiên đựơc dùng khi bắt đầu có công nghệ lên men Môi tr-ờng nuôi cho một lần vào bồn lên men, cấy giống và thực hiện lên men đến thu sản phẩm D E C A B Đồ thị chu kỳ sinh tr-ởng của tế bào khi lên men theo ph-ơng pháp này có các pha đặc tr-ng: A:pha tiềm sinh, B:pha số mũ, C:pha tuyến tính, D:pha ổn định, E:pha suy thoái Lờn men giỏn on b sung Là kỹ thuật trong đó môi tr-ờng nuôi cấy đ-ợc cung cấp... và lại tăng số l-ợng Lợi thế của ph-ơng pháp này là 1 phần sinh khối đ-ợc tái sử dụng khi cấy chuyển c)Vn hnh quỏ trỡnh lờn men iu khin phn ng sinh hc Thông th-ờng quá trình nuôi phải trải qua 2 giai đoạn: Giai đoạn đầu: Cần các điều kiện để tế bào sinh sản nhanh, tạo sinh khối nhiều Giai đoạn sau: Các tế bào đ-ợc khống chế để thực hiện tối đa các phản ứng mong muốn Ví dụ: trong sản xuất axit... trong bioreactor: trong dch lờn men din ra quỏ trỡnh tng sinh khi t bo v iu chnh hot tớnh sinh hc to sn phm ớch Sau lờn men: Tỏch sinh khi t bo, ta, tinh sch cỏc cht, thc hin phn ng b sung to thng phm, tinh ch , bo qun dng thng phm hon chnh, úng gúi, tn dng ph liu a) Ngun dinh dng v nguyờn liu ban u Cn to mụi trng thớch hp cho s sinh trng ca vi sinh vt hoc cho sn xut cỏc sn phm mc tiờu Mụi trng nuụi... Tip theo l cho ging vi sinh vt vo vi t l 110% tng khi lng ca mụi trng nuụi cú ging cho bn lờn men ln cui cựng ngi ta s dng mt chui cỏc bn lờn men vi th tớch tng dn (s sau) Tin trỡnh nhõn ging thng tin hnh nh sau :ng ging gi nhit thp nuụi 10ml nuụi 200ml nuụi 3lit nuụi 30 lit nuụi 300lit v cú th tip tc n hng chc, hng trm khi Thi gian nhõn ging nhanh hay chm ph thuc v chng vi sinh vt s dng c)Vn hnh...1.3.3 Cỏc kiu lờn men v nhu cu oxy(tip) S phỏt trin nhanh ca t bo vi sinh vt ũi hi lng ln oxy ho tan trong mụi trng cú th tip xỳc trc tip vi mng t bo Nhu cu trao i oxy ca vi sinh vt ph thuc c im t bo v iu kin mụi trng nuụi.Nu nụng oxy t 1mg/l thỡ nhu cu oxy ca hu ht t bo c tho món Nu mc oxy thp hn 1mg/l s xy ra lờn men... L.brevis, L.kefir, 2.1 .Vi khun lactic Nhit ti u cho s phỏt trin ca vi khun lactic chu nhit trung (mesophilic) l 28 45 0C v ca vi khun lactic chu nhit (thermophilic) l 45 62 0C Vi khun lactic cú nhu cu dinh dng phc tp: vitamin, amino axit v thm chớ l cỏc peptit Ngun carbon: glucose, fructose, lactose, maltose v sucrose mt vi chng nh: Lactobacillus amylhylus v Lactobacillus amylovorus Cỏc chng . VÀ ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH VÀ MÔI TRƢỜNG I.Khái niệm chung về CNSH vi sinh vật 1.1.KHÁI NIỆM  Là ngành công nghệ nhằm khai thác tốt nhất khả năng của vi sinh vật, tạo ra. xuất nông nghiệp  … 1.2.Khả năng ứng dụng của công nghệ vi sinh (tiếp) 1.2.3.Trong công nghiệp và năng lƣợng  Chế biến, bảo quản lƣơng thực, thực phẩm, đồ uống…  Sản xuất cồn sinh học . … 1.2.Khả năng ứng dụng của công nghệ vi sinh (tiếp) 1.2.2.Trong nông nghiệp  Sản xuất phân bón vi sinh vật  Sản xuất thuốc bảo vệ thực vật  Sản xuất chất kích thích sinh trƣởng thực vật, động