Công nghệ sinh học bảo quản, chế biến nông sản

Công nghệ sinh học bảo quản, chế biến nông sản và xử lí phế thải nông nghiệp an toàn sinh học trong công nghệ sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP KHOA SINH HỌC -/// - BÀI TỰ HỌC MÔN: CÔNG NGHỆ SINH HỌC NÔNG NGHIỆP GVHD: Trần Đức Tường SVTH: Nguyễn Thị Minh Thư Lớp : Năm học: 31K8 2008 – 2009 Tháng năm 2009 Mục Lục Trang Chương IV: CÔNG NGHỆ SINH HỌC BẢO QUẢN, CHẾ BIẾN NƠNG SẢN VÀ XỬ LÍ PHẾ THẢI NƠNG NGHIỆP ……………………………2 Cơng nghệ sinh hoc chế biến ………………………………………… 1.1.Công nghệ sản xuất sữa…………………………………………………… 1.2.Chế biến tinh bột………………………………………………………… 1.3 Sản xuất nước uống lên men……………………………………………….2 1.4 Sản xuất protein từ vi sinh vật…………………………………………… 1.5 Sản xuất chất tăng hương vị sản phẩm…………………………………3 Công nghệ sinh học bảo quản…………………………………………….4 Công nghệ sinh học xử lí phế thải……………………………………… 3.1 Xử lí hiếu khí phế thải nơng nghiệp……………………………………… 3.2 Xử lí yếm khí phế thải nơng nghiệp ………………………………… 3.3 Sản xuất phân bón vi sinh từ phế thải…………………………………… 3.4 Sử dụng phế liệu nông nghiệp sản xuất nấm ăn…………………… Chương V: AN TOÀN SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ……… Định nghĩa khái niệm …………………………………………………… Những lợi ích trồng chuyển gen ……… ……………………………….8 Những rủi ro có chuyển gen…………………………………… Các quy định an tồn sinh học……………….……………………………… 4.1Cơng ước đa dạng sinh học Nairobi Nghị đinh thư Cartagena………….9 4.2Quy chế quản lí an tồn sinh học sinh vật biến đổi gen sản phẩm chúng ………………………………………………… …10 Chương IV: CÔNG NGHỆ SINH HỌC BẢO QUẢN, CHẾ BIẾN NƠNG SẢN VÀ XỬ LÍ PHẾ THẢI NƠNG NGHIỆP Cơng nghệ sinh hoc chế biến Việt Nam xây dựng phát triển mạnh công nghệ sinh học phục vụ công nghiệp chế biến để sản xuất sản phẩm chế biến thực phẩm có chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng xuất khẩu.Vai trị Cơng nghệ sinh học số ngành công nghiệp chế biến thực phẩm: 1.1.Công nghệ sản xuất sữa Phoma sản phẩm chủ yếu Quy trình chế biến: Đầu tiên cấy vi sinh vật lên men vào sữa Khi sữa đơng vón lại, người ta tiến hành tách sữa đông khỏi nước, đun nóng ép tạo hình Sau thêm muối để phoma chín dần nhiệt độ thấp (12 – 16 oC) Để rút ngắn thời gian ủ phoma mà không ảnh hưởng đến chất lượng, cần thúc đẩy tốc độ biến đổi protêin, lipit lactozơ có mặt kết tủa sữa nhờ enzyme proteaza, lipaza lactaza thích hợp Ngồi ra, Cơng nghệ sinh học cịn áp dụng quy trình cơng nghệ sản xuất sữa chua, bơ, kem sữa… Đặc biệt việc xử lí dịch phế thải cơng nghiệp chế biến sữa thành sản phẩm có ích Các biện pháp Công nghệ sinh học đại giúp tạo chủng vi khuẩn đột biến có hiệu suất sản xuất enzyme cao phục vụ công nghiệp chế biến sữa 1.2.Chế biến tinh bột Trước tinh bột chủ yếu thuỷ phân axit axit kết hợp với enzyme Hiện nay, trình đươc thực enzyme α-amylaza vàamylaza amyloglucosidaza có tốc độ thuỷ phân cao, không gây ô nhiễm môi trường cho sản phẩm có hệ số đương lượng dextrozơ – DE cao.(hệ số phản ảnh mức độ thuỷ phân tinh bột thành glucozơ) Bằng Công nghệ sinh học đại, người ta tạo đựoc chủng Bacillus licheniformis Bacillus amyloliquefaciens có khả tổng hợp α-amylaza amylaza chịu nhiệt độ cao tới 100 oC, hồ hoá tinh bột triệt để, tạo điều kiện thuận lợi cho giai đoạn đường hoá sản xuất sản phẩm có DE gần 100 1.3.Sản xuất nước uống lên men Các loại nước uống lên men có cồn sản xuất từ nguyên liệu chứa đường lên men chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae như: Rượu uống (vang, sâmbanh, cônhăc Pháp; sake Nhật; rượu cần Việt Nam, Thái Lan…), bia ( sản xuất theo quy mơ cơng nghiệp hố tiến hành theo quy trình cơng nghệ chặc chẻ, lên men gia tốc) 1.4 Sản xuất protein từ vi sinh vật Từ trước đến nay, nguồn cung cấp protein chủ yếu từ động vật, thực vật sinh khối tế bào vi sinh vật ln có hàm lượng protein cao, ngồi cịn chứa phong phú loại vitamin enzyme thuỷ phân Sinh khối tế bào vi sinh vật tạo với tốc độ cao hẳn so với sinh khối động vật, thực vật, lại tốn diện tích, chủ động suất không phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên.Nguồn protein đựợc gọi nguồn protein đơn bào Sản xuất protein đơn bào từ nguồn cacbonhyđrat nhờ sử dụng vi khuẩn Methylophylus methylotrophus AS1 cải biến di truyền có gắn plasmid mang gen mã hoá enzyme glutamate dehyđrogenaza protein đơn bào sản xuất với hiệu suất cao 1.5 Sản xuất chất tăng hương vị sản phẩm  Axit amin: mì (Natri glutamat), lysine, phenylalanine axit aspartic sản xuất chủ yếu cách lên men Ví dụ: axit glutamic lysine sản xuất lên men vi khuẩn Corynebacterium glutamicum, Micrococcus glutamicus Brevibacterium flavum  Công nghệ sản xuất dipeptit, phần tử từ axit amin (L-amylaza asparagin L-amylaza vàphenylalanin) gọi aspartam Aspartam đường mía 200 lần Nó có chất protein nên không độc sử dụng thay đường, làm giảm 90% calo thực phẩm  Vitamin màu thực phẩm: sản xuất quy trình Cơng nghệ sinh học Ví dụ:Riboflavine (vitamin B2)được sản xuất lên men sâu vi khuấn Eremothecium ashbyii Ashbya gossypii Chất màu shiconin sản xuất nuôi cấy sinh khối tế bào cây…  Axit hữu cơ: Axit citric sản xuất chủ yếu lên men Aspergillus niger môi trường gỉ đường  Keo thực phẩm: dạng polysaccarit tạo trình lên menPseudomonas sp  Các enzyme phân giải: pectinaza, xenlulaza, hemixenlulaza, amylaza, proteinaza Các enzyme xử lí làm nước quả, giảm độ nhớt, giúp trình lọc ổn định chất lượng nước ép quả, sản xuất chủ yếu nhờ nuôi cấy vi sinh vật (Aspergillus niger,…) quy mô công nghiệp Công nghệ sinh học bảo quản Các giải pháp bảo quản nông sản là:  Bảo quản nhiệt độ thấp để hạn chế hô hấp  Bảo quản khí nitơ (N2) cacbon dioxit (CO2)  Xử lí hố chất  Sử dụng chế phẩm sinh học, chất có hoạt tính sinh học hay vi sinh vật đối kháng Trong đó, giải pháp cuối có triển vọng giải pháp ứng dụng Công nghệ sinh học bảo quản nơng sản Ví dụ: Dùng vi khuẩn lactic sinh nisin để ức chế vi sinh vật khác bảo quản nem chua; dùng pectinaza để phá huỷ hạt keo rượu vang trước bảo quản Cơng nghệ sinh học xử lí phế thải Các quy trình Cơng nghệ sinh học nghiên cứu áp dụng để tận dụng phế thải nông nghiệp tạo sản phẩm hữu ích bảo vệ mơi trường sống 3.1 Xử lí hiếu khí phế thải nông nghiệp Đặc điểm bật vi khuẩn tham gia trình phải cung cấp đầy đủ oxi Một số hệ thống xử lí nay:  Hồ chứa để oxi hoá: hệ thống xử lí hiếu khí đơn giản để xử lí nước thải xí nghiệp chăn ni Có bề mặt rộng không sâu 1,5m để bảo đảm thơng khí dể dàng Trên bề mặt hồ thường nuôi cấy nhiều loại tảo quang hợp để tăng hiệu hoạt động hệ thống xử lí Ưu điểm: chi phí thấp Khuyết điểm: tốc độ xử lí chậm, chiếm diện tích lớn, cặn bã tích luỹ đáy bị phân giải yếm khí tạo điều kiện để vi sinh vật không mong muốn phát triển  Hệ thống xử lí bể bậc thang: hệ thống này, phế thải nạp đặn lưu giữ khơng lâu Phế thải oxi hố mạnh cặn lưu giữ đáy bể nhờ dòng chảy chậm theo bậc thang  Hệ thống xử lí rãnh Pasveer: hệ thống xử lí cải tiến có sử dụng bùn hoạt tính (bùn non) 3.2 Xử lí yếm khí phế thải nơng nghiệp Đây q trình lên men yếm khí tạo khí sinh học (biogas), chứa chủ yếu khí metan, CO2 số khí khác Ngồi tác dụng ngăn cản nhiễm mơi trường, q trình xử lí cịn cung cấp lương cho sinh hoạt hoạt động công nghiệp chất bã nguồn phân bón hữu chất lượng cao Nó thực chủ yếu nhóm vi khuẩn kị khí sản sinh metan (Methanobacterium) Q trình gồm giai đoạn: hồ tan thuỷ phân chất hữu cơ; axit hoá hỗn hợp lên men lên men tạo khí metan thực thụ Cơng nghệ Biogas khí sinh học ứng dụng rộng rãi Hiện có nhiều kiểu hầm Biogas, nhiều quan, tổ chức đầu tư đạo địa bàn huyện, thị Tác dụng Biogas nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tăng nguồn chất đốt, tận dụng nguồn phân, nước tiểu trại chăn ni tập trung, góp phần bảo vệ mơi trường sinh thái 3.3 Sản xuất phân bón vi sinh từ phế thải Nguyên tắc trình chuyển hố chất có nguồn gốc hữu đường sinh học nhờ vi sinh vật để tạo dạng phân bón hiệu suất cao: tổ hợp đặc tính phân bón vơ hữu cơ, không gây ô nhiễm môi trường, cải tạo đất, tăng tính kháng bệnh trồng nâng cao suất, chất lượng nông sản  Định nghĩa phân vi sinh: Phân vi sinh vật (phân vi sinh) sản phẩm chứa vi sinh vật sống, tuyển chọn có mật độ phù hợp với tiêu chuẩn ban hành, thong qua hoạt động sống chúng tạo nên chất dinh dưỡng mà trồng sử dụng (N, P, K, S, Fe…) hay hoạt chất sinh học, góp phần nâng cao suất, chất lượng nông sản Phân vi sinh vật phải đảm bảo không gây ảnh hưởng xấu đến người, động, thực vật, môi trường sinh thái chất lượng nơng sản  Phân loại phân bón vi sinh:  Phân vi sinh chất mang khử trùng: phân dạng sản xuất cách tẩm, nhiễm sinh khối vi sinh vật sống qua tuyển chọn vào chất xử lí vơ trùng phương pháp khác  Phân vi sinh chất mang không khử trùng: sản xuất theo quy trình chất khơng cần khử trùng Được phân biệt thành loại sau: + Phân hữu vi sinh vật: sản phẩm phân hữu có chứa vi sinh vật sống, tuyển chọn có mức độ phù hợp với tiêu chuẩn ban hành Việc sản xuất phân vi sinh có tác dụng tốt: Rẻ tiền, dễ sản xuất, chủ động nguồn phân hữu có chất lượng cao, tận dụng triệt để nguồn phế thải nông nghiệp dư thừa, không làm ô nhiễm môi trường, tạo sản phẩm nơng nghiệp an tồn + Phân hữu khoáng vi sinh vật: dạng phân hữu vi sinh vật, có bổ sung lượng định chất dinh dưỡng khoáng Trên sở tính tác dụng nhóm vi sinh vật, phân bón vi sinh cịn phân loại theo dạng sau:  Phân vi sinh vật cố định nitơ (phân đạm vi sinh) chứa vi sinh vật sống cộng sinh với họ đậu, hội sinh vùng rễ trồng cạn hay tự đất, nước có khả sử dụng nitơ từ khơng khí tổng hợp thành đạm cung cấp cho đất trồng  Phân vi sinh vật phân giải hợp chất photpho khó tan (phân lân vi sinh) sản xuất từ vi sinh vật có khả chuyển hố hợp chất photpho khó tan thành dể tiêu cho trồng sử dụng  Phân vi sinh vật kích thích, điều hồ sinh trưởng thực vật chứa vi sinh vật có khả sinh tổng hợp hoạt chất sinh học có tác dụng điều hồ kích thích q trình trao đổi chất  Phân vi sinh vật chức dạng phân bón vi sinh vật ngồi khả tạo nên chất dinh dưỡng cho đất, trồng cịn ức chế , kìm hãm phát sinh, phát triển số bệnh trồng vi khuẩn vi nấm gây nên  Ưu, nhược điểm phân vi sinh vật:  Ưu điểm: + Làm tăng suất trồng 70-amylaza và80% giảm vi sinh vật gây bệnh + Cải tạo, làm tăng độ phì đất + Kích thích sinh trưởng + Biết thành phần hố học + Có hiệu lâu dài (2-amylaza và3 năm) Liều lượng dùng (1-amylaza và2 tấn/ha) + Khơng có hạt cỏ dại Sử dụng đơn giản  Nhược điểm: Các thành phần bay có mùi mạnh 3.4 Sử dụng phế liệu nông nghiệp sản xuất nấm ăn Hình thành phát triển nghề ni trồng loại nấm ăn nấm dược liệu từ nguyên liệu, phế liệu nông nghiệp, lâm nghiệp nhằm phục vụ nhu cầu nội địa xuất khẩu, tạo thêm công ăn việc làm, tăng thu nhập cho nông dân Quy trình sản xuất nấm gồm số bước sau: + Chuẩn bị nguyên liệu: rơm rạ, bã mía, mùn cưa, xơ bơng… + Xử lí ngun liệu: làm ướt nguyên liệu nước vôi với tỉ lệ 1tấn ngun liệu cần 10kg vơi tơi Sau phối trộn chất phụ gia đống thời gian 6-amylaza và10 ngày Trong thời gian phải đảo trộn nguyên liệu 2-amylaza và3 ngày/lần + Cấy giống: Nguyên liệu sau đánh thành luống, đóng khay hay đóng bịch nilon với kích thước độ chặc phù hợp Cấy giống chuẩn bị sẵn vào giá thể theo liều lượng quy định cho loại nấm + Chăm sóc thu hái: Nhà xưởng trồng nấm yêu cầu sẽ, thoáng bảo đảm đủ ẩm Phải tuới nước thường xuyên điều chỉnh lượng nước theo mật độ độ lớn nấm Cần phòng tránh chuột đào bới, cắn phá giá thể loại bỏ nấm dại mọc cạnh tranh Nấm cần thu hái độ tuổi kĩ thuật có chất lựơng cao Với lợi nguồn ngun liệu, quy trình cơng nghệ từ ni trồng, chăm sóc, bảo quản, chế biến chuyển giao áp dụng có hiệu quả, gia tăng giá trị sản xuất nơng nghiệp, giải lao động nơng nhàn góp phần giải vấn đồ ô nhiễm môi trường từ nguồn phế thải nơng nghiệp Chương V: AN TỒN SINH HỌC TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC FAO kêu gọi nước phát triển cần trọng nâng cao trình độ kiểm sốt an tồn sinh học tiến hành đánh giá tác động kinh tế xã hội sản phẩm biến đổi gen nhằm tránh hiểm họa tiềm tàng công nghệ này, đặc biệt thực sách định hướng nghiên cứu cơng nghệ để ứng dụng cơng nghệ sinh học có hiệu an toàn người mơi trường Định nghĩa khái niệm An tồn sinh học Công nghệ sinh học lĩnh vực liên quan đến nghiên cứu sản xuất sử dụng AND tái tổ hợp, sinh vật biến đổi gen sản phẩm chúng cho hợp lí, giảm thiểu tác động xấu chúng lên sức khoẻ người mơi trường Những lợi ích trồng chuyển gen  Tăng sản lượng  Giảm chi phí sản xuất  Tăng lợi nhuận nông nghiệp  Cải thiện mơi trường  Cải thiện số đặc tính chất lượng cây: + Lúa gạo giàu vitamin A sắt, khoai tây có hàm lượng tinh bột cao + Ra đời vacxin ăn ngô, khoai tây + Ra đời loại dầu ăn tốt cải dầu, đậu tương, cà chua chín chậm… Những rủi ro có chuyển gen  Sản phẩm gen protein vô tình tạo chất gây dị ứng cho người sử dụng  Có thể có phát tán gen biến nạp trồng sang họ hàng hoang dại  Có thể diệt sinh vật khơng cần diệt  Có thể tăng tính kháng thuốc trùng quen với chất độc tiết  Nhiều vectơ chuyển gen có mang gen thị gen kháng kháng sinh Các quy định an tồn sinh học 4.1 Cơng ước đa dạng sinh học Nairobi Nghị đinh thư Cartagena Công ước đa dạng sinh học hoàn thiện Nairobi 5/1992 đưa Hội nghị Liên hợp quốc Mơi trường phát triển (UNCED) xem xét, lí kết 5/6/1992, có hiệu lực từ 24/12/1993 Cơng ước cơng cụ quốc tế thức dùng để giải vấn đề liên quan đến đa dạng sinh học có an tồn sinh học Cơng ước đề cập đến nhu cầu bảo vệ sức khoẻ người môi trường khỏi tác động xấu Công nghệ sinh học đại công nhận Công nghệ sinh học có nhiều tiềm phát triển sống người có việc đáp ứng nhu cầu lương thực thực phẩm chăm sóc sức khoẻ người Nghị định thư Cartagena An toàn sinh học ( thông qua 29/01/2000 Montreal – Canada) đưa quy định việc vận chuyển xuyên biên giới, xử lí sử dụng sinh vật sồng biến đổi di truyền (LMO) gây tác động bất lợi bảo tồn sử dụng bền vững đa dạng sinh học, có quan tâm đến rủi ro sức khoẻ người Nghị định thư sẽ: + Hỗ trợ quốc gia phát triển xây dựng lực để quản lí Cơng nghệ sinh học đại + Tạo thủ tục thỏa thuận thơng báo trước u cầu nhà xuất phải đồng ý nước nhập trước vận chuyển lần đầu LMO (hạt giống, cá giống, vi sinh vật điều trị sinh học) dự kiến đưa vào môi trường + Xây dựng trung tâm trao đổi thơng tin An tồn sinh học mạng để hỗ trợ quốc gia trao đổi thông tin khoa học kĩ thuật môi trường luật pháp LMO + Yêu cầu việc vận chuyển hàng hoá LMO đậu tương ngô dự định trực tiếp làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi cho chế biến phải kèm theo tài liệu ghi rõ hàng hố “có thể chứa LMO” “khơng chủ định đưa vào môi trường” + Nghị định thư bao gồm điều khoản rõ cho bên tham gia Nghị định thư không làm thay đổi quyền nghĩa vụ phủ tham gia tổ chức thương mại giới WTO Hiệp định quốc tế có + Về việc đánh giá rũi ro, Nghị định thư yêu cầu định, dự định nhập phải dựa đánh giá rũi ro 4.2 Quy chế quản lí an toàn sinh học sinh vật biến đổi gen sản phẩm chúng Hiện Việt Nam hồn thiện Luật An tồn sinh học Quốc hội thơng qua Bảng dự thảo “Quy chế quản lí An tồn sinh học sinh vật biến đổi gen sản phẩm chúng” gồm chương, 26 điều văn để trình kèm theo Quy chế An tồn sinh học phịng thí nghiệm Mục đích Quy chế đặt yêu cầu có liên quan đến việc sử dụng loài sinh vật biến đổi gen, loài lạ sản phẩm chúng sản xuất tiêu dùng nhằm đảm bảo an tồn cho mơi trường, tính đa dạng sinh học sức khoẻ người -amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza vàHết-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza và-amylaza 10 ... CÔNG NGHỆ SINH HỌC BẢO QUẢN, CHẾ BIẾN NƠNG SẢN VÀ XỬ LÍ PHẾ THẢI NƠNG NGHIỆP Cơng nghệ sinh hoc chế biến Việt Nam xây dựng phát triển mạnh công nghệ sinh học phục vụ công nghiệp chế biến để sản. .. CÔNG NGHỆ SINH HỌC BẢO QUẢN, CHẾ BIẾN NƠNG SẢN VÀ XỬ LÍ PHẾ THẢI NƠNG NGHIỆP ……………………………2 Cơng nghệ sinh hoc chế biến ………………………………………… 1.1 .Công nghệ sản xuất sữa…………………………………………………… 1.2 .Chế biến. .. nghiệp chế biến sữa thành sản phẩm có ích Các biện pháp Công nghệ sinh học đại giúp tạo chủng vi khuẩn đột biến có hiệu suất sản xuất enzyme cao phục vụ công nghiệp chế biến sữa 1.2 .Chế biến tinh