Bài giảng Công nghệ sinh học đại cương: Chương 4 - ThS. Ninh Thị Thảo

Bài giảng "Công nghệ sinh học đại cương - Chương 4: Phương pháp và ứng dụng của công nghệ sinh học vi sinh và môi trường" cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm chung về CNSH vi sinh vật, giới thiệu các nhóm vi sinh vật, các sản phẩm của vi sinh vật và các hướng ứng dụng,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Công nghệ sinh học đại cương: Chương 4 - ThS. Ninh Thị Thảo CHƢƠNG VPHƢƠNG PHÁP VÀ ỨNG DỤNGCỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH VÀ MÔI TRƢỜNG I.Khái niệm chung về CNSH vi sinh vật1.1.KHÁI NIỆM Là ngành công nghệ nhằm khai thác tốt nhất khả năng của vi sinh vật, tạo ra được 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 người và cân bằng sinh thái môi trường Công nghệ sinh học vi sinh được phát triển trên cơ sở các kiến thức về giới vi sinh vật cũng như các kỹ thuật và quy trình công nghệ đặc trưng 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 sinh1.2.1.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 trưởng, 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 trưởng 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 lượng Chế biến, bảo quản lương 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 trường Chỉ thị vi sinh vật môi trường Chế phẩm vi sinh vật xử lý chất thải, phế thải, nước thải làm sạch môi trường1.3.KHÁI QUÁT VỀ PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤTTHƢƠNG MẠI SỬ DỤNG VI SINH VẬT(Phương 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 người Lên men với quy mô lớn: 10- 106lit thường được gọi là lên men công nghiệp. Công nghiệp lên men được 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 thước nhỏ, vi sinh vật có tỷ lệ bề mắt/thể tích lớn nên hấp thu dinh dưỡng 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 trường 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 lượng sản phẩm 1.3.3. Các kiểu lên men và nhu cầu oxy Lên men bề mặt (lên men tĩnh) có hai cách: Môi trường lỏng được chứa trong khay có chiều sâu không quá 5cm,tế bào mọc thành lớp trên bề mặt môi trường 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 được nuôi chìm trong môi trường lỏng. Có hai cách: Nuôi cấy lắc:thường dùng trong phòng thí nghiệm và môi trường được khuấy trộn nhờ máy lắc tạo điều kiện thuận lợi cho sự hoà tan oxy trong dịch lỏng.Nếu môi trường nuôi chỉ chiếm 10-20 % thể tích bình có thể đạt mật độ tế bào 1-2g khô/lit. Nuôi trong bioreactor: thường dùng trong sản suất công nghiêp. môi trường và tế bào vi sinh được đảo trộn bằng cánh khuấy. Khi nuôi cấy quy mô lớn, oxy được cung cấp bằng bơm khí.Cần phải duy trì cung cấp oxy liên tục trong cả quá trình lên men hiếu khí 1.3.3. Các kiểu lên men và nhu cầu oxy(tiếp) Sự phát triển nhanh của tế bào vi sinh vật đòi hỏi lượng lớn oxy hoà tan trong môi trường để có thể tiếp xúc trực tiếp với màng tế bào Nhu cầu trao đổi oxy của vi sinh vật phụ thuộc đặc điểm tế bào và điều kiện môi trường nuôi.Nếu nông độ oxy đạt 1mg/l thì nhu cầu oxy của hầu hết tế bào được thoả mãn. Nếu mức oxy thấp hơn 1mg/l sẽ xảy ra lên men yếm khí1.3.4.Các công đoạn chính củalên men công nghiệpGồm 3 công đoạn chính: Trước lên men: Xử lý, chế biến, phối trộn và khử trùng nguyên liệu Lên men trong bioreactor: trong dịch lên men diễn ra quá trình tăng sinh khối tế bào và điều chỉnh hoạt tính sinh học để tạo sản phẩm đích Sau lên men: Tách sinh khối tế bào, tủa, tinh sạch các chất, thực hiện phản ứng bổ sung để tạo thương phẩm, tinh chế , bảo quản dạng thương phẩm hoàn chỉnh, đóng gói, tận dụng phế liệu… a) ...