Sinh học - Chương III: Công nghệ sinh học vi sinh vật

3/3/2015 1 CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH VẬT Nguyễn Vũ Phong Chương III Sản phẩm lên men truyền thống Vi sinh vật Đặc điểm chung của VSV • Kích thước Đặc điểm chung của VSV • Dinh dưỡng Quang tự dưỡng: sử dụng năng lượng ánh sáng khử CO2 Quang dị dưỡng: Sử dụng năng lượng ánh sáng khử các hợp chất hữu cơ. Hóa tự dưỡng: dùng điện tử từ hợp chất vô cơ khử CO2 Hóa dị dưỡng: dùng điện tử từ hợp chất hữu cơ khử các hợp chất hữu cơ Purple bacteria (vi khuẩn tía) Cyanobacteria Đặc điểm chung của VSV • Phân bố và vai trò 3/3/2015 2 Đặc điểm chung của VSV • Cường độ trao đổi chất mạnh và sinh sản nhanh Sinh vật Nhiệt độ Cường độ hô hấp Azotobacter 28 2000 Acetobacter 30 1800 Men bánh mì 28 110 Gan và thận 37 10 – 20 Rễ và lá cây 20 0,5 – 4,0 Đặc điểm chung của VSV • Sự đa dạng của các phản ứng hóa học • Tại sao phải sử dụng kỹ thuật vô trùng? - Chủng VSV sản xuất không thuần chủng - Cạnh tranh dinh dưỡng và biến đổi môi trường nuôi cấy, gây bất lợi cho chủng VSV sản xuất. - Tạo độc tố kiểm soát sự tăng trưởng của vi sinh vật Kỹ thuật vô trùng • Thiết bị vô trùng Kỹ thuật vô trùng • Thiết bị vô trùng Kỹ thuật vô trùng • Các phương pháp Kỹ thuật vô trùng 3/3/2015 3 Công nghệ lên men • Khái quát - Khái niệm lên men: (fermentation) “tất cả các quá trình biến đổi do vi sinh vật thực hiện trong điều kiện yếm khí (thiếu O2) hay hiếu khí” - Lên men công nghiệp (industrial fermentation): 10 – 1.000.000 lít - Ưu thế của VSV công nghiệp Hấp thu dinh dưỡng nhanh và đồng hóa ở mức độ cao Nguyên liệu nuôi đơn giản, rẻ tiền Thực hiện nhiều phản ứng hóa sinh khác nhau Dễ ứng dụng công nghệ di truyền tạo chủng VSV mới năng suất cao Công nghệ lên men • Khái quát - Sơ đồ tổng quát và các công đoạn chính Trước lên men Lên men Sau lên men Xử lý, chế biến Phối trộn Khử trùng Truyền khối, truyền nhiệt Tăng sinh khối Điều chỉnh hoạt tính Tách Tủa Tinh sạch • Hệ thống thiết bị Công nghệ lên men • Hệ thống thiết bị Công nghệ lên men • Hệ thống thiết bị Công nghệ lên men 3/3/2015 4 Công nghệ lên men • Hệ thống thiết bị Quy trình lên men Quy trình lên men Quy trình lên men • Sản phẩm - Sản xuất sinh khối * Giống: men bia, giống nấm trồng và dược liệu * Men bánh mì * Phân vi sinh (Microbial Fertilizer) * Insecticides * Probiotic Công nghệ lên men • Sản phẩm - Vaccin • Vaccin cổ điển • Vaccin công nghệ gene • Quy trình sản xuất vaccin Công nghệ lên men 3/3/2015 5 • Sản phẩm - Rượu bia và cồn nguyên liệu Công nghệ lên men Dây chuyền sản xuất rượu vang • Sản phẩm - Rượu bia và công nguyên liệu Công nghệ lên men • Sản phẩm - Rượu bia và cồn nguyên liệu Sản xuất ethanol * Các giống vi sinh vật: nấm men (S. cerevisiae), vi khuẩn Zymommonas mobilis, vi nấm chịu nhiệt... * Sự tham gia của Kỹ thuật di truyền: phân lập và cải tiến các chủng VSV có khả năng sử dụng các loại đường từ các nguồn phụ phẩm khác như sữa, xylose, pentose. * Sản xuất cellulase giá rẻ Chuyển sinh khối thực vật thành ethanol đang được tập trung nghiên cứu và sản xuất Công nghệ lên men Nhà máy sản xuất ethanol cỡ nhỏ • Sản phẩm Công nghệ lên men • Sản phẩm - Metabolite sơ cấp * Tổng hợp amino acid sử dụng trong thực phẩm: L – glutamic acid Công nghệ lên men Amino acid Ứng dụng Glutamid acid Glycine Phenylalanin Tryptophan Isoleucin, Leucin Tăng hương Tổng hợp chất làm ngọt Chất làm ngọt, dịch truyền Dịch tryền tĩnh mạch, chống oxy hóa. Dịch truyền tĩnh mạch * Sản xuất các acid hữu cơ: citric acid, lactic acid .... * Các vitamin: B2, B12, biotin, ascorbic acid... • Sản phẩm - Metabolite sơ cấp * Các chất kháng sinh Công nghệ lên men 3/3/2015 6 • Sản phẩm - Biopolymer và biosurfactant Công nghệ lên men • Sản phẩm - Biopolymer và biosurfactant Công nghệ lên men Đối tượng Tác dụng Công nghệ giấy Làm ẩm, trải màu đều Sơn ổn định dịch sơn, chậm đóng cặn... Nông nghiệp Bảo quản tránh vón cục, tăng tính thấm Kiến trúc, xây dựng Tăng liên kết giữa sỏi đá và cát Thực phẩm Bảo quản, chống ôi thiu... Thuộc da Làm ẩm, tăng tính thấm • Sản phẩm - Protein đơn bào - Vi sinh vật ứng dụng trong khai khoáng Công nghệ lên men Cây trồng biến đổi gene kháng sâu đục thân