Bài giảng Công nghệ vi sinh

CÔNG NGHỆ VI SINHPGS. TS. Lê Văn Hiệp1Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpChương 1. Mở đầuChương 2. Lịch sử và phân loạiChương 3. Cơ sở sinh họcChương 4. CNVS công nghiệpChương 5. CNVS nông nghiệpChương 6. CNVS y họcChương 7. CNVS xử lý môi trườngPhụ lục 1 và 22Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCHƯƠNG I. MỞ ĐẦUĐịnh nghĩa:1.1. Theo các nhà khoa học Nhật đó là sử dụng cơ thể hoặc hệ thống sống của vi sinh vật trong chế biến các sản phẩm phục vụ con người.1.2. Theo Liên đoàn CNSH Châu Aâu thì sự ứng dụng tổng hợp VSV và các khoa học về công nghệ để đạt sự ứng dụng công nghiệp các năng lực của VSV và các thành phần của chúng.3Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp2. Mối liên quan đến các ngành khoa học khác:2.1. Là một ngành mũi nhọn trong ba ngành cấu thành CNSH: hai ngành kia là công nghệ nuôi cấy mô và ghép mô trên các đối tượng động vật và thực vật.2.2. Công nghệ vi sinh kế thừa thành tựu khoa học của các ngành khoa học sinh học cơ bản như vi sinh đại cương, di truyền học, sinh hóa học cũng như hóa học và vật lý học bao gồm cả điện tử, tin học, công nghệ học.4Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp3. Giá trị kinh tế và ý nghĩa xã hội:	Có thể tóm gọn trong một câu “CNVS góp phần quan trọng đẩy lùi nạn đói và bệnh tật, nâng cao chất lượng cuộc sống”.	Theo dự tính đến năm 2000 các sản phẩm CNVS nói chung đạt 80.000 triệu Euro (trong đó các sản phẩm thực phẩm và năng lượng 42,5%, sản phẩm hóa học 16,25% và y học 13,75% còn lại các sản phẩm khác như tuyển khóang, bảo vệ môi sinh ).	5Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpGiáo sư Robert Hayner trong lời khai mạc đại hội Di truyền học quốc tế lần thứ 16 năm 1988 khẳng định rằng: “ Ngày nay gen đã có thể được xác định, cân, đếm được thao tác, sao chép và gây đột biến trong các ống nghiệm. Gen có thể chuyển vận như con thoi từ tế bào này sang tế bào khác, vượt qua những hàng rào ngăn cản giữa các loài”. 6Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpBảng 1. Ứng dụng các quy trình vi sinh vật vào các lĩnh vực kinh tế xã hộiCác quy trình VSVỨng dụngSản xuất thực phẩm lên men: nước tương, mi so, natto, phô ma, sữa chua, nước mắmSản xuất và sử dụng sinh khối VSV: men bánh mì, nấm men chăn nuôi, vi tảo, protein đơn bào (SCP). Sử dụng các acid ribonucleotide, Protein và những thành phần tế bào khác.Công nghiệp thực phẩm lên men, chăn nuôi, thực phẩm thủy sản.Công nghiệp thực phẩm, hóa dược.7Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCác quy trình VSVỨng dụng3. Các chế phẩm vi sinh diệt sâu, nấm bệnh và phân vi sinh.4. Nuôi VSV để chế vacxin5. Nước giải khát: rượu sakê, bia, rượu vang, rượu trái cây whisky, brandy, các rượu chưng cất và không chưng cấtNông nghiệpY tếCông nghiệp rượu bia8Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp6. Sản xuất các dung môi: rượu ethanol, acetone, butanol7. Sản xuất các acid hữu cơ: citric, lactic, fumaric, itaconic, dấm ăn 8. Sản xuất các biopolymer (macromolecular polysacharide): dextran.levan, xan than, mannan Công nghiệp hóa học và rượu biaCông nghiệp thực phẩm và hóa chấtCông nghiệp thực phẩm và khai khoáng9Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp9. Sản xuất các chất kháng sinh: penicillin, các penicillin tổng hợp, streptomycin, kanamycin, bleomicin, actinomycin, Blasticidin S, kasugamycin, Thiostrepton, thiopeptin 10. Sản xuất các chất có hoạt tính sinh học: Các vitamin B2, B6, B12 Các alkaloids Các chất ức chế enzymeChuyển hóa sinh học các steroidCác gibberelin và auxin khác (điều hòa tăng trưởng thực vật Công nghiệp y dượcNông nghiệp và y dượcDinh dưỡngCông nghiệp hóa dược và y dược10Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp11.Sản xuất các axit amin: acid glutamic (làm bột ngọt), glutamine, Lyzine, acid asparic, arginine, ornithine, threonine, valine, tyrozine, phenylalanine, leucine, tryptophan, hydroxytryptophan.12. Sản xuất các mononucleotides và các đồng đẳng: acid 5’-inosinic, acid 5’-guanilic, 5’-amino-4-imidazole-carboxy amid (AICA), riboside, ATP, AMP vòngNông nghiệpCông nghiệp thực phẩm, hóa họcCông nghiệp rượu bia, thực phẩm, chất tẩy rửa, tanin11Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp13. Sản xuất và sử dụng các enzyme: các amylaza, proteaza; enzyme đông tụ, sữa (renin), lipaza, cellulaza, asparagiaza, glucose isomeraza, glucose oxydaza, aspartaza, melibiaza, naringinaza và các enzyme không tan khác.PenicillinazaY học, công nghiệp hóa học, chữa trị và chẩn đoán bệnh, phân tích hóa học.12Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCHƯƠNG II. LỊCH SỬ VÀ PHÂN LOẠILỊC H SỬ PHÁT TRIỂN BỐN THỜI KỲ:Trước Pasteur: Con người sử dụng VSV không tự giácKỷ nguyên Pasteur (1860 – 1940): Sử dụng VSV một cách chủ động với các chủng giống thuần khiết trong lên men cổ điểnKỷ nguyên kháng sinh (1940 – 1970): Sản xuất các chất hoạt động sinh học nhờ VSV bằng lên men công nghệKỷ nguyên kỹ thuật gen: Sử dụng vào sản xuất nhiều loại VSV đã thay đổi cẩu trúc di truyền.13Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpII. PHÂN LOẠI HỌC:Công nghệ vi sinh trong công nghiệp:	Sản xuất protein, axit amin, enzyme, thực phẩm, nước chấm, rượu bia, hóa chất và tuyển quặng.2. Công nghệ vi sinh trong nông nghiệp:	Sản xuất thuốc trừ sâu vi sinh, chất kích thích sinh trưởng, phân hữu cơ vi sinh, thức ăn gia súc, cố định đạm sinh học, vacxin và kháng sinh trong thú y.14Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp3. Công nghệ vi sinh y học:Sản xuất kháng sinh, vitamin, vacxin – huyết thanh sinh phẩm y học và các dược phẩm mới.4. Công nghệ vi sinh xử lý môi trường:Xử lý ô nhiễm môi trường (nước thải, khí độc, rác, phân )15Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCHƯƠNG III. CƠ SỞ SINH HỌC CỦA CÔNG NGHỆ VI SINHSinh trưởng của VSV: Dinh dưỡng C – N – KhoángCác sản phẩm sinh tổng hợp: Enzympe – Kháng sinh và độc tố – Axit amin và Vitamin – Các chất kích thích sinh trưởngQuá trình nuôi cấy: nguyên lý 5 giai đoạn – Lên men 2 giai đoạn – Các phương pháp lên men16Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpNguyên lý 5 giai đoạn:Chủng giốngQuá trình nhân giốngNuôi cấy (lên men)Thu hoạchChế biến	Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men: pH – O2 – to – chủng giống/tỉ lệ giống cấy – thiết bị lên men17Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCHƯƠNG IV. CNVS CÔNG NGHIỆPĐại cươngRượu biaThực phẩmXan than gumKhai thác mỏ18Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCHƯƠNG V. CNVS NÔNG NGHIỆPLàm giàu đạm cho thức ăn gia súcSản xuất phân đạm vi sinh azotobacterln và phân lân hữu cơ vi sinh Thuốc trừ sâu vi sinh vật19Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCHƯƠNG VI. CNVS Y HỌCSản xuất vitaminKháng sinh Sản xuất vacxinKháng thể đơn dòngCách nuôi tế bàoKỹ thuật màng lọcKỹ thuật cố định tế bào20Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpCHƯƠNG VII. CNVS XỬ LÝ MÔI TRƯỜNGĐại cươngCông nghệ làm sạch không khíXử lý nước thải21Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn HiệpPhụ lục 1: Lịch sử hiện trạng và dự báo phát triển công nghệ gen trong y tếPhụ lục 2: Các sản phẩm công nghiệp của VSV22Cơng nghệ vi sinh - Lê Văn Hiệp