Giáo trình Vi sinh học ứng dụng

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT

F 7 G

GIAÙO TRÌNH

VI SINH HỌC ỨNG DỤNG

Giaûng cho SV naêm thöù ba - Ngaønh Sinh Hoïc

(SH 235 – 30 tieát)

ThS. BẠCH PHƯƠNG LAN

2004

Vi sinh hoïc öùng duïng - 1 -

MUÏC LUÏC

MUÏC LUÏC.................................................................................................................- 1 -

Lôøi taùc giaû..................................................................................................................- 3 -

CHÖÔNG 1. SAÛN XUAÁT SINH KHOÁI NAÁM MEN VAØ SINH KHOÁI VI TAÛO .......- 4 -

I. GIAÙ TRÒ DINH DÖÔÕNG CUÛA NAÁM MEN .....................................................- 4 -

II - NHAÂN GIOÁNG VAØ GIÖÕ GIOÁNG NAÁM MEN................................................- 6 -

III- KHAÛO SAÙT CAÙC CHÆ TIEÂU SINH HOÏC CAÀN THIEÁT .................................- 8 -

1. Hoaït tính nhaân leân: Theå hieän qua möùc taêng sinh khoái toång coäng, ñöôïc ñaùnh giaù

qua 3 chæ tieâu: ....................................................................................................- 8 -

2. Hoaït tính leân men: (baèng phöông phaùp Durgham).......................................- 8 -

3. Ñònh löôïng ñaïm Amin trong dòch nuoâi caáy baèng phöông phaùp Formol......- 10 -

4.Xaùc ñònh hieäu quaû cuûa caùc taùc nhaân kich thích QT töï phaân..........................- 11 -

IV- ÖÙNG DUÏNG CÔ CHEÁ TÖÏ PHAÂN ÑEÅ SAÛN XUAÁT SINH KHOÁI NAÁM MEN

DÖÔÙI DAÏNG BOÄT DINH DÖÔÕNG VAØ COÁM BOÅ .............................................- 14 -

1. Cô sôû lyù thuyeát.............................................................................................- 14 -

2. Quy trình coâng ngheä ...................................................................................- 16 -

V - SAÛN XUAÁT SINH KHOÁI VI TAÛO ................................................................- 19 -

1. Ñaëc ñieåm chung...........................................................................................- 19 -

2.Nuoâi troàng Luïc Taûo ñôn baøo (Chlorella)......................................................- 20 -

3. Nuoâi troàng Taûo xoaén ña baøo (Spirulina)......................................................- 20 -

Chöông 2. ÖÙNG DUÏNG COÂNG NGHEÄ VI SINH TRONG BAÛO QUAÛN VAØ CHEÁ

BIEÁN THÖÏC PHAÅM................................................................................................- 22 -

I. OÂ NHIEÃM THÖÏC PHAÅM VAØ HAÄU QUAÛ .......................................................- 22 -

1.Khaùi nieäm chung...........................................................................................- 22 -

2. Taùc nhaân gaây oâ nhieãm thöïc phaåm: ..............................................................- 23 -

3 - Nhöõng beänh nhieãm khuaån do aên thöùc aên bò nhieãm khuaån..........................- 24 -

4.Cô cheá sinh hoaù cuûa quaù trình gaây hö hoûng thöïc phaåm................................- 26 -

II. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP BAÛO QUAÛN THÖÏC PHAÅM.......................................- 27 -

1- Nguyeân taéc Bioza (Bios = söï soáng)............................................................- 28 -

2 - Nguyeân taéc Abioza. (Abiosis = khoâng soáng)..............................................- 28 -

3. Nguyeân taéc Anabioza (= giaûm söï soáng)......................................................- 30 -

III. SÖÛ DUÏNG NHOÙM NAÁM MOÁC TRONG BAÛO QUAÛN VAØ CHEÁ BIEÁN THÖÏC

PHAÅM..................................................................................................................- 33 -

1. Cô sôû sinh hoïc cuûa vieäc söû duïng naám moác trong cheá bieán ..........................- 33 -

vaø baûo quaûn thöïc phaåm. ...................................................................................- 33 -

2.. Saûn xuaát nöôùc chaám leân men töø khoâ daàu laïc ..............................................- 34 -

3. Saûn xuaát chao töø ñaäu phuï.............................................................................- 39 -

ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc

Vi sinh hoïc öùng duïng - 2 -

IV. KIEÅM NGHIEÄM THÖÏC PHAÅM....................................................................- 41 -

1.Nhoùm chæ tieâu caûm quan...............................................................................- 41 -

2.Nhoùm chæ tieâu hoaù lyù ....................................................................................- 41 -

3.Nhoùm chæ tieâu Vi Sinh ..................................................................................- 41 -

4- YÙ nghóa cuûa caùc chæ tieâu vi sinh...................................................................- 41 -

Chöông 3. COÂNG NGHEÄ LEÂN MEN......................................................................- 44 -

I. . LEÂN MEN ETILIC VAØ ÖÙNG DUÏNG. ...........................................................- 45 -

1. Cô cheá lyù thuyeát cuûa quaù trình leân men Etilic .............................................- 45 -

2 - Phaân bieät caùc daïng saûn phaåm leân men röôïu...............................................- 46 -

3 – Quy trình saûn xuaát bia ñaïi maïch................................................................- 46 -

4 - Quy trình saûn xuaát vang nho.......................................................................- 48 -

II . LEÂN MEN LACTIC VAØ ÖÙNG DUÏNG. .........................................................- 49 -

1. Cô cheá lyù thuyeát cuûa quaù trình leân men Lactic............................................- 49 -

2.Moät soá coâng thöùc cheá bieán vaø baûo quaûn thòt, söõa, toâm baèng leân men Lactic. - 53

-

III. LEÂN MEN ACETIC VAØ ÖÙNG DUÏNG. ........................................................- 58 -

1. Cô cheá lyù thuyeát...........................................................................................- 58 -

2. Saûn xuaát daám aên: .........................................................................................- 60 -

3. Saûn xuaát thaïch döøa (Nata de coco) ...........................................................- 61 -

Chöông 4. COÂNG NGHEÂÏ VI SINH TRONG XÖÛ LYÙ CAÙC CHAÁT THAÛI...............- 62 -

I. Xöû lyù nöôùc ........................................................................................................- 62 -

1. Khaùi nieäm, phaân loaïi, thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa nöôùc thaûi...........................- 62 -

2 . Caùc chæ tieâu ñaùnh giaù chaát löôïng nöôùc thaûi................................................- 62 -

3. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng coâng ngheä vi sinh (CNVS) ........................................- 63 -

II- Xöû lyù raùc .........................................................................................................- 69 -

1- Phaân loaïi raùc thaûi.........................................................................................- 69 -

2 – Phaân huyû caùc hôïp chaát höõu cô cao phaân töû................................................- 70 -

III . XÖÛ LYÙ MOÄT SOÁ CHAÁT THAÛI COÂNG NGHIEÄP NHÔØ VSV.......................- 73 -

1. Xöû lyù pheá thaûi cuûa CN cheá bieán söõa ...........................................................- 73 -

2.- Xöû lyù pheá thaûi cuûa CNSX caùc chaát taåy röûa.................................................- 75 -

ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc

Vi sinh hoïc öùng duïng - 3 -

LÔØI TAÙC GIAÛ

Vi Sinh Vaät Hoïc Öùng Duïng laø moät trong 5 moân hoïc thuoäc heä thoáng caùc giaùo

trình cuûa chuyeân ngaønh Ví Sinh Vaät Hoïc, tính theo trình töï thôøi gian maø sinh vieân

ngaønh Sinh Hoïc Thöïc Nghieäm seõ ñöôïc hoïc laø:

1. Vi sinh vaät hoïc ñaïi cöông (naêm thöù Hai)

2. Vi sinh vaät hoïc öùng duïng (naêm thöù ba )

3. Vi sinh y hoïc vaø mieãn dòch hoïc (naêm thöù tö )

4. Coâng ngheä vi sinh (naêm thöù tö - töï choïn)

5. Hoaït tính vi sinh vaät ñaát (naêm thöù tö - töï choïn)

Vì theá, trong giaùo trình naøy seõ khoâng nhaéc ñeán nhöõng kieán thöùc ñaõ hoaëc seõ

ñöôïc ñeà caäp trong caùc giaùo trình khaùc, tröø tröôøng hôïp thaät caàn thieát.

Ñieàu kieän tieân quyeát laø tröôùc khi hoïc giaùo trình naøy sinh vieân ñaõ ñöôïc trang

bò nhöõng kieán thöùc cô baûn veà Hoaù Sinh, Di Truyeàn, Sinh Lyù Thöïc Vaät Vaø Vi Sinh

Vaät.

Muïc tieâu cuûa moân hoïc laø giuùp sinh vieân tieáp caän vôùi nhieàu höôùng öùng duïng

khaùc nhau cuûa Vi Sinh Hoïc trong ñôøi soáng, ñoàng thôøi taïo cho sinh vieân coù thoùi

quen lieân heä giöõa lyù thuyeát vôùi thöïc haønh – bíeât duøng nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc ñeå

lyù giaûi caùc hieän töôïng dieãn ra trong thöïc tieãn.

Trong quaù trình giaûng daïy, ngoaøi vieäc truyeàn thuï kieán thöùc, giaûng vieân seõ

daønh moät tyû leä thôøi gian thích hôïp ñeå reøn luyeän cho sinh vieân moät soá kyõ naêng lieân

quan ñeán moân hoïc vaø ñeán ngheà nghieäp mai sau – ví duï :

- Kyõ naêng thu thaäp vaø xöû lyù taøi lieäu tham khaûo ñeå chaét loïc nhöõng

thoâng tin coát loõi

- Kyõ naêng xöû lyù vaø nhaän xeùt nhöõng soá lieäu thu ñöôïc qua khaûo saùt -

thöïc nghieäm

- Kyõ naêng soaïn thaûo vaø thuyeát trình theo chuû ñeà (ceminar) v.v…

Veà phía ngöôøi hoïc cuõng caàn phaûi hôïp taùc chaët cheõ vôùi ngöôøi daäy, chuû ñoäng

tham gia vaøo nhöõng hoaït ñoäng treân lôùp ñeå coù ñöôïc nhöõng giôø hoïc tích cöïc vaø boå

ích.

Coù theå xem nhöõng hoaït ñoäng treân lôùp laø cô hoäi ñeå sinh vieân trau doài khaû

naêng töï hoïc, töï nghieân cöùu, chuaån bò toát cho vieäc vaøo ñôøi trong töông lai.

Taùc giaû xin chaân thaønh caùm ôn raát mong nhaän ñöôïc nhöõng yù kieán ñoùng goùp

cuûa caùc baïn ñoàng nghieäp vaø nhöõng ai quan taâm.

Th.s Baïch Phöông Lan

ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc

Vi sinh hoïc öùng duïng - 4 -

CHÖÔNG 1. SAÛN XUAÁT SINH KHOÁI NAÁM MEN VAØ SINH KHOÁI VI

TAÛO

I. GIAÙ TRÒ DINH DÖÔÕNG CUÛA NAÁM MEN

Coù theå noùi khoâng moät loaïi ñoäng vaät hay thöïc vaät naøo laïi chöùa trong teá baøo moät

löôïng caùc chaát coù giaù trò dinh döôõng phong phuù nhö trong teá baøo naám men. Ngöôøi ta coù

theå tìm thaáy trong sinh khoái naám men taát caû caùc thaønh phaàn caàn thieát cho söï soáng cuûa

con ngöôøi vaø ñoäng vaät baäc cao. Bôûi vaäy caùc loaïi saûn phaåm dinh döôõng ñieàu cheá töø sinh

khoái naám men ñöôïc xem nhö “moät thöïc ñôn lyù töôûng”

Nhieàu daãn lieäu veà tyû leä thaønh phaàn trong naám men cho bieát nhö sau

- Protein vaø caùc hôïp chaát chöùa Nitô: 40 -60%

- Gluxit 30 -35%

- Lipit 1 - 2%

- Caùc chaát khaùc 6 - 7%

Trong thaønh phaàn Protein cuûa naám men coù chöùa ñaày ñuû 20 loaïi axit amin thoâng

thöôøng, bao goàm caû 9 loaïi axit amin khoâng thay theá, chuùng ñöôïc phaân boá vôùi moät tyû leä

khaù caân ñoái .

Ví duï: (Tính theo troïng löôïng khoâ).

- Lizin 4,4 - 5,7 %

- Methionin 1,2 - 1,8 %

- Sistein 1,2 - 1,8 %

- Treonin 2,8 - 3,6 %

- Tryptophan 0,57 - 0,7 %.

So saùnh vôùi caùc loaïi boät mì vaø boät gaïo thì tyû leä naøy cao hôn khoaûng töø 3 - 10 laàn

Haøm löôïng vitamin trong teá baøo naám men cuõng raát phong phuù, ñaëc bieät laø

vitamin nhoùm B. So vôùi caùc loaïi ñaäu töông, ñaäu naønh vaø ñaäu Haø lan thì trong teá baøo

ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc

Vi sinh hoïc öùng duïng - 5 -

naám men thì tyû leä vitamin B3 cao hôn 5 - 10 laàn, tyû leä vitamin B4 cao hôn 4 - 6 laàn, tyû

leä vitamin B2 cao hôn 20 - 75 laàn. Seelay (1981) ñaõ ñöa ra nhöõng daãn lieäu veà haøm

löôïng vitamin trong naám men bia (loaøi Saccharomyces cerevisiae) nhö sau:

- Thiamin (B1) 156,0 mg/Kg troïng löôïng khoâ.

- Riboflavin (B2) 100,0 -------

- Axit Pantotenic (B3) 100,0 ---- ---

- Axit Cholic (B4) 710,0 -------

- Piridoxin (B6) 020,0 -------

- Niaxin (PP) 022,0 -------

- Axit Folic 013,0 -------

- Inoziton 500,0 -------

Ngoaøi ra coøn coù Esgosterin, moät tieàn chaát cuûa vitamin D2.

Ñieàu ñaùng chuù yù laø trong teá baøo naám men coù chöùa moät heä enzim noäi baøo vaø

ngoaïi baøo khaù ñaày ñuû, bao goàm caùc loaïi quan troïng nhö: Protease, Pectinase, Amilase,

Glucoamilase, Mantase, Lactase... Chính söï coù maët cuûa caùc enzim naøy ñaõ quyeát ñònh

caùc ñaëc ñieåm sinh hoïc ñaëc tröng cuûa naám men - trong ñoù coù moät cô cheá seõ ñöôïc ñeà caäp

ñeán ôû phaàn sau, ñoù laø “hieän töôïng töï phaân cuûa teá baøo naám men”.

Naám men coù toác ñoä sinh tröôûng vaø phaùt trieån maïnh, thôøi gian theá heä trung bình

laø töø 30 - 60 phuùt. Do vaäy, vieäc nhaân gioáng ñeå duøng trong saûn xuaát raát deã daøng thuaän

lôïi .

Trong coâng ngheä vi sinh, ngöôøi ta thöôøng söû duïng naám men theo 3 muïc ñích chuû yeáu:

1. Thu nhaän sinh khoái toång coäng (saûn xuaát coám boå, boät dinh döôõng, proteinthoâ…)

2. Thu nhaän caùc saûn phaåm leân men ( röôïu traéng, röôïu vang, bia, dòch traùi caây leân men ... )

3. Thu nhaän caùc saûn phaåm sinh toång hôïp ñaëc tröng ( Axit amin, vitamin....)

Döôùi ñaây chuùng ta seõ tìm hieåu saâu hôn veà coâng ngheä thu nhaän sinh khoái toång

coäng.

ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc

Vi sinh hoïc öùng duïng - 6 -

II - NHAÂN GIOÁNG VAØ GIÖÕ GIOÁNG NAÁM MEN

Theo phöông phaùp coå ñieån, teá baøo naám men duøng laøm goác gioáng ñöôïc giöõ

döôùi caùc daïng sau:

- OÁng gioáng thaïch nghieâng.

- Gioáng ñoâng khoâ daïng boät.

- Gioáng men daïng boät quaùnh (daïng past)

Töø caùc gioáng goác nhö treân, tröôùc khi ñöa vaøo saûn xuaát caàn tieán haønh “hoaøn

nguyeân “teá baøo, töùc laø caáy chuùng treân moâi tröôøng dinh döôõng daïng dòch theå vôùi thaønh

phaàn dinh döôõng toái öu ñeå ñöa chuùng trôû laïi daïng hoaït ñoäng, phuïc hoài hoaït tính gioáng,

sau ñoù töø gioáng ñaõ hoaøn nguyeân ngöôøi ta tieán haønh nhaân gioáng caùc caáp I, II, hoaëc III

(tuyø möùc ñoä caàn thieát veà soá löôïng) ñeå coù gioáng saûn xuaát . Baèng caùc phöông phaùp treân,

quaàn theå gioáng ñöa vaøo saûn xuaát coù daïng “teá baøo naám men töï do“ (vieát taét laø

TBNMTD). Khi duøng TBNMTD nhö vaäy coù nhieàu haïn cheá :

- Gioáng deã bò thoaùi hoùa, giaûm hoaït tính

- Moãi quaàn theå gioáng chæ duøng ñöôïc moät laàn .

- Dòch leân men bò ñuïc nhieàu, khaâu laéng loïc khaù coâng phu .

Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, nhôø nhöõng tieán boä vuôït baäc trong coâng ngheä sinh

hoïc, ngöôøi ta ñaõ ñeà xuaát moät phöông phaùp môùi trong vieäc taïo gioáng naám men - ñoù laø kó

thuaät gaén teá baøo naám men treân caùc giaù theå Polymer coù phuû caùc nhoùm chöùc hoaït ñoäng

beà maët. Teá baøo naám men ñöôïc gaén coá ñònh treân giaù theå nhö vaäy ñöôïc goïi laø quaàn theå

“Teá baøo naám men coá ñònh” (Vieát taét laø TBNMCÑ).

Duøng TBNMCÑ laøm goác gioáng seõ khaéc phuïc ñöôïc caùc nhöôïc ñieåm treân, caùc

maûnh giaù theå chöùa TBNMCÑ coù theå taùi söû duïng nhieàn laàn, dòch leân men thöôøng trong.

Khi söû duïng gioáng TBNMCÑ trong nhöõng cô sôû saûn xuaát lôùn coù toác ñoä quay voøng

nhanh thì hieäu quaû kinh teá taêng roõ reät so vôùi khi duøng phöông phaùp coå ñieån.

Caùc loaïi Polymer thöôøng ñöôïc duøng laøm giaù theå goàm 3 loaïi:

- Polyethylene (PE)

- Polystyrene (PS)

- Polyvinyl chorid (PVC)

ThS. Baïch Phöông Lan Khoa Sinh hoïc