ĐẠI CƯƠNG VÊ VI SINH TRONG NÔNG NGHIỆP

VI SINH VẬT HỌC VÀ ỨN DỤNG TRONG SẢN XUẤT
NÔNG NGHIỆP
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ vi sinh được coi là một trong những ngành công nghệ mũi nhọn
của công nghệ sinh học, có tác động to lớn đến đời sống con người do việc sử dụng
vi sinh vật để tạo ra hàng loạt các sản phẩm như rượu, bia, axit hữu cơ, axit amin,
vitamin, kháng sinh, vacxin,… Tìm hiểu được các q trình cơng nghệ vi sinh, ứng
dụng của các vi sinh vật trong thực tiễn nói chung và trong sản xuất nơng nghiệp
nói riêng khơng phải chỉ dành cho những cán bộ nghiên cứu hay cán bộ làm công
tác giảng dạy mà cịn dành cho tầng lớp nơng dân – những người trực tiếp ứng
dụng công nghệ vi sinh.
Để đáp ứng được nhu cầu tìm hiểu, ứng dụng cơng nghệ vi sinh của một số
“Bác nông dân thông thái”, tác giả đã tổng hợp khái quát một số nội dung sau: i)
Đại cương về vi sinh vật; ii) Nguyên lý cơ bản của công nghệ vi sinh vật; iii) Một
số ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp; iv) kết luận.
I. Đại cương về vi sinh vật
1. Khái niệm
Vi sinh vật nói chung tồn tại trong tự nhiện với số lượng rất lớn, nó tồn tại ở
mọi nơi, mọi ngõ ngách trên trái đất, từ dưới biển sâu đến đỉnh núi tuyết phủ quanh
năm, từ trong lịng đất đến bầu khí quyển, từ khoang miệng đến dạ dày của động
vật.
Vậy vi sinh vật là gì? Đó là những sinh vật đơn bào hoặc đa bào nhân sơ hoặc
nhân thực, có kích thước rất nhỏ, khơng quan sát được bằng mắt thường mà phải sử
dụng kính hiển vi. Nói đến vi sinh vật là nói đến tất cả các nhóm sau: Virus;
Archaea (vi khuẩn cổ); Vi khuẩn; Xạ khuẩn; Vi nấm; Vi tảo.

1


Đặc điểm chung của vi sinh vật: Kích thước nhỏ bé; Hấp thụ nhiều, chuyển hóa
nhanh; Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh; Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát

sinh biến dị; Phân bố rộng, chủng loại nhiều.
Trên trái đất xác định có khoantg trên 100 nghìn loại bao gồm: 30 nghìn lồi
động vật ngun sinh, 69 nghìn lồi nấm, 1,2 nghìn lồi vi tảo, 2,5 nghìn loại vi
khuẩn lam, 1,5 nghìn lồi vi khuẩn, 1,2 nghìn lồi virus.
Mơi trường là nơi sinh sống của sinh vật nói chung, bao gồm tất cả những gì
bao quanh chúng. Có 4 loại môi trường chủ yêu là: môi trường nước, môi trường
đất, mơi trường trên mặt đất – khơng khí (mơi trường cạn) và mơi trường sinh vật.
Đất là mơi trường thích hợp nhất đối với vi sinh vật, số lượng loài vi sinh vật
trong môi trường đất lớn hơn hẳn so với các mơi trường sống khác. Sở dĩ như vậy
vì trong đất nói chung và trong đất trồng trọt nói riêng có một khối lượng lớn chất
hữu cơ – đó là nguồn thức ăn cho các nhóm vi sinh vật dị dưỡng hoặc các chất vô
cơ trong đất lại là nguồn dinh dưỡng cho các nhóm vi sinh vật tự dưỡng. các nhóm
vi sinh vật chính cứ trú trong đất gồm: vi khuẩn, vi nấm, xạ khuẩn, virus, tảo, động
vật nguyên sinh. Trong đó vi khuẩn chiếm nhiều nhất về số lượng.
Ngồi mơi trường đất, các mơi trường sống cịn lại vi sinh vật như môi trước
nước (gồm môi trường nước ngọt, mơi trường nước mặn), mơi trường khơng khí
cũng là nơi cư trú của rất nhiều vi sinh vật.
Đặc trưng của vi sinh vật là năng lực chuyển hóa mạnh mẽ và khả năng sinh
sản nhưnh chóng, chúng đã cho thấy tầm quan trọng to lớn trong thiên nhiên cũng
như trong các hoạt động cải thiện chất lượng sống của con người nhờ các hiểu biết
về hoạt động sống của vi sinh vật. Cùng với sự phát triển của khoa học và công
nghệ hiện đại, vi sinh vật đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác
nhau của cuộc sống, trong đó phải kể đến ứng dụng của vi sinh vật trong nông
nghiệp.
2. Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật
Sự phát hiện vi sinh vật gắn liền với sự phát minh kính hiển vi. Anton van
Leeuwenhoek (1632 - 1723) người Hà Lan, là người đầu tiên ở thế kỷ XVII nhìn
thấy vi sinh vật nhờ những kính hiển vi độ phóng đại 270 - 300 lần mà ông đã chế
2

tạo (1676). Do sự hạn chế về độ phóng đại và độ phân giải của kính hiển vi cho nên
những nghiên cứu hiển vi của cơ thể sống rất bị hạn chế và mãi đến đầu thế kỷ XIX
chiếc kính hiển vi hoàn chỉnh đầu tiên mới ra đời và từ đó cho đến nay con người
đã lần lượt sáng tạo ra hàng loạt các loại kính hiển vi quang học khác nhau thì
nhiều sự kiện quan trọng mới được phát hiện
Louis Pasteur (1822 - 1895) là nhà vi sinh vật học vĩ đại đã có cơng:
- Chấm dứt tranh luận về thuyết tự sinh bằng các thí nghiệm xuất sắc với bình
cổ ngỗng.
- Phát hiện tác nhân của sự lên men như lên men rượu, lên men thối là vi sinh
vât: các vi sinh vật phát triển đã tạo thành các enzyme chịu trách nhiệm về hiện
tượng lên men.
- Xác định vai trò tác nhân gây bệnh của các vi sinh vật trong bệnh nhiễm trùng
- Khái quát hóa vấn đề vaccine và tìm ra phương pháp điều chế một số vaccine
phòng bệnh như vaccine bệnh than, vaccine bệnh tả gà... và phát minh vaccine dại.
Robert Koch (1843 - 1910) cùng đóng góp lớn lao cho vi sinh vật học nhờ
những cơng trình:
- Phát triển những kỹ thuật cố định và nhuộm vi khuẩn.
- Sử dụng môi trường đặc để phân lập vi khuẩn ròng.
- Nêu tiêu chuẩn xác định bệnh nhiễm trùng.
- Khám phá vi khuẩn lao, vi khuẩn tả.
Nhờ công lao của L.Pasteur, R.Koch và nhiều nhà bác học khác, phần lớn các
vi khuẩn gây bệnh ở người và động vật đều được khám phá ở đầu thế kỷ XX. Vi
sinh học đã trở thành một khoa học ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực của cuộc
sống, trong đó có nơng nghiệp.
3. Cấu trúc điển hình của vi sinh vật
3.1. Hình thể, kích thước
Mỗi loại vi sih vật có hình dạng và kích thước nhất định, do vách của tế bào
quyết định. Hình thể và kích thước của vi sinh vật có thể quan sát và xác định được
bằng phương pháp nhuộm và quan sát bằng kính hiển vi.

Vi sinh vật nói có rất nhiều hình thái khác nhau: hình cầu, hình que, hình xoắn,
hình dấu phẩy, hình sợi.... Kích thước thay đổi tùy theo các loại hình và trong một

3


loại hình kích thước cũng khác nhau. So với virus, kích thước của vi khuẩn lớn hơn
nhiều, có thể quan sát vi khuẩn dưới kính hiển vi quang học.
Đơn vị đo kích thước là micromet (1 µm = 1/1000 mm).
3.2. Cấu trúc tế bào
Vi sinh vật nói chung có cấu trúc tế bào nhân sơ gồm 3 thành phần: màng sinh
chất, tế bào chất và vùng nhân. Ngoài các thành phần đó, nhiều loại tế bào nhân sơ
cịn có các thành phần khác như thành tế bào, vỏ nhầy, long và roi.
a.
Thành tế bào, màng sinh chất, lông và roi.
Phần lớn các tế bào nhân sơ đều có thành tế bào. Được cấu tạo bởi
peptiđôglican. Thành tế bào quy định hình dạng của tế bào. Dựa vào cấu trúc và
thành phần hóa học của thành tế bào, có thể chia vi sinh vật thành 2 loại : Gram
dương và gram âm. Khi nhuộm bằng phương pháp nhuộm Gram, vi khuẩn Gram
dương có màu tím, vi khuẩn Gram âm có màu đỏ. Biết được sự khác biệt này chúng
ta có thể sử dụng các loại thuốc kháng sinh đặc hiệu để tiêu diệt từng loại vi khuẩn
gây bệnh.
Một số loại tế bào nhân sơ, bên ngồi thành tế bào cịn có một lớp vỏ nhầy.
Những vi khuẩn gây bệnh ở người có lớp vỏ nhầy sẽ ít bị các tế bào bạch cầu tiêu
diệt.
Màng sinh chất của vi khuẩn cũng như của các loại tế bào khác đều được cấu
tạo từ 2 lớp phơtpholipit và prơtêin.
Một số lồi vi khuẩn cịn có các cấu trúc được gọi là roi (tiên mao) và lông
nhung mao. Lông là những sợi rất nhỏ và dài (10-20m) bắt nguồn từ bào tương và
xuyên qua thành tế bào, giúp vi khuẩn có thể di động.

b.
Tế bào chất
Tế bào chất là vùng nằm giữa màng sinh chất và vùng nhân hoặc nhân.Tế bào
chất ở tế bào nhân sơ gồm 2 thành phần chính là bào tương và ribơxơm cùng một
số cấu trúc khác.Khơng có hệ thống nội màng, các bào quan (trừ ribôxôm) và
khung tế bào.
Ribôxôm là bào quan được cấu tạo từ prôtêin và rARN, là nơi tổng hợp các loại
prôtêin của tế bào.Trong tế bào chất cịn có các hạt dự trữ. 
c.
Vùng nhân
4


Vùng nhân của tế bào sinh vật nhân sơ không được bao bọc bởi các lớp màng
và chỉ chứa một phân tử ADN dạng vịng.Vì thế, tế bào loại này được gọi là tế bào
nhân sơ (chưa có nhân hồn chỉnh với lớp màng bao bọc như ở tế bào nhân thực).
Ngoài ADN ở vùng nhân, một số tế bào vi khuẩn cịn có thêm nhiều phân tử
ADN dạng vịng nhỏ khác được gọi là plasmit.
d.
Các cấu trúc phụ
Ngoài 3 thành phần cấu trúc cơ bản trên, một số giống vi khuẩn cịn có các
phần cấu trúc phụ như: pili, bào tử,…
+ Pili: ở một số loài Gram (-) mặt ngồi có những sợi ngắn và nhỏ hơn lơng gọi
là pili. Có 2 loại: pili giới tính để chuyển ADN từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác
và pili bám giúp vi khuẩn bám vào các bề mặt.
+ Bào tử: Trong một số trường hợp bất lợi về điều kiện sống một số lồi vi
khuẩn có khả năng hình thành bào tử (cịn gọi là nha bào) để có sức chống đỡ cao
hơn. Bào tử có các đặc điểm: thành dày cấu tạo gồm nhiều chất canxi dipicolinat,
tỷ lệ nước tự do rất thấp. Bào tử có khả năng chịu đựng cao với hoá chất và nhiệt
độ nên diệt bào tử khó hơn nhiều so với diệt vi khuẩn ở thể sinh dưỡng. Khi ở điều

kiện thuận lợi, bào tử có thể chuyển từ dạng nghỉ sang thể sinh dưỡng.
+ Nội bào tử: Một số vi khuẩn Gram (+) khi rơi vào tình trạng bất lợi như khơ
hạn, thiếu thức ăn, nhiệt độ cao hoặc bị tác động bởi bức xạ, các chất độc thì sẽ
hình thành một cấu trúc đề kháng gọi là nội bào tử.
4. Sinh lý cơ bản của vi sinh vật
Sinh lý của vi sinh vật chính là nói đến q trình trao đổi chất và các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình trao đổi chất.
a.
Quá trình trao đổi chất
Trao đổi chất là quá trình hấp thu thức ăn từ môi trường vào cơ thể, chế biến nó
thành các chất của cơ thể và thải các sản phẩm cuối cùng ra mơi trường.
Q trình hấp thu các chất dinh dưỡng gọi là quá trình dinh dưỡng. Quá trình
chế biến các chất dinh dưỡng thành các chất của cơ thể gọi là q trình đồng hố.
Q trình phân huỷ các thành phần của cơ thể gọi là q trình dị hố. Q trình oxy
hố các chất dinh dưỡng để tạo ra năng lượng được gọi là quá trình trao đổi năng
lượng.
5


Trao đổi chất và trao đổi năng lượng liên quan chặt chẽ với nhau. Cơ thể vi sinh
vật muốn tạo ra năng lượng để hoạt động sống phải dựa vào nguồn dinh dưỡng
được hấp thu do quá trình trao đổi chất. Quá trình trao đổi chất thực hiện được là
nhờ vào năng lượng của tế bào.
Trao đổi năng lượng có 2 dạng là: hô hấp và lên men.
+ Hô hấp: là chuỗi các phản ứng hóa học tham gia hình thành năng lượng ATP.
Hô hấp tế bào gồm 3 giai đoạn cơ bản: 1) Oxi hóa các phân tử hữu cơ bằng các con
đường (con đường đường phân hoặc con đường pentôzơ hoặc con đường
pentôzowphotphat). Tất cả các con đường này đều giúp tế bào tạo thành ATP, các
chất trung gian chưa cacbon, các chất mang electron dạng khử cần cho hoạt động
sống của tế bào; 2) Oxi hóa piruvat trong chu trình Crep; 3) Tạo thành năng lượng

ATP nhờ photphorin hóa ở mức cơ chất và photphorin hóa oxi hóa trong chuỗi vận
chuyển electron. Nếu chất nhận electron cuối cùng là oxi sẽ có hơ hấp hiếu khí.Và
nếu chất nhận electron cuối cùng là oxi ở dạng liên kết thì là hơ hấp kỵ khí.
+ Lên men: là chuỗi các phản ứng hóa học khơng tham gia hình thành năng
lượng ATP (hoặc có hình thành ATP nhưng rất ít). Trong lên men, chất nhận
electron cuối cùng là các phân tử hữu cơ.
b.
Dinh dưỡng
Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp
thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp
cho các quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp
cho các quá trình trao đổi năng lượng.
Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật quyết định nhu cầu dinh dưỡng của
chúng. Thành phần hoá học cấu tạo bởi các nguyên tố C, H, O, N, các nguyên tố
khoảng đa lượng và các nguyên tố khoáng vi lượng.
Trong tế bào vi sinh vật các hợp chất được phân thành 2 nhóm lớn: (1). Nước
và các muối khoáng; (2). Các chất hữu cơ.
+ Nước và muối khoáng: Nước chiếm đếm 70 - 90% khối luợng cơ thể sinh vật.
Tất cả các phản ứng xảy ra trong tế bào vi sinh vật đều đòi hỏi có sự tồn tại của
nước. Ở vi khuẩn lượng chứa nước thường là 70 - 85%
6


+ Các chất hữu cơ: Riêng 4 nguyên tố C, H, O, N đã chiếm tới 90 - 97% toàn
bộ chất khơ của tế bào. Đó là các ngun tố chủ chốt để cấu tạo nên protein, axit
nucleic, lipit, hidrat cacbon. Các nguyên tố khácP, k, S, Ca, Fe, Mg, Cu, Zn, Mo,
Mn,… chiếm tỷ lệ nhỏ hoặc rất nhỏ trong chất khô của tế bào nhưng đều là những
thành phần không thể thiếu trong cấu tạo tế bào.
c.
Sinh trưởng của vi sinh vật

Ở vi sinh vật, nói đến sinh trưởng là nói đến sự tăng trưởng số lượng của các tế
bào trong một quần thể chứ không phải sự kích thước của tế bào. Tế bào vi sinh vật
sinh trưởng bằng cách phân đôi đơn giản. Đầu tiên nhiễm sắc thể nhân đôi, gắn và
màng sinh chất. tế bào dài ra, đẩy nhiễm sắc thể và tế bào chất về hai phía. Hình
thành màng ngăn ở giữa, sau đó tạo vách tế bào mới giữa hai phần. Hai tế bào tách
rời nhau hoặc vẫn dính với nhau tạo thành chuỗi.
Sinh trưởng của vi sinh vật trong hệ nuôi cấy:
+ Nuôi cấy không liên tục: trong suốt thời gian nuôi, không bổ sung thêm
chất dinh dưỡng cũng như không thấy đi các chất tạo thành. Quá trình này diễn ra
theo một đường cong sinh trưởng gồm 4 pha khác biệt: 1, Pha tiềm phát (tế bào làm
quen với môi trường, và tổng hợp enzyme cần thiết để phân giải thức ăn); 2, Pha
lũy thừa (quần thể vi sinh vật tăng theo cấp số mũ); 3, Pha cân bằng (Khi chất dinh
dưỡng trong môi trường cạn kiệt, các chất thải được tích lũy thì tốc độ sinh sản
giảm xuống. Số lượng tế bào chết đi tương đương với số lượng tế bào mới sinh ra
và độ lớn của quần thể tế bào ổn định); 4, Pha suy vong (chất dinh dưỡng cạn kiệt,
chất thải tích lũy quá nhiều, số lượng tế bào chất vượt số tế bào sống, quần thể tế
bào rơi vào pha chết?.
+ Nuôi cấy liên tục: Liên tục bổ sung dinh dưỡng và liên tục lấy ra các sản
phẩm tạo thành trong q trình ni cấy. Nhờ đó quần thể vi sinh vật ln có tốc độ
tăng trưởng và trao đổi chất mạnh nhất và sản phẩm luôn đạt năng suất cao nhất.
Các điều kiện ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật:
+ Nhiệt độ: Tất cả sinh vật đều có dải nhiệt độ mà nó có thể sống. Dựa vào
nhiệt độ vi sinh vật được chia thành các nhóm: nhóm ưa lạnh, nhóm ưa ấm, nhóm
ưa nhiệt.
7


+pH
+ Oxi
+Áp suất thẩm thấu

d.
Các chất ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật
Chất kháng khuẩn
Chất sát trùng
Chất kháng sinh
Và một số chất
II.
Nguyên lý cơ bản của công nghệ vi sinh vật
1. Khái niệm
Theo định nghĩa của Liên đoàn châu Âu và cơng nghệ sinh học (năm 1981) thì
cơng nghệ sinh học được coi là một tập hợp các ngành sinh học học, vi sinh vật
học, tế bào học, di truyền học với mục tiêu đạt tới sự ứng dụng công nghệ các vi
sinh vật, các mô, các tế bào ni và các cấu phần của tế bào.
Theo đó, cơng nghệ sinh học là một lĩnh vực rộng lớn. Nếu sắp xếp theo đối
tượng sinh học thì cơng nghệ sinh học được chia thành các ngành:
+ Công nghệ sinh học vi sinh vật: là công nghệ nhằm khai thác tốt nhất khả
năng kỳ diệu của vi sinh vật, tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật hoạt động
với hiệu suất cao (công nghệ lên men)
+ Công nghệ tế bào: là công nghệ nhằm tạo điều kiện cho các tế bào động,
thực vật phát triển tốt trong các môi trường xác định và an tồn.
+ Cơng nghệ gen: là công nghệ nhằm cải biến chủng gống để nâng cao hiệu
suất của chủng giống sản xuất và đa dạng hóa sản phẩm sinh học.
Công nghệ sinh học vi sinh vật trở thành nền tảng cho sự phát triển của công
nghệ sinh học theo 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Công nghệ sinh học truyền thống là ứng dụng các quá trình
dân dã nhằm chế biến, bảo quản các loại thực phẩm, xử lý đất đai, phân bón để
phục vụ nơng nghiệp.
+ Giai đoạn 2: Công nghệ sinh học cận đại là q trình sử dụng các nồi lên
men cơng nghiệp để sản xuất ở quy mô lớn các sản phẩm sinh học như mỳ chính,
axit amin,…

+ Giai đoạn 3: Cơng nghệ sinh học hiện đại chia ra các lĩnh vực nghiên cứu
nhỏ và chuyên sâu hơn như: công nghệ di truyền, công nghệ tế bào,…
2. Công nghệ sinh học truyền thống – công nghệ lên men
8


Công nghệ lên men là công nghệ lâu đời nhất trong tất cả các q trình cơng
nghệ sinh học. Lên men là q trình chuyển hóa học học nhờ các cơ thể sống hoặc
sản phẩm của chúng, thường sinh khí và sinh nhiệt.
Quy trình lên men cơ bản trong cơng nghiệp thường được tiến hành theo các
giai đoạn sau: Giống vi sinh vật  Hoạt hóa trên máy lắc  Nhân giống (cấp 1,
cấp 2…)  Lên men  Thu hồi sản phẩm mong muốn.
Để hiểu rõ quy trình lên men nói chung, chúng ta cần tìm hiểu các khâu chính
trong quy trình
a. Chủng giống vi sinh vật
Chất lượng chủng giống vi sinh vật là khâu quan trọng, quyết định hiệu quả
kinh tế của quy trình sản xuất
Chất lượng chủng giống phải được kiểm tra ở tất cả các khâu Nhân giống và lên
men.
b. Sinh trưởng của vi sinh vật
Sinh trưởng của vi sinh vật trong môi trường lên men cũng tuân theo sự sinh
trưởng trong môi trường nuôi cấy không liên tục hoặc nuôi cấy liên tục tùy vào sản
phẩm mong muốn thu được.
c. Thiết bị lên men
Là hệ thống dây chuyền công nghệ, thiết bị phục vụ quá trình lên men để thu
sản phẩm mong muốn.
3. Một số ứng dụng nổi bật của công nghệ vi sinh
3.1. Công nghệ sản xuất đồ uống có cồn
a. Nguyên lý
Lên men rượu là quá trình vi sinh vật học đã được con người ứng dụng từ xa

xưa nhưng bản chất hóa học thì ngày nay mới được làm sáng tỏ. Lên men rượu là
q trình lên men phức tạp cần có sự tham gia của nấm men và một số vi sinh vật
khác. Qua quá trình lên men, đường được biến đổi thành rượu etylic, CO 2 và giải
phóng năng lượng.
Tác nhân của quá trình lên men rượu là nấm men Saccharomyces, tế bào hình
ovan, kích thước (3-10) x (5-12) µm, sinh sản bằng vơ tính theo phương pháp nảy
chồi, có khả năng hình thành bào tử trong điều kiện nhất định và thường sống kỵ
khí khơng bắt buộc. Chúng có khả năng phân giải kỵ khí các loại đường khác nhau,
9


có thể sử dụng nhiều nguồn nitơ và hữu cơ, khơng có khả năng đồng hóa nitrat. Vi
khuẩn điển hình cho quá trình lên men rượu là S. cerevisiae, lên men rượu vang là
S. ellipsoids, lên men bia là S. carlsbergensic.
Cơ chế hóa học của q trình lên men rượu có thể viết ở dạng phương trình
tổng qt như sau:
C6H12O6 (glucose) 2C2H5OH (etylic)+ 2CO2 + 113kJ
Tuy nhiên, thực tế thì quá trình lên men rượu diễn ra phức tạp với 10 phương
trình phản ứng khác nhau và cần có sự tham gia của nhiều hệ enzyme xác tác.
b. Ứng dụng
Trên cơ sở nguyên lý, tác nhân, cơ chế của quá trình lên men rượu có rất nhiều
sản phẩm được tạo ra với quy mô công nghiệp như: sản xuất cồn công nghiệp, sản
xuất bia, sản xuất rượu vang.
3.2. Công nghệ chế biến thực phẩm
a. Nguyên lý
Trong công nghệ chế biến thực phẩm chủ yếu ứng dụng nguyên lý của quá trình
lên men lactic. Lên men lactic là quá trình chuyển hóa sinh học kỵ khí các hợp chất
đường thành axit lactic và một số ít các sản phẩm khác nhờ vi khuẩn lactic.
Tác nhân của quá trình lên lactic là vi khuẩn lactic. Các vi khuẩn này được xếp
chung vào họ Lactobacteriacae, hầu hết là vi khuẩn Gram (+), không sinh bào tử,

khơng di dộng, khơng có enzyme oxydase, catalase và enzyme chuyển hóa nitrit
thành nitrat. Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được rất nhiều loại cacbonhydrat.
Tùy theo cách lên men đường mà vi khuẩn lactic được chia làm hai nhóm: Vi
khuẩn lactic lên men đồng hình và vi khuẩn lactic lên men dị hình.
+ Lên men đồng hình là q trình lên men mà glucose được chuyển hóa hoàn
toàn thành axit lactic qua con đường EMP nhờ xúc tác của enzyme lactatdehydrogenase. Phương trình tổng quát của quá trình lên men như sau:
C6H12O6 (glucose)  2 CH3-CHOH-COOH (axit lactic)
Các vi khuẩn lên men lactic đồng hình: Streptococcus lactis, Lactobacillus
bulgaricus, L. acildophilus,…
+ Lên men lactic dị hình là quá trình lên men mà sản phẩm tạo ra ngồi axit
lactic cịn có một số sản phẩm phụ như axit axetic, axit sucxinic, rượu etylic, CO2
10


và H2. Các vi khuẩn này phân giải glucose qua con đường pentozo phosphate.
Phương trình tổng quát của quá trình lên men như sau:
2C6H12O6 (glucose) = CH3-CHOH-COOH (axit lactic)
+ HOOC-CH2-CH2-COOH (axit sucxinic)
+ CH3-COOH (axit axetic)
+ CH3-CH2OH (etanol) + CO2 + H2
b. Ứng dụng của vi khuẩn lactic
Các sản phẩm lên men chua đã được biết đến từ xa xưa, đã có rất nhiều loại sản
phẩm muối chua truyền thống như sữa chua, rau quả muối chua, thịt chua,… Đây
chính là q trình lên men kỵ khí đường thành axit lactic được thực hiện bởi các vi
khuẩn lactic. Nhờ có lên men chua các sản phẩm đều có hương vị thơm ngon, hấp
dẫn, kích thích tiêu hóa, nâng cao chất lượng dinh dưỡng,c ó lượi cho sức khỏe con
người và làm chậm quá trình hư hỏng.
Vi khuẩn lactic được sử dụng để muối chua rau quả và ủ chua thức ăn xanh cho
gia súc.
Vi khuẩn lactic được sử dụng trong sản xuất các loại đồ uống lên men

Vi khuẩn lactic được sử dụng trong q trình bảo quản, lên men tơm, cá
Vi khuẩn lactic được sử dụng trong quá trình lên men các sản phẩm từ sữa như:
lên men sữa chua, lên men sản xuất phomat, …
III. Công nghệ sinh học vi sinh vật ứng dụng trong nông nghiệp
Từ lâu con người đã tìm cách ứng dụng các đặc tính q của vi sinh vật trong
sản xuất nông nghiệp như: sử dụng vi sinh vật phân giải cellulose, phân giải
protein, cố định đạm, phân giải lân để sản xuất chế phẩm vi sinh cải tạo đất hoặc
chế phẩm vi sinh xử lý nước thải hoặc chế phẩm vi sinh xử lý phế phụ phẩm nơng
nghiệp hoặc để sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh; sử dụng vi sinh vật đối kháng để
sản xuất các chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học; sử dụng các vi sinh vật sản sinh chất
kích thích sinh trưởng để sản xuất chế phẩm kích thích sinh trưởng; …
Trong phần này tác giả chỉ đề cấp đến: i) ứng dụng của vi sinh vật trong sản
xuất phân bón hữu cơ; ii) ứng dụng của vi sinh vật trong xử lý nước thải; iii) ứng
dụng của vi sinh vật trong sản xuất sản xuất, chế biến thức ăn chăn nuôi; iv) Giới
thiệu một số loại chế phẩm vi sinh đang lưu hành cho hiệu quả cao.
1. Ứng dụng của vi sinh vật trong sản xuất phân bón hữu cơ
11


Phân hữu cơ là một sản phẩm được tạo thành thơng qua q trình lên men vi
sinh vật (ủ compost) các hợp chất hữu cơ (phế thải nông nghiệp, lâm nghiệp, phế
thải chăn nuôi, phế thải chế biến, phế thải đơ thị,phế thải sinh hoạt,…), trong đó các
hợp chất hữu cơ phức tạp dưới tác động của vi sinh vật hoặc các hoạt chất sinh học
của chúng được chuyển hóa thành mùn.
Các nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý các hợp chất hữu cơ gồm:
+ Nhóm vi khuẩn: Bacillus, Clostridium, Lactobacillus,…
+ Nhóm xạ khuẩn: Streptomyces,…
+ Nhóm nấm: Trichoderma,…
2. Ứng dụng của vi sinh trong xử lý nước thải
Hoạt động sản xuất công – nông nghiệp và sinh hoạt hàng ngày của con người

thải ra các chất thải lỏng. Nguồn chất thải này trong một điều kiện lý tưởng nào đó
sẽ được các vi sinh vật trong nước phân giải, làm sạch và trả lại nguyên trạng nước
ban đầu. Tuy nhiên, với tình hình xã hội hiện nay, nước thải đang bị ô nhiễm
nghiêm trọng và khả năng tự làm sạch của nước thải là vô cùng khó. Do vậy cần
phải có các tác nhân giúp thúc đẩy quả trình tự làm sạch này diễn ra nhanh và triệt
để hơn.
Khả năng tự làm sạch của nước thải chính là nhờ vi sinh vật, nhờ cơ chế phân
giải các hợp chất hữu cơ trong nước như cellulose, protein, lignin, …của vi sinh
sinh.
3. Ứng dụng của vi sinh vật trong sản xuất, chế biến thức ăn chăn nuôi
Một loạt vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất các bon hữu cơ thành
protein và các axit amin,vitamin. Có thể lợi dung khả năng này của vi sinh vật để
sản xuất các loại protein đậm đặc làm thức ăn chăn ni. Một số vi sinh vật khác có
khả năng sản sinh các Probiotic có tác dụng điều hịa hệ thống vi sinh vật trong
đường tiêu hóa và người ta đã lợi dụng đặc tính này để sản xuất các chế phẩm
probiotic làm thức ăn bổ sung trong chăn nuôi
4. Một số chế phẩm vi sinh vật đang được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp
4.1.Khái niệm
Các chủng vi sinh vật hữu ích được ứng dụng nơng nghiệp dưới dạng các chế
phẩm vi sinh. Chế phẩm sinh học (Probiotic) là chất bổ sung dinh dưỡng chứa
12


những vi khuẩn hay vi nấm có ích. Chế phẩm vi sinh là chế phẩm sinh học gồm tập
hợp các vi khuẩn có lợi trong cùng một mơi trường để giúp nông nghiệp; thủy sản
phát triển và bảo vệ môi trường.
4.2.Vai trị của chế phẩm vi sinh:
Khơng gây hại đến sức khỏe con người, vật nuôi và cây trồng. Không gây ô
nhiễm môi trường sinh thái.
Cân bằng hệ vi sinh vật trong môi trường sinh thái.

Không làm chai đất mà cải thiện, làm tăng độ phì nhiêu của đất.
Đồng hóa các chất dinh dưỡng cho cây trồng, góp phần làm tăng năng suất và
chất lượng nông sản.
Tiêu diệt sâu hại và côn trùng gây hại.
Tăng sức đềkháng của cây trồng
Phân hủy, chuyển hóa các chất hữu cơ bền vững, các phế thải nông công nghiệp
làm sạch môi trường.
4.3.Tiêu chuẩn đánh giá chế phẩm sinh học là tốt:
+ Sản phẩm được nghiên cứu, ứng dụng bởi cơ quan chuyên môn, được
Hội đồng khoa học xác nhận.
+ Chế phẩm chứa vi sinh vật có độ an tồn đối với người sử dụng, với vật
nuôi, cây trồng.
+ Chế phẩm công bố cụ thể mật độ tế bào/ bào tử, định danh đến chi, lồi,
chủng loại vi sinh vật.
+ Chế phẩm đa cơng dụng, hướng dẫn sử dụng đơn giản, dễ hiểu, dễ thực
hiện.
+ Chế phẩm có nguồn gốc xuất xứ, có số điện thoại tư vấn, hướng dẫn sử
dụng.
4.4.Giới thiệu một số chế phẩm sinh học đang lưu hành
a. Chế phẩm vi sinh EMUNIV [6]
Xuất xứ: là sản phẩm của Đề tài “Nghiên cứu bản chất vi sinh vật trong chế
phẩm EM và nghiên cứu sản xuất EM tại Việt Nam” - Đề tài đặc biệt EM/KHCN,
1997-2000.
Công dụng:
+ Phân hủy các thành phần khó tiêu tồn tại trong đất thành dạng dinh
dưỡng kích thích sinh trưởng thực vật
13


+ Cải thiện độ phì nhiêu của đất, làm đất tơi xốp, thống khí.

+ Giảm lượng phân bón vơ cơ sử dụng, tăng năng suất cây trồn
+ Hạn chế sự phát triển của cỏ dại và sâu bệnh
Thành phần:
Bacillus subtillis………….3,5 x 108 CFU/ml
Bacillus licheniformis…….3,5 x 107 CFU/ml
Bacillus megaterium………..3 x 107 CFU/ml
Lactobacillus acidophilus...2,2 x 108 CFU/ml
Lactobacillus plantarum….2,2 x 108 CFU/ml
Streptomyces sp…………….5 x 107 CFU/ml
Saccharomyces cereviseae..2,5 x 107 CFU/ml
+ Bacillus subtilis: Đây là một lồi vi khuẩn Gram (+), catalase dương tính,
có hình que (nên mới gọi là trực khuẩn). Trong điều kiện không thuận lợi thường
tồn tại ở trạng thái bào tử, được bảo vệ bởi lớp vỏ khá dày, cứng chịu đựng được
nhiều điều kiện mơi trường khắc nghiệt. Lồi này được chú ý nhiều vì có lợi và
là sinh vật mơ hình cho nhiều nghiên cứu khoa học. Vi khuẩn Bacillus subtilis: là vi
khuẩn an tồn, có lợi, có khả năng sản sinh ra các enzyme tiêu hóa: protease,
amylase, cellulose ... giúp phân giải cơ chất hữu cơ và tăng cường hấp thụ các chất
dinh dưỡng; có khả năng tổng hợp một số chất kháng sinh có tác dụng ức chế sinh
trưởng hoặc tiêu diệt một số vi sinh vật khác [5].
+ Streptomyces: Là vi khuẩn hình tia – khuẩn lạc mọc theo hình phóng xạ. Vi
khuẩn dạng sợi đơn bào, phân nhánh. Sợi xạ khuẩn gọi là khuẩn ti. Có 2 loại: 1,
Khuẩn ti khí sinh (vươn ra ngồi khơng khí, từ các sợi này tạo cuống sinh bào tử và
sinh sản bằng bào tử vơ tính); 2, Khuẩn ti cơ chất (cắm sâu vào môi trường để thu
nhận nước và chất dinh dưỡng). Vi khuẩn Streptomyces sp sinh chất kháng sinh để
ức chế sinh trưởng hoặc tiêu diệt các vi sinh vật khác; sinh enzyme để phân giải cơ
chất hữu cơ [4].
+ Lactobacillus: Là vi khuẩn hình que hoặc hình cầu, Gram (+), khơng sinh
nội bào tử, kỵ khí hoặc vi hiếu khí hoặc hiếu khí tuy tiện, lên men tạo axit lactic. Vi
khuẩn Lactobacillus giúp khử mùi.
14

+ Saccharomyces cereviseae: Thường gọi là nấm men, là vi nấm đơn bào, có
hình trịn hoặc hình elip, kị khí khơng bắt buộc. Nấm men có 2 hình thức sinh sản:
1, Sinh sản vơ tính bằng nảy chồi; 2, Sinh sản hữu tính bằng hình thức tiếp hợp.
Saccharomyces cereviseae sinh axit hữu cơ, ethanol giúp ức chế sinh trưởng các vi
sinh vật khác, giúp khử mùi.
Ứng dụng của chế phẩm: Chế phẩm được ứng dụng trong cải tạo đất; sản xuất
phân bón hữu cơ (phân bón hữu cơ dạng rắn, dạng lỏng, phân bón lá,…) ; khử mùi
chuồng trại (phun hoặc rửa chuồng trại, làm đệm lót sinh học trong chăn nuôi) ; xử
lý phế thải nông nghiệp (gồm phế thải trồng trọt và phế thải chăn nuôi) ; xử lý rác
thải hữu cơ, nước thải; sản xuất thức ăn chăn nuôi (ủ chua thức ăn cho gia súc, chế
biến cám cho gia cầm,…).
b. Chế phẩm sinh học Metarhizium anisopliae [7]
Công dụng: tiêu diệt nhiều loại côn trùng phá hoại mùa màng như rầy nâu, bọ
xít, bọ dừa, châu chấu, kiến vương hại dừa, bọ cánh cứng hại mía, bọ hại lạc, mối,
sâu xanh, sung đất, tuyến trùng, rệp sáp,…
Thành phần: Metarhizium anisopliae: 1, 3 x 109 bào tử/gam.
Metarhizium anisoplae: Bào tử trần, hình trụ, đầu trịn hoặc elip (tùy chủng), có
màu lục nhạt, kích thước 4,5 – 5,5µm. Nhiệt độ sinh trưởng là 28 – 30 oC. Trên 35oC
thường không sinh trưởng. Bào tử nảy mầm sau 24h khi gặp độ ẩm thích hợp ở 2830oC. M. anisopliae có khả năng diệt nhiều lồi cơn trùng phá hoại mùa màng như
bọ rày, bọ xít, bọ dừa, châu chấu,… Chúng có khả năng sinh độc tố destrucin A và
destrucin B rất độc đối với côn trùng. Tuy nhiên cho dù khơng sinh ra độc tố thì
nấm vẫn có khả năng tiêu diệt côn trùng. Khi bào tử nấm rơi trên cơ thể côn trùng,
gặp độ ẩm cao sẽ nảy mầm, đâm xuyên vào cơ thể. Khi côn trùng chết, nấm lại đâm
xuyên ra ngoài, lúc đầu là lớp phấn trắng ở khớp nối giữa các đốt, sau phát triển ra
khắp bề mặt cơ thể cơn trùng và hình thành bào tử. Bào tử phát tán theo gió hoặc
nước để lây sang cá thể khác.
Ứng dụng của chế phẩm: Chế phẩm được ứng dụng như một loại thuốc trừ sâu
sinh học nhằm tiêu diệt côn trùng gây hại trên một số cây rau (cây măng tây, rau

15


muốn,…), cây ăn trái (cây bưởi), cây công nghiệp (cây chè, hồ tiêu,…) đồng thời
tiêu diệt một số loại côn trùng truyền bệnh (ruồi nhặng, ruồi nhà,…) trong các trang
trại chăn nuôi.
c. Chế phẩm hệ vi sinh kháng nấm [8]
Công dụng:
+ Các vi sinh vật đối kháng tiết các enzym phá hủy vách ngăn tế bào nấm
bệnh.
+ Tiết chất kháng sinh ức chế sinh trưởng của nấm bệnh.
+ Chống nhiễm nấm bệnh gây héo lá, héo cành, thối rễ cho cây lương thực,
cây ăn quả, cây rau và các cây cơng nghiệp nói chung.
Thành phần
Trichoderma viride …………….8.108CFU/g
Bacillus subtilis ………………8.108CFU/g
Streptomyces murinus ………….8.108CFU/g
Isaria ajavanicus ……………………8.108 CFU/g
+ Trichoderma là một loại nấm hoại sinh có khả năng ký sinh và đối kháng
với nhiều loại nấm hại gây bệnh cây trồng, chúng thường sống trong đất tập trung
nhiều ở khu vực rễ cây. Chủng nấm này có đến 33 lồi, hầu hết đều có lợi cho cây
trồng. Một số giúp cố định đạm trong đất, số khác phân giải lân hoặc tấn công tiêu
diệt các loài nấm bệnh gây hại cho cây trồng. Trichoderma viride có khả năng ký
sinh nấm, sinh kháng sinh, cạnh tranh chất dinh dưỡng và không gian với các vi
sinh vật gây hại; chịu đựng các điều kiện bất lợi bằng việc gia tăng sự phát triển
của cây và rễ; làm hịa tan và cơ lập chất dinh dưỡng vơ cơ, cảm ứng sự kháng
bệnh, bất hoạt enzyme gây bệnh.
16

+ Bacillus subtilis: là vi khuẩn có khả năng sản sinh ra các enzyme
protease, amylase, cellulose ... giúp phân giải cơ chất hữu cơ; có khả năng tổng hợp
một số chất kháng sinh có tác dụng ức chế sinh trưởng hoặc tiêu diệt một số vi sinh
vật khác.
+ Streptomyces murinus là xạ khuẩn có khả năng sinh chất kháng sinh để
ức chế sinh trưởng hoặc tiêu diệt các vi sinh vật khác; sinh enzyme để phân giải cơ
chất hữu cơ.
+ Isari ajavanicus (hay nấm Paecilomyces javanicus) thuộc nhóm nấm bất
tồn ký sinh cơn trùng, các khuẩn lạc lúc đầu có màu trắng ngà sau đó chuyển dần
sang màu kem rồi đến màu tím nhạt (khi bào tử già). Khi bào tử nấm gặp cơ thể
côn trùng, tuyến trùng sẽ nảy mầm và đâm xuyên vào cơ thể vật chủ, sinh trưởng
phát triển và gây chết vật chủ.
Ứng dụng của chế phẩm: Chế phẩm được ứng dụng trong phòng trừ các bệnh
do tuyến trùng, vi sinh vật gây ra đối với cây rau (rau muống, cà chua,…), cây công
nghiệp (cây chè, cây hồ tiêu,…), cây ăn trái (bưởi, thanh long,…)
IV. Kết luận
Vi sinh vật với sự đa dạng về số lượng loài, đa cộng dụng với những hoạt chất
quý mà chúng sản sinh ra đã đóng một vai trị vơ cùng quan trọng trong tự nhiên,
trong sự cân bằng sinh thái và trong lịch sử hình thành trái đất. Do đó, vi sinh vật
có tác động đến mọi hoạt động trong đời sống của sinh vật nói chung và của con
người nói riêng. Đặc biệt, khi khoa học cơng nghệ phát triển, sự hiểu biết của con
người về thế giới vi sinh vật được mở ra, và từ đây những nghiên cứu, ứng dụng vi
sinh vật vào các lĩnh vực của cuộc sống là vô cùng rộng rãi.
Những nghiên cứu chuyên sâu về vi sinh vật giúp con người lợi dụng được
những đặc điểm có lợi như khả năng phân giải chất hữu cơ, khả năng sinh kháng
17


sinh khả năng sinh enzyme, khả năng sinh axit amin, khả năng sinh chất kích thích
sinh trưởng,… đồng thời cũng hạn chế kiểm soát được những bệnh,dịch hại do vi

sinh vật gây ra như nấm hại cây trồng, vi khuẩn gây thối trong quá trình lên men,…
Nắm được những kiến thức cơ bản về vi sinh vật, công nghệ sinh học vi sinh
vật giúp người dân chọn lựa, ứng dụng chế phẩm vi sinh trong nơng nghiệp nói
riêng một cách an toàn, hiệu quả nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2010). Giáo
trình Vi sinh vật học. Nxb Giáo dục.
2. Phạm Văn Ty, Vũ Ngun Thành, (2007), Giáo trình Cơng nghệ sinh học
– Tập 5 Công nghệ vi sinh và Môi trường. Nxb Giáo dục.
3. Lê Gia Hy, Khuất Hữu Thanh, (2012). Cơ sở công nghệ vi sinh vật và
ứng dụng. Nxb Giáo dục.
4. Lê Thị Kim Tuyến, Vũ Thị Kim Liên, Phạm Văn Ty, 1998. Phát hiện
enzym giới hạn của một số chủng Streptomyces phân lập ở ngoại thành
Hà Nội. Tạp chí khoa học Công nghệ XXXVI, 6B
5. Đào Thị Lương, Phạm Văn Ty, 1998. Phân lập tuyển chọn vi khuẩn có
hoạt tính phân giải xenluloza cao nhằm ứng dụng trong sản xuất phân
bón hữu cơ từ rác và phế thải nơng nghiệp. Tạp chí khoa học và cơng
nghệ, XXXVI- 6B
6. Nghiên cứu phân huỷ rác làm phân bón hữu cơ và thức ăn chăn nuôi
bằng biện pháp vi sinh vật. Đề tài cấp Nhà nước, mã số 52D - 04 - 01,
1987-1990.
7. Nghiên cứu vi nấm Metarrhizium anisopliae. Đề tài cấp ĐHQG , mã số
QG 98 - 14, 1998-1999.
8. Nghiên cứu vi sinh vật đối kháng chống nấm gây bệnh thực vật. Đề tài
cấp ĐHQG - 630 - 602 , 2003- 2005.

18