Vi Sinh Vật Học Công Nghiệp Biến Văn Minh ppt

0

BIỀN VĂN MINH (CHỦ BIÊN)
KIỀU HỮU ẢNH, PHẠM NGỌC LAN, ĐỖ THỊ BÍCH THUỶ









Giáo trình điện tử
VI SINH VẬT HỌC CÔNG NGHIỆP

HUẾ, 2008

1
MỤC LỤC
Trang
Chương1: MỞ ĐẦU

1. Đối tƣợng của vi sinh vật học công nghiệp…………………………….
4
2. Nội dung …………………………………………………………………
4
3. Lƣợc sử phát triển của VSVHCN ………………………………………
5
4.Vị trí và yêu cầu môn học ………………………………………………
7
5. Vai trò của VSV trong đời sống …………………………………………
7
Câu hỏi ôn tập ……………………………………………………………….
8
Chương2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VI SINH VẬT HỌC CÔNG
NGHIỆP

1. Đặc điểm của vi sinh vật ……………………………………………….
10
2. Cơ sở hóa sinh của vi sinh vật học công nghiệp …………………….
13
3. Cơ sở di truyền vi sinh vật ………………………………………………
18
Câu hỏi ôn tập……………………………………………………………….

36
Chương 3: SỰ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1. Phân loại sản phẩm theo tính chất thƣơng mại ………………………
38
2. Phân loại khác ……………………………………………………………
40
3. Sinh trƣởng và tạo thành sản phẩm trong các quá trình công nghiệp
45
4. Các loại vaccine ………………………………………………………….
47
Câu hỏi ôn tập ………………………………………………………………
49
Chương 4: CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT LÊN MEN

1. Quá trình lên men ………………………………………………………
53
2. Các nhóm VSV công nghiệp chủ yếu …………………………………
56
3. Nguồn dinh dƣỡng và nguyên liệu ban đầu …………………………
60
4. Khử trùng
62
6. Các phƣơng pháp nuôi
62
Câu hỏi ôn tập
66
Chương 5: SẢN XUẤT SINH KHỐI VI SINH VẬT

1. Giống ban đầu cho các quy trình lên men VSV ………………………

67
2. Sản xuất men bánh mì …………………………………………………
67
3. VSV dùng cho các mục đích y học và kỹ thuật ………………………
71
4. Protein đơn bào (SCP) …………………………………………………
76
Câu hỏi ôn tập ………………………………………………………………
80
Chương 6: CÁC SẢN PHẨM LÊN MEN

1. Lên men ethanol ………………………………………………………….
82
2. Lên men lactic …………………………………………………………….
93
3.Lên men 2,3 butadiol …………………………………………………….
98
4. Lên men butanol -aceton ………………………………………………
100
Câu hỏi ôn tập ……………………………………………………………….
101
Chương 7: CÁC CHẤT TRAO ĐỔI BẬC MỘT

1. Nguyên lý của sự tổng hợp thừa ………………………………………
103

2
2. Các phƣơng pháp tạo ra thể đột biến tổng hợp thừa ………………
103
3. Amino acid ……………………………………………………………….

105
4. Sản xuất các purine nucleotide ………………………………………….
108
5. Vitamin ……………………………………………………………………
113
Câu hỏi ôn tập………………………………………………………………
114
Chương 8: CÁC CHẤT TRAO ĐỔI BẬC HAI

1. Các chất kháng sinh ……………………………………………………
117
2. Các độc tố nấm ………………………………………………………….
122
Câu hỏi ôn tập ……………………………………………………………….
128
Chương 9: CÁC SẢN PHẨM CHUYỂN HÓA SINH HỌC

1. Sự chuyển hóa các steroid ………………………………………………
130
2. Sự tạo thành phenyl-acetylcarbinol …………………………………….
132
3. Sản phẩm từ vi khuẩn acetic ……………………………………………
133
4. Sản xuất vitamin C ………………………………………………………
134
5. Sản xuất dextran ………………………………………………………….
138
6. Sản xuất arcrylamide ……………………………………………………
141
Câu hỏi ôn tập ………………………………………………………………

142
Chương 10 : XỬ LÝ NƢỚC THẢI BẰNG BIỆN PHÁP SINH HỌC

1. Vi sinh vật học của các nguồn nƣớc uống …………………………….
144
2. Xử lý nƣớc thải ……………………………………………………………
146
3. Lên men methane ………………………………………………………
150
Câu hỏi ôn tập
155
Chương11 : SỰ TUYỂN KHOÁNG NHỜ VI SINH VẬT

1. Các vi khuẩn ngâm chiết …………………………………………………
157
2. Cơ chế tác động của vi khuẩn …………………………………………
159
3. Một số quá trình thủy luyện kim sinh học ………………………………
160
4. Sự tích lũy kim loại nhờ vi khuẩn và tảo ……………………………….
164
Câu hỏi ôn tập ……………………………………………………………….
185
Chương 12: CÔNG NGHỆ VI SINH VÀ BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG

1.Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng ………………………………….
167
2.Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ môi trƣờng ……………….
169
3.Công nghệ vi sinh cố định đạm và phân vi sinh vật …………………

170
4.Công nghệ xử lý rác thải hữu cơ ………………………………………
183
Câu hỏi ôn tập ……………………………………………………………….
186
Chương 12: CÁC BÀI TẬP CƠ SỞ VÀ NÂNG CAO

1. Phần câu hỏi ………………………………………………………………
188
2. Trả lời một số câu hỏi ……………………………………………………
196
Tài liệu tham khảo chính ……………………………………………………
199




3


NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
ADP
Adenosine diphosphate
AMP
Adenosine monophosphate
APG
Acid 3-phosphoglyceric
A-1,3-DPG
Acid 1,3 diphosphoglyceric
ATP

Adenosine triphosphate
A-6PA
Acid 6-penicillanic
CoA
Coenzyme A
CKS
Chất kháng sinh
DNA
Deoxiribonucleic acid
R-1,5-DP
Ribulose-1,5-diphosphate
R-5-P
Ribulose-5-diphosphate
RNA
Ribonucleic acid
VSV
Vi sinh vật
F-6-P
Fructose-6-phosphate
FAD
Flavin adenine dinucleotide
G-6-P
Glucose-6-phosphate
GAP
Glyceraldehyde phosphate
KDPG
2-Keto-3-deoxi-6-phosphogluconate
N
Nitrogen
NAD

Nicotinamid adenine dinucleotide dạng oxi hóa
NADH
Nicotinamid adenine dinucleotide dạng khử
NADP
Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng oxi hóa
NADPH
Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng khử
PP
Pentose phosphate
X-5-P
Xylulose-5-phosphate







4
Chƣơng 1: MỞ ĐẦU

I. ĐỐI TƢỢNG CỦA VI SINH VẬT HỌC CÔNG NGHIỆP
1. Khái niệm chung
Vi sinh vật học công nghiệp (Industrial Microbiology) là một ngành của Vi sinh học,
trong đó vi sinh vật (VSV) đƣợc xem xét để sử dụng trong công nghiệp và những lĩnh vực
khác nhau của kỹ thuật.
Vi sinh vật học công nghiệp (VSVHCN) giải quyết hai vấn đề chính trái ngƣợc nhau:
Một mặt, nó dẫn tới làm rõ hoàn toàn những tính chất sinh học và sinh hoá của
những cơ thể sống là nguyên nhân cơ bản và trực tiếp của sự chuyển hoá hoá học, những chất
có ở cơ chất này hay cơ chất kia. Trong trƣờng hợp này, VSVHCN sử dụng những VSV để

thu những sản phẩm quan trọng và có giá trị thực tế bằng con đƣờng lên men. Phƣơng pháp
sinh hoá để thu nhiều sản phẩm là phƣơng pháp duy nhất có lợi về kinh tế.
Mặt khác, chúng ta cũng biết sự lên men do VSV gây ra không luôn luôn diễn ra
theo một hƣớng nhƣ mong muốn. Sự phá huỷ một quá trình lên men thƣờng xảy ra do sự hoạt
động của những VSV lạ. Trong trƣờng hợp này, điều rất quan trọng là không những phải biết
những VSV gây ra quá trình cần thiết mà còn phải biết cả những VSV có hại gây tổn thất cho
sản xuất. Nhà VSVHCN có kinh nghiệm phải khám phá ra chúng, làm rõ tính chất có hại do
chúng gây ra và tìm ra những phƣơng pháp đấu tranh với chúng.
2. Đối tƣợng nghiên cứu
2.1. Các nhóm vi sinh vật sử dụng trong vi sinh vật công nghiệp
1). Virus
2). Vi khuẩn và cổ khuẩn (Eubacteria và Archaea)
3). Vi nấm (Microfungi)
4). Vi tảo (Microalgae)
5). Nguyên sinh động vật (Protozoa)
2.2. Quy trình công nghệ sản xuất một số sản phẩm bằng trên đối tƣợng vi sinh vật
3. Mục tiêu môn học
Sau khi học xong học phần này, sinh viên cần hiểu đƣợc các ứng dụng công nghiệp
quan trọng của vi sinh vật, sự khác biệt giữa công nghệ sinh học vi sinh vật hiện đại và vi sinh
vật học truyền thống, phân biệt đƣợc các nhóm sản phẩm và quá trình công nghiệp, vai trò của
vi sinh vật trong tuyển khoáng và trong xử lý nƣớc thải bằng con đƣờng sinh học.
II. NỘI DUNG
1. Các giai đoạn phát triển của vi sinh vật học công nghiệp
2. Cơ sở khoa học của vi sinh vật học công nghiệp
3. Phân loại sản phẩm
4. Phƣơng pháp và kỹ thuật lên men
5. Sự thu nhận sinh khối tế bào

5
6. Các sản phẩm lên men

7. Các chất trao đổi bậc 1
8. Các chất trao đổi bậc 2
9. Các sản phẩm chuyển hóa
10. Xử lý nƣớc thải bằng biện pháp sinh học
11. Sự tuyển khoáng nhờ vi sinh vật
III. LƢỢC SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC CÔNG NGHIỆP
Sự phát triển của VSVHCN đƣợc chia thành 4 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Giai đoạn trƣớc Pasteur (đến 1865)
Con ngƣời ứng dụng tiềm năng của VSV sản xuất các sản phẩm khi còn chƣa nhận
thức đƣợc sự tồn tại của chúng trong tự nhiên :
+ Sản xuất đồ uống chứa rƣợu nhƣ rƣợu, rƣợu vang, bia, …
+ Sản xuất tƣơng, nƣớc mắm…
+ Sản xuất thực phẩm lên men nhƣ muối chua rau quả, ủ chua thức ăn cho gia súc…
Tuy một số quá trình đƣợc thực hiện ở quy mô rộng rãi, nhƣng những sự thành công
đó còn phụ thuộc vào sự ngẫu nhiên hay kinh nghiệm của những ngƣời thợ giỏi truyền cho các
thế hệ sau. Vai trò của VSV trong sự chuyển hoá các chất hữu cơ đƣợc con ngƣời biết đến
khoảng hơn 100 năm trƣớc đây.
Giai đoạn 2: Giai đoạn phát triển của công nghiệp lên men tính đến 1940, bao gồm
các công trình của Pasteur (1865) về lên men và học thuyết về mầm bệnh, Pasteur cũng đã đề
ra phƣơng pháp thanh trùng Pasteur để tiệt trùng rƣợu nho, bia mà không làm hỏng phẩm
chất. Phƣơng pháp này hiện nay có ứng dụng rất lớn. Bởi vậy Pasteur đƣợc coi là ngƣời sáng
lập ra VSVHCN; Sự phát triển của hoá sinh học với các kiến thức về trao đổi chất trung gian,
sự làm chủ ngày càng nhiều hơn đối với các enzyme.
Việc nghiên cứu và sử dụng các chủng nấm men thuần khiết Saccharomyces
carlsbergensis trong sản xuất bia (Emil Christian Hansen, 1883) có thể xem là bƣớc mở đầu cho
công nghiệp lên men dựa trên cơ sở khoa học.