Ứng dụng DTSHPT trong công nghiệp sinh học

Chuyên Đề:
Ứng dụng DT&SHPT trong
công nghiệp sinh học

Giảng Viên : PGS.TS. Khuất Hữu Thanh
T.S Trương Quốc Phong
Công Nghiệp sinh học hay Công nghệ sinh học trong công nghiệp là
gi?

Chúng ta nhận thấy xu thế của các ngành công nghiệp hiên nay tiếp sau sự
phát triển rất mạnh mẽ của công nghệ thông tin-viễn thông, công nghệ sinh
học là một ngành đang phát triển hết sức mạnh mẽ và đặc biệt ngành công
nghiệp sinh học là một tiềm năng vô cùng lớn đang cần được khai thác mà
các nước phát triển đều đang khai thác hết sức mạnh mẽ.

Công nghệ sinh học công nghiệp sử dụng các enzyme và vi sinh vật để làm cho sản
phẩm trong các lĩnh vực như hóa chất, thực phẩm và thức ăn chăn nuôi, chất tẩy rửa,
giấy và bột giấy, dệt may và năng lượng sinh học (như nhiên liệu sinh học hay
biogas). Các ứng dụng của công nghệ sinh học công nghiệp đã được chứng minh có
những đóng góp đáng kể trong việc giảm nhẹ các tác động của biến đổi khí hậu
trong những điều này và các lĩnh vực khác cũng như lĩnh vực xử lý môi trường
Dựa vào những đóng góp của DT&SHPT trong công nghiệp và những thành tựu khoa học to lớn
khắp thế giới ta có thể chia thành những thành tựu tiêu biểu:
1. Trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học
2. Trong công nghiệp chế biến
3. Trong xử lý nước thải công nghiệp
I.Nhiên liệu sinh học

Có rất nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đã và đang tìm kiếm các nguồn nhiên liệu mới thay
thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Ta có thể kể tới một số loại tiêu biểu sau:
A, Xăng Bio-ethanol (E5)


Xăng E5 là xăng sinh học đầu tiên được đưa chính thức đước đưa vào sử dụng tại Việt Nam.Trên
thực tế, xăng E5 đã được lưu hành trên thị trường trong nước từ năm 2010, tuy nhiên người dân vẫn
còn ít quan tâm và sử dụng loại nhiên liệu này.Hiện nay loại xăng này chính thức được bán ở các
trạm xăng trên toàn quốc với giá bán gần như ngang với giá xăng trên thị trường.
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Chúng ta có thể hiểu quy trình sản xuất cơ bản của xăng e5 từ các nguồn nguyên liệu thô tới thành
phẩm
B, Bio- Fuel

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ra
nguồn nhiên liệu sinh học từ các chất thải,
rong biển ,xenlulozo,nấm men Điều chế
ra nhiên liệu biofuel.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương
pháp chuyển đổi tế bào của khuẩn lam
thành một nhà máy có “ khâu sản xuất”
riêng biêt. Kết quả thu được chủng biến đổi
gen gốc khuẩn lam có khả năng sản xuất
axit béo-tiền thân của dầu diezel sinh học-

với năng xuất cao mà không cần khai thác
và tinh chế.
C, Bio-gas

Một hỗn hợp của các loại
khí
gồm chủ yếu là
methane, được sản xuất bởi
quá trình lên
men của vi khuẩn trong
điều kiện yếm
khí
(không có oxy) của các chất thải hữu cơ từ
các mảnh vụn hoặc động và nó là một hỗn hợp
gồm nhiều chất khí trong đó 2 thành phần chủ
yếu là khí cacbonic và khí mêtan (CH4 ). Khí
mêtan là khí cháy được nên Biogas cháy
đượcật thực vật.
Một nhà máy khí sinh học đặc trưng
tại Đức
II,Công nghiệp chế biến
A,Công nghệ lên men
Công nghệ lên men là một lĩnh vực quan trọng trong sản xuất thực phẩm. Việc tuyển chọn các
chủng có khả năng lên men tốt, đem lại hiệu quả cao là rất cần thiết. Các nghiên cứu sử dụng công
nghệ di truyền phục vụ cho công nghệ lên men chủ yếu đi vào 2 hướng chính là:

Phân tích di truyền các loại vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men, xác định các gen mã
hoá cho các tính trạng mong muốn nhằm tạo ra năng suất và chất lượng sản phẩm lên men.

Tạo ra các vi sinh vật chuyển gen phục vụ cho các qui trình lên men. Trong sản xuất rượu, ngày

nay người ta đã dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tạo rượu cao và cho hương vị tốt. Phần
lớn các chủng đó được nghiên cứu, tuyển chọn, lai tạo bằng công nghệ di truyền.

Ví dụ:

Sản xuất rượu vang ngày nay, người ta tiến tới dùng một chủng vi sinh vật chuyển gen để thực hiện cả hai quá
trình: tạo ra hàm lượng rượu trong dịch lên men lên men phụ ở quá trình tàng trữ, nhằm nâng cao chất lượng
của rượu.

Đối với các sản phẩm lên men sữa như phomat và sữa chua người ta đã tạo được các chủng mới với các tính
chất xác định và đã điều khiển được quá trình lên men theo định hướng mong muốn.

Enzyme λ-amylase chịu nhiệt đã và đang được sử dụng nhiều để sản xuất mạch nha, đường glucose từ tinh
bột.
•
Ta có thể thấy trước đây, trong công nghiệp thực phẩm các nghiên cứu công nghệ sinh học được sử dụng chủ
yếu để hoàn thiện các quy trình công nghệ lên men truyền thống. Còn hiện nay, các nghiên cứu công nghệ
sinh học chủ yếu liên quan đến việc tạo ra các chủng mới có năng suất sinh học cao và việc áp dụng chúng vào
các công nghệ lên men hiện đại, trong sản xuất và chế biến các loại sản phẩm sau:
-Công nghiệp sản xuất sữa, công nghệ sinh học trong chế biến tinh
bột.
Sản xuất nước uống lên men, như: bia, rượu nho, rượu chưng cất
-Sản phẩm chứa protein, như: protein vi khuẩn
đơn bào, protein từ tảo làm cố định đạm cyanobacteria và vi tảo.
- Sản xuất các chất tăng hương vị thực phẩm, như: axit citric, axit amino, chất tăng vị
ngọt
thực phẩm, keo thực phẩm
- Sản xuất vitamin và màu thực phẩm tổng hợp:
B, Công nghệ sinh học trong hóa học
Trong thế kỷ 20, con người đã khai thác một nguồn rất nhỏ tài nguyên thực vật để sản xuất một số hóa

chất. Trong thế kỷ 21, con người sẽ áp dụng các quy trình khoa học công nghệ phù hợp để phát triển
mạnh mẽ hóa học xanh để phù hợp với thiên nhiên và an toàn cho môt trường.
- Sản xuất các vật liệu mới phân hủy sinh học như các polymer sinh học, cellulose vi khuẩn,
polylactic
- Sản xuất các hóa chất từ các sinh khối thực vật.
Sản xuất các vật liệu mới phân hủy sinh học như các polymer sinh học, cellulose vi khuẩn,
polylactic
- Sản xuất các hóa chất từ các sinh khối thực vật.
III. xử lý nước thải công nghiệp

Việc nghiên cứu và tìm cách phát triển và ứng dụng các công cụ sinh học phân tử để tìm hiểu
các yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa không ổn định trong việc kiểm soát và đánh
giá chất lượng nước của các nhà máy công nghiệp trước khi đưa ra môi trường có vai trò hết
sức quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và là vấn đề đang rất được các giới chuyên môn
cũng như mọi người dân quan tâm.Ta có một số phương pháp sau:

FISH

PCR-DGGE…
a, FISH(Fluorescent insitu hybridization):

FISH (Fluorescent insitu hybridization) là kỹ thuật trung gian giữa di truyền tế bào và di truyền
phân tử, sử dụng một đoạn mồi đặc hiệu gắn tín hiệu huỳnh quang, để phát hiện sự có mặt
hoặc vắng mặt của một đoạn gen nào đó trên nhiễm sắc thể, với ưu điểm nhanh, đặc hiệu và
chính xác. FISH đặc biệt có hiệu quả trong việc phát hiện những mất đoạn gen nhỏ , hoặc để
khẳng định nguồn gốc của các loại chuyển đoạn đặc biệt.

Nhờ đó FISH được sử dụng để phân tích các thành phần, định lượng và phân bố các nhóm vi sinh
vật khác cũng như cấu trúc của chúng nhằm đánh giá chất lượng nước thải cũng như đưa ra phương
hướng xử lý.

b, PCR-DGGE


Là một phương pháp nhanh chóng và đơn giản, cung cấp mô hình về các dải đặc trưng trong các mẫu
khác nhau, duy trì khả năng phân tích gen triệt để bằng cách sắp xếp các dải riêng

PCR-DGGE đã được sử dụng để kiểm tra các hệ sinh thái phức tạp như sông, biển, đất và thủy nhiệt
ven biển sâu và đặc biệt là quần thể vi sinh vật trong nước thải công nghiệp.Hiểu quần thể vi sinh phức
tạp chắc chắn sẽ giúp chúng ta nhanh chóng trong việc ra quyết định liên quan đến xử lý và can thiệp
chính xác trong việc kiểm tra và cử lý nguồn nước thải trước khi cho chúng đổ ra môi trường

Kỹ thuật này cho phép phân biệt các trình tự DNA khác nhau dựa trên sự khác nhau về tỷ lệ (G+C)/(A+T) giữa
các trình tự. Khi được điện di trên một gel có gradient chất biến tính, tùy theo thành phần nucleotit mà một phân
tử DNA sẽ dừng lại ở một vị trí nhất định đặc trưng: trong phân tử càng nhiều G và C thì phân tử càng lâu bị
biến tính và do đó càng lâu dừng lại trên gel điện di. Vì vậy, vị trí khác nhau trên điện di đồ DGGE phản ánh sự
khác nhau về trình tự của các đoạn DNA được phân tích. Trong từng trường hợp cụ thể, mỗi vị trí có thể đặc
trưng cho một trình tự DNA và phản ánh sự có mặt của một loài hay cá thể trong quần xã được phân tích.

DGGE là một cách tiếp cận có giá trị trong việc sàng lọc các hệ sinh thái phức tạp trên một quy mô lớn và trong
việc phân tích mẫu môi trường khác nhau trong một khoảng thời gian ngắn.
Cảm ơn thầy cùng các bạn đã
lắng nghe!