Nhập môn công nghệ sinh học ths bùi hồng quân

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

Môn học:

NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Người phụ trách
ThS. Bùi Hồng Quân
Điện thoại :
Email
:

09.09.25.24.19




Biotechnology
LEFE SCIENCES

ENGINEERING

NATURAL SCIENCES


GIỚI THIỆU MÔN HỌC
1. Nội dung môn học gồm:
Chương 1: Mở đầu – Khái niệm về công
nghệ sinh học
Chương 2: Công nghệ vi sinh vật

Chương 3: Công nghệ enzyme – protein
Chương 3: Công nghệ tế bào
Chương 5: Công nghệ gen
2. Phương thức tiếp cận môn học
3. Tài liệu tham khảo


Tài liệu tham khảo
1.
2.
3.
4.
5.

Kiều Hữu Ảnh. 1999. Giáo trình vi sinh vật học
công nghiệp. NXB KH &KT. Hà Nội.
Phạm Thành Hổ. 2002. Di truyền học. NXB Giáo
dục. TPHCM.
Lê Đình Lương – Quyền Đình Thi. 2003. Kỹ thuật
di truyền và ứng dụng. NXB ĐHQG Hà Nội.
Trần Thị Thanh. 2000. Công nghệ vi sinh. NXB
Giáo dục. TPHCM.
Nguyễn Văn Uyển và Nguyễn Tiến Thắng. 1998.
Những kiến thức cơ bản về Công nghệ sinh học NXB Giáo dục.


Tài liệu tham khảo
6. Animal Biotechnology: Science-based Concerns.
2002. The National Academies Press. Washington.
7. The Application of Biotechnology to Industrial

Sustainability. 2001. OECD (Organization for
Economic co-operation and Development).
8. M.J. Chrispeels & D.E. Sadava. 2003. Plants, Genes,
and Crop Biotechnology. John and Bartlett
Publishers.
9. A.N. Glazer, H. Nikaido. 1995. Microbial
Biotechnology:
Fundamentals
of
Applied
Microbiology. W.H. Freeman and Company.


Tài liệu tham khảo
10. B.R. Glick, J. J. Pasternak. 2004. Molecular
biotechnology: principles and applications
of
recombinant DNA. ASM, Washington.
11. S.M. Roberts, N.J. Turner, A.J. Willets, M.K. Turner.
1995. Introduction to Biocatalis using Enzymes and
Micro-organisms. Cambridge University Press.
12. C.A. Smith & E.J. Wood. 1991. Molecular Biology &
Biotechnology. Chapman & Hall.
13. H. Uhlig. 1998.Industrial Enzymes and their
Applications. John Wiley & Sons, INC.
14. Gr. Walsh. 2002. Proteins: Biochemistry and
Biotechnology. John Wiley & Sons LTD.


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.

Lịch sử phát triển công nghệ sinh học

2.

Khái niệm công nghệ sinh học

3.

Các lĩnh vực công nghệ sinh học

4.

Hướng phát triển công nghệ sinh học thế
kỷ 21


LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CNSH
1. Những khái niệm đầu tiên 1918
2. Sự phát triển công nghệ vi sinh
3. Sự phát triển công nghệ enzyme – protein
4. Sự phát triển công nghệ tế bào
5. Sự phát triển công nghệ gen


LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CNSH


LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CNSH

KHÁI NIỆM CNSH
1.

Khái niệm công nghệ sinh học
(biotechnology)

2.

Những nguyên lý cơ bản trong sinh
học

3.

Những ứng dụng nguyên lý sinh học
vào sản xuất và đời sống


CÁC LĨNH VỰC CNSH
1. Công nghệ vi sinh
• Công nghệ truyền
thống
• Công nghệ hiện đại

2. Công nghệ enzyme –
protein
• Công nghệ enzyme
• Hướng phát triển

3. Sự phát triển công nghệ tế bào
• Công nghệ tế bào thực vật
• Công nghệ tế bào động vật
4. Công nghệ gen
• Công nghệ di truyền cổ điển
• Công nghệ di truyền hiện đại


CNSH - NĂNG LƯỢNG TÁI SINH
TỪ SINH KHỐI
1. Khái niệm về năng lượng tái sinh từ sinh
khối
2. Vấn đề quang hợp – sinh tổng hợp các chất
hữu cơ
3. Hệ đơn bào tạo năng lượng
4. Khí sinh học (biogas)
5. Năng lượng tái sinh ngành nông nghiệp và
lâm nghiệp
6. Pin sinh học


CNSH VỚI CN TP & SX HÓA CHẤT
1. CN lên men
2. CN Sản xuất các acid amin
3. CN thủy phân protein  sản xuất nước
chấm
4. CN sản xuất các enzym
5. CNSH trong chế biến tinh bột
6. CNSH Sản xuất các chất phụ gia thực
phẩm

CNSH TRONG CBTP
1. CN sản xuất sữa
• Sản xuất phoma
2. Chế biến tinh bột
3. Sx nước uống lên men:
• Bia
• Rượu nho
• Rượu cồn (chưng cất)


CNSH TRONG CBTP
4. Sản phẩm chứa protein:
• Thực phẩm lên men truyền thống giàu
protein: phoma, đậu phụ, nước mắm..
• Protein vi khuẩn đơn bào SCP (SCP từ nguồn
cacbonhydrate; từ tảo lam cố định đạm
Cyanobacteria và vi tảo.. )
5. Sx các chất tăng hương vị thực phẩm:
• Chua (citric); các acid hữu cơ khác (acetic,
propionic, itaconic, gluconic, fumaric)
• Amino acid
• Vitamin và thực phẩm màu


CNSH TRONG CBTP
• Chất tăng vị ngọt thực phẩm (các nuleotide (chủ
yếu chứa inosine và guanine) được sx ở quy mô
CN

• Keo thực phẩm: làm tăng mùi vị, hình dạng và
thẩm mỹ của thực phẩm, thường ở dạng
polysaccharide, được tạo ra trong quá trình lên
men Pseudomonas sp..
6. Chế biến rau quả: nâng cao chất lượng chế biến
như muối chua, làm nước chấm từ đậu phụ, đậu
tương; sx nước quả (giảm độ nhớt; làm trong
nước quả.. Cắt các liên kết pectin.. )


CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT
• Vai trò xúc tác sinh học (enzyme) và quá
trình, phản ứng hóa học do chúng xúc tác
đã tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau. Do
đó có thể nói CNSH và ngành hóa có
quan hệ chặt chẽ với nhau và bổ sung cho
nhau.
VD: xúc tác sinh học ở giai đoạn phát triển;
xúc tác ở giai đoạn kết thúc pt; xúc tác in
vitro; xúc tác hóa học nhờ enzyme


CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT
•Hiện nay CNSH là cơ sở cho nhiều quy trình
công nghệ sx các sản phẩm hóa học như acetone,
ethanol, butanol, isopropanol từ gỗ, dầu mỏ, than đá
hoặc từ các nguyên liệu khác: sx glycerol từ tảo và
các chất nhân thơm có giá trị với CN hóa chất hiện
đại từ gỗ.
•CNSH hiện đại còn cung cấp nhiều chủng loại vs

& enzyme cho phép thực hiện những biến đổi HH
tinh vi trong sx các loại thuốc chữa bệnh có giá trị,
các Steroid, các thuốc kháng sinh thế hệ mới, các chất
thứ cấp có giá trị (terpene, alkaloid= con đường nuôi
cấy tế bào thực vật)


CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT
• Lên men sx dung môi hữu cơ: ethanol,
glycerol, aceton, butanol: Dùng vi khuẩn
Clostridium acetolbutylicum để lên men yếm
khí môi trường chứa tinh bột để thu nhận
aceton thay cho quá trình chưng cất gỗ trong
công nghiệp trước đây.
• Sx acid hữu cơ: acetic (CNVS để biến đổi
cellulose thành acetic acid hoặc tổng hợp nhờ
Acetobacter và Clostridium.. ); lactic; citric .
…


CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT
•Sx amino acid: về nguyên tắc có thể thủy phân protein=
acid hoặc enzyme hoặc tổng hợp hóa học để tạo ra các đồng
phân quang học của amino acid, lên men và tổng hợp nhờ
các enzyme. Ngày nay người ta dùng VSV để lên men hoặc
xúc tác enzyme. Corynerbacterium glutamicunm
•CNSH sx thuốc kháng sinh và thuốc steroid chủ yếu
nhờ lên men = VSV. Các hướng N/c trong lĩnh vực này tập
trung vào (mở rộng phổ hoạt động của thuốc; nâng cao hiệu
lực thuốc kháng sinh; giảm độ độc và phản ứng phụ của

thuốc đối với người; tạo các dạng thuốc chịu được sự phân
giải của vi khuẩn, kéo dài thời gian bán hủy của chúng;
hoàn thiện các các phương thức sử s\dụng thuốc


CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT
CÁC PP SX THUỐC KHÁNG SINH:
• Lên men trực tiếp: bản chất của pp là bổ sung
các tiền chất của kháng sinh hoặc các chất ức
chế trao đổi chất vào môi trường lên men hướng
chủng lên men tổng hợp chất kháng sinh và các
đồng phân của nó vd: chủng Penicillium
chrysogennum chuyên tổng hợp penicillin.
• Tạo kháng sinh bằng phương pháp “đột biến
tổng hợp”: bản chất là sử dụng các dạng đột
biến để dịnh hướng tổng hợp thuốc kháng sinh
theo mong muốn
• Cải biến thuốc kháng sinh nhờ VSV..


CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT
5.Sử dụng tính năng và công dụng súc tác của các
enzyme thương mại trong cong nghiệp hóa chất:
• Protease
• Glucose
isomerase,
Amylase
và
Amyloglucosidase, invertase.
• Lactase, Phytase, lipase

• Enzyme cố định
6.CNSH trong sx hóa chất từ sinh khối (sx hóa chất
từ tế bào TV (buộc các gene TV hoạt động trong tbào
VK hoăc nuôi cấy các dòng TBTVchọn lọc nhằm tạo ra
các chất thứ cấp quý hiếm; SX hóa chất từ sinh khối)


CNSH trên thế giới
Công nghệ sinh học ngày càng chiếm ưu thế
trong nông nghiệp thế giới
Tình trạng suy giảm đa dạng sinh học, hệ thống
giống cây trồng – vật nuôi kém năng suất, môi
trường sinh thái mất cân đối và những vụ ngộ độc
thực phẩm liên tục gia tăng trong thời gian qua...
khiến nhiều nước trên thế giới phải đau đầu nghiên
cứu nhằm tìm ra hướng đi mới và bền vững cho
nền nông nghiệp. Trên thực tế, việc ứng dụng công
nghệ sinh học (CNSH) vào sản xuất đã và đang
mang lại lới ích to lớn cho nhiều quốc


CNSH TRÊN THẾ GIỚI
Theo nghiên cứu của Trung tâm Chính sách nông
nghiệp và Thực phẩm quốc gia Hoa Kỳ (NCFAP), so
với cây trồng thông thường, các loại cây trồng CNSH
giúp làm tăng sản lượng lương thực lên 6,6 tỷ pound
(1 pound = 0, 454kg). Diện tích trồng cây trồng CNSH
tại Mỹ hiện là 47,6 triệu ha, tăng 11% so với năm
2003 và chiếm 59% tổng diện tích cây trồng CNSH
toàn cầu, nhờ đó doanh thu cũng tăng lên 2,3 tỷ USD.

Tài liệu nghiên cứu còn cho thấy, ứng dụng CNSH
trong nông nghiệp có thể làm giảm tới 34% lượng
thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ. Hiện nay, Mỹ có tới 1300
công ty CNSH với doanh thu hàng năm đạt khoảng
12,7 tỷ USD.