Giáo trình vi sinh vật học lý thuyết và bài tập giải sẵn (tập 2) phần 2

Chương 8 đã giới thiệu các kỹ thuật của cõng nghệ ADN tái tổ hợp có thể kích thích các quá trinh tự nhiên của vi sinh vật và trong một số trường hợp, tạo được nhiêu chức năng mới làm cho

Khi đã nắm vững chương này bạn phải có khả năng:

• Mô tả trao đổi chất của vi sinh vật có thể được

điêu khiển để sản xuất thực phẩm như thế nào

• Kể một số trong các sản phẩm thương mại được

sản xuất bởi vi sinh vật

• Giải thích bằng cách nào nước và nước thải có

thể dược xử lý để làm cho chúng trở nên an toàn

và có thể sử dửng được

• Mõ tả quá trinh liệu pháp sinh học

• Thảo luận về vấn đè thoát nước axit trang khai

thác quặng

• Mô tả vai trò của các vi sinh vặt được thao tác vé

mặt di truyền trong các quá trinh công nghiệp và

nống nghiệp vá cơ sở của lẽn men ở quy mô

công nghiệp

• Định nghĩa các thuật ngữ được sử dửng để mô tả

những mói quan hệ giữa các vi sinh vật bên

trong môi trường

• Giải thích ảnh hưởng của cạnh tranh, đối kháng

và hợp tác lên sự tổn tại của vi sinh vật

• Phân biệt giữa các nơi sống nước ngọt và nước

biển vé phương diện các đặc tính và các quần

OBJECTIVES Once you have mastered this chapter, you should be able tó:

• Describe how microbial metabolism can be manipulated for food production

• Examine how food characteristics and the presence of microorganisms in food can lead to food spoilage

• List several methods for the prevention of food spoilage

• List some of the various commercial products produced by microorganisms

• Explain how water and wastewater are treated to make thèm safe and usable

• Describe the process of bioremediation

• Discuss the problem of acid mine drainage

• Describe the role of genetically manipulated microorganisms in industrial and agricultural

processes and the basics of industrial-scale termentation

• Detine the terms used to describe microbial relationships wĩthin the environment

• Explain the iníluence of competition, antagonism, and cooperation ôn microbial survival

• Distinguish betvveen freshwater and marine habitats in terms of characteristics and microbial

https://tieulun.hopto.org

MO Chương chín • VI sinh vải học thực phẩm ế cống nghiệp

thể vi sinh vặt

• Mô tả một sổ bệnh do vi sinh vật gây ra nhiễm từ

các môi trường đất và nước

• Kể ra các tiêu chuẩn được sử dửng để đánh giá

vi sinh vật có khả năng tiêm tàng dùng lầm vũ

khí sinh học

• Kể ra các đặc tính của các tác nhân được cho

rằng có nguy cơ lớn được sử dửng làm tác nhân

sinh học chống lại con người, động vật, thực vật

• Mõ tả một vài biện pháp có thể được sử dửng để

hạn chế tiếm năng của các vử khủng bố sinh

học

• Thảo luận bằng cách náo cõng nghệ ADN tái tổ

hợp có thể được sử đửng để sản xuất các tác

nhân sinh học đã bị biến đổi

9.2 Các khái niệm cơ bản

Hầu hết chúng ta biết vé E.coli như một trong

những tác nhân gáy bệnh ngộ độc thực phẩm, song

đối với hàng triệu người Mỹ đang bị bệnh tiểu đường

thi các vi khuẩn E con lại la cứu cánh của họ - chúng

lả kẻ sản xuất ra gắn một nửa số insulin mà những

người bị bệnh tiểu đường cán tới để sống sót và để

sống một cuộc sống binh thường

Con người khỏe mạnh sinh ra insulin cắn thiết để

các tế bào của cơ thể có thể hấp thu glucoza mà

chúng cẩn Tuy nhiên những người bị bệnh tiểu

đường, hoặc do không sản xuất dược loại hocmon

này, hoặc không thể sản xuất đủ, hoặc không thể sử

dửng nó một cách hợp lý những gì họ sản xuất ra,

nén họ phải dựa vào những liêu thuốc insulin đưa từ

bên ngoài vào để bù lại Trước những năm 1980

nguồn cung cấp insulin duy nhất là từ động vật, song

kể từ thời gian náy, gen của người mã hoa insulin

đã được dưa thành cõng vào một plasmit và được

gắn thành cóng vào E.colí Insulin của người, được

sản xuất ra nhờ một chủng vi khuẩn dã được cải biến

vế di truyền, trong cơ thể người dã làm việc hiệu quả

hơn so với insulin từ động vật Mặc dù insulin đồng

vật vẫn có mặt, song sự sử dửng nó giờ đây đang

dán dần được loại bỏ

Chương này sẽ nghiên cứu hàng loạt phương

thức đáng ngạc nhiên mà ngày nay chúng ta đang

sử dửng vi sinh vật, từ việc san xuất các thực phẩm,

việc điều trị y học, việc quản lý chất thải tới sự đấu

tranh chống lại sự khủng bố sinh học - là tất cả các

đế tài trong lĩnh vực vi sinh vật học ứng dửng và vi

sinh vật học môi trường

populations

• Describe several microbial illnesses thát can be acquired from terrestrial and aquatic environments

• Identity the criteria used to assess microorganisms for potential use as biological vveapons

• List the characteristics of agents deemed of signiíicant risk for use as biological agents against humans, animals, and plants

• Describe several measures thát can be taken to limit the potential for bioterrorist attack

• Discuss how recombinant DNA technology could

be used to produce moditied biological agents

Core concepts

To most of us, Escherichia con, one of the more

well-known causes of food poisoning, bút for millions

of Americans suffering tròm diabetes, E con bacteria

are liíesavers thát produce roughly half of all the insulin thát diabetics require to survive and lead normal lives

Healthy people produce the insulin required for the body's cells to take úp the glucose they need

Diabetics, hovvever, either do nót produce this hormone, cannot produce enough of Ít, or cannot properly use what ihey produce, so they must rely ôn injections of externally produced insulin to compensate Before the 198ŨS, the only insulin avail-able was obtained tròm animals, bút since then the human gene thát codes íorinsulin was successtully

added to a plasmid and inserted into E con Human

insulin produced by a genetically modiíied bacterium works more effectively in the human body than insulin fram animals Even though animal insulin is still available, its use is being phased out gradualíy This chapter examines the astounding variety of ways we use microbes today, from food praduction

to medical treatments to waste management to defense against bioterrorism—all topics in the fields

of applied and environmental microbiology

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vại học - Lý thuyết và bài tập giải sẵn 241

Các hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật ảnh

hưởng lớn đến môi trường của chúng ta và nhiêu

phản ứng vi sinh vật mang ý nghĩa thiết yếu cho sự

sống trên Trái Đát Vi khuân và nấm cố khả năng

đặc biệt đỗi với nhiêu quá trinh trao đổi chất có ý

nghĩa cho con người Chương 8 đã giới thiệu các kỹ

thuật của cõng nghệ ADN tái tổ hợp có thể kích thích

các quá trinh tự nhiên của vi sinh vật và trong một số

trường hợp, tạo được nhiêu chức năng mới làm cho

chúng trở nên có giá trị trong cõng nghiệp, nông

nghiệp hay y học Trong chương này chúng ta sẽ

nghiên cứu các lĩnh vực khác của vi sinh vật học ứng

dửng cũng như các vân đè trong lĩnh vực vi sinh vật

học mõi trường

Vi sinh vật học ứng dửng, là sự sử dửng thương

mại các vi sinh vật, bao gôm hai lĩnh vực: vi sinh vật

học thực phẩm liên quan tới sự sử dửng vi sinh vặt

trong việc sản xuất thực phẩm và việc phòng ngừa

sự hư hỏng thực phẩm cũng như các bệnh có liên

quan đến thực phẩm, và vi sinh vật học cõng nghiệp

bao gồm cà việc ứng dửng vi sinh vật cho các quá

trinh sản xuất cõng nghiệp lẳn việc giải quyết các

vấn đế môi trường, sức khoe vá nông nghiệp Vi sinh

vật học mõi trường tìm hiểu vi sinh vật gặp ở đâu

trong tự nhiên, chúng làm gi ờ đó và bằng cách nào

hoạt động của chúng tác động lên các sinh vật khác

(kể cả con người) và đến chinh mòi trường đó

Chúng ta sẽ bắt đẩu bằng việc xem xét vi sinh vật

học thực phẩm

9.2.1 Vi sinh vật học thực phẩm

Vi sinh vật tham gia vào việc sản xuất nhiêu loại

thực phẩm và đồ uống ưa thích của chúng ta từ bánh

mi, yagua tới rượu vang Trong thực tế, thực phẩm

lên men nằm trong số những thực phẩm cổ nhất

đã biết và rất đa dạng vé mật văn hóa Hương vị và

độ bén vững đặc trưng của các thực phẩm này bắt

nguồn từ sự có mặt của các axit và đường do vi sinh

vật tạo nén trang lên men Ngoài việc tạo ra hương

và vị, lên men cũng hoạt động như một phương tiện

bảo quản, phá huy nhiễu vi sinh vật gây bệnh và độc

tố, và trong một số trường hợp, bổ sung giá trị dinh

dưỡng dưới dạng vitamin hay các chất dinh dưỡng

khác Trong phần sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu

bằng cách nào những hiểu biết của chúng ta vé sinh

trưởng vả trao đổi chất của vi sinh vật đã cho phép

chúng ta sử dung vi sinh vật trong sản xuất thực

The metabolic activities of microorganisms shape much of our environment, and many microbial reaclions are essential to life ôn Earth Bacteria and fungi in particular are capable of many metabolic processes thát are useful to humans Chapter 8 introduced techniques of recombinant DNA technology thai enhance the natural processes of microorganisms and, in some cases, give thèm new íunctions thát make thèm valuable in industry

agriculture, or medicine In this chapter we examine other areas of applied microbiology, as well as topics

in the field of environmental microbiology Applied microbiology, the commercial use of microorganisms, encompasses two distinct fields:

food microbiology, which includes the use of microorganisms in food production and the prevention of food spoilage and food-related illnesses, and industrial microbiology, which involves both the applìcation of microbes to industrial manuíacturing processes and the solution of environmental, health, and agricultural problems

Environmental microbiology explores where microorganisms are found in nature, what they do there, and how their activities affect other organisms (including humans) and the environment itself We begin by considering food microbiology

Food microbiology Microorganisms are involved in producing many

of our íavorite foods and beverages, tròm bread to yogurt to wine Indeed, fermented foods are among some of the oldest foods knovvn and are culturally very diverse The characteristic tlavors, aromas, and consistencies of such foods result from the presence

of acids or sugars made by microbes during íermentation Besides conferring taste and aroma, fermentation also acts as a preservative, destroys many pathogenic microbes and toxins, and, in some cases, adds nutritional value in the form of vitamins

or ũther nutrients In the following sections we explore how our knowledge of microbial growth and metabolism enables us to use microbes iníood production and to control microbial activity thát results in food spoilage

https://tieulun.hopto.org

242 Phương chín • Vi sinh vật học thực phẩm ế cõng gjjẽj dẫn đến sự hư hỏng thực phẩm

Vai trò của vi sinh vật trong sản xuất thực phẩm

Bánh mi

Trong khi bánh mì không nở như các loại "bánh

mi nhanh" hay các bánh mi dẹt được sàn xuất khống

cấn bổ sung nấm men, thì bánh mi nở có nguồn gốc

từ sự trao dổi chất kỵ khi của s.cerevisiae Sữa nóng

hoặc nước nóng được bổ sung vào bột nấm men khô

để phửc hổi lại nó, sau đó bốt nhão đã được tạo ra

bằng cách trộn dịch lỏng này với bột mi, muối và các

thành phấn khác sẽ được nhào trộn để đưa không

khi vào Bột sẽ nở khi các phản ứng giải phóng C0 2

sinh ra các túi khí trong bôi nhão Trong khi nướng

bánh mi etanol sinh ra trong lên men sẽ bị bốc hơi

Bánh mi làm bằng bột chua sử dửng giống khởi động

chứa cả nấm men lẫn vi khuẩn íactic Axit lactic được

sản xuất bời các vi khuẩn này sẽ làm cho bột chua

có vị đặc trưng

Lén men là sự oxi hóa từng phán đường để giải

phóng năng lượng bằng cách dùng các phân tử hữu

cơ làm chất nhận điện tử Tuy nhiên, trong vi sinh vật

học thực phẩm, lên men được coi là bất kỳ sự thay

đổi mong muốn nào xảy ra đối với một thực phẩm

hay một loại đó uống bắt nguồn từ sự sinh truồng

của các vi sinh vật Ngược lại, sự hư hòng có nghĩa

là bất kỳ sự thay đổi không mong muốn náo đối với

thực phẩm có thể diễn ra do các phản ứng lèn men

không mong muốn, do sự sinh ừưởng của các vi sinh

vật gãy bệnh, hoặc sự có mát nói chung cùa bất kỳ

vi sinh vặt không mong muốn nào trong thực phẩm

Hạt ngũ cốc, hoa quả và rau thưởng chứa các

quán thể vi sinh vật tự nhiên có khả năng lên men

Vào thời cổ đại, con người đã dựa vào những quá

trình lẽn men ngẫu nhiên như vậy để sàn xuất các

loại thực phẩm và đố uống khác nhau Tuy nhiên

cùng một loại vi sinh vật khống phải bao giờ cũng có

mật trên một loại thực phẩm ở các vử thu hoạch

khác nhau; do vậy hầu hết các quá trình sản xuất

thực phẩm và đồ uống hiện đại trẽn thị trường đêu

dùng các loại giông khỏi động chứa các vi sinh vật

đã biết có thể tiến hành các quá trình lên men dặc

biệt một cách ổn định Ngoài gióng khởi động ban

đấu, các giống thứ cấp cũng có thể được bổ sung để

làm biến đổi hơn nữa hương vá vị của một số loại

thực phẩm Chảng hạn, mặc dầu cùng một loại

giống khởi động được sử dửng để mở đáu sự sàn

xuất phomat song phomat Thửy Sỹ và phomat màu

The roles of microorganisms in food production

Breaơ

VVhereas unleavened breads such as 'quick breads" or *flat breads" are made vvithout the addition of yeast, leavened breads result tròm the

anaerobic metabolism of s cerevisiae Warm milk or

water is added to dried yeast powder to reconstitute

Ít, and then the dough produced by mixmg this liquid with flour, salt, and other ingredients is kneaded to introduce air The dough rises when metabolic reactions release CO;, producing air pockets within the dough During baking, any ethanol produced by termentation evaporates Sourdough bread is made using starter cultures consisting of yeast and lactic acid bactena Lactic acid produced by the bađena gives sourdough its characteristic taste

Fermentation refers to the partial oxidation of

sugars to release energy using organic molecules as electron acceptors In food microbiology, however,

lermentalion reters to any desirable changes thát

occur to a food or beverage as a result of microbial growth By contrast, spoilage denotes any unwanted change to a food thát could occur from undesirable fermentation reactions, the growth of pathogenic microorganisms, or the general presence of any unvvanted microorganisms in the food

Grains, fruits, and vegetables are often associated with natural microbial populations capable of íermentative metabđlism In antiquity, people relied ôn such spontaneous íermenlation to produce various foods and drinks Hovvever the same microbes are nót alvvays present ôn a food tròm harvest to harvest; thereíore, most modem commercial food and beverage production relies, ôn starter cultures composed of known microorganisms thát pertorm speciíic íermentations consistently In

addition to an initial starter culture, seconơary cultures may be added to turther modity the davor ÓT

aroma of some foods Thus although the same starter culture is used to initiate cheese íomiation, Swiss cheese and blue cheese are different because

of the secondary cultures used

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vật học • Lý thuyết và bài lập giải sin 243

lam là những loại khác nhau do các giống thứ cấp

đã dược sử dửng

Rau lên men

Dân cư khắp nơi trên thế giới đêu lên men nhiêu

loại rau Hầu hết các loại sản phẩm rau náy đêu là

kết quả hoạt đông của các vi khuẩn lactic như

streptococcus, Leuconostoc, Lactobacilus và

Lactococcus Bọn này sàn xuất axit lactic mót cách

đặc hiệu trong quá trinh lẽn men Sự có mặt axit

lactic sẽ axit hoa thực phẩm vá lâm cho nó có vi

"chua" Các vi khuẩn hoặc nấm khác có trong thực

phẩm cũng có thể đóng góp vào các sản phàm lên

men nhằm làm tăng hương và vị của chúng

Nhiêu sản phẩm lẽn men thường gặp cố nguồn

gốc từ sự lên men các loại rau Dưa muối

(Sauerkrau) ở Đức vá kim chi ở Hàn Quốc lá các ví

dử vé bắp cải được lẽn men bởi vi khuẩn lactic

Nước chấm được sản xuất bằng cách lên men đậu

lương và lúa mạch nhờ các Lactobacilus, nấm men

và nấm Aspergillus oryzae Sôcôla bắt nguồn từ sự

lén men hạt cacao Sự sản xuất cà phê dựa trên

việc lẽn men tự nhiên và sự phân huy bằng enzim để

giải phóng hạt cà phê khỏi các lớp vỏ ngoài của hột

cà phê, sau đó hạt có thể được lâm khô và rang

Dưa chuột muối là một loại thực phẩm lên men

thường gặp Đối với người da trắng, thì "dưa chuốt

muối" (pickles) dồng nghĩa với dưa chuột, tuy nhiên

các thực phẩm khác như củ cải đường hoặc trứng

cũng có thể dùng để sản xuất dưa chuột muồi ở

dây muối có nghĩa là bảo quản hoặc làm tăng hương

vị của thực phàm bằng nước muối bão hoa hoặc axit

Axit có thể được sinh ra từ sự lẽn men như khi ta

ngâm dưa chuột Các gia vị khác có thể được thêm

vào dung dịch muối dưa chuột để làm tăng vị Vi các

thực phẩm muối có tính axit, ít vi sinh vật gây bệnh

có thể sống được cho nên phương pháp muối được

coi là một phương pháp bảo quản thực phẩm tuyệt

vời

Cấc sàn phẩm lên men không chỉ được sản xuất

để phửc vử một minh con người, cò ù chua một sản

phẩm được sử dửng làm thức ăn gia súc ở nhiêu

trang trại, được sản xuất nhờ lên men tự nhiên ngũ

cốc, cỏ, thân cây, cà chua và các loại lá xanh khác

Thực vật được cắt và được giữ trong các kho ủ thiếu

không khí Dưới các điếu kiện ẩm và kị khí như vậy

thực vật trong các kho ủ sẽ lên men tạo ra nhiêu hợp

chất hữu cơ làm cho cỏ ủ vừa thơm vừa có vị ngon

cho gia súc Một số nông dàn sản xuất thức ăn ủ

Fermented vegetables People around the world ferment many types oi

vegetables Most of these vegetable products are the result of the actions of lactic acid bacteria such

as streptococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, or Lactococcus, which speciíically produce lactic acid

during íermentation The presence oi lactic acid acidifies the food and produces a "sour" ílavor other bacteria or fungi in the food may also contribute fermentation products to enhance ílavor and aroma

Many common food products are derived from

the íermentation of vegetables Sauerkrauì tròm Germany and kimchi tròm Korea are both types of cabbage fermented by lactic acid bacteria Soy sauce is made by the íermentation of soybeans and vvheat by Lactobacillus, yeast, and the fungus Aspergillus oryiae Chocolate is derived from the

fermentation of cacao seeds Coffee production relies ôn natural fermentation and enzymatic degradation to release the bean from the outer layers of the coffee berry so thát the bean can then

be dried and roasted

Pickles are a common fennented food White people often equate "pickles" with cucumbers, other toods such as beets and eggs can be pickled

Pickling refers to the process of preserving or

ílavoring foods with brine (saturated salt water) or acid The acid may result from microbial fermenta-tion - as is done with diu pickles Various spices can

be added to the pickling solution to enhance laste

Because pickled foods are acidic, few pathogenic microorganisms survive, making pickling an excellent preservation method

Fermented íoods arerTt made for human

consumption alone Silage a product used as animal

feed ôn many íarms, is made tròm the natural fermentation of com, grass, grain stalks, potatoes, and other types of green foliage The vegetation is cút úp and stored in silos thát are closed to air Un-der such moist, anaerobic conditions, the vegetation

in the silos íerment, producing many organic compounds thát make the silage both aromatic and tasty to livestock Some íarmers produce silage by

https://tieulun.hopto.org

244 Chương chín - VI sinh vãi học thực phẩm ế cồng nghiệt

chua bằng cách thu thập cỏ khô va rơm ra sau dó

dóng trang những túi chất dẻo tạo điếu kiện cho quá

trinh lẽn men điển ra

Các sản phẩm thít lèn men

Nếu không được làm khô hoặc lèn men theo một

cách nào đó thì thịt sẽ cố khuynh hướng bị hỏng

nhanh Việc kết hợp lén men với sấy khò hoác hun

khói đã được sử dửng từ nhiêu thế kỷ nay để báo

quản thịt, đặc biệt là dối với thít lợn và thịt bò Xúc

xích khô như salami và pepperoni được chế tạo bằng

cách nghiên mót số loại thịt, trôn với cấc loại gia vị

khác nhau và các loại giống khởi đông, qua đó cho

phép hỗn hợp được lẽn men trong điếu kiện lạnh, rối

nhối chúng vào các túi bọc Thịt ướp nấu đống

(headcheese) hoán toàn không phải là một loại

phomat, ngược lai, đó là loại thịt lợn được muối trong

nước muối công với gia vị rói đóng vào các túi bọc

Cá lên men - thường gặp ở các nước châu Á, được

chuẩn bị bằng cách nghiên cá trong nước muối Các

vi sinh vật có mặt trong tự nhiên sẽ lén men hỗn

hợp Phán chất rắn được loại ra và ép thành dạng

patê, còn phẩn dịch lòng được rút ra và trộn với các

yếu tố gia vị thành nước mắm

Các sản phẩm sữa lén men

Sự lẽn men sửa trong đại đa số trường hợp đêu

dựa trẽn hoạt dõng của các vi khuẩn sinh axit lactic

Sữa trong bầu sữa vốn vồ trùng song do quá trinh

vát sữa đã đưa nhiêu vi sinh vặt vào trong đó không

phải tất cả đêu là các vi sinh vật mong muốn cho

nên "sữa thô" sẽ dược khử trùng Pasteur trước khi

nó được đóng gói vá sử dửng trong sản xuất các

sản phẩm sữa lên men

Sữa bơ được sản xuất từ sữa trong (tức là sữa

mà phần mỡ dã được loại bò) bằng cách thêm vào

một giống khởi động có tên là Lactococcus lactis

dưới loài cremoris vá Leuconostoc citrovorum Các

sản phẩm trao đổi chất của lên men sẽ làm cho sữa

bơ và các sản phẩm sữa lên men khác có kiến trúc

vá hương thơm đặc trưng

Sự sản xuất yagua sử dửng các gióng khởi động

streptococcus thermophilus vá Lactobacillus

bulgaricus Sữa đã được khử trùng Pasteur, sữa đặc,

chất lầm ngót vá các thành phấn khác được trộn tới

một đô đậm đặc đổng nhất, sau đó bổ sung giống

khởi đòng Hỗn hợp được lên men ờ 43°c va sau đó

được làm nguôi để dừng hoat động của vi sinh vật

Chát tạo vị được thêm vào trước khi đóng gói

baling hay and grasses and then wrappmg the bale

in plastic to allow fermentation to occur

Fermented meat products

Unless dried, cured, smoked, or íermented in some way, meat has a tendency to spoil rapidly The combinalion of fermentation and drying or smoking has been used for centuries to preserve meats particularly pork and beef Dry sausages such as salami and pepperoni are made by grinding certain meats, mixing in various spices and starter cultures

allovving the mixture to íerment in the cold, and then stuffing Ít into casings Headcheese isn't cheese át all, bút rather pork pickled in brine and spices and stuffed into casings Fermented fish - common in Asian countries - are prepared by grindmg fish in brine Naturally occurring microbes feiment the mixlure The solids are removed and pressed lo tom

a fish paste, while the liquid portion is drained off and mixed with Aavoring agents to form fish sauce

Fermented dairy products

Milk fermentation relies, for the most part, ôn the activities of lactic acid bacteria Milk in an udder is sterile, bút because milking introduces many microorganisms, nót all of which are desirable, raw milk is pasteurized betore Ít is packaged or used in the production of termented dairy products

Buttermilk is made tròm skim milk (milk tròm which fat has been removed) by adding a starter

culture of Lactococcus lactis subspecies cremoris and Leuconostoc citrovorum The metabolic

products of fermentation give buttermilk and other íermented milk products their characteristic textures and aromas

Yogurt production utilizes starter cultures of

streptococcus thermophiluss anđ Lactobacillus bulgaricus Pasteurized milk, milk solids

sweeteners, and other ingredients are mixed to a uniform consistency, and then the starter culture IS added The mix is fermented át 43°c and then cooled to stop microbial activity Flavors are added priortopackaging

https://tieulun.hopto.org

Giáo trình vi sinh vật học • Lý thuyết và bài lập giải sin 245

Phomat đươc phân loại thánh phomat chín và

phomat không chín; ngoài ra phomat chín có thể là

phomat rắn hoặc mém, dịu hoặc gắt Tuy nhiên bất

kể sản phẩm cuối cùng là gi, quá trinh chế tạo

phomat đêu đi từ sữa dã khử trúng Pasteur Các

proteín có trong sữa được lâm đông bằng các ống

giống Lactococcus lactis để tạo thành các cửc đông

và dịch đường sữa Đối với các loại phomat không

chín như phomat đống què người ta sẽ lấy cửc đông

ra, cắt thành từng mảnh và đóng gói Trong cách

làm khác, quá trinh tạo cửc dông có thể được tăng

nhanh nhờ việc bố sung enzim rennin

Các loại phomat chín dược tạo ra từ cửc sữa

đóng đã được ép để loại nước Phomat cứng như

Parmesan và cheddar, được ép sao cho chỉ còn lại ít

nước, trong khi mót số loại phomat mém như

Camembert, cắn giữ đủ độ ẩm để cho chúng có thể

nở ra Một khi đươc ép các chủng vi khuẩn mới sẽ

dược bố sung và phomat sẽ được làm chín (thành

thửc) trong nhiêu thảng hoặc nhiêu năm trong khi

hoạt dõng của vi sinh vật vẫn tiếp tửc diễn ra nhằm

tạo cho phomat các đặc tinh vé mùi và vị đặc trưng

Một loại phomat càng được làm chín làu thì càng có

nhiêu axit lactic được tạo thành và vị càng gắt Với

các loại phomat được làm chín nhờ tác dửng của

nấm móc như phomat Roquefort hoặc "phomat màu

lam" thi nấm được đưa vào thay cho vi khuẩn

Các sản phẩm lẽn men rượu

Lên men rượu là quá trinh mà nhờ đó các loài vi

sinh vật khác nhau chuyến hóa các đường đơn như

glucoza thành rượu (etanol) và đioxit cacbon (C02)

Hai sản phẩm lẽn men này có tấm quan trọng khác

nhau đối với các loại thực phẩm và đồ uống khác

nhau Giống như trong trường hợp sàn xuất các sản

phẩm sữa lẽn men, các giống khởi động đặc biệt

đã được sử dửng trong lên men rượu thương mại quy

mồ lớn Trong các phấn tiếp theo, chúng ta sẽ xem

xét vai trò của lên men trong sự sản xuất rượu vang

vá rượu mạnh, bia, dấm và bánh mì

Rượu vang và rượu mạnh

Trong sản xuất rượu vang, Saccharomyces

cerevisiae thường được sử dửng để lẽn men dường

trong dịch quả thành rượu Các điếu kiện thời tiết và

thành phần của đất ảnh hưởng đến hâm lượng

đường trong quả, hám lượng đường lại ảnh hường

nhiêu tới chất lượng của rượu vang Nói chúng, việc

sàn xuất rượu vang được tiến hành như sau :

Cheeses are classiíied as unripened or ripened;

íurthermore, ripened cheeses can be hard or sott, and mild or sharp Regardless oi the end product

hovvever, the cheese-makingprocess always begms with pasteurized milk Proteins in mílk are

coagulated by cultures oi Lactococcus lactis to form curds (solids) and whey (liquids) For unripened

cheeses such as cottage cheese, the curd is removed, cút into small pieces, and packaged

Alternatively, the curdling process can be

accelerated by the addition of the enzyme rennin

Ripened cheeses are made from milk curds thát have been pressed to remove water Hard cheeses,

such as Parmesan and cheddar, are pressed such thát little water remains, while some soft cheeses, such as Camembert, retain enough moisture to make thèm spreadable Once pressed, new mi-crobial cultures are added and the cheese is ripened (aged) for months to years vvhile continued microbial activity imparts lo the cheeses their characteristic smells and tastes The longer a cheese is ripened, the more lactic acid is produced, and the sharper the taste For "mold-ripened" cheeses such as Roquetort

or "blue cheese", fungi are added instead ũf bacteria

Products of alcoholic termentation Alcoholic fermentation is the process by which various species of microorganisms convert simple sugars such as glucose into alcohol (ethanol) and carbon dioxide (C02) These two products of íermentation take ôn ditĩerent importance for different foods and beverages As is the case for the production of fermented dairy products, spectíic starter cultures are used in the large-scale commercial applications of alcohol íermentation In the next subsections, we consider the role of íermentation in the production of wine and spirits, beer, vinegar, and bread

Wine and spirits

In the production of wine, Saccharomyces cerevisiae is commonly used to íerment sugar in fruit

juice to alcohol VVeather conditions and soil composition affect the sugar content of fruit, which in tùm greatly affects the quality of the wine Generally, wine production proceeds as fotlows:

https://tieulun.hopto.org

246 Chương chín - VI sinh tật học mực phẩm ế củng nga Ép

Figure 34 Sơ đó một hệ thống sản xuất dám ăn (Diagram of a vinegar generator)

[From Madigan, Michael T, Martinko John Mand ParkerJack, 2002

Brock Biology of Microorganism, Ninth Edition, Prentice Hall]

• Chuẩn bị dịch ép Các nhà sản xuất rượu vang • Preparation of must Wine makers caish the fruil

nghiền quả và loại thân để thu được dộch ép (các and remove the stems to fomn must (truit solids and

chất rắn và dịch của quả) Họ sản xuất rượu vang đỏ juices) They make red wines tròm the entire must of

từ toàn bộ dịch ép của các loại nho có màu tối, trong dark grapes, whereas white wines are made using

khi rượu vang trắng được sản xuất bằng cách chỉ sử only the juice of either dark or light grapes

dửng dịch quả của các loại nho trắng hoặc tối

• Lẽn men Một lớp màng mỏng vi khuẩn vá nấm • Fermentation A thin dim of bacteria and yeast

men bao phủ tự nhiên trên các quả nho và các loại naturally covers grapes and other fruit, and in some

quả khác, và trong mót số xưởng làm rượu vang các vvineries these microbes produce the wine

vi sinh vật này sẽ sản sinh ra rượu vang Tuy nhiên, However, in most commercial operations, sulíur

trong háu hết các hoạt động thương mại, đioxit lưu dioxiđe (S02) is added to retard bacterial growtti,

huỳnh (S02) được thêm vào dể ngăn chặn sự sinh and then starter cultures of yeast are added to

trưởng của vi khuẩn và sau đó các giống khởi động ensure thát wine of a consistent quality is generated

của nam men sẽ được bổ sung vào để đàm bảo tạo tròm year to year

ra được loại rượu vang có chất lượng ổn định từ năm

này sang năm khác

• Sự làm trong Các chất rắn được loại bằng cách • Clarification Solids are removed by either filtration

lọc hoặc để lắng or settling

• Làm chín Rượu vang được làm chín trong những • Aging The wine is aged in vvooden barrels

thùng gỗ Trao đổi chất của nấm men dược tiếp tửc Continued yeast metabolism and the leaching of

và sự thấm của các hợp chất từ gỗ ra sẽ bổ sung compounds tròm the wood add taste and aroma to

hương và vị cho rượu vang thewine

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh ví sinh vài học - Lý thuyết tà Mi lập giải sản 247

• Đóng chai Rượu vang sau đó được đóng chai và

được phân phổi

Vang khô là các loại rượu vang má ở dó toan bộ

dường đã được cho lên men trong khi các loại rượu

vang ngọt và rượu vang dùng để tráng miệng thi vẫn

giữ lại một chút đường

Háu hết các loại rượu vang để uống đêu có hàm

lượng còn cuối cùng khoảng từ 10-12%, song các

loại rượu mạnh chưng cất (sẽ thảo luận ngay sau

đây) cũng được thêm váo để làm tăng hàm lượng

còn ở các loại rượu vang "mạnh" tới khoảng 20%

Sâm banh được sản xuất bằng cách bổ sung thêm

đường và thêm mót lấn lèn men thứ hai nhằm sản

xuất ra C02 ở bên trong chai

Rượu mạnh chưng cất dược sản xuất trong một

quả trinh giống như sản xuất rượu vang ỏ chỗ

Saccharomyces sẽ lẽn men dịch quả, ngũ cóc hay

rau Sự khác biệt nằm ở chỗ, trong quá trinh chín,

cồn được cô đặc bằng cách chưng cắt Trong quá

trinh này, dịch lỏng được đun nóng trong chân

không để loại nước Kết quà cuối cùng là sự tăng

hàm lượng cồn (rượu mạnh chưng cất loại 100 độ

cất chuẩn tương đương với nóng dọ 50% cồn) Các

rượu mạnh được sản xuất từ dịch quà, whisky được

íâm từ hạt ngũ cóc, cỏn vodka thi có nguồn gốc từ

khoai tây

Bia và sake được làm từ đại mạch theo các bước

sau đày:

• Tạo mắm mạch Đại mạch được làm ẩm và

cho nảy mắm, một quá trinh sẽ sản sinh ra các

enzim phân giải, các enzim này sẽ chuyển hóa tinh

bột thành đường, trước hết là maltoia Việc sấy khô

sẽ làm dừng sự nảy mầm, và lúa mạch sẽ được

nghiền để sản xuất ra mạch nha

• Đường hóa Mạch nha vá các nguyên liệu bổ

sung (như tinh bột, đường, gạo, lúa miến hoặc ngó)

được hóa với nước ấm, từ đó cho phép các enzim

dã tiết ra trong quá trình tạo mầm mạch sinh ra

nhiều đường hơn Các nguyên liệu bổ sung được

dùng làm nguồn bổ sung hidratcacbon làm cơ chất

chocácenzim

• Sự chuẩn bị cho lên men Các hạt đã được

phân huy sẽ bị loại khỏi địch đường, và huplon

-phán mang hoa đã được làm khô cùa cây leo - như

cây huplon - sẽ được bổ sung Hỗn hợp dược đun

sôi nhằm làm bất hoạt hoạt tính enám, chiết vị đáng

từ huplon, giết hầu hết vi sinh vật và cô đặc dịch

đường hóa • Lẽn men Giống khởi đổng Saccharomyces

• Bottling The wine is then bottled and distributed Dry vvines are those in which all the sugar has been allowed to terment, whereas sweet or dessert

wines retain some sugar

Most table wines have a final alcohol content of 10—12%, bút distilled spirits (discussed next) are

added to increase the alcohol content of so-called fortified wines to about 20%, Champagne is produced by the addition of sugar and a second íermentation thát produces CO; inside the bottle

Distilled spirits are made in a process similar to

wine-making in thát Saccharomyces ferments íruits,

grains, or vegetables The difference is thát during the aging process, the alcohol is concentrated by distillation In this process, the liquid is heated under

a vacuum to drive off water The nét result is an increase in the alcohol content (100 proof spirits have the equivalent content of 50% alcohol)

Brandies are made tròm truit ịuices, whiskeys are made from cereal grains, and vodka comes from potatoes

Beer and Sake beer is made tròm barley in the following steps:

• Malting Barley is moistened and germinated, a process thát produces catabolic enzymes, which

convert starch into sugars, primarily maltose Drying

halts germination, and the bariey is crushed to

produce malt

• Mashing Malt and aơộuncts (such as starch,

sugar, rice, sorghum, or com) are combined with warm water, allovving the enzymes released during maiting to generate more sugars Adjuncts serve as additional sources of carbohydrate for the enzymes

to cataboize

• Preparation for fermentalion The spent grain is

re-moved from the sugary liquid Ịwort), and hops—the

dried flower-bearing parts of the vine—like hops plant— are added The mixture is boiled to halt enzymatic activity, extract davors from the hops kin most microorganisms, and concentrate the wort

• Fermentation A starter culture of Saccharomyces

https://tieulun.hopto.org

248 Chuông chín • ¥1 sinh vật học thực phẩm ẳ cồng nghiệt

được cấy vào dịch đường hóa Hấu hết các loại bia

đêu được sản xuất bằng chủng nấm men lên men

"dày" s carlsbergensis Bia Ales được sàn xuất

băng chủng nấm men lẽn men nổi s cerevisiae

(được gọi như vậy vi nấm men nổi trên bé mặt thung

lẽn men)

• Làm chín Bia được làm chín, khử trùng

Pasteur hoặc lọc và đóng chai hoặc đóng hộp Bia

có nóng đó cồn (khoảng 4%) khá thấp so với rượu

vang va rượu cát

Sake (còn gọi là rượu gạo) đúng hơn là bia gạo

vi rằng tinh bót trong gạo đã chín lúc đáu được

chuyển thành đường (nhở nấm mốc Aspergillus

oryzae) rối sau đố đường được lên men nhở

Saccharomyces Sake có mót hám lượng đường vào

khoảng 14%

Dấm Dấm được sản xuất khi rượu sinh ra từ quá

trinh lẽn men quả, ngũ cốc, hoặc rau được oxi hóa

tiếp tửc thành axit axetic Sự chuyển hóa trao đổi

chát bậc hai này được tiến hành bởi các vi khuẩn

sinh axit axetic như Acetobacter hoặc

Gluconobacter, và tạo ra khoảng 4% axit axetic

Hương vị khác nhau của dâm bất nguồn từ các

nguyên liệu khởi đấu khác nhau Dâm rượu táo,

làm tăng hương thơm, vị và khả nàng bảo quản thi

các phản ứng khác lại không Sự hư hỏng thực

phẩm không chỉ dẫn đến những tổn thất vé kinh tế,

nó còn có tiêm năng gãy bệnh và thậm chi gây tử

vong Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu các

nguyên nhãn của sự hư hòng thực phẩm trước khi

xem xét cách phòng ngừa nó

Các nguyên nhắn cùa sự hư hỏng thực phẩm

Thực phẩm có thể bị hỏng - tức là, bị ảnh hưởng

xấu vé dinh dưỡng và vẻ ngoài - do các đặc điểm

vốn có của bản thân thực phẩm Các yểu tố bên

trong này bao gồm các tính chất như hàm lượng

chất dinh dưỡng, hoạt đõ nước, pH, các câu trúc vật

lý của thực phim cũng như hoạt động cạnh tranh

của cấc quán thể vi sinh vật Mặt khác, sự hư hỏng

thực phẩm có thể là kết quả của các yểu tố bẽn

ngoài không có liên quản gi đến bản thân thực phẩm

má chỉ liên quan tới phương pháp nó được chế biến

hoặc được quản lý

is added to the wort Most beers are made with the

so-called bottom-íermenting yeast s carlsbergensis

(karlsberg-en sis) Ales are produced with the

top-termenting yeast s cerevisvte (so-called because

the yeast Aoats in the vát)

• Aging The beer is aged, pasteurized or (iltered and bottled or canned Beer has a considerably

lower alcohol content (about 4%) than either wine ÓT distilled spirits

Sake (so-caíled rice wine) is more correctly "nce beer" because the starch in cooked rice is fìrst

converted to sugar (by the fungus Aspergillus oryzae) and then the sugar is íermented by Saccharomyces Sake has ăn alcohol content of

about14%

Vinegar Vinegar is produced when the ethanol resulting tròm the termentation of a fruit, grain, or vegetable is íurlher oxidized to acetic acid This secondary metabolic conversion is pertormed by

acetic acid bacterìa such as Acelobacler or Gluconobacter, and generates roughly 4% acetic

acid Different ílavors of vinegar are derived tròm different starting materials Cider vinegar, for example, is made from apples

The causes and prevention of food spoilage VVhereas many chemical reactions involving food are desirable because they enhance taste

aroma, or preservation, other reactions are nót

Spoilage of food leads nót only to economic loss, bút potentially to illness and even death In this section we examine the causes of food spoilage beíore considering ways to prevent Ít

Causes oííood spoilage

Foods may spoil - thát is, be adversely affected

in nutrition or appearance - because oi inherent

properties of the food itself Such intrinsic factors

include qualities such as nutrient content, water activity, pH, and physical structure of the food, as well as the competitive activities of microbial popuíations Alternatively, food spoilage may be the

result of extrinsic íactors thát have nothing to do with

the food itselí, bút instead with the way ít is processed or handled

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vệt học - Lý thuyết và hài lập giải sẵn 249

Các yếu tố bên trong trong sự hư hỏng thực phẩm Intrínsic tactors in food spoilage

Thành phân dinh dưỡng của thực phẩm xác định The nutritional cornposiilon of food determines

cả kiểu vi sinh vật có mặt lẫn khả năng chúng có both the types oi microbes present and whether they sinh trưởng được hay không; chẳng hạn, các loại will grow, for example, high-starch foods tend to

thực phẩm có hàm lượng tinh bột cao sẽ có xu thế suppórt a different group of microbes than do

high-hỗ trợ một nhóm các vi sinh vát khác nhau hơn là protein foods Some foods contain natural loại thực phẩm có hàm lượng protein cao Một số bial agents, such as the benzoic acid in cranberries, thực phàm chứa các tác nhân kháng vi sinh vật tự and thus are nót prone to spoilage In contrast,

antimicro-nhiên như axit benzoic trong cây quất, và do vậy ỉortiíied foods - those enriched in vitamins and không dễ bị lâm hư hỏng Ngược lại, các loại thực minerals to improve the health of humans - may phẩm mạnh - tức lá các loại thực phẩm giàu vitamin also, inadvertently, íacilitate growth of mi-

và muối khoáng có thể tăng cường sức khỏe cho croorganisms by providing more nutrients

con người - thì vồ tinh cũng cò thể kích thích sự sinh

trường của vi sinh vặt qua việc cung cấp nhiêu chất

dinh dưỡng hơn

Hoạt độ nước là nước không bị liên kết với các

chất hòa tan hoặc với bé mặt vạ do vậy có thể được

cung cấp cho vi sinh vật Hoạt đồ nước của nước tinh

khiết được Cũi là 1,0, và hấu hết các vi sinh vật đều

đòi hỏi các môi trường có hoạt độ nước ít nhất là 0,9

Thực phẩm ẩm có hoạt độ nước khoảng 0,9 như thịt

tươi, sẽ trợ giúp sự sinh trưởng của vi sinh vật trong

khi các thực phẩm khô có hoạt độ nước gần 0 (chẳng

hạn, như mi sợi chưa chín) không hỗ trợ sự sinh

trưởng của vi sinh vật Hoạt độ nước của thực phẩm

có thể bị hạ thấp nhờ sấy khô hoặc thèm muối hoặc

đường Như vậy mặc dù mứt trông rất ẩm nhưng hàm

lượng đường của nó lại rất cao, và hoạt độ nước của

nó lại quá thấp để hỗ trợ sự sinh trưởng mạnh của vi

sinh vật

pH của thực phẩm có thể mang đặc tính hóa học

bên trong của thực phẩm, như trong trường hợp của

quả chanh, hoặc lá kết quả của lẽn men như là trong

trường hợp dưa chuột muối Trong cả hai trường hợp,

pH dưới 5 thường kém hỗ trợ sự sinh trưởng của vi

sinh vật trừ một số nấm móc hoặc các vi khuân lactic

pH gần trung tinh (7,0) hỗ trợ một phạm vi rộng sinh

trỵậng của vi sinh vật Vì rằng pH của háu hét thực

phẩm nằm gán trung tính nên pH nói chung không

ngăn cản các vi sinh vật làm hỏng thực phẩm

Cấu trúc vật lý là một yếu tó bén trong dễ thấy

Vỏ cây hoặc vỏ dày bảo vệ một cách tự nhiên nhiều

loại quả và rau, cũng như trứng có vò Những lớp bao

phủ này khô và nghèo chất dinh dưỡng, và do vậy hỗ

trợ yếu sự sinh trưởng của vi sinh vật Tuy nhiên, nếu

lớp vỏ ngoai bị vỡ hoặc cắt thi vi sinh vật cố thể xâm

nhập vào các vùng bẽn trong ẩm ướt và lâm thói thực

phẩm Ngoài ra, độ ẩm còn lại trên vỏ da có thể tạo

Water activity refers to water thát is nót bound by solutes or to suríaces and is thus available to microbes The water activity of pure water is sét át 1.0, and most microbes require environments with a water activity of át least 0.90 Moist foods with water activities near 0.90, such as íresh meat, support microbial grovvth, vvhereas dry íoods with water actìvities near zero (for example, uncooked pasta) do nót support microbial growth The water activity of íoods can be reduced either by drying or by adding salts or sugars Thus even though jam looks moist, its sugar content is very high, and its vvater activity is tao low to support muctì microbial growth The pH of food can either be an intrinsic chemical property of the food, as in the case of citrus fruit, or the result of termentation, as with pickles In either case, a pH below 5.0 typically supports little microbial growth except by a few molds or lactic acid bacteria A pH closer to neutral (7.0) supports a wider range of microbial growth Since the pH of most foods

is close to neutral, pH is generally nót a deterrent to spoilage microorganisms

Physical structure is a visible intrinsic íactor Rinds or thick skins naturally protect many fruits and vegetables, and eggs have shells These coverings are dry and nutritionally poor, and thus they support little microbial grovvth lí the outer covering is broken

or cút, hovrever, microbes can reach the moist intenor

of the food and cause Ít to rót Additionally, moisture left ôn the rind or skin can create conditions thát

https://tieulun.hopto.org

250 Chương chín • ¥1 sinh vật học mửc phẩm ế câng BgMệp

nên các điêu kiện trợ giúp sinh trưởng của nấm mốc

và vi khuân Thịt băm viên trợ giúp sự sinh trưởng của

vi sinh vật và do vậy bị hỏng nhanh hơn so với các

miếng thịt rán nguyên vẹn, vỉ sự nghiên tạo nên các

túi khi và làm tăng bế mặt có thể chứa chấp các vi

sinh vật ở các miếng thịt không bị cắt nhỏ, thể tích

lớn của thịt lá kị khí và không được tiếp xúc với vi sinh

vật

ở một mức độ nào đó, sự cạnh tranh của vi sinh

vật cũng có thể là một yếu tố bên trong trong sự hư

hỏng thực phẩm, đặc biệt là ở các thực phẩm lèn

men Các thực phẩm lên men được định cư bởi một

số lượng lớn các vi khuẩn lên men và ít các lác nhãn

gây bệnh vi rằng các tác nhãn gãy bệnh không sinh

trưởng nhanh trong môi trưởng do lên men tạo ra

Hơn nữa, các tác nhãn gây bệnh đối hỏi hàm lượng

chất dinh dưỡng cao ở cơ thể con người nói chung sẽ

không thể sinh trưởng trên các thực phẩm "dinh

dưỡng thấp"

Các yếu tố bên ngoài trong sự hư hỏng thực phẩm

Các yếu tố bên ngoài bao gồm cách thức chế

biến, quản lý và bảo quản thực phẩm cũng quyết định

sự hư hỏng thực phẩm Vi sinh vật xâm nhập vào

thực phẩm theo nhiêu con đường khác nhau; một số

được đưa vào mốt cách võ tinh khi thu hoạch chúng

từ đất hoặc từ nước bị nhiễm bẩn; còn những loại

khác được đưa vào trong quá trinh chế biến thực

phẩm thương mại Các vectơ cơ học như ruồi cũng có

thể mang vi sinh vật từ thức ăn của chúng đến thực

phẩm Tuy nhiên, hầu hết các vi sinh vặt lây nhiễm

dẫn tới hư hỏng đêu có thể được lần ra từ những thao

tác không hợp lý của người tiêu thử Các phương

pháp ngăn ngừa sự xâm nhập của vi sinh vật vào

thực phẩm hoặc hạn chế sự sinh trưởng của chúng

sẽ được trinh bày ngay sau đây

Phàn loại thực phẩm theo tiềm năng bộ hư hỏng

Thực phẩm có thể được chia thành ba nhóm lớn

dựa trẽn khả năng bị hư hỏng của chúng Các thực

phẩm dể thối nhất như sữa bị hỏng tương đói nhanh

(trong vài ngày) Thực phẩm dẻ thối có khuynh hướng

giàu chất dinh dưỡng, ấm, không được bảo vệ bởi vỏ

và các lớp bao bên ngoài và cán phải dược giữ lạnh

Các thực phẩm bán-dễ thối như nước sốt cà chua, có

thể được bảo quản ở trong những hộp kín hàng tháng

mà không bị hỏng chừng nào chúng chưa được mở

ra Tuy nhiên, mót khi đã mở ra, chúng có thể bị hỏng

trong vòng vài tuấn Nhiêu loại thực phẩm lên men

thuôc loại bán-dế thối Các thực phẩm không dễ thói

support mold and bacterial growtti Ground hamburger supports microbial growth, and thus spcnls faster, than whole steaks or roasts, because grinding creates air pockets and more surfaces thai can harbor microbes In uncut meats, the largest volume

of the meat is anaerobic and nót exposed to microorganisms

To some extent, microbial competition can also

be an intrinsic factor in food spoilage, espedally in termented foods Fermented foods are populated with large numbers of fermentative bacteria bút few pathogens, because the latter đo nót readily grow in the environment produced by termentation

Furthermore, pathogens thát require the rích nutrient levels found in the human body are nót typically capable of growing ôn "lower nutrient" foods Extrinsic tactors in íooơ spoilage

Extrinsic tactors including how food is processed, handled, and stored, also govern food spoilage

Microorganisms enter food in a variety of ways; some are introduced accidentally during harvesting tron) soil or contamined vvater; and others are introduced during commercial food processing Mechanical vectors such as flies can also deposit microbes tròm their feet onto food Most microbial contaminants leading to spoilage, however, can be traced to improper handling by consumers Methods to prevent the introduction of microbes into food, or to limit their growth, will be presented shortly

Classiíying ìoods in terms oi potentìal for spoilage

Foods can be grouped into three broad categories based ôn their likelihood of spoilage HigNy

perishable foođs, such as milk, spoil relatively quickly

(within days) Perishable foods tend to be nutrient rích, moist, and unprotected by rinds or coverings,

and need to be kept COM Semi-períshable foods,

such as tomato sauce, can be stored in sealed containers for months vvithout spoiling so long as ttiey are nót opened Once opened, however, they may spoil vvithin several weeks Many termented foods are

semi-perishable Nonperishable foods are usually dry

toods, such as pasta or uncookeđ rice, or canned

https://tieulun.hopto.org

Giao trình vi sinh vài học - Lý thuyết va bài tập giải sin 251

thường là những loại thực phẩm khô, như lá mi sợi

hoặc gạo hoặc các thực phàm đóng hóp có thể được

dự trữ gán như vĩnh viển ma không bị hư hỏng Thông

thường, các thực phẩm không dẻ thổi lá các chất

nghèo dinh dưỡng, khô, lên men hoặc được bảo

quản

Ngăn ngừa sự hư hỏng thực phẩm

Việc hư hỏng thực phẩm có thể xảy ra khi sản

xuất, chế biến, đóng gói hoác xử lý Sự hư hỏng có

thể dẫn đến những tồn thất nặng né vế kinh tế đặc

biệt lá đói với những người sản xuất - như mất sẩn

lượng, mất trắng và thậm chí mất việc do phải đóng

cửa các thiết bị chế biến thực phẩm không an toàn

-nhưng cũng cà đối với những người tiêu thử dưới

dạng những phí tổn vé y tế và mất thời gian lao động

Các phương pháp chế biến thực phẩm

Đóng hộp còng nghiệp là phương pháp đóng gói

thực phàm chủ yếu đối với các thực phẩm đóng hộp

Sau khi thực phẩm được chuẩn bị bằng cách rửa,

phân loại và chế biến, nó sẽ được đóng gói vào các

lon hoặc các lọ và xử lý bằng nhiệt (115°C) dưới áp

suất cao trong một thời gian nhất định tuy thuộc vào

loại thực phẩm Sau đó nó được làm nguội nhanh

Nhiệt sẽ giết chết thể dinh dưỡng của các vi khuẩn ưa

ấm và phá huy nội bào tử do Badllus và Clostridium

tạo thành Mặc dù việc đóng hộp sẽ loại bỏ hầu hết

các vi sinh vặt lây nhiêm, song nó không tiệt trùng

thực phẩm; các vi sinh vật siêu ưa nhiệt vẫn tồn tại,

nhưng vi rằng chúng không thể sinh trưởng ở nhiệt độ

phóng cho nên chúng không gãy đe dọa

Sự đóng hộp thường là một phương tiện bào quản

rất hiệu quả Tuy nhiên, sự hư hỏng có thể xảy ra nếu

thực phẩm được chế biến tồi hoặc nếu các vi sinh vật

ưa âm nhiễm hộp trong lúc lầm nguội hoặc sau đó

Hai loại vi sinh vật lây nhiễm thường gặp nhất trong

các thực phẩm đóng hộp lá Clostridium spp và các

coliíorm, các vi sinh vật kị khí sinh trưởng tốt trong

các thực phẩm có nồng độ axit thấp Việc lây nhiễm

với các nội bào tử bén nhiệt của Clostridium là một

vấn đè đáng quan tâm dặc biệt vi nếu các hộp và lọ

không được xử lý bằng nhiệt một cách đầy đủ thi các

nội bào tử sẽ nảy mắm, sinh trưởng và giải phóng độc

tố bên trong các hộp

Khử trùng Pasteur là biện pháp ít nghiêm ngặt

hơn so với dóng hộp và thường được sử dửng chủ

yếu đối với bia, rượu vang và các sản phẩm sữa vi

rằncỊ nó không phá huy hương thơm của các loại thực

phàm dể hóng này Việc làm nóng thực phẩm không

goods thát can be stored almost indeíinitely vvithout spoiling Nonperishable foods are typically either nutritionally poor, dried íermented or preserved

Prevention oííooò spoilage

Food spoilage can occur during production, processing, packaging, or handling Spóilage can result in signiticant economic losses, especially to producers - in the form of lost productivity, food recalls, and even the loss of jobs resulting from the shutdovvn of unsaíe food processing íacilities - bút also to consumers in the form of medical expenses and time lost from work

Food processing methods Industrial canning is a major food packaging

methodology for preserving foods After food is prepared by washing, sorting, and processing, Ít is then packaged into cans or jars and subjected to high heat (115°C) under pressure for a given amount ũf time, depending ôn the food This is followed by rapid cooling The heat kills vegetative mesophilic bacteria

and destroys endospores formed by Badllus and Clostridium Although canning results in the elimina-

tion of most contaminating microorganisms, Ít does nót sterilize food; hyperthermophic microbes remain, bút because they cannot grow át room temperature, they đo nót pose a threat

Canning is usually a very effective means of preservation Spoilage, hovvever, can occur if the

food is under-processed, or if mesophilic microbes contaminate the can during cooling or thereaíter The two most frequent contaminants íound in canned

goods are Clostridium spp and coliforms, anaerobic

organisms thát grow well in low-acid íoods

Contamination with the resistant endospores of

Clostridium is especially problematic because if the

cans or jars are nót heated sufficiently, the endospores germinate, grow and release toxins inside the container

Pasieurừation is less rigorous than canning and is

typically used primarily with beer, wine, and dairy products because Ít does nót degrade the ílavor ũf these more delicate foods By heating foods only enough to kin mesophilic, nonendospore-íorming https://tieulun.hopto.org

252 Chương chín • VI sinh vại học thúc phẩm Ị cống nghiệt

chì giết chết các vi sinh vật ưa ấm, không hình thành

bào tử (bao gồm háu hết các tác nhãn gây bệnh) khử

trùng Pasteur còn hạ thấp sổ lượng VI sinh vật tổng

số nhưng do một số vi sinh vật vẫn sống sót cho nên

các thực phẩm được khử trùng Pasteur có khuynh

hướng bị hư hỏng khi không được giữ trong tủ lạnh

Vỉ rằng độ ẩm là điêu kiện thiết yếu đối với sinh

trường vi sinh vật, cho nên sự làm khô (sấy khô) là

một kỹ thuật bảo quàn thực phẩm tuyệt tác Sây khỏ

làm giảm đáng kể, nếu không phải là loại bỏ, sự sinh

trưởng của vi sinh vặt nhưng nó không giết chết nội

bào tử của vi khuẩn Mặc dù sấy khô bằng cách để

thực phẩm dưới ánh mặt trời vẫn được sử dửng dối

với một số loại quả, song ngày nay háu hết các loại

thực phẩm làm khó bấn trẽn thị trường đêu dược chế

biên trong các lò hoặc các trống được đốt nóng có

khả năng làm bốc hơi nước cùa thực phẩm

Đông khô hay đông lạnh bao gồm việc làm đông

lạnh thực phẩm, sau đó sử dửng mót thiết bị chân

không để rút các tinh thể băng Thực phẩm được

đông khô như súp hoặc nước chấm có thể phửc hồi

lại bằng cách trộn với nước

Các tia gamma, được sinh ra chủ yếu bởi chất

đồng vị phóng xạ coban-60, có thể xâm nhập vào hoa

quả, rau, cá và gia cầm để lầm hỏng ADN của vi sinh

vật trong các loại thực phẩm này một cách không

thuận nghịch (và do vậy gây chết) Sự chiếu xạ ion

hóa như vậy lá vấn đê dang còn được tranh cãi vi

rằng một số người tiêu thử cho rằng các thực phẩm

được chiếu xạ sẽ cỏn nhiễm chất phóng xạ, chứa ít

chất dinh dưỡng hơn và còn chứa độc tố Tuy nhiên,

vi có thể dạt được sự tiệt trùng tuyệt dối cho nên nó

vẫn được sử dửng để bảo quản một số loại thực

phẩm như các loại gia vị

Tia tử ngoại không phải lá tia ion hóa vả không

xâm nhập quá sâu Nó dược SỪ dửng để xử lý nước

dùng cho đóng gói và làm nguội dùng trong công

nghiệp đóng hộp và xử lý bé mặt làm việc va các

cống cử trong các nhà máy chế biến thịt cõng nghiệp

Trong phép đóng gói vô trùng, các hộp giấy hoặc

chất dẻo không thể chịu được sự ép của sự đóng hộp

hoặc sự khử trùng Pasteur sẽ dược khử trùng bằng

dung dịch peoxit nóng, tia tử ngoại, hoặc hơi nước

siêu nóng Sau đó một thực phẩm dược chế biến theo

phương pháp thông thường sẽ được bổ sung váo các

bao gói vô trùng, được hàn lại, dán kín lại và không

cán phải xử lý gì thêm Việc sử dụng các chất bảo quàn

microbes (including most pathogens), pasteunzatK)n lowers the overall number of microbes bút because some microbes survive, pasteurized foods lend lo spoil vvithout retrigeration

Because moisture is essential for microtnal growth, desiccation (drying) is an excellent food preservation technique Drying greatly reduces, if nót eliminates, microbial growth, bút Ít does nót kin bacterial endospores Although drying by leavmg foods in the sun is still used for some fruils today most commercially dried foods are processed in ovens or heated drums thát evaporate the water from the foods

Lỵophilization, or ừeeze-drying, involves treeáng

foods and then using a vacuum to draw off the ice crystals Freeze-dried foods such as soups and sauces can be reconstituted by mixing vvith water

Gamma radiation, produced primarily by the isotope cobalt-60, can penetrate truits, vegelables,

fish, and poultry to cabse irreparable (and thus fatal) damage to the DNA of microbes in these foods Such

ionizing irradiation is controversial because some

consumers, believe thát irradiated foods become radioactive, are less nutritious, or contain toxlns

Nevertheless, because Ít can achieve complete sterilization, Ít is used routinely to preserve some foods such as spices

uv light is nót ioniáng and does nót penetrate very far ít is used to treat packing anđ cooling water used in industrial canning and to treat work surtaces and utensils in industrial meat processing plants

In aseptic packaging, paper or plastic containers

thát cannot vvithstand the rigors of canning or pasteurization are sterilized with hót peroxide solutions, uv light, or super-heated steam Then a conventionally processed food is added to the aseptic package, which is sealed without the need toi additional processing

The use of preservatives

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vệt học - Lý thuyết và bài tập giải sẩn 253

Muối hoặc đường là hai chất bảo quản hóa học

đã được loài người sử đửng từ thời cố đại Muối và

đường sẽ rút nước khỏi thực phẩm cũng như khỏi vi

sinh vật; các nống độ cao của muối hoặc đường đêu

giết chết các vi sinh vật có mặt trong quá trinh chế

biến vá lâm chậm sự sinh trường của các vi khuẩn kế

tiếp Thịt hộp và thịt muối là những ví dử vé những

thực phẩm chứa nồng độ muối cao, mứt và thạch là

những ví dử vé các thực phẩm chứa nóng độ đường

cao

Trong khi muối vầ đường tác đông bằng cách loại

nước, các loại chất bảo quản tự nhiên khác như hành,

tỏi, nhiêu loại cỏ, các loại gia vị và dầu ức chế mạnh

các enzim vi sinh vật và phá vỡ màng tế bào chất Tỏi

chứa alixin, một hợp chất kháng vi sinh vật có khả

năng ức chế hoạt động của các enzim Axit berưoic,

dược tạo ra tự nhiên trong quả quất cũng can thiệp

vào chức năng của các enzim Đinh hương, quế,

oregano, và cây húng tây tạo ra các loại tinh dầu có

khả nâng can thiệp vào các chức năng của màng ở vi

sinh vật

Như chúng ta đã thấy, lèn men (dù tự nhiên hay

thương mại) đêu bảo quản một số thực phẩm bằng

cách tạo ra một môi trường axit không thích hợp đối

với sự trú ngử của hấu hết các vi sinh vật Đói với các

thực phẩm khác như thịt, việc sử dửng khói củi trong

quá trinh làm khó sẽ đưa các chất ức chế sinh trưởng

vào giúp bảo quản thực phẩm Các hóa chất có mặt

trong tự nhiên khác và một vài hóa chất tổng hợp có

thể được bổ sung một cách cố ý vào thực phẩm như

lá các chất bảo quản hóa học Các chất bổ sung thực

phẩm dược chấp nhận cán phải vô hại đối với người

tiêu thử và không làm thay đổi vị hoặc vẻ ngoài của

thực phẩm ở mọi mức độ Các axit hữu cơ như axit

benzoic, axit socbic, axit propionic, thường được sử

dửng trong các loại đổ uống, các loại bánh ngọt và

hàng loạt loại thực phẩm khác Các loại khí như dioxit

lưu huỳnh và etilen oxit được sử dửng để bảo quản

các loại quả khò, gia vị vá quả hạch Tất cả các chất

bảo quản này ức chế một hoạt động nào đó của tế

bào vi sinh vật nhằm ngăn ngừa sinh trưởng song

nhiêu trong số chúng thực ra không giết chết vi sinh

vát; nói cách khác, chúng là các chất ức khuẩn chứ

không phải là các chất diệt khuẩn Một số hóa chất

hoạt động chống lại các vi khuẩn tốt hơn chống lại

nấm, và ngược lại Chăng hạn axit bereoic, có hoạt

động kháng nấm mạnh song không có hiệu quả lên

sinh trưởng của nhiêu loài vi khuẩn

Lưu ý về nhiệt độ trong quá trình chế biền và bảo

Sau and sugar are two chemical preservatives known even to ancient humans They draw vvater out

of foods and microbes alike; high concentrations of salt or sugar both kin microbes present during pro-cessing and retard the growth of any subsequent microbial contaminants Ham and bacon are examples of high-salt foods; jams and jellies are examples of high-sugar foods

Whereas salt and sugar act by removing water, other natural preservatives such as onions, garlic, many herbs, spices, and oils actively inhibit microbial enzymes or disrupt cytoplasmic membranes Garlic

contains allicin, an antimicrobial compound thát

inhibits enzyme function Benzoic acid, produced naturally by cranberries, also interteres with enzymatic function Cloves, cinnamon, oregano, and thyme produce oils thát intertere with the membrane íunctions of microorganisms

As we have seen, fermentation (vvhether natural

or commercial) preserves some íoods by producing

an acidic environment thát is inhospitable to most microbes For other foods such as meats, the use of wood smoke during the drying process introduces growth inhibitors thát help preserve the food other naturally occurring chemicals and several synthetic ones can be purposely added to foods as chemical preservatives Acceptable food additives should be hamnless to the consumer and should nót alter the taste or appearance of the food to any great extent

Organic acids such as benzoic acid, sorbic acid, and propionic acid are commonly used in beverages, dressings, baked goods, and a variety of other foods

Gases such as sulíur dioxide and ethylene oxide are used to preserve dried fruit, spices, and nuts AU such chemical preservatives inhibit some function of the microbial cell to prevent growth, bút many do nót ac-tually kin microbes; in other words, they are

germistatic rather than germicidal Some chemicals

work better against bacteria than against fungi, and vice versa Benzoic acid, for example, has a largely antitungal íunction and does nót affect the grovvth of many bacteria

Attention to temperature during processing and

https://tieulun.hopto.org

254 Chương chín • VI sinh vãi học mực phẩm ế cõng nghiệp

quản

Nói chung, nhiệt độ cao là nhiệt độ mong muốn

trong chế biến và chuẩn bị thực phẩm nhằm ngăn

ngừa sự hư hỏng của thực phẩm, trong khi nhiệt độ

thấp lá nhiệt độ mong muốn để dự trữ thực phẩm

Nhiệt độ cao như các nhiệt độ trong khử trùng

Pasteur, đóng hộp hoặc đun sôi sẽ giết chết các tác

nhân gây bệnh tiêm tàng vì rằng các protein vá enzim

sẽ bị biến tính không thuận nghịch (Nhiệt không làm

bất hoạt nhiêu loại độc tố; chang hạn độc tố ngô độc

thịt có thể giữ trong thực phẩm dã đun sôi thậm chí

khi các vi khuẩn sản sinh ra nó đã chét) Khác với sức

nóng, sự làm lạnh ít khi giết chết vi sinh vật mà ngược

lại chì ngăn chặn sự sinh trưởng bằng cách làm chậm

lại sự trao đổi chất của chúng Ngay cả việc làm đổng

lạnh cũng không thể giết chết toán bộ vi sinh vật mà

chì có thể hạ thấp mức lây nhiễm do vi sinh vật, đủ để

làm giảm khả năng ngộ độ thực phẩm sau khi thực

phẩm đông lạnh đã được làm tan

Để ngăn ngừa sự hòng thực phẩm, thực phẩm

phải dược chuẩn bị ờ các nhiệt độ cao và sau dó phải

được bảo quản trong các điếu kiện không thuận lợi

cho sự sinh trưởng của vi sinh vật Việc bao gói và

đặRhúng trong các binh chứa tạo diếu kiện cho thực

phẩm được dự trữ mà không tiếp xúc với không khí

hoặc các tiếp xúc khác dẫn đến [ây nhiễm Thực

phẩm được dự trữ trong điêu kiện lạnh hoặc mậy

dông lạnh sẽ tận dửng cà việc bảo vệ nhờ bao gói lẫn

nhiệt độ ức chế sinh trưởng

Một vi sinh vật mà việc bảo quản lạnh không ức

chế sinh trưởng là trường hợp của Listeria

monocytogenes, tác nhân gây bệnh listeriosis và là

một vi khuẩn thường gặp trong môi trường, thường

sống trong một số sàn phẩm sữa (như các loại

phomat mém) Vi vi khuẩn này sinh trưởng rất tót

trong điêu kiện của tù lạnh cho nén tốt nhất là nên

ngăn ngừa sự xâm nhập của chúng và sự có mặt của

chúng trong thực phẩm khi sản xuất và đóng gói

9.2.3 Các bênh sinh ra từ thửt phẩm

Thực phẩm hư hỏng, nếu ăn phải có thể gây ra

bệnh, nhưng khống phải tất cả các bệnh sinh ra từ

thực phẩm đêu có nguồn gốc từ chính sự hư hỏng

thực phẩm Các bệnh sinh ra từ thực phẩm có thể bắt

nguồn từ sự ăn phải các vi sinh vật có hại hoặc các

sản phẩm của chúng trong thực phẩm

Các bệnh sinh ra từ thực phẩm hoặc sự ngộ độc

thực phẩm có thể được chia làm hai loại: nhiễm trùng

thực phẩm do ăn phải các vi sinh vật sống, và nhiễm

storage

In general, higher temperatures are desirable during food processing and preparation to prevent food spoilage, vvhereas lovver temperalures are desirable for food storage High temperatures such as those during pasteurization, canning, or cooking kin potential pathogens because proteins and enzymes become irreversibly denatured (Heat does noi Inactivate many toxins; for example, botulism toxin may remain in cooked foods even when the bactena thát produced Ít are dead.) Unlike heat, cold rarely kills microbes, bút instead only retards their growth by slowing their metabolism Even treeáng fails to kin au microorganisms and may only lower the level of microbial contamination enough to reduce the likelihood of food poisoning after frozen foods have been thavved To prevent food spoilage, foods should be prepared át sufficiently high temperatures and then stored under conditions thát do nót facilitate miCTObial growth Wrapping lettovers or putting thèm in containers enables íoods to be stored away tròm exposure to air or contact thát could result in contamination storing toods in the cold of a reírigerator or freezer combines the protection of packaging with growth-inhibiting temperatures

One microbe for which cold storage does noi

suppress grovvth is Listería monocytogenes, the

causative agent of listeriosis and a common ronmental bacterium, which is prevalent in certain dairy products (such as soft cheeses) Because this bacterium grows quite well under refrigeration, ít is best to prevent its entry into and presence in foods during production and packaging

envi-Food-borne illnesses Spoiled food, if consumed, can result in illness, bút nót all food-borne illnesses result from actual food spoilage.Food-bome illnesses may also result tròm the consumption of harmful microbes or thãr products in food

Food-borne illnesses, or food poisoning, can be divided into two types: food iníections, caused by the

consumption of living microorganisms, and food

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sính vật học • Lý thuyết và Hài tệp giải sin 255

độc thực phẩm do ăn phải các đốc tố vi sinh vật thay

vi bản thân các vi sinh vặt Dấu hiệu và các triệu

chứng điển hình cùa sự ngộ độc thực phẩm nói chung

lá giống nhau dù nguyên nhân lá gi, và bao gốm buồn

nôn, nõn mửa, tiêu chảy, sốt, mệt, chuột rút Các triệu

chứng xuất hiện trong vòng 2-48 giở sau khi nuổt phải

thức ăn và hậu quả của bệnh có thể kéo dài nhiêu

ngày Hầu hết các vử bùng phát ngộ độc thức ăn đêu

là các vử dịch có cùng nguồn gốc, tức là nguồn thực

phẩm duy nhất chịu trách nhiễm đói với nhiều trưởng

hợp bệnh riêng lẻ

Theo Trung tâm Kiểm soát và Phồng ngừa bệnh

thi khoảng 76 triệu trường hợp ngộ dộc thực phẩm

xảy ra hàng năm Trong số náy khoảng 325 nghìn

người phải vào bệnh viện và 5200 người tử vong Các

tác nhân gáy bệnh đã biết chỉ có liên quan tới 14 triệu

trường hợp Bộ Nóng nghiệp Mỹ tinh rằng chi phí kinh

tế cho ngõ độc thực phẩm - do giảm năng suất, chi

phi y tế và tử vong - nằm váo khoảng 5-10 tỉ đõ la mỗi

năm

Đến nay trên 250 bệnh khác nhau sinh ra từ thực

phẩm đã được mô tả Trong số 10 tác nhân gây bệnh

phổ biến nhạt, trừ nguyên sinh động vật ToxoỊlasma

gondii còn tất cả đêu là các tác nhân vi khuân Một

vài loại nấm {Aspergillus and Penicillium) và vimt

(viêm gan A, các norovirut) cũng gây ra ngộ độc thực

phẩm

9.2.4 Vi sinh vật học cõng nghiệp

Khả năng sử dửng tiếm tàng các vi sinh vật để

sản xuất các hợp chất có giá trị cũng như làm các vật

cảm biến môi trường, và trong sự cải biến di truyền

động thực vật đã lầm cho vi sinh vật công nghiệp trở

thành một trong nhưng tĩnh vực nghiêm cứu quan

trọng hơn trong số các chuyên ngành của khoa học vi

sinh vật học Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ nghiên

cứu việc sử dửng vi sinh vật trong lẽn men cõng

nghiêp, trong sự sản xuất một vài sản phẩm công

nghiệp, trong sự xử lý nước và nước thải, trong việc

loại bó và làm sạch các chất thải sinh học, và trong

việc xử lý các loại nước có nguồn gốc từ khai thác

mồ

Vai trò của các vi sinh vật trong lên men công

nghiệp

Trong công nghiệp, thuật ngữ lên men dược sử

dửng hơi khác so với trong vi sinh vật học thực phẩm

intoxications, caused by the consumption of microbial toxins instead of the microbes themselves Typical signs and symptoms of food poisoning are, generally the same regardless of the cause and include nausea, vomỉting, diarrhea, íever, íatigue, and muscle cramps Symptoms occur vvithin 2 to 48 hours after ingestion, and the effects of the illness can linger for days Most outbreaks of food poisoning are common-source epidemics, meaning thát a single food source

is responsible for many individual cases of illness

According to the Centers for Disease Control and Prevention, roughly 76 million cases of food

poisoning occur each year Of these, about 325,000 people require hospitalization and 5200 die Known pathogens account for only 14 million of the total cases The United states Department of Agriculture estimates the economic cost of food poisoning - due

to loss of productivity medical expenses, and death

-át roughly $5-10 billion per year

More than 250 different food-borne diseases have been described 10 out oi the common causes of food-borne illness, except for the protozoan

Toxoplasma gondii, all are bacterial agents A few fungi (Aspergillus and Penicillium) and viruses

(hepatitis A, noroviruses) also cause food poisoning

Industrial microbiology The potential uses of microorganisms for producing valuable compounds, as environmental sensors, and

in the genetic modification of plants and animals makes industrial microbiology one of the more important íields of study vvithin the microbiological sciences In the subsections thát fol!ow we will examine the use of microbes in industrial fer-mentation, in the production of several industrial products, in the treatment of water and wastewater, in the disposal and cleanup of biological wastes, and in the treatment of mine drainage

The roles of microbes in industrlal fermentations

In industry, the word termentation is used a bít differently than Ít is used in food microbiology Indust-

https://tieulun.hopto.org

256 Chương chín • »1 sinh vài học mực phẩm ế câng nghiệp

Lên men công nghiệp bao gồm sự sinh trường ở quy

mõ lớn của các vi sinh vật nhất định nhâm san xuất

một loại hợp chất có ích nào đó Các amino axit và

vitamin là những ví dử Do quy mó của nó, lên men

công nghiệp dược tiến hành dưới các diêu kiện được

kiếm soát chặt chẽ trong các nổi lẽn men khổng lổ có

thể được nạp vào, thoát ra và khử trùng dẻ dàng Các

nổi lẽn men thường được chế tạo từ thép khổng gì

cho phép chúng có thể được làm sạch và khử trùng

khi dùng nhiệt, hơi nước và các hóa chất trước khi

chuyển sang sử dửng lần sau Nhiệt độ, sự thõng khí,

và pH tất cả đêu được điêu chỉnh để duy tri các điêu

kiện sinh trưởng tối ưu cho vi sinh vật Nói chung các

quá trinh lên men cõng nghiệp được bắt đấu bằng

một mõi trường sinh trưởng rẻ nhất dễ kiếm, thường

là sản phẩm thải từ các quá trinh công nghiệp hoặc

chuẩn bị thực phẩm khác (như dịch đường sữa trong

sản xuất phomat)

Thiết bị lên men công nghiệp được thiết kế sao

cho phù hợp với một hoặc hai kiểu sản xuất tùy thuộc

vào bản chất của sàn phẩm cán tạo ra Trong quá

trinh sản xuất tĩnh các sinh vật được cho lèn men các

cơ chất của chúng cho đến hết và sau đó sản phẩm

cuối cùng được thu hoạch một lẩn Trong sản xuất

dòng liên tục cấc nồi lên men được nạp mới môi

trường một cách liên tửc, trong khi các chất thải và

sản phẩm dược liên tửc loại bò Đổi với loại thiết bị

trinh này, sinh vật phải tiết sản phẩm của chúng ra

môi truờng xung quanh

Các sản phẩm công nghiệp được tạo ra dưới

dạng chất trao đổi bậc một hoặc chát trao đổi bậc hai

nhờ vi sinh vật Các chất trao đổi bậc một như etanol

được tạo ra trong pha sinh trưởng và trao dổi chất

mạnh vi chúng cắn cho sự tạo ra các cơ thể mới hoặc

chúng là các sản phẩm phử của quá trinh trao đổi

chất hoạt động Các chất trao đổi bậc hai như

penixilin được tạo ra sau khi tế bào đã rời pha sinh

trưởng logarit và bước vào pha cân bằng, là thời gian

mà các chất dược tạo ra không trực tiếp cẩn cho sinh

trưởng

Trong chương 8 chúng ta đã nghiên cứu nhiêu kỹ

thuật ADN tái tổ hợp được sử dửng để tạo ra các cớ

thề tái tổ hợp, và một số ứng dửng của chúng Hầu

hết các cơ thể được cải biến vé mặt di truyền được sử

dửng trong công nghiệp đêu đã được thiết kế một

cách đặc biệt đê* tạo ra một sản lượng cao, ổn định

các hóa chất và các phân tử phức tạp mong muốn

hoặc để tiến hành một số chức năng mới Các cơ thể

khác cũng đang được thiết kế để cung cấp các gen

ria/ termentatíons involve the large-scale growtfi of

particular microbes for producing some type of beneíicial compound Examples include amino aòds and vitamins Beoause cf its scale, industrial fermentation is pertormed under highly controlled conditions in huge vats thát can be readily filled, emptied, and sterilized Vats are typically made tròm stainless steel to enabíe thèm to be cleaned and sterilized using heat, steam, or chemicals befcxe being used again Temperature, aeration, and pH are all regulated to maintain optimal microbial growti conditions Generally, industrial termentations start with the cheapest grovvth medium available, often the vvaste product from another industrial or foođ preparation process (such as whey from cheese production) Industrial fermentation equipment is designed lo achieve one of two types of production, depending ôn

the nature of the product being produced In balch production, organisms are allowed to íerment their

substrate until Ít is exhausted, and then the end

product is harvested all át once In continuous fíow production, the vát is continuously fed new medium

while vvastes and product are continuously removed

For this setup to work, the organism must seerete its product into the surrounding medium

Industrial products are produced as either primary

or secondary metabolites by the microorcanisms

Primary metabolites such as ethanol are produced

during active grovvth and metabolism because ttiey are either required for the production of new organisms or are by-products of active metabolism

Secondary metabolites such as penicillin are

produced after cells have left the log phase of growth anđ have entered the stationary phase, during which time the substances produced are nót immediately needed for growth

In Chapter 8 we examined many of the recombinant DNA techniques used for the production

of recombinant microorganisms, and some of their

uses Most genetically modiAed organisms used in industry have been speciíícally designed either to produce a stable, high-yield output of desirable chemicals and complex molecules or to pertorm cer-tain novel tunctions still others are designed to deliver pesticiđes or grovvth-enhancing genes to

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vải học - Lý thuyết lì nai tệp giải sẩn

diệt sâu hại hoặc các gen tăng sinh trưởng dối với

thực vật, các hocmon đối với gia cấm hoặc các gen

chữa bệnh đối với con người

Các sản phẩm công nghiệp của vi sinh vặt

Vi sinh vật, đặc biệt là các vi khuẩn, tạo ra một

lượng vồ kể các loại hóa chất có ích trong công

nghiệp trong các hoạt động trao đổi chất của chúng,

bao gồm các enzim, các chất diêu vi và các chất bổ

sung thực phẩm, các thuốc nhuốm, chất dẻo, vá

nhiên liệu Các co thể tái tổ hợp bổ sung váo tính đa

dạng này bằng cách tạo ra các loại thuốc như insulin

cùa người vốn không được tạo ra bởi các tế bào vi

sinh vật, và các cây trổng được cải biến vế mặt di

truyền, Trong phần sau đây chúng ta sẽ xem xét một

loạt sản phẩm công nghiệp do vi sinh vật tạo ra gồm

các enzim và các sản phẩm cống nghiệp khác, các

loại nhiên liệu thay thế, dược phẩm, chất diệt sâu hại

vá các sàn phẩm nông nghiệp cũng như các bộ cảm

biến sinh học và bộ tường trinh sinh học

Các eraim và các sản phẩm công nghiệp khác

Enzim nằm trong số các sản phẩm quan trọng do

vi sinh vật tạo ra Hầu hết đêu là các enzim tồn tại

trong tự nhiên mà sự sử dửng cõng nghiệp của chúng

dã dược thực hiện Amilaza, được tạo ra bởi

Aspergillus oryzae dược sử dửng để loại các vết bẩn

Pectinaza, nhận được từ các loài Clostridium sẽ giải

phóng các sợi xenluloza nhờ enzim từ cây lanh để

sản xuất vải lanh Các proteaza từ nhiêu loại vi sinh

vật được sử dửng để làm mém keo, thịt và loại các

vết bẩn Các streptokinaza và các hialuronidaza được

sử dửng trong y học để làm tan các cửc máu đông và

lầm tăng khả năng hấp thử dịch tiêm, theo thứ tự Các

công cử enárn của công nghệ ADN tái tổ hợp dược

tạo ra nhờ vi sinh vật và bao gốm các enám giới hạn,

các ligaza, và các polimeraza

Nhiễu sản phẩm được tống hợp một cách tự nhiên

của vi sinh vật dùng cho sinh trưởng của bản thân

chúng có thể có ích cho con người dưới dạng các

chất điêu vị thực phẩm hoặc bổ sung thực phẩm Nói

chung các chất điêu vị thực phẩm cải biến thực phẩm

theo một số cách như màu hoặc vị, trong khi các chất

bổ sung thực phẩm bù đắp những thiếu hửt vé dinh

dưỡng trong một loại thực phẩm hoặc trong một

người tiêu thử Các amino axit và cấc vitamin là hai

san phẩm vi sinh vật quan trọng được sử dửng làm

chất điêu vị và chất bố sung Các vitamin được bổ

sung trực tiếp vào thực phẩm hoặc được bán dưới

257 plants, hormones to livestock, or disease-curing genes to humans

Industrial products of microorganisms Microorganisms, particularly bacteria, produce an incredible array of industrially usetul chemicals during theír metabolic aclivities, including enzymes, food additives and supplements, dyes, plastics, and fuels Recombinant organisms add to this diversity by producing pharmaceuticals such as human insulin thát are nót nonmally manuíactured by microbial celỉs, and genetically modified crops In the subsections thát follow we will consider a variety of industrial products produced by microbes, including enzymes and other industrial products, alternative fuels, pharmaceuticals, pesticides and agricultural products, and biosensors and bioreporters

Emyrnes and other industríal products

Enzymes are among the more important products made by microbes Most are naturally occurring enzymes for which industrial uses have been

devised Amylase, produced by Aspergillus oryzae, is

used as a spot remover Pectinase, obtained from

species of Cbstridium, erưymatically releases

cellulose fibers tròm flax, which are then made into linen Proteases from a variety of microbes are used

as glues, meat tenderizers, and spot removers streptokinases and hyaluronidase are used in medicine to dissolve blood clots and enhance the absorption of injecled Auids, respectively The enzymatic tools of recombinant DNA technology are made by microbes and include restriction enzymes, ligases, and polymerases

Many of the products made naturally by microorganisms for their own growth can be usetul to humans in the form of food additives and food supplements Food additives generally enhance a food in some way, such as color or taste, whereas food supplements make úp for nutritional de-íiciencies, either in a food or in the consumer Amino acids and vitamins are two important microbial products used as additives or supplements Vitamins are added directly to foods or sold as single or muítivitamin tablets Amino acids are either used directly or combined to make new compounds, such

https://tieulun.hopto.org

258 Chuông chín - »1 sinh tắt học múc phẩm ế cam ngtẩậ> dạng các viên riêng rẽ hoặc viên đa vitamin Các

amino axit được sử dửng trực tiếp hoặc kết hợp để

tạo nên các hợp chất mới như aspactam có vị ngọt

hơn (được tạo ra từ các amino axit phenilalanin và

aspactic) Nhiêu axit hữu cơ như axit xitric, axit

gluconic, và axit axetic (dấm) cũng được sử dửng

trong sản xuất thực phẩm, Axit xitric được sử dửng

lảm mọt chất chống oxi hóa trong thực phẩm, trong

khi axit gluconic được sử dửng trong y học tạo diêu

kên dễ dàng trong việc hấp thử canxi

Các nhiên liệu thay thế

Các vi sinh vật quang hợp sử dửng năng lượng có

trong ánh sáng mặt trời để chuyền C02 có trong

không khí thành các hiđratcacbon có thể được sử

dửng như các nhiên liệu Quá trinh này là một trong

những kiểu chuyển hóa sinh học mà ở đó sinh vật

sản sinh ra các nguyên liệu hữu cơ có thể dùng lầm

nhiên liệu Các vi sinh vật khác chuyển hóa sinh khối

(thực vật, cây trổng hoặc chất thải) thành các dạng

nhiên liệu thay thế có thể tái sinh bao gôm etanol,

metan và hiđro

Etanol, được tạo thánh trong quá trinh lên men

rượu và là nhiên liệu thay thế đơn giàn nhất có thể

tổng hợp dược, có thể được trộn với xăng để tạo

thành côn khí, được sử dửng cho các xe hơi dang

thịnh hành Hiện nay, các cây trồng như ngô đã được

lên men thành etanol nhưng trong tương lai, các loại

cây trồng mới có thể được tráng một cách đặc biệt để

sản xuất etanol Việc sản xuất nhiên liệu thay thế

hiệu quả nhất sẽ sử dửng các chất thải của cây trồng,

chẳng hạn thân cây ngô

Khí metan, một nguồn năng lượng có thể tái sinh

khác, có thể dược dẫn qua các ống dẫn khí tự nhiên

để sử dửng cho đun nấu và sưởi ấm Nguồn metan

tiếm năng nhất là từ các cánh đóng, noi các vi khuẩn

sinh metăn chuyển hóa kỵ khi các chất thải thành

metan qua con đường lên men Một số cộng đổng

đã sử dửng metan tử các cánh đồng để sản xuât

năng lượng Metan cũng có thể được sù dửng làm

nhiên liệu cho xe hơi

Mặc dù hiđro được sản xuất bởi một loạt các vi

sinh vật như là một bộ phận trong trao dổi chất binh

thường của chúng và cũng có thể được sản xuất bởi

các vi sinh vật quang hợp nhờ váo hiện tượng phân ly

nước, song không có con đường nào trong các con

đường náy dặc biệt có hiệu quà vé mặt lý thuyết, sự

sản xuất nhiên liệu hiđro bằng cách sử dửng ánh

sáng mặt trời sẽ được ứng dửng rộng rãi và có tinh

as the svveetener aspartame (made tròm the amino acids phenylalanine and aspartic acid) Many organic acids, such as citric acid, gluconic acid and aceíc acid (vinegar) are also used in food manuíactunng Citric acid is used as an antioxidant in foods while gluconic acid is used medically to íadlitate calaum ũptake

Alternative íueĩs

Photosynthetic microorganisms use the energy in sunlight to convert C02 in air into carbohydrates thát can be used as fuels This process is one type of bioconversion, in vvhich organisms produce organic materials for fuels Olher microorganisms convert biomass (plants, crops, or wastes) into renewable alternative fuels, including ethanol, methane, and hydrogen

Ethanol, which is made during alcoholic íermentation and is the simplest alternative fuel to synthesize, can be mixed with gasoline to make

gasohol, which is used in existing cars Currently,

crops such as com are íermented to ethanol, bút in the future new types of crops may be grown specítĩcally for the production of ethanol The most efficient production of alternative fuel would utilize crop wasies - for example, com stalks Methane gas, another renewable energy source, can be piped through natural gas lines to be used for cooking and heating The largest potential source of methane is tròm landíills where methanogens anaerobically convert vvastes into methane vía fermentation Some cornmunities already use methane tròm landfills to produce energy Methane can also be used as a fuel in cars

Although hydrogen is produced by a variety of crobes-as part of their normal metabolism and can also be produced by photosynthetic microorganisms through the photolysis of water, neither production route is especially efficient Theoretically the production of hydrogen fuel using sunlight would have widespfead applications and enormous appeal, bút much research is needed to develop technologies

mi-to produce and efficiently use hydrogen as a viable

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vải học - Lý thuyết và bai tập giải sần 259

hấp dẫn lớn, nhưng nhiêu nghiên cứu sẽ cấn thiết để

phát triển các công nghệ sản xuất vá sử dửng có hiệu

quả hiđro như một nguồn năng lượng khả thi

Mọi vi sinh vật đêu lổng hợp hiđrocacbon như là

một bộ phận trong trao đoi chất binh thường của

chúng, nhưng chỉ có một số vi sinh vật tạo ra

hiđrocacbon được sử dửng như nhũng nguồn nhiên

liệu có ích Một loài tảo sống táp đoàn Botryococcus

braunii chẳng hạn, tạo ra hiđrocacbon chiếm tới 30%

trong lượng khô của chúng Cõng nghệ dể thu nguồn

hidrocacbon như vậy hiện chưa tổn tại, song một

ngày nào đó tảo này có thể trở thành một nguồn

nhiên liệu quan trong

Các loại dược phẩm

Đứng đấu trong sổ các chất có dược tính mà vi

sinh vật sản xuất ra là các thuốc kháng vi sinh vật

Khoảng 5000 đến 6000 chất kháng vi sinh vặt

dã dược mõ tả tử khi lân đáu tiên penixilin được sản

xuất trong Chiến tranh thế giới lẳn thứ hai Trong số

này, khoảng 100 đang có ứng dửng trong y học Mặc

dù Sừeptomyces, Bacillus, và Penicillium tổng hợp

dược đa số các chất kháng vi sinh vặt có ích, các kỹ

thuật ADN tái tố hợp cho phép cải biến các vi sinh vật

để sản xuất ra những phiên bản mới của các loại

dược phẩm cũ

Ngoài các chất kháng vi sinh vặt, các vi sinh vặt

được cải biến vé mặt di truyén đang sản xuất ra các

hocmon vá các chất điêu hóa tế bào khác Vi dử,

Escherichia con và s cerevisiae dã được thao tác di

truyền để sản xuất ra hàng loạt các phân tử như vậy

Một số trang các hợp chất do E.coli tổng hợp bao

gôm insulin của người, nhân tố sinh trưởng của người,

inteleukin-2, a-interferon, taxol (sử dửng để diêu trị

ung thư), và nhân tố sinh trường biểu bi (được sử

dửng để điêu trị bỏng và các vết thương), s

cerevisiae bị biến đổi vé mặt di truyền sản xuất ra các

protein viêm gan B được dùng cho vacxin viêm gan

B

Các chất diệt sâu hại và các sản phẩm nông nghiệp

Vi sinh vật và các sản phẩm của chúng đang

được dùng trong hàng loạt ứng dửng nông nghiệp,

đặc biệt là vé phương diện quản lý mùa màng Mặc

đẩu một số người phần nàn vé triển vọng của các

thực phẩm chuyển gen bắt nguồn tử các thực vật nảy

trong khi những người khác lại vừa lòng rằng thao tác

di truyén các cây trồng sẽ có tắm quan trọng sóng

còn nếu chúng tá tiếp tửc phải nuôi số dân trên the

energy source

AU microorganisms synthesize hydrocarbons as part of their normal metabolism, bút only some microbes produce hydrocarbons thát could be useíul

fuels One colonial alga, Botryococcus braunìi for

example, produces hydrocarbons thát account for 30% of its dry weight The technology to harvest such hydrocarbons does nót yet exist, bút one day this alga may be an important source of fuel

streptomyces, Bacillus, and Penicillium synthesize

the majority of useíul antimicrobials, recombinant DNA techniques enable the moditication of microbes

to produce new versions of old drugs

In addition to antimicrobials, genetically modified microbes are producing homiones and other cell

regulators For example, Escherichia con and s cerevisiae have been manpulated genetically to

produce a variety of such molecules Some of the compounđs made by £ co// include human insulin, human grovvth tactor, interleukin-2, a-interferon, taxol (useđ to treat cancer), and epidemnal growth tactor (useđ to treat bums and vvounds) Genetically altered

s cerevisiae produces hepatitis B proteins for use in

the hepatitis B vaccine

Pesticìdes and agricultural proơucts

Microbes anđ their produđs are also being used in

a variety of agricultural applications, particularly with regard to crop management Though some people are leery of the prospect of transgenic foods derived tròm these plants while ottiers contend thát the genetic manipulation of crops is crucial if we are to continue to feed the worid's population, one thing is clear: The genetic manipulation of plants is big

https://tieulun.hopto.org

260 Chuông chín - ¥1 sinh vải học thực phẩm ế cõng

giới, song có một diếu rõ ràng lá : thao tác di truyẽn ỏ

các thực vật là một công việc to tát

Pseuơomonas syringae là một trong những vi dử

vé một cơ thể có nhiêu sự ứng dửng công nghiệp

Trong khi vi khuẩn nay sản xuất một protein được

dùng làm hạt nhân của nước để tạo thành các tinh

thể băng, thi protein lại không cắn thiết cho sự sóng

sót của sinh vặt này và có thể bị loại bỏ Khi phun lên

các cây trồng như dâu tây, chủng thiếu đặc điểm náy

được gọi là Pseudomonas syringae ("băng-âm"), sẽ

ức chế sự tạo thành băng qua đó bảo vệ thực vật

khỏi bị hư hỏng do bị đông lạnh

Bacillus thuringiensis là một trong những cơ thể

được sử dửng rông rãi trong nông nghiệp vi rằng

trong sự hình thành bào tử nó tạo ra độc tố Bt, dóc tố

này khi được nuốt bởi ấu trùng của một số loại sâu

hại như bướm di CƯ, bướm lưng kim cương và sâu cà

chua, sẽ phá huy niêm mạc trong của thành ruột côn

trùng, bằng cách đó cuối cùng giết chết nó Độc tổ Bt

có thể được phun dưới dạng bót lên thực vật nhưng

nhờ kỹ thuật ADN tái tổ hợp, nhiêu loại thực vặt

(chăng hạn ngõ, đậu tương và bông) có thể tự bảo vệ

bằng cách tạo ra độc tó Bt của riêng minh

Tuy nhiên, có những bằng chứng vé tinh đê

kháng của cồn trùng đối với độc tố Bt Những dải đất

nông nghiệp lớn ờ Mỹ dã được dành riêng cho việc

nuôi trồng các cây biểu hiên độc tó Bt, các thực vật

này đã gãy ra một áp lực chọn lọc đối với quấn thể

cồn trùng, bọn này đã phải phát triển tính đè kháng

vời độc tố để sống sót Mặc dù chưa có cây trồng nào

bị tổn thất do các côn trùng đề kháng với dộc tố Bt

gây ra, song tinh trạng này cần phải được giám sất

một cách chặt chẽ Các loài Bacillus được sử dửng

như các chất diệt sâu hại trong dó có 8 sphaericus

đã được sử dửng để kiểm soát quần thể muỗi vá s

popilliae được sử dửng để kiểm soát sự lấn tràn của

bọ cánh cứng Nhật Bàn

Bô cảm biền sinh học và bộ tường trình sinh học

Trong sổ các ứng dửng tương đối mới cùa vi sinh

vát để giải quyết các vấn đề môi trường có bộ cảm

biến sinh học và bộ tường trinh sinh học Bộ cảm biến

sinh học là những công cử liên kết vi khuẩn hoặc các

sản phẩm của vi khuân (như là các enám) với các

dửng cử đo điện để phát hiện ra các vi khuẩn khác,

các sàn phẩm của vi khuẩn hoặc các hợp chất hóa

học trong mõi trường Bộ tường trinh sinh học là các

business

Pseudomonas syringae is one example of an

organism with many industrial applications Whereas this bactenum produces a protein thát serves in the nucleation of water to form ice crystals, the protein IS nót essential to the survival of the organism and can

be removed When sprayed ôn crops such as stravvberries, the strain lacking this trait, known as

Pseudomonas syringae ("ice-minus") inhibits the

formation of ice, protecting the plants tròm freeze damage

Bacillus thuringiensis is one of the most widely

used organisms in agriculture because during

sporulation Ít produces Bt-toxin, thát when digested

by a caterpillar of such pests as gypsy moths

diamondback moths, and tomato homvvorms, destroys the lining oi the insects gút wall, eventually killing Ít Bt-toxin can be spread as a dust ôn plants bút through recombinant DNA technology many plants (for example, com, soy beans, and cotton) can protect themselves by manufacturing ttieir own Bt-toxin

There is evidence, however, of insect resistance to Bt-toxin Large tracts of u.s farmland are devoled to raising Bt-toxin-expressing plants, which places selective pressure ôn the insect population to spread resistance to the toxin to survive Although no crops have yet been lost to Bt-toxinresistant insects, the situation must be closely monitored other species of

Bacillus used as pesticides include B sphaericus

used to control mosquito populations, and B

popộliiae, used to control Japanese beetle

in-íestations

Bìosensors and bioreporters

Among the relatively new applications of microorganisms to solve environmental problems are biosensors and bioreporters Biosensors are devices thát combine bacteria or microbial products (such as enzymes) with electronic measuring devices to detect other bacteria, bacterial products, or chemical compounds in the environment Bioreporters are somewhat simpler sensors thát are composed of

https://tieulun.hopto.org

Giảo trinh vi sinh vài học - Lý thuyết và bai tập giải sin 261

bộ cảm biến đơn giản hơn mót chútchứa các vi sinh

vật (vân thường là các vi khuẩn), có các khả năng

gây tín hiệu bẩm sinh như là khả năng phát sàng khi

có mặt các hợp chát sinh học hoặc hóa học

Hiện nay, các bộ cảm biến sinh học và bộ tường

trinh sinh học đang được sử dửng để phát hiện sự có

mặt của các chất gây ò nhiễm môi trường (vi dử như

dâu mỏ) và dể giám sát những có gắng nhằm loại bỏ

các chất dóc; chúng cũng có thể có ích trong việc

phát hiện của các cuộc tân công khủng bó sinh học

Vi rằng vi khuẩn rất mẫn cảm với môi trường cùa

chúng, chúng cò thể phát hiện các hợp chất có mặt ở

sổ lượng rất nhỏ Các bộ cảm biến sinh học và tường

trinh sinh học có thể được dùng lâm các hệ thống

cảnh báo sớm cho phép các cán bộ y tế còng đổng

có nhiêu thời gian hơn để trả lời lại nhờ phát hiện ra

các sản phẩm thài trao đổi chất của các tác nhân

sinh học được dùng làm vũ khí

9.2.5 Xử lý nước và nước thải

Nược sạch lá điếu kiện sống còn đối với con

người và hoại động của họ Trong chương này, chủng

ta sẽ xem xét sự xử lý nước uống và nước thải (nước

cống) Trong cả hai trường hợp, sự xử lý được thiết ké

để loại bỏ các vi sinh vật, các hóa chất, vá các chất

gây ô nhiễm khác nhằm ngăn ngừa bệnh tật cho con

người

Xử lý nước uống

Nước uống được là nước được coi là an toàn

nhưng thuật ngữ uống được không ngử ý rằng nước

không chứa mọi vi sinh vật và hóa chất Ngược lại, nó

ngử ý rằng nồng độ vi sinh vật và hóa chất trong nước

đủ thấp để chúng không gây lo lắng cho sức khỏe

Nước không uống được là nước bị ó nhiêm; tức là nó

chứa các sinh vật hoặc hóa chất vượt quá các giá trị

cho phép

Nồng đõ chấp nhận được của các sinh vật và các

hóa chất trong nước thay đổi tuy quốc gia, và tuy vào

việc nước có được dùng để uống hay không Cơ quan

Bảo vệ Mõi trường của Mỹ (EPA) đòi hỏi rằng nước

uống phải chứa một chỉ số coliíorm bằng 0 trên 100ml

nước và rằng nước dùng cho giải trí chứa không quá

200 coliform trẽn 100ml nước Nhớ lại rằng colitorm là

các vi khuẩn đường ruột như E con Sự có mặt của

coliíorm trong nước chì ra sự nhiễm phân và do vậy

có nhiêu khả năng các vi sinh vật gây bệnh dang có

mặt

microbes (again usually bacteria) with innate signaling capabilities, such as the ability to glow in the presence of biological or chemical compounds

Currently, biosensors and bioreporters are used to detect the presence of environmental pollutants (for

example, petroleum) and to monitor efforts to remove harmíul substances; they may also be useful in detecting bioterronist attacks Because bacteria are

so sensitive to their environments, they can detect compounds in very small amounts Biosensors and bioreporters could serve as early warning systems thát wouỉd give public health officials more time to respond by detecting the metabolic waste products of weaponized biological agents

VVater and wastewater treatment Clean water is vital for people and their activities

In this section we will consider the treatment of drinking water and of wastewater (sewage) In both cases, treatment is designed to remove microorganisms, chemicals, and other pollutants to prevent human illness

Treatment oi drinking water

Potable vvater is vvater thát is considered safe to

drink, bút the tem potable) does nót imply thát the

water is devoid of all microorganisms and chemicals

Rather, Ít implies thát the levels of microorganisms or chemicals in the water are low enough thát they are nót a health concern VVater thát is nót potable is polluted; thát is, Ít contains organisms or chemicals in excess of acceptable values

The permissible levels of microbes and chemicals

in water varies tròm state to state, and ôn vvhether or nót the water is used for drinking The u.s

Environmental Protection Agency (EPA) requires thát drinking water have a colitorm count of 0 (zero) coliíorms per 100 mi of waler and thát recreational waters have no more than 200 colĩtorms per 100 mi

of water Recall thát colitorms are intestinal bacteria

such as E con The presence of coliíorms in water

indicates fecai contamination and thus an increased likelihood thát disease-causing microbes are present

https://tieulun.hopto.org

262 Chuông chín • VI sinh tật học thực phẩm ộ cồng ngWỊ>

Sự xử lý nước uống có thể được chia ra làm ba

giai đoạn:

• Để lắng

Trong sự để lắng, nước được bom vào các bể

chứa, ở đó cấc nguyên liệu dạng hạt (cát sỏi và các

nguyên liệu hữu cơ) sẽ lắng xuống Nước được làm

trong một phần sau đó sẽ được bơm váo một bể thứ

hai được gọi là bể ngưng kết trong đó phèn chua

(suntat kali nhõm) được đưa vào nước sẽ tạo phức hệ

với các hạt lơ lửng và các vi sinh vật nhằm tạo ra các

hạt lớn dược gọi lá các đám bông, các đám này sẽ

lắng xuống đáy của bể Nước ở phía trẽn sẽ được

bom vào một bể lọc

• Lọc

Trong giai đoạn này, số lượng vi sinh vật bị giảm

đi khoảng 90% nhờ một số cách Một phương pháp

sử dửng cát và các nguyên liệu khác mả vi sinh vật

hấp thử vào đó để tạo thành các màng sinh học sẽ

bắt giữ và loại bỏ cấc vi sinh vật khác Các bộ lọc

bằng cát chảy chậm bao gồm một lớp cát mịn dày

khoảng một mét hoặc đất chứa tảo silic và dược sử

dửng trong các thành phố hoặc thị trấn nhỏ để lọc

khoảng ba triệu galông nước trên một arc mỗi ngày

Các thành phổ lớn sử dửng các bộ lọc bằng cát chày

nhanh chứa các hạt hoặc các viên sỏi lớn có thể xử lý

200 triệu galon/arc/ngày cả hai loại bộ lọc nãy đêu

được làm sạch bằng cách cho thối ngược bằng nước

Hai phương pháp lọc khác là phương pháp lọc bằng

màng, sử dửng một bộ lọc có kích thước lỗ khoảng

0,2 um, và sử dửng bộ lọc bằng than hoạt tinh, cung

cấp lợi ích bổ sung trong việc loại một sổ chất hữu cơ

khỏi nước

• Diệt khuẩn

Trong bước này, ozon, ánh sáng tử ngoại hoặc

do được sử dửng đế giết hầu hết vi sinh vật trước khi

đưa nước vào sử dửng cổng cộng Việc xử lý bằng do

được sử dửng phổ biến nhất ở Mỹ vi nó rẻ nhất

Khí do, một tác nhân oxi hóa, có khả năng giết

chết vi khuẩn, tảo, nấm vả nguyên sinh động vật nhờ

làm biến tính các protein của chúng trong khoảng 30

phút xử lý Nồng độ do phải được điêu chỉnh không

đổi tương đương với tải lượng vi sình vật, tức là con

số vi sinh vật có trong một đơn vị thể tích nước - tải

lượng càng cao thi đòi hỏi càng nhiêu do Việc do

hóa không giết chết toàn bộ vi sinh vật : các virut

không bị bất hoạt bởi do, còn các nội bào tử vi khuẩn

và các bào nang của nguyên sinh đông vật nói chung

The treatment of drinking vvater can be divided irtto three stages:

• Sedimentation During sedimentation, water is pumpeơ mto holding tanks vvhere particulate materials (sand silt and organic material) settle The partially clantied water is then pumped into a secondary tank for

ílocculation in vvhich alum (aluminum potassium

sul-fate) added to the water complexes with suspended particles and microorganisms to form large aggregates, called flocs, which settle to the bottom of the tank The water above the sediment IS then pumped into a different tank for ti ttration

• Piltration

In this stage, the number of microbes is reduced

by about 90% in one of several ways One method uses sand and other materials to which microbes absorb and tom bioíilms thát tráp and remove other

microbes Slow sand íilters are composed of a

1-meter layer of fine sand or diatomaceous earth and are used in smaller cities or towns to process 3 million gallons per acre oi filter per day Large cities

use rapid sam/ tilters thát contain larger particles and

gravel and can process 200 million gallons per acre per day Both types of fiIters are cleaned by back-Aushing with water Two other dltration methods are

membrane tiltration, which uses a íilter with a pore size of 0.2 ụm, and the use oi activated charcoai tilters, vvhich provide the added benetit of removing

some organic chemicals tròm the water

• Disiníection

In this stage, ozone, uv light, or chlorination is used to kin most microorganisms prior to release of the water for public consumption Chlorine treatment

is most vvidely used in the United states because ít is least expensive

Chlorine gas, an oxidizing agent, is thought to kin bacteria, algae, fungi, and protozoa by denaturing their proteins within approximately 30 minutes of treatment Chlorine levels must be constaníy

adjusted to redect estimates of microbial loaó, the

number of microbes in a unit of vvater - a higher load requires more chlorination Chlorination does nót kin all microbes: Most viruses are nót inactivated by chlorine, and bacterial endospores and protozoan cysts are generally unaffected by any chemical

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vật học - Lý thuyết và hài lập giải sẩn 263

không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ một sự xử lý hóa học

nào Chì có bằng phép lọc cơ học mới loại được toán

bô các virut, nội bào tử và bào nang

Kiểm tra chất lượng nước

Sự kiểm tra chất lượng nước là một kỹ thuật sử

dửng một số vi sinh vật chi thị nhất định đe chí ra sự

có mặt có thể có của các tác nhân gây bệnh trong

nước uống hoặc trong các hệ thống nước tự nhiên Vì

rằng đa số các bệnh sinh ra từ nước là do sự nhiêm

phân gây ra cho nên sự có mặt của E.coli (sinh vật

chỉ thị được dùng phổ biến nhất) và các coliíorm fecal

(coliíorm phân) khác trong nước chỉ ra xác suất cao

vé sự có mặt của các tác nhân gây bệnh E con rõ

ràng đáp ứng các tiêu chuẩn của một sinh vật chỉ thị:

Nó thường xuyên chiếm ưu thế trong chất thải của

người, sống trong nước lâu như háu hết các tác nhân

gãy bệnh (nếu không lâu hơn) và dể dàng phát hiện

được bởi các phép thử đơn giản

Một số phương pháp thử thường gặp được sử

dửng để đánh giá chất lượng nước Một phép thử cũ

hơn và không phức tạp lá phương pháp nhiêu ổng

(MPN), một phép thử thống kê chỉ cung cấp một sự

nhiễm khuẩn tương đối Phương pháp được sử dửng

phổ biến hơn là phương pháp màng lọc dễ thực hiện :

100 mi mẫu nước được đố qua một màng lọc mịn,

màng này sau đó dược dặt lẽn trẽn mối trường đặc

EMB (xanh eozin metylen) và ủ ấm Mọi coliform mọc

được sẽ thế hiện bằng một vẻ óng ánh màu lửc kim

loại đặc trưng Các khuẩn lạc sau đó sẽ được đếm và

báo cáo bằng con số khuẩn lạc trên 100ml

Trong một phép thử thông dửng khấc, mẫu nước

được đưa vảo các chai nhò chứa ONPG và MUG

(4-metylumbilliferyl-p-D-glucouronit) là những nguồn

dinh dưỡng duy nhất Hầu hết coliíorm đêu sản sinh

ra p-galactozidaza, một enzim phẫn ứng với ONPG

để tạo thành một mầu vầng, nhưng colitorm fecal

E.coli lại tạo ra một enzim khác là p-glucuronidaza,

enzim này phản ứng với MUG để tạo thành một hợp

chất có màu xanh huỳnh quang khi tiếp xúc với ánh

sáng tử ngoại có bước sóng dài Phép thử này cho

phép phát hiện nhanh các colitorm, song cũng giống

như phương pháp MPN, không cho một con số thực

chất

Sự có mặt cùa virut và các tác nhân gây bệnh vi

khuẩn đặc biệt không thể được xác định bằng các

phép thử này; sự có mặt của chúng phải được khẳng

mẫu nước được thu thập và được làm giàu để nuôi

treatment Only mechanical nitration can completely remove viruses, endospores, and cysts

Water quality testing

Water quality testing is a technique thát uses the presence of certain indicator organisms to indicate the possible presence of pathogens in drinking water

or natural aquatic systems Because the majority of water-borne illnesses are caused by fecal

contamination, the presence of E con (the most

commonly used indicator organism) and other fecal coliforms in water indicates a high probability thát

pathogens are present as well E con clearly meets

the criteria for a good indicator: ít is consistently prevalent in human wastes, survives in watey as long

as (if nót longer than) most pathogens, and is easily detected by simple tests

Several common testing methods are use to assess water quality An older and unwieldy test is the most probable number (MPN) test, a statistical test thát provides only an estimate of contamination

A more common testing method is the membrane tiltration method, which is simple to pertorm: A 100 mi vvater sample is poured through a fìne membrane, which is then placed ôn solid EMB (eosin methylene blue) agar and incubated Any fecal coliíorms thát grow exhibit a characteristic metallic green sheen

The colonies are then counted and reported as number of colonies per 100 mi

In another common test, water samples are added

to small bottles containing both ONPG D-galactopyranoside) and MUG (4-methylumbilliferyl-

(o-nitrophenyl-P-D-glucouronide) as sole nutrients Most coliíorms produce p-galactosidase, an enzyme thát reacts with ONPG to produce a yellovv color, bút the fecal

coliíorm E con produces a different enzyme,

p-glucuronidase, which reacts with MUG to form a compound thát duoresces blue when exposed to long-wave uv light This test allows for the rapid detection of coliíorms bút, like the MPN, does nót give an actual number

The presence of viruses and specitic bacterial pathogens cannot be determined with these tests;

their presence must be confirmed by genetic íingerprinting techniques, in vvhich water samples are collected and enriched to cultivate any organisms

https://tieulun.hopto.org

264 Chương chín • VI sinh tất học thúc phẩm ế cang mgm

cấy mọi vi sinh vật có mặt Hàm lượng ADN của mẫu

được làm giàu sau đó sẽ dược sàng lọc di truyền để

xác định các tác nhân gây bệnh tiêm táng Các phép

thử như vậy nói chung chỉ được sử dửng trong các

thánh phố lớn vả qua các cơ quan của nhà nước có

các thiết bị thí nghiệm đủ dể tiến hành chúng

Xử lý nước thải

Nước cổng hay nước thải thường được định nghĩa

la bất kỳ loại nước nào chảy ra tứ hộ gia đình hoặc

các xí nghiệp sau khi được sử dửng dể rủa hoặc dội

nhà vệ sinh Một số đô thị cũng đưa cà nước cõng

nghiệp hoặc thậm chí nước mưa vào nước thải Nước

thải chứa hàng loạt các chất nhiễm bẩn bao gồm các

chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ và vó cơ có thể

phân giải bằng con đường sinh học, các kim loại độc

và các tác nhân gây bệnh Đói tượng của việc xử lý

nước thài là loại hoặc lâm giảm các vặt nhiêm bẩn

này tời mức độ có thể chấp nhận dược

Vi rằng nước thải chứa chủ yếu là nước (dưới 1%

là chất rắn), cho nên háu hết các quá trinh chế biến

chất thải đều bao gồm sự loại bỏ các vi sinh vật Có

một thời, nước cống "thò" (chưa được xử lý) được đổ

đơn giàn vào sông hoặc biển gán nhất; ý kiến cho

rằng chất thải có thể được pha loãng tới điểm má

chúng trở nên vô hại Sự bùng nồ dân số, việc nhận

ra rằng các sông ngòi dang trở nên ngày càng ô

nhiêm đã dẫn đến sự phát triển các quá trinh xử lý

nước thải có hiệu quả

Quan điểm chủ chốt trong xử lý nước thải là lãm

giảm nhu cầu oxi hóa sinh (BOD), là số đo vé lượng

oxi mà các vi khuẩn hiếu khí cần dể chuyển hóa hoàn

toàn các chất thải hữu cơ có trong nước Lượng này

tỷ lệ thuận với lượng chát thải có trang nước; nồng độ

các hóa chất có thể phân giải được càng cao thì càng

cắn nhiêu oxi để chuyển hóa chúng vá BOD cáng

cao Việc xử lý chất thải có hiệu quả sẽ làm giảm

BOD tới mức độ dưới mức có thể hỗ trợ sự sinh

trưởng của vi sinh vật, bằng cách đó làm giảm khả

năng các tác nhân gây bệnh có thể sống sót

Trong phấn sau đây chúng ta sẽ xem xét các kiểu

xử lý nước thải khác nhau : xử lý nước cõng truyền

thống được sử dửng trong các hệ thống đô thị, các

phương pháp xử lý được dùng trang các vùng nông

thôn, một biện pháp xử lý được dùng cho các chất

thải nông nghiệp, và sự sử dửng các vùng đất ngập

nước nhan tạo để xử lý nước thải"

present The DNA content of the ennched sample 1S then genetically screened for the identificabon of potentiaí pathogens Tests such as ttiese are generally available only in large cities or through government agencies thát have the laboratory capability to períorm thèm

Treatment oi Wastewater

Sevvage, or wastewater, is typically deíined as any water thát leaves homes or businesses atter being used for vvashing or Aushed from toilets (Some municipalitìes also include industrial water ÓT even rainwater as wastewater.) Wastewater contams 3 variety of contaminants, including suspehded soliòs

biodegradable organic and inorganic compounds, toxic metals, and pathogens The objective of wastewater treatment is to remove or reduce these contaminants to acceptable levels

Because sewage is mostly vvater (less than 1% solids), most of the sevvage treatment process

involves the removal of micraorganisms Át one time,

"raw" (unprocessed) sevrage was simply dumped into the nearest river or ocean; the idea was thát wastes would be diluted to the point át which they would be harmless Burgeoning populations, and the real-ization thát waterways were becoming increasingly polluted, led to the development of etíecíve wastewater treatment prdcesses!

A key concept in the processing of wastewater is reducing biochemical oxygen demand (BOD), which

is a measure of the amount of oxygen aerobic bacteria required to íully metabolize organic wastes in water This amount is proportional to the amount of vvaste in the water; the higher the concentration of degradable chemicals, the more oxygen is required to catabolize thèm and the higher the BOD Effeđive wastewater treatment reducẽs the BOD to levels tao low to support microbial growth, thus reducing the likelihood thát pathogens will survive

In the following subsections we will consider waste-water treatments of various types: the traditional sewage treatment used in muniđpal systems, ừeatments used in nonmuniópal (rural) areas, a treatment used for agricultural wastes, and the use of artitoal wetlands to treat wastewater

Xử lý nước thải đó thộ Municipal wastewater Ưeatment

https://tieulun.hopto.org

Giảo trinh vi sinh vài học - Lý thuyết và bài tập giải sẩn 265

Ngày nay, người dãn sống ở những thành phố và

thị trấn lởn ở Mỹ thường được nối với các hệ thống

cống rãnh đõ thộ, tức là cấc ống thu thập nước thải và

dưa nó vé các nhà máy xử lý nước thài để xử lý

Phương pháp xử lý nước cóng truyền thống gốm bón

bước:

• Xử lý sơ cấp: Nước thải được bơm vào những bể

lắng, ở đó các chất rắn có trọng lượng nhỏ, các chất

mỡ, và các hạt trôi nổi sẽ được loại bò còn các

nguyên liệu nặng sẽ lắng xuống đáy dưới dang bủn

Sau đó phèn chua sê được thêm vào làm tác nhân

kết bông, bùn sẽ được loại bỏ và nước đã được làm

trong một phán sẽ được xử lý tiếp tửc xử lý sơ cấp

loại được 25-35% BOD trong nước

• Xử lý thứ cấp Hoạt động sinh học trong pha này

lầm giảm BOD từ 5-25% so với ban đẩu Hâu hết các

vi sinh vặt gây bệnh cũng bị loại bỏ Nước được thõng

khi đế kích thích sự sinh trường của các vi sinh vật

hiếu khí có khả năng oxi hóa các chất hóa học hòa

tan thành C02 và nước Trong mót hệ thống bùn hoạt

tinh nước đã được thõng khí sẽ được cấy bằng bùn sơ

cấp chứa một nồng độ cao các vi khuẩn đang trao đổi

chất mạnh; sự kết bông cũng xảy ra trong giai đoạn

náy Bất kỳ nguyên liệu rắn nào còn lại đêu lắng đọng

vá được bổ sung vào lượng bùn đi ra từ xử lý sơ cấp

Bùn tổ hợp được bơm vào các bể giữ kỵ khí Một số

cộng dóng nhỏ tiến hành xử lý thứ cấp bằng cách sử

dửng hệ thống lọc trích tương tự như các bộ lọc cát

chảy chạm được sử dửng trong xử lý nước uống

nhưng ít hiệu quả hơn trong việc loại BOD Sũ với hệ

thống bùn hoạt tính

• Xơ lý hóa học Nước từ xử lý thứ cấp sẽ được khử

trùng, thường là bằng cách do hóa, sau đó nước sẽ

được đưa vào các sông hoặc đại dương hoặc ở một

số nước được sử dửng để tưới tiêu cây trổng và các

thảm thực vặt trên đường cao tốc Một số cộng đổng

dãn cư loại nitrat, photphat và BOD còn lại hoặc vi

sinh vật khỏi nước bằng cách cho nó đi qua các bộ

lọc cát mịn và / hoặc các bô lọc than hoạt tính Nitơ

được chuyển thành ammoniac và được thải vào

không khí (ioại bỏ gần 50% hám lượng nitơ), trong khi

photpho được kết tủa bằng cách sử dửng đá vôi hoặc

phèn chua (loại được 70% hàm lượng photpho) xử lý

tam cấp này nói chung được sử dửng trong các vùng

mần cảm vé mát mồi trường hoặc trong các vùng có

nơi chứa nước thoát là một hệ thống hồ kin

• Xử lý bùn Bủn được phân giải kị khi trong ba bước

Trước hết, các vi sinh vật kị khí sẽ lẽn men các

nguyên liệu hữu cơ để sản xuất ra C0 và các axit

Today, people living in larger u s towns and

cities are usually connected to municipal seiver systems, pipes thát collect wastewater and deliver Ít

to sewage treatment plants for processing Traditional sevvage treatment consists of four phases :

• Primary treatment: Wastewater IS pumped into settling tanks, where lightweight solids, grease and

tloating particles are skimmed off and heavier materials settle ontũ the bottom as sludge After alum

is added as a Aocculating agent, the sludge is removed, and the partially clariíied water is íurther treated Primary treatment removes 25-35% oi the BOD in the water

• Secondary treatment The biological activity in this phase reduces the BOD to 5-25% of the original Most oi the pathogenic microorganisms are also removed The water is aerateđ to facilitate the grovvth

of aerobic microbes thát oxidize dissolved organic chemicals to C02 and H20 In an activated sludge system, aerated water is seeded with primary sludge

containing a high concentration of metabolizing bacteria; ílocculation also occurs during this step Any remaining solid material settles and is added to the sludge tròm primary treatment The combined sludge

is pumped into anaerobic holding tanks Some smaller communities accomplish secondary treatment

using a trickle tilter system, vvhich is similar to the

slow sand filters used in treating drinking water bút less effective in removing BOD than activated sludge systems

• Chemical treatment The water tròm secondary treatment is disintected, usually by chlorination, after vvhich the watsr is either released intũ rivers or the ocean or, in some states, used for spray irrigation of crops and highvvay vegetation Some communities remove nitrates, phosphates, and any remaining BOD

or microorganisms from the water by passing ít over fine sand íilters and/or activated charcoal tilters

Nitrogen is converted to ammonia and discharged into the air (removes roughly 50% of the nitrogen content), whereas phosphorus is precipitated using lime or alum (removes 70% of the phosphorus content) Such tertiary treatment is generally used in environmentally sensitive areas or in areas where the only outlel for the vrater is a closed-lake system

• Sludge treatment Sludge is digested anaerobically in three steps: Hrst, anaerobic microbes íerment organic materials to produce CO;

https://tieulun.hopto.org

266 Chuông chỉn • VI sinh vật học thúc phẩm ộ cồng nghiệp

hữu cơ sau đó vi sinh vát sẽ chuyển hóa các axit hữu

cơ này thành H2, nhiêu C02 hơn và các axit hữu cơ

đơn giản hơn như axit axetic Cuối cùng, các axit hữu

cơ đơn giản, H2 và C02 sẽ được chuyển hóa thành

khí metan Chỗ bùn còn lại sẽ được làm khô rồi chôn

lấp hoặc dùng lâm phân

Aeration tank (bể thống khi) Setting tank (bể lằng)

V*— " "'*_ Clear effluent (đích thoát

\ \^T^> , Ị trong suốt) Ịấẩ/

vSS&Sm Sludge digestor

(bể phần giải bùn)

1 I Air (không khi)

Activated sludge relurn

(tái sử dửng bùn hoạt tính) Excess sludge (bún thừa)

Pigure 35 Quá trình xử lý hiếu khí nước cống : phương pháp bùn hoạt tính (Aerobic sewage treatment processe: activated sludge)

[From Madigan, Michael T Martinko John M and Parker Jack, 2002 Brock

Biology of Microorganism, Ninth Edition, Prentice Hall]

Xử lý nước thài không dô thi

Các hộ gia đinh ở vùng nóng thôn thưởng không

được nối với các hệ thống cống, thường sử dửng các

bể võ trùng, chủ yếu là các thiết bị tương dương với

hệ thống xử lý sơ cấp Nước cống từ các gia đỉnh sẽ

đi vào một bể bè tỏng kín đươc chôn ở dưới sân; các

chất rân sẽ láng xuống dày còn dòng chảy sẽ chuyển

từ phẩn trẽn của bể vào trong một cánh đồng lọc

thấm tác dửng như một bộ lọc Bùn trong bể và các

chất hữu cơ trong nước sẽ dược phân giải bời các vi

sinh vật Tuy nhiên, vi rằng bể được làm kín cho nên

thỉnh thoảng nó phải đươc bơm thoát để loại bùn Các

hám chứa phân giống như các bể vô trùng chì có diêu

là chúng khổng được bịt kín

Nonmunicìpal wastewater treatment

Houses in rural areas, which typically are nót connected to sewer íines, often use septic tanks essentially the home equiyalent of primary treatment Sevvage tròm the house enters a sealed concrete holding tank buried in the yard; solids settle to the bottom and the etduent flows from the tóp of the tank

into an underground leach field thát acts as a filter

Sludge in the tank and organic chemicals in the water are digested by microorganisms Hovvever, because the tank is sealed, Ít must occasionally be pumped out to remove sludge buildup Cesspools are similar

to septic tanks except thát they are nót sealed

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vệt học - lý thuyết và bài lập giải sẩn 267

Figure 36 Quá trinh xử lý hiếu khi nước cống : phương pháp lọc trích (Aerobic sevvage treatment processe : trickling filter)

[From Atlas, Ronald M, 1997 Principles of Microbiology, Second Edition, WCB

Me Graw-Hill]

Gas outlet (đường khí ra)

(đường bùn vào' C H.4Í ? Q' '? \ (loại bọt)

inlet _r* = "Ị-Supernatant

1 removal (loại bò huyên phù) Supernatant

i : =iilị~=lỉ? k:ỈSH;:i jị[n™~

Sludqe outlet (đường bùn ra) Figure 37 Bể phân giãi bùn kị khí (Anoxic sludge digestor)

[From Madigan, Michael T, Martinko John M and Parker Jack, 2002 Brock Biology

of Microorganism, Ninth Edition, Prentice Hall]

https://tieulun.hopto.org

268 Chương chín • VI sinh vật học múc phẩm * cõng ngMệii Khi chất thải đi vào hệ thống các vòng bêtông có

lõ đươc chôn dưới đất thi nước sẽ đươc thoát vào đất

ở xung quanh; các chất thải rắn đươc tích lũy ở đáy

và được phân giải bởi các vi sinh vật kị khí

Xử lý các chất thải nóng nghiệp

Nồng dãn vá các chủ trang trại thường sử dửng

các hổ oxi hóa để xử lý các chất thải đóng và! từ gia

cắm được nuôi trong các chuồng trại - một vùng nơi

động vật được vỗ béo để đem bán Các hổ oxi hóa

thúc hiện nhiệm vử giống như xử lý nước thải sơ cấp

và thứ cấp Chất thải được bơm vào những hổ sâu và

để ở đó tới ba tháng; bùn sẽ lắng xuống đáy của hồ;

và các vi sinh vát kị khí sẽ phân giải các chất lắng

cặn Dịch lỏng cồn lại sẽ được bơm vào trong những

hổ thứ cấp nông hơn, ờ dó sóng sẽ thông khí nước

Các vi sinh vật hiếu khí, đặc biệt là tảo, sẽ phân giải

các chất hữu cơ lơ lửng có trong nước Cuối cùng vi

sinh vát sẽ chết vá nước trong sẽ được đưa vào các

dòng sõng Mót vấn đế với các hổ oxi hóa là chúng là

các hệ thống mở do vậy có thể trờ nên nguy hiểm

nếu các trận lửt lảm tràn nước của ao hồ và lan

truyén các chất thải động vật chưa được xử lý tới

những vùng ròng lớn

Bất ngập nước nhãn tạo

Từ những năm 1970, các công đổng dân cư nhò

và một sỗ nhà máy đã xây dưng lẽn các vùng đất

ngập nước nhãn tạo để xử lý nước thải Đất ngập

nước sử dửng các quá trinh tự nhiên để phân giải các

chất thải và để loại vi sinh vật cũng như các hóa chất

khỏi nước trước khi nó được giãi phóng Các bể vô

trùng cá nhãn không cắn thiết nữa; ngược lại nước

thải chảy vào các hổ kế tiếp nhau ờ đó sẽ diễn ra sự

phân giải nhờ vi sinh vặt Hố đấu tiên trong dãy kế

tiếp được thõng khí cho phép sự phân giải hiếu khí

các chất thải trong nước; sự phân giải kị khí diễn ra

trong phấn bùn nằm ở đáy Nước sau đó sẽ chảy qua

các vùng đất đám láy, ờ dó các chất hữu cơ sẽ được

phân giải tiếp nhờ các vi sinh vật đất Hố thứ hai,

không được thõng khí và chứa tảo, sẽ loại bò các

chất hữu cơ bổ sung, nước sau đó sẽ được chuyển

qua các bãi cỏ lồ thiên, ờ đố cỏ và thực vật sê bắt giữ

các chất ổ nhiễm Khi nước chảy tới hổ cuối cùng,

háu hết BOD vá vi sinh vật đồ được loại bỏ, và nước

có thể được dùng cho các mửc đích giải trí hoặc thúy

lợi Mót nhược điểm của hệ thòng đất ngập nước

nhân tạo là nó đòi hỏi không gian lớn - mót hê thống

đất ngáp nước nhân tao dùng cho mót cõng đống nhỏ

As vvastes enter a system of porous concrete nngs buried underground, the vvater is released Ito the surrounding soil; solid vvastes accumulate át the bottom and are digested by anaerobic microbes

Treatment oi agricultural wastes

Farmers and ranchers often use oxidation lagoons

to treat animal waste tròm livestock raised in teedlots

- a penned area where animals are fattened for market Oxidation lagoons accomplish the equivalen!

of primary and secondary sewage treatment Wastes are pumped into deep lagoons and left to sít for úp to

3 months; sludge settles to the botlom oi the lagoon: and anaerobic microorganisms break down me sediment The remaining íiquid is pumped into shallovv secondary lagoons, vvhere wave-acnon aerates the water Aerobic microorganisms, particularly algae, break down the suspended oroanic chemicals in the water Eventually, the microbes die, and the claritied vvater is released into rivers or streams One problem with oxidation lagoons IS thát they are open, which can be dangerous if floodwaters inundate the lagoons and spread largely untreated animal wastes over a wide area

Artiticial wetlands

Since the 197ŨS, small planned commumties and some factones have constructed artiíicial wetlands to treat wastewater Wetlands use natural processes to break down wastes and to remove microorganisms and chemicals from water before its final release Individua! septic tanks are nót needed; instead wastewater flows into successive ponds where microbial digestion occurs The first pond in the series is aerated to allovv aerobic digestion of wastes

in the water; anaerobic digestion occurs in the sludge

át the bottom The v/ater then flows through marshland, where organic chemicals are turther digested by soil microbes A second pond, which IS still and contains algae, removes additional organic material, and the water then passes through open meadowland, vvhere grasses and plants tráp pollutants By the time the water reaches a final pond most oi the BOD and microorganisms have been removed, and the water can be released for recreational purposes or irrigation One drawback of

an artiíicial wetland is thát Ít requires considerable space—an artificial wetland to serve a small community can cover 50 acres of land or more

https://tieulun.hopto.org

Giáo ưình vi sinh vại học - Lý thuyết li bài lập giải sin 269

có thể bao phủ 50 mẫu Anh (mỗi mẫu=0,4 hecta) đất

hoặc hơn

9.2.6 Liệu pháp sinh học

Hạng năm người Mỹ tạo ra trên 150 triệu tấn chất

thải rắn dược tích lũy tử các gia dinh, từ các nguồn

công nghiệp, y học và nóng nghiệp; háu hết trong số

đó kết thúc ở các bãi chôn lấp Mót bãi chôn lấp là

một hố lớn lô thiên mà chất thải được đổ váo đó, được

ép chặt và được chôn Các vi sinh vật đất sẽ phân

giải kị khi các chất thải có thể phân giải được bằng

con đường sinh học; các vi khuẩn sinh metan sẽ phân

giải các phân tử chất hữu cơ thành metan Khi một

bải chôn lấp đấy, nó sẽ được phủ bằng đất vã cây cỏ

sẽ mọc lên

Dể ngăn ngừa sự rò rí của các chất gây hại tiêm

tầng vào đất và nước ngấm, một bãi chôn lấp phải

được bao xung quanh bằng đất sét hoặc chất dẻo, và

cát và các ống dẫn ở đáy sẽ lọc các hạt nhỏ và một

số vi sinh vật - nhưng không lọc được các hóa chất

Không may là, các hóa chất là các hợp chất gây hại

có thể rỏ rỉ khỏi các bãi chôn lấp, một số trong các

chất này có hoạt tính gây ung thư (benzen, phenol,

các sản phẩm dầu mỏ) trong khi các chất khác là

những chất độc (xăng, chi), và các chất khác nữa thi

là những chất khó phân giải (tức là không bị thối rữa,

phân giải, biến đổi nhờ các phương tiện tự nhiên)

Nguyên nhãn má một phân tử tổng hợp có thể

phân giải bằng con đường sinh học trong khi phân tử

khác lại khó bị phân giải có liên quan tới cấu trúc hóa

học; dôi khi một sự biến đổi khó thấy - có thể trong

một nguyên tử hoặc một liên kết duy nhất - có thể đủ

để tạo nên sự khác biệt này Đa số các phân tử khó

bị phân giải đêu đẽ kháng với sự phân giải bởi vi sinh

vật vỉ rằng các vi sinh vật thiếu các enzim có khả

năng phân giải chúng; cuối cùng, thi cho đến mới đây

các hợp chất tổng hợp này thậm chí chưa hè tồn tại

Liệu pháp sinh học là sự sử dửng các sinh vặt,

đặc biệt lá các vi sinh vặt để làm sạch các hợp chất

độc, nguy hiểm, khó bị phân giải bằng cách phân giải

chúng thánh dạng ít có hại hơn Mặc dù háu hết các

hợp chất hữu cơ tồn tại trong tự nhiên cuối cùng đều

bị phân giải bởi vi sinh vật, song các hợp chất tổng

hợp không dễ dâng bị loại khỏi môi trường Dấu mỏ,

các chất diệt sâu hại, các chất diệt cỏ, và các hóa

chất công nghiệp tích lũy ở trong đất và trong nước

chì bị phân giải một cách chậm chạp nhờ các vi sinh

vặt tân tại trong tự nhiên Liệu pháp sinh học sử dửng các vi sinh vật tự

Bioremediation Each year Americans produce more than 150 million tons of solid wastes, accumulated from household, industrial, medical, and agricultural sources; most of Ít ends úp in íandtills A landíill is essentially a large, open pit into which vrastes are dumped, compacted, and buried Soil microbes anaerobically break down biodegradable wastes;

methanogens degrade organic molecules to methane When a landfill is tun, Ít is covered with soil and revegetated

To prevent leaching of potentially hazardous materials inlo the soil and groundwater, a landíill pit is lined with day or plastic, and sand and drainage pipes lining the bottom íilter out small particulates and some microorganisms—bút nót chemicals

Unfortunately, chemicals and hazardous compounds might leak from landíills Some of these substances are carcinogenic (benzene, phenol, petroleum prod-ucts), whereas others are toxic (gasoline, lead), and

still others are recalcitrant (resistant to decay,

degradation, or reclamation by natural means)

The reason thát one synthetic molecule is biodegradable while another is recalcilrant relates to chemical stmcture; sometimes a subtle varialion -perhaps in a single atom or bond - can be enough to make the difference Most recalcitrant molecules resist microbial degradation because the nilcrobes lack enzymes capable of degrading thèm; after all, until very recently these synthetic compounds didn't even exist

Bioremediation is the use of organisms, particularly microorganisms, to clean úp toxic, hazardous, and recalcitrant compounds by degrading thèm to less harmful forms Although most naturallỹ occurring organic compounds are eventually degraded by microorganisms, synthetic compounds are nót so easily removed from the environment Pe-troleum, pesticides, herbicides, and industrial chemicals thát accumulate in soil and vrater are degraded only slovvly by naturally existing microbes

Bioremediation uses either natural or artiticially

en-https://tieulun.hopto.org

270 Chương chín - VI sinh vật học thúc phẩm ế công ầgm

nhiên hoặc các vi sinh vật đã được cải thiện một cách

nhãn tạo Trong liệu pháp sinh học tự nhiên, các vi

sinh vật đang tồn tại trong mói trưởng được "kích

thích" để phân giải các chất dóc có trong đất và trong

nước bằng cách bổ sung các chất dinh dưỡng

(cacbon, nitơ, hoặc photpho) có khả năng kích thích

sự sính trưởng, hoặc các hóa chất tạo điêu kiện cho

sự xâm nhập của vi sinh vật cũng như hoạt tính của

chúng bằng cách làm tăng tính hóa tan của các hợp

chất độc Trong liệu pháp sinh học nhàn tạo, vi sinh

vật được cải biến vế mặt di truyền nhờ còng nghệ

ADN tái tổ hợp để phân giải một cách dặc hiệu một

số hóa chất Các vi sinh vật tải tổ hợp cũng tận dửng

được sự làm giàu dinh dưỡng

Sự ứng dửng biết rõ nhất vé liệu pháp sinh học là

sự sử dửng các vi khuẩn để lâm sạch các vử tràn

dâu Các loài Pseudomonas dã được chứng minh là

đặc biệt có năng lực trong việc phân giải dầu thô, và

các vi sinh vật này đã giữ một vai trò quan trọng trong

việc làm sạch dầu trong vử trân dầu Exxon Valdez

xảy ra vào năm 1989 tại Alaska

hanced microbes In natural bioremediation

enviromnentally extant microbes are "encouraged" to degrade toxic substances in soil or water by the addition of nutrients (carbon, nitrogen Oi phosphorus) thát stimulate growth, or of chemicals thát íacilitate microbial access and activity by inơeas-

ing the solubility of toxic compounds In artiíiciai bioremediation, microbes are genetically moditied by

recombinant DNA technology to speciíically degrade certain chemicals Reoombinant microbes also benetit tròm nutrient enrichment

The most widely known application of bioremediation is the use of bacteria to clean úp oil

spills Species of Pseudomonas have proven

particularly amenable to the degradation of crude ÓI, and these microbes played a role in the cleanup of

the 1989 Exxon Valdez spill in Alaska

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vật học - Lý thuyết và bài tập giải sin 271

EXERCSES 9.3 BÀI TẬP

9.3.1 Bài kiểm tra nhập môn

Chon đáp án đúng nhất cho mỗi câu hỏi

1 Sự oxi hóa từng phán đường để giải phóng năng

lượng khi sử dửng các chất nhận điện tử hữu cơ được

gọi là:

Sự vận chuyển điện tử

Sự đồng hóa

Sự lên men

Quá trinh hóa thẩm

2 Giá trị pH nào sau đây trợ giúp sự sinh trưởng cùa

3 Nhiệt độ nào sau đây trợ giúp sự sinh trưởng của

một vi khuẩn siêu ưu nhiệt?

' 40°c

90°c

37°c

55°c

4 Phương pháp nào sau đây là phương pháp chì giết

chết các vi sinh vật gây bệnh có thể có mặt trong một

5 Nhóm vi sinh vật nào sau đày thích nghi với sự sinh

trưởng ờ các môi trường có áp suất thẩm thấu cao?

Vi sinh vặt ưa áp

Vi sinh vật ưa kiếm

Vi sinh vật ưa C02

Vi sinh vật ưa mặn

6 Mốt vi sinh vặt sử dửng các nguồn cacbon vô cơ và

năng lượng mặt trời là một

Vi sinh vật quang tự dưỡng

Vi sinh vật hóa tự dưỡng

Vi sinh vật quang dị dưỡng

Vi sinh vật hóa di dưỡng

7 Các vi khuẩn Gram âm thường được tim thấy trong

dường ruột của người và động vật được gọi là:

Các tác nhãn gây bệnh

Các colitorm

Các vi khuẩn ưa C0

Pre-Tests Select the best choice for each question

1 The partial oxidation of sugars to release energy using organic electron acceptors IS called

Electron transport

Anabolism

Fermentation

Chemiosmosis

2 VVhich of the following pH levels would be expected

to support the growth of the widest possible range of microbes?

6.5-7.5 8-9 4.5-5.5 2-3

3 Which of the following temperatures would support the growth oi a hyperthermophile?

40°c 90°c 37°c 55°c

4 Which of the followỉng is a methũd of kining only the pathogenic microbes thát may be present in a medium?

Pasteurization Rltration Autoclaving Lyophilization

5 VVhich of the following groups of microbes is adapted

to growth in high osmotic pressure environments?

Barophiles Alkalinophiles Capnophiles Halophiles

6 A microbe thát uses inorganic sources of carbon and solar energy is a

Coliíorms

Capnophiles

https://tieulun.hopto.org

272 Chương chín • VI sinh vật học thực phẩm ế cồng wWỊ>

Các Pseudomonas

8 Vi sinh vật nao sau dãy la vi sinh vật nhiễm bệnh

nguy hiểm của thịt đã được chế biến?

staphylococcus aureus

Clostridium botulinum

Listeria monocytogenes

Sừeptococcus pyogenes

9 Số lượng các tế bào chết bằng số lượng các tế bào

đang phân chia mạnh ở trong pha nào sau đây của

đường cong sinh trưởng vi khuẩn?

9.3.2 Câu hỏi lửa chọn

Chon mót câu trả lời đúng nhất cho mói càu hỏi

1 Saccharomyces cerevisiae được sử dửng trong sàn

xuất sản phẩm nào sau đây

Bia ale

Bánh mì

Rượu vang

Tất cả các sản phẩm trẽn

2 Tất cả các thành phán sau đêu liên quan đến sản

xuất rượu vang, trừ:

9 The number of dying cells equals the number of cells actively dividing in which of the following phases of the bacterial growth curve?

stationary phase Death phase Log phase Lag phase

10 Bacillus anthracis is noted for production oi whicfi

of the following?

Enzymes Endospores Antibiotics Ragella Multiple Choice Choose the best answer for each question

1 Saccharomyces cerevisiae is used in the

production of which of the following?

Ale Leavened breads Wine

The presence of preservatives

The food's physical structure

5 AU of the following are examples of preservaives

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh vi sinh vật học - Lý thuyết và bài lập giải sẩn 273

6 Tất cả các trạng thái sau đây đêu là trạng thái của

dóng sản xuất liên tửc trong lên men công nghiệp,

trừ:

Môi trường dinh dưỡng mới được bổ sung liên tửc

Vi sinh vật tiết sản phẩm cùa nó vào môi trường

Toàn bộ sản phẩm lên men được thu hoạch ngay

Chất thải được loại bỏ liên tửc

8 Dóc tố của vi sinh vật nào sau đây được dùng làm

thuốc trừ sâu sinh học?

Bacillus thuringiensis

Aspergillus oryiae

Pseuđomonas syringae

Botryococcus braunii

9 Trong bước kết bông của sự xử lý nước thải

Các hát lơ lửng và vi sinh vật bị loại bỏ

Cát và sỏi bị lắng xuống

Các màng sinh học được sử dửng để làm sạch

nước

Clo được thêm váo

10 Vi sinh vật nào sau đây dễ bị giết chết nhất bởi kỹ

thuật do hóa nước?

Virut

Nguyên sinh đặng vật

Bào nang

Nội bào tử vi khuẩn

11 Hệ thống lọc trích có liên quan tới bước nào sau

đây trong xử lí nước thải?

Xử lý bùn

Xử lý hóa học

Xử lý thứ cấp

Xử lý sơ cấp

12 Hổ oxi hóa tạo ra cùng một kết quả như biện

pháp náo sau đây

Fresh nutrients are constantíy added

The microbe secretes its product into the medium

The fermentation product is harvested all át once

VVastes are constantly removed

9 During the tlocculation step of vvater treatment Suspended particles and microbes are removed

Sand and sin settle out

Biotilms are used to purity the vvater

Chlorine is added

10 Which of the following vvould be most readily killed by chỉorination of vvater?

Viruses Protozoa Cysts Bacterial endospores

HA trickle íilter system is associated with which of the following steps of wastewater treatment?

Sludge treatment Chemical treatment Secondary treatment Primary treatment

12 Oxidation lagoons accomplish the same result as vvhich of the following?

A Primary treatment

B Sludge treatment

c Secondary treatment

D Both a and b are correct

E Both a and c are correct

13 Which of the following is an example of

https://tieulun.hopto.org

274 Chuông chín • ¥1 slnlnật học mửc phẩm ế câng mMệ»

pháp sinh học

Đất ngáp nước nhân tạo

Sử dửng vi khuẩn để làm sạch dấu trán

Sàn xuất metan làm nguyên liệu thay thể

Tất cà các quá trinh trẽn đêu là những vi dử vé

15 Bước nào sau đây cùa vòng tuần hoán sinh địa

hóa liên quan tới sự chuyển hóa một số hóa chất hữu

cơ thanh các hóa chất hữu cơ khác?

17 Các vi sinh vật như Rhizobium là thành phán hợp

nhất trong chu trinh nào sau đày?

Chu trinh photpho

Chu trinh cacbon

Chu trinh lưu huỳnh

Chu trinh nitơ

18 Đa sổ các sinh vật quang tự dưỡng đêu có thể

được tim thấy ỏ đâu trong các vùng sau đây của một

19 Tất cả những trạng thái sau đây đêu lá những

trang thái của mót tác nhân vũ khí sinh học lý tường

trữ:

Đõ gây chết cao

Tao các lán sóng nhiễm trùng thứ cấp và tam

cấp Ôn định lâu dài trong mói trường

bioremediation?

An artitiáal wetland The use of bactena to clean úp oi) spills The production of methane as an altematrve fuel All ũf these are examples of bioremediaton

14 Which of the following is a correct ordenng oi miơobial associations from smallest to largest?

Community, population, guild, microhatxtat Guild, community, microhabitat, ecosystem Microhabitat, community, guild populabon Ecosystem microhabitat, guild, community

15 VVhich of the following stages of biogeo-chemical cycling involves the transtanmation of certain organic chemicals into other organic chemicals9

Consumption Decomposiĩon Turnover Producton

16 AU of the following are associated wíth the carbon cycle EXCEPT:

Carbon monoxide

Carbon dioxide

Methane

Ammonia

17 Microbes such as Rhizobium are integral

participants in which of the following?

The phosphorus cyde The carbon cycle The sultur cycle The niừogen cycle

18 The majority of photoautotrophs would be found

in which of the following regions of a deep lake?

The littoral zone The benthic zone The profundal zone The lỉmnetic zone

19 All of ữie following are aspects of an ideal biological warfare agent EXCEPT:

High lethality

Produces secondary and tertiary waves of intection

Long-term environmental stability

Can be treated outside a hospital https://tieulun.hopto.org

Giáp trinh vi sinh vệt học - Lý thuyết và bài lập giải sin 275

Có thể được điêu trị bên ngoài bệnh viện

20 Tác nhân nào thuộc nhóm A sau đây của bọn

21 Sự lẽn men thực phẩm thực hiện tất cả các quá

trinh sau tài

Tạo cho thực phẩm vị đặc trung

Giảm rủi ro hư hỏng thực phẩm

Tiệt trùng thực phẩm

Tăng tuổi thọ của thực phẩm

22 Bia và rượu vang được sản xuất trên thị trường

thường được lên men vời sự giúp đỡ của

Các vi khuẩn tốn tai trong tự nhiên

Nấm men tồn tại trong tự nhiên

Các vi khuẩn được nuôi cấy đặc biệt

Nấm men được nuôi cấy đặc biệt

23 Hãy xắp xếp các thực phẩm sau đây theo trinh tự

tử dễ hư hỏng nhất đến không bị hư hỏng?

Mí sợi, phomat, hoa quả, thịt bò nghiến chưa nấu

24 Mõi trường nào sau đây là mối trường sinh trưởng

tốt nhất cho lẽn men công nghiệp

Ngô bán trên thị trường dưới dạng thực phẩm

Môi trưởng tổng hợp làm bằng tay

Dịch đường sữa từ sản xuất phomat

Dịch đường trong lên men bia

25 Chất dẻo phân giải được bằng con đường sinh

học được tổng hợp từ chất trao đổi vi sinh vật nào sau

Tạo ra nhiên liệu thay thế

Lên men các loại thực phàm

Ngăn ngừa sự tạo thánh băng

20 Which of the following category A bioterror threats

is the most worrisome?

Plague Tularemia Smallpox Botulism

21 Food fermentations do all of the following except

Give íoods a charactenstic taste

Lower the risk of food spoilage

sterilize íoods

Inorease the shelí life of the food

22 Commercially produced beers and vvines are usually fermented with the aid of

Naturally occurring bacteria

Naturally occurring yeast

Specffic cultured bacteria

Speciíic cultured yeast

23 Which of the following lists foods in order, tròm perishabỉe to nonperishable?

Pasta, cheese, íruit, uncooked ground beef Pasta, fruit, uncooked ground beef, cheese Uncooked ground beef, fruit, cheese, pasta Uncooked ground beef, truit, pasta, cheese

24 Which of the following vvould be the best growth medium to

use for industrial fermentations?

Com thát could be sold cortimercially as food Synthetic medium made by hand

Whey from cheese production Brevving mash

25 Biodegradable plastics are made tròm which of the following microbial metabolites?

Sludge PHA BQD Alum

26 strains of the bacterium Pseudomonas syringae

have been identiíied as being capable of Producing plastics

Producing altemative fuels

Fermenting foods

Preventing ice fonnation

https://tieulun.hopto.org

276 Chuông chín • VI sinh vài học thực phẩm ế em nghiệp

27 Chất náo sau đây được bổ sung trong quá tinh xử

lý nước và chất thải để kích thích sự kết bông?

Bùn

BOD

Phèn

PHA

28 Trong xử lý hòa học nước uống và nước thải vi

sinh vật nào sau đây ít có khả năng bị làm bất hoạt

29 Trong bước nào sau dãy hầu hết hàm lượng hữu

cơ của nước thài được loại bỏ?

Các quán thể thuần khiết, đơn nhát

Các quần thể hỗn hợp của các sinh vật cạnh

Được tạo ra một cách nhân tạo

32 Hầu hết các nguyên liệu đêu được quay vòng bởi

các vi sinh vật tổn tại trong môi trường dưới dạng

Các dạng có thể sử dửng được trong đất và đá

Các dạng có thể sử dửng được trong nước

Các dạng khống thể sử dửng dược trong đất và

đả

Các dạng khống thể sử dửng được trong nước

33 Trong chu trinh cacbon, vi sinh vật

Chuyển hóa C02 thành các nguyên liệu hữu cơ để

tiêu dùng

Chuyển hóa C02 thành các nguyên liệu vó cơ để

dự trữ

Chuyển hóa các nhiên liệu hóa thạch thành các

hợp chất hữu cơ sử dửng được

Chuyển hóa oxi thành nước dưới dạng sản phẩm

phử cùa quang hợp

34 Nitrat hóạ là Sự chuyển hóa nitơ hữu cơ thành NHSự chuyển hóa NH thành NH

27 Which of the following is added dunng vrater or sevvage treatment to promote ílocculation?

Sludge BOD Múm PHA

28 During chemical treatment of drinking water and wastewater, which of the following microbes IS least likely to be mactivated or killed?

AÌgae Bacterial endospores Fungal spores Viruses

29 In which step is most of the organic content of sevvage removed?

Primary treatment Secondary treatment Tertiary treatment Sludge treatment

30 Microbial communities are composed of Single, pure populations

Mixed populations of competing organisms

Mixed populations of cooperating organisms

Usable forms in soil and rock

Usable torms in water

Unusable forms in soil and rock

Unusable forms in vvater

33 In the carbon cycle, microbes Convert C02into organic material for consumption

Convert C02into inorganic material for storage

Convert tossil fuels into usabỉe organic compounds

Convert oxygen into water as a by-product of photosynthesis

34 Nitrification Converts organic nilrogen to NH3

ConvertsNH3toNH4

https://tieulun.hopto.org

Giáo trinh ví sinh vật học • Lý thuyết tả bài tập giải sẩn 277

Sự chuyển hóa NH4 thành N03

Sự chuyển hóa N03 thành N2

35 Trong các môi trướng nước sâu hâu hết sự sống

vi sinh vật được tim thấy ở

36 Bệnh nào sau dãy không được xép vào nhóm A

của các tác nhân dùng làm vũ khí sinh học

Đậu mùa

Dịch hạch

37 Trong các đặc điểm sau đây đặc điểm nào đóng

góp nhiêu nhất trong việc làm cho mọt vi sinh vật

biến thành một tác nhân vũ khí sinh học có hiệu quả?

Nó dễ dàng nhận được trong môi trường

Nó có thể truyền bá bằng tiếp xúc sau sự phát

cồng nghiệp, một vi sinh vật cắn phải

Có khả năng sinh trưởng và tạo thành sản phẩm

trong các quy mô nuôi cấy lớn

Ổn định vé mặt di truyén

Sinh trưởng nhanh và tạo ra sản phẩm trong một

thời gian tương đối ngắn

Tất cả các ý trên

Nhiêu hơn một ý trên nhưng không phải là tất cả

39 Mõi trường dùng cho các quá trinh lèn men lớn ở

quy mõ công nghiệp thường

Chứa các sản phẩm thải từ các quá trinh khác

như bột ngũ cóc

Sử dửng các nguồn cacbon tinh khiết cao

Không đòi hỏi một nguồn nitơ nào vi rằng khi

quyển cung cấp nitơ

Tất cả các ý trên

Nhiêu hơn một ý trên nhưng không phải là tất cả

40 Thuật ngữ chất trao đổi bậc một có nghĩa là

Mót sản phẩm được tạo ra trong pha sinh trưởng

đáu tiên

sản phẩm thải chủ yếu được tạo ra trong sinh

trường của một loại vi sinh vật

Một sản phẩm được tạo ra váo cuối pha sinh

trưởng thường là trong hoặc gắn pha cân bằng

ConvertsNH4toN03

Converts N03to N2

35 In deep aquatic environments, most microbial life

is found in the Littoral zone

Limnetic zone

Protundal zone

Benthic zone

Abyssal zone

36 VVhich of the following diseases is nót caused by

category A biological weapons agents?

Smailpox Plague

37 Of the following characteristics, which would contribute most to making a microorganism an effective biological warfare agent?

Is readily available in the environment Can be spread by contact after original dissemination

Cannot be treateđ well outside of a hospital d Is easily identiíied by symptoms

Q Fever Tularemia

38 To be suitable for use in industrial use, a microorganism should

Be capable of grovvth and product formation in large scale culture

Be geneticalíy stable

Grow rapidly and produce product in a relatively short period of time

AU of the above

More than one of the above, bút nót an

39 The media for large scale industrial termentation processes usually

Consist of vvaste products from other processes, such as grain milling

Use highly puriíìed carbon sources

Dorít require a nitrogen source because the atmosphere provides nitrogen

AU of the above

More than one of the above, bút nót all

40 The tem primary metabolite reíers to

A product thát is produced during the primary stage of growlh

The maịor vraste product produced during growth

of a culíure

A product thát is produced during the end of the grovvth phase, trequently át or near stationary

https://tieulun.hopto.org

278 Chương chín - Vi sinh vật học thúc phẩm Ị còng ộgÊÊỂ

Tất cả các ý trên

Nhiêu hơn một ý trẽn nhưng không phải là tất cả

41 Chất nào sau đây là một vi dử cùa mót chất trao

Thường đốt nóng nói lên men để đảm bảo mói

trướng giữ được nhiệt độ thích hợp

Việc khuấy nối lên men bằng các cánh khuấy nói

chung đủ để đảm bảo độ thoáng khí thích hợp

Oxi có thể được cung cấp trong môi trưởng và

thường không cần phải đưa thêm oxi vào

43 Trong một nói lên men điển hình, chức nâng của

máy rắc là

Cung cấp chất dinh dưỡng bổ sung nhờ đó đảm

bảo sinh trưởng

Cung cấp hơi nước trong nồi lẽn men trong quá

trinh khử trùng

Cung cấp sự làm nguội thích hợp cho nổi lẽn men

Cung cấp một nguồn bóng khí nhỏ để giúp đưa

oxi vào mõi trường

44 Lên men ở quy mô cóng nghiệp là nhiệm vử của

một người được đào tạo thành

Một nhà sinh lý học vi sinh vật

Một nhà vi sinh vật học đại cương

Một nhà di truyén học vi sinh vật

Một kỹ sư hóa sinh học

45 Thể tích nào sau đây là thể tích điển hình trong

một nổi lên men quy mô phòng thí nghiệm được sử

dửng dể thử các thông số vê mõi trường, nhiệt độ ?

500.000 /

300/

10/

50.000 /

46 Khẳng định nào sau đây không đúng khi nói vé

các chủng vi khuẩn sản sinh chất kháng sinh được sử

dửng trong cõng nghiệp?

Chúng buộc phải là các chủng kiểu dại, việc cải

biến hơn nữa các chủng này là ít khi cẩn thiết

Gắn đây, nhiêu chủng mới hơn chứa nhiêu bàn

sao của gen

Chúng thường được cải biến nhiều để tạo ra nhiều

phase

AU of the above

More than one of the above, bút noi an

41 Which of the following is an example of a pnmary metabolite?

Ethanol Erythromycin Tetracycline Penicillin

42 In a large-scale aerobic termentation, one must One írequently must cool the fermentor to mamtain temperture

One usually must heat the fermentor to insure thát the media maintains the proper temperature

Mixing of the íermentor with the impeller is generally adequate to insure proper aeration

Oxygen may be supplied in the media and there is usually no need for turther oxygenation

43 In a typical fermenter, the íunction of the sparger isto

Provide additional nutrients so thát growth may insue

Provide steam in the termentor during sterilization

Provide for proper cooling of the fermentor

Provide a source of small air bubbles to help oxygenate the medium

44 The scale úp of an industrial íermentation is usually the task of a person trained as a/an

Microbial physiologist General microbiologist Microbial geneícist Biochemical engineer

45 VVhich of the following would be a typical volume

in a laboratory fermenter used to test variations in medium, temperature, etc?

500,000 / 300/