Ứng dụng DTSHPT trong công nghiệp sinh học

ứng dụng di truyền và sinh học phân tử trong công nghiệp, đặc biệt là sản xuất thực phẩm và thuốc chữa bệnh cũng như sản xuất vacxin..................................................................................................................................................................................

Chuyên Đề:

Ứng dụng DT&SHPT trong

công nghiệp sinh học

 Giảng Viên : PGS.TS Khuất Hữu Thanh

T.S Trương Quốc Phong

Công Nghiệp sinh học hay Công nghệ sinh học trong công nghiệp là gi?

phát triển rất mạnh mẽ của công nghệ thông tin-viễn thông, công nghệ sinh học là một ngành đang phát triển hết sức mạnh mẽ và đặc biệt ngành công nghiệp sinh học là một tiềm năng vô cùng lớn đang cần được khai thác mà các nước phát triển đều đang khai thác hết sức mạnh mẽ.

 Công nghệ sinh học công nghiệp sử dụng các enzyme và vi sinh vật để làm cho sản phẩm trong các lĩnh vực như hóa chất, thực phẩm và thức ăn chăn nuôi, chất tẩy rửa, giấy và bột giấy, dệt may và năng lượng sinh học (như nhiên liệu sinh học hay

biogas) Các ứng dụng của công nghệ sinh học công nghiệp đã được chứng minh có những đóng góp đáng kể trong việc giảm nhẹ các tác động của biến đổi khí hậu

trong những điều này và các lĩnh vực khác cũng như lĩnh vực xử lý môi trường

Dựa vào những đóng góp của DT&SHPT trong công nghiệp và những thành tựu khoa học to lớn khắp thế giới ta có thể chia thành những thành tựu tiêu biểu:

1. Trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học

2. Trong công nghiệp chế biến

3. Trong xử lý nước thải công nghiệp

I.Nhiên liệu sinh học 

Có rất nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đã và đang tìm kiếm các nguồn nhiên liệu mới thay thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt Ta có thể kể tới một số loại tiêu biểu sau:

A, Xăng Bio-ethanol (E5)

 Xăng E5 là xăng sinh học đầu tiên được đưa chính thức đước đưa vào sử dụng tại Việt Nam.Trên thực tế, xăng E5 đã được lưu hành trên thị trường trong nước từ năm 2010, tuy nhiên người dân vẫn còn ít quan tâm và sử dụng loại nhiên liệu này.Hiện nay loại xăng này chính thức được bán ở các trạm xăng trên toàn quốc với giá bán gần như ngang với giá xăng trên thị trường

Click to edit Master text styles

Chúng ta có thể hiểu quy trình sản xuất cơ bản của xăng e5 từ các nguồn nguyên liệu thô tới thành phẩm

B, Bio- Fuel

 Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ra

nguồn nhiên liệu sinh học từ các chất thải, rong biển ,xenlulozo,nấm men Điều chế

ra nhiên liệu biofuel

 Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp chuyển đổi tế bào của khuẩn lam

thành một nhà máy có “ khâu sản xuất” riêng biêt Kết quả thu được chủng biến đổi gen gốc khuẩn lam có khả năng sản xuất axit béo-tiền thân của dầu diezel sinh học- với năng xuất cao mà không cần khai thác

và tinh chế

C, Bio-gas

 Một hỗn hợp của các loại khí gồm chủ yếu là

methane, được sản xuất bởi quá trình lên

men của vi khuẩn trong điều kiện yếm

khí (không có oxy) của các chất thải hữu cơ từ

các mảnh vụn hoặc động và nó là một hỗn hợp

gồm nhiều chất khí trong đó 2 thành phần chủ

yếu là khí cacbonic và khí mêtan (CH4 ) Khí

mêtan là khí cháy được nên Biogas cháy

đượcật thực vật.

Một nhà máy khí sinh học đặc trưng tại Đức

II,Công nghiệp chế biến

A,Công nghệ lên men

Công nghệ lên men là một lĩnh vực quan trọng trong sản xuất thực phẩm Việc tuyển chọn các chủng có khả năng lên men tốt, đem lại hiệu quả cao là rất cần thiết Các nghiên cứu sử dụng công nghệ di truyền phục vụ cho công nghệ lên men chủ yếu đi vào 2 hướng chính là:

 Phân tích di truyền các loại vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men, xác định các gen mã hoá cho các tính trạng mong muốn nhằm tạo ra năng suất và chất lượng sản phẩm lên men

 Tạo ra các vi sinh vật chuyển gen phục vụ cho các qui trình lên men Trong sản xuất rượu, ngày nay người ta đã dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tạo rượu cao và cho hương vị tốt Phần lớn các chủng đó được nghiên cứu, tuyển chọn, lai tạo bằng công nghệ di truyền

 Ví dụ:

 Sản xuất rượu vang ngày nay, người ta tiến tới dùng một chủng vi sinh vật chuyển gen để thực hiện cả hai quá trình: tạo ra hàm lượng rượu trong dịch lên men lên men phụ ở quá trình tàng trữ, nhằm nâng cao chất lượng của rượu

 Đối với các sản phẩm lên men sữa như phomat và sữa chua người ta đã tạo được các chủng mới với các tính chất xác định và đã điều khiển được quá trình lên men theo định hướng mong muốn

 Enzyme λ-amylase chịu nhiệt đã và đang được sử dụng nhiều để sản xuất mạch nha, đường glucose từ tinh bột

• Ta có thể thấy trước đây, trong công nghiệp thực phẩm các nghiên cứu công nghệ sinh học được sử dụng chủ yếu để hoàn thiện các quy trình công nghệ lên men truyền thống Còn hiện nay, các nghiên cứu công nghệ sinh học chủ yếu liên quan đến việc tạo ra các chủng mới có năng suất sinh học cao và việc áp dụng chúng vào các công nghệ lên men hiện đại, trong sản xuất và chế biến các loại sản phẩm sau:

-Công nghiệp sản xuất sữa, công nghệ sinh học trong chế biến tinh bột.

Sản xuất nước uống lên men, như: bia, rượu nho, rượu chưng cất

-Sản phẩm chứa protein, như: protein vi khuẩn

đơn bào, protein từ tảo làm cố định đạm cyanobacteria và vi tảo.

- Sản xuất các chất tăng hương vị thực phẩm, như: axit citric, axit amino, chất tăng vị ngọt

thực phẩm, keo thực phẩm

- Sản xuất vitamin và màu thực phẩm tổng hợp:

B, Công nghệ sinh học trong hóa học

Trong thế kỷ 20, con người đã khai thác một nguồn rất nhỏ tài nguyên thực vật để sản xuất một số hóa chất Trong thế kỷ 21, con người sẽ áp dụng các quy trình khoa học công nghệ phù hợp để phát triển mạnh mẽ hóa học xanh để phù hợp với thiên nhiên và an toàn cho môt trường

- Sản xuất các vật liệu mới phân hủy sinh học như các polymer sinh học, cellulose vi khuẩn,

polylactic

- Sản xuất các hóa chất từ các sinh khối thực vật

Sản xuất các vật liệu mới phân hủy sinh học như các polymer sinh học, cellulose vi khuẩn, polylactic

- Sản xuất các hóa chất từ các sinh khối thực vật.

III xử lý nước thải công nghiệp

 Việc nghiên cứu và tìm cách phát triển và ứng dụng các công cụ sinh học phân tử để tìm hiểu các yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa không ổn định trong việc kiểm soát và đánh giá chất lượng nước của các nhà máy công nghiệp trước khi đưa ra môi trường có vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và là vấn đề đang rất được các giới chuyên môn cũng như mọi người dân quan tâm.Ta có một số phương pháp sau:

 FISH

 PCR-DGGE…

a, FISH(Fluorescent insitu hybridization):

 FISH (Fluorescent insitu hybridization) là kỹ thuật trung gian giữa di truyền tế bào và di truyền

phân tử, sử dụng một đoạn mồi đặc hiệu gắn tín hiệu huỳnh quang, để phát hiện sự có mặt hoặc vắng mặt của một đoạn gen nào đó trên nhiễm sắc thể, với ưu điểm nhanh, đặc hiệu và

chính xác FISH đặc biệt có hiệu quả trong việc phát hiện những mất đoạn gen nhỏ , hoặc để

khẳng định nguồn gốc của các loại chuyển đoạn đặc biệt

 Nhờ đó FISH được sử dụng để phân tích các thành phần, định lượng và phân bố các nhóm vi sinh vật khác cũng như cấu trúc của chúng nhằm đánh giá chất lượng nước thải cũng như đưa ra phương hướng xử lý

b, PCR-DGGE

 Là một phương pháp nhanh chóng và đơn giản, cung cấp mô hình về các dải đặc trưng trong các mẫu khác nhau, duy trì khả năng phân tích gen triệt để bằng cách sắp xếp các dải riêng

 PCR-DGGE đã được sử dụng để kiểm tra các hệ sinh thái phức tạp như sông, biển, đất và thủy nhiệt

ven biển sâu và đặc biệt là quần thể vi sinh vật trong nước thải công nghiệp.Hiểu quần thể vi sinh phức tạp chắc chắn sẽ giúp chúng ta nhanh chóng trong việc ra quyết định liên quan đến xử lý và can thiệp chính xác trong việc kiểm tra và cử lý nguồn nước thải trước khi cho chúng đổ ra môi trường

 Kỹ thuật này cho phép phân biệt các trình tự DNA khác nhau dựa trên sự khác nhau về tỷ lệ (G+C)/(A+T) giữa các trình tự Khi được điện di trên một gel có gradient chất biến tính, tùy theo thành phần nucleotit mà một phân

tử DNA sẽ dừng lại ở một vị trí nhất định đặc trưng: trong phân tử càng nhiều G và C thì phân tử càng lâu bị biến tính và do đó càng lâu dừng lại trên gel điện di Vì vậy, vị trí khác nhau trên điện di đồ DGGE phản ánh sự khác nhau về trình tự của các đoạn DNA được phân tích Trong từng trường hợp cụ thể, mỗi vị trí có thể đặc trưng cho một trình tự DNA và phản ánh sự có mặt của một loài hay cá thể trong quần xã được phân tích.

 DGGE là một cách tiếp cận có giá trị trong việc sàng lọc các hệ sinh thái phức tạp trên một quy mô lớn và trong việc phân tích mẫu môi trường khác nhau trong một khoảng thời gian ngắn.

Cảm ơn thầy cùng các bạn đã

lắng nghe!

Tài Liệu Tham Khảo