Mở đầu
Câu hỏi 1: Quan sát các công doạn sản xuất pho mai trong một nhà máy (hinh 20.1) và cho biết vi sinh vật được sử dụng trong công đoạn nào? Đỏ là nhóm vi sinh vật gì?
– Tùy thuộc loại sản phẩm mà các nhà sản xuất có thể sử dụng một loài hay một tổ hợp nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Trong sản xuất phô mai ở hình 20.1. Ta có thể thấy, vi sinh vật được sử dụng trong công đoạn lên men. Đó là nhóm vi khuẩn lactic, nấm mốc, nhóm vi khuẩn propionic.
Câu hỏi 2: Có thể sử dụng tế bào vi sinh vật như một "nhà máy" thực hiện đầy đủ các công đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất sản phẩm phục vụ con người được không?
Trả lời:
– Không thể sử dụng tế bào vi sinh vật như một “nhà máy” thực hiện đầy đủ các công đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất sản phẩm phục vụ con người vì sản phẩm được vi sinh vật tạo ra cần trải qua một số bước như: Chọn lọc, chết biến, đánh giá mới có thể trở thành sản phẩm hoàn chỉnh.
I. Công nghệ vi sinh vật và một số ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn
Câu hỏi 1: Nêu các sơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn.Trả lời:
– Trong thực tiễn, việc ứng dụng vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải và tổng hợp chất hữu cơ, chuyển hóa các chất vô cơ tạo ra nhiều sản phẩm có ích.
– Ngoài ra, nhiều vi sinh vật có khả năng sinh trưởng nhanh, một số vi sinh vật có thể sống trong môi trường khắc nghiệt.
Tìm hiểu thêm: Em hãy tìm hiểu thông tin trên mạng internet và cho biết tảo xoắn Arthrospira platensis có chứa các hoạt chất sinh học có giá trị gì? Vì sao chúng lại được dùng làm thực phẩm chức năng chống lão hóa và làm trẻ da?
Trả lời:
– Trong tảo xoắn có chứa nhiều hoạt chất sinh học có giá trị cả dinh dưỡng như protein (cao gấp 3 lần thịt bò), vitamin, khoáng chất, những hoạt chất này rất tốt cho hệ miễn dịch của cơ thể con người.
– Ngoài ra, trong tảo xoắn Arthrospira platensis còn chứa nhiều loại chất chống lão hóa như phycocyanin, β-caroten, vitamin E, acid γ-linoleic. Những chất này có khả năng loại bỏ các gốc tự do thông qua tác dụng chống oxy hóa, làm chậm sự lão hóa của tế bào, duy trì tính đàn hồi của da, giúp da căng bóng, mịn màng nên được dùng làm thực phẩm chức năng chống lão hóa và làm trẻ da.
Câu hỏi 2: Kể tên một số chế phẩm vi sinh vật dùng trong chăn nuôi, trồng trọt mà em biết.
Trả lời:
* Một số chế phẩm vi sinh vật dùng trong chăn nuôi, trồng trọt:
– Chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học: Thuốc trừ sâu vi sinh Bt, thuốc trừ sâu Pethian, thuốc trừ sâu Muskardin,…
– Chế phẩm E.M: dùng để kích thích sự nảy mầm, tăng khả năng quang hợp và hấp thu chất dinh dưỡng ở cây trồng; kích thích hệ tiêu hóa, tăng sức đề kháng và chống chịu với bệnh tật ở vật nuôi.
– Chế phẩm phân vi sinh: Phân vi sinh cố định đạm, phân vi sinh phân giải lân, phân vi sinh phân giải silicat,…
– Chế phẩm Biomix 2, Emuniv dùng để xử lý nước thải chăn nuôi.
Câu hỏi 3: Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ dựa trên cơ sở khoa học nào ?
Trả lời:
– Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ dựa vào khả năng ức chế hoặc diêu diệt một số sinh vật gây hại cho cây trồng, vật nuôi. Một số vi sinh vật khác có khả năng phân giải lân khó tan trong đất thành chất khoáng vô cơ mà cây có thể hấp thụ được, hỗ trợ kích thích sinh trưởng bộ rễ cây trồng của các vi sinh vật để tạo ra phân bán vi sinh… giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt hơn.
Câu hỏi 4: Quan sát hình 20.4 và cho biết nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học là gì? Trên thị trường hiện nay, em có biết những sản phẩm nào của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học? Hãy kể tên những sản phẩm đó.
– Nguyên liệu đầu vào: Đường mía, tinh bột ngô, sinh khối thực vật, phụ phẩm của trồng trọt.
– Nguyên liệu đầu ra: Xăng sinh học.
– Một số sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học: xăng sinh học, chất tẩy rửa sơn mực, nước hoa, dung dịch tẩy rửa, dược phẩm, nước ướp gia vị…
Câu hỏi 5: Quan sát hình 20.5 và cho biết nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học (biogas) là gì? Sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?
– Nguyên liệu đầu vào của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học biogas:
+ Rác thải hữu cơ
+ Phân và nước thải chăn nuôi
+ Sinh khối thực vật
+ Phụ phẩm của trồng trọt
– Sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học là: khí gas hữu cơ (methan) và phân bón hữu cơ.
– Sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học được ứng dụng trong lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp, môi trường:
+ Sử dụng khí sinh học để đun nấu.
+ Sử dụng khí sinh học để tạo ra điện.
+ Dùng nước xả và phân từ hầm khí sinh học làm phân hữu cơ cho cây trồng.
Tìm hiểu thêm: Ở một số vùng nông thôn Việt Nam, người ta cũng sản xuất khí sinh học (biogas) tại các hộ nông dân. Tìm kiếm thông tin và cho biết nông dân ta đã tận dụng những phế phụ phẩm nông nghiệp nào để sản xuất khí sinh học và dùng sản phẩm khí sinh học đó cho những mục đích gì?
Trả lời:
– Những phế phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất khí sinh học:
+ Phế phẩm từ lúa gạo: Rơm rạ, vỏ trấu
+ Phế phẩm từ ngô: Lõi ngô, bẹ ngô, thân và lá ngô
+ Phế phẩm từ các loại cây nông nghiệp khác như mía, cà phê, lạc, đậu tương, dừa,…
+ Phế phẩm chăn nuôi: Nước thải từ chăn nuôi gia súc, gia cầm, lông động vật.
– Sản phẩm khí sinh học tạo ra được sử dụng cho những mục đích như thay thế chất đốt, dùng để làm phân bón sinh học cho cây trồng, sử dụng để chạy máy phát điện tạo ra điện sinh hoạt gia đình và điện phục vụ trang trại,…
Câu hỏi 6: Việc ứng dụng vi sinh vật để sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên cơ sở khoa học nào?
Trả lời:
- Dựa trên khả năng phân giải và tổng hợp các chất hữu cơ của các vi sinh vật mà ta có thể ứng dụng vào sản xuất nước tương và nước mắm.
Vận dụng: Kể tên một số sản phẩm thực phẩm ứng dụng công nghệ vi sinh vật mà em biết.
Trả lời:
* Một số sản phẩm thực phẩm ứng dụng công nghệ vi sinh vật:
– Bánh mì, bia, rượu,…(dùng nấm men)
– Sữa chua, phô mai,…(dùng vi khuẩn lactic)
– Nước tương, nước mắm, xì dầu,…(lên men từ các loại nguyên liệu như đậu nành, tảo, hoặc cá).
– Rau củ quả muối chua, (sử dụng vi khuẩn lactic thông qua quá trình lên men để muối chua).
II. Một số thành tựu và dự án điều tra sản phẩm thương mại của công nghệ vi sinh vật
Luyện tập 1: Vì sao vi sinh vật được sử dụng như những "nhà máy" để sản xuất các protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác?Trả lời:
– Các vi sinh vật được sử dụng như những nhà máy để sản xuất các protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác vì chúng có khả năng trao đổi chất mạnh mẽ, sinh trưởng nhanh và hệ gene của chúng đã được nghiên cứu kỹ giúp đễ dàng điều kiển các hoạt động trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng.
Câu hỏi 7: Để sản xuất các enzyme có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao thì sử dụng nhóm vi sinh vật nào? Vì sao?
Trả lời:
– Để sản xuất các enzyme có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao, ta nên chọn sử dụng các vi sinh vật có khả năng ưa nhiệt. Vì những vi sinh vật này có thể sống trong điều kiện nhiệt độ cao mà protein vẫn không bị bất hoạt, tức là enzyme của chúng hoạt động được trong điều kiện nhiệt độ cao.
+ Ví dụ: Các enzyme thuỷ phân tinh bột, lipid của các vi khuẩn ưa kiềm, chịu nhiệt được dùng trong công nghiệp giặt tẩy vì enzyme này có độ bền cao trong môi trường kiềm và nhiệt độ cao của quy trình giặt tẩy.
III. Ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và triển vọng của công nghệ vi sinh vật
Câu hỏi 8: Quan sát hình 20.7:
b) Công nghệ vi sinh vật hiện nay đang cung cấp những sản phẩm gì cho phát triển kinh tế, xã hội ở Việt Nam?
c) Các sản phẩm của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực nào?
Trả lời:
a) Người hoạt động trong lĩnh vực công nghệ vi sinh vật có thể làm việc trong các bộ và sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn, bộ và sở Khoa học và Công nghệ, bộ và sở Tài nguyên và Môi trường,…; các Viện nghiên cứu trực thuộc Chính phủ, các bộ và sở, các trường đại học và các công ty sản xuất liên quan đến công nghệ vi sinh vật; các nhà máy sản xuất các sản phẩm liên quan đến công nghệ vi sinh vật.
b) Công nghệ vi sinh vật hiện nay đang cung cấp những sản phẩm cho phát triển kinh tế, xã hội ở Việt Nam như:
– Thực phẩm chế biến: Các sản phẩm lên men, nước mắm, nước tương, đồ uống,…
– Thức ăn chăn nuôi: Chất phụ gia cho thức ăn chăn nuôi, thuỷ hải sản; men vi sinh, thuốc thú y, vaccin cho vật nuôi, thuỷ hải sản;…
– Phân bón, thuốc trừ sâu: Phân hữu cơ vi sinh và chế phẩm vi sinh cho cây trồng; thuốc trừ sâu sinh học.
– Thuốc men, vaccine: Vaccine cho người, men vi sinh và các chất hoạt tính sinh học hỗ trợ điều trị, dược phẩm sinh học.
– Xử lý môi trường, các loại hóa chất: Chế phẩm vi sinh xử lí nước thải, khí thải và chất thải rắn, phế phụ phẩm nông nghiệp,…
c) Các sản phẩm của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực:
– Chế biến thực phẩm: Sản xuất bia, rượu, sữa chua, và nhiều sản phẩm khác bằng cách thông quá quá trình lên men.
– Chăn nuôi: Sử dụng vi khuẩn có lợi trong thức ăn chăn nuôi để cải thiện sức khỏe hệ tiêu hóa của động vật và tăng cường sự phát triển của các loài gia xúc.
– Trồng trọt: Sử dụng vi sinh vật để cải thiện năng suất đất đai và thúc đẩy sự phát triển của cây trồng.
– Y – dược học: Sản xuất kháng sinh từ vi khuẩn để điều trị các bệnh nhiễm trùng. Sử dụng vi khuẩn có lợi trong ngành y học để cải thiện hệ tiêu hóa và hỗ trợ sức khỏe.
– Môi trường: Sử dụng vi khuẩn để xử lý nước thải và giảm ô nhiễm môi trường.
– Hóa chất: Sử dụng vi khuẩn và nấm để sản xuất hóa chất và dược phẩm thông qua quá trình sinh học, giảm thiểu sự phụ thuộc vào hóa chất tổng hợp.
Luyện tập 2: Dựa vào bảng 20.2 để liệt kê một số vị trí việc làm trong ngành Công nghệ vi sinh vật và hoàn thành các cột trong bằng 20.3.
Trả lời:
| STT | Vị trí làm việc | Cơ quan, đơn vị làm việc | Các kiến thức, kĩ năng cần có |
| 1 | Kĩ thuật viên phân tích vi sinh vật gây bệnh | Phòng phân tích vi sinh vật ở các cơ sở ý tế | Hiểu biết về các vi sinh vật, kỹ năng làm thí nghiệm, nghiên cứu. |
| 2 | Kỹ sư thực phẩm | Bộ phân máy móc, phân mềm ở công ty chế biến thực phẩm | Biết cách vận hành, cơ chế của các loại phần mềm, máy móc chế biến thực phẩm |
| 3 | Nghiên cứu viên | Nghiên cứu trong viện nghiên cứu ở các trường đại học | Hiểu biết về các vi sinh vật, kỹ năng làm thí nghiệm với hóa chất, nghiên cứu |
Trả lời:
Các hướng phát triển của công nghệ vi sinh vật trong tương lai:
– Chỉnh sửa, tạo đột biến định hướng các gene trong tế bào vi sinh vật, tạo ra các biến thể vi sinh vật có khả năng tự sửa chữa, chịu đựng môi trường khắc nghiệt hơn, hoặc có khả năng sản xuất các sản phẩm mong muốn.
– Tìm kiếm và khai thác các nguồn gene vi sinh vật để tìm kiếm các gen mới có thể được sử dụng để cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm.
– Thiết lập các hệ thống lên men lớn, tự động, liên tục và đồng bộ với công nghệ thu hồi, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm chi phí
– Xây dựng các giải pháp phân tích vi sinh vật tự động trong công nghiệp, nông nghiệp và xử lí môi trường. Có thể bao gồm cả giải pháp trí tuệ nhân tạo và học máy.