Ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn
I. Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn
- Dựa vào đặc điểm sinh trưởng, phát triển, sinh sản của vi sinh vật, con người đã khai thác, ứng dụng chúng vào nhiều lĩnh vực của đời sống nhằm tạo ra các sản phẩm có ích, an toàn và thân thiện với môi trường.
- Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn:
|
Ứng dụng vào thực tiễn |
Cơ sở khoa học |
|
- Tạo ra các amino acid quý như glutamic acid, lysine. - Tạo protein đơn bào. - Tổng hợp chất kháng sinh. |
- Vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp các chất cần thiết bằng cách sử dụng năng lượng và enzyme nội bào. |
|
- Tạo các chế phẩm có chứa vi sinh vật phân giải chất hữu cơ để xử lí bể phốt, chất thải trong chăn nuôi gia súc, gia cầm. - Xử lí chất thải ô nhiễm (rác hữu cơ, dầu loang, nước thải,…). - Sản xuất nước mắm, nước tương, acid hữu cơ,… - Sản xuất bánh kẹo, syrup, rượu, sữa chua, rau, củ, quả muối chua. |
- Vi sinh vật có khả năng tiết ra enzyme để phân giải các chất ở bên ngoài tế bào:
|
|
- Tiêu diệt, ức chế vi sinh vật gây bệnh; bảo quản thực phẩm bằng cách phơi khô, bảo quản lạnh, ngâm trong dung dịch đường,… |
- Vi sinh vật chỉ sinh trưởng trong giới hạn nhất định của các yếu tố môi trường. |
|
- Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học. |
- Một số vi sinh vật tạo ra chất gây hại cho côn trùng. |
|
- Sản xuất phân bón vi sinh. |
- Một số vi sinh vật có khả năng tạo chất dinh dưỡng cho cây trồng. |
|
- Sản xuất vaccine. |
- Vi sinh vật đóng vai trò là kháng nguyên. |
|
- Sản xuất insulin, interferon, interleukin, hormone sinh trưởng, vaccine tái tổ hợp,… |
- Vi sinh vật đóng vai trò là vector chuyển gene. |
II. Một số ứng dụng của vi sinh vật trong thực tiễn
1. Khái quát về ứng dụng của vi sinh vật trong thực tiễn
- Vi sinh vật được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, chế biến và bảo quản thực phẩm, bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, trong y học,... nhằm nâng cao sức khỏe và tạo môi trường sống thân thiện, an toàn.
2. Một số ứng dụng của vi sinh vật trong thực tiễn
Sản xuất phomat (cheese)
- Phomat là sản phẩm được làm từ sữa (bò, dê, cừu,...) nhờ ứng dụng quá trình phân giải của Lactococcus lactis .
- Quy trình: Gồm 3 bước: thanh trùng sữa → cấy vi khuẩn lên men lactic → cắt cục vón, khuấy đềy và tạo hình.
- Thanh trùng sữa ở 72oC trong 15 giây.
- Cấy vi khuẩn Lactococcus lactis và enzyme rennin để lên men: Vi khuẩn lactic lên men đường lactose tạo acid làm đông tụ sữa. Enzyme rennin thủy phân k–cazein trong sữa làm cho protein đông vón. Thêm chất phụ gia CaCl2 làm tăng khả năng kết tủa sữa.
- Cắt cục vón, khuấy đều, để yên 10 - 30 phút, nâng nhiệt độ lên đến 49 - 54oC. Rửa cục vón bằng nước Clo năm phần triệu để tách lactose. Khuấy đều cho đến khi cục vón chắc lại, cho vào khuôn nén, sau vài tuần thu được phomat.
Sản xuất tương
- Tương là sản phẩm được tạo thành nhờ ứng dụng quá trình phân giải tinh bột và protein nhờ enzyme của nấm mốc Aspergillus oryzae .
- Một số loại tương nổi tiếng như tương Bần, tương Cự Đà, tương Nam Đàn, tương hột.
- Quy trình: Gồm 3 bước
- Bước 1 - Tạo chế phẩm enzym từ nấm mốc: Ngâm gạo nếp 4 – 8 tiếng → Nấu xôi, để nguội, dàn mỏng lên nong → Cho nhiễm nấm tự nhiên hoặc dùng mốc trong phòng thí nghiệm để tạo mốc → Chọn mốc có màu vàng, nâu vàng lục, loại bỏ những chỗ có mốc xanh, đen, hồng → Khi bào tử mốc đã mọc đều, đem phơi hoặc sấy khô, đóng gói, dán kín, cách ẩm để dùng dần.
- Bước 2 - Chuẩn bị đậu tương: Đậu tương rửa sạch để ráo, sấy hoặc rang vàng → Nghiền hạt đậu tương bể làm đôi, làm sạch vỏ, đun sôi, để nguội → Cho vào chum ngâm nước khoảng 7 ngày.
- Bước 3 - Ủ tương (ngả tương): Cho chế phẩm enzyme từ nấm mốc vào chum chứa đậu tương, cho thêm muối ăn (khoảng 15 % lượng nước trong chum) để tương không bị thối → Để chum nơi có ánh nắng, khấy đều mỗi buổi sáng, ủ trong thời gian thích hợp.
Sản xuất chất kháng sinh
- Chất kháng sinh chủ yếu được tạo ra do xạ khuẩn (chi Streptomyces), vi khuẩn (chi Bacillus) và nấm (chi Penicillium).
- Quy trình: Gồm 3 giai đoạn: nhân giống → lên men 2 pha → tách chiết.
- Nhân giống: Chọn chủng giống vi khuẩn phù hợp, chọn môi trường nuôi cấy.
- Lên men 2 pha: Pha 1 là pha sinh trưởng, tính từ khi cấy giống vào thùng lên men đến khi sinh khối ngừng tăng lên. Pha 2 là pha sinh tổng hợp để tích tụ chất kháng sinh. Môi trường lên men phải đảm bảo đủ chất dinh dưỡng, để đạt năng suất cao cần phải thêm tiền chất. Mặt khác, quá trình lên men cần đảm bảo các thông số như pH, nhiệt độ, độ thông khí và thời gian.
- Tách chiết: Tùy thuộc vào từng loại chất kháng sinh mà có phương pháp tách chiết sao cho phù hợp hơn. Quá trình này thực hiện theo các bước sau: lọc tách sinh khối → tách chiết → đông khô → bột tinh sạch.
Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học
- Ưu – nhược điểm của thuốc trừ sâu sinh học:
- Ưu điểm: không gây độc hại cho con người và gia súc, không làm giảm đa dạng sinh học và không gây ô nhiễm môi trường, không ảnh hưởng đến chất lượng nông sản và thường có hiệu quả lâu dài.
- Nhược điểm: hiệu lực chậm, phổ tác động hẹp.
- Một số chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học phổ biến: Bacillus thuringiensis, Beauveria, Metarhizium,....
- Chế phẩm Bacillus thuringiensis được sản xuất bằng phương pháp lên men chìm theo quy trình:
- (1) Chuẩn bị giống vi khuẩn chủng Bacillus thuringiensis chuẩn.
- (2) Nhân giống. Thực hiện nhân giống cấp 1 trên máy lắc và nhân giống cấp 2 trong nồi lên men 500 lít hoặc 5000 lít.
- (3) Lên men.
- (4) Li tâm để thu sinh khối.
- (5) Sấy, nghiền sinh khối vi khuẩn.
- (6) Phối trộn phụ gia và đóng gói sản phẩm. Sản phẩm có thể ở dạng chai hoặc dạng gói.
Xử lí nước thải
- Quá trình xử lí nước thải thường trải qua 3 cấp: cấp 1 (lí học), cấp 2 (sinh học), cấp 3 (hóa học).
- Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh và vi khuẩn nitrat hóa.
- Có hai nhóm phương pháp sinh học sử dụng trong xử lí nước thải: hiếu khí và yếm khí.
- Phương pháp xử lí sinh học hiếu khí: xử lí bằng bùn hoạt tính, hồ hiếu khí, bể phản ứng theo mẻ, quá tình tiêu hủy hiếu khí, lọc nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, bể lọc sinh học.
* Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính:
Nước thải đã được xử lí sơ cấp được dẫn vào bể thổi khí để cung cấp oxygen cho vi khuẩn và vi sinh vật oxi hóa chất hữu cơ. Trong bể thổi khí, lượng bùn hoạt tính tăng dẫn → Dẫn hỗn hợp từ bể thổi khí sang bể lắng để tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải → Một phần bùn hoạt tính được đưa trở lại bể thổi khí làm giống, phần bùn thừa sau khi được tách nước sẽ được đưa đi phân giải yếm khí.
- Phương pháp xử lí sinh học yếm khí: xử lí bằng hồ yếm khí, bể UASB, bể lọc yếm khí, lọc trên giá mang hữu cơ.
* Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bể UASB:
Nước thải sẽ được dẫn qua các đường ống cấp dưới đáy bể với vận tốc 0,6 – 0,9 m/s và được điều chỉnh pH duy trì ở 6,6 – 7,6 nhằm đảm bảo sự phát triển của vi sinh vật kị khí → Hỗn hợp bùn và nước thải sẽ được tiếp xúc nhau. Quá trình phát triển sinh khối của các vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm và tạo thành CH4, CO2. Lượng khí này sẽ được bám vào bùn và nổi lên trên bề mặt của bể → Bể UASB được lắp các vách nghiêng. Tại đây xảy ra hiện tượng tách pha khí – rắn – lỏng. Để hấp thụ triệt để, hiệu quả nhất lượng khí trên thì dẫn hỗn hợp khí qua dung dịch NaOH từ 5% – 10%. Bùn sau đó sẽ được lắng xuống do tách hoàn toàn khí. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến bể xử lí tiếp theo.
