1/31/2013 Nguyễn Quang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI Giáo trình học tập CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM Giảng viên: Nguyễn Quang SĐT: 01689 034 127 Email: quang.nguyen.3487@gmail.com  Giáo trình   Tài liệu tham khảo     Nguyễn Quang ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT Nhập môn công nghệ sinh học - Phạm Thành Hổ - NXB Giáo dục - 2008 Công nghệ vi sinh vật - Tập - Cơ sở vi sinh vật công nghiệp - NXB ĐHQG TPHCM - 2006 Công nghệ vi sinh vật - Tập - Vi sinh vật học công nghiệp - NXB ĐHQG TPHCM - 2006 Công nghệ vi sinh vật - Tập - Thực phẩm lên men truyền thống - NXB ĐHQG TPHCM – 2006 Mục tiêu môn học Nguyễn Quang Chương 2: Công nghệ sinh học vấn đề tạo nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu công nghệ sinh học thực phẩm 1.2 Lịch sử phát triển triển vọng Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm 3.1 Công nghệ sản xuất sinh khối tế bào 3.1.1 Sản xuất nấm men từ rỉ đường 3.1.2 Sản xuất thu nhận tảo 2.1 Công nghệ sinh học cổ điển tạo nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm 2.2 Công nghệ sinh học đại tạo nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm 3.2 Công nghệ sản xuất nước chấm lên men (tự học) 3.2.1 Bản chất trình thủy phân protein hạt đậu nành 3.2.2 Kỹ thuật sản xuất nước chấm lên men từ hạt đậu nành 3.2.3 Kỹ thuật sản xuất tương tàu 3.2.4 Làm tương hoàn toàn đậu nành 3.2.5 Kỹ thuật nuôi cấy nấm mốc 3.2.6 Kỹ thuật sản xuất chao 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm 3.3 Tổng hợp acid amin phương pháp vi sinh vật 3.3.1 Bản chất trình 3.3.2 Sản xuất acid glutamic bột 3.3.3 Sản xuất lysin phương pháp vi sinh 3.4 Tổng hợp enzym phương pháp vi sinh vật 3.4.1 Phương pháp tổng hợp enzym từ vi sinh vật 3.4.2 Tổng hợp enzym amylase 3.4.3 Tổng hợp enzym protease 3.4.4 Tổng hợp pectinase 3.4.5 Tổng hợp cellulase Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm 3.5 Các trình lên men yếm khí ứng dụng (tiểu luận) 3.6 Các trình lên men hiếu khí ứng dụng (tiểu luận) 3.5.1 Lên men etylic trình sản xuất rượu 3.5.2 Lên men từ nấm men – Công nghệ sản xuất bia 3.5.3 Sản xuất rượu vang trái 3.5.4 Lên men lactic ứng dụng 3.5.5 Lên men butyric 3.5.6 Lên men pectin 3.6.1 Lên men acetic kỹ thuật sản xuất dấm 3.6.2 Công nghệ sản xuất thạch dừa 3.6.3 Lên men citric – Kỹ thuật sản xuất bột chanh 3.6.4 Phản ứng oxy hóa công nghệ sản xuất trà 3.6.5 Lên men cà phê 3.6.6 Lên man ca cao Nguyễn Quang Chương 4: Công nghệ sinh học thực phẩm tương lai 4.1 Thực phẩm chức 4.2 Thực phẩm biến đổi gen, quan điểm thực phẩm biến đổi gen 4.3 Vai trò công nghệ sinh học phát triển thực phẩm 4.4 An toàn nguyên liệu thực phẩm Nguyễn Quang Chương 5: Một số phương pháp phân tích vi sinh vật thực phẩm 5.1 Phương pháp lai phân tử 5.2 Phương pháp PCR 5.3 Phương pháp ELISA 1/31/2013 Nguyễn Quang Chương 1: Mở Đầu   Công nghệ sinh học? Công nghệ sinh học hiểu đơn giản công nghệ sử dụng trình sinh học tế bào vi sinh vật, động vật thực vật tạo thương phẩm phục vụ lợi ích người Nguyễn Quang CÁC LĨNH VỰC CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC CNSH phân loại theo đối tượng:  CNSH phân tử (Molecular biotechnology)  CNSH protein enzym (Biotechnology of protein and enzymes)  CNSH vi sinh vật (Microbial biotechnology)  CNSH thực vật (Plant biotechnology)  CNSH động vật (Animal biotechnology) Nguyễn Quang CÁC LĨNH VỰC CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC CNSH gọi theo lĩnh vực kinh tế xã hội:  CNSH y học (Medical biotechnology)  CNSH thực phẩm (Food biotechnology)  CNSH lượng (Energetic biotechnology)  CNSH hóa học vật liệu (Biotechnology in chemistry and materials)  CNSH nông nghiệp (Agricultural biotechnology)  CNSH môi trường (Environmental biotechnology) Nguyễn Quang Sự tiến hóa CNSH    Nguyễn Quang Sự tiến hóa CNSH  1800 – 1900, móng CNSH thiết lập, bao gồm trình trùng, lai đại di truyền học      1837 – 1838, Học thuyết tế bào, Schleiden & Schwann 1859, C Darwin nêu Học thuyết tiến hóa Những năm 1860, L Pasteur mở đường cho phát triển Vi sinh vật học CNSH vi sinh vật 1865, Mendel chứng minh nhân tố di truyền (gen) mở đầu cho nghiên cứu sâu vào giới vi mô sống 1868, Frederic Miescher tìm DNA 2.500 B.C., người Hy Lạp biết lai ngỗng để tạo ngỗng to ngon nấu chín Trước kỷ 20, VSV sử dụng nhằm cải thiện sản xuất thực phẩm 1655, tế bào phát nhờ kính hiển vi Nguyễn Quang DI TRUYỀN HỌC MENDEL   Năm 1865, Gregor Mendel nêu quy luật di truyền khái niệm nhân tố di truyền, mà sau gọi gen Năm 1900 coi năm đời di truyền học với phát minh lại quy luật Mendel Đầu kỷ 20, khái niệm gen xác lập dạng trừu tượng: nhân tố di truyền xác định tính trạng 1/31/2013 Nguyễn Quang Mendel Nguyễn Quang Mô hình thí nghiệm Mendel Nguyễn Quang Phát minh DNA  Nguyễn Quang Thuyết di truyền nhiễm sắc thể Năm 1868, Johann Friedrich Miesher, nhà sinh hóa học người thụy sỹ, tuổi 25 tìm chất acid từ nhân (nucleus) tế bào bạch huyết mủ đặt tên nuclein mà sau gọi nucleic acid   Đầu kỷ 20, khái niệm gen xác lập Năm 1910 – 1920, T.H Morgan nêu thuyết di truyền nhiễm sắc thể, chứng minh gen locus nhiễm sắc thể Nguyễn Quang Mô hình cấu trúc DNA Watson - Crick  Nguyễn Quang Watson - Crick Năm 1953, mô hình cấu trúc phân tử DNA Watson – Crick đặt móng cho phát triển sinh học phân tử Học thuyết trung tâm sinh học phân tử: DNA  mRNA  protein chép phiên mã dịch mã 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Kỹ thuật di truyền    Sự tiến hóa CNSH Năm 1973, kỹ thuật di truyền đời làm bùng nổ cách mạng CNSH Con người có khả vượt giới hạn tiến hóa, thay quyền tạo hóa cải biến sinh giới thân thể sinh học người CNSHTP đại bắt đầu nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá cải thiện thực phẩm nhờ kỹ thuật di truyền 1990, thực phẩm CNSH giới thiệu (gồm: loại enzym sử dụng sản xuất phomai loại nấm men sản xuất bánh mì) 1994, sản phẩm thực phẩm nguyên vẹn vào thị trường Mỹ, cà chua chín chậm (Flavr Savr Tomato) 1997, đậu nành kháng thuốc diệt cỏ giới thiệu  loại CNSH phổ biến Mỹ 1998, công nghiệp đu đủ Hawai cứu sống nhờ chủng kháng virus chuyển gen 2002, đồ gen lúa hoàn thiện  mở khả kỹ thuật di truyền nhằm tạo giống lúa chống bệnh, hạn,…      Nguyễn Quang Nguyễn Quang Các giai đoạn phát triển CNSH giới Sự tiến hóa CNSH       Nguyễn Quang Nguyễn Quang Những mốc phát triển CNSH Việt Nam     Viện Pasteur Sài Gòn nôi CNSH, thành lập năm 1891 Albert Calmette sản xuất vaccine đậu mùa, chống dại, nghiên cứu bệnh lý nhiệt đới, làm men rượu, huyết chống nọc rắn hổ mang Yersin khám phá vi khuẩn dịch hạch (1894) Nhà máy rượu Sài Gòn đời năm 1887 Giai đoạn trước Pasteur (đến 1865) Giai đoạn phát triển công nghiệp lên men (1866 – 1940) Giai đoạn công nghiệp kháng sinh hóa chất (1941 – 1960) Giai đoạn sinh tổng hợp điều khiển (1961 – 1975) Giai đoạn CNSH phân tử (1976 đến nay) Những mốc phát triển CNSH Việt Nam     1949, BS Nguyễn Văn Hưởng sản xuất vaccine chống đậu mùa, tả, thương hàn, làm loại xét nghiệm 1950, BS Phạm Ngọc Thạch BS Đặng Văn Ngữ thử nghiệm nuôi cấy Penicillium làm thuốc kháng sinh Trong thập kỷ 1960 thành lập nhà máy Ajinomoto, Vedan, nhà máy bia… 1995 đến nay, kỹ thuật CNSH đại áp dụng viện nhiều trường đại học 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Công nghệ sinh học thực phẩm    Công nghệ sinh học thực phẩm CNSHTP? CNSHTP tiến hóa kỹ thuật nông nghiệp truyền thống lai chéo lên men CNSHTP sử dụng phương pháp di truyền đại nhằm cải thiện tính trạng có lợi trồng, động vật VSV sản xuất thực phẩm Nó bao gồm việc thêm vào, xóa bỏ gen mục tiêu nhằm đạt tính trạng mong muốn Nguyễn Quang Nguyễn Quang Công nghệ sinh học thực phẩm Công nghệ sinh học thực phẩm  CNSHTP truyền thống:  Lên men VSV      CNSHTP đại:   Nguyễn Quang Hướng phát triển CNSHTP tương lai     Nâng cao chất lượng thực phẩm Loại trừ thực phẩm có mang chất độc chất gây dị ứng Tạo nguồn thực phẩm định hướng Tiết kiệm tài nguyên Pho mai Bia Rượu vang Bánh mì Nuôi cấy mô Kỹ thuật di truyền Ảnh hưởng CNSH: từ nông trại đến bữa ăn     Nguyễn Quang Nông nghiệp môi trường Chất lượng sản xuất thực phẩm Sức khỏe dinh dưỡng Các quốc gia phát triển 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Nông nghiệp môi trường     Lợi ích nông dân Giảm sử dụng thuốc trừ sâu Giảm sói mòn đất Giúp bảo vệ nguồn nước Bảo tồn đất nhiên liệu hóa thạch Chất lượng sản xuất thực phẩm        Tăng sản lượng mùa vụ Giảm chi phí sản xuất Giảm tần suất người nông dân phải tiếp xúc với hóa chất diệt côn trùng Tăng hiệu sản xuất Nguyễn Quang Nguyễn Quang Sức khỏe dinh dưỡng  Nhiều thực phẩm chế biến sẵn sử dụng trồng CNSH (bột, protein đậu nành, siro bắp dầu canola…) Cải thiện thành phần chất béo dầu ăn (hàm lượng béo bão hòa thấp, hàm lượng acid oleic cao)  bền vững chiên Làm chậm trình chín  nông sản tươi    Nhiều sản phẩm dinh dưỡng đáp ứng nhu cầu tiêu dùng Các loại dầu ăn qua trình hydro hóa, giúp giảm hàm lượng trans fatty acids Dầu ăn giàu chất dinh dưỡng (betacarotene, vitamin E) Khoai tây với hàm lượng chất khô cao Nguyễn Quang Nguyễn Quang Các quốc gia phát triển: Các sản phẩm CNSHTP ảnh hưởng CNSH đến đảm bảo an ninh thực phẩm   Hơn 800 triệu người toàn giới ước lượng bị đói ngày  nạn đói giới cải thiện nhờ CNSH Cuộc chiến chống đói suy dinh dưỡng:  Nhiều sản phẩm diện tích đất trồng Lợi ích kinh tế  Thiếu vitamin A (118 nước giới) sắt (khoảng tỉ người thiếu máu)  Giải pháp tiềm năng: golden rice (gạo vàng)     Cây trồng kháng côn trùng, sâu hại, virus: bắp Bt, Bt, đu đủ bí vàng kháng virus, đậu nành, bắp hạt cải kháng thuốc diệt cỏ… > 70% đậu nành 30% bắp trồng Mỹ năm 2002 có nguồn gốc từ CNSH Các loại khác chấp nhận thương mại: củ cải đường bắp chịu thuốc diệt cỏ, khoai tây Bt kháng virus 1/31/2013 Nguyễn Quang Người tiêu dùng ủng hộ CNSHTP Những thành tựu khác    2/1997, Wilmut công bố nhân vô tính cừu Dolly 1999, thành tựu tế bào gốc (Stem Cell)   Gần 2/3 số người tin CNSHTP có lợi ích cho gia đình họ vòng năm tới Hơn nửa số người lựa chọn sản phẩm chuyển gen có mùi vị thơm ngon tươi Gần 3/4 số người lựa chọn sản phẩm có tính kháng côn trùng gây hại Nguyễn Quang Nguyễn Quang CNSHTP an toàn?    CNSHTP an toàn? Phe đối lập đặt câu hỏi tính an toàn thực phẩm CNSH dựa cảm tính không dựa vào số liệu thực tế Các tổ chức phủ FDA (U.S Food and Drug Administration), USDA (United States Department of Agriculture) EPA (Environmental Protection Agency) cam kết đảm bảo tính an toàn thực phẩm Các tổ chức y tế thực phẩm khác ủng hộ việc sử dụng thực phẩm CNSH gồm ADA (American Dietetic Association), AMA (American Medical Association), IFT (Institute of Food Technologist), WHO FAO Nghiên cứu chứng tác hại thực phẩm CNSH Hơn 3200 học giả danh tiếng ký vào tuyên bố xác nhận CNSHTP an toàn, thân thiện với môi trường công cụ hữu ích giúp nuôi nước phát triển 10/2001, Hội đồng Châu Âu EC cho báo cáo kết từ 81 dự án nghiên cứu 15 năm - tuyên bố thực phẩm bắt nguồn từ CNSH an toàn thực phẩm truyền thống CNSH xác trải qua khảo sát kỹ    Nguyễn Quang Tương lai CNSHTP        Nguyễn Quang Hiệu nông nghiệp, tiết kiệm diện tích đất trồng lại trồng nhiều mùa vụ  đáp ứng nhu cầu thực phẩm nhân loại Giảm độc tố tự nhiên Cung cấp phương thức đơn giản nhanh chóng để nhận biết sinh vật gây bệnh Kéo dài độ tươi nông sản Cải thiện thành phần dinh dưỡng thực phẩm Giảm tính gây dị ứng số loại thực phẩm Bảo vệ, tăng cường sức khỏe thông qua thực phẩm có tính chống Oxy hóa, ngăn ngừa ung thư… Nguyễn Quang Câu hỏi ôn tập     Trình bày khái niệm công nghệ sinh học thực phẩm? Những ảnh hưởng công nghệ sinh học? Trình bày hiểu biết em an toàn công nghệ sinh học thực phẩm? Trình bày xu hướng phát triển công nghệ sinh học thực phẩm tương lai? ... cao Nguyễn Quang Chương 4: Công nghệ sinh học thực phẩm tương lai 4 .1 Thực phẩm chức 4.2 Thực phẩm biến đổi gen, quan điểm thực phẩm biến đổi gen 4.3 Vai trò công nghệ sinh học phát triển thực phẩm. . .1/ 31/ 2 013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật công nghệ thực phẩm 3.3 Tổng hợp acid amin phương pháp vi sinh vật 3.3 .1. .. VSV sản xuất thực phẩm Nó bao gồm việc thêm vào, xóa bỏ gen mục tiêu nhằm đạt tính trạng mong muốn Nguyễn Quang Nguyễn Quang Công nghệ sinh học thực phẩm Công nghệ sinh học thực phẩm  CNSHTP