Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Nguyễn Quang

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Nguyễn Quang

1. 1/31/2013 Nguyễn Quang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI Giáo trình học tập CÔNG NGHỆ SINH HỌC  Giáo trình chính Nhập môn công nghệ sinh học - Phạm Thành THỰC PHẨM Hổ - NXB Giáo dục - 2008 Giảng viên: Nguyễn Quang  Tài liệu tham khảo SĐT: 01689 034 127 Công nghệ vi sinh vật - Tập 1 - Cơ sở vi sinh vật Email: quang.nguyen.3487@gmail.com công nghiệp - NXB ĐHQG TPHCM - 2006 Công nghệ vi sinh vật - Tập 2 - Vi sinh vật học công nghiệp - NXB ĐHQG TPHCM - 2006 Công nghệ vi sinh vật - Tập 3 - Thực phẩm lên men truyền thống - NXB ĐHQG TPHCM – 2006  Mục tiêu môn học Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 2: Công nghệ sinh học ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT và vấn đề tạo nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 2.1. Công nghệ sinh học cổ điển tạo 1.1. Giới thiệu công nghệ sinh học thực nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm phẩm 1.2. Lịch sử phát triển và triển vọng 2.2. Công nghệ sinh học hiện đại tạo nguồn nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong công nghệ thực phẩm trong công nghệ thực phẩm 3.2. Công nghệ sản xuất nước chấm lên men (tự học) 3.1. Công nghệ sản xuất sinh khối tế bào 3.2.1. Bản chất quá trình thủy phân protein 3.1.1. Sản xuất nấm men từ rỉ đường hạt đậu nành 3.1.2. Sản xuất và thu nhận tảo 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 bằng đậu nành 3.2.5. Kỹ thuật nuôi cấy nấm mốc 3.2.6. Kỹ thuật sản xuất chao 1
2. 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong công nghệ thực phẩm trong công nghệ thực phẩm 3.3. Tổng hợp acid amin bằng phương 3.4. Tổng hợp enzym bằng phương pháp pháp vi sinh vật vi sinh vật 3.3.1. Bản chất của quá trình 3.4.1. Phương pháp tổng hợp enzym từ vi sinh vật 3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột 3.4.2. Tổng hợp enzym amylase ngọt 3.4.3. Tổng hợp enzym protease 3.3.3. Sản xuất lysin bằng phương 3.4.4. Tổng hợp pectinase pháp vi sinh 3.4.5. Tổng hợp cellulase Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong công nghệ thực phẩm trong công nghệ thực phẩm 3.5. Các quá trình lên men yếm khí và 3.6. Các quá trình lên men hiếu khí và ứng dụng (tiểu luận) ứng dụng (tiểu luận) 3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất 3.6.1. Lên men acetic và kỹ thuật sản xuất dấm rượu 3.6.2. Công nghệ sản xuất thạch dừa 3.5.2. Lên men từ nấm men – Công nghệ 3.6.3. Lên men citric – Kỹ thuật sản xuất bột sản xuất bia chanh 3.5.3. Sản xuất rượu vang trái cây 3.6.4. Phản ứng oxy hóa và công nghệ sản 3.5.4. Lên men lactic và ứng dụng xuất trà 3.5.5. Lên men butyric 3.6.5. Lên men cà phê 3.5.6. Lên men pectin 3.6.6. Lên man ca cao Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chương 4: Công nghệ sinh học Chương 5: Một số phương pháp thực phẩm trong tương lai phân tích vi sinh vật trong thực phẩm 4.1. Thực phẩm chức năng 4.2. Thực phẩm biến đổi gen, các quan 5.1. Phương pháp lai phân tử điểm về thực phẩm biến đổi gen 5.2. Phương pháp PCR 4.3. Vai trò của công nghệ sinh học đối 5.3. Phương pháp ELISA với sự phát triển thực phẩm 4.4. An toàn nguyên liệu thực phẩm 2
3. 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang CÁC LĨNH VỰC CỦA Chương 1: Mở Đầu CÔNG NGHỆ SINH HỌC  Công nghệ sinh học? CNSH phân loại theo các đối tượng:  Công nghệ sinh học có thể hiểu đơn  CNSH phân tử (Molecular biotechnology) giản là công nghệ sử dụng các quá  CNSH protein và enzym (Biotechnology of trình sinh học của các tế bào vi sinh protein and enzymes) vật, động vật và thực vật tạo ra  CNSH vi sinh vật (Microbial biotechnology) thương phẩm phục vụ lợi ích của con  người CNSH thực vật (Plant biotechnology)  CNSH động vật (Animal biotechnology) Nguyễn Quang Nguyễn Quang CÁC LĨNH VỰC CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sự tiến hóa của CNSH CNSH gọi theo các lĩnh vực kinh tế xã hội:  2.500 B.C., người Hy Lạp đã biết lai  CNSH y học (Medical biotechnology) ngỗng để tạo ra ngỗng to và ngon hơn  CNSH thực phẩm (Food biotechnology) khi nấu chín.  CNSH năng lượng (Energetic biotechnology)  Trước thế kỷ 20, VSV đã được sử  CNSH trong hóa học và vật liệu dụng nhằm cải thiện sản xuất thực (Biotechnology in chemistry and materials) phẩm.  CNSH nông nghiệp (Agricultural  1655, tế bào được phát hiện nhờ kính biotechnology) hiển vi.  CNSH môi trường (Environmental biotechnology) Nguyễn Quang Nguyễn Quang Sự tiến hóa của CNSH DI TRUYỀN HỌC MENDEL  1800 – 1900, nền móng của CNSH được  Năm 1865, Gregor Mendel nêu ra các thiết lập, bao gồm các quá trình thanh trùng, lai hiện đại và di truyền học. quy luật di truyền và khái niệm nhân tố 1837 – 1838, Học thuyết tế bào, Schleiden & di truyền, mà sau này gọi là gen. Schwann.  1859, C. Darwin nêu ra Học thuyết tiến hóa. Năm 1900 được coi là năm ra đời của Những năm 1860, L. Pasteur đã mở đường cho di truyền học với phát minh lại các quy sự phát triển của Vi sinh vật học và CNSH vi sinh vật. luật Mendel. Đầu thế kỷ 20, khái niệm 1865, Mendel chứng minh các nhân tố di truyền gen được xác lập nhưng ở dạng trừu (gen) và mở đầu cho các nghiên cứu đi sâu vào thế giới vi mô của sự sống. tượng: nhân tố di truyền xác định một 1868, Frederic Miescher tìm ra DNA. tính trạng. 3
4. 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Mendel Mô hình thí nghiệm của Mendel Nguyễn Quang Nguyễn Quang Phát minh DNA Thuyết di truyền nhiễm sắc thể   Năm 1868, Johann Friedrich Miesher, Đầu thế kỷ 20, khái một nhà sinh hóa học người thụy sỹ, ở niệm gen được xác tuổi 25 đã tìm ra một chất acid từ nhân lập. (nucleus) tế bào bạch huyết của mủ và  Năm 1910 – 1920, đặt tên là nuclein mà sau này gọi là T.H. Morgan nêu ra nucleic acid. thuyết di truyền nhiễm sắc thể, chứng minh gen là một locus trên nhiễm sắc thể. Nguyễn Quang Nguyễn Quang Mô hình cấu trúc DNA của Watson - Crick Watson - Crick  Năm 1953, mô hình cấu trúc phân tử DNA của Watson – Crick đặt nền móng cho sự phát triển của sinh học phân tử. Học thuyết trung tâm của sinh học phân tử: DNA mRNA protein sao chép phiên mã dịch mã 4
5. 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Kỹ thuật di truyền Sự tiến hóa của CNSH  Năm 1973, kỹ thuật di truyền ra đời  1990, thực phẩm CNSH đầu tiên được giới thiệu (gồm: 1 loại enzym sử dụng trong sản xuất phomai và 1 loại nấm làm bùng nổ cách mạng CNSH. men trong sản xuất bánh mì)   1994, sản phẩm thực phẩm nguyên vẹn đầu tiên đi vào Con người có khả năng vượt giới hạn thị trường Mỹ, đó là cà chua chín chậm (Flavr Savr tiến hóa, thay quyền tạo hóa cải biến Tomato) sinh giới và cả bản thân cơ thể sinh  1997, đậu nành kháng thuốc diệt cỏ được giới thiệu học của con người. hiện tại đang là loại cây CNSH phổ biến nhất tại Mỹ.  1998, công nghiệp đu đủ Hawai được cứu sống nhờ  CNSHTP hiện đại bắt đầu khi các nhà chủng kháng virus được chuyển gen.  2002, bản đồ gen cây lúa được hoàn thiện mở ra khả nghiên cứu bắt đầu khám phá cải thiện năng mới trong kỹ thuật di truyền nhằm tạo ra giống lúa thực phẩm nhờ kỹ thuật di truyền. chống bệnh, hạn, Nguyễn Quang Nguyễn Quang Các giai đoạn phát triển của Sự tiến hóa của CNSH CNSH trên thế giới   Giai đoạn trước Pasteur (đến 1865)  Giai đoạn phát triển công nghiệp lên men (1866 – 1940)  Giai đoạn công nghiệp kháng sinh và hóa chất (1941 – 1960)  Giai đoạn sinh tổng hợp điều khiển (1961 – 1975)  Giai đoạn CNSH phân tử (1976 đến nay) Nguyễn Quang Nguyễn Quang Những mốc phát triển của Những mốc phát triển của CNSH Việt Nam CNSH Việt Nam  1949, BS Nguyễn Văn Hưởng đã sản xuất  Viện Pasteur Sài Gòn là cái nôi của CNSH, vaccine chống đậu mùa, tả, thương hàn, làm thành lập năm 1891. các loại xét nghiệm.  Albert Calmette sản xuất vaccine đậu mùa,  1950, BS Phạm Ngọc Thạch và BS Đặng Văn chống dại, nghiên cứu về bệnh lý nhiệt đới, Ngữ đã thử nghiệm nuôi cấy Penicillium làm làm men rượu, huyết thanh chống nọc rắn hổ thuốc kháng sinh. mang.  Trong thập kỷ 1960 thành lập các nhà máy  Yersin khám phá ra vi khuẩn dịch hạch (1894) Ajinomoto, Vedan, các nhà máy bia  Nhà máy rượu Sài Gòn ra đời năm 1887.  1995 đến nay, các kỹ thuật của CNSH hiện đại được áp dụng tại các viện và nhiều trường đại học. 5
6. 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Công nghệ sinh học thực phẩm Công nghệ sinh học thực phẩm  CNSHTP?  CNSHTP là sự tiến hóa của các kỹ thuật nông nghiệp truyền thống như lai chéo và lên men.  CNSHTP sử dụng các phương pháp của di truyền hiện đại nhằm cải thiện các tính trạng có lợi của cây trồng, động vật và VSV trong sản xuất thực phẩm. Nó bao gồm việc thêm vào, xóa bỏ các gen mục tiêu nhằm đạt được các 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  Pho mai  Bia  Rượu vang  Bánh mì  CNSHTP hiện đại: Nuôi cấy mô Kỹ thuật di truyền Nguyễn Quang Nguyễn Quang Hướng phát triển CNSHTP Ảnh hưởng của CNSH: trong tương lai từ nông trại đến bữa ăn  Nâng cao chất lượng thực phẩm.  Nông nghiệp và môi trường  Loại trừ thực phẩm có mang các chất  Chất lượng và sản xuất độc hoặc các chất gây dị ứng. thực phẩm  Tạo nguồn thực phẩm định hướng.  Sức khỏe và dinh dưỡng  Tiết kiệm tài nguyên.  Các quốc gia đang phát triển 6
7. 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Nông nghiệp và môi trường Lợi ích của nông dân  Giảm sử dụng thuốc trừ sâu  Tăng sản lượng mùa vụ  Giảm sói mòn đất  Giảm chi phí sản xuất  Giúp bảo vệ nguồn nước  Giảm tần suất người nông dân phải  Bảo tồn đất và nhiên liệu tiếp xúc với hóa chất diệt côn trùng hóa thạch  Tăng hiệu quả sản xuất Nguyễn Quang Nguyễn Quang Chất lượng và sản xuất thực phẩm Sức khỏe và dinh dưỡng  Nhiều thực phẩm chế biến sẵn sử dụng  Nhiều sản phẩm dinh dưỡng đáp ứng cây trồng CNSH (bột, protein đậu nành, nhu cầu tiêu dùng. siro bắp và dầu canola )  Các loại dầu ăn không phải qua quá  Cải thiện thành phần chất béo trong dầu trình hydro hóa, giúp giảm hàm lượng ăn (hàm lượng béo bão hòa thấp, hàm trans fatty acids. lượng acid oleic cao) bền vững hơn  khi chiên. Dầu ăn giàu chất dinh dưỡng (beta- carotene, vitamin E)  Làm chậm quá trình chín nông sản tươi hơn.  Khoai tây với hàm lượng chất khô cao. Nguyễn Quang Nguyễn Quang Các quốc gia đang phát triển: ảnh hưởng của CNSH đến đảm bảo an ninh thực phẩm Các sản phẩm CNSHTP  Hơn 800 triệu người trên toàn thế giới được  Cây trồng kháng côn trùng, sâu hại, virus: bắp ước lượng bị đói mỗi ngày nạn đói trên thế Bt, bông Bt, đu đủ và bí vàng kháng virus, giới có thể được cải thiện nhờ CNSH. đậu nành, bắp và hạt cải kháng thuốc diệt  Cuộc chiến chống đói kém và suy dinh dưỡng: cỏ Nhiều sản phẩm hơn trên diện tích đất trồng ít hơn.  > 70% đậu nành và 30% bắp được trồng tại Lợi ích kinh tế Mỹ năm 2002 có nguồn gốc từ CNSH. Thiếu vitamin A (118 nước trên thế giới) và sắt  Các loại cây khác đã được chấp nhận thương (khoảng 2 tỉ người thiếu máu) mại: củ cải đường và bắp chịu thuốc diệt cỏ, Giải pháp tiềm năng: golden rice (gạo vàng) khoai tây Bt kháng virus. 7
8. 1/31/2013 Nguyễn Quang Nguyễn Quang Người tiêu dùng ủng hộ Những thành tựu mới khác CNSHTP  Gần 2/3 số người tin rằng CNSHTP sẽ  2/1997, Wilmut có lợi ích cho gia đình họ trong vòng 5 công bố nhân bản năm tới. vô tính cừu Dolly.  Hơn nửa số người lựa chọn sản phẩm  1999, thành tựu chuyển gen có mùi vị thơm ngon và mới về tế bào gốc tươi hơn. (Stem Cell).  Gần 3/4 số người sẽ lựa chọn sản phẩm có tính kháng côn trùng gây hại. Nguyễn Quang Nguyễn Quang CNSHTP là an toàn? CNSHTP là an toàn?  Phe đối lập đặt ra câu hỏi về tính an toàn của thực  Nghiên cứu cho đến nay không có bằng chứng phẩm CNSH nhưng chỉ dựa trên cảm tính chứ không dựa vào số liệu thực tế. nào về tác hại của thực phẩm CNSH.   Các tổ chức chính phủ FDA (U.S. Food and Drug Hơn 3200 học giả danh tiếng đã ký vào tuyên Administration), USDA (United States Department of bố xác nhận CNSHTP là an toàn, thân thiện với Agriculture) và EPA (Environmental Protection môi trường và là công cụ hữu ích giúp nuôi các Agency) đã cam kết đảm bảo tính an toàn của những nước đang phát triển. thực phẩm này.  10/2001, Hội đồng Châu Âu EC cho ra bản báo  Các tổ chức y tế và thực phẩm khác cũng ủng hộ việc cáo các kết quả từ 81 dự án nghiên cứu trong sử dụng thực phẩm CNSH gồm ADA (American 15 năm - tuyên bố rằng các thực phẩm bắt Dietetic Association), AMA (American Medical nguồn từ CNSH còn an toàn hơn thực phẩm Association), IFT (Institute of Food Technologist), truyền thống bởi vì CNSH chính xác hơn và trải WHO và FAO. qua các khảo sát kỹ càng hơn. Nguyễn Quang Nguyễn Quang Tương lai của CNSHTP Câu hỏi ôn tập  Hiệu quả hơn trong nông nghiệp, tiết kiệm diện tích đất trồng nhưng lại trồng được nhiều mùa vụ hơn đáp  Trình bày khái niệm công nghệ sinh học thực ứng nhu cầu thực phẩm của nhân loại. phẩm?  Giảm độc tố tự nhiên trong cây.   Cung cấp các phương thức đơn giản và nhanh chóng Những ảnh hưởng của công nghệ sinh học? để nhận biết sinh vật gây bệnh.  Trình bày sự hiểu biết của em về sự an toàn  Kéo dài độ tươi của nông sản. của công nghệ sinh học thực phẩm?  Cải thiện thành phần dinh dưỡng trong thực phẩm.  Trình bày xu hướng phát triển của công nghệ  Giảm tính gây dị ứng của một số loại thực phẩm. sinh học thực phẩm trong tương lai?  Bảo vệ, tăng cường sức khỏe thông qua các thực phẩm có tính chống Oxy hóa, ngăn ngừa ung thư 8