Giáo trình Công nghệ sinh học thực phẩm

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ sinh học thực phẩm

1. CƠNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM Quá khứ - Hiện tại - Tương lai
2. GiỚI THIỆU MƠN HỌC  Tên mơn học : Cơng nghệ sinh học TP  Thời lượng : 15 tiết LT + 30 tiết TH  Giảng viên : ThS. Phạm Hồng Hiếu  Trang web : honghieu  Email : hieuphamhong@gmail.com
3. ĐỀ CƯƠNG CHI TiẾT Chương 1: Mở đầu 1.1. Giới thiệu cơng nghệ sinh học thực phẩm 1.2. Lịch sử phát triển và triển vọng
4. Chương 2: Cơng nghệ sinh học và vấn đề tạo nguồn nguyên liệu cho cơng nghệ thực phẩm 2.1. Cơng nghệ sinh học cổ điển tạo nguồn nguyên liệu cho cơng nghệ thực phẩm 2.2. Cơng nghệ sinh học hiện đại tạo nguồn nguyên liệu cho cơng nghệ thực phẩm
5. Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP 3.1. Cơng nghệ sản xuất sinh khối tế bào 3.1.1. Sản xuất nấm men từ rỉ đường 3.1.2. Sản xuất và thu nhận tảo
6. Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP 3.2. Cơng nghệ sản xuất nước chấm lên men 3.2.1. Bản chất quá 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. Kỹ thuật sản xuất chao
7. Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP 3.3. Tổng hợp acid amin bằng phương pháp vi sinh vật 3.3.1. Bản chất của quá trình 3.3.2. Sản xuất acid glutamic và bột ngọt 3.3.3. Sản xuất Lysin bằng phương pháp vi sinh
8. Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP 3.4. Tổng hợp enzyme bằng phương pháp vi sinh 3.4.1. Phương pháp tổng hợp enzyme từ vi sinh 3.4.2. Tổng hợp enzyme amylase 3.4.3. Tổng hợp enzyme protease 3.4.4. Tổng hợp pectinase 3.4.5. Tổng hợp cellulase
9. Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP 3.5. Các quá trình lên men yếm khí và ứng dụng 3.5.1. Lên men etylic và quá trình sản xuất rượu 3.5.2. Lên men từ nấm men – Cơng nghệ sản xuất bia 3.5.3. Sản xuất rượu vang trái cây 3.5.4. Lên men lactic và ứng dụng 3.5.5. Lên men butyric 3.5.6. Lên men pectin
10. Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP 3.6. Các quá trình lên men hiếu khí và ứng dụng 3.6.1. Lên men acetic và kỹ thuật sản xuất dấm 3.6.2. Cơng nghệ sản xuất thạch dừa 3.6.3. Lên men citric – kỹ thuật sản xuất bột chanh 3.6.4. Phản ứng oxy hĩa và cơng nghệ sản xuất trà 3.6.5. Lên men cà phê 3.6.6. Lên men ca cao
11. Chương 4: CNSH thực phẩm trong tương lai 4.1. Thực phẩm chức năng 4.2. Thực phẩm biến đổi gen, các quan điểm về thực phẩm biến đổi gen 4.3. Vai trị của CNSH đối với sự phát triển thực phẩm 4.4. An tồn nguyên liệu thực phẩm
12. Chương 5: CNSH dược phẩm (tự học) 5.1. Hiện trạng CNSH dược phẩm Việt Nam 5.2. Ý nghĩa của CNSH dược phẩm 5.3. Định hướng phát triển của CNSH dược phẩm tại Việt Nam
13. Chương 6: Một số phương pháp phân tích vi sinh vật trong thực phẩm 6.1. Phương pháp lai phân tử 6.2. Phương pháp PCR 6.3. Phương pháp ELISA
14. Chương 1: Mở đầu
15. Cơng nghệ sinh học ? Khái niệm: Cơng nghệ sinh học cĩ thể hiểu đơn giản là cơng nghệ sử dụng các quá trình sinh học của các tế bào vi sinh vật, động vật và thực vật tạo ra thương phẩm phục vụ lợi ích của con người
16. CÁC LĨNH VỰC CỦA CNSH 1. CNSH phân loại theo các đối tượng: • CNSH phân tử (Molecular biotechnology) • CNSH protein và enzyme (Biotechnology of protein and enzymes) • CNSH vi sinh vật (Microbial biotechnology) • CNSH thực vật (Plant biotechnology) • CNSH động vật (Animal biotechnology)
17. CÁC LĨNH VỰC CỦA CNSH 2. CNSH gọi theo các lĩnh vực kinh tế xã hội: CNSH y học (Medical biotechnology) CNSH thực phẩm (Food biotechnology)  CNSH năng lượng (Energetic biotechnology) CNSH trong hĩa học và vật liệu (Biotechnology in chemistry and materials) CNSH nơng nghiệp (Agricultural biotechnology) CNSH mơi trường (Environmental biotechnology)
18. Sự tiến hĩa của CNSH • 2.500 B.C., người Hy lạp biết lai ngỗng để tạo ra ngỗng to hơn và ngon hơn khi nấu chín • Trước thế kỷ 20, VSV đã được sử dụng nhằm cải thiện sản xuất TP • 1655, tế bào được phát hiện nhờ kính hiển vi
19. Sự tiến hĩa của CNSH • 1800-1900, nền mĩng của CNSH được thiết lập, bao gồm các quá trình thanh trùng, lai hiện đại và di truyền học ▫ 1837 – 1838, Học thuyết tế bào, Schleiden & Schwann ▫ 1859, C. Darwin nêu ra Học thuyết tiến hóa ▫ Những năm 1860, L.Pasteur đã mở đường cho sự phát triển của Vi sinh vật học và CNSH vi sinh vật ▫ 1865, Mendel chứng minh các nhân tố di truyền (gen) và mở đầu cho các NC đi sâu vào thế giới vi mô của sự sống. ▫ 1868, Frederic Miescher tìm ra DNA
20. DI TRUYỀN HỌC MENDEL Năm 1865, Gregor Mendel nêu ra các quy luật di truyền và khái niệm nhân tố di truyền, mà sau này gọi là gen. Năm 1900 được coi là năm ra đời của Di truyền học với phát minh lại các quy luật Mendel. Đầu thế kỷ 20, khái niệm gen được xác lập, nhưng ở dạng trừu tượng: nhân tố di truyền xác định một tính trạng.
21. Mendel
22. PHÁT MINH DNA • Năm 1868, Johann Friedrich Miesher, một nhà sinh hóa học người Thụy Sĩ, ở tuổi 25, đã tìm ra một chất acid từ nhân (nucleus) tế bào bạch huyết của mủ và đặt tên là nuclein, mà sau này gọi là nucleic acid.
23. THUYẾT DI TRUYỀN NHIỄM SẮC THỂ • Đầu thế kỉ XX, khái niệm gen được xác lập • Năm 1910 – 1920, T.H.Morgan, nêu ra thuyết di truyền nhiễm sắc thể, chứng minh gen là một locus trên nhiễm sắc thể.
24. MÔ HÌNH CẤU TRÚC DNA CỦA 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
25. Sự sống nhân tạo • 20.05.2010 - Craig Venter – cơng trình 15 năm
26. KỸ THUẬT DI TRUYỀN • Năm 1972 – 1973, kỹ thuật di truyền ra đời làm “bùng nổ” cách mạng CNSH. • Con người có khả năng vượt giới hạn tiến hóa, thay quyền tạo hóa cải biến sinh giới và cả bản thân cơ thể sinh học của con người.
27. Sự tiến hĩa của CNSH • Năm 1973,KỸ THUẬT DI TRUYỀN ra đời • CNSH TP hiện đại bắt đầu khi các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá cải thiện thực phẩm nhờ kỹ thuật di truyền
28. Sự tiến hĩa của CNSH • 1990, thực phẩm CNSH đầu tiên được giới thiệu (gồm: 1 loại enzyme sử dụng trong sản xuất phomai và 1 loại nấm men trong sản xuất bánh mì) • 1994, sản phẩm thực phẩm nguyên vẹn đầu tiên đi vào thị trường Mỹ, đĩ là cà chua chín chậm (Flavr Savr Tomato) • 1997, đậu nành kháng thuốc diệt cỏ được giới thiệu hiện tại là loại cây CNSH phổ biến nhất ở Mỹ • 1998, cơng nghiệp đu đủ Hawai được cứu sống nhờ chủng kháng virus nhờ chuyển gen • 2002, bản đồ gen cây lúa được hồn thiện mở ra khả năng mới trong kỹ thuật di truyền nhằm tạo ra giống lúa chống bệnh, hạn,
29. Các giai đoạn phát triển của CNSH trên thế giới  Giai đoạn trước Pasteur (đến 1865)  Giai đoạn phát triển cơng nghiệp lên men (1866- 1940)  Giai đoạn cơng nghiệp kháng sinh và hĩa chất (1941-1960)  Giai đoạn sinh tổng hợp điều khiển (1961-1975)  Giai đoạn CNSH phân tử (1976 đến nay)
30. Những mốc phát triển của CNSH Việt Nam Viện pasteur Sài Gịn là cái nơi của CNSH, thành lập năm 1891 Albert Calmette sản xuất vaccine đậu mùa, chống dại, nghiên cứu về bệnh lý nhiệt đới, làm men rượu, huyết thanh chống nộc rắn hổ mang. Yersin khám phá ra vi khuẩn dịch hạch (1894) Nhà máy rượu Sài Gịn ra đời năm 1887
31. Những mốc phát triển của CNSH Việt Nam 1949, BS Nguyễn Văn Hưởng đã sản xuất vaccine chống đậu mùa, tả, thương hàn, làm các loại xét nghiệm. 1950, BS Phạm Ngọc Thạch và BS Đặng Văn Ngữ đã thử nghiệm nuơi cấy Penicillium làm thuốc kháng sinh. Trong thập kỷ 1960 nhập nhà máy sản xuất bột ngọt. 1996, thành lập được các nhà máy Ajinomoto, Vedan, các nhà máy bia 1995 đến nay, các kỹ thuật của CNSH hiện đại được áp dụng tại các viện và nhiều trường đại học
32. CNSH TP là gì? • CNSH TP là sự tiến hĩa của các kỹ thuật nơng nghiệp truyền thống như lai chéo và lên men • CNSH TP sử dụng các phương pháp của di truyền hiện đại nhằm cải thiện các tính trạng cĩ lợi của cây trồng, động vật và VSV trong sản xuất thực phẩm. Nĩ bao gồm việc thêm vào, xĩa bỏ các gen mục tiêu nhằm đạt được các tính trạng mong muốn
33. Vi sinh vật Hợp chất Thực phẩm tự nhiên tự nhiên có sẵn Nhân sinh khối Nhân trộn Phối Ủ, Thực vật Động vật Tảo, nấm Khoáng CN THỰC PHẨM
34. CNSH TP là gì? • CNSH thực phẩm truyền thống: ▫ Lên men VSV  Pho mai  Bia  Rượu vang  Bánh mì • CNSH thực phẩm hiện đại ▫ Nuơi cấy mơ ▫ Kỹ thuật di truyền  Khác với nhân giống vật nuơi và cây trồng
35. - Cung cấp nguồn thực phẩm cần thiết trong tương lai: Chất lượng thực phẩm Loại trừ thực phẩm cĩ mang các chất độc hoặc các chất gây dị ứng Tạo nguồn thực phẩm định hướng Tiết kiệm tài nguyên
36. Ảnh hưởng của CNSH: từ nơng trại đến bữa ăn (from farm to fork) Bàn về các khía cạnh: • Nơng nghiệp và mơi trường • Chất lượng và sản xuất TP • Sức khỏe và dinh dưỡng • Các quốc gia đang phát triển
37. Nơng nghiệp và Mơi trường • Giảm sử dụng thuốc trừ sâu • Giảm xĩi mịn đất • Giúp bảo vệ nguồn nước • Bảo tồn đất và nhiên liệu hĩa thạch
38. Lợi ích của nơng dân • Tăng sản lượng mùa vụ • Giảm chi phí sản xuất • Giảm tần suất người nơng dân phải tiếp xúc với hĩa chất diệt cơn trùng • Tăng hiệu quả sản xuất
39. Chất lượng và sản xuất TP • Nhiều thực phẩm chế biến sẵn sử dụng cây trồng CNSH (bột và protein đậu nành, siro bắp, dầu canola ) • Cải thiện thành phần chất béo trong dầu ăn (hàm lượng béo bão hịa thấp, hàm lượng acid oleic cao) bền vững hơn khi chiên • Làm chậm quá trình chín nơng sản tươi hơn
40. Sức khỏe và Dinh dưỡng • Nhiều sản phẩm dinh dưỡng đáp ứng nhu cầu tiêu dùng • Các loại dầu ăn khơng phải qua quá trình hydro hĩa, giúp giảm hàm lượng trans fatty acids • Dầu ăn giàu chất dinh dưỡng (beta-carotene, vitamin E) • Khoai tây với hàm lượng chất khơ cao
41. Các quốc gia đang phát triển: ảnh hưởng của CNSH lên đảm bảo an ninh TP • Hơn 800 tr người trên tồn thế giới được ước lượng bị đĩi mỗi ngày nạn đĩi thế giới cĩ thể được cải thiện nhờ CNSH • Cuộc chiến chống đĩi kém và suy dinh dưỡng: ▫ Nhiều sản phẩm hơn trên diện tích đất trồng ít hơn ▫ Lợi ích kinh tế ▫ Thiếu vitamin A (118 nước trên thế giới) và sắt (khoảng 2 tỉ người thiếu máu) Giải pháp tiềm năng: golden rice (gạo vàng)
42. Các sản phẩm CNSH TP hiện tại • Cây trồng kháng cơn trùng, sâu hại, virus: bắp Bt, bơng Bt, đu đủ và bí vàng kháng virus, đậu nành, bắp và hạt cải kháng thuốc diệt cỏ • > 70% đậu nành và 30% bắp được trồng ở Mỹ năm 2002 cĩ nguồn gốc từ CNSH • Các loại cây khác đã được chấp nhận thương mại: củ cải đường và bắp chịu thuốc diệt cỏ, khoai tây Bt kháng virus
43. NHỮNG THÀNH TỰU MỚI KHÁC • 2/1997, Wilmut công bố nhân bản vô tính cừu Dolly. • 1999, thành tựu mới về tế bào gốc (Stem Cell).
44. Người tiêu dùng ủng hộ CNSH TP • Gần 2/3 số người tin rằng CNSHTP sẽ gây ích lợi cho gia đình họ trong vịng 5 năm tới • Hơn nửa số người sẽ lựa chọn sản phẩm chuyển gen cĩ mùi vị thơm ngon hơn và tươi hơn • Gần ¾ số người sẽ lựa chọn sản phẩm cĩ tính kháng cơn trùng gây hại
45. CNSH TP là an tồn • Phe đối lập đặt ra câu hỏi về tính an tồn của Tp CNSH nhưng chỉ dựa trên cảm tính chứ khơng dựa vào số liệu thực tế • Các tổ chức chính phủ FDA (U.S. Food and Drug Administration, USDA-United States Department of Agriculture và EPA-Environmental Protection Agency) đã cam kết bảo đảm tính an tồn của những TP này. • Các tổ chức y tế và thực phẩm khác cũng ủng hộ việc sử dụng TP CNSH, bao gồm ADA (American Dietetic Association), AMA (American Medical Association), IFT (Institute of Food Technologists), WHO và FAO.
46. CNSH TP là an tồn • Nghiên cứu cho đến nay khơng cĩ bằng chứng nào về tác hại của TP CNSH • Hơn 3200 học giả danh tiếng ký vào tuyên bố xác nhận CNSH TP là an tồn, thân thiện với mơi trường và là cơng cụ hữu ích giúp nuơi các nước đang phát triển • 10/2001, Hội đồng Châu Âu EC cho ra bản báo cáo các kết quả từ 81 dự án nghiên cứu trong 15 năm – tuyên bố rằng các TP bắt nguồn từ CNSH cịn an tồn hơn thực phẩm truyền thống bởi vì CNSH chính xác hơn và trải qua các khảo sát kỹ càng hơn
47. Tương lai của CNSH TP • Hiệu quả hơn trong nơng nghiệp, tiết kiệm diện tích đất trồng nhưng lại trồng được nhiều mùa vụ hơn đáp ứng nhu cầu TP tăng của nhân loại • Giảm độc tố tự nhiên trong cây • Cung cấp các phương thức đơn giản và nhanh chĩng để nhận biết sinh vật gây bệnh • Kéo dài độ tươi của nơng sản • Cải thiện thành phần dinh dưỡng trong TP • Giảm tính gây dị ứng của một số loại TP • Bảo vệ, tăng cường sức khỏe thơng qua các TP cĩ tính chống oxy hĩa, ngăn ngừa ung thư
48. for Your attention