Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm Food biotechnology: Chương 1

Công nghệ sinh học là gì?<br /> <br /> CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM<br /> FOOD BIOTECHNOLOGY<br /> <br /> 1<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> • Là một danh từ chung về ứng dụng của sinh vật,<br /> những hệ thống hoặc tiến trình thao tác và ứng dụng<br /> trong công nghiệp.<br /> • Cách dùng chỉ sự kết hợp của sinh hóa, vi sinh và<br /> khoa học kĩ thuật để đạt được thành tựu ứng dụng<br /> của vi sinh, nuôi cấy mô và những phần này trong<br /> công nghiệp.<br /> • Công nghệ sử dụng hiện tượng sinh học trong sao<br /> chép và thao tác tạo ra nhiều dạng vật chất có ích<br /> khác nhau.<br /> • Là sử dụng tế bào vi sinh vật, động vật, thực vật, hoặc<br /> enzym để tổng hợp, phá vỡ hoặc vận chuyển vật chất.<br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 2<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 4<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Hello Dolly<br /> Động vật đầu tiên được tạo dòng từ một tế<br /> bào trưởng thành<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 10/03/1997<br /> <br /> 3<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/1741559.stm<br /> <br /> 21/01/2003, con mèo đầu tiên được tạo dòng<br /> <br /> Những con dê có chứa gen mã hóa cho các protein<br /> đông máu của người trong sữa của chúng..<br /> <br /> Mèo cho nhân<br /> <br /> Rainbow & CC (Copy cat)<br /> <br /> Cấy 87 phôi và duy nhất chỉ CC là tồn tại và được sinh ra<br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 5<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Cá hồi 14 tháng tuổi được chuyển gen mã hóa hormon tăng trưởng<br /> người GH<br /> <br /> 1<br /> <br /> Dê chuyển gene có thể tổng hợp protein<br /> trong sữa của chúng – “Biorectors”<br /> <br /> 07 /08/2006<br /> 20 /08/2001<br /> 30 /08/2004<br /> 7<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 8<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Các lĩnh vực công nghệ sinh học<br /> Chăm sóc sức<br /> khỏe/ dược<br /> phẩm<br /> Nông nghiệp<br /> về giống cây<br /> trồng/ cải tiến<br /> vụ mùa<br /> <br /> Di truyền<br /> <br /> Biến đổi lương<br /> thực/ quá trình<br /> chế biến<br /> Công nghệ<br /> lên men<br /> <br /> Nông nghiệp<br /> về vật nuôi<br /> <br /> Vi sinh<br /> <br /> Hóa sinh/ hóa học<br /> <br /> Điện tử<br /> <br /> Chẩn<br /> đoán<br /> Kiểm soát<br /> năng lượng/<br /> môi trường<br /> <br /> Khoa<br /> học<br /> thực phẩm<br /> <br /> KĨ THUẬT DI<br /> TRUYỀN<br /> KĨ THUẬT<br /> PROTEIN<br /> HÓA MIỄM DỊCH<br /> NUÔI CẤY TẾ<br /> BÀO INVITRO<br /> CÔNG NGHỆ<br /> CÁC QUÁ TRÌNH<br /> SINH HỌC<br /> NỀN TẢNG<br /> CHÍNH<br /> <br /> CNSH<br /> Kĩ thuật hóa sinh<br /> <br /> Công nghệ thực phẩm<br /> <br /> Kĩ thuật hóa<br /> <br /> Sinh lý thực /động<br /> vật và con người<br /> <br /> Kĩ thuật y<br /> <br /> Cây công nghệ sinh học<br /> <br /> Kĩ thuật hóa<br /> <br /> Kĩ thuật di truyền<br /> <br /> Sinh học phân<br /> tử và tế bào<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 9<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Sinh hóa<br /> 10<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> Miễn dịch<br /> <br /> Vai trò của Công nghệ sinh học<br /> <br /> Sản phẩm sinh học trên thị trường thế giới năm 1981<br /> Sản phẩm<br /> <br /> • Cung cấp nguồn thực phẩm phải an toàn và dinh dưỡng mà<br /> vẫn phải đảm bảo cải tiến trong quá trình sản xuất sao cho đạt<br /> hiệu quả.<br /> • Cải tiến giống cây trồng về dinh dưỡng, mùi vị, và hình dạng<br /> và đa dạng hóa nguồn thực phẩm, tăng cường khả năng kháng<br /> virus đặc biệt, tiêu diệt côn trùng, sản xuất thuốc diệt cỏ an<br /> toàn.<br /> • Để sản xuất thực phẩm an toàn, phương pháp phát hiện nhanh<br /> và nhận diện chính xác vi sinh vật gây bệnh trong thực phẩm ví<br /> dụ Salmonella, Listeria, chất độc từ nấm như aflatoxin.<br /> • CNSH giảm tiêu thụ năng lượng và nguyên liệu và giảm tới<br /> mức tối thiểu rác thải và khí thải.<br /> • Trong tương lai, CNSH sẽ mang lại những thành tựu công<br /> nghiệp có giá trị và thiết yếu. Tiêu thụ nguyên liệu ngày càng<br /> tăng điều này có nghĩa rằng cần phải khẩn cấp giảm áp lực môi<br /> trường.<br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 11<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Vi sinh<br /> <br /> Thức uống có cồn<br /> Pho mát<br /> Kháng sinh<br /> Penicillins<br /> Tetracylines<br /> Cephalosporins<br /> Xét nghiệm chẩn đoán<br /> Thử nghiệm miễn dịch<br /> Kháng thể đơn dòng<br /> Hạt<br /> Nước ngọt chứa đường fructose cao<br /> Amino acids<br /> Men bánh mì<br /> Steroids<br /> Tất cả vitamin<br /> Vitamin C<br /> Vitamin B12<br /> Citric acid<br /> Enzym<br /> Vacccine<br /> Huyết thanh người chứa albumin<br /> Insulin<br /> Urokinase<br /> Nhân tố protein 8 của người<br /> Hormon<br /> 22/09/2011 12:35 CH tăng tưởng ở người<br /> Phân bón vi sinh<br /> <br /> Giá bán( triệu đôla)<br /> <br /> 12<br /> <br /> 23000<br /> 14000<br /> 4500<br /> 500<br /> 500<br /> 450<br /> 2000<br /> 400<br /> 5<br /> 1400<br /> 800<br /> 750<br /> 540<br /> 500<br /> 330<br /> 200<br /> 14<br /> 210<br /> 200<br /> 150<br /> 125<br /> 100<br /> 50<br /> 40<br /> 35<br /> 12<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 2<br /> <br /> Khoa học thực phẩm là gì?<br /> Khoa học thực phẩm<br /> (Food Science) là những<br /> kiến thức liên quan đến<br /> sinh học, vật lý, và kỹ<br /> thuật công nghệ được sử<br /> dụng để nghiên cứu các<br /> đặc tính tự nhiên của thực<br /> phẩm, nguyên nhân làm<br /> thực phẩm bị hỏng, và<br /> những nguyên tắc cơ bản<br /> để chế biến thực phẩm.<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Công nghệ thực phẩm là gì?<br /> Công nghệ thực phẩm<br /> (food technology) là ứng<br /> dụng khoa học thực<br /> phẩm (food science) để<br /> lựa chọn, bảo quản,<br /> đóng gói, phân phối, sử<br /> dụng an toàn, dinh<br /> dưỡng và không độc hại<br /> <br /> 13<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Chế biến thực phẩm là gì?<br /> Từ nông trại<br /> <br /> Bàn ăn<br /> <br /> • Chế biến thực phẩm (food processing) là<br /> một quá trình sử dụng các phương pháp<br /> và kỹ thuật để chuyển các thành phần thô<br /> thành thực phẩm có thể sử dụng được<br /> Ví dụ:<br /> –<br /> –<br /> –<br /> –<br /> –<br /> –<br /> –<br /> <br /> 15<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Trải qua nhiều quá trình chế biến để sản<br /> xuất ra thực phẩm<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Chế biến thực phẩm là gì?<br /> <br /> •<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 14<br /> <br /> Cắt nhỏ (chopping)<br /> Trộn (mixing)<br /> Đồng nhất (homogenizing)<br /> Nấu (cooking)<br /> Thanh trùng Pastuer (Pastuerizing)<br /> Nhũ tương hóa (emulsifying)<br /> Sấy khô (spray-drying)<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 16<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Bảo quản thực phẩm là gì?<br /> • Bảo quản thực phẩm (food<br /> preservation) là quá trình<br /> xử lý và đóng gói thực<br /> phẩm giúp cho việc ngăn<br /> chặn hoặc hạn chế thấp<br /> nhất sự hư hỏng và thay<br /> đổi phẩm chất của thực<br /> phẩm đồng thời kéo dài<br /> thời gian sử dụng (shelflife).<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 17<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 18<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 3<br /> <br /> Công nghệ sinh học thực phẩm là gì?<br /> • Là công nghệ thực phẩm dựa vào sinh học.<br /> – Công nghệ sinh học thực phẩm cổ điển<br /> • Lên men bởi vi sinh vật<br /> –<br /> –<br /> –<br /> –<br /> –<br /> <br /> Phô mai<br /> Bia<br /> Rượu<br /> Bánh mì<br /> …<br /> <br /> • Công nghệ sinh học thực phẩm là<br /> việc ứng dụng các kỹ thuật công<br /> nghệ sinh học hiện đại để sản xuất<br /> (manufacture)<br /> và<br /> chế<br /> biến<br /> (processing) thực phẩm<br /> <br /> – Công nghệ sinh học thực phẩm hiện đại<br /> • Nuôi cấy mô<br /> • Kỹ thuật di truyền<br /> – Khác hẳn với quá trình nuôi trồng hiện tại<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 19<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Công nghệ sinh học thực phẩm là gì?<br /> -Sản xuất thực phẩm là ngành sản xuất lớn nhất trên toàn thế giới và có<br /> lịch sử lâu đời<br /> -Công nghiệp thực phẩm là ngành có lực lượng lao động và doanh số<br /> cao và rất đa dạng từ những hộ sản xuất cá thể đển những tập đoàn đa<br /> quốc gia khổng lồ.<br /> -Sự tiêu dùng thực phẩm chiếm ít nhất 10-30% ngân sách của các hộ gia<br /> đình<br /> Công nghệ sinh học đóng vai trò gì trong sản xuất thực phẩm trên thế<br /> giới và thông qua đó giúp ổn nguồn lương thực của thế giới?<br /> Công nghệ sinh học thực phẩm là sự hợp nhất giữa tri thức và kỹ<br /> thuật sinh học hiện đại, và hiện nay công nghệ sinh học đóng vai trò<br /> thiết yếu trong chế biến và bảo quản thực phẩm.<br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 21<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 20<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Công nghệ sinh học thực phẩm hiện đại<br /> 1. Thực phẩm có chứa hoặc có mang gene của sinh vật<br /> khác, ví dụ bắp.<br /> 2. Thực phẩm được chế biến từ GMO hoặc có chứa<br /> thành phần dinh dưỡng dẫn xuất từ GMO, ví dụ. Bột<br /> mì, sản phẩm protein hoặc đầu từ đậu nành GM.<br /> 3. Thực phẩm có chứa một thành phần hoặc một phụ<br /> gia (additive) được tổng hợp bởi vi sinh vật biến đổi<br /> gen (GM microorganisms-GMMs), ví dụ. Màu sắc,<br /> vitamin và các amino acid thiết yếu.<br /> 4. Thực phẩm có chứa thành phần được chế biến bằng<br /> các enzyme được tổng hợp nhờ GMMs, ví dụ. Syrup<br /> bắp có nồng độ fructose cao thu nhận từ tinh bột<br /> được xử lý với enzyme glucose isomerase .<br /> 22<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> Các động vật chuyển gene<br /> <br /> Kỹ thuật di truyền<br /> Đặc điểm<br /> <br /> • Là những quá trình liên quan<br /> đến việc thao tác trên phân tử<br /> DNA<br /> • DNA từ một loài có thể được<br /> chuyển vào tron một loài khác<br /> – Gọi là tái tổ hợp DNA<br /> <br /> • Sinh vật được biến đổi gen gọi<br /> là:<br /> – Sinh vật bị biến đổi di truyền<br /> (GMO-Genetically<br /> Modified<br /> organisms)<br /> – Sinh vật chuyển gen (Transgenic)<br /> <br /> Sản phẩm<br /> <br /> Loài<br /> <br /> Tham khảo<br /> <br /> Tăng tốc độ phát triển; giảm mỡ<br /> <br /> Growth hormone<br /> <br /> Lợn<br /> <br /> Nottle et al. 1999<br /> <br /> Tăng tốc độ phát triển; giảm mỡ<br /> <br /> Insulin-like growth factor-1<br /> <br /> Lợn<br /> <br /> Pursel et al. 1999<br /> <br /> Tăng chất béo không bền<br /> <br /> Desaturase (spinach)<br /> <br /> Lợn<br /> <br /> Saeki et al. 2004<br /> <br /> Tăng chất béo không bền<br /> <br /> Desaturase (C. elegans)<br /> <br /> Lợn<br /> <br /> Lai et al. 2006<br /> <br /> Biến dưỡng phosphate<br /> <br /> Phytase<br /> <br /> Lợn<br /> <br /> Golovan et al. 2001<br /> <br /> Lợn<br /> <br /> Wheeler et al. 2001<br /> <br /> Thành phần của sữa<br /> <br /> -lactalbumin<br /> <br /> Kháng cúm<br /> <br /> Mx protein<br /> <br /> Lợn<br /> <br /> Muller et al. 1992<br /> <br /> Tăng cường miễn dịch<br /> <br /> IgA<br /> <br /> Lợn, cừu<br /> <br /> Lo et al. 1991<br /> <br /> Phát triển lông<br /> <br /> Insulin-like growth factor-1<br /> <br /> Cừu<br /> <br /> Damak et al. 1996a,b<br /> <br /> Kháng Visna virus<br /> <br /> Visna virus envelope<br /> <br /> Cừu<br /> <br /> Clements et al. 1994<br /> <br /> Kháng BSE<br /> <br /> Prion protein<br /> <br /> Gia súc<br /> <br /> Richt et al. 2007<br /> <br /> Thành phần béo của sữa<br /> <br /> Stearoyl desaturase<br /> <br /> Dê<br /> <br /> Reh et al. 2004<br /> <br /> 23<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> -casein, -casein<br /> <br /> Gia súc<br /> <br /> Brophy et al. 2003<br /> <br /> Protein sữa<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Protein sữa<br /> <br /> Human lactoferrin<br /> <br /> Gia súc<br /> <br /> Platenburg et al. 1994<br /> <br /> Kháng viêm vú<br /> <br /> Lysostaphin<br /> <br /> Gia súc<br /> <br /> Wall et al. 2005<br /> <br /> 24<br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> Niemann, H. & W.A. Kues. Reprod Fertil Dev 2007; 19: 762-770.<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 4<br /> <br /> ANDi, động vật linh trưởng đầu tiên chuyển gen được sinh vào tháng 1/2000<br /> 224 trứng chưa thụ tinh của khỉ nâu được cho nhiễm GFP virus<br /> ~ Khoảng một nữa trứng được thụ tinh và phân chia<br /> 40 trứng được cấy vào 20 con khỉ mẹ khác<br /> <br /> Alba, thỏ EGFP (enhanced GFP) được tạo ra năm<br /> 2000 như là một tác phẩm nghệ thuật về chuyển gen<br /> 25<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> năm con đực được sinh ra, hai con bị chết non<br /> ANDi là con khỉ duy nhất còn sống và mang gene GFP<br /> 26<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> http://www.ekac.org/gfpbunny.html#gfpbunnyanchor<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> http://www.ohsu.edu/unparchive/2001/011001andi.shtml<br /> <br /> “Enviropigs”<br /> GloFish –là động vật cảnh đầu<br /> tiên được chuyển gen! Thật<br /> thú vị.<br /> <br /> GloFish, được phát triển ở<br /> Singapore. Cá vằn<br /> (zebrafish)<br /> bình<br /> thường có màu đen<br /> và bạc được chuyển<br /> thành màu xanh hoặc<br /> đỏ bằng cách chèn<br /> vào các gen GFP<br /> khác nhau.<br /> Glofish được bán rộng rãi<br /> ở Mỹ ngoại trừ<br /> California<br /> Glofish được bán lẻ<br /> khoảng $5 một con.<br /> 27<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> • Lợn chuyển gen phytase vào<br /> trong tuyến nước bọt của<br /> chúng<br /> • Gen phytase được đưa vào<br /> thông qua vi tiêm DNA và sử<br /> dụng promoter của các protein<br /> tiết của tuyến nước bọt mang<br /> tai để kiểm soát sự biểu hiện ở<br /> trong tuyến nước bọt<br /> • Lợn và gia cầm không thể tiêu<br /> thụ phytate và thường thì một<br /> lượng lớn phosphor bị bài tiết<br /> ra ngoài<br /> • “Enviro-pigs” giảm đến 75%<br /> lượng phosphor bị bài tiết ra<br /> EnviropigTM là một động vật thân thiện với môi<br /> trường vì đã sử dụng có hiệu quả phospho.<br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 28<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> http://www.cbsnews.com/stories/2003/12/03/eveningnews/main586693.shtml<br /> <br /> Cây trồng GMO là gì?<br /> •<br /> <br /> •<br /> <br /> •<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 29<br /> <br /> Những sự kiện quan trọng<br /> <br /> Chuyển một gen từ<br /> vi khuẩn trong đất<br /> vào trong cây trồng<br /> để tổng hợp một<br /> protein.<br /> Protein đó có tính<br /> độc và tiêu diệt một<br /> loại côn trùng chọn<br /> lọc.<br /> Ví dụ: Bắp BT,<br /> bông BT, đậu nành<br /> BT, khoai tay BT.<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> • 1953: Khám phá cấu trúc DNA<br /> 1973: Lần đầu tiên tạo dòng thành<br /> công<br /> <br /> 22/09/2011 12:35 CH<br /> <br /> 30<br /> <br /> Nguyễn Hữu Trí<br /> <br /> 5<br /> <br />