Vi sinh vật học công nghiệp

Chia sẻ: Lethithanh Tam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

129
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Quá trình lên men truyền thống, chẳng hạn như những người liên quan trong việc sản xuất các sản phẩm sữa lên men và đồ uống có cồn, đã được thực hiện trong hàng ngàn năm.Tuy nhiên, nó là ít hơn 150 năm trước đây là cơ sở khoa học của các quá trình này lần đầu tiên được kiểm tra.Sự ra đời của công nghiệp vi sinh học phần lớn bắt đầu với các nghiên cứu của Pasteur.Năm 1857, ông đã chứng minh ngoài nghi ngờ rằng rượu lên men trong sản xuất bia và rượu vang là kết...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vi sinh vật học công nghiệp

Introduction to industrial microbiology Traditional fermentation processes, such as those involved in the production of fermented dairy products and alcoholic beverages, have been performed for thousands of years. However, it is less than 150 years ago that the scientiﬁc basis of these processes was ﬁrst examined. The birth of industrial microbiology largely began with the studies of Pasteur. In 1857 he ﬁnally demonstrated beyond doubt that alcoholic fermentation in beer and wine production was the result of microbial activity, rather than being a chemical process. Quá trình lên men truyền thống, chẳng hạn như những người liên quan trong việc sản xuất các sản phẩm sữa lên men và đồ uống có cồn, đã được thực hiện trong hàng ngàn năm.Tuy nhiên, nó là ít hơn 150 năm trước đây là cơ sở khoa học c ủa các quá trình này lần đầu tiên được kiểm tra.Sự ra đời của công nghiệp vi sinh học phần lớn bắt đầu với các nghiên cứu của Pasteur.Năm 1857, ông đã chứng minh ngoài nghi ngờ rằng rượu lên men trong sản xuất bia và rượu vang là kết quả của hoạt động của vi khuẩn, chứ không phải là một quá trình hóa học. Prior to this, Cagniard-Latour, Schwann and several other notable scientists had connected yeast activities with fermentation processes, but they had largely been ignored. Pasteur also noted that certain organisms could spoil beer and wine, and that some fermentations were aerobic, whereas others were anaerobic. He went on to devise the process of pasteurization, a major contribu- tion to food and beverage preservation, which was originally developed to preserve wine. In fact, many of the early advances of both pure and applied microbiology were through studies on beer brewing and wine making. Trước đó, Cagniard-Latour, Schwann và một số nhà khoa học khác đáng chú ý đã kết nối hoạt động của nấm men với các quá trình lên men, nhưng họ đã phần lớn
bị bỏ qua.Pasteur cũng lưu ý rằng các sinh vật nhất định có thể làm hỏng bia và rượu vang, và một số quá trình lên men hiếu khí, trong khi những người khác là những kỵ khí.Ông đã đi vào để đưa ra quá trình khử trùng, một sự đóng góp l ớn đối với thực phẩm và nước giải khát, bảo quản, mà ban đầu được phát triển để bảo quản rượu vang.Trong thực tế, nhiều tiến bộ đầu của cả hai thuần túy và ứng dụng vi sinh thông qua các nghiên cứu về sản xuất bia rượu và làm r ượu vang. Pasteur’s publications, Études sur le Vin (1866), Études sur la Bière (1876) and others, were important catalysts for the progress of industrial fermentation processes. Of the further advances that followed, none were more important than the development of pure culture techniques by Hansen at the Carlsberg Brewery in Denmark. Pure strain brewing was carried out here for the ﬁrst time in 1883, using a yeast isolated by Hansen, referred to as Carlsberg Yeast No. 1 (Saccharomyces carlsbergensis, now classiﬁed as a strain of Saccha- romyces cerevisiae). Pasteur ấn phẩm, Etudes sur le Vin (1866), Etudes sur la Bière (1876) và những người khác, là những chất xúc tác quan trọng cho sự tiến bộ của các quá trình lên men công nghiệp.Những tiến bộ hơn nữa sau đó, không ai quan trọng hơn sự phát triển của kỹ thuật nuôi cấy thuần khiết của Hansen tại nhà máy bia Carlsberg ở Đan Mạch.Pha căng thẳng tinh khiết đã được thực hiện ở đây lần đầu tiên vào năm 1883, bằng cách sử dụng một nấm men bị cô lập bởi Hansen, được gọi là Carlsberg men số 1 (Saccharomyces carlsbergensis, bây giờ được phân loại như là một dòng cerevisiae Saccha-romyces). During the early part of the 20th century, further progress in this ﬁeld was relatively slow. Around the turn of the century there had been major advancements in the large-scale treatment of sewage, enabling signiﬁcant improvement of public health in urban communities. However, the ﬁrst novel industrial-scale fermentation
process to be introduced was the acetone–butanol fermentation, developed by Weiz- mann (1913–15) using the bacterium Clostridium acetobutylicum. In the early 1920s an industrial fermentation process was also introduced for the manufacture of citric acid, employing a ﬁlamentous fungus (mould), Aspergillus niger. Trong phần đầu của thế kỷ 20, những tiến bộ trong lĩnh vực này là tương đ ối chậm.Khoảng đầu thế kỷ có những tiến bộ lớn trong việc điều trị quy mô lớn nước thải, cho phép cải thiện đáng kể của y tế công cộng trong các cộng đồng đô thị.Tuy nhiên, quá trình lên men quy mô công nghiệp mới lạ đầu tiên được giới thiệu là quá trình lên men acetone-butanol, được phát triển bởi Weiz-Mann (1913-1915) bằng cách sử dụng vi khuẩn Clostridium acetobutylicum.Trong đầu những năm 1920, một quá trình lên men công nghiệp cũng đã được giới thiệu để sản xuất axit citric, sử dụng một loại nấm sợi (nấm mốc), Aspergillus niger. Further innovations in fermentation technology were greatly accelerated in the 1940s through efforts to produce the antibiotic penicillin, stimulated by the vital need for this drug during World War II. Not only did production rapidly move from small-scale surface culture to large-scale submerged fermentations, but it led to great advances in both media and microbial strain development. The knowledge acquired had a great impact on the successful development of many other fermentation industries. Cải tiến mới trong công nghệ lên men đã được rất nhiều tăng tốc trong những năm 1940 thông qua những nỗ lực để sản xuất các kháng sinh penicilin, kích thích bởi nhu cầu quan trọng cho thuốc này trong thời gian chiến tranh thế giới thứ II.Không chỉ sản xuất nhanh chóng di chuyển từ văn hóa bề mặt quy mô nhỏ đ ể quá trình lên men chìm quy mô lớn, nhưng nó đã dẫn đến những tiến bộ lớn trong cả hai phương tiện truyền thông và phát triển chủng vi sinh vật.Kiến thức thu
được có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển thành công của ngành công nghiệp lên men khác. More recent progress includes the ability to produce monoclonal antibodies for analytical, diagnostic, therapeutic and puriﬁcation purposes, pioneered by Milstein and Kohler in the early 1970s. However, many of the greatest advances have followed the massive developments in genetic engineering (recombinant DNA technology) over the last 20 years. This technology has had, and will continue to have, a tremendous inﬂuence on traditional, established and novel fermentation processes and products. It allows genes to be transferred from one organism to another and allows new approaches to strain improvement. Tiến bộ gần đây bao gồm khả năng sản xuất kháng thể đơn dòng cho các mục đích phân tích, chẩn đoán, điều trị và thanh tịnh, bởi Milstein và Kohler đi tiên phong trong đầu những năm 1970.Tuy nhiên, nhiều trong những tiến bộ lớn nhất đã đi theo sự phát triển lớn trong kỹ thuật di truyền (ADN tái tổ hợp công nghệ) trong vòng 20 năm qua.Công nghệ này đã có, và sẽ tiếp tục có một ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men và các sản phẩm truyền thống, thành lập và cuốn tiểu thuyết.Nó cho phép gen được chuyển từ một sinh vật khác và cho phép các phương pháp tiếp cận mới để căng cải thiện. The basis of gene transfer is the insertion of a speciﬁc gene sequence from a donor organism, via an expression vector, into a suitable host. Hosts for expression vectors can be prokaryotes such as the bacterium Escherichia coli; alternatively, where post-translational processing is required, as with some human proteins, a eukaryotic host is usually required, e.g. a yeast. Các cơ sở của chuyển gen là chèn một chuỗi gen cụ thể từ một sinh vật các nhà tài trợ, thông qua một vector biểu hiện thành một vật chủ thích hợp.Hosts cho
vector biểu hiện có thể là sinh vật nhân sơ như vi khuẩn Escherichia coli; cách khác, chế biến sau dịch là cần thiết, cũng như với một số protein của con người, một máy chủ có nhân điển hình thường là cần thiết, ví dụ như một nấm men. A vast range of important products, many of which were formerly manufactured by chemical processes, are now most economically produced by microbial fermentation and biotransformation processes. Microorganisms also provide valuable services. They have proved to be particularly useful because of the ease of their mass cultivation, speed of growth, use of cheap substrates that in many cases are wastes, and the diversity of potential products. In addition, their ability to readily undergo genetic manipulation has opened up almost limitless possibilities for new products and services from the fermentation industries. Một phạm vi rộng lớn của các sản phẩm quan trọng, trong đó nhiều trước đây sản xuất bởi quá trình hóa học, kinh tế nhất được sản xuất bằng cách lên men vi sinh vật và các quá trình chuyển dạng sinh học.Vi sinh vật cũng cung cấp các dịch vụ có giá trị.Họ đã được chứng minh là đặc biệt hữu ích vì dễ trồng khối lượng của chúng, tốc độ tăng trưởng, sử dụng chất nền giá rẻ trong nhiều trường hợp là các chất thải, và sự đa dạng của các sản phẩm tiềm năng.Ngoài ra, khả năng của họ để sẵn sàng trải qua thao tác gen đã mở ra những khả năng gần như vô hạn cho các sản phẩm và dịch vụ mới từ các ngành công nghiệp lên men. Successful development of a fermentation process requires major contributions from a wide range of other disciplines, particularly biochemistry, genetics and molecular biology, chemistry, chemical and process engineering, and mathematics and computer technology. A typical operation involves both upstream processing (USP) and downstream processing (DSP) stages (Fig. i). The USP is associated with all factors and processes leading to and including the fermentation, and consists of three main areas.
Phát triển thành công của một quá trình lên men đòi hỏi phải có sự đóng góp l ớn từ một loạt các ngành khác, đặc biệt là hóa sinh, di truyền học và sinh học phân tử, hóa học, hóa học và quy trình kỹ thuật, toán học và công nghệ máy tính.Một hoạt động điển hình liên quan đến cả hai xử lý thượng nguồn (USP) và hạ lưu chế biến (DSP) giai đoạn (Hình i).USP được liên kết với tất cả các yếu tố và các quá trình dẫn đến và bao gồm cả các quá trình lên men, và bao gồm ba lĩnh vực chính. 1 The producer microorganism. Key factors relating to this aspect are: the strategy for initially obtaining a suitable industrial microorganism, strain improvement to enhance productivity and yield, maintenance of strain purity, preparation of a reliable inoculum and the continuing development of selected strains to improve the economic efﬁciency of the process. For example, the production of stable mutant strains that vastly overproduce the target compound is often essential. 1 - Các vi sinh vật sản xuất.Yếu tố quan trọng liên quan đến khía cạnh này là: chiến lược ban đầu có được một vi sinh vật phù hợp công nghiệp, căng th ẳng cải tiến để nâng cao năng suất và sản lượng, duy trì đ ộ tinh khiết căng thẳng, chuẩn bị một nguồn bệnh đáng tin cậy và sự phát triển liên tục của các chủng được lựa chọn để nâng cao hiệu quả kinh tế của cácquá trình.Ví dụ, sản xuất ổn định các chủng đột biến không có bao la sản xuất thừa các hợp chất mục tiêu thường là điều cần thiết. Some microbial products are primary metabolites, produced during active growth (the trophophase), which include amino acids, organic acids, vitamins and industrial solvents such as alcohols and acetone. However, many of the most important industrial products are secondary metabolites, which are not essential for growth, e.g. alkaloids and antibiotics. These compounds are produced in the
stationary phase of a batch culture, after microbial biomass production has peaked (the idiophase). Một số sản phẩm của vi sinh vật là những chất chuyển hóa tiểu học, đ ược sản xuất trong quá trình tăng trưởng hoạt động (trophophase), trong đó bao gồm các axit amin, axit hữu cơ, vitamin và các dung môi công nghiệp như rượu và acetone.Tuy nhiên, nhiều sản phẩm công nghiệp quan trọng nhất là chất chuyển hóa trung học, đó là không cần thiết cho sự tăng trưởng, ví dụ như alkaloids và thuốc kháng sinh.Các hợp chất này được sản xuất trong giai đoạn văn phòng phẩm của một nền văn hóa thực thi, sau khi sinh khối vi sinh vật sản xuất đã đạt đỉnh (idiophase).
2 The fermentation medium. The selection of suitable cost-effective carbon and energy sources, and other essential nutrients, along with overall media optimization are vital aspects of process development to ensure maximization of yield and proﬁt. In many instances, the basis of industrial media are waste products from other industrial processes, notably sugar processing wastes, lignocellulosic wastes, cheese whey and corn steep liquor. 2 - Môi trường lên men.Việc lựa chọn các carbon hiệu quả về chi phí phù hợp và các nguồn năng lượng và các chất dinh dưỡng thiết yếu khác, cùng với các phương tiện truyền thông tổng thể tối ưu hóa là những khía cạnh quan trọng của quá trình phát triển để đảm bảo tối đa hóa năng suất và lợi nhuận.Trong nhiều trường hợp, cơ sở của các phương tiện truyền thông công nghiệp là những sản phẩm chất thải từ quá trình công nghiệp khác, đặc biệt là đường chất thải chế biến, chất thải lignocellulosic, pho mát whey và ngô rượu dốc. 3 The fermentation. Industrial microorganisms are normally cultivated under rigorously controlled conditions developed to optimize the growth of the organism or production of a target microbial product. The synthesis of microbial metabolites is usually tightly regulated by the microbial cell. Consequently, in order to obtain high yields, the environmental conditions that trigger regulatory mechanisms, particularly repression and feedback inhibition, must be avoided. 3 - Sự lên men.Công nghiệp vi sinh vật thường được trồng theo điều kiện kiểm soát một cách chặt chẽ phát triển để tối ưu hóa sự phát triển của sinh vật hoặc sản xuất một sản phẩm vi sinh vật mục tiêu.Tổng hợp của các chất chuy ển hóa của vi sinh vật thường được kiểm soát chặt chẽ bởi các tế bào vi khuẩn.Do đó, để có được năng suất cao, điều kiện môi trường kích hoạt cơ chế quản lý, đặc biệt là đàn áp và ức chế phản hồi, phải được tránh.
Fermentations are performed in large fermenters often with capacities of several thousand litres. These range from simple tanks, which may be stirred or unstirred, to complex integrated systems involving varying levels of computer control. The fermenter and associated pipework, etc., must be constructed of materials, usually stainless steel, that can be repeatedly sterilized and that will not react adversely with the microorganisms or with the target products. The mode of fermenter peration (batch, fed-batch or continuous systems), the method of its aeration and agitation, where necessary, and the approach taken to process scale-up have major inﬂuences on fermentation performance. Quá trình lên men được thực hiện trong men lớn thường với năng lực của vài nghìn lít.Những từ xe tăng đơn giản, có thể được khuấy hoặc unstirred, hệ thống phức tạp tích hợp liên quan đến các mức độ khác nhau của máy tính điều khiển.Lên men và hệ thống đường ống liên quan, vv, phải được xây dựng vật liệu, thép thường không gỉ, có thể được tiệt trùng nhiều lần và sẽ không phản ứng bất lợi với các vi sinh vật hoặc các sản phẩm mục tiêu.Phương thức peration lên men (batch, cho ăn-lô hoặc các hệ thống liên tục), phương pháp sục khí và kích động của nó, khi cần thiết, và cách tiếp cận thực hiện đ ể xử lý quy mô có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất quá trình lên men. Conventional DSP includes all unit processes that follow fermentation. They involve cell harvesting, cell disruption, product puriﬁcation from cell extracts or the growth medium, and ﬁnishing steps. However, attempts are now being made to integrate fermentation with DSP operations, which often increases process productivity. Overall, DSP must employ rapid and efﬁcient methods for the puriﬁcation of the product, while maintaining it in a stable form. This is especially important where products are unstable in the impure form or subject to undesirable modiﬁcations if not puriﬁed rapidly. For some products, especially enzymes,
retention of their biological activity is vital. Finally, there must be safe and inexpensive disposal of all waste products generated during the process. DSP thông thường bao gồm tất cả các quá trình đơn vị theo quá trình lên men.Họ liên quan đến thu hoạch tế bào, tế bào gián đoạn, lọc sản phẩm từ các chất chiết xuất từ tế bào hoặc trung bình tốc độ tăng trưởng, và các bước hoàn thành.Tuy nhiên, các nỗ lực đang được thực hiện để tích hợp lên men với DSP hoạt động, thường làm tăng năng suất quá trình.Nhìn chung, DSP phải sử dụng phương pháp nhanh chóng và hiệu quả để thanh tịnh của sản phẩm, trong khi duy trì nó trong một hình thức ổn định.Điều này đặc biệt quan trọng nơi các sản phẩm không ổn định ở dạng không tinh khiết hoặc có thể thay đổi không mong muốn nếu không tinh khiết nhanh chóng.Đối với một số sản phẩm, đặc biệt là các enzym, duy trì các hoạt động sinh học của họ là quan trọng.Cuối cùng, có phải là an toàn và không tốn kém xử lý tất cả các sản phẩm chất thải phát sinh trong suốt quá trình. Fermentation products The overall economics of fermentation processes are inﬂuenced by the costs of raw materials and consumables, utilities, labour and maintenance, along with ﬁxed charges, working capital charges, factory overheads and operating outlay. Fermentation products can be broadly divided into two categories: high volume, low value products or low volume, high value products. Examples of the ﬁrst category include most food and beverage fermentation products, whereas many ﬁne chemicals and pharmaceuticals are in the latter category. quá trình lên men sản phẩm Kinh tế tổng thể của quá trình lên men ảnh hưởng bởi các chi phí nguyên vật liệu và hàng tiêu dùng, các tiện ích, lao động và bảo trì, cùng với chi phí cố định, chi phí vốn, chi phí nhà máy và kinh phí hoạt động. Sản phẩm lên men có thể được phân chia thành hai loại: khối lượng cao, sản phẩm có giá trị thấp hoặc
khối lượng thấp, sản phẩm có giá trị cao. Ví dụ về các thể loại đầu tiên bao gồm hầu hết các sản phẩm lên men thực phẩm và nước giải khát, trong khi đó nhiều hóa chất và dược phẩm tốt trong các loại sau. Food, beverages, food additives and supplements A wide range of fermented foods and beverages have been produced throughout recorded history. They continue to be major fermentation products worldwide and are of vast economic importance. Fermented dairy products, for example, result from the activities of lactic acid bacteria in milk, which modify ﬂavour and texture, and increase long-term product stability. Yeasts are exploited in the production of alcoholic beverages, notably beer and wine, due to their ability to ferment sugars, derived from various plant sources, to ethanol. Most processes use strains of one species, S. cerevisiae, and other strains of this yeast are used as baker’s yeast for bread dough production. Thực phẩm, đồ uống, phụ gia thực phẩm, bổ sung Một loạt các thực phẩm lên men và đồ uống đã được sản xuất trong suốt lịch sử ghi lại. Họ tiếp tục là sản phẩm lên men lớn trên toàn thế giới và có tầm quan trọng kinh tế rộng lớn. Các sản phẩm sữa lên men, ví dụ, kết quả từ các hoạt động của vi khuẩn acid lactic trong sữa, trong đó sửa đổi hương vị và kết cấu, và tăng tính ổn định sản phẩm dài hạn. Men được khai thác trong sản xuất đồ uống có cồn, đặc biệt là bia và rượu, do khả năng lên men đường, có nguồn gốc từ các nguồn thực vật khác nhau, để tạo ra ethanol. Hầu hết các quá trình sử dụng chủng của một loài, S. cerevisiae, và các dòng khác của nấm men này đ ược s ử dụng như nấm men bánh mì cho sản xuất bột bánh mì. Several organic acids derived from microbial action are employed in food manufacture and for a wide range of other purposes. The ﬁrst human use was for acetic acid, as vinegar, produced as a result of the oxidation of alcoholic beverages
by acetic acid bacteria. A further aerobic fermentation involves citric acid production by the ﬁlamentous fungus, A. niger, which has become a major industrial fermentation product, as it has numerous food and non-food applications. Also, most of the amino acids and vitamins used as supplements in human food and animal feed are produced most economically by microorganisms, particularly if high-yielding over- producing strains are developed. In addition, some microorganisms contain high levels of protein with good nutritional characteristics suitable for both human and animal consumption. This so-called ‘single-cell protein’ (SCP) can be produced from a wide range of microorganisms cultivated on low-cost carbon sources. Một số axit hữu cơ có nguồn gốc từ hành động của vi sinh vật đ ược s ử dụng trong sản xuất thực phẩm và một loạt các mục đích khác.Người đầu tiên được sử dụng cho axit axetic, như dấm, sản xuất như là một kết quả của quá trình oxy hóa của các đồ uống có cồn bởi các vi khuẩn axit axetic.Một quá trình lên men hiếu khí hơn nữa liên quan đến việc sản xuất acid citric bởi nấm sợi, A. niger, mà đã trở thành sản phẩm lên men công nghiệp lớn, vì nó có thực phẩm rất nhiều và các ứng dụng phi thực phẩm.Ngoài ra, hầu hết các axit amin và vitamin đ ược sử dụng như là chất bổ sung trong thức ăn cho người và thức ăn chăn nuôi sản xuất kinh tế nhất bởi các vi sinh vật, đặc biệt là nếu sản xuất giống có năng suất cao hơn được phát triển.Ngoài ra, một số vi sinh vật có chứa hàm lượng protein cao với các đặc tính phù hợp cho cả người và động vật tiêu thụ dinh dưỡng tốt.Cái gọi là 'protein đơn bào (SCP) có thể được sản xuất từ một loạt các vi sinh vật trồng trên nguồn carbon chi phí thấp. Health-care products In terms of providing human beneﬁt, antibiotics are probably the most important compounds produced by industrial microorganisms. Most are secondary metabolites synthesized by ﬁlamentous fungi and bacteria, particularly the
actinomycetes. Well over 4000 antibiotics have now been isolated, but only about 50 are used regularly in antimicrobial chemotherapy. The best known and probably the most medically useful antibiotics are the b-lactams, penicillins and cephalosporins, along with aminoglycosides (e.g. streptomycin) and the tetracyclines. New antibiotics are still being sought as resistance to established antibiotics has become a major problem in recent years, through the misuse and overuse of these drugs. Các sản phẩm chăm sóc sức khỏe Trong điều kiện cung cấp lợi ích của con người, thuốc kháng sinh có thể là những hợp chất quan trọng nhất được sản xuất bởi các vi sinh vật công nghiệp. Hầu hết là những chất chuyển hóa trung học tổng hợp bởi nấm sợi và vi khuẩn, đặc biệt là các xạ khuẩn. Hơn 4000 loại thuốc kháng sinh đã được cô lập, nhưng chỉ có khoảng 50 được sử dụng thường xuyên trong hóa trị liệu kháng sinh. Được biết đến tốt nhất và có lẽ là kháng sinh y tế hữu ích nhất là b-lactam, các penicillin và cephalosporin, cùng với aminoglycosides (ví dụ như streptomycin) và tetracycline. Thuốc kháng sinh mới vẫn đang được tìm kiếm như đề kháng với thuốc kháng sinh được thiết lập đã trở thành một vấn đề lớn trong những năm gần đây, thông qua việc lạm dụng và sử dụng quá mức các loại thuốc này. Other important pharmaceutical products derived from microbial fermentation and/or biotransformations are alkaloids, steroids and vaccines. More recently, therapeutic recombinant human proteins such as insulin, interferons and human growth hormone have been produced by a range of microorganisms. This is a rapidly expanding ﬁeld and many more recombinant therapeutic products are likely to come on to the market over the coming years. Các sản phẩm quan trọng dược phẩm khác có nguồn gốc từ quá trình lên men vi sinh vật và / hoặc biotransformations alkaloids, steroid và vắc-xin.Gần đây hơn,
điều trị protein tái tổ hợp của con người như insulin, interferon và hoóc môn tăng trưởng của con người đã được sản xuất bởi một loạt các vi sinh vật.Đây là một lĩnh vực phát triển nhanh chóng và nhiều hơn nữa các sản phẩm trị liệu tái tổ hợp có khả năng đi vào thị trường trong những năm tới. Microbial enzymes Microbial enzymes, particularly extracellular hydrolytic enzymes, have numerous roles as process aids or in the production of a wide range of speciﬁc food and nonfood products. Proteases, for instance, are extensively used as additives to washing powders, in the removal of protein hazes from beer and as microbial rennets for the production of cheese. Several carbohydrases are employed in the production of a diversity of sugar syrup from starch. For example, high-fructose corn syrup is produced by hydrolysing corn starch to glucose using a-amylase and amyloglucosidase, and the resulting glucose is then isomerized to a sweeter molecule, fructose, by a glucose isomerase. All of these examples involve the use of ‘bulk’ enzymes. Smaller quantities of highly puriﬁed ‘ﬁne’ enzymes are used for numerous specialized purposes. vi sinh vật enzyme Men vi khuẩn, đặc biệt là các enzym thủy phân ngoại bào, có vai trò nhiều như hỗ trợ quá trình sản xuất của một loạt các cụ thể các sản phẩm thực phẩm và phi thực phẩm. Protease, ví dụ, được sử dụng rộng rãi làm chất phụ gia bột giặt, trong việc loại bỏ các hazes protein từ bia và như rennets vi khuẩn để sản xuất pho mát. Carbohydrases Một số được sử dụng trong sản xuất đa dạng của các xi- rô đường từ tinh bột. Ví dụ, xi-rô ngô fructose cao được sản xuất bằng cách thủy phân tinh bột ngô glucose bằng cách sử dụng một amylase và amyloglucosidase, và glucose kết quả sau đó isomerized với một phân tử ngọt ngào, fructose, bởi một isomerase glucose. Tất cả những ví dụ liên quan đến việc sử dụng số lượng
lớn 'enzyme. Số lượng nhỏ hơn rất tinh khiết enzyme 'tốt' được sử dụng cho các mục đích khác nhau chuyên ngành. Immobilization of enzymes or whole cells, by their attachment to inert polymeric supports, allows easier recovery and reuse of the biocatalyst, and some enzymes are much more stable in this form. Also, the product does not become contaminated with the enzyme. Applications of immobilized biological catalysts include the Introduction to industrial microbiology 3 production of amino acids, organic acids and sugar syrups. Cố định các enzyme hoặc các tế bào toàn bộ, gắn bó của họ để hỗ trợ trơ polymer, cho phép phục hồi dễ dàng hơn và tái sử dụng của-chất xúc tác sinh học, và một số enzyme nhiều hơn ổn định theo hình thức này.Ngoài ra, sản phẩm không bị ô nhiễm với enzyme.Ứng dụng xúc tác sinh học cố định bao gồm Giới thiệu về sản xuất công nghiệp 3 vi sinh học của các axit amin, axit hữu cơ và xi- rô đường. Industrial chemicals and fuels Industrial feedstock chemicals supplied through fermentation include various alcohols, solvents such as acetone, organic acids, polysaccharides, lipids and raw materials for the production of plastics. Some of these fermentation products also have applications in food manufacture. Công nghiệp hóa chất và nhiên liệu Công nghiệp hóa chất nguyên liệu cung cấp thông qua quá trình lên men bao gồm rượu khác nhau, dung môi như acetone, axit hữu cơ, polysaccharides, chất béo và các nguyên vật liệu cho sản xuất nhựa. Một số các sản phẩm lên men còn có ứng dụng trong sản xuất thực phẩm.
Fossil fuels, especially oil, are likely to become exhausted within the next 50–100 years, resulting in the need to develop alternative sources of energy. Biological fuel generation may make an increasing contribution, particularly in the conversion of renewable plant biomass to liquid and gaseous fuels. This plant biomass can be in the form of cultivated energy crops, natural vegetation, and agricultural, industrial and domestic organic wastes. Currently, methane and ethanol are the main products, although other potential fuels can be generated using microorganisms, including hydrogen, ethane, propane and butanol. Nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là dầu mỏ, có khả năng trở nên cạn kiệt trong vòng 50-100 năm tới, dẫn đến sự cần thiết phải phát triển các nguồn năng lượng thay thế.Nhiên liệu sinh học thế hệ có thể làm cho một đóng góp ngày càng tăng, đặc biệt trong việc chuyển đổi sinh khối thực vật tái tạo nhiên liệu lỏng và khí.Sinh khối thực vật này có thể là trong các hình thức của cây năng lượng canh tác, thảm thực vật tự nhiên, và nông nghiệp, công nghiệp và chất thải hữu cơ trong nước.Hiện nay, methane và ethanol là các sản phẩm chính, mặc dù nhiên liệu tiềm năng khác có thể được tạo ra bằng cách sử dụng vi sinh vật, trong đó có hydrogen, ethane, propane và butanol. Environmental roles of microorganisms Microorganisms are particularly important in waste-water treatment, which utilizes the metabolic activities of diverse mixed microbial populations capable of de- grading any compound that may be presented to them. The two main objectives are to destroy all pathogenic microbes present in the sewage, particularly the causal organisms of the water-borne diseases cholera, dysentery and typhoid. The second objective is to break down the organic matter in waste-water to mostly methane and carbon dioxide, thereby producing a ﬁnal efﬂuent (outﬂow) that can be safely discharged into the environment. Microbial activities can also be employed in the
degradation of man-made xenobiotic compounds with-in waste streams and in the bioremediation of environments contaminated by these materials. Vai trò môi trường của vi sinh vật Vi sinh vật là đặc biệt quan trọng trong xử lý nước thải, trong đó s ử dụng các hoạt động trao đổi chất của các quần thể vi sinh vật đa dạng hỗn hợp có khả năng de-phân loại hợp chất có thể sẽ được trình bày cho họ. Hai mục tiêu chính là để tiêu diệt tất cả các vi trùng gây bệnh có trong nước thải, đ ặc biệt là các sinh vật có quan hệ nhân quả của các bệnh truyền qua nước dịch tả, kiết lỵ và thương hàn. Mục tiêu thứ hai là để phá vỡ các chất hữu cơ trong nước thải ch ủ yếu là methane và carbon dioxide, từ đó tạo ra nước thải cuối cùng (dòng chảy) có thể được an toàn thải ra môi trường. Hoạt động của vi sinh vật cũng có thể được sử dụng trong sự xuống cấp của con người tạo ra các hợp chất xenobiotic trong dòng chất thải và xử lý sinh học của môi trường bị ô nhiễm bởi các tài liệu này. Microbial-based ‘clean technology’ is also being increasingly used in the desulphurization of fuels and the leaching of metals (e.g. copper, iron, uranium and zinc) from low-grade mineral ores and wastes using species of Thiobacillus and Sulfolobus. Environmental biological control is a further area where microorganisms are employed in an effort to reduce our reliance on synthetic chemical pesticides. Bacteria, fungi, protozoa and viruses are cultivated to produce biomass or cell products for the control of fungal, insect and nematode pests of agricultural crops, along with some vectors of human and animal diseases. Vi sinh vật dựa trên công nghệ 'sạch' cũng đang được ngày càng được sử dụng trong khử lưu huỳnh trong nhiên liệu và lọc sạch các kim loại (ví dụ như đồng, sắt, uranium và kẽm) từ quặng khoáng sản cấp thấp và chất thải bằng cách sử dụng các loài Thiobacillus và Sulfolobus.Kiểm soát sinh học môi trường là một
khu vực xa hơn nơi mà các vi sinh vật được sử dụng trong một nỗ l ực đ ể gi ảm sự phụ thuộc của chúng tôi về thuốc trừ sâu hóa học tổng hợp.Vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh và vi rút được trồng để sản xuất sinh khối hoặc các sản phẩm tế bào cho sự kiểm soát của nấm, côn trùng và giun tròn sâu hại cây trồng nông nghiệp, cùng với một số vectơ bệnh cho người và động vật. Conclusion As can be seen from this brief introduction, microorganisms have a major role in providing food, raw materials and essential services. This role is likely to expand due to our increasing requirements for resources and the ability to manipulate microorganisms to improve their yields and the range of their products and activities. kết luận Như có thể thấy từ này giới thiệu ngắn gọn, vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc cung cấp thực phẩm, nguyên liệu và các dịch vụ thiết yếu. Vai trò này có khả năng mở rộng do yêu cầu của chúng tôi ngày càng tăng đối với các nguồn tài nguyên và khả năng thao tác vi sinh vật để cải thiện năng suất và phạm vi của các sản phẩm và các hoạt động của họ.
4 Industrial microorganisms Microoorganisms are used extensively to provide a vast range of products and services (Table 4.1). They have proved to be particularly useful because of the ease of their mass cultivation, speed of growth, use of cheap substrates (which in many cases are wastes) and the diversity of potential products. Their ability to readily undergo genetic manipulation has also opened up almost limitless further possibilities for new products and services from the fermentation industries. Microoorganisms được sử dụng rộng rãi để cung cấp một phạm vi rộng lớn của các sản phẩm và dịch vụ (Bảng 4.1).Họ đã được chứng minh là đặc biệt hữu ích vì sự dễ dàng của khối lượng, tốc độ tu luyện của họ tăng trưởng, sử dụng chất nền giá rẻ (mà trong nhiều trường hợp là các chất thải) và sự đa dạng của các sản phẩm tiềm năng.Khả năng của họ để sẵn sàng trải qua thao tác di truyền cũng đã mở ra gần như vô hạn khả năng hơn nữa cho các sản phẩm và dịch v ụ mới từ các ngành công nghiệp lên men. Traditional fermentations were originally performed (and still are in some cases) by a mixture of wild microorganisms emanating from the raw materials or the local environment, e.g. some food and alcoholic beverage fermentations. Initial attempts to improve the microorganisms involved occurred little more than 120 years ago, when they were ﬁrst isolated from these processes as pure cultures from which the most useful strains were then selected. Those fermentation processes developed during the ﬁrst 80 years of the 20th century have mostly used monocultures. Quá trình lên men truyền thống ban đầu đã được thực hiện (và vẫn đang trong một số trường hợp) bởi một hỗn hợp vi sinh vật hoang dã phát ra từ nguyên liệu hoặc môi trường địa phương, ví dụ nhưmột số thực phẩm và quá trình lên men thức uống có cồn.Nỗ lực ban đầu để cải thiện các vi sinh vật có liên quan xảy ra
ít hơn 120 năm trước đây, khi họ lần đầu tiên được phân lập từ các quá trình này là nền văn hóa thuần túy mà từ đó các chủng hữu ích nhất sau đó được chọn.Những quá trình lên men được phát triển trong 80 năm đầu của thế kỷ 20 đã chủ yếu được sử dụng độc canh. The speciﬁc microorganisms employed were often isolated from the natural environment, which involved the random screening of a large number of isolates. Alternatively, suitable microorganisms were acquired from culture collections (see p. 78). Most of these microorganisms, irrespective of their origins, were subsequently modiﬁed by conventional strain improvement strategies, using mutagenesis or breeding programmes, to improve their properties for industrial use. Several processes developed in the last 20 years have involved recombinant microorganisms and genetic engineering technology has increasingly been used to improve established industrial strains. Các vi sinh vật cụ thể làm việc thường được phân lập từ môi trường tự nhiên, trong đó liên quan đến việc kiểm tra ngẫu nhiên một số lượng lớn các chủng.Ngoài ra, các vi sinh vật phù hợp đã được mua lại từ các bộ sưu tập văn hóa (xem trang 78).Hầu hết các vi sinh vật, không phân biệt nguồn gốc, sau đó được sửa đổi bởi các chiến lược cải thiện căng thẳng thông thường, bằng cách sử dụng các đột biến hoặc các chương trình chăn nuôi, để cải thiện tài sản của họ cho sử dụng trong công nghiệp.Một số quy trình phát triển trong 20 năm qua có liên quan đến vi sinh vật tái tổ hợp và công nghệ kỹ thuật di truy ền đã ngày càng được sử dụng để cải thiện thành lập các chủng công nghiệp. In most cases, regulatory considerations are of major importance when choosing microorganisms for industrial use. Fermentation industries often prefer to use established GRAS (generally regarded as safe) microorganisms (Table 4.2), particularly for the manufacture of food products and ingredients. This is because