BÀI 20 - THÀNH TỰU CỦA CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT VÀ ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT

MỞ ĐẦU

Câu 1: Quan sát các công đoạn sản xuất phô mai trong một nhà máy (hình 20.1) và cho biết vi sinh vật được sử dụng trong công đoạn nào? Đó là nhóm vi sinh vật gì?

Đáp án chuẩn:

Vi sinh vật được sử dụng trong sản xuất phô mai chủ yếu tham gia vào quá trình lên men. Các nhóm vi sinh vật thường được sử dụng bao gồm vi khuẩn lactic, vi khuẩn propionic và các loại nấm mốc như Penicillium.

Câu 2: Có thể sử dụng tế bào vi sinh vật như một “nhà máy” thực hiện đầy đủ các công đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất sản phẩm phục vụ con người được không?

Đáp án chuẩn:

Tế bào vi sinh vật không thể tự mình sản xuất hoàn chỉnh các sản phẩm phục vụ con người, vì sản phẩm của chúng cần các bước xử lý tiếp theo để hoàn thiện.

I. CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG THỰC TIỄN

Câu 1: Nêu các cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn.

Đáp án chuẩn:

- Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong phân giải và tổng hợp các chất hữu cơ, chuyển hoá các chất vô cơ để tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích cho tự nhiên và con người.

- Nhiều vi sinh vật có khả năng sinh trưởng nhanh hoặc sống trong các môi trường cực kỳ khắc nghiệt.

Tìm hiểu thêm: Em hãy tìm hiểu thông tin trên internet và cho biết tảo xoắn Arthrospira platensis có chứa các hoạt chất sinh học có giá trị gì. Vì sao chúng được dùng làm thực phẩm chức năng chống lão hoá và làm trẻ da?

Đáp án chuẩn:

- Tảo xoắn Arthrospira platensis có các hoạt chất sinh học giá trị như protein với đầy đủ các axit amin không thay thế, các vitamin và khoáng chất, axit béo không bão hòa.

- Ngoài ra, tảo xoắn Arthrospira platensis được dùng làm thực phẩm chức năng chống lão hoá và làm trẻ da vì chứa nhiều chất chống lão hóa như phycocyanin, β-caroten, vitamin E và acid γ-linoleic, giúp loại bỏ các gốc tự do và làm chậm sự lão hóa của tế bào.

Câu 2: Kể tên một số chế phẩm vi sinh vật dùng trong chăn nuôi, trồng trọt mà em biết.

Đáp án chuẩn:

- Thuốc trừ sâu sinh học như thuốc trừ sâu vi sinh Bt, Pethian, Muskardin,...

- Phân vi sinh bao gồm phân cố định đạm, phân giải lân, phân giải silicat,...

Câu 3: Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ dựa trên cơ sở khoa học nào?

Đáp án chuẩn:

Vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ giúp phân giải lân khó tan thành chất khoáng cây có thể hấp thu, tăng cường đạm, và kích thích sự sinh trưởng của cây trồng.

Câu 4: Quan sát hình 20.4 và cho biết nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học. Hãy kể tên những sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học trên thị trường hiện nay mà em biết.

Đáp án chuẩn:

- Nguyên liệu đầu vào của ngành công nghiệp sản xuất ethanol là đường mía, tinh bột ngô, sinh khối thực vật, phụ phẩm của trồng trọt.

- Sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất ethanol là ethanol sinh học.

- Trên thị trường hiện nay, một số sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học bao gồm xăng sinh học, chất tẩy rửa sơn mực, nước hoa, dung dịch tẩy rửa, dược phẩm,...

Câu 5: Quan sát hình 20.5 và cho biết nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học (biogas). Sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?

Đáp án chuẩn:

- Nguyên liệu đầu vào của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học biogas là rác thải hữu cơ, phân và nước thải chăn nuôi, sinh khối thực vật, phụ phẩm của trồng trọt.

- Sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học là khí gas hữu cơ (methan) và phân bón hữu cơ.

- Sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học được ứng dụng trong các lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp, môi trường:

  + Sử dụng khí sinh học để đun nấu.

  + Sử dụng khí sinh học để tạo ra điện.

  + Dùng nước xả và phân từ hầm khí sinh học làm phân hữu cơ cho cây trồng.

Tìm hiểu thêm: Ở một số vùng nông thôn Việt Nam, người ta cũng sản xuất khí sinh học (biogas) tại các hộ nông dân. Tìm kiếm thông tin và cho biết nông dân ta đã tận dụng những phế phụ phẩm nông nghiệp nào để sản xuất khí sinh học và dùng sản phẩm khí sinh học đó cho những mục đích gì?

Đáp án chuẩn:

- Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học ở một số vùng nông thôn Việt Nam chủ yếu từ những chất hữu cơ dễ phân hủy như phân động vật và các loại thực vật như bèo, cỏ, rơm rạ,...

- Sản phẩm khí sinh học được sử dụng để thay thế chất đốt, cung cấp điện sinh hoạt cho gia đình và trang trại.

Câu 6: Việc ứng dụng vi sinh vật để sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên cơ sở khoa học nào?

Đáp án chuẩn:

Vi sinh vật có khả năng tổng hợp protein ngoài tế bào và phân giải protein trong đậu tương, cá để sản xuất nước tương và nước mắm giàu amino acid.

Vận dụng: Kể tên một số sản phẩm thực phẩm ứng dụng công nghệ vi sinh vật mà em biết?

Đáp án chuẩn:

- Bánh mì, bia, rượu,…

- Sữa chua, phô mai,…

- Nước tương, nước mắm, xì dầu,…

- Rau củ quả muối chua

II. MỘT SỐ THÀNH TỰU VÀ DỰ ÁN ĐIỀU TRA SẢN PHẨM THƯƠNG MAI CỦA CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT

Luyện tập 1: Vì sao vi sinh vật được sử dụng như những “nhà máy” để sản xuất các protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác?

Đáp án chuẩn:

Vi sinh vật được sử dụng như "nhà máy" để sản xuất protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác nhờ khả năng trao đổi chất mạnh mẽ, sinh trưởng nhanh và hệ gene đã được nghiên cứu kỹ, giúp dễ dàng điều khiển các hoạt động trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng.

Câu 7: Để sản xuất các enzyme hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao thì cần sử dụng nhóm vi sinh vật nào? Vì sao?

Đáp án chuẩn::

- Để sản xuất enzyme có thể hoạt động ở nhiệt độ cao, cần sử dụng nhóm vi sinh vật ưa nhiệt vì chúng có khả năng sống và sản xuất enzyme trong điều kiện nhiệt độ cao mà enzyme không bị bất hoạt. 

- Ví dụ, enzyme thuỷ phân tinh bột và lipid từ các vi khuẩn ưa kiềm được sử dụng trong công nghiệp giặt tẩy vì chúng có độ bền cao trong môi trường kiềm và nhiệt độ cao của quy trình giặt tẩy.

III. NGÀNH NGHỀ LIÊN QUAN ĐẾN CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT VÀ TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT

Câu 8: Quan sát hình 20.7:

a) Cho biết người hoạt động trong lĩnh vực công nghệ vi sinh vật có thể làm việc trong các cơ quan, đơn vị nào?

b) Công nghệ vi sinh vật hiện nay đang cung cấp những sản phẩm gì cho phát triển kinh tế, xã hội ở Việt Nam?

c) Các sản phẩm của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực nào?

Đáp án chuẩn:

a) Người hoạt động trong lĩnh vực công nghệ vi sinh vật có thể làm việc tại các cơ quan như Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường, các Viện nghiên cứu thuộc Chính phủ, các trường đại học và các công ty sản xuất liên quan đến công nghệ vi sinh vật.

b) Công nghệ vi sinh vật hiện nay đang cung cấp nhiều sản phẩm hỗ trợ phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam bao gồm:

- Sản phẩm lên men như nước mắm, nước tương, đồ uống,...

- Chất phụ gia cho thức ăn chăn nuôi, thuỷ sản; men vi sinh, thuốc thú y, vaccine cho vật nuôi, thuỷ sản;

- Phân hữu cơ vi sinh và chế phẩm vi sinh cho cây trồng; thuốc trừ sâu sinh học;

- Vaccine cho người, men vi sinh và các chất hoạt tính sinh học hỗ trợ điều trị, dược phẩm sinh học;

- Các acid hữu cơ, dung môi hữu cơ;

- Chế phẩm vi sinh sản xuất enzyme cho công nghiệp giấy, dệt nhuộm, thuốc da, mỹ phẩm;

- Chế phẩm vi sinh xử lý nước thải, khí thải và chất thải rắn, phế phẩm nông nghiệp,...

c) Các sản phẩm của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực sau:

- Chế biến thực phẩm;

- Chăn nuôi;

- Trồng trọt;

- Y dược học;

- Môi trường;

- Hóa chất;

- Các ngành công nghiệp khác như công nghiệp giấy, dệt nhuộm, thuốc da, mỹ phẩm,...

Luyện tập 2: Dựa vào bảng 20.2 để liệt kê một số vị trí việc làm trong ngành Công nghệ vi sinh vật và hoàn thành các cột trong bảng 20.3.

Đáp án chuẩn:

Câu 9: Kể tên các hướng phát triển của công nghệ vi sinh vật trong tương lai.

Đáp án chuẩn:

- Chỉnh sửa, tạo đột biến định hướng các gene trong tế bào vi sinh vật.

- Tìm kiếm và khai thác các nguồn gene vi sinh vật.

- Thiết lập hệ thống lên men lớn, tự động, liên tục và đồng bộ với công nghệ thu hồi.

- Xây dựng giải pháp phân tích vi sinh vật tự động trong công nghiệp, nông nghiệp và xử lí môi trường.