Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Chương 1: Mở đầu - Phạm Hồng Hiếu

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM
Quá khứ - Hiện tại - Tương lai
GiỚI THIỆU MÔN HỌC
 Tên môn học : Công nghệ sinh học TP
 Thời lượng : 15 tiết LT + 30 tiết TH
 Giảng viên : ThS. Phạm Hồng Hiếu
 Trang web : 
https://sites.google.com/a/foodtech.edu.vn/pham
honghieu
 Email : hieuphamhong@gmail.com
ĐỀ CƯƠNG CHI TiẾT
Chương 1: Mở đầu
1.1. Giới thiệu công nghệ sinh học thực phẩm
1.2. Lịch sử phát triển và triển vọng
Chương 2: Công nghệ sinh học và vấn đề tạo nguồn 
nguyên liệu cho công nghệ thực phẩm
2.1. Công nghệ sinh học cổ điển tạo nguồn nguyên liệu 
cho công nghệ thực phẩm
2.2. Công nghệ sinh học hiện đại tạo nguồn nguyên liệu 
cho công nghệ thực phẩm
Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP
3.1. Công 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
Chương 3: Ứng dụng vi sinh vật trong CNTP
3.2. Công 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
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
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
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 – Công 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
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. Công nghệ sản xuất thạch dừa
3.6.3. Lên men citric – kỹ thuật sản xuất bột chanh
3.6.4. Phản ứng oxy hóa và công nghệ sản xuất trà 
3.6.5. Lên men cà phê
3.6.6. Lên men ca cao 
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 trò của CNSH đối với sự phát triển thực 
phẩm
4.4. An toàn nguyên liệu thực phẩm
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
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
Chương 1: 
Mở đầu 
Công nghệ sinh học ?
Khái niệm:
Công nghệ sinh học có thể hiểu đơn giản là công
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
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)
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 hóa học và vật liệu (Biotechnology in
chemistry and materials)
CNSH nông nghiệp (Agricultural biotechnology)
CNSH môi trường (Environmental biotechnology)
CÁC LĨNH VỰC CỦA CNSH
Sự tiến hóa 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, teá baøo ñöôïc phaùt hieän nhôø kính hieån vi
Sự tiến hóa của CNSH 
• 1800-1900, nền móng của CNSH được thiết lập, bao
gồm các quá trình thanh trùng, lai hiện đại và di
truyền học
▫ 1837 – 1838, Hoïc thuyeát teá baøo, Schleiden & Schwann 
▫ 1859, C. Darwin neâu ra Hoïc thuyeát tieán hoùa
▫ Nhöõng naêm 1860, L.Pasteur ñaõ môû ñöôøng cho söï phaùt 
trieån cuûa Vi sinh vaät hoïc vaø CNSH vi sinh vaät
▫ 1865, Mendel chöùng minh caùc nhaân toá di truyeàn (gen) vaø 
môû ñaàu cho caùc NC ñi saâu vaøo theá giôùi vi moâ cuûa söï soáng. 
▫ 1868, Frederic Miescher tìm ra DNA
DI TRUYEÀN HOÏC MENDEL
Naêm 1865, Gregor Mendel neâu ra caùc quy luaät di
truyeàn vaø khaùi nieäm nhaân toá di truyeàn, maø sau naøy
goïi laø gen.
Naêm 1900 ñöôïc coi laø naêm ra ñôøi cuûa Di truyeàn
hoïc vôùi phaùt minh laïi caùc quy luaät Mendel. Ñaàu theá
kyû 20, khaùi nieäm gen ñöôïc xaùc laäp, nhöng ôû daïng
tröøu töôïng: nhaân toá di truyeàn xaùc ñònh moät tính traïng.
Mendel
PHAÙT MINH DNA
• Naêm 1868, Johann Friedrich Miesher, moät
nhaø sinh hoùa hoïc ngöôøi Thuïy Só, ôû tuoåi 25, ñaõ
tìm ra moät chaát acid töø nhaân (nucleus) teá baøo
baïch huyeát cuûa muû vaø ñaët teân laø nuclein, maø
sau naøy goïi laø nucleic acid.
THUYEÁT DI TRUYEÀN 
NHIEÃM SAÉC THEÅ
• Ñaàu theá kæ XX, khaùi nieäm
gen ñöôïc xaùc laäp
• Naêm 1910 – 1920,
T.H.Morgan, neâu ra
thuyeát di truyeàn nhieãm
saéc theå, chöùng minh gen
laø moät locus treân nhieãm
saéc theå.
MOÂ HÌNH CAÁU TRUÙC DNA CUÛA 
WATSON-CRICK
• Naêm 1953, moâ hình caáu truùc phaân töû DNA cuûa
Watson-Crick ñaët neàn moùng cho söï phaùt trieån cuûa
Sinh hoïc phaân töû. “Hoïc thuyeát trung taâm" cuûa sinh
hoïc phaân töû:
DNA ----------> mRNA ----------> protein
sao cheùp phieân maõ dòch maõ
Sự sống nhân tạo
• 20.05.2010 -
Craig Venter –
công trình 15 
năm
KYÕ THUAÄT DI TRUYEÀN
• Naêm 1972 – 1973, kyõ thuaät di truyeàn ra ñôøi
laøm “buøng noå” caùch maïng CNSH.
• Con ngöôøi coù khaû naêng vöôït giôùi haïn tieán
hoùa, thay quyeàn taïo hoùa caûi bieán sinh giôùi vaø
caû baûn thaân cô theå sinh hoïc cuûa con ngöôøi.
Sự tiến hóa của CNSH 
• Naêm 1973,KYÕ THUAÄT DI TRUYEÀN ra ñôøi
• CNSH TP hiện đại bắt đầu khi các nhà nghiên
cứu bắt đầu khám phá cải thiện thực phẩm nhờ
kỹ thuật di truyền
Sự tiến hóa 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, đó 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, công nghiệp đu đủ Hawai được cứu sống nhờ
chủng kháng virus nhờ chuyển gen
• 2002, bản đồ gen cây lúa được hoàn thiện mở ra
khả năng mới trong kỹ thuật di truyền nhằm tạo ra
giống lúa chống bệnh, hạn, 
Các giai đoạn phát triển của 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)
Những mốc phát triển của CNSH Việt Nam
Viện pasteur Sài Gòn là cái nôi 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 Gòn ra đời năm 1887
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 nuôi 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
CNSH TP là gì?
• CNSH TP là sự tiến hóa của các kỹ
thuật nông 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 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
CN THÖÏC PHAÅM
Hôïp chaát
töï nhieân 
coù saün
Vi sinh vaät
N
ha
ân 
si
nh
 k
ho
ái
U
Û, P
ho
ái t
ro
än
Thöïc phaåm 
töï nhieân
Thöïc vaät
Ñoäng vaät
Taûo, naám
Khoaùng... 
CNSH TP là gì?
• CNSH thực phẩm truyền 
thống:
▫ Lên men VSV
 Pho mai
 Bia
 Rượu vang
 Bánh mì
• CNSH thực phẩm hiện đại
▫ Nuôi cấy mô
▫ Kỹ thuật di truyền
 Khác với nhân giống vật 
nuôi và cây trồng
- Cung cấp nguồn thöïc phaåm
cần thiết trong tương lai:
Chất lượng thực phẩm
Loại trừ thực phẩm có mang các 
chất độc hoặc các chất gây dị ứng
Tạo nguồn thực phẩm định hướng
Tiết kiệm tài nguyên
Ảnh hưởng của CNSH: từ nông trại đến 
bữa ăn (from farm to fork)
• Nông nghiệp và môi 
trường
• Chất lượng và sản xuất 
TP
• Sức khỏe và dinh dưỡng
• Các quốc gia đang phát 
triển
Bàn về các khía cạnh:
Nông nghiệp và Môi trường
• Giảm sử dụng thuốc trừ
sâu
• Giảm xói mòn đất
• Giúp bảo vệ nguồn 
nước
• Bảo tồn đất và nhiên 
liệu hóa thạch
Lợi ích của nông dân
• Tăng sản lượng mùa vụ
• Giảm chi phí sản xuất
• Giảm tần suất người nông dân phải tiếp xúc 
với hóa chất diệt côn trùng
• Tăng hiệu quả sản xuất
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
hòa thấp, hàm lượng acid oleic
cao) bền vững hơn khi chiên
• Làm chậm quá trình chín 
nông sản tươi hơn
Sức khỏe và Dinh dưỡng
• Nhiều sản phẩm dinh dưỡng đáp ứng nhu cầu 
tiêu dùng
• Các loại dầu ăn không phải qua quá trình hydro 
hóa, giúp giảm hàm lượng trans fatty acids
• Dầu ăn giàu chất dinh dưỡng (beta-carotene, 
vitamin E)
• Khoai tây với hàm lượng chất khô cao
Các quốc gia đang phát triển: ảnh hưởng 
của CNSH lên đảm bảo an ninh TP
• Hơn 800 tr người trên toàn thế giới được ước lượng
bị đói mỗi ngày nạn đói thế giới có thể được cải
thiện nhờ CNSH
• Cuộc chiến chống đói 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)
Các sản phẩm CNSH TP hiện tại
• Cây trồng kháng côn trùng, sâu hại, virus: bắp Bt,
bông 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 có 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
NHÖÕNG THAØNH TÖÏU MÔÙI KHAÙC
• 2/1997, Wilmut
coâng boá nhaân
baûn voâ tính cöøu
Dolly.
• 1999, thaønh töïu
môùi veà teá baøo
goác (Stem Cell).
Người tiêu dùng ủng hộ CNSH TP
• Gần 2/3 số người tin rằng CNSHTP sẽ gây ích lợi cho
gia đình họ trong vòng 5 năm tới
• Hơn nửa số người sẽ lựa chọn sản phẩm chuyển gen
có mùi vị thơm ngon hơn và tươi hơn
• Gần ¾ số người sẽ lựa chọn sản phẩm có tính kháng
côn trùng gây hại
CNSH TP là an toàn
• Phe đối lập đặt ra câu hỏi về tính an toàn của Tp
CNSH nhưng chỉ dựa trên cảm tính chứ không 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 toàn 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.
CNSH TP là an toàn
• Nghiên cứu cho đến nay không có 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 toàn, thân thiện với môi trường
và là công cụ hữu ích giúp nuôi 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 còn an toàn
hơn thực phẩm truyền thống bởi vì CNSH chính xác
hơn và trải qua các khảo sát kỹ càng hơn
Tương lai của CNSH TP
• Hiệu quả hơn trong nông 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
chóng để nhận biết sinh vật gây bệnh
• Kéo dài độ tươi của nông 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 thông qua các TP có
tính chống oxy hóa, ngăn ngừa ung thư
for Your attention