Bài 20. Thành tựu của công nghệ vi sinh vật và ứng dụng của vi sinh vật

>> Xem chi tiết: Lý thuyết thành tựu của công nghệ vi sinh vật và ứng dụng của vi sinh vật - Sinh 10 Cánh diều

Mở đầu 

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

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?

Mô hình các công đoạn sản xuất phô mai trong nhà máy

Hướng dẫn giải:

Các nhóm vi khuẩn sử dụng và vai trò của chúng trong quá trình lên men:

- Nhóm vi khuẩn lactic: có vai trò tạo acid lactic trong quá trình lên men góp phần gây đông tụ sữa và tạo độ chua cho khối đông.

- Nấm mốc: có vai trò làm chín tới và tạo hương vị đặc trưng, góp phần cho việc trung hòa pH của sản phẩm.

- Nhóm vi khuẩn propionic: có vai trò trong quá trình ủ chín trong một số loại phô mai và tạo  những lỗ hổng trong cấu trúc một số phố mai cứng, góp phần tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Vi sinh vật được sử dụng trong tất cả các giai đoạn. Các nhóm vi sinh vật được sử dụng là nhóm vi khuẩn lactic, nấm mốc, nhóm vi khuẩn propionic.

Câu 2: Vi sinh vật có khả năng sinh trưởng nhanh, trao đổi chất mạnh mẽ và có thể chuyển hóa thành các sản phẩm mong muốn nên có thể sử dụng như một "nhà máy" thực hiện đầy đủ các công đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất sản phẩm phục vụ con người.

Câu hỏi 1

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

Hướng dẫn giải:

Vì sinh vật có thể sinh trường nhanhmm có khả năng phân giải và tổng hợp các chất hữu cơ nên con người khai thác hoạt động sống của vi sinh vật để ứng dụng vào các lĩnh vực thực tiễn.

Lời giải chi tiết:

Các cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn:

- Khả năng phân giải và các chất hữu cơ, chuyển hóa các chất vô cơ tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích cho con người.

- Khả năng sinh trưởng nhanh, một số vi sinh vật có thể sống trong môi trường khắc nghiệt.

Tìm hiểu thêm 

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

Hướng dẫn giải:

Thành phần của tảo xoắn Arthrospira Platensis gồm: Protein (55-77%); polysaccharide (10-20%); acid béo không  bão hòa (7-15%); khoáng chất (5-10%); chất chống oxy hóa thuộc nhóm Phycocyanin, Sulfolipid.

Lời giải chi tiết:

- Trong tảo xoắn có chứa nhiều hoạt chất sinh học có giá trị về cả dinh dưỡng như protein (cao gấp 3 lần thịt bò), vitamin, khoáng chất và các chất chống oxy hóa như Phycocyanin. 

- Các chất chống lão hóa như β-caroten, vitamin E, axít γ-linoleic,... có khả năng loại bỏ các gốc tự do thông qua tác dụng chống oxy hóa, làm chậm sự lão hóa của tế bào, duy trì tính đàn hồi của da, giúp da căng bóng, mịn màng nên được dùng làm thực phẩm chức năng chống lão hóa và làm trẻ da.

Câu hỏi  

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

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

Hướng dẫn giải:

Con người ứng dụng vi sinh vật để tạo ra các chế phẩm vi sinh học giúp tiêu diệt vi sinh vật có hại trong chăn nuôi và trồng trọt, hỗ trợ cung cấp dinh dưỡng cho các loại cây trồng.

Lời giải chi tiết:

Câu 2:

- Chế phẩm E.M: dùng để kích thích sự nảy mầm, tăng khả năng quang hợp và hấp thu chất dinh dưỡng ở cây trồng; kích thích hệ tiêu hóa, tăng sức đề kháng và chống chịu với bệnh tật ở vật nuôi.

- Chế phẩm Biomix 2, Emuniv dùng để xử lý nước thải chăn nuôi.

- Thuốc trừ sâu sinh học Bt (Bacillus thuringiensis) được dùng để tiêu diệt các loại sâu hại như sâu cuốn lá, sâu đo,....

- Thuốc trừ sâu NPV (Nucleopolyhedrosis Virus) được dùng để tiêu diệt sâu xanh da láng trên các cây bông, đậu,....

Câu 3: Một số vi sinh vật có khả năng ức chế, tiêu diệt các loại vi sinh vật gây hại cho cây trồng; một số vi sinh vật khác có khả năng cố định đạm, kích thích sự phát triển của bộ rễ nên được sử dụng trong sản xuất phân hữu cơ.

Câu hỏi 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 là gì? Trên thị trường hiện nay, em có biết những sản phẩm nào của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học? Hãy kể tên những sản phẩm đó.

Hướng dẫn giải:

Quan sát hình 20.4 và đưa ra nhận xét.

Lời giải chi tiết:

- Nguyên liệu đầu vào: Đường mía, tinh bột ngô, sinh khối thực vật, phụ phẩm của trồng trọt.

- Nguyên liệu đầu ra: Xăng sinh học

- Một số sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học: Xăng sinh học E5, diesel sinh học, khí sinh học

Câu hỏi 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) là gì? Sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?

Hướng dẫn giải:

Quan sát hình 20.4 và đưa ra nhận xét.

Lời giải chi tiết:

- Nguyên liệu đầu vào: Rác thải hữu cơ; phân, nước thải chăn nuôi; sinh khối thực vật, phụ phẩm của trồng trọt.

- Sản phẩm đầu ra: Khí sinh học, phân bón hữu cơ, năng lượng điện.

- Các lĩnh vực sử dụng sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học: trồng trọt, nhiệt – điện.

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?

Hướng dẫn giải:

- Phế phẩm nông nghiệp là chất thải phát sinh trong quá trình hoạt động nông nghiệp bao gồm các phụ phẩm trồng trọt, chăn nuôi, lâm nghiệp, thủy sản.

- Phế phẩm nông nghiệp được sử dụng ở các vùng nông thôn chủ yếu để tạo ra nguồn khí sinh học phục vụ trong cuộc sống ở các gia đình nông thôn.

Lời giải chi tiết:

- Những phế phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất khí sinh học: 

+ Phế phẩm từ lúa gạo: Rơm rạ, vỏ trấu

+ Phế phẩm từ ngô: Lõi ngô, bẹ ngô, thân và lá ngô

+ Phế phẩm từ các loại cây nông nghiệp khác như mía, cà phê, lạc, đậu tương, dừa,...

+ Phế phẩm chăn nuôi: Nước thải từ chăn nuôi gia súc, gia cầm, lông động vật.

- Sản phẩm khí sinh học được nông dân sử dụng chủ yếu là khí đốt khi nấu ăn, sưởi ấm; dùng để làm phân bón sinh học cho cây trồng và một số nông dân còn dùng để  cung cấp một phần điện cho sinh hoạt của gia đình.

Câu hỏi 6

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

Hướng dẫn giải:

Sản xuất nước mắm, nước tương là quá trình chuyển hóa của vi sinh vật từ protein có trong cá, đậu tương thành các amino acid.

Lời giải chi tiết: 

Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật để sản xuất nước tương, nước mắm là khả năng phân giải protein thành các amino acid 

Vận dụng

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

Hướng dẫn giải:

Vi sinh vật được sử dụng trong một số loài thực phẩm như bánh mì, đồ uống có cồn, sữa chua, bánh kẹo,...

Lời giải chi tiết:

Một số thực phẩm ứng dụng công nghệ vi sinh vật: Bánh mì, đồ uống có cồn (dùng nấm men); sữa chua, phô mai, các loại rau, củ, quả muối chua (dùng vi khuẩn lactic), bánh kẹo (dùng vi khuẩn tiết amylase) ,...

Luyện tập 

Vì sao vi sinh vật được sử dụng như những "nhà máy" để sản xuất các protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác?

Hướng dẫn giải:

Vi sinh vật có khả năng sinh trưởng nhanh, trao đổi chất mạnh mẽ nên được ứng dụng trong công nghệ sản xuất protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác.

Lời giải chi tiết:

Vi sinh vật có khả năng trao đổi chất mạnh mẽ, sinh trưởng nhanh và hệ gene của chúng đã được nghiên cứu kĩ giúp dễ dàng điều khiến các hoạt động trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng. Vì thế, chúng được sử dụng như các “nhà máy" protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác.

Câu hỏi 7 

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

Hướng dẫn giải:

Nhóm vi sinh vật sống trong các điều kiện cực đoan (nhiệt độ và áp suất rất cao hoặc rất thấp, độ mặn cao, môi trường acid hoặc kiềm mạnh,...) được ứng dụng ở các nghiên cứu công nghệ sinh học trong điều kiện cực đoan. 

Lời giải chi tiết: 

Để sản xuất các enzyme có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao thì sử dụng các vi sinh vật có khả năng ưa nhiệt (ví dụ vi khuẩn ưa nhiệt Thermus aquaticus) vì chúng có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao.

Câu hỏi 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?

Hướng dẫn giải:

Quan sát hình 20.7 và đưa ra nhận xét

Lời giải chi tiết:

a) Người hoạt động trong lĩnh vực công nghệ vi sinh vật có thể làm việc trong các cơ quan, đơn vị: Quản lý nhà nước về các lĩnh vực nông nghiệp, công nghệ, tài nguyên và môi trường,...; viện nghiên cứu; các nhà máy

b) Công nghệ vi sinh vật hiện nay đang cung cấp:

- Các sản phẩm chế biến thực phẩm như các sản phẩm lên men, đồ uống có cồn,....

- Nguyên liệu cho chăn nuôi: các phụ gia cho thức ăn chăn nuôi, men vi sinh và các loại thuốc trong chăn nuôi.

- Nguyên liệu cho trồng trọt: phân bón hữu cơ, chế phẩm sinh học.

- Các loại thuốc, vaccine, men vi sinh cho con người.

- Các chế phẩm vi sinh xử lý nước thải, khí thải, phụ phẩm nông nghiệp.

- Các loại hóa chất, chế phẩm vi sinh cho các ngành công nghiệp.

c) Các sản phẩm của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực: chế biến thực phẩm, chăn nuôi, trồng trọt, y – dược học, môi trường, hóa chất và một số ngành công nghiệp.

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 bằng 20.3.

Hướng dẫn giải:

Quan sát các thông tin trong bảng 20.2 và điền các thông tin vào bảng 20.3

Lời giải chi tiết: 

Câu hỏi 9

Kể các hướng phát triển của công nghệ vi sinh vật trong tương lai.

Hướng dẫn giải:

Công nghệ vi sinh vật trong tương lai là ngành công nghệ giao thoa của nhiều ngành khác nhau: công nghệ gene, tin sinh học, tự động hoá và trí tuệ nhân tạo.

Lời giải chi tiết: 

Trong tương lai, công nghệ vi sinh vật hướng đến: (1) chỉnh sửa, tạo đột biến định hướng các gene trong tế bào vi sinh vật; (2) tìm kiếm và khai thác các nguồn gene vi sinh vật; (3) thiết lập các hệ thống lên men lớn, tự động, liên tục và đồng bộ với công nghệ thu hồi; (4) xây dựng các giải pháp phân tích vi sinh vật tự động trong công nghiệp, nông nghiệp và xử lý môi trường.