VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
  &  
GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
I. Lời nói đầu
II. Ứng dụng của vi sinh vật trong các lĩnh vực
1. Xử lý hiếu khí nước thải, kỵ khí và bùn hoạt
tính.
2. Y tế.
3. Nông nghiệp.
4. Sản xuất thức ăn chăn nuôi.
5. Công nghệ khai khoáng.
III. Tài liệu tham khảo.
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
I. Lời nói đầu
Vi sinh vật là những cơ thể sống bé nhỏ, muốn thấy được chúng phải nhìn qua kinh hiển vi. Đa
số các vi sinh vật là đơn bào, một số ít là đa bào.
Vi sinh vật bao gồm: siêu vi trùng( virus), vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, vi tảo, nguyên sinh
động vật. Vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, điều này có lợi cho chúng vì chúng có diện tích bề
mặt tiếp xúc với ngoại môi trường tương đối lớn so với khối lượng. Do đó, chúng có khả năng
hấp thu nhiều dinh dưỡng và khả năng trao đổi chất rất lớn, hơn hẳn vi sinh vật thượng đẳng.
Do có khả năng trao đổi chất rất lớn, nên vi sinh vật có thể chuyển hóa một khối lượng lớn vật
chất của môi trường gấp mấy lần so với khối lượng của bản thân và có khả năng sinh sản cực kỳ
nhanh chóng. Sự tăng sinh khối nhanh như vây có ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất các chất hữu
cơ bằng con đường sinh học như sản xuất các vacxin, enzim, vitamin, protein…
Do có kích thước nhỏ bé như vậy nên vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trên trái đất. Vi sinh vật
có thể sống trong điều kiện rất khắc nghiệt của môi trường: ở vùng địa cực, các suối nước nóng,

Chúng ta sẽ đi tìm hiểu về một số ứng dụng cơ bản và gần gũi nhất của vi sinh vật.
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
II. Ứng dụng của vi sinh vật trong các lĩnh vực
1. Xử lý hiếu khí nước thải, kỵ khí và bùn hoạt tính.
Trong nước thải tồn tại rất nhiều vi sinh vật bởi vì trong nước thải không chứa các chất độc đối
với vi sinh vật.Quá trình xử lý sinh học thường theo sau quá trình xử lý cơ học để loại bỏ các
chất hữu cơ trong nước thải nhờ hoạt động của các vi sinh vật.
Vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải
• Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ bao gồm cả virus, vi khuẩn, archaea, vi
nấm, vi tảo, động vật nguyên sinh
• Vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn sẽ góp phần vào 3 quá trình, bao gồm sự loại bỏ BOD carbon, sự
đông tụ các hạt keo lơ lửng và sự ổn định chất hữu cơ một cách hoàn chỉnh.
• Vi sinh vật sẽ chuyển hóa vật chất hữu cơ dạng keo hòa tan thành khí và sinh khối tế bào -> sinh
khối tế bào sẽ được loại bỏ khỏi nước thải qua quá trình lắng.
a, Xử lý hiếm khí
l Quá trình phân hủy kị khí là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian
và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể
biểu diễn đơn giản sau:
Chất hữu cơ → CH
4
+ CO
2
+ NH
3
+ H
2
S +TB mới
l Quá trình sinh học kỵ khí để xử lý nước thải ô nhiễm nặng với hàm lượng COD và BOD
hàng ngàn mg/l. Có nhiều chủng loại vi sinh vật cùng nhau làm việc để biến đổi các chất ô nhiễm

Ưu và nhược điểm của quá trình sinh học kỵ khí so với quá sinh học hiếu khí:
Ưu điểm :
• Không tốn chi phí năng lượng.
• Quá trình kỵ khí sản sinh ra khí metan, là nguồn năng lượng dùng để đốt hoặc cung
cấp nhiệt.
• Quá trình kỵ khí xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao.
• Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao.
• Lượng bùn sinh ra ít hơn bể hiếu khí.
Nhược điểm :
• Quá trình kỵ khí diễn ra chậm hơn hiếu khí.
• Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc.
• Quá trình khởi động cần nhiều thời gian.
• Xem xét khía cạnh phân hủy sinh học thì quá trình kỵ khí đòi hỏi nồng độ cơ chất ban
đầu tương đối cao.
b, Xử lý hiếu khí
• Là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống
của chúng cần cung cấp oxy liên tục cho chúng và duy trì ở 20÷40
0
C.
• Khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính, các chất thải có trong môi trường như các
chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và phân tử nhỏ sẽ được chuyển hóa bằng cách hấp
phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật.
Gồm 3 quá trình:
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
Vi khuẩn Methannothrix
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
Phân loại
Các vi sinh vật sử lí hiếu khí
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA

- Hormon tăng trưởng GH: chữa bệnh lùn ở người, cải thiện chiều cao cho trẻ em
- Kháng sinh Penicillin: được chiết xuất từ nấm Penicillium, điều trị nhiều loại bệnh do
nhiễm khuẩn.
- Vacxin phòng bệnh dại (Fuenlazida): sản xuất từ mô não động vật (chuột, bò…), chữa
bệnh dại ở động vật và người.
- Vacxin phòng bệnh sởi, quai bị và sởi Rubella (MMR)
- Vacxin ngừa khuẩn cầu phổi (PCV)
- Các loại vitamin: A, E, B12, D, C…
a) Vacxin
- Là chế phẩm có tính kháng nguyên, dùng để tạo miễn dịch chủ động nhằm tăng sức đề
kháng của cơ thể
- Nguyên lý: là đưa vào cơ thể một loại kháng nguyên lấy từ VSV gây bệnh đã được bào
chế đến mức không còn khả năng gây bệnh hay chỉ lây bệnh rất nhẹ, nhưng kích thích cơ thể
sinh ra kháng thể.
- Theo hiệu lực miễn dịch có 3 loại:
+ Văcxin đơn giá
+ Văcxin đa giá
+ Văcxin hấp phụ
- Theo nguồn gốc có 3 loại:
+ Văcxin VSV chết
+ Văcxin VSV sống
+ Văcxin giải độc tố
Nguyên tắc sản xuất vacxin:
• Văcxin vi sinh vật chết
• Văc xin vi sinh vật sống
• Văc xin giải độc tố
• Văc xin đơn giá
• Văcxin hấp phụ
• Văc xin đa giá
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC

- Hormon protein: insulin
- Hormon amin: adrenalin (tuyến thượng thận), hyroxin (tuyến giáp)
- Hormon steroid: testosteron, estrogene
- Hormon eicosanoid: thromboxan, protaglandin
Cơ chế tác dụng của hormon
- Các hormon tiết ra từ tế bào tuyến nội tiết theo máu tác động lên tế bào đích
- Ở tế bào đích có 3 giai đoạn kế tiếp xảy ra:
+ Hormon được nhận biết bởi receptor đặc hiệu trên màng tế bào đích
+ Phức hợp hormon – receptor hình thành kết hợp với một cơ chế sinh tín hiệu
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
+ Tín hiệu sinh ra gây tác động đến quá trình nội bào: thay đổi hoạt tính, nồng độ các enzym,
thay đổi tính thấm màng tế bào, gây tiết các hormon ở tuyến khác…
Quy trình sản xuất Insulin bằng E. Coli:
- Chuẩn bị đoạn oligonucleotid mã hoá cho insulin
- Chuẩn bị vector
- Dùng enzym hạn chế cắt plasmide và nối đoạn gene mã hoá cho insulin để tạo vector tái
tổ hợp
- Chuyển vector tái tổ hợp vào vi khuẩn E.coli
- Nuôi cấy E.coli trong môi trường thích hợp
- Tách chiết và thu nhận sản phẩm là 2 polypeptid A và B riêng
- Trộn 2 loại peptid lại với nhau và xử lí bằng phương pháp hoá học hay enzym để tạo
cầu disunfua
- Kiểm tra chất lượng sản phẩm
Sản xuất hoomon tăng trưởng GH:
- Là một hormon do tuyến yên tiết ra, thúc đẩy sự phát triển của cơ thể bằng cách tác động
lên sụn và xương, tham gia vào qúa trình chuyển hoá protein, tăng tổng hợp protein ở cơ,
chuyển hoá lipid…Khi thiếu thì sẽ gây bệnh lùn trước tuổi dậy thì
- Quy trình sản xuất GRF (Yếu tố giải phóng hormon sinh trưởng) bằng kỹ thuật ADN tái tổ
hợp cũng bao gồm các bước chính tương tự như đối với insulin.

quan.
Sản xuất Vitamin:
Ví dụ quy trình sản xuất Vitamin B12:
- Tại các nhà máy sản xuất dược phẩm, vi khuẩn trên được nuôi trong những thùng lên
men khổng lồ, nhiệt độ môi trường luôn luôn đảm bảo ở độ ấm 30
o
C.
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
- Sau 5 - 7 ngày số vi khuẩn trên sinh sôi nảy nở rất nhanh, lúc này chỉ việc cho dịch lên
men qua máy li tâm siêu tốc là có thể tách riêng nước và xác vi khuẩn.
- Qua một công đoạn nữa là chiết rút sẽ thu được vitamin B12.
e) Men tiêu hóa:
- Men tiêu hóa là một hỗn hợp các enzym khác nhau có tác dụng xúc tác sinh học cho
hầu hết các phản ứng chuyển hóa thức ăn xảy ra trong cơ thể sống.
- Men vi sinh là một số loại vi khuẩn có ích đối với cơ thể con người. Bình thường
chúng sống trong ruột, có tác dụng cạnh tranh không cho những vi khuẩn gây bệnh phát triển.
Chế phẩm: Men tiêu hoá T-pepsin, Cốm vi sinh biobaby
Hạn chế:
- Nếu dùng thuốc này quá 10 ngày, cơ thể thừa men thì tụy sẽ tự động ngừng tiết ra men
tiêu hóa. Tụy không hoạt động lâu dài sẽ dẫn đến suy tụy, thiểu năng tuyến tụy, cơ thể không
được bảo vệ dễ sinh nhiễm trùng.
f) Kỹ thuật di truyền:
- Là kỹ thuật thao tác trên vật liệu di truyền dựa trên những hiểu biết về cấu trúc hóa
học của ADN và di truyền vi sinh vật.
*Các bước trong tạo dòng phân tử
- Nối vector và đoạn ADN ngoại lai cần được tạo dòng trong ống nghiệm để tạo ADN tái tổ
hợp nhờ sự xúc tác của enzym ligase.
- Biến nạp ADN tái tổ hợp vào một dòng tế bào chủ. Chọn lọc thể biến nạp trên môi trường
agar trong đĩa petri có chất kháng sinh.

- Một số loại vitamin như A, D, K, E chỉ tan trong chất dầu do vậy khi nấu thực phẩm ta cần
cho vào ít dầu mỡ.
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
Virus cúm
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
Vitamin thường rất dễ bị phá hủy khi ở nhiệt độ cao.Khi nấu thức ăn không nên nấu quá nhừ,
quá lâu vitamin sẽ bay đi hết. Khi sử dụng vitamin nên có lời khuyên và chỉ định của bác sĩ
/>3. Ứng dụng của vi sinh vật trong nông nghiệp.
a. Phân vi sinh vật cố định Nitơ:
• Là sản phẩm chứa một hay nhiều chủng vsv cố định nitơ, cung cấp nitơ cho đất và cây
trồng.
• Các loài vsv có khả năng cố định nitơ: tảo lam(Cyanobacterium), vi khuẩn
Azotobacter, Rhizobium, xạ khuẩn Actinomyces, Klebsiella.
• Các chế phẩm vsv cố định đạm:
-Phân Nitragin, Ridafo, Azozin,…
Ứng dụng CNSH vào lĩnh vực phân vsv cố định Nitơ:
• Sử dụng công nghệ gene để tạo ra chủng vsv cố định đạm với nhiều đặc tính tốt: khả
năng cố định đạm cao, khả năng cộng sinh tốt,…
• Chuyển gene cố định đạm từ vi khuẩn vào cây trồng→cây trồng có thể tự cố định đạm
được.
b. Phân vsv phân giải photphat khó tan:
• Cây chỉ có thể hút được lân hòa tan trong dung dịch đất.
• Trong đất luôn tồn tại một số nhóm vsv hòa tan lân(phosphate solubilizing
microorganisms-PMS)
• Nhóm vsv hòa tan lân gồm: Aspergillus niger, Pseudomonas sp, Bacillus sp,…
• Một số loài vsv sống cộng sinh trên rễ cây có khả năng hút lân để cung cấp cho
cây(mycorhiza sp)
• Các công đoạn sản xuất phân lân vi sinh tương tự như quy trình sản xuất phân vi
khuẩn cố định đạm.
• Có 2 phương pháp sản xuất phân lân vi sinh: lên men bán rắn(bề mặt) và lên men

Lên men chm bng bioreactor
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
• Chế phẩm hiện nay được quan tâm là: chế phẩm E.M(effective microorganisms). Chế
phẩm E.M gồm khoảng 80 loài vsv (thuộc nhóm vi khuẩn lactic, nấm men, xạ
khuẩn,vi khuẩn quang hợp,…).
• Tác dụng tốt của chế phẩm E.M đã được công nhận ở nhiều nơi trên thế giới.
• Các tác dụng của chế phẩm E.M: cải tạo đất, tăng năng suất, tăng khả năng kháng
bệnh, góp phần làm sạch môi trường.
• Chế phẩm E.M được dùng rộng rãi trong trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản.
e. Chế phẩm virus:
• Là loại chế phẩm có chứa virus gây bệnh trên côn trùng hại cây trồng.
• Virus trong chế phẩm thuộc 2 họ: Baculovirus và Reoviridae.
• Virus gây bệnh trên côn trùng có đặc điểm: gây bệnh cho loài vật chủ nhất định.
• Dịch virus được giải phóng từ cơ thể sâu bị hại sẽ rơi xuống đất hoặc bám trên các bộ
phận của thực vật tạo thành nguồn virus lan truyền bệnh.
Quy trình sản xuất chế phẩm virus
 Nuôi sâu hàng loạt
 Nhiễm bệnh virus cho sâu
 Thu sâu chết, nghiền, ly tâm loại cặn bã
 Trộn thêm chất phụ gia
 Làm khô
 Kiểm tra chất lượng
 Đóng gói
f. Chế phẩm BT(Bacillus thuringienesis)
• Vi khuẩn Bacillus thuringienesis sản xuất tinh thể độc có tác dụng tiêu diệt sâu hại(sâu
tơ, sâu xanh, bướm trắng,…).
• Sâu khi ăn phải thuốc sẽ ngừng ăn sau vài giờ và chết sau 1 – 3 ngày
• Hiện nay, người ta đã chuyển gene BT vào một số cây(bắp, bông vải,…)
• Chế phẩm BT trên thị trường:Vi-BT 32000WP, 16000WP; BT Xentary 35WDG,
Firibiotox P dạng bột; Firibiotox C

Sau khi chế biến, hàm lượng protein trong bột sắn sẽ được nâng từ 1.7% lên 35%. Trộn hỗn
hợp bột sắn đã lên men với bột sắn thường để thành hỗn hợp thức ăn có 16% protein cho lợn
ăn rất tốt.
Có thể sản xuất các loại thức ăn giàu protein và vitamin cho vật nuôi bằng cách nuôi lấy vi
sinh vật (như vi khuẩn, nấm men ) để tạo ra sinh khối với số lượng lớn từ những nguyên liệu
rẻ tiền, dễ tìm kiếm, thậm chí từ phế liệu.
/>5. Ứng dụng vi sinh vật trong công nghệ khai khoáng.
Công nghệ tuyển quặng nhờ vi sinh vật.
 Năm 1947 lần đầu tiên phân lập được vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans từ nước thải
hầm mỏ.
 Sau phát hiện khá nhiều nhóm vi khuẩn khác nhau tham gia vào quá trình tuyển kim
loại: Leptospirillum ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, T. acidophilus, T.
organoparus,…
 Các vi sinh vật trên sống chủ yếu ở nơi có nhiệt độ cao, suối nước nóng, các giêngs
khoan quặng, Chúng xúc tác các phản ứng:
 Trong tuyển KL trực tiếp:
4 FeSO
4
+ O
2
+ H
2
S0
4
-> 2 Fe
2
(SO
4
)
3

-> ZnSO
4

 Trong tuyển KL gián tiếp:
2Fe
2
(SO4)
3
+ Cu
2
S -> 2CuSO
4
+ 4FeSO
4
+ S
2Fe
2
(SO4)
3
+ UO
2
-> 2UO
2
SO
4
+ 2FeSO
4

Sau đây chúng ta xét tới 2 công nghệ sản xuất KL bằng phương pháp tuyển quặng nhờ vi
sinh vật.

4
+Fe -> Cu↓+ FeSO
4
Dung dịch sau xử lý sẽ được tái sử dụng lại để tuyển quặng.
b. CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG URANIUM NHỜ VI SINH VẬT
• Bản chất: không khác nhiều về công nghệ so với tuyển quặng đồng.
• Quy trình:
- Bơm nước đã được acid hóa vào vỉa quặng chứa uranium thông qua mũi khoang khai
thác( đầu vào)
- Sau 3-4 tháng VK T.ferrooxidans sẽ từ từ oxy hóa sắt trong quặng thành Fe
3+
- tạo
muối chứa uranium tan trong dd khai thác là UO
2
SO
4.

- Hút dịch này ra khỏi vỉa quặng, tách muối uranium từ dịch khai thác bằng pp trao đổi
ion hay chiết bằng dung môi.
- Điển hình: sản xuất uranium ở Canada.
Quá trình biến đổi và tích lũy kim loại nhờ vi sinh vật
Trong tự nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng biến đổi, phân tách và tích lũy
KL -> làm sạch nước thải công nghiệp chứa muối KL nặng và tận dụng nguồn KL
này.
a. Tạo dạng bay hơi của KL: thực hiện pư Methyl hóa Hg, As,Se,và Fe tạo ra những
dạng hợp chất bay hơi chứa KL nặng ( Hg)-> làm sạch đất, nước bị nhiễm bởi KL
nặng.
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
b.Tủa KL bên ngoài tế bào: dựa vào khả năng liên kết cuả KL với các sản phẩm do

ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG CÁC LĨNH VỰC
Quang năng
VI SINH ĐẠI CƯƠNG GVHD: VƯƠNG THỊ VIỆT HOA
 Gđ2: chuyển và tích lũy KL vào bên trong tế bào, cần có hệ thống chuyển vận đặc
hiệu và tiêu tốn năng lượng;thường xảy ra chậm và luôn ở trạng thái cân bằng ion.
Biopolymer
• Biopolymer là tên gọi chung đối với các đại phân tử có mặt trong cơ thể sống
như nucleic acid, polysaccharide và lipid.
• Đối tượng: polysaccharide, poly-β- oxybutyrate được tổng hợp trong cơ thể
VSV khi điều kiện ngoại cảnh trở nên không thuận lợi đối với cơ thể VSV và
khi nguồn Cacbon không phải là yếu tố giới hạn sự phát triển của chúng.
a.Polycaccharide
• Thực vật là nguồn cung cấp chủ yếu,nhưng thành phần số lượng thay đổi theo khí hậu,
gđ phát triển và thời gian thu hoạch, quá trình chế biến.
• Con đường lên men VSV có thể kiểm soát được tính chất thành phần số lượng
polysaccharide VSV được tạo ra, thường dùng glucose saccharose làm cơ chất.
• Sản phẩm tạo ra là polysaccharide-là phân tử lớn nên môi trường lên men thường có
độ nhớt cao, gây khó khăn cho việc cung cấp oxy.
• Ph môi trường thay đổi nhanh
• Hạn chế: tốn nhiều năng lượng cho việc khuấy trộn môi trường lên men và quy trình
thu nhận sản phẩm tạo ra khá phức tạp.
• Một số CN sản xuất có gt ứng dụng:
• Xanthan:qt lên men xanthomonas campestris trên mt chứa glucose,saccharose,tb,dịch
huyết thanh sữa.Dùng để tăng hiệu suất khai thác dầu mỏ nhờ khả năng kiểm soát
trạng thái tạo huyền phù, tạo gel,tạo độ nhớt rất tốt của nó.
• Polytran:lên men sâu của nấm Sclerotium glucanium trên mt nước chiết ngô.Dùng để
ổn định cặn bentonite trong giếng khoan dầu,tăng hiệu suất khai thác dầu.
• Polycaccharide tổng hợp bởi Alcaligenes sp.:tạo được độ nhớt cao trong nước biển
hay dd muối và giữ đặc tính này khi ở nồng độ thấp và ở t
o