Giáo trình Công nghệ sinh học trong sản xuất và đời sống

khoa học dùng nó trong việc chữa trị một số bệnh hiểm nghèo. Gần đây các nhà khoa học Australia và Mỹ cũng đang nghiên cứu tế bào gốc để thay thế các cơ quan mà con người bị thương tổn các cơ quan đó. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đái Duy Ban, Lữ Thị Cẩm Vân, 1994. Công nghệ gene và công nghệ sinh học ứng dụng trong y dược học hiện đại Nxb Y học Hà Nội. 2. Phan Cự Nhân- Trần Đình Miên,1997.Tìm hiểu công nghệ sinh học hiện đại.Nxb Giáo dục Hà Nội. 3. Trương Văn Lung, 1995. Chuyên đề công nghệ sinh học.Tủ sách Đại học Khoa học Huế 4. Nguyễn Văn Uyển, Nguyễn Tiến Thắng, 1996. Những kiến thức cơ bản về công nghệ sinh học, Nxb Giáo dục Hà Nội. 5. Bezborodov A.M., Moxolov V.V., Rabinovitch M.I., Nguyễn Văn Uyển, Ngô Kế Sương và nnk, 1994. Công nghệ sinh học và một số ứng dụng tại Việt Nam, Tập I, II. Nxb Nông nghiệp Hà Nội. 107Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trương Văn Lung 6. Tạp chí Thế giới mới số 565, trang 3, trang 67.Tạp chí Thế giới mới số 566, trang 3, 6. 7. Tạp chí Thế giới mới số 571, trang 57. Tạp chí Thế giới mới số 565, trang 3, trang 67. Tạp chí Thế giới mới số 595, tr: 50, 56, 60. Tạp chí Thế giới mới 613, trang 3-7. Nxb Giáo dục Hà Nội. 8. Tạp chí Tri thức trẻ số 78, trang 87,88. Tạp chí Tri thức trẻ số 80, Tạp chí Tri thức trẻ số 93, trang 101. Tạp chí Tri thức trẻ số 98, trang 71. 9. Bệnh viện Bạch Mai, 1968. Thuốc điều trị các bệnh thần kinh. Nxb Y học Hà Nội 10. Báo cáo khoa học Hội nghị Công nghệ Sinh học toàn quốc lần thứ nhất tháng 12/1999. 11. Báo cáo khoa học Hội nghị Công nghệ Sinh học toàn quốc 2003, Hà Nội 16-/12/2003 12. Báo cáo khoa học Hội nghị “Những vấn đề nghiên cứu cơ bản trong khoa học sự sống định hướng y dược học”, Học viện Quân y ngày 28 tháng 10 năm 2004. 13. Albert Sasson,1988. Biotechnologies and development Công nghệ sinh học và phát triển. Người dịch: Nguyễn Hữu Thước, Nguyển Lân Dũng và một số dịch giả khác. Nxb Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội. 108Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Truong Văn Lung Chương IV Sự kết hợp công nghệ sinh học cổ truyền và công nghệ mới trong việc nâng cao sức khỏe con người Đây là vấn đề còn đang mới mẻ và đang được nhiều nước sử dụng để nâng cao khả năng chữa trị bệnh cho con người. Đây cũng là một hướng phát triển mới cho ngành y học thế giới và có triển vọng lớn. 1. Kết hợp chẩn đoán Đông y-Tây y để định hướng bệnh Một trong các phương pháp hiện đại hóa y học cổ truyền là dùng phương pháp, kĩ thuật của Tây y để chẩn đoán, từ đó thầy thuốc quyết định nên chữa theo Tây y hay Đông y. Nhiều bệnh cần phải theo Tây y mới có khả năng cứu chữa hoặc cứu sống như các bệnh cứu khẩn cấp, hôn mê, bệnh cần phẫu thuật, bệnh nhiễm trùng nặng. Nhiều bệnh mang tính xác định rõ nguyên nhân hoặc có tổn thương rõ ràng, chữa theo Tây y có kết quả rõ rệt như lao phổi, loét dạ dày, tá tràng, viêm phổi, ung thư phát hiện sớm, … Các phương pháp hiện đại như nội soi dạ dày, đại tràng siêu âm, siêu âm qua nội soi, CT scaner, chụp động mạch vành, thông tim, cắt đốt, … đã chẩn đoán sớm trong khi Đông y không có khả năng xác định. Ngược lại, Đông y, theo Tổ chức Y tế Thế giới, có khả năng chữa tốt các bệnh mãn tính về tiêu hóa, thần kinh, đau nhức, các bệnh chức năng, (không có tổn thương rõ ràng). Thuốc bổ Đông y, thuốc kích thích ăn uống có tác dụng tốt. Châm cứu, bấm huyệt có tác dụng tốt cho bệnh đau dây thần kinh tọa, liệt dây thần kinh số 7, gây tê. Một số bệnh chữa theo Đông y rẻ tiền, hiệu quả cao như viêm dạ dày, xung huyết, bệnh đại tràng chức năng. Ngày nay nhiều thầy thuốc Đông y tiến hành khám bệnh theo phương pháp lâm sàng, xét nghiệm, siêu âm song song với chẩn đoán Đông y theo thể bệnh. Vì vậy, các lương y đã thu được kết quả tốt trong điều trị. 2. Kết hợp Đông y–Tây y để chữa bệnh Nhờ phương pháp phân tích hoạt chất chính xác, thí nghiệm trên súc vật mà người ta phát hiện ra tác dụng mới khác hẳn trước đây. Thí dụ: tả trạch, hà thủ ô được chữa chứng mỡ trong máu cao, kim tiền thảo chữa thận, dầu hạt tiêu chữa hen, bạch hoa xà thiệt thảo chữa ung thư. Khi phát hiện thuốc có tác dụng tốt, không độc thì kết hợp cùng thuốc Đông-Tây y cùng ngày hoặc cùng làm thành một viên thuốc đều có tác dụng tăng lên. Ví dụ: thuốc tiêu khát hoàn gồm có thuốc Đông y và 109 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Truong Văn Lung một loại thuốc Tây y như Daonil. Thuốc tiêm phong hoàn gồm thuốc Đông y và một chất thuốc Tây y chữa giảm đau, chống viêm khớp. Sai lầm lớn nhất khi kết hợp Đông-Tây y là quan niệm sai về phủ tạng, cơ quan. Sai lầm thứ 2 là không biết rõ tác dụng của thuốc nên áp dụng sai. Một số người quan niệm thuốc Bắc, thuốc Nam không độc, gây mát, nên dùng dài ngày hay liều cao. Số người ngộ độc thuốc Đông y vẫn thường xảy ra. Mức độ nặng thì gây hôn mê, tụt huyết áp, suy gan, suy thận, …Mức độ nhẹ hơn, gây viêm gan do ngộ độc, nôn mửa, suy thận mãn tính diễn biến chậm. Nguyên nhân gây ngộ độc thường do truyền miệng, tự dùng không biết rõ tác dụng hoặc chẩn đoán sai, hiểu sai chẩn đoán Đông-Tây y. Có người bị hôn mê do uống vỏ cây vú sữa hi vọng chữa tiểu đường. Nhiều người bị ngộ độc mật cá trắm khi uống (thực ra chỉ dùng ngoài như bôi da). Khi kết hợp Đông-Tây y trong một đợt, một ngày, thông thường theo nguyên tắc không độc, không làm mất tác dụng của thuốc kia, không gây biến chứng nặng hoặc tác dụng phụ. Phải biết chắc, hiểu rõ tác dụng của từng loại thuốc để kết hợp. Ví dụ: vitamin có thể kết hợp với nhân sâm, có tác dụng bổ dưỡng. Người ta phát hiện ra interferon dùng cùng với tiểu sài hồ thang gây bệnh gan nặng hơn. Ngũ vị tử dùng chung với sorbetol gây tiêu chảy. Thuốc tiên khát hoàn đã có thêm thuốc Tây hạ đường huyết lại dùng thêm thuốc hạ đường huyết khác như diabinese sẽ gây tụt đường huyết. Không kết hợp hai loại thuốc độc với nhau. Ví dụ: lệ khô kết hợp với thuốc độc Tây y, hai thuốc làm tăng tác dụng của nhau khi dùng liều cao và ngay cả khi dùng đúng liều, gây bệnh nặng hơn. Hoặc laxix dùng chung với râu ngô, mã đề, rễ cỏ tranh gây ra tiểu nhiều, mất nước, rối loạn điện giải. Không dùng quá nhiều thuốc khi không biết rõ tác dụng, một thang thuốc Đông y thông thường có từ 5 đến 10 vị, trong khi chưa biết rõ hết từng vị lại dùng thêm thuốc Tây y có thể gây ngộ độc cấp hoặc ngộ độc từ từ mà không nhận ra. Các bệnh ngộ độc thường gặp nhất là suy gan, suy thận, chảy máu nặng do dùng thuốc tiêm vào búi trĩ. Phải biết rõ chẩn đoán của Tây y hoặc Đông y để kết hợp thuốc. Nếu không biết bệnh loét đại tràng mà lại dùng Đại Hoàn sẽ gây tiêu chảy nặng hơn. Tóm lại, khi kết hợp hai loại thuốc Đông y và Tây y nên kết hợp việc làm tăng tác dụng chữa bệnh nhưng không gây tác dụng phụ. Cần phải giảm liều, phải theo dõi khi dùng chung, không dùng nhiều thuốc khi chưa rõ tác dụng. Không dùng các loại dễ gây độc với nhau. Cần dựa vào 110 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Truong Văn Lung hai chẩn đoán Đông và Tây y để lựa chọn thuốc. Khi phối hợp thuốc nên cách một thời gian để theo dõi. Phương pháp hiện đại hóa y học cổ truyền đang được tiến hành như dùng khoa học hiện đại phân tích, chẩn đoán, phân biệt bệnh để từ đó chọn ra một phương pháp điều trị thích hợp. Chọn thuốc đặc trị từ dược thảo, tìm ra tác dụng mới, tìm ra hoạt chất chính đang được áp dụng rộng rãi. Sự kết hợp giữa hai chẩn đoán Đông-Tây y trên một người bệnh sẽ tránh được sai lầm. Một điều trong nhiều bệnh viện hiện nay hay sử dụng là để tránh hại sức khỏe cho con người khi gây mê trong những ca mổ, người ta dùng phương pháp châm cứu. Chỉ cần một số kim châm vào các huyệt thì người bệnh nằm trên bàn mổ thấy hết, biết hết những thao tác của bác sĩ đang mổ cho mình nhưng không hề thấy đau đớn. Đương nhiên, một số người yếu “bóng vía” thì họ rất sợ trước những thao tác của bác sĩ khi đưa con dao vào rạch da thịt mình. Chúng ta không nên quên lời dạy của bác Hồ: “Thầy thuốc Tây y phải học Đông y, thầy thuốc ta cũng phải học Tây y thì mới tốt”. Một điều cũng cần phải quan tâm trong giai đoạn hiện nay là điều tra hoạt chất sinh học (bioprospecting). Theo Ian Paterson (Giáo sư Đại học Cambridge, Mĩ) đã nói: Thế giới các cơ thể sống đã trải qua một thời kì dài đấu tranh sinh tồn đã phát triển được các khả năng vô cùng phức tạp và có thể ứng dụng trong rất nhiều khía cạnh của y học. Bộ gene của các sản phẩm tự nhiên không bao giờ phí thời gian mà không tạo ra các hợp chất mới không tác động tới các hệ thống sinh học. Điều tra thăm dò hoạt chất sinh học trong sinh vật sống có thể mang lại lợi ích to lớn về y dược học và thương mại. Đương nhiên đây là lĩnh vực đầu tư mạo hiểm, có thể thất bại và cũng có thể thu lợi nhuận rất lớn. Vì thế, các quốc gia đang phát triển thường không đủ tiềm lực về tài chính, về trang thiết bị và đặc biệt về chuyên gia để triển khai công việc này, mặc dù tài nguyên thiên nhiên và tính đa dạng sinh học của các nước này hết sức phong phú và to lớn. Hoạt động điều tra thăm dò hoạt chất đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kinh nghiệm cổ truyền trong việc sử dụng các động vật, thực vật, nấm và vi sinh vật làm thuốc cũng như những trang thiết bị hiện đại của phân tích hóa học và sinh học. Công việc thường bắt đầu với những nhóm cây con được y học cổ truyền sử dụng, sau đó mở rộng một cách có hệ thống đến các khu vực vườn Quốc gia, tiếp đến là các hệ vi sinh vật sống trong các hệ sinh thái đặc biệt như rừng ngập mặn, kí sinh trên cây dược liệu, trên rong, tảo biển,… Về phương pháp tiến hành trước tiên là điều tra tìm hiểu kinh 111 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Truong Văn Lung nghiệm sử dụng thuốc của người dân, sau đó dùng các phương pháp hiện đại để tách chiết, thường là các loại dịch chiết, được đưa về phòng thí nghiệm để tiến hành sàng lọc qua các phép thử đặc trưng cho các nhóm thuốc như kháng khuẩn, kháng virus, chữa sốt rét, chữa rối loạn thần kinh, chữa bệnh lao, ức chế sinh trưởng của tế bào ung thư. Rất có thể phải phối hợp nhiều phòng thí nghiệm để tổ chức sàng lọc một cách có hệ thống và có hiệu quả. Những mẫu dương tính sẽ được phân tích hóa học như sắc kí cao áp, điện di, khối phổ để cuối cùng đi đến hoạt chất. Ví dụ, gần đây người ta tìm thấy chất chống HIV gọi là conocurvone trong rễ cây Cotinus coggygria. Rất nhiều quốc gia phát triển hoặc đã công nghiệp hóa (NICs) và các công ti hóa dược chất muốn đầu tư cho loại công việc này. Tại viện Nghiên cứu Eisai (bang Massachussets, Mĩ) các nhà khoa học đã điều chế được chất kí hiệu Halichondrin B, dẫn xuất từ một loài bọt biển sống dưới tầng nước sâu trong vùng biển New Zealand, được cho là đặc biệt công hiệu trong việc điều trị ung thư giai đoạn cuối. Công ti Bristol-Myers Squibb đang thử nghiệm một loại thuốc mang tên Ixabepilone , mô phỏng theo một loại vi khuẩn có nhiều trong đất mùn bình thường nhưng có thể chữa khỏi bệnh ung thư. Tập đoàn Wyeth gần đây đã giới thiệu ra thị trường sản phẩm mới biệt dược Rapamune phân lập từ một loại giun đất của đảo Easter có tác dụng phòng ngừa hiện tượng thải loại trong ghép thận. Rapamune cũng là chế phẩm chạy nhất của hãng trong thời gian qua. (theo Tạp chí Thế giới mới số 664, tháng 12 năm 2005 trang55-58). Thế giới sinh vật thật đa dạng và phong phú. Nếu khai thác được thế giới này dù chỉ một phần nhỏ, y học cũng sẽ thu được những thành công vượt bậc phục vụ đắc lực cho sức khỏe cộng đồng. Vì thế, nhiều tổ chức quốc tế đã cho ra đời những văn bản nêu nguyên tắc chung về bioprospecting, trong đó có việc thừa hưởng những kết quả sử dụng của phương pháp cổ truyền kết hợp những phương pháp hiện đại để tạo ra nhiều sản phẩm dược học nhằm chữa trị ngày càng tốt hơn những bệnh mà trước đây cho là vô phương cứu chữa. TÀI LIỆU THAM KHẢO (Tham khảo tài liệu ở chương III ) 112 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH chế biến các sản phẩm sau thu hoạch Trương Văn Lung Chương V Công nghệ sinh học trong việc tạo sản phẩm hữu cơ thực phẩm 1. Thế giới sinh vật là nguồn nguyên liệu vô tận cho công nghiệp hóa thực phẩm Từ cuối thế kỉ XIX, một trong những người sáng lập ra môn hóa học tổng hợp, nhà bác học nổi tiếng người Pháp Marcelin Berthelot đã khẳng định: “Vấn đề các sản phẩm dinh dưỡng là vấn đề hóa học. Khi nào thu nhận được năng lượng một cách rẻ tiền thì thực hiện được việc tổng hợp các sản phẩm dinh dưỡng từ carbon (lấy từ khí carbonic) từ hydrogen (lấy từ nước), từ nitrogen và oxygen (lấy từ không khí). Các công việc mà cho đến nay cây cối đã làm được nhờ năng lượng mặt trời. Chúng ta trong tương lai không xa sẽ thực hiện được”. Bức tranh do Berthelot vẽ ra, đến ngày nay, vẫn là một cảnh điền viên viễn tưởng đối với chúng ta. Dmitri Ivanovitch Mendeleiev đã sáng suốt cho rằng, hiện thực nhất vẫn là sản xuất ở các nhà máy sản phẩm dinh dưỡng nhờ sinh vật. Thế giới sinh vật vẫn là nguồn cung cấp hóa chất trong tự nhiên. Các nhà sinh vật học và hóa học trong sự hợp tác sáng tạo đã làm nên những qui trình công nghệ hiện đại để sử dụng có hiệu quả nhất. Thế giới sinh vật dùng làm nguyên liệu cho việc chế tạo ra các hóa chất khác nhau để phục vụ cho con người. Ethanol Năng lượng Protein Ethylene Keylit Propylene Sorbite Benzene Vitamin Xylene Thức ăn Phenol gia súc Methanol Các dược phẩm H2 Acid citric NH3 Fructose Acetylene Xylose Than cốc Naphtalene Agar Protein Alginate Furfurol Sản phẩm Sản phẩm khác khác Hình V.1. Sơ đồ các sản phẩm hóa học được hình thành từ thực vật 113 Trồng trọt Lâm nghiệp Sinh khối trên cạn Sinh khối dưới nước Các sản phẩm quang hợp Khí đốt tự nhiên Dầu mỏ Than đá Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH chế biến các sản phẩm sau thu hoạch Trương Văn Lung Thật vậy, từ năm 1950, công nghiệp dầu mỏ phát triển trong đó có hóa dầu chế tạo các hóa chất từ dầu mỏ, mà thực chất dầu mỏ và than đá đều từ sinh khối tự nhiên do quá trình quang hợp tạo nên và hóa thạch theo thời gian vùi lấp ở dưới mặt đất. Ngoài ra, trong thực vật còn cho nhiều sản phẩm hóa học khác. Có thể tóm tắt theo sơ đồ được trình bày sau: Trong công nghiệp cung cấp dầu béo: tinh dầu, hương liệu, tannin làm màu nhuộm, rezin, dầu nhờn, cao su, sợi, bột giấy. Các cây thuốc cho dược phẩm, cây có chất độc, thuốc cá, thuốc trừ sâu. Cây làm nhựa mủ: làm chất đốt, nhiên liệu. Một số rong biển cho agar, alginate, carageenan. Mỡ cá voi, mùi thơm cà cuống, xạ hương chồn, mùi vani, chất cho mùi với chất giữ hương dùng trong giải khát,v.v. Ngoài những chất tự nhiên đã được con người sử dụng từ lâu còn có những chất quí hiếm mà trong hóa học không thể chế tạo được.người ta phải nuôi trồng trong điều kiện cần thiết cho quá trình sống của chúng (thành phần và tỉ lệ vi lượng thích hợp, điều kiện khí hậu thích nghi). Đó là những cây con đặc sản của từng vùng mà nơi này có, nơi khác không có hoặc nếu có thì chất lượng sản phẩm thua kém. Ví dụ: nhân sâm ở Triều Tiên có một số vùng trồng được loại tốt. ở nước ta có tam thất, trầm hương, quế Thanh (Thanh Hóa), quế Trà Mi (Quảng Nam). Gần đây người ta đã phát hiện trên đỉnh núi Ngọc Linh (Kontum) có loại nhân sâm (người ta đặt tên là nhân sâm Ngọc Linh), phẩm chất còn tốt hơn cả nhân sâm Triều Tiên. Ở Pháp có loại nấm Truffe, giá có lúc lên 4.000 Francs/kg. Nấm Melanosporum tuberculum sống ở vùng núi đá vôi, sống cộng sinh với cây sồi (Quercus) mọc ở đất 1-2 dm. Để tìm giống nấm này, người ta dẫn lợn đi đánh hơi. Nấm này tạo hương tự nhiên khi nấu gan vịt, ngỗng. Shikonin là chất có màu đỏ dùng làm chất chế màu. Chất này lấy từ rễ cây Lithospermum erythrorhizon có ở Nhật Bản, Triều Tiên. Cây này trồng 5-7 năm, chiết rễ lấy được 1-2% chất khô, giá 1 kg là 4.500 USD. Nhu cầu tiêu thụ shikonin cao. Ở Nhật Bản phải nhập thêm của Trung Quốc, Triều Tiên. Hiện nay, ở Nhật Bản dùng kĩ thuật nuôi cấy mô và tế bào để nhân giống, chọn dòng tế bào có tỉ lệ shikonin cao (14-15%). Người ta chọn dòng tế bào có màu đỏ đậm thì tỉ lệ shikonin càng cao. Người ta dùng nồi lên men 750 lít để nuôi tế bào trong 15 ngày thu được 5 kg. Nhờ phương pháp này mà khối lượng thu được nhiều và chọn dòng có chất lượng cao. Bằng con đường nuôi cấy mô và tế bào hiệu quả gấp 800 lần so với nuôi trồng tự nhiên. Nhờ CNSH can thiệp vào mà nhiều sản phẩm quí được nhân lên nhanh, do đó việc thu nhận các sản phẩm quí được nhiều. 114Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH chế biến các sản phẩm sau thu hoạch Trương Văn Lung Việc hiểu biết các cơ chế di truyền và kĩ thuật đã thay đổi hướng sản xuất và mở ra nhiều triển vọng tốt đẹp. Ở Bungarie, hoa hồng được tạo gene, khống chế gene tạo mùi thơm biểu hiện sớm, thu được nhiều chất có mùi hương khác nhau và rẻ tiền hơn nhiều lần so với việc thu hương tự nhiên. Ngoài ra, trong nuôi cấy có thể tự động và điều khiển được nhờ điện toán (tạo pH, độ ẩm, …). 2. Sự chuyển hóa sinh học là cơ sở khoa học của công nghệ chế biến tạo ra sản phẩm hữu cơ thực phẩm CNSH, các sản phẩm của sự tổng hợp sinh học và các quá trình lên men chuyển hóa vật chất gắn liền với những điều mới mẻ và có khi là bất ngờ không những chỉ đối với nông nghiệp, lâm nghiệp, y học (phần một và hai). Càng ngày càng thấy rõ khả năng ứng dụng cụ thể và rộng rãi chúng trong các ngành hóa học và năng lượng học. Việc sản xuất các acid hữu cơ, acid amin, con người đã chế tạo ra nó để sử dụng khá sớm. Cha ông ta từ xưa cũng đã biết muối dưa, làm giấm, làm tương, chao để sử dụng trong đời sống hằng ngày. Acid citric được sản xuất từ chanh.. Sau đại chiến thế giới lần thứ nhất (1920), người ta sản xuất bằng con đường vi sinh vật. Sau đó người ta cũng đã sản xuất nhiều acid amin khác nhau. Từ năm 1909, Nhật Bản bắt đầu sản xuất acid amin là acid glutamic. 2.1. Sự chuyển hóa sinh học (biotransformation) và các ứng dụng trong sản xuất và công nghiệp Các sinh vật có khả năng thực hiện nhiều loại phản ứng hóa học khác nhau . Chưa kể đến những phản ứng hóa học ở động vật và thực vật, trong vi sinh vật ngay từ năm 1959, người ta đã phát hiện thấy hơn 1.500 phản ứng khác nhau. Những phản ứng chung bao gồm: - Phản ứng oxyhóa: decarboxyl hóa các acid amin - Phản ứng khử: phản ứng 2NH2 + 3H2 → 2NH3 - Phản ứng carboxyl hóa tạo nhóm –COOH ở các acid hữu cơ - Phản ứng mất amin (desamination) - Phản ứng tạo glucoside xẩy ra khi tổng hợp tryptophan - Phản ứng thủy phân - Phản ứng methyl hóa (gắn nhóm –CH3) - Phản ứng ether hóa, ester hóa - Phản ứng mất nước - Dismutation: khi tổng hợp các chất chỉ được chuyển đổi và tạo ra các hợp chất trung gian, sau đó được biến đổi để tạo thành chất mới 115Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH chế biến các sản phẩm sau thu hoạch Trương Văn Lung - Phản ứng kết hợp (condensation: ngưng tụ, cô đặc) - Phản ứng amin hóa: - Phản ứng acetyl hóa tạo acetylCoA - Phản ứng amylin hóa: cắt bột thành đường Các phản ứng này được thực hiện trong các ngành công nghiệp để sản xuất ra các sản phẩm cần thiết. Một trong những ví dụ điển hình là sử dụng các sinh vật để thực hiện các phản ứng trong chế biến D-sorbitol thành L-sorbic: CHO CH2OH CH2OH H-C-OH H-C-OH Acetobacter C=O OH-C-H Hóa học OH-C-H suboxydase OH-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH OH-C-H CH2OH CH2OH CH2OH Glucose D-Sorbitol L-Sorbose Dùng biotransformation L-sorbose → L-acid ascorbic (vit.C) Nhờ vi khuẩn chuyển phản ứng D-sorbitol thành L-sorbose mà sản phẩm được hạ giá thành so với thực hiện phản ứng bằng hóa học. Việc sản xuất cortison chất trị thấp khớp, đau nhức được tổng hợp hóa học để bán ra thị trường. Nếu bằng con đường hóa học thì phải trải qua 37 công đoạn. Vì vậy giá thành cao (giá 200 USD/g). Nhờ sự kết hợp giữa hóa học và vi sinh vật học mà qui trình sản xuất này rút ngắn còn 11 công đoạn và giá thành chỉ còn 0,68 USD/g mà không cần đến nhiệt độ và áp suất cao. Rất nhiều chất kháng sinh hiện nay dùng trong điều trị, người ta sản xuất bằng con đường hóa học kết hợp với sinh vật học. 2.2. Sản xuất acid hữu cơ * Acid citric: Những năm 1920, người ta sản xuất acid citric bằng cách dùng Aspergillus niger. Người ta cũng đã tuyển chọn những giống Aspergillus có năng suất cao để sản xuất có hiệu quả. Cơ chất cho quá trình lên men này là mật rỉ đường, nuôi ở độ pH thấp (pH=3). Dưới hoạt động của Aspergillus, pH chuyển sang dạng acid (pH=1), sau đó người ta chiết ra được acid citric. Trong quá trình lên men, dùng Aspergillus niger chuyển được 90% đường thành acid citric. Người ta cho CaCO3 để tạo thành tủa calcium citrate lắng xuống, sau đó cho tác dụng tủa với H2SO4 để tạo thành acid citric và CaSO4 lắng xuống. Đem acid citric cô, kết tinh. Trong quá trình lên men, ở bề mặt tạo thành một lớp bào tử đen dày. 116Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - enzyme CNSH chế biến các sản phẩm sau thu hoạch Trương Văn Lung Sau này người ta sản xuất acid citric bằng cách nuôi Aspergillus trên parafin dầu mỏ. * Acid gluconic: có một thời gian, người ta sản xuất acid này bằng con đường lên men vi sinh vật từ glucose dưới tác dụng của enzyme glucosoxydase: Glucose acid gluconic Glucosoxydase là một enzyme cần không khí, vì vậy trong sản xuất cần sục khí mạnh. Người ta tủa acid gluconic bằng CaCO3 để tạo thành calcium gluconate (dược phẩm dạng cốm cho trẻ em). Hiện nay, người ta vẫn sản xuất bằng con đường hóa học là chủ yếu, vì vi sinh vật rất dễ bị nhiễm và chọn chúng tương đối khó. Enzyme glucosoxydase đã sử dụng để bảo quản thực phẩm. Cho vào bia một ít enzyme này sẽ bảo quản lâu hơn. Bởi vì, trong bia còn một ít đường glucose. Chúng được lên men thành acid gluconic sẽ loại được O2 và bia hơi chua một ít nên ít bị nhiễm và giữ được lâu hơn. * Acid itaconic: được sản xuất từ Aspergillus itaconicus và Aspergillus terreus. Cơ chất của nó là mật rỉ đường, chất tinh bột, đường. Acid này được dùng trong sản xuất polymer và được dùng trong sản xuất len nhân tạo. Khi công nghiệp hóa dầu phát triển con đường sản xuất này bị ngưng. * Acid lactic: được sản xuất chủ yếu là dùng vi sinh vật lên men lactic. Công nghiệp hóa dầu phát triển thì sản xuất acid lactic bằng con đường vi sinh vật cũng bị ngưng. 2.3. Sản xuất acid amin * Acid L-glutamic: lần đầu tiên vào năm 1909, hãng Ajinomoto Nhật Bản sản xuất acid này. Thật ra, bột ngọt đã được sản xuất từ năm 1908 bằng cách thủy phân gluten của bột mì. Người ta dùng Micrococcus glutamicum chính xác hơn là Brevibacterium glutamicum. Trước đây sản xuất được 40g/l. Hiện nay nhờ chọn lọc dòng có năng suất cao nên sản xuất được 120g/l. * Lysine: cũng được sản xuất lượng lớn để bổ sung vào thực phẩm. Chu trình của chúng là: L-aspartic L-lysine   L-aspartic  Homoserine Methionine semialdehyde  Threonine Isoleucine Trong sản xuất cần ức chế con đường  và  để tạo thành lysine được nhiều hơn. Sau đây là kết quả của việc sản xuất acid hữu cơ và acid amin. 117Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - CNSH chế biến các sản phẩm sau thu hoạch Trương Văn Lung Sản phẩm Giá đơn vị (USD) Tổng sản lượng (tấn/năm) Acid glutamic 3.5-4,0 300.000 Acid citric 1,5 300.000 Lysine 5,0-5,5 40.000 Acid lactic 1,0-1,5 40.000 2.4. Sự cố định enzyme và cố định tế bào  Sử dụng các enzyme: các enzyme sản xuất bằng con đường vi sinh vật hoặc tách từ vi sinh vật được sử dụng khá rộng rãi hiện nay. Trong thực tế người ta phát hiện ra 2.000 enzyme khác nhau; cho đến nay, người ta đã thu được 200 loại enzyme và sử dụng rọng rãi trong sản xuất Sử dụng rộng rãi nhất là các loại amylase và proteinase. Sau đây là một số nguồn và ứng dụng của enzyme: Tên enzyme Nguồn Ứng dụng α-amylase Aspergillus oryzae Bacillus amyloliquefaciens Tạo siroglucose Hồ tinh bột β-gluconase Aspergillus niger Dịch hóa trong lên men bia Glucoamylase Aspergillus niger Thủy phân bột Glucoisomerase Artinobacter sp. Bacillus sp. Fructose cao cấp Siro từ bột ngô có fructose cao cấp Việc ứng dụng enzyme vào công nghiệp ngày nay càng được mở rộng. Gần đây phát hiện ra có ba loại enzyme xử lí sản phẩm dầu mỏ tạo polymer, tính ra trong thời gian tới lợi nhuận có thể lên tới 50 tỉ USD. Sản phẩm phụ và chất thải chứa carbohydrate có thể được chuyển hóa bằng cách lên men nhờ các vi sinh vật thông thường hay bằng các quá trình CNSH. Ví dụ: rỉ đường tạo thành từ nước cái, sau khi kết tinh đường mía và được loại khỏi công đoạn chế biến khi nồng độ của đường trở nên quá thấp. Ngoài đường ra, trong đó có sulphite, sodium carbonate và các muối magnesium (đặc biệt với đường củ cải). Tuy nhiên, sự lên men rỉ đường không chu