Chọn vi sinh vật theo việc cần làm
Ứng dụng vi sinh vật bắt đầu từ ba câu hỏi: chủng dùng cơ chất nào, tạo sản phẩm gì và cần điều kiện kiểm soát nào. Không có một chủng thực hiện được mọi nhiệm vụ.
Vai trò trong tự nhiên
Vi sinh vật phân giải góp phần hoàn trả nguyên tố về môi trường; nhóm quang tự dưỡng tạo chất hữu cơ, trong đó nhóm quang hợp sinh oxygen còn tạo O₂. Một số nhóm sống cộng sinh hoặc tham gia chu trình nitrogen. Mặt khác, có nhóm làm hỏng thực phẩm hoặc gây bệnh. Vai trò phụ thuộc loài, hoạt động và hoàn cảnh; không gắn toàn bộ vi sinh vật với một nhãn có lợi hoặc có hại.
Thực phẩm: chú ý cơ chất và sản phẩm
| Cơ chất | Vi sinh vật/quá trình | Sản phẩm chính cần theo dõi | Hiện tượng ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Đường trong bột | Nấm men, lên men ethanol | CO₂ và ethanol | CO₂ làm khối bột nở |
| Đường trong sữa | Vi khuẩn lactic | Acid lactic | pH giảm, góp phần làm thay đổi trạng thái protein sữa |
| Đại phân tử | Enzyme phù hợp thủy phân trước | Chất nhỏ có thể được hấp thu | Hỗ trợ bước chuyển hóa tiếp theo |
Không mặc định mọi nấm men phân giải trực tiếp mọi loại tinh bột hoặc chỉ thêm đường là đủ bảo đảm lên men thành công.
Vì sao bột nở không chứng minh đã tạo thêm tinh bột?
Khối bột có nấm men tăng thể tích vì CO₂ sinh ra được giữ trong cấu trúc bột; hiện tượng không chứng minh nấm men đã tổng hợp thêm tinh bột. Khi so hai điều kiện bằng thể tích khí, cần giữ lượng nguyên liệu, lượng giống, thời gian và cách thu khí tương đương; rò khí hoặc nhiệt độ khác nhau đều ảnh hưởng kết quả.
Tính hiệu suất tạo sản phẩm
Từ lượng cơ chất đã dùng, khối lượng sản phẩm tối đa theo lí thuyết là 50 g. Quy trình thực tế thu được 40 g sản phẩm. Hiệu suất tạo sản phẩm là bao nhiêu?
20% là phần khối lượng chưa thu được so với mức lí thuyết, không phải hiệu suất tạo sản phẩm.
Không lấy riêng 40 g làm số phần trăm khi chưa chia cho mức lí thuyết 50 g.
Đúng. Hiệu suất bằng lượng thực tế chia lượng lí thuyết rồi nhân 100%.
Đã đảo lượng lí thuyết và lượng thực tế trong phép chia.
Lời giải
Hiệu suất được tính theo cùng loại sản phẩm:
$$H=\frac{40}{50}\times100\%=80\%.$$
Kết quả chỉ so lượng sản phẩm thực tế với mức tối đa lí thuyết đã cho. Chọn C.
Nông nghiệp và môi trường
| Lĩnh vực | Hoạt động vi sinh vật | Giới hạn kết luận |
|---|---|---|
| Nông nghiệp | Cố định N₂ hoặc chuyển dạng khoáng trong điều kiện phù hợp | Chế phẩm không thay thế mọi nhu cầu dinh dưỡng của cây |
| Xử lí nước thải | Nhiều nhóm chuyển hóa chất hữu cơ ở điều kiện oxygen khác nhau | Hiệu quả phụ thuộc loại chất và điều kiện vận hành |
| Biogas | Nhiều nhóm phối hợp; **Archaea sinh methane** tạo CH₄ ở bước thích hợp | Không gọi mọi vi khuẩn là sinh vật tạo methane |
Kim loại nặng không bị phân hủy thành “không còn nguyên tố”; xử lí sinh học có thể đổi dạng hoặc giữ lại, nên phần chứa kim loại vẫn phải được quản lí.
Sản phẩm có thể nằm ở những phần khác nhau
Sản phẩm cần thu có thể là sinh khối, enzyme hoặc chất chuyển hóa. Công nghệ gene cũng có thể phối hợp với nuôi cấy để tạo protein mong muốn. Dù mục tiêu nào, quy trình vẫn phải kiểm soát chủng, cơ chất, điều kiện nuôi và tiêu chí chất lượng.
Đọc một bảng theo dõi lên men
Hai mẫu có cùng nguyên liệu, nhiệt độ và thời gian; A có giống lên men hoạt động, B không bổ sung giống:
| Thời điểm | pH mẫu A | pH mẫu B |
|---|---:|---:|
| Ban đầu | 6,5 | 6,5 |
| Sau theo dõi | 4,6 | 6,3 |
pH mẫu A giảm rõ hơn, phù hợp với sự tạo acid mạnh hơn trong điều kiện khảo sát. Dữ liệu chưa đủ định danh loài, liệt kê mọi sản phẩm hoặc chứng minh mẫu an toàn để ăn.
Hai phép tính thường gặp:
- Thu 40 g sản phẩm so với mức lí thuyết 50 g: $H=40/50\times100\%=80\%$. Đây là hiệu suất theo cách tính đã cho, không phải độ tinh khiết.
- Khối lượng sản phẩm tăng từ 3 g lên 15 g trong 4 giờ: $v_{tb}=(15-3)/4=3$ g/giờ. Đây là tốc độ trung bình, không phải tốc độ tức thời.
Tính tốc độ tạo sản phẩm trung bình
Trong một giai đoạn lên men kéo dài 4 giờ, khối lượng sản phẩm tăng từ 3 g lên 15 g. Tốc độ tạo sản phẩm trung bình trong giai đoạn này là bao nhiêu?
Đúng. Lấy lượng tăng thêm 12 g chia cho 4 giờ.
Kết quả này lấy khối lượng cuối 15 g chia thời gian mà chưa trừ 3 g ban đầu.
Không cộng khối lượng đầu và cuối trước khi chia thời gian.
12 g là lượng sản phẩm tăng thêm, chưa chia cho khoảng thời gian.
Lời giải
Khối lượng tăng thêm là $15-3=12\text{ g}$. Tốc độ trung bình là
$$v_{\mathrm{tb}}=\frac{15-3}{4}=3\,\mathrm{g/giờ}.$$
Đây là tốc độ trung bình trong cả khoảng 4 giờ, không tự cho tốc độ ở từng thời điểm. Chọn A.
Báo cáo ngắn nhưng đủ căn cứ
Báo cáo ngắn theo bốn mục:
| Nguyên liệu/cơ chất | Vi sinh vật hoặc hoạt động | Sản phẩm/chỉ tiêu đo | Điều kiện và giới hạn |
|---|---|---|---|
| Ghi đúng mẫu khảo sát | Nêu chủng hoặc quá trình có căn cứ | Ghi số đo, hiện tượng | Nêu đối chứng, yếu tố giữ cố định và điều chưa kết luận được |
Kết quả quan sát và phần giải thích phải tách rõ. Thực hành ở trường dùng nguyên liệu và quy trình do giáo viên hướng dẫn.
Nối cơ chế với ứng dụng
Nối cơ chất → quá trình → sản phẩm → điều kiện kiểm soát. Khi có số liệu, ghi rõ hiệu suất hoặc tốc độ trung bình đang tính trong phạm vi nào.
Đang học