Đây là lĩnh vực công nghệ sinh học có nhiều đóng góp quan trọng. Các sản phẩm công nghệ sinh học mới trong nông nghiệp chứa đựng triển vọng hứa hẹn đối với người tiêu dùng và nông dân. Hiện nay, các ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp đang tập trung vào các hướng: chọn lọc và biến đổi di truyền cây trồng để có được các đặc điểm mong muốn (năng suất cao, phẩm chất tốt, thích nghi với các điều kiện ngoại cảnh bất lợi.), nuôi cấy mô và tế bào thực vật để nhân nhanh giống cây trồng, sản xuất các kháng thể đơn dòng để phục vụ chẩn đoán các bệnh thực vật và động vật, thụ tinh trong ống nghiệm và cấy chuyển phôi ở vật nuôi, cải thiện năng suất và chất lượng của động vật, nuôi trồng thủy sản, chế biến thực phẩm.
33 trang |
Chia sẻ: haohao89 | Lượt xem: 3034 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Các ứng dụng của công nghệ sinh học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nhập môn Công nghệ sinh học 237
Phần II
Các ứng dụng của Công nghệ sinh học
Nhập môn Công nghệ sinh học 238
Chương 7
Các ứng dụng trong nông nghiệp
I. Mở đầu
Đây là lĩnh vực công nghệ sinh học có nhiều đóng góp quan trọng.
Các sản phẩm công nghệ sinh học mới trong nông nghiệp chứa đựng triển
vọng hứa hẹn đối với người tiêu dùng và nông dân. Hiện nay, các ứng dụng
công nghệ sinh học trong nông nghiệp đang tập trung vào các hướng: chọn
lọc và biến đổi di truyền cây trồng để có được các đặc điểm mong muốn
(năng suất cao, phẩm chất tốt, thích nghi với các điều kiện ngoại cảnh bất
lợi...), nuôi cấy mô và tế bào thực vật để nhân nhanh giống cây trồng, sản
xuất các kháng thể đơn dòng để phục vụ chẩn đoán các bệnh thực vật và
động vật, thụ tinh trong ống nghiệm và cấy chuyển phôi ở vật nuôi, cải thiện
năng suất và chất lượng của động vật, nuôi trồng thủy sản, chế biến thực
phẩm...
Nhìn chung, trong những năm qua công nghệ sinh học đã có những
tác động rất tích cực trong sản xuất nông nghiệp, tạo ra một cuộc cách mạng
sâu sắc trong lĩnh vực giống cây trồng, vật nuôi và chế biến thực phẩm.
Nhiều kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng trong sản xuất và đem lại
những giá trị kinh tế lớn lao. Chẳng hạn, nhiều giống cây trồng mang gen
kháng sâu, kháng bệnh, kháng chất diệt cỏ… đã được đưa ra thị trường như
bông, ngô, khoai tây, lúa mạch, lúa nước, cà chua, củ cải đường... Nhiều
loại vật nuôi đã được thụ tinh trong ống nghiệm và cấy chuyền phôi, sử
dụng hormone sinh trưởng để tăng nhanh sức lớn và sản lượng sữa ở trâu,
bò, kể cả sản lượng thực phẩm và các chất phụ gia sinh học...
II. Cải thiện và nhân nhanh giống cây trồng
Hướng nghiên cứu được tập trung nhiều nhất để cải thiện và nhân
nhanh giống cây trồng là nuôi cấy mô và tế bào thực vật (plant cell and
tissue culture). Đây là kỹ thuật nuôi cấy vô trùng in vitro các bộ phận tách
rời khác nhau của thực vật. Ngoài mục đích nhân giống và cải thiện di
Nhập môn Công nghệ sinh học 239
truyền giống cây trồng, nuôi cấy mô và tế bào thực vật còn đóng góp vào
việc sản xuất sinh khối các sản phẩm hóa sinh, bệnh học thực vật, duy trì và
bảo quản các nguồn gen quý hiếm… Các hoạt động này được bao hàm trong
thuật ngữ công nghệ sinh học nông nghiệp (biotechnology in agriculture).
Lĩnh vực nhân giống và cải thiện giống cây trồng có bốn hướng chính:
- Nhân giống trong ống nghiệm (nhân giống vô tính in vitro) bằng kỹ
thuật nuôi cấy tế bào, mô và cơ quan của thực vật. Với kỹ thuật này trong
một thời gian rất ngắn có thể sản xuất một lượng lớn cây con giống hệt nhau
và giữ nguyên kiểu di truyền của cây mẹ ban đầu.
- Sản xuất cây đơn bội (1n) bằng cách nuôi cấy bao phấn hoặc hạt
phấn cho phép tạo ra các dòng thuần (đồng hợp tử) để phục tráng giống cây
trồng bị thoái hóa sau một thời gian dài canh tác. Hoặc tìm kiếm các tính
trạng lặn dị hợp tử ưu việt thu được trong quá trình chọn giống.
- Lai vô tính (somatic hybridization) hay còn gọi là dung hợp tế bào
trần (protoplast fusion) giữa các loài xa nhau về quan hệ họ hàng mà trong
thực tế không thể tiến hành bằng phương pháp lai hữu tính, nhờ đó mở ra
khả năng tạo ra những giống cây hoàn toàn mới.
- Ứng dụng kỹ thuật chọn dòng tế bào biến dị soma (somaclonal
variation) trong nuôi cấy in vitro để tạo ra các giống mới chống chịu các
bệnh vi khuẩn, virus và vi nấm, chịu được các điều kiện canh tác khắc
nghiệt như hạn hán, ngập mặn, nóng và lạnh...
1. Nhân giống vô tính in vitro
Nhân giống in vitro là kỹ thuật nhân giống cây trồng bằng cách sử
dụng nhiều bộ phận khác nhau của thực vật, có kích thước nhỏ và sinh
trưởng ở điều kiện vô trùng trong ống nghiệm hoặc trong các loại bình nuôi
cấy khác chứa môi trường dinh dưỡng nhân tạo.
Trên quan điểm ứng dụng, kỹ thuật nhân giống in vitro được ứng dụng
nhằm phục vụ các mục đích sau:
- Duy trì và nhân nhanh các kiểu gen quý hiếm làm vật liệu cho công
tác tạo giống.
- Nhân nhanh với hiệu quả kinh tế cao các loài hoa và cây cảnh không
trồng bằng hạt.
- Nhân nhanh và duy trì các cá thể đầu dòng tốt để cung cấp hạt giống
các loài rau, cây cảnh và các cây trồng khác.
Nhập môn Công nghệ sinh học 240
- Nhân nhanh và kinh tế các kiểu gen quý của giống cây lấy gỗ trong
lâm nghiệp và gốc ghép trong nghề trồng cây ăn quả, cây cảnh.
- Nhân nhanh ở điều kiện vô trùng, cách ly tái nhiễm kết hợp với làm
sạch bệnh virus.
- Bảo quản các tập đoàn giống nhân giống vô tính và các loài cây giao
phấn trong ngân hàng gen.
2. Sản xuất cây đơn bội in vitro
>
,
.
in vitro
.
:
- .
- .
- (dòng thuần).
Một số phương pháp được sử dụng để tạo thể đơn bội như sau:
in vivo
in vivo
Nhập môn Công nghệ sinh học 241
: s
. Nhìn chung, các kỹ thuật này cho hiệu
suất tạo cây đơn bội thấp.
2.2. Phương pháp tạo thể đơn bội in vitro
in vitro
, Poaceae,
Ranunculaceae
.
,
(Hình 7.1). Kỹ thuật dung hợp protoplast cho phép khắc phục được hiện
tượng bất thụ thường xảy ra khi lai khác loài (lai xa) để mở rộng nguồn gen,
tạo ra các giống cây trồng mới mang các đặc tính di truyền ưu việt.
[Lycopersicum esculentum
258.
Nhập môn Công nghệ sinh học 242
Hình 7.1. Dung hợp protoplast. A: các protoplast. B: hai protoplast dung hợp
trong một cặp. C: các protoplast có thể dung hợp trong thể 3 (bên phải ảnh) hoặc
nhiều hơn, có khi tới 6 protoplast.
3.1. Dung hợp protoplast bằng hóa chất
Phương pháp này dùng NaNO3 hoặc polyethylene glycol (PEG) để
kích thích sự dung hợp của hai protoplast.
3.2. protoplast (electrofusion)
-
trong n
-
A B
C
Nhập môn Công nghệ sinh học 243
-
.
4. Chọn dòng biến dị soma
in
vitro :
-
- - ...
-
- (overproduction)
...
-
(genetic markers)...
Hình 7.2. Sơ đồ c Helminthosporium maydis ở ngô
Chọn lọc trên môi trường chứa độc tố của
nấm bệnh rỉ sắt (Helminthosporium maydis)
Giống ngô bất dục đực
Nuôi cấy callus
Dòng callus kháng H. maydis
Tái sinh cây
Kiểm tra tính kháng H. maydis
Nhập môn Công nghệ sinh học 244
in
vitro
) , khoai
tây).
-
- ). Tuy nhiên, t
.
5. Chuyển gen vào cây trồng
.
hơn
protoplast.
Nhập môn Công nghệ sinh học 245
Stt Loài Phương pháp chuyển gen Thử nghiệm trên
đồng ruộng
1 Chuối Bắn gen/Agrobacterium -
2 Lúa mạch Bắn gen Kháng vi rus
3 Đậu tây Bắn gen -
4 Canola Bắn gen/Agrobacterium Chống chịu chất diệt cỏ,
điều khiển sự thụ phấn
5 Sắn Bắn gen/Agrobacterium -
6 Ngô Bắn gen/Agrobacterium Kháng côn trùng, chống
chịu chất diệt cỏ
7 Bông Bắn gen/Agrobacterium Kháng côn trùng, chống
chịu chất diệt cỏ
8 Đu đủ Bắn gen/Agrobacterium Kháng virus
9 Đậu phụng Bắn gen/Agrobacterium Kháng virus
10 Bạch dương Bắn gen/Agrobacterium Chống chịu chất diệt cỏ
11 Khoai tây Agrobacterium Kháng côn trùng, kháng
virus, chống chịu chất
diệt cỏ
12 Lúa Bắn gen/Agrobacterium Chống chịu chất diệt cỏ
13 Đậu tương Bắn gen/Agrobacterium Chống chịu chất diệt cỏ
14 Bí Bắn gen/Agrobacterium Kháng virus
15 Củ cải đường Agrobacterium Chống chịu chất diệt cỏ
16 Mía Bắn gen -
17 Hướng dương Bắn gen -
18 Cà chua Agrobacterium Quả chín muộn, kháng
virus
19 Lúa mì Bắn gen -
Nhập môn Công nghệ sinh học 246
Hình 7.3. Một số cây trồng chuyển gen. A: ngô kháng côn trùng. B: lúa mạch
kháng virus. C: cà chua cho quả chín muộn . D: khoai tây chống chịu chất diệt cỏ.
).
Agrobacterium
.
A B
C D
Nhập môn Công nghệ sinh học 247
.
bar gus
bar
.
N
một cây mô h
.
Agrobacterium
c Agrobacterium
Agrobacterium
gus
.
Nhập môn Công nghệ sinh học 248
- -
(Southern b
.
Phaseolus
Agrobacterium
gusA, bar
gus
gus .
5.6. Cây bông
Agrobacterium
tumefaciens
soma
.
Nhập môn Công nghệ sinh học 249
5.7. Cố định đạm
Quá trình cố định đạm diễn ra ở rễ của các loài cây họ đậu nhờ một số
loài vi khuẩn cộng sinh có khả năng hấp thụ nitrogen của không khí và tạo
ra chất đạm cho cây. Vi khuẩn chính tham gia quá trình cố định đạm là
Rhizobium. Sự có mặt của nó dẫn đến hình thành các nốt sần trên rễ cây
nhiễm khuẩn. Các vi khuẩn sống trong nốt sần sẽ thực hiện quá trình cố định
đạm. Phương trình tổng quát có dạng sau:
N2 + 10H
+
+ 8e
-
+ 16ATP 2NH4
+
+ 16ADP + 16Pi + H2
Hình 7.4. Mô hình biến nạp gen nif
Để tăng mức độ cung cấp đạm tự nhiên cho cây trồng, người ta chọn
giải pháp chuyển gen nif (nitrogen fixation-gen mã hóa enzyme nitrogenase)
vào cơ thể thực vật và vi sinh vật sống tự do hoặc sống cộng sinh với thực
vật (Hình 7.4). Vì trong tự nhiên, giữa các cơ thể vi sinh vật vẫn xảy ra sự
Nitrogenase
Rhizobium Plasmid
Mở vòng DNA của plasmid Phân lập gen nif
RE
DNA ligase
Protoplast Lúa Biến nạp
Protoplast mang
plasmid có gen nif
Callus
Tái sinh cây
mang gen nif
Nhập môn Công nghệ sinh học 250
trao đổi thông tin di truyền, như vậy về mặt kỹ thuật việc chuyển gen nif vào
cơ thể vi sinh vật sẽ dễ dàng hơn. Vấn đề còn lại là làm thế nào để gen nif
hoạt động sau khi được chuyển vào cơ thể vi sinh vật chủ. Tương tự, việc
chuyển gen nif vào tế bào thực vật có thể được thực hiện thông qua viral
vector hoặc vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Tuy nhiên, đây là một
công việc khó khăn và có lẽ trong một tương lai gần vấn đề này vẫn chưa
giải quyết được.
III. Chăn nuôi và thú y
1. Kỹ thuật cấy chuyển phôi
Kỹ thuật đã được ứng dụng khá rộng rãi hiện nay là cấy chuyển hợp tử
ở bò. Nguyên lý của kỹ thuật này là gây rụng trứng ở bò cái có các đặc điểm
mà ngành chăn nuôi cần đến và cho thụ tinh với tinh trùng của bò đực cũng
mang những đặc điểm mong muốn. Các hợp tử hay phôi thu nhận bằng cách
rửa dạ con. Đông lạnh phôi và bảo quản chúng trong nitrogen lỏng ở
-179
oC, phôi ở điều kiện này được vận chuyển dễ dàng đến nơi cần thiết.
Sau đó, phôi được cấy vào bò cái khác để mang thai hộ. Bê con phát triển từ
các phôi này sẽ ra đời trong môi trường sống của nó và không gặp phải
những bất lợi về mặt môi trường như đối với các gia súc nhập nội.
Kỹ thuật cấy phôi còn cho phép tạo ra gia súc sinh đôi hoặc sinh ba
(hoặc nhiều hơn nữa) hoàn toàn giống nhau về mặt di truyền. Nguyên tắc của
kỹ thuật này là chia noãn bào đã thụ tinh của gia súc thành hai hoặc ba phần
(hoặc hơn nữa) giống nhau. Sau đó, cấy ngược lại vào con cái chữa đẻ hộ.
Mặt khác, kỹ thuật cấy chuyển phôi còn giúp xác định giới tính của
vật nuôi, việc này đem lại hiệu quả kinh tế cao. Chẳng hạn, người ta chỉ
quan tâm lấy phôi bò đực để tạo bò lấy thịt, trong khi phôi bò cái được dùng
để tạo bò lấy sữa, hoặc để bảo vệ những giống bò ưu việt. Nguyên tắc của
kỹ thuật này dựa trên cơ sở phân chia tinh dịch thành hai nhóm: nhóm chứa
nhiễm sắc thể X tạo ra bê cái, và nhóm chứa nhiễm sắc thể Y tạo ra bê đực.
Người ta chỉ cần chọn một trong hai nhóm để thụ tinh trong ống nghiệm rồi
sau đó chuyển phôi được tạo ra vào bố mẹ.
2. Tạo chế phẩm phòng tránh bệnh cho động vật
Công nghệ sinh học trong những năm gần đây đã có những đóng góp
không nhỏ, chủ yếu là tạo ra các vaccine thế hệ mới nhờ áp dụng công nghệ
Nhập môn Công nghệ sinh học 251
DNA tái tổ hợp, chẳng hạn như vaccine phòng bệnh lỡ mồm long móng
(Foot and Mouth Disease Virus-FMDV), bệnh Theileriosis (bệnh sốt bờ
biển đông-East Coast Fever) ở gia súc, bệnh sốt lợn Châu Phi, bệnh
Newcastle, bệnh cầu trùng ở gia cầm…
Bệnh toi gà do virus gây ra ở gia cầm, đặc biệt là gà. Virus này thuộc
nhóm Paramyxovirus, bao gồm cả virus quai bị, thuộc họ Paramyxoviridae
(họ này bao gồm cả virus gây bệnh lợn gạo). Virus có khả năng làm ngưng
kết hồng cầu, thông qua một loại protein F của nó. Loại protein này có khả
năng gây miễn dịch và được dùng làm vaccine.
Bệnh lỡ mồm long móng là loại bệnh do virus, lây lan rất nhanh và
gây bệnh cho khoảng 30 loài động vật móng guốc, đặc biệt nguy hiểm đối
với trâu, bò, lợn và cừu. Khi có dịch, để tránh bệnh lây lan, phải tiêu diệt
hàng loạt gia súc nhiễm bệnh, thực hiện các biện pháp cách ly nghiêm ngặt.
Người ta đã thành công trong việc dùng enzyme trypsin xử lý vỏ protein và
nhận thấy một trong số các protein vỏ của nó có thể tạo được miễn dịch,
kích thích sản sinh kháng thể. Năm 1985, các nhà khoa học đã xác định
được gen mã hóa loại protein này và tạo dòng nó trong E. coli, biến E. coli
thành “nhà máy” sản xuất protein nói trên và khi tiêm vào bò, lợn thì chúng
trở nên miễn dịch đối với loại virus gây bệnh lở mồm long móng.
3. Chuyển gen vào động vật
Một trong những thí nghiệm chuyển gen đầu tiên đã được tiến hành là
gắn gen mã hóa cho hormone sinh trưởng của chuột cống và promoter
methallothionein của chuột nhắt vào plasmid vector, sau đó vector này được
tiêm vào tế bào trứng của chuột nhắt đã thụ tinh. Kết quả là chuột nhắt
chuyển gen này lớn nhanh hơn chuột nhắt bình thường. Kiểm tra mô chuột
nhắt chuyển gen thấy rằng promoter methallothionein điều hòa sự biểu hiện
gen hormone sinh trưởng trong gan nhiều hơn trong tuyến yên mặc dù ở
chuột thường thì tuyến yên là chính. Điều này cho thấy việc chuyển gen đã
thoát khỏi sự kiểm tra điều hòa của tuyến yên, dẫn đến việc sản xuất một
lượng lớn hormone sinh trưởng.
Lợn chuyển gen tổng hợp hormone sinh trưởng của người tuy không
lớn hơn về kích thước nhưng lại có lượng thịt nạc nhiều hơn, ít mỡ hơn và
tiêu tốn thức ăn ít hơn từ 20-30%. Tuy nhiên, các động vật chuyển gen dễ bị
Nhập môn Công nghệ sinh học 252
thấp khớp, stress và mất khả năng sinh sản cũng như định hướng chuyển
động.
Như chúng ta đã biết cystein cần cho sự phát triển lông, nhưng do cừu
thiếu khả năng tổng hợp amino acid này và do các vi sinh vật đường ruột
của cừu sử dụng phần lớn cystein sẵn có nên đã ảnh hưởng xấu đến sản
lượng lông cừu. Để khắc phục điều này, người ta đã tạo dòng hai gen vi
khuẩn mã hóa cho enzyme chuyển hóa serine thành cystein. Sự ổn định của
các gen này trong cừu chuyển gen sau đó đã giúp cừu tự tổng hợp được
cystein làm tăng sự phát triển của bộ lông.
Hiện nay, các nhà khoa học cũng đã có những thành công bước đầu
trong việc chuyển các gen người vào lợn nhằm mục đích lấy phủ tạng của
chúng (tim, gan, thận...) để cấy ghép, thay thế cho các bộ phận bị hư hỏng
của người. Như vậy, công nghệ gen mở ra cho y học một khả năng to lớn
trong lĩnh vực cấy ghép các bộ phận cho người và một triển vọng giải quyết
vấn đề miễn dịch cấy ghép.
Bên cạnh việc chờ đợi những thành công mới của công nghệ chuyển
gen trực tiếp cho vật nuôi, người ta cũng đang tìm kiếm các biện pháp mới
để tăng năng suất vật nuôi bằng công nghệ DNA tái tổ hợp. Chẳng hạn, một
loại hormone tăng trưởng tái tổ hợp của bò (recombinant bovine growth
hormone) được chuyển vào E. coli đã sản xuất thành công loại hormone
trên, và có thể kích thích tăng sản lượng sữa ở bò lên tới 15% mà không cần
phải gia tăng thêm khẩu phần thức ăn hàng ngày. Hoặc gen sản xuất
hormone sinh trưởng của gà cũng được đưa vào E. coli, và người ta đã
chứng minh được rằng hormone được sản xuất bằng kỹ thuật trên cho phép
tăng khả năng sinh trưởng của gà lên khoảng 15%.
IV. Chế biến thực phẩm
Đây là lĩnh vực công nghệ sản xuất thực phẩm từ nông sản có sự tham
gia của vi sinh vật, cũng như sự đóng góp của công nghệ sinh học hiện đại
trong việc nâng cao hiệu suất của các quy trình sản xuất nói trên. Thực
phẩm được tạo ra bởi vi sinh vật rất đa dạng, từ các sản phẩm truyền thống
có nguồn gốc xa xưa như men bánh mì, phomát, sữa chua, rượu vang, rượu
cất, đến những sản phẩm mới xuất hiện như protein nấm (mycoprotein)...
Trước đây, trong công nghiệp thực phẩm các nghiên cứu công nghệ
sinh học được sử dụng chủ yếu để hoàn thiện các quy trình công nghệ lên
Nhập môn Công nghệ sinh học 253
men truyền thống. Còn hiện nay, các nghiên cứu công nghệ sinh học chủ
yếu liên quan đến việc tạo ra các chủng mới có năng suất sinh học cao và
việc áp dụng chúng vào các công nghệ lên men hiện đại.
Theo đánh giá chung, hiện nay mới chỉ khoảng 15% thực phẩm trên
thế giới được sản xuất bằng các quy trình công nghệ sinh học. Do vậy, ảnh
hưởng của công nghệ sinh học hiện đại trong lĩnh vực này thực sự chưa rõ
nét. Nguyên nhân có thể là do ngành công nghiệp chế biến thực phẩm hiện
nay vẫn mang nặng tính thủ công, công nghệ chưa hiện đại, ngành công
nghiệp chế biến thực phẩm có quy mô to lớn nhưng lại có lợi nhuận nhỏ, do
vậy khó có khả năng tái đầu tư.
Tuy vậy, trong tương lai khi công nghệ chế biến thực phẩm truyền
thống không đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của con người, thì
ảnh hưởng và vai trò của công nghệ sinh học hiện đại sẽ gia tăng rất mạnh.
1. Sản xuất sữa
Các sản phẩm sữa quen thuộc đối với chúng ta đều được tạo ra trong
quá trình lên men của một số nhóm vi khuẩn như Lactobacillius,
Streptococcus, Leuconostos... Trước kia người ta thường sử dụng những
nhóm vi khuẩn tự nhiên có mặt trong sữa để lên men, do vậy quá trình lên
men nói chung khó kiểm soát và hiệu suất không cao. Ngày nay, nhờ việc
tạo ra được các giống, chủng vi khuẩn với các tính chất xác định, người ta
có khả năng điều khiển được quá trình lên men nói trên một cách có định
hướng. Các sản phẩm chủ yếu từ sữa là phomát, sữa chua, bơ, kem sữa...
1.1. Sản xuất sữa chua
Trong sữa có sẵn một hệ vi sinh vật phong phú, đó là vi khuẩn lactic
(gây lên men lactic), vi khuẩn acetic (lên men acetic), vi khuẩn đường ruột,
vi khuẩn gây thối (phân giải chất hữu cơ thành các mùi thối), nấm men, nấm
mốc...
Trong sản xuất sữa chua bằng lên men lactic, vi khuẩn dùng để lên
men chính là một số chủng thuộc Lactobacterium bulgaricum... có sẵn trong
sữa. Trong công nghiệp sản xuất sữa chua, người ta tiến hành thanh trùng
sữa rồi cấy vi khuẩn lactic vào.
Quy trình sản xuất sữa chua theo quy mô công nghiệp như sau:
Nhập môn Công nghệ sinh học 254
1.1.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu duy nhất là sữa (có thể bổ sung thêm đường). Sữa dùng
trong sản xuất sữa chua gồm những loại sau:
- Sữa tươi nguyên hay sữa đã tách béo.
- Sữa khô nguyên hay sữa sấy phun không béo.
- Sữa đặc nguyên hay sữa đặc không đường.
Các loại sữa trên trước khi đưa vào sử dụng cần phải xử lý qua các
khâu:
- Điều chỉnh hàm lượng lipid thích hợp thường từ 3,2-6%.
- Nếu trên bề mặt sữa xuất hiện váng sữa thì tiến hành quá trình đồng
hóa để trở thành một thể đồng nhất.
- Tiệt trùng sữa 85-90oC trong 15-20 phút. Để nguội sữa đến nhiệt độ
cần thiết cho sự lên men để cấy giống vào, thường từ 40-50oC.
1.1.2. Giống
Các chủng lactic thuần khiết thường được dùng để sản xuất là:
Streptococcus thermophilus, Lactobacterium bulgaricum, Lactobacterium
acidophilum, Lactobacillus delbrueckibulgaricus. Thường hai chủng đầu
được cùng sử dụng với số lượng bằng nhau. Nếu Streptococcus
thermophilus có số lượng nhiều hơn, lúc đó sữa chua thu được sẽ quá chua
và kém mịn.
1.1.3. Lên men tạo sữa chua
Quy trình sản xuất sữa chua qua hai giai đoạn: giai đoạn đông tụ sữa
và giai đoạn giữ chín sữa chua.
- Giai đoạn đông tụ sữa
Sữa sau khi tiệt trùng được cấy giống vào và khuấy đều để lên men
bằng phương pháp bể hoặc chai. Ở giai đoạn này quá trình lên men được
tiến hành ở 29-35oC. Quá trình lên men lactic xảy ra mạnh mẽ, casein sữa bị
kết tủa ở điểm pH đẳng điện, sữa được đông tụ và đạt độ chua cần thiết.
Thường căn cứ vào cục đông của sữa và độ chua để kết thúc quá trình lên
men. Cục đông phải đặc, đồng nhất, không có hiện tượng nước-sữa tách rời
Nhập môn Công nghệ sinh học 255
nhau ra. Độ chua phải đạt 60-80oT. Thời gian lên men (thường 8-12 giờ) có
thể thay đổi khác nhau tùy thuộc vào chủng vi khuẩn và nhiệt độ lên men.
Khi sữa có độ chua cần thiết thì kết thúc quá trình lên men bằng phương
pháp làm lạnh nhanh (6-8oC) để tránh tình trạng độ chua tăng và nước sẽ
tách ra khỏi sữa.
- Giai đoạn giữ chín sữa chua
Trong giai đoạn này quá trình lên men lactic vẫn còn xảy ra ở mức độ
yếu, sữa tiếp tục được đông tụ. Lúc này lipid trong sữa trở nên rắn, nước tự
do liên kết với protein làm s