Trương Thị Phương Hoa – KTTP2 K59 1 | P a g e PHẦN 2 VI SINH VẬT HỌC ỨNG DỤNG CHƯƠNG 5 SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÔNG CHỨA NITO DƯỚI TÁC DỤNG CỦA VSV BÀI 1 VÒNG TUẦN HOÀN CACBON C trong tự nh[.]
Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 PHẦN 2: VI SINH VẬT HỌC ỨNG DỤNG CHƯƠNG 5: SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÔNG CHỨA NITO DƯỚI TÁC DỤNG CỦA VSV BÀI 1: VỊNG TUẦN HỒN CACBON - C tự nhiên nằm nhiều dạng hợp chất khác nhau, từ hợp chất vô đến chất hữu Chúng ln chuyển hóa từ dạng sang dạng khác, khép kín thành chu trình chuyển hóa hay vịng tuần hồn C VSV đóng vai trị vơ quan trọng chu trình chuyển hóa 1|Page + Các hợp chất C hữu chứa Đ-TV VSV, sinh vật chết đi, để lại lượng chất hữu khổng lồ đất + Nhờ hoạt động nhóm VSV dị dưỡng C sống đất, chất hữu bị phân hủy tạo thành CO2 + CO2 TV VSV sử dụng trình quang hợp → biến thành hợp chất C hữu thể TV + ĐV người: sử dụng C hữu TV → biến thành C hữu ĐV người + Trong trình sống, ĐV người thải CO2 đồng thời chết đi, để lại đất lượng chất hữu cơ, VSV lại phân hủy Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 → Trong tự nhiên dạng hợp chất C chuyển hóa liên tục - - Xét mặt cơng nghiệp: QT chuyển hóa hợp chất hữu khơng chứa nito chủ yếu gluxit, có ý nghĩa lớn lao sản phẩm QT thường thành phẩm nhà máy rượu, cồn, axeton, anđêhit - Trong công nghiệp chế biến thực phẩm: nhờ VSV, phân giải gluxit nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi tính chất, mùi vị thức ăn giá trị dinh dưỡng - Glucose gluxit đơn giản quan trọng + Sự phân giải gluxit VSV chủ yếu phân giải glucose + Những gluxit phức tạp (xellulose, tinh bột, đường di monosaccharit khác) → chuyển hóa thành glucose, sau chuyển hóa xa QT phân giải điều kiện yếm khí → QT lên men hiếu khí → QT oxy hóa QT có chung giai đoạn trung gian chu trình đường phân (chu trình Embden – Mayerhof) → Từ phân tử đường (C6H12O6) thành phân tử axit piruvic 2|Page Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 BÀI 2: CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HĨA YẾM KHÍ (Q TRÌNH LÊN MEN) - - 3|Page Lên men: + Là QT phân giải hợp chất hữu không chứa ni tơ tác dụng VSV điều kiện yếm khí + Sản phẩm phân giải đường nhờ vi sinh vật sau trình lên men hợp chất hữu chưa OXH triệt để Tùy theo sản phẩm trung gian tích lũy lại mơi trường, người ta đặt tên cho QT lên men Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 VD: chuyển hóa đường lactose thành axit lactic → Lên men lactic I Sự lên men etylic: Cơ chế: Bằng cách phá vỡ TB nấm men, giữ lại dịch chiết enzyme - Thực chất, lên men rượu phân giải đường thành rượu xảy tác dụng zymase nấm men tổng hợp Dưới tác dụng hệ enzyme này, glucose chuyển hóa theo đường Embden – Mayerhof - Chất xúc tác tiamin pirophotphat khử cacboxyl → axetandehit (CH3CHO) Andehit tiếp tục bị khử thành rượu etylic (CH3CH2OH) - QT tác dụng hệ enzyme VSV tiết đòi hỏi tham gia photphat vơ a Sự lên men MT có pH axit (pH 4-5): - QT lên men rượu chia làm thời kì: 4|Page Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 - CH3CHO tạo từ a.pyruvic cịn ít, chưa đủ lượng để nhận hết hydro tạo thành QT đường phân → Một phần hydro chuyển cho andehit glyxeric ( Thời kì đầu (Thời kì cảm ứng) → Ở giai đoạn đầu, MT có glyxerin ( - Sản phẩm giai đoạn này: + Glyxerin + CH3CHO + CO2 - Được đánh dấu lượng CH3CHO tạo thành đủ nhiều để thực phản ứng nhận hết hydro → Phản ứng tạo glyxerin bị đình Thời kì tĩnh - Sản phẩm chủ yếu giai đoạn rượu etylic b Sự lên men MT kiềm: - Kiềm hóa MT chất có tính kiềm (CO32-, NaHCO3, NaHPO4, Boratnatri, K, NH3…) → Sự lên men rượu nấm men hình thành chủ yếu: glyxerin, axit axetic, rượu etylic theo phương trình: 5|Page Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 - Do MT kiềm, phân tử andehit 1,3 – diphotphat glyxerit c Sự lên men rượu MT NaHSO3: - NaHSO3 phản ứng với CH3CHO tạo thành hợp chất khó tan Hợp chất khó tan làm đình phản ứng nhận hydro CH3CHO → Tất hydro chuyển đến cho andehit glyxeric ( ) tạo thành glyxerin - Trong thực tế, phương pháp thu 40% glyxerin so với lượng đường ban đầu d 6|Page Sự tạo thành dầu khét: Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 - Dầu khét sản phẩm phụ QT lên men rượu, bao gồm rượu: propionic, isobutylic, isoamylic - Trong QT dinh dưỡng nấm men: + Protein chuyển hóa enzyme deaminase, decacboxylase + Các axit amin riêng biệt nấm men bị dezamin decacboxyl VD: từ aa lysine, thu rượu isoamylic - Hiện nay, dầu khét sử dụng nhiều kỹ thuật Cần tăng hiệu suất lên men cách cho thêm vào MT protein axit amin tương ứng Tác nhân sinh học: * Tác nhân QT lên men rượu nấm men thuộc: Giống Saccharomyces – Họ Saccharomycetaceae + Đó nấm men hình trịn, hình trứng + Trong điều kiện yếm khí: chuyển hóa đường → rượu + Điển hình: saccharomyces│ellipsoideus │cerevisiae * Dựa vào đặc tính lên men, người ta chia nấm men lên men rượu thành nhóm: 7|Page Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 Nấm men Nấm men chìm Gây nên QT lên men nhiệt độ cao 28 - 30°C Nhiệt độ thấp: - 10°C ↓ TB nấm men bám đáy bình lên men VSV phát triển mạnh ↓ QT lên men nhanh, ạt ↓ CO2 thoát liên tục CO2 thoát chậm, ↓ ↓ Khuấy trộn dịch lên men Dịch lên men không bị đảo trộn ↓ ↓ Dịch lên men bị đục Dịch lên men không bị đục ↓ ↓ Sản xuất sản phẩm có kèm theo QT chưng cất Sản xuất sản phẩm không qua chưng cất (bia, nước giải khát…) - Ngoài ra, số giống khác có khả lên men rượu hơn: + Torula amis + Một số nấm mốc hơ hấp tùy tiện, điều kiện yếm khí có khả lên men rượu suất thấp, dùng cho thủ công: Mucor rouxii, Rhizopus Nigricans 8|Page Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 Các yếu tố ảnh hưởng đến QT lên men rượu etylic: - pH -5 → sản phẩm rượu etylic - Nấm men khơng có hệ enzyme amylase → Các nguyên liệu phải gluxit đơn giản → Muốn sử dụng gluxit phức tạp phải thủy phân chúng - Nồng độ đường dịch lên men tối thích là: 10 – 15% Nếu 30 – 70%, nấm men rơi vào trạng thái khô cạn sinh lý - Duy trì điều kiện yếm khí: MT hiếu khí, nấm men phát triển tạo sinh khối Ứng dụng: a Sản xuất rượu etylic: - Bằng đường vi sinh: 98% - Bằng đường hóa học: 2% 9|Page Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 Nguyên liệu Chủng giống Công nghệ Phương pháp Amilo - Các loại đường đơn giản - Các loại đường phức tạp thủy phân - Rỉ đường - Các nấm đơn bào - Các loại quan tâm trước hết sản xuất công nghiệp là: + Saccharomyces│cerevisiae │uvarum (Carlbergensis) + Shizosaccharomyces pombe + Kluyveromyces sp - Ngoài nhiều biến chủng từ nấm men tạo nhờ kỹ nghệ di truyền VD: ghép gen phân hủy tinh bột số loài nấm mốc có khả phân giải tinh bột vào saccharomyces cerevisiae - QT đường hóa QT lên men xảy đồng thời nồi lên men - Thời gian: ngày - Thường dùng: Mucor Rhizopus ngày, sau cho nấm men vào Phương pháp Muco - Malt - Dùng chế phẩm enzyme nấm mốc: Aspergillus│oryzae │usami để đường hóa tinh bột, sau dùng nấm men để chuyển đường → rượu - MT để nuôi nấm mốc: bột cám, trấu (gần giống với nguyên liệu lên men) trùng → rải lên khay dày – 5cm → Cấy bào tử nấm mốc vào nuôi cấy 30°C – ngày điều kiện hiếu khí + Nấm mốc phát triển mạnh, tạo nhiều hệ sợi bắt đầu hình thành bào tử, tổng hợp amylase cho hoạt lực cao lúc + Canh trường nấm mốc sấy khô 45°C → thu chế phẩm enzyme - Dùng chế phẩm enzyme tỷ lệ 10% → thu dịch đường -6 10 | P a g e ...Trương Thị Phương Hoa – KTTP2.K59 → Trong tự nhiên dạng hợp chất C chuyển hóa liên tục - - Xét mặt cơng nghiệp: QT chuyển hóa hợp chất hữu không chứa nito chủ yếu gluxit, có ý nghĩa... Phương Hoa – KTTP2.K59 - Dầu khét sản phẩm phụ QT lên men rượu, bao gồm rượu: propionic, isobutylic, isoamylic - Trong QT dinh dưỡng nấm men: + Protein chuyển hóa enzyme deaminase, decacboxylase... malt đại mạch Ngày nay, người ta thay phần malt đại mạch thành loại ngũ cốc khác chủ yếu gạo - Hoa bia: hoa cánh cao 11 | P a g e Chủng giống - Chỉ bao gồm chủng Saccharomyces - Có loại giống thừa