Giáo trình Vi sinh vật học part 7 pps

ứng dụng của lên men lactic Nếu để dung dịch đường không khử trùng chứa cả các nguồn nitơ phức tạp và các chất sinh trưởng một cách tự nhiên trong trong điều kiện kị khí hoặc dưới dạng

Hình 6.4: Lên men lactic dị hình :1 Glucose-6-phosphat-dehydrogenase

3 Epimerase ; 4 Phosphoketolase

4 ứng dụng của lên men lactic

Nếu để dung dịch đường không khử trùng chứa cả các nguồn nitơ phức tạp và các chất sinh trưởng một cách tự nhiên trong trong điều kiện

kị khí hoặc dưới dạng lớp cao thì các vi khuẩn lactic sẽ nhanh chóng phát triển ở phía bên trong Chúng làm giảm pH xuống dưới 5 và qua đó ức chế sinh trưởng của các vi khuẩn kị khí khác là bọn không có khả năng sinh trưởng ở độ chua này Trong các môi trường làm giàu này nhóm vi khuẩn nào phát triển được là tuỳ thuộc vào các điều kiện đặc biệt Nhờ đặc tính bảo quản và khử trùng dựa trên nguyên tắc acid hóa mà các vi khuẩn lactic

được sử dụng, trong nông nghiệp, trong nội trợ, trong ngành sản xuất và chế biến sữa

4.1.Thức ăn ủ chua

Vi khuẩn lactic phân bố trên các nguyên liệu thực vật giữ một vai

trò to lớn trong việc bảo quản thức ăn gia súc Để tạo điều kiện cho lên men lactic xảy ra, lá các loại cây lấy củ hoặc cỏ được nén chặt trong các hầm ủ, thêm rỉ đường để nâng cao tỉ lệ C/N và tạo độ chua ban đầu bằng cách thêm acid formic hay acid vô cơ

4.2.Dưa là một sản phẩm của quá trình lên men lactic Bắp cải được cắt nhỏ, trộn và bóp với muối ăn 2-3% Trong điều kiện yếm khí, lên men

lactic sẽ xảy ra một cách tự nhiên, lúc đầu bởi Leuconostoc - với sự tạo

thành CO2, và về sau có sự tham gia của Lactobacillus plantarum

4.3.Các sản phẩm sữa Sữa có một thành phần dinh dưỡng cao, chứa nhiều nước và giàu các muối khoáng, protein (chủ yếu là cazein), mỡ bơ, đường (đặc biệt là lactose) và các vitamin Ở trong bầu vú của động vật thì

nó là vô trùng, nhưng khi đi ra khỏi núm vú thì sữa bị nhiễm bởi khu hệ bình thường của động vật, sau đó được bổ sung thêm bởi các vi sinh vật khác từ người vắt sữa, máy hoặc bình chứa

Là một môi trường gần như hoàn hảo nên sữa rất mẫn cảm với sự sinh trưởng của vi sinh vật Khi để sữa ở trong phòng nhiều loại vi khuẩn sẽ lên men lactose tạo thành acid và làm thay đổi tính chất và kiến trúc của sữa Quá trình này có thể xảy ra tự nhiên hoặc được con người bắt chước như trong qnầ trình sản xuất phomat hoặc iagua

Trong các giai đoạn sớm của lên men sữa lactose bị tấn công

nhanh bởi Streptococcus lactis và Lactobacillus spp Sự tiết acid lactic và

sự giảm pH làm protein của sữa bị đông lại thành cục vón (curd) Sự đông cũng làm tách riêng phần dịch đường sữa (whey) ở trên bề mặt Cục vón cũng có thể được tạo nên nhờ tác dụng của vi sinh vật hoặc nhờ một enzyme (rennin) lấy từ dạ dày bê

Một lít sữa nặng 1032g bao gồm 902g nước và 130g chất khô trong đó chứa 49g lactose; 39g chất béo (là những giọt mỡ đường kính 1-8

μm gồm glixerit và các chất tan trong lipit, như colesterol và các vitamin

A, D, E, K; 32,7g protein mà chủ yếu là cazein; 9g chất khoáng (gồm phosphate, xitrat, KCl, NaCl và MgCl2)

*Sữa chua (sữa bơ) Sữa chua là sản phẩm của sự lên men sữa lỏng

bằng sự để chua ngẫu nhiên dưới tác động của nhiều vi khuẩn sinh acid

lactic khác nhau (như Streptococcus lactis hay S cremoris), hoặc của một

số lượng ít hơn nhiều các vi khuẩn gây thơm (như Streptococcus diacetylacis, Betacoccus citrovorus) hoặc bằng việc cấy vào sữa đã đun

nóng các giống vi khuẩn thuần khiết Khi lên men diễn ra, lactose được chuyển hoá thành acid lactic, acid này sẽ ngưng kết cazein ở pH 4-5 Sữa đông, đặc, có vị chua, tùy theo vùng có tên gọi khác nhau Sữa chua được làm từ sữa đầy đủ (chứa ít nhất 3% mỡ của sữa) thường được trộn với bột sữa đã vớt váng nhằm làm tăng hàm lượng chất rắn toàn phần và cải thiện cấu trúc gel protein ở một số nước, sữa chua cũng được sản xuất từ sữa cừu, sữa trâu, sữa tuần lộc hoặc sữa ngựa Kem chua được sản xuất bởi một quá trình rất giống quy trình dùng để sản xuất sữa chua chỉ trừ việc kem cà phê đã được sử dụng làm nguyên liệu thô

*Iagua Iagua được làm từ các loại sữa chứa các hàm lượng mỡ khác nhau bằng cách lên men nhờ các giống đặc biệt Nó có một độ đông đặc mịn giống như gel, một độ chua rõ rệt và hương vị dễ chịu, khác biệt rõ ràng với loại sữa chua bình thường Iagua được sản xuất bằng cách cấy vào sữa đã khử trùng Pasteur đồng nhất khoảng 1,5-3% các vi khuẩn lactic

ưa nhiệt (giống hỗn hợp của một hoặc nhiều chủng như Streptococcus thermophilus hay Lactobacillus bulgaricus) và sau đó giữ ở 42-45oC trong khoảng 3 giờ Độ quánh mịn được hình thành trong thời gian này Sản phẩm cuối cùng có vị chua (độ chua 40-60oSH) Phần quan trọng trong hương thơm đặc biệt của iagua là các hợp chất cacbonyl với đixetyl và acetaldehit chiếm ưu thế Một loại igua đặc biệt có tên là sữa aciđophilus

được sản xuất nhờ Lactobacillus acidophilú Việc thêm đường và hoa quả

vào iagua (iagua hoa quả) làm tăng đáng kể sức tiêu thụ sản phẩm này

*Kefia và Kumis Kefia và Kumis là các loại đồ uống chứa rượu

giàu CO2, nhiều bọt Khu hệ vi sinh vật bao gồm nấm men Torula (chịu trách nhiệm đối với quá trình lên men rượu) và các vi khuẩn Streptococcus lactis và Lactobacillus caucaticus (chịu trách nhiệm đối với lên men

lactic) Các hạt kefia dùng để sản xuất kefia chứa các cục sữa đông cộng với các vi khuẩn kefia Kumis được làm từ sữa ngựa hay sữa dê do các

giống kumis thuần khiết (Thermobacterrium bulgaricus và nấm men Candida) Cả hai đồ uống làm từ sữa này đều là các sản phẩm địa phương

của vùng Caucasus và các vùng thảo nguyên Turkestan Kefia chứa acid lactic (0,5- 1%), một số lượng rượu đáng kể (0,5-2%), CO2 và một số sản phẩm phân giải cazein sinh ra từ hoạt động phân giải protein của nấm men

*Phomat Phomat là sản phẩm thu được từ sữa đông bằng cách loại

bỏ dịch đường sữa và bằng cách làm chín cục vón khi có mặt một khu hệ

vi sinh vật đặc biệt Có nhiều loại phomat với hình dạng và kích thước khác nhau được xếp thành nhóm dựa vào loại sữa sử dụng (bò, dê, cừu),

sự tạo thành cục vón (dùng acid, dùng rennin hay dùng cả hai), kiến trúc hay độ đặc, và hàm lượng chất béo Trong từng nhóm, các loại phomat riêng biệt được đặc trưng bởi hương thơm Sự sản xuất phomat về cơ bản bao gồm hai công đoạn : sự tạo thành cục vón và quá trình làm chín

*Sự tạo thành cục vón

Hàm lượng chất béo của sữa được điều chỉnh tới mức độ mong mnốn, và khi cần, hàm lượng protein cũng được điều chỉnh Các chất phụ gia bao gồm muối canxi nhằm cải thiện sự ngưng kết protein và kiến trúc của phomat, nitrat để kìm hãm khu hệ vi khuẩn kị khí hình thành bào tử và các sắc tố tạo màu Sữa thô hoặc sữa đã khử trùng được trộn trong một bể

ở nhiệt độ 15-59oC với một loại giống khởi động (vi khuẩn lactic hay vi

khuẩn propionic, nấm sợi, như Penicillium camemberti, P candidum, P roqueforti , các vi khuẩn mang sắc tố màu vàng hoặc màu đỏ như Bacterium linens, cùng các cầu khuẩn và nấm men) và sữa sẽ đông lại

thành một khối bán lỏng mềm, cụcvón, sau lên men lactic, được nối tiếp bằng sự bổ sung rennin hoặc một tổ hợp nào đó mà thông thường nhất là

tổ hợp giữa acid và rennin Gel protein này sẽ được cắt thành các hình khối nhỏ trong lúc đang được đun nóng rồi sau đó được khuấy nhẹ Dịch đường sữa được loại bỏ còn phần cục vón chứa mỡ thì được chuyển sang quá trình làm rắn Khi độ rắn mong muốn đã đạt được, cục vón được chuyển sang quá trình làm chín

Quá trình làm chín phụ thuộc vào thành phần khối phomat, đặc biệt

là hàm lượng nước, khu hệ vi sinh vật và các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ và độ ẩm của các phòng làm chín Sự chín của phomat mềm xảy

ra từ ngoài vào trong, vì thế trong giai đoạn đầu sẽ có một phần vỏ chín và một phần lõi chưa chín Sự chín không đồng đều xảy ra là do có sự chênh lệch về pH ở bên trong khối phomat, pH thấp vì có mặt acid lactic ở ngoài vỏ, các loài nấm sợi đặc trưng phát triển thích hợp hơn ở các pH cao

đã nâng pH lên nhờ phản ứng loại CO2 từ các amino acid

Sự chín ở phomat cứng xảy ra đồng đều trên toàn bộ khối phomat

Sự tạo thành vỏ chỉ là kết quả của sự khô bề mặt, điều này có thể tránh được nhờ việc bao gói khối phomat trong các màng plastic thích hợp trước khi quá trình làm chín bắt đầu Thời gian làm chín thay đổi tùy trường hợp, kéo dài từ vài ngày đối với phomat mềm tới vài tháng thậm chí vài

năm đối với các loại phomat cứng Sản lượng trên 100 kg sữa nước là 8 kg phomat cứng và tới 12 kg phomat mềm

Mọi thành phần của phomat đều chịu sự biến đổi về mặt sinh hoá học ở các mức độ khác nhau trong quá trình làm chín Lactose được phân giải thành acid lactic nhờ lên men lactic đồng hình Trong loại phomat cheđa chẳng hạn, pH giảm từ 6,55 xuống 5,15 tính từ lúc bổ sung giống khởi động cho tới khi đúc thành khuôn Khi có mặt vi khuẩn propionic (như trong trường hợp của phomat Emmental), acid lactic được chuyển hóa tiếp tục thành acid propionic, acid acetic, và CO2 theo phản ứng :

3 CH3CHOHCOOH → 2 CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + H2O

Tỉ lệ giữa acid propionic và acid acetic bị ảnh hưởng bởi thế oxi hóa khử của phomat và tỉ lệ này sẽ thấp khi có mặt muối nitrat chăng hạn Phương thức và mức độ phân giải mỡ của sữa phụ thuộc vào khu hệ vi sinh vật tham gia vào quá trình làm chín phomat Sự giải phóng các acid béo, đặc biệt là các acid ảnh hương đến hương thơm của phomat phụ thuộc vào tính đặc hiệu của các lipase

Ngoài các acid béo tự do, 2-alkanon và 2-alkanol cũng được tạo thành như các sản phẩm phụ của sự β-oxi hoá các acid béo Nấm sợi, đặc

biệt là Penicillium roqueorti, sử dụng β-ketoaxyl-CoA đeaxylase (tiodihydroase) và β-ketoacid đecacboxylase để cung cấp các hợp chất điển hình cho hương thơm của các phomat bán mềm

Sự phân giải protein thành các amino acid xảy ra qua các peptit như

ìà các sản phẩm trung gian Tùy thuộc vào loại sữa mà 20-40% cazein được chuyển hoá thành các dẫn xuất protein hòa tan trong đó 5-15% là các acid amin Phạm vi pH 3-6 là tối ưu đối với hoạt tính proteinase của

Penicillium roqueorti Sự phân giải protein bị ảnh hưởng mạnh bởi hàm

lượng muối chứa trong phomat Hàm lượng amino acid là 2,6-9% phần chất rắn của phomat và là phần quan trọng trong hương thơm của phomat Những lỗi trong quá trình làm chín có thể tạo nên những peptit có vị đắng Các amino acid được chuyển hóa tiếp tục Trong giai đoạn sớm của

sự làm chín, với pH thấp, chúng bị loại CO2 thành các amino Trong giai đoạn muộn, với pH cao, các phản ứng oxi hoá chiếm ưu thế Sự phân giải protein không chỉ đóng góp vào sự tạo thành hương thơm, nó còn ảnh hưởng đến kiến trúc của phomat Khi phomat mềm bị làm chín quá mức,

sự phân giải protein có thể dẫn đến việc dịch hóa gần như toàn bộ khối phomat

Câu hỏi ôn tập chương 8

1 Trong tế bào, quá trình đường phân diễn ra ở đâu ? Phản ứng này khác nhau như thế nào khi không có mặt oxy và khi có mặt oxy ?

2 Phân tử nào mở đầu con đường đường phân ? Khi đường phân hoàn thành, phân tử nào còn lại Bao nhiêu ATP được tạo thành ở mức độ phosphoril hóa cơ chất ? Con số ATP được tạo thành là bao nhiêu, và vì sao con số này lại khác với tổng số ATP được tạo thành ? Bao nhiêu ATP sẽ được tạo thành bổ sung nếu oxy có mặt

5 Lên men khác hô hấp oxy hóa chỗ nào khi xét về phương diện các chất nhận điện tử và sự sản sinh năng lượng ?

6 Sự trao đổi điện tử để tạo nên ATP khác nhau như thế nào trong các trường hợp NADH được tạo thành trong đường phân, NADH được tạo thành trong chu trình acid citric, và FADH2 được tạo thành trong chu trình acid citric ?

7 Hiệu quả của việc phân giải hiếu khí hoàn toàn một phân tử

glucose ở vi khuẩn là bao nhiêu ? So sánh với hiệu quả của một mình đường phân?

8 Hiệu ứng Pasteur có gặp ở các vi khuẩn lên men lactic đồng hình không ? Vì sao ?

9 Giải thích tại sao ở một số nấm men, như Rhodotorula hay

Geotrichum, khi thừa nguồn C, đồng thời thiếu N và P thì lipit lại

được tích lũy ?

10 Cho ví dụ về những trường hợp lên men ở vi khuẩn trong đó có sự tạo thành nhiều hơn 2 mol ATP trên một mol glucose bị phân hủy

Chương 9

Vi khuẩn quang hợp và cố định đạm

I.Vi sinh vật quang hợp

1.Các vi khuẩn quang quang hợp (Phototrophic bacteria)

1.Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria):

a- Nhóm I (có tác giả gọi là bộ Chroococcales):

b- Nhóm II (có tác giả gọi là bộ Pleurocapsales):

c- Nhóm III (có tác giả gọi là bộ Oscillatorriales):

d- Nhóm IV (có tác giả gọi là bộ Nostocales) :

e- Nhóm V (có tác giả gọi là bộ Stigonematales)

1.1.Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria)

Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang

tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b , hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh chất Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng H2, H2S hay S Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, có loài chu mao, tỷ lệ G+C là 45-70%

b- Họ Ectothiorhodospiraceae:

1.1- Chi Ectothiorhodospirace

1.2- Chi Halorhodospira

1.2-Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria)

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi khuẩn quang dị dưỡng hữu cơ (photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng hữu cơ- chemoorganoheterotrophs) Tế bào chứa chlorophyl a hoặc b, hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh chất Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng chất hữu cơ, đôi khi sử dụng hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2 Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí (gas vesicles), tỷ lệ G+C là 61-72%

Rhodospirillum Rhodospirillum dưới KHV điện tử

Rhodopseudomonas Rhodopseudomonas dưới KHV điện tử

Rhodobacter Rhodopila

Rhodocyclus purpureus Rhomicrobium

Hình 9.2: Một số đại diện vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía

1.3.Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria)

Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang

tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a cùng với b , c hoặc e, chứa caroten nhóm 5, hệ thống quang hợp liên quan đến các lục thể (chlorosom) và độc lập đối với màng sinh chất Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng H2,

H2S hay S Hạt lưu huỳnh tích luỹ bên ngoài tế bào Không có khả năng

Chlorobium Pelodictyon Prosthecochloris

Hình 9.3: Một số đại diện vi khuẩn lưu huỳnh màu lục

1.4.Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria)

Thuộc nhóm này là các vi khuẩn đa bào, dạng sợi,thường kỵ khí không bắt buộc ,thường là quang dị dưỡng (photoheterotroph), có loài quang tự dưỡng hoặc hoá dị dưỡng Tế bào có chứa chlorophyll a và c, trong điều kiện kỵ khí thấy có chlorosom Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang dị dưỡng là glucose, axit amin, axit hữu cơ; trong quang tự dưỡng là H2, H2S Di động bằng phương thức trườn

(gliding) , tỷ lệ G+C là 53-55% Chi điển hình là Chloroflexus., Chloronema

Chloronema Chloroflexus

Hình 9.4: Một số đại diện vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục

1.5- Vi khuẩn lam (Ngành Cyanobacteria)

Theo NCBT (2005) thì Vi khuẩn lam bao gồm những bộ sau đây:

Trước đây thường nhầm lẫn là Tảo lam (Cyanophyta) Thực ra đây

là những cơ thể nhân nguyên thuỷ, không liên quan gì đến tảo , ngoài khả năng quang hợp hiếu khí (quang tự dưỡng vô cơ) và dùng H2O làm chất cho điện tử trong quá trình quang hợp Vi khuẩn lam chứa chlorophyll a

và phycocyanin- phycobiliprotein Một số loài có sắc tố đỏ phycoerythrin Chúng phối hợp với sắc tố lục tạo nên màu nâu Màng liên kết với phycobilisom Đơn bào hoặc đa bào dạng sơi Không di động hoặc di động bằng cách trườn (gliding), một số loài có túi khí (gas vesicles).Nhiều loại

có dị tế bào (heterocysts) và có khả năng cố định nitơ Vi khuẩn lam có mặt ở khắp mọi nơi, trong đất, trên đá, trong suối nước nóng, trong nước ngọt và nước mặn Chúng có năng lực chống chịu cao hơn so với thực vật đối với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, pH thấp Một số loài có khả năng sống cộng sinh với các cơ thể khác như Rêu, Dương xỉ, Tuế Nhiều loài cộng sinh với nấm để tạo ra Địa y (Lichen) Vi khuẩn lam có thể là sinh vật xuất hiện sớm nhất trên Trái đất

Vi khuẩn lam được chia thành 5 nhóm (subsection) như sau:

a- Nhóm I (có tác giả gọi là bộ Chroococcales):

Hình que hoặc hình cầu đơn bào, không có dạng sợi hay dạng kết khối (aggregate); phân đôi hoặc nẩy chồi; không có dị tế bào (heterocytes) Hầu hết không di động Tỷ lệ G+C là 31-71% Các chi tiêu biểu là:

Hình 9.5: Một số đại diện vi khuẩn lam thuộc bộ Chroococcales

b-Nhóm II (có tác giả gọi là bộ Pleurocapsales):

Hình que hoặc hình cầu đơn bào có thể tạo dạng kết khối

(aggregate); phân cắt nhiều lần tạo ra các baeocytes; không có dị tế bào.Chỉ có các baeocytes là có di động Tỷ lệ G+C là 40-46% Các chi

tiêu biểu là:

• -Pleurocapsa

• -Dermocapsa

• -Chroococcidiopsis