Giáo trình Vi sinh vật học part 6 docx

*Lên men lactic dị hình ở Bifidobacterium Vi khuẩn lactic dị hình Bifidobacterium bifidum có dạng chữ V hay chữ Y bifidus tiếng Hi Lạp có nghĩa là bị chia đôi, bị phân cắt, là thành viê

những số lượng khá lớn cao nấm men, dịch cà chua, dịch đường sữa hoặc thậm chí cả máu nữa

Điều ngạc nhiên là một số vi khuẩn lactic (và cả các vi khuẩn lên men khác) khi sinh trưởng trên môi trường dinh dưỡng chứa máu có thể tạo thành các xitocrom và thậm chí có thể tiến hành quá trình phosphorin hóa chuỗi hô hấp Vì vi khuẩn lactic thiếu năng lực tổng hợp các pocphirin nên khi các pocphirin được bổ sung vào môi trường thì một số

vi khuẩn lactic có thể tạo thành các sắc tố hem tương ứng

Vi khuẩn lactic được coi như những kẻ què quặt về trao đỗi chất Có thể rằng do hậu quả của sự chuyên hóa sinh trưởng trong sữa hoặc trên những môi trường giàu chất dinh dưỡng và chất sinh trưởng, chúng đã mất

đi khả năng tổng hợp nhiều chất trao đỗi Trong khi đó chúng lại có khả năng mà đa số các vi khuẩn khác không có, đó là khả năng sử dụng lactose

Khả năng này nhiều vi khuẩn đường ruột (ví dụ Escherichia coli)

cũng có Lactose không có mặt trong giới thực vật, nó được các động vật

có vú tạo thành và tiết ra cùng với sữa hoặc được hấp thu vào cùng với sữa Việc sử dụng được lactose cũng có thể được xem như một sự thích nghi với các điều kiện tồn tại trong đường ruột của động vật có vú Lactose là một đisaccarit, trước khi đi vào các con đường phân giải hexose

nó phải được phân cắt :

Lactose + H2O D-glucose + D-galactose β- Galactozidase Sau khi được phosphorin hóa galactose được chuyển thành glucosephosphate

Do có sự sản sinh một lượng lớn lactat nên môi trường dinh dưỡng cần phải được trung hòa Thường người ta dùng cacbonat canxi Trên một môi trường thạch dinh dưỡng có bổ sung cacbonat canxi có thể nhận ra sự tạo thành acid qua các vòng trong suốt bao quanh các khuẩn lạc

Nơi sống chủ yếu của các vi khuẩn lactic là sữa và những nơi sản xuất và chế biến sữa, thực vật nguyên vẹn hoặc đang tự phân hủy, cũng như đường ruột và niêm mạc của người và động vật Do tạo thành một lượng lớn lactat và do tính chịu chua mà dưới các điều kiện môi trường thích hợp các vi khuẩn lactic phát triển nhanh, vì vậy có thể dễ dàng phân lập các vi khuẩn lactic trên các môi trường dinh dưỡng chọn lọc

2 Lên men lactic đồng hình

Vi khuẩn lactic lên men đồng hình tạo thành toàn bộ hoặc gần như toàn bộ là lactat Chúng phân giải glucose qua con đường EM, chứa các enzyme cần thiết, kể cả alđolase và chuyển dihydro tách ra trong quá trình loại dihydro của glyceraldehyt-3-phosphate sang piruvat :

3 Lên men lactic dị hình

Vi khuẩn lên men lactic dị hình thiếu các enzyme chủ yếu của con đường EM là alđolase và triosephosphate-isemerase Đoạn phân giải glucose đầu tiên chỉ xảy ra qua con đường pentosephosphate, tức là qua glucose-6-phosphate, 6-phosphogluconat và ribulose-5-phosphate (hình) Chất này nhờ một epimerase được chuyển thành xilulose-5-phosphate và nhờ phosphoketolase được phân giải trong một phản ứng phụ thuộc taminpirophosphate làm xuất hiện glyceraldehyt-3-phosphate và acetilphosphate

Các tế bào Leuconostoc mesenteroides không sinh trưởng và được

rửa sạch đã lên men glucose thành lactat, ethanol và CO2 theo một tỉ lệ gần như tương đương:

toàn bộ acetilphosphate thành acetate, trong đó liên kết phosphate giàu năng lượng được chuyển sang ADP và được sử dụng dưới dạng ATP Dihydro thừa trong trường hợp này được truyền cho glucose làm xuất hiện manit Glyceraldehyt-3-phosphate được chuyển qua piruvat

thành lactat Ribose được L mesenteroides lên men thành lactat và

acetate

*Lên men lactic dị hình ở Bifidobacterium

Vi khuẩn lactic dị hình Bifidobacterium bifidum có dạng chữ V hay chữ Y (bifidus tiếng Hi Lạp có nghĩa là bị chia đôi, bị phân cắt), là thành

viên trong khu hệ đường ruột của trẻ sơ sinh, trước hết là các trẻ nuôi bằng sữa mẹ Vi khuẩn này cần N-acetilglucosemin chỉ có trong sữa người mà

không có trong sữa bò Các đại diện thuộc chi Bifidobacterium là những vi

khuẩn kị khí nghiêm ngặt, không chịu khí và cần một khí quyển chứa CO2(10% CO2) để sinh trưởng Bifidobacterium chuyển hóa glucose theo

phương trình :

2 C6H12O6 → 2 CH3 - CHOH - COOH + 3 CH3 - COOH

Bifidobacterium lên men glucose qua con đường phụ

phosphoketolase, không chứa aldolase cũng như dehydrogenase, song lại chứa các phosphoketolase hoạt động, phân giải fructose-6-phosphat và xilulose-6-phosphat thành acetilphosphate và eritro-4-phosphate hoặc glixeraldehyt-3-phosphate Hexose được chuyển hóa theo con đường sau đây :

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 8

Các quá trình lên men

I Con đường Embden-Meyerhof (EM) : Bước chuyển hóa

chung cho các quá trình lên men

Lên men là một quá trình oxi hóa-khử cân bằng nội sinh, trong đó

một số nguyên tử của nguồn năng lượng (chất cho điện tử) trở nên có tính khử hơn, trong khi một số nguyên tử khác trở nên oxi hóa hơn, còn năng

lượng thì được sinh ra nhờ sự phosphorin hóa cơ chất Con đường trao đồi

chất chung đối với sự lên men glucose là con đường đường phân, cũng còn được gọi là con đường Embden-Meyerhof Đường phân được chia thành ba bước chính, mỗi bước gồm một số phản ứng riêng biệt do enzyme xúc tác Bước một gồm các phản ứng chuẩn bị, không có các phản ứng oxi hóa và cũng không giải phóng năng lượng, song lại dẫn đến việc tạo ra hai phân tử trung gian quan trọng, glixeraldehit-3-phosphate (GAP) Trong bước hai, sự oxi hóa-khử xảy ra, năng lượng được dự trữ dưới dạng ATP và hai phân tử piruvat được tạo thành Trong bước ba, một phản ứng oxi hóa-khử thứ hai xảy ra và các sản phẩm lên men (chẳng hạn ethanol và

CO2, hoặc acid lactic), sẽ được tạo thành Trong sự tạo thành hai phân tử acid 1,3 điphosphoglixeric có hai phân tử NAD+ bị khử thành NADH Tuy nhiên, một tế bào chỉ chứa một lượng nhỏ NAD+, và nếu như toàn bộ NAD+ bị chuyển thành NADH thì phản ứng oxi hóa glucose sẽ bị đình chỉ; sự oxi hóa tiếp tục chỉ có thể xảy ra khi một phân tử NAD+ có mặt để tiếp nhận các điện tử vừa được giải phóng ra Sự "tắc đường" này có thể được khắc phục trong lên men bằng cách oxi hóa NADH trở lại thành NAD+ nhờ các phản ứng khử piruvat thành một trong hàng loạt các sản phẳm lên men khác nhau Trong trường hợp của nấm men, piruvat bị khử thành ethanol với sự giải phóng CO2 ở các vi khuẩn lactic, piruvat bị khử thành acid lactic

Nhiều con đường khử piruvat cũng gặp ở các vi sinh vật nhân sơ khác, song kết quả thật sự đều giống nhau, tức là NADH phải được hồi phục lại thành dạng oxi hóa, NAD+, để cho các phản ứng thu nhận năng lượng của lên men có thể tiếp tục Là một coenzyme dễ khuếch tán, NADH có thể tách khỏi GAP-dedihydrogenase, gắn vào một enzyme khác, (chẳng hạn lactat-dedihydrogenase, enzyme khử piruvat thành acid lactic), rồi lại lập tức khuếch tán trở lại sau khi NADH đã được oxi hóa thành NAD+ để lặp lại chu trình một lần nữa

Trong bất kỳ một phản ứng thu năng lượng nào, sự oxi hóa bao giờ cũng phải được cân bằng với sự khử và phải có một chất nhận nào đó đứng chờ sẵn để nhận một điện tử vừa được tách ra Trong trường hợp này, sự khử NAD+ tại một bước trong con đường đường phân sẽ được cân bằng bởi sự oxi hóa nó tại một bước khác (Các) sản phẫm cuối cùng cũng phải nằm trong trạng thái cân bằng oxi hóa-khử với cơ chất ban đầu, tức là glucose

Bảng 6.1: Các quá trình lên men phổ biến ở vi sinh vật

Lên men rượu Hexose → 2 Ethanol + 2 CO2 Nấm men

Zymomonas

Lên men lactic

đồng hình Hexose → 2 Lactat + 2 H + Streptococcus

Một số Lactobacillus

Lên men lactic dị

hình Hexose → Lactat + Ethanol +

Acid hỗn hợp Hexose → Ethanol +

2,3-Butandiol + Xucxinat + Lactat + Acetate + Focmat + H2 +

CO2

Các vi khuẩn đường ruột

Escherichia, Salmonella, Shigella, Klebsiella, Enterobacter

Acid butiric Hexose → Butirat + Acetate +

Caproat Ethanol + Acetate + CO2 →

Caproat + Butirat + H2

Clostridium kluyveri

Homoacetic Fructose → 3 Acetate + 3 H +

4 H2+ 2 CO2 + H + → Acetate + 2 H2O

Clostridium aceticum Acetobacterium

Sinh methane Acetate + H2O → CH4 +

HCO −3

Methanothrix Methanosarcina

II Tính đa dạng của lên men

Bảng 6.1 trình bày một số kiểu lên men chính được phân loại dựa trên các sản phẩm được tạo thành Đó là các quá trình lên men rượu, acid lactic, acid propionic, acid hỗn hợp, acid butiric và acid homoacetic Có

nhiều quá trình lên men được phân loại dựa trên cơ chất được lên men

thay vì các sản phẩm Chẳng hạn, nhiều vi khuẩn kị khí tạo thành bào tử

(chi Clostridium) lên men các amino acidvới sự sản sinh acetate, amoniac

và H2 Các loài Clostridium khác, như C acidiurici và C purinolyticum

lên men các purin như xantin hoặc ađenin với sự tạo thành acetate, focmat,

CO2, và amoniac Còn những bọn kị khí khác thì lên men các hợp chất

thơm Chẳng hạn, vi khuẩn Pelobacter acidigallici lên men hợp chất thơm

phloroglucinol (1,3,5-benzenetriol, C6H6O3) theo con đường sau :

Phloroglucinol (C6H6O3) +3 H2O → 3 acetate- + 3H+, ΔGo' = -142,5 kJ/phản ứng

Nhiều quá trình lên men không thông thường chỉ được thực hiện bởi một nhóm rất hạn chế các vi khuẩn kị khí, và trong một sồ trường hợp chỉ bởi một vi khuẩn duy nhất Một số ví dụ được nêu trên bảng 6.2 Nhiều trong số các vi khuẩn này có thể được xem như các chuyên gia về trao đổi chất vì chúng có khả năng phân giải một hoặc nhiều cơ chất mà các vi khuẩn khác không phân giải được

Bảng 6 2: Một số quá trình lên men không thông thường

Xitrat Xitrat + 2 H 2 O → Focmat + 2

Glioxilat 4 Glioxilat +3 H+ + 3 H 2 O → 6 Vi khuẩn gram âm chưa

CO2 + 5 H2 + Glicolat phân loại Xucxinat Xucxinat + H 2 O → Propionat +

HCO −3

Propionigenium modestum

Oxalat Oxalat + H 2 O → Focmat +

III Lên men không có sự phosphorin hóa cơ chất

Với một số cơ chất, năng lượng sinh ra không đủ để ghép đôi với sự tổng hợp ATP trực tiếp nhờ phosphorin hóa cơ chất, tuy nhiên các hợp chất này vẫn trợ giúp sinh trưởng lên men của một cơ thể nào đó Trong những trường hợp này sự phân giải cơ chất được gắn liền với những bơm ion được dùng để tạo nên một građien proton hoặc natri qua màng Ví dụ

về kiểu này có các quá trình lên men của Propionigenium modestum hoặc Oxalobacter formigenes, cả hai đều gắn sự lên men các acid đicacboxilic với các bơm ion sinh năng lượng liên kết với màng Propionigenium modestum thực hiện phản ứng sau đây :

Xucxinat2- + H2O → Propionat- + HCO3- , ΔGo' = -20,5 kJ/phản ứng Phương trình tổng thể này thu không đủ năng lượng tự do để ghép đôi với sự tổng hợp ATP trực tiếp nhờ phosphorin hóa cơ chất, tuy nhiên

nó lại được dùng làm phản ứng thu năng lượng duy nhất cho sinh trưởng của vi khuẩn Sở dĩ như vậy là vì sự loại CO2 khỏi xucxinat