tiểu luận vi sinh vật học thực phẩm các quá trình lên men thông thường

Cơ chế của quá trình lên men focmic ở vi khuân E.coli được giải thích như sau: Axit piruvic sinh ra trong quá trình đường phân một phần được khử thành axit lactic nhờ men lactadehidroge

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Lân Dũng-Nguyễn Đình Quyến-Phạm Văn Ty,Vi sinh vật học, NXB Giáo

dục, 2007

[2] Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ vi sinh vật, tập 2, Vi sinh vật công nghiệp, NXB

Đại học quốc gia TP.HCM, 2000

[3] Trần Quốc Huy, Vi sinh vật thực phẩm, Trường DHCNTP, 2012

[4]

http://thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh-hoc/sinh-li-hoc-thuc-vat/3040-ho-hap-ki-khi-len-men.html

[5] http://www.scribd/doc/65226543/CAC-QUA-TRINH-LEN-MEN

[6] http://www.sinhocvietnam.net/forum/shwthread.php?t=512

Sự khử axit lactic hoặc piruvat thành axit propionic xảy ra theo một con đường

không thông thường Với sự tham gia của một phức hệ biotin – CO2 trước hết piruvat

được khử CO2 thành oxalaxetat ( chuyển hóa cacboxyl hóa), sau đó qua malat và

fumarat mà bị khử thành xucxinat Xucxinat được chuyển thành xucxinyl – CoA theo

con đường thông thường với sự tham gia của ATP và Coenzim A và sau đó nhờ men

metylmalonyl mutaza với sự tham gia của coenzyme B12 mà tạo thành metinmalonyl

– CoA Chất này sau đó bị khử CO2 và propionyl CoA được phân giải thành

propionate và CoA Nhờ men CoA – transferaza, CoA lại được chuyển cho xucxinat

Sự phân giải CO2 xảy ra trên transcacboxylaza chứa biotin, enzim này sau đó lại tham

gia vào phản ứng cacboxyl hóa piruvat

được tách ra từ quá trình phân giải, piruvat được cố định lại và trở thành chất nhận

hidro

Vi khuẩn ưa ẩm C.aceti có khả năng tổng hợp axetat từ CO2 và hidro phân tử:

4H 2 + 2CO 2 →CH 3 COOH + 2H 2 O

Cơ chế của quá trình chuyển hóa CO2 thành axetic

7 Lên men propionic

Axít propionic là sản phẩm lên men của một chi vi khuẩn có tên gọi

Propionicbacterium Quá trình lên men propionic có vai tro quan trọng trong quá trình

chế tạo phomat

Vi khuẩn propionic thu nhận năng lượng nhờ lên men Chúng có thể dùng các

cơ chất nhưn glucozo, saccarozo, lactozo, các

pentozo, axit lactic, axit malic, glixerin, và các hợp

chất khác làm cho cơ chất phân giải và lên men Các

đường hecozo được chúng phân giải theo con đường

EMP

Sự tạo thành axit pr từ axit lactic diễn ra theo phương trình tổng quát sau đây:

Trong sơ đồ nói trên CoB12 là coenzyme B12, còn ATHF là axit tetrahidrofolic

6 Lên men axetat

Một số Clotridium (như C acetium, thermoaceium, C acidi –urici, C

cylindrosporum…)có khả năng chuyển hidro của cơ chất không những đến các chất

nhận hidro hữu cơ mà đến cả CO2 và làm tạo thành axit axetic Quá trình lên men kị

khí này được gọi là quá trình lên men axetat Khác với quá trình tạo thành giấm, chất

nhận hidro khi lên men axetat là CO2 còn khi tạo thành giấm là oxi phân tử

Vi khuẩn ưa nhiệt C thermoacertium và vi khuẩn ưa ẩm C acetium có khả

năng lên men đường chủ yếu theo hướng tạo thành axit axetic

Cơ chế giả thuyết của quá trình chuyển hóa CO2 thành axit axetix ở vi khuẩn C

thermoacetium như sau:

Trong sơ đồ nói trên ta thấy rõ ràng quá trình lên men axetat này có liên quan

đến sự tham gia của axit tetrahidrofolic (ATHF) và sự tham gia của vitamin B12.CO2

tạo thành một số sản phẩm nói trên có khả năng sản sinh ra axetoin Chất này sau khi

được hình thành sẽ tiếp tục bị khử thành 2.3 butadion hoặc bị oxi hóa thành diaxety

5 Lên men metan

Vi khuẩn sinh metan cũng là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc Chúng chuyển

hóa rượu và axit hữu cơ thành CH4, CO2 và có thể còn sinh ra một số axit hữu cơ được

oxi hóa triệt để

Metan có thể được sinh ra do quá trình khử CO2 dưới tác dụng của chủng

Methanobacterium M.O.H Quá trình lên men này rất đơn giản, chất cho hidro ở đây là

hidro phân tử:

CO 2 + 4H 2 -> CH 4 + 2H 2 O

Ở đây, nguồn cacbon để tạo thành CH4 có thể là CO2 focmiat, metanol nhóm

metyl của axetat, nguyên tử β-cacbon của xerin và meticohalamin Quá trình fomiat

xảy ra với sự tham gia của ATHF Cacbon sau khi khử thành nhóm metyl sẽ được

chuyển tới B12-coenzim và sau đó có sự tham gia của ATP sẽ tiếp tục được khử thành

metan

Vi khuẩn sinh metan được chứng minh là loại vi sinh vật có khả năng sinh tổng

hợp mạnh mẽ vitamin B12 Sơ đồ giả thuyết về sự hình thành CH4 từ CO2 hoặc axetat

ở vi khuẩn sinh metan có thể được trình bày như sau:

hidrogenliaza:

HCOOH→ H 2 +CO 2

Sản phẩm của quá trình lên men focmic bao gồm rất nhiều loại khác nhau: axit

focmic, axit acetic, axit xucxinic, axit lactic, etanol, glixerin, axetoin (axetyl

metylcacbinol) 2,3 – butadiol, CO2 và H2 Tùy từng loại vi khuẩn đường ruột mà các

sản phẩm lên men có thể khác nhau rất nhiều

Cơ chế của quá trình lên men focmic ở vi khuân E.coli được giải thích như sau:

Axit piruvic sinh ra trong quá trình đường phân một phần được khử thành axit

lactic nhờ men lactadehidrogenaza, còn một phần được chuyển hóa thành

axetylphotphat (hay axetyl CoA) và axit focmic theo phản ứng sau đây:

CH 3 COCOOH + H 3 PO 4 ←→ CH 3 COOPO 3 2 - + HCOOH

Các cofactor của phản ứng này là TTP ( tiaminpirophotphat) và CoA CO2 và

H2 được sinh ra trong quá trình phân giải focmic Axetylphotphat một phần tiếp tục

được phân giải thành etanol, còn một phần được phân giải thành axit axetic Axit

xuxinic cũng được sinh ra do sự oxi hóa axetyl CoA theo chu trình ATC

Enterobacter, Serralia và một số loài trong chi bacillus khi lên men focmic ngoài sự

do sự trùng hợp 2 phân tử acetic CoA với sự tham gia của ezim tiolaza Acetoacetyl

CoA sẽ bị khử thành β – oxbutyl – CoA dưới tác dụng của men butylryl – CoA –

dehidrogenaza (men flavin), tiếp đó chuyển hóa thành axit butiric

Quá trình lên men aceton – butilic được thực hiện bởi vi khuẩn C

acetobutylicum Khi lên men glucose đầu tiên sẽ làm

sinh ra axit butiric Nhưng sau đó cùng với việc axit hóa môi trường sẽ bắt đầu xảy ra việc tổng hợp một

số enzim (trong đó có cả enzim acetoacetatdecacboxilaza) Dưới tác dụng của các enzim này, aceton và butanol sẽ được tích lũy lại trong môi trường

Phương trình chung của quá trình lên men này là:

12C 3 H 12 O 6 →CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH + 4CH 3 COCH 3 + CH 3 CH 2 OH +

CH 3 CH 2 CH 2 COOH +18H 2 + 28CO 2 + 2H 2 O + Q

Quá trình lên men butiric và lên men axeton – butiric từ lâu đã được ứng dụng

rộng rãi trong công nghiệp Axit butiric sử dụng trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo,

nước giải khát, chất thơm, công nghiệp thuộc da Axeton là dung môi quan trọng

được sử dụng nhiều trong các ngành sàn xuất thuốc nổ, chất dẻo, tinh luyện dầu hỏa,

chiết rút dầu thực vật, xử lý phim ảnh, chế tạo chất thơm

4 Lên men focmic

Một số loại vi khuẩn, nhất là các vi khuẩn thuộc họ trực khuẩn đường ruột

(Enterobacteriaceae) có khả năng lên men đường tạo

thành axit focmic (HCOOH) & một số sản phẩm khác

Quá trình lên men này gọi là quá trình lên men focmic

Axit focmic sau khi sinh ra sẽ tích lũy lại trong

môi trường hoặc chuyển hóa thành H2 và CO2 (nếu môi

trường có phản ứng axit) dưới tác dụng của men focmiat

Cơ chế của sự hình thành các sản phẩm lên men (như axit butiric, axit axetic,

etanol, butanol, axeton và izopropanol) ở một số loài Clostridium có thể trình bày bằng

sơ đồ sau đây:

Clostridium sẽ phân giải glucose theo con đường EMP Hidrogen được giải

phóng ra trong quá trình khử hidro của trizophotphat sẽ

được chuyển đến cho các axit hữu cơ được tổng hợp ra

từ axit pyruvit hoặc acetyl – CoA Ở C butyricum quá

trình phân giải glucose đi liền với sự tạo thành axit

butiric, axit acetic, CO2 và H2 Axit butiric được sinh ra

photphat gluconat và ribulose – 5 - photphat chuyển thành xilulose – 5 – photphat,

hợp chất này tiếp tục biến đổi thành photphoglyceradehyde và acetyphotphat dưới tác

dụng của enzym pentozophotpho xenlolase Những vi khuẩn dị hình, hình thành Axit

Acetic kèm theo sự tổng hợp ATP.Acetylphotphat được khử thành etanol thông qua

acetydehyt photphoglyceraldehyde thông qua axit pynivic mà tạo thành axit lactic

3 Lên men butiric và lên men axeton – butanol

Axit butiric, butanol, axeton, izopropanol và một số loại rượu, axit hữu cơ khác

là sản phẩm của quá trình lên men hidratcacbon thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn kí

khí sinh bào tử thuộc chi Clostridium Quá trình lên men tạo axit butiric và một số sản

phẩm khác được gọi là quá trình lên men butiric

 Lên men đồng hình thực tế chỉ xuất hiện axit lactic có ý nghĩa về mặt công

nghiệp Vi sinh vật tham gia là streptococcus và một số lactobacillus

Cơ chế phản ứng:

Hexozo → A.lactic

Đây là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện kị khí của quần

thể sinh vật hoại sinh và tạo thành khí sinh học chủ yếu là: metan sau đó là

cacbonic.sản phẩm sinh ra là Axit Lactic.Các vi khuẩn Lactic đồng hình phân giải

gluco theo con đường EMP chứa các enzyme cần thiết cho sự phân gải, kể cả enzyme

andolase Hydro xuất hiện trong phản ứng sẽ đường chuyển cho piruvat Chỉ có một

phần nhỏ piruvat được decacboxyl hóa và chuyển thành các sản phẩm phụ Mức độ tạo

thành phụ thuộc vào sự có mặt của oxy

 Lên men dị hình các sản phẩm cuối cùng khá đa dạng axit lactic, etanol, axit

acetic, CO2 Vi sinh vật tham gia là leuconostoc và một số latobacillu

Cơ chế phản ứng:

Đây là quá trình lên men trong đó ngoài Axit lactic còn tọa ra một lượng đáng

kể các sản phẩm phụ như: axit Axetric, Etanol, cacbonic Các vi khuẩn Lactic dị hình

không có các enzim cơ bản của con đường EMP đó là adolase và

Trioxophosphatizomeraza Lúc đầu phân giải đường glucose ở những vi khuẩn này bắt

đầu từ con đường pentozophotphat, tức là thông qua glucose – 6 photphat, 6 –

1.4 Công nghệ sản xuất etanol từ các nguồn cơ chất khác

Etanol có thể được sản xuất từ các nguyên liệu chứa đường (mía, củ cỉa đường,

rỉ đường, rỉ đường, nhũ thanh lactoserum, dịch kiềm sunphit – wase sulgite liquors,

nước thải công nghiệp thực phẩm…), từ các nguyên liệu chứa tinh bột (đường hóa

bằng enzim hay thủy phân bằng axit), từ các nguyên liệu chứa xenlulozo (thủy phân

bằng enzim hay bằng axit)

2 Lên men lactic

Lên men lactic là quá trình chụyển hóa kị khí đường với sự tích lũy axit lactic

trong môi trường Được ứng dụng rất rộng rãi như muối chua rau quả, ủ chua thức ăn

gia súc (làm chín sinh học các loạiquả), sản xuất sữa chua (yaourt),sản xuất axit

lactic…

Vi khuẩn lactic

Nhóm vi khuẩn lactic rất đa dạng gồm nhiều giống rất khác nhau, tế bào của

chúng có thề là hình cầu, hình que, phân biệt chúng về khả năng lên men đồng hình

hay dị hình

Với phương pháp kiềm hóa, tỉ lệ giữa glixerin và axit axetic sinh ra trong thực

tế có thể đạt đến 2,90 : 1 – 3,12 : 1 Loại men rượu thường được dùng đề sản xuất

glixerin theo phương pháp này là S ellipsoideus var Steinberg và S ellipcoiveus var

californi

1.3 Lên men etilic nhờ vi khuẩn

Trong các vi huẩn lên men rượu, chỉ có Sarcira ventriculi người ta mới tìm thấy

con đường tạo thành etanol theo kiểu của nấm men (EMP, piruvatdecacboxylaza) Ở

Zygomonas mobilis, glucozo được phân giải theo con đường KDPG Piruvat được tạo

thành, sau đó sẽ được enzin piruvat – decacboxylaza phân giải thành exetaldehit và

CO2 Bên cạnh một lượng nhỏ axit lactic, còn lại etanol và CO2 là những sản phẩm

duy nhất

Trong các quá trình lên men của một số vi khuẩn đường ruột và Clostridium,

etanol được hình thành như một sản phẩm phụ của lên men Song tiền chất của etanol,

tức là axetaldehit, không giải phóng trực tiếp từ piruvat nhờ piruvat-decaboxylaza mà

nhờ phản ứng khử axetyl photphat

Ở các vi khuẩn lactic dị hình (như ở Leuconostoc mesenteroides) etanol lại

được tạo thành một con đường hoàn toàn khác

Trong những năm gần đây người ta đặc biệt chú ý đến quá trình lên men etilic

nhờ loài vi khuẩn Zymomonas mobilis Đây là loại vi khuẩn hình que, kích thước 1,4 –

2,0 x 4,0 – 5,0 µm, thường xếp thành đôi, đôi khi xếp thành hình chuỗi ngắn Để sinh

trưởng chúng đòi hỏi phải được cung cấp một loại vitamin duy nhất là axit

pantotenic.Khi lên men 1 phân tử glucozo

chúng có thể làm sinh ra 1,6 phân tử etanol và

1,8 phân tử CO2.Nhiều nước đã nghiên cứu sử

dụng vi khuẩn Zymomonas mobilis để sản xuất

etanol theo phương pháp lên men liên tục hoặc

theo phương pháp sử dụng tế bào bất động hóa

Có trường hợp sản lượng etanol đạt tới 178g/l

Rượu vang: là nước ép nho lên men và thu được trong quá trình chưng cất Có

rất nhiều loại rượu vang và tùy từng loại mà pha chế

1.2 Sự tạo thành glixerin trong lên men rượu

Có thể sử dụng quá trình lên men etilic để sản xuất glixerin Người ta đã phát

hiện thấy trong điều kiện môi trường kiềm (pH khoảng 8,0) lượng glixerin sinh ra sẽ

tăng lên rất nhiều và trở thành một trong những sản phẩm chủ yếu

Phương trình chung như sau

2C 6 H 12 O 6 + H 2 O = CH 3 COOH + CH 3 CH 2 OH + 2CH 2 OHCHOHCH 2 OH + 2CO 2

Lượng glixirin càng sinh ra nhiều hơn nếu quá trình lên men xảy ra với sự có

mặt cùa Na2SO3 Trong trường hợp này axetaldehit sẽ liên kết với sunphit và do đó sẽ

không bị khử để tạo thành etanol Sản phẩm lên men chỉ là glixerin, CO2 và

axetalsunphonat natri (CH3CHOHSO3Na)

Trong công nghiệp cồn, bia, rượu, các loại nước uống có rượu người ta thường

sử dụng các loài nấm men:

 Saccharomyces cerevisiae

 Saccharomyces uvarum (Saccharomyces carlsbergensis)

 Schizosaccharomyces pombe

 Kluyveromyces

Tùy theo nguyên liệu và quy trình lên men, quy trình tinh chế (cất hay không

cất, pha hay không pha) mà người ta còn làm ra rất nhiều loại đồ uống khác nhau có

chứa rượu etilic

 Một số ví dụ

Bia (beer): sản xuất từ mầm đại mạch ở các nhiệt độ và thời gian thích hợp (30

phút ở 400Cvà 30 phút ở 700C) và pH = 5,1 – 5,2,chuyển hóa tinh bột và protein thành

đường, thành axit amin Còn phải sử dụng thêm hoa bia với số lượng 0,3 – 0,5% rồi

đun sôi 30 – 60 phút Hoa bia có vai trò kết tủa protein dư thừa trong bia, làm ức chế

sự phát triển của các tạp khuẩn G+, làm tăng quá trình tạo bọt, và nhất là tạo ra vị đắng

và hương thơm đặc trưng của bia Sau khi loại bỏ hết bã bia người ta cấy men bia

(Saccharomyces cerevisiae, các chủng chuyên dụng) và lên men ở nhiệt độ thấp (3 –

150C) trong 8 – 12 ngày Lượng etanol được tạo thành trong khoảng 3,6 – 5,2% Sau

đó chuyển qua giai đoạn lên men phụ thuộc nhiệt độ xấp xỉ 00C trước khi được lọc và

đóng vào các bom (bia tươi) hoặc đóng chai Bia tươi là loại dùng ngay không khử

trùng còn bia chai là loại được khử trùng ở 55 – 600C trong 15 – 30 phút

Rượu etilic là loại sản phẩm lên men đường khá phổ biến của nhiều nhóm vi

sinh vật Song tác nhân lên men rượu chủ yếu là các nấm men, đặc biệt là các nòi

Saccharomyces cerevisiae Nhiều loại vi khuẩn kị khí và hiếu khí tùy tiện (hiếu khí

không bắt buộc) cũng có khả năng tạo thành rượu như là một sản phẩm chủ yếu hoặc

sản phẩm phụ của quá trình lên men các hexozo hay pentozo

Cơ chế phản ứng:

1.1 Lên men etilic nhờ nấm men

Quá trình lên men etilic nhờ nấm men là cơ sở của việc chế tạo các loại rượu,

bia, cồn, và glixirin Quá trình này còn được ứng dụng trong việc làm bột nở bột mì và

chế tạo một số loại nước giải khát

Trong quá trình này đường sẽ được chuyển hóa thành axit piruvic theo chu trình

EMP Ở giai đoạn chuyển hóa từ glixeraldehit-3

photphat đến axit 1,3-diphotphoglixeric sẽ có 3

hidro được tách ra để gắn với NAD+ tạo thành

NADH2 Hidro này về sau sẽ được sử dụng để

khử axetaldehit (sinh ra từ axit piruvic) tạo thành

rược etilic