Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật

Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật

QUÁ TRÌNH TRAO Đ I CH T VI SINH Ổ Ấ Ở

V T Ậ

KHÁI NI M C B N Ệ Ơ Ả

-Trao đ i ch t ổ ấ

Con đ ườ ng trao đ i ch t ổ ấ

Ti n t ề ố

Quá trình trao đ i ch t bao g m: trao đ i năng ổ ấ ồ ổ

l ượ ng

và trao đ i v t ch t xây d ng t bào ổ ậ ấ ự ế

•

•

D hóa (catabilism) ị

Đ ng hóa (anabolism) ồ

-V t ch t t bào ậ ấ ế

S n ph m trao đ i ch t (metabolite) ả ẩ ổ ấ

•

•

Ch t trao đ i b c 1 (primary metabolite): ấ ổ ậ

Ch t trao đ i b c 2 (secondary metabolite): ấ ổ ậ

QUÁ TRÌNH TRAO Đ I NĂNG L Ổ ƯỢ NG

Có 2 d ng trao đ i năng l ạ ổ ượ ng: hô h p và lên men ấ

HÔ H P (respiration): chu i hô h p tham gia vào Ấ ỗ ấ quá

trình t ng h p ATP ổ ợ

-Thành ph n c a chu i hô h p: ầ ủ ỗ ấ

•

•

•

•

Flavoprotein Protein Fe-S Ubiquinone (coenzyme Q) Cytochrome

43

- Phân lo i: có 2 ki u hô h p ạ ể ấ

•

•

Hô h p hi u khí (aerobic respiration) ấ ế

Hô h p k khí (anaerobic respiration) ấ ỵ

LÊN MEN (fermentation): chu i hô h p không tham ỗ ấ gia

vào quá trình t ng h p ATP ổ ợ

Phân lo i quá trình lên men ạ

- Lên men hi u khí: do vsv hi u khí gây ra (có s ế ế ự tham

gia c a oxy) ủ

- Lên men k khí: do vi sinh v t k khí hay k khí ỵ ậ ỵ ị tùy

ti n gây ra ệ

44

LÊN MEN K KHÍ Ỵ

1.

-Quá trình lên men r ượ u

B n ch t: là quá trình phân h y đ ả ấ ủ ườ ng thành r ượ u và

khí carbonic d ướ i tác d ng c a vsv ụ ủ

-Ph ươ ng trình ph n ng: ả ứ

H vsv: n m men (enzyme zimaza): ệ ấ S cerevisiae (16%

c n) và ồ S oviformis (19-22% c n), vi khu n, n m m cồ ẩ ấ ố

(mucor)

- Nguyên li u: đ ệ ườ ng lactose ch lên men đ ỉ ượ c d ướ i tác

d ng c a n m men ụ ủ ấ S lactis, đườ ng rafinose lên men đ ượ c 1/3, tinh b t và cellulose không th lên men đ ộ ể ượ c Ngoài

ra, nguyên li u s n xu t r ệ ả ấ ượ u c n th ồ ườ ng là: ngũ c c (lúa, ố ngô, khoai, s n, lúa mì, lúa m ch, cao l ắ ạ ươ ng) , r đ ỉ ườ ng

- Chú ý: n m men n i ( ấ ổ S cerevisiae), n m men chìm (ấ S carlsbergensis hay S uvarum) Theo Kreger-van-Rij,1984:

chìm + n i =ổ S cerevisiae

- Thành t u công ngh m i: n m men c đ nh ự ệ ớ ấ ố ị

(immobilized yeast cells)

2.

-Quá trình lên men lactic:

B n ch t: là quá trình chuy n hóa đ ả ấ ể ườ ng thành acid

lactic nh vsv Lên men lactic có 2 d ng: lên men đ ng ờ ạ ồ

hình và lên men d hình ị

45

-•

Ph ươ ng trình ph n ng: ả ứ

Ngoài s n ph m chính là acid lactic, chúng ta còn thu ả ẩ

đ ượ c các s n ph m ph nh : acid succinic, acid ả ẩ ụ ư lactic, acid

acetic, r ượ u etylic, khí CO 2 và H 2

- H vsv: vi khu n lactic (th ệ ẩ ườ ng có d ng hình c u, ạ ầ hình

ovan và hình que), kích th ướ c: 1-8μm, đ ng riêng r ứ ẽ

ho c ặ

k t thành chu i Vi khu n lên men lactic đ ng hình ế ỗ ẩ ồ

(S.

lactis, L bulgaricus…), vi khu n lactic lên men d hìnhẩ ị

(S.

L brevis, L lycopersici…)

- Nguyên li u: vi khu n lactic lên men đ ệ ẩ ượ c mono và

disaccharide (m t s không s d ng maltose); không ộ ố ử ụ lên

men đ ượ c tinh b t và các polysaccharide khác ộ 3

.

-Quá trình lên men propionic:

B n ch t: quá trình phân h y đ ả ấ ủ ườ ng, acid lactic,

mu i ố

lac tat

e thà

nh aci

d pr opi oni

c, C

O 2

và

H 2

O dư i

ớ tác dụ ng củ

a vsv

-Ph ươ

ng

trìn

h

ph

n

ả

n

ứ

g:

46

- H vsv: nh nhóm vk propionic ệ ờ

thu c gi ng Propionibacterium (tr c ộ ố ự khu n h i b u n cong, gram d ẩ ơ ị ố ươ ng).

- Nguyên li u: ngoài c ch t là ệ ơ ấ

đ ườ ng và acid lactic, nh ng vk ữ còn lên

Propionibacterium

men đ ượ c acid pyruvic, glycerine và m t s ch t ộ ố ấ khác.

Chúng phân h y aa, tách các acid béo ra thành d ng ủ ạ

t do ự làm cho th c ph m ôi và có v đ ng ự ẩ ị ắ

4

-Quá trình lên men butyric:

B n ch t: quá trình phân h y đ ả ấ ủ ườ ng thành acid

butyric, CO 2 và H 2 O d ướ i tác d ng c a vk butyric ụ ủ Trong

quá trình lên men còn xu t hi n t h p các s n ph m ấ ệ ổ ợ ả ẩ

ph : ụ acetone, r ượ u butylic, ethanol, acid acetic.

-Ph ươ ng trình ph n ng: ả ứ

H vsv: vk butylic thu c gi ng ệ ộ ố Clostridium (tr cự khu n ẩ

l n, chuy n đ ng, sinh bào t , k khí b t bu c) ớ ể ộ ử ỵ ắ ộ

- Nguyên li u: có th lên men các lo i đ ệ ể ạ ườ ng, tinh

b t, ộ

xtr

in,

pe

cti

n,

gly

cer

ine

và

các

mu

i

ố

lac

tat

e

…

*

Qu

á

trì

nh

lên

me

n

nà

y

đư

c

ợ

dù

ng

để

sả

n

xu

t

ấ

aci

d

bu

tyr

ic

t khoai tây, b t n u, bã tinh b t, đ ừ ộ ấ ộ ườ ng (ester

c a butyric là các ch t th m: ester metylic có mùi táo, ủ ấ ơ

47

ester etylic có mùi m n, ester amylic có mùi d a…) Các ậ ứ ester này dùng trong s n xu t bánh k o và m ph m ả ấ ẹ ỹ ẩ

5.

-Quá trình lên men acetone-butanol:

B n ch t: quá trình chuy n hóa đ ả ấ ể ườ ng thành các s n ả

ph m nh : acetone, butanol, ethanol, CO ẩ ư 2 và H 2 O; s n ả

ph m ph là acid butyric ẩ ụ

-Ph ươ ng trình ph n ng: ả ứ

H vsv: ệ Cl acetobutylicum (lên men đượ ấ ả c t t c

hydrate carbon, tr cellulose) Đ ừ ượ ứ c ng d ng trong s n ụ ả

xu t acetone và butanol ấ

LÊN MEN HI U KHÍ Ế 1.

-Lên men acetic

B n ch t: là quá trình oxy hóa r ả ấ ượ u ethylic thành acid

acetic do vsv

- Ph ươ ng trình ph n ả

ng:

ứ

48

- H vsv: gi ng ệ ố Acetobacter (hi n nay ngệ ườ i ta mô t ả

đ ượ c 20 loài thu c gi ng này): ộ ố A aceti, A xillinum …

Vk acetic có đ c đi m là d thay đ i hình d ng: đi u ặ ể ễ ổ ạ ở ề

ki n ệ bình th ườ ng có hình s i dài và k t thành màng trên ợ ế

b m t ề ặ

c ch t; đi u ki n b t l i thì l i phình to, ph ng ơ ấ ở ề ệ ấ ợ ạ ồ

…

- Nguyên li u: ph ệ ươ ng pháp th công ( ủ A orleanense)

VS quy mô công nghi p (ệ A schuzenbachii và A aceti).

2

-Lên men citric

B n ch t: là quá trình oxy hóa đ ả ấ ườ ng thành acid citric

d ướ i tác d ng c a vsv (th ụ ủ ườ ng là n m m c ấ ố A niger)

-Ph ươ ng trình ph n ng: ả ứ

H vsv: n m m c ệ ấ ố A niger

Nguyên li u: r đ ệ ỉ ườ ng (15%), b t s n đ ộ ắ ượ c đ ườ ng hóa

* Ph ươ ng pháp nuôi c y b m t VS ph ấ ề ặ ươ ng pháp nuôi c y ấ

b sâu ề 3

.

-Phân h y cellulose và pectin ủ

Là quá trình phân h y cellulose và pectin d ủ ướ i tác

d ng c a nh ng vsv có ho t tính enzyme pectinase và ụ ủ ữ ạ

cel lul ase (vd : nấ

m m c,

ố

vi kh uẩ n)

-u: quá

Ư

trình

khoáng hóa xác

th c v t ự ậ

Nh ượ c

đi m: ể

quá trình phá h y ủ

th t qu , ị ả

mô th c ự

v t ậ

ng

Ứ

d ng: ụ

49

-•

Phân h y lipid (ch t béo) và (fatty acid) acid béo ủ ấ

B n ch t: ả ấ

th y phân ch t béo thành glycerine và acid béo t do ủ ấ ự

(enzyme lipase từ Aspergillus và Penicillum); enzyme lipoxygenase xúc tác quá trình peroxide c a các acid ủ béo.

•

•

Glycerine: vsv chuy n hóa thành CO ể 2 và H 2 O Các peroxide: b oxy hóa thành các s n ph m trung ị ả ẩ

gian nh : oxide acid, aldehyde, cetone … cu i cùng b ư ố ị vsv

chuy n hóa thành CO ể 2 và H 2 O

50

QUÁ TRÌNH TRAO Đ I GLUCID Ổ

1 D HÓA GLUCID Ị

C ch t hexose ơ ấ

Con đ ườ ng đ ườ ng phân (Glycolytic pathway) / EMP (Embden-Meyerhof-Parnas)

51

- Trong đi u ki n có oxy: acid piruvic s đi vào chu trình ề ệ ẽ

Kreb (chu trình tricarboxylic, acid citric), s n ph mả ẩ

cu i ố cùng là H 2 O, CO 2 và ATP

- Trong đi u ki n không có oxy: x y ra qt lên men ề ệ ả

52

C ch t oligo-saccharide: đ ơ ấ ượ c th y phân đ t o thành ủ ể ạ hexose

- D ướ i tác d ng c a enzyme s t o thành các mono- ụ ủ ẽ ạ hexose Ví d : maltose (enzyme maltase), lactose (enzyme ụ lactase), saccharose (enzyme invertase), raffinose (enzyme invertase và melibiase) …

- Dùng enzyme th y phân thành các mono hexose, sau ủ

đó hexose s đi vào con đ ẽ ườ ng EMP

C ch t polisaccharide: đ ơ ấ ượ c th y phân đ t o thành ủ ể ạ các mono- và oligo- saccharide

- D ướ i tác d ng c a enzyme s t o thành các mono và ụ ủ ẽ ạ oligo Ví d : tinh b t (enzyme amylase), hemicellulose ụ ộ

(enzyme hemicellulase), cellulose (enzyme cellulase),

pectine (enzyme pectinase), inuline (inulase)…

2 Đ NG HÓA GLUCID Ồ

-T ng h p glycogen t glucose (n m men) ổ ợ ừ ấ

T ng h p levan, dextran, cellulose ổ ợ

QUÁ TRÌNH TRAO Đ I PROTEIN Ổ

1 D HÓA PROTEIN Ị

- Các ph n ng th y phân protein b i h enzyme ả ứ ủ ở ệ

protease Vd: h enzyme trong ru t cá ệ ộ

53

ng d ng: s n xu t n c ch m lên men (n c m m, n c

t ươ ng), chao, phô mai

2 Đ NG HÓA PROTEIN Ồ

Nguyên t c: ph n ng trao đ i amin và deamin hóa ắ ả ứ ổ

ng d ng: s n xu t sinh kh i giàu protein làm th c ăn gia

súc

QUÁ TRÌNH TRAO Đ I LIPID Ổ

1 D HÓA LIPID Ị

- Các ph n ng th y phân lipid b i h enzyme lipase ả ứ ủ ở ệ

thành glycerine và acid béo

- Ph n ng chuy n hóa acid béo thành ATP (chu trình ả ứ ể

Kreb)

2 Đ NG HÓA LIPID Ồ

- T ng h p triglyceride t glycerine và acid béo ổ ợ ừ

ng d ng: s n xu t acid béo (DHA)

54