Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 4 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN: VI SINH VẬT HỌC THỰC PHẨM  ĐỀ TÀI: VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VÀ PROTEIN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT TP.HỒ CHÍ MINH - 2012 Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 5 CHƯƠNG 1. VAI TRÒ CỦA GLUCIDE TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 1.1. Định nghĩa Glucide Glucide (carbonhydrate) là một nhóm các chất hữu cơ phổ biến trong cơ thể động thực vật và vi sinh vật. Trong đó glucide có nhiều nhất là trong thực vật, chiếm khoảng 80% khối lượng khô của thực vật. Glucide có bản chất hóa học là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy ketone. Đa số các glucide có công thức tổng quát là (C m (H 2 O) n ). Ngoài ra còn có một số loại glucide đặc biệt, trong cấu trúc của chúng ngoài C, H, O còn có thêm S, N, P. Glucide được chia làm ba nhóm chính: monosaccharide, oligosaccharide, polysaccharide. - Monosaccharide (đường đơn), có chứa 1 đơn vị carbonhydrate C 6 H 12 O 6 , thường gặp là glucose, fructose và galactose. - Oligosaccharide có chứa ít hơn 10 đơn vị carbonhydrat, thường gặp nhất là các chất như sau:  Các disaccharide (đường đôi) là saccharose (sucrose), maltose, lactose  Trisaccharide là raffinose,  Tetrasaccharide là stachyose, - Polysaccharide chứa n monosaccharide. Các polysaccharide khó hòa tan trong nước hơn là các mono – và các oligosaccharide. Thường gặp nhất là tinh bột, cellulose và pectin. Glucide có vai trò rất quan trọng trong cơ thể sống. Glucide có vai trò như sau: - Tham gia mọi hoạt động của tế bào. Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 6 - Là nguồn chất dinh dưỡng dự trữ để huy động, cung cấp chủ yếu các chất trao đổi đổi trung gian và năng lượng cho tế bào. - Tham gia vào cấu trúc của thành tế bào thực vật vi khuẩn: hình thành bộ khung (vỏ) của nhóm động vật có chân khớp. - Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: DNA, RNA, 1.2. Các quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật Trao đổi chất là quá trình gồm các phản ứng hóa học do tế bào thực hiện và gồm hai loại: các phản ứng giải phóng năng lượng và các phản ứng thu năng lượng. Năng lượng tế bào sử dụng đi theo hai hướng chính: hướng tổng hợp các chất xây dựng vật chất cấu trúc tế bào (vỏ nhầy, tiên mao, vách, màng, bào quan, nhân ) và hướng cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống (di động, bài tiết, tiếp hợp, ). Các quá trình trao đổi chất được chia làm hai nhóm lớn: - Quá trình dị hóa (catabolism) nhằm phân hủy các phân tử hữu cơ phúc tạp để thu nhận năng lượng dưới dạng ATP và lực khử. - Quá trình đồng hóa (anabolism) sử dụng năng lượng và lực khử để xây dựng các phân tử hữu cơ phức tạp, đặc thù và cần thiết. Một trong các con đường trao đổi chất quan trọng là đường phân (glycolysis), con đường này không cần oxy. Mỗi phân tử glucose trải qua con đường này sẽ tạo thành bốn phân tử ATP và đây là phương thức thu nhận năng lượng chính của các vi khuẩn kị khí. Đối với các vi sinh vật hiếu khí, các phân tử pyruvat, sản phẩm của đường phân, sẽ tham gia vào chu trình Krebs (hay còn gọi là chu trình TCA) để phân hủy hoàn toàn thành CO 2 và H 2 O, đồng thời thu nhận thêm nhiều ATP. Ở sinh vật Eukaryote, chu trình TCA tiến hành trong ti thể trong khi sinh vật prokaryote lại tiến hành ở ngay tế bào chất liên kết với màng tế bào. Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 7 1.2.1. Sự phân giải glucide Nguyên liệu glucide trong thực phẩm ở dạng tinh bột hoặc các loại đường trong đó các loại đường thường dễ được vi sinh vật sử dụng nhất. Glucose là loại đường đơn cấu thành tinh bột, rất phổ biến trong tự nhiên. Các vi sinh vật khác nhau thì có những con đường chuyển hóa glucose khác nhau, có khi hoạt động cùng lúc. Ở vi khuẩn nhân thật hầu hết glucose đều được chuyển hóa thông qua con đường đường phân (glycolysis). Sản phẩm của con đường đường phân là pyruvat. Pyruvate tiếp tục được chuyển hóa tùy thuộc vào hệ enzyme của vi sinh vật. Nếu vi sinh vật hoạt động trong điều kiện hiếu khí thì pyruvate sẽ bị oxi hóa hoàn toàn theo chu trình TCA thành CO 2 và H 2 O. Nếu vi sinh vật hoạt động trong điều kiện kị khí thì pyruvate sẽ được chuyển hóa theo con đường lên men và tùy thuộc vào hệ enzyme từng loài mà có các sản phẩm lên men khác nhau. 1.2.2. Các con đường phân giải glucide ở vi sinh vật Sự phân cắt glucose bao gồm các giai đoạn: hầu hết các vi sinh vật phân cắt glucose theo con đường glycolysis tùy thuộc vào từng loại vi sinh vật và điều kiện sống mà có thể glucose theo con đường pentose – phosphate hoặc con đường ED (KDPG), vận chuyển pyruvat đến acetyl – CoA, chu trình Krebs, và chuỗi chuyền điện tử. 1.2.2.1. Con đường đường phân (con đường Embden – Meyerhof – Parnas pathway) Đây là con đường phổ biến nhất dùng phân giải glucose thành pyruvate trong giai đoạn hai của dị hóa. Đường phân gặp ở tất cả các nhóm chủ yếu của vi sinh vật và hoạt động trong sự có mặt cũng như vắng mặt của oxy. Quá trình này diễn ra trong phần nền tế bào chất của cơ thể nhận nguyên thủy và nhân thật. Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 8 Đường phân có thể được chia thành hai phần. Trong chặng mở đầu 6-carbon glucose được phosphoryl hóa hai lần, cuối cùng được chuyển thành fructose – 1,6 – biophosphate. Các đường khác thường nhập vào con đường đường phân thông qua việc chuyển hóa thành gluco – 6 – phosphate hoặc fructo– 6 – phosphate. Chặng mở đầu này không sinh năng lượng, trái lại phải tiêu thụ hai phân tử ATP cho một phân tử glucose. Tuy nhiên, nhờ việc gắn phosphate vào mỗi đầu của đường mà các phosphate này sẽ được dùng để tạo ATP. Chặng 3 – carbon của đường phân bắt đầu khi enzyme fructo – 1,6 – bisphosphate aldolase xúc tác phân giải fructo– 1,6 – bisphosphate thành hai nửa, mỗi nửa đều chứa nhóm phosphate. Một trong các sản phẩm là glyceraldehyde-3-phosphate được chuyển trực tiếp thành pyruvate trong quá trình gồm năm bước. Sản phẩm thứ hai là dihydroxyacetone-phosphate có thể dễ dàng chuyển thành glyceraldehyde-3- phosphate, do đó cả hai nữa của fructo-1,6-bisphosphate đều được sử dụng trong chặng 3-carbon. Trước hết, glyceraldehyde-3-phosphate bị oxi hóa nhờ AD + là chất nhận electron, đồng thời một nhóm phosphate được gắn vào để tạo thành 1,3-bisphosphate glycerate là một phân tử cao năng. Sau đó phosphate cao năng ở carbon 1 được chuyển cho ADP và xuất hiện ATP. Việc tổng hợp ATP nói trên được gọi là phosphoryl hóa ở mức độ cơ chất vì quá trình phosphoryl hóa ADP liên kết với sự phân giải ngoại năng của một phân tử cơ chất cao năng. Một quá trình tương tự tạo thành một phân tử ATP thứ hai cũng nhờ phosphoryl hóa ở mức độ cơ chất. Nhóm phosphate trên 3-phosphorusglycerate được chuyển sang carbon 2 và 2-phosphorusglycerate bị loại nước để tạo thành một phân tử cao năng thứ hai là phosphorusenol pyruvate. Phân tử này chuyển nhóm phosphate sang ADP tạo thành một ATP thứ hai và pyruvate là sản phẩm cuối cùng của con đường đường phân. Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 9 Hình 1.1. Con đường đường phân (glycolysis/EMP) Con đường đường phân phân giải một glucose thành hai pyruvate qua chuỗi phản ứng mô tả trên. ATP và NADH cũng được tạo thành. Sản lượng của ATP và NADH có thể tính được khi xem xét hai chặng riêng rẽ. Trong chặng 6-carbon hai ATP được dùng để tạo thành fructo-1,6-bisphosphate. Vì 2 glyceraldehyde-3-phosphate xuất hiện từ một glucose (1 từ dihydroxyacetone-phosphate) chặng 3-carbon tạo thành 4 ATP và 2 NADH từ 1 glucose. Nếu trừ ATP dùng trong chặng 6-carbon ta sẽ được sản Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 10 lượng thực là 2 ATP/glucose. Do đó sự phân giải glucose thành pyruvate trong đường phân có thể được biểu thị trong phương trình đơn giản sau: Glucose 2 2 2 2 2 2 2 ADP Pi NAD Pyruvate ATP NADH H          1.2.2.2. Con đường pentose-phosphate (con đường hexo – monophosphate) Con đường này có thể được dùng đồng thời với con đường đường phân và con đường Entner -Doudoroff, diễn ra trong điều kiện hiếu khí cũng như kị khí và có vai trò quan trọng trong sinh tổng hợp cũng như phân giải. Con đường pentose-phosphate bắt đầu với việc oxy hóa gluco-6-phosphate thành 6-phosphorus-gluconat, tiếp theo là oxy hóa 6-phosphorusgluconat thành ribulo- 5-phosphate và CO 2 . (Hình 1.2) NADPH được tạo thành trong các phản ứng oxy hóa nói trên. Sau đó ribulo-5- phosphate được chuyển thành một hỗn hợp gồm các đường phosphate 3 đến 7-carbon. Hai enzyme đặc trưng của con đường đóng vai trò trung tâm trong những sự chuyển hóa này là: 1) Transketolase xúc tác chuyển nhóm ketol 2-carbon. 2) Transaldolase xúc tác chuyển nhóm 3-carbon từ sedoheptulo – 7 – phosphate với glyceraldehyde-3-phosphate (Hình 1.3). Kết quả chung là 3 gluco-6-phosphat được chuyển thành 2 fructo-6-phosphate, glyceraldehyde-3-phosphate và ba phân tử CO 2 theo phương trình sau: 3 gluco-6-phosphate + 2 2 6 3 2 6 3 3 6 6 NADP H O fructose phosphate glyceraldehyde pho sphate CO NADPH H              Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 11 Các chất trung gian nói trên được sử dụng trong hai con đường. Fructo-6- phosphate có thể được chuyển trở lại thành gluco-6-phosphat, còn glyceraldehyde-3- phosphate cũng có thể trở lại con đường pentose-phosphate qua việc tạo thành gluco-6- phosphat. Điều này dẫn đến sự phân giải hoàn toàn gluco-6-phosphat thành CO 2 và tạo thành một lượng lớn NADPH: Glucose-6-phosphate 2 2 12 7 6 12 12 NADP H O CO NADPH H Pi         Con đường pentose-phosphate có một số chức năng dị hóa và đồng hóa, chẳng hạn: 1. NADPH từ con đường pentose-phosphate được dùng làm nguồn electron trong việc khử các phân tử trong sinh tổng hợp. 2. Con đường tổng hợp các đường 4-carbon và 5-carbon dùng vào một số mục đích. Đường 4-carbon erytro-4-phosphate được dùng để tổng hợp các acid amin thơm và vitamin B6 (piridoxal). Ribo-5-phosphate là thành phần chủ yếu của các acid nucleic và ribulo-1,5-diphosphate là chất nhận CO 2 đầu tiên trong quang hợp. Tuy nhiên, khi một vi sinh vật đang sinh trưởng trên một nguồn carbon là pentose, con đường cũng có thể cung cấp carbon cho việc tổng hợp hexose (glucose cần cho việc tổng hợp peptidoglican). Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 12 Hình 1.2. Con đường pentose – phosphate Ở đây , 3 phân tử glucose -6- phosphate được chuyển hóa thành 2 fructo -6- phosphate và glyceraldehyde-3-phosphate. Fructo -6- phosphate được chuyển hóa trở lại thành glucose -6- phosphate. Glyceraldehyde-3-phosphate có thể được chuyển thành Pyruvate hay kết hợp với một phân tử Dihydroacetone-phosphate (từ glyceraldehyde- 3-phosphate tạo thành ở vòng thứ 2 của đường) để sản ra fructo -6- phosphate (Theo: Prescott và cs, 2005). Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 13 Hình 1.3. Các phản ứng xúc tác của Transketolase và Transaldolase 3. Các chất trung gian trong con đường pentose-phosphate có thể được dùng để tạo ATP. Glyceraldehyde-3-phosphate từ con đường có thể đi vào chặng 3-carbon của con đường đường phân và được chuyển thành ATP và Pyruvate. Pyruvate có thể bị oxy hóa trong chu trình acid tricarboxylic để cung cấp nhiều năng lượng hơn. Ngoài ra, một phận NADPH có thể được chuyển thành NADH để [...]... gian khác nhau của protein 2.2 Sự phân giải protein ở vi sinh vật (quá trình thối rữa) Quá trình thủy phân các protein dưới tác dụng của vi sinh vật gọi là quá trình thối rữa Quá trình này rất quan trọng trong vòng tuần hoàn vật chất Sản phẩm làm thối rữa có thể làm ô nhiễm môi trường sống và các vi sinh vật gây thối rữa là nguyên nhân chính gây hư hỏng thực phẩm giàu protein Muốn phân giải protein, cũng... Alcaligenes eutrophus - - 100 10 Zymomonas mobilis - - 100 11 Sarcina lutea - - 100 12 Pseudomonas aeruginosa - 29 71 19 Chương 2 Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm CHƯƠNG 2 VAI TRÒ CỦA PROTEIN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 2.1 Định nghĩa protein Protein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là các axit amin Chúng kết hợp với nhau thành một... phẩm thủy phân của protein (polipeptit, oligopeptit, axit amin) Vi sinh vật là tác nhân chủ yếu gây thối rữa, bao gồm hai nhóm, một nhóm là những vi sinh vật tồn tại trong nguyên liệu trong quá trình sinh sống, còn một nhóm là do ô nhiễm trong quá trình bảo quản và chế biến Rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau tham gia vào quá trình phân giải protein, đáng chú ý nhất là các loại sau: VI KHUẨN: Bacillus... lên men lactic hoặc do sinh ra acid dễ bay hơi khi cá bị ươn - Đắng do xác vi sinh vật còn tồn tại hoặc do chất lượng của muối kém, có nhiều ion Ca2+, Mg2+ 2.3.2 Trong sản xuất thực phẩm cho người Khi môi trường thiếu cacbon và thừa nitơ, vi sinh vật sẽ khử amin của acid amin và sử dụng acid hữu cơ làm nguồn cacbon, do đó có amôniac bay ra Nhờ protease của vi sinh vật mà protein của cá, đậu tương… được... dụng trong đời sống hàng ngày Sản xuất tương dựa vào 2 enzim chủ yếu của nấm mốc và vi khuẩn nhiễm tự nhiên hoặc cấy chủ động vào các nguyên liệu: amylase phân giải tinh bột (trong xôi hoặc ngô) thành glucose và proteasephân giải protein (trong đậu tương) thành các acid amin 2.3.3 Cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng Nhờ các hoạt tính phân giải của vi sinh vật mà xác các động vật và thực vật trong. .. enzymeprotease và lipase từ vi sinh vật thay cho hoá chất không những làm tăng chất lượng của da mà còn tránh được các ảnh hưởng xấu đến môi trường sống 2.4 Tác hại của quá trình phân giải protein ở vi sinh vật Hoạt tính phân giải của vi sinh vật cũng gây nên những tổn thất to lớn cho con người Ví dụ như: - Gây hư hỏng thực phẩm: các loại đồ ăn, thức uống giàu tinh bột và protein dễ bị ôi, thiu do bị vi khuẩn và. .. chính vi sinh vật 29 Chương 2 Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm tạo nên độ phì nhiêu của đất Đây cũng là cơ sở khoa học của vi c chế biến rác thải thành phân bón 2.3.4 Phân giải các chất độc Muốn tăng năng suất cây trồng, người ta phải sử dụng các chất trừ sâu, diệt cỏ, diệt nấm Đây là các chất do con người tổng hợp ra và thường độc đối với người và động vật Rất may, nhiều vi khuẩn và. .. cung cấp bộ khung carbondùng cho sinh tổng hợp Tóm tắt chu trình: Hô hấp hiếu khí sẽ oxy hóa glucose thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng 38ATP trong điều kiện có O2 18 Chương 1 Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm Bảng 1.1 Một số vi sinh vật tham gia phân giải hexose thông qua ba con đường STT TÊN VI SINH VẬT EMP (%) HMP (%) ED (%) 1 Saccharomyces cerivisiae 88 12 - 2 Candida utilis... nitrogen trong quá trình thủy phân cá  Pha 1 (0 - 25 ngày): Có sự gia tăng thể tích của phần chất lỏng nổi ở trên bề mặt sản phẩm và protein hòa tan 25 Chương 2 Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm  Pha 2 (80 - 120 ngày): Mô tế bào bị phá vỡ, protein của tế bào trở nên tiếp xúc với enzym, sản phẩm của quá trình tự phân protein được phóng thích Hầu như tất cả mô tế bào đều bị phân hủy và. .. dụng trong quá trình tổng hợp protein của chúng, một phần khác được tiếp tục phân giải theo những con đường khác nhau để sinh NH3, CO2 và nhiều sản phẩm trung gian khác Những vi sinh vật không có khả năng sinh ra các enzyme phân giải protein ngoại bào rõ ràng là không có khả năng đồng hóa được các loại protein thiên nhiên 20 Chương 2 Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm Chúng chỉ có . MINH - 2012 Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV 5 CHƯƠNG 1. VAI TRÒ CỦA GLUCIDE TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 1.1 - 29 71 Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV 20 CHƯƠNG 2. VAI TRÒ CỦA PROTEIN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 2.1.