Đang tải... (xem toàn văn)
Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật
QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT Ở VI SINH VẬT KHÁI NIỆM CƠ BẢN - Trao đổi chất - Con đường trao đổi chất - Tiền tố - Quá trình trao đổi chất bao gồm: trao đổi lượng trao đổi vật chất xây dựng tế bào Dị hóa (catabilism) • Đồng hóa (anabolism) • - Vật chất tế bào - Sản phẩm trao đổi chất (metabolite) Chất trao đổi bậc (primary metabolite): • Chất trao đổi bậc (secondary metabolite): • Q TRÌNH TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG Có dạng trao đổi lượng: hô hấp lên men HƠ HẤP (respiration): chuỗi hơ hấp tham gia vào trình tổng hợp ATP - Thành phần chuỗi hơ hấp: Flavoprotein • Protein Fe-S • Ubiquinone (coenzyme Q) • Cytochrome • 43 - Phân loại: có kiểu hơ hấp Hơ hấp hiếu khí (aerobic respiration) • Hơ hấp kỵ khí (anaerobic respiration) • LÊN MEN (fermentation): chuỗi hơ hấp khơng tham gia vào q trình tổng hợp ATP Phân loại trình lên men - Lên men hiếu khí: vsv hiếu khí gây (có tham gia oxy) - Lên men kỵ khí: vi sinh vật kỵ khí hay kị khí tùy tiện gây 44 LÊN MEN KỴ KHÍ Q trình lên men rượu Bản chất: trình phân hủy đường thành rượu khí carbonic tác dụng vsv Phương trình phản ứng: - - Hệ vsv: nấm men (enzyme zimaza): S cerevisiae (16% cồn) S oviformis (19-22% cồn), vi khuẩn, nấm mốc (mucor) Nguyên liệu: đường lactose lên men tác dụng nấm men S lactis, đường rafinose lên men 1/3, tinh bột cellulose khơng thể lên men Ngồi ra, nguyên liệu sản xuất rượu cồn thường là: ngũ cốc (lúa, ngơ, khoai, sắn, lúa mì, lúa mạch, cao lương) , rỉ đường Chú ý: nấm men (S cerevisiae), nấm men chìm (S carlsbergensis hay S uvarum) Theo Kreger-van-Rij,1984: chìm + = S cerevisiae Thành tựu cơng nghệ mới: nấm men cố định (immobilized yeast cells) Quá trình lên men lactic: Bản chất: trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vsv Lên men lactic có dạng: lên men đồng hình lên men dị hình 45 - • Phương trình phản ứng: Ngồi sản phẩm acid lactic, cịn thu sản phẩm phụ như: acid succinic, acid lactic, acid acetic, rượu etylic, khí CO2 H2 - Hệ vsv: vi khuẩn lactic (thường có dạng hình cầu, hình ovan hình que), kích thước: 1-8μm, đứng riêng rẽ kết thành chuỗi Vi khuẩn lên men lactic đồng hình (S lactis, L bulgaricus…), vi khuẩn lactic lên men dị hình (S L brevis, L lycopersici…) Nguyên liệu: vi khuẩn lactic lên men mono disaccharide (một số không sử dụng maltose); không lên men tinh bột polysaccharide khác Quá trình lên men propionic: Bản chất: trình phân hủy đường, acid lactic, - muối lac tat e nh aci d pr opi oni c, C O2 H2 O dư ới tác dụ ng củ a vsv Ph ươ ng 46 trìn h ph ản ứn g: - Hệ vsv: nhờ nhóm vk propionic thuộc giống Propionibacterium (trực khuẩn bị uốn cong, gram dương) Nguyên liệu: chất đường acid lactic, vk lên Propionibacterium men acid pyruvic, glycerine số chất khác Chúng phân hủy aa, tách acid béo thành dạng tự làm cho thực phẩm có vị đắng Quá trình lên men butyric: Bản chất: trình phân hủy đường thành acid butyric, CO2 H2O tác dụng vk butyric Trong trình lên men cịn xuất tổ hợp sản phẩm phụ: acetone, rượu butylic, ethanol, acid acetic Phương trình phản ứng: Hệ vsv: vk butylic thuộc giống Clostridium (trực - khuẩn lớn, chuyển động, sinh bào tử, kỵ khí bắt buộc) Nguyên liệu: lên men loại đường, tinh - bột, de xtr in, pe cti n, gly cer ine mu ối lac tat e … * Qu trì nh lên me n nà y đư ợc dù ng để sả n xu ất aci d bu tyr ic từ khoai tây, bột nấu, bã tinh bột, đường (ester butyric chất thơm: ester metylic có mùi táo, 47 ester etylic có mùi mận, ester amylic có mùi dứa…) Các ester dùng sản xuất bánh kẹo mỹ phẩm Quá trình lên men acetone-butanol: Bản chất: trình chuyển hóa đường thành sản phẩm như: acetone, butanol, ethanol, CO2 H2O; sản phẩm phụ acid butyric Phương trình phản ứng: - - Hệ vsv: Cl acetobutylicum (lên men tất hydrate carbon, trừ cellulose) Được ứng dụng sản xuất acetone butanol LÊN MEN HIẾU KHÍ Lên men acetic Bản chất: q trình oxy hóa rượu ethylic thành acid acetic vsv Phương trình phản - ứng: 48 - Hệ vsv: giống Acetobacter (hiện người ta mơ tả 20 lồi thuộc giống này): A aceti, A xillinum … Vk acetic có đặc điểm dễ thay đổi hình dạng: điều kiện bình thường có hình sợi dài kết thành màng bề mặt chất; điều kiện bất lợi lại phình to, phồng … Nguyên liệu: phương pháp thủ công (A orleanense) - VS quy mô công nghiệp (A schuzenbachii A aceti) Lên men citric Bản chất: q trình oxy hóa đường thành acid - citric tác dụng vsv (thường nấm mốc A niger) Phương trình phản ứng: - - Hệ vsv: nấm mốc A niger Nguyên liệu: rỉ đường (15%), bột sắn đường - hóa * Phương pháp nuôi cấy bề mặt VS phương pháp nuôi cấy bề sâu Phân hủy cellulose pectin Là trình phân hủy cellulose pectin tác dụng vsv có hoạt tính enzyme pectinase cel lul ase (vd : nấ m m ốc, vi kh uẩ n) Ưu: q trình khống hóa xác - ực vật th Nhược điểm: q trình phá hủy thịt quả, mơ thực vật Ứng dụng: 49 Phân hủy lipid (chất béo) (fatty acid) acid béo - Bản chất: • thủy phân chất béo thành glycerine acid béo tự (enzyme lipase từ Aspergillus Penicillum); enzyme lipoxygenase xúc tác trình peroxide acid béo Glycerine: vsv chuyển hóa thành CO2 H2O • Các peroxide: bị oxy hóa thành sản phẩm trung • gian như: oxide acid, aldehyde, cetone … cuối bị vsv chuyển hóa thành CO2 H2O 50 Q TRÌNH TRAO ĐỔI GLUCID DỊ HÓA GLUCID Cơ chất hexose Con đường đường phân (Glycolytic pathway) / EMP (Embden-Meyerhof-Parnas) 51 - Trong điều kiện có oxy: acid piruvic vào chu trình Kreb (chu trình tricarboxylic, acid citric), sản phẩm cuối H2O, CO2 ATP - Trong điều kiện khơng có oxy: xảy qt lên men 52 Cơ chất oligo-saccharide: thủy phân để tạo thành hexose Dưới tác dụng enzyme tạo thành monohexose Ví dụ: maltose (enzyme maltase), lactose (enzyme lactase), saccharose (enzyme invertase), raffinose (enzyme invertase melibiase) … Dùng enzyme thủy phân thành mono hexose, sau hexose vào đường EMP Cơ chất polisaccharide: thủy phân để tạo thành mono- oligo- saccharide Dưới tác dụng enzyme tạo thành mono oligo Ví dụ: tinh bột (enzyme amylase), hemicellulose (enzyme cellulase), (enzyme hemicellulase), cellulose pectine (enzyme pectinase), inuline (inulase)… ĐỒNG HÓA GLUCID Tổng hợp glycogen từ glucose (nấm men) Tổng hợp levan, dextran, cellulose - QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI PROTEIN DỊ HÓA PROTEIN Các phản ứng thủy phân protein hệ enzyme protease Vd: hệ enzyme ruột cá 53 Ứng dụng: sản xuất nước chấm lên men (nước mắm, nước tương), chao, phơ mai ĐỒNG HĨA PROTEIN Ngun tắc: phản ứng trao đổi amin deamin hóa Ứng dụng: sản xuất sinh khối giàu protein làm thức ăn gia súc Q TRÌNH TRAO ĐỔI LIPID DỊ HĨA LIPID Các phản ứng thủy phân lipid hệ enzyme lipase thành glycerine acid béo Phản ứng chuyển hóa acid béo thành ATP (chu trình Kreb) ĐỒNG HĨA LIPID Tổng hợp triglyceride từ glycerine acid béo Ứng dụng: sản xuất acid béo (DHA) 54 ... ốc, vi kh uẩ n) Ưu: q trình khống hóa xác - ực vật th Nhược điểm: trình phá hủy thịt quả, mô thực vật Ứng dụng: 49 Phân hủy lipid (chất béo) (fatty acid) acid béo - Bản chất: • thủy phân chất. .. TRÌNH TRAO ĐỔI GLUCID DỊ HĨA GLUCID Cơ chất hexose Con đường đường phân (Glycolytic pathway) / EMP (Embden-Meyerhof-Parnas) 51 - Trong điều kiện có oxy: acid piruvic vào chu trình Kreb (chu trình. .. phô mai ĐỒNG HÓA PROTEIN Nguyên tắc: phản ứng trao đổi amin deamin hóa Ứng dụng: sản xuất sinh khối giàu protein làm thức ăn gia súc QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI LIPID DỊ HÓA LIPID Các phản ứng thủy phân