Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật

QUÁ TRÌNH TRAO Đ I CH T VI SINHỔ Ấ Ở V TẬ KHÁI NI M C B NỆ Ơ Ả - - - - Trao đ i ch tổ ấ Con đ ng trao đ i ch tườ ổ ấ Ti n tề ố Quá trình trao đ i ch t bao g m: trao đ i năngổ ấ ồ ổ l ngượ và trao đ i v t ch t xây d ng t bàoổ ậ ấ ự ế • • D hóa (catabilism)ị Đ ng hóa (anabolism)ồ - - V t ch t t bàoậ 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 NGỔ ƯỢ Có 2 d ng trao đ i năng l ng: hô h p và lên menạ ổ ượ ấ HÔ H P (respiration): chu i hô h p tham gia vàoẤ ỗ ấ quá trình t ng h p ATPổ 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 pạ 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 thamỗ ấ gia vào quá trình t ng h p ATPổ ợ Phân lo i quá trình lên menạ - Lên men hi u khí: do vsv hi u khí gây ra (có sế ế ự tham gia c a oxy)ủ - Lên men k khí: do vi sinh v t k khí hay k khíỵ ậ ỵ ị tùy ti n gây raệ 44 LÊN MEN K KHÍỴ 1. - Quá trình lên men r uượ B n ch t: là quá trình phân h y đ ng thành r u vàả ấ ủ ườ ượ khí carbonic d i tác d ng c a vsv.ướ ụ ủ - - Ph ng trình ph n ng:ươ ả ứ H vsv: n m men (enzyme zimaza):ệ ấ S. cerevisiae (16% c n) vàồ S. oviformis (19-22% c n), vi khu n, n m m cồ ẩ ấ ố (mucor) - Nguyên li u: đ ng lactose ch lên men đ c d i tácệ ườ ỉ ượ ướ d ng c a n m menụ ủ ấ S. lactis, đ ng rafinose lên men đ cườ ượ 1/3, tinh b t và cellulose không th lên men đ c. Ngoàiộ ể ượ ra, nguyên li u s n xu t r u c n th ng là: ngũ c c (lúa,ệ ả ấ ượ ồ ườ ố ngô, khoai, s n, lúa mì, lúa m ch, cao l ng)..., r đ ng ...ắ ạ ươ ỉ ườ - 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 nhự 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 ng thành acidả ấ ể ườ lactic nh vsv. Lên men lactic có 2 d ng: lên men đ ngờ ạ ồ hình và lên men d hìnhị 45 -• Ph ng trình ph n ng:ươ ả ứ Ngoài s n ph m chính là acid lactic, chúng ta còn thuả ẩ đ c các s n ph m ph nh : acid succinic, acidượ ả ẩ ụ ư lactic, acid acetic, r u etylic, khí COượ 2 và H2. - H vsv: vi khu n lactic (th ng có d ng hình c u,ệ ẩ ườ ạ ầ hình ovan và hình que), kích th c: 1-8μm, đ ng riêng rướ ứ ẽ ho cặ k t thành chu i. Vi khu n lên men lactic đ ng hìnhế 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 c mono vàệ ẩ ượ disaccharide (m t s không s d ng maltose); khôngộ ố ử ụ lên men đ c tinh b t và các polysaccharide khác.ượ ộ 3 . - Quá trình lên men propionic: B n ch t: quá trình phân h y đ ng, acid lactic,ả ấ ủ ườ mu iố lac tat e thà nh aci d pr opi oni c, C O2 và H2 O dư iớ tác dụ ng củ a vsv - Ph ươ ng trìn h ph nả nứ g: 46 - H vsv: nh nhóm vk propionicệ ờ thu c gi ng Propionibacterium (tr cộ ố ự khu n h i b u n cong, gram d ng).ẩ ơ ị ố ươ - Nguyên li u: ngoài c ch t làệ ơ ấ đ ng và acid lactic, nh ng vkườ ữ còn lên Propionibacterium men đ c acid pyruvic, glycerine và m t s ch tượ ộ ố ấ khác. Chúng phân h y aa, tách các acid béo ra thành d ngủ ạ t doự 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 ng thành acidả ấ ủ ườ butyric, CO2 và H2O d i tác d ng c a vk butyric.ướ ụ ủ Trong quá trình lên men còn xu t hi n t h p các s n ph mấ ệ ổ ợ ả ẩ ph :ụ acetone, r u butylic, ethanol, acid acetic.ượ - - Ph ng trình ph n ng:ươ ả ứ H vsv: vk butylic thu c gi ngệ ộ ố Clostridium (tr cự khu nẩ 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 ng, tinhệ ể ạ ườ b t,ộ de xtr in, pe cti n, gly cer ine và các mu iố lac tat e … * Qu á trì nh lên me n nà y đư cợ dù ng để sả n xu tấ aci d bu tyr ic t khoai tây, b t n u, bã tinh b t, đ ng (esterừ ộ ấ ộ ườ 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…). Cácậ 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 ng thành các s nả ấ ể ườ ả ph m nh : acetone, butanol, ethanol, COẩ ư 2 và H2O; s nả ph m ph là acid butyric.ẩ ụ - - Ph ng trình ph n ng:ươ ả ứ H vsv:ệ Cl. acetobutylicum (lên men đ c t t cượ ấ ả hydrate carbon, tr cellulose). Đ c ng d ng trong s nừ ượ ứ ụ ả xu t acetone và butanol.ấ LÊN MEN HI U KHÍẾ 1. - Lên men acetic B n ch t: là quá trình oxy hóa r u ethylic thành acidả ấ ượ acetic do vsv - Ph ng trình ph nươ ả ng:ứ 48 - H vsv: gi ngệ ố Acetobacter (hi n nay ng i ta mô tệ ườ ả đ c 20 loài thu c gi ng này):ượ ộ ố A. aceti, A. xillinum … Vk acetic có đ c đi m là d thay đ i hình d ng: đi uặ ể ễ ổ ạ ở ề ki nệ bình th ng có hình s i dài và k t thành màng trênườ ợ ế b m tề ặ c ch t; đi u ki n b t l i thì l i phình to, ph ngơ ấ ở ề ệ ấ ợ ạ ồ … - Nguyên li u: ph ng pháp th công (ệ ươ 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 ng thành acidả ấ ườ citric d i tác d ng c a vsv (th ng là n m m cướ ụ ủ ườ ấ ố A. niger) - - - Ph ng trình ph n ng:ươ ả ứ H vsv: n m m cệ ấ ố A. niger Nguyên li u: r đ ng (15%), b t s n đ c đ ngệ ỉ ườ ộ ắ ượ ườ hóa * Ph ng pháp nuôi c y b m t VS ph ng phápươ ấ ề ặ ươ nuôi c yấ b sâu.ề 3 . - Phân h y cellulose và pectinủ Là quá trình phân h y cellulose và pectin d i tácủ ướ d ng c a nh ng vsv có ho t tính enzyme pectinase vàụ ủ ữ ạ cel lul ase (vd : nấ m m c,ố vi kh uẩ n) - - - u: quáƯ trình khoáng hóa xác th c v tự ậ Nh cượ đi m:ể quá trình phá h yủ th t qu ,ị ả mô th cự v tậ ngỨ d ng:ụ 49 4. - • Phân h y lipid (ch t béo) và (fatty acid) acid béoủ ấ B n ch t:ả ấ th y phân ch t béo thành glycerine và acid béo t doủ ấ ự (enzyme lipase từ Aspergillus và Penicillum); enzyme lipoxygenase xúc tác quá trình peroxide c a các acidủ béo. • • Glycerine: vsv chuy n hóa thành COể 2 và H2O Các peroxide: b oxy hóa thành các s n ph m trungị ả ẩ gian nh : oxide acid, aldehyde, cetone … cu i cùng bư ố ị vsv chuy n hóa thành COể 2 và H2O 50 QUÁ TRÌNH TRAO Đ I GLUCIDỔ 1. D HÓA GLUCIDỊ C ch t hexoseơ ấ Con đ ng đ ng phân (Glycolytic pathway) / EMPườ ườ (Embden-Meyerhof-Parnas) 51 - Trong đi u ki n có oxy: acid piruvic s đi vào chu trìnhề ệ ẽ Kreb (chu trình tricarboxylic, acid citric), s n ph mả ẩ cu iố cùng là H2O, CO2 và ATP - Trong đi u ki n không có oxy: x y ra qt lên menề ệ ả 52 C ch t oligo-saccharide: đ c th y phân đ t o thànhơ ấ ượ ủ ể ạ hexose - D i tác d ng c a enzyme s t o thành các mono-ướ ụ ủ ẽ ạ hexose. Ví d : maltose (enzyme maltase), lactose (enzymeụ lactase), saccharose (enzyme invertase), raffinose (enzyme invertase và melibiase) … - Dùng enzyme th y phân thành các mono hexose, sauủ đó hexose s đi vào con đ ng EMPẽ ườ C ch t polisaccharide: đ c th y phân đ t o thànhơ ấ ượ ủ ể ạ các mono- và oligo- saccharide - D i tác d ng c a enzyme s t o thành các mono vàướ ụ ủ ẽ ạ oligo. Ví d : tinh b t (enzyme amylase), hemicelluloseụ ộ (enzyme hemicellulase), cellulose (enzyme cellulase), pectine (enzyme pectinase), inuline (inulase)… 2. Đ NG HÓA GLUCIDỒ - - 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 PROTEINỔ 1. D HÓA PROTEINỊ - Các ph n ng th y phân protein b i h enzymeả ứ ủ ở ệ protease. Vd: h enzyme trong ru t cáệ ộ 53 ng d ng: s n xu t n c ch m lên men (n c m m, n cỨ ụ ả ấ ướ ấ ướ ắ ướ t ng), chao, phô maiươ 2. Đ NG HÓA PROTEINỒ Nguyên t c: ph n ng trao đ i amin và deamin hóaắ ả ứ ổ ng d ng: s n xu t sinh kh i giàu protein làm th c ăn giaỨ ụ ả ấ ố ứ súc QUÁ TRÌNH TRAO Đ I LIPIDỔ 1. D HÓA LIPIDỊ - Các ph n ng th y phân lipid b i h enzyme lipaseả ứ ủ ở ệ thành glycerine và acid béo - Ph n ng chuy n hóa acid béo thành ATP (chu trìnhả ứ ể Kreb) 2. Đ NG HÓA LIPIDỒ - T ng h p triglyceride t glycerine và acid béoổ ợ ừ ng d ng: s n xu t acid béo (DHA)Ứ ụ ả ấ 54