TIỂU LUẬN: VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VÀ PROTEIN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT

Chia sẻ: Bookstore_1 Bookstore_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: TIỂU LUẬN: VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VÀ PROTEIN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜ NG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰ C PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN VI SINH VẬT HỌC TH ỰC PHẨM ĐỀ TÀI: VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VÀ PROTEIN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT Tp. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 04 năm 2012
MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU - NHU CẦU THỨ C ĂN CỦA VI SINH VẬT ....................... 6 1. Quy luật sinh trưởng và phát triển củ a vi sinh vật. ................................................ 6 2. Nhu cầu thức ăn củ a vi sinh vật. ................................................................ ........... 7 CHƯƠNG II – VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT ................................ ............................................................................................ 9 1. Khái niệm Glucide................................................................................................ 9 2. Vai trò củ a glucide đối với vi sinh vật................................................................. 10 2.1. Tham gia thành phầ n hóa họ c cấu tạo tế bào. 10 2.2. Nguồ n cung cấp thức ăn cacbon cho vi sinh vật. 10 2 .3. Nguồn cung cấp năng lượng cho hoạt động của tế bào. 10 3. Quá trình phân tổng hợp đường và polysaccharide. ............................................ 11 CHƯƠNG II – VAI TRÒ CỦA PROTEIN ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT ................................................................................................................ 14 1. Định ngh ĩa protein. ............................................................................................. 14 2. Vai trò củ a protein trong sự phát triển củ a vi sinh vật. ........................................ 14 2.1. Tham gia thành phầ n hóa họ c cấu tạo tế bào. 14 2 .2. Tham gia vận chuy ển các chấ t qua màng tế bào. 14 Vi sinh vật học thực phẩm 2
2.3 Nguồn cung cấp thức ăn nitơ, cacbon và nguồ n vậ t liệu năng lượng cho tế bào. 16 3. Quá trình phân giải protein củ a vi sinh vật. ......................................................... 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vi sinh vật học thực phẩm 3
DANH SÁCH CÁC HÌNH
LỜ I NÓI ĐẦU Trải qua hàng ngàn năm phát triển của lịch sử cùng với những tiến bộ vượt bậc củ a khoa họ c, vi sinh vật ngày m ột tiến hóa và hoàn thiện hơn. So với sự ra đời cách đây 3.5 tỉ n ăm về trước, chúng chưa có cấu tạo cơ thể thì ngày nay nhiều loài vi sinh vật đã có những ứng dụng quan trọng trong công nghiệp, nông nghiệp, y họ c và đặc biệt là những ứng dụng phong phú trong ngành công ngh ệ thự c phẩm. Nhiều loài vi sinh có nh ững giá trị dinh dưỡng cao được nuôi trồng với sinh khối lớn để sản xu ất thực ph ẩm ch ức năng, có tác dụng chữ a bệnh diệu kỳ, nhiều loài khác lại có những ứng dụng quan trọng trong những quá trình lên men thực ph ẩm… Để góp ph ần tìm hiểu tại sao vi sinh vật lại có th ể m ang lại những vai trò to lớn, có ý nghĩa thự c tiễn với đ ời sống con người đến như vậy, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật để hiểu rõ hơn các bạn nhé. Trong ph ần này nhóm mình xin trình bày về “ Vai trò củ a protein và glucide trong sự phát triển củ a vi sinh vật”. Ai cũng biết những tác dụng bổ ích của protein và glucide đối với cuộc sống con người. Vậ y với vi sinh vật chúng có vai trò quan trọng như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu để hiểu rõ hơn tại sao những vi sinh vật cực kì nhỏ b é ấy lại vô cùng quan trọng như thế nhé. Do kiến thức và thời gian có hạn, có thể bài tiểu luận của nhóm mình còn nhiều thiếu sót mong th ầy và các bạn góp ý để bài tiểu luận hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! TẬP THỂ NHÓM
CHƯƠNG MỞ ĐẦU -NHU CẦU THỨC ĂN CỦA VI SINH VẬT 1 . Quy luật sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Sinh trưởng và phát triển là một thuộ c tính cơ sở của sinh vật sống. Cũng như động vật và thực vật, vi sinh vật cũng sinh trưởng và phát triển. Sinh trưởng và phát triển thường không phải lúc nào cũng diển ra cùng lúc, ngh ĩa là số lượng tế b ào không phải lúc nào cũng tỷ lệ thu ận với sinh khố i tạo thành. Điều này dễ nh ận thấy là trong môi trương nghèo nàn ch ất dinh dưỡng, tế bào vẫn có khả năng sinh sản để tăng số lượng tế b ào nhưng kích thư ớc tế n ào này nhỏ hơn rất nhiều so với trong điều kiện đầy đủ chất dinh dưỡng. Hình 1: Mô hình sơ lược về chức năng sinh lý của các chất dinh dưỡng đối với Vi sinh vật học thực phẩm 6
sự sinh trưởng của vi sinh vật.  Sinh trưởng: Là sự tăng kích thước và khối lượng tế b ào (sự tăng sinh khố i). Trong điều kiện môi trường nuôi cấy đ ầy đủ chất dinh dưỡng và trong điều kiện nuôi cấy thích hợp, tế b ào vi sinh vật tăng nhanh về kích thước đồng thời sinh khối được tích lu ỹ nhiều.  Phát triển: Là sự tăng lên về số lượng tế bào (sự sinh sản). Các vi sinh vật sinh sản bằng phương pháp nhân đôi thường cho lượng sinh khối rất lớn sau một thời gian ngắn. Trong trư ờng hợp sinh sản theo phương pháp này thì trong dịch nuôi cấy sẽ không có tế bào già. Vì rằng tế bào được phân chia thành hai, cứ như vậy tế b ào lúc nào cũng ở trạng thái đang phát triển. Ta ch ỉ phát hiện tế bào già trong trường h ợp môi trường thiếu ch ất dinh dưỡng và tế b ào vi sinh vật không có khả năng sinh sản n ữa. Riêng đối với nấm men hiện tượng phát triển tế bào già rất rõ. Nấm men sinh sản bằng cách nảy chồi. Khi chồi non tách khỏi tế bào m ẹ đ ể sống độc lập thì nơi tách đó trên tế bào mẹ tạo thành một vết như vết sẹo. Vết sẹo này sẽ không có khả năng tạo ra chồi m ới. Cứ như vậy tế b ào nấm men mẹ sẽ chuyển thành tế b ào già theo thời gian. 2 . Nhu cầu thức ăn của vi sinh vật. Môi trường dinh dưỡng củ a vi sinh vật bao gồm nhiều thành ph ần dinh dưỡng cần thiết khác nhau. Thành ph ần dinh dưỡng này tùy thuộc vào nhu cầu của từng loại vi sinh vật. Ví dụ : Có loài vi sinh vật cần nhiều protein , nhưng cần ít glucide; Có loài cần nhiều nguyên tố vi lượng, nhưng có loài cần ít; Có loài trong quá trình phát triển không thể thiếu các ch ất tăng trưởng. Nhìn chung các nguyên tố thiết yếu C, H, O và N không th ể thiếu trong quá trình sinh trưởng và phát triển củ a vi sinh vật. Ngoài các nguyên tố thiết yếu, trong các cơ thể vi sinh vật còn cần các nguyên tố đa lượng như S và P, các nguyên tố vi lượng như: Fe, Cu, Mg, Mn, Zn, K, Ca, Bo, I…Vì thế trong thành phần dinh dư ỡng không thể cung cấp đơn thuần một số chất nào đó hoặc một nhóm nguyên tố nào đó mà ph ải đảm b ảo đầy đủ thành phần tố i thiểu các chất. Tuy nhiên vào từng loài vi sinh vật mà có thể nguyên tố n ày là đa lượng, nhưng lại l2 vi lượng của loài khác. Vi sinh vật học thực phẩm 7
Khi nuôi cấy vi sinh vật người ta phải pha chế môi trường có thể ở dạng lỏng hoặc đặc. Trong môi trường có th ể có loại ch ất hữu cơ, có loại chất vô cơ. Không ph ải mọ i thành phần của môi trường đ ều có thể gọi là chất dinh dưỡng. Mộ t số thành phần củ a môi trường chỉ có nhiệm vụ đ ảm bảo các điều kiện thích hợp về th ế o xi hóa, về pH, áp suất th ẩm thấu, cân bằng ion,…Ch ất dinh dư ỡng là những chất có tham gia vào trao đổ i ch ất củ a tế b ào. Các chất dinh dưỡng sau khi vào tế b ào sẽ đ ược ch ế b iến lại để tạo thành các ch ất riêng của tế bào., quá trình này đư ợc gọi là đồng hóa, quá trình này cần năng lượng. Ngược lại với quá trình đồng hóa là quá trình d ị hóa. Các sản phẩm của quá trình dị hóa sẽ được thải ra môi trường xung quanh ho ặc mộ t phần được sử dụng lại cho quá trình đồng hóa. Căn cứ vào nhu cầu vi sinh vật người ta chia thức ăn làm 3 loại:  Thức ăn năng lượng: thức ăn sau khi hấp thụ sẽ cung cấp cho vi sinh vật mộ t số năng lượng cần thiết cho ho ạt động sống của tế b ào. Các loại protein, glucide, lipid,…là những th ức ăn năng lượng thường gặp.  Thức ăn kiến tạo: thức ăn này sau khi hấp thụ sẽ tham gia xây d ựng các cấu trúc của vi sinh vật. trong thự c tế thì mộ t loại thức ăn nó vừa là nguồn năng lượng vừa là nguyên liệu để xây dựng các cấu trúc.  Chất sinh trưởng: là những chất cần thiết cho ho ạt động sống của một loại vi sinh vật nào đó mà nó tự tổng hợp được. Căn cứ vào nguồn cacbon, nguồn năng lượng, chất nh ận điện tử cuố i cùng, người ta chia vi sinh vật thành các kiểu dinh dưỡng sau: Căn cứ vào nguồn cacbon: d ị dưỡng cacbon và tự dưỡng cacbon. Căn cứ vào nguồn năng lượng gồm dinh dưỡng quang năng và dinh dưỡng hóa năng. Căn cứ vào nguồn cacbon và nguồ n năng lượng vi sinh vật được chia thành tự dưỡng (gồm tự dưỡng quang năng và tự dưỡng hóa năng), dị dưỡng (gồm d ị dưỡng quang năng, dị dưỡng hóa năng, dị dưỡng hoại sinh và dị dưỡng kí sinh. Vi sinh vật học thực phẩm 8
CHƯƠNG 1 – VAI TRÒ CỦA GLUCIDE VỚ I SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 1 . Khái niệm 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 thự c vật, chiếm khoảng 80% khối lượng khô của thự c vật. Glucide có bản chất hóa học là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy ketone. Đa số các glucide có công thức tổng quát là (Cm(H2O)n). Ngoài ra còn có một số lo ại glucide đ ặc biệt, trong cấu trúc củ a 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 C6H12O6, thường gặp là glucose, fructose và galactose.  Oligosaccharide có ch ứa ít hơn 10 đơn vị carbonhydrat, thường gặp nh ất 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.  Là nguồn ch ất dinh dưỡng dự trữ để huy đ ộng, cung cấp chủ yếu các ch ất 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 độ ng vật có chân khớp.  Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều ch ất quan trọng như: DNA, RNA,... Vi sinh vật học thực phẩm 9
2 . Vai trò của glucide đố i với vi sinh vậ t. 2 .1. Tham gia thành phần hóa học cấu tạo tế bào. Tế bào vi khu ẩn thường chứa mộ t lượng glucide, kho ảng 12 – 18% trọng lượng ch ất khô. Các glucide thường gặp gồm các dạng đường đơn (ose), đường kép (osie), đường đa. Các loại đường đa thường gặp ở vi sinh vật là: glucan (glucarl), dextran (dextrane), amylase, chitin, cellulose,… Glucide tham gia cấu tạo acid nucleic, vào cấu trúc của thành tế bào, vỏ nhày,…của vi sinh vật. Vỏ nhầy và việc hình thành vỏ nhầy liên quan đến độc lực và quá trình bảo vệ vi sinh vật (vi khuẩn,…). Một số polysaccharide có th ể phối hợp với protein để h ình thành gluco – p rotein. Gluco – protein là kháng nguyên củ a cơ thể vi sinh vật, polysaccharide đóng vai trò bán kháng nguyên. Một số polysaccharide vi sinh vật cũng có kh ả n ăng kích thích cơ thể sản sinh kháng thể. Glucide còn là nguồn dự trữ n ăng lượng và là sản ph ẩm trung gian của các quá trình trao đổ i năng lượng trong tế bào vi sinh vật. 2 .2. Nguồn cung cấp thức ăn cacbon cho vi sinh vậ t. Trong tế b ào nguồn cacbon trải qua một loạt quá trình biến hoá hoá học phức tạp sẽ biến th ành vật chất của bản thân tế bào và các sản phẩm trao đổi chất. Cacbon có thể chiếm đến khoảng một nửa trọng lượng khô của tế bào. Đồng thời hầu hết các nguồn cacbon trong các quá trình phản ứng sinh hoá còn sinh ra trong tế b ào nguồn năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của vi sinh vật. Vi sinh vật sử dụng một cách chọn lọc các nguồn cacbon. Đường nói chung là nguồn cacbon và nguồn năng lượng tốt cho vi sinh vật. Nhưng tu ỳ từng loại đường m à vi sinh vật có những khả năng sử dụng khác nhau. Ví dụ trong môi trường chứa glucose và galactose thì vi khuẩn Escherichia coli sử dụng trư ớc glucose (gọi là nguồn cacbon tốc hiệu) còn galactose được sử dụng sau (gọi là nguồn cacbon trì hiệu). Hiện nay trong các cơ sở lên men công nghiệp người ta sử dụng nguồn cacbon chủ yếu là glucose, saccharose, rỉ đường (phụ phẩm của nhà máy đường), tinh bột (bột ngô, bột khoai sắn...), cám gạo, các nguồn cellulose tự nhiên hay d ịch thuỷ phân cellulose. 2 .3. Nguồn cung cấp năng lượng cho hoạt động của tế bào. Vi sinh vật có th ể o xi hóa kh ử các ch ất hữu cơ và vô cơ để cho năng lượng nhưng hầunhư đại đa số VSV sử d ụng ch ất hữu cơ mà chủ yếu là đường Glucose. Bất kể lo ại Vi sinh vật học thực phẩm 10
VSV nào dù hô h ấp hiếu khí hay yếm khí thì chúng đ ều thực hiện giai đoạn đ ầu phân giải glucose giống nhau, theo 3 con đường chính sau đây:  Con đường E.M.P (Empden-Meyehof-pasnas) Glucose chuyển thành Pyruvat qua 10 ph ản ứng tạo ra các ch ất trung gian đều ở dạngphotphoryl hóa: Glucose → 2 p yruvat +2ATP +2NADH2 Ở đây ATP (ch ất cao năng dùng phổ biến ở mọi tế bào) được tạo thành do photphorylhóa cơ chất. Con đư ờng EMP đ ã cung cấp 6 tiền chất dùng đ ể tổng hợp các đơn vị cấu trúc là Glc-6-P, Fruct-6P, 3-P glyceraldehyd, 3-P-glyxerat, P-enol pyruvat va pyruvat.  Con đường PP (Pentozo-phostphat) Nhiều vi khuẩn bị độ t biến lớn hơn một enzyme của con đường EMP nhưng vẫnchuyển hóa được glucose đ ến pyruvat nh ờ con đường PP. Con đường này cung cấp cho tế bào hai tiền ch ất khác nhau trong tổng hợp các đơn vịcấu trúc là ribozo-5P (dùng để tổng hợp acid nucleic, ADP,...), erytroza -4-P- (tổng hợp các acid amin thơm) cùng các NADPH2 Glucoza → 1 p yruvat → +3 CO2 + 6NADPH2+1NADH2+1ATP  Con đường Enter-Doudoroff (KDPG) Ch ỉ gặp ở vi khuẩn chuyển hóa gluconat: Pseudomonas, saccharofhila và Alcaligenesphân giải 100% glucose theo con đường này. Giữa 3 con đường chuyển hóa trên có mố i quan hệ qua lại với nhau và tùythuộc vào lo ại hình vi sinh vật khác nhau tỷ lệ % đư ờng được phân giải theo từng con đường là không giống nhau. 3 . Quá trình phân tổng hợpđường và polysaccharide. Nhiều vi sinh vật không có khả năng quang hợp và là các cơ th ể d ị dưỡng ph ải tổng h ợp đường từ các phân tử hữu cơ khử thay cho từ CO2. Vi sinh vật học thực phẩm 11
H ình 1 .1.S ự tái tạo đường Con đường tái tạo đường găp ở nhiều vi sinh vậ t. Tên của 4 enzyme gặp trong đường phân được đóng khung. Các bước đường phân cũng đ ược biểu thị đ ể so sánh.(Theo: Prescott vàcs, 2005). Việc tổng hợp glucose từ các tiền chất không ph ải hidrat carbon được gọ i làsự tái tạo đường (glucose neogenesis). Mặc dù con đường tái tạo đường không chicon đường đường phân nhưng chúng có 7 enzyme chung (Hình 2 ). Ba bước đường phân sau đây là không thu ận ngh ịch trong tế bào: 1) Chuyểnhoá phosphorusenolPyruvate thành pyruvate; 2) tạo thành fructose -1,6-bisphosphate từ Vi sinh vật học thực phẩm 12
fructose -6-phosphate và 3) phosphoryl hoá glucose. Các bước nàyph ải đi vòng khi con đường ho ạt động theo hướng sinh tổng h ợp. Chẳng h ạn, sựtạo thành fructose -1,6- bisphosphate b ởi phosphorusfructose kinase được đ ảongh ịch bởi enzyme fructose - bisphosphatease, enzyme này loại bỏ nhờ thu ỷ phânmộ t phosphate từ fructose - bisphosphate. Thông thường ít nh ất hai enzyme thamgia vào việc chuyển hoá pyruvate thành phosphorusenol p yruvate (đảo ngh ịchbước pyruvate kinase). Từ hình 2có thể thấy con đường tổng h ợp fructose tương tự như conđường tổng hợp glucose. Một khi glucose và fructose đã được tạo thành cácđường ph ổ biến khác cũng đ ược sản sinh. Chẳng hạn, mannose được hình thànhtrực tiếp từ fructose za qua mộ t sự sắp xếp lại đơn giản: Fructose -6 -phosphate ↔Mannose-6 -phosphate Một số đường được tổng hợp trong khi liên kết với mộ t nucleosidediphosphate. Đường nucleoside diphosphate quan trọng nhất là uridine diphosphateglucose (UDPG). Glucose được hoạt hoá nhờ gắn với pyrophosphate của uridinediphosphate qua phản ứng với u ridine triphosphate. Vi sinh vật học thực phẩm 13
CHƯƠNG 2 – VAI TRÒ CỦA PROTEIN ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 1 . Định nghĩa protein. P rotein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là các axit amin. Chúng kết h ợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có th ể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein. Số lượng các acid amin trong phân tử protein có đ ến hàng trăm hay hàng nghìn đơn vị, nhưng tất cả cũng chỉ thuộc 20 loại acid amin khác nhau. Một phân tử protein có thể không có đầy đủ cả 20 loại acid amin, do đó thành phần các protein củ a các vi sinh vật khác nhau thì khác nhau. Giá trịdinh dưỡng cũng ho àn toàn phụ thuộ c vào thành phần và cách sắp xếp của các loại acid amin này. 2 . Vai trò của protein trong sự phát triển của vi sinh vật. 2 .1. Tham gia thành phần hóa học cấu tạo tế bào. P rotein chiếm hàm lượng nhiều nh ất > 50% khối lượng khô củ a tế bào, được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, S ngoài ra còn có thể có mộ t lượng rất nhỏ các nguyên tố khác như Fe, P, Zn, Mn, Ca,… P rotein có vai trò quan trọng bậc nh ất trong tế b ào. Bao gồm các loại protein: protein cầu (abumin, globulin,…), protein sợi ( collagen, keratin,…). Protein có thể liên kết với các chất khác để tạo thành hợp chất phức tạp củ a tế bào như: lipoprotein, glycoprotein, chromoprotein,…hay protein liên kết với các sắc tố như hemoglobin. 2 .2. Tham gia vận chuyển các chấ t qua màng tế bào. Những phân tử protein vận chuyển sắp xếp trong màng liên kết với các phân tử ch ất hòa tan rồi chuyển chúng vào bề mặt bên trong củ a màng: từ đây cac phân tử hòa tan được chuyển vào trong tế bào chất. Kiểu khuếch tán này đư ợc gọi là kiểu khuếch tán xúc tiến. Các phân tử protein vận chuyển nói trên được gọi là p rotein thấm- permease. Bản chất protein của permease được khẳng định bởi các dẫn chứ ng sau: - Việc tổng hợp permease thư ờng được cảm ứng ho ặc được kiềm ch ế như tổng h ợp một số enzyme. Vi sinh vật học thực phẩm 14
- Chloramphenicol ức chế việc tổng hợp protein cũng ức chế quá trinh tổng h ợppermease. - Hàng loạt cac protein màng mang tinh chất củ a permease đã được tách ra. - Tế b ào vi sinh vật có khả năng tổng hợp m ột lượng lớn các permease, các acid amine và hydrate carbon. Tuy nhiên nếu hệ thống vận chuyển này đều được tổng h ợp thường xuyên theo kiểu cấu trúc thì tế bào sẽ phí ph ạm về vật ch ất và năng lượng. Do đó, chúng ta không lấy làm lạ là, nhiều permease được tổng hợp theo kiểu cảm ứng ho ặc kiềm chế. Ngoài ra protein thấm còn có enzyme vận chuyển. - Sự vận chuyển các chất dinh dưỡng nhờ permease có thể theo cơ chế thụ động(không cần năng lượng) hoặc chủ động (cần năng lượng tế b ào). Theo cơ chế vận chuyển thụ đ ộng thi chất hòa tan liên kết thuận nghịch vào một vị trítrên phân tử permease nằm ở bên trong màng (có thể ở các lỗ củ a màng). Phức hợp ch ất hòa tan được vận chuyển theo cả hai phía của màng nhờ sự chênh lệch nồng độ của m ột chất nào đó, nghĩa là sự vận chuyển diễn ra theo kiểu ''xuôi dòng''. Sự vận chuyển thụ động đã được chứng minh ở một số vi sinh vật. Tuy nhiên vi sinh vật có khả năng tích lu ỹ mộ t số chất với nồng độ cao hơn nhiều sovới bên ngoài. Ch ẳng hạn nồng độ của K+ bên trong tế bào có th ể cao gấp hàng ngàn lần so với bên ngoài. Để đảm b ảo trung hòa đ iện tử, tế bào cũng phải thải ra ngoài các ion H+, hay Na+. Thêm vào đó ngư ời ta còn thấy ở các màng tế bào vi khuẩn có ho ạt tính của ATP - ase là men có liên quan đến việc vận chuyển các ch ất. Như vậy trong tế bào vi sinh vật ngoài cơ chế vận chuyển thụ động còn tồn tại cơ chế vận chuyển chủ độ ng nhờ permease. Sự vận chuyển này đư ợc tiến hành bất ch ấp gradien nồng độ nghĩa là theo kiểu ''ngư ợc dòng'' năng lượng tiêu thụ có lẽ do ATP ( hình thành trong mesosom hoặc màng tế bào chất) cung cấp. Trong mô hình vận chuyển trên thì cùng một phân tử permease có th ể đ ảm nhận cả ch ức vận chuyển chủ động lẫn chức vận chuyển thụ động (tuy theo sự có mặt hay vắng mặt của ATP). Ngày nay, người ta đ ã phân lập được hàng lo ạt protein vận chuyển trong các loài visinh vật. Giống như enzime, chúng có tính đặc hiệu cơ chất khác nhau. Một số có Vi sinh vật học thực phẩm 15
tính đặc hiệu hầu như tuyệt đ ối. Chẳng hạn như permease của galactose ở E. coli chỉ vận chuyển galactose. Các permease của đường và acid amine khác thể hiện tính đặc hiệu yếu hơn đối với các chất hòa tan. Điều đáng chú ý là, trong vi khu ẩn sự vận chuyển chủ động của đư ờng, phụ thuộc vào các quá trình phosphorryl hóa. Năm 1964 Kundig phân lập đư ợc một hệ thống phosphortransferase bao gồm hai men (E1 va E2) và m ột protein vận chuyển bền nhiệt (HPr) có khối lượng phân tử thấp. Các thành phần protein củ a h ệ thống này đã được thuần khiết và phản ứng d iễn ra hai bước: Trư ớc hết E1 chuyển phosphate từ phosphorenolpiruvat (PEP) đ ến HPr: HPr +PEP → HPr-P + Piruvat Sau đó E2 chuyển phosphate từ HPr-P đến C6 của đường đơn. E1 là chung cho nhiều loại đường nhưng E2 lại đ ặc hiệu cho từng loại đường. Nghĩa là mộ t độ t biến nào đó ảnh hưởng đến việc tổng hợp E1 sẽ dẫn tới mất khả năng vận chuyển nhiều lo ại đường. Trái lại nếu đột biến như thế với E2 thì chỉ ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển của một loại đường. 2 .3 Nguồn cung cấp thức ăn nitơ, cacbon và nguồn vật liệu năng lượng cho tế bào. Trong tế b ào vi sinh vật, chúng ta th ấy vi sinh vật phân giải protein là để sử dụng chúng làm nguồn cung cấp thức ăn nitơ, thức ăn cacbon ho ặc nguồn vật liệu năng lượng. Tùy theo điều kiện môi trư ờng và từng loài, vi sinh vật có thể sử dụng protein để thỏ a mãn một hoặc hai hoặc cả hai nhu cầu trên. Do mụ c đích sử dụng protein như vậy mà vi sinh vật có thể gây nên sự phân giải protein sâu hoặc không và sản phẩm cuối cùng cũng khác nhau. Dưới tác dụng của vi sinh vật, protein sẽ bị phân giải thành acid amin rồi tùy theo điều kiện môi trường mà vi sinh vật sẽ sử d ụng acid amin đó theo hai hướng: Sữ dụng acid amin làm nguồn thức ăn nitơ d ể xây dựng cơ thể: Trong trường hợp này các acid amin có khả năng sử dụng hoàn toàn cả phân tử hoặc chỉ riêng các nhóm acid amin, như thế trong môi trường sẽ không xuất hiện một hợp chất nitơ mới nào. Protein không bị vô cơ hóa, ta sẽ không th ấy những mùi lạ của sự thố i rữa và sản phẩm củ a sự phân giải protein đó được vi sinh vật sử dụng hoàn toàn. Sữ d ụng acid amin làm nguồ n thức ăn cacbon và làm nguồn vậ t liệu năng lượng: Trong trường hợp này các acid amin sẽ đư ợc khử amin theo các phản ứng giải Vi sinh vật học thực phẩm 16
phóng NH3, NH3 có th ể đ ược tích tụ lại ở dạng muối amon và được bay hơi ra ngoài mộ t ph ần. đây là quá trình thối rữa thường thấy ở các thực ph ẩm giàu protein. Việc sử dụng các acid amin của vi sinh vật đ ể làm nguồn cacbon và vật kiệu năng lượng chính là bản chất bên trong củ a quá trình thố i rữa protein. Trong tự nhiên, chúng ta th ấy tồn tại nhiều vi sinh vật và chúng có th ể sử dụng acid amin theo hai hướng trên. Qua nghiên cứu người ta thấy quá trình trao đổi ch ất và trao đổ i năng lượng ở vi sinh vật phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường sống. Ở đây việc sử dụng acid amin làm nguồ n thức ăn nitơ hay nguồn thức ăn cacbon và nguồn vật liệu năng lượng chính là do thành phấn thức ăn của môi trường quyết đ ịnh: Như đã biết, đ ể xây d ựng cơ th ể và đổi m ới tế bào, vi sinh vật cần có thức ăn cacbon và nitơ là chủ yếu, tất nhiên sự dòi hỏi về n guồn cacbon và nitơ luôn phải theo những tỷ lệ n hất đ ịnh. Thực nghiệm đã ch ứng tỏ rằng tỷ lệ C/N thường vào khoảng 25/1 vì trong thành phần khô của tế bào vi sinh vật có 50% trọng lượng C, 10% là N, như vậy t ỷ lệ này là 5/1 và cũng chính là tỷ lệ C/N cần thiết để xây dựng tế bào. Nhưng ngoài mục đích cần 1 ph ần C đ ể xây dựng và đổi m ới tế bào, vi sinh vật còn cần 4 ph ần C khác để làm nguồn vật liệu năng lượng, như vậy t ỷ lệ C/N mà vi sinh vật cần lấy từ m ôi trường bên ngoài sẽ là: (5/1) + 4. (5/1) = (5/1) + (20/1) = 25/1 Trường hợp trong môi trường mà tỷ lệ C/N lớn hơn ho ặc bằng - 25/1 thì việc sử dụng acid amin sẽ theo hướng thứ nhất tứ c là làm nguồn thức ăn nitơ để xây dựng cơ th ể và làm đổ i mới tế bào. Trường hợp trong môi trường tỷ lệ C/N nhỏ hơn 25/1 tức là môi - trư ờng thừa thức ăn nitơ và thiếu thức ăn cacbon, lúc đó nitơ sẽ đư ợc giải phóng ra ngoài dưới dạng NH3 do vi sinh vật không sử dụng được h ết. Việc sử dụng acid amin làm nguồn thức ăn cacbon để xây dự ng và đổi m ới tế bào đồng th ời để làm nguồn vật liệu năng lượng. Vì vậ y khi quan sát quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trên môi trường thức ăn giàu protein như thịt, cá, trứng, sữa ta th ấy những môi trường này hầu như không chứa glucid tức là tỷ lệ C/N < 25/1 nên N thừa sẽ được tích tụ ở dạng NH3 và các bazơ hữu cơ, p rotein sẽ b ị thố i rữa dưới tác dụng của các vi sinh vật này. Cho nên đ ể tránh bớt phần nào protein bị thối rữa do các vi sinh vật gây ra nên ta có thể bổ Vi sinh vật học thực phẩm 17
sung them mộ t lượng glucid vào môi trường thứ c ăn để tăng tỷ lệ C/N và làm giảm lượng NH3 tích tụ. Trong tự nhiên quá trình thối rữ a protein có ý nghĩa quan trọng trong sự chuyển hóa vật chất trong đất. Dưới tác dụng củ a vi sinh vật, protein được chuyển hóa thành muối amon là thức ăn nitơ cho cây xanh. Trong công nghiệp thự c phẩm, quá trình sử dụng protein củ a vi sinh vật có ích trong việc sản xuất một số thực phẩm như nư ớc mấm, muố i cá, làm tương, sản xuất mì chính…Tuy nhiên, việc sử dụng và làm thối rữa protein củ a vi sinh vật cũng gây h ư h ỏng thự c phẩm và một số hàng hóa khác. 3 . Quá trình phân giải protein của vi sinh vật. Quá trình thủ y phân các protein dưới tác dụng của vi sinh vật gọi là quá trình thối rữa. Quá trình này rất quan trọng trong vòng tu ần hoàn vật chất. Sản phẩm làm thối rữa có thể làm ô nhiễm môi trường sống và các vi sinh vật gây th ối rữ a là nguyên nhân chính gây hư hỏng thực phẩm giàu protein. Muốn phân giải protein, cũng giống nh ư đối với các hợp chất cao phân tử khác, đầu tiên vi sinh vật phải tiết ra các enzyme phân giải protein ngoại bào và làm chuyển hóa protein thành các hợp chất có phân tử nhỏ h ơn (các polipeptit và các oligopeptit). Các chất này ho ặc tiếp tục được phân hủy th ành axit amin nhờ các peptidaza ngoại bào, hoặc được xâm nhập ngay vào tế b ào vi sinh vật sau đó mới chuyển hóa thành axit amin. Một phần các axit amin này được vi sinh vật sử 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 ngo ại bào rõ ràng là không có kh ả năng đồng hóa được các loại protein thiên nhiên. Chúng ch ỉ có thể sử dụng được các sản 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 ch ế biến. Rất nhiều lo ài vi sinh vật khác nhau tham gia vào quá trình phân giải protein, đáng chú ý nhất là các lo ại sau: Vi sinh vật học thực phẩm 18
VI KHUẨN: Bacillus mycoides, B. mesentericus, B. subtilis, B. cereus, B. megaterium, B. histoliticus, Proteus vulgaris, Chromobacterium prodigiosum, Pseudomonas fluorescens, P. aeruginosa, P. putreficans, E. coli, C. sporogenes, C. welchii… XẠ KHUẨN VÀ NẤM: Streptomyces griseus, S. rimosus, S. fradiae, Aspergillus oryzae, A. flavus, A. terricola, A. niger, A. saitoi, A. awamori, A. alliaceus, Penicillium camemberti, Ceplialothecium, spp., Rhizopus, spp., Mucor, spp., Gliocladium roseum… Trong cơ thể vi sinh vật, các axit amin th ường được chuyển hóa nhờ quá trình khử amin, và quá trình khử cacboxyl hoặc đồng thời vửa khử amin vừa khử cacboxyl. Sản phẩm quá trình thối rữa tùy thuộc vào từng loại vi sinh vật, phụ thuộc vào tính ch ất của protein, vào độ thoáng khí, độ ẩm và nhiệt độ. Trong quá trình thối rữa chủ yếu là phân hủy các axit amin thành các chất cấp thấp như indol, skatol, phenol, các loại axit có đạm, axit béo cấp thấp, H2S, CH4, NH3, CO2… nhưng cũng còn phân giải, phân hủy các chất khác. Quá trình thối rữa không phải dựa theo một quy luật m à do các điều kiện thích hợp hiện tại quyết định. Những tác dụng oxi hóa khử hoặc do những chất bị phân giải ra, lại hợp thành những chất khác… thường thư ờng thì rất nhiều sự biến hóa lẫn lộn với nhau khó mà tìm ra được quy luật đặc trưng nhưng cũng có những sự biến hóa đ ơn độc. Trong sản phẩm thối rữa có chất độc tồn tại cho n ên khi ăn phải những sản phẩm đó sẽ bị trúng độc. Một số chất độc hay thấy nhiều nhất là histamin, methylamin, một số chất khác ít hơn là cholin, muscarin, tyramin, cadaverin, putrescin, monoamin… và một số chất khác, cá biệt như: ) tìm thấy trong thịt cá tuyết thối rữa. Gadinin ( ) trong cá thu, ngừ thối rữa. P aridin ( ) có trong thịt cua thối rữa. Coridin ( ) có trong thịt cá trích thối rữa. Sardinin ( ) có trong thịt cá thu thối rữa. Scombrin ( P epton là sản phẩm phân giải chưa hoàn toàn của protein, có thể sản xuất công nghiệp nhờ enzyme pepsin thủy phân protein. Đây là h ợp chất được dùng nhiều trong Vi sinh vật học thực phẩm 19
các phòng thí nghiệm để nuôi cấy vi sinh vật. Pepton gồm kho ảng 30% acid amin tự do, phần còn lại là dipeptide, tripeptide và polypeptide hòa tan trong nước, nhưng không còn b ị kết tủa khi đun nóng hay tác dụng bởi acid. Vi sinh vật học thực phẩm 20