Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 - TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 Sinh lý học vi sinh vật, cung cấp cho người học những kiến thức như: Dinh dưỡng và sự trao đổi chất; Sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật;...Mời các bạn cùng tham khảo!

9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 1

Chương III SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT

Nội dung của chương

3.1 Dinh dưỡng và sự trao đổi chất

- Nhu cầu dinh dưỡng của vsv

- Các kiểu dinh dưỡng của vsv

- Các hình thức vận chuyển qua màng của vsv

- Quá trình trao đổi chất: phân giải và tổng hợp

3.2 Sinh trưởng và phát triển của vsv

- Lý thuyết về sinh trưởng

- Đặc điểm sinh trưởng của vsv trên các môi trường

- Một số phương pháp xác định sinh trưởng ở vsv

3.1 Dinh dưỡng và sự trao đổi chất

3.1.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

Chất dinh dưỡng của vi sinh vật là bất kỳ chất nào được VSV hấp thu từ môi trường xung quanh và được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình sinh tổng hợp hoặc cho quá trình trao đổi năng lượng của tế bào

a Thành phần hóa học của tế bào

• Nước là thành phần chủ yếu của tế bào vi sinh vật Nước chiếm khoảng 80-% khối lượng tế bào vi sinh vật

• Các thành phần còn lại gồm các chất hữu cơ như protein, carbohydrate, lipid, axít nucleic, các chất khoáng và các chất đặc biệt (vitamin ….)

• Trong đó, 95% trọng lượng khô của tế bào được cấu tạo bởi các nguyên tố: Cacbon, oxy, hydro, nitơ, sulfur, phosphor, kali, canxi, magiê, sắt

Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên tế bào vi sinh vật

b Yêu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật

- Nước (cung cấp H và O)

- Carbon: carbon hữu cơ (polysacarit, protein,

lipit); carbon vô cơ (CO2, muối carbonat)  cung cấp năng lượng cho TB

- Nitrogen: N hữu cơ (protein, axit amin), vô cơ

(muối amon NH4 +, muối nitrat NO3 -), phân tử N2 (vsv cố định đạm)

- Muối khoáng (P, K, Na, S…)

- Các chất đăc hiệu (vitamin, kháng sinh…)

9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 7

Nguồn C được vi sinh vật sử dụng

Nguồn N được vi sinh vật sử dụng

Muối vô cơ

và chức

năng sinh lý

Các nguyên tố vi lượng

3.1.2 Các kiểu dinh dưỡng của VSV

 Căn cứ vào khả năng đồng hoá của VSV đối với nguồn

dinh dưỡng Carbon phân ra hai nhóm:

- Nhóm vsv tự dưỡng (autotrophs):Đồng hoá nguồn dinh

dưỡng là các chất vô cơ.

- Nhóm vsv dị dưỡng (heterotrophs): Đồng hoá nguồn

dinh dưỡng là các chất hữu cơ.

 Căn cứ vào nguồn năng lượng sử dụng:

- Nhóm vsv quang năng (phototrophs): Sử dụng năng

lượng từ ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo

- Nhóm vsv hóa năng (chemotrophs):Sử dụng năng lượng

từ các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào

Nguồn cung cấp C, năng lượng, điện tử của vsv

Nguồn Carbon)

- Tự dưỡng (autotroph) CO 2 là nguồn C duy nhất/ chủ

yếu

- Dị dưỡng (heterotroph) Nguồn C là các chất hữu cơ

Nguồn năng lượng

- Quang năng (phototroph) Nguồn năng lượng là ánh sáng tự

nhiên/nhân tạo

- Hóa năng (chemotroph) Nguồn năng lượng là năng lượng

hóa học thu được từ quá trình oxy hóa các hợp chất trong tế bào Nguồn cung cấp điện tử

- Vô cơ Sử dụng các phân tử vô cơ dạng

khử để cung cấp điện tử

- Hữu cơ Sử dụng các phân tử hữu cơ để

9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 13

 Căn cứ nguồn năng lượng và nguồn Cacbon mà VSV sử

dụng để đồng hoá các chất, chia làm 4 nhóm dinh

dưỡng:

- Tự dưỡng quang năng ( Photoautotroph )

- Tự dưỡng hóa năng ( Chemoautotroph)

- Dị dưỡng quang năng ( Photoheterotroph)

- Di dưỡng hóa năng ( Chemoheterotroph )

 Nếu nguồn dinh dưỡng đồng hóa là Ni-tơ:

- Tự dưỡng amin

- Dị dưỡng amin

 VSV có sắc tố quang hợp:

bacteriochlorophyll a,

b, c, d hay carotenoid

 VSV quang năng:Tảo lục, vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(họ Chlorobiaceae),

vi khuẩn lưu huỳnh tía

(họ Chromatiaceae).

a Tự dưỡng quang năng:

Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng mặt trời/nhân

là hợp chất vô cơ.

b Dị dưỡng quang năng:

• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng để đồng

hoá CO2nhưng nguồn cung cấp H là các hợp chất hữu cơ

như rượu, axit hữu cơ đơn giản

• Thuộc về loại này có các giống vi khuẩn không lưu huỳnh

màu lục, màu tía hoặc Rhodospirillum rubrum (xoắn khuẩn

màu hồng hay đỏ tía)

c Tự dưỡnghoá năng:

• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hoá chất vô cơ để

đồng hoá C vô cơ (CO2)

• Nhóm vsv tự dưỡng hóa năng: VK phân giải lưu huỳnh, VK phân giải sắt, VK nitrat, nitrit hóa, VK oxy hóa methane, VK sử dụng hydrogen…

• Sơ đồ tổng quát: VK oxy hóa các hợp chất vô cơ để giải phóng năng lượng  tham gia vào quá trình tổng hợp cac chất dinh dưỡng

d Dị dưỡng hoá năng:

• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hoá chất hữu cơ để

thực hiện quá trình sinh tổng hợp các chất cần thiết cho tế bào

• Phần lớn các nhóm VSV thuộc nhóm này: phần lớn vi khuẩn,

nấm, protozoa)

• Tuỳ theo loại VSV khác nhau mà tiến hành các quá trình oxy hoá

cho năng lượng khác nhau:

Tóm tắt các loại hình dinh dưỡng của vi sinh vật

9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 19

3.1.3 Cơ chế hấp thu các chất dinh dưỡng ở

VSV

 Các chất được vận chuyển qua màng tế bào chất thông

qua một trong hai cơ chế:

 Vận chuyển thụ động (Khuếch tán đơn giản): Các chất

đi qua màng NSC nhờ sự chênh lệch nồng độ giữa hai

phía của màng ( không tiêu tốn năng lượng của tế bào ).

 Vận chuyển chủ động: Các chất đi qua lại màng NSC

nhờ sự liên kết với những phân tử vận chuyển đặc biệt

nằm trong màng Những phân tử này gọi là pecmeaza

(protein thấm) Vận chuyển chủ động cần tiêu tốn năng

lượng của tế bào

a Vận chuyển thụ động

 Các phân tử đi qua màng nhờ sự chênh lệch nồng độ (trong trường hợp các chất không điện phân) hay chênh lệch điện thế (trường hợp các ion) ở hai phía của màng.

 Kiểu vận chuyển này không tiêu tốn năng lượng của tế bào vi sinh vật.

 Có 3 hình thức vận chuyển thụ động:

- Khuếch tán đơn giản (simple diffusion)

- Khuếch tán xúc tiến (kt gia tốc- facilitated diffusion)

- Sự thẩm thấu (osmosis )

 Là hình thức vận chuyển các chất hòa tan từ nơi có nồng độ cao

đến nơi có nồng độ thấp và không tiêu tốn năng lượng

 Sự khác biệt về nồng độ của một chất ở 2 bên màng NSC tạo

nên mộtgradient nồng độ các phần tử chất đó đi từ nơi có

nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp cho tới khi đạt tới sự cân

bằng động ở hai bên màng mà không đòi hỏi phải cung cấp

năng lượng.

 KTĐG phụ thuộc vào động năng (kinetic energy) của các

phần tử nên sự khuếch tán sẽ xảy ra nhanh hơn khi (1) nhiệt

độ tăng, (2) gradient nồng độ lớn và (3) vật thể có kích thước

nhỏ.

 Lipid, các chất tan trong lipid như oxy, nitơ, CO 2 , các vitamin tan

trong dầu (như vitamin A, D, E, K), rượu, cồn.

a1: Khuếch tán đơn giản (simple diffusion):

Khuếch tán đơn giản

a2 Khuếch tán xúc tiến (facilitated diffusion)

• Là sự khuếch tán nhờ vai trò của protein mang

• Đặc điểm: Tốc độ khuếch tán tăng dần đến mức tối đa thì dừng

lại, mặc dù nồng độ chất khuếch tán vẫn tiếp tục tăng.

 Những chất được vận

chuyển bằng khuếch tán

xúc tiến: có kích thước lớn

và không đi màng bằng

phương thức khuếch tán

đơn giản (glucose,

mannose, galactose, xylose,

arabinose và phần lớn các

acid amin)

a3 Thẩm thấu (osmosis)

• Là hiện tượng vận chuyển thụ động của các phân tử nước từ nơi có nồng độ nước cao (nồng độ chất hòa tan thấp) tới nơi có nồng độ nước thấp (nồng độ chất hòa tan cao).

Phân tử nước được vận chuyển như thế nào ở các môi trường có nồng

độ nước và chất tan khác nhau ?

9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 25

Hiện tượng thẩm thấu (Osmosis)

 Môi trường có nồng

độ chất tan cao hơn

nồng độ chất tan

trong tế bào  Môi

trường Ưu trương

 Môi trường có nồng

độ nước cao hơn

nồng độ nước trong

tế bào  môi trường

Nhược trương

 Nồng độ nước/chất

tan cân bằng giữa

môi trường và TB 

MT đẳng trương

b Vận chuyển chủ động

- Là hình thức vận chuyển sử dụng năng lượng ATP nhằm đưa các chất tan đi ngược chiều gradient nồng độ của chúng

- Hình thức vận chuyển này được thực hiện qua vai trò của các

protein xuyên màng đặc hiệu, đóng vai trò như các bơm hoạt động nhờ ATP để đẩy các ion như Na + , K + , H + , Ca 2+ , I - , Cl

- Các hình thức vận chuyển chủ động;

+ Bơm ion (ion pump – vận chuyển chủ động nguyên phát) + Đồng vận chuyển (cotransport – VCCĐ thứ phát) + Chuyển vị nhóm (group translocation)

+ Nhập bào (endocytosis)

b1: Bơm ion: Bơm Natri-kali

• Bơm natri - kali (bơm Na + - K + - ATPase): bơm Na + ra khỏi tế

bào, đồng thời bơm K + vào trong tế bào Bơm natri - kali có ở

màng của mọi loại tế bào.

• Bơm natri - kali là một protein mang có hai phân tử protein dạng

cầu, một to và một nhỏ Chưa biết chức năng của phân tử protein

nhỏ Protein to có 3 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với Na + ở

mặt trong và 2 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với K + ở mặt

ngoài Ở mặt trong, gần receptor tiếp nhận Na + có enzyme

ATPase.

• Khi có 3 Na + gắn ở mặt trong và 2 K + gắn ở mặt ngoài phân tử

protein mang thì enzyme ATPase được hoạt hoá, phân giải một

phân tử ATP và giải phóng năng lượng Năng lượng này làm thay

đổi hình dạng phân tử protein mang, để đưa 3 Na + ra ngoài và 2

K + vào trong tế bào

Video: Bơm Na - K

b2: Đồng vận chuyển (cotransport)

• Là quá trình vận chuyển cùng lúc 2 chất qua màng

• Ví dụ: Bơm Na + - K + - ATPase hoạt động tạo nồng độ Na+

rất cao ở bên ngoài màng tế bào Nồng độ cao này là một thế năng, có xu hướng làm Na + khuếch tán vào bên trong, khi Na + đi vào thì "kèm theo" một chất khác cùng gắn vào chất mang chung với Na +

• Những chất đi cùng chiều với Na + thì gọi là "đồng vận-symport", những chất đi ngược chiều thì gọi là "đối vận -antiport"

hay "đổi chỗ".

9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 31

b3: Sự chuyển vị nhóm (group translocation)

• Là hình thức vận chuyển được vi khuẩn sử dụng để hấp thu

đường (glucose, mannose, fructose và cellobiose) nhờ hệ thống

Phosphotransferase system (PTS).

• PTS gồm 2 enzyme (EI và EII) và 1 protein ổn định nhiệt có

phân tử lượng thấp

• Hinh thức vận chuyển nay cần sử dụng năng lượng trao đổi

chất từ Phosphoenolpyruvate (PEP).

• PEP + Đường (ngoại bào) → Pyruvate + Đường + P (nội bào)

 thành gluocose 6-photsphate

Video: chuyển vị nhóm ở vi khuẩn

b4 Nhập bào (endocytosis)

• Là hình thức vận chuyển ở các tế bào có nhân thật

(Eukaryotes)

 Thực bào (phagocytosis- tế bào ăn): Hấp thu các chất dinh

dưỡng là chất rắn,có kích thước lớn

• Các sản phẩm này tiếp xúc với màng tế bào rồi cùng màng tế

bào lõm vào tạo túi thực bào, rồi túi thực bào tách khỏi màng

tế bào và màng lại trở về trạng thái bình thường.

 Ẩm bào (pinocytosis - tế bào uống): các quá trình cũng diễn ra

như trên, chỉ khác là chất được nhập bào là các dịch lỏng và

các chất tan có kích thước nhỏ

• Tiêu hóa qua receptor trung gian (receptor-mediated

endocytosis): màng tế bào lõm vào cùng các receptor protein

đặc biệt gắn với chất nhập bào để tạo thành túi thực bào.

Vận chuyển qua receptor trung gian ở nấm men

Video: Vận chuyển qua màng ở vsv Bài tập: Cho biết các hình thức vận chuyển ở hình dưới

3.2 Trao đổi chất của vsv (metabolism)

3.2.1 Khái niệm chung

a Khái niệm trao đổi chất:Là các chuyển hoá có liên quan đến qúa

trình tổng hợp và phân huỷ trong tế bào Trao đổi chất gồm có

hai quá trình đồng hoá và dị hoá.

• Quá trình đồng hoá (anabolism):Tổng hợp các chất hữu cơ phức

tạp từ những chất đơn giản (quá trình chế biến lại các chất dinh

dưỡng được hấp thụ thành chất riêng của tế bào từng loại vi sinh

vật).Quá trình này là quá trình sử dụng năng lượng.

• Quá trình dị hoá (catabolism):quá trình phân cắt các phân tử hữu

cơ phức tạp (từ TA) thành các phân tử đơn giản và cung cấp

năng lượng (ATP) cho hoạt động sống của TB Quá trình tạo

năng lượng

 Ở vi sinh vật, quá trình TĐC là sự tổng hợp các phản ứng hoá

học diễn ra trong tế bào, gồm hai dạng: Trao đổi năng lượng và trao

3.2.2 Quá trình trao đổi năng lượng

a Hô hấp ở VSV

 Là quá trình oxi hoá khử các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là

carbonhydrate Đối với vsv quá trình oxi hóa khử được thực

nhận khác nhau: có thể là oxi phân tử (O 2 ), là chất hữu cơ hoặc các chất vô cơ

 VSV có 2 kiểu hô hấp: Yếm khí và hiếu khí Đối với hô hấp

carbonhydrate  đều giống nhau ở quá trình đường phân

Hô hấp hiếu khí

 Quá trình hô hấp diễn ra trong điều kiện có oxy để chuyển hóa

glucose thành CO 2 và cung cấp năng lượng (ATP) cho TB

 Gồm 3 giai đoạn: đường phân, Kreb cycle, chuỗi vận chuyển

điện tử

• Đường phân  glucose bị thủy phân thành 2 pyruvat

- 2 Pyruvat bị khử carboxyl -> 2 acetyl coenzyme A + 1 CO 2

- NAD+ oxi hóa  NADH+ H+

• Acetyl coenzyme A tham gia chu trình Kreb  khử carboxyl

giải phóng CO 2 ; NAD + oxi hóa thành NADH2; FAD +  FADH2

• NADH2 tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử trong điều kiện

có oxy  oxi hóa để tạo thành H 2 O và giải phóng năng lượng

ATP

 Chất nhận điện tử: Oxy phân tử

 Sản phẩm cuối cùng:

• Ở vsv nhân thật, glucose sẽ bị oxi hoá tận cùng cho 36 ATP; Ở

nhân sơ là 38 ATP

 Hô hấp hiếu khí là nguồn cung cấp năng lượng ATP cho các hoạt động sống của TB

• Quá trình hô hấp diễn ra trong ty thể (TB nhân thật) hoặc ở

màng NSC (TB nhân sơ).

 Một số nấm sợi, vi khuẩn oxi hóa không triệt để các hợp chất

axit hữu cơ:

- Nấm Aspergillus niger  cho axit oxalic

- Nấm Penicillium glaber  cho axit limonic

- Nấm Mucor, Rhizopus  cho axit fumaric

- Vi khuẩn axitic thuộc giống Acetobacter  oxi hoá ethanol

 axit axetic

41

Hô hấp yếm khí

• Là quá trình phân giải các hợp chất carbohydrate trong điều

• Gồm 3 giai đoạn: Đường phân  chu trình Kreb chuỗi hô

hấp, vận chuyển điện tử giống ở hô hấp hiếu khí

• Trong ĐK không có oxy : NADH+H + sẽ bi oxy hóa trở lại

• Chất nhận điện tử : các chất vô cơ: NO 3 - , SO 4 2- , CO 3

2 NO 3 - (nitrate) bị khử  thành NO 2 - (nitrite)

- SO 4 2- (sulfate) bị khử  H 2 S (hydrogen sulfide)

- CO 3 2- (carbonate) bị khử  CH 4 (methane)

• Tạo thành 2 ATP

• Khả năng sinh ATP thấp hơn so với hô hấp hiếu khí vì chỉ một

oxy

Ví dụ: Nitrat oxy hóa trong điều kiện yếm khí Nitrat bị oxy hóa  mất một oxy chuyển thành Nitrit + nước

nitric oxide (NO), nitrous oxide (N 2 O) và khí N 2  có vài trò quan trọng trong vòng tuần hoàn N trong tự nhiên

b Lên men

 Là quá trình oxy hóa không hoàn toàn đường glucose hoặc

các hợp chất hữu cơ khác trong điều kiện không có oxy

 Axit pyruvic hình thành trong quá trình đường phân

không tham gia vào chu trình Kreb, chuỗi hô hấp  bị

 Giải phòng một lượng nhỏ năng lượng: 2 ATP

 Chất nhận điện tử cuối cùng: các hợp chất hữu cơ

 Sản phẩm tạo thành của qua trình lên men nhờ nấm men,

vi khuẩn lactic….:

- Ethanol + CO 2

- Các dung môi hữu cơ: acetone, butanol

- Các axit hữu cơ: a lactic, a axetic

- Vitamin, kháng sinh, hormone, axit amin….

Lên men lactic : Pyruvat được tạo thành trong quá trình đường phân bị oxi hóa nhờ enzyme lactase dehydrogenase thành a lactic

Lên men lactic đồng hình: Là quá trình lên men mà sản phẩm cuối cùng là axit lactic

Lên men lactic dị hình: là quá trình lên men mà sản phẩm cuối

cùng thu được ngoài axit lactic còn có có các sản phẩm khác như axit axetic, ethylic, CO2…

Glucose (fructose) 2 Lactic acid + 2 ATP

Ứng dụng: Sản xuất a lactic công nghiệp; Lên men các sản phẩm của sữa (sữa chua, phomat…); sản phẩm thực vật (muối dưa…); Ủ chua thức ăn xanh cho gia súc nhai lại; Sản xuất các chế phẩm probiotics…

Lên men rượu

 Được thực hiện bởi nấm men và môt số vi khuẩn

Ứng dụng: Sản xuất cồn

- Sản xuất rượu/bia…

 Ethanol hình thành có thể được lên men tiếp đê hình thành axit acetic

(dấm) nhờ vk Acetobacter

 Axit acetic có thể được lên men tiếp  methan (CH4) bởi các vk

Methanosarcina

Các vsv tham gia và sản phẩm cuối cùng

3.2.3 Quá trình phân giải các hợp chất

trong môi trường

•Sự phân giải các hợp chất không chứa N

•Sự phân giải các hợp chất chứa N

 Quá trình phân giải ở VSV: là quá trình phân giải các chất

dinh dưỡng ở môi trường thành các chất đơn giản hơn nhờ

các enzyme ngoại bào (protease, amylase, cellulase …).

 Sản phẩm của quá trình phân giải sẽ được VSV hấp thu để

sinh tổng hợp các thành phần tế bào hoặc tiếp tục được phân

giải theo kiểu hô hấp hay lên men.

a Sự phân giải các hợp chất không chứa N Phân giải cellulose)

Đặc điểm:

- Quá trình phân giải xơ trải qua các giai đoạn khác nhau với sự tham gia của các enzyme Cellulase khác nhau là:

 C1: Cellobiohydrolase

 Cx: Endoglucanase và Exoglucanase

 -glucosidase.

- Sản phẩm của quá trình phân giải:

glucose

9/12/2017 TS Nguyễn Thị Tuyết Lê 49

 Vi sinh vật hiếu khí:

Cellulomonas

- Một số loài vi khuẩn: giống Bacillus, Clostridium

- Một số loài thuộc giống xạ khuẩn Streptomyces

- Nấm mốc: Trichoderma, Aspergillus

 Vi sinh vật yếm khí: điển hình là các loài vi khuẩn sống trong dạ cỏ

củaloài nhai lại Ruminococcus

- Ứng dụng:Các enzyme phân giải cellulose phân lập từ vsv được ứng

dụng trong các lĩnh vực:

+ Sản xuất phân bón vi sinh (nấm trichoderma….), chất tẩy rửa sinh học

+ Sử dụng lên men thức ăn trong chăn nuôi gia súc nhai lại (ủ chua)

+ Sản xuất enzyme cellulase ở qui mô công nghiệp

+ Tham gia phân giải các chất xơ trong đất tăng độ phì nhiêu của đất,

cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng

Vi sinh vật phân giải xơ:

Vi nấm Trichodermasp

Một số nấm sợi có khả năng phân giải chất xơ tốt

• Xylan là loại hemicenlullose phân bố rất rộng trong tự nhiên do nó có

nhiều trong thành phần tế bào thực vật, trong rơm rạ, bẹ ngô, trấu…

- Vi sinh vật phân giải xylan: sinh ra enzyme xylanase

+ Những VSV phân giải được cellulose cũng sẽ phân giải được xylan

+Trừ một vài loại VSV (Clostridium) hầu hết enzyme xylanase chỉ được

sinh ra khi có mặt của xylan là chất cảm ứng.

- Quá trình phân giải: nhờ enzyme xylanase

+ Hemicellulose (xylan) bị thủy phân nhờ xylanase  thu được các

hexose (mannose, galactose ) và các pentose (arabinose, xylose)

Ứng dụng: Enzyme xylanase thu được từ vsv được ứng dụng để:

- Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ

- Lên men các nguyên liệu giàu xơ sử dụng trong chăn nuôi, trong sản

xuất cồn sinh học (đường hóa xơ)

Phân giải xylan

52

Sự phân giải pectin

Rhamnogalacturonans, Arabinans, Galactans và Arabinogalactans.

•Vi sinh vật phân giải pectin: VK (Bacillus), xạ khuẩn (Streptomyces nocardia), Nấm mốc (Mucor stolonifer), Nấm men

(Saccharomyces fragilis)

•Quá trình phân giải pectin: Nhờ enzyme pectinase gồm 4 loại:

Pectin acetylesterase, Rhamnogalacturonase,

Polygalactorunase và Pectin esterase

• Sản phẩm của quá trình phân giải:

Các pectin bị thủy phân  các chất hòa tan như axit galacturonic, arabinose, xylose, galactose, axit acetic, methanol

53

• Phần lớn pectin có trong các loại hạt có dầu (đỗ tương, hạt hướng dương,

hạt cải dầu…) Trong ngũ cốc (ngô 5-7%) với tỷ lệ thấp hơn.

• Trong thành phần nonstarch polysaccharide (NSP) của đỗ tương, pectin

chiếm tỷ lệ lớn 50-55%, tồn tại dưới hai dạng: Arabinogactactan và

Galacturonan Động vật dạ dày đơn không có enzyme tiêu hóa pectin.

Ứng dụng quá trình phân giải pectin của vsv

Các vsv có khả năng phân giải pectin được sử dụng để sản

dụng trong các lĩnh vực:

 Sản xuất thức ăn gia súc: pectinase được bổ sung vào thức

đơn

 Công nghiệp sợi, dệt, làm bao bì… (đay, gai Ngâm vào bể

có vsv phân giải pectin  sợi đay, gai rời nhau, bóng sạch)

 Phân giải các hợp chất xơ trong đất  cung cấp chất dinh

 Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ

 Trong sản xuất nước quả và rượu nho: Enzyme pectinase

quả, cải thiện chất lượng dịch quả, làm trong dung dịch

• Vi sinh vật phân giải lignin:

-Nấm (Acomycestes, Basidiomycetes); Xạ khuẩn (Streptomyces) và

Vi khuẩn (Pseudomonas Flavobacterium, Agrobacterium )

• Quá trình phân giải: VSV tiết các enzyme Ligninase: Lignin

peroxidase; Mananese peroxydase, Laccase

• Các sản phẩm phân giải lignin: các axit như a gallic, a.

protocatechic sẽ được VSV huy động một phần vào tổng hợp ra

chất mùn của đất, còn một phần khác sẽ bị oxi hoá tiếp thành các

chất vô cơ.

Sự phân giải lignin:

• Ứng dụng trong các lĩnh vực

- Xử lý rác thải; Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ

- Phân giải chất xơ trong đất  tăng độ phì nhiêu cho đất

- Sản xuất nhiên liệu sinh học; Chế biến thức ăn chăn nuôi (đường hóa

xơ)

- Cellulose và hemicellulose là các polymers được cấu tạo từ các phân tử

đường Sử dụng enzyme thủy phân lignin, cellulose và hemicellulose 

giải phóng các phân tử đường làm nguyên liệu lên men sản xuất cồn

Tóm tắt quá trình phân giải lignin và các chất xơ khác

57

Phân giải tinh bột

• Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu

của thực vật Đơn vị cấu tạo căn

bản của tinh bột là -glucose liên

kết với nhau bằng liên kết

glucosid Trong tinh bột có hai

thành phần là amylose (20%) và

amylopectin (80%).

• Vi sinh vật phân giải tinh bột có

khả năng tiết ra môi trường

enzyme amilase.

• Enzyme Amylase phân giải tinh

bột: α-amylase, -amylase,

γ-Amylase (tên khác là

glucoamylase)

• Sản phẩm cuối cùng của quá

trình thủy phân tinh bột là các

đường đơn (glucose, mannose…)

Các giai đoạn thủy phân tinh bột nhờ enzyme amylase và sản phẩm tạo thành

• Vi sinh vật phân giải tinh bột:

- -amylase: Vi khuẩn (Bacillus subtilis, B licheniformis, B.

megaterium; Lactobacillus brevis…), Nấm men (Candida

sitophila, C.japonica); Nấm sợi, Xạ khuẩn

- -amylase: chủ yếu ở thực vật Một vài vsv có sinh

-amylase như: Bacillus megaterium, B polymyxa, B cereus;

Streptomyces…

vsv (Aspergillus sp., Rhizopus sp., Endomyces sp….)

Ứng dụng : - Sản xuất thực phẩm

- Sản xuất rượu, bia

-Chế biến thức ăn chăn nuôi: lên men cám gạo, bột ngô với

nấm men…

- Xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi …

Phân giải các hợp chất carbohydrate của vsv dạ cỏ:

VSV dạ cỏ (chủ yếu là vi khuẩn)  lên men carbohydrate đê giải phóng năng lượng + khí (CH 4 , CO 2 ) và axit béo bay hơi (VFA): a

axetic, a.propionic, a butyric (95%)