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.

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

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.

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

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
2
1.2.2.3. Con đường Entner-Doudoroff
Mặc dù đường phân là con đường phổ biến nhất dùng chuyển hóa các hexose
thành Pyruvate nhưng một con đường khác, tương tự cũng đã được phát hiện. Con
đường Entner-Doudoroff mở đầu với các phản ứng chi như con đường pentose-
phosphate tức là tạo thành gluco-6-phosphate và 6-phosphorus-gluconat (Hình 1.4). Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
15 Hình 1.4. Con đường Entner-Doudoroff
Tuy nhiên, sau đó 6-phosphorus-gluconat không bị oxy hóa tiếp mà bị loại nước
tạo thành 2-keto-3-deoxy-6-phosphorusgluconat (KDPG) là chất trung gian chủ yếu

amin có thể bị phân giải tiếp trong chu trình Acid tricarboxylic (TCA) hoặc cũng gọi là
chu trình Krebs. Cơ chất đối với chu trình TCA là Acetyl-CoA. Khi xem xét chu trình
này ta cần chú ý đến các chất trung gian, các sản phNm và hoá học của mỗi chặng.
Trong phản ứng thứ nhất Acetyl-CoA kết hợp với Oxaloacetate (chất trung gian 4C)
thành citrat và mở đầu chặng 6C. Citrat (chứa 3 gốc COOH) được sắp xếp lại tạo thành
izocitrat. Sau đó izocitrat bị oxy hoá và loại carboxyl hai lần sản ra _- ketoglutarat rồi
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
17

succinyl-CoA. Ở chặng này 2N ADH được tạo thành và 2C bị tách khỏi chu trình như
CO2 (Chú ý: Ở vi khuNn phản ứng izocitrat → α-ketoglutarat sử dụng N ADP+). Vì
2C được bổ sung ở dạng Acetyl-CoA lúc ban đầu nên cân bằng được duy trì và không
có carbon nào bị mất. Bây giờ chu trình đi vào giai đoạn 4C trong đó qua hai bước oxy
hoá xuất hiện một FADH2 và một N ADH. N goài ra, GTP (một phân tử cao năng
tương đương ATP) được tạo thành từ succinyl-CoA nhờ phosphoryl hoá ở mức độ cơ
chất. Cuối cùng 0xaloacetat được tái tạo và sẵn sàng kết hợp với một phân tử acetyl-
CoA khác. Từ nhận thấy chu trình TCA sản ra 2 CO2, 3 N ADH, 1 FADH2 và 1GTP
đối với mỗi phân tử Acetyl-CoA bị oxy hoá.

Hình 1.5. Chu trình acid tricarboxylic
Chu trình có thể được chia thành 3 giai đoạn dựa vào số lượng các chất trung
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
19

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 66 – 81 19 – 34 -
3 Streptomyces griseus 97 3 -
4 Penecillium chrysogenum 77 23 -
5 Escherichia coli 72 28 -
6 Pseudomonas saccharophila

- - 100
7 Bacillus subtilis 74 26 -
8 Gluconobacter oxydans - 100 -
9 Alcaligenes eutrophus - - 100
10 Zymomonas mobilis - - 100
11 Sarcina lutea - - 100
12 Pseudomonas aeruginosa - 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. 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 mạch dài nhờ các liên kết
peptide (gọi là chuỗi polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo

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 thường 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 chất 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, H
2
S, CH
4
, NH
3
, CO
2
… nhưng cũng còn phân
giải, phân hủy các chất khác.
Quá trình thối rữa không phải dựa theo một quy luật mà 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 thường thì rất nhiều sự biến hóa lẫn lộn với
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
22

nhau khó mà tìm ra được quy luật đặc trưng nhưng cũng có những sự biến hóa đơn
độc.



) có trong thịt cá thu thối rữa.
Pepton là sản phẩm phân giải chưa hoàn toàn của protein, có thể sản xuất công
nghiệp nhờ enzyme pepsin thủy phân protein. Đây là hợp chất được dùng nhiều trong
các phòng thí nghiệm để nuôi cấy vi sinh vật. Pepton gồm khoảng 30% acid amin tự
do, phần còn lại là dipeptide, tripeptide và polypeptide hòa tan trong nước, nhưng
không còn bị kết tủa khi đun nóng hay tác dụng bởi acid.
2.3. Các ứng dụng của quá trình phân giải protein ở vi sinh vật
2.3.1. Trong sản xuất nước mắm
Nước mắm là dung dịch đạm mà chủ yếu là các acid amin, được tạo thành do
quá trình thủy phân protein cá nhờ hệ enzym protease có trong cá. Ngoài ra nước mắm
còn dùng để chữa một số bệnh như đau dạ dày, phỏng, cơ thể suy nhược, cung cấp
năng lượng. Nước mắm được sản xuất ở hầu hết các nước Châu Á. Mỗi nước có kiểu
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
23

sản xuất khác nhau tạo ra sản phẩm có giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan khác
nhau.
Hình 2.1. Sản xuất nước mắm tại Phú Quốc
2.3.1.1. Giá trị dinh dưỡng của nước mắm
Các chất đạm
Chiếm chủ yếu và quyết định giá trị dinh dưỡng của nước mắm như đạm tổng số
(tổng lượng nitơ có trong nước mắm), đạm amin (tổng lượng đạm nằm dưới dạng acid
amin), đạm amon… Ngoài ra trong nước mắm còn chứa đầy đủ các acid amin, đặc biệt
là các acid amin không thay thế: valin, leucin, methionin, isoleucin, phenylalanin,
alanin Các thành phần khác có kích thước lớn như tripeptid, peptol, dipeptid. Chính
những thành phần trung gian này làm cho nước mắm dễ bị hư hỏng do hoạt động của
vi sinh vật.
Các chất bay hơi

Sản phẩm chủ yếu của quá trình phân giải protein là acid amin và các peptid cấp
thấp.
Sự tạo thành và chuyển biến hợp chất ES qua 3 bước:
 Bước 1: Enzym kết hợp với protein tạo thành phức chất enzym protein, bước
này xảy ra khá nhanh, liên kết không bền.
 Bước 2: Xảy ra sự chuyển biến của các phân tử protein dẫn đến làm phá vỡ các
mối liên kết đồng hóa trị tham gia vào phản ứng. Khi đó phức chất ES đồng
thời xảy ra hai quá trình là sự dịch chuyển thay đổi electron, dẫn đến sự cực hóa
của mối liên kết tham gia vào phản ứng và sự biến dạng hình học của nối liên
kết đồng hóa trị trong phân tử protein cũng như trong trung tâm hoạt động của
enzym, làm cho protein hoạt động, quá trình thủy phân dễ dàng hơn.
 Bước 3: Giai đoạn tạo thành các acid amin và peptid cấp thấp, giải phóng
enzym.
Theo nghiên cứu của Beddow, ba bước tạo thành và chuyển hóa hợp chất ES
tương ứng với 3 chặng đường biến đổi hợp chất 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.
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
26

 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 biến mất sau 120 -
140 ngày.
 Pha 3 (140 - 200 ngày): Enzym phóng thích và tấn công vào các phần
protein hòa tan. Đây là nguyên nhân làm thay đổi hợp chất Nitơ.
2.3.1.3. Các hệ enzyme trong sản xuất nước mắm
a) Hệ enzym Metalo-protease (Aminodipeptidase):
Hệ enzym này tồn tại trong nội tạng của cá và chịu được nồng độ muối cao nên
ngay từ đầu nó đã hoạt động mạnh, giảm dần từ tháng thứ 3 trở về sau. Loại enzym này

protein thịt cá thành các acid amin ở điều kiện nhiệt độ và môi trường thích hợp.
Phương pháp Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
28
Hình 2.2. Sơ đồ sản xuất nước mắm
- Xử lý: cá phải rửa sạch bùn, đất, tạp chất, cá to phải cắt nhỏ.
- Thủy phân:
+ Mốc: yêu cầu tốc độ sinh trưởng và phát triển nhanh, hình thái khuẩn ty to và mập,
tốt nhất là sau 2 ngày ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp.
+ Tỉ lệ giữa mốc và cá từ 3-4% tính theo chế phẩm mốc thô và cá xay nhỏ trộn với
mốc.
+ Nước cho vào 5-10% để vừa đủ ngấm mốc, giúp men hoạt động tốt, nhiệt độ thủy
phân 37-41
o
C, thời gian 10-15 ngày chượp sẽ chín.
+ Muối: sử dụng muối có tinh thể nhỏ, màu sáng, độ trắng cao, không vón cục, không