BỘ giáo dục và đÀo tạo trưỜng đẠi học cần thơ khoa khoa học -viện nc&pt công nghệ sinh họC



tải về 1.3 Mb.
trang2/7
Chuyển đổi dữ liệu23.08.2016
Kích1.3 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

a. Nguồn carbon và năng lượng
Vi sinh vật cần nguồn carbon thích hợp để tạo nên các cấu tử của tế bào cũng như cung cấp năng lượng cho tế bào. Tuỳ theo nguồn carbon sử dụng mà người ta chia vi sinh vật thành các nhóm như vi sinh vật quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hoá tự dưỡng, hoá dị dưỡng. Nguồn carbon cung cấp năng lượng và tổng hợp chất hữu cơ tế bào được trình bày trong bảng 2:

Bảng 2: Nguồn carbon và nguồn năng lượng cần thiết ở một số nhóm vi sinh vật


Loại vi sinh vật

Nguồn carbon cung cấp
năng lượng tế bào

Nguồn carbon để tổng
hợp các cấu tử tế bào

Vi sinh vật quang tự
dưỡng

Ánh sáng

CO2

Vi sinh vật quang dị
dưỡng

Ánh sáng

Hợp chất hữu cơ

Vi sinh vật hoá tự dưỡng

Hp chất vô cơ, H2, NH3,

NO2-, Fe2+, H2S



CO2

Vi sinh vật hoá dị dưỡng

Hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ

Vi sinh vật hoá dị dưỡng

Hp chất vô cơ, H2, NH3,

NO2-, Fe2+, H2S



Hợp chất hữu cơ

(Nguồn: Nguyễn Hữu Hiệp, 2007)
Nguồn carbon hữu cơ cần thiết cho các vi sinh vật hoá dị dưỡng rất đa dạng từ các loại đường đơn như glucose, fructose, sucrose, tinh bột, glycogen, cellulose, và acid nucleic đến các hợp chất hữu cơ phức tạp như dầu mỏ, nhựa dẻo (plastic), naphthalen, lipid và protein. Tùy theo loài vi sinh vật mà nguồn carbon thích hợp thay đổi. Ví dụ, các loài vi khuẩn Pseudomonas có thể sử dụng đến 90 nguồn carbon khác nhau, mỗi loài có thể sử dụng một số nguồn carbon khác nhau. Cũng có loài vi khuẩn rất chuyên biệt như vi khuẩn Bacillus fastidiousus chỉ có thể sử dụng urea làm nguồn carbon và nguồn năng lượng.

b. Nguồn nitrogen

Tùy theo loài vi sinh vật mà nguồn đạm hữu cơ và vô cơ cần thiết cho tế bào sẽ khác nhau. Nguồn đạm mà vi sinh vật thường dùng nhất là protein, acid amin,




.
NH3, NH4+ và NO3- N2
trong không khí là nguồn dinh dưỡng nitơ của nhóm vi

sinh vật cố định nitơ.Vi sinh vật cần có đủ đạm để tổng hợp các acid amin, protein, acid nhân, lipid, carbohydrate và các coenzyme cho cơ thể.

c. Nguồn khoáng
Sulfur: thường được cung cấp từ các sulphate. Cần thiết để tế bào tổng hợp acid
amin, vitamin và các carbohydrate.
Phospho: thường được cung cấp dưới dạng vô cơ hay hữu cơ. Phospho cần thiết cho các phản ứng tổng hợp acid amin, phospholipid, ATP, coenzyme và protein. Ở nồng độ phospho thấp có thể giới hạn sự tăng trưởng của tế bào.

Sắt: cần cho chức năng của enzyme, hệ thống cytochrom.
Các nguyên tố khoáng khác như K, Na, Mg, Ca, Mn …cũng rất cần thiết đối với vi sinh vật, thiếu nó vi sinh vật không thể sinh trưởng phát triển bình thường được. Các nguyên tố vi lượng cũng rất cần thiết cho vi sinh vật như Co, Mo, Cu, Zn…

d. Các yếu tố sinh trưởng
Là các chất hữu cơ cần thiết cho hoạt động sống của một loài vi sinh vật nào đó mà nếu thiếu thì tế bào không tự tổng hợp được nó. Có 3 nhóm yếu tố tăng trưởng chính là:

+ Acid amin: cần cho sự tổng hợp protein


+ Purin và pyrimidin: cần cho sự tổng hợp acid nhân
+ Vitamin: cần cho hoạt động của các enzyme và coenzyme. Các vitamin cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của một số vi sinh vật được trình bày trong bảng 3.

Bảng 3: Một số vitamin và vai trò của chúng trong hoạt động tế bào


Vitamin

Coenzyme có thành
phần vitamin

Vai trò

Acid folic

Tetrahydrofolat (FH4)

Chuyển các đơn vị có một cacbon
và cần cho sự tổng hợp thymin, purin, serin, methionin và pantothenat

Biotin (vitamin
H)

Biotin

Các phản ứng sinh tổng hợp cần
sự cố định CO2

Acid lipoic

Lipoamid

Chuyển các nhóm acyl trong sự
oxit hóa các acid keto

Acid mercapto-
ethalsulfonat

Coenzyme M

Sản xuất CH4 bi các vi sinh vật
sinh mêtan

Acid nicotinic

NAD+ và NADP+

Vận chuyển điện tử trong các
phản ứng khử hydro

Acid
pantothenic

Coenzyme A và protein
chuyên chở acyl

Oxit hóa các acid keto và chuyên
chở nhóm acyl trong biến dưỡng

Pyridoxin (B6)

Pyridoxal photphat

Chuyển amin, khử amin, khử
carboxyl và kết hợp các acid amin

Riboflavin (B2)

Flavin mononucleotid
(FMN) và flavin adenin dinucleotid (FAD).

Các phản ứng oxy hóa khử

Thiamin (B1)

Thiamin pyrophotphat
(TPP)

Khử carboxyl các acid keto và
phản ứng xúc tác chuyển amin.

Vitamin B12

Cobalamin

Chuyển nhóm methyl

Vitamin K

Quinon và naptho-
quinon

Vận chuyển điện tử

(Nguồn: Nguyễn Hữu Hiệp, 2007)

2. Các yếu tố lý, hóa học ảnh hưởng lên vi sinh vật
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng sâu sắc không những đối với sự sinh sản của vi sinh vật mà còn đối với sự trao đổi chất của chúng (do ảnh hưởng đến tốc độ của các phản ứng hóa học và sinh hóa học).

Căn cứ vào nhiệt độ tối ưu của sự phát triển, người ta phân biệt thành các loại vi sinh vật sau:



 Những vi sinh vật ưa ấm trung bình (Mesophiles) ưa thích ở nhiệt độ trung

bình khoảng 20oC - 40oC (tối ưu 30oC – 37oC)


 Những vi sinh vật ưa lạnh (Psychrophiles) có nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng phát triển ở khoảng 10oC, nhưng chúng có thể phát triển ở 0oC,

 Những vi sinh vật ưa mát (Psychrotrophes) rất gần gũi với những vi sinh vật ưa ấm trung bình, chúng có nhiệt độ tối ưu ở khoảng 25oC, nhưng cũng có thể thích nghi ở 0oC.

 Các vi sinh vật ưa nhiệt (Thermophiles) sinh sản tốt ở nhiệt độ khoảng 45oC

và 55oC


 Những vi sinh vật ưa (nóng) ở nhiệt độ cao (Thermophiles extremes hay

Hyperthermophiles) có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu ở khoảng 70 oC hay hơn nữa.
b. Ảnh hưởng của oxy
Tuỳ theo khả năng sử dụng oxy phân tử mà người ta phân biệt thành các nhóm:
+ Các vi sinh vật hiếu khí đòi hỏi oxy tự do để phát triển
+ Các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc chỉ có thể phát triển trong điều kiện không có oxy không khí (bởi vì chúng không có catalase, superoxyde dismutase, do đó không có thể loại bỏ được các sản phẩm oxy hóa độc hại cho tế bào như nước oxy già (H2O2) và các ion superoxyde )

+ Các vi sinh vật hiếu khí, kị khí hoặc kị khí không bắt buộc có thể sinh


trưởng phát triển khi có hoặc không có oxy tự do
+ Các vi sinh vật vi hiếu khí chỉ có thể phát triển trong môi trường có nồng độ oxy phân tử thấp.

Một số nấm men có thể sinh trưởng và phát triển chậm trong môi trường gần như kị khí, khi đó chúng tiến hành lên men. Có vài loài nấm mốc, như Penicilium



requeforti là những cơ thể hiếu khí nhưng có thể chịu sống trong môi trường có hàm lượng oxy thấp. Các vi khuẩn thì gồm nhiều loại, trải ra từ kị khí đến hoàn toàn hiếu khí.

c. Ảnh hưởng của ẩm độ
Nước chiếm hơn phân nửa trọng lượng tế bào vi sinh vật, vì vậy đa số vi sinh vật chỉ phát triển được khi môi trường có nước. Tuy nhiên, có một số nấm có khả năng hấp thu nước từ không khí như các loại nấm phát triển trên quần áo hay trong các dụng cụ quang học. Các vi sinh vật có kích thước nhỏ, vỏ dày, hình cầu chịu đựng được sự khô khan trong môi trường hơn các vi sinh vật hình que, vỏ mỏng. Ví dụ, loài Treponema palladium hình que có vỏ mỏng gây bệnh lậu thường chết nhanh chóng trong môi trường khô trong khi đó loài Mycobacterium tuberculosis gây bệnh lao thường sống rất lâu trong môi trường khô.

Một số vi sinh vật khác thành lập các cơ quan đặc biệt như bào tử ở rong, nấm, vi khuẩn hay nang ở nguyên sinh động vật…để chống lại sự khô khan của môi trường. Dựa vào các đặc điểm này người ta có thể giữ vật chất lâu dài bằng cách làm lạnh thật nhanh mẻ cấy rồi sấy khô trong chân không, khi cần thì đem cấy vào môi trường thích hợp,



d. Ảnh hưởng của ánh sáng
Vi khuẩn quang dưỡng, rong có thể biến đổi ánh sáng thành năng lượng cần thiết cho hoạt động của tế bào. Tuy nhiên, đối với phần lớn vi sinh vật khác ánh sáng có những tác hại như làm tê liệt các enzyme, làm xáo trộn phản ứng tổng hợp các enzyme hay acid nhân, gây ra đột biến hay làm cho tế bào tổng hợp độc tố. Các độc tố này làm hủy hoại tế bào tiết ra nó. Trong các loại ánh sáng, tia X và tia tử ngoại (UV) có tác hại nhất.

e. Ảnh hưởng của pH
Các loài vi sinh vật có pH tối hảo riêng để tăng trưởng và phân cắt ở cường độ cao nhất. Thông thường vi khuẩn phát triển ở pH từ 5-8 trong khi các loài nấm mốc lại thích hợp ở môi trường acid (pH= 4-5). Người ta chia vi sinh vật làm 3 nhóm căn cứ vào độ pH thích hợp để chúng phát triển.

+ Vi sinh vật ưa acid: phát triển ở pH=1-5,5


+ Vi sinh vật trung tính: phát triển ở pH= 5,5-8

+ Vi sinh vật ưa kiềm: phát triển ở pH =8,5-11,5


Nhiều loài vi sinh vật có khả năng kháng được điều kiện acid và kiềm của môi trường chung quanh tế bào. pH bên ngoài tế bào có thể rất biến động nhưng pH bên trong tế bào thì cố định.

Trong việc bảo quản thức ăn, người ta muối thức ăn và cho thêm một ít acid vào. Acid sẽ có tác dụng ngăn cản vi sinh vật phát triển nên thức ăn không bị hỏng. Tuy nhiên, pH thấp chỉ có tác dụng với vi khuẩn mà thôi còn các loại nấm mốc thì không có tác dụng vì chúng thích hợp với môi trường acid.



f. Ảnh hưng ca áp suất thm thu.
Nồng độ của muối khoáng trong môi trường ảnh hưởng rất lớn đến sự tăng trưởng của vi sinh vật.Thông thường vi sinh vật có thể phát triển ở các nồng độ muối khoáng rất khác nhau. Khi nồng độ muối khoáng bên ngoài tế bào cao hơn bên trong tế bào thì nước từ tế bào sẽ thoát ra ngoài môi trường làm tế bào bị co lại và ngược lại khi nồng độ muối khoáng trong tế bào cao hơn môi trường, nước từ môi trường sẽ đi vào tế bào làm tế bào trương to. Trong trường hợp này vỏ tế bào sẽ giúp giữ cho tế bào không bị vỡ ra. Một số vi khuẩn có thể chịu được nồng độ muối khoáng cao như trường hợp của Staphylococcus aureus có thể chịu được nồng độ muối của môi trường bên ngoài tế bào lên đến 3M. Có loài nấm men Saccharomyces có thể chịu được nồng độ đường cao.

Căn cứ trên nhu cầu về muối cần thiết cho sự tăng trưởng, người ta chia vi sinh vật làm 3 loại:

- Vi sinh vật không chịu mặn, phát triển ở môi trường không có hay rất ít muối như trường hợp vi khuẩn Escherichia coli, Pseudomonas

- Vi sinh vật ưa mặn: cần muối để phát triển. Vi sinh vật nhóm này có thể chia làm 3 loại:

+ Vi sinh vật ưa mặn ít: phát triển tốt trong môi trường có nồng độ muối từ 1-6%

+ Vi sinh vật ưa mặn trung bình: phát triển tốt ở môi trường có nồng độ muối từ 6-15%

+ Vi sinh vật rất ưa mặn: phát triển ở môi trường có nồng độ muối rất cao từ 15-30% như các Halobacterium salanarum

Vi sinh vật phát triển tốt ở môi trường có nồng độ muối trung bình và ở môi trường không có muối thì phát triển tốt nhất. Các vi sinh vật này được gọi là vi sinh vật chịu được mặn, ví dụ vi khuẩn Staphylococcus aureus

Ngoài ra, các nhóm vi sinh vật có thể phát triển được ở môi trường có nồng độ đường cao.

3. Các giai đoạn phát triển của vi sinh vật
Vi sinh vật hấp thu thức ăn trong môi trường để tăng trưởng. Sự tăng trưởng của một tế bào vi sinh vật là sự gia tăng khối lượng của các cấu tử trong tế bào làm cho tế bào gia tăng kích thước và trọng lượng. Đến cuối giai đoạn tăng trưởng thì tế bào phân cắt cho ra tế bào con. Tế bào vi sinh vật có thể sinh sản bằng nhiều cách như phân đôi, nảy chồi, bào tử…Sự tăng trưởng này được biểu diễn theo hệ thống thập phân, log2 hay log10. Cách tăng trưởng này gọi là tăng trưởng nhảy vọt hay tăng trưởng theo log. Đường biểu diễn này được gọi là đường tăng trưởng biểu diễn số tế bào mẻ cấy theo thời gian. Đường biểu diễn theo log là một đường có độ dốc (hệ số góc) chính là cường độ tăng trưởng, độ dốc càng lớn cường độ tăng trưởng càng nhanh.

Các tập đoàn vi khuẩn có đường tăng trưởng giống nhau và gồm có 4 giai đoạn:


a. Giai đoạn chậm
Trong giai đoạn này sự tăng trưởng và phân cắt của tế bào rất chậm. Do đó đường biểu diễn có độ dốc nhỏ. Giai đoạn này được giải thích là khi chuyển vi khuẩn từ môi trường cũ sang môi trường mới có thành phần thức ăn khác nhau hay từ mẻ cấy già sang mẻ cấy mới điều chế vi khuẩn cần có thời gian để tổng hợp các enzyme, coenzyme…để thích hợp với môi trường mới và nếu môi trường mới giống môi trường cũ thì giai đoạn chậm không xảy ra.

b. Giai đoạn log
Khi vi khuẩn bắt đầu thích hợp với môi trường mới thì cường độ tăng trưởng nhanh, đường biểu diễn có độ dốc lớn. Cường độ này tùy thuộc vào thành phần môi trường và điều kiện ủ.

c. Giai đoạn quân bình
Khi thức ăn trong môi trường giảm và do sự tích tụ chất độc do vi khuẩn tiết ra, số tế bào mới sinh bằng số tế bào chết đi nên đường biểu diễn nằm ngang.

d. Giai đoạn chết
Cứ theo đà tiến triển trên, thức ăn ngày càng kiệt quệ, lượng chất độc tích tụ gia tăng, số tế bào chết cao hơn tế bào sống, đây là giai đoạn chết. Tuy nhiên, người ta có thể giữ mãi giai đoạn log bằng cách hàm cho hàm lượng thức ăn trong môi trường không giảm. Đây là một mẻ cấy liên tục.

4. Cách đo sự tăng trưởng của vi sinh vật
Sự tăng trưởng của vi sinh vật chính là sự gia tăng trọng lượng của từng cá thể vi sinh vật và sự gia tăng số lượng của tập đoàn vi sinh vật. Đối với sự gia tăng trọng lượng ta không thể nào xác định một cách chính xác được vì cần phải có hơn 1010 tế bào vi sinh vật. Ngoài ra, sự gia tăng trọng lượng này không thể phản ánh cường độ tăng trưởng của mẻ cấy. Đối với các vi sinh vật có kích thước lớn người ta có thể đo sự tăng trưởng của chúng bằng cách lấy một thể tích dung dịch nhất định có chứa vi sinh vật đem sấy ở 800C trong 48 giờ rồi cân trọng lượng khô. Thông thường, sự tăng trưởng của vi sinh vật có thể xác định bằng cách đếm số tế bào
a. Đếm trực tiếp
Phương pháp Breed: lấy một thể tích nhất định vi sinh vật trải lên một diện tích nhất định kính mang vật, nhuộm đơn, quan sát dưới kính hiển vi. Phương pháp này khó thực hiện vì trải không đều.
Phương pháp dùng hộp đếm: các hộp đếm có kích thước và hình dạng thay đổi tùy theo từng loại vi sinh vật muốn đếm. Thể tích mỗi ô vuông của hộp đếm đã được biết trước. Điểm bất lợi là không thể phân biệt tế bào nào sống hay chết và số tế bào phải cao.

b. Phương pháp gián tiếp:
Đếm sống: môi trường được pha loãng nhiều lần rồi chuyển đến đĩa petri và trộn lẫn với môi trường chứa agar ở khoảng 45oC, để nguội, môi trường đặc lại, đem ủ trong tủ ủ và đếm số khuẩn lạc rồi suy ra số tế bào trong dung dịch muốn đếm. Phương pháp này gọi là phương pháp đếm sống vì chỉ có vi sinh vật sống mới phát triển thành khuẩn lạc. Phương pháp này mất nhiều thời gian.

Phương pháp đếm điện t: Người ta dung máy đếm điện tử. Nguyên tắc là sự thay đổi đột ngột của điện trở được ghi thành một chấn động. Điện trở ở một khe có chất lỏng chảy qua, số tế bào vi sinh vật làm điện trở gia tăng. Điểm bất lợi là chấn động được tạo ra với cả hạt bụi nên máy phải thật sạch.

Phương pháp quang học: Dùng quang phổ kế. Chiếu một chùm tia sáng qua một ống nghiệm chứa vi khuẩn, độ đục của môi trường làm giảm cường độ của chùm tia sáng và được ghi nhận trên một khung chia thành đơn vị OD. Vì số ánh sáng tương ứng với mật số tế bào nên người ta so sánh với đường biểu diễn chuẩn để suy ra mật số tế bào trong một đơn vị thể tích.

III. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước nhóm enzyme protease
Hiện nay, ở nước ta và trên thế giới đã có nhiều công trình công bố về việc nghiên cứu sử dụng sản phẩm từ enzyme protease.

1. Trong nước




của thịt cá nếu chỉ do một loại enzyme duy nhất tác động thì không bao giờ hoàn toàn, nếu có tác động của các loại enzyme khác thêm vào thì quá trình a

sẽ nhanh hơn.



cá trong quá trình lên men nước mắm có bổ sung 10% nấm sợi Aspergillus oryzae 22 tuần xuống còn 14 tuần, tăng hàm lượng đạm tổng số, đạm amin, giảm lượng đạm amôn, có khả năng áp dụng để sản xuất nước mắm nhanh.

Nguyễn Mỹ Tín và Nguyễn Văn Bá (1998) nghiên cứu quá trình lên men nước mắm cá trích có bổ sung 10% chế phẩm protease nấm sợi, kết quả trong hai tháng đầu mật số vi sinh vật ưa muối trong nước bổi cao hơn so với nước bổi không bổ sung nấm sợi. Đạm tổng số và đạm amin tăng cao, đồng thời giảm đáng kể lượng đạm amôn.

Vũ Ngọc Bội và Đồng Thị Thanh Thu (2003) nghiên cứu thu nhận protease từ



canh trường nuôi vi khuẩn Bacillus subtilis



(Saurida tumbil) và thử nghiệm sản xuất nước mắm từ cá cơm thường (Stolephorus commersonii







tốt nhất ở nhiệt độ 50 C, pH tự nhiên của cơ chất, nồng độ protease 0,3%, lượng nước bổ sung 20% và có bổ sung 3% muối ăn hoặc 8% ethanol hay 4% sorbitol để ức chế quá trình gây thối, trong đó sử dụng sorbitol cho bột đạm có hàm lượng acid amin cao hơn, mùi thơm hơn và đạt tiêu chuẩn về vi sinh vật. Sử dụng protease B. subtilis

, sản phẩm có hàm lượng và thành


phần acid amin cao hơn phương pháp truyền thống và các phương pháp bổ sung
các enzyme thương mại : NFĐ, Neutrase, Flavourzyme.
ctv. (2005) nghiên cứu thu nhận chế phẩm protease từ một số nguồn khác nhau và ứng dụng để sản xuất chitin từ phế liệu tôm và cải tiến quy trình sản xuất nước chấm từ đậu nành. Kết quả cho thấy nguồn thu nhận có hiệu quả nhất là vi sinh vật. Từ đó đã xây dựng được quy trình thu nhận chế

phẩm protease từ Bacillus subtilis



cồn tốt nhất ở nhiệt độ 50





5 giờ. Sản xuất






nước chấm bằng phương pháp kết hợp enzyme-acid cho phép giảm lượng acid sử dụng, rút ngắn chu kỳ sản xuất và hạ giá thành sản phẩm.


1   2   3   4   5   6   7


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương