Lời mở đầu
Vi sinh vật công nghiệp là một môn khoa học nghiên cứu những hoạt động sống
của vi sinh vật để áp dụng nó vào quá trình sản xuất. Đây là môn khoa học đợc hình
thành muộn hơn trong lĩnh vực sinh học khác, nhng do ý nghĩa quan trọng của nó nên
đã và đang trở thành lĩnh vực trọng điểm trong thế kỷ này.
Giáo trình Vi sinh vật công nghiệp giới thiệu một cách khái quát kiến thức để ứng
dụng vi sinh vật vào thực tế sản xuất và đời sống con ngời một cách hiệu quả và an
toàn nhất.
Do yêu cầu của khung đào tạo mới, chúng tôi tập hợp một số tài liệu xuất bản gần
đây nhất về lĩnh vực vi sinh vật học công nghiệp để viết lên giáo trình này nhằm đáp
ứng kịp thời nhu cầu học tập của sinh viên ngành thực phẩm và những bạn yêu thích,
quan tâm đến lĩnh vực này, đồng thời chú ý đến những vấn đề gợi mở cần tiếp tục suy
nghĩ.
1
Bài mở đầu
I. Đối tợng, nhiệm vụ, nội dung của vi sinh vật học công nghiệp.
Vi sinh vật học công nghiệp (VSVHCN) là một ngành của Vi sinh học (VSH).
Trong đó Vi sinh vật (VSV) đợc xem xét để sử dụng trong công nghiệp và những lĩnh
vực khác nhau của kỹ thuật.
VS VHCN giải quyết hai vấn đề chính trái ngợc nhau:
- Làm sáng tỏ những tính chất sinh hoá của những cơ thể sống là nguyên nhân cơ bản
và trực tiếp của sự chuyển hoá hoá học, những chất có ở cơ chất này hay cơ chất kia.
Trong trờng hợp này VS VHCN sử dụng những VSV để thu những sản phẩm quan
trọng và có giá trị thực tế bằng con đờng lên men. Phơng pháp sinh hóa để thu nhiều
sản phẩm là phơng pháp duy nhất có lợi về kinh tế.
- Mặt khác sự lên men do VSV gây ra không phải luôn luôn diễn ra theo một hớng nh ta
mong muốn. Sự phá huỷ một quá trình lên men thờng xảy ra do sự hoạt động của những
VSVlạ. Trong trờng hợp này, điều quan trọng là không những phải biết những VSV gây
ra quá trình cần thiết mà còn phải biết cả những VS V có hại gây tổn thất cho sản xuất.
Nhà Vi sinh học công nghiệp có kinh nghiệm phải khám phá ra chúng, làm sáng tỏ
những tính chất có hại do chúng gây ra và tìm ra những phơng pháp đấu tranh với
chúng.
Giáo trình VSCN này giới thiệu một cách khái quát những vấn đề sau:
1. Một số kiến thức đại cơng về VSVH ( Đời sống, cấu tạo và đặc điểm sinh lý sinh thái
của Vi khuẩn, Nấm men, Nấm mốc, Virus).
2. Một số nguyên tắc sinh hoá và những vấn đề kỹ thuật - phơng pháp của VSVHCN.
3. Các quá trình lên men và ứng dụng trong thực tế (sản xuất rợu cồn, rợu vang, sản
xuất bia, sản xuất nớc giải khát, sản xuất thức ăn gia súc, sản xuất axit xitric, axit
axetic )
4. Các quá trình tổng hợp axit amin ( Glutamic, Lizin).
5. Một số vấn đề có liên quan đến công nghiệp thực phẩm ( sản xuất axit lactic, sự muối
chua rau quả và ủ chua thức ăn gia súc và phơng pháp bảo quản sữa.
VSVHCN là ngành mới phát triển, nhng do ý nghĩa to lớn của nó về lý thuyết cũng
nh thực tiễn nên đã phát triển nhanh và vững mạnh. Nó nghiên cứu một cách tổng quát
cấu tạo, đặc điểm hình thái, trao đổi chất và năng lợng, khả năng chống chịu với điều
kiện ngoại cảnh, khả năng sinh sản của các nhóm vi sinh vật chủ yếu. Để từ đó ứng
dụng và khai thác chúng một cách triệt để vào sản xuất theo quy mô công nghiệp.
II. Lợc sử phát triển ngành VSVCN.
VSV đợc đặc trng bởi một phổ rộng khả năng trao đổi chất. Một số những hoạt động
này - sự tổng hợp, sự chuyển hoá, sự phân huỷ các chất - đợc con ngời sử dụng để sản
xuất thực phẩm, đồ uống và các sản phẩm khác.
Việc ứng dụng tiềm năng của VSV đã có từ buổi đầu của nền văn minh nhân loại
nh sản xuất rợu vang, bia, dấm. ở Việt Nam việc nấu rợu, làm dấm, làm tơng cũng có từ
xa xa. Tuy một số quá trình đợc thực hiện ở qui mô rộng rãi, nhng sự thành công đó còn
phụ thuộc sự ngẫu nhiên hay kinh nghiệm của những ngời thợ giỏi truyền cho các thế
hệ sau. Vai trò của VSV trong sự chuyển hoá các chất hữu cơ mới đợc con ngời biét đến
khoảng hơn 100 năm trớc đây.
VSVCN bắt đầu từ những nghiên của L. Pasteur. Những nghiên cứu đầu tiên của
ông đã dành cho sự lên men. Bởi vậy L. Pasteur không những là ngời sáng lập ra VSV-
Y học, mà còn là ngời sáng lập ra VSVHCN.
2
Việc nghiên cứu các chủng nấm men trong sản xuất bia (E.C. Hansen. 1886) có thể
xem là bớc mở đầu cho công nghiệp lên mendựa trên cơ sở khoa học. Việc nghiên cứu
tiếp tteo về hoá sinh học và enzim học của sự lên men rợu đã đợc thúc đẩy nhờ phát
hiện của E. Buchner (1898) rằng dịch chiết nấm men có khả năng gây ra quá trình lên
men này.
Cũng nh các lĩnh vực khoa học khác, công nghệ vi sinh mà tiền đề của nó là
công nghệ lên men cổ điển đã trải qua những chặng đờng phát triển đầy khó khăn, phức
tạp với nhiều phát minh và cả những nỗi lầm, những kỳ công và cả những ngộ nhận. Để
rồi từ một lĩnh vực sinh học ứng dụng các thuộc tính của vi sinh vật một cách thụ động,
đến nay công nghệ vi sinh đã trở thành một nền công nghệ tiên tiến với những khía
cạnh ứng dụng mới mẻ, đã thu hút sự quan tâm sâu sắc của các nhà khoa học.
Lịch sử phát triển của công nghệ vi sinh chia thành các giai đoạn sau:
* Giai đoạn thứ nhất.
Đặc trng của giai đoạn này là con ngời đã biết ứng dụng các thuộc tính của vi sinh
vật. Tuy nhiên chỉ ứng dụng các thuộc tính của vi sinh vật một cách thụ động, bởi vậy
giai đoạn này còn đợc gọi là giai đoạn lên men cổ điển.
Từ xa xa, khoảng 6000 năm trớc công nguyên, con ngời đã biết sản xuất khá nhiều
loại rợu, bia và một số thực phẩm lên men nhờ vi sinh vật. Tuy vậy ở giai đoạn này, tất
cả đều dựa vào kinh nghiệm, sản xuất chỉ ở quy mô thủ công. Con ngời thiếu sự hiểu
biết về sự tồn tại và vai trò của vi sinh vật trong các quá trình lên men. Nh vậy giai đoạn
thứ nhất là giai đoạn của việc sử dụng các hoạt tính của VSV- giai đoạn này đợc đánh
dấu bằng việc đặt cơ sở khoa học cho quá trình sản xuất đồ uống chứa rợu.
* Giai đoạn thứ hai.
Giai đoạn này khoảng từ những năm 30 đến những năm 60 của thế kỉ XX. Giai
đoạn này đợc mở đầu bằng sự kiện Alexander Fleming tìm ra chất kháng sinh penicillin
năm 1928. Giai đoạn này rơi vào thời kỳ của đại chiến Thế Giới lần thứ hai. Thời kì
chiến tranh đã đặt ra một yêu cầu hết sức cấp bách về một số dợc phẩm dùng để chữa
bệnh chủ yếu là các loại kháng sinh. Từ đó thúc đẩy nhanh việc tìm kiếm các chất
kháng sinh và đợc sản xuất các chế phẩmnày ở quy mô lớn hơn. Đồng thời cũng do yêu
cầu của chiến tranh và thời kỳ sau chiến tranh. Vấn đề lơng thực và thức uống cũng đợc
đặt ra một cách hết sức cấp bách, góp thêm động lực thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm
kiếm, gây tạo khẩn trơng các chủng vi sinh vật dùng cho sản xuất lớn. Cũng từ đây
công nghệ lên men lớn ra đời và ngày một phát triển.
* Giai đoạn thứ 3.( Từ những năm 60 trở lại đây)
Đến giai đoạn này công nghệ vi sinh đã cố gắng vơn lên đáp ứng những nhu cầu
ngày một cao hơn về dinh dỡng, năng lợng của con ngời, đã cố gắng tham gia giải
quyết vấn đề ô nhiễm của môi trờng, tạo sự cân bằng sinh thái
Thực tế ở giai đoạn này công nghệ vi sinh đã phát triển thành một ngành độc lập,
là công cụ đắc lực phục vụ cho sản xuất bằng vi sinh vật các sản phẩm cần thiết cho
nhu cầu đời sống con ngời nh protein, enzym, amino axit, thuốc trừ sâu, phân bón
Những hiểu biết mới về thiên nhiên giúp con ngời sử dụng các chế phẩm, phụ phẩm của
các ngành khác (Nông nghiệp, công nghiệp dầu khí, công nghiệp thực phẩm ) để thông
qua công nghệ lên men tạo ra những sản phẩm có giá trị nh protein, enzym, vitamin ở
giai đoạn này, các quá trình sinh tổng hợp xảy ra ở vi sinh vật đã đợc con ngời can thiệp
và điều khiển một cách tích cực hơn. Cũng ở giai đoạn này chúng ta đã thấy hé mở tơng
lai tơi sáng của giai đoạn thứ t của công nghệ vi sinh (Giai đoạn công nghệ vi sinh
mới ) giai đoạn này sẽ phát triển một cách đầy hứa hẹn ở thế kỉ XXI.
3
Tuy hiện nay rất nhiều vấn đề đang còn trong phạm vi nghiên cứu, nhng công nghệ
vi sinh lúc này đã đạt đợc những thành công bớc đầu rất đáng khích lệ. Trong đó vi sinh
vật đợc sử dụng một cách định hớng nhằm tìm kiếm các biện pháp hữu hiệu nhất
(Thông qua công nghệ gen - Kỹ thuật di truyền) để giải quyết một cách triệt để các vấn
đề đặt ra của giai đoạn thứ ba. Có thể mạnh dạn nói rằng chúng ta đang đứng trớc ng-
ỡng cửa của giai đoạn thứ t. những thành công đầy hứa hẹn của giai đoạn thứ t sẽ cho
chúng ta những sản phẩm vô giá nh những giống cây trồng lai tạo không cần phân bón
(Vì chúng tự bón phân bằng quá trình cố định đạm) Hoặc tạo đợc những cá thể vi
sinh vật sản xuất với hiệu suất cao nhất nh kháng thể insulin, kháng sinh Hoặc thông
qua kĩ thuật di truyền với đối tợng là các vi sinh vật, chúng ta sẽ tìm ra những biện pháp
hữu hiệu để trị các bệnh nan y của thế kỉ nh ung th, AIDS
Tất cả còn đang ở phía trớc, nhng hiện nay đã có nhiều cơ sở để chúng ta vững
tin vào hiện thực của nó trong tơng lai.
III. Những thành tựu quan trọng trong quá trình phát triển của ngành VSVHCN.
Công nghệ vi sinh đợc ứng dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả trên nhiều
lĩnh vực sản xuất và đời sống.
1. Trong lĩnh vực y tế, bảo vệ sức khoẻ con ngời.
Tình hình sức khoẻ chung của nhân loại hiện đang ở trong tình trạng rất đáng lo
ngại. Hầu nh lúc nào cũng có khoảng 1/3 nhân loại đang ở trong trạng thái đau ốm. Vì
vậy vấn đề tìm thuốc trị bệnh, nhất là những bệnh nan y hiện đang đợc đặt ra hết sức
cấp bách. Công nghệ vi sinh đã đóng góp trong việc tìm kiếm nhiều loại dợc phẩm quan
trọng.
* Vaccine thế hệ mới:
Trong quá trình tìm kiếm các biện pháp, thuốc phòng và trị một số bệnh truyền
nhiễm, một thành công đáng kể của công nghệ vi sinh là tạo ra các vaccine thế hệ mới.
Trong khoảng hai thập kỉ gần đây, con ngời đã tạo ra nhiều vaccine thế hệ mới
nh vaccine ribosome, vaccine kĩ thuật gen, vaccine chế tạo từ các thành phần của
virut
Vaccine thế hệ mới có những u điểm sau:
- Rất an toàn vì không sử dụng trực tiếp vi sinh vật gây bệnh.
- Giá thành hạ không cần nuôi virut trên phôi gà hay các tổ chức mô của động
vật vốn rất phức tạp và tốn kém, giảm bớt đợc chi phí vận chuyển và chi phí kiểm tra tr-
ớc khi dùng
+ Vaccine ribosome: cấu tạo từ các ribosome của từng loại vi khuẩn gây bệnh
(thơng hàn, tả, dịch hạch). Ưu điểm của loại vaccine này là ít độc, tính miễn dịch cao.
+ Vaccine các mảnh của virus: là vaccine chế tạo từ glycoprotein của vỏ virut
gây bệnh nh virú cúm
+ Vaccine kĩ thuật gen: Là vaccine chế tạo từ những vi khuẩn hay nấm men tái
tổ hợp, có mang gen mã hoá việc tổng hợp một protein kháng nguyên của một virus hay
vi khuẩn gây bệnh nào đó.
* Insulin:
Việc sản xuất insulin ở quy mô công nghiệp ngày nay có lẽ là một trong những
thành công rực rỡ nhất, sớm nhất của công nghệ gen.
Insulin là một protein đợc tuyến tuỵ tiết ra nhằm điều hoà lợng đờng trong máu.
Cơ thể thiếu hụt insulin trong máu sẽ rối loạn hầu hết các quá trình trao đổi chất ở cơ
thể dẫn đến tích nhiều đờng trong nớc tiểu. Để điều trị bệnh này, ngời ta thờng tiêm
insulin chô ngời bệnh. Chế phẩm này đợc trích từ tuyến tuỵ của gia súc.
4
Để có 100gam insulin ngời ta phải sử dụng tuỵ tạng của 4000 ữ 5000 con bò. Vì
vậy cho nên giá thành của insulin rất cao. Vả lại cũng có bệnh nhân không nhạy cảm
với insulin tách chiết từ động vật.
Ngời ta đã cố gắng tổng hợp insulin bằng con đờng hoá học nhng quá trình này
rất phức tạp, phải trải qua trên một trăm bớc khác nhau.
Vào tháng 9 năm 1978, H. Boger lần đầu tiên bằng kĩ thuật di truyền thông qua
vi khuẩn Escherichia Coli ( E. Coli) đã thu nhận đợc một lợng lớn insulin. Cụ thể ngời
ta đã chuyển gen chi phối tính trạng tạo insulin của ngời sang cho E. coli Với E. Coli.
đã đợc tái tổ hợp gen này, qua nuôi cấy ở nồi lên men có dung tích 1000 lít, sau một
thời gian ngắn có thể thu đợc 200 gam insulin, tơng đơng với lợng insulin chiết rút từ
8000 ữ 10000 con bò. Thành công này đã chứng minh một điều hết sức mới mẻ và lý
thú: gen của con ngời có thể làm việc một cách có hiệu quả trong bộ gen của vi sinh
vật.
* Interferon:
Interferon có bản chất protein, là yếu tố miễn dịch không đặc hiệu là chất giúp
cơ thể chống lại nhiều loại bệnh.
Thông thờng để thu nhân interferon, ngời ta phải tách chiết chúng từ huyết thanh
của máu nên rất tốn kém.
Bằng phơng pháp tơng tự nh đối với insulin, hiện nay ngời ta có thể thu nhận
một lợng lớn interferon thông qua các cơ thể vi sinh vật đẫ đợc tái tổ hợp gen để phục
vụ cho việc điều trị các bệnh nhiễm trùng.
Tháng 1 năm 1980, Gilbert đã đoạt giải thởng Nobel nhờ thành công trong việc
thu nhận interferon từ E. Coli đã đợc tái tổ hợp gen. Đến tháng 3 năm 1981, Bộ môn di
truyền ở đại học Washington thành công trong việc thu nhận interferon từ Sac.
cerevisiae có hiệu suất cao gấp 10.000 lần so với tế bào E. Coli.
* Kích thích tố sinh trởng HGH (Human growth hormone).
HGH đợc tuyến yên tạo nên. Thông thờng muốn có chế phẩm này ngời ta phải
trích li nó từ tuyến yên của tử thi. Mỗi tử thi cho đợc từ 4 ữ 6mg HGH. Theo tính toán.
muốn chữa khỏi cho một ngời lùn sẽ cần lợng HGH thu đợc từ 100 ữ150 tử thi. Điều
này cho thấy một trở ngại rất đáng kể khi chữa trị chứng lùn cho trẻ em.
Đến năm 1983, một thành công của công nghệ vi sinh đã giúp con ngời một lối
thoát trong việc điều chế HGH. Ngời ta thành công trong việc thu nhận một lợng lớn
HGH từ vi khuẩn E. Coli đã đợc tái tổ hợp gen (từ một lít dịch lên men của E.Coli thu
đợc lợng HGH tơng đơng với lợng chất này thu đợc từ 60 tử thi).
* Chất kháng sinh.
Kháng sinh là một trong những thuốc đợc công nghệ vi sinh đầu t sản xuất từ rất
lâu. Cho đến nay, ngời ta đã tìm đợc hơn 2500 loại kháng sinh với cấu trúc phân tử rất
đa dạng. Trong số đó chủ yếu là các kháng sinh có nguồn gốc từ vi sinh vật.
Trong giai đoạn phát triển mới của công nghệ vi sinh, ngời ta cố gắng nâng năng
suất tạo kháng sinh lên gấp hàng trăm, ngàn lần so với chủng vi sinh vật gốc thông qua
việc gây tạo đột biến hay tạo các môi trờng tối u cho sự tạo kháng sinh của chủng vi
sinh vật.
Ngoài ra, ngời ta cũng đã sử dụng kĩ thuật di truyền nhằm mục đích tạo ra các
chủng vi sinh vật có khả năng sinh kháng sinh mới có phổ tác dụng rộng, chống đợc
các vi sinh vật đã lờn thuốc kháng sinh. Theo hớng này, ngời ta có thể áp dụng phơng
5
pháp chuyển gen tạo một loại kháng sinh đã biết (Kháng sinh actinorhodin ) ở một loại
xạ khuẩn ( Streptomyces coelicolor ) sang cho một loại xạ khuẩn khác ( Actynomyces
spp). Kết quả là loài Actymyces spp. đã tạo ra đợc ba loại kháng sinh mới với phổ tác
dụng khác với loại kháng sinh ở Streptomyces coelicolor.
2. Trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp.
* Cải tạo giống cây trồng.
Thông qua kĩ thuật di truyền với sự hỗ trợ của vi sinh vật, con ngời đã và đang
tạo ra những cơ thể thực vật có những đặc tính quý báu: chống chịu sâu rầy, chịu đợc
thuốc diệt cỏ, chịu đợc phèn, chịu hạn Một trong những thành tựu của hớng đóng góp
này là việc tạo ra những cây trồng có sức đề kháng với thuốc diệt cỏ. Cụ thể là: khi sử
dụng hecbixit phun diệt cỏ cho cây đậu tơng, ngời ta nhận thấy rằng một số cỏ đã quen
(lờn) với thuốc nên cỏ không chết mà cây trồng lại bị chết vì thuốc diệt cỏ. Trớc thực tế
này, các nhà khoa học đã quyết định mợn gen chịu trách nhiệm về tính bền vững với
hecbixit của cỏ dại để chuyển sang cho cây trồng (Cây đậu tơng) và đã tạo đợc cây đậu
tơng chống chịu lại với thuốc diệt cỏ Hecbixit. Hiện nay một số công ty thơng mại đã
dự kiến bán ra những túi hàng chứa cả thuốc trừ cỏ lẫn hạt giống đã đợc xử lý miễn
dịch với thuốc trừ cỏ dại.
* Tạo chế phẩm thuốc trừ sâu có nguồn gốc vi sinh vật:
Hiện nay nếu không dùng thuốc hoá học thì sâu rầy sẽ phá hoại mùa màng.
Để bảo vệ cây trồng chống các dịch bệnh, con ngời đã và đang phải dùng thuốc
hoá học trừ sâu, rầy, bọ gậy. Đó là những chất hữu cơ phần lớn chứa Cl, P. Điều này
khiến cho môi trờng sống ngày càng bị đầu độc, trạng thái ô nhiễm của không khí, nớc,
đất ngày càng trầm trọng hơn.
Trớc những thực tế trên, con ngời đã không thể không quan tâm đến hớng sử
dụng các chế phẩm vi sinh vật để trừ các côn trùng có hại. Những chế phẩm này hoàn
toàn vô hại đối với ngời, động vật, gia súc, gia cầm. Hiện nay ngời ta đã xây dựng hàng
loạt các nhà máy sản xuất các chế phẩm vi sinh vật diệt côn trùng với sản lợng ngày
một tăng.
3. Tham gia giải quyết vấn đề năng lợng, bảo vệ môi trờng.
* Giải quyết vấn đề năng lợng phục vụ con ngời.
Nguồn năng lợng truyền thống ( Than đá, dầu khí) ngày một cạn dần và thậm
chí có nơi lại không có nguồn tài nguyên này để bổ sung nguồn nhiên liệu đang bị cạn
kiệt, công nghệ vi sinh đã góp phần đa thêm nguồn năng lợng mới.
+ Cồn: Hiện nay ở một số nớc vì không có nguồn dầu khí, giá xăng dầu nhập
tăng cao. Ngời ta nghĩ đến giải pháp sử dụng cồn chạy xe với hỗn hợp xăng cồn gọi
là gasohol ( xăng pha 10 ữ20% cồn). Một trong những bớc đi đầu và ứng dụng mạnh
nguồn năng lợng mới này để chạy xe là Brazin. Cồn ở đây thu đợc từ quá trình lên men
từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền nh dịch thuỷ phân của gỗ và xenlulo, đờng và rỉ đờng.
+ Khí sinh học ( Biogas): thờng biogas chứa khoảng 60 ữ 80% khí metal
( CH
4
). Biogas đợc sinh ra do quá trình lên men các phụ, phế phẩm nông nghiệp, các
loại rác giầu xenlulo cùng với phân, nớc tiểu của gia súc Nguyên lí của quá trình sản
xuất này là sự phân giải yếm khí của hệ vi sinh vật lên men methane. Qua quá trình lên
men ngời ta thu khí biogas, cặn bã còn lại ở bể lên men đợc dùng làm phân bón. Kết
quả cùng một lúc giải quyết hai vấn đề đặt ra trong cuộc sống:
+ Tăng nguồn năng lợng.
+ Xử lí rác, phế thải, bảo vệ môi trờng không bị ô nhiễm.
6
* Bảo vệ môi trờng.
Đây là vấn đề đợc toàn cầu quan tâm và là vấn đề sống còn của loài ngời hiện
nay. Công nghệ vi sinh đã tích cực tham gia giải quyết một số vấn đề thuộc lĩng vực này
nhằm giúp con ngời đạt đợc những thành tựu trong lĩnh vực bảo vệ môi trờng sống nh
lợi dụng thuộc tính quý báu của hệ vi sinh vật có khả năng đồng hoá nguồn cơ chất
phong phú từ các dạng hidrocacbon đến các dạng xenlulo, cao su và các dẫn xuất của
cao su để thực hiện quá trình xử lí các nguồn nớc thải và chất thải. Khi tiến hành phân
giải các loại nớc thải, chất thải ( qua hoạt động hiếu khí và yếm khí) vi sinh vật đã
chuyển hoá chúng thành các chất có cấu trúc đơn giản dễ phân huỷ, và còn tạo đợc một
nguồn sinh khối giầu prôtein, khoáng, vitamin Kết quả các quá trình xử lý này góp
phần làm môi trờng sống trong sạch hơn, tạo sự cân bằng sinh thái cho hành tinh chúng
ta.
Tóm lại, chỉ mới lợc qua vài khía cạnh của cuộc sống, chúng ta đã thấy rõ vai trò
to lớn và cực kỳ quan trọng của công nghệ vi sinh. Trong sự phát triển tới đây ta tin
rằng công nghệ vi sinh sẽ tiếp tục đóng góp cho nhân loại những điều lí thú hơn, hữu
hiệu hơn, đúng với sự tin tởng và mong đợi của con ngời.
IV. Vị trí và yêu cầu môn học
Môn VSCN nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ sở để uứng dụng
VSV trong một số qui trình công nghệ sản xuất phục vụ khoa học và đời sống con ngời,
nhằm giúp cho học viên nắm đợc toàn bộ qui trình kỹ thuật và giải thích đợc quá trình
đó trên cơ sở khoa học, tiến tới có thể chủ động hớng dẫn giúp đỡ một số cơ sở sản xuất
trong những trờng hợp cần thiết, đồng thời cung cấp cho học sinh viên những kiến thức
thức sâu, rộng về khoa học ứng dụng, góp phần đẩy mạnh sản xuất, tăng thêm của cải
vật chất, cải thiện đời sống cho nhân loại.
*****************
Phần I
Đại cơng về vi sinh vật học công nghiệp
Chơng 1. Hình thái đại cơng và phân loại vi sinh vật
1.1. Vi khuẩn.
1.1.1. Hình thái và kích thớc các vi khuẩn thờng gặp
Theo hình thái bề ngoài vi khuẩn thờng chia thành ba loại: cầu khuẩn, trực khuẩn và
xoắn khuẩn. Giữa ba loại này thờng có dạng hình thái trung gian, chẳng hạn dạng cầu
trực khuẩn (Coccobacille) hoặc dạng phẩy khuẩn (Vibrio)
a. Vi khuẩn hình cầu
Là những vi khuẩn có hình tròn và có hình dạng đơn giản nhất có kích thớc từ 0,5 ữ
1àm. Tuỳ theo vị trí của mặt phẳng phân cắt mà chia cầu khuẩn thành các giống:
+ Giống Micrococcus những tế bào đứng riêng rẽ sau khi phân cắt.
Ví dụ: Micrococcusagilis, Micrococusrosews, Micrococusluterus.
7
+ Giống Dyplococcus (song cầu khuẩn) sau khi phân cắt thì chúng dính với nhau
từng đôi một và phân cắt theo mặt phẳng xác định. Cầu khuẩn này có thể gây một số
bệnh lậu.
Ví dụ: Neiseria, Gamohcal
+ Giống Steptococcus
Các tế bào sau khi phân cắt theo một mặt phẳng dính với nhau thành chuỗi dài.
Ví dụ: Streplactic.
Vi khuẩn này có ý nghĩa trong quá trình lên men lactic.
+ Giống Sarcina.
Phân cắt theo 3 mặt phẳng trực giao với nhau tạo khối gồm 8 ữ 16 tế bào hoặc
nhiều tế bào.
Thực tế thờng gặp Sarcina nhiễm khuẩn trong phòng thí nghiệm tạo khuẩn lạc mầu
vàng.
b. Trực khuẩn hình que.
Gồm những vi khuẩn có hình que kích thớc từ 0,5 ữ 1,0 x 1 ữ 4àm.
*Loại phổ biến là Bacillus.
+ Đặc điểm: thuộc tế bào hình que, thuộc vi khuẩn Gram (+), có khả năng sinh
bào tử. Kích thớc bào tử không vợt quá kích thớc tế bào vi khuẩn. Thuộc loại vi khuẩn
hiếu khí hoặc kị khí không bắt buộc.
+ Gram (-).
Không sinh bào tử thờng có tiên mao mọc quanh cơ thể.
* Pseudomonas.
- Gram (-).
- Không sinh bào tử.
- Chỉ có một tiên mao hoặc một chùm tiên mao mọc ở đỉnh.
* Clostridium.
- Nó thuộc trực khuẩn Gram (+).
- Có kích thớc vào khoảng 0,4 ữ 1 x 3 ữ 8àm.
- Có khả năng sinh bào tử chiều ngang của bào tử lớn hơn chiều ngang của tế
bào vi khuẩn do đó làm thay đổi hình dạng của vi khuẩn.
- Thuộc loại kị khí bắt buộc.
* Clospasteurianum.
- Là loại vi khuẩn cố định nitơ cho đất.
* Closbotulium: Gây ngộ độc thức ăn.
c. Xoắn khuẩn.
Bao gồm nhng vi khuẩn có từ hai vòng xoắn trở lên nó thuộc vi khuẩn Gram (+),
có khả năng di động có loại di động nhanh uppns cong nh dấu phẩy, có khả năng phân
giải xenlulo nh cellvibro. Có khả năng phân giải sunfat nh desulfovibro. Kích thớc tế
bào 5 ữ 30àm.
1.1.2. Sự sinh sản của vi khuẩn.
a. Hình thức sinh sản.
Sinh sản theo kiểu phân cắt: Bắt đầu từ khi xuất hiện ở khoảng giữa tế bào một
màng cắt theo chiều ngang màng này không xuất hiện tức thời mà bắt đầu hình thành ở
vùng sáng của màng tế bào sau đó tiến sát vào trong. Sau khi đợc hình thành thì hai tế
8
bào mới vẫn liên hệ đợc với nhau sau một thời gian mới tách nhau ra khi quá trình
phân cắt của tế bào kết thúc.
Vị trí của màng ngăn và hình thức sinh sản phân cắt ở các loại vi khuẩn khác
nhau thì khác nhau.
Ví dụ: ở trực khuẩn vị trí của màng ngăn vuông góc với chiều dài của thành. ở
cầu khuẩn thì vị trí của màng ngăn lần lợt theo một mặt phẳng hoặc ba mặt phẳng
vuông góc nhau tuỳ theo các vị trí đó mà hình thành liên tục hoặc thành một hình bán
cầu khuẩn hoặc nếu màng ngăn lộn xộn mà không theo một quy tắc nào thì đợc tập hợp
các tế bào lộn xộn gọi là tụ cầu khuẩn.
b. Tốc độ sinh sản.
Tốc độ sinh sản phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. Trong điều kiện thích hợp
về dinh dỡng, pH của môi trờng, nhiệt độ, hàm lợng oxi thì 20 ữ 30 phút thì vi khuẩn
sinh sản một lần nh vậy sau 5h từ một tế bào vi khuẩn cho khoảng 1024 tế bào và sau
20 giờ cho khoảng 191.067.10
6
tế bào. và cứ tiếp tục nh vậy trong 3 ngày đêm sự sống
của tế bào sẽ chứa đầy trên bề mặt trái đất và đại dơng. Tuy nhiên vòng đời của một vi
khuẩn rất ngắn do vậy vẫn luôn đảm bảo sự cân bằng sinh thái.
c. ý nghĩa của việc sinh sản nhanh
Đảm bảo sự cân bằng sinh thái, đảm bảo sự tồn tại và phát triển của giống nòi vì
vòng đời của nó rất ngắn ngủi. Cấu tạo của nó đơn giản cha hoàn thiện không có khả
năng tự bảo vệ, đời sống của chúng phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện ngoại cảnh.
d. Sự sinh sản của vi khuẩn trên môi trờng nuôi cấy
Tuỳ thuộc từng loại vi khuẩn mà ta có thể chọn cho chúng những điều kiện nuôi
cấy thích hợp nh môi trờng lỏng hoặc môi trờng rắn.
Ví dụ: những loài vi khuẩn hiếu khí thì ta chọn cho chúng môi trờng nuôi cấy là môi tr-
ờng rắn hoặc nuôi cấy trong môi trờng lỏng có chế độ sục khí. Trong những môi trờng
nuôi cấy thì vi khuẩn phát triển rất mạnh mẽ vì ngời ta đã tạo cho chúng những điều
kiện thích hợp cho sự sinh sản và phát triển của chúng.
+ Khi cấy vi khuẩn trên môi trờng đặc thì sau một thời gian nuôi cấy thì những
vi khuẩn đó sẽ mọc thành những khuẩn lạc gồm tập hợp các tế bào vi khuẩn đợc phát
triển từ một tế bào ban đầu.
Khuẩn lạc chia thành hai nhóm chính: nhẵn bóng và xù xì.
e. Các giai đoạn của quá trình sinh sản
+ Giai đoạn tiềm phát: giai đoạn mới cấy vi khuẩn vào môi trờng.
- Số lợng vi khuẩn cha thay đổi vì cha có sự sinh sản.
- Là giai đoạn tế bào Vi khuẩn làm quen với môi trờng sống mới, chuẩn bị bớc vào giai
đoạn sinh trởngvì thế kích thớc, hình dạng tế bào có sự thay đổi, thời kì này kéo dài từ 3
ữ 4 giờ.
* ý nghĩa: giúp cho vi sinh vật thích ứng với môi trờng sống.
+ Giai đoạn luỹ tiến:
- ở giai đoạn này số lợng vi khuẩn tăng rất nhanh theo cấp số nhân và làm đục môi tr-
ờng.
+ Giai đoạn cân bằng: Giai đoạn này số lợng tế bào tơng đối ổn định, tốc độ sinh
sản giảm ở giai đoạn này số lợng tế bào chết tơng đơng với số tế bào sinh ra, thời gian
khoảng vài giờ, vài ngày tuỳ theo điều kiện ngoại cảnh và tuỳ từng loại vi khuẩn.
9
+ Giai đoạn suy thoái: Giai đoạn này số lợng tế bào giảm nhanh và sự sinh sản bị
đình chỉ hoàn toàn do thức ăn trong môi trờng ít, do sự tích luỹ các sản phẩm trao đổi
chất gây ức chế quá trình sinh sản.
1.1.3. Phân loại vi khuẩn và cách gọi tên
1.1.3.1. Cách gọi tên:Tên của vi khuẩn là tên kép đợc hợp thành từ hai chữ.
+ Chữ đầu là một danh từ để chỉ tên giống và thờng đợc viết hoa.
+ Chữ sau thờng là một tính từ chỉ tên loài và không viết hoa.
Ví dụ: Bacterriae aceti: Vi khuẩn lên men axetic. Clostridium pasterrianum.
Có thể viết tắt nh sau: Bac. aceti, Clos. pasterrianum
1.1.3.2. Hệ thống phân loại vi khuẩn:
* Lớp vi khuẩn:
+ Họ Coccaceae (Cầu khuẩn ).
Thuộc loại tế bào hình cầu phân cách theo một hớng hoặc 2, 3 hớng trực giao tuỳ
theo đó mà có sự bố trí khác nhau.
- Nó không có khả năng di động.
- Nó ít có trờng hợp tạo thành bào tử.
- Khoảng 300 loài chia làm 3 giống:
Streptococcus ( Liên cầu khuẩn ).
Sarana (Bát cầu khuẩn ) không phân chia theo một hớng cố định do đó phân chia
thành một khối có 8 tế bào.
Micrococcus ( Tiểu cầu khuẩn ) nó phân chia không theo một hớng cố định nó tạo
thành những tế bào riêng rẽ hoặc tạo thành hình chùm nho.
+ Họ Bacteriaceae (Trực khuẩn không bình thờng ).
- Tế bào hình que.
- Không có bào tử.
- Có tiên mao
- Có khoảng 300 loài chia làm 3 giống chính:
+ Giống Bacterium ( Hoại sinh).
+ Giống Azoterbacter: Gồm những vi khuẩn cố định azot.
+ Giống Microbacter: chúng phổ biến trong đất có khả năng oxi hoá
nitơrit thành nitơrat.
+ Họ Bacilalceae (trực khuẩn bào tử ): Trực khuẩn có tế bào hình que có khả năng tạo
thành bào tử thuộc loại Gram (+).
- Dựa vào hình dáng lúc tạo bào tử chia làm hai giống:
Giống Bacillus: chiều ngang của bào tử không vợt quá chiều ngang của tế bào nên
lúc sinh bào tử không làm thay đổi hình dạng tế bào.
Giống Clostridium: bào tử có kích thớc lớn hơn đờng kính của tế bào vì thế làm cho
tế bào phình ra ở giữa hoặc ở hai đầu.
+ Họ Desmobacteriaceae.
Trong loại này vi khuẩn thờng là những đa bào tạo thành những chuỗi hình sợi
và đợc bọc bằng lớp vỏ nhầy. Là vi sinh vật tự dỡng tham gia vào quá trình chuyển hoá
Fe và S.
+ Họ Spirillaceae.
10
Đặc điểm: những vi khuẩn này có một hoặc một số vòng xoắn, không tạo bào tử,
có khả năng di động gồm hai giống:
Giống Vibro: chỉ có một vòng xoắn hoặc có hình dấu phẩy hoặc có hình hạt đậu. Có
khả năng di động nhờ tiên mao mọc ở đầu.
Giống Spirillium: ttế bào của nó có kích thớc dài hơn có vòng xoắn rõ nét hơn so với
giống vibrio, có khả năng di động nhờ một chùm tiên mao mọc ở đầu.
+ Họ Pseudomonasdaceae.
Họ này bao gồm những trực khuẩn hình que không có bào tử thờng có tiên mao
mọc ở đầu. Nó tham gia vào việc chuyển hoá các chất trong tự nhiên.
Giống Rleizobium: giống này gồm các vi khuẩn sống ở trong nốt sần ở cây họ đậu.
Giống Acetobacter: gồm những vi khuẩn oxi hóa rợu thành axit axetic.
Giống Azotmonas: bao gồm những vi khuẩn hấp thụ azot của không khí.
Giống Nitrosomonas: có khả năng oxi hoá NH
3
thành NO
2
.
* Lớp xoắn khuẩn (Spirochaclae).
Tế bào dài mảnh chiều dài lớn hơn chiều rộng từ 5 ữ 200 lần tế bào có nhiều
vòng xoắn tạo thành xoắn ốc gọi là lớp xoắn khuẩn.
* Lớp niêm khuẩn ( Myxobacteriae ).
Có màng nhầy bọc ở ngoài. Có ý nghĩa góp phần phân giải các hợp chất hữu cơ,
đặc biệt là xenlulo.
* Lớp xạ khuẩn ( Aetinomycetes ).
+ Họ Actinomycetaceae: sinh sản bằng bào tử tạo thành từng chuỗi ở đầu khuẩn ti kí
sinh.
+ Họ Micromonosporaceae: Nó có khuẩn ti phức tạp trên mỗi sợi khuẩn ti kí sinh có
một bào tử.
1.1.4. Cấu tạo bào tử và sự hình thành bào tử.
1.1.4.1. Cấu tạo bào tử.
Bào tử là một thể hình tròn hay hình bầu dục đợc hình thành trong tế bào vi
khuẩn ở những giai đoạn phát triển nhất định của một sốloại vi khuẩn nhất định. Mỗi
một tế bào vi khuẩn chỉ có một bào tử.
* ý nghĩa: Bào tử của vi khuẩn có tính ổn định khá cao đối với nhiệt độ thấp, sự khô
cạn và tác động của các loại hoá chất, các loại bức xạ.
Ví dụ: trong dung dịch phenol 5% thì tế bào dinh dỡng của vi khuẩn bị chết rất nhanh
trong khi đó bào tử có thể sống đợc 15 ngày.
Năm 1911 ngời ta đã tìm đợc bào tử của vi khuẩn trên hoá thạch của con voi
mamut đã chết cách đấy hàng ngàn năm.
Bào tử của vi khuẩn có sức sống rất cao trong điều kiện bất lợi.
Bào tử có nhiều lớp màng lớp màng ngoài cùng là màng bào tử dới lớp màng bào
tử là lớp vỏ bào tử ( Sporecoat ) vỏ bào tử gồm nhiều lớp và chúng có tác dụng ngăn
chặn sự thẩm thấu của nớc và các chất hoà tan trong nớc. Dới vỏ bào tử là lớp màng
trong bào tử. Trong cùng là khối tế bào chất có cấu tạo đồng nhất. Các lớp màng bào tử
không giống với màng tế bào vi khuẩn.
1.1.4.2. Quá trình hình thành bào tử.
11
Khi hình thành bào tử thì vi khuẩn cần sử dụng phần lớn nguyên sinh chất trong
tế bào. Lúc đầu chất nhân tập trung lại ở một vị trí trong tế bào vùng ấy gọi là vùng sinh
bào tử hay còn gọi là bào nguyên đối.
Sau đó tế bào chất tiếp tục đợc cô đặc lại tạo thành tiền bào tử ( prospore ) tiền
bào tử này đợc bao bọc dần bởi các lớp màng và bắt đầu khác với các tế bào dinh dỡng
ở những điểm sau:
+ Khác ở tính chất chiết quang và dần dần sẽ thay đổi và thành bào tử trong một
thời gian nhất định.
+ Quá trình hình thành bào tử không giống nhau đối với từng loại vi khuẩn
+ Sau khi hình thành bào tử thì bào tử cũ bị thoái hoá còn bào tử mới đợc sinh ra.
Bào tử cũ bị thoái hoá dần và bị tan ra còn màng bào tử mới chín đợc giải phóng.
+ Ngoài sự hình thành màng nguyên sinh chất cũng thay đổi hàm lợng nớc
không đổi so với tế bào dinh dỡng. Nớc ở bào tử phần lớn ở dạng liên kết không tham
gia vào quá ttrình thuỷ phân nhờ đó tính kháng nhiệt của bào tử tăng và hoạt tính của
enzim giảm khi thấm nớc và chất hoà tan. Trong thành phần có nhiều lipit hoặc những
nội mạc. Đóng vai trò quan trọng trong sự nẩy mầm của bào tử.
* ý nghĩa: ý nghĩa của việc sinh bào tử là bảo vệ giống loài đảm bảo sự cân bằng sinh
thái.
* Tính chất của bào tử:
- Bào tử của vi khuẩn có tính ổn định cao đối với sự khô cạn và với tác động của
các loại hoá chất bức xạ.
- Sự mất khả năng sinh bào tử có thể là tạm thời hoặc có thể là vĩnh viễn.
- Bào tử có sức chịu đựng cao với các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh . Khả
năng này khác nhau đối với các loại bào tử khác nhau. ở 100
0
C bào tử Bacteria.cereus
có thể chịu đợc 2,5 phút, còn loài Ba. Subtilus chịu đợc 180 phút. Bào tử của một số
loài a nhiệt có thể sống đợc ngay khi đun sôi liên tục 5 ngày.
Ví dụ: Bào tử của Clostridium gây ngộ độc thức ăn ở nhiệt độ 180
0
C có thể sống đợc
trong 10 phút.
Vi khuẩn làm hỏng đồ hộp là loại vi khuẩn a nhiệt sinh bào tử Bacillus
steaothermophilus muốn tiêu diệt loại vi khuẩn này ngời ta phải thanh trùng ở 160
0
C
với sức nóng khô hoặc trong 15 ữ 30 phút, ở nhiệt độ 121
0
C với sức nóng ớt.
- Bào tử của vi khuẩn có thể sống rất lâu trong các điều kiện khắc nhiệt.
Ví dụ:
Năm 1911 nhà vi sinh vật Omelianhi của Xô Viết tìm thấy bào tử vi khuẩn trên
xác voi ma mút vùi sâu trong băng tuyết cách đấy hàng nghìn năm.
Năm 1972 khi nghiên cứu lớp quặng kali các nhà địa chất học đã tìm thấy bào tử
của vi khuẩn.
Nhà bác học Tsudinop đã tìm thấy bào tử của nhiều vi sinh vật tiềm tàng trong
các lớp quặng đó từ nguyên đại cổ sinh 250 triệu năm khi đa vào môi trờng nuôi cấy ở
nhiệt độ thích hợp thì những bào tử đó lại sống lại và phát triển nhanh chóng.
*Về ý nghĩa và tính chất của bào tử có nhiều ý kiến trong có 3 giả thiết có sức thuyết
phục hơn cả là:
+ Giả thiết 1: Bào tử có thể sống ở trạng thái tiềm sinh vì ở đó chứa ít nớc. Gần
đây nhiều thành tựu mới cho thấy lợng nớc trong bào tử không chên h lệch nhiều so với
tế bào dinh dỡng, nớc ở trạng thái tự do mà nớc liên kết không có khả năng làm biến
tính prôtein khi tăng nhiệt độ.
12
Ngoài sự khác nhau về tính chất của nớc trong bào tử và trong tế bào dinh dỡng,
khác nhau về tính ổn định của bào tử đối với nhiệt độ còn liên quan đến sự có mặt của
nhiều ion Ca
2+
và axit dipicoricnic hay là axit pilidi 2,6 dicacboxilic. Do axit này chiếm
5 ữ 12% trong lợng khô của bào tử vi khuẩn ngời ta chứng minh đợc protêin của bào tử
vi khuẩn liên kết với axit dipicolinic tạo dipicolinatcanxi.
Bào tử có thể kéo dài thời gian sống vì trong bào tử các chất hoạt động sinh học
với enzim đều ở trạng thái không hoạt động và chúng chỉ hoạt động khi bào tử nẩy
mầm.
Bào tử chứa nhiều xixtin hơn tế bào dinh dỡng nhờ vậy mà bào tử chống đợc sự
chiếu xạ.
Bào tử là một hình thức sống tiềm sinh của vi khuẩn giúp vi khuẩn vợt qua đợc
những điều kiện ngoại cảnh.
Bào tử đợc hình thành do sự thiếu thức ăn, nhng nhiều thí nghiệm cho thấy số
bào tử sinh ra ở môi trờng nhiều thức ăn ít hơn so với số bào tử sinh ra ở môi trờng ít
thức ăn.
Trên môi trờng chứa chất kháng sinh và một số chất sát trùng khác thì chúng
không sinh bào tử.
Một số trực khuẩn khi nuôi cấy trên môi trờng nhân tạo thì sinh bào tử nhng khi
cấy vào đất thì không sinh bào tử. Một số không ít bào tử và tế bào dinh dỡng cũng chết
dới ảnh hởng của các chất kháng sinh, ở những chất độc cũng nh ở nhiệt độ cao.
Năm 1958 nhà bác học Braxinhicop khẳng định bào tử là một hình thức đổi mới
và nâng cao sức sống của tế bào vi khuẩn có thể coi bào tử là một tế bào tiếp hợp vừa
sinh ra do sự tiếp hợp giữa các phần nguyên sinh chất khác nhau của tế bào. Khi gặp
điều kiện thuận lợi bào tử sẽ nẩy mầm và phát triển thành một tế bào dinh dỡng mới
bằng cách lúc đó bào tử sẽ hút ẩm làm tế bào trơng lên, màng nứt ra hoặc bị phân huỷ
dới tác dụng của các enzim chứa trong bào tử lúc nẩy mầm.
Bào tử thờng nẩy mầm ở đầu có thể ở một đầu hoặc cả hai đầu có khi nẩy mầm
thẳng góc theo chiều ngang, đôi khi nảy mầm xiên theo chiều ngang.
1.1.5. Tiên mao, tiêm mao và khả năng di động của vi khuẩn.
1.1.5.1. Tiên mao ( flagella ).
Tiên mao là cơ quan chuyển động của vi khuẩn.
Cấu tạo: Là một sợi nguyên sinh chất rất mảnh có chiều rộng từ
0,01 ữ 0,05àm chiều dài thay đổi tuỳ loại vi khuẩn 6 ữ 9àm có loài vi khuẩn tiên mao
dài 80 ữ 90àm.
Năm 1938 ta quan sát đợc cấu tạo của tiên mao. Sợi tiên mao xuất phát từ lớp
ngoại nguyên sinh chất và nhận đợc từ nguyên sinh chất những xung động của sự
chuyển động ở gốc của tiên mao có một hạt nhỏ gọi là hạt gốc.
Đờng kính của hạt gốc có chiều dài 400A
0
của màng tế bào chất. Tiên mao cố
định vào tế bào vi hkuẩn nhờ một cái móc cos đờng kính lớn hơn đờng kính ở sợi tiên
mao một chút và có cấu tạo bởi một loại prôtein khác với loại flagengin.
Cấu tạo của móc gồm một số vòng nhẫn. Với vi khuẩn gram (-) có 4 vòng nhẫn,
với vi khuẩn gram (+) có hai vòng nhẫn.
Về mặt hoá học tiên mao có bản chất là protein cụ thể là nó có 98% là prôtein và
có rất ít hidratcacbon.
Chức năng của tiên mao là giúp cho vi khuẩn có thể di chuyển đợc. Có loài vi
khuẩn có rất nhiều tiên mao, có loài mỗi đầu có một tiên mao, có loài không có tiên
13
mao hoặc có loài mỗi đầu có một tiên mao có loài có một chùm tiên mao, có loài tiên
mao mọc ở xung quanh cơ thể nh loài salmonlla.
Sự sắp xếp và sự có mặt của tiên mao trên tế bào là một tiêu chuẩn để định tên vi
khuẩn tuy nhên điều kiện môi trờng và thời gian nuôi cấy có thể ảnh hởng đến khả năng
di động của các vi khuẩn có tiên mao.
Một số loài vi khuẩn có tiên mao lúc còn non đến già thì lại mất tiên mao.
Sự sắp xếp vị trí các tiên mao còn ảnh hởng đến tốc độ di chuyển và khả năng di
động của vi khuẩn.
Ví dụ: một số vi khuẩn có tiên mao mọc ở đầu thì có khả năng di động nhanh
nhất và di động theo một hớng rõ rệt. Còn những vi khuẩn có tiên mao mọc xung quanh
thì chuyển động lung tung.
1.1.5.2. Tiêm mao ( pili, fimbriae ).
Sợi ngắn mảnh 0,01àm, sợi dài 0,3 ữ 1àm đợc phân bố khoảng 100 ữ 400 trên
một tế bào vi khuẩn.
* ý nghĩa: Tiêm mao giúp vi khuẩn bám vào bề mặt cơ chất nó còn có ý nghĩa làm
tăngbề mặt tiếp xúc giúp cho vi khuẩn hấp thụ đợc nhiều chất dinh dỡng.
Ngoài khả năng di động của tiêm mao nó còn có thể dao động 1 cách hỗn loạn
trong môi trờng lỏng nhờ sự va chạm của các phân tử chất lỏng.
1.2. Vi nấm
1.2.1. Nấm mốc ( Molds )
1.2.1.1. Đặc điểm chung về hình thái cấu tạo của nấm mốc thờng gặp.
Nấm mốc hay còn gọi là nấm sợi bao gồm các mốc mọc trên thực phẩm, trên
quần áo, giờng chiếu, sách vở Chúng phát triển rất nhanh trên các cơ chất hữu cơ khi
gặp điều kiện nóng ẩm. Trên nhiều vật liệu vô cơ do dính bụi bậm (nh các thấu kính ở
ống nhòm, máy ảnh, kính hiển vi ) nấm mốc vẫn có thể phát triển, sinh axit và làm mờ
kính.
Cơ thể của nấm là một tản, tức là một cơ thể có bộ máy sinh dỡng cha phân hoá
thành các cơ quan khác nhau. Một tản bao gồm nhánh sợi nhỏ gọi là hệ sợi, những sợi
và hệ sợi thờng không màu, có 2 loại sợi là sợi sinh sản và sợi dinh dỡng. Sợi sinh sản
thờng mọc vơn ra ngoài không khí và tạo thành bào tử, sợi dinh dỡng mọc trong chất
nền và hấp thu chất dinh dỡng. Tản của nấm có thể đơn bào hình cầu hoặc hình trứng,
nhng thông thờng có dạng sợi và đợc gọi là sợi nấm. Sợi nấm có thể có vách ngăn hoặc
không có vách ngăn. Các sợi nấm rất nhỏ, thờng có đờng kính trung bình khoảng 5àm,
phát triển theo chiều dài ở ngọn và có thể tạo thành các nhánh ngang. Cả sợi nấm và
các nhánh nấm nếu có phát triển từ một bào tử nấm theo ba chiều trên một khối sợi, gọi
là hệ sợi nấm. ở một số nấm, các sợi nấm có nhánh quấn chặt, thậm chí dính liền với
nhau theo chiều dọc tạo thành các dạng hình thái đặc biệt nh thể đệm, hạch nấm, chụp
nấm, rễ giả.v.v Trong phần lớn mốc, sự tăng trởng theo các sinh trởng đỉnh nhánh đợc
mọc và phát triển ra từ phần sợi cách xa đỉnh. Trong ít loài, tất cả tế bào có thể tiếp tục
phát triển, sinh trởng và phân chia. Sợi nấm không có vách ngăn tạo ra tế bào lớn chứa
nhiều nhân. Sợi có vách ngăn có thể chứa 1, 2 hoặc nhiều nhân trong mỗi tế bào. Nhân
thờng nhỏ và chỉ có thể quan sát đợc bằng phơng pháp nhuộm màu đặc biệt. ở những
cơ thể còn non tế bào chất có thể chiếm gần đầy tế bào, khi già thờng bị thu hẹp lại
thành một lớp mỏng nằm sát màng tế bào. Phần trung tâm tế bào có thể xuất hiện
không bào lớn chứa đầy chất lỏng không màu trong đó có một vài thức ăn dự trữ nh
14
chất béo, glucogen, glubolin và những hạt nhỏ có màu cũng có thể xuất hiện trong tế
bào chất xung quanh không bào.
Các vách ngang ở sợi nấm ngăn vách đều có lỗ thông. Lỗ thông này có cấu tạo
đơn giản hay phức tạp tuỳ từng nấm, nhng không những để chất nguyên sinh đi qua mà
nhân tế bào cũng có thể di chuyển qua để tới những phần sợi nấm đang có những hoạt
động sinh lý, hoá sinh mạnh. Nh vậy, kể cả ở sợi nấm không ngăn vách cũng nh ở sợi
nấm ngăn vách, sợi nấm có thể đợc coi nh một ống dài chứa chất nguyên sinh nhiều
nhân tế bào và các thành phần cấu tạo khác của tế bào. Mỗi tế bào trong một sợi nấm
(có vách ngăn hoặc không có vách ngăn) không có cấu tạo riêng và cũng không có các
hoạt động trao đổi chất độc lập trong pham vi tế bào. Mặc dù mỗi đoạn trên một sợi
nấm có sự phân hoá khác nhau nhng sự phân hoá này không liên quan đến dạng cấu tạo
tế bào đặc trng của sợi nấm mốc.
Nấm mốc không có chất diệp lục nên chúng không có khả năng tự tổng hợp chất
hữu cơ từ những hợp chất đơn giản sẵn có trong thiên nhiên. Vì vậy phơng thức sống cơ
bản của nấm mốc là sống hoại sinh, ký sinh và một số nhỏ sống cộng sinh với Tảo
trong địa y.
1.2.1.2. Đặc điểm sinh sản của nấm mốc.
Hầu hết mốc thờng có thể đợc nhân lên từ một phần của cơ thể ở môi trờng mới,
nhng thờng quá trình phát triển cùng với sự nẩy chồi của bào tử. Bào tử có hình dạng và
kích thớc khác nhau, có thể là một tế bào hoặc nhiều tế bào. Một bào tử gồm ngoài
cùng là màng, vỏ bào tử,màng trong, bào tử nội sinh. Vỏ bào tử có thể nhẵn nhụi hoặc
sần xù bởi nhiều tia nhỏ, vỏ trong bào tử nội sinh bao bọc nguyên sinh chất trong có
những giọt giàu hoặc chất béo và mọt hay nhiều nhân. Khi gặp điều kiện thuận lợi bào
tử mốc ra một cái mấu lồi sau đó kéo dài ra hoặc nẩy ra một cái chồi hình ồng (h.1.1.).
Mỗi ống phôi cps hình thon dài và phân nhánh, tạo ra các sợi hoặc làm thành hệ sợi.
Sau đó sợi sinh ra bào tử, bào tử phát triển thành sợi sinh sản, hoặc một số sợi cho ra
loại quả thể đặc biệt để tạo ra bào tử.
Có hai loại bào tử : bào tử vô tính và bào tử hữu tính. Bào tử vô tính là loại sinh
sản không có sự kết hợp của hai giao tử hoặc hai tế bào đực cái. Thực tế đa số mốc th-
ờng tạo ra bào tử vô tính. Các bào tử vô tính khác nhau bởi các đặc điểm hình thái và
bởi các đặc điểm phát sinh. Một số mốc cũng sinh sản hữu tính. Hình thức sinh sản hữu
tính cũng rất đa dạng (đẳng giao, dị giao và noãn giao).
Hình1.1. Sự sinh sản bằng mọc chồi (hình 88)
*Các kiểu sinh sản của nấm mốc: Có thể phân loại nh sau:
+ Sự phân đoạn của tản.
- Sinh sản bằng sự mọc chồi. Thờng thấy trong nấm men và giả nấm men.
- Sự nảy chồi của sợi để tạo ra bào tử (Blastospore).
15
- Sự phân đoạn của các sợi đỉnh, sau đó có sự vo tròn lại và tách ra thành đoạn để
tạo ra bào tử phấn (arthrospores). Những đoạn có thể tạo ra những sợi mới.
- Sự vo tròn và sự dày lên của thành tế bào của tản dinh dỡng tạo ra hậu bào tử
(Chlamydospores). Những tế bào có thể ở giữa hoặc đầu cùng. Có thể xuất hiện riêng rẽ
hoặc chuỗi của sợi dinh dỡng hoặc trong những nhánh đặc biệt. Chúng có tính kháng và
có thể coi nh bào tử nghỉ.
+ Sự tạo ra bào tử vô tính: Đây là giai đoạn không bảo toàn của nấm mốc
- Nấm bất toàn là những mốc chỉ tạo ra những bào tử vô tính. Sự sinh sản đợc xảy ra
bởi sự phát triển của bào tử bằng những cách khác nhau. Mốc đợc phân loại theo hình
dạng bào tử và cách tạo ra nó.
- Phycomycetes phát triển bằng cách vô tính tạo ra những nang ở đỉnh của cuống
nang, trong nang lại chứa những bào tử nang.
- Ascomycetes phát triển tạo ra những thành bào tử mỏng trên đỉnh sợi hoặc cuống
đính bào tử gọi là bào tử đính hoặc là đính. Chúng có thể nhú ra từ đỉnh của cuống đỉnh
hoặc nảy chồi từ cuống đỉnh .
+ Sự tạo ra bào tử hữu tính: Bào tử hữu tính là kết quả của sự kết hợp và đợc tạo ra
trong hoặc trên những tế bào đặc biệt.
- Sự tạo thành bào tử hữu tính ở Phycomycetes : Sự hợp nhất của những giao tử
trong tế bào lớn tạo ra những bào tử động oospores hoặc zygospore là sự kết hợp của
hai giao tử giống nhau.
- Bào tử hữu tính ở Ascomycetes: Nang là tế bào mẹ của bào tử đợc sinh ra do sự kết
hợp nhau tạo ra bào tử nang. Các bào tử nang có thể đợc tạo ra bởi sự kết hợp trực tiếp
hoặc bởi sự kết hợp của 2 tế bào sợi hoặc bởi sự kết hợp của cơ quan hữu tính nhất định
hoặc từ sợi sinh nang nảy chồi ra sinh ra hợp tử hai nhân. Trong tất cả các nang non đều
có hai nhân. Nhân này đợc hợp nhất lại tạo ra nhân lỡng bội trải qua sự giảm phân để
tạo ra 4 nhân đơn bội. Các nhân đơn bội lại phân chia cho ra 8 bào tử .
1.2.1.3. Phân loại mốc:
Lớp I Phycomycetes: sợi dinh dỡng không có vách ngăn hoặc sự hình thành các
vách ngăn đợc tạo thành trong mối liên quan với sự phát triển của cấu trúc sinh sản. Bao
fử túi phát triển chứa túi bào tử (bào tử nang) chuyển động hoặc không chuyển động
hoặc bào tử đính. Bào tử noãn gọi là hợp tử hoặc bào tử tiếp hợp đợc hình thành sau sự
thụ tinh, đôi khi không có sự hợp nhất của hai giao tử hoặc túi giao tử. Một số loài là ký
sinh, một số khác là hoại sinh.
Bộ Mucorales: sự phân chia phụ thuộc vào bào tử túi. Túi bào tử hình cầu hoặc
hình trứng thờng chứa nhiều bào tử. Một hoặc một ít hợp tử đợc tạo thành từ hai giao tử.
Hợp tử có thể trần hoặc đợc bọc bởi một màng ngoài phát triển từ màng của tế bào sinh
ra nó từ chỗ treo nó. Túi bào tử chứa nhiều bào tử. Bọng bào tử hình trụ.
Họ Mucoraceae: túi bào tử phát triển trên nhánh bên sinh ra cuống túi bào tử.
Cuống túi bào tử đơn giản hoặc phân nhánh.
Giống 1 Mucor: có 3 kiểu đính của nhánh: mucor đơn bào thì cuống bào tử
không phân nhánh. Loài Racemucor có một thân chính phân nhánh từ các nhánh bên,
còn loài Cimomucor phân nhánh ở cuống túi bào tử, có thân bò. Túi bào tử đơn ở tận
cùng phía trên của cuống bọc. Còn loài Monomucor cuống túi bào tử rất ít khi hoặc
không bao giờ phân nhánh.
Giống Mucor mucedo: bọng hình quả lê, hình trụ. Túi bào tử màu xám, bào tử có
đốt hoặc hậu bào tử không có.
16
M.racemosus: bọng hình trứng hoặc hình quả lê. Sợi nằm sâu trong canh trờng
sinh sản bằng cách phân chia giống tế bào nấm men hoặc bằng bào tử phân đốt nảy
chồi bằng cách nảy mầm. Hậu bào tử màu đen đợc tạo ra từ những sợi khí sinh. Tế bào
giống nấm men có khả năng lên men đờng thành rợu
M.Rouxii: bọng hình trụ, bào tử to hình ovan, hậu bào tử màu đen xuất hiện ở
những sợi trong không khí và tế bào nảy chồi. Sinh ra nhiều enzym chuyển hoá trực tiếp
tinh bột thành đờng và lên men rợu. Thờng đợc dùng trong sản xuất cồn.
M.circinenloides: Túi bào tử có hai dãy. Bào tử hình cầu, hình elip. Sợi cơ chất
phân chia giống tế bào nấm men.
- Có khoảng vài trăm giống và hàng nghìn loài (ít nhất 80.000) đợc miêu tả. Trong đó
một số giống xuất hiện và có thể dễ dàng nhận ra. Giống thờng xuất hiện là Mucor,
Rhyzopus, Cephalothecium (Trichothecium), Geotrichum, Candia, Aspergillus,
Penicillium, Cladosporium và Alternaria.
Rhyzopus: Thân phát triển bằng cách bò lan. Các loài này thờng phân biệt với
Mucor bởi sự có mặt của rễ giả, hình dạng của bào tử có cột hình bán cầu không tròn
hoặc hình trụ, sinh sản và sinh trởng nhanh hơn Mucor. Có nhiều loài: Rh. japonicocus,
Rh.oryzae, Rh.peka II, Rh. tokinensis. Chúng có một số đặc điểm chung nh sau:
- Sinh trởng bằng rễ giả bằng cách lan rộng trên bề mặt môi trờng. Rễ giả mọc
thành chùm, tản bò phát triển và sinh ra các cuống tử nang chứa nhiều bào tử. Bào tử
sinh ra từ nang trụ ở đầu cuống. Lúc còn non, bào tử nang trắng, lúc già màu đen, bên
trong có nếp nhăn, kích thớc 5-8àm. Nhiệt độ phát triển thích hợp 32-34
0
C.
- Sinh sản hữu tính bằng tiếp hợp nhng ít gặp. Chủ yếu sinh sản dinh dỡng bằng
hậu bào tử, khuẩn ty và sinh sản vô tính bằng bào tử nội sinh. Mắt thờng có thể nhìn
thấy khuẩn ty của chúng nh những mạng nhện, bào tử nang lúc non trắng, khi già đen
nhạt có chấm nhỏ. Bào tử dễ bay hơi trong không khí, gặp điều kiện thuận lợi sẽ nẩy
mần.
- Có khả năng sinh tổng hợp hệ amylaza và đợc dùng nhiều trong sản xuất rợu.
+ Rhizopus ehrengery
Tản tăng trởng rất nhanh, rất xum xuê, có khả năng tự phát triển nhờ phát tán
bảo tử, có nhiều trong phân gia súc và trong đất. Cuống bọc bào tử bắt màu mạnh, tận
cùng có dạng phễu riêng hay từ 2-6 bó dới gốc có rễ giả màu đen trụ giữa màu nâu hình
cầu hoặc bán cầu. Bào tử hình ellip, trơn hoặc có vân.
Giống có 15 loài, trong đó 3 loài thờng gặp và quan trọng là :
1. Rh.oligospous:
- Bào tử nhẵn, cuống bọc bào tử không quá 1mm. Có hậu bào tử .
2. Rh. etolonifer
- Bào tử có vân, cuống bọc bào tử có thể đạt 4 mm. Hậu bào tử có hoặc không
- Thân bò, không có hậu bào tử. Cuống bọc bào tử 1,5-4 mm.
3. Rh. oryzae:
- Thân bò với hậu bào tử, cuống bọc bào tử 1-1,5 mm. Sinh trởng ở 37
0
C
+ Rhyzopus oligosporus Saito
Thảm xám màu nâu nhạt cuống bọc bào tử riêng hay thành bó 4-6 với rễ giả
ngắn ở gốc là 1mm. Bọc bào tử hình cầu màu đen có đờng kính 100-180àm. Trụ giữa
hình cầu hoặc hình cầu méo bào tử trơn màu nâu nhạt hình dạng không đều 7-12
(24)mm. Hậu bào tử nhiều có trong tất cả các phần của tản. Hình cầu đến trục .
+ Rhizopus oryzae
17
Tản màu nâu nhạt từ 1-3cm. Cuống bọc bào tử riêng hay thành 2-3 bó. Rễ giả
màu nâu vàng ít phân nhánh. Bọc bào tử hình cầu với thành có gai nhỏ (50-100) x(150-
200) àm. Trục giữa hình cầu hay trứng, bào tử không đều thờng có góc màu xám hay
màu nâu. Hậu bào tử hình cầu.
Phân bố: Rất phổ biến: ở đất,ở hạt, nguyên liệu thực vật đang phân giải.
+ Mucor:
Mucor: Đây là giống lớn nhất của Bộ Mucorales, thớng tìm thấy trong đất, trong
phân bón và trên các mặt hoa quả, rau, bánh mỳ và thức ăn giàu tinh bột. Hệ sơi dinh d-
ỡng lan sâu vào môi trờng thức ăn và kéo dài lên trên không khí gọi là sơi khí sinh. Hệ
sợi thờng có màu trắng. Vách ngăn thờng đợc tạo ra từ phần gần đỉnh của mỗi một sợi
nấm, đầu tận cùng tế bào của sợi phồng ra một mấu tròn, hình trụ hoặc hình quả lê gọi
là cột. Túi bào tử màu đen thành của túi bào tử khi chín dễ dàng bị vỡ ra, giải phóng ra
nhiều bào tử. Mỗi một bào tử có khả năng lập lại chu kỳ phát triển của sợi nấm
Hình 1.2.
Dới một số điều kiện thuận lợi cho phép thì hai tế bào của hai sợi khác nhau có
thể tiếp hợp với nhau cho ra một bào tử tiếp hợp. Bào tử tiếp hợp tiếp tục phát triển
thành túi bào tử tại đỉnh. Mucor và Rhizopus rất giống nhau. Song có thể phân biệt bởi
một số đặc điểm sau: Mucor không có rễ giả, cuống bọc bào tử nang có thể sinh ra ở
bất kỳ chỗ nào và nang trụ không có hình bán cầu, không sát với vách bào tử nang.
- Khuẩn ty có hai loại (+) và (-) màu trắng, phân nhánh, giống nhau về hình thái,
khác nhau về sinh lý. Từ một loại khuẩn ty có thể sinh sản vô tính. Từ hai loại khuẩn ty
có thể sinh sản hữu tính bằng tiếp hợp cho ra bào tử nang đa hạch, về sau là các bào
tử nội sinh.
- Trong sản xuất ngời ta hay dùng các loài: Mucor rouxii, Mucor mucedo, Mucor
javanicus, Mucor hydrophilus Nhng ở nớc ta thờng dùng Mucor roxii . Mucor rouxii
phát triển mạnh trên môi trờng thạch Czapek- Dox, khuẩn ty phân nhánh nhiều, không
có vách ngăn, đa hạch, khuẩn lạc cao, không nếp nhăn, bám vào vào nắp hộp Peptri.
Cuống bào tử nang thờng tròn, đờng kính 60-80àm. Nang trụ 20-25àm. Bào tử tròn, đ-
ờng kính 6-7àm.Khuẩn ty lúc non màu trắng, già có màu xám nhạt. Bào tử nang từ màu
trắng chuyển dần sang màu vàng nhạt, đỏ xám, đen, làm cho khuẩn lạc xám đen dần.
Mặt dới khuẩn lạc không có nếp nhăn, không màu.
- Ngoài khả năng sinh tổng hợp enzym amylaza còn có khả năng sinh tổng hợp lên
men rợu trong đièu kiện yếm khí, enzym của Mucor rouxii có thể lên men đờng thành
18
rợu. Hiện tợng này thờng hay gặp trong quá trình sản xuất nấm mốc theo phơng pháp
bề mặt trên môi trờng chất rắn có tinh bột, ở nhiệt độ cao 39 ữ 40
o
C.
- Tản cấu tạo hình ống, mọc thành cụm hoặc thảm nhung hoặc dạng bông. Cuống
bọc bào tử dạng đứng, hoặc tận cùng bởi một bọc bào tử; hoặc phân nhánh gốc kép,
trục đơn độc hoặc hỗn hợp. Túi bào tử hình cầu, màu trắng hoặc ít bắt màu. Bào tử có
hình dạng thay đổi - trơn hoặc có hạt nhỏ, hậu bào tử đôi khi có.
- Là một trong giống quan trọng của Mucorales bởi số lợng loài lớn (gần 50 loài).
Trong đó có một vài loài thờng gặp là .
+ M. mucedo:
- Cuống bọc bào tử có thể mọc dài trên cơ chất tự nhiên, không phân nhánh hoặc có
phân nhánh với chân phân nhánh kết thúc bởi một bọc bào tử.
+ M. racemosus:
- Hậu bào tử thờng nhiều trong cuống bọc bào tử.
- Cuống bọc bào tử nhỏ hơn và phân nhánh
+ M. fuscus bainier:
- Tản thờng có màu xám đậm. Cuống bọc bào tử phân nhánh, gốc ghép với sự phân
nhánh tạo ra khoảng cách ngắn của một bọc bào tử và dựng đứng song song với trục.
Trục giữa hình quả lê, đạt tới 50-80 àm. Bào tử có hình cầu 8-11àm màu nâu xám nhạt.
Hậu bào tử ít .
+ M. racemusus fresenius:
- Tản trắng trở nên xám, dạng bông. Cuống bọc bào tử có kích thớc thay đổi, phân
nhánh gốc ghép hay trục chính. Bọc bào tử hình cầu, có cuống bọc bào tử. Chúng có thể
gây lên men cồn trong môi trờng thiếu khí.
+ Aspergillus:
Aspergillus có thể tìm thấy dễ dàng ở khắp mọi nơi trong không khí, trên cơ
chất. Loài mốc đợct tìm thấy trên bề mặt hoa quả thối, gạo, bánh mỳ và các thực phẩm
khác. Aspergillus thờng tìm thấy trên môi trơng nuôi cấy thanh trùng cha đảm bảo.
Màu sắc có thể rất thay đổi. Nó có thể xuất hiện màu xanh, màu vàng, màu da cam,
màu đen hoặc màu nâu. Loài mốc có dạng bột. Hệ sợi phân nhánh và có vách ngăn. Hệ
sợi phình ra tại một diểm để tạo ra cuống bào tử đính. Cuống bào tử đính không phân
nhánh, đa số cuống ngắn gọi là cuống đính bào tử (cuống nhỏ) phát triển từ đỉnh hoặc ở
phần cuối của túi bào tử. Có hai loại khuẩn ty ký sinh phát triển trên mặt môi trờng và
khuẩn ty dinh dỡng ăn sâu vào môi trờng. Khuẩn ty phân nhiều nhánh, có nhiều vách
ngăn tế bào, mỗi tế bào có một hạch nhân. Nang và nang bào tử là quả thể màu vàng
kim. Khi Aspergillus hình thành bào tử dễ phân biệt với các nấm mốc khác.
- Giống Aspergillus : Cuống đính bào tử dài và khác biệt với sợi nấm dinh dỡng và
đính bào tử thành chuỗi.
- Aspergillus niger có màu đen, cuống đính bào tử thờng nhẵn. Từ năm 1877, ở Nhật
bản ngời ta đã phát hiệnvà sử dụng Aspergillus vào việc sản xuất rợu, phân giải protit
Nhng gần đây, thành tựu khoa học lại chứng minh rằng một số nấm mốc bên cạnh khả
năng sinh tổng hợp enzym có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất lại sinh độc tố gây
không ít nguy hiểm cho ngời sử dụng, trong đó có mốc Aspergillus niger.
19
1.2.2. Nấm men (Yeast):
Nấm men là lớp nấm nang có hình cầu, hình trứng, hình que, cấu tạo đơn bào
và nhân chuẩn (Eucarion. Nấm men thờng đợc sử dụng trong sản xuất rợu là các chủng
thuộc giống Saccharomyces, họ phụ Saccharomycetoideae, thuộc họ Endomycetaceae,
lớp Ascomycetes, ngành Ascomycotina Eumycophyta, giới phụ Amastigomycota, giới
nấm Fungi. Chúng thờng phân bố rộng trong tự nhiên ,đợc tìm thấy trong đất, bụi, trên
bề mặt quả, và lá của nhiều loại thực vật. Đặc biệt chúng có trong đất của vờn tròng cây
ăn quả và vờn trồng nho. Nấm men có mặt trên bề mặt hoặc lớp dói cặn dày của nứoc
hoa quả ép. Dịch malt, và dịch đờng khác.
- Đa số nấm men có khả năng lên men đờng, thích nghi với môi trờng có nồng độ
đờng cao, và tính axit cao.
- Đa số nấm men sinh sản theo kiểu nẩy chồi, đôi khi bằng phân cắt
1.2.2.1 Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào nấm men.
Nấm men là vi sinh vật điển hình cho nhóm nhân thật, kích thớc tế bào nấm men
thờng lớn gấp 10 lần so với vi khuẩn. Ví dụ: Saccharomyces cerevisiae có kích thớng
thay đổi trong khoảng 2,5 ữ 10 àm x 4,5 ữ 21 àm. Tuỳ loại nấm men mà tế bào có hình
dạng khác nhau nh hình cầu, hình trứng, hình ovan, hình quả chanh, hình elip, hình mũ
phớt, hình sao thổ, hình cái liềm, hình thuôn, hình thoi, hình ong, hình cung nhọn, hình
kéo dài, hình bán cầu, hình thận, hình quả lê, hình elip dài v.v
Có loài nấm men có sợi nhng cha thành sợi rõ rệt mà chỉ do nhiều tế bào nối với
nhau thành chuỗi dài. Sự tạo sợi của nấm men bị ảnh hởng bởi điều kiện môi trờng:
Nhiệt độ , chất dinh dỡng, chất độc, tuổi giống và tia bức xạ.
Thành tế bào nấm men dày khoảng 25 nấm men (chiếm 25% khối lợng khô của
tế bào). Đa số nấm men có thành tế bào cấu tạo bởi glucan và mannan. Một số tế bào
chứa kitin và mannan. Trong thành tế bào còn chứa khoảng 10% protein (tính theo khối
lợng khô), trong số protein này có một phần là các enzym. Trên thành tế bào có một l-
ợng nhỏ lipit.
Dới thành tế bào là lớp màng tế bào chất gồm 3 tầng kết cấu khác nhau. Cấu tạo
chủ yếu là protein (chiếm 50% khối lợng khô), phần còn lại là lipit (40%) và một ít
polysaccarit.
- Protein
- Lipit glixero-mono, di, trieste
- Lipit - Glixero-photpho lipit
- Sterol
- Hidrat cacbon
Nhân của tế bào nấm men đợc bao bọc bởi một màng nhân nh ở các sinh vật có
nhân thật khác. Màng nhân của nấm men có cấu trúc 2 lớp và có rất nhiều lỗ thủng.
Nhân của tế bào nấm men rợu Saccharomyces cerevisiae có chứa 17 đôi nhiễm
sắc thể. ADN trong tế bào nấm men đơn bội có khối lợng phân tử là 1 x 10
10
Da
(Dalton, 1 Da = 1,67 x 10
-24
g).
Ty thể của nấm men cũng giống với các sợi nấm và các sinh vật có nhân khác.
ADN của ty thể nấm men là một phân tử dạng vòng chiếm 15 ữ 23% tổng lợng ADN
của toàn tế bào nấm men.
20
Thành phần của
màng tế bào chất
nấm men
Có một loại plasmit ở tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae đợc gọi là
2àm plasmit cóa vai trò quan trọng trong kỹ thuật di truyền. Loại này là một ADN
vòng chứa 6300 đôi bazơ.
Các tế bào nấm men khi già sẽ xuất hiện không bào. Trong không bào có chứa
các enzym thuỷ phân, poly photphat, lipoit, ion kim loại, các sản phẩm trao đổi chất
trung gian. Ngoài tác dụng một kho dự trữ không bào còn có chức năng điều hoà áp
suất thẩm thấu.
1.2.2.2. Đặc điểm sinh sản: Nấm men có nhiều hình thức sinh sản:
*Sinh sản vô tính:
(a). Nảy chồi: ở tất cả các chi nấm men
(b). Phân cắt: ở chi Schizosaccharomyces
(c). Bằng bào tử
*Sinh sản hữu tính:
Bằng bào tử túi chi Saccharomyces, Zygosaccharomyces và nhiều chi nấm men
khác thuộc bộ Endomycetales.
Nảy chồi là phơng pháp sinh sản phổ biến nhất ở nấm men. ậ điều kiện thuận lợi
hầu nh tế bào nấm men nào cũng nảy chồi. Khi chồi xuất hiện các enzym thuỷ phân sẽ
phân giải phần polysaccarit của thành tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ. Vật
chất mới đợc tổng hợp sẽ đợc huy động đến chồi và làm chồi phình to dần lên, khi đó
xuất hiện một vách ngăn giữa chồi và tế bào mẹ. Thành phần của vách ngăn giống
thành tế bào. Khi tế bào chồi tách khỏi tế bào mẹ ở chỗ tách ra còn giữ lại một vết sẹo
của chồi và trên tế bào con cũng mang một vết sẹo.
1.2.3. Giả nấm men Endomycopsis.
1.2.3.1. Đặc điểm hình thái và sinh lý của giống Endomycopsis :
Giống Endomycopsis có cơ thể trởng thành là hệ sợi cùng với bào tử đính nhiều
chồi, bào tử phấn. Sự nhân đôi bằng cách phân cắt ngang và sự nẩy chồi nhiều phía.
Nang bào tử có hình bán cầu, ô van, lỡi liềm, nhẵn, sần sùi, hoặc có hình phóng xạ ở
xung quanh, và sinh ra bằng tiếp hợp đẳng giao hoặc sinh sản vô tính. Để phân loại nấm
men ngời ta dựa vào những đặc điểm hình thái, sinh sản, và sinh lý.
Họ Saccharomycetaceae là một họ thuộc các nấm men có bào tử nang. Các
giống trong họ này có bào tử, sinh sản bằng nảy chồi. Nang thờng chứa từ
1 ữ 4 bào tử. Nang bào tử đợc hình thành bằng hình thức đẳng giao hoặc dị giao hoặc
bằng hình thức sinh sản vô tính. Sinh sản dinh dỡng bởi nẩy chồi hoặc phân đôi. Hệ sợi
phong phú. Có nhiều hình thức tạo nang và bào tử có nhiều hình dạng: Bào tử có thể
hình sao thổ, dạng mũ hoặc hình liềm, hình tròn hoặc hình ovan. Theo Kreger-van Rij
(1970) có khoảng 11 loài. Tuy nhiên có một số tác giả khác (Wickerham,1970) không
đồng ý với sự phân loại trên và đã chuyển các loài tới các giống Hansenula, Pichia,
Guiliermondella, và Schwanniomyces. Nhng đến năm 1971 Van der Walt và Scott đã
thay đổi tên của giống tới Saccharomycopsis. Đến năm 1972 chính tác giả và Von Arx
đã chuyển nhiều loài Endomycopsis đến các giống mới. Giống Endomycopsis là giống
duy nhất trong họ Saccharomycetaceae có thể sợi nấm thật và nấm giả.
1.2.3.2. Vai trò của giả nấm men: Endomycopsis có khả năng sinh tổng hợp
amilaza. Đó là hỗn hợp của nhiều amylaza tham gia quá trình thuỷ phân tinh bột (-
amylaza) và khả năng sinh tổng hợp glucoamylaza cao nên có khả năng dextrin hoá
cao. Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nớc dẫ phân lập
và tuyển chọn đợc những chủng có ý nghĩa trong thực tế sản xuất nh: Nguyễn Lân
21
Dũng chọn đợc chủng E.fibuliger 119 có khả năng phân giải tinh bột cao. Tác giả đã so
sánh chủng này với 9 chủng Endomycopsis nhận từ nớc ngoài và thấy rằng chủng
E.fibuliger 119 có khẳ năng sinh tổng hợp glucoamilaza cao, Hattiori Y, Nguyễn Thị
Sơn, đã chứng minh đợc Endomycopsis sp có hoạt tính amylaza cao.
Lee.C. Anthony và Yusaka Fujio, 1997 đã phân lập Endomycopsis fibuliger từ
bánh men thuốc bắc và xác định đợc hoạt lực glucoamylaza của chúng .
Đặng Thị Thu đã nghiên cứu Endomycopsis fibuliger dùng trong sản xuất thức
ăn chăn nuôi.
Từ các kết quả đó, chúng ta có thể khẳng định Endomycopsis có khả năng sinh
tổng hợp glucoamylaza. Chúng u việt hơn nấm mốc là không chứa nhiều enzim
transglucozilaza. Đó là u điểm nổi bật cho phép sử dụng chế phẩm glucoamilaza của
Endomycopsis sẽ không có mùi lạ từ nấm mốc tạo hơng vị thơm ngon.
1.3. Virus.
1.3.1. Hình thái và cấu tạo.
1.3.1.1. Đặc tính chung của virus.
Không có cấu tạo tế bào, không có khả năng sinh sản trong môi trờng dinh dỡng
tổng hợp nó sống bằng hình thức kí sinh nội bào.
1.3.1.2. Hình thái và kích thớc của virus.
Có nhiều hình dạng khác nhau. Hình cầu 100 ữ 150nm.
Hình que: ở bệnh gây đốm thuốc lá.
Loại virut có nhiều cạnh là vi rút gây bệnh đậu mùa có kích thớc khoảng
30 ữ 350nm.
1.3.1.3. Cấu trúc.
Có cấu trúc đơn giản bất kỳ một loại virus nào cũng đều có vỏ là protein trong
nhân là axit nucleic. Vỏ của virus có cấu trúc rất đặc biệt các phân tử với phân tử lợng
là 18000 ữ 30000 tập hợp lại với nhau thành đơn vị hình thái liên kết với nhau thành vỏ
gọi là capside. Các capside đợc sắp xếp theo 2 kiểu xoắn khối và hỗn hợp cacxome số l-
ợng cacxome ở mỗi loại virus khác nhau ở mỗi loài virus có khoảng 12 ữ 2250
capxome.
Capside: có chức năng bảo vệ các axit nucleic bên trong khỏi bị các ảnh hởng
của ngoại cảnh. Một số loài virus lớn bên ngoài capside còn có một màng ngoài đợc
cấu tạo từ gluxit, lipit đôi khi có cả một vài enzim.
1.3.2. Đặc tính sinh lí của virus.
Virus là một tổ chức sống dới mức tế bào. Nó cha có quá trình trao đổi chất độc
lập mà phải sống trong điều kiện sống kí sinh bắt buộc. Sự kí sinh này là sinh hoá. Một
loại virus chỉ sống kí sinh trên một vật chủ.
Virus phải nuôi trong tế bào mô hoặc trên vật chủ nhất định.
Khả năng tái sinh của virus: Khi ở bên ngoài tế bào vật chủ thì virus không thể
sinh sản đợc nó chỉ nhân lên về số lợng. Khi kí sinh ở bên trong tế bào theo một kiểu
sinh ssản đặc biệt gọi là hiện tợng tái sinh. Đầu tiên virus đợc hấp thụ trên tế bào rồi đi
vào bao tợng, dới tác dụng của các enzim thuỷ phân các capside đợc phân giải, giải
phóng ra các phân tử axit nucleic các phân tử axit nucleic đóng vai trò nh cái khuôn sử
dụng hệ thống tổ chức của tế bào để tổng hợp nên các phân tử axit nucleic con và các
phân tử protein đặc hiệu của virus từ axit nucleic con và prôtein đặc hiệu sẽ đợc thoát ra
ngoài rồ xâm nhập vào tế bào mới rồi thực hiện quá trình tái sinh. Một chu kì tái sinh
22
có thể kéo dài từ 6 ữ 8 giờ. Đối với virus có nhân AND và tăng lên gấp 2 lần đối với
virus có nhân AND. Kết quả là từ 1 virus ban đầu sau 1 chu kì tái sinh cho ra 1 nghìn,
10 nghìn hay vài vạn virus mới.
1.4. Thể thực khuẩn (Bacteriophage)
1.4.1. Hình thái.
Đầu thờng có hình tròn hay hình bầu dục, còn đuôi dài ra kích thớc của phần
đuôi thay đổi từ 35 ữ 100nm.
Cấu trúc: đuôi là một ống rỗng có cấu trúc protein phức tạp. trong đuôi có một ống để
dẫn axit nucleic mỗi khi bơm vào tế bào trụ đợc bao bọc bởi một lớp vỏ gọi là bao phôi.
Đuôi có cấu tạo đặc biệt từ các đơn vị hình thái sắp xếp theo kiểu xoắn hoặc có
khả năng co lại để tống axit nucleic vào tế bào. Cuối đuôi thờng có một tấm để mang 5
ữ 6 sợi mảnh, nhờ những sợi mảnh này mà các thực vật thể đợc hấp phụ trên những vi
khuẩn tơng ứng.
Đuôi có tác dụng nh một bắp cơ cực nhỏ khi co lại sẽ đẩy phần axit nucleic ở
đầu vào vi khuẩn toàn bộ vỏ và đuôi sẽ ở lại bên ngoài tế bào vi khuẩn.
Sống kí sinh bắt buộc ở vi khuẩn hấp thụ trên bề mặt của vi khuẩn sau đó, màng
vi khuẩn bị phá vỡ và tan ra. Nếu nuôi vi khuẩn trên môi trờng lỏng thì môi trờng sẽ trử
nên trong. Nó làm cho vi khuẩn không hoạt động đợc nữa.
Mỗi một loài thực khuẩn thể chỉ có tác dụng lên một loài hoặc một nhóm nhất
định nếu làm thay đổi hoàn cảnh thì thực khuẩn thể cũng thay đổi tính chất và tác dụng
lên một vài thực khuẩn thể khác.
Thực khuẩn thể có sức đề kháng tơng đối cao đối với sự khô cạn, với chất sát
trùng Nó có thể sống ở nhiệt độ lạnh -190
0
C và sống ở nhiệt độ nóng 90
0
C.
1.4.2. ý nghĩa:
Có tác dụng trong nghành kĩ nghệ, sản xuất đồ hộp, chế biến bơ, phomát.
**************
Chơng 2. Dinh dỡng và phát triển của vi sinh vật
Trao đổi chất của vi sinh vật chính là một trong ba đặc tính chủ yếu của sự sống.
Trao đổi chất, sinh sản di truyền và biến đổi. Trao đổi chất gồm hai quá trình cơ bản là
dinh dỡng và hô hấp:
- Dinh dỡng bao gồm thu nhận, tiêu hoá thức ăn tức là quá trình đồng hoá.
- Hô hấp bao gồm sự oxy hoá các hợp chất phức tạp thành các chất đơn giản có
kèm theo sự giải phóng năng lợng - dị hoá.
2.1. Thành phần hoá học của vi sinh vật.
2.1.1. Thành phần hoá học của vi sinh vật: Nói chung các chất trong thành phần tế
bào tơng tự nh ở sinh vật bậc cao. Nó thay đổi tuỳ loài tuỳ thuộc vào môi trờng dinh d-
ỡng.
Trong tế bào vi sinh vật gồm các hợp chất sau: phần nớc và phần khô.
1. Nớc chiếm 85 - 90% trọng lợng nguyên sinh chất.
2. Prôtêin là thành phần chủ yếu của phần khô trong tế bào vi sinh vật, thờng
chiếm khoảng 80% trọng lợng khô. Một số vi sinh vật chỉ có 13 - 14% prôtêin. Lợng
prôtêin nhiều ít tuỳ thuộc nhiều vao điều kiện đặc biệt là thức ăn. Cấu tạo prôtêin của vi
sinh vật cũng tơng tự nh prôtêin ở sinh vật bậc cao.
23
3. Gluxit: Chiếm khoảng 10 - 30% chất khô trong đó thì 2 - 3% là ribose (trong
thành phần axit nuclêic) còn phần lớn là những polisaccarit. Gluxit có vai trò lớn trong
tế bào vi sinh, nó tham gia sinh tổng hợp prôtêin và lipit và lipit để xây dựng tế bào,
giáp mạc để làm vật liệu năng lợng trong quá trình hô hấp.
4. Lipit và các chất tơng tự (lipit)
- Lợng lipit và lipoit nhiều hay ít là phụ thuộc vào thành phần môi trờng thức ăn.
- Đa số vi sinh vật có từ 1 - 3% lipoit nhng một số dạng vi khuẩn trong môi trờng
có nhiều gluxit, ít hợp chất có N thì lợng lipit có thể lên tới 50%.
- Chất béo trong tế bào có thể ở dạng tự do hoạc dạng kết hợp. Chất béo tự do đ-
ợc sử dụng làm vật liệu năng lợng và chất dự trữ.
5. Một số chất hữu cơ hoạt động sinh học.
- Thờng chúng chỉ chiếm một tỷ lệ trọng lợng rất ít nhng chúng rất quan trọng.
Đặc biệt là các chất men, sinh tố, sắc tố, một số axit hữu cơ.
- Ví dụ: + men là các chất xúc tác sinh học tác dụng quan trọng trong quá trình
trao đổi chất.
+ Các chất sinh trởng bao gồm các sinh tố và một số amino axit đặc biệt.
+ Các sắc tố đóng vai trò quan trọng trong sự đồng hoá khí CO
2
(diệp lục, tảo,
vàng).
6. Các nguyên tố tro và vi lợng.
- Trong tế bào vi sinh vật ngoài các nguyên tố hữu cơ C, H, O, N còn có tác dụng
nguyên tố tro: P, S, K, Ca, Mg, Fe, Na Cl và các nguyên tố vi lợng: B, Mo, Zn, các
nguyên tố tro và nguyên tố vi lợng tuy ít nhng vô cùng quan trọng.
- Thành phần các chất này thay đổi tuỳ theo đặc tính sinh lý của từng loại vi sinh
vật. Ví dụ vi khuẩn lu huỳnh chứa S, vi khuẩn sắt chứa Fe, vi khuẩn ở biển chứa Na và
Cl.
2.1.2. Các kiểu dinh dỡng của vi sinh vật
2.1.2.1. Khái niệm trao đổi chất: Là một trong 3 đặc tính cơ bản của sự
sống, bao gồm quá trình đồng hoá và dị hoá.
- Quá trình đồng hoá là quá trình dinh dỡng gồm thu nhập, tiêu hoá thức ăn và
tiêu hao năng lợng (sự tiêu thụ thức ăn).
- Quá trình di hoá là quá trình hô hấp bao gồm sự oxy hoá các hợp chất phức tạp
thành các chất đơn giản cần thiết cho tế bào và kèm theo sự giải phóng năng lợng (sự
chuyển hoá thức ăn).
- Hai quá trình này luôn liên hê mật thiết với nhau, luôn xảy ra trong cơ thể.
2.1.2.2. Quá trình dinh dỡng - sự hấp thụ thức ăn của vi sinh vật.
Dinh dỡng là quá trình thu nhận, tiêu hoá thức ăn. Thu đợc những chất cần thiết
để thờng xuyên xây dựng và đổi mới tế bào và các chất dùng trong quá trình hô hấp.
a. Sự lấy thức ăn vào tế bào vi sinh vật.
Tế bào vi sinh vật không có những cơ quan riêng biệt chuyên lấy thức ăn mà
toàn bộ sự trao đổi chất của chúng thực hiện bằng khuyếch tán và hấp thụ qua toàn bề
mặt tế bào.
Cờng độ của sự khuyếch tán và hấp thụ do các yếu tố sau quyết định:
- Tính thẩm thấu hoá học ở vi sinh vật nói chung cao hơn so với các sinh vạt
khác. Giúp cho việc lu thông qua tế bào và ngoại giới.
- Cấu tạo hoá học các chất dinh dỡng có liên quan mật thiết đến khả năng xâm
nhập của chất dinh dỡng vào tế bào vì chất dinh dỡng qua tế bào vi sinh vật bằng
khuyếch tán cho nên vi sinh vật chỉ có khả năng lấy thức ăn là những chất hoà tan trong
24
nớc. Những chất không hoà tan chỉ đợc hấp thụ nhng dới tác dụng của những men của
vi sinh vật tiết ra ngoài môi trờng làm biến đổi nó thành dạng hoà tan. Ví dụ: Tinh bột
chỉ đợc hấp thụ khi chuyển thành mantoza dới tác dụng của enzim amilaza chất béo dới
tác dụng của enzim lipaza.
- Với các chất tan trong nớc cờng độ khuyếch tán cũng không giống nhau:
+ Hidrocacbua và các muối tơng đối dễ đi qua màng vì kích thớc phần tử bé.
+ Những phần tử có nhóm amin, OH, COOH, thì sự thẩm thấu khó khăn hơn,
số lợng các nhóm đó càng nhiều thì khả năng thấm qua càng kém.
Nồng độ các chất dinh dỡng trong và ngoài tế bào ảnh hởng đếp áp suất thẩm
thấu trong và ngoài tế bào.
b. Cơ cấu quá trình các chất dinh dỡng đi qua màng bào trơng.
Quá trình lấy thức ăn của vi sinh vật là quá trình hấp thụ chọn lọc rất phức tạp.
Có nhiều lý luận giải thích cơ cấu đó nhng chỉ là giả thiết, có ba giả thiết.
* Cấu tạo màng bào trong chủ yếu là bởi hợp chất phức tạp lipoit do proti
nghĩa là: những hạt lipoit kết hợp với hạt proit. Proit sẽ cho nớc và các chất hoà tan
trong nớc lipoit đi qua. Nh vậy cơ sở của lý luận này là cho rằng mỗi hợp chất muốn đi
vào tế bào thì trớc hết phải hoà tan trong bào trơng.
*Trên màng bào trơng có những lỗ nhỏ, những lỗ này để cho một số chất đi
qua và giữ lại một số.
*Bào trơng là một thể keo có diện tích lớp ngoài. Điện tích này thay đổi tuỳ
theo pH của môi trờng. Trong sự hô hấp, tế bào thờng xuyên tạo thành những ion H
+
và
HCO
-
thải ra ngoài. Nhng ion này trở thành những cấu tử tạm thời bám ở màng bào tr-
ơng và sẽ đợc tác động với những ion và anion thức ăn trong môi trờng.
Nhận xét:
- Cha làm sáng tỏ đợc hoàn toàn quá trình lấy thức ăn của vi sinh vật.
- Thực chất quá trình lấy thức ăn của vi sinh vật có thể tiến hành theo cả ba cách trên.
- Các chất dinh dỡng khi đã vào tế bào và đợc chuyển hoá tiếp. Do nhiều quá
trình phản ứng liên tiếp chúng sẽ đợc tạo thành những hợp chất hữu cơ phức tạp tham
gia vào hệ thống bào trơng. Những hợp chất này sẽ mang tính chất keo dó đó mất khả
năng trở lại môi trờng bên ngoài (trừ khi chúng bị phân giải dị hoá).
2.1.2.3. Sự hấp thụ thức ăn cacbon của vi sinh vật.
Khả năng sử dụng của nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật rất khác nhau:
- Các loại sử dụng C ở dạng hợp chất vô cơ đơn giản nhất là CO
2
, có loại chỉ sử
dụng đợc C ở dạng hợp chất hữu cơ phức tạp (tuỳ theo khả năng sử dụng hợp chất
cacbon làm thức ăn, ngời ta chia vi sinh vật thành hai nhóm sinh lý căn bản.
+ Vi sinh vật tự dỡng
+ Vi sinh vật dị dỡng: sử dụng C ở dạng hợp chất hữu cơ. Dinh dỡng nh thực vật.
Giữa chúng có những loại trung gian.
a) Vi sinh vật tự dỡng: còn gọi là vi sinh vật dinh dỡng vô cơ, chúng tó thể hấp
thụ nớc và muối vô cơ để tổng hợp nên những hợp chất hữu cơ phức tạp cho cơ thể. Quá
trình này là thu nhiệt vậy cần năng lợng mới thực hiện vi sinh vật có thể sử dụng ánh
sáng mặt trời (quan hợp hoặc sử dụng năng lợng của phản ứng oxy hoá một số hợp chất
vô cơ (tổng hợp hoá học)).
+ Quang hợp: Quá trình này giống nh ở cây xanh, chỉ những vi sinh vẩt có chứa
trong tế bào những sắc tố lục (khuẩn lục tố) hoặc tía (khuẩn tử tố) tơng tự nh clorophin
thì mới có khả năng quang hợp.
Có thể biểu diễn vắn tắt quá trình quang hợp nh sau:
25