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

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.

Glucide có bản chất hóa học là polyhydroxy aldehyde hoặc polyhydroxy ketone.
Đa số các glucide có công thức tổng quát là (C
m
(H
2
O)
n
). Ngoài ra còn có một số loại
glucide đặc biệt, trong cấu trúc của chúng ngoài C, H, O còn có thêm S, N, P.
Glucide được chia làm ba nhóm chính: monosaccharide, oligosaccharide,
polysaccharide.
- Monosaccharide (đường đơn), có chứa 1 đơn vị carbonhydrate C
6
H
12
O
6
, thường
gặp là glucose, fructose và galactose.
- Oligosaccharide có chứa ít hơn 10 đơn vị carbonhydrat, thường gặp nhất là các
chất như sau:
 Các disaccharide (đường đôi) là saccharose (sucrose), maltose, lactose
 Trisaccharide là raffinose,
 Tetrasaccharide là stachyose,
- Polysaccharide chứa n monosaccharide. Các polysaccharide khó hòa tan trong
nước hơn là các mono – và các oligosaccharide. Thường gặp nhất là tinh bột,
cellulose và pectin.
Glucide có vai trò rất quan trọng trong cơ thể sống. Glucide có vai trò như sau:
- Tham gia mọi hoạt động của tế bào.
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV

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

bào chất liên kết với màng tế bào.
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
7

1.2.1. Sự phân giải glucide
Nguyên liệu glucide trong thực phẩm ở dạng tinh bột hoặc các loại đường trong
đó các loại đường thường dễ được vi sinh vật sử dụng nhất.
Glucose là loại đường đơn cấu thành tinh bột, rất phổ biến trong tự nhiên. Các vi
sinh vật khác nhau thì có những con đường chuyển hóa glucose khác nhau, có khi hoạt
động cùng lúc. Ở vi khuẩn nhân thật hầu hết glucose đều được chuyển hóa thông qua
con đường đường phân (glycolysis). Sản phẩm của con đường đường phân là pyruvat.
Pyruvate tiếp tục được chuyển hóa tùy thuộc vào hệ enzyme của vi sinh vật. Nếu vi
sinh vật hoạt động trong điều kiện hiếu khí thì pyruvate sẽ bị oxi hóa hoàn toàn theo
chu trình TCA thành CO
2
và H
2
O. Nếu vi sinh vật hoạt động trong điều kiện kị khí thì
pyruvate sẽ được chuyển hóa theo con đường lên men và tùy thuộc vào hệ enzyme
từng loài mà có các sản phẩm lên men khác nhau.
1.2.2. Các con đường phân giải glucide ở vi sinh vật
Sự phân cắt glucose bao gồm các giai đoạn: hầu hết các vi sinh vật phân cắt
glucose theo con đường glycolysis tùy thuộc vào từng loại vi sinh vật và điều kiện sống
mà có thể glucose theo con đường pentose – phosphate hoặc con đường ED (KDPG),
vận chuyển pyruvat đến acetyl – CoA, chu trình Krebs, và chuỗi chuyền điện tử.
1.2.2.1. Con đường đường phân (con đường Embden – Meyerhof – Parnas
pathway)
Đây là con đường phổ biến nhất dùng phân giải glucose thành pyruvate trong
giai đoạn hai của dị hóa. Đường phân gặp ở tất cả các nhóm chủ yếu của vi sinh vật và
hoạt động trong sự có mặt cũng như vắng mặt của oxy. Quá trình này diễn ra trong

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.

Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
9














Hình 1.1. Con đường đường phân (glycolysis/EMP)
Con đường đường phân phân giải một glucose thành hai pyruvate qua chuỗi
phản ứng mô tả trên. ATP và NADH cũng được tạo thành. Sản lượng của ATP và
NADH có thể tính được khi xem xét hai chặng riêng rẽ. Trong chặng 6-carbon hai ATP
được dùng để tạo thành fructo-1,6-bisphosphate. Vì 2 glyceraldehyde-3-phosphate xuất
hiện từ một glucose (1 từ dihydroxyacetone-phosphate) chặng 3-carbon tạo thành 4
ATP và 2 NADH từ 1 glucose. Nếu trừ ATP dùng trong chặng 6-carbon ta sẽ được sản
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
10

lượng thực là 2 ATP/glucose. Do đó sự phân giải glucose thành pyruvate trong đường
phân có thể được biểu thị trong phương trình đơn giản sau:

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

 
          

Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
11

Các chất trung gian nói trên được sử dụng trong hai con đường. Fructo-6-
phosphate có thể được chuyển trở lại thành gluco-6-phosphat, còn glyceraldehyde-3-
phosphate cũng có thể trở lại con đường pentose-phosphate qua việc tạo thành gluco-6-
phosphat. Điều này dẫn đến sự phân giải hoàn toàn gluco-6-phosphat thành CO
2
và tạo
thành một lượng lớn NADPH:
Glucose-6-phosphate
2 2
12 7 6 12 12
NADP H O CO NADPH H Pi
 
     

Con đường pentose-phosphate có một số chức năng dị hóa và đồng hóa, chẳng hạn:
1. NADPH từ con đường pentose-phosphate được dùng làm nguồn electron trong
việc khử các phân tử trong sinh tổng hợp.
2. Con đường tổng hợp các đường 4-carbon và 5-carbon dùng vào một số mục
đích. Đường 4-carbon erytro-4-phosphate được dùng để tổng hợp các acid amin
thơm và vitamin B6 (piridoxal). Ribo-5-phosphate là thành phần chủ yếu của
các acid nucleic và ribulo-1,5-diphosphate là chất nhận CO
2
đầu tiên trong
quang hợp. Tuy nhiên, khi một vi sinh vật đang sinh trưởng trên một nguồn

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

Hình 1.3. Các phản ứng xúc tác của Transketolase và Transaldolase
3. Các chất trung gian trong con đường pentose-phosphate có thể được dùng để tạo
ATP. Glyceraldehyde-3-phosphate từ con đường có thể đi vào chặng 3-carbon
của con đường đường phân và được chuyển thành ATP và Pyruvate. Pyruvate
có thể bị oxy hóa trong chu trình acid tricarboxylic để cung cấp nhiều năng
lượng hơn. Ngoài ra, một phận NADPH có thể được chuyển thành NADH để
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
14

sản ra ATP khi NADH bị oxy hóa trong chuỗi vận chuyển electron. Vì các
đường 5-carbon là những chất trung gian trong con đường do đó con đường
pentose-phosphate có thể được dùng để chuyển hóa pentosese cũng như hexose.
Mặc dù có thể là nguồn năng lượng đối với nhiều vi sinh vật nhưng con đường
pentose-phosphate thường có vai trò quan trọng hơn trong sinh tổng hợp. Hơn nữa, tuy
cả hai con đường đường phân và pentose-phosphate đều sử dụng glucose-6-phosphate
nhưng mức độ hoạt động của mỗi con đường tùy thuộc vào trạng thái sinh trưởng của
tế bào. Trong giai đoạn sinh trưởng mạnh mẽ nhất hai con đường được sử dụng với tỉ
lệ 2:1 (EMP : Pentose-phosphate). Tuy nhiên, khi sinh trưởng chậm lại năng lực sinh
tổng hợp cũng giảm theo, đồng thời NADPH cũng như các phosphate đường C
5
và C
4

cấn ít hơn khiến cho tỉ lệ giữa hai con đường bây giờ trở thành 10:1 thậm chí 20:1.
Phương trình tóm tắt:
Glucose

2Pyruvate + ATP + NADH
2
+ NADPH

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

trong con đường này. KDPG sẽ bị phân giải bởi KDPG aldolase thành pyruvate và
glyceraldehyde-3-phosphate. Glyceraldehyde-3-phosphate được chuyển thành pyruvate
ở phần cuối của con đường đường phân. Con đường Entner-Doudoroff phân giải
glucose thành pyruvate, 1ATP, 1NADH và 1 NADPH.
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
16

Hầu hết vi khuẩn sử dụng các con đường đường phân và pentose-phosphate
nhưng một số lại sử dụng con đường Entner-Doudoroff thay cho đường phân. Con
đường Entner-Doudoroff thường gặp ở các chi Pseudomonas, Rhizobium, Azotobacter,
Agrobacterium và một vài vi khuẩn gram âm khác. Trong số các vi khuẩn gram dương
mới chỉ phát hiện Enterrococcus faecalis sử dụng con đường nói trên.
Do con đường Entner-Doudoroff không tạo thành các phosphate đường C
5
và
C
4
nên tế bào vẫn cần sự hoạt động đồng thời của cả con đường pentose-phosphate.
Thử nghiệm đối với khả năng oxy hóa glucose bởi con đường Entner-Doudoroff
đôi khi được sử dụng để xác định Pseudomonas trong phòng thí nghiệm lâm sàng.
1.2.2.4. Chu trình Acid Tricarboxylic (hô hấp hiếu khí)
Mặc dù một phần năng lượng có thể thu được từ sự phân giải glucose thành
pyruvate qua các con đường khác (con đường đường phân – Glycolysis/EMP, con
đường Pentose Phosphate_PP, con đường 2-keto-3deoxy-6-phospho-
gluconate_KDPG) nhưng phần lớn năng lượng lại được giải phóng khi pyruvate bị
phân giải hiếu khí thành CO2 trong giai đoạn 3 của sự dị hoá.
Phức hợp đa enzyme pyruvate dehydrogenase trước hết oxy hoá pyruvate thành
CO2 và acetyl - CoA cũng là một phân tử cao năng bao gồm coenzyme A và acid
acetic nối với nhau qua liên kết cao năng tiol este(Hình 1.5).
Acetyl-CoA xuất hiện từ sự phân giải của nhiều hidrat carbon, lipit và các acid

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

gian. 3 giai đoạn được tách riêng bởi 2 phản ứng loại carboxyl. (phản ứng trong đó
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 1. Vai trò của glucide với VSV
18

nhóm carboxyl bị mất đi ở dạng CO 2 . Phức hệ Pyruvate-dehydrogenase tạo thành
Acetyl-CoA qua oxy hóa Pyruvate. (Theo: Prescott và cs, 2005).
Đứng về mặt chức năng có thể xem chu trình TCA là con đường oxy hoá
Acetyl- CoA thành CO2. Ở đây, bước đầu tiên là việc gắn nhóm acetyl vào chất mang
acetyl tức là oxaloacetate để tào thành citrat. Bước thứ hai bắt đầu với citrat và kết thúc
với việc tạo thành succinyl-CoA. Ở đây, phần mang acetyl của citrat mất đi 2C khi bị
oxy hoá để cho 2CO2. Bước thứ ba và bước cuối cùng chuyển succinyl-CoA trở lại
oxal-acetat (chất mang acetyl) rồi chất này lại kết hợp với một nhóm acetyl khác.
Các enzyme của chu trình TCA gặp phổ biến trong vi sinh vật. Chu trình hoàn
toàn hoạt động ở nhiều vi khuẩn hiếu khí, động vật nguyên sinh sống tự do, hầu hết tảo
và nấm. Điều này là dễ hiểu vì chu trình là nguồn năng lượng rất quan trọng. Tuy
nhiên, E. coli kị khí không bắt buộc không sử dụng chu trình đầy đủ trong điều kiện kị
khí hay khi nồng độ glucose cao nhưng sử dụng chu trình đầy đủ trong những trường
hợp khác.
Mặc dù thiếu chu trình hoàn chỉnh nhưng E. coli thường vẫn có hầu hết các
enzyme củaTCA vì một trong các chức năng chủ yếu của chu trình này là cung cấp bộ
khung carbondùng cho sinh tổng hợp.
Tóm tắt chu trình:
Hô hấp hiếu khí sẽ oxy hóa glucose thành CO
2
và H
2
O đồng thời giải phóng
38ATP trong điều kiện có O
2.

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

nhiều cách để tạo thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein.
2.2. Sự phân giải protein ở vi sinh vật (quá trình thối rữa)
Quá trình thủy phân các protein dưới tác dụng của vi sinh vật gọi là quá trình
thối rữa.
Quá trình này rất quan trọng trong vòng tuần hoàn vật chất. Sản phẩm làm thối
rữa có thể làm ô nhiễm môi trường sống và các vi sinh vật gây thối rữa là nguyên nhân
chính gây hư hỏng thực phẩm giàu protein.
Muốn phân giải protein, cũng giống như đối với các hợp chất cao phân tử khác,
đầu tiên vi sinh vật phải tiết ra các enzyme phân giải protein ngoại bào và làm chuyển
hóa protein thành các hợp chất có phân tử nhỏ hơn (các polipeptit và các oligopeptit).
Các chất này hoặc tiếp tục được phân hủy thành axit amin nhờ các peptidaza ngoại bào,
hoặc được xâm nhập ngay vào tế bào vi sinh vật sau đó mới chuyển hóa thành axit
amin. Một phần các axit amin này được vi sinh vật sử dụng trong quá trình tổng hợp
protein của chúng, một phần khác được tiếp tục phân giải theo những con đường khác
nhau để sinh NH
3
, CO
2
và nhiều sản phẩm trung gian khác.
Những vi sinh vật không có khả năng sinh ra các enzyme phân giải protein
ngoại bào rõ ràng là không có khả năng đồng hóa được các loại protein thiên nhiên.
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
21

Chúng chỉ có thể sử dụng được các sản phẩm thủy phân của protein (polipeptit,
oligopeptit, axit amin).
Vi sinh vật là tác nhân chủ yếu gây thối rữa, bao gồm hai nhóm, một nhóm là
những vi sinh vật tồn tại trong nguyên liệu trong quá trình sinh sống, còn một nhóm là
do ô nhiễm trong quá trình bảo quản và chế biến. Rất nhiều loài vi sinh vật khác nhau
tham gia vào quá trình phân giải protein, đáng chú ý nhất là các loại sau:

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.

Trong sản phẩm thối rữa có chất độc tồn tại cho nên khi ăn phải những sản
phẩm đó sẽ bị trúng độc. Một số chất độc hay thấy nhiều nhất là histamin, methylamin,
một số chất khác ít hơn là cholin, muscarin, tyramin, cadaverin, putrescin,
monoamin…… và một số chất khác, cá biệt như:
Gadinin (





) tìm thấy trong thịt cá tuyết thối rữa.
Paridin (



) trong cá thu, ngừ thối rữa.
Coridin (



) có trong thịt cua thối rữa.
Sardinin (





) có trong thịt cá trích thối rữa.
Scombrin (




) 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

Hàm lượng các chất bay hơi trong nước mắm mg/100g nước mắm:
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
24

- Các chất cacbonyl bay hơi: 407-512 (formaldehyde).
- Các acid bay hơi: 404-533 (propionic).
- Các amin bay hơi: 9,5-11,3 (izopropylamin).
- Các chất trung tính bay hơi: 5,1-13,2 (acetaldehyde).
Mùi trong nước mắm được hình thành chủ yếu do hoạt động của vi sinh vật yếm
khí trong quá trình sản xuất nước mắm tạo ra.
Các chất khác
Các chất vô cơ: NaCl chiếm 250-280g/l và một số các chất khoáng như: S, Ca,
Mg, P, I, Br. Vitamin: B1, B12, B2, PP.
2.3.1.2. Quá trình thủy phân của cá
a) Bản chất của quá trình sản xuất nước mắm

Bản chất của quá trình này chính là quá trình thủy phân protein trong cá:

Quá trình thủy phân protein đến acid amin là một quá trình rất phức tạp. Đặc
hiệu của enzym là chỉ tác dụng lên một vài chất nào đó với vài kiểu liên kết nhất định,
như enzym peptidase chỉ tác dụng lên mối nối liên kết peptid để thủy phân nối liên kết
này:

Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
25

Sự tham gia của enzym trong quá trình thủy phân theo cơ chế xúc tác:

ES : hợp chất trung gian giữa enzym và cơ chất.
P : sản phẩm.

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

có hoạt tính khá mạnh, có khả năng thủy phân rộng rãi đối với các loại peptid. Đây là
nhóm thủy phân enzym trung tính, pH tối thích từ 5-7, pI = 4-5, nó ổn định với ion
Mg2+, Ca2+và mất hoạt tính với Zn2+, Ni2+, Pb2+, Hg2+
b) Hệ enzym serin-protease:
Điển hình là enzym tripsin, tồn tại nhiều trong nội tạng của cá. Ở giai đoạn đầu
của quá trình sản xuất nước mắm hoạt động của nó yếu đến tháng thứ 2 và phát triển
dần đạt giá trị cực đại ở tháng tứ 3 rồi giảm dần đến khi chượp chín (protein phân giải
gần như hoàn toàn không còn ở dạng peptol). Hệ enzym này luôn bị ức chế bởi chuỗi
acid amin trong cấu trúc của enzym. Để tháo gỡ chuỗi này phải nhờ đến hoạt động của
men cathepsin B nhưng men cathepsin B dễ bị ức chế bởi nồng độ muối cao. Vì vậy để
men cathepsin B hoạt động được người ta thực hiện phương pháp cho muối nhiều lần.
Enzym serin-protease hoạt động mạnh ở pH từ 5-10, mạnh nhất ở pH=9.
c) Hệ enzym acid-protease:
Vi sinh vật học thực phẩm Chương 2. Vai trò của protein với VSV
27

Có trong thịt và nội tạng cá, điển hình là enzym cathepsin D. Hệ enzym này dễ
bị ức chế bởi nồng độ muối khoảng 15% nên thường nó chỉ tồn tại một thời gian ngắn
ở đầu thời kỳ của quá trình thủy phân. Loại men này đóng vai trò thứ yếu trong quá
trình sản xuất nước mắm.
2.3.1.4. Vi sinh vật trong sản xuất nước mắm
Nguồn gốc: có từ nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị, môi trường (không khí, nước).
Khi vi sinh vật xâm nhập vào chượp có các ảnh hưởng sau:
- Tham gia vào quá trình thủy phân protein nhưng rất yếu vì bị ức chế bởi nồng độ
muối cao.
- Tham gia tích cực vào việc hình thành hương vị của nước mắm, chủ yếu là các vi sinh
vật kỵ khí có khả năng sinh hương.
2.3.1.5. Phương pháp chế biến nước mắm bằng vi sinh vật
Nguyên lý
Sử dụng hệ enzym protease trong nấm mốc Aspergilus oryzea để thủy phân

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

bị chát, lượng muối cho vào 4-6% so với khối lượng cá
- Lọc: nước lọc và nước rửa bã bằng 30% so với khối lượng cá. Sau đó