PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG

Công nghệ hóa sinh và ứng dụng
Chương 1: PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ SINH
HỌC VÀ ỨNG DỤNG

1


Nội dung
•
•
•
•

Khái niệm về phản ứng oxi hóa khử sinh học.
Ý nghĩa thực tiễn pư oh khử sh.
Tìm hiểu về quá trình lên men và ứng dụng.
Quá trình sản xuất yaourt

2


Phân tử
phức tạp
Quang
hợp

Dị
hóa

C02 + H20 → 02

ATP
Đồng
hóa
Tiền chất

Tự dưỡng quang năng

Phân tử
phức tạp
Dị
hóa

Phân tử
phức tạp
Đồng
hóa

ATP

02→ C02 + H20

Tiền chất

Dị dưỡng


Phản ứng oxy hoá khử sinh học
• Những phản ứng phân hủy (biến đổi dị hoá) các hợp
chất hữu cơ kèm theo sự giải phóng năng lượng
được tiến hành trong tế bào sống với sự tham gia

của những hệ enzym đặc biệt
→ quá trình oxy hoá khử sinh học

4


Enzyme oxy hóa khử
• Tên gọi: oxydoreductase
• Vài enzyme hoạt hóa oxy
– Peroxydase: có trong thực vật, mô động vật, trong
sữa, nấm men…tác động lên các cơ chất như hầu
hết các phenol, các amin thơm, các chất dễ oxy hóa
(acid ascorbic…)
– Catalase: phổ biến trong động vật (gan, thận, hồng
cầu..), thực vật, vi sinh vật và một số vi khuẩn
hiếm khí bắt buộc.

5


Enzyme oxy hóa khử
• Polyphenoloxydase: phổ biến trong thực vật (trong
quả và lá cây) và vi khuẩn… xúc tác sự oxy hóa các
polyphenol khác nhau và dẫn xuất của chúng.
• Ascorbatoxydase: chứa ở hầu hết các mô xanh của
thực vật, có nhiều trong cải bắp, bầu bí, càrốt, chuối,
táo..xúc tác oxy hóa axit ascorbic.
• Lipoxydase: xúc tác sự oxy hóa chất béo có chứa axit
béo không no, phổ biến trong thực vật (cây họ đậu,
khoai tây, cà rốt ….)

6


Ngun liệu và sản phẩm của
q trình oxy hóa
-Glucid
Tinh bột

oligo

Monosaccharid

Dextrin

glucose

Protein

peptid

Lipid

glycerin + Acid béo

CO2 + H2O + E
CO2 + H2O + E

Amino acid
Acetyl CoA

CO2 + H2O

-phản ứng phân hủy là các phản ứng phóng
thích năng lượng.


Tiến trình giải phóng năng lượng trong quá
trình dò hóa.
• Giai đoạn1:
Hợp chất cao phân tử ø hợp chất nhỏ hợp chất cơ
bản
• Giai đoạn 2:

– Oxyd hóa các hóa hợp chất đơn giản thành các
sản phẩm trung gian( phóng thích 1/3 năng
lượng).

• Giai đoạn 3

– Oxyd hóa các chất trên qua CT Krebs
– Năng lượng tạo ra chủ yếu ở giai đoạn này
(phóng thích 2/3 năng lượng).



Ý nghĩa thực tiễn
• Tạo sản phẩm có màu sắc, hương vị thơm ngon, tăng
giá trị cảm quan của sản phẩm.
• Là cơ sở của ngành công nghiệp lên men
• Tác hại đối với việc bảo quản lương thực thực phẩm.

→đối với cơ thể sv, pư oxi hóa khử sh có ý nghĩa
quan trọng bậc nhất trong sự TĐC cũng như TĐNL.
→đ/v ngành CNTP, tăng cường hoặc kìm hãm phản
ứng oxy hoá khử sinh học xảy ra theo mong muốn.

10


Biện pháp ngăn ngừa phản ứng sẫm màu
•
•
•
•

Tránh đụng dập gây tổn hại các mô.
Vô hoạt enzyme bằng nhiệt
Thêm phụ gia làm chậm hoặc ngăn cản sự sẫm màu.
Nhúng ngập quả sau khi cắt lát hay gọt vỏ vào dung
dịch nước muối hay đường.

11


Quá trình lên men
• Theo định nghĩa của Pasteur thì “ sự lên men là sự
sống không có oxy phân tử”
• Trong lĩnh vực công nghiệp (thực tiễn đời sống):
Quá trình lên men là quá trình trao đổi chất, qua
đó các chất hữu cơ là đường bị biến đổi dưới tác
dụng của enzym vi sinh vật, sự hình thành các

chất khác nhau xảy ra trong điều kiện kị khí hoặc
hiếu khí

12


Phân loại
• Dựa vào cơ chế phản ứng

– Lên men kị khí
• Là sự biến đổi đường hay các hợp chất hữu cơ
phức tạp thành các chất đơn giản dưới tác
dụng của enzym vi sinh vật trong điều kiện
không có sự tham gia của oxy phân tử.
– Lên men hiếu khí
• Là quá trình phân giải đường hay các chất hữu
cơ khác nhau thành sản phẩm đơn giản dưới
tác dụng của enzym vi sinh vật trong điều kiện
có oxy tham gia.
13


Phân loại
• Dựa vào đối tượng cung cấp hệ enzym
– Lên men nhờ nấm men: lên men rượu, bia, bánh
mì, glyxerin…
– Lên men nhờ nấm mốc: lên men acid citric,
penixilin, streptomyxin…
– Lên men nhờ vi khuẩn: lên men axetic, acid
butiric…

14


Điều kiện xảy ra
• Nguyên liệu
– Glucid
• Nguồn cung cấp năng lượng, nguồn cung cấp
vật liệu xây dựng cần thiết để sinh tổng hợp các
cấu tử cần thiết.
• Dạng glucid dễ lên men: monoza ( glucose,
fructose…)
• Sản xuất công nghiệp tận dụng nguồn nguyên
liệu lên men từ tự nhiên: tinh bột, mật rỉ,
đường mía, whey sữa, bắp…
15


Điều kiện xảy ra
• Nguyên liệu
– Nitơ
• Cấu tử quan trọng trong thành phần protein và
acid nucleic.
• Thành phần rất cần cho sự sống của vi sinh vật.
• Nguồn nguyên liệu ở dạng muối amon, dạng
nitrat, ure, bã đậu nành…

16

Điều kiện xảy ra
• Nguyên liệu

– Photphat
• Vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá năng
lượng của hệ thống sinh học
• Cung cấp vào môi trường lên men ở dạng photphat
vô cơ: photphat kali hay photphat amon.
– Nguyên tố vi lượng
• Cần cho sự phát triển, sinh trưởng của vi sinh vật.
• Các nguyên tố: Mn, Zn, Cu, Na…
• Các nguyên tố có sẵn trong nguyên liệu tự nhiên
ban đầu.

17


Điều kiện xảy ra
• Nhiệt độ môi trường
– Yêú tố quan trọng nhất, ảnh hưởng lớn đến sự phát triển
của vi sinh vật và hiệu quả lên men.
– Nhiệt độ sử dụng trong quá trình sản xuất phải phù hợp
với nhiệt độ sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật.
– Nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ tối ưu của vận tốc phản
ứng enzym xúc tác.
– Thông thường sử dụng nhiệt lên men khoảng 280C-350C

18

Điều kiện xảy ra
• pH môi trường
– Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đấn sinh trưởng phát
triển của vi sinh vật và hiệu quả lên men.
– pH môi trường lên men khác nhau, sản phẩm tạo
thành khác nhau
– Ví dụ:
• pH 4-5 nấm men sẽ lên men tạo thành ethanol.
• pH kiềm sự lên men tạo ra sản phẩm chính là
glyxerin
19


Điều kiện xảy ra
• Lượng oxy
– Tùy kiểu lên men, cần có lượng oxy phù hợp cho
quá trình
– Trong cùng một quá trình lên men, các giai đoạn
khác nhau cần thay đổi điều kiệu hiếu khí hay kị
khí.

20


Lợi ích của phương pháp lên men
• Điều kiện lên men (pH và nhiệt độ) trung bình
→ duy trì (đạt được) tính chất dinh dưỡng và đặc tính
cảm quan của thực phẩm.
• Sản phẩm có mùi vị hay cấu trúc mà các phương pháp
khác không thể đạt được.

• Tiêu thụ năng lượng thấp do quá trình lên men xảy ra ở
điều kiện trung tính.
• Nguồn đầu tư và chi phí sản xuất tương đối rẻ
• Công nghệ tương đối đơn giản
21


Các sản phẩm lên men
• Sản phẩm thực phẩm
– Lên men lactic
– Các sản phẩm thịt cá
– Lên men rau quả
– Các sản phẩm từ sữa
– Thức uống có cồn
– Lên men dấm và các acid thực phẩm khác

• Dược phẩm và công nghiệp sinh học
22


Bảng 1: Vài ví dụ về sản phẩm lên men lactic

23


Lên men lactic
• Là quá trình chuyển hoá kị khí đường thành
acid lactic dưới tác dụng của vi khuẩn lactic.
• Ứng dụng lên men lactic:
– Sản xuất acid lactic dùng tong công nghiệp thuôc

da, nhuộm sơn… và công nghiệp thực phẩm..
– Trong bảo quản rau quả
– Trong ngành sữa

24


Vài sản phẩm thịt cá lên men

25