Vai trò của glucide và protein trong sự phát triển của vi sinh vật

  • Số trang: 29 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 13 |
  • Lượt tải: 0
nganguyen

Đã đăng 34173 tài liệu

Mô tả:

Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 4 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 (Cm(H2O)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 C6H12O6, 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. 5 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm - 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. 1.2. Tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất quan trọng như: DNA, RNA,... 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 CO2 và H2O, 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. 6 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 CO2 và H2O. 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. 7 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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-3phosphate, 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. 8 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 9 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 ADP  2 Pi  2 NAD   2 Pyruvate  2 ATP  2 NADH  2 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 ribulo5-phosphate và CO2. (Hình 1.2) NADPH được tạo thành trong các phản ứng oxy hóa nói trên. Sau đó ribulo-5phosphate 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 CO2 theo phương trình sau: 3 gluco-6-phosphate + 6NADP  3H2O  2 fructose  6  phosphate  glyceraldehyde  3 phosphate  3CO2  6NADPH  6H  10 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm Các chất trung gian nói trên được sử dụng trong hai con đường. Fructo-6phosphate có thể được chuyển trở lại thành gluco-6-phosphat, còn glyceraldehyde-3phosphate cũng có thể trở lại con đường pentose-phosphate qua việc tạo thành gluco-6phosphat. Điều này dẫn đến sự phân giải hoàn toàn gluco-6-phosphat thành CO2 và tạo thành một lượng lớn NADPH: Glucose-6-phosphate 12 NADP   7 H 2O  6CO2  12 NADPH  12 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 CO2 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). 11 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 glyceraldehyde3-phosphate tạo thành ở vòng thứ 2 của đường) để sản ra fructo -6- phosphate (Theo: Prescott và cs, 2005). 12 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 13 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 C5 và C4 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 + NADH2 + NADPH2 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 pentosephosphate tức là tạo thành gluco-6-phosphate và 6-phosphorus-gluconat (Hình 1.4). 14 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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. 15 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 C5 và C4 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 16 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 acetylCoA 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 17 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 CO2 và H2O đồng thời giải phóng 38ATP trong điều kiện có O2. 18 Chương 1. Vai trò của glucide với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 19 Chương 2. Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 NH3, CO2 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. 20 Chương 2. Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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, H2S, CH4, NH3, CO2… 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 21 Chương 2. Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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 ( Scombrin ( ) có trong thịt cá trích thối rữa. ) 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 22 Chương 2. Vai trò của protein với VSV Vi sinh vật học thực phẩm 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: 23
- Xem thêm -