29

THÀNH PHẦN HÓA HỌC TẾ BÀO VI SINH VẬT

TÍNH THEO HỢP CHẤT KHÔ

- Các hợp chất cơ bản: protein, glucid, lipid, acid

nucleic...

- Các hợp chất khác: vit, khoáng…

Suy ra:

- Các nguyên tố cơ bản: C, N, O, H

- Các nguyên tố khoáng:

• Đa lượng: P, S, Na, Ca, K, Mg, Fe, Cl...

• Vi lượng: Zn, Mn, Mo, Co...

Theo Atkinson B. và Mavituna F., 1983:

Nấm men: C (47.0%), N (7.5%), O (31.0%), H(6.5%),

Khoáng (8.0%)

30

DINH DƯỠNG VI SINH VẬT

1. ĐỊNH NGHĨA

Quá trình dinh dưỡng: quá trình hấp thụ các chất dinh

dưỡng để thỏa mãn mọi nhu cầu sinh trưởng và phát triển.

2. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP NĂNG LƯỢNG

2.1 VSV quang năng:

- VSV tự dưỡng quang năng (photoautotrophs)

- VSV dị dưỡng quang năng (photoheterotrophs)

2.2 VSV hóa năng:

- VSV tự dưỡng hóa năng (chemoautotrophs)

- VSV dị dưỡng hóa năng (chemoheterotrophs)

Hình : Một số phương pháp tổng hợp năng lượng từ VSV

31

3. NHU CẦU NGUYÊN TỐ CƠ BẢN

- Nhu cầu C:

C vô cơ: CO2

C hữu cơ:

• Các hợp chất đơn giản: đường, acid hữu cơ, rượu…

• Các hợp chất phức tạp: polysaccharide, hydrocarbon

- Nhu cầu N:

N phân tử (N2).

N vô cơ: NH4+, nitrate, nitrite, ure...

N hữu cơ: các acidamin, peptide, protein…

- Nhu cầu H, O: tự cân bằng trong môi trường.

4. NHU CẦU KHOÁNG

- Hai nguyên tố cơ bản: P, S là cofator, cộng tố ion kim

loại và vit, xây dựng cơ quan tế bào.

- Nồng độ khoáng trong môi trường ảnh hưởng đến sự

sinh trưởng của vsv và quá trình tổng hợp các sản phẩm

trao đổi chất.

5. NHU CẦU YẾU TỐ SINH TRƯỞNG

- Một số chất sinh trưởng: purine, pyrimidine, vitamin,

acid amin...

32

- Hàm lượng tối ưu chất sinh trưởng trong môi trường

phụ thuộc vào loài vi sinh vật và đuợc xác định bằng

phương pháp thực nghiệm.

6. MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VSV

- Mục đích sử dụng: là hỗn hợp chất hóa học cần thiết cho

vsv phát triển.

- Phân loại: theo phương pháp pha chế (môi trường tự

nhiên, môi trường tổng hợp); theo trạng thái vật lý (môi

trường rắn, môi trường bán rắn, môi trường lỏng).

- So sánh ưu nhược điểm của từng môi trường:

• Môi trường tự nhiên và môi trường nhân tạo

- Mục đích sử dụng các môi trường:

• Môi trường rắn

• Môi trường lỏng

• Môi trường bán rắn

33

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT

1. CÁC YẾU TỐ VẬT LÝ

Độ ẩm

Hoạt độ của nước trong môi trường

2

0 1 2w

nPaP n n

= =+

Trong đó:

P: áp lực hơi trên môi trường ở một nhiệt độ nhất định

P0: áp lực hơi trên nước cất ở cùng nhiệt độ

n1: số phân tử chất tan

n2: số phân tử dung môi

- VSV sinh trưởng tốt trên môi trường có aw = 0.90÷0.99

- Ứng dụng: giảm độ ẩm để kéo dài thời gian bảo quản

thực phẩm.

Nhiệt độ

- Dựa vào nhiệt độ hoạt động, vsv được chia thành 5

nhóm: ưa lạnh, ưa mát, ưa ấm, ưa nhiệt và cực kì ưa nhiệt.

- Khái niệm về Tmin, Tmax, Topt.

- Đồ thị giữa T và v (tốc độ sinh trưởng vsv).

- Ứng dụng: sử dụng nhiệt độ thấp hoặc cao để kéo dài

thời gian bảo quản thực phẩm

Bảng phân loại vsv theo nhiệt độ hoạt động (Leclerc et. al.,1994)

34

Nhóm vi sinh vật Tmin(0C) Topt(0C) Tmax(0C)

Ưa lạnh (psychrophile) -7 13 18

Ưa mát (psychrotrophe) 0 22 32

Ưa ấm (mesophile) 10 37 48

Ưa nhiệt (thermophile) 40 62 72

Cực kì ưa nhiệt (extreme thermophile) 65 95 110

Áp lực thẩm thấu

- Dựa vào khả năng chịu được những nồng độ muối NaCl

khác nhau trong môi trường, vsv được chia làm 3 nhóm:

Nồng độ NaCl trong môi trường Nhóm vi sinh vật

< 0.2M Kỵ muối (non-halophile)

0.2÷0.5M Ưa muối (halophile)

>0.5M Chịu muối (tolerant halophile)

35

- Ứng dụng: tăng áp lực thẩm thấu để kéo dài thời gian

bảo quản thực phẩm.

Ánh sáng (tia UV), tia bức xạ (tia gamma, tia X)

Ứng dụng:

• Vô trùng dụng cụ, thiết bị, nhà xưởng ...

• Chiếu xạ thực phẩm để kéo dài thời gian bảo quản

sản phẩm.

2. CÁC YẾU TỐ HÓA HỌC

pH

- Thông thường pHopt cho sự sinh trưởng của vi khuẩn là

6.5÷7.5, của nấm men và nấm mốc là 3.0÷6.0.

- Khái niệm về pHmin, pHmax, pHopt.

36

- Đồ thị giữa giá trị pH và v (tốc độ sinh trưởng vsv).

- Ứng dụng: giảm pH nhằm mục đích chế biến kết hợp

kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm.

Oxy phân tử:

Dựa vào nhu cầu oxy phân tử, VSV được chia làm 5 nhóm:

- Hiếu khí bắt buộc (strict aerobe): dùng oxy để hô hấp

- Vi hiếu khí (micro-aerophile)

- Kỵ khí bắt buộc (strict anaerobe): oxy là chất độc đối

với cơ thể

- Kỵ khí chịu dưỡng:

- Kỵ khí không bắt buộc (facultative anaerobe)

Ứng dụng: tạo môi trường có thành phần khí thích hợp để

kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, điều khiển quá

trình lên men để đạt được sản phẩm trao đổi chất mong

muốn.

Các chất hóa học khác

Rượu

Phenol

Halogen

Các chất oxy hóa mạnh

Chất kháng sinh

37

3. CÁC YẾU TỐ SINH HỌC

Sự tương tác (mối quan hệ) giữa các vi sinh vật

- Ăn thịt:

- Ký sinh:

- Cộng sinh:

- Hỗ sinh:

- Trung tính:

- Cạnh tranh:

- Đối kháng:

38

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SỰ SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT

1. ĐÁNH GIÁ SỰ SINH TRƯỞNG THÔNG QUA SỐ

TẾ BÀO

Đếm vsv trên buồng đếm chuyên dùng:

- Buồng đếm Thoma, Malassez

- Kỹ thuật Breed (đếm vi khuẩn): sử dụng 0.01mL mẫu

cố định trên 1cm2 phiến kính, nhuộm màu vsv rồi đếm

- Đếm khuẩn lạc trên hộp petri

2. ĐÁNH GIÁ SỰ SINH TRƯỞNG THÔNG QUA

LƯỢNG SINH KHỐI

- Xác định hàm lượng chất khô bằng phương pháp sấy

đến trọng lượng không đổi

- Xác định độ đục của canh trường

3. ĐÁNH GIÁ SỰ SINH TRƯỞNG THÔNG QUA

HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT NỘI BÀO

- Phương pháp định lượng ATP

4. ĐÁNH GIÁ SỰ SINH TRƯỞNG THÔNG QUA

HOẠT TÍNH CỦA SINH KHỐI

- Mức độ sử dụng cơ chất

- Mức độ hình thành sản phẩm

39

CÁC QUY LUẬT SINH TRƯỞNG VI SINH VẬT

1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

- Sinh trưởng: tăng số lượng tế bào và lượng chất khô

- Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật: X=f(t)

- Tốc độ sinh trưởng: dX/dt

- Hằng số tốc độ sinh trưởng: 1dX

dt Xµ = ×

- Hiệu suất tổng hợp sinh khối: 2 1

1 2

X XS S

−−

Trong đó:

- X1, X2: lượng sinh khối tại thời điểm ban đầu và kết

thúc quá trình nuôi cấy

- S1, S2: lượng cơ chất tại thời điểm ban đầu và kết thúc

quá trình nuôi cấy

40

2. PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY TĨNH

- Đường cong sinh trưởng gồm 4 giai đoạn: thích nghi,

sinh trưởng logarit, ổn định và suy vong.

- Phương trình Monod:

Trong đó:

μx : tốc độ sinh trưởng chậm

[S]: nồng độ cơ chất trong môi trường nuôi cấy

Ks : hằng số bão hòa

3. PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY LIÊN TỤC

Công thức tổng quát: ( )dX D Xdt

µ= − ×

Tốc độ pha loãng: FDV

= Trong đó

F: tốc độ nạp cơ chất vào thiết bị lên men V: thể tích sử dụng của thiết bị lên men

Các trường hợp:

• μx < D : tốc độ pha loãng lớn

• μx = D : phương pháp turbidostate

• μx < D : phương pháp chemostate

max [ ][ ]

XX

S

SK S

µµ

×=

+

41

BẢO QUẢN GIỐNG VI SINH VẬT

1. MỤC ĐÍCH

- Bảo tồn hoạt tính của vi sinh vật theo thời gian

- Nguyên tắc: giữ giống dưới dạng tế bào sinh dưỡng

(giảm cường độ trao đổi chất) hoặc dạng bào tử

2. PHƯƠNG PHÁP

Phương pháp cấy chuyền định kì

- Ứng dụng: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc …

- Môi trường: sử dụng môi trường đặc

- Điều kiện bảo quản: nhiệt độ thấp 40÷60C, nơi tối

- Thời gian giữa 2 lần cấy chuyền: 3÷6 tháng

Phương pháp bảo quản ở nhiệt độ thấp

- Ứng dụng: vi khuẩn, virus

- Môi trường: sử dụng môi trường đặc có nhiệt độ thấp

từ -200 ÷ -400C, -800C hoặc -1960C

- Quy trình: nuôi vsv trên môi trường tổng hợp giàu

dinh dưỡng, sau đó hạ nhiệt độ về giá trị đã chọn rồi bảo

quản

- Điều kiện bảo quản: sử dụng thêm chất bảo vệ

glycerol, demethylsulfolcid …). Trước khi sử dụng cần làm

tan giá canh trường và làm hoạt hóa vi sinh vật.

42

- Chú ý: thời gian Δt0C trong quá trình nâng nhiệt và

giảm nhiệt.

Phương pháp đông khô

- Ứng dụng: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo, virus…

- Môi trường: sử dụng môi trường đặc có nhiệt độ thấp

từ -200 ÷ -400C, -800C hoặc -1960C

- Quy trình: hạ nhiệt độ mẫu chứa vsv để nước chuyển

từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn, sau đó tạo áp lực

chân không và nâng nhiệt độ để nước chuyển từ trạng thái

rắn chuyển trực tiếp sang trạng thái hơi

- Điều kiện bảo quản: sử dụng thêm chất bảo vệ

glycerol, demethylsulfolcid …). Trước khi sử dụng cần làm

tan giá canh trường và làm hoạt hóa vi sinh vật.

- Chú ý: thời gian Δt0C trong quá trình nâng nhiệt và

giảm nhiệt.

Các phương pháp bảo quản khác

- Bảo quản vsv trên đất, cát, trên hạt ngũ cốc…