Tài liệu mô đun/môn học Vi sinh thực phẩm

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

TÀI LIỆU MÔ ĐUN/MÔN HỌC

VI SINH THỰC PHẨM

(Lưu hành nội bộ)

Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2018

1

PHẦN I – LÝ THUYẾT

Bài 1: Hình thái, cấu tạo và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động sống của vi sinh

vật

1. Hình thái, cấu tạo của vi sinh vật

Vi sinh vật là những sinh vật vô cùng nhỏ bé mà mắt thường không thể nhìn thấy được mà phải quan

sát bằng kính hiển vi.

Vi sinh vật gồm: vi khuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam; nấm men, nấm mốc, tảo, nguyên sinh động vật.

1.1 Hình thái, cấu tạo của vi khuẩn

Vi khuẩn (bacteria) là nhóm vi sinh vật có nhiều hình dạng, có nhân nguyên thủy và sinh sản bằng

cách phân đôi.

Các nhóm vi khuẩn

Kích thước

Hình dạng

Cầu khuẩn

Hình tròn, ovan,...

Gồm 6 nhóm:

- Đơn cầu khuẩn: Micrococcus

- Song cầu khuẩn Diplococcus

- Tứ cầu khuẩn: Tetracoccus

- Bát cầu khuẩn: Sarcina

- Tụ cầu khuẩn: Staphylococcus

- Liên cầu khuẩn: Streptococcus

Đường kính

0,5 – 1 micromet

Hình que

Gồm 5 nhóm:

Trực khuẩn

-Bacillus: Gram (+), sinh bào tử

-Bacterium: Gram (-), không sinh bào tử, thường có

chu mao

- Pseudomonas: Gram (-), không sinh bào tử, có 1

tiêm mao

0,5-1 x 1-4

micromet

- Corynebacterium: Gram (+), không sinh bào tử, có

hình dạng thay đổi tùy loại

- Clostridium: Gram (+), sinh bào tử hình thoi hoặc

hình dùi trống

Xoắn khuẩn

(0,5-3)x(5-40)

m

Là vi khuẩn có từ hai vòng xoắn trở lên, Gram (+)

Phẩy khuẩn

(0,5-3)x(5-10)

m

Là vi khuẩn có hình dấu phẩy, dưới 2 vòng xoắn

2

Cấu tạo của vi khuẩn:

Gồm màng nhầy (màng tế bào) có vai trò duy trì áp suất thẩm thấu, khống chế sự vận chuyển, trao

đổi ra vào của các chất dinh dưỡng và các sản phẩm trao đổi chất, sinh tổng hợp các chất, tiến hành

phosphoryl hóa và phosphoryl quang hợp, ...

Tế bào chất gồm toàn bộ phần nằm trong màng tế bào, là vùng dịch thể dạng keo khi tế bào non và

có cấu trúc phức tạp khi tế bào già. Gồm cơ chất tương bào chứa enzim, các cơ quan con như

mesosome, ribosome, không bào, hạt sắc tố, chất dự trữ.

Chất nhân

Bào tử

Tiên mao và nhung mao

Hình 1: Cấu tạo của vi khuẩn

1.2 Hình thái, cấu tạo của nấm men

Hình dạng:hình cầu, hình trứng, hình oval,...

Cấu tạo: gồm màng tế bào, tế bào chất: lưới nội chất, nhân, ribosome, ty thể, lysosome, golgi

Hình 2: Hình dạng và cấu tạo của nấm men

1.3 Hình thái, cấu tạo của nấm mốc

Hình sợi

Sinh sản bằng bào tử, có các dạng: bào tử đính, bào nử nang,

Hình 3: Hình thái của nấm mốc

2. Ảnh hưởng của yếu tố lý học đối với sự sinh trưởng , phát triển của vi sinh vật và ứng dụng

trong bảo quản chế biến thực phẩm

2.1Ảnh hưởng của tác nhân vật lý

3

Độ ẩm

Hoạt động sống của vi sinh vật đều liên quan đến nước và tỷ lệ nước trong tế bào của chúng rất cao.

Nấm men 73-82%, nấm mốc 84- 90%, vi khuẩn 75-85%. Vì vậy thiếu nước tế bào có thể bị chết do

hiện tượng loại nước ra khỏi tế bào.

Sự đề kháng của vi sinh vật với trạng thái khô phụ thuộc vào:

+Nguồn gốc vi sinh vật: vi sinh vật trong không khí chịu khô tốt hơn vi sinh vật trong đất, nước.

+Loại hình vi sinh vật: sự đề kháng với trạngthái khô của nhóm xạ khuẩn > vi khuẩn > nấm mốc.

+Trạng thái tế bào:tế bào già, tế bào có nha bào đề kháng đè kháng tốt hơn tế bào khô, tế bào không

có nha bào.

Do vi khuẩn cần độ ẩm nhất định để sinh trưởng nên bằng cách phơi khô hoặc sấy khô, ta có thể bảo

quản được lâu dài nhiều loại sản phẩm (hoa quả khô, cỏ khô, ruốc thịt khô,...).

Nhiệt độ

Hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn có thể coi là kết quả của các phản ứng hóa học. Vì các phản

ứng này phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ, nên yếu tố nhiệt độ rõ ràng ảnh hưởng sâu sắc đến các quá

trình sống của tế bào. Tế bào thu được nhiệt độ chủ yếu từ môi trường bên ngoài, một phần cũng do

cơ thể thải ra, do kết quả của hoạt động trao đổi chất. Như đã nói trên, hoạt động của vi sinh vật bị

giới hạn trong môi trường chứa nước ở dạng có thể hấp thụ. Vùng này của nước nằm từ 20 đến

khoảng 1000 gọi là vùng sinh động học.

Hầu hết tế bào sinh dưỡng của vi sinh vật bị chết ở nhiệt độ cao protein bị biến tính, một hoặc hàng

loạt enzyme bị bất hoạt. Các enzyme hô hấp đặc biệt là các enzyme trong chu trình Krebs rất mẫn

cảm với nhiệt độ. Sự chết của vi khuẩn ở nhiệt độ cao cũng có thể còn là hậu quả của sự bất hoạt

hóa ARN và sự phá hoại màng tế bào chất (nói chung các acid nucleic ít mẫn cảm với nhiệt độ so

với các enzyme).

Nhiệt độ thấp: (dưới vùng sinh động học) có thể làm bất hoạt các chất vận chuyển các chất hòa tan

qua màng tế bào chất, do thay đổi cấu hình không gian của permease chứa trong màng hoặc ảnh

hưởng đến việc hình thành và tiêu thụ ATP cần cho quá trình vận chuyển chủ động các chất dinh

dưỡng. Vi khuẩn thường chịu đựng được nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ dưới điểm băng hoặc thấp hơn

chúng không thể hiện hoạt động trao đổi chất rõ rệt. Nhiệt độ thấp có thể coi là yếu tố chế khuẩn nếu

làm lạnh quá nhanh. Trong trường hợp làm lạnh dần dần xuống dưới điểm băng, cấu trúc tế bào bị

tổn hại do các tinh thể băng được tạo thành nhưng kích thước nhỏ, do tế bào không bị phân hủy. Nếu

làm lạnh trong chân không, các tinh thể băng sẽ thăng hoa, đó là phương pháp đông khô vi sinh vật

Nhiệt độ cao: Nhiệt độ cao trên 65^oC sẽ gây tác hại cho vi sinh vật và ở nhiệt độ 100^oC hoặc hơn vi

sinh vật sẽ bị tiêu diệt gần hết trong một thời gian nhất định. Đó là do nhiệt độ cao đã làm biến tính

protein tế bào, enzyme bất hoạt, mang tế bào bị phá hủy và có thể tế bào bị đốt cháy hoàn toàn. Tác

dụng của nhiệt độ cao đối với vi sinh vật còn có quan hệ với các nhân tố khác như thời gian tác

động, sức chịu nhiệt của vi sinh vật , sức chịu nhiệt phụ thuộc vào bản chất tế bào đó là tính di

truyền, tuổi và có hay không có nha bào và sau cùng là sự tồn tại của chúng trong môi trường có độ

pH, thẩm áp và hợp chất hữu cơ khác nhau. Đây chính là cơ sở của việc khử trùng nhiêt độ cao có

hiệu quả. Giới hạn giữa nhiệt độ cực tiểu và nhiệt độ cực đại là vùng nhiệt sinh trưởng của vi sinh

vật. Giới hạn này rất khác nhau giữa các loài vi khuẩn: tương đối rộng ở các vi khuẩn hoại sinh

nhưng rất hẹp ở các vi khuẩn gây bệnh. Tùy theo quan hệ với vùng nhiệt có thể chia vi khuẩn thành

một số nhóm.

+ Vi khuẩn ưa lạnh: sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ dưới 20^oC thường gặp trong nước biển, các hồ

sâu và suối nước lạnh, chẳng hạn vi khuẩn phát quang, vi khuẩn sắt, hoạt tính trao đổi chất ở các vi

khuẩn này thấp. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhiều vi khuẩn ưa lạnh dễ dàng thích ứng với

nhiệt độ cao hơn.

4

+ Vi khuẩn ưa ấm: chiếm đa số, cần nhiệt độ trong khoảng 20- 400C. Ngoài các dạng hoại sinh ta

còn gặp các dạng ký sinh gây bệnh cho người và động vật, chúng sinh trưởng tốt nhất ở 37^oC (tương

ứng với nhiệt độ cơ thể người và động vật).

+ Vi khuẩn ưa nóng: giới hạn nhiệt độ sinh trưởng là 30-70^oC, thích hợp 55-60^oC gồm các vi sinh

vật sinh trưởng trong đất, phân rác, suối nước nóng. Các vi khuẩn ưa nóng gồm chủ yếu là các xạ

khuẩn, các vi khuẩn sinh bào tử. Thường gặp chúng trong suối nước nống, trong phân ủ. Các giới

hạn nhiệt độ cực tiểu, tối thích và cực đại được trình bày trong bảng sau. Các loài Bacillus sống

trong đất, thường có nhiệt độ sinh trưởng khá rộng (15 – 40^oC). Vi khuẩn E. coli có nhiệt độ sinh

trưởng 10 - 47,5^oC. Vi khuẩn gây bệnh lậu gonococcus phát triển ở nhiệt độ 36 – 40^oC. Năm 1983 J.

A. Baross đã phát hiện có một loài vi khuẩn ưa nhiệt, sinh trưởng thích hợp ở 25 – 30^oC.

Áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu và áp lực thủy tĩnh cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của tế bào vi khuẩn. Màng

tế bào vi khuẩn là màng bán thấm và việc điều chỉnh thẩm áp qua các hệ thống permease đều có liên

quan đến màng này. Trong môi trường ưu trương tế bào mất khả năng hút nước và các chất hòa tan,

tế bào chịu trạng thái khô sinh lý, bị co nguyên sinh chất và có thể chết nếu kéo dài. Trong thực tế

người ta áp dụng hiện tượng này để bảo quản cá bằng muối, muối dưa, bảo quản trái cây. Ngược lại

khi đưa vi khuẩn vào dung dịch nhược trương nước sẽ xâm nhập vào tế bào, áp lực bên trong tế bào

tăng lên. Đa số vi khuẩn sinh trưởng tốt hơn trong môi trường chứa ít hơn 20% muối. Nồng độ muối

cao hơn có hại cho tế bào, nhưng cũng có loại vi khuẩn sinh trưởng tốt trong môi trường chứa 30%

muối, ta gọi chúng là vi khuẩn ưa muối, nhiều vi khuẩn ở biển thuộc nhóm này. Chúng có thể phát

triển tốt trong môi trường có nồng độ đường cao gọi là vi khuẩn ưa đường.

Sóng siêu âm

Sóng âm thanh đặc biệt là trong vùng siêu âm có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của vi khuẩn. Với

tần số 8.800-8.900Hz xử lý trong 40-60 phút sẽ giảm 99% vi khuẩn. Các tế bào sinh dưỡng bị chết

nhanh chóng, tế bào non mẫn cảm hơn nhiều so với tế bào già. Mẫn cảm nhất là tác dụng của sóng

siêu âm lên các tế bào hình sợi, ít mẫn cảm nhất là các tế bào hình cầu. Nhưng sóng siêu âm hầu như

không có tác dụng với các bào tử và các tế bào vi khuẩn kháng acid. Do tác dụng của siêu âm mà độ

nhớt của môi trường tăng lên, xuất hiện các chất nâng cao sức căng bề mặt và trong nguyên sinh

chất hình thành bọt khí nhỏ. Kết quả là tế bào bị hủy hoại. Hiện nay người ta ứng dụng siêu âm để

thu nhận các chế phẩm vô bào hoặc để tách các enzyme nội bào, phân lập một số thành phần của tế

bào, riboxom, thành tế bào và màng tế bào chất.

Sức căng bề mặt

Khi sinh trưởng trong môi trường dịch thể, vi khuẩn chịu ảnh hưởng của sức căng bề mặt của môi

trường. Đa số các môi trường dịch thể dùng trong phòng thí nghiệm có sức căng bề mặt trong

khoảng 5,7- 0,63 mN/cm. Những thay đổi mạnh mẽ của sức căng bề mặt có thể làm ngừng sinh

trưởng và làm chết tế bào. Khi sức căng bề mặt thấp, các thành phần tế bào bị tách khỏi tế bào. Điều

này chứng tỏ thành tế bào bị tổn thương. Các chất nâng cao sức căng bề mặt, hầu hết là các muối vô

cơ, các chất làm giảm sức căng bề mặt hầu hết là các acid béo, anchol, các chất này được gọi là các

chất có hoạt tính bề mặt. Tác dụng của chúng thể hiện trong việc làm thay đổi các đặc tính của bề

mặt tế bào vi khuẩn, trước hết là nâng cao tính thấm của tế bào. Trong thực tế người ta ứng dụng

hiện tượng này trong nuôi cấy vi khuẩn kháng acid. Khác với các vi khuẩn khác, vi khuẩn kháng

acid, có bề mặt kỵ nước và giảm sức căng bề mặt của môi trường sẽ kích thích sinh trưởng của

chúng. Sức căng bề mặt còn ngăn cản vi khuẩn gắn vào bề mặt cứng, tránh cho chúng khỏi cạnh

tranh sinh trưởng.

Tia bức xạ

Ánh sáng có thể gây ra những biến đổi hóa học và tổn thương sinh học, nếu tế bào hấp thu. Mức độ

gây hại tùy thuộc vào mức năng lượng trong lượng tử ánh sáng hay tùy thuộc vào chiều dài bước

5

sóng ánh sáng. Các tia bức xạ gây nên những biến đổi hóa học của các nguyên tử và phân tử có

chiều dài sóng khoảng 10000 A0 . Thuộc loại sau: ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại, tia X, tia Gamma

và tia vũ trụ, các tia sáng này có frnăng lượng rất lớn. Khi được vật chất hấp phụ chúng có thể làm

bắn ra các electron từ vật chất đó. Vì vậy các tia này được gọi là tia bức xạ ion hóa. Những bức xạ

với chiều dài bước sóng lớn hơn có năng lượng quá nhỏ, không đủ gây nên những biến đổi hóa học

và tác dụng biểu hiện chủ yếu là nhiệt như tia hồng ngoại.

Ánh sáng mặt trời: Là nguồn tia sáng chiếu tự nhiên và có tác dụng phá hủy tế bào vi khuẩn (ngoại

lệ vi khuẩn quang hợp sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng). Tác dụng này bị yếu đi

nếu vi khuẩn chứa sắc tố hay vỏ nhầy. Ánh sáng mặt trời cũng có thể gián tiếp tác động lên tế bào

làm biến đổi môi trường. Chẳng hạn, các tụ cầu khuẩn Staphylococcus không sinh trưởng được

trong môi trường thạch bị chiếu tia sáng mặt trời vài giờ. Ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời lên tế

bào vi khuẩn được tăng cường khi xử lý tế bào bằng một số thuốc nhuộm (metylen,...). Người ta gọi

hiện tượng này là có tác dụng quang động học ánh sáng.

Tia tử ngoại (tia cực tím -UV): So với các bức xạ ion thì tia tử ngoại có năng lượng nhỏ hơn. Khi bị

vật chất hấp phụ, tia tử ngoại không gây nên hiện tượng ion hóa nhưng kích thích các phân tử, nghĩa

là chuyển điện tử đến một mức cao hơn. Tác dụng mạnh nhất của tia tử ngoại là là vùng có chiều dài

bước sóng khoảng 254-260 nm nghĩa là vùng hấp thụ cực đại của acid nucleic và nucleoprotein.

Dưới ảnh hưởng của tia tử ngoại, vi khuẩn bị chết hoặc bị đột biến theo loại vi khuẩn và liều lượng

chiếu, bào tử của mốc có sức đề kháng cao. Điều đáng chú ý là những hư hại do tia tử ngoại gây ra

cho tế bào phần nào có tính đảo ngược. Nếu sau khi chiếu tia tử ngoại, ta lại cho vi khuẩn chịu tác

dụng của ánh sáng ban ngày, thì nhiều vi khuẩn có khả năng sống sót và tiếp tục phân chia.. Tia

sáng mặt trời tuy có chứa một phần tia tử ngoại nhưng phần lớn những tia này bị khí quyển (mây,

ozon,...) giữ lại. Vì vậy ánh nắng có tác dụng diệt khuẩn nhỏ hơn so với tia tử ngoại dùng trong

phòng thí nghiệm. Do lực xuyên sâu của tia tử ngoại kém, chỉ xuyên qua lớp nước trong và thủy tinh

mỏng nên thường được sử dụng trong khử trùng không khí, như buồng cấy vi sinh vật, phòng mổ.

2.1.1 Ứng dụng trong bảo quản chế biến thực phẩm

Dưới tác động của các yếu tố lý học, tế bào vi sinh vật bị ức chế một phần hoặc hoàn toàn. Trên cơ

sở đó, người ta áp dụng các phương pháp vật lý để bảo quản thực phẩm khỏi tác hại của vi sinh vật

Thanh trùng, tiệt trùng sản phẩm: sử dụng nhiệt độ cao để tiêu diệt vi sinh vật

Khử trùng dụng cụ, buồng cấy bằng tia UV

Bảo quản rau quả bằng cách ướp đường, ướp muối…

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố hóa học đến sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật và ứng

dụng trong bảo quản chế biến thực phẩm

2.2.1 Ảnh hưởng của yếu tố hóa học đối với sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật

Độ pH

Độ pH có quan hệ rất lớn đối với sự sinh trưởng của VSV.

Giới hạn pH của sự sinh trưởng: là khoảng pH từ cực tiểu đến cực đại mà vsv có khả năng sinh

trưởng. Trong khoảng pH này có pH thích hợp nhất, ở đó vsv có sự sinh trưởng và phát triển cao

nhất. Tác dụng của pH có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trao đổi chất của tế bào vì pH cần cho

hoạt động của nhiều enzyme, nồng độ ion H còn ảnh hưởng trực tiếp đến độ hòa tan của một số

muối khoáng như K, Na, Mg… do đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vsv.

Đa số vsv thích ứng ở pH từ 4,5 đến 9,0, tùy từng chủng giống vsv khác nhau mà thích ứng khác

nhau.

Ví dụ: Rhizobium , pH thích hợp ở 6,5 đến 7,5

Saccharomyces, pH thích hợp ở 4,0 đến 6,0

Điện thế oxi hóa khử

6

Trong hoạt động sống của vsv chịu ảnh hưởng rất lớn của điện thế oxi hóa khử trong môi trường,

thường thì vsv yếm khí chịu được ở rH₂thấp từ 0-12 vôn, đối với vsv hảo khí từ 10-30 vôn. Tùy

từng chủng giống vsv khác nhau mà chịu được rH₂khác nhau.

2.2.1.1 Các chất sát trùng, ức chế, diệt khuẩn

Chất sát trùng là chỉ những chất có thể giết chết vsv gây bệnh hoặc không gây bệnh nhưng không

giết chết được nha bào

Chất ức chế là những chất chỉ làm ngừng quá trình sinh trưởng, phát triển, vsv không bị giết chết mà

ở trạng thái tiềm tàng.

Chất diệt khuẩn là chỉ các chất có thể giết chết toàn bộ vi khuẩn kể cả nha bào. Ví dụ: HgCl,

AgNO₃, CuSO₄…

Một chất có thể vừa là chất sát trùng, ức chế hay diệt khuẩn… tùy thuộc vào nồng độ, thời gian, loại

vsv tác động và các yếu tố khác.

2.2.1.2 Các chất hóa trị liệu

Các chất hóa trị liệu gồm các chất có thể tổng hợp được bằng phương pháp hóa học, có tác dụng độc

đối với vsv nhưng hầu như không gây hại cho động vật.

Các chất hóa trị liệu có hoạt tính cao nên đã tranh chỗ trong phản ứng sinh tổng hợp của tế bào, vì

vậy đã hình thành nên các hợp chất không cần thiết cho cơ thể làm cho các phản ứng sinh hóa của tế

bào bị kìm hãm, gây ức chế quá trình sinh trưởng, phát triển của tế bào vi khuẩn.

Ví dụ: sunfolamit.

Các chất kháng sinh

Kháng sinh là chất do vsv sinh ra, ngay ở nồng độ thấp, kháng sinh cũng có khả năng ức chế hoặc

tiêu diệt các vsv một cách đặc hiệu, mỗi kháng sinh chỉ tác động lên một vi khuẩn hoặc một nhóm vi

khuẩn bằng cách gây rối loạn phản ứng sinh vật ở ngưỡng phân tử.

Cơ chế tác động của thuốc kháng sinh lên vsv:

+ Ức chế sinh tổng hợp hoặc phá hủy vách tế bào, nên vi khuẩn sinh ra không có vách tế bào, do đó

bị tiêu diệt

+ Gây rối loạn chức năng màng nguyên sinh, đặc biệt là chức năng thẩm thấu, chọn lọc, do đó làm

ngừng quá trình trao đổi chất

+ Làm ngừng quá trình tổng hợp protein

+ Gây ức chế sự tổng hợp axit nucleic, ngăn cản sự sao chép AND, ngăn cản ính tổng hợp ARN-

polimeraza, tức là ức chế sinh tổng hợp những chất cần thiết cho tế bào.

Tùy từng chủng giống vsv khác nhau mà khả năng chịu được các loại thuốc và liều lượng kháng

sinh khác nhau.

2.2.2 Ứng dụng trong bảo quản chế biến thực phẩm

Căn cứ vào tác động của các chất hóa học lên tế bào vi sinh vật mà có các cách bảo quản chế biến

thực phẩm khác nhau.

Ứng dụng giảm pH để bảo quản rau quả trong các sản phẩm rau quả dầm giấm, rau quả muối chua.

Sử dụng một số chất bảo quản có bản chất là chất ức chế vi sinh vật…

7

Bài 2: Sự phân giải của hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của Vi sinh vật và ứng

dụng trong công nghiệp

1 Sự phân giải của các hợp chất hữu cơ có Nitơ

Nitrogen cycle chu trình nitơ, sự tuần hoàn của nitơ giữa các sinh vật và môi trường. Nitơ dạng khí

trong khí quyển chỉ được sử dụng trực tiếp bởi một số vi sinh vật (clostridium) và một số tảo lam

(nostoc). Chúng biến đổi nitơ thành dạng amon, nitrit và nitrat, những chất này sau đó được giải

phóng vào đất bởi các quá trình bài tiết và phân giải. Có một cách khác để niư tơ khí quyền được cố

định là nhờ các tia lửa điện của sấm sét. Phần lớn thực vật chỉ có thể sử dụng nitơ dưới dạng nitrat,

trừ một số thực vật cộng sinh với vi khuẩn nốt sần Rhizobium hoặc các sinh vật khác tạo nốt sẵn của

rễ. Khi thực vật và động vật chất thì nitơ hữu cơ trong chúng biến đổi trở lại thành dạng nitrat trong

quá trình gọi là nitrat hoá. Một phần nitrat này được thực vật hấp thụ, còn một phần bị mất do quá

trình khử nitrit và quá tình rửa trôi. Sự tăng cường sử dụng phân bón trong nông nghiệp (nitrat

amon) hiện nay trở thành một nhân tố quan trọng trong chu trình nitơ .x.nitrogen fixation.

1.1 Vai trò của vi sinh vật trong vòng tuần hoàn Nitơ

Trong các môi trường tự nhiên, nitơ tồn tại ở các dạng khác nhau, từ nitơ phân tử ở dạng khí cho đến

các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong cơ thể động, thực vật và con người. Trong cơ thể sinh vật,

nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm hữu cơ như protein, axit amin. Khi cơ thể sinh vật

chết đi, lượng nitơ hữu cơ này tồn tại ở trong đất. Dưới tác dụng của các nhóm vi sinh vật hoại sinh,

protein được phân giải thành các axit amin. Các axit amin lại được một nhóm vi sinh vật phân giải

+

thành NH₃hoặc NH₄gọi là nhóm vi khuẩn amôn hoá. Quá trình này còn gọi là sự khoáng hoá chất

+

hữu cơ vì qua đó nitơ hữu cơ được chuyển thành dạng nitơ khoáng. Dạng NH₄sẽ được chuyển hoá

-

thành dạng NO₃nhờ nhóm vi khuẩn nitrat hoá. Các hợp chất nitrat lại được chuyển hoá thành dạng

nitơ phân tử, quá trình này gọi là sự phản nitrat hoá được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn phản nitrat.

Khí nitơ sẽ được cố định lại trong tế bào vi khuẩn và tế bào thực vật sau đó chuyển hoá thành dạng

nitơ hữu cơ nhờ nhóm vi khuẩn cố định nitơ. Như vậy, vòng tuần hoàn nitơ được khép kín. Trong

hầu hết các khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn đều có sự tham gia của các nhóm vi sinh vật khác

nhau. Nếu sự hoạt động của một nhóm nào đó ngừng lại, toàn bộ sự chuyển hoá của vòng tuần hoàn

cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

1.2 Quá trình amôn hoá

Trong thiên nhiên tồn tại nhiều dạng hợp chất nitơ hữu cơ như protein, axit amin, axit nucleic, urê ...

Các hợp chất này đi vào đất từ nguồn xác động, thực vật, các loại phân chuồng, phân xanh, rác rưởi.

Thực vật không thể đồng hoá được dạng nitơ hữu cơ phức tạp như trên, nó chỉ có thể sử dụng được

sau quá trình amôn hoá. Qua quá trình amôn hoá, các dạng nitơ hữu cơ được chuyển hoá thành dạng

+

NH₄hoặc NH₃.

1.3 Sự amôn hoá urê

Urê có trong thành phần nước tiểu của người và động vật, chiếm khoảng 2,2% nước tiểu. Urê chứa

tới 46,6% nitơ, vì thế nó là một nguồn dinh dưỡng đạm tốt với cây trồng. Tuy nhiên, thực vật không

thể đồng hoá trực tiếp Urê mà phải qua quá trình amôn hoá. Quá trình amiin hoá Urê chia ra làm 2

giai đoạn, giai đoạn đầu dưới tác dụng của enzym ureaza tiết ra bởi các vi sinh vật Urê sẽ bị thuỷ

phân tạo thành muối cacbonat amoni, giai đoạn 2 cacbonat amoni chuyển hoá thành NH₃, CO₂và

H₂O:

8

Trong nước tiểu còn có axit uric, tồn tại trong đất một thời gian axit uric sẽ bị phân giải thành urê và

axit tactronic. Sau đó urê sẽ tiếp tục bị phân giải thành NH₃.

Nhóm vi sinh vật phân giải Urê và axit uric còn có khả năng amôn hoá cyanamid canxi là một loại

phân bón hoá học. Chất này sau khi đi vào đất cũng bị chuyển hoá thành Urê rồi sau đó qua quá

trình amôn hoá được chuyển thành NH₃:

Nhiều loài vi khuẩn có khả năng amôn hoá Urê, chúng đều tiết ra enzym ureaza. Trong đó có một số

loài có hoạt tính phân giải cao như Planosarcina ureae, Micrococcus ureae, Bacillus amylovorum,

Proteus vulgaris ...

Một số loài vi khuẩn có khả năng amôn hoá Urê. Đa số vi sinh vật phân giải Urê thuộc nhóm háo

khí hoặc kỵ khí không bắt buộc, chúng ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm. Bởi vậy khi sử dụng Urê

làm phân bón người ta thường kết hợp với bón vôi hoặc tro, đồng thời xới xáo làm thoáng đất.

1.4 Sự amôn hoá protein

Khác với lên men, cơ chất của quá trình thối rữa là protein. Protein là một trong những thành phần

quan trọng của xác động vật, thực vật và vi sinh vật. Protein thường chứa khoảng 15,0 - 17,6% nitơ

(tính theo chất khô). Nếu như tổng lượng cacbon trong cơ thể các sinh vật sống trên mặt đất là vào

khoảng 700 tỉ tấn thì tổng lượng nitơ ít ra cũng tới 10 - 25 tỉ tấn. Trong lớp đất sâu 30 cm bao quanh

Trái Đất người ta còn thấy thường xuyên có khoảng 3 - 7,5 tỉ tấn nitơ mà phần lớn là tồn tại trong

các hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Sự phân giải các hợp chất hữu cơ chứa nitơ có ý nghĩa rất lớn đối với

nông nghiệp và đối với vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Người ta còn gọi là quá trình phân

giải này là quá trình amôn hoá.

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 enzym phân giải protein ngoại bào và làm chuyển hoá protein thành các hợp chất có

phân tử nhỏ hơn (các polipeptit và các oligopeptit). Các chất này hoặc tiếp xúc được phân huỷ thành

axit amin nhờ các peptidaza ngoại bào, hoặc được xâm nhập ngay vào tế bào vi sinh vật sau đó mới

chuyển hoá 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, CO₂và nhiều sản phẩm trung gian khác.

Những vi sinh vật không có khả năng sinh ra các enzym phân giải protein ngoại bào rõ ràng là

không có khả năng đồng hoá được các loại protein thiên nhiên. Chúng chỉ có thể sử dụng được các

sản phẩm thuỷ phân của protein (polipeptit, oligopeptit, axit amin)

+ Một số axit amin bị deamin hoá bởi VSV nhờ enzym deaminaza, 1 số phản ứng, một trong những

sản phẩm cuối cùng là amôn, ví dụ:

9

Đối với các axit amin có vòng như Triptophan, khi phân giải sẽ tạo thành các hợp chất có mùi thối

như Indo vàScaton. Khi phân giải các axit amin chứa S như Metionin, Xistin, vi sinh vật giải phóng

ra H₂S, chất này độc đối với cây trồng. Một số hợp chất amin sinh ra trong quá trình amôn hoá có

tác dụng độc đối với người và động vật. Ví dụ như histamin, acmatin ... đó chính là nguyên nhân bị

nhiễm độc khi ăn thịt cá thiu thối hoặc thịt hộp để quá lâu (ô nhiễm thực phẩm).

Tỷ lệ C : N trong đất rất quan trọng đối với nhóm vi sinh vật phân huỷ protein. Nếu như tỷ lệ này

quá cao, trong đất quá ít đạm vi sinh vật sẽ tranh chấp thức ăn đạm đối với cây trồng, chúng phân

huỷ được bao nhiêu là hấp thụ hết vào tế bào.

Nếu tỷ lệ C : N quá thấp, đạm dư thừa, quá trình phaâ huỷ sẽ chậm lại, cây trồng không có đạm

khoáng mà hấp thụ. Nhiều công trình nghiên cứu đã rút ra tỷ lệ C:N bằng 20 là thích hợp nhất cho

quá trình amôn hoá protein, có lợi nhất đối với cây trồng.

Nhiều vi sinh vật có khả năng amôn hoá protein. Trong nhóm vi khuẩn có Bacillus mycoides,

Bacillus mesentericus, B. subtilis, Pseudomonas fluorescens, Clostridium sporogenes ... Xạ khuẩn

có Streptomyces rimosus, Stretomyces griseus ... Vi nấm có Aspergillus oryzae, A. flavour, A. niger,

Penicilium camemberti v.v....

Ngoài protein và ure, nhiều loài vi sinh vật có khả naăg amôn hoá kitin là một hợp chất cacbon chứa

gốc amin. Kitin là thành phần của vỏ nhiều loại côn trùng, giáp xác. Hàng năm kitin được tích luỹ

lại trong đất với một lượng không nhỏ. Nhóm vi sinh vật phân huỷ kitin có khả năng tiết enzym

kitinaza và kitobiaza phân huỷ phân tử kitin thành các gốc đơn phân tử, sau đó gốc amin được amôn

hoá tạo thành NH₃.

1.5 Quá trình nitrat hoá

Sau quá trình amôn hoá, NH₃được hình thành một phần được cây trồng hấp thụ, một phần phản ứng

với các anion trong đất tạo thành các muối amôn. Một phần các muối amôn cũng được cây trồng và

vi sinh vật hấp thụ. Phần còn lại được oxy hoá thành dạng nitrat gọi là quá trình nitrat hoá. Trước

kia người ta cho rằng quá trình nitrat hoá là một quá trình hoá học thuần tuý. Sau này người ta mới

tìm ra bản chất vi sinh vật học của nó. Nhóm vi sinh vật tiến hành quá trình này gọi chung là nhóm

vi khuẩn nitrat hoá bao gồm hai nhóm tiến hành 2 giai đoạn của quá trình. Giai đoạn oxy hoá

+

-

NH₄thành NO₂gọi là giai đoạn nitrat hoá, giai đoạn oxy hoá NO₂thành NO₃gọi là giai đoạn

nitrat hoá.

Giai đoạn nitrit hoá

+

Quá trình oxy hoá NH₄tạo thành NO₂được tiến hành bởi nhóm vi khuẩn nitrit hoá. Chúng thuộc

nhóm vi sinh vật tự dưỡng hoá năng có khả năng oxy hoá NH₄bằng oxy không khí và tạo ra năng

+

lượng:

+

NH₄+ 3/2 O₂→ NO₂+ H₂O + 2H + Năng lượng

Năng lượng này dùng để đồng hoá CO₂→ Cacbon hữu cơ

Enzym xúc tác cho quá trình này là các enzym của quá trình hô hấp háo khí. Nhóm vi khuẩn nitrit

hoá bao gồm 4 chi khác nhau: Nitrozomonas, Nitrozocystis, Nitrozolobus và Nitrosospira chúng đều

thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên môi trường thạch. Bởi vậy phân lập

chúng rất khó, phải dùng silicagen thay cho thạch.

Giai đoạn nitrat hóa

-

Quá trình oxy hoá NO₂thành NO₃được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn nitrat. Chúng cũng là những

vi sinh vật tự dưỡng hoá năng có khả năng oxy hoá NO₂tạo thành năng lượng. Năng lượng này

-

được dùng để đồng hoá CO₂tạo thành đường.

-

NO₂+ 1/2 O₂→ NO₃+ Năng lượng

10

-

Nhóm vi khuẩn tiến hành oxy hoá NO₂thành NO₃bao gồm 3 chi khác nhau; Niitrobacter,

Nitrospira và Nitrococcus.

Ngoài nhóm vi khuẩn tự dưỡng hoá năng nói trên, trong đất còn có một số loài vi sinh vật dị dưỡng

cũng tiến hành quá trình nitrat hoá. Đó là các loài vi khuẩn và xạ khuẩn thuộc các chi Pseudomonas,

Corynebacterium, Streptomyces ...

Quá trình nitrat hoá là một khâu quan trọng trong vòng tuần hoàn nitơ, nhưng đối với nông nghiệp

nó có nhiều điều bất lợi: Dạng đạm nitrat thường dễ bị rửa trôi xuống các tầng sâu, dễ bị đi vào quá

-

trình phản nitrat hoá tạo thành khí nitơ làm cho đất mất đạm. Anion NO₃thường kết hợp với ion

H⁺trong đất tạo thành HNO₃làm cho pH đất giảm xuống rất bất lợi đối với cây trồng. Hơn nữa,

lượng NO₃dư thừa trong đất được cây trồng hấp thu nhiều làm cho hàm lượng nitrat trong sản phẩm

lương thực, thực phẩm cao gây độc cho người. Bởi vậy ngày nay người ta thường hạn chế việc bón

phân đạm hoá học có gốc nitrat.

Quá trình phản nitrat hóa

Các hợp chất đạm dạng nitrat ở trong đất rất dễ bị khử biến thành nitơ phân tử. Quá trình này gọi là

+

quá trình phản nitrat hoá. Nó khác với quá trình oxy hoá nitrat tạo thành NH₄còn gọi là quá trình

amôn hoá. Có thể phân biệt hai quá trình trên qua sơ đồ sau:

Quá trình amôn hoá nitrat do một số vi khuẩn dị dưỡng tiến hành trong điều kiện hiếu khí có chức

+

năng cung cấp NH₄cho tế bào vi khuẩn để tổng hợp axit amin.

-

Phản ứng khử NO₃→ N₂chỉ xảy ra trong điều kiện kỵ khí. NO₃là chất nhận điện tử cuối cùng

trong chuỗi hô hấp kỵ khí, năng lượng tạo ra được dùng để tổng hợp nên ATP.

Nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình phản nitrat hoá phân bố rộng rãi trong đất. Thuộc nhóm tự

dưỡng hoá năng có Thibacillus denitrificans, Hydrogenomonas agilis ... Thuộc nhóm dị dưỡng có

Pseudomonas denitrificant, Micrococcus denitrificanas ... sống trong điều kiện kỵ khí (ngập nước).

Đối với nông nghiệp quá trình phản nitrat hoá là một quá trình bất lợi vì nó là cho đất mất đạm. Quá

trình này xảy ra mạnh trong điều kiện kỵ khí. Oxy có tác dụng ức chế các enzym xúc tác cho quá

trình khử nitrat, đó là các enzym nitrat reductaza và nitrit reductaza. Ở các ruộng lúa nước người ta

thường làm cỏ xục bùn để hạn chế quá trình này, đồng thời bón đạm amôn chứ không bón đạm

nitrat.

Trong các môi trường tự nhiên ngoài quá trình phản nitrat sinh học nói trên còn có quá trình phản

nitrat hoá học thường xảy ra ở pH < 5,5. Các quá trình này không có sự tham gia của vi sinh vật:

2 Sự phân giải của các hợp chất hữu cơ không có Nitơ

Vòng tuần hoàn cacbon trong tự nhiên

Carbon cycle chu trình cacbon : Sự chu chuyển của nguyên tố cacbon giữa cơ thể và môi trường

nhờ hoạt động sống của các sinh vật trong hệ sinh thái. Cacbon đioxit ( CO₂) trong khí quyển hay

11

trong nước được sinh vật tự dưỡng hấp thụ và biến đổi thành các hợp chất hữu cơ phức tạp như

hyđrat cacbon, protein, lipit ... thông qua quá trình quang hợp và những phản ứng sinh hoá. Một

phần các chất được tạo thành cấu trúc nên cơ thể thực vật. Thực vật được động vật hay các sinh vật

dị dưỡng sử dụng, sau đó, các chất bài tiết cũng như xác chết của sinh vật bị vi khuẩn phân huỷ đến

giai đoạn cuối cùng ( giai đoạn kháng hoá ) trả lại Cacbon đioxit cho môi trường.

Hình 3.1 Chu trình cacbon

Vai trò của vi sinh vật trong vòng tuần hoàn cacbon

Cacbon trong tự nhiên nằm ở rất nhiều dạng hợp chất khác nhau, từ các hợp chất vô cơ đến các hợp

chất hữu cơ. Các dạng này không bất biến mà luôn luôn chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác,

khép kín thành một chu trình chuyển hoá hoặc vòng tuần hoàn cacbon trong tự nhiên. Vi sinh vật

đóng một vai trò quan trọng trong một số khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn này.

Các hợp chất cacbon hữu cơ chứa trong động vật, thực vật, vi sinh vật, khi các vi sinh vật này chết

đi sẽ để lại một lượng chất hữu cơ khổng lồ trong đất. Nhờ hoạt động của các nhóm vi sinh vật dị

dưỡng cacbon sống trong đất, các chất hữu cơ này dần dần bị phân huỷ tạo thnàh CO₂. CO₂được

thực vật và vi sinh vật sử dụng trong quá trình quang hợp lại biến thành các hợp chất cacbon hữu cơ

của cơ thể thực vật. Động vật và con người sử dụng cacbon hữu cơ của thực vật biến thành cacbon

hữu cơ của động vật và người. Người, động vật, thực vật đều thải ra CO₂trong quá trình sống, đồng

thời khi chết đi để lại trong đất một lượng chất hữu cơ, vi sinh vật lại bị phân huỷ nó. Cứ thế trong

tự nhiên các dạng hợp chất cacbon được chuyển hoá liên tục. Dưới đây ta xét đến các quá trình

chuyển hoá chính mà vi sinh vật tham gia.

2.2 Sự phân giải một số các hợp chất cacbon do vi sinh vật

2.2.1 Sự phân giải xenluloza

a.. Xenluloza trong tự nhiên

Xenluloza là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật. Ở cây bông, xenluloza chiếm tới 90%

trọng lượng khô, ở các loại cây gỗ nói chung xenluloza chiếm 40 - 50%. Hàng ngày, hàng giờ, một

lượng lớn xenluloza được tích luỹ lại trong đất do các sản phẩm tổng hợp của thực vật thải ra, cây

12

cối chết đi, cành lá rụng xuống. Một phần không nhỏ do con người thải ra dưới dạng rác rưởi, giấy

vụn, phoi bào, mùn cưa v.v.... Nếu không có quá trình phân giải của vi sinh vật thì lượng chất hữu

cơ khổng lồ này sẽ tràn ngập trái đất.

Xenluloza có cấu tạo dạng sợi, có cấu trúc phân tử là 1 polimer mạch thẳng, mỗi đơn vị là một

disaccarrit gọi là xenlobioza. Xenlobioza có cấu trúc từ 2 phân tử D - glucoza. Cấu trúc bậc 2 và bậc

3 rất phức tạp thành cấu trúc dạng lớp gắn với nhau bằng lực liên kết hydro. Lực liên kết hydro

trùng hợp nhiều lần nên rất bền vững, bởi vậy xenluloza là hợp chất khó phân giải. Dịch tiêu hoá của

người và động vật không thể tiêu hoá được chúng. Động vật nhai lại tiêu hoá được xenluloza là nhờ

khu hệ vi sinh vật sống trong dạ dày cỏ.

b. Cơ chế của quá trình phân giải xenluloza nhờ vi sinh vật

Xenluloza là một cơ chất không hoà tan, khó phân giải. Bởi vậy vi sinh vật phân huỷ xenluloza phải

có một hệ enzym gọi là hệ enzym xenlulaza bao gồm 4 enzym khác nhau. Enzym C₁có tác dụng cắt

đứt liên kết hydro, biến dạng xenluloza tự nhiên có cấu hình không gian thành dạng xenluloza vô

định hình, enzym này gọi là xenlobiohydrolaza.

Enzym thứ hai là Endoglucanaza có khả năng cắt đứt các liên kết β - 1,4 bên trong phân tử tạo thành

những chuỗi dài. Enzym thứ 3 là Exo - gluconaza tiến hành phân giải các chuỗi trên thành disaccarit

gọi là xenlobioza. Cả hai loại enzym Endo và Exo - gluconaza được gọi là C_x. Enzym thứ 4 là β -

glucosidaza tiến hành thủy phân xenlobioza thành glucoza.

c. Vi sinh vật phân huỷ xeluloza

Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenluloza nhờ có hệ enzym

xenluloza ngoại bào. Trong đó vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường

một lượng lớn enzym đầy đủ các thành phần. Các nấm mốc có hoạt tính phân giải xenluloza đáng

chú ý là Tricoderma. Hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoạt sinh trong đất và đều có khả

năng phân huỷ xenluloza. Chúng tiến hành phân huỷ các tàn dư của thực vật để lại trong đất, góp

phần chuyển hoá một lượng chất hữu cơ khổng lồ. Tricoderma còn sống trên tre, nứa, gỗ tạo thành

lớp mốc màu xanh phá huỷ các vật liệu trên. Trong nhóm vi nấm ngoài Tricoderma còn có nhiều

giống khác có khả năng phân giải xenluloza như Aspergillus, Fusarium. Mucor ...

Nhiều loài vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xenluloza, tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi

nấm. Nguyên nhân là do số lượng enzym tiết ra môi trường của vi khuẩn thường nhỏ hơn, thành

phần các loại enzym không đầy đủ. Thường ở trong đất có ít loài vi khuẩn có khả năng tiết ra đầy đủ

4 loại enzy, trong hệ enzym xenlulaza. Nhóm này tiết ra một loại enzym trong hệ enzym xenlulaza.

Nhóm này tiết ra một loại enzym, nhóm khác tiết ra các loại khác, chúng phối hợp với nhau để phân

giải cơ chất trong mối quan hệ hỗ sinh.

Nhóm vi khuẩn hiếu khí bao gồm Pseudomonas, Xenllulomonas, Achromobacter.

Nhóm vi khuẩn kị khí bao gồm Clostridium và đặc biệt là nhóm vi khuẩn sống trong dạ cỏ của động

vật nhai lại. Chính nhờ nhóm vi khuẩn nàu mà trâu bò có thể sử dụng được xenluloza có trong cỏ,

rơm rạ làm thức ăn. Đó là những cầu khuẩn thuộc chi Ruminococcus có khả năng phân huỷ

xenluloza thành đường và các axit hữu cơ.

Ngoài vi nấm và vi khuẩn, xạ khuẩn và niêm vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xenluloza. Người

ta thường sử dụng xạ khuẩn đặc biệt là chi Streptomyces trong việc phân huỷ rác thải sinh hoạt.

Những xạ khuẩn này thường thuộc nhóm ưa nóng, sinh trưởng, phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 45 -

500C rất thích hợp với quá trình ủ rác thải.

2.2.2 Sự phân giải tinh bột

a. Tinh bột trong tự nhiên

13

Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu là của thực vật, bởi vậy nó chiếm một tỉ lệ lớn trong thực vật, đặc

biệt là trong những cây có củ. Trong tế bào thực vật, nó tồn tại ở dạng cáchạt tinh bột. Khi thực vật

chết đi, tàn dư thực ích luỹ ở trong đất một lượng lớn tinh bột. Nhóm vi sinh vật phân huỷ tinh bột

sống đất sẽ tiến hành phân huỷ chất hữu cơ này thành những hợp chất đơn giản, chủ yếu là đường và

ãit hữu cơ.

Tinh bột gồm 2 thành phần amilo và amipectin. Amilo là những chuỗi không phân nhánh bao gồm

hành trăm đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng dãy nối 1,4 glucozit. Amilopectin là các chuỗi phân

nhánh; các đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng dây nối 1,4 và 1,6 glucozit (liên kết 1.6 glucozit tại

những chổ phân nhánh). Amilopectin chính là dạng liên kết của các amilo thường chiếm 10 -30%,

amilopectin chiếm 30 - 70%. Đặc biệt có một số dạng tinh bột ở một vài loại cây chỉ chứa một trong

hai thành phần amilo hoặc amilope/ctin.

b. Cơ chế của quá trình phân giải tinh bột nhờ vi sinh vật

Vi sinh vật phân giải tinh bột có khả năng tiết ra môi trường hệ enzym amilaza bao gồm 4 enzym:

* α - amilaza có khả năng tác động vào bất kỳ mối liên kết 1,4 glucozit nào trong phân tử tinh bột.

Bởi thế α - amilaza còn được gọi là endoamilaza. Dưới tác động của α - amilaza phân tử tinh bột

được cắt thành nhiều đoạn ngắn gọi là sự dịch hoá tinh bột. Sản phẩm của sự dịch hoá thường là các

đường 3 cacbon gọi là Mantotrioza.

* β - amilaza chỉ có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,4 glucozit ở cuối phân tử tinh bột bởi thế còn gọi

là exoamilaza. Sản phẩm của β - amilaza thường là đường disaccarit matoza.

* Amilo 1,6 glucosidaza có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucosit tại những chỗ phân nhánh của

amilopectin.

* Glucoamilaza phân giải tinh bột thành glucoza và các oligosaccarit. Enzym này có khả năng phân

cắt cả hai loại liên kết 1,4 và 1,6 glucozit.

Dưới tác động của 4 loại enzym trên, phân tử tinh bột được phân giải thành đường glucoza.

c. Vi sinh vật phân giải tinh bột

Trong đất có nhiều loại vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột. Một số vi sinh vật có khả năng

tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym trong hệ enzym amilaza. Ví dụ như một số vi nấm bao gồm

một số loài trong các chi Aspergillus, Fusarius, Rhizopus ... Trong nhóm vi khuẩn có một số loài

thuộc chi Bacillus, Cytophaga, Pseudomonas ... Xạ khuẩn cũng có một số chi có khả năng phân huỷ

tinh bột.

Đa số các vi sinh vật không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzym amilaza phân huỷ tinh bột. Chúng chỉ

có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài men trong hệ đó. Ví dụ như các loài Aspergillus

candidus, A.niger, A.oryzae, Bacillus subtilis, B. mesenterices, Clostridium pasteurianum, C.

butiricum ... chỉ có khả năng tiết ra môi trường một loại enzym α - amilaza. Các loài Aspergillus

oryzae, Clostridium acetobutilicum ... chỉ tiết ra môi trường β - amiloza. Một số loài khác chỉ có khả

năng tiết ra môi trường enzym glucoamilaza. Các nhóm này cộng tác với nhau trong quá trình phân

huỷ tinh bột thành đường.

Trong sản xuất người ta thường sử dụng các nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ tinh bột. Ví dụ

như các loại nấm mốc thường được dùng ở giai đoạn đầu của quá trình làm rượu, tức là giai đoạn

thuỷ phân tinh bột thành đường. Trong chế biến rác thải hữu cơ người ta cũng sử dụng những chủng

vi sinh vật có khả năng phân huỷ tinh bột để phân huỷ tinh bột có trong thành phần rác hữu cơ.

14

2.2.3 Sự phân giải đường đơn

Ở phần trên chúng ta thấy kết quả của quá trình phân giải xenluloza và tinh bột đều tạo thành đường

đơn (đường 6 cacbon). Đường đơn tích luỹ lại trong đất sẽ được tiếp tục phân giải các nhóm vi sinh

vật phân giải đường. Có hai nhóm vi sinh vật phân giải đường: nhóm háo khí và nhóm lên men.

Sự phân giải đường nhờ các quá trình lên men

Sản phẩm của sự phân giải đường nhờ các quá trình lên men là những chất hữu cơ chưa được oxy

hoá triệt để. Dựa vào các sản phẩm sinh ra người ta đặt tên cho các quá trình đó:

Quá trình lên men etylic

Quá trình lên men etylic còn được gọi là quá trình lên men rượu. Sản phẩm của quá trình là rượu

etylic và CO₂. Dưới tác dụng của một hệ thống enzym sinh ra bởi vi sinh vật, glucoza được chuyển

hoá theo con đường Embden - Mayerhof để tạo thành pyruvat. Pyruvat dưới tác dụng của men

piruvat decacboxylaza và tiamin pirophotphat sẽ khử cacboxyl tạo thành axetaldehyt. Axetaldehyt sẽ

bị khử thành rượu etylic. Đó chính là cơ chế của quá trình lên men rượu, quá trình này ngoài tác

dụng của hệ thống enzym do vi sinh vật tiết ra còn đòi hỏi sự tham gia của photphat vô cơ.

2C₆H₁₂O₆+ 2H₃PO₄→ 2CO₂+ 2CH₃CH₂OH + 2H₂O

+ fructoza 1,6 diphotphat

Đó là kiểu lên men rượu bình thưuờng. Khi có mặt của NaHCO₃hay Na₂HPO₄quá trình lên men sẽ

sinh ra một sản phẩm khác là Glyxerin đồng thời hạn chế sự sịn ra rượu etylic.

Nhiều loài vi sinh vật có khả năng lên men rượu, trong đó mạnh nhất là có ý nghĩa kinh tế nhất là

nấm men Saccharomyces cerevisiae. Người ta thường ứng dụng quá trình lên men rượu để sản xuất

rượu, bia nước giải khát lên men. Khi sử dụng nguồn tinh bột để chế tạo rượu thì người ta phải tiến

hành 2 bước, bước 1 là quá trình phân huỷ tinh bột thành đường thường dùng các loài nấm mốc

phân huỷ tinh bột. Bước 2 mới là quá trình lên men đường thành rượu thường sử dụng nấm men. Để

rút ngắn và đơn giản hoá quá trình, một số nhà nghiên cứu đang tiến hành ghép gen phân huỷ tinh

bột ở một loài nấm mốc có khả năng phân huỷ tinh bột vào Saccharomyces serevisiae.

Quá trình lên men rượu còn được sử dụng trong công nghiệp làm bánh mỳ, CO₂sinh ra trong quá

trình lên men có tác dụng làm nở bột mỳ. Các nấm men có khả năng lên men rượu còn được dùng

trong việc ủ men thức ăn. Thức ăn gia súc được ủ men có hương vị thơm ngon kích thích tiêu hoá

của gia súc.

Quá trình lên men Lactic

Quá trình phân giải glucoza thành axit lactic được gọi là quá trình lên men lactic. Có 2 loại lên men

lactic đồng hình và lên men lactic dị hình.

Ở sự lên men lactic đồng hình glucoza bị phân giải theo con đường Embden - Mayerhof tạo thành

axit pyruvic, axit pyruvic khử thành axit lactic.

Quá

trình

lên

men

lactic

đồng

hình

được

thực

hiện

bởi

nhóm

vi

khuẩn Lactobacterium và Streptococcus.

Ở sự lên men lactic dị hình glucoza bị phân giải theo con đường pentozophotphat. Sản phẩm của quá

trình lên men ngoài axit lactic còn có rượu etylic, axit axetic và glyxerin.

15

Vi khuẩn lactic thường đòi hỏi nhiều loại chất sinh trưởng, chúng khó có thể phát triển trên môi

trường tổng hợp mà chỉ có thể sống trên môi trường có các chất hữu cơ như nước chiết nấm men,

sữa, máu v.v... Chúng thường phân bố trên thực vật hoặc xác thực vật, trong sữa, các sản phẩm của

sữa, trong ruột người và động vật.

Quá trình lên men lactic được ứng dụng để chế tạo axit lactic, muối rau quả, chế biến sữa chua v.v...

Rau quả được muối, sữa biến thành sữa chua sau quá trình lên men lactic đều có tác dụng tiêu hoá

rất tốt. Việc ủ chua thức ăn gia súc cũng dựa trên sự lên men lactic.

Trong quá trình muối dưa, áp suất thẩm thấu do muối tạo ra sẽ làm cho chất dịch bên trong tế bào

rau đi ra ngoài. Vi khuẩn lactic có sẵn trong không khí sử dụng dịch tế bào đó để sống, lúc đầu cũng

có cả những vi khuẩn hoại sinh khác, sau đó do axit lactic sinh ra làm hạ pH, ức chế các vi khuẩn

khác. Đến một pH nhất định vi khuẩn lactic cũng bị ức chế, lúc đó sẽ xuất hiện váng dưa là một loại

nấm men chịu pH thấp. Nấm men này phân huỷ axit lactic thành CO₂và H₂O làm cho dưa giảm độ

chua, các loại vi khuẩn hoại sinh do pH lên cao lại phát triển trở lại làm cho dưa bị khú.

Ngoài các quá trình lên men rượu, lên men lactic nói trên, trong thiên nhiên còn có nhiều nhóm vi

sinh vật tiến hành phân giải đường nhờ các quá trình lên men khác. Ví dụ như sự lên men propionic,

sản phẩm của quá trình là axit propionic, sự lên men focmic, lên men butiric, lên men metan ... sản

phẩm của quá trình là axit focmic, rượu butiric, khí mêtan ... các nhóm vi khuẩn trên đều phân bố

rộng rãi trong đất và tiến hành phân giải đường đơn thành các sản phẩm khác nhau. Đó là sự phân

giải đường nhờ các quá trình lên men.

Sự phân giải đường nhờ các quá trình oxy hoá

Các nhóm vi sinh vật háo khí có khả năng phân huỷ triệt để đường glucoza thành CO₂và H₂O qua

chu trình Crebs (đọc giáo trình sinh hoá học). Sản phẩm của các quá trình háo khí không phải là các

chất hữu cơ như ở các quá trình lên men mà là CO₂và H₂O.

Như vậy nhờ các nhóm vi sinh vật khác nhau mà đường glucoza được sinh ra trong sự phân giải

xenluloza và tinh bột lại được phân giải tiếp tục. Các sản phẩm của quá trình phân giải đường do lên

men cũng được tiếp tục phân giải. Ví dụ như rượu etylic là sản phẩm của quá trình lên men rượu sẽ

được nhóm vi khuẩn axetic chuyển hoá thành axit axetic, đó chính là cơ chế của quá trình sản xuất

dấm ăn v.v...

Các hợp chất cacbon hữu cơ trong đất được các nhóm vi sinh vật khác nhau phân huỷ cuối cùng

thành CO₂và H₂O. CO₂và H₂O lại được nhóm vi khuẩn dinh dưỡng quang năng và thực vật đồng

hoá thành chất hữu cơ, khép kín vòng tuần hoàn cacbon, nếu như không có sự hoạt động của các

nhóm vi sinh vật trong đất thì vòng tuần hoàn cacbon không thể khép kín, các chất hữu cơ không

được phân huỷ và lúc đó tai họa sinh thái sẽ xảy ra dẫn đến sự khủng hoảng sinh cầu, sự sống trên

trái đất sẽ không thể tiếp diễn.

Sự cố định CO₂

Là quá trình quang hợp của cây xanh và vi sinh vật tự dưỡng quang năng. Quá trình này chuyển hoá

CO₂thành chất hữu cơ - sản phẩm của quá trình quang hợp.

Tóm lại, các nhóm vi sinh vật tham gia trong quá trình chuyển hoá các hợp chất cacbon đã góp phần

khép kín vòng tuần hoàn vật chất, giữ mối cân bằng vật chất trong thiên nhiên. Từ đó giữ được sự

cân bằng sinh thái trong các môi trường tự nhiên. Sự phân bố rộng rãi của các nhóm vi sinh vật

chuyển hoá các hợp chất cacbon còn góp phần làm sạch môi trường, khi môi trường bị ô nhiễm các

hợp chất hữu cơ chứa cacbon. Người ta sử dụng những nhóm vi sinh vật này trong việc xử lý chất

thải có chứa các hợp chất cacbon hữu cơ như xenluloza, tinh bột v.v...

16

Bài 3: Một số vi sinh vật thường gặp

1 Vi sinh vật có lợi

Trong thực tế đời sống hiện nay người ta đã biết lợi dụng những biến đổi có lợi của vi sinh

vật để tạo ra những sản phẩm thực phẩm có chất lượng và phù hợp hơn cho nhu cầu dinh dưỡng

ngày càng cao của con người. Như sử dụng sinh khối vi sinh vật làm nguồn thức ăn giàu dinh

dưỡng, ứng dụng các quá trình lên men rộng rãi trong việc sản xuất các loại thực phẩm quan trọng

như: rượu, bia, nước giải khát, bánh mì, nước mắm, mì chính,…cũng như làm gia tăng giá trị dinh

dưỡng của các loại thực phẩm như tempeh, natto… được lên men từ đậu nành.

2 Vi sinh vật có hại

2.1 Gây hư hỏng thực phẩm:

Hệ vi sinh vật thực phẩm được phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau:

Thực phẩm bị nhiễm vi sinh vật từ môi trường bên ngoài, tay công nhân, dụng cụ, quá trình chuyên

chở, bảo quản…

Thực phẩm bị nhiễm vi sinh vật từ bản thân nguyên liệu.

Do thực phẩm thường là những chất chứa nhiều nước, nhiều chất dinh dưỡng, vitamin và khoáng

chất nên đây là môi trường thuận lợi cho nhiều loài vi sinh vật có hại phát triển. Mỗi loại thực phẩm

thường có một hệ vi sinh vật riêng và hoạt động của chúng gây nên những biến đổi sinh hoá, cơ lý

trong thực phẩm và làm giảm chất lượng hoặc hư hỏng thực phẩm. Ta phải nghiên cứu để hiểu thật

rõ về hệ vi sinh vật thực phẩm và những biến đổi do chúng gây nên nhằm mục đích bảo quản thực

phẩm trong thời gian dài nhất với số lượng và chất lượng hao hụt của thực phẩm là ít nhất.

2.2 Thực phẩm mang vi sinh vật gây bệnh

Khi chúng ta ăn phải các loại thực phẩm mang vi sinh vật gây bệnh hoặc độc tố của chúng sẽ gây ra

nhiều bệnh cho cơ thể người là động vật có thể để lại hậu quả nghiêm trọng thậm chí dẫn đến tử

vong. Các bệnh thường gặp là thương hàn do vi khuẩn Salmonella, tả do Shigella, lao do

Micobacterium,... Ngoài ra còn có thể dẫn đến các triệu chứng ngộ độc nghiêm trọng nếu chúng ta

ăn phải độc tố của vi khuẩn như độc tố botulin của vi khuẩn độc thịt Clostridium botulinum, độc tố

của vi khuẩn tụ cầu vàng Staphylococcus aureus

17

Bài 4: Vi sinh vật trong bảo quản và chế biến thịt, cá, tôm, mực,động vật nhuyễn

thể

1 Hệ vi sinh vật của cá

1.1. Đặc điểm của cá

Thành phần hoá học của cá gần giống thịt: hàm lượng nước từ 65÷85%, nhiều chất dinh dưỡng như

lipid: 0,1÷33%, protein: 12÷23%, vitamin... Cá thường được bảo quản nguyên con, do có lớp nhớt

nên chứa nhiều vi sinh vật sẽ gây hư hỏng khi bảo quản. Ngoài ra cá còn có hệ vi sinh vật đường

ruột, khi vi sinh vật đường ruột phát triển mạnh sẽ thuỷ phân màng ruột, sau đó chúng theo ống

xương đến những lớp thịt. Vi sinh vật ở mang cá rất nhiều, mang cá có nhiều mạch máu nên vi sinh

vật xâm nhiễm đến thịt dễ dàng. Mặt khác khi đánh bắt cá không biết con nào mắc bệnh, khi bảo

quản cả khối cá thì vi sinh vật nhiễm từ những con bị bệnh sang những con khác làm cho cả khối cá

bị hư hỏng. Cá có nhiều protein đơn giản hơn thịt nên cá dễ bị thối rữa hơn thịt.

1.2. Hệ vi sinh vật của cá

Hệ vi sinh vật trên bề mặt cá từ 10³÷10⁶tế bào trên 1cm². Hệ vi sinh vật ở cá thường phụ thuộc vào

loài cá, thành phần lớp nhầy trên da cá và phụ thuộc vào các điều kiện khác như thời gian đánh bắt

cá. Những loài cá sống ở tầng đáy, lớp bùn có nhiều vi sinh vật nên hệ vi sinh vật đa dạng hơn cá

sống ở tầng mặt. Cá sống ở nước mặn ít vi sinh vật hơn cá sống ở nước ngọt. Lượng vi sinh vật trên

bề mặt cá cũng phụ thuộc vào lượng vi sinh vật trong nước. Khi trời mưa vi sinh vật trong đất theo

nước xuống ao hồ làm cho lượng vi sinh vật trên cá cũng tăng cao.

Hệ vi sinh vật trên cá rất phong phú và đa dạng gồm: vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc… Tuy

nhiên vi khuẩn là chủ yếu: Micrcoccus cereus, Micrcoccus flavus, Pseudomonas fluorescen, Proteus

vulgaris… và phụ thuộc vào môi trường.

Trong mang cá có nhiều mạch máu, O 2, pH trung tính nên ở mang cá chủ yếu là vi sinh vật hô hấp

hiếu khí, thích hợp pH trung tính nhiều nhất làPseudomonas fluorescen.

Trong ruột cá có nhiều vi sinh vật trực khuẩn đường ruột hô hấp kỵ khí như: Clostridium

sporogenes, Clostridium putrificum, Salmonella, Ecoli…

Sự thối rữa cá

Cá tươi sẽ không bảo quản được lâu nếu không xử lý sơ bộ như móc mang cá, ruột cá vì đây là

những bộ phận chứa nhiều vi sinh vật có thể làm hư hỏng cá. Cũng như tất cả sinh vật khác, tế bào

cá cũng có khả năng miễn dịch tự nhiên ức chế đối với các vi sinh vật khi còn sống. Khi bị chết khả

năng này mất đi. Khi cá chết các vi sinh vật trong mang, ruột và trên da cá phát triển mạnh và xâm

nhâp vào các mô làm cho cá bị ươn, sau đó protein bị thuỷ phân làm cho cá bị thối rữa, cá bắt đầu bị

thối rữa khi tế số lượng vi sinh vật lên tới 10⁷÷10⁸tế bào/ 1g.

Sự ươn cá không những chỉ có quá trình vi sinh mà còn có cả quá trình sinh hoá do sự hoạt động của

các enzyme, quá trình sinh hoá gọi là hiện tượng tự phân. Trước hết sự thối rữa bắt đấu từ ngoài rồi

xâm nhập vào bên trong. Protein bị phân huỷ tạo thành các hợp chất có chứa nitơ làm cho thịt cá có

tính kiềm sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật hoại sinh phát triển. Thịt cá thay đổi màu sắc, có mùi

khó ngửi do sự phân huỷ protein tao thành ammoniac, sulfuahydro, indol, cadaverin…

Quá trình thối rữa cá rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện ngoại cảnh và thành phần vi sinh

vật có mặt.

Các vi khuẩn thường thấy là: Bacillus mycoides, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus,

Chromobacterium progodiosum, Proteus vulgaris, Clostridium putrificus, Clostridium sporogenes.

Các nấm mốc có khả năng phân huỷ thịt cá là:

Aspergillus, Penicilium, Mucor…Đặc biệt nguy hiểm là loài vi khuẩn Clostridium botulinum trong

quá trình phân huỷ protein thành chất độc botulin.

1.3 Vi sinh vật gây bệnh cá

18

Các vi sinh vật trong đất, xác động vật nhiễm vào nước là nguyên nhân gây nên các bệnh cho cá.

Khi gặp điều kiện thuận lợi những vi sinh vật này phát triển mạnh và chúng xâm nhập và cơ thể cá

qua đường da, miệng, mang, ruột. Bình thường cá có sức đề kháng nhưng khi gặp điều kiện thuận

lợi chúng xâm nhập vào các tổ chức hay tế bào thịt cá gây nên một số bệnh cho cá. Ví dụ như: bệnh

đinh nhọt ở cá hồi do Bacterium salmonicida, bệnh lao do Mycobacterium piseium…

Ngoài ra cá còn một số bệnh do virus, nấm, Branchiomyces sanguinis gây thối mang, một số nấm

mọc thành sợi trên da cá. Thỉnh thoảng cá truyền bệnh cho nhau bằng các vật ký sinh trên da hoặc

mang.

Những vi khuẩn gây bệnh phát triển trên cá tương đối nhiều và đa dạng, khi số lượng nhiều chúng

tạo ra độc tố, khi con người ăn phải những con cá này có thể sẽ bị ngộ độc.

1.4 Các phương pháp bảo quản và hệ vi sinh vật một số sản phẩm từ cá

a. Cá ướp lạnh

Bảo quản lạnh thường từ -1.6 ÷ -1.2^oC đối với cá nước ngọt và -2^oC đối với cá nước mặn. Thành

phần và số lượng vi sinh vật của cá bảo quản lạnh không khác gì cá tươi. Thời gian bảo quản phụ

thuộc vào mật độ vi sinh vật ban đầu. Mặt khác nếu người ta dùng kết hợp hoá chất với phương

pháp bảo quản lạnh thì thời gian sẽ bảo quản lâu hơn. Hoá chất thông dụng thường dùng là:

tetraxilin1-2ppm, NaNO₂0.15%, khí CO₂hoặc SO₂dạng tuyết từ 20-70% so với cá.

Bảo quản ở nhiệt độ thấp được dùng rộng rãi để giữ chất lượng ban đầu của cá. Những vi sinh vật

nhiễm vào cá gồm các nhóm ưa lạnh, ưa ấm và ưa nhiệt. Một trong số chúng chịu được nhiệt độ

lạnh và phát triển ở nhiệt độ 0^oC hoặc thấp hơn, tuy rằng sự phát triển có hơi chậm và các vi sinh vật

không bị chết hoàn toàn ở nhiệt độ đông lạnh.

Ướp lạnh cá chủ yếu làm ức chế các quá trình hoạt động của enzyme và các vi sinh vật gây thối.

Trong khi ướp thân nhiệt của cá chưa đến điểm đóng băng của dịch tế bào cá. Đây cũng là điểm

khác nhau cơ bản giữa phương pháp ướp lạnh và phương pháp đông lạnh. Ướp lạnh không làm

ngừng quá trình phân huỷ cá mà chỉ làm quá trình này chậm lại.

Hệ vi sinh vật của cá ướp lạnh về nguyên tắc không khác gì so với cá tươi. Nhưng trong cá ướp lạnh

nhóm vi sinh vật ưa lạnh ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và thời gian bảo quản cá.

Pseudomonas fluorescens, Bacterium putrifaciens… và một số loài nấm mốc như Mucor,

Aspergillus, Penicilium…

b. Cá đông lạnh

Bảo quản đông lạnh từ -18÷-12 ^oC tuỳ thuộc vào kích thước cá. Độ tươi phụ thuộc vào số lượng vi

sinh vật có trên cá và thời gian bảo quản, sau 2 đến 3 tháng thì cá bắt đầu thay đổi chất lượng do quá

trình oxi hoá tự nhiên của mỡ và quá trình tự phân huỷ của protein cá.

Cá bảo quản đông lạnh ở nhiệt độ rất thấp nên hầu hết các vi sinh vật đều bị ức chế.

Cá trước khi bảo quản đông lạnh được rửa bằng nước sạch có pha chất sát khuẩn. Cá càng tươi và

làm đông lạnh càng sớm thì chất lượng cá sẽ ít thay đổi. Đông lạnh là phương pháp giữ giá trị dinh

dưỡng và hương vị ban đầu của cá tốt nhất. Ngày nay trong quá trình đánh bắt người ta bảo quản cá

trong buồng đông lạnh của tàu nên chất lượng cá rất tươi ngon.

Cần chú ý là ở nhiệt độ đông lạnh hầu hết các vi sinh vật không chết mà chỉ bị ức chế, về thành phần

hệ vi sinh vật của cá coi như không đổi. Trên bề mặt da cá biển đông lạnh thấy có nhiều loại trực

khuẩn, cầu khuẩn, nấm mốc…

Trong khi bảo quản nếu nhiệt độ tăng lên trên 0^oC sẽ làm tan băng, các tổ chức của cá sẽ bị vỡ ra

làm mất dịch tế bào, giảm chất lượng dinh dưỡng, khi đó vi sinh vật sẽ phát triển mạnh. Vì vậy trong

trường hợp này cá sẽ rất dễ bị hư và không nên bảo quản đông lạnh hai lần đối với cá tươi.

c. Cá muối

Từ xa xưa con người đã biết dùng muối để chượp cá. Ướp cá có thể dùng muối khô, muối ướt hay

ngâm vào dịch nước muối, lượng muối ăn thường từ 15÷20%. Nhờ áp suất thẩm thấu của nước

19

muối làm cho các tế bào vi sinh vật bị co nguyên sinh. Ở trạng thái này quá trình trao đổi chất của

chúng không thực hiện được và hoạt động sống của tế bào vi sinh vật bị dừng lại, tế bào vi sinh vật

bị chết hay chuyển sang dạng sống tiềm sinh.

Khi muối cá chúng ta cần chú ý một số vi khuẩn gây bệnh và gây ngộ độc như Clostridium

botulinum, Salmonella bị ngừng hoạt động trong nồng độ muối không cao nhưng sống được rất lâu

trong nồng độ muối cao.

Một số loài vi khuẩn thích nghi dần và vẫn phát triển bình thường trong môi trường nước muối, vì

vậy trong chượp muối cá vẫn thấy một lượng lớn vi sinh vật sống trong dịch ngâm.

Một số vi sinh vật ưa mặn như: Serracia salinaria, Micrococcus roseus khi lẫn trong muối sẽ làm

tổn thất nặng cho cá chượp muối. Chúng phát triển ở nồng độ muối khá cao làm cho cá muối bị hư

hỏng. Thịt cá chuyển từ axit nhẹ sang kiềm, xuất hiện các sản phẩm phân huỷ từ protein như

amoniac, tiếp nữa là có mùi khó ngửi.

Hệ vi sinh vật của cá muối phụ thuộc vào cá nguyên liệu, số lượng vi sinh vật trong nước và trong

muối, điều kiện vệ sinh và quá trình bảo quản.

Trong cá muối có các biến đổi phức tạp liên quan đến các enzyme protease và phản ứng oxi hoá khử

trong thịt cá, cũng như sự hoạt động của hệ vi sinh vật vì vậy chất lượng cá muối rất khác xa với cá

tươi. Cá muối có thể dùng làm thức ăn mà không cần chế biến vì quá trình muối đã làm cá “chín” tự

nhiên. Nhóm vi khuẩn lactic và vi khuẩn sinh hương đóng vai trò rất lớn trong quá trình tự chín của

cá.

d. Cá khô

Vi sinh vật thường phát triển được khi môi trường có ẩm độ nhất định, độ ẩm tới hạn cho sinh

trưởng của vi khuẩn là 30%, nấm mốc là 15%. Khi môi trường có ẩm độ thấp hơn ngưỡng này thì

chúng không thể phát triển được. Vì vậy để hạn chế vi sinh vật phát triển hư hại cho cá người ta

thường phơi sấy khô cá. Nhiều vi sinh vật bị chết hay bị yếu đi khi ta sấy khô cá. Khi sấy khô cá

không thể tiêu diệt hết tất cả các tế bào vi sinh vật, nhất là các bào tử vi khuẩn và nấm mốc rất bền

với trạng thái khô hạn. Những bào tử này sống được hàng năm và khi gặp điều kiện thuận lợi chúng

sẽ phát triển và gây hư cá khô.

Để thời gian bảo quản lâu hơn người ta thường ướp muối trước khi sấy khô, muối ức chế sự phát

triển của vi sinh vật. Chất lượng cá khô phụ thuộc vào cá nguyên liệu, phương pháp sấy, cũnh như

mức độ vệ sinh ở nơi sản xuất.

Hiện nay người ta dùng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp, sản phẩm sấy sẽ không bị

thay đổi màu sắc, giữ nguyên giá trị dinh dưỡng, vitamin và khoáng chất được ổn định.

e. Một số phương pháp khác

Làm chua cá: thịt cá được ngâm trong dung dịch axit axetic từ 4÷6% làm cho độ pH giảm sẽ hạn

chế được vi sinh vật gây hư hỏng và bảo quản ở nhiệt độ thấp từ -2 đến 6^oC.

Đồ hộp: thịt cá đóng hộp sau đó thanh trùng ở nhiệt độ từ 105÷115⁰C trong thời gian từ 45÷60 phút,

ngoài ra còn dùng thêm mỡ lợn để hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.

g. Cách chượp cá

Đây là một khâu quan trong trong quá trình sản xuất nước mắm. Đem cá đã rửa sạch không bỏ ruột

cho vào chum ướp với muối, để cho cá ngấu, protein sẽ bị thuỷ phân thành axit amin. Đến đây

người ta phải cho đủ lượng muối (20-30%) để ức chế các vi sinh vật gây thối và để các axit amin

không bị thuỷ phân.

Thành phần chính của nước mắm là axit amin, ngoài ra còn có muối khoáng, vitamin…

Biến đổi hoá sinh trong khi chượp cá là do hệ ezyme protease của thịt cá và vi sinh vật. Cá bắt đầu

mềm và chuyển sang rữa nát, protein bị thuỷ phân thành các peptit, peptone rồi axit amin. Hoạt tính

protease ở đây chủ yếu có trong ruột cá và từ các vi sinh vật ưa mặn có sẵn trong cá, trong nước,

trong muối… Có nhiều vi sinh vật ưa mặn hay quen dần với môi trường sẽ phát triển mạnh trong

20