Giới thiệu giáo trình ” Giáo Trình Công Nghệ Lên Men “
1.2. DINH DƯỠNG VI SINH VẬT
Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp thu từ các môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp các thành phần của tế bào, hoặc để cung cấp cho quá trình trao đổi năng lượng.
Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng để thoả mãn mọi nhu cầu sinh trưởng và phát triển được gọi là quá trình dinh dưỡng. Chất dinh dưỡng phải là những chất có tham gia vào các quá trình trao đổi chất ở nội bào.
Trong quá trình trao đổi chất, một phần vật chất trong thức ăn được đồng hoá để xây dựng tế bào, kết quả là tăng sinh khôi; một phần khác của chất dinh dưỡng được oxy hoá, giải phóng năng lượng để phục vụ cho các hoạt động sống của tế bào và có thể tạo thành các sản phẩm cần thiết sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau.
1.2.1. Thành phần hoá học của vi sinh vật
Để hiểu rõ quá trình dinh dưỡng của vi sinh vật, trước hết cần nắm được thành phần hoá học tế bào của chúng.
Thành phần hoá học của vi sinh vật luôn luôn thay đổi trong quá trình sống và rất khác nhau ở những chủng loại. Tuy nhiên về cơ bản, thành phần hoá học của tế bào gồm có: protein, axit nucleic, gluxit, chất béo, chất khoáng, nước,… Tỷ lệ các chất hữu cơ, vô cơ trong tế bào vi sinh vật thay đổi rất nhiều theo điều kiện nuôi dưỡng, thời gian, giai đoạn sinh trưởng. Trong tế bào vi sinh vật, các hợp chất thành phần chia làm hai nhóm:
Nhóm 1: gồm nước và muối khoáng;
Nhóm 2: gồm các hợp chất hữu cơ.
1.2.1.1. Nước
Nước chiếm từ 75 – 80% khối lượng tế bào vi sinh vật và có ý nghĩa rất lớn đối với đời sống của chúng. Nước ở trong tế bào một phần ở dạng liên kết ở các dạng keo của tế bào và tham gia vào cấu trúc của tế bào; phần lớn còn lại ở dạng tự do thường dưới dạng dung dịch các hợp chất hữu cơ, vô cơ hình thành trong tế bào liên quan đến quá trình trao đổi chất. Lượng nước tự do trong tế bào tham gia vào sự sinh trưởng của chúng. Nước liên kết không có tính hoà tan và linh động.
Trong quá trình sống của vi sinh vật, nếu mất nước tự do với lượng đáng kể sẽ dẫn đến tình trạng khô héo tế bào và ảnh hưởng sâu sắc đến quá trình trao đổi chất. Mất nước liên kết dẫn đến phá vỡ cấu trúc của tế bào và tế bào bị chết. Trong tế bào, nước tham gia vào thành phần các thể keo như tế bào chất (nước liên kết). Nước giữ vai trò là dung môi (nước tự do) cho các chất hữu cơ và vô cơ hoà tan, nhờ đó mà chúng dễ dàng tham gia vào các phản ứng nội bào. Đặc biệt nước tham gia tích cực vào các phản ứng oxy hoá – khử, các phản ứng thuỷ phân dưới tác dụng của hệ enzyme. Ngoài ra, nước còn là nguồn cung cấp các ion H, OH cho quá trình trao đổi chất.
1.2.1.2. Chất khoáng
Trong tế bào vi sinh vật thấy có rất nhiều chất khoáng, chúng thường ở dạng muối sunphat, photphat, cacbonat, clorua,… và ở dạng các ion. Hàm lượng các chất khoáng chỉ chiếm dưới 15% chất khô của tế bào (đa số ở khoảng 2-5%). Các chất khoáng ở dây được chia thành 3 loại: đa lượng, vì lượng, trung lượng, hoặc chỉ là da lượng và vì lượng. Dạng vi lượng chỉ có hàm lượng một vài phần triệu (ppm).
Chất khoáng có trong thành phần của các hợp chất hữu cơ phức tạp như protein, vitamin, enzyme,… Lượng chất vô cơ chứa trong tế bào vi sinh vật rất ít, tuy nhiên chúng giữ vai trò rất quan trọng cho hoạt động sống của tế bào, giữ cho áp suất thẩm thấu nội bào ở mức bình thường. Lượng chất khoáng thay đổi theo từng loại vi sinh vật, ngay trong cùng một loài, lượng các chất khoáng cũng rất khác nhau.
Trong các nguyên tố khoáng thì photpho chiếm số lượng lớn hơn cả. Nó tham gia vào thành phần cấu tạo của protein, enzyme, tham gia vào quá trình trao đổi chất, đặc biệt là cấu tạo nên axit nucleic. Lưu huỳnh (S) tham gia vào cấu tạo protein, các hệ enzyme và tham gia cấu tạo các axit amin chứa S như xistin và xistein. Kali (K) tham gia vào quá trình trao đổi chất, nhất là quá trình chuyển hoá các hợp chất gluxit. Magie (Mg) tham gia vào thành phần các hệ enzyme quan trọng trong tế bào. Các nguyên tố khác cũng giữ vai trò không kém quan trọng. Đặc biệt một số nguyên tố, tuy chiếm lượng cực ít trong tế bào vi sinh vật nhưng lại vô cùng cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của vi sinh vật, gọi là nguyên tố vi lượng. Những nguyên tố vi lượng chủ yếu gồm: Fe, B, Mo, Co, Mn, Zn, Cu,… chúng tham gia trong thành phần các enzyme của vi sinh vật. Tất cả phản ứng tổng hợp sinh học, phân giải và trao đổi chất hữu cơ đều có sự tham gia của hệ enzyme.
1.2.1.3. Các chất hữu cơ
Chất khô trong tế bào chủ yếu là chất hữu cơ chiếm từ 25 – 85%, còn chất khoáng chỉ chứa không quá 15%. Chất hữu cơ chủ yếu là protein, hydratcachon, chất béo, amino axit, enzyme, tỷ lệ giữa chúng thay đổi tuỳ theo loài vi sinh vật và điều kiện sống.
a) Chất đạm
Protein chiếm tỷ lệ lớn hơn cả trong thành phần chất hữu cơ, thường chiếm từ 50 – 80% khối lượng chất khô của vi khuẩn, 40-60% ở nấm men và 15 – 40% ở nắm mốc. Protein dóng vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống của vi sinh vật. Mỗi loại vi sinh vật chứa một số loại protein khác nhau, thường chúng chứa protein thuộc loại globulin, albumin, glutein. Ngoài protein đơn giản, trong vi sinh vật còn chứa cả protein phức nucleo protein. Các protein này chứa nhiều trong nhân và tế bào chất dưới dạng những hợp chất như ADN, ARN. Những chất này thay đổi theo loài vi sinh vật, quá trình sinh trường, phát triển và ngay cả ở từng bộ phận của tế bào. Ví dụ: màng hoá nhày thì chứa glucoproteit, tế bào chất lại chứa nucicoprotcit; nhân thì chứa axit deoxyribonucleic (ADN),…
