CACQUATRINHLENMEN

2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
1
TÊN THÀNH VIÊN NHÓM 4
ĐẶNG THỊ TUYẾT LAN
TRẦN THỊ THUÝ HƯỜNG
LÊ THUỲ DIỄM TRANG
LÊ THỊ CẨM VÂN
VỎ THỊ MỶ NGÔN
TRẦN NHẬT LỆ
NGUYỄN THỊ XUÂN NƯƠNG
BÙI KIM NGÂN
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
2
Sơ đồ lên men hỗn hợp các axit hữu cơ do vi khuẩn đường ruột axetone –
Đặc điểm của lên men do vi khuẩn đường ruột axetone – (như E.coli) là hình thành một số lớn các axit hữu cơ và không hình thành hoặc rất ít butanoldieol.
Chương 6 :
CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN
6.4. Lên men hỗp hợp các axit hữu cơ gây ra bởi họ vi khuẩn đường ruột Enterobacteriaceae:
Lên men hỗn hợp các axit hữu cơ chủ yếu do vi sinh vật đường ruột gây ra. Họ vi khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) theo Brenner (1992) gồm 29 giống, 107 loài và khỏang 50 loài đang được định lọai. Ở đây chia thành 2 nhánh: những vi khuẩn axetone – (âm) và những vi khuẩn axetone + (dương).
Vi khuẩn axetone - : E.coli
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
3
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
4
2. Vi khuẩn axetone +: Enterobacter arogenes
Glucozo
CH3 – COOH
Axit axetic
HOOC - CH2- CH2- COOH
Axit xuccinic
CH3 -CO - COOH
CH3 – CH – CH – CH3
OH OH
butaneldiol
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
5
6.5 Lên men propionic:
6.5.1. Chi vi khuẩn Propionibacterium và Clotridium:
a. Chi vi khuẩn Propionibacterium:
Đây là loại vi khuẩn kị khí không bắt buộc, G+, không di động, không sinh bào tử. Khi nuôi cấy trong môi trường trung tính chúng có hình cầu, xếp thành từng đôi có khi thành từng chuỗi. Khi nuôi cấy thoáng khí chúng có hình que hay hình phân nhánh. Trong tế bào có chứa các hemin (hệ thống xitorom, catalaza).
Chúng có nhiều trong dạ dày cỏ và đường ruột của động vật nhai lại, ở đó chúng tham gia tạo thành axit béo. Có nhiều loài vi khuẩn propionic như: P.freudenchii, P.shermanii, P.acidopropionici.
b. Chi Clotridium:
Chi Clotridium gồm các vi khuẩn G+, di động được nhờ các tiên mao mọc khắp cơ thể, tế bào dinh dưỡng hình que nhưng vì bào tử có kích thước lớn hơn chiều ngang của bào tử dinh dưỡng nên khi mang bào tử tế bào có dạng hình thoi hay hình dùi trống. Đa số loài Clotridium là kị khí không bắt buộc, có hiện tượng flavin cao và không thấy chứa xitocrom và catalaza.
Nhiều loài Clotridium có khả năng đồng hoá polisqaccarit (tinh bột, amilozo) nên chúng còn được gọi là chi Amylobacter. Vì chi vi khuẩn này thường chứa hạt granulozo trong cơ thể nên còn được gọi là chi Granulobacter. Một số loài Clotridium có khả năng cố định nito trong không khí như C.pasteurianum.
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
6
6.5.2. Sơ đồ của lên men propionic:
CH3 - CO – COOH
2 [H]
HOOC – CH2 – CHOH – COOH
H2O
HOOC – CH = CH – COOH
2 [H]
HOOC – CH2 – CH2 – COOH

HOOC – CH2 – CH2 – CO~CoA

HOOC – CH – CO ~ SCoA
CH3
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
7
6.5.3. Ứng dụng của quá trình lên men propionic:
Quá trình lên men này được dùng trong công nghiệp chế tạo vitamin B12 và chê tạo ra các sản phẩm thô dùng trong chăn nuôi.
6.6. Lên men butyric và axetone – butanol:
6.6.1. Khái niệm lên men butyric và lên men axetone – butanol:
Axit butyric, butanol, axetone, izopropanol và 1 số loại rượu, axit hữu cơ khác là sản phẩm của quá trình lên men hidratcacbon thể hiện bởi 1 nhóm vi khuẩn kị khí sinh bào tử thuộc chi Cltridium. Quá trình lên men tạo axit butyric và 1 số sản phẩm khác gọi là quá trình lên men butyric.
Vi khuẩn C.axetobutylicum khi lên men glucozo lần đầu sẽ sinh ra axit butyric. Nhưng sau đó cùng với việc axit hoá môi trường sẽ xảy ra việc tổng hợp 1 số enzim (có cả enzim axetoaxetatdecacboxilaza). Dưới tác dụng của các enzim này, axetol và butanol sẽ được tích luỹ lại trong môi trường. Quá trình lên men này gọi là quá trình lên men axetol – butylic. Đó là cơ sở của ngành công nghiệp lên men nhằm sản xuất 2 dung môi là axetol và butanol.
6.6.2. Chi Clotridium và khả năng lên men của chúng:
Chi Clotridium gồm các vi khuẩn G+, di động được nhờ các tiên mao mọc khắp cơ thể, tế bào dinh dưỡng hình que nhưng vì bào tử có kích thước lớn hơn chiều ngang của bào tử dinh dưỡng nên khi mang bào tử tế bào có dạng hình thoi hay hình dùi trống. Đa số loài Clotridium là kị khí không bắt buộc, có hiện tượng flavin cao và không thấy chứa xitocrom và catalaza.

2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
8
Nhiều loài Clotridium có khả năng đồng hoá polisqaccarit (tinh bột, amilozo) nên chúng còn được gọi là chi Amylobacter. Vì chi vi khuẩn này thường chứa hạt granulozo trong cơ thể nên còn được gọi là chi Granulobacter. Một số loài Clotridium có khả năng cố định nito trong không khí như C.pasteurianum.
Các loài Clotridium lên men kị khí với nhiều sản phẩm và con đường khác nhau tuỳ theo cơ chất sử dụng. Ba sản phẩm được chú ý là: cá axit, các loại rượu, các axetol hoặc khí. Cá loài Clotridium phân giải glucozo theo con đường fructozobiphotphat. Hydro được giải phóng nhờ quá trình khử hydro của glyxeral - dehyd - 3 - photphat, được vận chuyển đến các axit và các axetone, những hợp chất này được tổng hợp từ pyruvat và từ axetyl - CoA.
Sự lên men glucozo do Clotridium burycum và C.axetobutylium có thể coi là quá trình lên men điển hình của giống Clotridium. Sản phẩm đặc trưng của quá trình lên men butyric là: axit butyric. Axit axetic, CO2 và H2. Sản phẩm đặc trưng của quá trình lên men axetonobutylic đi từ glucozo là: butanol, axit butyric và 2 - propanol. Sự tăng dần độ axit trong quá trình lên men dẫn đến sự tổng hợp 1 loạ enzim axeto axeta decacboxylaza, enzim này làm tăng sự tích luỹ axetone và butanol.
6.6.3 Cơ chế của quá trình lên men:
Được biểu diễn bằng sơ đồ sau:
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
9
2CH3 – COOH
A.axetic
CH3 – CO- CH2 – COOH
Axetoaxtic
CH3 – CO – CH3
Axeton
CH3 – CH2 – CH2 –COOH
Butyrat
4 [H]
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
10
6.6.4. Ứng dụng của quá trình lên men:
Quá trình lên men này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Axit butyric được sử dụng trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, nước giải khát, chất thơm, công nghiệp thuộc da… Axetone là 1 dung môi được dùng nhiều trong các ngành sản xuất thuốc nổ, chất dẻo, tinh luyên dầu hoả, chiết rút dầu thực vật, xử lí phim ảnh, chế tạo chất thơm, trong phân tích hoá học và trong nghiên cứu khoa học. Butanol là 1 dung môi phổ biến để hòa tan chất sơn, chât màu, chất béo, nhựa, sáp, để tổng hợp butadien dùng trong tổng hợp cao su nhân tạo.
6.7. Lên men formic:
6.7.1. Khái niệm lên men formic:
Một số loài vi khuẩn, nhất là các vi khuẩn thuộc họ trực khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) có khả năng lên men đường tạo thành axit foocmic (HCOOH) và 1 số sản phẩm khác, quá trình lên men này gọi là quá trình lên men foocmic. Có thể tích luỹ lại hoặc biến đổi dưới tác dụng của fomiat hidrogenliaza:
focmiat hidrogenliaza
HCOOH H2 + CO2


2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
11
6.7.2. Vi khuẩn gây lên men:
Các chi vi khuẩn đường ruột có khả năng lên men foocmic có hình thái rất giống nhau. Đó là những trực khuẩn Gram âm, chu mao, di động mạnh, không sinh bào tử, kị khí không bắt buộc.
Cơ chế của quá trình lên men foocmic ở vi khuẩn E.coli được giải thích như sau:
Axit pyruvic sinh ra trong quá trình đường phân 1 phần được khử thành axit lactic nhờ men lactatdehrogenaza, còn 1 phần được chuyển hoá thành axetilphotphat (hay axetyl CoA) và axit foocmic theo phản ứng sau đây:
CH3COCOOH + H3PO4 CH3COOPO32- + HCOOH
Các cofactor của phản ứng này là TPP (tiaminpirophotphat) và CoA. CO2 và H2 được sinh ra do quá trình phân giải axit foocmic. Axetylphotphat 1 phần tiếp tục được phân giải thành axit xetic. Axit xucxinic cũng được sinh ra do sự oxy hoá axetyl CoA theo chu trình ATC. Enterobacter, Serratia và 1 số loài trong chi Bacillus khi lên men foocmic ngoài sự tạo thành 1 số các sản phẩm nói trên còn có khả năng sản sinh ra axetoin. Chất này sau khi được hình thành sẽ tiếp tục bị khử thành 2,3, butandiol hoặc bị oxy hoá thành diaxetyl.
6.7.3. Ứng dụng của quá trình lên men foocmic:

2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
12
Sản phẩm của quá trình lên men foocmic bao gồm rất nhiều loại khác nhau: axit foocmic, axit axetic, axit xucxinic, axit lactic, etanol, glyxerin, axetoin. Tuỳ từng loại vi khuẩn đường ruột mà các sản phẩm lên men có thể khác nhau rất nhiều.
6.8. Lên men metan:
6.8.1. Khái niệm lên men metan:
Vi khuẩn sinh metan cũng là những loại vi khuẩn kị khí bắt buộc. Chúng chuyển hoá rượu và axit hữu cơ thành CH4, CO2 và có thể còn sinh ra 1 số axit hữu cơ được oxi hoá triệt để.
6.8.2. Vi sinh vật cổ và vi khuẩn lên men metan:
Trường hợp này rất đặc biệt, phổ biến trong thời kì khí quyển còn ít hay không có oxy phân tử, chúng được thiết lập thành 1 nhánh phát triển trong cây chủng loại phát sinh (1980) cùng với vi khuẩn song song tồn tại đến ngày nay. Những vi sinh vật cổ này có thể hình thành metan từ CO2.
Có 2 nhóm dinh dưỡng khác biệt nhau:
1. Những cơ thể sinh metan hoá dưỡng vô cơ bắt buộc, chúng sống trên cơ chất CO2 + H2 theo phản ứng sau:
4H2 + CO2 CH4 + 2H2O AG0 = -136kj (-32,4kcal)
2. Cơ thể dinh dưỡng metylen sinh metan:
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
13
Những cơ thể này sinh trưởng trên cơ chất có chứa nhóm metylen (metanol, methylanine, axetat). Phương trình của quá trình lên menaxetat rất đơn giản:
CH3COOH CH4 + CO2
AG0 -37kj (-89kcal/mol metan)
Còn đối với Metonosarcina barkeri sinh trưởng trên metanol hoặc methylanine. Ở đây 1 phân tử cơ chất được oxy hoá đến CO2:
CH3OH + H2O CO2 + 6H
3CH3OH + 6H 3CH4 + 3H2O
4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O
AG0 = 319,5kj (-76,4kcal cho 1 phản ứng)
AG0 (cho một/mol metan) = -106,5kj (-25,5kcal) hay là:
4(CH3)3 – N + 6H2O 9CH4 + 3CO2 + 4NH3
AG0 = 683,2kj (-163,4kcal cho 1 phản ứng)
AG0 (với một/mol metan = -75,9kj (-18,1kcal))
Nhóm 2 gồn các cơ thể sản sinh metan trực tiếp từ nhóm methyl và không qua CO2.
2/27/2011
ĐHSSINH 08A_NHÓM 4
14
Ở các cơ thể sinh metan người ta đã tìm thấy các coenzim mới là coenzim M và coenzim F420.
6.8.3. Các con đường tạo thành metan ở vi sinh vật cổ:
Nguồn cacbon để tạo thành CH4 có thể là CO2, focmiat, metanol nhóm metyl của axetat, nguyên tử β-cacbon của xerin và meticohalamin. Quá trình focmiat xảy ra với sự tham gia của ATHF. Cacbon sau khi khử thành nhóm metyl sẽ được chuyển tới B12 – coenzim và sau đó dưới sự tham gia của ATP sẽ tiếp tục được khử thành metan.
6.8.4. Ứng dụng của quá trình lên men metan:
Lên men mathane được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất bioga.