Giáo trình Vi sinh công nghiệp (Phần 1)

 LỜI NÓI ĐẦU 
 Vi sinh công nghiệp là một môn học thuộc khối kiến thức cơ sở chuyên ngành , 
ngành Chế biến và bảo quản thực phẩm. Mục tiêu của môn học là học sinh có kiến thức 
về hình thái, cấu tạo, sinh sản, sinh lý, sinh hoá của vi sinh vật và những ứng dụng của vi 
sinh vật trong chế biến và bảo quản lƣơng thực, thực phẩm. 
 Với mục tiêu trên, chúng tôi biên soạn Giáo trình Vi sinh công nghiệp. Nội dung 
của giáo trình sẽ đƣợc trình bày một cách ngắn gọn, đầy đủ và bám sát với chƣơng trình 
môn học, bao gồm các phần sau: 
 Chương I: Hình thái, cấu tạo, sinh sản của vi sinh vật trình bày về đặc điểm 
hình thái, cấu tạo và sinh sản của các loài vi sinh vật phổ biến trong thực phẩm nhƣ: vi 
khuẩn, nấm men, nấm mốc,  hƣớng đến nhận biết và phân loại vi sinh vật. 
 Chương II: Sinh lý của vi sinh vật giới thiệu chức năng sống của vi sinh vật bao 
gồm: quá trình trao đổi chất, quá trình sinh trƣởng, phát triển và mối quan hệ tƣơng tác 
của vi sinh vật với môi trƣờng bên ngoài. 
 Chương III: Các quá trình sinh hoá của vi sinh vật trình bày những quá trình vi 
sinh quan trọng liên quan đến chế biến và bảo quản lƣơng thực thực phẩm nhƣ: quá trình 
lên men, thối rữa. 
 Chương IV: Vi sinh vật trong tự nhiên giới thiệu đặc điểm và sự phân bố của vi 
sinh vật trong tự nhiên: đất, nƣớc, không khí, con ngƣời. 
 Chương V: Vi sinh vật trong lương thực thực phẩm trình bày các nguồn lây 
nhiễm vi sinh vật vào thực phẩm, các loài vi sinh vật thƣờng gặp và biện pháp phòng trừ 
vi sinh vật gây hại thực phẩm. 
 Chúng tôi hy vọng giáo trình vi sinh công nghiệp này sẽ là tài liệu hữu ích cho 
việc giảng dạy, học tập, nghiên cứu môn học Vi sinh công nghiệp của giáo viên, học sinh 
ngành Chế biến và bảo quản thực phẩm. Đây còn là tài liệu tham khảo đối với học sinh 
ngành học khác có giảng dạy môn Vi sinh công nghiệp. 
 Trong quá trình biên soạn, vì thời gian có hạn nên giáo trình này chắc chắn không 
tránh khỏi thiếu sót, tác giả xin tiếp nhận và chân thành cảm ơn những ý 
kiến đóng góp của độc giả để lần tái bản sau đƣợc hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến góp ý xin 
vui lòng gửi về khoa Công nghệ Lƣơng thực thực phẩm - Trƣờng Cao đẳng Công nghệ 
và Kinh tế Hà nội. 
 Tác giả 
 Nguyễn Thị Khả 
 2 
CHƢƠNG I: HÌNH THÁI, CẤU TẠO, SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT 
 Vi sinh vật là những sinh vật vô cùng nhỏ bé mà mắt thƣờng không nhìn 
thấy đƣợc. Muốn quan sát đƣợc chúng ta phải sử dụng kính hiển vi. 
 Các dạng vi sinh vật khác nhau không những về hình dạng, kích thƣớc mà 
khác nhau cả về cấu tạo và đặc tính sinh học. Các dạng vi sinh vật thƣờng gặp là: 
vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, vi rút, thực khuẩn thể, một số loại tảo. 
I. Vi khuẩn 
Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào, cấu tạo đơn giản (không có màng nhân) 
và kích thƣớc nhỏ bé. Mỗi một tế bào vi khuẩn có thể hoạt động sống độc lập. 
1. Hình dạng và kích thƣớc của vi khuẩn 
Vi khuẩn có nhiều hình dạng và kích thƣớc khác nhau. Căn cứ vào hình 
dạng của vi khuẩn ngƣời ta có thể chia chúng thành các nhóm sau: Cầu khuẩn, trực 
khuẩn, xoắn khuẩn. 
1.1. Cầu khuẩn 
Trong thiên nhiên cầu khuẩn rất phổ biến. Đại đa số cầu khuẩn có dạng hình 
cầu, có đƣờng kính từ 0,5-1µm (µm – micromet, 1 µm = 10-6m). 
Đặc tính chung của cầu khuẩn: 
- Tế bào hình cầu có thể đứng riêng rẽ hay liên kết với nhau 
- Có nhiều loài có khả năng gây bệnh cho ngƣời và gia súc 
- Không có cơ quan di động (tiên mao) 
- Không sinh bào tử. 
Tuỳ theo phƣơng hƣớng của mặt phẳng phân chia và cách liên kết giữa các 
tế bào mà hình thành các nhóm cầu khuẩn sau: 
 3 
* Đơn cầu khuẩn (Monococcus): 
Thƣờng đứng riêng rẽ từng tế bào một, 
đa số thuộc loại hoại sinh, chúng 
thƣờng có nhiều trong đất, nƣớc và 
không khí. 
* Song cầu khuẩn (Diplococcus): Tế 
bào phân cách theo mặt phẳng xác định 
và dính với nhau thành từng đôi một. 
Một số loài có khả năng gây bệnh nhƣ 
giống neisseria, meningitidis. 
Hình 1.1. Song cầu khuẩn và liên cầu 
khuẩn 
* Liên cầu khuẩn (Steptococcus): 
Tế bào phân chia theo một mặt 
phẳng xác định và đính với nhau 
thành từng chuỗi dài, có nhiều 
trong tự nhiên. Chúng có nhiều 
ứng dụng trong công nghiệp thực 
phẩm: chế biến sữa chua, sản xuất 
axit lacticNgoài ra cũng có 
nhiều loài gây bệnh. 
* Tứ cầu khuẩn (Tetracoccus): Tế 
bào phân cách theo hai mặt phẳng 
vuông góc, thƣờng liên kết với 
nhau thành nhóm gồm bốn tế bào 
một. Chúng thƣờng gây bệnh cho 
ngƣời, động vật. 
* Bát cầu khuẩn (Sarcina): phân 
chia theo ba mặt phẳng vuông góc 
tạo thành 8 tế bào xếp 2 hàng nhƣ 
gói bánh vuông vắn. 
Hình 1.2. Tứ cầu khuẩn và bát cầu khuẩn 
Sarcina 
 4 
* Tụ cầu khuẩn (Staphylococcus): 
Các tế bào liên kết với nhau thành 
đám, trông nhƣ chùm nho. Chúng 
phân cách theo một mặt phẳng bất 
kỳ 
Hình 1.3. Tụ cầu khuẩn 
1.2.Trực khuẩn 
Trực khẩn là tên chung chỉ tất cả các loài vi khuẩn có hình que. Kích thƣớc 
thƣờng từ (0,5-1,0) x (1-4) µm. Thƣờng gặp các loài trực khuẩn sau: 
* Bacillus: Thƣờng là trực khuẩn Gram (+), sinh 
bào tử. Chiều ngang của bào tử không vƣợt quá 
chiều ngang của tế bào vì thế khi tạo thành bào 
tử tế bào không thay đổi hình dạng, chúng 
thƣờng thuộc loài hiếu khí hoặc kỵ khí không 
bắt buộc. Các tế bào có thể đứng riêng rẽ hoặc 
liên kết với nhau. 
* Pseudomonas: Trực khuẩn Gram (-), không 
sinh bào tử, có một tiên mao (hoặc một chùm) ở 
một đầu. 
Hình 1.4. Trực khuẩn 
* Clostridium: Thƣờng là trực khuẩn Gram (+), 
sinh bào tử. Kích thƣớc vào khoảng (0,4-1) x (3-
8)µm, chiều ngang của bào tử thƣờng lớn hơn 
chiều ngang của tế bào, do đó làm tế bào có hình 
thoi hoặc dùi trống. Chúng thƣờng thuộc loại kỵ 
khí bắt buộc. Có nhiều loài có ích, thí dụ nhƣ loài 
Pseudomonas 
Bacillus 
Hình 1.5. Clostridium 
 5 
cố định nitơ, một số loài khác gây bệnh nhƣ vi 
khuẩn uốn ván 
* Bacterium: Thƣờng là trực khuẩn Gram (-), không sinh bào tử. Thƣờng có tiên 
mao mọc xung quanh tế bào, ngƣời ta gọi là chu mao. Có nhiều loại Bacterium gây 
bệnh cho ngƣời và gia súc. Ví dụ : Salmonella, Escherichia, Shigella, Proteus, 
1.3.Phẩy khuẩn 
 Phẩy khuẩn là tên chung chỉ các vi khuẩn hình que uốn cong giống nhƣ dấu 
phẩy. Giống điển hình là Vibrio. Một số giống phẩy khuẩn có khả năng gây bênh 
cho ngƣời ví dụ phẩy khuẩn tả Vibrio cholera. 
Hình 1.8. Phẩy khuẩn 
1.4. Xoắn khuẩn 
Xoắn khuẩn có hình cong, xoắn, gồm tất cả các vi khuẩn có hai vòng xoắn 
trở lên (có thể tới 5 vòng). Là loại Gram (+), di động đƣợc nhờ một hay nhiều tiên 
mao. Đa số chúng thuộc loài hoại sinh, một số rất ít có khả năng gây bệnh. Kích 
thƣớc thay đổi (0,5-3,0) x (5-40) µm. 
Hình 1.7. Escherichia 
Hình 1.6. Salmonella 
 6 
Hình 1.9. Xoắn khuẩn 
2. Cấu tạo tế bào vi khuẩn 
Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào có cấu tạo đơn giản. Tính từ ngoài vào 
trong, cho thấy: 
Hình 1.10. Cấu tạo tế bào vi khuẩn 
 7 
2.1. Tiên mao 
Ở một số vi khuẩn có khả năng phát triển một hoặc nhiều sợi nhỏ phía ngoài 
tế bào, ngƣời ta gọi chúng là tiên mao. Tiên mao làm nhiệm vụ giúp tế bào vi 
khuẩn chuyển động. Đây là những sợi nguyên sinh chất rất mảnh có chiều rộng 
khoảng 0,01 – 0,15µm, chiều dày khoảng 80-90 µm. Thành phần hoá chủ yếu của 
tiên mao là protein (hơn 90%), phần còn lại là các chất vô cơ. Tuỳ số lƣợng và vị 
trí tiên mao để chia thành các dạng sau: 
* Đơn mao: Có một tiên mao, thƣờng nằm ở một đầu của tế bào vi khuẩn. 
* Lưỡng mao: Có 2 tiên mao, mỗi tiên mao nằm ở một đầu của tế bào vi khuẩn 
*Chùm tiên mao: Có nhiều tiên mao phát triển ở một đầu hoặc xung quanh tế bào 
vi khuẩn 
Hình 1.11. Các dạng tiên mao 
2.2. Tiêm mao 
Hình 1.12. Tiêm mao 
 8 
Đó là các lông tơ phủ ngoài cùng của tế bào vi khuẩn, có tác dụng bảo vệ tế 
bào và là chỗ bám khi hai tế bào tiếp hợp với nhau, ở giai đoạn trƣởng thành. Một 
tế bào có tới hàng nghìn tiêm mao. Thành phần hoá học của tiêm mao chủ yếu là 
protein. 
2.3. Màng nhày ( lớp dịch nhày) 
Nhiều loài vi khuẩn đƣợc bao bọc phía bên ngoài một lớp vỏ nhày hoặc một 
lớp dịch nhày. Nhờ có lớp vỏ nhày này mà tế bào vi khuẩn mới có khả năng xâm 
nhập vào vật chủ. Thành phần hoá học của lớp vỏ nhày rất khác nhau phụ thuộc 
vào từng chủng giống vi khuẩn, từng giai đoạn sinh trƣởng và phát triển của vi 
khuẩn, phụ thuộc vào môi trƣờng sống khác nhau. Nhƣng nhìn chung, lớp vỏ này 
đƣợc cấu tạo bởi polisaccarit, polipeptit và 98% là nƣớc. 
2.4. Thành tế bào 
Nằm phía trong của lớp vỏ nhày, có vai trò bảo vệ tế bào và luôn giữ cho tế 
bào ở trạng thái định hình. Thành phần hoá học của thành tế bào rất khác nhau và 
có cấu trúc vô cùng phức tạp đƣợc cấu trúc bởi hợp chất dị cao phân tử - 
Heteropolimer, ngoài ra trong thành phần tế bào vi khuẩn còn có nhiều hợp chất 
murein, đây là hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp đƣợc cấu tạo bởi các dây nối 
1.4, 1.6 pectit. Vi khuẩn Gram (+) có thành tế bào dày hơn, thƣờng khoảng 14-18 
nm (nm- nanomet, 1nm = 10
-9
m). Trọng lƣợng có thể chiếm tới 10-20% trọng 
lƣợng khô của tế bào. Vi khuẩn Gram (-) có thành mỏng hơn, khoảng 10nm 
2.5. Màng sinh chất 
Nằm phía trong thành tế bào, có vai trò rất lớn trong hoạt động sống của tế 
bào, đó là: vận chuyển các chất dinh dƣỡng vào trong tế bào và bào thải các chất 
không cần thiết ra ngoài tế bào. Ngoài ra còn có chức năng là giữ cho áp suất thẩm 
thấu trong và ngoài tế bào ổn định, là nơi sinh tổng hợp của lớp vỏ nhày. Màng 
nguyên sinh chất thƣờng dày 50-100A0 (A0 – ăngxtron, 1 A0 = 10-10m) và chiếm 
khoảng 10-15% trong lƣợng chất khô của tế bào. 
2.6. Tế bào chất (Chất tế bào) 
 9 
Đây là thành phần chính của tế bào vi khuẩn. Nó là khối keo bán lỏng chứa 
80-90% là nƣớc. Thành phần chủ yếu là phức chất lipoprotein. Thể keo của tế bào 
chất khác với thể keo khác là chúng có tính chất dị thể (các keo có bản chất và kích 
thƣớc khác nhau phân tán trong tế bào chất). Thƣờng tế bào còn non thì tế bào chất 
đồng nhất, chúng bắt màu giống nhau khi nhuộm màu. Khi tế bào già do xuất hiện 
không bào và các thể vùi làm bào chất có dạng lổn nhổn. 
2.7. Riboxom 
Thành phần chính của Riboxom là protein và các ARN, tỷ lệ tƣơng ứng 
khoảng 40-60% là ARN và 60-40% là protein. Nó tồn tại dƣới dạng hạt gồm 2 tiểu 
thể: tiểu thể lớn có hằng số lắng là 50S (S là đơn vị Svedberg 1S = 10-13 cm/s), tiểu 
thể nhỏ có hằng số lắng là 30S. Mỗi tế bào vi khuẩn trung bình có khoảng 1000 
Riboxom, riêng E.coli có 1500 Riboxom. 
Hình 1.13. Riboxom 
2.8. Nhân tế bào 
Nhân của tế bào vi khuẩn không phải là nhân thật, chỉ tồn tại ở dạng thể 
nhân, bao gồm thể axit nucleic và protein dạng kiềm bao bọc xung quanh. Đây là 
nơi tham gia nhiều phản ứng sinh hoá quan trọng và là nơi điều khiển mọi hoạt 
động sống của tế bào. Đặc biệt nhân có vai trò rất lớn trong quá trình sinh tổng hợp 
protein của tế bào và di truyền các tính trạng cho thế hệ sau. 
2.9. Các hạt dự trữ khác 
 10 
Trong tế bào vi khuẩn còn có rất nhiều các chất, các hạt dự trữ và sắc tố, các 
vitamin đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống của vi khuẩn. 
2.10. Bào tử và sự hình thành bào tử 
 Trong giai đoạn phát triển một số vi khuẩn có khả năng sinh bào tử. Bào tử 
thƣờng gặp ở hai giống trực khuẩn Gram (+) là Bacillus và Clostridium. 
* Quá trình tạo bào tử 
 Lúc đầu lớp nguyên sinh chất trong tế bào đƣợc sử dụng. Tế bào chất và 
nhân tập trung lại tại một vị trí nhất định trong tế bào. Tế bào chất tiếp tục đƣợc cô 
đặc lại và tạo thành tiền bào tử. Tiền bào tử đƣợc bao bọc dần dần bởi các lớp 
màng. Tiền bào tử phát triển và trở thành bào tử. 
Hình 1.14. Quá trình phát triển của bào tử 
* Cấu tạo của bào tử 
Hình 1.15. Cấu tạo của bào tử 
 11 
 Ngoài cùng của bào tử là một lớp màng canxi. Dƣới lớp màng là vỏ. Vỏ bào 
tử có nhiều lớp, có tác dụng ngăn chặn sự thẩm thấu của nƣớc và các chất hoà tan 
trong nƣớc. Dƣới lớp vỏ là lớp màng trong bào tử và trong cùng là một khối tế bào 
chất đồng nhất. Thƣờng mỗi tế bào có một bào tử. Tuy nhiên một số trƣờng hợp có 
thể có hai hoặc nhiều bào tử. Bào tử của tế bào có thể sắp xếp ở những vị trí khác 
nhau, có thể ở giữa tế bào, hoặc ở hai đầu tế bào, hoặc ở một đầu tế bào. 
* Nhiệm vụ của bào tử 
- Bào tử có khả năng chịu đƣợc các điều kiện bất lợi bên ngoài vì thế chúng 
có khả năng bảo vệ đƣợc tế bào khỏi tác động của điều kiện bên ngoài. 
- Khi gặp điều kiện thuận lợi chúng lại phát triển thành một tế bào mới. Do 
đó chúng tham gia vào quá trình duy trì sự sống. Khi bào tử nở thì bào tử sẽ hút 
nƣớc và bị trƣơng lên, sau đó vỏ của chúng bị phá huỷ và bào tử nảy mầm phát 
triển thành tế bào mới. Quá trình này mất khoảng 5 phút. 
3. Sự sinh sản của vi khuẩn 
Vi khuẩn thƣờng sinh sản theo hai cách sau: 
3.1. Sinh sản vô tính 
Vi khuẩn sinh sản vô tính theo 2 cách sau: phân chia tế bào hoặc nảy chồi. 
a, Phân chia tế bào 
Đây là phƣơng thức sinh sản phổ biến của vi khuẩn. Quá trình phân chia 
diễn ra theo các giai đoạn sau: 
* Giai đoạn 1: Là giai đoạn chuẩn bị, tế bào phát triển nhanh về chất, kích thƣớc 
lớn lên rõ rệt, hoàn chỉnh các bộ phận bên trong và tập trung các chất dự trữ cần 
thiết cho việc tế bào con ra đời. 
* Giai đoạn 2: Là giai đoạn hình thành màng ngăn, ở giữa tế bào màng tế bào mọc 
lên hai mấu đánh dấu vị trí tế bào sẽ phân đôi, từ hai vị trí mấu này tạo thành màng 
ngăn 
* Giai đoạn 3: Từ tế bào mẹ hình thành hai tế bào con độc lập. Sự phân chia này 
xảy ra ở giữa tế bào và có thể xảy ra các khả năng: 
 12 
- Phân chia đẳng hình hay đồng hình: Cho hai tế bào con giống hệt nhau. 
- Phân chia dị hình: Sự phân chia lệch về một phía cho hai tế bào con không 
bằng nhau. 
 b, Nảy chồi 
Ở một số vi khuẩn sống dƣới nƣớc, trên tế bào mẹ mọc ra một chồi nhỏ. 
Chồi này lớn dần lên rồi tách ra kỏi tế bào mẹ và phát triển thành một tế bào mới. 
Hình 1.16. Nảy chồi của vi khuẩn 
3.2. Sinh sản hữu tính 
Quá trình sinh sản hữu tính của vi khuẩn thực hiện nhờ sợi pili. Sợi pili sẽ 
nối giữa hai tế bào vi khuẩn, thông qua cầu nối đó thì thông tin di truyền sẽ đƣợc 
trao đổi sau đó hai tế bào vi khuẩn sẽ tách nhau ra và tiếp tục phân chia tế bào bình 
thƣờng. Kết quả sẽ tạo các tế bào mới khác xa so với tế bào bố mẹ ban đầu. 
Hình 1.17. Hình thức sinh sản hữu sinh 
Chồi 
 13 
4. Vai trò của vi khuẩn 
- Vi khuẩn tham gia tích cực vào việc khép kín vòng tuần hoàn các vật chất 
trong tự nhiên 
- Vi khuẩn phân huỷ và chuyển hoá các chất trong đất và trong môi trƣờng 
để cung cấp dinh dƣỡng cho cây trồng, làm sạch môi trƣờng. 
- Một số loài vi khuẩn làm giàu dinh dƣỡng nitơ cho đất, một số khác có thể 
tiết ra enzim quý để sử dụng vào quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm, dùng 
trong hoạt động sống của con ngƣời 
II. Nấm men 
1. Hình dạng và kích thƣớc của nấm men 
 - Nấm men là vi sinh vật điển hình cho nhóm nhân thật, tế bào nấm men 
thƣờng lớn gấp 10 lần so với vi khuẩn. 
Hình 1.18. Hình dạng của nấm men 
 14 
- Nấm men có cấu tạo đơn bào, hình thái thay đổi tuỳ thuộc từng loại, điều kiện 
nuôi cấy và giai đoạn phát triển của tế bào. Do đó nấm men có hình thái rất đa 
dạng: hình cầu, hình trứng, hình ovan, hình bầu dục, hình tròn... 
- Một số nấm men có tế bào hình dài nối tiếp nhau thành những sợi nấm gọi là 
khuẩn ty thể (mycelium) hoặc khuẩn ty giả (pseudomycelium). Sợi nấm chia thành 
hai loại khác nhau: sợi cơ chất (sợi dinh dƣỡng) giúp nấm bám chặt vào cơ chất, 
hấp thụ các chấ ... pionibacterium dùng 
trong sản xuất vitamin B12. 
4. Lên men butyric 
4.1. Định nghĩa 
 Quá trình chuyển hoá đƣờng thành axit butyric, CO2, H2 trong điều kiện 
yếm khí dƣới tác dụng của một số loại vi khuẩn gọi là quá trình lên men 
butyric. 
 67 
 4.2. Cơ chế 
Cơ chất của quá trình lên men butyric là đƣờng, tinh bột, dextrin, pectin, 
glyxerin và các muối lactat. 
Sản phẩm phụ của quá trình lên men còn có axeton, rƣợu butylic và 
etylic, axit axetic. 
 4.3. Vi sinh vật chủ yếu 
 Vi khuẩn lên men butyric gọi là vi khuẩn butyric, chúng thuộc giống 
Clostridium. Đây là những trực khuẩn lớn, chuyển động, sinh bào tử, kỵ khí bắt 
buộc. Hay gặp hơn cả là loài Clostridium butylicum và Clos. Pasteurianum. 
Vi khuẩn butyric phổ biến trong tự nhiên, đặc biệt trong bơ, sữa, đất, 
nƣớc thải, phân chuồng, trên hạt ngũ cốc, khoai tây. Chúng làm ôi sữa, làm 
hỏng đồ hộp, phomat, khoai tây và làm rau rƣa bị khú khi muối chua 
4.4. Điều kiện môi trƣờng lên men 
 Vi khuẩn butyric thuộc loại kỵ khí bắt buộc. Nhiệt độ tối thích cho sự 
phát triển của chúng là 30-400C. Chúng rất nhạy cảm với môi trƣờng axit, pH 
tối thích cho phát triển là 6,9-7,3, chúng ngừng sinh trƣởng ở pH dƣới 4,9. Do 
đó chỉ cần thay đổi pH sang môi trƣờng axit là có thể ức chế đƣợc chúng. 
4.5. Ứng dụng 
 Quá trình lên men này đƣợc ứng dụng để sản xuất axit butyric từ khoai 
tây, bã tinh bột và đƣờng. Các este của butyric là các chất thơm: este metylic có 
mùi táo, este etylic có mùi mận, este amylic có mùi dứaCác chất thơm này 
đƣợc dùng trong sản xuất bánh kẹo và mĩ phẩm. 
5. Lên men metan 
5.1. Định nghĩa 
C6H12O6 CH3 – CH2 – CH 2 – COOH + 2CO2 + 2H2 
 (Glucoza) (axit butyric) 
 68 
 Dƣới tác dụng của một số vi sinh vật, một số hợp chất hữu cơ bị chuyển 
hoá để cho khí mêtan (CH4), gọi là quá trình lên men mêtan. 
5.2. Cơ chế 
 Quá trình này có thể chia thành 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu là giai đoạn 
phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các axit hữu cơ, axit béo, rƣợu, 
CO2. 
 Giai đoạn hai là giai đoạn chuyển hoá rƣợu, axit hữu cơ, CO2 thành CH4. 
 Nhƣ vậy, sự hình thành CH4 theo nhiều đƣờng hƣớng khác nhau. 
5.3. Vi sinh vật 
Vi sinh vật phân giải xenlulo, vi sinh vật phân giải pectin, vi sinh vật 
phân giải protein, vi sinh vật phân giải lipit. Vi sinh vật phân giải các hợp chất 
hidrat cacbon khác. 
 Từ sản phẩm của các loại vi sinh vật này, một số vi sinh vật: 
Methanobacterum, Saricina methanica, Micrococcusnazei...có thể chuyển 
thành CH4. 
5.4. Điều kiện môi trƣờng lên men 
Vi sinh vật lên men mêtan là vi sinh vật tuyệt đối yếm khí, ƣa nhiệt độ 
trung bình, một số thích nhiệt độ cao, pH trung tính hoặc hơi kiềm, cơ chất là 
các hợp chất hữu cơ. 
5.5. Ứng dụng 
 Quá trình lên men mêtan đƣợc ứng dụng điều chế khí mêtan làm khí đốt. 
Vi khuẩn lên men metan có khả năng tích luỹ khá nhiều vitamin B12. Do đó 
 CH3 – COOH CH4 + CO2 
4 CH3 – OH 3 CH4 + CO2 + 2 H2O 
2 CH3 – CH2 – OH + CO2 2 CH3 – COOH + CH4 
2 C5H7 – CH2– OH + CO2 C3H7 – COOH + CH4 
 CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O 
 69 
ngƣời ta sử dụng bã rƣợu hay bùn ao nuôi cấy các vi khuẩn này để sản xuất 
vitamin B12 thô dùng trong chăn nuôi. 
6. Lên men axeton – butanol 
 Khác với lên men butyric, quá trình này tiến hành trong môi trƣờng axit. 
Sản phẩm chính là axêton, butanol, etanol, CO2 và H2; sản phẩm phụ là axit 
butyric: 
 Vi sinh vật gây ra lên men axeton – butanol là Clostridium 
acetobutylicum. Nó lên men đƣợc tất cả hydrat cacbon, trừ xenluloza. Quá trình 
này đƣợc ứng dụng để sản xuất axêton và butanol. 
II. Lên men hiếu khí 
 Những quá trình hoá sinh do các vi sinh vật hiếu khí gây ra bao giờ cũng 
có oxy không khí tham gia. 
 Phần lớn vi sinh vật hiếu khí oxy hoá các chất hữu cơ trong quá trình hô 
hấp tới CO2 và H2O. Nhƣng một số loài trong chúng lại oxy hoá không hoàn 
toàn và sản phẩm là các axit hữu cơ. Các quá trình này gọi là lên men hiếu khí. 
1. Lên men axêtic 
1.1. Định nghĩa 
 Lên men axêtic là quá trình oxy hoá rƣợu etylic tới axit axêtic do vi 
khuẩn 
1.2. Cơ chế 
1.3. Vi sinh vật 
12C6H12O6 4CH3 – CO – CH3 + CH 3 - CH2 – CH2 –CH2OH + CH3-CH2OH 
(Glucoza) (axêton) (rƣợu butylic) (rƣợu etylic) 
 CH 3 – CH2 – CH2 – COOH + 28CO2 + 18 H2 + H2O 
 (axit butyric) 
CH3 – CH2 – OH + O2 CH3 – COOH + H2O 
 (Rƣợu etylic) (axit axêtic) 
 70 
 Vi khuẩn axêtic là các trực khuẩn, không sinh bào tử, gram dƣơng và rất 
hiếu khí. Các vi khuẩn này có loài chuyển động và có loài không chuyển động 
đƣợc. 
 Các vi khuẩn axêtic đƣợc gộp chung một giống là Acetobacter. Hiện nay 
ngƣời ta tìm thấy 20 loài thuộc giống này, trong đó các loài quan trọng là: 
Acetobacter aceti, A. pasteuriaum, A. orleanens, A. xylium. Những vi khuẩn 
này khác nhau về kích thƣớc tế bào, tính chịu đựng cồn, khả năng tạo axit 
axêtic trong môi trƣờng và nhiều đặc tinh khác. 
1.4. Điều kiện môi trƣờng nuôi cấy 
Nguyên liệu là dung dịch rƣợu loãng 3-14%, tuỳ thuộc vào chủng vi sinh 
vật. Nếu nồng độ rƣợu cao hơn sẽ ức chế quá trình lên men, nếu nồng độ rƣợu 
nhỏ hơn 0,3-0,7% thì vi khuẩn axêtic sẽ sử dụng axit axêtic làm cơ chất. 
Nhiệt độ tối thích cho sinh trƣởng phát triển của vi khuẩn axetic nằm 
trong khoảng 20-350C. Vi khuẩn axêtic có khả năng chịu axit rất cao, pH tối ƣu 
nhất từ 4 - 4,5, một số loài vẫn phát triển đƣợc ở pH = 3,2. Một số loài vi khuẩn 
axêtic có khả năng sinh tổng hợp vitamin B1, B2, B12, nhƣng nhiều loài lại cần 
có vitamin làm chất sinh trƣởng có trong môi trƣờng mà trƣớc hết là axit 
pantotenic. 
1.5. Ứng dụng 
 Quá trình lên men axêtic đƣợc ứng dụng để sản xuất axit axêtic - dấm ăn 
(dung dịch axit axêtic loãng 3-6%). Tuy nhiên lên men axetic tự phát trong các 
dạng nƣớc quả, nƣớc uống, bia, rƣợu vangsẽ làm hỏng các loại sản phẩm 
này. Các vi khuẩn axêtic đƣợc coi là kẻ phá hoại trong nghề nấu rƣợu, bia, rƣợu 
vang, nƣớc quả. 
2. Lên men xitric 
 Nấm mốc trong quá trình oxy hoá không hoàn toàn đƣờng thành CO2 và 
H2O mà tạo thành một số axit hữu cơ nhƣ: axit xitric, xusinic, malicTrong đó 
axit xitric đƣợc chú trọng đến nhiều nhất và đƣợc áp dụng trong công nghiêp. 
 2.1. Định nghĩa 
 71 
 Lên men xitric là quá trình oxy hoá đƣờng thành axit xitric, dƣới tác dụng 
của vi sinh vật. 
2.2. Cơ chế 
2.3. Vi sinh vật 
Các nấm mốc có khả năng tham gia vào quá trình lên men xitric là gồm 3 
giống: Aspergillus, Citromyces, Penicillium nhƣng chủ yếu là loài Aspergillus 
niger, là loại nấm mốc có sinh bào tử, khi già bào tử có mầu đen, nhiệt độ thích 
hợp là 30-320C, pH tối thích là 3-4% và rất hiếu khí. 
 2.4. Điều kiện nuôi cấy 
 Dịch lên men có nồng độ đƣờng cao 10-20%. Nguyên liệu chủ yếu dùng 
để lên men trong sản xuất axit xitric là đƣờng đƣợc pha loãng đến nồng độ 10- 
20% hoặc mật rỉ pha loãng. 
Loại bỏ các nguyên tố vi lƣợng: Fe, Cu, Mn.. Vì nếu thiếu các nguyên tố 
này sẽ ảnh hƣởng đến hoạt lực của các enzim trong chu trình Crebs nên quá 
trình oxy hoá không hoàn toàn mới xảy ra 
Lên men xitric trong điều kiện hiếu khí, pH= 3-4, nhiệt độ 30-320C và có 
bổ sung khoáng đa lƣợng. 
Phƣơng pháp thực hiện: 
+ Lên men nổi (bề mặt): nấm mốc tạo màng trên bề mặt dịch lên men trong 
khay, châụ có bề mặt lớn, chiều dày của dịch lên men từ 10-12 cm, lƣợng 
giống cấy vào từ 0,1 -0,2g bào tử / m2 dịch. Nuôi cấy từ 10-12 ngày thu đƣợc 
20-30 g axit/lit. 
+ Lên men chìm: lên men có khuấy đảo và sục khí trong thời gian 5-7 ngày 
thu từ 40-50 g axit/lit. 
 2.5. Ứng dụng 
2 C6H12O6 + 3 O2 2 C6H8O7 + 4 H2O 
 (Glucoza) (axit xitric) 
 72 
 Quá trình lên men xitric đƣợc ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp sản 
xuất axit xitric. Axit xitric là axit đƣơc ứng dụng trong công nghiệp hoá học, 
công nghiệp thực phẩm và y học. Trong công nghiệp thực phẩm axit xitric đƣợc 
dùng để pha chế rƣợu, định hình bánh kẹo, bảo quản thực phẩm 
 3. Phân huỷ xenluloza và các hợp chất pectin ở điều kiện hiếu khí 
 Phân huỷ xenlulo và các chất pectin ở điều kiện hiếu khí dƣới tác dụng 
của những vi sinh vật có hoạt tính enzim pectinaza và xenlulaza. Quá trình phân 
huỷ xenlulo – pectin đƣợc chia làm 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu là sự phân huỷ 
các hợp chất này thành đƣờng và axit. Giai đoạn sau là sự oxy hoá các đƣờng 
và axit trong điều kiện hiếu khí. Những vi sinh vật tham gia vào quá trình phân 
huỷ này bao gồm một số loài nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn. 
 Quá trình phân hủy hiếu khí xenlulo – pectin rất phổ biến trong tự nhiên. 
Thuỷ phân các chất pectin dẫn đến làm tơi thịt quả và rau cho đến khi các mô 
rau, quả bị thối, hƣ hỏng. Còn thuỷ phân xenlulo dẫn tới phá hỏng thành tế bào 
của thịt quả và làm cho vi sinh vật lọt vào bên trong các tổ chức mô thực vật. 
Kết quả làm cho rau quả bị hƣ hỏng. Tuy nhiên quá trình phân huỷ xenlulo – 
pectin cũng có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình khoáng hoá xác thực vật. 
Kết quả là xenlulo và các chất hữu cơ trong đất bị vi sinh vật phân huỷ, tạo 
thành chất mùn, làm chất dự trữ dinh dƣỡng cho cây trồng. Ngoài ra quá trình 
phân huỷ pectin đƣợc ứng dụng trong sản xuất sợi đay, trong công nghiệp thực 
phẩm (tách nƣớc quả ép, ngâm tách lớp vỏ nhớt của hạt cà phê). 
4. Phân huỷ chất béo và axit béo 
 Chất béo là este của glyxerin và axit béo bậc cao. Dƣới tác dụng của tác 
nhân lý, hoá học của môi trƣờng bên ngoài, cũng nhƣ của vi sinh vật, chất béo 
có thể có những thay đổi đáng kể. 
 Tác động của vi sinh vật bắt đầu là sự thuỷ phân chất béo thành glyxerin 
và axit béo rự do. Quá trình này xảy ra dƣới tác dụng của các enzim lipaza. 
 Axit béo tích tụ trong cơ chất do đó làm giảm chất lƣợng của chất béo thể 
hiện ở chỗ làm thay đổi “chỉ số axit” - hàm lƣợng các axit béo tự do. Sản phẩm 
 73 
thuỷ phân lại tiếp tục bị chuyển hoá. Glyxerin đƣợc nhiều vi sinh vật sử dụng 
và có thể bị oxy hoá hoàn toàn tới CO2 và H2O. Các axit béo bị phân huỷ chậm 
hơn, trƣớc hết là các axit béo không bão hoà. Một số vi sinh vật, ngoài enzim 
lipaza còn có enzim oxy hoá lipoxygenaza – xúc tác quá trình peroxyt của axit 
béo đƣợc tạo thành. Các peroxyt này dễ dàng bị oxy hoá tiếp theo để tạo thành 
những sản phẩm trung gian –oxy axit, andehyt, xetonlàm cho chất béo có mùi 
khó chịu. Những sản phẩm trung gian của quá trình oxy hoá chất béo và axit 
béo lần lƣợt đƣợc vi sinh vật sử dụng trong quá trình trao đổi chất của chúng và 
cuối cùng là CO2 và H2O. 
 Vi sinh vật phân huỷ chất béo và axit béo là các trực khuẩn sinh hoặc 
không sinh bào tử, cũng nhƣ cầu khuẩn, nhiều loài nấm, xạ khuẩn và một số 
nấm men.Trong số các vi sinh vật này, có hoạt tính lipaza mạnh nhất là các loài 
Odium lactis, Clasdosporium hebarium và nhiều loài thuộc Aspergilluss và 
Penicillium. 
 Phân huỷ chất béo do vi sinh vật trong tự nhiên (đất, nƣớc) có ý nghĩa rất 
lớn trong vòng tuần hoàn vật chất nói chung. Tuy nhiên sự phân huỷ này là 
nguyên nhân gây hƣ hỏng dầu mỡ và các phẩn mỡ trong thịt, trứng, sữaVà 
thƣờng gây thiệt hại lớn cho ngành công nghiệp thực phẩm. 
III. Quá trình thối rữa 
 Sự phân huỷ các hợp chất chứa nitơ dƣới 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 của quá trình thối rữa có thể làm ô nhiễm môi trƣờng sống và các vi 
sinh vật gây thối rữa là nguyên nhân gây hƣ hỏng thực phẩm giầu protein. 
 Quá trình phân huỷ các hợp chất chứa nitơ xảy ra qua các giai đoạn: thuỷ 
phân protein đến pepton, polipeptit; thuỷ phân polipeptit đến các axit amin, 
phân huỷ các axit amin... 
 Sơ đồ quá trình thối rữa protein 
 74 
Hình 3.1. Sơ đồ phân hủy protein 
 Sản phẩm của quá trình thối rữa tuỳ thuộc vào từng loài vi sinh vật, vào tính 
chất tự nhiên của protein, vào sự thoáng khí, độ ẩm và nhiệt độ. 
 Nếu đủ oxy thì có thể phân huỷ hoàn toàn giải phóng CO2, NH3, H2S, H2O và 
muối khoáng. 
 Trong điều kiện kỵ khí, quá trình phân huỷ không xảy ra hoàn toàn mà tích 
tụ các chất hữu cơ vòng thơm gây độc. 
 Phân huỷ các axit amin dãy béo có thể tích tụ các axit formic, axetic, 
propionic, butyric và những axit khác cũng nhƣ các rƣợu propanol, butanol, amylic 
và các rƣợu khác nữa. Sản phẩm phân huỷ các axit amin dãy thơm là: phenol, 
krezol, skatol, indol các chất có mùi khó chịu. Còn phân huỷ các axit amin có chứa 
lƣu huỳnh sẽ cho hydrounfua (H2S) và những dẫn xuất của nó – mercaptan. Các 
mercaptan có mùi trứng thối, thể hiện rõ ngay ở nồng độ rất nhỏ. Các axit amin có 
2 nhóm amin (- NH2) trong phân tử khi thuỷ phân bằng enzim decacboxylaza lại 
Protein Pepton 
Polipeptit 
Axit amin 
Phenol, crezol, indol, 
skatol, amin, H2S 
mercaptan, CO2 
 Axit béo 
CH4 H2 
 CO2 
 H2O, CO2 
 NH3 
 75 
không cho sản phẩm là amoniac (NH3) mà lại khử cacbonic giải phóng CO2 và 
diamin là kadaverrin. 
 Biến đổi tiếp tục các hợp chất chứa nitơ hoặc không có nitơ cũng nhƣ các 
axit amin...phụ thuộc vào điều kiện xung quanh và thành phần hệ vi sinh vật.. 
Những vi sinh vật hiếu khí sẽ oxy hoá hoàn toàn các chất này và sản phẩm cuối 
cùng là CO2, NH3, H2O và các muối photphat. Trong điều kiện kỵ khí không xảy ra 
hoàn toàn, các chất trung gian của sự phân giải axit amin thƣờng cho các sản phẩm 
là NH3, axit hữu cơ, các loại rƣợu, các amin, và các hợp chất hữu cơ khác. Trong 
số này có chất có độc tính và có mùi gây ngộ độc. 
 Các vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ chứa nitơ thƣờng đƣợc gọi là vi 
sinh vật thối rữa, trong số này vi khuẩn đóng vai trò quan trọng. Vi khuẩn thối rữa 
có thể là hiếu khí, kỵ khí, tạo thành hoặc không tạo thành bào tử. Chúng là các thể 
ƣa ấm, ƣa nhiệt hoặc ƣa lạnh. Đa số chúng nhạy cảm với độ axit và hàm lƣợng 
muối NaCl trong môi trƣờng. Các vi khuẩn ở đây thƣờng gặp là Bacillus subtilis và 
Bacillus mesentericus, Pseudomonas, Proteus vulgaris, Clostridium putrificum, 
Clostridium sporogenes. Ngoài ra một số loài nấm mốc, xạ khuẩn cũng có khả 
năng phân huỷ các hợp chất chứa nitơ. 
 Quá trình thối rữa đƣợc ứng dụng trong nghề làm nƣớc mắm, nƣớc chấm, 
tƣơng, làm chín cá muối, phomat, trong thuộc để lấy lông ra khỏi da. 
 76 
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG III 
1, Trình bày bản chất, cơ chế và ứng dụng của quá trình lên men rƣợu? Phân tích 
điều kiện của quá trình lên men rƣợu? 
2, Trình bày bản chất, cơ chế và ứng dụng của quá trình lên men lactic? Phân tích 
điều kiện của quá trình lên men lactic? 
3, Trình bày bản chất, cơ chế và ứng dụng của quá trình lên men propionic? Cho 
biết điều kiện của quá trình lên men propionic? 
4, Trình bày bản chất, cơ chế và ứng dụng của quá trình lên men butyric? Cho biết 
điều kiện của quá trình lên men butyric? 
5, Trình bày bản chất, cơ chế và điều kiện của quá trình lên men axêton- butanol? 
6, Trình bày bản chất, cơ chế và điều kiện của quá trình lên men mêtan? Ứng dụng 
của quá trình lên men mêtan? 
7, Bản chất của quá trình lên men hiếu khí? Trình bày cơ chế và điều kiện và ứng 
dụng của quá trình lên men axetic? 
8, Những vi sinh vật nào tham gia và quá trình lên men xitric? Cho biết bản chất, 
điều kiện và ứng dụng của quá trình lên men xitric? 
9, Trình bày cơ chế và ứng dụng của quá trình phân huỷ xenluloza và các chất 
pectin trong điều kiện hiếu khí? 
10, Trình bày cơ chế và ứng dụng của quá trình phân huỷ chất béo trong điều kiện 
hiếu khí? 
11, Bản chất của quá trình thối rữa bởi vi sinh vật? Vẽ và giải thích sơ đồ quá trình 
thối rữa protein?