– Quá trình tổng hợp hình thành các hợp chất (vật liệu) để xây dụng và duy trì các hoạt động của vi sinh vật, đồng thời cũng là quá trình tích luy năng lượng ở vi sinh vật.

a. Quang tổng hợp ở vi sinh vật và ứng dụng

– Một số vi sinh vật có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhỏ năng lượng ánh sáng. Quang tổng hợp ở vi sinh vật được chia thành 2 nhóm quang hợp không thải O₂ quang khử (vi khuẩn màu tỉa và màu lục) và quang hợp thải O₂ (vi khuẩn lam và vi tảo). Quang tổng hợp ở vi sinh vật góp phần tạo ra hợp chất hữu cơ cho sinh giới, cung cấp O₂ cho con người và các sinh vật trên Trái Đất. Bên cạnh đó, con người đã sử dụng vi sinh vật quang tổng hợp như tạo và vi khuẩn lam để sản xuất thực phẩm, dược phẩm, nhiên liệu.

Một số vi sinh vật có khả năng quang tổng hợp tạo ra chất hữu cơ và giải phóng O2 vào khí quyển.

b. Tổng hợp amino acid, protein và ứng dụng

– Phần lớn vì sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các amino acid. Thông qua quá trình dịch mã, ribosome sẽ liên kết các amino acid để tổng hợp các phân tử protein. Một số Tổng hợp amino acid và protein tham gia hình thành cấu trúc tế bảo vi sinh vật, phần lớn còn lại thực hiện chức năng xúc tác.

– Con người có thể ứng dụng vi sinh vật để sản xuất amino acid vidunhir sanxuat glutamic acid nhờ vi khuẩn Corynebacterium glutamicum, sản xuất lysine nhờ vi khuẩn Brevibacterium flavum, sản xuất protein nhờ nấm men S. cerevisiae.

c.Tổng hợp polysaccharide, polyhydroxyalkanoate và ứng dụng

Visinh vật tổng hợp các polysaccharide từ các monosaccharide Các polysaccharide được sử dụng làm nguyên liệu xây dựng tế bảo (ví dụ thành tế bảo và màng tế bảo) hoặc chất dự trữ cho tế bào (ví dụ glycogen, tinh bột). Nhiều vi sinh vật như vi khuẩn Bacillus cereus hay Cupriavidus necator có the dur trữ carbon dưới dạng các hạt polyhydroxyalkanoate. Chúng là những polymer phân huỷ sinh học có thể sử dụng để thay thế nhựa hoá dấu (hình 19.2).

Hình 19.2. Polyhydroxyalkanoate tich luỹ trong tế bào vi khuẩn (a) và sản phẩm dùng một lần làm tốt các hạt polyhydroxyalkanoate (b)

d. Tổng hợp lipid và ứng dụng

Lipid là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào, đặc biệt là màng tế bao. Các vi sinh vật tổng hợp lipid từ nguyên liệu glycerol và acid béo. Một số vi sinh vật, ví dụ như nấm men hoặc vi tảo dự trữ carbon và năng lượng bằng cách tích luỹ nhiều lipid trong tế bào, do đó con người có thể nuôi chúng và thu lipid để sử dụng trong sản xuất dầu diesel sinh học.

e. Tổng hợp kháng sinh và ứng dụng

Nhiều vi sinh vật có thể sinh tổng hợp kháng sinh để ức chế sự phát triển của các sinh vật khác. Do vậy, có thể tuyển chọn và nuôi các vi sinh vật để sản xuất thuốc kháng sinh dùng trong chữa bệnh (hình 19.3). Ví dụ: kháng sinh penicillin được san xuat tur nám moc Penicillium chrysogenum.

Hình 19.3. Tuyển chọn vi sinh vật tổng hợp kháng sinh (a) và thuốc kháng sinh (b)

Vi sinh vật sinh tổng hợp các đại phân tử, ví dụ như protein, polysaccharide và lipid làm nguyên liệu xây dựng tế bào và dự trữ năng lượng cho tế bào. Con người có thể ứng dụng quá trình này để sản xuất protein, polymer sinh học hoặc dầu diesel sinh học.

Quá trình phân giải sẽ hình thành nguyên liệu và năng lượng cung cấp cho quả trình tổng hợp và các hoạt động của tế bào.

a. Phân giải protein và ứng dụng

Vi sinh vật sinh tổng hợp protease để phân giải protein thành các amino acid Các amino acid có thể được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp các phân tử protein mới, khử amin chuyển hoá thành các hợp chất hữu cơ hoặc oxi hoa để giải phóng năng lượng.

Con người ứng dụng khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào cao của vi sinh vật để phân giải protein trong đậu tương, cá thành các sản phẩm giàu amino acid như nước tương, nước mắm (hình 19.4)

Hình 19.4. Ứng dụng vi sinh vật phân giải protein trong sản xuất nước tương (a) và nước mắm (b)

b. Phân giải polysaccharide và ứng dụng

Nhiều vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme ngoại bảo như cellulase, amylase để phân giải các polysaccharide điển hình trong tự nhiên như cellulose, tỉnh bột thành các phân tử đường. Các phân tử đường được vi sinh vật sử dụng làm nguyên liệu xây dựng tế bào hoặc chuyển hoa tiếp để hình thành pyruvic acid. Pyruvic acid có thể phân giải tiếp thành CO, và H O theo con đường hô hấp để thu năng lượng hoặc được chuyển hoá thành hợp chất hữu cơ, ví dụ như ethanol hoặc lactic acid theo con đường lên men

Những vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase mạnh thường được ứng dụng để phân huỷ xác thực vật thành phần bón hữu cơ nhằm làm giàu chất dinh dưỡng cho đất (hình 19.5a). Amylase từ vi sinh vật được ứng dụng để phân giải tinh bột thành đường. Sau đó vi sinh vật (ví dụ nấm men) sẽ chuyển hoá đường thành ethanol, ứng dụng trong sản xuất ethanol sinh học. Nhóm vi khuẩn lên men lactic được ứng dụng để sản xuất sữa chua, sản xuất lactic acid hoặc muối chua rau, củ, quả, thịt, cả, tôm (hỉnh 19 5b).

Hình 19.5. Ứng dụng vi sinh vật phân giải polysaccharide để sản xuất phân bón hữu cơ (a) và làm tôm chua (5)

c. Lợi ích và tác hại của quá trình phân giải nhờ vi sinh vật

Vì sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ và chuyển hoá các hợp chất vô cơ, nhờ đó vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên được khép kín Bên cạnh đó, con người có thể ứng dụng quá trình phân giải của vi sinh vật trong xử li ô nhiễm môi trường, đồng thời kết hợp để tạo ra các sản phẩm hữu ích như hoả chất, nguyên liệu và nhiên liệu.

Hình 19.6. Gạo (a) và thịt (b) bị hỏng do vi sinh vật phát triển

Tuy nhiên, do khả năng phân giải của vi sinh vật trong tự nhiên là đa dạng và ngẫu nhiên nên có thể gây hại cho con người. Vì sinh vật phân huỷ làm hư hỏng lương thực, ví dụ như lúa gạo, ngô, khoai, sẵn, làm hỏng thực phẩm như thịt, cá, rau, củ, quả (hình 19.6). Bên cạnh đó, vi sinh vật còn phân huỷ làm hư hỏng và gây mất mĩ quan các vật dụng, đồ gỗ dựng xây dụng nhà cửa,..

– Vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme phân giải các đại phân tử như protein, polysaccharide. Con người ứng dụng các quá trình này để làm nước tương, nước mắm, lên men rượu, lên men lactic, xử lý rác thải,… – Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ và chuyển hoá các chất vô cơ giúp khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên.

a. Lên men sữa chua

Chuẩn bị

– Nguyên liệu 1 lít sữa tươi có đường, sữa chua thành phẩm (1 hộp)

– Dụng cụ bình chứa có thể tích 2 lít, cốc có nắp có thể tích 100 mL (12 cốc), bình đun nước, đũa thuỷ tinh, giấy quỷ.

Tiến hành

Bước 1. Đổ 1 lít sữa tươi ra bình chia 2 lít

Bước 2. Bổ sung sữa chua thành phẩm vào hỗn hợp dịch sữa đã chuẩn bị ở bước 1, dùng đũa thuỷ tinh khuấy để sữa chua trộn đều.

Bước 3. Chia đều hỗn hợp sữa vào các cốc sạch và đậy nắp

Bước 4. Ủ các cốc sữa ở nhiệt độ 35 – 40 °C trong thời gian khoảng 8 – 12 giờ.

Bước 5. Bảo quản các cốc sữa trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4 – 6 °C và sử dụng trong 5 ngày

Bước 6. Quan sát màu sắc, trạng thải, xác định mùi vị, đo pH của hỗn hợp sữa ở bước 2 và sản phẩm sữa chua ở bước 5. Ghi lại thông tin theo mẫu bảng 19.1

Hình 19.7. Sản phẩm sữa chua

Thực hành làm sữa chua

Bảng 19.1. So sánh hỗn hợp sữa ở bước 2 và sản phẩm sữa chua

Đặc điểm	Màu sắc	Mùi, vị	Trạng thái	PH
Hỗn hợp sữa (bước 2)	?	?	?	?
Sản phẩm sữa chua (bước 5)	?	?	?	?

Báo cáo

Viết báo cáo theo mẫu ở bài 6, so sánh kết quả thu được với các nhóm khác, đồng thời thảo luận trả lời các câu hỏi sau:

– Giải thích sự sai khác của các số liệu thu được ở bảng 19.1, dựa trên số liệu đó để giải thích cơ chế động tụ của sữa chua

– Nêu các yếu tố chỉnh ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sữa chua và cách thức điều chỉnh các yếu tố đó để có sản phẩm sữa chua ngon

b. Lên men dưa chua

Chuẩn bị

– Nguyên liệu rau cải bắp hoặc cãi be, muối, đường, hành lá, nước đun sôi để nguội giầy quỳ

– Dụng cụ dao hoặc kéo, binh lên men (lọ sảnh, sự hoặc thuỷ tỉnh), phên tre hoặc nửa,

Tiến hành

Bước 1. Rửa rau cải và hành bằng nước sạch, phơi héo rau cải.

Bước 2. Cắt cải bẹ thành khúc khoảng 3 – 4 cm, nếu dùng cải bắp thi thái nhỏ khoảng 0,5 – 0,8 em, cắt hành lá thành khúc 3-4 cm.

Bước 3. Trộn đều rau cải và hành rồi cho vào bình lên men, dùng phên nén chặt

Bước 4. Bổ sung dung dịch nước muối 3 % có chứa 0,5 – 1 % đường cho ngập rau khoảng 5 cm.

Bước 5. Ủ ở nhiệt độ 35 – 40 °C trong 2 ngày thu được sản phẩm dưa chua.

Bước 6. Thu thập số liệu

– Quan sát màu sắc, trạng thái, xác định mùi vị, đo pH của dưa ở bước 4 và sản phẩm dua chua.

– Ghi đặc điểm của dưa ở bước 4 và sản phẩm ở bước 5 theo mẫu bảng 19.2.

Hình 19.8. Sản phẩm dựa cải muối chua

Thực hành làm dưa chua

Bảng 19.2. So sánh nguyên liệu ban đầu và sản phẩm dưa chua

Đặc điểm	Màu sắc	Mùi, vị	Trạng thái	PH
Dưa ở bước 4 (nguyên liệu ban đầu)	?	?	?	?
Sản phẩm dưa chua (sau 2 ngày ủ)	?	?	?	?

Báo cáo

– Viết báo cáo theo mẫu ở bài 6

– Thảo luận trả lời các câu hỏi sau

+ Vi khuẩn lên men dưa chua có từ những nguồn nào? Người ta thưởng chủ động bổ sung vi khuẩn lactie trong quá trình muối dưa bằng cách nào?

+ Dưa cải muối chua khi ăn được thì được gọi là dưa “chín”, em hãy giải thích cơ chế gây ra sự “chín” của dưa

+ Nêu các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dưa chua và cách thức điều chỉnh các yếu tố đó để có sản phẩm dưa chua ngon

c. Lên men bánh mì

Chuẩn bị

– Nguyên liệu 250 g bột mi, 5 g men bánh mì, 160 ml nước đun sôi để nguội, 2g muối, 16g đường

– Dụng cụ dao nhỏ, thia, khay inox (20 × 27 cm) phủ giay nên, bình đựng nước, bát inox có đường kinh miệng khoảng 30 cm, găng tay.

– Thiết bị lò nướng hoặc tủ sáy,

Tiến hành

Bước 1. Trộn đều muối, men bánh mì và đường với 160 mL nước.

Bước 2. Bổ sung dẫn dung dịch ở bước 1 vào bát bột và dùng tay trộn đều cho đến khi bột mịn.

Bước 3. Ủ ở nhiệt độ 28 – 30 °C trong khoảng 20 phút.

Hình 19.9. Sản phẩm bánh mì

Bước 4. Chia bột thành những phần nhỏ (khoảng 8 phần), tạo hình cho mỗi phần đó.

Bước 5. Xếp bánh vào các khay và ủ ở nhiệt độ 28 – 30 °C trong khoảng 1 giờ.

Bước 6. Dùng dao khía mặt bảnh và nướng ở 160 °C trong khoảng 25 – 30 phút thu được sản phẩm

Bước 7.

– Quan sát màu sắc vỏ bánh, xác định mù và vị của bánh mì

– Ghi thông tin đặc điểm của bánh mì theo mẫu bảng 193

Bảng 19.3. Các đặc điểm của sản phẩm bánh mì

Đặc điểm	Màu sắc vỏ bánh	Mùi của bánh	Vị của bánh
Bánh mì	?	?	?

Báo cáo

Viết báo cáo theo mẫu ở bài 6. Thảo luận trả lời các câu hỏi sau

+ Giải thích cơ chế làm cho bánh phồng lên khi ủ

+ Nêu các yếu tố chinh anh hưởng đến chất lượng sản phẩm banh mi và cách thức điều chỉnh các yếu tố đó để có sản phẩm bánh mì ngon