PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN BẰNG VI SINH VẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH
TIỂU LUẬN:

PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN BẰNG
VI SINH VẬT
GVHD: Trần Thị Thu Trà.
SVTH:
1. Trương Nam Đình Kha

60800910.

2. Nguyễn Thị Hồng Hạnh

60800606.

3. Bùi Quang Huy

60800765.

4. Phạm Văn Hưng

60800885.

TP Hồ Chí Minh, 12/2010


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................................................2
1.Định nghĩa về bacteriocin:..................................................................................................................11
3. Nisin..................................................................................................................................................14
3.1. Đặc tính Nisin..............................................................................................................................14
3.2. Cấu tạo Nisin...............................................................................................................................15
4.1.Cơ chế sản xuất............................................................................................................................17
4.2. Điều kiện sản xuất.......................................................................................................................17
5.Cơ chế tác dụng..................................................................................................................................18
6.Phạm vi ứng dụng trong thực phẩm hiện nay.....................................................................................19
7.Kết luận...............................................................................................................................................21

2


PPBQ BẰNG VSV

I.

GVHD: Trần Thị Thu Trà

BẢO QUẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN:
1. Định nghĩa:
Lên men trong chế biến thực phẩm là quá trình chuyển hóa đường thành acid hay rượu
dưới tác dụng của vi khuẩn, nấm men hay nấm mốc.
2. Cơ chế tác động:
Các chủng vi khuẩn đó có tác dụng phân hủy đường thành các acid: acid formic, acid

propionic, acid butyric, acid lactic…làm giảm nồng độ pH của môi trường lên men. pH
của môi trường giảm làm cho pH của vi sinh vật bị đưa về pI. Ở pH này các protein của
vi sinh vật sẽ bị biến tính, hoặc kết tủa do đó ảnh hưởng tới cấu trúc vi sinh vật cũng như
cấu trúc của sản phẩm lên men.
 Làm chết hoặc ức chế, ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật gây ôi thiu, hạn chế nấm
mốc và các vi khuẩn có hại trong thực phẩm, giúp làm tăng thời gian bảo quản thực phẩm
và đồng thời duy trì hương vị đặc trưng của một số sản phẩm.
3. Quá trình lên men lactic
Bản chất: là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vsv. Lên men lactic có 2
dạng: lên men đồng hình và lên men dị hình.
Hệ vsv: vi khuẩn lactic (thường có dạng hình cầu, hình ovan và hình que), kích thước: 18μm, đứng riêng rẽ hoặc kết thành chuỗi. Vi khuẩn lên men lactic đồng hình (S.lactis, L.
bulgaricus…), vi khuẩn lactic lên men dị hình (S.L. brevis, L. lycopersici…).
4. Lên men nem chua
Nem chua là sản phẩm lên men từ thịt tươi,sản xuất hoàn toàn thủ công
Bản chất:lên men đường (thêm vào khi chế biến) thành acid lactic nhờ hoạt động của vi
khuẩn: Lactobacillus, Pediocuccus…
Hệ vi sinh vật trong thịt bao gồm các vi sinh vật có sẵn trong cơ, nhiễm từ ruột, từ phân
từ các dụng cụ giết mổ, từ nguồn nước, không khí nơi giết mổ...
Thịt là môi trường cực kỳ thuận lợi cho sự phát triển của loại vi sinh vật, hoạt độ nước
cao, pH thích hợp, giàu chất dinh dưỡng nên hệ vi sinh vật tự nhiên của thịt rất đa dạng từ
nấm men, nấm mốc đến vi khuẩn. Đây là một đặc điểm cần chú ý khi chế biến thịt phải
làm thế nào để tạo điều kiện ức chế tối đa các biến đổi bất lợi do vi sinh vật gây ra.
3


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Nem chua là một sản phẩm lên men thịt sống, nên ta xét chủ yếu hệ sinh vật có khả năng

lên men trong nem chua. Hệ vi sinh vật này có khả năng đặc trưng là khả năng lên men,
môi trường sinh sống của chúng có pH = 5.0 – 6.0, hoạt độ nước aw = 0.99- 0.80 và môi
trường yếm khí.
Hệ vi sinh vật đóng góp vai trò lớn nhất hình thành nên mùi vị đặc trưng và chất lượng
sản phẩm nem chua là giống vi khuẩn Lactobaccilaceae và Micrococcaceae,
Streptococcaceae. Quá trình lên men chủ yếu trong sản phẩm chính là sự lên men lactic,
sự lên men làm cho pH, độ ẩm của sản phẩm giảm, chính từ đó góp phần ức chế hệ vi
sinh vật không có lợi.
Trong thực tế sản xuất, các nhà sản xuất thường dùng hệ vi sinh vật của nem chua mẻ
trước để cấy cho mẻ tiếp theo. Mục đích: giảm thời gian lên men, tăng khả năng ức chế vi
sinh vật nhiễm, tăng chất lượng và độ đồng đều sản phẩm
Từ đây có thể mở ra hướng nghiên cứu: thực hiện quá trình lên men có bổ sung thêm vi
sinh vật thuần khiết, từ đó khảo sát quá trình lên men cùng các chỉ tiêu chất lượng tối ưu
của sản phẩm.

a) Vi sinh vật giống
i.

Lactobacillaceae

Đây là các vi khuẩn hình que, kích thước tế bào phụ thuộc môi trường nuôi cấy; có vi
khuẩn dài 7 – 10µm, có loại hình que ngắn, có loại sợi dài, G(+), yếm khí tuỳ tiện, ưa ấm.
Nhiều loài trong số chúng đóng vai trò trong việc phân hủy các nguyên liệu từ thực vật,
sản phẩm thu được là acid lactic qua quá trình lên men đồng hình. Acid lactic đóng vai
trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự phát
triển của các vi khuẩn có hại khác.
Chúng được nhiều tác giả kể đến như là loại vi
khuẩn chiếm ưu thế nổi trội trong suốt quá trình chín
của sản phẩm, hoặc ít nhất là ở cuối quá trình chín, nếu
như quá trình chín xảy ra chậm. Chính sự chiếm ưu thế

về số lượng này khiến cho các Lactobacilles có khả
năng ức chế một số loại vi sinh vật khác, chủ yếu là các
loài G(-) và một vài loài G(+). Mặt khác, các
Lactobacille có khả năng chịu được nồng độ muối cao
hơn một số loài vi khuẩn khác. Lượng Lactobacilles có
thể đạt tới 108 tế bào/g sản phẩm.
Hình 1 : Lactobacillus
Chúng có vai trò chính trong việc sinh ra các hợp
chất acid, chủ yếu là acid lactic. Chính sự acid hóa môi trường dẫn đến sự đông tụ các
protein, ức chế các vi khuẩn gây bệnh và tạo màu cho sản phẩm.
Một số loài: L.sale, L.curvatus, L.casei, ban đầu sinh ra L (+) lactate, hợp chất này được
tích tụ và dẫn đến sự chuyển hoá từ dạng L (+) sang D (-).
Ngoài ra, các lactobacilles cũng có vai trò trong việc sinh ra các hợp chất tạo nên hương vị
của thịt lên men. Chúng cũng có khả năng góp phần gây ra sự hỏng về vị nhất là khi lượng
acid trong môi trường trở nên dư thừa. Một số có khả năng thuỷ phân protein góp phần vào
quá trình giải phóng acid amin trong quá trình lên men.
4


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Cuối cùng, cũng phải nói rằng một trong số chúng có khả năng tổng hợp hợp chất peroxide
(H2O2) và do đó đẩy nhanh quá trình oxy hoá các acid béo.
 Pediococcus
Pediococcus là giống vi khuẩn G(+), thuộc họ Lactobacillaceae, chúng thường xuất hiện
ở dạng song cầu khuẩn hoặc dạng tứ cầu khuẩn được chia đối xứng qua một hoặc hai mặt
phẳng. Chúng hoàn toàn là loài homofermentative với đại diện là Pediococcus
acidilactici, Pediococcus damnosus, Pediococcus dextrinicus, Pediococcus parvulus và

Pediococcus pentosaceu. Loài Pediococcus thường được cấy truyền trong ủ xilo.

Pediococcus pentosaceus

Pediococcus halophilus

 Pediococcus pentosaceus:
Cũng như các loại vi khuẩn acid lactic khác, P.pentosaceus có thể chịu được môi trường
acid, không thể tổng hợp pothyrins và sở hữu cơ chế chuyển hóa thành men hoàn toàn với
acid lactic như là sản phẩm chuyển hóa cuối quan trọng. Hệ thống sinh học gồm
Pediococcus và Lactobacillus tạo thành một một cụm lớn, được phân thành hai cụm nhỏ
hơn, tất cả loài Pediococcus thuộc cụm Lactobacillus casei – Pediococcus. Về mặt hình
thái học Pediococci (cocci; 0.6-1mm đường kính) và lactobacilli (dạng thanh) là khác
biệt nhau. Sự tạo thành các nguyên tố hóa học hóa trị IV thông qua phân bào thành hai
hướng vuông góc trong cùng một mặt phẳng đơn là tính chất nhận biết của Pedococci.
P. pentosaceus phát triển tại 40oC (50oC không phát triển), nồng độ pH dao động từ 4.5
đến 8, trong dung dịch NaCl 9-10%, thủy phân arginine, có thế sử dụng maltose và vài
dòng sản xuất ra “pseudo-catalase”.
P.pentosaceus có thể được cô lập ra khỏi các nguyên liệu thực vật và vi khuẩn tạo phômai.
Sinh vật này được sử dụng như là chất sản sinh môi trường acid trong sự lên men của xúc
xích, dưa chuột và đậu xanh, đậu nành…
ii. Micrococcaceae
Các Micrococcaceae, vi khuẩn G(+), là loại hiếu khí hoặc yếm khí tuỳ tiện. Ở cuối quá
trình lên men chúng là loại vi sinh vật chiếm ưu thế thứ hai sau Lactobacillaceae, vào
5


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

khoảng 105 vi khuẩn/g sản phẩm. Theo một số tác giả, sự phát triển của các
Micrococcaceae, ở thời kì đầu của quá trình lên men, hình như thuận lợi cho sự phát triển
của Lactobacillaceae ở giai đoạn sau.
Chúng có khả năng khử hợp chất nitrat thành nitrit, giữ vai trò chủ yếu trong quá trình tạo
thành và giữ màu cho sản phẩm. Các Micrococcaceae góp một phần nhỏ trong quá trình
lên men đồng hình và có khả năng thuỷ phân protein và thuỷ phân lipit. Đồng thời, chúng
có tính đối kháng đối với một số vi sinh vật không mong muốn ví dụ như các loài sinh hợp
chất peroxit.
iii.
Streptococcus
Tế bào hình cầu hay ovan, đường kính khoảng 0.5- 1µm, thường tạo thành đôi hay tạo
thành chuổi ngắn dài (bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là Streptos, có nghĩa là “tập trung” hay
cuộn lại một cách dễ dàng để tạo thành chuỗi).
Đa số không tạo nha bào; không chuyển động.
Nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của Streptococcus là 30oC.
Nó còn có khả năng phân giải glucose, mantose, lactose, hình thành acid lactic.
Streptococcus được chia nhỏ thành Lactococcus, Enterococcus, Vagococcus, dựa trên đặc
tính sinh học cũng như cấu tạo phân tử.Trong quá khứ, người ta phân lọai Streptococcus
bằng cách phân tích huyết thanh.
Một số loài: S. pneumoniae; S. mutans; S. pyogenes; S. agalactiae; S.faecalis
Vi khuẩn này, G(+), hiếu khí hoặc yếm khí tuỳ tiện, chúng acid hoá môi trường bằng quá
trình lên men lactic đồng hình. Quá trình phát triển của chúng ngừng lại chủ yếu là do
tương tác với các vi sinh vật khác, chủ yếu là các lactobacilles.
b) Vi sinh vật nhiễm
i. Các vi khuẩn G(-): bao gồm
• Các enterobacteria trong đó điển hình là Escherichia Proteus.
• Pseudomonas
• Acinetobacter
Các vi khuẩn này gram âm có trong sản phẩm đầu thời kì lên men với mật độ khoảng 103 vi

khuẩn/g sản phẩm. Chúng bị ức chế bởi các lactobacilles trong quá trình chín của sản phẩm.
Các enterobacteria acid hoá môi trường bằng chuyển hoá lên men lactic hỗn hợp sinh ra các acid
hữu cơ có mạch cacbon ngắn. Chúng có khả năng thuỷ phân protein.
Giống vi khuẩn Pseudomonas (Ps.fluorescens, Ps.fragi, Ps. Lundensis và Shewnella
putrefaciens) thường xuyên thuỷ phân protein. Chúng không chịu được nồng độ muối cao hơn
2,5% và cũng chỉ phát triển khi hoạt độ nước trong môi trường lớn hơn 0,95. Đây là nhóm vi
khuẩn gây ra sự nhiễm độc thịt, gây thối và làm ôi khét mỡ. Một vài loài (như Pseudomonas
aeruginosa) có thể gây bệnh cho người.
Giống Acinetobacter cũng có khả năng thuỷ phân protein và gây ra các mùi không mong muốn
của thịt.
ii. Nấm men và nấm mốc:
Nấm men có thể làm mỡ biến thành màu đỏ hoặc màu đen. Chúng phát triển tốt nhất ở pH
dưới 5. Đa số nấm men chịu được môi trường hoạt độ nước thấp. Nấm men phát triển sẽ
gây mùi ôi khét của mỡ. Chúng tạo ra các mùi không mong muốn và gây ra một số hiện
tượng ngộ độc.
6


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Nấm men có khả năng thuỷ phân protein cũng như các hợp chất gluxit và lipit (Lerche et
Lammers, Coretti, 1958), tuy nhiên nấm men trước tiên có khả năng thuỷ phân lipit và tạo
thành các hợp chất tạo hương (Fournaud, 1976). Chúng có khả năng thích nghi với quá
trình lên men, với khoảng pH rộng, do đó chúng có khả năng sinh trưởng tốt trong môi
trường nem chua.
Nấm mốc là các vi sinh vật thuỷ phân protein và lipit.
c) Sau khi thành phẩm:
 Biến đổi vật lý: độ dai, độ dẻo tăng, khối lượng nem cũng thay đổi một phần sau

quá trình lên men.
 Biến đổi hoá học: pH giảm, hàm lượng đường giảm, thành phần các chất dinh
dưỡng thay đổi theo hướng có lợi nhờ các sản phẩm lên men.Sau quá trình lên men,
sản phẩm có cấu trúc gel, giữ nước, một phần nước tự do trở thành nước liên kết
trong cấu trúc gel nên hàm ẩm giảm.Hàm lượng protein giảm, vitamin B1, B2 tăng.
 Biến đổi hóa lý: do quá trình lên men làm cho pH của nem thay đổi, tự đó giúp cho
sự hình thành cấu trúc gel của nem tốt, pH giảm khiến collagen trương nở giúp khối
nem chặt.
 Biến đổi cảm quan: Khối nem có màu hồng đỏ đẹp, bề mặt bóng, có mùi thơm đặc
trưng của sản phẩm thịt lên men.pH trong nem giảm thấp, myoglobin có trong thịt
sẽ ở dạng metmyoglobin, nem bình thường sẽ có màu hồng nhạt đến nâu nhạt.
 Thời gian bảo quản: 1-2 tháng.
5. Lên men sữa
Các sản phẩm sữa lên men, được lên men từ sữa, là tên gọi chung của các sản phẩm như sữa
chua, yoghurt, kefir, kumis, phomai.
Để sản xuất các sản phẩm sữa lên men, người ta cấy các chủng VSV khác nhau vào sữa, kết quả
là chuyển hóa lactose thành acid lactic, CO2, acid acetic,… tạo cho sản phẩm có các mùi vị đặc
trưng.
Sự chuyển hóa đường sữa (lactose): được lên men và chuyển hóa thành các loại acid (acid lactic,
acid malic, acid citric, acid propionic…).

7


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Hình: Cơ chế quá trình chuyển hóa đường trong sữa do vi khuẩn lactic
Sự chuyển hóa protein: lượng acid càng tăng làm tăng nhanh quá trình tách Canxi ra khỏi casein,

khi đạt đến điểm đẳng điện sẽ kết tủa casein. Sau đó casein sẽ bị phân hủy tạo thành pepton và
các sản phẩm khác.
Casein

pepton

acid amin

6. Lên men rau quả
Muối chua rau quả nhằm hai mục đích cơ bản: bảo quản nguyên liệu và làm tăng giá trị dinh
dưỡng, giá trị cảm quan của rau quả. Chính vì thế, có thể nói rằng quá trình muối chua rau quả
vừa mang tính chất bảo quản, vừa mang tính chất chế biến thực phẩm.
8


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Nguyên tắc để muối chua rau quả là tạo điều kiện để phát triển vi khuẩn lactic đồng thời hạn chế
tác dụng của vi khuẩn gây thối rữa .
Hiện nay có rất nhiều sản phẩm rau quả muối chua được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng như
trên thế giới như dưa cải chua, dưa chuột chua, tỏi, cà chua , …
Quá trình làm chua rau quả chủ yếu là do loài Bacterium cacumeris fermentati. Quá trình gây ra
chủ yếu là những vi sinh vật có trên bề mặt nguyên liệu. Ví dụ người ta tính trên bề mặt của dưa
chuột có khoảng 100.000 – 500.000 vi sinh vật/1cm 2. Theo Keipper thì có đến 2000000 vi sinh
vật/1 cm2 lá bắp cải bên ngoài, và 4000 vi sinh vật/1 cm2 lá bắp cải bên trong.
Trong quá trình lên men xảy ra hàng loạt quá trình:
-Quá trình trích ly hay thẩm thấu của các chất từ mô bào thực vật
-Quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn lactic)

-Quá trình tạo acid lactic
-Quá trình ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối bởi acid lactic và muối
-Quá trình tạo hương của sản phẩm
Quá trình ủ chua thường qua 3 giai đoạn :
Giai đoạn 1 : Các thành phần dinh dưỡng được khuếch tán ra ngoài nhờ áp suất thẩm
thấu, vì thế tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển mạnh. Trên bề mặt xuất hiện nhiều bọt khí.
Quan sát dưới kính hiển vi thấy E.coli, các vi khuẩn hơi khác và các vi khuẩn Lactic bắt đầu hoạt
động.
Giai đoạn 2 : vi khuẩn Lactic phát triển mạnh mẽ và tích lũy được nhiều acid Lactic , pH
môi trường giảm xuống 3 – 3,5, làm ức chế các vi sinh vật khác. Phát triển chủ yếu trong giai
đoạn này là Bacterium brassiccae fermentati, Lactobacterium cucumessis và Lactobacterium
plantorum. Cuối thời kì này là chủng Lactobacterium pentoaceticus và Lactobacterium breris
phát triển rất mạnh. Lượng acid Lactic có thể đạt tới 0,8 – 1,2 %.
Giai đoạn 3 : lượng acid Lactic đạt khá cao nên vi khuẩn Lactic bị ức chế. Trong trường
hợp này, hầu như các vi khuẩn không phát triển được, nhưng nấm men, nấm mốc phát triển rất
mạnh. Trong giai đoạn này, oidium lactic thường tạo nên màng màu trắng trên bề mặt, loài nấm
này phân hủy acid Lactic rất mạnh. Để tránh gây hư hỏng, sau khi lên men xong, người ta bảo
quản lạnh hoặc giữ trong điều kiện yếm khí hoặc dủng acid sorbic 0,07 – 0,1 %.
9


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Sau khi thành phẩm:
 Biến đổi vật lý: dạng đặc,màu vàng hay màu xanh,vị chua, ngọt.
 Biến đổi hoá học: pH giảm,(4,2-5,8) hàm lượng đường giảm, thành phần các chất dinh
dưỡng thay đổi theo hướng có lợi nhờ các sản phẩm lên men. Hầu hết các chất dinh
dưỡng, vitamin đều tan vào nước ngâm như: chất thơm, vitamin (chủ yếu là vit B).

-Thời gian bảo quản: 50C: 6 tháng
100C: 7 ngày
200C: 3 ngày

II.

BẢO QUẢN BẰNG MÀNG BAO BC (Bacterial Cellulose)
1. Bản chất của BC:
Cellulose được tổng hợp bởi vi khuẩn Agrobacterium và Sarcina. Nguồn sản xuất
hiệu quả nhất là vi khuẩn gram âm, vi khuẩn acid acetic Acetobacter Xylinum.
2. Quá trình hình thành cellulose:
-

Trong môi trường lỏng sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất của mình bằng
cách hấp thụ đường glucose, kết hợp đường với một acid béo để tạo thành tiền
chất nằm ở màng tế bào.

-

Tiền chất này tiết ra ngoài nhờ hệ thống lỗ nằm ở trên màng tế bào cùng với
một enzyme có thể polyme hoá glucose thành cellulose.

-

Về mặt cấu trúc Bacterial Cellulose có cấu trúc dạng bó sợi đan xen lẫn nhau.
Mỗi sợi rộng khoảng 100nm và dày 3-8nm. Đường kính của BC là nhỏ hơn so
với tự nhi ên và sợi nhân tạo.

-

Đặc tính cấu trúc của BC phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nuôi cấy đặc
trưng.

-

Dung dịch môi trường ban đầu có dạng huyền phù mịn, chuyển sang dạng rời
rạc.

-

Sau đó kết lại thành khối lớn hơn dạng gel chứa các tế bào vi khuẩn trong đó.

-

Bộ khung của gel là mạng lưới cellulose với thành phần chủ yếu là nước.

10


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

3. Ứng dụng:

III.

-

Làm màng bao xúc xích

-

Bảo quản dừa tươi, giữ nguyên chất lượng sau 2 tuần bảo quản ở nhiệt độ
phòng và 4 tuần bảo quản ở nhiệt độ mát.

-

Sữa chua uống với nồng độ BC 0.5% đạt chất lượng về chỉ tiêu cảm quan,
không tách lớp, dd đồng nhất trong thời gian BQ.

-

Sử dụng màng BC hấp phụ Bacteriocin có thể bảo quản 3 ngày thịt tươi sơ
chế tối thiếu ở nhiệt độ mát.

BẢO QUẢN BẰNG BACTERIOCIN:

1. Định nghĩa về bacteriocin:
- Bacteriocin là những chất mang bản chất protein được tế bào vi khuẩn tiết ra, chức năng
của chúng là ngăn cản sự phát triển của những vi khuẩn gần giống với chúng. Chúng được xem
là có phổ kháng khuẩn hẹp (vấn đề này đang được tranh luận rất nhiều). Loại vi khuẩn tạo ra
loại bacteriocin nào thì có khả năng kháng lại chính bacteriocin đó.

11


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

- Ngoài ra không gây ra phản ứng dị ứng với người, không gây ra các vấn đề về sức khỏe,
bị phân hủy nhanh bởi enzym protease, lipase.
Phân biệt bacteriocin và kháng sinh và kháng sinh sinh học
Bacteriocin

Antibiotic (kháng sinh sinh học)

Phổ kháng khuẩn hẹp

Phổ kháng khuẩn rộng

Chức năng ức chế hay tiêu diệt vi khuẩn

Chức năng ức chế hay tiêu diệt vi khuẩn

Vi khuẩn sản xuất có khả năng kháng lại

Vi khuẩn sản xuất đôi khi không có khả năng kháng lại

Bản chất là polypeptide

Là những hợp chất nói chung

Tác động lên màng tế bào

Tác động đến khả năng trao đổi chất của màng tế bào

Chưa xác định được loại nào có độc tính

Có độc tính

Nisin, colicin, enterocin

H2O2, penicilin

-

Có một điều cần lưu ý là bacteriocin không phải chỉ có vi khuẩn lactic mới sản xuất ra
được mà còn nhiều loài khác. Bacteriocin do vi khuẩn lên men lactic tổng hợp nên được
gọi chung là lantibiotic

Phân loại (gồm có 3 nhóm):
-

Nhóm1 (Lantibiotic): khối lượng phân tử nhỏ (< 5 kDa) những peptit ổn định nhiệt hoạt
động theo những cấu trúc màng tế bào. Lantibiotic bacteriocin thì thoạt tiên được chia cắt
vào trong hai lớp phụ được dựa vào những sự giống nhau cấu trúc. Lớp phụ Ia bao gồm
một cách tương đối hình thon dài, nói chung nó hoạt động bằng việc tạo những lỗ trong
màng tế bào chất của loài nhạy cảm. Nisin thuộc vào nhóm này. Lớp phụ Ib là những
peptit đặc trưng hình cầu, chúng thường hoạt động trong những phản ứng lên men quan
trọng của vi khuẩn nhạy cảm (Deegan v.v..., 2006).

-

Nhóm 2(Non-Lantibiotic): khối lượng phân tử lớn hơn nhóm 1 (<10 kDa), chứa những
amino- axít thông thường. Nhóm này được chia ra làm 3 nhóm nhỏ. Nhóm 2 là những
protein có khả năng chịu nhiệt tương đối :
• Nhóm 2a: những peptit thường kháng Listeria, đặc trưng là: Leucocin A,
PA-1 pediocin (Venema v.v..., 1997) và sakacin P.

• Nhóm 2b: hình thành bởi một phức chất của hai peptit riêng biệt. Những
peptit này có ít hoặc không có hoạt động nào và nó có vẻ không có là
những sự giống nhau giữa peptit bổ sung. Trong nhóm này là lactococcin
G và plantaricins EF e JK.
12


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

•

-

Nhóm 2c: Peptit nhỏ, bền nhiệt. Trong nhóm phụ này được tìm thấy chỉ
những
bacteriocin
divergicin
A
và
acidocin
B.

Nhóm 3: là những protein có khả năng chịu nhiệt tốt, độ dài mạch lớn, với trọng lượng
phân tử trên 30 kDa. Trong lớp này có helveticins J (Joerger và Klaenhammer, 1986) và
V (Vaugham v.v..., 1992), acidofilicin A và lactacins A,B.

Có nhiều chủng vi khuẩn sản xuất bacteriocin nhưng được ứng dụng nhiều nhất là:
S.cremocis va S.lactic .

2. Sử dụng bacteriocin (nisin)
- 1951, Hirch lần đầu tiên sử dụng nisin làm chất ức chế Cl. Butiricum và Cl.
Tyrobutiricum trong sx phomat.
-

1952, McClintock đã sử dụng để ức chế các bào tử trong sản xuất phomat fondue.

-

1953, thương phẩm đầu tiên xuất hiện với tên gọi Nisaplin.

-

1959, Anh đã cho phép sử dụng nisin như chất bảo quản thực phẩm.

- 1969, FAO và WHO chính thức công nhận nisin là an toàn và cho phép sử dụng như chất
bảo quản thực phẩm với liều lượng 400 IU/g.
- 1988, chính thức được FDA của Mỹ ( food drug administration ) công nhận là an toàn và
coi là chất bảo quản có nguồn gốc sinh học.

13


PPBQ BẰNG VSV

-

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Tiêu diệt E.coli (vi khuẩn

Biểu đồ cho thấy khả năng tiêu diệt E.coli của bacteriocin phụ thuộc vào nồng độ và thời
gian có mặt của bacteriocin.

3. Nisin
3.1. Đặc tính Nisin
- Đặc tính chung của Nisin là kém bền nhiệt ( bị phân hủy ở nhiệt độ 37 0C trong thời gian
30 phút) bị mất hoạt tính ở pH=8. Nhưng một số Nisin rất bền nhiệt. như loại Nisin được
vi khuẩn lactobacillus brevis OG1 tổng hợp, nó có thể chịu nhiệt độ là 1210 C trong 30
phút (theo www.academicjournals.org/AJB)
-

Khả năng kháng khuẩn của Nisin được thấy là nó có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế vi
khuẩn gram dương thường gây thối rữa thực phẩm, đặc biệt là những bào tử của vi khuẩn
có thể chịu đựng được sự tiệt trùng. Nisin có thể ức chế một vài vi khuẩn như:
14


PPBQ BẰNG VSV

Clostridium botulinum,
monocytogenes…
-

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Bacillus

cereus,

Bacillus

alcalophilus,

và

Listeria

Sự an toàn: Nisin là một polypeptide. Nó sẽ bị phân hủy thành amino acid bởi enzym
protease trong hệ thống tiêu hóa khi chúng ta ăn. Thêm vào đó, nisin sẽ không gây ảnh
hưởng những vi khuẩn khác trong đường ruột và không gây ra hiện tượng kháng thuốc
như sử dụng thuốc kháng sinh.

3.2. Cấu tạo Nisin
Nisin là một peptit được hình thành bởi 34 amino- acids với trọng lượng phân tử
nhỏ, ở dưới 5 kDa. Công thức phân tử: C143H230N42O37S7. Sự tổng hợp của nó là phức
tạp, liên quan đến những quá trình của sự sao chép, sự chuyển đổi. Có hai loại của
bacteriocin này: nisin A và Z chỉ khác với nhau bởi amino- acid 27.
Histidin trong nisin được thay thế bởi Asparagine trong nisin Z. Bacteriocin này
được sử dụng chiếm ưu thế trong những đồ hộp và những sản phẩm từ bơ sữa và một cách
đặc biệt có hiệu quả khi dùng trong sự sản xuất của việc xử lý phó mát. Nisin gồm có nhiều
loại là : A, B, C…., Z. trong số đó được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất là A và Z.

15


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

16


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

4. Sản xuất bateriocin của vi khuẩn
4.1.Cơ chế sản xuất
Vi khuẩn sản xuất ra bacteriocin với một mục đích là ức chế các vi khuẩn có khả năng
cạnh tranh với chúng, như cạnh tranh về nguồn dinh dưỡng. những loại vi khuẩn này vì có khả
năng cạnh tranh nên chúng có bản chất gần giống với chủng vi khuẩn lactic về nguồn dinh dưỡng
mà chúng sử dụng, về điều kiện môi trường ( hiếu khí, kị khí) về pH, về hoạt độ aW, về bản chất
tế bào (Gram cũng như độ ẩm W). Vì thế bacteriocin được xem là có phổ kháng khuẩn hẹp.
Nisin là một loại bacteriocin có bản chất là polypeptide được tế bào tổng hợp bằng
ribosome.
4.2. Điều kiện sản xuất
Đối với những loại sinh tổng hợp nên bacteriocin điều kiên nuôi ủ có ảnh hưởng đến
hoạt tính kháng khuẩn. Hiện nay, đối với nhiều chủng vi sinh vật điều kiện nuôi cấy để khả năng
sinh tổng hợp bacteriocin là cao nhất đã được xác định.
• Thành phần môi trường nuôi cấy
Đối với vi khuẩn gram dương có khả năng tạo bacteriocin thì điều kiện thích hợp với chúng
là môi trường rắn. Tăng độ nhớt của môi trường bằng cách thêm agar, dextran, glycerol hoặc tinh
bột sẽ làm tăng khả năng sinh tổng hợp bacteriocin của vi khuẩn streptococci. Nhiều loại môi
trường khác nhau có tác dụng khác nhau trong việc làm tăng hay giảm khả năng sinh tổng hợp
bacteriocin. Một số thành phần môi trưòng làm tăng khả năng sinh tổng hợp bacteriocin phải kể
đến là: cao men, mannitol, glucose, ion mangan..
•

Điều kiện nuôi cấy

Điều kiện nuôi cấy bao gồm nhiệt độ, thời gian, sự sục khí và pH ảnh hưởng đến hoạt tính
của bacteriocin.
Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn cũng là nhiệt độ thích hợp cho việc sinh
tổng hợp bacteriocin. Mỗi loại vi khuẩn thích hợp với một khoảng nhiệt độ khác nhau.
Lượng bacteriocin trong một môi trường có thể sinh ra khác nhau ở các pha khác nhau của
một chu kỳ phát triển. Việc sinh tổng hợp bacteriocin tốt nhất ở pha phát triển (pha log) và giảm
dần ở những pha tiếp theo. Nhiều nghiên cứu cho thấy bacteriocin được sinh ra sau 8 giờ, đạt tối
đa sau 18 giờ đến 24 giờ và sau đó không sinh bacteriocin nữa .
-

Quá trình sản xuất nisin thích hợp trong môi trường acid yếu. Trong quá trình lên men
acid lactic được tạo ra làm giảm pH môi trường, gây ức chế QTSX. Để duy trì pH tối ưu
cần bổ sung NaOH hoặc một số chất đệm

17


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Việc kiểm soát pH là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp
bacteriocin.Tuỳ từng loại vi sinh vật mà việc điều chỉnh pH là khác nhau.
5. Cơ chế tác dụng
Phá vỡ chức năng vận chuyển của màng tế bào và phá vỡ màng tế bào và làm tế bào chất thoát ra
ngoài, chống lại vi khuẩn Gram – và Gram +, ức chế sự hình thành bào tử.
Cơ chế:
-

Bám trên tế bào chủ (cần và không cần cơ quan thụ cảm).

Thay đổi tính thấm của màng tế bào từ đó ức chế khả năng sinh năng lượng và xây dựng
cấu trúc tế bào.
Hầu hết bacteriocin hoạt động bằng cách tạo kênh hay lỗ trên màng làm phá hủy năng
lượng hữu ích của tế bào.
Nisin làm phá vỡ thành và tế bào dẫn đến sự thoát các ion Kali, Magie ra ngoài. Nisin ức
chế qúa trình tổng hợp peptidoglycan nên tác động mạnh đến vi khuẩn Gram +. Nhiều loại
bacteriocin còn có khả năng phân giải ADN, ARN.
-

Bacteriocin do Streptococcus lactis (VK Gram +) sản xuất có khả năng ức chế
Clostridium, Listeria, Enterococcus, Lactobacillus, Leuconostoc (là các vi khuẩn Gram+)
Bacteriocin cho phản ứng rất kém đối với nhóm vi khuẩn Gram –

18


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

6. Phạm vi ứng dụng trong thực phẩm hiện nay
Bacteriocin không gây hại đến sức khỏe người sử dụng. Mặc dầu ngoài Bacteriocin còn
nhiều phương pháp bảo quản khác có thời gian bảo quản lâu hơn và khả năng diệt khuẩn cao
hơn, nhưng ngày nay con người ý thức nhiều về sức khỏe nên họ tránh dùng những thức ăn được
bảo quản bằng chất hóa học. Bên cạnh đó nó có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế.Nên hiện nay
bacteriocin được đánh giá là hợp chất sinh học có tiềm năng rất lớn trong bảo quản thực phẩm.
Hiện nay, những bacteriocin thương mại duy nhất là nhóm nisin được sinh bởi
Lactoccocus lactis, và PA-1 pediocin sinh Pediococcus acidilactici (Schöbitz et al, 2006).

Nhiều nghiên cứu khoa học của các nhà khoa học trên thế giới đều nhận định rằng các vi khuẩn
sinh acid lactic có lợi cho sức khoẻ của người cũng như các loài động vật máu nóng.
-

Ức chế clostridium trong đồ hộp:Người ta dùng nisin thay thế muối nitrate/nitrite trong
các sản phẩm thịt đóng hộp vì nisin ngăn chặn sự nảy mầm quá nhanh của bào tử
C.botulinum không gây hại đối với sức khỏe. Đối với thực phẩm đóng hộp thường xử lý
nhiệt trong thời gian Fo = 6 -8 phút để bất hoạt bào tử C.botulinum và các vi khuẩn gây
hư hỏng khác. Thêm nisin xử lý nhiệt giảm xuống Fo = 3 phút làm bất hoạt bào tử
C.botulinum làm tăng chất lượng sản phẩm. Nisin ngăn chặn sự nảy mầm của bào tử
bằng cách tác động lên chu trình nảy mầm ở giai đoạn sớm.

-

Sử dụng trong lên men

Bacteriocin được sử dụng trong thực phẩm lên men từ vi khuẩn trong những thập kỷ qua
để giữ gìn giá trị dinh dưỡng của thức ăn và thức uống qua một thời gian bảo quản lâu.
19


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

Bacteriocin của vi khuẩn lactic không gây ảnh hưởng đến hiệu suất lên men và những vi
khuẩn sinh ra nó. Không gây hại đến người sử dụng thực phẩm.. Vì thế, trong những năm trở lại
đây, Bacteriocin được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm như một công cụ để kiểm
soát vi khuẩn có hại trong thức ăn, và nhận được sự quan tâm của người tiêu dùng.
-

-

Bacteriocin được ứng dụng trong giai đoạn đầu của việc ủ bột làm bánh mì, trong lên
men xúc xích (kháng Listeria) và trong sản xuất phomat (kháng Listeria và Clostridia).
Những ứng dụng cuả bacterin được nghiên cứu trong suốt quá trình lên men trong ống
nghiệm ở phòng thí nghiệm.
Ức chế bacillus
Bảo quản thịt

Nisin ở nồng độ 400-800 IU/ml kết hợp với NaCl 2% chống lại L.monocytogense trong thịt
Ứng dụng của Bacteriocin trong bảo quản những sản phẩm từ sữa
+ Bảo quản sinh học của sản phẩm thịt.
+ Bảo quản sinh học của sản phẩm cá.
+ Quá trình lên men rau quả.
+ Thức uống chứa alcohol.
+ Thuốc cho con người và vật nuôi.
- Bảo quản sữa: Vi khuẩn lactic tồn tại tự nhiên trong sữa sẽ là cản trở lớn trong sản xuất
sữa tươi, nên ta bổ sung hợp chất kháng khuẩn là Nisin vào sữa.
- Sử dụng Bacteriocin của vi khuẩn lactic để cải thiện chất lượng phomat và an toàn.
Lacticin 3147 là một bacteriocin phạm vi rộng mà ngăn chặn một phạm vi rộng của vi
khuẩn gram dương bao gồm Lactobacilli, Clostridium và một vài loại vi khuẩn.
Trong phomat như Cheddar, các nhà sản xuất đã kiểm soát sự phát triển hương vị, kiểm
soát tốc độ tăng trưởng của những vi khuẩn Lactic không tham gia vào quá trình lên men mà ảnh
hưởng mùi vị phomat như mong muốn. Nhiều thử nghiệm với bacteriocin sinh ra trong quá trình
lên men chứng minh rằng sau khi sáu tháng chín, số lượng vi khuẩn không tham gia vào quá
trình lên men giảm đến mức độ thấp đủ để chúng sẽ không can thiệp với sự phát triển các hương
vị. Việc sử dụng các bacteriocin để kiểm soát sự phát triển những vi khuẩn có lợi cho các nhà
sản xuất kiểm soát được hương vị phát triển trong phô mai, và ngăn ngừa những thiệt hại kinh tế.
Một dự án mới nhằm tiếp tục khai thác lacticin 3147 cho Cheddar cheese đang được áp dụng

trong sản xuất. Trong quá trình sản xuất phomat Cheddar sinh ra một lượng đáng kể lacticin
3147 (1280 AU / ml). Sự hiện diện của bacteriocin tương quan với sự suy giảm số lượng vi
khuẩn Lactic không tham gia vào quá trình lên men.
Một số khuôn chín phô-mát có thể gây nguy cơ nhiễm bẩn với những vi khuẩn gây bệnh
như vi khuẩn Listeria. Trong thời gian làm chín pH ở bề mặt của các phô-mát có thể vượt quá
pH= 7, ở điều kiện này cung cấp một môi trường thích hợp cho các phát triển của nhiều vi khuẩn
Listeria. Nhiều thử nghiệm được thực hiện với lacticin 3147 trên bề mặt khuôn phomat chín và
kết quả tiêu diệt một lượng đáng kể Listeria.
20


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

7. Kết luận
Vi khuẩn Lactic được công nhận là an toàn đối với thực phẩm và những bacteriocin được
sản xuất từ những vi sinh vật này có lẽ là một cách giải quyết tốt cho vấn đề phục hồi của những
loài vi sinh vật kháng cự thuốc kháng sinh. Trong những thập niên qua, một lượng lớn
bacteriocin của vi khuẩn lactic đã được xác nhận. Sự bùng nổ trong nghiên cứu bacteriocin do sự
công nhận vai trò của bacteriocin, có lẽ đóng vài trò trong an toàn chất lượng vệ sinh trong thực
phẩm và thức ăn chăn nuôi. Tuy nhiên, ngày nay chỉ có một vài bacteriocin được sử dụng như là
chất bảo quản sinh học. Những nghiên cứu trong tương lai đòi hỏi phải tăng tầm hiểu biết về cơ
chế hoạt động của phân tử này liên quan đến sự sản xuất bacteriocin, miễn dịch và kiểu hoạt
động, nó rất cần thiết cho việc an toàn và hiệu quả khi sử dụng bacteriocin.

21