Bài giảng ứng dụng vi sinh vật trong bảo quản thực phẩm

Company

LOGO

II. Ứng dụng vi sinh vật
trong bảo quản thực
phẩm


Các khái niệm
• Kiểm soát sinh học (biocontrol)
• Vi sinh vật đối kháng (antagonistic
microorganism)
• Bảo quản bằng phương pháp sinh học (biopreservation)
• Vi sinh vật bảo vệ (protective culture)


II.1. Kiểm soát sinh học (biocontrol)
• Biocontrol- Biological Control
– Google 2.390.000 kết quả; tiếng Việt: 8.910 kết quả
– PubMed: 7988 bài báo

• Kiểm soát sinh học gắn liền với phát triển nông
nghiệp bền vững
• Định nghĩa kiểm soát sinh học:
“Dùng một loài sinh vật hoặc sản phẩm của sinh vật
sống để hạn chế, tiêu diệt sinh vật khác”


Kiểm soát sinh học đối với sản phẩm
sau thu hoạch

• Có từ lâu đời
• Thế kỷ 19: Có một số công bố của các nhà khoa
học
• Khoảng những năm 60: Dịch bệnh trên cây 
Phát triển các sản phẩm trừ sâu sinh học
• Những năm 80: Phát triển ứng dụng vi sinh vật
đối kháng đối với sản phẩm sau thu hoạch


II.2. Tác nhân kiểm soát sinh học
Vi sinh vật đối kháng
• Vi sinh vật có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt vi
sinh vật có hại (antagonistic microorganism)
– Trichoderma kháng mốc thối xám (Botrytis) ở dâu tây
– Pseudomonas syringae Van Hall có khả năng kháng
Botrytis, Penicillium, Mucor và Geotricum
– Candida oleophila Montrocher kháng Botrytis,
Penecillium spp.


Yêu cầu của vsv đối kháng
1. Bền về di truyền
2. Hoạt động có hiệu quả ở nồng độ thấp
3. Có khả năng kháng nhiều loại vsv gây hỏng,
gây bệnh
4. Nhu cầu dinh dưỡng đơn giản
5. Có khả năng sống trong môi trường không
thuận lợi

Yêu cầu của vsv đối kháng
6.

Có thể sinh trưởng trên cơ chất đơn giản trong
thiết bị phản ứng
7. Không gây độc hại đối với vật chủ, không sinh
độc tố gây hại cho người
8. Bền dưới tác dụng của các chất bảo quản
khác, chịu được các công đoạn xử lý hóa học
và vật lý


II.3. Cơ chế hoạt động của các tác
nhân kiểm soát sinh học

Vật chủ
(thực phẩm)

VSV gây hại,
gây bệnh
VSV khác

VSV đối kháng


Cơ chế hoạt động
1. Khả năng sinh kháng sinh
2. Cạnh tranh về dinh dưỡng và không gian
3. Khả năng bám lên VSV có hại hoặc tác dụng
trực tiếp lên chúng (ký sinh)

4. Kích thích khả năng chống chịu VSV gây bệnh
của vật chủ


1. Khả năng sinh kháng sinh
• Đây là cơ chế hiệu quả nhất
• Bacillus subtilis sinh
– Iturin: một peptide có tính kháng nấm
– Gramicidin S
• Cơ chế này thường phối hợp một số cơ chế
khác theo “công nghệ rào cản” (hurdle
technology)


Kiểm soát sinh học bằng
Pseudomonas cepacia
P.d: Penecillium
digtatum gây mốc
xanh lam
P.i: Penecillium italicum
gây mốc xanh lục
Theo nghiên cứu của Dr. Wojciech
Janisiewicz, USDA-ARS,
Kearneysville, WV
(www.ars.usda.com)


Kiểm soát sinh học bằng
Pseudomonas cepacia
• Xử lý bằng pyrrolnitrin

sinh tổng hợp từ P.
cepacia với nồng độ
khác nhau
• VSV gây bệnh
Penecillium digitatum
Theo nghiên cứu của Dr. Wojciech
Janisiewicz, USDA-ARS,
Kearneysville, WV
(www.ars.usda.com)


Kiểm soát sinh học bằng
Pseudomonas cepacia

• Kiểm soát mốc xanh lục gây ra do Penecillium
expansum bằng pyrrolnitrin sinh tổng hợp từ P. cepacia
Theo nghiên cứu của Dr. Wojciech Janisiewicz, USDA-ARS, Kearneysville, WV
(www.ars.usda.com)


2. Cạnh tranh dinh dưỡng và không
gian
• Cơ chế này thường gặp ở nấm men
• Nấm men thường cạnh tranh với VSV gây hại,
ức chế sinh trưởng, nhưng không tiêu diệt chúng
• Khả năng ức chế hiệu quả hơn nếu nguồn dinh
dưỡng khan hiếm


Cạnh tranh dinh dưỡng và không gian

• Nấm men có khả năng tổng hợp màng
polysaccharide  tăng khả năng bám dính lên
bề mặt của rau quả
• VSV đối kháng sinh trưởng rất nhanh và xâm
chiếm vị trí vết dập ở rau quả
• Sự sinh trưởng và nhu cầu dinh dưỡng của vsv
đối kháng làm cho một số nấm mốc không có đủ
dinh dưỡng để phát triển


Sự tạo thành Biofilm bởi Candida
oleophila

Wisniewski et al. (2007). Post harvest biocontrol: New concepts and applications


3. Sự ký sinh
• Pichia guilliermondii có khả năng bám dính trên
sợi nấm Botrytis cinerea, tiêu diệt nấm bằng một
số enzym phân hủy màng tế bào
• Aspergilus pullulans ở vết dập của táo có khả
năng sinh tổng hợp enzym exochitinase và β1,3-glucanase
• Một số nấm men khác có khả năng giảm sự bám
dính của bào tử và ngăn cản bào tử nảy mầm


Sự bám dính của Pichia guillemondii lên sợi nấm
Botrytis cinerea

Wisniewski et al. (2007). Post harvest biocontrol: New concepts and applications

4. Kích thích khả năng chống chịu
• Một số vsv có khả năng tương tác với vật chủ,
thúc đẩy quá trình lành sẹo
• Một số nấm men biểu hiện tính đối kháng khi
được đưa vào trước khi cấy vsv gây hại


II.4. Các bước phát triển một sản phẩm
kiểm soát sinh học

Khả năng
tương thích

Thu thập các
tác nhân KSSH

Xác định đặc tính
và phân loại

Đánh giá áp dụng
thử nghiệm

Đánh giá trong
PTN

Phát triển

Nhân giống

hàng loạt

Mở rộng

Áp dụng trên diện rộng

Phối trộn định dạng
sản phẩm

Cải thiện chủng

Tương tác với
vùng rễ

Lưu kho và
phân phối

Đánh giá sự chấp nhận sản phẩm

Sản phẩm cuối cùng

Nghiên cứu

Xác định
sự nhiễm tạp


Một số chế phẩm kiểm soát sinh học
đã thương mại hóa
Tên chế

phẩm

Tác nhân
kiểm soát
sinh học

Bio-save 100
Bio-save
1000
Bio-save 110

Pseudomonas
syringae ESC10
Pseudomonas
syringae ESC11

BlightBan
A506

Pseudomonas
fluorescens
A506

Tác nhân
gây hư hỏng

Dạng chế
phẩm

Ứng dụng

Nước sản
xuất

Botrytis
cinerea,
Penecillium
spp., Mucor
pyroformis,
Geotrichum
candidum

Tế bào viên
nhỏ dạng lạnh
đông

Bảo quản quả
sau thu hoạch
bằng cách dội
qua, nhúng,
hoặc phun

EcoScience
Corp., USA

Hỏng do đông
đá, Erwinia
amylovora, vi
khuẩn gây nâu
đỏ

Bột pha nước

Phun vào hoa
lúc mới nở
hoặc trực tiếp
lên quả

Plan Health
Technology,
USA


Một số bước tiếp cận nhằm ứng dụng sản
phẩm KSSH trong bảo quản rau quả
Áp dụng sau thu hoạch
• Thông thường VSV đối kháng được phân lập
ngay từ bề mặt rau quả
• Số lượng tự nhiên của VSV đối kháng thường
không đủ để biểu hiện hoạt tính mạnh
• Đưa vào một lượng lớn VSV đối kháng đối với
sản phẩm sau khi thu hoạch
• Tăng sinh đối với VSV đối kháng đã có sẵn trên
sản phẩm


Áp dụng sau thu hoạch
• Ưu điểm
– Đơn giản, dễ thực hiện ngay sau thu hoạch
bằng cách phun, ngâm, tưới

– Nếu đúng cách, đúng thời điểm (trước khi
VSV gây bệnh xâm nhập) sẽ có hiệu quả cao
– Ít tốn kém hơn việc phun thuốc cả diện tích
lớn, có thể dùng VSV nồng độ cao
Candida oleophila, Cryptococcus albidus, Pichia
membranefaciens


Áp dụng sau thu hoạch
• Giới hạn
– Cần đưa vào ngay lập tức sau thu hoạch
trước khi VSV gây hại xâm nhập
– Một số vết thương ở vỏ quả họ cam chanh có
chứa tinh dầu, khó khăn hơn cho VSV đối
kháng bám vào


Áp dụng sau thu hoạch
Giới hạn
• Hiệu quả của VSV đối kháng tương đối hẹp
• Phụ thuộc loại rau quả
• Phụ thuộc vào hoạt tính đặc hiệu đối với VSV gây
bệnh

• Khả năng bám dính của VSV đối kháng lên bề
mặt là khác nhau đối với những sản phẩm sau
thu hoạch khác nhau