Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính hợp chất kháng khuẩn từ vi khuẩn lactobacillus plantarum và ứng dụng trong bảo thịt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT
TÍNH HỢP CHẤT KHÁNG KHUẨN CỦA VI KHUẨN
LACTOBACILLUS PLANTARUM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG BẢO QUẢN THỊT

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : Th.S. Phạm Minh Nhựt
Sinh viên thực hiện
MSSV: 105111082

: Phạm Khánh Hưng
Lớp: 10DSH01

TP. Hồ Chí Minh, 2014


LỜI CẢM ƠN
Qua hơn 4 tháng thực hiện đề tài, em đã học hỏi được rất nhiều điều trong việc
làm một người nghiên cứu khoa học, trong cách giao tiếp ứng xử hằng ngày, cách
làm việc một mình cũng như trong tập thể. Tuy có những thành công và cũng không
tránh khỏi những thất bại nhưng điều đó đã giúp em trưởng thành hơn rất nhiều.

Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, em xin gửi đến thầy Ths. Phạm
Minh Nhựt. Chính sự quan tâm, động viên, chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy đã
giúp em rất nhiều trong bước đầu nghiên cứu khoa học. Những lời khuyên, kinh
nghiêm của thầy không chỉ giúp em trong học tập, trong nghiêng cứu mà còn giúp
em ngày càng hoàn thiện mình hơn trong cuộc sống. Em cảm ơn thầy!
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến chị Lê Ngọc Thùy Trang. Chính lòng
nhiệt tình và sự tận tâm của chị đã giúp em hiểu nhiều hơn về công việc của một
người làm nghiên cứu, cũng như là người động viên, giúp đỡ em trong suốt quá
trình làm đồ án. Em cảm ơn chị rất nhiều!
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô khoa Công nghệ Sinh
học – Thực phẩm – Môi trường, đặc biệt là thầy Ths. Huỳnh Văn Thành đã tạo điều
kiện cho em nghiên cứu, giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án tại phòng thí
nghiệm.
Em xin cảm ơn Hội đồng bảo về đồ án và quý thầy cô phản biện đã dành thời
gian đọc, nhận xét và góp ý cho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Cảm ơn tập thể lớp 10DSH1 đã luôn bên cạnh, giúp đỡ và động viên trong quá
trình thực hiện đồ án cũng như trong suốt 4 năm học qua. Xin gửi lời cảm ơn đến
hai em Nguyễn Thị Bích Thưởng và Nguyễn Thị Dung đã phụ giúp và động viên
trong suốt quá trình làm đồ án.
Đặc biệt, con xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người đã luôn sát cánh
bên con, luôn quan tâm, ủng hộ, tạo điều kiện và động viên con trong suốt thời gian
qua. Con xin chân thành cảm ơn mọi người!


Tp, Hồ Chí Minh, ngày…, tháng…, năm 2014
Sinh viên

Phạm Khánh Hưng

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết
quả nghiên cứu trình bày trong đồ án này chưa từng được công bố trong bất kỳ công
trình nghiên cứu nào khác. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nghiên cứu của
mình.
Tp, Hồ Chí Minh, ngày…, tháng…, năm 2014
Sinh viên,

Phạm Khánh Hưng


Đồ án tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay, hòa mình vào xu thế phát triển chung của xã hội, cuộc sống của con
người ngày càng được nâng cao, nhu cầu càng ngày được cải thiện, trong đó nhu
cầu ăn uống của con người cũng được nâng cao. Cũng từ đó, công tác bảo quản thực
phẩm luôn là mối bận tâm của các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng. Đặc biệt là các nhu cầu bảo quản các sản phẩm tươi sống tránh khỏi sự xâm
nhiễm của các vi sinh vật gây bệnh cho người.
Hiện nay, thực phẩm tiêu thụ trên thị trường đang được bảo quản bằng nhiều
phương pháp khác nhau như: phương pháp vật lý, phương pháp hóa học… trong đó,
việc bảo quản bằng các chất hóa học được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, do sự
thiếu hiểu biết cũng như lạm dụng vì mục đích kinh tế, nhiều nơi đã sử dụng các
hóa chất không được phép sử dụng hoặc dùng quá liều lượng quy định. Trong khi
đó, các phương pháp vật lý thường không mang lại mùi vị, chất lượng như ban đầu,

đồng thời trạng thái cũng có phần thay đổi và đòi hỏi quy trình cần nhiều thời gian.
Các phương pháp bảo quản này còn rất nhiều hạn chế, đặc biệt bảo quản bằng
phương pháp hóa học có thể làm ảnh hưởng dài lâu tới sức khỏe con người và môi
trường.
Nếu như những chất phụ gia thực phẩm có nguồn gốc hóa học có tác dụng bảo
quản tốt, ngăn chặn sự xâm nhiễm của vi sinh vật gây ảnh hưởng đến sức khỏe thì
hướng nghiên cứu tìm đến những chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên, an toàn và
đặc hiệu đối với từng loại vi sinh vật gây hại đang được quan tâm. Do đó, việc
nghiên cứu tìm ra và sử dụng các chất có nguồn gốc sinh học để bảo quản các thực
phẩm ngày được quan tâm phát triển.
Và việc tìm ra bacteriocin là một bước ngoặt lớn trong bảo quản thực phẩm.
Đây là những chất có nguồn gốc sinh học đã được cho phép sử dụng trong bảo quản

1


Đồ án tốt nghiệp
thực phẩm. Vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp bacteriocin cũng không xa lạ với
chúng ta, đó là vi khuẩn lactic, những vi khuẩn này được con người chúng ta sử

LỜI CAM ĐOAN

2


Đồ án tốt nghiệp

dụng phổ biến trong thực phẩm từ hàng ngàn năm nay. Bacteriocin là hợp chất
kháng khuẩn có bản chất là các peptide được tổng hợp ở ribosome của vi khuẩn
Gram âm và vi khuẩn Gram dương, có hoạt tính kìm hãm đặc hiệu hay ức chế mạnh

mẽ đến sự sinh trưởng và phát triển của một số vi khuẩn khác. Ngoài bacteriocin,
các chủng LAB trong quá trình sinh trưởng và phát triển, LAB còn sản sinh ra môi
trường một số hợp chất thứ cấp như các loại acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic,
acid propionic, ethanol, CO2, H2O2… Nhờ giá trị đặc biệt của bacteriocin nói riêng
và các hoạt chất có hoạt tính sinh học nói chung mà các chế phẩm bảo quản thực
phẩm mang hoạt tính sinh học ngày càng được chú trọng phát triển và không ngừng
khẳng định vị thế trên thị trường đem lại lợi ích ngày càng cao.
Năm 2013, Lê Ngọc Thùy Trang thực hiện nghiên cứu “Phân lập và khảo sát
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh hợp chất kháng khuẩn của vi khuẩn
Lactobacillus plantarum” với mục tiêu chọn các chủng vi khuẩn lactic có khả năng
sản sinh các hợp chất kháng khuẩn có tính đối kháng mạnh đối với các chủng vi
khuẩn chỉ thị từ các nguồn thực phẩm lên men truyền thống. Kết quả đã phân lập
được chủng vi khuẩn Lactobacillus plantarum SC01 từ sữa chua lên men truyền
thống cho khả năng sinh hợp chất kháng khuẩn rất cao, đồng thời xác định được
thành phần môi trường MRS OPTSC01 là tối ưu cho sự sản sinh hợp chất kháng
khuẩn của L. plantarum SC01. Từ nghiên cứu này đã thu được dịch nuôi cấy L.
plantarum SC01 có hoạt tính kháng khuẩn cao. Tuy nhiên, việc duy trì hoạt tính
kháng khuẩn cũng như mức độ ứng dụng của dịch kháng khuẩn này vẫn chưa được
xác định. Việc đánh giá hoạt tính cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của
các hợp chất kháng khuẩn từ L. plantarum SC01 là điều hết sức cần thiết để có thể
làm tiền đề cho các ứng dụng sau này.
Với ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học như vậy, chúng tôi tiến hành thực
hiện đề tài “Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính hợp chất kháng khuẩn
từ vi khuẩn Lactobacillus plantarum và ứng dụng trong bảo thịt”. Nghiên cứu

3


Đồ án tốt nghiệp
này hy vọng sẽ làm tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc tạo ra các chất

bảo quản thực phẩm có nguồn gốc sinh học ứng dụng trong quá trình bảo quản thực

4


Đồ án tốt nghiệp

phẩm. Đề tài mang tính kế thừa và được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Khoa Công
nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Trường Đại học Công nghệ Tp. Hồ Chí
Minh.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính và bước đầu đánh giá hiệu quả
bảo quản thịt heo của hợp chất kháng khuẩn từ vi khuẩn Lactobacillus plantarum
SC01.
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính hợp chất kháng khuẩn của vi khuẩn
Lactobacillus plantarum SC01.
- Đánh giá hiệu quả bảo quản thịt heo của hợp chất kháng khuẩn từ vi khuẩn
Lactobacillus plantarum SC01.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu chỉ tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính hợp chất
kháng khuẩn của L. plantarum SC01 được phân lập bởi Lê Ngọc Thuỳ Trang
(2013).
- Đánh giá hiệu quả bảo quản của hợp chất kháng khuẩn từ vi khuẩn Lactobacillus
plantarum SC01 đối với thịt heo.

5


Đồ án tốt nghiệp

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan vi khuẩn lactic

1.1.1. Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic
1.1.1.1. Lịch sử phát hiện và sự phân bố của vi khuẩn lactic
Qua nhiều thế kỷ, các nhà khoa học trên thế giới đã phân lập và giải thích
được quá trình sinh hóa của nhiều chủng vi khuẩn lactic.
Năm 1780, nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhemlm Scheele lần đầu tiên tách
được acid lactic từ sữa bò lên men và gọi là “acid sữa” (Nguyễn Lân Dũng, 2002).
Năm 1874, Blondeau mới công nhận acid lactic là sản phẩm cuối cùng của
chuỗi phản ứng của quá trình lên men.
Năm 1857, Louis Pasteur chứng minh được việc làm chua sữa là kết quả hoạt
động của một nhóm vi khuẩn đặc biệt là vi khuẩn lactic.
Năm 1878, Joseph Lister phân lập thành công vi khuẩn lactic đầu tiên và đặt
tên là Bacterium lactic (nay còn gọi là Streptococcus lactic) (Nguyễn Thành Đạt,
2001).
Từ đó đến nay, nhiều loại vi khuẩn lactic đã được phân lập và nghiên cứu.
Công nghiệp lên men để sản xuất acid lactic có thể nói được bắt đầu từ năm 1881
(Nguyễn Lân Dũng, 2002).
Ngày nay quá trình lên men lactic được ứng dụng ở quy mô lớn. Do đó, các
chủng vi khuẩn lactic được sử dụng phải thuần và có hoạt tính sinh học cao. Trong
đó, được sử dụng nhiều nhất là một số loài thuộc chi Lactobacillus và
Streptococcus.
Vi khuẩn lactic là tên gọi của những vi khuẩn sinh ra acid như là sản phẩm
chính trong quá trình chuyển hóa cacbon hydrat.
Vi khuẩn lactic phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên. Chúng có trên bề mặt rau,
củ, quả, thịt, cá, tôm; trong phân, rác, xác động vật và thực vật; trên niêm mạc

6


Đồ án tốt nghiệp
miệng và niêm mạc ruột của người, gia súc, gia cầm. Đặc biệt, trong sản các sản
phẩm muối chua như dưa cà muối, tôm chua, sữa chua, nem chua… có rất nhiều vi

7


Đồ án tốt nghiệp

khuẩn lactic. Ngoài ra, có một số loài vi khuẩn lactic sống kí sinh trên thực vật, hút
các chất tiết từ mô cây (Salmen và Deighton, 1998).
Có thể nhắc đến một số loài trong các sản phẩm sau:
- Trong sữa và các sản phẩm từ sữa thường gặp L. bulgarius, L. helviticus, L.
casei, L. ferment, L. brevis. Để tồn tại trong môi trường này vi khuẩn lactic phải
tổng hợp được ATP từ cơ chất lactose.
- Trên bề mặt thực vật, xác thực vật đang bị phân hủy và trên các loại rau
quả, trái cây: L. plantarum, L. delnikii, L. ferment, L. brevis.
- Trong ruột và các niêm dịch ở người và động vật có: L. acidophilus, S.
faecalis, S. bovis, S. salivanius, S. pyogenes.
1.1.1.2. Đặc điểm hình thái
Các vi khuẩn lactic khác nhau có hình dạng và kích thước khác nhau. Ngoài ra
hình dạng và kích thước của tế bào vi khuẩn lactic còn phụ thuộc vào môi trường,
điều kiện nuôi cấy và sự có mặt của oxi.
- Giống Streptococcus có dạng tế bào hình tròn hoặc hình ovan đường kính
khoảng 0,5 – 1,0 µm, sắp xếp riêng biệt, theo cặp đôi hoặc chuỗi dài.

Hình 1.1. Tế bào Streptococcus
- Giống Pediococcus có dạng cầu khuẩn, dạng bát cầu khuẩn hay tụ cầu
khuẩn.
8


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.2. Tế bào Pediococcus
- Giống Bifidobacterium có hình dạng biến đổi, đôi khi có hình que, có lúc
lại có hình ovan.

Hình 1.3. Tế bào Bifidobacterium
- Giống Leuconostoc có hình dạng hơi dài hoặc hình ovan, đường kính từ 0,5
– 0,8 µm, sắp xếp thành chuỗi và không tạo thành đám tập trung.

9


Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.4. Tế bào Leuconostoc

10


Đồ án tốt nghiệp

- Giống Lactobacillus có hình que, hình dạng của chúng thay đổi từ hình que
ngắn cho đến que dài (que ngắn khoảng 0,5 – 0,7 µm và que dài khoảng 3 – 8 µm).
Các tế bào có thể xếp đôi, chuỗi hoặc đứng riêng lẻ, đây là loại vi khuẩn phổ biến

nhất.

Hình 1.5. Tế bào Lactobacillus
1.1.1.3. Đặc điểm sinh hóa
Mặc dù không đồng nhất về hình thái nhưng vi khuẩn lactic tương đối thống
nhất về một số đặc điểm sinh hóa như sau:
Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillaceae. Các chủng vi khuẩn thuộc nhóm
này có đặc điểm sinh hóa khác nhau nhưng đặc tính sinh lý tương đối giống nhau.
Vi khuẩn lactic là vi khuẩn gram dương, thường không di động, không sinh bào tử.
Đa số vi khuẩn lactic lên men được mono và disaccharide, một số không lên men
được saccharose và một số khác không lên men được maltose. Một số vi khuẩn
lactic không có khả năng lên men tinh bột và các polysaccharide khác (chỉ có loài
L.delbruckii là đồng hóa được tinh bột).
Vi khuẩn lactic thuộc nhóm vi khuẩn kỵ khí tuỳ nghi, có khả năng sinh tổng
hợp enzyme peroxydase rất mạnh, không chứa cytochrome, oxydase và catalase.
Vi khuẩn lactic không có khả năng tổng hợp cytochrome và porphyrin (thành
phần của chuỗi hô hấp), do đó chúng không thể tạo ra ATP. Các LAB chỉ có thể tạo
ra ATP bằng quá trình lên men đường và nguồn năng lượng chính lấy từ nguồn

11


Đồ án tốt nghiệp

cacbon. Vi khuẩn lactic thích hợp phát triển trong điều kiện yếm khí, nhưng cũng có
thể phát triển trong điều kiện hiếu khí.
Hai con đường lên men chính có thể phân biệt giữa các vi khuẩn lactic là con
đường Embden – Meyerhoff – Parnas (EMP) và con đường Pentose phosphate. Con
đường EMP tạo ra sản phẩm cuối cùng hầu như là acid lactic, trong khi đó con
đường pentose phosphate tạo ra sản phẩm cuối cùng là acid lactic, khí CO2, ethanol,

acetate… (Khalid, 2011).
1.1.2. Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic có nhu cầu dinh dưỡng phức tạp và không thể phát triển được
+

trong môi trường muối khoáng thuần khiết chứa glucoza và NH4 . Vi khuẩn lactic
cần vitamin, acid amin và nhiều chất khác cho quá trình sinh trưởng và phát triển.
Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được nhiều loại hydratcacbon từ các đường đơn
(glucose, fructose, manose), các đường đôi (saccarose, lactose, maltose) cho đến các
polysaccarit (tinh bột, dextrin). Tuy nhiên, khả năng sử dụng các nguồn cacbon
khác nhau còn tùy thuộc vào các vi khuẩn khác nhau.
Nguồn cung cấp năng lượng quan trọng nhất với vi khuẩn lactic là
monosaccarit và disaccarit trong việc cung cấp nguyên liệu xây dựng cấu trúc tế bào
và sinh ra các acid hữu cơ như acid lactic, acid malic, acid fumaric, acid acetic...
(Tortora và Funke, 1992).
Về nhu cầu nguồn nitơ, thì hầu hết các vi khuẩn lactic đều không tự tổng hợp
được các hợp chất nitơ hữu cơ phức tạp. Do đó, để đảm bảo cho sự sinh trưởng và
phát triển, vi khuẩn lactic phải sử dụng nguồn nitơ có sẵn trong môi trường. Chỉ có
một số ít loài có khả năng tự tổng hợp từ nguồn nitơ vô cơ.
Căn cứ vào nhu cầu dinh dưỡng nitơ có thể chia vi khuẩn lactic thành 3 nhóm
(Lê Thị Châu và Tạ Kim Chính, 1994):
- Nhóm cần phức hợp các acid amin.
- Nhóm phát triển tốt trên môi trường chỉ có cistein và muối amon.
- Nhóm phát triển tốt trên môi trường chỉ có muối amon là nguồn nitơ duy

12


Đồ án tốt nghiệp
nhất.

13


Đồ án tốt nghiệp

Nguồn nitơ phổ biến là hỗn hợp acid amin, cao thịt, cao nấm men, pepton,
peptit, cazein...
Đối với nguồn vitamin có vai trò đồng xúc tác trong nhiều phản ứng. Các vi
khuẩn đặc biệt là Lactobacillus rất cần vitanim cho sự phát triển vì vitamin đóng vai
trò coenzyme trong quá trình trao đổi chất của tế bào. Rất ít vi khuẩn lactic có khả
năng sinh tổng hợp được vitamin. Vitamin thường được bổ sung vào môi trường
bằng các chất chứa vitamin như nước khoai tây, ngô, cà rốt, cà chua, cao nấm men...
Vi khuẩn lactic cần hàng loạt các vitamin như: lactoflavin, thiamin, acid
pantotenic, acid nicotinic, acid folic, biotin... Các acid nicotinic và acid pantotenic
đặc biệt cần cho sự phát triển của tất cả các vi khuẩn lactic (Vũ Hồng Thắng, 1998).
Nhu cầu vitamin của vi khuẩn lactic chịu ảnh hưởng bởi thành phần, nhiệt độ,
độ pH, nồng độ CO2 ban đầu và thế oxy hóa khử trong môi trường nuôi cấy.
Đối với các hợp chất hữu cơ, vi khuẩn lactic có nhu cầu rất lớn vì chúng có
ảnh hưởng mạnh đến sự phát triển hoặc kích thích sự phát triển của các vi khuẩn
này. Các hợp chất hữu cơ thường tồn tại dưới các dạng:
- Các bazơ nitơ: adenin, hypoxanthine, guanin, uraxin, thiamin, thimidin...
- Các chất amin: L – asparagin, L – glutamin...
- Các acid hữu cơ: acid acetic, acid citric, acid oleic.
Protein chưa thủy phân cũng cần cho vi khuẩn lactic. Chúng vừa có vai trò
cung cấp acid amin, vừa kích thích sự phát triển của tế bào hiệu quả hơn so với các
acid amin tự do.
Trong thành phần môi trường nuôi cấy, phân lập các vi khuẩn lactic người ta
thường thấy có mặt citrate và Tween 80 với vai trò chất dinh dưỡng, acetat với vai
trò là chất đệm. Bên cạnh đó, Tween 80 (một dẫn xuất của acid oleic) còn có hoạt

tính bề mặt giúp vi khuẩn sinh trưởng và khuếch tán đồng đều trong dung dịch.
Các chất khoáng như đồng, sắt, natri, kali, photpho, lưu huỳnh, đặc biệt là
magiê và mangan rất cần cho sự phát triển bình thường của các vi khuẩn lactic.

14


Đồ án tốt nghiệp
Trong đó, mangan có vai trò ngăn cản sự tự phân của tế bào, giải độc cho tế bào khi
có mặt oxy và tham gia duy trì sự ổn định của riboxom. Mangan và magiê còn là

15


Đồ án tốt nghiệp

yếu tố cấu trúc và hoạt động của các emzyme. Magiê còn có tác dụng làm tăng khả
năng hấp thu đường của vi khuẩn lactic. Phức hợp các chất khoáng còn có tác dụng
làm giảm độ acid trong môi trường nuôi cấy của các vi khuẩn lactic (Trần Thanh
Thủy, 2003).
1.1.3. Cơ chế trao đổi chất của vi khuẩn lactic
Vi khuẩn lactic có khả năng phân giải carbohydrat để tạo ra acid lactic. Tùy
theo cách phân giải đường, vi khuẩn lactic được chia thành 2 nhóm: vi khuẩn lên
men đồng hình và vi khuẩn lên men dị hình.
Lên men lactic là quá trình chuyển hóa sinh học kị khí đường thành acid lactic
và một số sản phẩm khác với sự tham gia của vi khuẩn lactic (Nguyễn Lân Dũng,
2002).
Tùy từng loài, từng nhóm vi khuẩn lactic khác nhau mà quá trình lên men
lactic xảy ra theo phương thức đồng hình hay dị hình hoặc kết hợp cả hai phương
thức trên.

1.1.3.1. Lên men lactic đồng hình
Lên men lactic đồng hình là quá trình lên men cho sản phẩm chính là acid
lactic (90 – 98%) và một lượng nhỏ acid acetic, aceton, di-acetyl…
Vi khuẩn lactic lên men đồng hình phân giải đường theo con đường EMB
(Embden – Meyerhof – Parnas). Mặc dù chỉ tạo thành 2 ATP khi phân giải 1 phân
tử glucose thành 2 phân tử acid lactic nhưng các vi khuẩn này lại có ý nghĩa lớn
trong công nghiệp thực phẩm.
Phương trình tóm tắt:
C6H6O6 + 2ADP + 2Pv

Vi khu ẩn

2CH3-CHOH-COOH + 2ATP

lactic
L ên men đồng h
ình

16


Hình 1.6. Sơ đồ chuyển hóa năng lượng lên men lactic đồng hình
Các vi khuẩn lactic đồng hình thường gặp: Lactobacillus cremoris, L.
acidophilus, L. plantarum, L. bulgaricus, L .casei, Streptococus, S. cremoris, S.
thermophilus (Nguyễn Lân Dũng, 2002).
1.1.3.2. Lên men lactic dị hình
Lên men lactic dị hình là quá trình lên men trong đó ngoài sản phẩm acid
lactic thì chúng còn tạo ra một lượng đáng kể các sản phẩm phụ như acid acetic,
etanol, acid xucxinic, CO2… Thông thường, 50% đường được chuyển hóa thành các
sản phẩm phụ này (Jong Won Jun, Sun Chul Kang và Seung Koo, 1997).

Phương trình tóm tắt:
2C6H6O6

2C3H6O3 + C2H4O2 + C2H5OH + C4H6O4 + CO2 + Q

Trong đó, tỷ lệ các sản phẩm tạo ra là: acid lactic 40%, acid cucinic và etanol
20%, acid acetic 10%, các chất khí còn lại 20%.
Quá trình lên men dị hình diễn ra theo tru chình PP (Pentose - photphat).
Nguyên nhân do thiếu 2 enzyme chủ yếu của con đường EMP là aldolase và
trizophotphat – isomeraza nên giai đoạn đầu của quá trình phân giải diễn ra theo con
đường PP. Sau đó, quá trình chuyển hóa từ trizophotphat thành acid lactic xảy ra
tương tự như lên men đồng hình. Sản phẩm sinh ra phụ thuộc vào giống vi sinh vật,
môi trường dinh dưỡng và ngoại cảnh (Phạm Ngọc Lan và ctv, 1999).


Các vi khuẩn lên men lactic dị hình thường gặp: Leuconostoc mesenteroides,
L. oenos, L. cremoris, Lactobacillus brevis, L. fermentum, Bifidobacterium bifidum.
Lên men lactic dị hình bởi Bifidobacterium đặc biệt ở chỗ không tạo ra CO2
như sự lên men lactic dị hình thông thường.

Hình 1.7. Sơ đồ chuyển hóa năng lượng lên men lactic dị hình
1.2. Vi khuẩn Lactobacillus plantarum
1.2.1. Phân loại
Theo Orla – Jensen (1919) và Bergey (1923) vi khuẩn Lactobacillus
plantarum thuộc:
Giới: Bacteria
Ngành: Firmicutes
Lớp: Bacilli
Bộ: Lactobacillales
Họ: Lactobacillaceae

Chi: Lactobacillus
Loài: Lactobacillus plantarum


1.2.2. Đặc điểm của vi khuẩn Lactobacillus plantarum
L. plantarum là vi khuẩn gram dương, có hình que, kích thước tế bào từ 0,7 –
1,0 µm đến 3,0 – 8,0 µm. Chúng có hệ gen lớn nhất trong tất cả các vi khuẩn lactic
0

và đã được giải mã hoàn toàn. Nhiệt độ phát triển tối ưu là 30 C và có khả năng
chịu nồng độ NaCl 5,5 %.
Lactobacillus spp được phân chia thành 3 nhóm chính tùy thuộc vào khả năng
lên men.
- Nhóm I chỉ lên men hexose duy nhất thành axid lactic và không thể lên men
gluconate hay pentoses.
- Nhóm II vừa có thể lên men hexose thành axid lactic, vừa có thể lên men
gluconate hay pentose.
- Nhóm III lên men hexose thành axid lactic, axid axetic, ethanol và CO2.
Là vi khuẩn không gây bệnh, tồn tại trong tuyến nước bọt và đường tiêu hóa
của con người. L. plantarum là một trong những vi khuẩn lactic được sử dụng trong
quá trình lên men thực phẩm như sữa chua, phô mai, kim chi, dưa cải… L.
plantarum có khả năng lên men được nhiều nguồn carbohydrate, được dùng như
một probiotic và có nhiều ứng dụng ngày càng phổ biến.
L. plantarum có khả năng dị hóa arginine sinh ra nitrite ocid. Chúng không có
khả năng phân giải amino acid ngoại trừ tyrosine và arginine. Có đến 6 con đường
khác nhau chuyển hóa arginin, đều sinh ra nitric ocid. Việc sinh ra NO giúp ngăn
chặn các vi sinh vật gây bệnh như Candida albicans, E. coli, Shigella, Helicobacter
pylory, các amip và kí sinh trùng (Phạm Thị Nga, 2011).
L. plantarum là vi khuẩn kỵ khí tùy nghi chịu oxy. Khi có oxy, L. plantarum
có thể chuyển oxygen thành hydrogen peroxide. Khi không có oxy, L. plantarum sẽ

lên men và biến đổi đường thành acid lactic, ethanol (quá trình lên men dị hình).
L. plantarum cần mangan cho sự tăng trưởng. Mangan giúp cho L. plantarum
chống lại độc tính của oxy bằng cách giảm các gốc hydrogen peroxide như H2O2.
H2O2 được tạo ra sau đó có thể được chuyển đổi thành O2 và nước bởi manganese
cofactored pseudocatalase (Kono và Fridovich, 1983).


L. plantarum có khả năng chịu được pH thấp, có khả năng sống trong các điều
kiện acid của dạ dày người và chịu được tác động của acid mật trong ruột non. Kí
sinh trong đường tiêu hóa bằng cách gắn vào niêm mạc và đại tràng, có ảnh hưởng
tích cực đến tế bào vật chủ.
L. plantarum có trong các thực phẩm lên men, đặc biệt là trong thực phẩm lên
men từ nguyên liệu thực vật như trong ôliu, bạch quả, bắp cải, dưa chuột và sắn
(Molin, 2010).
1.2.3. Khả năng sản sinh các hợp chất kháng khuẩn của vi khuẩn L. plantarum
Cũng như các chủng LAB khác, L. plantarum đều trải qua quá trình lên men
lactic. Trong quá trình lên men lacti đồng hình và dị hình, lượng acid lactic tạo ra
chiếm khá lớn, chỉ một lượng nhỏ pyruvate bị khử carbon tạo thành acid acetic,
ethanol, CO2… Acid hữu cơ được sản xuất trong quá trình lên men như acid lactic,
acid acetic và acid propionic tạo môi trường không thuận lợi cho sự phát triển của
nhiều loại vi khuẩn gây bệnh và hư hỏng thực phẩm.
Ngoài các acid hữu cơ, các hợp chất kháng khuẩn khác như ethanol từ con
đường lên men dị hình, H2O2 được tạo ra trong quá trình tăng trưởng hiếu khí và
diacetyl được hình thành từ sự phân hủy pyruvate.
Plantaricin là một hợp chất kháng khuẩn được sản xuất từ L. plantarum,
plantaricin có bản chất là polypeptide nên chúng sinh tổng hợp theo cơ chế sinh
tổng hợp protein nhờ ribosome. Trong tế bào L. plantarum có mang các gene mã
hóa cho các protein tham gia vào quá trình sinh tổng hợp plantaricins. Qua quá trình
phiên mã, dịch mã sẽ tạo ra các protein và đi vào các giai đoạn khác tạo ra
plantaricins hoàn chỉnh sau đó được giải phóng khỏi tế bào vi khuẩn.

1.3. Một số hợp chất kháng khuẩn do vi khuẩn L. plantarum sản sinh ra
1.3.1. Plantaricin
Đến nay, theo các nhà nghiêng cứu thì L. plantarum sản xuất ra ít nhất 6
bacteriocins khác biệt. Tất cả các peptide này chủ yếu được tổng hợp từ các tiền
chất có chứa glycine. L. plantarum tổng hợp các bacteriocins thông qua các gen
PlnE và PlnF. Các peptide này sau đó được xử lý bởi các protein PlnG và


PlnH. Pheromone peptide của hệ thống này được mã hóa bởi một gen riêng biệt
(PlnA) và phát hiện bởi protein histidine kinase PlnB bằng cách phosphoryl hóa hai
vùng điều hòa PlnC và PlnD. Plantaricins là hợp chất được sản xuất bởi L.
plantarum chúng ức chế một loạt các LAB bao gồm cả các vi khuẩn cạnh tranh với
L. plantarum và các vi khuẩn khác như Pediococcus, Carnobacteria, Clostiridia và
Propionobacteria.
Plantaricins JK, EF: các bacteriocins hoạt động hổ trợ lẫn nhau. Chúng gồm
30 hoặc 40 gốc tự do trong một đoạn và biểu hiện thành nhiều chuỗi nối tiếp tương
tự nhau tạo thành những hợp chất plantaricin khác nhau. Các bacteriocins hoạt động
với tính đặc hiệu và kết hợp chặt chẽ. Plantaricin JK và EF có thể hoạt động riêng lẻ
hoặc chúng có thể liên hiệp khi hoạt động cùng nhau một cách rất hiệu quả.
Plantaricin S và Plantaricin W: Plantaricin S là một hệ thống hai gồm peptide
phân lập từ L. plantarum được sử dụng để lên men ô liu xanh. Các gen cấu trúc chỉ
ra rằng mỗi peptide ban đầu được sản xuất dựa trên một gốc có chứa glycine motif
đôi. Các peptide này gồm 26 và 27 gốc tự do amino. Plantaricin S được coi là kiểm
soát quá trình lên men và bảo quản ô liu. Một bacteriocin gồm hai peptide khác là
plantaricin W bao gồm các phân tử protein Plwa và Plwb. Các thành phần
lantibiotic bao gồm 29 và 32 đơn vị amino acid được sắp xếp theo trình tự
(Zacharof và Lovitt, 2012).
1.3.2. Các hợp chất kháng khuẩn khác
Các acid hữu cơ được sinh ra trong quá trình trao đổi chất bởi vi khuẩn L.
plantarum chủ yếu là acid lactic và acetic, các acid này góp phần giảm pH ngăn cản

sự phát triển của các vi khuẩn có hại như vi khuẩn E. coli, Salmonella, S. aureus…
Do nội bào vi khuẩn có pH = 7 nên khi có sự chênh lệch pH so với môi trường acid
+

bên ngoài, H từ môi trường sẽ đi vào bên trong tế bào vi khuẩn làm pH nội bào
+

giảm. Vi khuẩn phải sử dụng cơ chế bơm ATPase để đẩy H ra khỏi tế bào làm cho
vi khuẩn bị mất năng lượng. Mặt khác pH giảm thì cũng ức chế quá trình đường
phân làm tế bào vi khuẩn cạn kiệt năng lượng dẫn đến bị tiêu diệt. Ngoài ra, các