tieu luan 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
I. BẢO QUẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN:...........................................3
1. Định nghĩa:.....................................................................................................3
2. Cơ chế tác động:.............................................................................................3
3. Quá trình lên men lactic................................................................................3
4. Lên men nem chua.........................................................................................3
a) Vi sinh vật giống..........................................................................................4
b) Vi sinh vật nhiễm.........................................................................................6
c) Sau khi thành phẩm:..................................................................................7
5. Lên men sữa....................................................................................................7
6. Lên men rau quả............................................................................................8
II. BẢO QUẢN BẰNG MÀNG BAO BC (Bacterial Cellulose).......................10
1. Bản chất của BC:..........................................................................................10
2. Quá trình hình thành cellulose:...................................................................10
3. Ứng dụng:.....................................................................................................11
III. BẢO QUẢN BẰNG BACTERIOCIN:.......................................................11
1. Định nghĩa về bacteriocin:...........................................................................11
2. Sử dụng bacteriocin (nisin).........................................................................13
3. Nisin................................................................................................................14
3.1. Đặc tính Nisin............................................................................................14
3.2. Cấu tạo Nisin..............................................................................................15
4. Sản xuất bateriocin của vi khuẩn...............................................................17
4.1.Cơ chế sản xuất...........................................................................................17
4.2. Điều kiện sản xuất......................................................................................17
5. Cơ chế tác dụng............................................................................................18
2

PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

6. Phạm vi ứng dụng trong thực phẩm hiện nay...........................................19
7. Kết luận.........................................................................................................21

3


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: 1-8μm, 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

4


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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.
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.

5


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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
Hình 1 : Lactobacillus
Lactobacille có khả năng chịu được nồng độ
muối cao hơn một số loài vi khuẩn khác. Lượng
8
Lactobacilles có thể đạt tới 10 tế bào/g sản phẩm.
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.
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.

6
Pediococcus pentosaceus


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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 khoảng 105 vi khuẩn/g sản phẩm. Theo một số tác giả,
7


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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
8


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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.
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
9


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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, CO 2, 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…).

Hình: Cơ chế quá trình chuyển hóa đường trong sữa do vi khuẩn lactic

10


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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.
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/1cm2. Theo Keipper thì có đến 2000000 vi sinh vật/1 cm 2 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 :
11


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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 %.
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

12


PPBQ BẰNG VSV

II.

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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.

13


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

3. Ứng dụng:
- 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.
III.

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.
14

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
Bản chất là polypeptide
Tác động lên màng tế bào
Chưa xác định được loại nào có
độc tính

Vi khuẩn sản xuất đôi khi không có khả năng kháng
lại
Là những hợp chất nói chung
Tác động đến khả năng trao đổi chất của màng tế
bào
Có độc tính
H2O2, penicilin

Nisin, colicin, enterocin

- 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).

15


PPBQ BẰNG VSV

-

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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.
 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.

16


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 121 0 C trong 30 phút
(theo
www.academicjournals.org/AJB)
17


PPBQ BẰNG VSV

-

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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: Clostridium botulinum, Bacillus cereus,
Bacillus alcalophilus, và Listeria monocytogenes…

- 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.

18


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

19


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.
20


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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

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 –
21


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.
22


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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.
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.

23


PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

- 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.
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
24

PPBQ BẰNG VSV

GVHD: Trần Thị Thu Trà

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.

25