NGHIÊN CỨU Vi khuẩn lactic

1 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên LỜI MỞ ĐẦU Vi khuẩn lactic có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Chúng tham gia sản xuất nhiều sản phẩm lên men (như: sữa chua, rau quả muối chua, phomat…) và giúp bảo quản thực phẩm khỏi bị hư hỏng. Lactobacillus là một trong những nhóm vi khuẩn lactic có lợi và an toàn đối với con người. Lactobacillus tồn tại ở nhiều nơi trong tự nhiên. Ở dạ đường dày – ruột người, Lactobacillus là một trong những nhóm vi khuẩn chiế m ưu thế. Hiện nay, nhiều loài vi khuẩn Lactobacillus có lợi cho con người, có nguồn gốc từ đường dạ dày – ruột người, được nghiên cứu để có thể đưa vào cơ thể con người qua đường tiêu hóa. Để tồn tại được trong đường tiêu hóa của người, vi khuẩn Lactobacillus phải có khả năng chịu đựng môi trường axít trong dạ dày người. Đề tài ở đây nghiên cứu khả năng chịu đự ng môi trường axít trong dạ dày của vi khuẩn Lactobacillus, nhằm chọn lọc được những vi khuẩn Lactobacillus hữu ích có khả năng tồn tại trong đường tiêu hóa của người, được sử dụng để làm tăng cường sức khỏe cho con người. 2 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU: 1.1. Đặc điểm của vi khuẩn Lactobacillus: [3] Lactobacillus thuộc nhóm các vi khuẩn lactic, là những vi khuẩn có khả năng lên men các carbohydrate thành năng lượng và axít lactic. Vi khuẩn Lactobacillus được phân loại như sau: Ngành: Firmicutes Lớp: Bacilli Bộ: Lactobacillales Họ: Lactobacillaceae Giống: Lactobacillus Vi khuẩn Lactobacillus thường có dạng hình que, với kích thước khoảng 0,5 – 1,2 x 1 – 10 μm. Các tế bào vi khuẩn Lactobacillus thường hình thành d ạng chuỗi hoặc tồn tại đơn độc. Lactobacillus là vi khuẩn Gram dương, không hình thành bào tử và hiếm khi di động. Chúng có khả năng tạo ra axít lactic như một sản phẩm cuối cùng chủ yếu. Về nhu cầu oxy, Lactobacillus là vi khuẩn kỵ khí tùy ý, thường sinh trưởng chậm trong không khí. Đôi khi, sự sinh trưởng của chúng có thể được kích thích bằng cách thêm 5% CO 2 vào môi trường nuôi cấy. Về nhu cầu dinh dưỡng, vi khuẩn Lactobacillus cần chế độ dinh dưỡng đặc biệt, chúng phát triển rất tốt trên môi trường có chứa nhiều phức chất. 3 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của vi khuẩn Lactobacillus là 30 – 40 o C. Nhưng chúng có thể sinh trưởng trong phạm vi nhiệt độ là 5 – 53 o C. Vi khuẩn Lactobacillus có khả năng chịu đựng được môi trường có tính axít. pH tối ưu cho sự phát triển của chúng là pH 5,5 – 5,8. Lactobacillus có một số đặc tính sinh hóa đặc trưng như: catalase âm tính, khử nitrate âm tính (đôi khi dương tính với pH > 6), có khả năng lên men glucose… Người ta có thể dựa trên các sản phẩm của quá trình biến dưỡng để phân chia các loài Lactobacillus thành 2 nhóm: - Các loài lên men đồng hình - Các loài lên men dị hình Các loài thuộc nhóm lên men đồng hình tạo ra 85% axít lactic từ glucose, trong khi các loài lên men dị hình ch ỉ tạo ra 50% axít lactic và một lượng đáng kể carbone dioxide, acetate và ethanol. Các loài Lactobacillus lên men đồng hình gồm: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus leichmannii… và các loài lên men dị hình gồm: Lactobacillus brevis, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus casei, Lactobacillus fermentum… Mặc dù tất cả các loài Lactobacillus đều tạo ra axít lactic, nhưng các loài khác nhau có thể tạo ra các axít lactic khác nhau về đồng phân hóa học. Lactobacillus giữ vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm, các sản phẩm chế biến từ sữa và rượu bia. Người ta thường tìm thấy vi khu ẩn Lactobacillus ở cả động vật và thực vật. Ở người, Lactobacillus thường hiện diện ở ruột và âm đạo. 4 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên 1.2. Vai trò của vi khuẩn Lactobacillus: [3] 1.2.1. Trong công nghệ thực phẩm: Vi khuẩn Lactobacillus tham gia sản xuất nhiều sản phẩm lên men như: rau quả muối chua, yaourt, phomat… Chúng đóng vai trò bảo quản thực phẩm khỏi sự hư hỏng, cung cấp chất dinh dưỡng cho thực phẩm hoặc tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm. Trong các sản phẩm từ sữa, vi khuẩn Lactobacillus có thể hoạ t động một mình hoặc kết hợp với các vi khuẩn lactic khác. Sữa acidophilus là sản phẩm lên men từ sữa với sự phối hợp hoạt động của vi khuẩn Lactobacillus Hình 1.1. Lactobacillus sp. 5 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên acidophilus, Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus để tạo nên sản phẩm sữa chua. Rau quả muối chua là món ăn phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Nhiều loại rau quả muối chua là món ăn thường ngày trong các gia đình ở Việt Nam như: cà muối, dưa cải chua, dưa cải bắp… Kimchi là sản phẩm lên men của nhiều loại rau quả khác nhau của Hàn Quốc… Trong quá trình muối chua rau quả, các vi khuẩn Lactobacillus trong rau quả t ạo ra một lượng axít đáng kể góp phần làm chua rau quả và ức chế sự phát triển của các vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm. Ngoài ra, vi khuẩn Lactobacillus cũng tham gia vào quá trình sản xuất bánh mì. Nhiều loài vi khuẩn Lactobacillus được phát hiện trong bột chua làm bánh mì gồm: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus farciminis, Lactobacillus delbrueckii subsp. Delbrueckii, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhammosus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus sanfrancisco và Lactobacillus fermentum. 1.2.2. Sản xuất axít lactic: Axít lactic là axít hữu cơ đầu tiên được sản xuất bởi vi sinh vật vào năm 1880. Người ta có thể sử dụng các loài vi khuẩn Lactobacillus lên men các loại cơ chất khác nhau để tạo ra axít lactic, như: Lactobacillus bulgaricus có thể tạo ra axít lactic bằng cách lên men nước sữa. Axít lactic là một trong những axít hữu cơ được dùng nhiều trong thực phẩm. Axít lactic có thể sử dụng để làm chua nước ép trái cây trong quá trình sản xuất rượu vang, dùng cải thiệ n vị của dưa chua, giúp bảo quản bột trứng khô, dùng trong đóng gói ôliu Tây Ba Nha nhằm ngăn chặn sự hư hỏng và sự lên men… 6 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên 1.2.3. Bảo quản bằng phương pháp sinh học: Bảo quản thực phẩm rất quan trọng trong công nghiệp thực phẩm. Việc sử dụng các chất bảo quản trong thực phẩm được kiểm soát chặt chẽ ở nhiều quốc gia. Người tiêu dùng luôn mong muốn những thực phẩm không chứa hoặc chứa ít chất bảo quản hóa học. Ngày nay, người ta quan tâm nhiều đến các phương pháp sử dụng các vi khu ẩn Lactobacillus để bảo quản thực phẩm vì tính an toàn của những vi khuẩn này đối với sức khỏe con người. Các vi khuẩn Lactobacillus có khả năng tạo ra các chất có hiệu quả kháng khuẩn như: các axít hữu cơ, các axít béo, hydrogen peroxide, diacetyl… Các nhà nghiên cứu nhận thấy các loài vi khuẩn Lactobacillus có thể tạo ra nhiều loại bacteriocin (bảng 1.1), là chất có khả năng ức chế sự sinh trưởng của nhiều loài vi khuẩn gây bệnh. Bacteriocin được nhận định là có hiệu quả cao và an toàn trong quá trình bảo quản các loại thực phẩm. Bảng 1.1. Các loài Lactobacillus có khả năng tạo bacteriocin Loài vi khuẩn Bacteriocin Lactobacillus acidophilus Lactacin B, Lactacin F Lactobacillus brevis Brevicin 37 Lactobacillus delbrueckii Lacticin A Lactobacillus helveticus Helveticin J 7 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên Lactobacillus sake Sakacin A Lactobacillus plantarum Plantaricin A Lactobacillus gasseri Gassericin A 1.3. Lactobacillus trong đường dạ dày – ruột người: Đường dạ dày – ruột người là nơi diễn ra quá trình tiêu hóa thức ăn, gồm: dạ dày, ruột non và ruột già. pH của dịch dạ dày rất thấp (khoảng pH 2) nên dạ dày là hàng rào hóa học ngăn chặn sự xâm nhập của những vi khuẩn lạ vào đường ruột. Do đó, người ta thấy rằng số lượng vi khuẩn ở dạ dày thường rất thấp. Đườ ng ruột gồm ruột non và ruột già. Phần ruột non nối với dạ dày có pH khá axít nên chứa rất ít vi sinh vật. pH ở phần dưới của đường ruột trở nên ít axít hơn, nên chứa số lượng vi sinh vật nhiều hơn ở phần trên của đường ruột. Phần ruột già ở người chứa rất nhiều loài vi khuẩn, trong đó có các loài Lactobacillus. Khi thực phẩm trong đường dạ dày – ruột người được tiêu hóa, các th ực phẩm đã được tiêu hóa dần mất nước và trở nên cô đặc hơn, sau cùng chúng biến đổi thành phân với 1/3 trọng lượng của phân là các vi khuẩn. Cùng với quá trình tiêu hóa này, các vi sinh vật trong ruột già liên tục bị đào thải ra ngoài theo dòng chảy của vật chất trong đường dạ dày – ruột, những vi khuẩn bị mất đi sẽ được thay thế bởi những thế hệ vi khuẩn mới. 8 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên 1.4. Ích lợi của Lactobacillus đối với sức khỏe con người: [1] Nhiều nghiên cứu khoa học đã chứng tỏ nhiều loài vi khuẩn Lactobacillus có tác dụng tốt đối với sức khỏe của con người. Các nhà khoa học đã chứng minh một số loài Lactobacillus có khả năng ngăn chặn và chữa trị bệnh tiêu chảy cấp tính ở trẻ em. Một số loài vi khuẩn Lactobacillus cũng có kh ả năng chống lại vi khuẩn Helicobacter pylori, một loài vi khuẩn có thể gây viêm dạ dày, loét hệ thống tiêu hóa và ung thư dạ dày. Ngoài ra, các nghiên cứu cũng cho thấy, một số loài Lactobacillus có khả năng làm giảm bệnh viêm ruột ở người, giảm dị ứng thực phẩm, ngăn chặn nhiễm trùng đường tiết niệu, ngăn chặn các rối loạn ở đường niệu sinh dục, ngăn chặn các b ệnh tim mạch… 1.5. Các sản phẩm thực phẩm được sản xuất nhờ hoạt động của vi khuẩn Lactic: [2] 1.5.1. Các loại rau, quả muối chua: Muối chua rau quả là một quá trình lên men lactic mà nguyên liệu chính là rau, quả. Trong khi lên men rau quả, 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 axít lactic, quá trình ức chế sự phát triển của vi khuẩ n gây hư hỏng thực phẩm bởi axít lactic và muối, quá trình tạo hương của sản phẩm. Quá trình lên men này hoàn toàn là quá trình lên men tự nhiên, được tác động bởi nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau. Quá trình lên men rau, quả có thể được chia thành 3 giai đoạn chính: 9 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên - Giai đoạn thứ nhất: đường và các chất hòa tan có trong dịch bào của mô bào thực vật được thẩm thấu ra ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lactic và một số vi sinh vật khác phát triển. Khi đó, quan sát trên bề mặt khối dịch lên men thấy có nhiều bọt khí. Khí được tạo thành là do hoạt động của các vi sinh vật tạo khí. Trong giai đoạn này, lượng axít lactic sinh ra bởi vi khuẩn lactic không nhiều. - Giai đoạn thứ hai: số lượng vi khuẩn lactic gia tăng, sản sinh nhiều axít lactic, làm pH của dịch lên men giảm dần. Trong giai đoạn này, hương vị đặc trưng của sản phẩm lên men bắt đầu hình thành. Chất lượng sản phẩm lên men phụ thuộc rất nhiều ở giai đoạn này. Cuối giai đoạn này, lượng axít lactic được tích tụ cực đại và tác động ngược lại đối v ới vi khuẩn lactic, quá trình lên men chuyển sang giai đoạn thứ ba. - Giai đoạn ba: ở giai đoạn này, vi khuẩn lactic chết dần, trong khi nấm mốc và nấm men lại gia tăng dần số lượng. Do sự phát triển mạnh của nấm mốc, axít lactic bắt đầu giảm, làm sản phẩm lên men mau chóng bị thối rữa bởi các vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm. Để bảo quản sản phẩ m lên men trong thời gian lâu dài, người ta thường giữ lạnh sản phẩm ở nhiệt độ 2 – 4 o C hoặc dùng các hóa chất chống nấm mốc, nấm men và vi khuẩn gây thối rữa (thường sử dụng axít sorbic và benzoat natri).  Cà muối: Xuất xứ: Việt Nam Nguyên liệu chính: cà bát, cà pháo 10 Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Viên Cách làm: cà pháo hoặc cà bát vừa già (có vết vàng ở đáy quả) => cắt bỏ núm cà, rửa sạch => cho vào chum sành, cứ một lớp cà một lớp muối => thêm nước muối => lên men ở nhiệt độ phòng 26 – 28 o C trong 15 – 30 ngày => sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Lactobacillus sp.  Dưa chuột muối: Xuất xứ: Việt Nam Nguyên liệu chính: dưa chuột Cách làm: dưa chuột rửa sạch => xếp vào chum hoặc hũ => cho gia vị (tỏi, ớt, củ riềng) vào xen kẽ với dưa chuột => thêm nước muối và axít lactic => lên men ở nhiệt độ phòng 25 – 30 o C => sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Lactobacillus cuccumeris, Lactobacillus pentoaceticus.  Dưa muối: Xuất xứ: Việt Nam Nguyên liệu chính: dưa cải Công nghệ sản xuất: dưa cải => rửa sạch => trộn với hành => cho vào vại => trộn muối và cho ngập nước => nén chặt => lên men 20 – 25 o C trong 15 – 20 ngày => sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus pentoaceticus, Lactobacillus brevis, Bacillus brassicae var. fermenti. [...]... 24% trong 100g sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: phần lớn là các vi khuẩn lactic, một số vi khuẩn Bacillus sp., Micrococcus sp., nấm men và các vi sinh vật trong nguyên liệu sữa Phomat camenbert: Xuất xứ: Úc Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 22 Nguyên liệu chính: sữa tươi Công nghệ sản xuất: sữa được thanh trùng ở 72oC trong 15 giây => làm nguội đến 30oC => cho vào giống vi khuẩn lacic 0,1%, chất... protein 26g, chất béo 42g, vitamin A 250μg, vitamin B1 60μg, vitamin B2 350μg…trong 100g sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Streptococcus lactic, Leuconostoc cremoris Phomat Mozzarella: Xuất xứ: Úc Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 25 Nguyên liệu chính: sữa tách kem một phần Công nghệ sản xuất: sữa được thanh trùng ở 72oC trong 15 giây => làm nguội đến 32oC => cho vào giống vi khuẩn lactic 0,05 – 0,5% và... chất béo 1,5%, hydratcarbon 4,7%, Ca 80mg, P 250mg, Fe 2,5mg, Na 4500mg, vitamin B1 0,1 mg, vitamin B2 0,2mg…trong 100g sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Micrococcus sp., Staphylococcus sp… Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 36 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP: 2.1 Vật liệu: 2.1.1 Đối tượng: Đối tượng nghiên cứu là các chủng vi khuẩn Lactobacillus có nguồn gốc từ đường ruột của các trẻ em bú sữa mẹ... => sản phẩm Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 24 Đặc tính sản phẩm: dạng bán rắn, không có lỗ khí, màu trắng ngà, vị chua Vi sinh vật lên men sản phẩm: Streptococcus lactic, Streptococcus cremoris, Leuconostoc mesenteroides Phomat Gouda: Xuất xứ: Úc Nguyên liệu chính: sữa nguyên kem Công nghệ sản xuất: sữa được thanh trùng ở 72oC trong 15 giây => làm nguội đến 31oC => cho vào giống vi khuẩn lactic 0,5... giờ, hay ở Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 23 18oC trong 18 giờ => bao gói và đóng dấu => làm chín và bảo quản ở 2 – 13oC trong 4 – 12 tháng => sản phẩm Đặc tính sản phẩm: - Dạng bán rắn, không có lỗ khí, màu vàng, có vị chua, mùi vị hạch phỉ - pH 5 – 5,3 - Giá trị dinh dưỡng: năng lượng 400 Cal, protein 26g, chất béo 33g, vitamin A 380μg, vitamin B1 50μg, vitamin B2 500μg…trong 100g sản phẩm Vi sinh vật... nhiệt độ phòng 30 – 35 oC trong 12 – 24 giờ => sản phẩm Đặc tính sản phẩm: - Dạng rắn, màu nâu, vị chua, mặn - pH ban đầu = 6, pH sản phẩm = 5,2 Vi sinh vật lên men sản phẩm: hỗn hợp vi khuẩn lactic tự nhiên có trong nguyên liệu thịt Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 18 Tocino: Xuất xứ: Philippine Nguyên liệu chính: thịt heo Công nghệ sản xuất: thịt heo => trộn với các gia vị => lên men ở 15 – 18oC trong... và ngọt - pH 3,6 – 4, axít lactic 0,1 – 0,5% - Giá trị dinh dưỡng: năng lượng 19 – 30 Cal, protein 3,5%, chất béo 0,1%, hydratcarbon 1 – 2%, caroten 1000 – 3000mg, riboflavin 0,2mg, thiamin 0,07mg, axít ascorbic 55mg…trong 100g sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Leuconostoc sp., Streptococcus sp., Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 17 1.5.2 Các sản phẩm... 250 Cal, protein 19g, chất béo 22g, vitamin A 180μg, vitamin B1 15μg, vitamin B2 240μg…trong 100g sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus Phomat Romano: Xuất xứ: Úc Nguyên liệu chính: sữa tách kem một phần Công nghệ sản xuất: sữa được thanh trùng ở 72oC trong 15 giây => làm nguội đến 32oC => cho vào giống vi khuẩn lactic 1 % và chất tạo đông 0,02% =>... nhiệt độ 7oC hay thấp hơn trong 6 – 12 tháng => sản phẩm Đặc tính sản phẩm: Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 27 - Dạng bán rắn, có lỗ khí, màu vàng, vị chua ngọt, mùi propionic - pH 5,4 – 5,6 - Giá trị dinh dưỡng: năng lượng 400 Cal, protein 26g, chất béo 33g, vitamin A 300μg, vitamin B1 40μg, vitamin B2 500μg…trong 100g sản phẩm Vi sinh vật lên men sản phẩm: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus,... bán rắn, màu vàng tím đến màu đỏ tím, vị chua, mặn và mùi thơm như phomat - pH 3,6 – 3,8, axít lactic 1,77 – 2%, axít acetic 0,11% Vi sinh vật lên men sản phẩm: Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Streptococcus faecalis, Pediococcus cerevisiae Nghiên Cứu Khoa Học Giảng Vi n 28 Burong bangus: Xuất xứ: Philippine Nguyên liệu chính: cá sữa, cơm Công nghệ sản xuất: . chế sự sinh trưởng của nhiều loài vi khuẩn gây bệnh. Bacteriocin được nhận định là có hiệu quả cao và an toàn trong quá trình bảo quản các loại thực phẩm. Bảng 1.1. Các loài Lactobacillus có