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

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 n

LOGO

II Ứng dụng vi sinh vật trong bảo quản thực

phẩm

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

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

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

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

II.3 Cơ chế hoạt động của các tác

nhân kiểm soát sinh học

Vật chủ

(thực phẩm) VSV gây hại, gây bệnh

VSV đối kháng

VSV khác

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

Kiểm soát sinh học bằng

Kiểm soát sinh học bằng

Pseudomonas cepacia

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

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

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

β-1,3-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

II.4 Các bước phát triển một sản phẩm

kiểm soát sinh học

II.4 Các bước phát triển một sản phẩm

kiểm soát sinh học

Khả năng

tương thích

Nhân giống hàng loạt

Phối trộn định dạng

sản phẩm

Lưu kho và phân phối

Áp dụng trên diện rộng Đánh giá sự chấp nhận sản phẩm

Một số chế phẩm kiểm soát sinh học

đã thương mại hóa

Một số chế phẩm kiểm soát sinh học

đã thương mại hóa

10

Pseudomonas syringae ESC-

11

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

Plan Health Technology, USA

Một số bước tiếp cận nhằm ứng dụng sản

phẩm KSSH trong bảo quản rau quả

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

Áp dụng trước khi thu hoạch

• Phun định kỳ vào cây trước khi thu hoạch

• Giới hạn

– Có thể ảnh hưởng môi trường

– VSV đối kháng bị tiếp xúc và biểu hiện hoạt tính trong điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,

VSV khác, các thuốc diệt sâu bọ,…)

• Biện pháp:

– Lựa chọn VSV có khả năng thích nghi tốt

– Cho VSV làm quen, thích nghi với một số stress

trước khi ứng dụng

Dùng những chủng biến đổi

• Các loại hạt lạc, đậu đỗ:

– Ứng dụng nấm mốc Aspergillus flavus không

sinh độc tố aphlatoxin để cạnh tranh với

những chủng hoang dã sinh độc tố

• Thường ít ứng dụng đối với rau quả tươi

II Ứng dụng vi sinh vật trong bảo quản

thực phẩm

II Ứng dụng vi sinh vật trong bảo quản

thực phẩm

• II.1 Kiểm soát sinh học (biocontrol)

• II.2 Tác nhân kiểm soát sinh học

Vi sinh vật đối kháng

• II.3 Cơ chế hoạt động của các tác nhân

kiểm soát sinh học

• II.4 Các bước phát triển một sản phẩm kiểm

soát sinh học

• II.5 Vi khuẩn Lactic trong bảo quản thực phẩm

LOGO

II.5 Vi khuẩn Lactic trong bảo quản thực phẩm

II.5 Vi khuẩn Lactic trong bảo quản thực phẩm

Vi khuẩn lactic làm hư hỏng thực phẩm hay bảo quản thực phẩm?

Giới thiệu chung

• Vi khuẩn lactic: lactic acid bacteria, vi khuẩn làm chua sữa

• 1873: J Lister thu nhận Bacterium lactis (nay có thể là Lactococcus lactis)

• 1919: Orla-Jensen phân loại vi khuẩn lactic dựa theo đặc điểm

– Hình thái (cầu, que, …)

– Kiểu lên men glucoza: đồng hình, dị hình

– Nhiệt độ sinh trưởng

– Khả năng sử dụng các loại đường

II.5.1 Đặc điểm chung của VK lactic

• Vi khuẩn G+

• Không sinh bào tử (còn tranh cãi,

Sporolactobacillus)

• Catalase –

• Yếm khí tùy tiện

• Chịu được axit

• Lên men đường tạo thành chủ yếu là axit lactic

• Vi khuẩn lactic thường sống ở nơi có môi trường dinh dưỡng dồi dào (thực phẩm), có một số

sống trong cơ thể động vật

Các đặc điểm phân loại của vi khuẩn

lactic

Các đặc điểm phân loại của vi khuẩn

lactic

Carnob Lactob Aeroc Enteroc

. Lactoc Vagoc Leucon Oenoc. Pedioc . Streptoc . Tetragenoc . Weissella

II.5.2 Cơ chế tác dụng của vi khuẩn lactic

trong bảo quản thực phẩm

II.5.2 Cơ chế tác dụng của vi khuẩn lactic

trong bảo quản thực phẩm

• Cạnh tranh không gian

• Cạnh tranh dinh dưỡng

• Sinh ra một số chất kháng vi sinh vật

Cạnh tranh không gian

• Nhiều loài thuộc giống Lactobacillus có

khả năng ngăn chặn sự bám dính của

vi sinh vật gây bệnh trên bề mặt

• Bản chất chất này chưa được nghiên cứu nhiều

• Chất hoạt động bề mặt (surlactin),

glycoprotein, glycolipid

Yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng của

axit hữu cơ

Yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng của

axit hữu cơ

• Trong thực tế thường ứng dụng trong thực phẩm_ hệ phức tạp các chất hữu cơ

• Các chất trong thực phẩm ảnh hưởng đến khả năng kháng VSV của vi khuẩn lactic

– Cao nấm men làm giảm khả năng kháng khuẩn của vk lactic và axetic

– Sữa và máu tăng cường khả năng kháng khuẩn của axit axetic

H2O2

dưới tác dụng của oxidases, NADH oxidases có chứa flavoprotein và superoxide dismutase

• Một lý do nào đó lactic không sinh catalase để

sinh ra

tích tụ lại nhiều in vivo, thường bị phân hủy

nhanh chóng

Cơ chế tác dụng của H2O2

Cơ chế tác dụng của H2O2

• Tính kháng khuẩn dựa vào khả năng oxy

hủy

• Protein hoặc lipid ở phía vỏ tế bào bị ôxy hóa

• Một số phản ứng xảy ra đối với vi khuẩn

trường yếm khí, không có lợi cho một số vsv

tiết niệu, đóng vai trò quan trọng trong việc tránh viêm nhiễm

• Trong tự nhiên, tác dụng kháng khuẩn của

H2O2 được tăng lên do lactoperoxidase và thiocyanate (SCN - ).

CO2

• Tạo môi trường yếm khí, ức chế một

số vi khuẩn

• Quá trình decarboxyl hóa bị ức chế

làm vô hoạt sự thẩm thấu của các chât qua thành tế bào

• Vi khuẩn G- nhạy cảm hơn vi khuẩn G+

Tác dụng của Diacetyl

• Diacetyl kháng vi sinh vật tốt hơn khi pH<7

• Diacetyl tác dụng trên vi khuẩn G-,

nấm men, nấm mốc tốt hơn trên vi

khuẩn G+

• Vi khuẩn lactic bền với diacetyl nhất

• Diacetyl tác dụng với protein bám

arginin của vi khuẩn G-, ngăn cản quá trình sử dụng axit amin của vi khuẩn

3-hydroxypropanal, reuterin

o Sinh ra do Lactobacillus reuteri sinh trưởng trên môi

trường chứa hỗn hợp glucose và glycerol hoặc

glyceraldehyde

o Ở pha log: chưa có reuterin Pha cân bằng reuterin

bắt đầu tích tụ

o Khi tiếp xúc với tế bào của vsv mục tiêu, Lb reuteri

được kích thích sinh ra reuterin

• Dưới dạng dung dịch hòa tan trong nước, reuterin tồn tại dưới dạng đơn phân tử (monomer), ngậm nước hoặc dimer dạng vòng

– Chưa có số liệu ở dạng nào reuterin thể hiện tính kháng khuẩn mạnh hơn

• Phổ tác dụng rộng: kháng vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, một số động vật nguyên sinh, kháng virus

• Phân tử lượng 349 Da, tích điện âm,

không ưa nước

• Kích thích bởi sự có mặt của các axit béo

• Sinh reutericyclin tăng khi hàm lượng

2-Pyrrolidone-5-carboxylic Acid

• Tìm thấy ở Lactobacillus casei ssp

casei, Lb casei ssp.pseudoplantarum

và Streptococcus bovis

tính khi pH tăng trên 2,5

sinh vật có ích

Cơ chế tác dụng Thường tạo lỗ ở

màng tế bào Màng tế bào hoặc nội bào Phản ứng phụ Chưa có báo cáo Có

Tác dụng của Pediocin AcH lên Listeria

Sau 5 giờ xử lý với Pediocin

L monocytogenes

chưa xử lý