Nisin Hoạt động kháng khuẩn và ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA SINH HỌC – CÔNG NGHỆ SINH HỌC BÁO CÁO MÔN HỌC Công nghệ Sinh học Vi sinh vật NISIN: HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN VÀ ỨNG DỤNG GVHD: TS Nguyễn Thị Bạch Huệ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Lan Chi Nguyễn Thị Trà My Dương Thị Thanh Thảo Phan Hoàng Phương Thảo Tô Hoàng Thiện 1218034 1218225 1218343 1218350 1218363 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BACTERIOCINS 1.1 Bacteriocins Bacteriocins protein kháng khuẩn đặc trưng trình sinh tổng hợp gây chết tế bào, có phổ kháng khuẩn hẹp bám dính với thụ quan bên tế bào(1) Để tránh nhầm lẫn với loại thuốc điều trị, bacteriocine không gọi “chất kháng sinh”(3) Những tác nhân kháng khuẩn phân tử polypeptide có phổ kháng khuẩn tương đối hẹp, tiêu diệt vi khuẩn quan hệ gần gũi với chủng sản xuất bacteriocins Bacteriocine từ vi khuẩn gram (+) bám dính để liên kết với thụ quan, thường có khối lượng phân tử thấp (colicin), có phổ kháng khuẩn hoạt động rộng hơn(4) Những tác nhân kháng khuẩn minh chứng cho chế phóng thích vận chuyển tế bào, có trình tự khởi đầu có khả phân cắt suốt trình trưởng thành(5–7) Những polypeptide có tính diệt khuẩn nhanh chóng thủy phân protease đường tiêu hóa người(8) Có nhiều vi sinh vật sản xuất bacteriocins, nhiên người ta quan tâm nhiều đến LAB tạo nhiều bacteriocins có phổ kháng khuẩn rộng Vi khuẩn sinh lactic (LAB) sản xuất loạt yếu tố đối kháng, bao gồm sản phẩm trao đổi chất, chất giống chất kháng sinh bacteriocin (9,10) Một số loài LAB sử dụng phổ biến chủng khởi đầu sản xuất sữa, thịt, rau sản phẩm bánh mì Ngoài lợi ích cho sức khỏe dinh dưỡng, LAB góp phần đảm bảo tính an toàn thực phẩm lên men Theo đó, vi khuẩn sản xuất acid hữu cơ, diacetyl, hydrogen peroxide bacteriocins suốt trình lên men(11-13) Các hợp chất góp phần tạo hiệu mong muốn cho cấu Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng trúc mùi vị thực phẩm, mà ức chế mùi vị không mong muốn kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm (14,15) Ứng dụng bacteriocins thực phẩm hạn chế, nhiều trở ngại hiệu chi phí việc sử dụng hợp chất kháng khuẩn chất bảo quản sinh học Do đó, có hướng nghiên cứu bacteriocine hiệu nghiên cứu phát triển không ngừng để tối ưu hóa bacteriocine tồn để khắc phục hạn chế kinh tế hiệu LAB sản xuất bacteriocine cách tự nhiên cảm ứng Các yếu tố định di truyền cho hầu hết bacteriocine nằm plasmid, vài trường hợp ngoại lệ bacteriocine mã hóa chromosome 16) Sự tiết bacteriocine vào môi trường đòi hỏi phải có biểu hoạt động protein phóng thích bacteriocine diện chất tẩy rửa phospholipase-A màng vi khuẩn LAB(17,18) Những tác nhân kháng khuẩn thuộc loài cụ thể gây hoạt động gây chết thông qua bám dính với thụ quan nằm màng vi khuẩn nhạy cảm, sau trình chuyển hóa, sinh vật học, thay đổi hình thái dẫn đến giết chết vi khuẩn Ngày nhiều chứng cho bacteriocine từ nhiều chủng vi khuẩn có đặc tính tương tự Hiện nay, thuật ngữ bacteriocine đề cập đến loạt peptide kháng khuẩn protein sản xuất vi khuẩn khác Sự thủy phân phân tử enzyme phân giải protein trypsin, α-chymotrypsin, pepsin quy trình chuẩn để xác địnhchất proteinaceous tự nhiên đặc tính bacteriocine Hơn nữa, đánh giá bacteriocine có ứng dụng cụ thể làm chất phụ gia thực phẩm cần phải xem xét tính ổn định protein nhiệt độ cao, sử dụng rộng rãi trình xử lí nhiệt sản xuất thực phẩm Trong năm qua, số ấn phẩm nghiên cứu colicins bacteriocines ứng dụng thực phẩm, thú y y học (3,5,19-25) Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng 1.2 Phân loại Hầu hết bacteriocins LAB sản xuất ion dương, phân tử kị nước hay ưa nước bao gồm 20 đến 60 amino acid Bacteriocins thường chia thành nhóm nhóm bao gồm bacteriocins từ vi khuẩn Gram âm khác 1.2.1 Nhóm I: Lantibiotics Lantibiotics nhóm peptides biến đổi sau dịch mã tổng hợp ribosome, bao gồm amino acid bất thường lanthionine (Lan), -methyllanthionine (MeLan), dehydroalanine, dehydrobutyrine Lantibiotics (có nguồn gốc từ lanthionine bao gồm kháng sinh) độc đáo chúng sản xuất ribosome prepeptide – prepeptide trải qua biến đổi sau dịch mã ngoại bào để trở thành peptide có hoạt tính sinh học Những bacteriocins hợp chất thuộc nhóm không đồng nhất, liên quan đến khối lượng phân tử, cấu trúc trạng thái hoạt động Dựa vào cấu trúc hóa học chế kháng khuẩn, bacteriocins loại I chia nhỏ thành lantibiotics loại A B (Bảng 1) BẢNG Dựa theo McAuliffe et al., FEMS Microbiol Rev 25:285–308, 2001; Guder et al., Biopolymers 55:62–73, 2000 Sự biến đổi chuỗi sau dịch mã amino acids bất thường Vòng lan hình thành lanthionine amino acid thioether Vòng MeLan hình thành methyllanthionine amino acid thioether Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng 1.2.1.1 Loại A Những lantibioticsA peptides dài, linh động với điện tích dương thực, điện tích giúp hình thành hoạt tính kháng khuẩn tạo lỗ bên màng vi khuẩn Nổi bật nhóm nisin Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng 1.2.1.2 Loại B Các lantibiotics B peptide nhỏ hình cầu liên kết chéo đầu đuôi chúng Những peptide tạo thành nhóm dạng thay đổi tự nhiên mang hay không mang điện tích thực Cơ chế kháng khuẩn ức chế cấu trúc enzyme đặc hiệu Bacteriocins ancovenin, duramycin A, B, C cinnamycin thành viên nhóm 1.2.2 Nhóm II: Peptides nhỏ bền nhiệt (Non-lantibiotics) Các bacteriocins ribosome tổng hợp prepetides bất hoạt Sự phân cắt sau dịch mã đầu N leader peptide biến đổi peptide này, thông thường gốc glycine để giải phóng peptide cation lưỡng tính chịu nhiệt (110) Hoạt tính kháng listeria mạnh đặc tính phổ biến nhóm Bacteriocins Phân loại bacteriocins nhóm thách thức Một tiêu chuẩn dựa vào diện motif amino acid YGNGVXC gần đuôi N peptide hoạt động, diện cysteine làm hình thành nên cầu nối disulfide Bacteriocins chứa motif YGNGVXC thường biết đến giống loại pediocin hay có hoạt tính listeria Cấu trúc chuỗi (nếu có) chưa biết đến hai mô tả đều gây hiểu nhầm Bacteriocins nhóm II non-lantibiotics chương chia nhỏ thành nhóm IIa đến IIe (điển hình) IIf (không điển hình) theo hệ thống Van Belkum Stiles (110) Các nhóm bacteriocins điển hình IIa đến IId liệt kê bảng Bảng Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng 1.2.2.1 Nhóm IIa Chúng cystibiotics chứa bốn gốc cysteine tạo nên cầu S-S, nửa cuối đuôi N lại nửa đầu C phân tử Chỉ có ba Bacteriocins đặc tính tốt, pediocin PA-1/AcH, enterocin A, divercin V41 phù hợp với nhóm Phản ứng pediocin PA-1 với dithiothreitol để trì dư lượng cysterine dạng thiol rõ rệt nhằm giảm hoạt tính (112) Điển hình Pediocin 1.2.2.2 Nhóm IIb Đây nhóm lớn nhóm này; cystibiotics chứa cầu nối S-S nửa đuôi N phân tử Nhiều loại nhóm bacteriocins (bao gồm sakains) có mật độ lớn trình tự tương đồng đuôi N dư lượng amino acid, đuôi C amino acids tương đối đa dạng (113) Sakacins đặc trưng nhóm 1.2.2.3 Nhóm IIc Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng Là cystibiotics bị thiếu motif YGNGVXC nhóm IIa IIb, cầu nối S-S kéo dài đến phần C N phân tử Carnobacteriocin A enterocin B bao gồm nhóm Sự xếp di truyền bất thường, gen cấu trúc hệ thống miễn dịch mã hóa chuỗi đối diện DNA hướng đối diện với 1.2.2.4 Nhóm IId Là nhóm nhỏ bacterioncin mà không chứa motif YGNGVXC chứa hay cysteine Lactococins A B nằm nhóm lactococins B bacteriocin có đặc tính thiolbiotic (45) 1.2.2.5 Nhóm IIe Nhóm đặc trưng hoạt tính kháng khuẩn có dựa vào kết hợp chức hai peptides (bảng 3) Một hai peptide riêng lẻ loại E (tăng cường) đó, hai peptid có hoạt tính kháng khuẩn giúp tăng cường hoạt tính lại, ví dụ: thermophilin 13, lactacin G plantaricin A, brochoin – C (117) (110,114-116) Lactococcon G bacteriocin hai peptide mô tả Nhóm bao gồm lactococcin M plantaricins EF JK (29) Chúng không chứa phần cysteine phổ kháng khuẩn chí bị giới hạn so với thiobiotics (5) Bảng Trình tự amino acid, khối lượng phân tử loại khác thuộc nhóm IIe, bacteriocins non-lantibiotic chủng sản xuất Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng 1.2.2.6 Nhóm IIf – Bacteriocins nhóm II không điển hình Nhóm peptides vòng leader, ví dụ bacteriocins AS-48 phân loại rõ ràng bacteriocins thay peptide kháng sinh, phổ biến chủng Enterococcus faecalis E faecium(118) Một vài nghiên cứu chí cho bacteriocins peptide dạng vòng thuộc nhóm tách biệt so với nhóm II 1.2.3 Nhóm III: protein lớn không bền nhiệt Nhóm bacteriocins đặc tính tốt Nhóm bao gồm protein có kích thước lớn (30kDa) không biền nhiệt, protein làm hạn chế quan tâm đến khoa học thực phẩm Bao gồm Helvetin J sản xuất Lactobacillus helveticus enterolysin sản xuất E faecium Trang Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng 1.2.4 Nhóm IV: Protein phức hợp Nhóm bao gồm glycoproteins (lactocin 27) hay lipoprotein (lacstrepcins) chúng cần có phân tử protein cho hoạt tính kháng khuẩn Plantaricin S thuộc nhóm Bacteriocins IV (19) (124, 121) Bacteriocins nhóm chưa có đặc tính đầy đủ mức độ sinh hóa, phạm vi xác định nhóm cần có thông tin mô tả rõ ràng 1.3 Nisin Nisin peptide nhỏ, chịu nhiệt kháng khuẩn, thuộc nhóm IA Trong năm 1947, Mattick Hirsch (124) lần tách chiết nisin từ môi trường nuôi cấy lỏng vi khuẩn Lactococcus lactis ssp lactis Nisin hợp chất nhóm sử dụng ngành công nghiệp thực phẩm với qui mô rộng Việc phát thúc đẩy nghiên cứu sản phẩm peptide kháng khuẩn khác LAB, nisin bacteriocin tinh có sẵn thị trường, chất bảo quản thực phẩm độc đáo chấp nhận toàn giới Năm 1953, sản phẩm công nghiệp nisin (Nisaplin®) thành lập Aplin and Barrett, Ltd., UK Tính chất vật lý nisin: Phân tử lượng phân tử nisin 3,4 kDa Phân tử nisin có tính phân cực với đầu N kỵ nước đầu C ưa nước Tính tan nisin phụ thuộc vào pH môi trường Khi pH môi trường tăng tính tan nisin giảm mạnh Ở điều kiện trung tính kiềm, nisin không tan Độ bền nisin có quan hệ chặt chẽ với tính tan Độ bền nisin không phụ thuộc vào pH mà bị ảnh hưởng yếu tố khác: thành phần môi trường, nhiệt độ… Nisin bị bất hoạt αchymotripsin, pancreatin subtiopeptidase carboxypeptidase A, pepsin tripsin Trang 10 không bất hoạt Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng Sử dụng nisin đơn lẻ với nồng độ (400 800 IU/g) hay kết hợp với NaCl 2% ức chế phát triển L monocytogenes thịt trâu tươi băm nhỏ (202) Hoạt động ức chế nisin giảm nhiệt độ bảo quản tăng lên đến 37 oC Tuy nhiên kết hợp NaCl 2% vớinisin khả kháng khuẩn tăng cường Nisin sử dụng để làm B.thermosphacta, C divergens, hoặcL.innocua bề mặt thịt đỏ (203) Phun nisin với nồng độ 5000 IU/ml làm giảm số lượng vi sinh vật gây bệnh từ 1,8 đến 3,5 log CFU/cm lúc ban đầu từ đến 3,6 log CFU/cm2 sau bảo quản ngày 4oC Sự kết hợp nisin (1000 10000 IU/ml ) với bảo quản bao bì có không khí bên biến đổi (MAP) (100% CO 2, 80% CO2 + 20% không khí) có khả ức chế tăng trưởng L.monocytogenes Pseudomonas fragiin thịt lợn thăn nấu chín (204) Việc kết hợp MAP/nisin có hiệu nhiệt độ từ OC đến 20oC Một số báo cáo cho thấy hoạt động ức chế listeria nisin A pediocin AcH thịt lợn đất tươi giữ hiếu khí 5oC (205) Nitrit thường dùng để ổn định màu thịt đỏ, ngăn chặn trình hư hỏng thực phẩm ức chế vi sinh vật gây độc C botulinum Tuy nhiên, nitrit amin thứ cấp phản ứng với loại thịt để tạo nitrosamine gây ung thư Bacteriocin thêm vào phụ gia thực phẩm làm giảm nồng độ nitrit cho loại thịt nói Sự kết hợp nisin (3000 IU/g) nitrit 40 ppm hoàn toàn ức chế tăng trưởng C botulinum thịt bảo quản 37oC 56 ngày (206) Nồng độ nisin 8000 IU/g kết hợp với nitrit 60 ppm ức chế nảy mầm bào tử C botulinum thịt lợn pH 5,5 Nồng độ nisin 4000 IU/g nitrit 120 ppm trì hoãn hình thành độc tố C botulinum nhũ tương gà frankfurter tuần (207) Trang 21 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng Bacteriocin khác sản xuất từ vi khuẩn lactic cho thấy khả kiểm soát phát triển L monocytogenes Enterocin CCM 4231 men khô bò Hornád salami làm giảm L monocytogenes từ 108 xuống 106,3 sau bổ sung bacteriocin (221) 4.3 Thủy sản Một vài ứng dụng bảo quản sinh học bacteriocin dùng để bảo vệ sản phẩm từ thủy sản ghi nhận Một vài báo cáo cho thấy tác dụng ức chế nisin sakacin P lên L.monocytogenes bảo quản cá hồi hun khói chân không giữ 10oC tuần (222) Trong suốt tuần bảo quản, việc thêm sakacin P từ L sake có tác dụng kìm khuẩn chống lại L monocytogenes Tuy nhiên kết hợp sakacin P tinh khiết với L sake dẫn đến kết chống listeria mạnh Hiệu phương pháp bacteriocin (nisin Microgard TM ) việc làm giảm, ức chế L monocytogenes kéo dài hạn sử dụng hồi hun khói đánh giá (223) Tổng số vi khuẩn hiếu cá hồi tươi ướp lạnh giảm 10 thời hạn sử dụng 6oC tăng 3-4 ngày với kết hợp nisin Microgard Hỗn hợp kháng sinhcũng làm giảm phát triển L monocytogenes cá hồi rã đông tăng thời hạn sử dụng sản phẩm từ 5-10 ngày oC ( không ảnh hưởng đến pH màu) Với diện nisin (500 1000 IU/g), CO 2, nhiệt độ thấp sống L monocytogenes cá hồi hun khói lạnh giảm xuống 10-100 lần (224) Một số báo cáo cho thấy hiệu chống lại listeria bacteriocin sản xuất từ chủng C piscicola A9b (bac+) hệ thống cá mô hình cá hồi hun khói đóng gói lạnh chân không (120) Sự ức chế listeria thiếu chất dinh dưỡng nhờ tăng trưởng cạnh tranh C piscicola sản phẩm thủy sản Trang 22 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng Một số báo cáo cho thấy hiệu nisin Z bavaricin thô việc kéo dài thời hạn sử dụng tôm gia vị (225) Việc kết hợp với bacteriocin làm tăng thời hạn sử dụng hải sản lên 16 31 ngày Bổ sung benzoat sorbate giải pháp giúp bacteriocin tăng hạn sử dụng tôm gia vị lên 59 ngày Các báo cáo cho thấy dùng nồng độ bacteriocin (4000 -6000 IU/ml) kết hợp với lactate 60% có tác dụng ức chế L monocytogenes vi khuẩn hiếu khí hồi hun khói bảo quản lạnh (226) Lượng listeria mẫu cá hồi hun khói giảm từ 3,7 xuống 1,8 log CFU/g bảo quản 16 ngày oC Hơn nữa, đặc tính cảm quan cá hồi hun khói không bị ảnh hưởng sử dụng phương pháp 4.4 Thực phẩm đóng hộp Nisin bacteriocin cho phép sử dụng thực phẩm đóng hộp chất bảo quản Kết hợp với nisin rút ngắn thời gian xử lí nhiệt độ mà không ảnh hưởng đến tính an toàn chất lượng thực phẩm Nisin sử dụng sản phẩm đóng hộp khoai tây, đậu Hà Lan, nấm, súp, cà chua, ngũ cốc Ở Châu Âu, giới hạn cụ thể cho việc sử dụng nisin sản phẩm rau đóng hộp Mỹ, hàm lượng nisin thực phẩm không vượt 250 ppm (1000 IU/g) Bởi nisin bacteriocin bền nhiệt, thêm vào thực phẩm đóng hộp mức 100-200 IU/g để kiểm soát bào tử ưa nhiệt B.stearothermophilus C.tyrobutyricum (227) Đối với kiểm soát vi sinh vật gây hư hỏng (i.e., B macerans and C pasteurianum), hoạt động nisin tăng cường pH acid làm cho trở thành chất bảo quản lý tưởng pH thấp cà chua đóng hộp 4.5 Đồ uống Vi khuẩn gram âm, nấm men, nấm mốc không nhạy cảm với bacteriocin vi khuẩn lactic (228) Vì nisin có lợi trình lên men rượu để kiểm soát hư hỏng Trang 23 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng vi khuẩn lactic mà không ảnh hưởng đến tăng trưởng hiệu suất lên men nấm mem bia đặc tính cảm quan sản phẩm Nisin có tác dụng tương tự rượu vang, ngoại trừ yêu cầu mong muốn trình lên men malolactic Quá trình lên men malolactic Oenococcus oeni, Lactobacillus Pediococcus chuyển Lmalic tành L-lactic chua với sản xuất CO Các chủng đề kháng O.oeni với nisin sử dụng để kiểm soát tiến độ trình lên men malolactic trình làm rượu vang Nisin sử dụng để làm giảm nồng độ sulfite chế biến rượu vang để kiểm soát vi khuẩn gây hư hỏng (159) 4.6 Ứng dụng “đa rào cản” Khái niệm đa rào cản bao gồm kết hợp phương pháp bảo quản khác để ức chế kiểm soát sinh trưởng phát triển vi sinh vật Để đạt kết hợp xử lý hiệu mà không ảnh hưởng xấu đến chất lượng cảm quan chất lượng dinh dưỡng thực phẩm, tương tác tích hợp rào cản cần xem xét cẩn thận để tránh đối kháng Bacteriocins sử dụng rào cản có hiệu việc kết hợp với số phương pháp xử lý để cải thiện an toàn thực phẩm Bảng 5.Ứng dụng kết hợp điều phối nisin với hệ thống can thiệp “rào cản” khác Hệ thống kết hợp Nisin Ảnh hưởng Trang 24 Tài liệu tham khảo Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng Xử lý nhiệt 55oC 10 phút phơi sáng 15 phút 60°C phút/ 65°C phút Xử lý loại bỏ E.coli O157: H7 100 IU/mL Giảm L monocytogenes pha log từ đến tôm hùm Tăng cường bất hoạt hóa Salmonella Enteritidis Pt4 25 mg/kg 55°C 10 phơi 500-2500 sáng 15 phút IU/mL (229) (230) (231) Chế biến không sử dụng nhiệt 100 IU/mL Tăng cường chức diệt khuẩn chống lại mầm bệnh chọn (232) PEF (50 kV/cm; 32 pulse/2 µS) 10-100 IU/mL Đồng ức chế chủng L inocua (233) PEF (16.7 kV/cm; 50 pulse/2 µS) 0.06 µg/mL Tăng cường bất hoạt Bacillus cereus (234) Áp suất cao (155-400 MPa) Các chất bắt dính kim loại EDTA (500 mg/kg) 500 mg/kg 20 mM EDTA 37°C 50 µg/mL EDTA/Citrate/Lactate 2000 IU/mL Ức chế vi khuẩn E.coli O157: H7 Br thermosphacta dăm bông/ xúc xích xông khói Giảm salmonellae từ log-3.2 đến 6.9 với kết hợp Có hiệu lực theo MAP chống lại E.coli O157: H7 S Typhimurium (235) (141) (236) Các biện pháp can thiệp hóa chất 2% (w/w) Na-lactate or Na-citrate 500 IU/mL Xử lý 15 phút giảm chủng Arcobacter butzleri Trang 25 (237) Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng da gia cầm 100 IU/mL Ức chế phát triển vi khuẩn Bacillus cereus sữa 37 ° C ngày (238) 10 IU/mL Giảm L Monocytogenes từ log-3 đến nhiệt độ 37°C (239) 100 IU/mL Có hiệu ức chế hệ vi sinh cư trú cá mòi (240) Tăng cường hoạt động ức chế chống lại L monocytogenes (241) 10-100 IU/mL Sự hiệp lực ức chế L monocytogens sữa UHT chế biến (242) 30 µg/mL Sự hiệp lực ức chế ức chế E.coli O157: H L monocytogenes (243) 0.1% carvacrol,/thymol/ eugenol 0.25 µg/mL Sự hiệp lực ức chế L monocytogens (244) Chiết xuất Bearberry ethanol (5 mg / mL) 500 µg/mL Làm chậm tăng trưởng Brochothrix thermosphacta (245) Dịch chiết tỏi (0,5 mg / mL) IU/mL Sự hiệp lục ức chế sáu chủng L monocytogens (246) Monolaurin (250 µg/mL) 5% Ethanol Lactoperoxidase (LPO) and lysozyme LPO (10 enzyme units) LPO (35 enzyme units) LPO (0.2-0.8 ABTS units/mL) Lysozyme (25-125 µg/mL) 100-200 IU/mL Chiết suất thực vật tinh dầu 4.6.1 Xử lý nhiệt Một số rào cản bảo quản, chẳng hạn xử lý nhiệt, hoạt động nước mức thấp, không khí biến đổi, nhiệt độ thấp làm tăng tác dụng kháng khuẩn Trang 26 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng nisin Sự hiệp lực hoạt động nisin chống lại Lactobacillus sau phơi nhiễm với xử lý liên tục nhiệt độ nhẹ (48–56°C) nisin (0.5 µg/mL) 30°C ghi nhận (247) Sự kết hợp độ pH thấp nồng độ clorua natri cao chứng minh làm tăng cường hoạt tính nisin chống lại L sake, S aureus L monocytogenes(248) Thời gian làm bất hoạt nhiệt vi khuẩn giảm bớt với kết hợp bacteriocin làm tăng chất lượng thực phẩm Các tổn thương hoạt tính động học S enteritidis Pt4 có sự diện nisin (500-2.500 IU / ml) huyết quản, toàn trứng lỏng, lòng trắng trứng giảm thời gian trùng cần thiết lên đến 35% (231) Nisin không làm tăng mức độ gây chết việc xử lý nhiệt tổn thương tế bào nghiêm trọng lòng trắng trứng có chứa nisin, có lẽ kết tương tác bacteriocin với yếu tố kháng khuẩn lòng trắng trứng Bổ sung nisin vào gói thịt tôm hùm đông lạnh làm giảm khả chịu nhiệt L Monocytogenes rút ngắn đáng kể thời gian xử lý so với việc xử lý nhiệt độ 4.6.2 Xử lý thực phẩm không sử dụng nhiệt Bảo quản thực phẩm với công nghệ xử lý thực phẩm không sử dụng nhiệt xử lý áp suất cao (HP), xạ ion hóa, điện trường xung (PEF) xạ tia cực tím mở rộng nhanh chóng với nhiều ứng dụng sản phẩm khác Sự kết hợp công nghệ xử lý thực phẩm với bacteriocin chế rào cản kháng khuẩn đầy hứa hẹn Xử lý HP PEF gây tổn thương mức gây chết tế bào vi khuẩn tăng cường hoạt tính bacteriocin chống lại E coli O157:H7 and S typhimurium (143) Hơn nữa, bất hoạt HP bào B coagulans, B subtilis, C sporogenes tăng rõ rệt xử lý nisin (249.250) PEF sử dụng thành công với nisin nhiều ứng dụng an toàn thực phẩm (234) Kết hợp liều lượng thấp nisin (0,06 mg / mL) mức độ nhẹ PEF (16,7 Trang 27 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng kV / cm, 50 xung mS) làm giảm mạnh số lượng tế bào sinh dưỡng B Cereus, nhiều tổng số giảm thu với phương pháp xử lý đơn lẻ Xử lý HP giết làm bị thương vi sinh vật chủ yếu cách gây tổn thương màng tế bào, kết làm cho có tiềm lực hoạt tính bảo quản sinh học nisin nhắm đến màng vi khuẩn Người ta đề xuất quy trình bốn chiều, gồm áp suất x Thời gian x Nhiệt độ x kháng khuẩn (như nisin) Việc đưa nisin cho phép áp dụng áp suất thấp làm suy giảm chất lượng thực phẩm trì mức độ tiêu diệt tác nhân gây bệnh thực phẩm (164) Listeria monocytogenes, E coli S typhimurium bị tổn thương phương pháp xử lý chuyển sang nhạy cảm với nisin (143) Sự bất hoạt Ultra HP E coli L Innocua tiêm phần lỏng trứng chí hiệu cách thêm 1,25 mg / L nisin vào trình (251) Hauben et al (145) cho xử lý HP làm cho E Coli nhạy cảm với nisin áp lực gây xáo trộn tính thấm màng tế bào vi khuẩn Bằng chứng cho thấy tế bào nhạy cảm với HP khoảng nhiệt độ từ 20–30oC, nhiên, vi khuẩn chuyển sang có độ nhạy cảm cao nhiệt độ lớn 35oC chuyển pha màng lipid (252 – 254) Tăng số lượng tế bào chết xử lý HP (345 Mpa, 25oC 10 phút) kết hợp nisin pediocin PA-1 / ACH báo cáo Theo đó, L monocytogenes, S aureus, E coli O157: H7 S typhimurium diện xử lý kết hợp cho thấy suy giảm khả sống khác nhau, từ 5-8 chu kỳ log (255) Tác động kết hợp xử lý siêu HP, nhiệt độ, môi trường acid nisin bào tử B Coagulans báo cáo (249) Nisin (0.8 IU/mL) kết hợp với áp suất 400Mpa dung dịch đệm pH 4.0 với gia nhiệt nhẹ (70oC 30 phút) khiến giảm ~6log bào tử Trang 28 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng 4.6.3 Chất bắt dính kim loại chất tẩy Sự kháng cự vi khuẩn gram âm bacteriocin phần lớn nhờ màng đóng vai trò rào cản thấm Sự kết hợp hai hay nhiều hệ thống bảo quản, rào cản, tốt ngăn chặn xuất sinh vật nhạy cảm giảm mức độ hệ thống đơn tối thiểu chất bảo quản (256) Nisin có hiệu chống lại vi khuẩn gram âm, vượt qua rào chắn màng không thấm nước, tiếp cận mục tiêu tế bào chất Điều thực cách phá vỡ màng với chất tạo phức (ví dụ, EDTA), axit hữu cơ, phương pháp xử lý nhiệt mức gây chết hay đông lạnh (141.142.144) Các chất tạo phức loại bỏ cation hóa trị hai Ca 2+ Mg2+ từ thành tế bào vi khuẩn gram âm, giải phóng phospholipid lipoprotein làm tăng tính thấm màng tế bào Stevens et al (257) tìm thấy phương pháp xử lý hiệu bao gồm 12-25μg nisin/g với 20 mM EDTA monohydrat xitric 30-42 oC Tuy nhiên, các tác nhân tạo phức hiệu ưu tiên liên kết hướng đến ion tự hóa trị II thực phẩm Phức chất sinh học lactoferrin chất kháng khuẩn sữa mà sức mạnh hoạt tính kháng khuẩn xuyên qua màng vi khuẩn gram âm Sự hiệp lực kháng khuẩn tiềm EDTA hay lactoferrin với nisin chống lại L monocytogenes, E coli, S enteritidis, P Fluorescens ghi nhận (243) Lactoferrin EDTA làm tăng hoạt tính nisin chống lại hai chủng Emterohemorrhagic E Coli Kết hợp nisin, lysozyme monolaurin với EDTA làm chết số vi khuẩn gram âm, chất kháng khuẩn đơn lẻ chứng minh hiệu Nếu có lactoferrin (2 mg/mL) không ngăn cản chủng vi khuẩn nào, nhiên làm tăng hoạt tính nisin chống lại L monocytogenes Sự hiệp lực monolaurrin nisin chống lại B Licheniformis sữa gấu ghi nhận (238) Một kết hợp nisin (0.75 µg/mL) monolaurin (100 µg/mL) Trang 29 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng pH 6.0 gây nên ức chế bào tử tế bào sinh dưỡng 37 oC vòng ngày Một hiệp lực sucrose ester acid béo (tức palmitate, stearat) nisin quan sát (259) Hoạt động nisin bị kích thích chất nhũ hoá trung tính khác monolaurin, monooleate Tween-80 (260) 4.4.4 Hệ thống Lactoperoxidase (LPO) Sự kết hợp nisin với hệ thống LPO bất hoạt L Monocytogenes ghi nhận Bổ sung nisin (10 100 IU/mL) đến nhiệt độ siêu cao (UHT) xử lý sữa không béo cho thấy tác dụng số lượng listerial sau 24 30°C Tuy nhiên, việc bổ sung thêm LPO vào hệ thống làm giảm 3-log so với đối chứng Kết hợp nisin với LPO gây nên ức chế mạnh L monocytogenes đến 5,6-log so với đối chứng Sự tăng cường hoạt tính quan sát với vi khuẩn Gram âm không nhạy cảm với nisin Một phương pháp việc sử dụng nisin với vi khuẩn Gram âm Gram dương liên quan đến việc kết hợp xử lý dung dịch nồng độ thấp orthophosphate kim loại kiềm (ví dụ, trisodium orthophosphate) với sốc thẩm thấu, lysozyme nisin (261) Một kết hợp hiệp lực khác, dấn đến tác động kháng khuẩn chống lại loài Salmonella kết hợp nisin, LPO, thiocyanate, hydrogen peroxide áp dụng 30-40oC pH 3-5 mô tả (262) Các hệ thống thiocyanate hydrogen peroxide LPO thường có tự nhiên sữa, tác dụng kháng khuẩn hệ sản phẩm độ trình oxy hóa thiocyanate hydrogen peroxide xúc tác LPO (263) Hoạt động hiệp lực LPO nisin chống lại L monocytogenes UHT sữa không béo báo cáo ghi nhận giảm 5,6-log tác nhân gây bệnh so với đối chứng (242) 4.4.5 Các can thiệp acid Một số chất bảo quản axit thường sử dụng báo cáo cho thấy tương hợp với nisin Scannell et al (264) phát 2% sodium lactate cho Trang 30 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng sức mạnh hoạt động nisin chống Salmonella kentucky Staphylococcus aureus xúc xích thịt lợn tươi Trong nghiên cứu khác, phương pháp khuếch tán agar sử dụng cho thấy kết hợp axit lactic nước sữa thấm lên men chủng L lactis sản xuất nisin có tác dụng hiệp lực chủng Micrococcus luteus, P aeruginosa, P fluorescens, S hominis (265) Tác dụng hiệp lực natri diacetate pediocin chống L monocytogenes thịt sệt báo cáo (268) Mật độ Listerial tăng 4,5-8-log CFU/mL ngày 2°C vòng 14 ngày 4°C mẫu đối chứng Hiệu cidal listerio (~ 7-log CFU/mL khác biệt so với đối chứng) đạt phương pháp xử lý có chứa pediocin (5000 AU /ml) với 0,5% diacetate 25°C pediocin với 0,3% diacetate 4°C 4.4.6 Chiết xuất thực vật tinh dầu Hoạt tính kháng khuẩn tinh dầu thực vật thành phần công nhận thời gian dài Một vài ứng dụng phát triển cách sử dụng loại tinh dầu chất bảo quản thực phẩm tự nhiên để kiểm soát sinh vật gây hư hỏng thực phẩm mầm bệnh (269) Sự kết hợp nisin (0,25 mg / mL) loại tinh dầu chủ yếu từ carvacrol, thymol, eugenol (0,1%) cho thấy hợp lực kháng khuẩn mạnh để ức chế L monocytogenes (244) Chiết xuất ethanol chống oxy hóa hùng (Arctostaphylos UvaUrsi) trộn với nisin chứng minh hoạt động ức chế mạnh mẽ chống lại 25 loại vi khuẩn thực phẩm liên quan (245) Sự xử lý kết hợp với nisin (500 µg/mL) chiết xuất hùng (5 mg/mL) đáng ý làm chậm tăng trưởng B thermosphacta, so với nisin Ức chế hiệp lực sáu chủng L monocytogenes nisin dung dịch nước chất chiết xuất từ tỏi báo cáo Trang 31 (246) Mối tương tác hiệp lực nisin Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng (3 IU/mL) chiết xuất từ tỏi (0,5 mg/mL) dẫn đến tác dụng kìm hãm vi khuẩn khuẩn mạnh mẽ chống lại L monocytogenes nước dùng, nhiên tác dụng diệt khuẩn mạnh quan sát 4°C 4.4.7 Hỗn hợp Bacteriocin Một số hỗn hợp bacteriocin kiểm tra kết hợp rào cản cho thấy tăng cường bảo quản sinh học (270,271) Hiệu kết hợp nisin leucocin F10 sản xuất chủng Leuconostoc carnosum F10 chống lại L Monocytogenes cho thấy tác động ức chế manh, việc bổ sung leucocin F10 cần thiết để ngăn chặn hồi sinh L monocytogenes Một số hỗn hợp loại thuốc kháng sinh nisin làm tăng hiệu kháng khuẩn loại mát dày (272) Nisin (12.5 µg/g sữa đông), penicillin G (12 U/g sữa đông), streptomycin (12 mg/g sữa đông) quẩn thể LAB đến 4-5 log so với mẫu đối chứng không xử lý sau 100-160 ngày 4.7 Ứng dụng bao bì thực phẩm Ứng dụng chất kháng sinh vào hệ thống bao bì thực phẩm khái niệm đổi thông minh để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng xu hướng thị trường Hai phương pháp thường sử dụng túi bảo quản với bacteriocin: cách kết hợp trực tiếp vào vật liệu polymer cách phủ film đóng gói (273) Trong phương pháp đầu tiên, nisin kết hợp vào polyethylene dựa màng plastic thường sử dụng việc đóng gói chân không thịt bò Nisin giữ hoạt tính kháng khuẩn L helveticus B thermosphacta tiêm phần mô bề mặt thịt (274) Mật độ B thermosphacta giảm bước đầu khoảng 2-log với nisin ngâm bao bì thịt bò ngày lưu trữ oC Số Trang 32 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng lượng Brocothrixthermosphacta từ nisin ngâm tẩm plastic dùng để bọc mẫu mẫu đối chứng đáng kể sau 20 ngày bảo quản nhiệt độ tủ lạnh hay 12°C Nisin kết hợp vào film làm từ dung dịch hydroxypropylmethyl cellulose ăn để ức chế tăng trưởng L innocua S aureus (275) Tuy nhiên, acid stearic làm giảm đáng kể hoạt tính kháng khuẩn nisin ứng dụng đặc tính cản bốc nước Hơn tối ưu hóa đòi hỏi khử chất nisin bám film hiệu khuếch tán bacteriocin vào bao bì đóng gói thực phẩm Phương pháp thứ hai kết hợp bacteriocin vào màng film bảo quản lớp phủ bên hay hấp thụ bacteriocin bề mặt polymer Các ví dụ bao gồm lớp phủ methylcellulose với nisin cho thịt gia cầm, phương pháp phun hấp phụ nisin vật liệu đóng gói khác polyethylene, ethylene vinyl acetate, polypropylene, polyamide, polyester, acrylics, polyvinyl clorua báo cáo (273) Nisin phủ lên bề mặt silica dường làm ức chế sinh trưởng L Monocytogenes(276) Hiệu kháng khuẩn cenllulose phụ thuộc vào lồng thêm hoạt tính sinh học polyethylene kháng khuẩn, túi polyamide kết hợp với lacticin 3147 với nisin chống lại L innocua and S aureus (cùng với L lactis sp lactis) chứng minh (277) Nisin gắn kết chặt chẽ với màng plastic hoạt tính sinh học ổn định khoảng tháng điều kiện có không bảo quản nhiệt độ lạnh, có hiệu việc giảm khoảng ~2-log vi khuẩn không phô mát đóng gói chân không kết hợp với MAP nhiệt độ lạnh Nisin kết hợp với cellulose dựa chèn hoạt tính sinh hoạc, đăt sản phẩm phô mai thịt nguội cắt lát tác động MAP, làm tăng trường L Innocua đến khoảng 3-log phô mai sau ngày 4oC, khoảng 1.5-log thịt nguôi thái lát sau 12 ngày, S aureus Trang 33 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng giảm khoảng 1.5- 2.8 log tương ứng phô mai thịt nguội Sự phát triển L Monocytogenes loại thịt gia cầm hoàn toàn bị ức chế lớp phủ pediocin lên vỏ bao cenllulose túi nhựa tỏng vòng 12 tuần bảo quản nhiệt độ oC (278) Nisin phủ lên màng polyme PVC, chất có mật độ polyethylene thấp theo đường thẳng nylon làm ức chế tăng sinh S Typhimurium da thịt đùi tươi (279) Lớp phủ dung dịch chứa nisin, citric acid, EDTA Tween-80 PVC, với mật độ thấp polyethylen, màng nylon làm giảm số lượngS Typhimurium da thịt đùi tươi từ 0.4 đến 2.1-log sau 24 nuôi cấy 4oC Trang 34 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO Kalidas Shetty, Gopinadhan Paliyath, Anthony Pometto (2006) Chapter 3.06 Bacteriocins: Antimicrobial Activityand Applications, Food Biotechnology, Second Edition Trang 35 [...].. .Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng Tính chất hóa học của nisin: Khác với bacteriocin sản xuất từ LAB hay từ các loài vi khuẩn khác, nisin có phổ kháng khuẩn tương đối rộng Nisin ức chế chủ yếu vi khuẩn gram (+) Nisin ức chế tế bào sinh dưỡng và cả bào tử vi khuẩn Hoạt tính sinh học của nisin phụ thuộc vào pH của môi trường Hoạt tính sinh học của nisin giảm khi pH của môi... Trang 12 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng Tiếp theo, chúng tôi sẽ làm rõquá trình biến đổi sau phiên mã của chất cụ thể là nisin (Hình 2) Trang 13 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng Hình 2 Biến đổi sau dịch mã của nisin Nisin khi được phiên mã tạo thành một prenisin bất hoạt có khoảng 57 amino acids, bao gồm: leader peptide dài 23 amino acids và propeptide dài 34 aminoacids Khi prenisin... suất thực vật và tinh dầu 4.6.1 Xử lý nhiệt Một số rào cản bảo quản, chẳng hạn như xử lý nhiệt, hoạt động của nước ở mức thấp, không khí biến đổi, và nhiệt độ thấp có thể làm tăng tác dụng kháng khuẩn của Trang 26 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng nisin Sự hiệp lực của hoạt động nisin chống lại Lactobacillus sau khi phơi nhiễm với sự xử lý liên tục ở nhiệt độ nhẹ (48–56°C) và nisin (0.5 µg/mL)... rót đầy và chế biến (158) Nisin có thể thêm vào dưới dạng bột, đảm bảo sự phân tán đồng nhất trong chuỗi thực phẩm Nisin có thể được sử dụng ở nồng độ cao hơn bằng cách phun hay nhúng (hỗ trợ việc chế biến) để khử trùng bề mặt Bảng 4 Ứng dụng của nisin như là chất bảo quản đối với nhiều loại thực phẩm khác nhau Trang 18 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng Ức chế nội bào tử của Bacillus spp và Clostrium... muối) và điều kiện bảo quản cũng như là kéo dài thời gian sử dụng (bảng 6.4) Nisin thường được dùng trong thực phẩm có tính acid, nhưng có hiệu quả trong các sản phẩm có vùng giá trị pH rộng (3.5-8.0) Nisin còn được xem như chất bảo quản hiệu quả với trứng lỏng, mà thường có pH khoảng 7.3-7.8 Trang 19 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng Một vài bài báo cáo đã cho rằng ứng dụng hiệu quả của nisin. .. bì màng và vỏ bọc thực phẩm Lớp màng nisin trên bề mặt silicon và màng polyvinyl chloride đã được trình bày để chứng minh hoạt tính kháng khuẩn (92,159) Sự phân hủy sinh học của lớp màng chứa lysozyme, nisin và EDTA được tạo nên từ protein đậu nành và protein bắp được xử lí bằng phương pháp ép nhiệt và đúc cho thấy hoạt tính kháng khuẩn mạnh với L plantarum và E coli (160) 4.1 Sản phẩm sữa Nisin là... của vi khuẩn lactic 4.2 Sản phẩm thịt Trong tự nhiên vi sinh vật và bactericin của chúng được sử dụng rộng rãi để tăng độ an toàn và thời hạn sử dụng của một số sản phẩm từ thịt Việc bảo quản các thức ăn nấu sẵn (RTE) và thực phẩm bảo quản lạnh ở nhiệt độ thấp (MPRF) là những ví dụ cho việc bảo quản sinh học Trang 20 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng Sử dụng nisin đơn lẻ với nồng độ (400 và 800... sánh giữa các nghiên cứu về nisin A, nisin Z và pediocin cho thấy LAB, Clostridium and Bacillus (bào tử và tế bào) bị ức chế bởi các loại nisin hiệu quả hơn pediocin (149) Nisin A kháng listeria hiệu quả hơn nisin Z, với những liều lượng hiệu quả cho thấy sự thay đổi rõ rệt Theo đó, nồng độ nisin cần cho sự ức chế hoàn toàn Trang 16 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng của L monocytogenes thay... vị trí threonine và serin tạo sản phẩm tương ứng là dehydrobutyrine và dehydroalanin nhờ enzyme Nis B Sau đó prenisin được khử nước sẽ bị vòng hóa với cysteine nhờ enzyme Nis C để hình thành năm vòng thioether Bước cuối cùng là sử dụng Nis P để cắt bỏ leader peptide ta khỏi prenisin để tạo thành nisin trưởng thành dạng hoạt hóa 3 CƠ CHẾ KHÁNG KHUẨN 3.1 Cơ chế hoạt động Nisin hoạt động theo hai giai... đoạn I: nisin hấp thụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ vào các thụ thể trên bề mặt Giai đoạn này chưa có tác động tích cực trong việc tiêu diệt vi khuẩn Giai đoạn II: nisin tạo ra các kênh để thâm nhập vào bên trong màng nguyên sinh hoặc cũng có thể chúng tác động trực tiếp lên thành peptidoglycan, xuất hiện các biến đổi không thuận nghịch gây chết tế bào Trang 14 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng ... xử lý nhiệt, hoạt động nước mức thấp, không khí biến đổi, nhiệt độ thấp làm tăng tác dụng kháng khuẩn Trang 26 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng nisin Sự hiệp lực hoạt động nisin chống lại... không bất hoạt Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng Tính chất hóa học nisin: Khác với bacteriocin sản xuất từ LAB hay từ loài vi khuẩn khác, nisin có phổ kháng khuẩn tương đối rộng Nisin ức chế... pH rộng (3.5-8.0) Nisin xem chất bảo quản hiệu với trứng lỏng, mà thường có pH khoảng 7.3-7.8 Trang 19 Nisin: Hoạt tính kháng khuẩn ứng dụng Một vài báo cáo cho ứng dụng hiệu nisin việc đóng gói