Nhìn chung LAB là vi khuẩn G+
, không tạo bào tử, kị khí tùy ý và hầu hết không di động. Chúng thuộc loại đa khuyết dưỡng, được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm lên men như sữa chua, kim chi, dưa muối chua, nem chua,… LAB tồn tại khá hạn chế trong một số MT do nhu cầu dinh dưỡng cao của nó [10].
Về mặt hình thái, các nhóm LAB tồn tại chủ yếu ở hai dạng: hình que hoặc hình cầu [10].
Về mặt sinh lí, chúng tương đối đồng nhất: thu nhận năng lượng nhờ phân giải carbohydrat và tiết ra acid lactic. Khác với các VK đường ruột sinh acid lactic, LAB là nhóm kị khí không bắt buộc, chúng không có cytochrome và enzyme catalase. Tuy nhiên, chúng vẫn có thể ST được khi có mặt oxy do có enzyme peroxidase [18].
Theo khóa phân loại Bergey (2001), LAB được xếp vào 4 họ:
Lactobacillaceae, Enterococcaceae, Leuconoscaceae, Streptococcaceae, thuộc: Giới: Bacteria Ngành: Firmicutes Lớp: Bacilli Bộ: Lactobacillales Họ I: Lactobacillaceae Giống: Lactobacillus; Pediococcus Họ II: Enterococcaceae
Giống: Enterococcus
Họ III: Leuconoscaceae
Giống: Leuconostoc
Họ IV: Streptococceae
Giống: Streptococcus; Lactococcus
Nhóm LAB được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm thuộc về các chi như Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus. Trong đó
Lactobacillus chiếm vị trí quan trọng nhất [4], [6], [15], [56], [57].
Lactobacillus [24], [27], [63].
Giống Lactobacillus có dạng hình que, thường tồn tại từng tế bào riêng rẽ hay dạng chuỗi, kích thước tế bào dao động từ 0,5-1,2 x 1-10 µm. Tế bào không di động, G+, không sinh bào tử. Chúng là dạng kị khí không bắt buộc, có thể tăng trưởng ở nhiệt độ từ 50
C – 530C và tăng trưởng tối thích từ 300
C đến 400
C. Chúng có thể sống ở pH nhỏ hơn 5.
Nhu cầu dinh dưỡng của Lactobacillus rất phức tạp cần phải có nguồn cacbonhydrat, acid amin, peptit, các este của acid béo, dẫn xuất của các acid nucleic, vitamin và khoáng chất. Giống Lactobacillus không tổng hợp được porphyrinold nên không có các hoạt tính hoạt động phụ thuộc nhân heme, do đó hoạt tính catalase âm tính. Tuy nhiên, có một vài chủng có thể sử dụng porphyrinold từ MT nên có hoạt tính catalase dương tính (L. mali), có cytochrom và có thể khử được nitrat (Meisel, 1991).
Lactobacillus có thể sử dụng glucose để lên men đồng hình (sản phẩm cuối cùng có hơn 85% là acid lactic) hay lên men dị hình (sản phẩm cuối cùng gồm acid lactic, CO2, etanol). Sự hiện diện của oxy hay các tác nhân oxy hoá khác như acetat có thể tạo thành lactat. Một số chất như citrat, malat, tartrat, quinolat, nitrat, nitrit,… cũng được chúng sử dụng như nguồn năng lượng trong quá trình trao đổi chất hoặc đóng vai trò như chất nhận electron.
Lactobacillus bao gồm 25 loài được chia thành 3 nhóm chính dựa vào sản phẩm cuối cùng tạo thành là:
- Nhóm I: lên men đồng hình bắt buộc.
- Nhóm II: lên men dị hình tuỳ ý
- Nhóm III: lên men dị hình bắt buộc
Bảng 1.1. Phân loại Lactobacillus [56]
Đặc điểm Nhóm I Nhóm II Nhóm III
- Lên men pentose
- Tạo CO2 từglucose - Tạo CO2 từgluconat - FDP aldolase - - - - + + + + + + + +
Một vài đại diện
L. acidophilus L. delbrueckii L. helveticus L. salivarius L. casei L. cuvatus L. plantarum L. sake L. brevis L. buchneri L. fermentun L. reuteri
Ghi chú: -: không có khả năng +: có khả năng
Một điều đáng chú ý là việc xác định chính xác các loài của giống
Lactobacillus không chỉ dựa vào đặc điểm sinh lí. Pot và cộng sự (1994) đã cung cấp một số phương pháp xác định Lactobacillus như phân tích thành phần DNA hay RNA (bằng lai phân tử hay giải trình tự), rRNA là đích của các mẫu dò DNA được sử dụng để xác định các loài. Người ta cũng sử dụng phương pháp điện di SDS – PAGE toàn bộ protein của tế bào dưới những điều kiện chuẩn để xác định chính xác các loài.
Một số loài thuộc chi Lactobacillusthường sử dụng để tạo chế phẩm probiotic cho người như: L. acidophilus, L. bulgaricus, L. casei, L. kefir, L. delbruckii, L. sporogenes,…
Lactobacillus acidophilus
Là VK probiotic có mặt trong hầu hết các men tiêu hóa. Lần đầu tiên được phân lập bởi Moro (1990) từ phân của trẻ sơ sinh đã qua phẫu thuật. Có dạng hình que, kích thước từ 0,5-1 x 2-10 µm, vi khuẩn G+, đi theo cặp hoặc dạng chuỗi ngắn. Đây là LAB ưa nhiệt, có thể phát triển ở 450
C [45].
Chúng có khả năng sống 2 ngày trong dịch vị, 5 ngày trong dịch mật tinh khiết và 8 ngày trong dịch ruột. Chúng có khả năng tạo ra các bacteriocin như lactocidin, acidophilin, có thể đề kháng được nhiều loại KS [45].
L. acidophilus như là một probiotic lên men đồng hình và dị hình sống trong đường ruột, miệng và âm đạo nhưng chiếm ưu thế nhất trong số đó là 6 loài lên men đồng hình, tạo thành nhóm gọi là phức hợp L. acidophilus [45]. Các thành viên của nhóm này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển bình thường của hệ VSV trong đường ruột. Cơ chế tác động bao gồm:
- Duy trì hệ VSV bình thường trong đường ruột.
- Tác động lên hệ VSV gây bệnh.
- Điều hoà khả năng miễn dịch.
- Hoạt tính chống đột biến và chống ung thư.
- Làm mất sự liên kết của các acid mật.
- Tạo enzyme lactase.
- Làm giảm lượng cholesterol trong huyết thanh [58].
Lactobacillus bulgaricus
Đây là loài VK quen thuộc, cư trú thường xuyên trong ruột người và động vật, cùng với các loài VK khác tạo thành một khu hệ VSV không thể thiếu. L. bulgaricus
đã được ứng dụng cho lên men sữa chua từ rất lâu [28].
Lactobacillus casei
- Trực khuẩn nhỏ, có kích thước rất ngắn. Chúng có thể tạo thành chuỗi, không chuyển động, G+
- Chúng có khả năng lên men được các loại đường glucose, fructose, mannose, galactose, maltose, lactose, salicin. Trong quá trình lên men chúng tạo thành acid L- lactic với nồng độ khoảng 180 g/l trong tổng số 210 g/lacid lactic [28].
Lactobacillus kefir
L. kefir có chứa nhiều tryptophan là một trong những acid amin quan trọng có tác dụng an thần. Ngoài ra, chúng cũng có thể cung cấp nhiều Ca và Mg, là những khoáng chất rất quan trọng cho hệ thần kinh. Chúng cung cấp photpho, carbonhydrat, chất béo và các protein giúp tế bào cơ thể phát triển và duy trì năng lượng. Trong thành phần tế bào VK còn chứa nhiều vitamin B1, B12, K rất tốt cho da [28].
Lactobacillus delbruckii
- L. delbruckii có thể lên men được các loại đường glucose, maltose, fructose, galactose và dextrin. Chúng không có khả năng lên men xylose, arabinose, rhamnose, lactose, raffinose, trehalose, inulin, mannitol.
- L. delbrukii sản xuất 90% là acid L- lactic từ nguồn đường glucose. Trong thành phần tế bào có chứa các chất khoáng, acid amin quan trọng giúp cơ thể nhanh chóng hồi phục sức khỏe [28].
Lactobacillus sporogenes
- VK này đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa và biến dưỡng của con người. Ổn định ở nhiệt độ phòng, tăng sinh rất nhanh trong ruột.
- Quá trình lên men tạo acid L (+) lactic, cung cấp phức hợp vitamin B và các enzyme tiêu hóa như protase, lipase, amylase, lactase,… Chúng cũng sản xuất bacteriocin, giúp kiểm soát sự tăng trưởng vượt mức của những nhóm VSV gây thối trong ruột, duy trì sự cân bằng pH acid [28].
Streptococcus
Tế bào hình cầu hay oval, đường kính nhỏ hơn 2µm, xếp thành dạng đôi hay chuỗi ngắn hoặc dài, ưa ấm, nhiệt độ thích hợp khoảng 370
C. Có khả năng phân giải nhiều loại đường như glucose, mantose, lactose. Chúng góp phần tạo nên hương vị và chất lượng cho một số sản phẩm, nhất là sữa. Hiện nay, chủng thường được dùng làm
probiotic là S. faecalis khi kết hợp với các chủng LAB khác như L. acidophilus và
Bifidobacterium,…
S. faecalis: tế bào hình cầu, đường kính nhỏ hơn 1µm, thường xếp dạng đôi hoặc 4 tế bào. Phát triển tốt ở nhiệt độ từ 200C – 400C. Nhiệt độ tối thích cho sự tăng trưởng là 370
C. Chúng có thể phát triển trong điều kiện vi hiếu khí hoặc kị khí, 6,5% NaCl, pH 9,6 và trong sữa chứa 0,1% xanh methylen. Khử cacboxyl tyrozin, không dịch hóa gelatin. Lên men lactic đồng hình tạo ra lượng acid khoảng 90 - 95%. Trong điều kiện pH trung tính, VK này còn tạo ra một số chất có khả năng kháng khuẩn như ethanol, acid acetic, diacetyl, H2O2. Đặc biệt, một số chủng còn có khả năng sinh bacteriocin dạng cytolysin, streptococin và nisin. [15],[59]. Bên cạnh đó, tốc độ sinh trưởng của chúng rất lớn. Do đó, áp đảo nhanh VK gây tiêu chảy và các bệnh đường ruột khác [28].
Pediococcus
Các dòng Pediococcus được tìm thấy trong thực phẩm, thực vật. Chúng sản xuất acid lactic và được dùng chủ yếu trong lên men dưa cải, nước ủ rượu, bia và hèm rượu. Là dòng LAB đặc biệt, giúp cân bằng hệ VK đường ruột [21].