1.3.2.1. Hệ thống phân loại Giới: Bacteria Ngành: Firmicutes Lớp: Bacilli Bộ: Bacillales Họ: Bacillaceae Giống: Bacillus Loài: Bacillusamyloliquefaciens Bacillus natto[49]
1.3.2.2. Phân bốvà điều kiện sống
Bacilluscó mặt khắp mọi nơi trong tự nhiên, chúng có nhiều trong rơm cỏ nên còn gọi là “trực khuẩn rơm cỏ”. Chúng còn phân bố trên bề mặt các loại hạt và các sản phẩm được chế biến từ các loại hạt đó.Trong các sản phẩm thực phẩm truyền thống như mắm, tương, cơm mẻ (cơm lên men chua), natto,… chúng cũng có mặt và có vai trò đáng kể trong quá trình biến đổi sinh học.
Hầu hết các loài thuộc chi Bacillussống hiếu khí hay hiếu khí tùy tiện. Chúng có mức độ thích nghi cao. Phần lớn Bacillus là vi khuẩn ưa nhiệt với nhiệt độ tối thích từ 30–450
C, một số chịu nhiệt lên tới 650
250C nhưng thường gặp Bacillus sống ở nhiệt độ 34-370
C. Bacillus sinh trưởng trong khoảng pH rộng từ 2–11. Chúng sinh trưởng tốt ở pH = 7.
1.3.2.3. Hình thái
Bacilluslà trực khuẩn nhỏ, thẳng, có kích thước 0,5-2,5 x 1,2-10μm, thường xếp thành cặp đôi hay chuỗi ngắn, hai đầu tế bào tròn hoặc hơi vuông. Bào tử hình bầu dục có kích thước 0,6–0,9μm, không phân bố theo một nguyên tắc chặt chẽ nào - lệch tâm hoặc gần tâm nhưng không chínhtâm[26].
Hình 1.10.Hình tháiBa [50]Hình 1.11. Hình tháiBn[51]
Bacillus là trực khuẩn Gram dương, hiếu khí, khi còn non di động bằng tiên mao; về già, tiên mao rụng nên mất khả năng di động. Khuẩn lạc khô hoặc nhớt, vô màu hay có màu trắng xám nhạt, hơi nhăn hay tạo thành lớp màng mịn lan trên bề mặt thạch, có mép nhăn, mép lồi lõm nhiều hay ít, bám chặt vào mặt thạch
1.3.2.4. Cấu trúc
Như hầu hết các vi khuẩn Gram dương khác, cấu trúc bề mặt của
Bacillus khá phức tạp và có các đặc tính kết dính và chống chịu điều kiện khắc nghiệt cao. Bề mặt tế bào được cấu tạo bởi các lớp giáp mạc, lớp bề mặt có tính chất protein (S-layer), một vài lớp lót peptidoglycan và các protein trên mặt ngoài của màng tế bào
Hình 1.12.Cấu trúc và bề mặt Bacillus[44]
C=Capsule; S=S-layer; P=Peptidoglycan.
S-layers
Hiện diện trong một số thành viên của giống Bacillus. Chức năng chưa được xác định một cách rõ ràng, nhưng dường như có liên quan đến tính kết dính của vi khuẩn.
Giáp mạc (capsules)
Thành phần hóa học của lớp vỏ nhầy ở các vi khuẩn khác nhau cũng khác nhau, thường là được tạo nên từ các polysaccharide, nitrogen, phosphorite và có thể có cả polypeptide, nhưng thành phần chủ yếu vẫn là nước (98%), có nhiệm vụ như một hàng rào thẩm thấu để bảo vệ tế bào chống lại quá trình khô.
Vách tế bào
Vách tế bào rất mỏng (100-200Å) và trong suốt không màu. Vách tế bào có tính chất đàn hồi và có độ bền rất lớn, có thể chịu được áp suất cao. Thành phần hóa học chủ yếu là glucid, một số chất béo, protide và các acid amin. Thành phần hóa học thay đổi tùy loại vi khuẩn và môi trường sống.
Tiên mao (flagella)
Hầu hết các vi khuẩn tạo bào tử hiếu khí đều di động nhờ vào các tiên mao, là các sợi lông rất mảnh mọc trên những phần xác định của tế bào vi
khuẩn. Nó có cấu trúc là protid. Chiều dài tiên mao thường bằng chiều dài tế bào, nhưng cũng có thể dài hơn tùy từng loại vi khuẩn. Số lượng và vị trí tiên mao ở các tế bào vi khuẩn khác nhau ở mỗi loài. Tiên mao có thể mọc ở một đầu, mọc ở hai đầu, mọc xung quanh…[44].
1.3.2.5.Sự hình thành bào tử
Một trong những đặc điểm quan trọng của Bacillus là khả năng tạo bào tử trong những điều kiện nhất định[6].
Sự hình thành bào tử: vào cuối thời kỳ sinh trưởng phát triển sẽ sinh ra bên trong tế bào một thể nghỉ có dạng hình cầu hay hình bầu dục được gọi là bào tử hay nội bào tử. Bào tử có tính kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hoá chất, kháng áp suất thẩm thấu. Trong thời kỳ nghỉ, bào tử vi khuẩn ở trạng thái sống ẩn (cryptopiosis). Bào tử có thể giữ sức sống từ vài năm đến vài chục năm. Đã có những chứng cứ về việc duy trì sức sống 200-300 năm của bào tử Bacillus.
Các tế bào sinh bào tử khi gặp điều kiện cạn kiệt thức ăn hoặc có tích lũy các sản phẩm trao đổi chất có hại sẽ bắt đầu thực hiện quá trình hình thành bào tử. Về mặt hình thái, có thể chia quá trình hình thành bào tử ra thành các giai đoạn:
- Hình thành những búi chất nhiễm sắc.
- Tế bào bắt đầu phân cắt không đối xứng, tạo ra một vùng nhỏ gọi là tiền (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
bào tử.
- Tiền bào tử hình thành hai lớp màng, tăng cao tính kháng bức xạ. - Lớp vỏ sơ khai hình thành giữa hai lớp màng của bào tử sau khi đã tích lũynhiều PG và tổng hợp DPA, tích lũy calci. Tính chiết quang tăng cao.
- Kết thúc việc hình thành áo bào tử.
- Kết thúc việc hình thành vỏ bào tử, bắt đầu có tính kháng nhiệt. -Bào nang vỡ ra, bào tử thoát ra ngoài.
1.3.2.6. Hệ enzyme Hệ enzyme protease [29]
Bacillus tổng hợp protease trung tính và kiềm.
Các enzyme protease xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết peptid trong các peptid hoặc protein giúp phân giải protein và các cơ chất cao phân tử khác có trong môi trường dinh dưỡng thành các dạng phân tử bé, để vi sinh vật dễ dàng hấp thụ.
Một số nghiên cứu cho thấy Ba phát triển tốt trong khoảng pH 5-12, tại pH 9 và nhiệt độ là 400
C lượng enzyme protease được tổng hợp cực đại [34].
Hệ enzyme amylase [12].
Bacilluscó khả năng tạo một lượng lớn ∝ −amylase ngoại bào.
Một số nghiên cứu cho thấy lượng enzyme amylase được tạo ra nhiều nhất trong khoảng pH từ 6,0-9,5 và nhiệt độ từ 32-450
C, đạt cực đại tại pH 9,0 và 420C [23].
Amylase của Bacillus không có các liên kết sulfihidril và có khả năng phân giải tinh bột nhanh gấp 2-2,5 lần so với ∝ −amylase của nấm mốc.
∝ − amylase này thủy phân tinh bột tạo ra các dextrin có mạch dài khoảng 6-8 gốc glucose. Các dextrin này lại tiếp tục bị phân giải theo sơ đồ :
G8 G2 + G6 G7 G1 + G5 G6 G1 + G5
Sản phẩm cuối cùng của sự thủy phân cơ chất bởi amylase là glucose và maltose.
1.3.2.7. Ứng dụng của Bacillus
Hệ enzyme của Bacillusđược dùng để tạo kháng sinh: eumycin, bacillin, bacillomin chống được nhiều loại vi trùng gây bệnh.Protease là một trong những nhóm enzyme công nghiệp quan trọng nhất, chiếm gần 60% tổng lượng enzyme được bán ra, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp tẩy rửa
khô, sản xuất các loại thuốc tiêu hóa, thuốc điều trị các vết thương do bỏng hay do tác nhân virus[18].
Trong thực phẩm, Bacillus đã được sử dụng từ rất lâu trong lịch sử. Các chủng Bacillus được sử dụng trong lên men đậu cocoa từ nhiều thế kỉ và sự lên men đậu tương được thực hiện bởi các chủng Bn tạo ra natto (đậu nành lên men) đã được sử dụng nhiều ở Nhật trong hàng nghìn năm nay, đặc biệt hơn nữa chủng Bnđã đượcđưa vào sản xuất tạo các sản phẩm thực phẩm chức năng với khả năng điều trị tắc nghẽn mạch máu, hỗ trợ tim mạch, điều trị huyết áphiệu quả,…[28].
Với Ba, theo nghiên cứu của Viện Sinh học nhiệt đới TP.HCM, thì chủngBa là lợi khuẩn, không có tác dụng gây hại cho sức khỏe con người chúng có khả năng tiết ra enzyme amylase và protease thuỷ phân tinh bột, protein không tan, có chức năng tương tự như Bn.
Trong những năm gần đây đã có một số các nghiên cứu sử dụng vi khuẩn
Ba trong việc chế biến thực phẩm, thực phẩm lên men,… tạo sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, chưa có sản phẩm nào được triển khai sản xuất ở quy mô công nghiệp.