Bảng 2.6: Một số đặc điểm của các chi vi khuẩn lactic [37]
Vì phạm vi đồ án cịn hạn chế nên chỉ thực hiện nghiên cứu trong phạm vi các vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus. Sau đây là đặt điểm chung của chi Lactobacillus:
Tế bào hình que, thường cĩ nhiều dạng: dài, mảnh và ngắn (dạng trực cầu khuẩn coccobacilli). Kích thước tế bào 0.5 – 1.2 x 1.0 – 10.0 µm. Trong q trình sinh trưởng, tế bào thường tạo thành chuỗi ở phase log. Khơng di động, di động khi cĩ sự hiện diện của tiên mao. Khơng tạo bào tử, ở dạng gram dương khi tế bào cịn non, và gram âm khi tế bào già.
Hình dạng khuẩn lạc trên thạch: dạng lồi, mép trịn, màu trắng đục, thường cĩ đường kính 2-5 mm. Ít tạo sắc tố, cĩ thể tạo sắc tố vàng, cam hay màu gỉ sắt và màu đỏ gạch.
Kị khí tùy nghi đơi khi hiếu khí. Phát triển mạnh trên mơi trường thạch, kị khí cĩ 5-10% CO2, catalase, cytochrome và benzidine âm tính.
Sản phẩm của q trình chuyển hĩa carbohydrate hơn 50% là lactate, cịn lại là acetate, formate, succinate, CO2 , ethanol. Khơng tạo acid dễ bay hơi cĩ số nguyên tử carbon hơn hai. Khả năng khử nitrate kém và tạo pH dưỡi 6.0. khơng hĩa lỏng gelatin. Khơng phân hủy casein nhưng vài chủng cĩ thể tạo một lượng nhỏ đạm hịa tan. Khơng tạo indole và H2S.
Nhu cầu dinh dưỡng phức tạp: amino acid, peptide, các dẫn xuất acid nucleic, vitamin, muối, acid béo, ester và một số nguồn carbonhydrate và đặc trưng theo lồi.
Nhiệt độ phát triển 5-530C, nhiệt độ tối ưu 30-400C Cĩ thể phát triển tốt ở pH khoảng 5 và pH tối ưu là 5.5-5.8
Được tìm thấy trong các sản phẩm sữa, hạt, sản phẩm thịt, nước giải khát, bia, rượu, nước ép trái cây, hoa quả, dưa chua, trong nước thải, trong hệ tiêu hĩa người và nhiều lồi động vật. Là những sinh vật ít gây bệnh, cĩ tác dụng tốt với đường tiêu hĩa.
2.2.2. Quá trình lên men lactic [1], [37]
Vi khuẩn lên men lactic đồng hình
Lên men acid lactic đồng hình lượng acid lactic tạo nên chiếm trên 80% và được biểu diễn tĩm tắt bằng phương trình:
C6H12O6 2CH3-CHOH-COOH
Sự hình thành nên acid lactic trải qua hàng hoạt các giai đoạn trung gian với sự tham gia của các enzyme tương ứng. Giai đoạn đầu xảy ra quá trình hoạt hĩa hexose được phân cắt để hình thành triosephotphate. Chất này được chuyển thành acid pryruvic rồi thành acid lactic
Trong lên men lactic dị hình, tạo sản phẩm đa dạng ngồi acid lactic cịn cĩ hàng loạt sản phẩm phụ khác, các sản phẩm phụ và acid lactic được sinh ra với số lượng phân tử gam như nhau. Cụ thể là: acid lactic 40%, acid succinic và rượu etylic 20%, acid acetic 10% và các chất khí cịn lại 20%.
Sự đa dạng của sản phẩm tạo thành khi lên men lactic dị hình vì vi khuẩn thuộc nhĩm này cĩ nhiều hệ enzyme nên quá trình chuyển hĩa đường phức tạp hơn ở vi khuẩn lactic đồng hình
Khi nồng độ của acid lactic đạt 2-3% sẽ ức chế hoạt động của các vi sinh khác, kể cả E.Coli.
Hình 2.8: Quá trình lên men lactic của LAB. (A): Lên men lactic đồng hình. (B): Lên men lactic dị hình [37]
Các enzyme trong quá trình: 1. Glucokinase; 2. Fructose-1,6-dịposphate aldolase; 3. Glyceradehyde-3-phosphate dehydrogenase; 4. Pyruvate kinase; 5. Lactate dehydrogenase; 6. Glucose-6-phosphate dehydrogenase; 7. 6-phosphogluconate dehydrogenase; 8. Phophoketolase; 9. Acetaldhyde dehydrogenase; 10. Alcohol dehydrogennase.
2.2.3. Khả năng tổng hợp enzyme
Các vi khuẩn lactic cĩ khả năng tổng hợp một số lượng lớn các enzyme ngoại bào kích thích hệ thống tiêu hĩa như: enzyme amylase, protease, lipase, glycolase và lactic dehydrogenase.
Proteolysis (khả năng phân giải protein): vi sinh vật tổng hợp protease giúp phân hủy protein thành những hợp chất đơn giản cĩ thể tiêu hĩa được. Hoạt tính này của
Lactobacilli trong đường ruột giúp phân hủy protein và vật chủ cĩ thể tiêu thu dễ dàng.
Lipolysis: Vi sinh vật tổng hợp lipase giúp phân hủy các chất béo phức tạp thành
những hợp chất đơn giản. Điều này cĩ thể hữu ích trong việc tạo ra các khẩu phần ăn dinh dưỡng và hợp lý cho trẻ em, người già và người đang dưỡng bệnh. Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng Lactobacilli cĩ thể phân hủy Cholesterol.
Biến dưỡng lactose: Vi khuẩn sinh acid lactic cĩ enzyme -galactosidase,
glycolase và lactic dehydrogenase cs thể sản sinh acid lactic từ lactose. Acid lactic cĩ những lợi ích như sau:
• Chữa trị bệnh khơng dung nạp lactose do thiếu các enzyme biến dưỡng lactose.
• Tăng cường khả năng tiêu hĩa protein trong sữa bằng việc làm đơng tụ protein trong sữa.
• Tăng cường việc sử dụng Calci, Phospho, Sắt. • Kích thích sự bài tiết.
• Kích thích sự tiêu hĩa trong dạ dày. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Bảo tồn nguồn năng lượng trong quá trình hơ hấp.
2.2.4. Khả năng tổng hợp vitamin và các chất trao đổi cĩ lợi chosự tăng trưởng sự tăng trưởng
Vi khuẩn lên men lactic dùng làm probiotic đĩng vai trị nổi bật trong ruột bằng việc tổng hợp vitamin như: vitamin B, acid folic, biotin (vitamin H), vitamin K.
2.2.5. Khả năng sản sinh các chất kháng khuẩn
2.2.5.1. Bacteriocin [12], [13], [21], [38], [43]
Bacteriocin là những hợp chất cĩ bản chất là protein do vi khuẩn sinh tổng hợp và cĩ khả năng ức chế sự phát triển của các giống vi khuẩn khác cĩ liên hệ gần với giống
sản xuất. Bacteriocin được sinh tổng hợp bởi cả vi khuẩn gram âm và gram dương. Bacteriocin khác với kháng sinh ở những điểm chủ yếu sau:
• Bacteriocin được tổng hợp nhờ ribosome • Tế bào chủ miễn dịch với chúng
• Phổ kháng khuẩn hẹp, vì vậy thường chỉ cĩ khả năng tiêu diệt những chủng vi khuẩn cĩ liên hệ gần với chủng sản xuất.
Cĩ rất nhiều giống vi khuẩn sinh tổng hợp bacteriocin, trong đĩ lactic acid bacteria (LAB) được quan tâm nhiều nhất do bacteriocin của LAB cĩ phổ kháng khuẩn rộng và cĩ tiềm năng được dùng làm chất bảo quản thực phẩm và ứng dụng trong dược phẩm.
Bacteriocin được LAB tổng hợp chia thành 4 lớp:
Lớp I: (Lantibiotic) là những phân tử peptide nhỏ (<5kDa), chứa những amino acid hiếm và một số amino acid khử nước. Chịu được nhiệt, hoạt động ổn định trên cấu trúc màng. Lantibiotic được tạo thành ở trạng thái bất hoạt với trình tự leader peptide ở đầu N, trình tự này sẽ bị cắt đi trong quá trình trưởng thành để phĩng thích phân tử peptide hoạt hĩa.
Lớp II: là những phân tử bacteriocin nhỏ (<10kDa), thường gồm những phân tử peptide hoạt động ở màng tế bào, khơng chứa Lanthionine và bền nhiệt, phổ kháng khuẩn hẹp. Lớp này được chia làm ba nhĩm:
IIA: peptides hoạt động chống lại Listeria spp. Trong nhĩm này cĩ pediocin PA-1.
IIB: hình thành bởi một phức tạp của hai peptide riêng biệt. Trong nhĩm này cĩ lactococcin G và plantaricins.
IIc: peptides nhỏ, bền với nhiệt, được vận chuyển của leader-peptides. Trong nhĩm này được tìm thấy loại bacteriocins: divergicin A và B. acidocin
Lớp III: là những phân tử protein lớn (>30kDa) và bền nhiệt, lớp này gồm những enzyme ngoại bào (hemolysin và muramidase) cĩ hoạt tính sinh lý của bacteriocin. Bacteriocin dạng này được thu nhận từ một số giống Lactobacillus .
Lớp IV: là những bacteriocin phức hợp, ngồi protein cịn cĩ thêm thành phần lipid và carbohydrate. Hiện nay vẫn cịn nhiều điều chưa biết về câu trúc và chứng năng của bacteriocin thuộc lớp này bì chưa cĩ phân tử nào thuộc lớp này được tinh sạch.